JP2010539651A - 印刷した電極の性質を少なくとも二元的に制御する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[0004] 1つの特徴において、本発明は、基板上に電極の層を印刷する工程を含む方法に関する。層を印刷する工程は、第一の被覆組成物及び第二の被覆組成物をノズルから射出する工程を含む。第一の被覆組成物は、少なくとも第一の被覆材料を含み、また、第二の被覆組成物は少なくとも第二の被覆材料を含むことができる。第一の被覆組成物及び第二の被覆組成物は、基板上に堆積させる。層を印刷する工程は、層内の複数の位置の各々にて第一の被覆材料及び第二の被覆材料の相対量を制御することにより、層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つを制御する工程を含む。
[0005] 幾つかの実施の形態において、該方法は、基板上に電極の層を印刷する工程を含み、また、層を印刷する工程は、第一の被覆組成物をノズルから射出し、また、第二の被覆組成物をノズルから射出する工程を含む。第一の被覆組成物は、少なくとも第一の被覆材料を含み、また、第二の被覆組成物は、少なくとも第二の被覆材料を含むことができる。第一の被覆組成物及び第二の被覆組成物は基板上に堆積させる。層を印刷する工程は、層内の複数の位置の各々にて第一の被覆材料及び第二の被覆材料の相対量を制御することにより層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つを制御する工程を更に含むことができる。
[0006] その他の実施の形態において、該方法は、基板上に電極の層を印刷する工程を含み、また、層を印刷する工程は、第一の被覆組成物を第一のノズルから射出する工程と、第二の被覆組成物を第二のノズルから射出する工程とを含むことができる。第一の被覆組成物は、少なくとも第一の被覆材料を含み、また、第二の被覆組成物は、少なくとも第二の被覆材料を含むことができる。第一の被覆組成物及び第二の被覆組成物は基板上に堆積させる。層を印刷する工程は、層内の複数の位置の各々にて第一の被覆材料及び第二の被覆材料の相対量を制御することにより層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つを制御する工程を更に含む。
[0007] 幾つかの実施の形態において、複数の位置は、層内にて少なくとも二元的に配列され、また、層内にて3元的に配列することができる。
[0008] 幾つかの実施の形態において、該方法は、層内の複数の位置の各々にて第一の被覆材料及び第二の被覆材料の相対量を制御し、第一の被覆材料及び第二の被覆材料の相対量は層内の少なくとも一部分内にて実質的に連続的に変化するようにする工程を含む。
[0009] 別の特徴において、本発明は、基板上に印刷した層を含む電極に関する。該層は、第一の被覆材料及び第二の被覆材料を含む。層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つは、層内の複数の位置にて異なる。層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つは、層内の複数の位置の各々にて第一の被覆材料及び第二の被覆材料の相対量により制御される。
[0010] 幾つかの実施の形態において、複数の位置は、層内にて少なくとも二元的に配列され、また、層内にて3元的に配列することができる。
[0011] 幾つかの実施の形態において、第一の被覆材料及び第二の被覆材料の相対量は、層内の少なくとも一部分内にて実質的に連続的に変化する。
[0012] 別の特徴において、本発明は、第一の材料及び第二の材料を基板上にて導入し電極の層を形成する工程を含む方法に関する。該方法は、層内の複数の位置の各々にて第一の材料及び第二の材料の相対量を制御することにより層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つを制御する工程を更に含む。第一の材料は、SVOを含むことができ、また、第二の材料は、CH3F、CH2F2、CHF3、及びCF4の少なくとも1つを含むことができる。
[0013] 更に別の特徴において、本発明は、プロセッサが第一の材料及び第二の材料を基板上にて導入し電極の層を形成するようにする命令を含むコンピュータ読み取り可能な媒体に関する。この命令によりプロセッサは、層内の複数の位置の各々にて第一の材料及び第二の材料の相対量を制御することにより層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つを制御するようにする。第一の材料は、SVOを含み、また、第二の材料は、CH3F、CH2F2、CHF3、及びCF4の少なくとも1つを含むことができる。
[0014] 更なる特徴において、本発明は、植え込み型医療装置内の電池用の電極の層を形成するため第一の材料及び第二の材料を基板上にて導入する工程を含む方法に関する。該方法は、層内の複数の位置の各々にて第一の材料及び第二の材料の相対量を制御することにより層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つを制御する工程を更に含む。第一の材料は、SVOを含むことができ、また、第二の材料は、CH3F、CH2F2、CHF3、及びCF4の少なくとも1つを含むことができる。
[0015] 本発明の1つ以上の実施の形態の詳細は、添付図面及び以下の説明に掲げられている。本発明のその他の特徴、目的及び有利な点は、説明及び図面から、また、請求の範囲から明らかになるであろう。
[0028] 第一の被覆材料及び第二の被覆材料は、流体担体又は流体溶媒内に保持することができ、また、ドロップオンデマンド又は連続型の流体の放出に従って印刷することができる。ドロップオンデマンド流体放出にて、流体の別個の滴は、コントローラからの命令に応答してノズルから射出される。滴は、例えば、以下に更に詳細に説明したように、熱的、機械的に又は音響学的に形成することができる。連続型の流体放出にて、霧のような、複数の滴の形態とすることのできる流体の実質的に連続した流体の流れは、ノズルから放出され且つ、ノズルを基板に対して配置することにより基板の1つの位置に向けられる。
[0029] 本発明の1つの実施の形態に従い、ノズルは、熱インキジェット印刷を実施することができる。熱インキジェット印刷において、ノズルの開口に近接する小型の抵抗器は、少量の流体を加熱し且つ沸騰させ、このため流体の泡は開口から迅速に射出される。流体の泡は、被覆材料を含み、また、ノズル及び基板の相対的位置を制御することにより基板上の1つの位置に向けられる。
[0030] 電気信号は開口に隣接する圧電材料を通ってパルス発振し、且つ材料を撓ませ、このため開口からある量の流体が射出されるようにする、例えば、ノズルからの圧電流体射出を含む、その他の形態の印刷法とすることも考えられる。流体を加熱し又は沸騰させてはならない場合、圧電流体射出法は好ましいであろう。例えば、被覆材料を保持する重合系インキ又は流体が使用される場合、流体はノズルの開口の回りにて重合化する可能性があるからであるから、熱ジェット印刷過程におけるノズルの性能は圧電型ノズルと比較して劣ることが予想される。比較して、「常温流体」圧電印刷過程は、重合系流体をより迅速に且つ均一に射出する傾向がある。
[0031] 本明細書にて説明した技術を実施するとき、音響学的に励起した印刷方法を使用することもできる。この状態の印刷において、音響エネルギ源は、少量の流体を保持する、開口に隣接する容器と作用可能に連結する。音響エネルギがその流体量に印加されたとき、開口に隣接する位置から1つ又は複数の流体の滴が射出される。
[0032] 電極の層の印刷に関する更なる詳細は、ホシック−スコット(Hossick−Schott)その他の者に対する同時に譲渡した米国特許第10/903,685号出願、ホシック−スコットに対する同時に譲渡した米国特許第10/816,795号出願、ホシック−スコットに対する同時に譲渡した米国特許第10/817,324号出願明細書にて見ることができ、これら米国特許出願明細書の内容の全体は参考として引用し本明細書に含めてある。
[0033] 図1は、基板114上に、電極116の層を印刷する一例としてのシステム100を示す概念的な線図である。システム100は、第一のノズル102と、第二のノズル104とを含む。第一のノズル102は、第一のノズル102を通じて射出される第一の被覆組成物110を保持する第一のリザーバ106に流体的に連結される。同様に、第二のノズル104は、第二のノズル104を通じて射出される第二の被覆材料112を保持する第二のリザーバ108に流体的に連結されている。第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の各々は、以下に更に詳細に説明するように、流体担体内に保持され又は溶媒中に溶解した少なくとも1つの被覆材料を含むことができる。第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112内の被覆材料は同一とし又は異なるものとすることができる。
[0034] 図1のシステム100は、2つのノズル102、104を含むものとして図示されているが、その他の実施の形態において、システム100は、3つ以上のノズルを含むようにしてもよい。更に、図1に示した実施の形態は、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112を含むが、その他の実施の形態において、少なくとも3つの被覆組成物を利用するようにしてもよい。例えば、システムは、4つのノズルを含むことができ、また、ノズルの各々は、リザーバに流体的に連結することができる。幾つかの実施の形態において、2つ以上のノズルは、単一のリザーバに流体的に連結することができる一方、その他の実施の形態において、ノズルの各々は、それぞれのリザーバに流体的に連結する。幾つかの実施の形態において、リザーバの各々は、異なる被覆組成物を保持することができるが、その他の実施の形態において、1つ以上のリザーバが同一の被覆組成物を保持することができる。
[0035] 幾つかの実施の形態において、第一のリザーバ106及び第二のリザーバ108は、その内部にリザーバ106、108が配置される、設備の雰囲気圧力に維持することができ、又は、ノズル102、104のそれぞれ1つからの滴の放出を制御するよう必要とされるよう、設備の雰囲気圧力に等しく又はより高い圧力に維持することができる。その他の実施の形態において、リザーバ106、108は、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112をそれぞれ第一のノズル102及び第二のノズル104に供給するため、重力だけで供給される流体の作動原理を利用してもよい。更にその他の実施の形態において、第一のポンプを第一のリザーバ106と第一のノズル102との間にて流体的に接続することができ、また、第二のポンプを第二のリザーブ108と第二のノズル104との間にて流体的に接続することができる。
[0036] リザーバ106、108の少なくとも1つは、例えば、インペラ、低周波数又は超音波熱放射器、冷却液の流体通路、及び同様のもののような、それぞれの被覆物110又は112の温度及び組成を刺激し且つ(又は)制御するための構造体を選択的に含むことができる。幾つかの実施の形態において、リザーバ106、108及び(又は)被覆組成物110、112の少なくとも一方の温度又は含有物を監視し、また、信号を介して被覆組成物110、112が所望の作用状態又はパラメータの範囲に止まるかどうかを表示するため1つ以上のセンサを採用することができる。これらの範囲内にない場合、信号は、自動的に適正な動作を自動的に励起して第一又は第二の被覆組成物110又は112を所望の作用状態又はパラメータに戻すことができる。
[0037] 第一のノズル102及び第二のノズル104は、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112をそれぞれ放出し、また、それらの組成物110、112を図1Aに示したように、層122にて基板114上に堆積させる。幾つかの実施の形態において、基板114は、例えば、キャパシタケーシングの内面、主(1回限り使用)又は二次的(再充電可能)電池ケーシングの一部分、導体、電流担体、又は一時的な又は犠牲基板のような、医療装置の一部分を形成することができる。基板114は、例えば、アルミニウム、タンタル、ニオブ酸塩、チタン、ジルコニウム、銅又は同様のもののような金属を含むことができる。その他の実施の形態において、基板114は、ガラス又はセラミックの形態をしたガラス炭素又は金属酸化物を含むことができる。更に、その他の実施の形態において、基板114は、被覆組成物110、112の各々における少なくとも1つの被覆材料が接着する、別の材料から成るものとすることができ、この材料は、例えば、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、高分子ポリエチレン、充填又は非充填の水和化したニトリルブタジエンゴム(HNBR)又は電極116が使用される環境内にて安定的な別のポリマーである。
[0038] 第一の被覆組成物110は、少なくとも第一の被覆材料を含むことができ、また、第二の被覆組成物112は、少なくとも第二の被覆材料を含むことができ、これら材料の各々は、電極116の性質を提供し又はその性質を改質する。明確化のため、第一の被覆組成物110内の少なくとも第一の被覆材料、及び第二の被覆組成物112内の少なくとも第二の被覆材料は、以下、それぞれ「第一の被覆材料」及び「第二の被覆材料」と称する。しかし、これは、第一の被覆組成分110が単一の被覆材料を含み、また、第二の被覆組成物112が単一の異なる被覆組成物を含むことにのみ限定されるものではないことが理解されよう。それと異なり、第一及び第二の被覆組成物110、112は、各々、1つ、2つ又はより多くの被覆材料から成るものとし、また、第一及び第二の被覆組成物110内の被覆材料は、同一とし又は異なるものとすることができる。例えば、第一の被覆組成物110は、第一及び第二の被覆材料を含むことができる一方、第二の被覆組成物112は、第一の被覆材料、第三及び第四の被覆材料を含む。被覆組成物110、112内の被覆材料のその他の組成物とすることも考えられる。
[0039] 幾つかの実施の形態において、第一及び第二のリザーバ106、108は、第一及び第二の被覆組成物110、112ではなく、第一及び第二の材料をそれぞれ含むことができる。第一及び第二の材料は、第一及び第二の被覆組成物110、112に関して本明細書にて説明したものの任意のものと同様の方法にて第一及び第二のノズル102、104により基板114上に導入することができる。
[0040] 第一及び第二の被覆組成物110、112内の第一及び第二の被覆材料により提供され又は改質された電極116の性質は、それぞれ、複数の位置にて堆積させた被覆材料の相対量を制御することにより層122内の複数の位置にて制御することができる。例えば、幾つかの実施の形態において、層112の組成物は、図1Aに示した直交するx、y及びz軸の少なくとも2つ(次元)にて制御することができる。他の実施の形態において、層122の組成物は、全て3つ(次元)の直交軸内にて制御することができる。第一の被覆組成物110内の第一の被覆材料及び第二の被覆組成物112内の第二の被覆材料の相対量は、層122の少なくとも一部分内にて実質的に連続的に変化するよう制御することができ、又は、本明細書にて説明するように、層122内にて不連続的に変化するよう制御することができる。第一の被覆組成物110内の第一の被覆材料及び第二の被覆組成物112内の第二の被覆材料は、本明細書にて以下に更に説明するように、層122の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つを提供し又は修正することができる。
[0041] 層122内の1つ以上の位置にて第一の被覆組成物110の第一の被覆材料及び第二の被覆組成物112内の第二の被覆材料の相対量を制御するため、第一のノズル102及び第二のノズル104が第一及び第二の被覆組成物110、112の少なくとも1つが堆積する位置をそれぞれ制御することができる。幾つかの実施の形態において、第一のノズル102及び基板114、第二のノズル104及び基板114の相対的位置をそれぞれ調節することにより印刷位置を制御することができる。幾つかの実施の形態において、第一のノズル102及び第二のノズル104は、1つ以上の次元にて可動であるようにすることができる。例えば、第一及び第二のノズル102、104は、一元、二元又は三元的に可動のステージに装着することができる。他の実施の形態において、基板114上は、1つ以上の次元にて可動の平行移動可能なステージに連結することができる。例えば、基板114は、x、y及び(又は)z軸線内にて自在動作し及び(又は)動くことのできるコンベヤ、カート、テーブル上に配設することができ、これらのコンベヤ等は、第一及び第二のノズル102、104を経て且つ(又は)これらの回りにて動くよう手動にて又は自動的に制御される。
[0042] 幾つかの実施の形態において、基板114、第一及び第二のノズル102、104の双方は互いに可動である。これらのような実施の形態において、基板114は、一元的又は二元的に可動であり、また、第一及び第二のノズル102、104は、相補的な一元的又は二元的に可動であり、基板114及びノズル102、104の全てが3つの直交的な次元にて相対的に動くことを可能にする。これと代替的に、基板114及びノズル102、104は、全て同一又は異なるものとすることができる1つ以上の次元にて可動であるようにしてもよい。基板114及びノズル102、104の相対的位置の制御は、例えば、手動にて又はコンピュータ数値制御(CNC)又はその他の制御ソフトウェア、ファームウェア又はハードウェアを使用する等のように自動的に実施することができる。
[0043] 第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の印刷位置は開口118、120に隣接する磁界まで又は該磁界からの被覆組成物110、112の静電吸着作用又は反発作用を利用して制御することもできる。例えば、ドロップオンデマンド流体放出印刷過程において、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の滴は静電気により帯電させることができる。第一及び第二の被覆組成物110、112の滴をそれぞれの磁界を通して射出することにより、滴の軌跡を変化させることができる。滴の各々の静電荷及び滴がノズル102、104から射出される速度が知られたとき、磁界の大きさ(又は)方向を変化させることにより、滴が基板にぶつかる位置を制御することができる。磁界は、基板114又はノズル102、104が動くよりも迅速に変化させることができ、このため、第一及び第二の被覆組成物110、112が基板114上に印刷される位置をより迅速に制御することを可能にする。第一及び第二の被覆組成物110、112の印刷位置の磁界の制御は、単独にて、又は基板114及びノズル102、104の相対的位置の制御と組み合わせて使用することができる。
[0044] 第一及び第二の被覆組成物110、112が基板114上に印刷される位置を制御することに加えて、第一の被覆組成物110、及び第二の被覆組成物112の相対的噴霧量及び印刷時間は、層122内の複数の位置にて、第一及び第二の被覆組成物110、112内の第一及び第二の被覆材料の相対量を制御できるよう制御することが可能である。連続型の流体放出印刷過程にて、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112相対的な印刷速度は、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の少なくとも1つの流量を制御することにより制御することができる。例えば、第一及び第二のリザーバ106、108の圧力をそれぞれ制御することにより、第一のリザーバ106及び第一のノズル102間にて流体的に連結された弁、又は第二のリザーバ108及び第二のノズル104間にて流体的に連結された弁の位置を制御し、又は第一のリザーバ106及び第一のノズル102の間又は、第二のリザーバ108及び第二のノズル104間にて流体的に連結されたポンプを制御することにより、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の流量を制御することができる。幾つかの実施の形態において、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の双方の流量は、相対的流量を制御するよう制御できる一方、その他の実施の形態において、第一の被覆組成物110又は第二の被覆組成物112の一方の流量を制御することができる。幾つかの実施の形態において、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の組み合わさった実質的に一定の印刷速度を維持し、第二の被覆組成物112の流量を実質的に等しく且つ逆に変化させることにより第一の被覆組成物110の流量を任意に変化させることができる。その他の実施の形態において、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の組み合わさった流量は一定でない。
[0045] ドロップオンデマンド流体放出印刷過程にて、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の相対的な印刷速度は、第一及び第二の被覆組成物110、112の少なくとも一方の滴の形成量を制御することにより制御することができる。例えば、圧電流体放出印刷過程において、圧電結晶に印加される電圧の周期により滴を形成する量を制御することができる。連続型の流体放出印刷に関して上述した説明と同様に、幾つかの実施の形態において、第一及び第二の被覆組成物110、112の各々の滴の形成する量は制御される一方、その他の実施の形態において、第一及び第二の被覆組成物110、112の一方の滴を形成する量が制御される一方、その他の被覆組成物110、又は、112の滴を形成する量は、実質的に一定に維持される。幾つかの実施の形態において、第一及び第二の被覆組成物110、112の組み合わさった滴の形成量は、実質的に一定に維持することができ、このため、第一の被覆組成物110の滴の形成量は、第二の被覆組成物112の滴の形成量を実質的に等しくし且つ反対に変化させることにより実現される。その他の実施の形態において、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の組み合わさった滴の形成量は一定でなくなる。
[0046] 幾つかの実施の形態において、第一の被覆組成物110内の第一の被覆材料及び第二の被覆組成物112内の第二の被覆材料の相対量の制御は、基板114の1つ以上の位置にて第一及び第二の組成物110、112の少なくとも1つを印刷しない工程を含むことができる。
[0047] 被覆組成物110、112内の第一及び第二の被覆材料の相対量をそれぞれ制御し、このため、層122の性質を制御することは、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の少なくとも一方の組成を制御することにより実施することができる。例えば、上記に簡単に説明したように、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の各々は、第一及び第二の被覆材料をそれぞれ懸濁液中に維持し又は溶解する流体担体又は流体溶媒を含むことができる。従って、第一の被覆組成物110内の第一の被覆材料の濃度を変化させることにより第一の被覆組成物110の印刷速度を維持しつつ、第一の被覆材料の有効印刷速度を変化させることができる。同様に、第二の被覆組成物112内の第二の被覆材料の濃度を変化させることにより、第二の被覆組成物112の印刷速度を維持しつつ、第二の被覆材料の有効な印刷速度を変化させることができる。第一の被覆組成物110内の第一の被覆材料及び(又は)第二の被覆組成物112内の第二の被覆材料の組成の制御は、単独にて又は第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の相対的な印刷速度を制御することと組み合わせて利用することができる。
[0048] 第一及び第二の材料の相対的な印刷速度の制御と組み合わさって、複数の位置の各々にて第一及び第二の材料が印刷される時間を制御することが可能である。例えば、ある位置にてより短時間だけ一定の流量及び組成にて第一の組成物110を印刷する結果、第一の組成物110をより長時間印刷する場合よりも第一の材料が堆積する量は少なくなる。
[0049] 図1に示したように、第一のノズル102及び第二のノズル104は、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112をそれぞれ、扇状の噴霧124、126にて射出することができる。扇状の噴霧124、126は、被覆組成物110、112の複数の滴にてそれぞれ形成することができる。複数の滴は、連続型又はドロップオンデマンドインキジェット印刷過程により形成することができる。扇状の噴霧124、126は、基板114の面内にて実質的に一元的に(すなわち、1本の線に沿って伸びる状態にて)示されている。その他の実施の形態において、扇状の噴霧124、126は、円錐体の形状を含み、その結果、基板114上の面内にて円となる。更に、扇状の噴霧124、126は、基板114の実質的に全幅をわたって伸びるものとして示されているが、噴霧124、126は、その他の実施の形態において、基板114の全幅以下しか伸びない。また、扇状の噴霧124の形状及び(又は)幅は、第二の扇状の噴霧126の形状に及び(又は)幅と異なるものとしてもよい。幾つかの実施の形態において、扇状の噴霧124、126の少なくとも一方の形状及び(又は)幅は、また、印刷過程中、調節することもできる。例えば、第一の扇状の噴霧124の幅は、最初、基板114の第一の部分を迅速に被覆し得るよう比較的広くし、その後、基板114の第一の部分と同一又は異なるものとすることができる、基板114の第二の部分上のより細かい特徴を印刷し得るよう狭くすることができる。
[0050] 図1には、実質的に同一の位置にて基板114に向けられる第一の扇状の噴霧124及び第二の扇状の噴霧126が示されており、その他の実施の形態において、第一及び第二の扇状の噴霧124、126は基板114上の異なる位置に向けることができる。更に、その他の実施の形態において、第一の扇状の噴霧124及び第二の扇状の噴霧126は、被覆組成物110、112を基板114上に堆積する前に混合させることができる。例えば、第一及び第二の扇状の噴霧124、126は、第一及び第二のノズル102、104と基板114との間の位置にて混合させることができる。
[0051] 幾つかの実施の形態において、第一の被覆組成物110内の第一の被覆材料は、銀バナジウム酸化物(Ag2V4O11;SVO)を含むことができ、第二の被覆組成物112内の第二の被覆材料は、フッ化炭素(CFX)含むことができる。本明細書にて使用したように、フッ化炭素は、1−4置換基フッ素原子を有するメタン、すなわち、フルオロメタン(CH3F)、ジフルオロメタン(CH2F2)、トリフルオロメタン(CHF3)、テトラフルオロメタン(CF4)を意味する。
[0052] 更なる実施の形態において、第一及び第二の被覆材料の少なくとも一方は、炭素材料を含むことができる。炭素材料は、例えば、シェブロンフィリップス(Chevron Phillips)からシャウイニゲン ブラック(Shawinigan Black)(商標登録)という商標名にて販売されているもの、ウッドランド(Woodlands)、TXアロン(Alone)から販売されている比較的純粋な形態の炭素黒(炭素スート、ランプブラック、チャネルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック又は同様のもの)のみならず、黒鉛、元素炭素のポリモルフを含む任意の形態の炭素を含むことができ、また、1つ以上の上記の形態の炭素黒と組み合わせてもよいが、炭素ナノチューブ材料を使用することができる。かかるナノチューブ材料は、シングルウォールナノチューブ(SWNT)又はマルチウォールナノチューブ(MWNT)の何れかを含むことができる。炭素は、純粋な形態、ナノチューブ形態、又はその他であるかどうかを問わず、流体担体又は溶液を含浸させ又はこれら内に担持することができる。溶液は、例えば、揮発性有機溶媒及び特定の重合系材料のような、アニーリング中、排除される任意の材料を含むことができる。
[0053] 本発明は、上述した被覆材料にのみ限定されない。それどころか、懸濁液又は溶液として処理することができ、また、電極用の被覆材料として適した実質的に任意の形式の材料は、例えば、粘度、表面張力、固形物、含有物及び同様のもののようなその流体学的特徴は、第一及び(又は)第二のノズル102、104の滴又は霧の射出特徴に適合する限り、本明細書の範囲内にて使用することができる。溶液又懸濁液の形態にて、基板114上に印刷するのに適したその他の被覆材料は、周期律表の第VII群及び第VIII群に含まれる任意の金属の酸化物、又は例えば、塩化物又は窒化物のような酸化物に対する化学的前駆体を含む。例えば、金属酸化物は、酸化前駆体RuCl3と共に、二酸化ルテニウム(RuO2)、二酸化イリジウム(IrO2)、酸化前駆体硝酸マンガン(Mn(NO3)2)と共に、二酸化マンガン(MnO2)、五酸化バナジウム(V2O5)、二酸化チタン(TiO2)、二酸化レニウム(ReO2)、二酸化オスミウム(OsO2)、二酸化モリブデン(MoO2)、二酸化ロジウム(RhO2)、二酸化バナジウム(VO2)、及び二酸化タングステン(WO2)を含むことができる。金属酸化物は、これら型式の酸化物の1つ以上を含むことができ且つ(又は)周期律表の第VII群及び第VIII群の少なくとも1つの金属から成るその他の金属酸化物を含むことができる。
[0054] その他の適当な第一及び(又は)第二の被覆材料は、例えば、陽極電極に対して使用することのできる、LiCoO2、LiM2O4(Mは遷移金属)LiMxCo1−xO2(Mは遷移金属及びxは0以上で1以下の陽極値(positive number)、LiFePO4、Li(MnNiCo)1/3O2及び同様のもののような電極材料を含むことができる。第一及び第二の(被覆材料は又陰極電極に対して使用することのできる、例えば、Sn、Sb、Si、Sn30C30Co40、Li4Ti5O12との炭素(黒鉛、硬質炭素、中間相(mesophasa))合金又はその他の遷移金属、遷移金属酸化物のような電極材料を含むことができる。その他の適当な電極材料は、その内容の全体を参考として引用し本明細書に含めた、米国公開特許出願第2006/0095094号明細書、2006/0093923号明細書、2006/0093917号明細書、2006/0093913号明細書、及び2006/0093872号明細書に記載されている。
[0055] 第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112内の第一及び第二の被覆材料は、それぞれ例えば、化学技術及び工業的被覆技術にて既知であるように、表面張力、粘度、又は密度の所望の組み合わせを維持するよう調合された、溶媒又は懸濁物担体のような流体担体内に懸濁させることができる。幾つかの例において、溶媒又は懸濁物担体は、揮発性溶媒又はポリマー溶液物を含むことができる。幾つかの実施の形態において、流体担体は、グリコール、蒸留水、アルコール又は同様のものを含むことができる。
[0056] 図1に示した実施の形態は、基板114上に単一の層122を含むものとして説明したが、その他の実施の形態において、システム100は、基板114上に複数の層を印刷することができる。幾つかの実施の形態において、層の各々は、例えば、より高充填密度の内層、高電気伝導率を有する中間層、高電力容量を有する外層のような異なる性質を電極に対して提供することができる。その他の実施の形態において、電極116は、電極116の機械的耐久性を向上させる耐久性被覆として作用する外層を含むことができる。複数の層は、また、例えば、より大きい熱伝導性質を有する層を含むことができる。
[0057] 図2は、基板114上に電極116の層122を印刷する別の一例としてのシステム200の概念的な線図である。システム200は、第一のノズル102と、第二のノズル104とを含む。図1に関して上述したシステム100と同様に、図2のシステム200は、その他の実施の形態にて3つ以上のノズルを含むことができる。図2に示した実施の形態において、第一のノズル102は、第一の被覆組成物110を保持する第一のリザーバ106と流体的に連結される。同様に、第二のノズル104は、第二の被覆組成物112を保持する第二のリザーバ108に流体的に連結される。
[0058] 図2に示した実施の形態において、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112は、比較的濃縮した第一のビーム224及び比較的濃縮した第二のビーム226にて第一のノズル102及び第二のノズル104からそれぞれ射出される。第一のビーム224及び第二のビーム226は、図1に示した第一の扇状の噴霧124及び第二の扇状の噴霧126と比較して、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112が堆積する位置をより正確に制御することを許容する。例えば、第一のビーム224及び第二のビーム226は、ドロップオンデマンド流体放出印刷過程又は連続的な流体放出印刷過程により形成された第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の逐次的な単一の滴の流れをそれぞれ含むことができる。第一のビーム224及び第二のビーム226は、第一の被覆組成物110及び(又は)第二の被覆組成物112が基板114上に印刷される位置を精密に容易に制御することができる。その結果、システム200は、第一の被覆組成物110内の第一の被覆材料及び第二の被覆組成物112内の第二の被覆材料の相対量及び最終的に、図1のシステム100と比較して、層122の性質をより精密に位置的に制御することを可能にする。
[0059] 図2には、層122内の単一の位置に収斂する第一のビーム224及び第二のビーム226が示されており、その他の実施の形態において、第一のビーム224及び第二のビーム226は異なる位置に向けることができ、また、単一の位置に収斂しないようにしてもよい。図1に関して上述したように、第一のビーム224及び第二のビーム226は、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112が基板114上に堆積する前に、混合させることもできる。
[0060] 図1に示した実施の形態と同様に、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112が基板114上に又は層122内にて印刷される位置は、第一のノズル102と基板114、及び第二のノズル104と基板114の相対的位置をそれぞれ調節することにより制御することができる。第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112が静電的に帯電した滴として基板114上に印刷される実施の形態において、印刷位置は、ノズル118、120に隣接する制御可能な磁界により制御することもできる。静電方式の位置制御は、単独にて、又は第一のノズル102と基板114、及び第二のノズル104と基板114の相対的位置の制御と組み合せて利用することができる。
[0061] 図1に示した実施の形態と同様に、第一の被覆組成物110内の第一の被覆材料及び第二の被覆組成物112内の第二の被覆材料の相対量は、第一及び第二の被覆組成物110、112の少なくとも一方又は双方の相対的な印刷速度、組成を制御することにより層122内の複数の位置にて制御することができる。
[0062] 図3には、基板114上に電極116の層122を印刷するため使用することのできる別のシステム300の概念的な線図が示されている。図3のシステム300は、第一のリザーバ106及び第二のリザーバ108と流体的に連結される単一のノズル302を含む。第一のリザーバ106は、第一の被覆組成物110を保持する一方、第二のリザーバ108は、第二の被覆組成物112を保持する。ノズル302は、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の双方を含むことのできる流れ324を開口120から射出する。
[0063] 第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112は、開口120から射出される前に、ノズル302内にて組み合わされるため、被覆組成物110及び112が2つの別個の扇状の噴霧124、126にて又は2つの別個の流れ224、226にて射出されるシステム100又はシステム200と比較して、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の混合状態を改良することができる。第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の改良した混合は、例えば、第一の被覆組成物110内の第一の被覆材料及び第二の被覆組成物112内の第二の被覆材料の実質的に同様の相対量を含む層122の領域の均質性を改良することができる。
[0064] 第一の被覆組成物110内の第一の被覆材料及び第二の被覆組成物112内の第二の被覆材料の相対量、従ってシステム300内の層122の性質の制御は、インク302に対する第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の少なくとも一方の供給を制御することにより、又は第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の少なくとも一方の組成を制御することにより実現される。幾つかの実施の形態において、ノズル302に対する第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の双方の供給は制御可能である一方、その他の実施の形態において、第一の被覆組成物110の供給量は、実質的に一定であり、また、第二の被覆組成物112の供給は制御される。更に,その他の実施の形態において、第一の被覆組成物110と第二の被覆組成物112との比を制御することができる一方、開口120から射出される被覆組成物110、112の全体量はほぼ一定である。幾つかの実施の形態において、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の少なくとも一方は、被覆過程の間、幾つかの時点にてノズル302に供給されず、このため、基板114上にて第一の被覆組成物110内の第一の被覆材料のみ又は第二の被覆組成物112内の第二の被覆材料のみを含む層122の一部分が形成される。
[0065] 上述したように、基板114及びノズル302の相対的位置を制御して、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112が堆積する位置を制御することができる。更に、静電的に帯電した被覆組成物110、112は、開口120に隣接する磁界と共に利用して、第一及び第二の被覆組成物110、112の少なくとも一方が堆積する位置を制御することができる。幾つかの実施の形態において、基板114及びノズル302の相対的位置は、静電的に帯電した第一及び第二の被覆組成物110、112及び開口120に隣接する磁界を利用することと組み合わせて制御される。
[0066] 本明細書に記載した被覆システムは、層122内の複数の位置にて第一の被覆組成物110内の第一の被覆材料及び第二の被覆組成物112内の第二の被覆材料の相対量を制御することにより、層122内の複数の位置にて層122の少なくとも1つの性質を制御すべく使用することができる。上記に簡単に説明したように、制御可能な層122の性質は、例えば、電気的性質、熱伝導率、機械的性質、化学的性質、及び生物学的性質を含む。以下の性質は個々に説明するが、これら特性の1つ以上の組み合わせは、層122内の複数の位置にて第一の被覆材料及び第二の被覆材料の相対量を適正に制御することにより層122内にて制御することができることが理解されよう。
[0067] 第一及び第二の被覆組成物110、112内の第一及び第二の被覆材料によりそれぞれ改質された電極116の電気的性質は、例えば、電気伝導率、電力容量、及びエネルギ密度を含むことができる。例えば、図4に示したように、第一及び第二の被覆材料の相対量は、より伝導性組成物が低伝導性組成物404内にて格子402を形成するように制御することができる。このことは、層422がキャパシタ電極又は電池電極にて使用される電極416の層を形成し、キャパシタから外部の導体まで電池の端子又は電気的フィードスルーまでの集電及び経路を提供する実施の形態にて望ましい。より低伝導性組成物404内のより高伝導性格子402を含む電極416は、従来の集電器を不要にし、このため電極416の厚さを薄くすることができる。
[0068] その他の実施の形態において、電極416の伝導率は、植え込み型医療装置内の回路のような、温度感受性構成要素に隣接する電極416の一部分の回りにて又はその一部分から離れるよう電流を向けるよう制御することができ、このため、電極内を流れる電流により発生された熱に起因する任意の温度上昇は、温度感受性構成要素からより離れた位置にて生じる。更に、幾つかの実施の形態において、層122の伝導率は、その他の幾何学的形態にて制御することができ、周期的でなくし、又は、別の態様にて変化するようにしてもよい。更に、幾つかの実施の形態において、層422の伝導率は、図4に示したように、不連続的に変化しないが、これに代えて、層422内にて実質的に連続的に変化するようにしてもよい。層422の伝導率が実質的に連続的に変化する実施の形態において、より低伝導率の組成物404内にてより高伝導率の経路を提供し、電流を電気的フィードスルー又は端子に向け、又は上述したように、電流を熱感受性構成要素から離れる方向に向けるよう伝導率を制御することができる。
[0069] 図5に示したように、電極516の電力容量及びエネルギ密度は、複数の位置の各々にて層522の組成を制御することにより制御することができる。一般に、電極516の電力容量は、その表面における電極516の組成により決まる一方、電極516のエネルギ密度は、その平均的組成により決まる。このように、電極516の表面にて大きい電力容量を有する多量の構成要素と、層522の他の部分にわたって高エネルギ密度を有するより多量の構成要素とを含む組成物を有する層522を形成することにより、比較的高電力容量及び比較的高エネルギ密度の双方を有するハイブリット電極516を形成することができる。例えば、第一の被覆組成物110内の第一の被覆材料が銀バナジウム酸化物(SVO)を含み、また、第二の被覆組成物112内の第二の被覆材料がフッ化炭素(CFx)を含むとき、基板514に隣接する層522の内側部分522aは、より高濃度のCFxを含むことができる一方、層522の外側部分522bは、より高濃度のSVOを含む。高濃度のCFxを含む内側部分522aは、SVOのみにて形成された層522よりも高いエネルギ密度を提供する一方、高濃度のSVOを含む外側部分522bは、CFxのみにて形成された層522よりも高い電力容量を提供する。図5には、内側部分522a及び外側部分522bを含む層522が示されているが、幾つかの実施の形態において、層522は、別個の内側部分522a及び別個の外側部分522bを含まず、それどころか、基板514の面に対して実質的に直角の方向に向けて層722の少なくとも一部分にて実質的に連続的に変化する第一の被覆材料及び第二の被覆材料の相対量を含むことができる。
[0070] 図5には、また、平坦でない基板514上に印刷された層522も示されている。層522を印刷することは、平坦でない基板514上でさえ、実質的に制御された厚さを有する層522を形成することを可能にする。図5に示した実施の形態のような、幾つかの実施の形態において、層522の厚さは、平坦でない基板514上にて実質的に均一となるよう制御することができる。その他の実施の形態において、層522の厚さは、平坦又は平坦でない何れかの基板522上に不均一な厚さプロファイルを生じさせるよう制御することができる。
[0071] 第一の被覆組成物110内の第一の被覆材料と第二の被覆組成物112内の第二の被覆材料とにより改質された電極116の機械的性質は、例えば、剛性又は耐久性を含むことができる。電極116の剛性は、基板114の位置にて第一及び第二の被覆組成物110、112の少なくとも一方を印刷しないことを含む、層122の厚さを制御することにより、又は層内の複数の位置にて第一の被覆材料及び第二の被覆材料の相対量を制御することにより、制御することができる。例えば、電極116の剛性は、層122の厚さを制御するだけで、変化させることができる。層122のより薄い部分の結果、より厚い層122を有する電極116の部分よりもより可撓性の電極116の部分となる。
[0072] 幾つかの実施の形態において、第一の被覆材料は、第二の被覆材料よりも可撓性であるものとすることができる。例えば、CFxは、SVOよりも可撓性であり且つ脆弱でないようにしてもよい。従って、図6に示したように、より多くの相対量のCFxにて電極616の層622の第一の部分622aを印刷することは、より多くの相対量のSVOを有する、層622の第二の部分622bと比較できる。その結果、電極616は、第一の部分622aにて優先的に変形し又は曲がり、このことは、更なる処理を受け、その結果、リッジ付きの形状、ら旋状の形状又は同様のもののような平坦でない形状となる電極616にとって有益である。幾つかの実施の形態において、より多くの相対量のCFx又は別の比較的可撓性の第一の被覆材料を含む第一の部分622aは、CFxのみを含む一方、その他の実施の形態において、第一の部分622aは、CFx及びSVOを含むが、第二の部分622bよりも多くの相対量のCFxを含むことができる。この層622の可撓性は、少なくとも2次元にて(例えば、電極616の面内にて)制御することができる。
[0073] 層122の耐久性は、層122内の複数の位置の各々にて第一の被覆組成物110内の第一の被覆材料の相対量及び第二の被覆組成物112内の第二の被覆材料の相対量を制御することにより制御できる。例えば、第一の被覆材料は、比較的大きい機械的耐久性を有する被覆材料とすることができる。第一の被覆材料の相対量は、層122の外面に隣接して比較的多量であり、層122の他の部分への効果を最小にしつつ、層122内での保護被覆を実質的に提供するよう制御することができる。1つの実施の形態において、第一及び第二の被覆材料の少なくとも一方は、炭素を含むことができ、また、チタンを含む基板114上に印刷することができる。その後に、基板114及び層122を加熱して炭素及びチタンを反応させ極めて耐久性のある窒化チタンを形成することができる。
[0074] 第一の被覆組成物110内の第一の被覆材料及び第二の被覆組成物112内の第二の被覆材料により改質された電極116の化学的性質は、化学的活性度又は同様のものを含むことができる。例えば、第一及び第二の被覆材料の相対量は、例えば、グルコースセンサ電極用のグルコース、pHセンサ電極用の水素イオン又は同様のもののような、特定の化学的種に対する応答性を提供するよう制御することができる。幾つかの実施の形態において、図7に示したように、複数の電極716a、716b、716c、716d(集合的に「電極716」)は、電極列718にて基板714上に印刷することができる。幾つかの実施の形態において、電極716の第一のものは、電極716の第二のものと異なる化学的活性度となる、相対量の第一及び第二の被覆材料から成るものとすることができる。幾つかの実施の形態において、電極716の各々は、第一及び第二の被覆材料の異なる相対量から成り、そのため、電極716の各々は異なる化学的活性度を有するようにする。
[0075] 幾つかの実施の形態において、電極列718の電極716の各々は、電気的絶縁領域720により他の電極716から電気的に絶縁することができる。電気的絶縁領域720は、また、基板714上に印刷し、また、第三のノズルから印刷される第三の被覆組成物内の第三の被覆材料とすることができる。その他の実施の形態において、電極716の各々は、実質的に非伝導性の基板714上に印刷することができ、また、電極列は印刷した電気的絶縁領域720を含まないようにしてもよい。
[0076] その他の実施の形態において、電極は、複数の電極部分816a、816b、816cを含むセグメント化した電極816とすることができる。電極部分816a、816b、816cは、同一のセンサ又は刺激発生器に電気的に連結することができる。幾つかの実施の形態において、電極部分816a、816b、816cの各々は、異なる相対量の第一及び第二の被覆材料にて形成される一方、その他の実施の形態において、電極部分816a、816b、816cの少なくとも2つは、実質的に同様の相対量の第一及び第二の被覆材料にて形成される。幾つかの実施の形態において、電極部分816a、816b、816cの各々は、電気的絶縁領域820により他の電極部分816a、816b、816cから電気的に絶縁することができる。電気的絶縁領域820は、基板814上に印刷することもでき、また、第三のノズルから印刷される第三の被覆組成物内の第三の被覆材料とすることができる。他の実施の形態において、電極部分816a、816b、816cの各々は、実質的に非伝導性の基板814上に印刷することができ、また、電極列は印刷した電気的絶縁領域820を含まないようにしてもよい。
[0077] 電極116の熱的性質は、熱伝導率を含むことができる。層122の熱伝導率は、層122内の複数の位置にて第一の被覆材料及び第二の被覆材料の相対量を制御することにより、少なくとも二次元に制御することができる。層122の熱伝導率は、例えば、層122及び電極116から効果的に熱を伝導するためのより高伝導性の熱経路を提供するよう変化させることができる。幾つかの実施の形態において、層122の熱伝導率の制御は、層122の伝導率を制御することを組み合わせて実施し、例えば、層122内の電流の伝達に起因して発生された熱から熱感受性構成要素を更に保護することができる。幾つかの実施の形態において、層122の熱伝導率は、層122の少なくとも一部分にて実質的に連続的に変化するようにし、また、幾つかの実施の形態において、層122の熱伝導率は、層122の少なくとも一部分にて不連続的に変化するようにしてもよい。
[0078] 更にその他実施の形態において、第一の被覆組成物110又は第二の被覆組成物112は、共に使用して基板114上に多孔質層122を発生させる少なくとも1つの被覆材料及び犠牲成分を含むことができる。多孔質層は、電解質を含む電解質キャパシタ又は電池内にて使用されたとき、電極116の内部への電解質のアクセスを増すことができる。例えば、犠牲成分は、後続の熱処理工程にて除去されて熱処理工程中に消費されない材料のマトリックス内に空隙を形成する化学的種を含むことができる。幾つかの実施の形態において、犠牲成分は、例えば、パラフィン、デメチルスルフォン、ステアリン酸、アンモニアバイカーボネート又は、例えば、ポリテトラフロオロエチレン(PTFE)のようなポリマーから成るものとすることができる。犠牲成分は、溶解、焼結、燃焼、蒸発、真空蒸着又は同様のものにより層122から除去することができる。
[0079] 図9には、図1を更に参照として説明する、基板114上に電極116の層122を印刷する一例としての方法900が示されているが、この方法は、図2のシステム200又は図3のシステム300を使用して実施することもできる。第一に、層122が印刷される(902)基板114が提供される。上記にて更に詳細に説明したように、基板114は、キャパシタハウジングの一部分、電池ハウジングの一部分、導体、集電器、印刷過程後に破壊される犠牲基板又はプラスチック基板から成るものとすることができる。次に、基板114と第一のノズル102及び第二のノズル104との間の相対的位置が設定される(904)。相対的位置は、基板114を少なくとも一元的に動かし、第一のノズル102及び(又は)第二のノズル104を少なくとも一元的に動かし、又は基板114及び第一のノズル102及び(又は)第二のノズル104を少なくとも一元的に動かすことにより設定することができる。幾つかの実施の形態において、第一のノズル102及び第二のノズル104の位置は、独立的に制御することができる一方、その他の実施の形態において、第一及び第二のノズル102、104は、共通の可動のステージに連結され、また、基板114に対する第一及び第二のノズル102、104の位置は独立的に制御することはできない。上述したように、基板114及び第一及び第二のノズル102、104の相対的位置は、手動にて又は例えば、CNCマシーンを使用する等のようにして、自動的に制御することができる。
[0080] 基板114及び第一のノズル102及び第二のノズルの相対的位置が設定されたとき、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の少なくとも一方は、第一のノズル102及び第二のノズル104からそれぞれ射出され且つ基板114上に印刷される(906)。ユーザは、手動コントロール、又はプロセッサ、CNC又はその他のソフトウェア、ハードウェア又はファームウェアコントロールにて、基板114及び第一及び第二のノズル102、104の相対的位置を平行移動させるべきかどうかを決定する(908)。相対的位置を平行移動させるべきとき、ユーザ又はプロセッサは、新たな相対的位置を設定し(904)、また、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の少なくとも一方を射出する(906)。プロセッサが相対的位置は平行移動させるべきでないと決定したとき、この方法は終了する。
[0081] 図10は、図1に関して説明する、基板114上に電極116の層122を印刷するための別の一例としての方法の線図であるが、この方法は、図2のシステム200又は図3のシステム300を使用して実施することもできる。第一に、層122が印刷される基板114が提供される(902)。上記にて更に詳細に説明したように、基板114は、キャパシタハウジングの一部分、電池ハウジングの一部分、導体、集電器、印刷過程後破壊される犠牲基板又はプラスチック基板から成るものとすることができる。次に、基板114と第一のノズル102及び第二のノズル104との間の相対的位置が設定される(904)。基板114を少なくとも一元的に動かし、第一のノズル102及び(又は)第二のノズル104を少なくとも一元的に動かし、又は基板114及び第一のノズル102及び(又は)第二のノズル104を少なくとも一元的に動かすことにより相対的位置を設定することができる。幾つかの実施の形態において、第一のノズル102及び第二のノズル104の位置は、独立的に制御することができる一方、その他の実施の形態において、第一及び第二のノズル102、104は、共通の可動のステージに連結され、また、基板114に対する第一及び第二のノズル102、104の位置は、独立的に制御することはできない。上述したように、基板114及び第一及び第二のノズル102、104の相対的位置は、手動にて又は、例えば、CNCマシーンを使用するといったように自動的に制御することができる。
[0082] 基板114及び第一のノズル102及び第二のノズルの相対的位置が設定されたとき、第一の材料及び第二の材料の相対的印刷速度が設定される(1005)。上記にて更に詳細に説明したように、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の少なくとも一方の組成を制御し、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物の少なくとも一方の流量又は滴の形成量を制御することにより、又はそれらの組合せにより第一の材料及び第二の材料の相対的な印刷速度を制御することができる。第一の材料及び第二の材料の相対的印刷速度が設定されたとき、第一の被覆組成物110及び第二の被覆組成物112の少なくとも一方は、第一のノズル102又は第二のノズル104からそれぞれ射出され且つ、基板114上に印刷される(906)。図9と同様に、次に、ユーザ又はプロセッサは、基板114及び第一及び第二のノズル102、104の相対的位置を平行移動させるべきかどうかを決定する(908)。基板114及び第一及び第二のノズル102、104の相対的位置を平行移動させるべきとき、ユーザ又はプロセッサは、新たな相対的位置を設定する(904)。
[0083] 基板114及び第一及び第二のノズル102、104の相対的位置を平行移動させるべきでないとき、印刷過程は終了し、層122を含む電極116は、後処理ステップに進むことができる(1099)。例えば、幾つかの実施の形態において、層122を含む電極116に対し熱処理ステップを行ない流体担体又は溶媒を除去することができる。幾つかの実施の形態において、層122を含む電極116に対し後処理ステップを行ない、層122内部から犠牲成分を除去して、多孔質層122を形成し、又は後処理ステップを行ない犠牲基板114を除去することができる。後処理ステップは、第一及び第二の被覆材料をアニールするための熱処理を含むこともできる。
[0084] 本明細書にて説明した技術は、少なくとも部分的にハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はそれらの任意の組合せにて具体化することができる。例えば、この技術の色々な特徴は、1つ以上のマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSPs)を含む1つ以上のプロセッサ、アプリケーション特定的な集積回路(ASICs)、フィールドプログラマブルゲートアレー(FPGAs)又は任意のその他の等価的な集積回路又は離散型論理回路並びにかかる構成要素の任意の組合せにて具体化することができる。「プロセッサ」又は「処理回路」という語は、全体として、単独にて又はその他の論理回路、又は任意のその他の等価的な回路と組み合わせた上述した論理回路の任意のものを意味することができる。
[0085] かかるハードウェア、ソフトウェア又はファームウェアは、同一の装置又は別個の装置内にて具体化し本明細書にて説明した各種のオペレーション及び機能を支えることができる。更に、説明したユニット、モジュール又は構成要素の任意のものは、共に又は離散型であるが、相互作用可能な論理装置として別個に具体化することができる。
[0086] ソフトウェア内に具体化されたとき、本明細書にて説明したシステム、装置及び技術に基づく機能は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読取り専用メモリ(ROM)、不揮発性ランダムアクセスメモリ(NVRAM)、電気的に消去可能なプログラマブル読取り専用メモリ(EEPROM)、フラッシュメモリ磁気データ保存媒体、光学データ保存媒体、又は同様のもののような、コンピュータ読取り可能な媒体上の指令として具体化することができる。指令は、本明細書にて説明した機能の1つ以上を支え又は制御するよう実行することができる。
[0087] 例えば、コンピュータ読取り可能な媒体上に保存された指令は、プロセッサを制御してシステムを制御し、第一の材料及び第二の材料を基板上に導入し電極の層を形成することができ、また、層内の複数の位置の各々にて第一の材料及び第二の材料の相対量を制御することにより層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つを制御することができる。
D10 D50 D90 D100
(μ) (μ) (μ) (μ)
非微粉砕 10 65 175 −−−
SVO
表2
D10 D50 D90 D100
(μ) (μ) (μ) (μ)
微粉砕した 1.1 2.4 4.6 <9
SVO
[0089] 次に、92%微粉砕SVO、6%電池等級炭素黒、1.33%スチレンブタジエンゴムバインダ(日本、東京のゼオン株式会社特殊材料事業部から入手可能)、及び0.67%カルボキシメチルセルロース(日本、大阪のダイセル化学工業から入手可能)の乾重量フォミュレーションの40%固形物にて水系スラリーを作成する。
[0090] 92%微粉砕炭素モノフッ化物、6%電池等級炭素黒、1.33%スチレンブタジエンゴムバインダ(日本、東京のゼオン株式会社特殊材料事業部から入手可能)、及び0.67%カルボキシメチルセルロース(日本、大阪のダイセル化学工業から入手可能)の乾重量フォミュレーションの約40%固形物を保持する、炭素モノフッ化物を含む同様の水素スリラーを作成する。
[0091] 2つのスリラーは、一体型の流体供給システム(IFDS)により超噴霧ヘッドに対する液体供給分として使用される。IFDSは、噴霧形成先端を有する超音波変換器と、超音波発生器と、外部の液体アプリケータと、外部精密液体供給システムと、空気導入器とを含む。かかるシステムは、マサチューセッツ州ハーバヒルのウルトラソニック システム インク(Ultrasonic Systems,Inc.)から入手可能である。被覆スラリーは、独立的な加圧リザーバ内に貯蔵され、また、それらの供給量を独立的に制御することのできる精密液体液供給システムにより液体アプリケータに供給される。二元的に又は三元的に変化する種々の堆積厚さ及び(又は)組成パターンを含むことができる、基板の寸法及び所望の組成パターンの寸法により要求されるようにIFDSを制御するため、多軸運動及び位置決めシステムが使用される。
[0092] 被覆を堆積した後、電極は、乾燥する迄、約1.33キロパスカル(kpa)から約13.3キロパスカルの圧力にて55℃の真空加熱炉内に入れる。
D10 D50 D90 D100
(μ) (μ) (μ) (μ)
非微粉砕 10 65 175 −−−
SVO
表4
D10 D50 D90 D100
(μ) (μ) (μ) (μ)
微粉砕した 1.1 2.4 4.6 <9
SVO
[0094] 次に、92%微粉砕SVO、6%電池等級炭素黒、1.33%スチレンn−ブタジエンゴムバインダ(日本、東京のゼオン株式会社特殊材料事業部から入手可能)、及び0.67%カルボキシメチルセルロース(日本、大阪のダイセル化学工業から入手可能)の乾重量フォミュレーションの40%固形物にて水系スラリーを作成する。
[0095] 92%微粉砕炭素モノフッ化物、6%電池等級炭素黒、1.33%スチレンブタジエンゴムバインダ(日本、東京のゼオン株式会社特殊材料事業部から入手可能)、及び0.67%カルボキシメチルセルロース(日本、大阪のダイセル化学工業から入手可能)の乾重量フォミュレーションの約40%固形物を保持する炭素モノフッ化物にてSVOを置換して、同様の水素スリラーを作成する。
[0096] 2つのスリラーは、一体型の流体供給システム(IFDS)により2つの超噴霧ヘッドに対する液体供給分として使用される。被覆スラリーは、独立的な加圧リザーバ内に貯蔵され、また、各々がそれらの供給量を独立的に制御することのできる精密液体液供給システムにより液体アプリケータに供給される。二元的に又は三元的に変化する種々の堆積厚さ及び(又は)組成パターンを含むことができる、基板の寸法及び所望の組成パターンの寸法により要求されるように2つのIFDS(標的又は基板を打撃するとき、その噴霧が衝突するように固定した関係にて取り付けられている)を制御するため多軸運動及び位置決めシステムが使用される。
[0097] 被覆を堆積した後、電極は、乾燥する迄、約1.33キロパスカル(kpa)から約13.3キロパスカルの圧力にて55℃の真空加熱炉内に入れる。
D10 D50 D90 D100
(μ) (μ) (μ) (μ)
非微粉砕 10 65 175 −−−
SVO
表6
D10 D50 D90 D100
(μ) (μ) (μ) (μ)
微粉砕した 1.1 2.4 4.6 <9
SVO
[0099] 次に、92%微粉砕SVO、6%電池等級炭素黒、1.33%スチレンn−ブタジエンゴムバインダ(日本、東京のゼオン株式会社特殊材料事業部から入手可能)、及び0.67%カルボキシメチルセルロース(日本、大阪のダイセル化学工業から入手可能)の乾重量フォミュレーションの40%固形物にて水系スラリーを作成する。
[0100] 92%微粉砕炭素モノフッ化物、6%電池等級炭素黒、1.33%スチレンブタジエンゴムバインダ(日本、東京のゼオン株式会社特殊材料事業部から入手可能)、及び0.67%カルボキシメチルセルロース(日本、大阪のダイセル化学工業から入手可能)の乾重量フォミュレーションの約40%固形物を保持する、炭素モノフッ化物を含む同様の水素スリラーを作成する。
[0101] 2つのスリラーは、一体型の流体供給システム(IFDS)により2つの独立的な超噴霧ヘッドに対する液体供給分として使用される。被覆スラリーは、独立的な加圧リザーバ内に貯蔵され、また、各々がそれらの供給量を独立的に制御することのできる2つの精密液体液供給システムと関係した液体アプリケータに供給される。二元的に又は三元的に変化する種々の堆積厚さ及び(又は)組成パターンを含むことができる、基板の寸法及び所望の組成パターンの寸法により要求されるように独立的なIFDSを制御するため多軸運動及び位置決めシステムが使用される。
[0102] 被覆を堆積する過程が実行された後、電極は、乾燥する迄、約1.33キロパスカル(kpa)から約13.3キロパスカルの圧力にて55℃の真空加熱炉内に入れる。
[0103] 本発明の各種の実施の形態について説明した。これら及びその他の実施の形態は、特許請求の範囲に含まれるものである。
Claims (36)
- 第一の被覆組成物は少なくとも第一の被覆材料を含み、第二の被覆組成物は少なくとも第二の被覆材料を含み、第一の被覆組成物及び第二の被覆組成物は基板上に堆積するように、第一の被覆組成物及び第二の被覆組成物をノズルから射出する工程と、
層内の複数の位置の各々にて第一の被覆材料及び第二の被覆材料の相対量を制御することにより層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つを制御する工程とを含む、基板上に電極の層を印刷する工程を備える、方法。 - 請求項1に記載の方法において、前記複数の位置は前記層内にて少なくとも二元的に配列される、方法。
- 請求項2に記載の方法において、前記複数の位置は層内にて
三元的に配列される、方法。 - 請求項1から3の何れかの項に記載の方法において、前記第一の被覆材料は、銀バナジウム酸化物(SVO)を含み、前記第二の被覆材料は、フッ化炭素(CH3F)、二フッ化炭素(CH2F2)、三フッ化炭素(CHF3)、及び四フッ化炭素(CF4)の少なくとも1つを含む、方法。
- 請求項4に記載の方法において、前記層は、前記基板に隣接する第一の面と、該第一の面に対向する第二の面とを備え、前記層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つを制御する工程は、前記第一の面に隣接して、CH3F、CH2F2、CHF3、及びCF4の少なくとも1つの増大した濃度を提供し且つ前記第二の面に隣接してSVOの増大した濃度を提供することにより、電力容量及びエネルギ密度を制御する工程を含む、方法。
- 請求項1から3の何れかの項に記載の方法において、前記第一の被覆材料及び前記第二の被覆材料の少なくとも一方は、炭素を含む、方法。
- 請求項1から6の何れかの項に記載の方法において、前記層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つを制御する工程は、前記層内の複数の位置の少なくとも1つ内にて第一の被覆組成物及び第二の被覆組成物の少なくとも一方を印刷しない工程を含む、方法。
- 請求項1から7の何れかの項に記載の方法において、前記層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つを制御する工程は、前記層の剛性を制御する工程を含む、方法。
- 請求項1から8の何れかの項に記載の方法において、前記層を熱処理する工程を更に含む、方法。
- 請求項1から9の何れかの項に記載の方法において、前記基板は、平坦でない基板部分を備える、方法。
- 請求項1から10の何れかの項に記載の方法において、前記基板の表面は、第一の面を含み、前記層は第二の層を含み、前記基板は第二の面を更に含み、
第二の面上に第二の層を印刷する工程と、
前記第二の層内の複数の位置の各々にて前記第一の被覆材料及び第二の被覆材料の相対量を制御することにより前記第二の層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つを制御する工程とを備える、方法。 - 請求項1から10の何れかの項に記載の方法において、前記電極は第一の電極を含み、
基板上に第二の電極の層を印刷することにより電極列を形成する工程を更に備え、
前記第二の電極の層を印刷する工程は、
第一の被覆組成物をノズルから射出する工程と、
第一の被覆組成物及び第二の被覆組成物は第一の電極から異なる位置に基板上に堆積するように第二の被覆組成物をノズルから射出する工程と、
前記第二の電極の層内の複数の位置の各々にて前記第一の被覆材料及び第二の被覆材料の相対量を制御することにより前記第二の電極の層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つを制御する工程とを備える、方法。 - 請求項12に記載の方法において、前記第二の電極の層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つは、前記第一の電極の層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つと相違する、方法。
- 請求項1から11の何れかの項に記載の方法において、前記電極は、パターン付きの電極である、方法。
- 請求項1から14の何れかの項に記載の方法において、第一の被覆組成物及び第二の被覆組成物をノズルから射出する工程は、第一の被覆組成物及び第二の被覆組成物を単一のノズルから射出する工程を含む、方法。
- 請求項1から14の何れかの項に記載の方法において、第一の被覆組成物及び第二の被覆組成物をノズルから射出する工程は、第一の被覆組成物を第一のノズルから射出する工程と、第二の被覆組成物を第二のノズルから射出する工程とを含む、方法。
- 請求項16に記載の方法において、第一の被覆組成物及び第二の被覆組成物を混合させる工程を更に含む、方法。
- 請求項17に記載の方法において、第一の被覆組成物及び第二の被覆物を混合させる工程は、第一の被覆組成物を第一のノズルから射出する工程の後、第二の被覆組成物を第二のノズルから射出する工程の後、及び第一の被覆組成物及び第二の被覆組成物が前記基板上に堆積する前に行なわれる、方法。
- 請求項17に記載の方法において、第二の被覆組成物及び第一の被覆組成物を混合させる工程は、第一の被覆組成物を第一のノズルから射出する工程の後、第二の被覆組成物を第二のノズルから射出する工程の後、及び第一の被覆組成物及び第二の被覆組成物が前記基板上に堆積するのと実質的に同時に行なわれる、方法。
- 請求項1から19の何れかの項に記載の方法において、前記層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つを制御する工程は、第一の被覆材料及び第二の被覆材料の相対量が前記層の少なくとも一部分にて実質的に連続的に変化するように前記層の複数の位置の各々における前記第一の被覆材料及び第二の被覆材料の相対量を制御する工程を含む、方法。
- 電極において、
基板上に印刷された層を備え、
前記層は第一の被覆材料及び第二の被覆材料から成り、
前記層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つは、前記層内の複数の位置にて相違し、
前記層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つは、前記層内の複数の位置の各々にて第一の被覆材料及び第二の被覆材料の相対量により制御される、電極。 - 請求項21に記載の電極において、前記複数の位置は、前記層内にて少なくとも二元的に配列される、方法。
- 請求項22に記載の電極において、前記複数の位置は、前記層内にて三元的に配列される、方法。
- 請求項21から23の何れかの項に記載の方法において、前記第一の被覆材料は、銀バナジウム酸化物(SVO)を含み、また、第二の被覆材料は、フッ化炭素(CH3F)、二フッ化炭素(CH2F2)、三フッ化炭素(CHF3)、及び四フッ化炭素(CF4)の少なくとも1つを含む、被覆材料。
- 請求項24に記載の方法において、前記層は、前記基板に隣接する第一の面と、該第一の面に隣接する第二の面とを備え、前記層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つを制御する工程は、前記第一の面に隣接して
CH3F、CH2F2、CHF3、及びCF4の少なくとも1つの増大した濃度を提供し且つ前記第二の面に隣接してSVOの増大した濃度を提供することにより、電力容量及びエネルギ密度を制御する工程を含む、方法。 - 請求項21から23の何れかの項に記載の方法において、第一の被覆材料及び第二の被覆材料の少なくとも一方は、炭素を含む、方法。
- 請求項21から26の何れかの項に記載の方法において、前記層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つは、前記層の剛性を含む、電極。
- 請求項21から27の何れかの項に記載の電極において、前記層内の複数の位置の少なくとも1つは、前記第一の被覆材料及び第二の被覆材料の1つを備える、電極。
- 請求項21から27の何れかの項に記載の電極において、前記層内の複数の位置の少なくとも1つは、前記第一の被覆材料又は第二の被覆材料の何れも備えない、電極。
- 請求項21から29の何れかの項に記載の電極において、前記基板は平坦でない基板部分を備える、電極。
- 請求項21から30の何れかの項に記載の電極において、前記基板は第一の面及び第二の面を含み、前記層は、前記基板の第一の面上に印刷した第一の層を含み、前記電極は、
基板の第二の面上に印刷された第二の層を備え、
前記第二の層は、第一の被覆材料及び第二の被覆材料から成り、前記第二の層は、第一の被覆材料及び第二の被覆材料を備え、
前記第二の層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つは、前記第二の層内の複数の位置にて相違し、
前記第二の層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つは、前記第二の層内の複数の位置の各々にて第一の被覆材料及び第二の被覆材料の相対量により制御される、電極。 - 請求項21から31の何れかの項に記載の電極において、電極はパターン付きの電極である、電極。
- 請求項21から32の何れかの項に記載の電極において、第一の被覆材料及び第二の被覆材料の相対的量は、前記層の少なくとも一部分内にて実質的に連続的に変化する、電極。
- 方法において、
基板の上方にて第一の材料及び第二の材料を導入して電極の層を形成する工程と、
前記層内の複数の位置の各々にて第一の材料及び第二の材料の相対量を制御することにより前記層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つを制御する工程と、を備え、
第一の材料はSVOを含み、また、第二の材料は、CH3F、CH2F2、CHF3、及びCF4の少なくとも1つを含む、方法。 - プロセッサに対して次のことを行なわせる指令を含むコンピュータ読取り可能な媒体において、
基板の上方にて第一の材料及び第二の材料を導入して電極の層を形成するようにし、
前記層内の複数の位置の各々にて第一の材料及び第二の材料の相対量を制御することにより前記層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つを制御するようにし、
第一の材料はSVOを含み、また、第二の材料は、CH3F、CH2F2、CHF3、及びCF4の少なくとも1つを含む、コンピュータ読取り可能な媒体。 - 方法において、
基板の上方にて第一の材料及び第二の材料を導入して植込み型医療装置内にて電池に対する電極の層を形成する工程と、
前記層内の複数の位置の各々にて第一の材料及び第二の材料の相対量を制御することにより前記層の電気伝導率、熱伝導率、機械的性質、電力容量、エネルギ密度、化学的活性度及び電気化学的活性度の少なくとも1つを制御する工程と、を備え、
第一の材料はSVOを含み、また、第二の材料は、炭素フッ化物すなわち、CH3F、CH2F2、CHF3、及びCF4の少なくとも1つを含む、方法。
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