JP2007535099A - 印刷可能な薄型可撓性電気化学セルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

高湿度の酸素バリア・ポリマー・フィルムでシールされ、折り曲げられたパッケージを有した印刷される薄型可撓性電気化学セルは、カソードに隣接して配置される亜鉛箔アノードまたは印刷されるアノードとともに、高導電性炭素の印刷されるカソード・コレクタ上に堆積される印刷されるカソードが特徴である。セル構成要素が、専用の積層されたポリマー基板に加えられた後、ウェブが、修正された高速商用水平ポーチ・フィリング機械上で自動的に処理されて、セル組立プロセスを完了する。このプロセスでは、糊被覆ペーパ・セパレータ層をアノードおよびカソードの上に挿入することができ、次いで水性電解質溶剤が、セルに加えられる。プロセスを完了するために、セルの４つの縁部すべてが熱で密封されて、セル構成要素をセルキャビティ内に閉じ込め、各セルが連続ウェブから切り取られる。

Description

本出願は、一般に印刷可能な薄型セルおよびバッテリ、ならびにその製造方法に関する。より詳細には、本出願は、ポーチ・フィリング・プロセス（ｐｏｕｃｈ−ｆｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）を使用して製造される印刷される薄型セルおよびバッテリに関する。

本出願は、２００４年４月２１日出願の仮特許出願第６０／５６３，９５３号、２００４年９月８日出願の第６０／６０７，９３８号、および２００４年１２月３日出願の第６０／６３２，９１３号に基づく利益を主張する。これらはすべて参照によって本明細書に組み込まれる。

この１００年またはそれぐらいの間、科学者達は、様々な用途のために、炭素／亜鉛の可搬型電源の作製に従事してきた。可搬型電源の初期の時代では、これらの電源は、今日の標準に比べて極めて大きかった。たとえば、広く普及したＥＶＥＲＥＡＤＹ社製の「Ｉｇｎｉｔｏｒ Ｃｅｌｌ」は、直径が約３ｉｎ、高さが約９ｉｎであり、ラジオ、ブザーやクリスマスの照明など多くの用途に使用された。これらの大きなセル、ならびにＥＶＥＲＥＡＤＹ社の著名な＃６（直径約２ｉｎ、高さ６ｉｎ）および今日の最小単位のセル、＃９５０（Ｄサイズ）などのいくつかのより小さなバージョンは、通常、いくつかの用途では電圧が４０ボルトを超えるバッテリ・パックとして作製された。これらはサイズが同様であり、今日のカー・バッテリより大きく、照明装置、ラジオおよびカー点火装置に使用された。トランジスタなどの進歩したエレクトロニクスが出現した１９００年代中ごろでは、可搬型電源に対する電気的な要求が緩和された。その結果として、セルのサイズも縮小され、Ｃ、ＡＡおよびＡＡＡおよび小さいボタン・セルさえ含まれた。このパワー低減は、２１世紀に入っても続いており、そこではスマート・ラベル、スマート・クレジット・カード、センサや、グリーティング・カードおよびバッジなどの新しいデバイスなどの用途では、現在、数ミリアンペアの最大電流が必要であり、多くの用途では、約１．５〜３．０ボルトで数マイクロアンペアだけが必要である。これらの用途では、電源が平らで極めて薄いことも要求される。

この２５年間、薄くて平らなセル／バッテリを製造するためのアプローチが、多数の科学者、企業によって試みられている。これには、ポラロイド（Ｐｏｌａｒｏｉｄ）社によって開発された、よく知られたバッテリが含まれる。この６ボルトのバッテリ・パックは、ポラロイド・フィルムの各パッケージに使用された。これによって、ポラロイド社は、ユーザがカメラに新しいフィルム・ロールを装着するごとに、カメラに未使用バッテリを装填させることができた。複数の層および金属箔積層パッケージを有したこの高価なバッテリは、高電圧、大電流のバッテリであり、フラッシュを点灯させることができ、現在開発されている新しい薄型かつ低コストのバッテリの競合品でない。ポラロイド社に加え、他社も様々な電気化学システムで薄型バッテリを開発しようと試みている。

最新の比較的低パワーの用途において使用するために、経済的な薄型のバッテリを大量生産する方法が必要である。

内側表面と、内側表面のある部分を覆う第１の電気化学層と、内側表面の他の部分を覆い第１の電気化学層に隣接した第２の電気化学層と、第１の電気化学層および第２の電気化学層をともに覆い、それらと電気的な接触状態にある電解質層と、実質的に電解質層を覆い、基板に束縛されて、実質的に完全に電解質層をセルの内部に密封するためのポーチを形成する被覆層とを有する基板を備えた電気化学セルを含むバッテリを提供する。

また、複数層の積層を含み、外側表面および内側表面を有する基板を含む電気化学セルを備えたバッテリを提供する。

基板は、それ自体の上に折り曲げ部を形成し、したがって内側表面が、セルの内部の対向するサイド上に第１の内側サイドおよび第２の内側サイドを形成し、外側表面が、バッテリ・セルの外側の対向するサイド上に第１の外側サイドおよび第２の外側サイドを画定する。

セルは、硬化されたおよび／または乾燥された第１の導電性インクを含み、少なくとも部分的に第１の内側サイドを覆うコレクタ層と、硬化されたおよび／または乾燥された第２のインクを含み、少なくとも部分的にコレクタ層を覆う第１の電気化学層と、第１の内側サイドおよび第２の内側サイドの一方の上にある第２の電気化学層と、吸収剤材料中に浸漬された電解質を含み、第１の電気化学層および第２の電気化学層の両者と接触状態にあり、第１の内側サイドと第２の内側サイドの間にある電解質層と、第１の内側サイドの外側周辺部の一部分を第２の内側サイドの外側周辺部の一部分に接続して第１の内側サイドを第２の内側サイドに束縛し、基板を折り曲げ位置に保持し、それによってセルの内部に電解質を収容するポーチを形成する接続および／または密封層をさらに含む。

また、電気化学セルを含む薄型バッテリを製造する方法をさらに提供し、その方法は、次のステップを含む。
複数層の積層基板のウェブを用意する。
基板から切り欠き部を打ち抜く、または切断する。
ウェブの内側表面上に導電性インク層を印刷する。
導電性インク層のある部分上に、インクを含んだ第１の電気化学層を印刷する。
基板上に第２の電気化学層を貼り付ける。
基板のある部分上に密封層を貼り付ける。
基板を折り曲げてポーチを形成し、そして密封層によって、基板の第１の部分の内側を基板の第２の部分の内側に付着し、第１の電気化学層、第２の電気化学層および吸収剤層を、第１および第２の部分の内側間でポーチ内に取り込み、折り曲げステップによって、ポーチの内部への開口部を形成する。
開口部を通して電解質を加える。
開口部を密封し、実質的にまたは完全にポーチの内部に電解質を密封する。
基板を切断し、１つまたは複数の電気化学セルをバッテリとして設ける。
第１の電気化学層と第２の電気化学層の一方または両方への電気的アクセスを、切り欠き部を貫通して設ける。

また、第１の電気化学層および第２の電気化学層の両方の一部分と接触するための吸収剤層を設けるステップをさらに含み、電解質を加えるステップの間またはその後、少なくとも電解質の一部分が吸収剤層に吸収される、上記の方法を提供する。

本発明の前述および他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下の記述を読むと、本発明にかかわる当業者に明らかになる。

他に明示的に示されていない限り、本明細書で使用されるすべてのパーセンテージは、重量によるパーセンテージである。本明細書において、たとえば「５〜２５」などと範囲が与えられた場合、これは、少なくとも５が好ましく、別々に、かつ独立して２５以下が好ましいことを意味する。また、本明細書では、列挙されたまたは好ましい値に続いて挿入的に示された範囲は、本発明によるその値に対して、広範に好ましい、またはより少なく好ましい範囲を示す。

本発明は、印刷される薄型電気化学セルおよび／またはバッテリに関する。より詳しくは、本発明は、２つの電極、セパレータ、２つの積層されたフィルム層間の電解質を含む印刷可能な薄型セルに関する。そのようなセルを大量生産する一方法には、特に要求される量が非常に多い場合は、高速ウェブ印刷プレス上で印刷するおよび／または金属性箔を積層することによって、水性および／または非水性の溶剤インクまたは被覆剤を専用の積層された重合体フィルム層上にあるパターンで堆積することが含まれる。量がより少ない場合、たとえば約数百万またはそれより少ないだけの量である場合、フラット・ベッド・スクリーンを用いたウェブ印刷などのより遅い方法が、やはり適切であろう。数百または数千など、量が極めて少ない場合、シートで送られるフラット・ベッド・印刷プレスが適切になり得る。インクすべてが印刷され、固形物すべてが適切に配置され、ウェブが使用された後、セルは、高速商用ポーチ・フィリング機械（水平および／または垂直）上で自動的に組み立てられる。製造量が少なく、セル構成要素がシート上に配置されるとき、セルは、機械の助けを得て、または得ないで、人手で組み立てられる。

成長市場は、低コストで低容量の薄い平らなセルを必要としており、多用途で大量生産するのに費用がかからない、少なくとも部分的に印刷可能な薄型可撓性セルを製造することが可能であることは、判明している。印刷される使い捨ての薄型セルは、低パワーで高生産量の用途によく適合することができる。たとえば、それらは、適切な電圧、十分な容量および低コストの解決策を提供するからである。一実施形態では、本明細書で開示されるバッテリは、これらの特性をすべて含み、一方、従来の低特性のバッテリは、これらの特性のいくつかだけを含むことがある。

本発明による電気化学セル／バッテリは、次の利点を有する。
薄い。
平らである。
可撓性がある。
コンテナが密封されている。
構造が簡単である。
高速および大量生産用に設計されている。
低コストである。
全温度において信頼できる性能を有する。
低温で性能が良好である。
使い捨てで環境に優しい。
セル・コンタクトがともに同じ表面上にある。
アプリケーション中に容易に組み込むことができる、および／または
アプリケーションが生産されるときに、同時に連続プロセス中で集積化して製造することができる。

通常のセルは、２つの電極（すなわち、アノードおよびカソード）と、電解質とを有する。電極は、電解質中の化学物質と相互作用して電極間に電圧を発生し、それによって電気回路に電流を提供する電気化学材料から構成される。

その最も一般的な形では、本発明によるセル／バッテリは、内側表面および外側表面を有する基板から構成される。一方の電極を表す第１の電気化学層が、たとえば印刷または積層などによって、内側表面のある部分に貼り付けられる。第１の電気化学層は、たとえばカソード電極層またはアノード電極層とすることができる。

第１の電気化学層の導電性が比較的低い場合、それは、その導電性を向上させるために、カソードまたはアノードのコレクタ層の上に、印刷されるまたは積層されることができる。コレクタ層は、たとえば基板の内側表面上に直接印刷または積層されることができるはずである。コレクタ層が使用される場合、次いで、電気化学層がコレクタ層すべてまたはその一部分だけを覆うことができる。

内側表面の他の部分を覆い、第１の電気化学層に隣接した、またはその向かいにある第２の電気化学層（他方の電極を表す）が、さらに設けられる。この第２の電気化学層は、アノード電極またはカソード電極の他方であり、したがって、セルは、アノードおよびカソードの電気化学層を両方有することになる。というのは、化学電解質と相互作用して、セルが、電気化学層（電極）間に電圧を供給し、それによって電気回路に電流をもたらすのに必要だからである。この第２の電気化学層についてもやはり、第２の電気化学層の導電性が低い場合、全体の導電性を向上させるために、対応するコレクタ層の上に第２の電気化学層を印刷または貼り付けることができる。

ペーパ、被覆ペーパ、ポリマー・マットおよび／またはポリマー織物、および前者の組み合わせを含む様々なタイプの材料のセパレータが、２つの電極の上部に配置される。この材料は、電解質の一部分を吸収し、電解質と電極の接触性および濡れ性を向上させ、それによってセル／バッテリの内部抵抗を低減する。

したがって、電解質層は、第１の電気化学層および第２の電気化学層をともに実質的に覆う、またはそうでなければそれらと物理的な電気的接触状態になり、バッテリ・セルの電気化学的プロセスを達成し、それによって電気回路にパワーを供給する。

セパレータ／電解質層を覆うために、被覆層が設けられる。被覆層は、下側基板に束縛され、実質的にまたは完全にセルを密封し、電解質の漏れを防止する。被覆層は、たとえば基板の一部分とすることができ、それは、連続した部分品とすることができる。その場合、電気化学層は、基板の同じ内側サイド上に、ともに配置することができる。次いで、基板は、折り曲げられ、やはり被覆層を形成し、したがって基板の内側表面が互いに対面し、密封層を使用して上記に述べたセルの内部構成要素を実質的にまたは完全に密封する。

あるいは、第１および第２の電気化学層の一方（および存在する場合、対応するコレクタ層）は、被覆層の内側表面上に配置され、それによって第１および第２の電気化学層を互いに対向させることができる。そのような構造は、電極を分離し絶縁するためにおそらくセパレータ層を使用することになる。

上述の一般化されたセルを具体的に実現する多くの実施形態を、上述のセル設計に対する変形形態とともに以下に示す。

本発明は、一実施形態では、内側上に熱シール層を含むことができる（外側表面上の熱シールも、セル／バッテリ構造によっては可能である）特別の特徴を有した特殊ポリマー積層からなる下側フィルム層と、積層の中心にある高湿度バリア層と、積層の外側にある構造フィルムとを含んでおり、内側および外側表面がともに、印刷を受け入れるようになされて内部構成要素を越えて延在する、薄い印刷されるセルである。下側フィルム層の内側表面の一部分は、炭素を含んだ、印刷されるまたは被覆されるカソード電流コレクタをフィルムの一部分上に有することが好ましい。このコレクタの外側接触領域において、アプリケーション接続への導電性を向上させるために、たとえば銀、ニッケルやスズを含んだ高導電性インクが印刷される。バッテリ用途が極めて低い電流用の場合、より高い導電性の材料は必要でないことがあり、一方より多い電流には望まれる。

いくつかの実施形態では、カソード電流コレクタ上に印刷されるのは、二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）、炭素およびポリマー・バインダを含んだ、水ベースのカソード・インクである。いくつかの実施形態では、約０．０５０ｉｎの間隔でカソード・コレクタに隣接して、亜鉛箔アノードの細いストリップが配置される。この配置に先立ち、亜鉛箔が、リリース・ライナを含んだ、乾燥したフィルム接着剤に積層される。両方の電極の上に挿入されるのは、片面に糊が被覆されたペーパ・セパレータ層である。セパレータが所定位置に置かれると、水性電解質溶剤がセルに加えられる。多くの実施形態では、重量で１８％〜４５％の濃度範囲の塩化亜鉛（ＺｎＣｌ_２）が、好ましい電解質の選択である。他の実施形態では、塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ_２）と塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）の混合物、酢酸亜鉛（Ｚｎ（Ｃ_２Ｈ_２Ｏ_２））、臭化亜鉛（ＺｎＢｒ_２）、フッ化亜鉛（ＺｎＦ_２）、ヨウ化亜鉛（ＺｎＩ_２）、酒石酸亜鉛（ＺｎＣ_４Ｈ_４Ｏ_６Ｈ_２Ｏ）、過塩化亜鉛（Ｚｎ（ＣｌＯ_４）２．６Ｈ_２Ｏ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などの電解質を使用し、または有機化合物を使用することもできる。

塩化亜鉛は、しばしば一般に好まれる電解質であり、通常遭遇する普通の環境条件において優れた電気的性能をもたらす。同様に、上記に言及した電解質はいずれも好ましい範囲が２５％〜４５％であることが多く、たとえば１８％〜５０％の範囲内の濃度（重量）で使用し、通常の環境条件下で許容できる性能をもたらすことができる。塩化亜鉛でない電解質を使用して、所望に応じ、様々な環境条件下で、セル／バッテリの電気的性能を向上させることができる。

たとえば、重量で３２％の酢酸亜鉛（凝固点Ｆ．Ｐ．；−２８℃）は、重量で３２％の塩化亜鉛（凝固点；−２３℃）より低い凝固点を示し、それゆえより低温の用途に好ましいはずである。これらの溶剤はともに、業界標準の２７％塩化亜鉛（凝固点；−１８℃）より低い凝固点を示す。他の酢酸亜鉛濃度（たとえば、重量パーセントで１８〜４５、または２５〜３０）は、業界標準−１８℃と比較して減少された凝固点も示す。そのような電解質を塩化亜鉛の代わりまたは様々な混合物としてセル／バッテリ中で使用することにより、より低温での性能向上が可能になる。

たとえば、約３０％の酢酸亜鉛電解質の使用によって、低温（すなわち、−２０℃より低温）でのボルタ電池の性能が実質的に向上することが判明している。これを説明するために、以下の表に、通常の２７％塩化亜鉛電解質を有したセルを新規の３０％酢酸亜鉛電解質のセルと比較した実験から、データを報告する。

上記の表に示す様々な温度において、６５００オーム負荷で１０秒パルスを使用して、実験を行った。負荷の下でパルスの最後に、閉回路電圧を測定した。上記の表のデータから、酢酸亜鉛溶質を使用することにより、−２３℃で、塩化亜鉛溶剤に比べて４．５％の電圧改善が達成されたことが分かるはずである。改善は、ちょうど４℃低い−２７℃で、１７％を超え、−２９℃で酢酸亜鉛セルは１．２６２ボルトを示し、一方、塩化亜鉛セルはゼロまたはゼロに近い無視できる電圧を示した。これは、従来の電解質に比べて低温性能のかなりの程度の改善である。

低温におけるこのタイプの電気化学セルの性能改善は、バッテリ支援ＲＦＩＤタグ、およびスマート・アクティブ・ラベルや温度タグなどの他の一時的な（可搬型の）電動デバイスの成長ビジネスでは、有益になり得る。というのは、食品調合薬や血液製剤等など今日出荷される多くの製品は、低温貯蔵および低温出荷状態が必要であり、したがってこれらの品目をそのようなタグおよび／またはラベルを用いて追跡するために、−２０℃またはそれより低い温度で、好ましくは−２３℃以下で、好ましくは−２７℃以下で、好ましくは−２９℃以下で実際に動作する、電気化学セルおよび／またはバッテリが必要であるからである。低温用途用ために低温での性能改善を果たすために酢酸亜鉛を使用するとき、追加の実施例として、重量パーセントで、好ましくは酢酸亜鉛濃度が２８〜３０の範囲にあり、より少なく好ましいのは３０〜３４、より少なく好ましいのは２５〜２８である。

低温性能および加工性を高めるための他の方法は、ポリマー濃厚剤またはゲルを電解質に添加することである。これらの材料を使用することによって、電解質の凝固点を−１８℃から−３０℃に低下することができる。次いで、セルの低温性能の改善は、好ましい塩化亜鉛の電解質を使用することによって、推し進められる。好ましい材料は、重量で全電解質の約０．０１％〜１．２％の範囲で、約０．６％の量のカルボキシメチルセルロースである。代替の種類の濃厚剤を使用することもできる。これらは、カソード・バインダと同じ種類の材料のものとすることができる。他のより少なく好ましい種類の材料は、次のものを含む。ポリビニル・アルコール；米、ジャガイモ、トウモロコシおよび豆類を含んだ糊および改質糊の種類；エチルおよびヒドロキシル・エチルセルロース；メチルセルロース；ポリエチレン・オキシド；ポリアクリルアミド；ならびに上記材料の混合物。

多くの実施形態では、組み立てられたセルにおいてアノードおよびカソードとの完全な物理的かつイオン接触を保証するために、電解質・セパレータ層が配置され、それはしばしば望ましい。

セル・パッケージの上側層は、特殊な積層ポリマー・フィルムから構成することができ、それは、内部セル／バッテリ構成要素を越えて延在する縁部を有する。このフィルムの上側層は、熱シールによって、またはあるタイプの接着剤を用いて、その縁部のまわりで下側フィルム層に密封され、それによってセル空洞内に内部構成要素を閉じ込める。上記は、本発明による、いくつかの好ましいセル構造の一般的な記述であり、さらに細部は以下に続く。セル印刷および組立の有益な実施例の製造プロセスは、図６〜１４に関して述べる。

ここで述べる濡れたセル構造は、多くの実施形態のための好ましい構造になり得るが、同様のセル構造を使用して、本発明は、予備のセル構造を使用して製造することもでき、それは、たとえば液体を加える前、保存期限を延長する利点を有する。

好ましい印刷可能な可撓性の塩化亜鉛の薄いセルは、環境に優しいものとすることができる。この構造では、水銀またはカドミウムなどの構成要素の使用は、通常必要としない。したがって、古いおよび／または使い果たしたセルは、多くのバッテリ設計で要求されるような特別の処理手順を必要とすることなく、通常、定められた廃棄物廃棄手順で処理することができる。

さらに、この技術を使用することができるデバイスは、広範囲に及ぶ。たとえば比較的低パワーまたは１〜３年という限定された寿命が要求されるデバイスは、本発明による薄いセル／バッテリとともに機能することができる。ここで説明されるようなセルは、比較的安価で大量生産することができ、使い捨て製品としてまたは使い捨て製品中で使用することが可能になる。低コストによって、従来費用効率が良くなかった用途が可能になる。

バッテリ・セル構造
図１〜４に、本発明の第１の実施形態について、平面図および断面図で、印刷される単位セルの様々な図を示す。完成したセル１０は、下側積層フィルム層１２と、切り欠き領域１７および１８を有した上側積層フィルム層１１とを有する基板を含む。切り欠き領域１７は、セル１０のマイナス・コンタクト１５への外部接触を可能にし、一方、切り欠き領域１８は、セル１０のプラス・コンタクト１６への外部接触を可能にする。高導電性炭素からなるカソード・コレクタ層２２は、下側積層フィルム層１２の内側部分に印刷されて、カソード電気化学層２１の導電性を向上させる。このコレクタは、カソード層２１、コレクタ２２およびコンタクト１６を組み合わせた形状およびサイズを有する。

未完成のセル２０（図２の上部積層１１が無い）および完成したセル１０は、カソード電気化学層２１（カソード電極）およびアノード電気化学層２５（アノード電極）を示しており、電気化学層２１および２５と物理的接触状態にあるペーパ・セパレータ層２３を有している。セパレータ層２３、電気化学層２１および２５と良好なイオン接触を促進するために、水性塩化亜鉛電解質２６をペーパ・セパレータ層２３に加えて、ペーパ・セパレータ電解質層２７を形成する。

密封領域によってコンタクトを密封する助けとするために、アノード電気化学層２５の配置前に、両面乾燥フィルム接着剤３１のストリップをセル密封領域にわったって貼り付ける。アノード層２５を配置した後、他の層または両面乾燥フィルム接着剤３１Ａのストリップを貼り付ける。これらの接着層は、熱シールプロセスによって活性化されたとき、上側積層フィルム１１および下側積層フィルム１２両方の内側部分が、密封領域中で両方のコレクタに付着し、ならびに下側積層１２に対するアノード層２５の高さのため形成されたギャップ２３１を充填することを可能とする。

上側積層フィルム１１および下側積層フィルム１２の内側部分のそれぞれは、斜線部分で示したように一緒に熱シールされ、セル・シール部１３を形成する。いくつかの理由から、上側積層１１および下側積層１２が同じ材料から構成されることが好ましい。つまり、類似の材料は熱シールにより適合し、類似の高湿度バリア材料がセル全体について良好な水分保護を可能にし、これにより、後述する折り曲げられた基板を用いて最終的にパッケージを製造することが可能になる。これによって、本明細書で後述する、高速ポーチ・フィリング機械上で単位セルを組み立てることが可能になる。性能および組立のために、同じ材料が極めて好ましいが、上側および下側のセル・コンテナ層を異なる材料のものとすることができる状況があり得る。

第１の実施形態では、積層フィルムが、米国ウィスコンシン州オシュコッシュ（Ｏｓｈｋｏｓｈ）のＣｕｒｗｏｏｄ Ｉｎｃ．から供給され、図５の断面図で示してある。この積層フィルム１００は、５つの層を含む。上部層１０１は、セルの内側上にあり、全厚さが約０．５ミル（０．１〜５．０ミル）である。この複合層は、アモルファス・ポリエステル（ＡＰＥＴまたはＰＥＴＧ）、部分的結晶ポリエステル（ＣＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）やポリオレフィン・ポリマーなどの熱シール被覆剤１１０をポリエステルなどのポリマー・フィルム上に有する。そのような材料の１つは、デュポン（Ｄｕｐｏｎｔ）社によって製造されるオーブンに入れてふたをして使用できるフィルム（Ｏｖｅｎａｂｌｅ Ｌｉｄｄｉｎｇ（ＯＬ）ｆｉｌｍ）であり、好ましい材料のＯＬ２、ＯＬ１２やＯＬ１３など、それらのＯＬシリーズとして指定される。

この複合層１０１は、ウレタン接着剤の厚さが０．１０ミル（０．１〜２．０ミル）の層１０２によって日本の凸版印刷株式会社から供給されるＧＬフィルムなどの、厚さが０．４８ミル（０．２〜５．０ミル）の高湿度バリア・ポリマー層１０３に積層される。これらのポリマー（ポリエステル）ベースのフィルムは、その種類および真空堆積された酸化物または金属の被覆剤１１１の量によって変化する水分透過値を有する。

セル構造、セル用途および／またはセル環境によって、基板について様々なバリア特性を有することが、有利になり得る。広範囲の蒸気透過率が得られるので、具体的な用途および構造毎に、バリア層を選択することができる。いくつかの場合、設計によってセルがより高いガス放出率を有し、したがってセルの膨張を最小にするためにより多くの量のガスを逃がすことができるように、より高い透過率を有したフィルムを使用することが、適切かつ望ましいことがある。他の実施例は、砂漠などの暑く乾燥した環境下での用途になるはずである。その場合、セルからの過剰な水分損失を防止するために、低透過率を有したバリア・フィルムを有することが、望ましいはずである。

この５層積層１００の外側層または構造層１０４は、配向ポリエステル（ＯＰＥＴ）の約２．０ミル（０．５〜１０．０ミル）の層であり、それは、厚さが約０．１ミルのウレタン接着剤１０２によって他の層に積層されている。この「構造層」は、デュポンのポリエステル配向（ＯＰＥＴ）フィルムとすることができる。好ましい材料は、日本の東洋紡績株式会社から得られる。この材料は、白色微小空洞配向ポリエステル（ＷＭＶＯＰＥＴ；ｗｈｉｔｅ ｍｉｃｒｏｖｏｉｄｅｄ ｏｒｉｅｎｔａｔｅｄ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）として指定されるポリエステル・ベースの合成紙である。次いで、この層１０４は、本発明への典型的な適用においては、基板１００の外側表面を形成することになる。

ポリマー厚さのいずれかまたはすべてを増加することによって得られた、より厚い基板を使用すると、いくつかの利点がある。これらには、１つまたは複数の以下の事項が含まれる。
様々な印刷工程でウェブを処理することがより容易になる。
水平ポーチ・フィラーである後述する自動セル組立機械において、セル・プロセスがより良好になる。
セル・パッケージがより強固になる。
組立プロセス中で捕捉される空気量が減少する。
材料厚さがたとえ増加したとしても、組立後の全セル厚さはその増加分より少ない。

上記の仕様に加えて、外側および内側層はともに、必要とされるインクが印刷されうる表面を有して製造することができる。内側層は、機能インクを受け入れるためのものであり、一方外側層は、たとえば識別または宣伝目的のためのグラフィック・インクを受け入れるためのものである。

密封システムを有した大部分の平らなセル構造では、パッケージは、水分バリアとして働く金属化フィルムおよび／または極めて薄い金属箔を含む積層構造から構成される。金属層を有したこの構造は、金属層を有さないここで述べた構造より良好な水分バリア特性を有することができるが、金属層を有する構造は以下に示すいくつかの欠点も有する。
金属バリア（薄い金属箔または真空金属化層）を有した積層構造は、より高価になり得る。
金属層を有した積層構造は、セル中で内部短絡を引き起こす可能性がある。
金属バリアを含んだ積層構造は、たとえばアンテナ機能などのアプリケーションのエレクトロニクスと干渉する恐れがある。

図１および２のフィルム層１１および１２は、ポリエステルやポリオレフィンなどの単層または多層フィルムで、バリア（金属または他の材料）を有したまたは有さないポリマーフィルムの多数の変形形態のものとすることができる。多数の目的にはポリエステルが好ましい。というのは、ポリエステルによれば、強度が向上しより薄い規格のフィルムの使用が可能になり、マルチステーション印刷プレス上で使用されるとき、伸びにくいからである。ビニル、セロファンおよびペーパでさえ、フィルム層または積層構造中の層の１つとして使用することもできる。

保存期限が極めて長い、および／または環境条件が厳しい場合、図５のポリマーは、アルミニウムの真空蒸着で得られる、または極めて薄いアルミニウム箔などの金属化層１１１を含むように変更することができる。この変更によって、現状の低水分損失を実際無しにまで低減することができる。他方では、より短い保存期限、および／または短い動作期間に対する用途の場合、より高価なバリア層は、より低コストだが依然としてセルが要求に応じて機能することが可能な、効率がより低い層と置き換えることができる。極端に短い寿命だけが必要である用途の場合、セル・パッケージは、内部に熱シール層を有したまたは有さないポリエステルまたはポリオレフィンなどの低コストのポリマー基板を使用することができる。

基板は、バリア層と構造層を兼ね備えることによって、三層の積層に最適化することもできる。これは、より厚い構造層上にバリアコーティングを直接蒸着し、次いでこれを熱シール層に積層することによって実施することができる。層数を減少する他の手段は、バリア層、および／または構造層どちらかまたはどちらの上にも熱シール層を貼り付け、次いでこの構造を他の材料に積層することだろう。そのように、あるケースではバリアコーティングは構造層に施されるが、他のケースでは、熱シール層が構造層に直接貼り付けられる。これらの構造はともに三層積層になる。この三層積層の全厚さは約０．００１〜０．０１５ｉｎの範囲で、約０．００３ｉｎになる。

セル構造のある好ましい実施形態のためのセル材料は、図１〜４に示すように、次の材料から構成される。カソード・コレクタ２２は、高導電性炭素インク（ＰＭ０２４）を使用し、米国ミシガン州ポートヒューロン（Ｐｏｒｔ Ｈｕｒｏｎ）のＡｃｈｅｓｏｎ Ｃｏｌｌｏｉｄｓ社で製造されている。それは、約１ミル（１．２〜０．４ミル）の乾燥堆積および約５５オーム（４４〜１００オーム）の抵抗を可能にするために、約６１メッシュ（２０〜１８０メッシュ）の極めて粗いスクリーンを使用するスクリーン印刷によって、下側積層１２の内側表面上に印刷される。

上記の抵抗をさらに減少するために、高導電性コンタクト１６が、プラス電極の外部接触領域に印刷される。好ましい構造で使用される材料は、米国ミシガン州ポートヒューロンのＡｃｈｅｓｏｎ Ｃｏｌｌｏｉｄｓ社で製造される銀調合導電性インク（４７９ＳＳ）であり、スクリーン印刷される。他の、金、スズ、銅、ニッケルおよび／または２以上の導電性材料の混合物などの導電性材料を、望ましいところで使用することもできる。これらの導電性インクはすべて、回転スクリーン、フレキソ印刷およびグラビアなどの印刷方法、ならびにインクジェット印刷技術によって施すことができる。さらに、グラファイトの加工箔や導電性樹脂、金属やグラファイトの混合物を挿入し、カソード・コレクタ２２を印刷する代わりに使用することができる。

カソード電気化学層２１は、約４３．４％（２０％〜６０％）のバッテリ・グレードの二酸化マンガン、約１４．４％（２％〜２５％）のＫＳ−６グラファイト、約２９．５％（２０％〜６０％）の６．５％（０．５％〜１５％）ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）水性溶剤、および約９．６５％（０．１％〜２０％）の脱イオンまたは蒸留水からなる湿った配合物を有した水性ベースのインクを使用して、既に印刷され乾燥されたカソード・コレクタ２２の一部分に印刷される。このインクは、約０．１ｇ／ｉｎ^２（０．０３〜０．２５ｇ／ｉｎ^２）の乾燥固着重量を可能にするために、約４６メッシュ（１０〜６５メッシュ）のグラスファイバ・スクリーンを用いて印刷される。乾燥印刷量は、必要なセル容量によって決定され、より大きい容量にはより多くの材料が必要である。より細かいメッシュのスクリーンによる複数回の実施の代わりに、極めて粗いメッシュのスクリーンによる、この異例な印刷方法を使用することによって、印刷ステーション数を減少することができ、セル性能を高めることができる。

好ましい構造中で使用される電子活性カソード電気化学層（２１）の材料は、高純度バッテリ・グレードの電気分解二酸化マンガンである。材料の粒径の範囲は、約１〜１００ミクロンであり、平均が約４０ミクロンである。コレクタへの塗布を容易にするために、材料がさらに細かいことが必要な場合、約１〜２０ミクロンの粒径範囲で、平均が約４ミクロンになるまで材料を粉砕する。

他のより少なく好ましい電子活性カソードの材料は、主題の構造中で亜鉛アノードとともに使用することができる。これらは、酸化銀Ａｇ_２ＯおよびＡｇＯ、酸化第２水銀ＨｇＯ、酸化ニッケルＮｉＯＯＨ、空気セルの形としての酸素Ｏ_２、酸化バナジウムＶＯ_２である。異なるアノードの材料とともに使用することができるカソードの材料は、ＣｄとともにＮｉＯＯＨ、ＡＢ_２およびＡＢ_３のタイプの金属水素化物とともにＮｉＯＯＨ、ＦｅおよびＦｅＳ_２とともにＮｉＯＯＨである。

カソード層２１のための好ましい構造中で使用されるバインダは、９５０，０００グラム／モルを超える高分子量のバインダの種類である。使用される好ましいポリマーは、ポリビニルピロリドン、Ｋ８５−９５またはＫ１２０（より大きい分子量）である。所望のとき使用することができる他の種類の材料は次を含む。ポリビニル・アルコール；米、ジャガイモ、トウモロコシおよび豆類を含んだ糊および改質糊の種類；エチルセルロースおよびヒドロキシル・エチルセルロース；メチルセルロース；ポリエチレン・オキシド；ポリアクリルアミド；ならびに上記材料の混合物。追加のバインディングは、テフロン溶剤または混合プロセス中にフィブリル化されたテフロンの使用から得られる。

次に、ＭＡＣｔａｃ社のフィルム接着剤、＃２１８０、ＩＢ１１９０やＩＢ２１３０などの両面乾燥フィルム接着剤のストリップ３１を、セル幅にわたってカソード・コレクタ２２を覆いかつアノード箔２５の下になるように挿入する。アノード箔２５を挿入後、他の接着剤／コーキング層であるフィルム接着剤３１Ａを、この層がカソード・コレクタ２２を覆うとともにアノードも覆うことを除き、同じ位置に貼り付ける。セル熱シールプロセス中でこのシール剤材料が熱的に活性化されて両方のコレクタのまわりおよびその上に流出し、実効的なセル・シール部１３が形成される。

約２ｉｎ×２ｉｎのセルのために、亜鉛箔／乾燥フィルム加圧接着剤積層のプリカットされたアノード・ストリップ２５（１．７５ｉｎ×０．２０ｉｎ×０．００４ｉｎ）を下側積層１２の内側表面上で、カソード・コレクタ／カソード・アセンブリに隣接しこのカソード・アセンブリから約０．０５０ｉｎ離れた位置に挿入する。挿入前に、２ミル厚さのバッテリ・グレードの亜鉛箔を、たとえば米国オハイオ州ストー（Ｓｔｏｗ）のＭｏｒｇａｎ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｃｏ．製の＃２１８０、ＩＢ１１９０やＩＢ２１３０など、リリース・ライナを有した両面乾燥フィルム接着剤に積層する。この積層が、幅が広い亜鉛製ロール（幅約３〜１２ｉｎ）上で終了された後、この積層された構造は、約２ｉｎ×２ｉｎのセルのために、幅が約０．２００ｉｎ（０．１５０ｉｎ〜０．３００ｉｎ）の狭いロールに細長く切断される。他のサイズのカソードを有した他のサイズのセルは、アノード積層のために、異なるスリット幅および長さが必要になることがある。これらの幅は、約０．１０ｉｎほどの狭さから約１〜２ｉｎになることがある。より狭い幅が必要なとき、処理を容易にするために亜鉛ワイアを使用することができる。長さは、数十インチからもっと長い範囲になり得る。代替の構造では、基板に亜鉛箔を貼り付ける前に基板上に接着剤を印刷することによって、積層を実施することができる。

糊コーティングを有するペーパ・セパレータ層２３をアノードおよびカソードの層の上に配置する。糊コーティングは、アノード層２５に対向して位置することが好ましい。あるいは、ペーパ・セパレータは、ペーパ側をアノードに対向するように配置してもよく、その場合は糊コーティングは、ペーパの反対側上にあり、アノード層２５に対向しないことになる。あるいは、ペーパ・セパレータは、糊層がアノードに対向し、糊の無いペーパ側がカソードに対向するように、折り曲げることができる。

あるいは、セルがセパレータ層を含まず電解質だけを有するとき、セル性能が、依然として満足できるものであることがわかっている。この特徴によって、ペーパ挿入ステーションおよびプロセスが無くなることになり、それゆえセルのコストが低減し組立プロセスがより簡単になる。したがって、セパレータ層の無いセル実施形態も提供される。

セル部品をすべて含んだ下側積層１２の上に、上側積層１１の内側表面を配置する（積層を折り曲げることによってなど）。上側積層１１を貼り付ける前に、コンタクトホール１７および１８を打ち抜く。その実施後、これらの切り欠き部は、セルのマイナス・コンタクト１５およびプラス・コンタクト１６の上に位置する。

内部構造を有した２つの層１１および１２を含んだ積層されたポリマー・パッケージを熱でシールしてセル・シール部１３を形成する。密封された第１の縁部はサイドＣであり、それは図２に示すようにセル・コンタクトがホルダの上部にあり、ホルダに対面しているとき、セルの左手サイドである。次に、底部縁部（サイドＢ）およびセル・コレクタ領域を貫通する上部縁部（サイドＡ）を熱でシールする。これらの３つのサイドをシールした後、開ポーチが形成される。セル電解質２６をここでセルに加えて数秒間浸漬した後、電解質のいくらかがセパレータ２３およびカソード２１によって吸収される。ここで、セル・シール部１３が、セル右手縁部（サイドＤ）を熱でシールすることによって、完成される。

１層当たりの厚さが約３ミルの好ましい積層を使用した、完成品である印刷される薄型セルの測定された厚さは、測定方法に依存する。捕捉された空気の移動が許されるキャリパ（ｃａｌｉｐｅｒ）を使用すると、セル容量によるが、厚さは約１５〜２６ミルの範囲になる。約６ｍＡＨｒで、全セル厚さは約０．０１８ｉｎになり、一方、約２０ｍＡＨｒの容量を有したセルは厚さが約２４ミルになる。ディジタル・ハイト・ゲージおよび／またはセルほどの大きさのプラテン（ｐｌａｔｅｎｓ）を有したキャリパを使用してセルを測定した場合、セルの測定された厚さは、約０．０３０ｉｎ〜０．５０ｉｎになる。本願で述べたようなより厚い基板（層当たり約６ミル）を使用する場合、捕捉された空気量が最小限になり、それゆえ全セル厚さの増加は、約６ミルだけの基板厚さの増加より少ない。

これらの薄い印刷される可撓性の平らなセルを高速低コストで製造するために、本発明は、構成要素をセル・パッケージ・コンテナ（積層されたフィルム）に貼り付け、ならびにセル構成要素が貼り付けられたフィルムを処理し、それらを自動的に組み立ててセルにする、フォーマットおよびプロセスを提供する。この製造プロセスを容易にするために、上記に述べたセル構造のいくつかの部分は、図６および図７に示すように変更される。それについては以下の段落で述べる。

図６および図６ａのバッテリ・セル２００の実施形態では、上側積層層２１１および下側積層層２１２を、単層基板２５６を使用して組み合わせ、次いでセル構成要素すべてをその内側表面に加えた後、積層をその中心２４４で折り曲げて、上側および下側層２１１および２１２をそれぞれ形成する。図８に、どのようにセルを積層シート／ウェブ上に構成することができるかについてのウェブ・フォーマット４０を示す。代替の構造では、広い基板シート／ウェブを折り曲げる好ましい構造の代わりに、適当な位置に上側層を挿入または積層することができる。

図６および図６ａの実施形態２００に戻って参照すると、亜鉛箔／接着層積層は、上記に述べた元の構造におけるように、プリカットされたストリップに加えられないが、プレスの機械方向で１つの連続したストリップ２２５として加えられる（図８に示す連続アノード・ストリップ４２も参照）。これによって、高速印刷プレスまたは他のタイプのウェブ処理装置上で、容易に積層することが可能になる。亜鉛箔は、セルの上部シール領域および底部シール領域の両方に配置されることになる。もしくは、より少なく好ましい形態として、機械方向の直角方向に亜鉛箔／接着剤積層を配向することができ、それによってセル／バッテリ組立に追加の利点をもたらすことができる。

セル構造の前述の記載では、両面乾燥フィルム接着剤は、上部シール領域中であって積層の上かつ亜鉛箔／接着剤積層の下に施された。この材料は、セル・コンタクトを密封するために、セルの外側にセル・コンタクトを伸ばす前に、使用される。高速製造の構成では、乾燥フィルム接着剤は、アスファルト溶剤やＡｃｈｅｓｏｎ Ｃｏｌｌｏｉｄｓ社製の熱シール性接着剤＃ＰＭ０４０など、印刷可能な接着剤／コーキング・タイプの材料２３１で置き換えることができる。この材料は、熱シール性であることに加えて、基板、亜鉛箔および印刷されたインク・カソード・コレクタへの良好な接着性を有する。乾燥フィルム接着剤および印刷される接着剤を両方一緒に使用することが有利な場合もありうる。

この印刷されるパターンは、コンタクトシール領域２３１を通して、ならびに連続アノード・ストリップのための底部シール領域２３２中に印刷される。この接着剤ストリップ２３２は、全底部にわたって両方向に伸びる、または上部接着剤ストリップ２３１と類似の長さで伸びることを含め、様々な長さのものとすることができる。図６、６ａに示すように、この接着剤／コーキング・ストリップは、半分に折り曲げられたウェブの両方に印刷される。図７に、折り曲げられた位置で上部シール領域を通る、このウェブの断面を示す。図７に、折り曲げられた縁部２２８ならびに開放端２２９を示す。この構造は、接着剤／コーキング材料をアノード・ストリップ２３０の上に、およびアノード・ストリップ２３１の下に置き、これにより接着剤／コーキング材料がアノード基板ギャップ２０２内を充填することが可能になる。

セル構造の前述の記載では、両面乾燥フィルム接着剤は、上部シール領域中であって積層の上かつ亜鉛箔／接着剤積層２２５の下に施された。この材料は、セル・コンタクトを密封するために、セルの外側にセル・コンタクトを伸ばす前に、使用される。図６、図６ａの実施形態では、乾燥フィルム接着剤は、アスファルト溶剤やＡｃｈｅｓｏｎ Ｃｏｌｌｏｉｄｓ社製の熱シール性接着剤＃ＰＭ０４０など、印刷可能な接着剤／コーキング・タイプの材料２３１で置き換えられた。この印刷パターンは、図６、図６ａに示すように、コンタクトシール領域２１６を通して、ならびに連続アノードストリップのための底部シール領域２３２中に印刷される。この接着剤／コーキング・ストリップは、半分に折り曲げられたウェブの両方に印刷される。

図７に、折り曲げられた位置でコンタクトシール領域を通った、このウェブの断面を示す。図７に、折り曲げられた縁部２２８ならびに開放端２２９を示す。この構造では、接着剤／コーキング材料２３０がアノード・ストリップ２２５の上に、およびアノード・ストリップ２３１の下に置かれ、それによってそれがアノード基板ギャップ２０２内を充填することが可能になる。乾燥フィルム接着剤および印刷される接着剤を両方一緒に使用することが有利な場合もあり得る。

上記の接着剤の有効性は、特有の幾何形状によって高めることができることが、さらに判明している。図６ａに示すこの新しい幾何形状を、本明細書では「ピクチャ・フレーム設計」と称する。図６ａでは長方形として示されているが、「ピクチャ・フレーム」の正確な形状および幅はセルの幾何形状次第であり、円形、正方形、三角形やそれらの組み合わせなど多くのパターンが可能であり、用途によって用いることができる。本願で示した実施例（図６ａ）では、この新しいパターン２３１ａおよび２３０ａは、前述した利点を超える、少なくとも２つの利点を有することができる。これらは、以下の通りである。
ピクチャ・フレームは、フレーム内に含まれる活性セル材料をすべて保持するように企図される。実際の実施では、セルの漏れ量に顕著な低下が見られた。熱シール性接着剤は、シール剤／コーキング材料を使用することによって、標準のアモルファス熱シール層より有効になると考えられる。
また必要なシール領域中だけに位置付けられた、ピクチャ・フレーム接着剤パターンを使用することによって、基板全体を覆うアモルファス熱シール層を無くすことができる。この層の削除により、特殊な基板をより容易により安価に製造できるようになるだろう。

代替の実施形態では、亜鉛箔／接着剤積層を無くし、その代わりにアノードを印刷することによって、製造プロセスをさらに改善することができる。これは次のような方法で実施することができる。

第１の方法では、現行の導電性銀、導電性ニッケルや炭素インク等に類似した導電性亜鉛インクを製造することになる。次いで、このインクは、セルのカソードに一致するようなパターンで印刷される。図６ｂに、このセル構造６００の典型的な実施例を示す。この図面では、部品番号すべては、変更された部品を除き、図６、図６ａのセル構造２００と同じである。

図６ｂに示すこの実施形態は、印刷されるアノード６２５を含み、それは、約０．２０ｉｎ×厚さ約０．００２ｉｎである。この構造の幅および厚さによってセル容量は制御されるため、上記の寸法は本願で述べるサイズとして単に典型的なものであり、必要に応じて変更することができる。接着剤６３１ａが印刷される位置は、構造２００のアノードの上とすることができるが、アノードコンポジットの下とすることはできない。

図６ｃを参照すると、印刷アノードのこの代替プロセスを使用する第１のステップでは、所望のアノードと同じ位置にある導電性パターンを印刷し、マイナス・コンタクト領域６１６を形成することになる。これは、アノード・コレクタ６３６が上部シール領域６３１ａを貫通して伸ばされることを除き、シール領域を貫通して伸ばされてプラス・コンタクト領域２１６を形成するときのカソード・コレクタ２２２の場合と類似である。好ましい材料は、カソード・コレクタ用に使用されるような導電性炭素と同じ材料になる。同じ材料を使用することによって、余分な印刷ステーションが必要でなくなる。この材料はカソード・コレクタ用に既に印刷されているものであるからである。アノード・コレクタ材料を選択するための主な制約は、亜鉛アノードとの適合性であり、選択される好ましい材料は炭素である。

アノード・コレクタのために使用することができる他の材料は、白金、チタニウムおよびタンタルを含む。アノード・コレクタが必要なのは、亜鉛インクを導電性にすることが極めて困難であり、したがって実質的に非導電性の亜鉛インクが電気化学アノード層に使用されるとき、アノードは、カソードがカソード電流コレクタを必要とするのと同じ理由で、アノード電流コレクタを有すべきであるからである。アノードをより一層導電性にするために、高導電性アノード・コンタクト６１６をアノード・コレクタの上部に印刷する。これは、カソード・コンタクト２１６と同時におよび同じステーションで使用し印刷することができる、銀や他の高導電性材料を含んだインクとすることができる。印刷アノード・コンセプトの使用によって、亜鉛箔／接着剤積層と比べたとき、多くの利点を得ることができる。これらについては、次の段落で論じる。

アノードの適用は、オンラインで、かつセルの他の部分が印刷されるとき同時に実施することができる。したがって、接着剤積層への亜鉛箔のオフラインの作業およびこの亜鉛／接着剤積層の細長く切断する作業（ｓｌｉｔｔｉｎｇ）は、省くことができる。さらに、専用印刷プレス・ステーション上でまたはオフライン作業での亜鉛箔／積層の貼り付け（積層）も省かれる。さらに、アノードの形状およびサイズは、印刷スクリーンまたは印刷プレートを変更することのみによって、容易に変更することができる。

シール領域中の印刷される材料の厚さは、コレクタであろうがアノードであろうが、亜鉛／接着剤積層を使用したときより極めて薄くすることができ、したがってカソード・コレクタと同じまたは同様な、より良好なシール状態が得られる。

亜鉛箔／接着剤積層は、機械方向に連続ストリップすることで最も容易に貼り付けられ、その幾何形状は長方形に限定され、細長く切断できる幅をもつものに限定される。さらに、アノード・ストリップが連続しているので、底部シール領域中でさえ、セル長さ全体に積層を貼り付けなければならない。この特徴によって積層使用量が増加し、ならびに処理および効率の点で底部シール領域を複雑化する。印刷されるアノードは、あらゆる幾何形状のものとすることができ、機械方向ならびにそれと直角方向に容易に印刷することができる。

セル中の内部抵抗は、すべての後に続く層を貼り付ける前に、硬化された／乾燥された電流コレクタ、カソードおよび／またはアノードのインク堆積物をコロナまたはプラズマで処理することによって、さらに低減することができる。内部セル抵抗の低減は、セルの放電電流率特性を高める働きをすることになる。この特徴は、表面処理の２つの側面によって得られる。ａ）表面張力が増加し、それによって濡れ性が改善され、導電性層間の接触が密になる。ｂ）硬化された／乾燥された導電性インクの樹脂（および電気的絶縁）表面を化学的または物理的にエッチング除去し、それによって、その後に続く層への電気的接続のために、導電性粒子のより多くを露出させる。

コロナまたはプラズマ処理の他の貢献要因は、有機および無機の汚染の除去、層間接着強度の増加および残渣の除去を含む。このようにして、カソード層は、より良好に電流コレクタ層と電気的に接触し、カソード層および亜鉛インクは、電解質とより良好に電気的に接触することになる。

両者の処理の作用を次に記述する。コロナは、放電領域中の酸素分子をその原子の形に分離させる。これらの酸素原子は、被処理材料の表面の分子と結合され、それによって表面分子構造を、インク、コーティングおよび様々な接着剤を極めて受け入れやすい構造に変化させる。大部分のフィルムおよびシートの材料は、滑らかで滑りやすい表面（低表面張力）を有する。コロナ処理は、実際、表面を化学的に粗くし（表面張力を大きくする）、その表面が、塗布されるインク、コーティングや接着剤を捉えることを可能にする。実際、その結果生じる化学的結合は、表面との単純な機械的結合より良好である。

プラズマは、物質の第４番目の状態であり、ガスを大量のエネルギーで帯電させることによって生成される。プラズマは、極めてガスに似た挙動を示すが、それは光を放出し、自由イオンおよび電子を含んでいる。プラズマが高速で対象物に投射されたとき、その表面はプラズマと反応する。

プラズマ処理は、高度に通電させた分子およびイオンを使用して、対象物の表面を微視的なレベルでブラスト（ｂｌａｓｔ）する。さらに、プラズマ源として空気を使用するとき、酸素が、対象物の表面上の炭水化物などの汚染物質と反応し、それが連鎖を断ち切り、それらを吹き飛ばす助けをする。有機性表面上では、極性群および活性ラジカルを生成することができ、それは、表面付着性を増す助けをする。有益な副次的効果は、処理される表面の中性化および無塵埃化である。

製造方法
高速大量生産プロセスは、図８に示すように、ウェブ・フォーマット４０を使用することが好ましく、図９のフロー図によって処理される。

その縁部が既に所定のサイズに整えられ、２幅について示された、公称１ｉｎ^２のカソードのためのウェブ・フォーマット４０は、約８．００ｉｎである。ウェブの変更は容易であり、いかなるセル・サイズおよび／または幾何形状でも印刷することができる。高速／大量生産では、ウェブ・フォーマット４０は、１６．０ｉｎの最終サイズに整えられる前、少なくとも４つのセル幅または約１８ｉｎの全ウェブ幅を含むことになる。

セルの複数列を切断ライン４１で細長く切断することになる。この４ｉｎ幅のロールは、セル組立機械において必要なセル構成要素をすべて含み、それには、水平ポーチ・フィラーが選ばれる。この完成したウェブ４０は、亜鉛／接着剤積層４２を含み、それは、カソード／カソード・コレクタ・アセンブリ４３から約０．０５０ｉｎ離れて隔置される。

折り曲げライン４４の他側では、あらゆる所望な色の組み合わせで従来のグラフィック・インクを使用して、ウェブの反対側にセルグラフィックス４５を印刷することができる。グラフィックス４５の一部分が、ボックス４６中に示されるコンタクトの極性を示すこともできる。この図面には示していないが、グラフィックス層は、所望なら、セル・ケースの任意の部分にもコード・データを含むこともできる。

また、ウェブのその部分上には、マイナス・コンタクト切り欠き部１７ならびにプラス・コンタクト切り欠き部１８がある。ウェブのこの部分が、ポーチ・フィラーのセル組立ラインなどで、折り曲げライン４４に沿って折り曲げられたとき、これらの切り欠き部は、セルのアノードおよびカソードへの外部からの電気的接触を可能にする。

ウェブは、マルチステーション連続ウェブをベースとした印刷プレス上で処理することができる。これは、１１ステーションの印刷プレスでの１回のパスまたはより少ないステーションからなるプレスでの複数回のパスで、実施することができる。そのステーションは、図１０に示すように、Ｋｌｅｍｍ社製などの平らなベッド・スクリーン印刷ステーション３００を有することができる。プレスは、ＭａｒｋＡｎｄｙ社製のプレスなど、様々なタイプの印刷方法を有した、印刷および機械的操作を含む連続ウェブ・プレスとすることもできる。これらの印刷ステーションは、回転スクリーン、フレキソ印刷およびグラビアさえ含むことができる。

図１０の最初のＫｌｅｍｍステーションは、穴あけステーション３０１などのウェブ位置合わせメカニズムやウェブ位置合わせ用の他の方法から構成される。（最初のステーションだけが、通常、この位置合わせメカニズムを有することが必要である。というのは、他のステーションは、ウェブ縁部を制御するために、この方法を使用するからである）。

次は、印刷ステーション３０２であり、それは、たとえばスクリーンおよび／またはステンシルを使用することができる。その選択は、印刷される材料、印刷パターン、ならびに必要な印刷厚さに基づくことになる。

インクを塗布した後、それを乾燥および／または硬化しなければならない。これは、ＵＶ光３０３および／または強制空気乾燥機３０４によって実施される。乾燥時間がより長く必要な場合、タワー型乾燥機３０５を使用することもできる。

製造プロセス全体は、図１１に示すように、印刷ステーションならびに他のタイプのステーションを使用する。この製造プロセス機械９００は、ウェブ４０のための繰り出しステーション９０１、第１の印刷ステーション９０２を含み、それは、また、ウェブ位置合わせ方法を含み、セルの外側２１１であるウェブ４０の上部側にグラフィックスを印刷し、次いで、ウェブ転置ステーション９０３が、ウェブをひっくり返して、ウェブ４０の底部サイドであるウェブ底部表面（図６の２１２）の印刷を可能にする。

ウェブ４０は、次いで、コレクタ印刷ステーション９０４、カソード・コンタクト印刷ステーション９０５、接着剤／コーキング印刷ステーション９０６およびカソード印刷ステーション９０７によって処理される。プレス設計、印刷するインクおよび必要な印刷厚さによって、様々なステーションのための印刷方法を、回転スクリーン、フレキソ印刷、グラビア、ステンシルなどとすることができる。印刷作業のすべてが終了した後、次に、ウェブ４０は、次のステーション９０８中で処理される。このステーションは、コンタクトホール２１７（マイナス・コンタクト）および２１８（プラス・コンタクト）をウェブ４０中に穿孔する。次いで、ウェブは、アノード貼り付けステーション９０９に進む。

アノード２５をウェブ４０へ貼り付ける前に、亜鉛／接着剤積層２２５が、図１２に示すような補助装置上で製造される。この積層機械７００は、接着剤／ライナ繰り出しステーション７０１、亜鉛箔繰り出しステーション７０２および一対の加圧ロール７０３から構成される。このステーションでは、亜鉛箔７９５および接着剤フィルム／ライナ７９６が加圧ロール７０３を通過するとき、２つのフィルムにかかる生成された力によって、亜鉛箔７９５および接着剤フィルム／ライナ７９６は「強固に結合」させられる。

亜鉛箔／接着剤積層７９７が形成された後、それは、一式の切断ナイフ７０５（ナイフ数は、ウェブ幅ならびに必要なスリット幅に依存する）を含んだ切断ステーション７０４内に送られる。この積層７９７は、個々のロール７３５に切断されて、巻取りステーション７０６でアノード積層７２５を形成する。

次いで、アノード積層の個々のロール７３５は、図１１および１３に示すマルチ・ステーション製造機械９００のアノード貼り付けステーション９０９内に配置される。アノード積層７３５が繰り出され、接着剤積層のリリース・ライナ７１０がその廃棄に先立ちロール７１１上に巻かれ、アノード積層７２５がウェブ４０上で連続ストリップ中に貼り付けられ、公称間隔約０．０５０ｉｎ離れてカソード・コレクタ・アセンブリ４３に隣接する。なお、間隔の許容範囲は、約０．０１０ｉｎ〜０．２０ｉｎである。

加圧ロール７１２は、この作業に必要な力を加えて、アノード積層７２５のウェブ４０への良好な接着を保証する。セル４９の列がライン４１に沿ってステーション９１０上で切断されたとき、ウェブ４０の処理が終了する。次いで、ウェブ４０のセル４９の個々の列は、図１１に示すように、ステーション９１１中で個々のコア上に巻き取られる。次いで、セル４９の単位列は巻き戻されて、処理された材料の品質を判定するために検査される。この操作によって、欠陥材料にマークを付け、および／またはウェブ・ロール４００を形成するためのセル組立機械上での処理前に列から除去することが可能になる。

次に、セル材料は、ウェブ・ロール４００の形で、幅が１単位、長さが数千単位でポーチ組立機械へ供給される。図６、図６ａ、図６ｂ、図６ｃおよび図８に示すように、ウェブは、下側基板２１２、印刷コレクタ２２２、印刷コレクタ・コンタクト２１６、印刷カソード２２１、印刷シール接着剤２３１および２３０、ならびに亜鉛箔／接着剤積層２２５を一側に含み、その一側は、ウェブ４００が折り曲げられて上側積層２１１および下側積層２１２を形成すると、バッテリの内部サイドになる。ウェブの他側には、コンタクト切り欠き部２１７および２１８が存在する。グラフィックスは、最終単位の外側になる、ウェブ４０のこの側に、使用しても良くしなくても良い。

次いで、ウェブ４００は、図１４に示す水平ポーチ・フィリング機械５００の繰り出しステーション５０１内に配置される。ポーチ・フィリング機械は、フロリダのＢａｒｔｅｌｔ社およびイリノイ州ロックフォード（Ｒｏｃｋｆｏｒｄ）のＨＭＣ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社を含む、いくつかの米国の会社で製造される。

ウェブは、第１のステーション５０１内で繰り出され、次いで中間（ウェブの中心線４４）で折り曲げられてシールするための均一な縁部が形成され、外部接続部によるバッテリへの接続用のコンタクト切り欠き部が適切に位置付けられる。折り曲げは、まずはカラー・ガイド冶具（ステーション５０２）によって行われ、その冶具は、２つの上部縁部または前者の外側ウェブの縁部を調整して、位置合わせ、接合、シールするために一致させる。折り曲げおよび位置合わせは、２つの垂直バー（ステーション５０３）によっても実施され、その垂直バーは、ウェブの２つのサイドを一緒に、それらがステーション５０４内で互いに熱シールされるまで、押している。

形成用カラー・ガイド５０２は、水平ポーチ・フィリング機械上で使用される新しい工夫である。従来、折り曲げ作業は、プラウ（ｐｌｏｕｇｈ）によって実施される。プラウを用いて、ウェブの内側層が、プラウの外側を通過する。

通常のフィラー・ポーチ作業では、ポーチが、食品など様々な材料で充填され、ポーチの内側層が滑らかな表面であり、それゆえプラウとウェブの間で磨耗は問題とならない。本発明による単位セルの場合、ウェブ４００の内側層は印刷パターンを有する。これらの印刷パターンは、それらがプラウの上を通るとき磨り減ることが、本発明者等によって判明した。この有害な状態を無くすために、ウェブ形成はカラー・ガイド５０２を用いて実施され、それによってウェブ４００および形成用ツールの磨耗は外側層上になり、それゆえ内側印刷層はすり減らなくなった。

最終セルの方向でセル・サイドＣとして表された折り曲げられた縁部２２８、または折り曲げられたウェブ４００の底部におけるまたはその近くにおける、熱シール（ステーション５０４）によって、広がることが防止され、それゆえ適切な位置で折り曲げ部が確保される。２つの上縁部２２９の適切な位置は、互いに同じである。

次に、セパレータ２３が、ステーション５０５内でウェブのオープンサイド間に挿入される。ペーパ・セパレータは適切な幅に予め切断され、リール上に配置される。次いで、挿入直前に、適切なサイズにその長さを切断する。製造中のセルがセパレータ層を使用しない場合、このステップは省略できることに留意されたい。

次に、垂直方向の熱シールが、２つの隣接するユニットの先頭および後のシール両方に対して、ステーション５０６において１回の熱シール作業で実施される。これによって、ステーション５０８中で、２つの隣接したユニットの先頭および後のシール部を形成する、この二重幅のシールの中心近くで、セルを切断することが可能になる。これらのセル・シールサイドは、サイドＡおよびＢとして示される。

引き込みロール（ステーション５０７）は、繰り出しステーションからウェブをナイフ・ステーション５０８に引き込む。このステーションは、ウェブ４００から先頭のセル・ポーチ５５０を切断し、次いでそれは、次のステーション５０９のポーチ・クリップによって取り上げられる。ステーション５０９の連続チェーンに取り付けられた２４個のセル・クリップ（図示せず）がある。ステーション５０９のこのチェーン／クリップ・アセンブリは、ポーチを移動してポーチ・フィラーの残りのステーションを通過させる。

ステーション５１０は、３つの主な構成要素を有する。これらは、カナダのＨｉｂａｒ社製などの正確なポンプ５１１、米国イリノイ州のＨＭＣ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社製などの機械的機構部分を有したまたは有さないノズル５１２、およびポーチ真空開閉メカニズム（図示せず）である。この組み合わせによって、開いたポーチ中へのノズル挿入が可能になり、それによって正確な量の電解質２６が、オープン・セル・ポーチ５５０内へ分注されることになる。

この製造プロセス中で電解質溶剤の衛生的な分注を容易にするために、ポリマー濃厚剤を電解質溶剤に添加することができる。好ましい材料は、全電解質の約０．６重量％の量のカルボキシメチルセルロースであり、その範囲は、約０．０１重量％〜１．２重量％である。他の種類の濃厚剤を使用することもできる。これらは、カソード・バインダと同じ種類の材料としてもよい。他のより少なく好ましい種類の材料は、次を含む。ポリビニル・アルコール；米、ジャガイモ、トウモロコシおよび豆類を含んだ糊および改質糊の種類；エチルおよびヒドロキシル・エチルセルロース；メチルセルロース；ポリエチレン・オキシド；ポリアクリルアミド；ならびに上記材料の混合物。

これらの電解質濃厚剤の使用によって、セル外部パッケージへの汚染が最小限になる、または無くなる。それは、さらに、シール前のシール領域の汚染を最小限にする、および／または無くす。これは、高粘性電解質と相まって、セルの寿命期間中、セル漏れを最小限にするおよび／または無くす。こうした性能面での利点があることから、セルが、手作業でまたは簡単な低速装置などによって少量生産セルとして生産されるとき、この濃厚にされた電解質の使用は、やはり好ましい。

分注後、最後の熱シール（セルの上部サイドＤ）がステーション５１２中で行われる前に、捕捉された空気をポーチから抜くようにして、サイドが閉じられる。

次いで、ポーチ（セル２００）が４つのサイドすべてにおいて熱シールされ、それは、必要な構成要素および材料をすべて含むことになる。完成セル２００が、クリップから取り外される前に、各セルは、スタンプ、インクジェット印刷や他の適切な手段によって、コード表示される。その取り外し前に、各セルの電圧チェックをすることもできる。

コード表示を含み電気的にチェックされた完成セルは、ステーション５１３で取り外され、後の作業に搬送するためにコンテナ５１４中に落とされる。このコンテナは、電気試験に基づき良品セルだけを収容し、および／または欠陥セルは、マークされ、同じコンテナに収容される。

良品セルの取り外しは、多くの代替工程の使用によって実施することができ、真空アームでの取り外し、その応用に応じた所定の位置への配置、出荷用コンテナ中への収納、ＰＳＡ接着剤のロール上に置いた「セル・ラベル」ロールの形成などが含まれる。

さらに、すべてのその後の層を貼り付ける前に、製造プロセス中のある適切な時に（印刷作業中など、追加のステーションを加えることによって）、硬化された／乾燥された電流コレクタ、カソードおよび／またはアノードのインク堆積物をコロナまたはプラズマを用いて処理することによって、セル中の内部抵抗をさらに低減することができることは上述したとおりである。

マルチ・セル・バッテリ
いくつかの用途では、適切な動作のために、３ボルトおよび／またはより高い電流容量が必要である場合がある。したがって直列および／または並列接続部を有したバッテリ・パックが、これらのより高い電圧および電流の要求を満たすために望まれる。これらのバッテリ・パックは多くの異なる構造で製造することができ、それらのいくつかを以下に述べる。

図１５〜図２０に、これらの構造のいくつかを述べる。図１５および図１６に、直列に接続された単位セル１０を使用した、３つの異なるバッテリ構造を示す。上部ラベル無しで図１５に示すバッテリは、３ボルト３００、６ボルト６００および９ボルト９００のバッテリを含む。図１６では、単位セル１０Ｌを有した同様のバッテリを示し、それは、３ボルト３０Ｌ、６ボルト６０Ｌおよび９ボルト９０Ｌを含み、上部ラベルを有して示してあり、したがってマイナス・コンタクト１１５およびプラス・コンタクト１１７のみが、露わになっている。

これらのバッテリは異なる電圧を有するが、これらは、上記に述べた個々のセルについて同様の基本構造を用いる。３ボルトのバッテリ３０または３５０用に使用することができる基本構造は、いくつかある。

図１７に、バッテリ・ラベル３５０を形成することになるリリース・ライナ３０２を有した両面フィルム接着剤３０１を使用したバッテリ３５０の断面を示す。２つの単位セル１０が接着剤上に配置される。これらのセルが費やす領域を最小限にするために、内側熱シール領域１３が重なるように形成することができる。領域がクリティカルでない場合、これらの単位セルは、縁部と縁部が接して配置することができる。

図１６に示すように、２つの単位セルは、ポイント３０５および３０６において導電性接着剤を用いてそれぞれに固定された金属性箔３０４によって、直列に接続することができる。この接着剤は、たとえばＡｃｈｅｓｏｎ Ｃｏｌｌｏｉｄｓ社製の銀調合エポキシ＃５８１０、またはＥｍｅｒｓｏｎ ａｎｄ Ｃｕｍｉｎｇ社製の即硬化導電性接着剤＃１２８７３−３２とすることができる。導電性接着剤の１滴３０５をマイナス・コンタクト１５において単位セル（右手セル）上に加え、ならびに１滴３０６をプラス・コンタクト１６（右手サイドのセル）上に加える。これらを配置後、亜鉛などの金属箔ストリップ３０４を上部に置き、次いで導電性接着剤を硬化させる。接着剤が硬化したとき、バッテリ・ラベルが完成し、リリース・ライナを除去して使用することができ、アプリケーションにバッテリを搭載することができる。

図１８に示したそのような構造の断面図によって、第２の構造も提案する。この構造では、単位セル１０は、内側シール領域１３を重ねることによって互いに付着される。重ね合わせた後、シール領域は、一緒に熱シールすることができ、または加圧接着剤１１３によって固定することができ、したがって３ボルト・バッテリ３０の組立が、電気的接続部を除き完成する。次いで、電気的接続部は、上記の構造で述べたように製造される。

バッテリ構造は、図１９に示すように、単位セルを一緒に印刷されることによって、製造することもできる。この図面に、下側積層８１２上に印刷される印刷９ボルト・バッテリ８００を示す。この図面の読解および理解をより容易にするために、個々のセル／バッテリの部品について、番号で識別されるところは、クロスハッチングで示してある。

以前に述べた単位セルの印刷でのように、印刷する最初の層は、炭素カソード・コレクタ８２２であり、９ボルト・バッテリを製造するので、印刷作業では電気的に接続されたグループで６個の単位セルがあることになり、それゆえ６個のカソード・コレクタ８２２および６個のカソード８２１などが各バッテリにあることになる。

次の印刷層は、銀または他の高導電性材料のカソード・コンタクト８１６である。銀コンタクトが印刷されるときと同時に、セルのマイナス部を隣接したセルのプラス部に接続するセル・コネクタ８０４が、やはり５つの異なる位置で印刷される。

同じインクを用いて同時に印刷される最終アイテムは、バッテリ・コンタクトである。これらは、バッテリのマイナス・コンタクト８１５およびバッテリのプラス・コンタクト８１７である。単位セルのシールステップでのように、シール領域中のアノードおよびカソード・コレクタには接着剤／コーキング８３１を使用することができる。接着剤／コーキング８３１はシールが実施されている間、熱で活性化され、６個の各単位セル上に印刷される。導電性接着剤の１滴８０５が既に印刷されたバッテリ・コネクタ８０４の上部に塗布され、それは、予め切断されたアノード・ストリップ８２５の直接下になる。これらのストリップについては先に述べており、単位セル構造について上記で説明した技術と同じまたは類似の技術を使用して各セルに貼り付けられる亜鉛／接着剤積層であり、導電性接着剤８０５の上部にある。このバッテリの用途では、乾燥フィルムＰＳＡは、塗布されない、またはそれは、導電性接着剤が塗布された領域中では除去される。この接着剤は、たとえば、Ａｃｈｅｓｏｎ社製の５８１０銀導電性エポキシ、またはＥｍｅｒｓｏｎ ａｎｄ Ｃｕｍｍｉｎｇｓ社製の即硬化銀導電性接着剤とすることができる。

本発明による他の構造は、セル／バッテリ構造を応用デバイス自体に集積化することである。これは、図２０に示すように実施することができる。図２０は、バッテリ・コンタクト９０６、９１０および９１１と、温度センサ９０２と、温度を連続的に表示するデジタル表示装置９０３と、温度が指定された範囲外にあるとき起動されるフラッシュＬＥＤライト９０４とを含んだ回路９０１を含む温度センサ・デバイス９００を示す。

最後は、１．５ボルト単位セルの位置を画定する、要求された３ボルト・バッテリを形成する２つの単位セル用のコンタクトである。単位セル＃１９０５が、マイナス・コンタクト９０６およびプラス・コンタクト９０７を有し、単位セル９０８が、マイナス・コンタクト９０９およびプラス・コンタクト９１１を有する。プリント回路の一部分であるジャンパ・バー９１０が、単位セル９０５のプラス・コンタクト９０７を単位セル９０８のマイナス・コンタクト９０９に接続し、それによって直列接続を形成し、単位セル９０５および９０８間で３．０ボルト・バッテリを形成する。単位セルは、単位セルのコンタクトを回路に保持することができる加圧クランプ、クリップなどの機械的手段や他の機械的手段によって回路９０１に接続される。単位セルのコンタクトを回路に保持することができる。また、コンタクトは、はんだ、導電性接着剤などによって、スルーホール技術を使用してまたは用いずに固定することができる。

アノードおよび／またはカソード・コレクタの印刷によって、導電性接着剤および／またははんだなどを使用することなく、印刷プレス上で直接バッテリ・パック中への単位セルの直接接続が可能になる。セル／バッテリ構造および接続部の印刷は、本願明細書で後に詳細に記す。

一般的な構造に対する変更は以下に示される。またそれは、６個の炭素カソード・コレクタ８２２および６個のアノード・コレクタ８５０が印刷される、図１９Ａに示すようなバッテリ８９９で示される。アノード・コレクタの上部には、亜鉛アノード８５１が、パターン化された領域で示したセル活性領域内に印刷される。

アノード・コレクタは印刷することができるので、図１９のバッテリ８００の構造で述べた導電性接着剤８０５の必要性は求められない（以下参照）。というのは、印刷銀コンタクトは、印刷コンタクトおよびコネクタすべてと優れた接続をなし、したがって良好な電気的接触がなされるからである。

電子応用または類似のデバイスも、上記に述べた印刷アノード・バッテリの技術を使用して製造することができるはずである。このプロセスでは、印刷バッテリ（または、１．５ボルトが必要な用途の場合、セル）は、上記の段落で述べたように製造される。次いで、このプロセスは、類似のまたは追加の方法ステップを使用して、必要な作業を含むように拡張されて、同じ基板上にデバイスを製造する。

印刷される可撓性薄型セル／バッテリは、多数の潜在的な用途を有することができる。これらは、例として次の一般的なカテゴリを含む。
１）宣伝およびプロモーション
２）玩具、ノベルティ商品、書籍、グリーティング・カード、ゲーム
３）在庫調査および管理（スマートＲＦＩＤタグなどのような）
４）セキュリティ・タグ
５）温度、湿度など状態表示器
６）医薬品および／または化粧品へのイオン導入用途
７）スマートオムツ、失禁製品などのヘルスケア製品

具体的な実施例および実施形態を使用して、本発明を上述したが、本発明の範囲から逸脱せずに、様々な代替形態を使用することができ、本明細書に述べられた要素および／またはステップを均等物に置き換えることができることは、当業者に理解されるはずである。本発明を特定の状況に、または特定の要求に適応させるために、本発明の範囲から逸脱しない範囲で修正が必要になることもあり得る。本発明は、本明細書に述べられた具体的な実装形態および実施形態に限定されるものでなく、文言上または均等上（均等物の開示の有無を問わず）の観点からすべての実施形態をカバーするように特許請求の範囲に最も広い解釈を与えるべきであると企図される。

単位セルの平面図である。 上側積層を配置する前の単位セルの切り取った平面図である。 図１の密封領域を通る（ライン３−３）印刷セルの断面図である。 図１のセル中央を通る（ライン４−４）印刷セルの断面図である。 好ましい構造の積層フィルム層の断面図である。 高速かつ低コストの製造を可能にする、修正された単位セルの構造を示す図である。 本発明の薄型電気化学セルをシールするように接着剤を塗布し、密封効率を向上させるための修正された幾何形状を示す図であり、ここでは「ピクチャ・フレーム」と称する。 本発明による印刷可能な薄型セルのための、さらなる代替の構造モードを示す図である。 本発明による印刷可能な薄型セルのための、さらなる代替の構造モードを示す図である。 コンタクトシール領域を通った修正セル構造の断面図である。 高速フォーマットを有した完成したウェブの区画を示す図である。 好ましい高速製造プロセスのフロー・チャート図である。 一実施形態である一回印刷ステーションの概略図である。 平らなセルを製造する一方法のための連続印刷プレスおよび補助装置の概略図である。 亜鉛／接着剤（アノード）積層ステーションの概略図である。 亜鉛／接着剤（アノード）塗布ステーションの他の概略図である。 修正された水平ポーチ・フィリング機械の概略図である。 上部の積層および／またはラベルが無い、単位セルを使用した４つの異なるバッテリ構造を示す図である。 上部の積層および／またはラベルを有し、単位セルを使用した４つの異なるバッテリ構造を示す図である。 単位セルを使用した、バッテリ・ラベル構造を示す図である。 単位セルを用いるが支持基板を用いず製造された、薄型バッテリ構造を示す図である。 印刷バッテリ構造を示す図である。 他の好ましい印刷バッテリ構造を示す図である。 単位セルを使用した３ボルトのバッテリのためのバッテリ・コンタクトを用いて集積された電子応用物を示す図である。

符号の説明

１０…セル、１１…上側積層フィルム層、１２…下側積層フィルム層、１３…セル・シール部、２１…カソード電気化学層、２２…カソード・コレクタ層、２３…ペーパ・セパレータ層、２５…アノード電気化学層、２６…セル電解質、２７…ペーパ・セパレータ電解質層、１００…積層フィルム、１０３…高湿度バリア・ポリマー層、１０４…外側層または構造層、１１１…金属化層、２００…バッテリ・セル

Claims (29)

1. 電気化学セルを含むバッテリであって、
   前記電気化学セルが、
   内側表面を有した基板と、
   前記内側表面のある部分を覆う第１の電気化学層と、
   前記内側表面の他の部分を覆い、前記第１の電気化学層に隣接した第２の電気化学層と、
   前記第１の電気化学層および前記第２の電気化学層の両方を実質的に覆い、それらと電気的接触状態にある電解質層と、
   前記電解質層を覆い、前記基板に束縛されて前記電解質層を前記セルの内部に密封するためのポーチを形成する被覆層とを含むバッテリ。
2. 互いに電気的に接続され、前記基板を共用する複数の前記電気化学セルをさらに含む、請求項１に記載のバッテリ。
3. 前記基板が、それ自体の上に折り曲げられて前記被覆層を形成するシート材料から構成され、前記内側表面が、それ自体に束縛されて前記ポーチを形成する、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
4. 前記シート材料が、複数の積層された層を含む、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
5. 前記複数の積層された層が、一体化バリアおよび／または熱シール層を有した構造層を含む、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
6. 前記複数の積層された層が、
   ポリマー・フィルムおよび／または熱シールコーティングを含む内部層と、
   バリア・ポリマーを含む高湿度層と、
   前記内部層を前記高湿度層に接続するための第１の接着層と、
   配向ポリエステルを含む外部構造層と、
   前記高湿度層を前記外部構造層に接続するための第２の接着層とを含む、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
7. 前記複数の積層された層が、金属化層を含む、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
8. 前記第１の電気化学層が、硬化されたおよび／または乾燥されたインクから構成される、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
9. 前記インクが、二酸化マンガン、炭素、ＮｉＯＯＨ、酸化銀Ａｇ_２Ｏおよび／またはＡｇＯ、ＨｇＯ、空気セルの形での酸素Ｏ_２、および酸化バナジウムＶＯ_２から選択される１または複数を含む、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
10. 前記第２の電気化学層が、前記基板に積層されたストリップ材料から構成される、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
11. 前記ストリップ材料が、亜鉛の１または複数を含む、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
12. 前記第２の電気化学層が、硬化されたおよび／または乾燥されたインクから構成される、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
13. 前記インクが、亜鉛、ニッケル、カドミウム、ＡＢ_２タイプおよびＡＢ_３タイプの金属水素化物、鉄およびＦｅＳ_２から選択される１または複数を含む、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
14. 前記第１の電気化学層と前記基板の間に第１のコレクタ層をさらに含み、
    前記第１のコレクタ層が、前記第１の電気化学層および前記基板より高い導電性を有する、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
15. 前記第１のコレクタ層が、硬化されたおよび／または乾燥された導電性インクから構成される、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
16. 前記第２の電気化学層と前記基板の間に第２のコレクタ層をさらに含み、
    前記第２のコレクタ層が、前記第２の電気化学層および前記基板より高い導電性を有する、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
17. 前記第２のコレクタ層が、硬化されたおよび／または乾燥された導電性インクから構成される、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
18. 前記第１の電気化学層と前記基板の間に第１のコレクタ層をさらに含み、
    前記第１のコレクタ層が、前記第１の電気化学層および前記基板より高い導電性を有する、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
19. 前記第１のコレクタ層が、硬化されたおよび／または乾燥された導電性インクから構成される、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
20. 前記第２の電気化学層と前記基板の間に第２のコレクタ層をさらに含み、
    前記第２のコレクタ層が、前記第２の電気化学層および前記基板より高い導電性を有する、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
21. 前記バッテリが、電子応用回路に接続し、それによって単位セルの使用を可能にするための直列および／または並列接続部を含む、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
22. 前記電解質層が、電解質中に浸された吸収剤セパレータ層含む、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
23. 前記電解質が、塩化亜鉛、塩化アンモニウム、酢酸亜鉛、臭化亜鉛、ヨウ化亜鉛、酒石酸亜鉛、過塩化亜鉛、水酸化カリウムおよび水酸化ナトリウムから選択される１または複数を含む、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
24. 前記電解質が、
    ポリマー濃厚剤および／または、
    カルボキシメチルセルロース、ポリビニル・アルコール、糊および／または改質糊、エチルおよび／またはヒドロキシル・エチルセルロース、メチルセルロース、ポリエチレン・オキシドおよびポリアクリルアミドから選択される１または複数を有したゲルを含む、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
25. 前記第１の電気化学層および前記第２の電気化学層の一方または両方が、コロナおよび／またはプラズマによる処理を介して改変されている、前記請求項のいずれかに記載のバッテリ。
26. 電気化学セルを含むバッテリにおいて、
    前記電気化学セルが、
    複数層の積層を含む基板であって、
    外側表面、および
    内側表面を有し、
    前記基板が、それ自体の上に折り曲げ部を形成し、したがって前記内側表面が、前記セルの内部の対向したサイド上に第１の内側サイドおよび第２の内側サイドを形成し、
    前記外側表面が、バッテリ・セルの外部の対向したサイド上に第１の外側サイドおよび第２の外側サイドを画定する、基板と、
    コレクタ層であって、
    第１の硬化されたおよび／または乾燥された導電性インクを含み、
    少なくとも部分的に前記第１の内側サイドを覆う、コレクタ層と、
    第１の電気化学層であって、
    第２の硬化されたおよび／または乾燥されたインクを含み、
    少なくとも部分的に前記コレクタ層を覆う、第１の電気化学層と、
    前記第１の内側サイドおよび前記第２の内側サイドの一方に設けられた第２の電気化学層であって、
    前記第２の電気化学層が、前記第１の内側サイド上にある場合、前記第２の電気化学層が、前記第１の電気化学層に隣接する、第２の電気化学層と、
    前記第１の電気化学層および前記第２の電気化学層両方と接触状態にあり、前記第１の内側サイドと前記第２の内側サイドの間にある電解質層と、
    前記第１の内側サイドを前記第２の内側サイドに留めて、折り曲げた位置で前記基板を保持し、それによって前記セルの内部中に電解質を収容するためのポーチを形成するために、前記第１の内側サイドの外側周辺部の一部分を前記第２の内側サイドの外側周辺部の一部分に接続するための接続層とを有する、バッテリ。
27. 電気化学セルを含んだ薄型バッテリを製造する方法であって、
    前記方法が、
    多層積層基板のウェブを設けるステップと、
    前記基板から切り欠き部を打ち抜くまたは切断するステップと、
    導電性インクのコレクタ層を前記ウェブの内側表面上に印刷するステップと、
    前記コレクタ層のある部分上にインクを含んだ第１の電気化学層を印刷するステップと、
    第２の電気化学層を前記基板上に貼り付けるステップと、
    密封層を前記基板のある部分上に貼り付けるステップと、
    前記基板を折り曲げてポーチを形成し、したがって前記密封層が、前記基板の第１の部分の内側を前記基板の第２の部分の内側に付着させ、前記第１の電気化学層、前記第２の電気化学層および吸収剤層が、前記第１および第２の部分の内側間に位置する前記ポーチ内に捕捉され、前記折り曲げが、前記ポーチの内部への開口部を形成する、ステップと、
    前記開口部を通して電解質を加えるステップと、
    前記開口部を密封して、前記ポーチの内部に前記電解質を実質的に密封するステップと、
    前記基板を切断して、前記バッテリ中に前記電気化学セルの１つまたは複数を提供するステップとを含み、
    前記第１の電気化学層および前記第２の電気化学層の一方または両方への電気的アクセスが、前記切り欠き部を経由して設けられる、方法。
28. 前記第１の電気化学層と前記第２の電気化学層の両方の一部分と接触するための吸収剤層を設けるステップをさらに含み、
    前記電解質を加える前記ステップの間またはその後、前記電解質の少なくとも一部分が、前記吸収剤層によって吸収される、請求項２７に記載の方法。
29. 前記第１の電気化学層、前記第２の電気化学層および前記コレクタ層の１つまたは複数をコロナまたはプラズマによって処理するステップをさらに含む、請求項２７または２８に記載の方法。

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