JP2012209048A - Printed battery - Google Patents

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Yamahiro Iwasa
山大 岩佐
Yoichi Oba
洋一 大場
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Asahi Chemical Research Laboratory Co Ltd
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Asahi Chemical Research Laboratory Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flexible zinc/manganese dioxide printed battery with high electromotive force and long battery life, and to provide a manufacturing method therefor.SOLUTION: The printed battery is constructed by layering a cathode which is formed by printing an anode prepared by printing manganese oxide paste and zinc paste, through a separator impregnated with electrolyte. The electrolyte includes phosphoric acid of 2-25wt%.

Description

本発明は、化学エネルギーを電気エネルギーに変換することによりバッテリ電源として使用される電気化学電池、より詳細には、印刷法により製造される一次電池、すなわち、全ての能動素子が印刷されている、薄くて可撓性のある電池、特に起電力が大きく、かつ電池寿命の長い、可撓性の亜鉛/二酸化マンガン系印刷電池に関する。   The present invention relates to an electrochemical cell used as a battery power source by converting chemical energy into electrical energy, more particularly a primary cell manufactured by a printing method, i.e. all active elements are printed, The present invention relates to a thin and flexible battery, in particular, a flexible zinc / manganese dioxide-based printed battery having a large electromotive force and a long battery life.

電子機器の多様化が進み、例えば、携帯電話、動画および静止画・音声記録機、液晶ディスプレイ、電卓、腕時計、補聴器などのような電池駆動の携帯電気器具が市場に拡がってきている。また、グリーティングカード、ポストカード、本のパッケージ、カレンダーなどの民生品、電子荷札などの情報部品、さらには体温度計あるいは体に張り付けて体温や脈拍などの情報を読み取る医療用パッチなど医療用器具など、各種低電力消費製品に使用するのに適した電源として、比較的安価で、薄く、可撓性があり、かつ環境に優しい、使い捨ての低エネルギー密度電池の開発が進んでいる。   With the diversification of electronic devices, battery-powered portable electric appliances such as mobile phones, video and still image / sound recorders, liquid crystal displays, calculators, watches, hearing aids, and the like are spreading in the market. Also, medical devices such as greeting cards, postcards, book packages, consumer products such as calendars, information parts such as electronic tags, and medical thermometers or medical patches that are attached to the body and read information such as body temperature and pulse. As a power source suitable for use in various low power consumption products, development of a relatively low-cost, thin, flexible, and environmentally friendly disposable low-energy density battery is in progress.

このような印刷電池は、負極や正極にどのような材料を用いるかによってそれぞれ特徴のある電池が提供されるが、現在、亜鉛/二酸化マンガン系一次電池が市販段階にあり、またリチウム/二酸化マンガン系一次電池やリチウムイオン二次電池は開発途上にある。
従来の印刷法による亜鉛/二酸化マンガン系一次電池としていくつかの特許をあげられるが、例えば特許文献1は、亜鉛ペーストを印刷した負極と二酸化マンガンペーストを印刷した正極の間に不織布のセパレーターを配置したもので、電解質の過塩素酸亜鉛、バインダーのヒドロキシエチルセルロース、溶剤の水からなるペースト状電解液を負極にスクリーン印刷して用いている。この電池は、電解質として公知の塩化亜鉛、塩化アンモン系を用いる場合に比べ、負極の亜鉛との反応性が抑えられるので、亜鉛の利用効率が向上し、電池の寿命が長いという特徴がある。
Such a printed battery is provided with a characteristic battery depending on what kind of material is used for the negative electrode and the positive electrode. Currently, a zinc / manganese dioxide-based primary battery is in a commercial stage, and lithium / manganese dioxide. Primary batteries and lithium ion secondary batteries are under development.
Several patents can be given for zinc / manganese dioxide primary batteries using conventional printing methods. For example, Patent Document 1 discloses a non-woven fabric separator placed between a negative electrode printed with zinc paste and a positive electrode printed with manganese dioxide paste. Thus, a paste-like electrolyte solution composed of zinc perchlorate as an electrolyte, hydroxyethyl cellulose as a binder, and water as a solvent is screen-printed on the negative electrode and used. This battery is characterized in that the reactivity of the negative electrode with zinc is suppressed as compared with the case where a known zinc chloride or ammonium chloride system is used as the electrolyte, so that the utilization efficiency of zinc is improved and the battery life is long.

特許文献2は、複数の電池セルからなる一体型の薄型電池を、単一の電池セルと同様の薄さで、かつ簡単な製造工程で得られるようにする新しい工程(構造)を提案するもので、ポリエチレンテレフタレート(PET)のようなプラスチックフイルムにカーボンペーストで集電体を作成し、負極材は亜鉛末/ポリビニルアルコール(PVA)系ペースト、正極材には二酸化マンガンペーストを用い、セパレーターに不織布、電解液に塩化亜鉛/塩化アンモンを用いた例が開示されている。   Patent Document 2 proposes a new process (structure) for obtaining an integrated thin battery composed of a plurality of battery cells with the same thickness as a single battery cell and with a simple manufacturing process. The current collector is made of a plastic paste such as polyethylene terephthalate (PET) with carbon paste, the negative electrode material is zinc dust / polyvinyl alcohol (PVA) paste, the positive electrode material is manganese dioxide paste, and the separator is non-woven fabric. An example in which zinc chloride / ammonium chloride is used as an electrolytic solution is disclosed.

特許文献3には、可撓性の非-導電性基板材料の第一部分上に、集電材を用いずに直接、亜鉛アノードを印刷することを特徴とする亜鉛/二酸化マンガン電池で、具体的には、可撓性のポリマー-金属ラミネートパッケージ材料のアノード基板にアノードインキ(亜鉛末/酢酸亜鉛/水/ポリビニルピロリドン)をスクリーン印刷、70℃にて5分間乾燥後アノードタブを作成し、一方、可撓性のポリマー-金属ラミネートパッケージ材料のカソード基板にカソード集電装置用インキおよびカソードタブとしてカーボンインキ(市販品)を印刷、真空下50℃16時間乾燥後、この上にカソードインキ(二酸化マンガン/グラファイト/ポリビニルピロリドン/水)を印刷、70℃、5〜10分硬化。澱粉/天然グアーガム/ポリビニルピロリドン/界面活性剤添加物/水を含む混合物で被覆されているクラフトセパレータ紙を、電池電解液(1000ppmのセチルトリメチルアンモニウムブロミドを含み、600ppmの塩化鉛を添加した、28質量%の塩化亜鉛溶液)で湿らせ、このセパレータを該亜鉛アノードと面するように配向させ、周辺部で熱封止するものが開示されている。   Patent Document 3 discloses a zinc / manganese dioxide battery characterized by printing a zinc anode directly on a first portion of a flexible non-conductive substrate material without using a current collector. Screen-printed anode ink (zinc dust / zinc acetate / water / polyvinylpyrrolidone) on anode substrate of flexible polymer-metal laminate package material, dried at 70 ° C. for 5 minutes, then created anode tab, Cathode collector ink and carbon ink (commercially available) as cathode tab printed on cathode substrate of flexible polymer-metal laminate package material, dried under vacuum at 50 ° C for 16 hours, then cathode ink (manganese dioxide) / Graphite / polyvinylpyrrolidone / water), cured at 70 ° C. for 5-10 minutes. Kraft separator paper coated with a mixture comprising starch / natural guar gum / polyvinylpyrrolidone / surfactant additive / water, battery electrolyte (containing 1000 ppm cetyltrimethylammonium bromide, with 600 ppm lead chloride added, 28 A mass% zinc chloride solution), the separator is oriented to face the zinc anode and heat sealed at the periphery.

特許文献4には、印刷電池に用いられる伝導性インク、正極インク、負極インクのバインダーとしてアクリル、アルキド、アルギン酸塩、ラテックス、ポリウレタン、アマニ油、および炭化水素のエマルジョンからなる群より選択されるベースを用いることを特徴にしている。例えば、伝導性インク懸濁液はアクリル系バインダー中に79重量%の伝導性炭素(粒径<0.1μm)を分散、正極インク懸濁液はアクリル系バインダー中に96重量%の二酸化マンガン(粒径<0.4μm)を分散、負極インク懸濁液はアクリル系バインダー中に96重量%の亜鉛粉末(粒径<0.3μm))分散して調製する例が開示されている。   Patent Document 4 discloses a base selected from the group consisting of acrylic, alkyd, alginate, latex, polyurethane, linseed oil, and hydrocarbon emulsions as binders for conductive ink, positive ink, and negative ink used in printed batteries. It is characterized by using. For example, the conductive ink suspension has 79 wt% conductive carbon (particle size <0.1 μm) dispersed in an acrylic binder, and the positive ink suspension has 96 wt% manganese dioxide (acrylic binder in an acrylic binder). An example is disclosed in which the particle size <0.4 μm) is dispersed, and the negative electrode ink suspension is prepared by dispersing 96 wt% zinc powder (particle size <0.3 μm) in an acrylic binder.

また、特許文献5には、負極材としての亜鉛ポリマー厚膜組成物に関するもので、溶媒とポリヒドロキシエーテル、ポリウレタン、アクリロニトリル/塩化ビニリデンのコポリマーおよびその混合物から選択されるポリマーを含む有機媒質中に分散された亜鉛粒子を含む亜鉛ポリマー厚膜組成物が開示されている。   Patent Document 5 relates to a zinc polymer thick film composition as a negative electrode material. In an organic medium containing a solvent and a polymer selected from polyhydroxy ether, polyurethane, acrylonitrile / vinylidene chloride copolymer, and a mixture thereof. A zinc polymer thick film composition comprising dispersed zinc particles is disclosed.

なお、印刷電池ではないが、負極活物質としてアルミニウムを含む亜鉛合金を用いたアルカリ電池において、該負極活物質を含むゲル状亜鉛負極の電解液としてリン酸またはリン酸のアルカリ塩からなるリン酸イオンを含む電解液を用いる例がある(特許第2609609号)。しかしこのリン酸イオンは、負極活物質中に含まれるアルミニウムが特定の放電条件下で亜鉛の特異な結晶の生成を妨害するイオンとして添加され、その添加量は、亜鉛1gについて10〜100ppmの割合で電解液中に含有させるとしている。このようなリン酸イオンの添加によって、特定の負荷抵抗での放電性能の低下は見られなくなるという効果が確認され、この作用機序としては、リン酸イオンの存在によって亜鉛の特異な結晶の生成が阻害され、その結晶による内部短絡現象がなくなるからであると推定しているが、当該特許は、電解液にKOHのようなアルカリを使用するアルカリ電池の亜鉛負極のアルカリ電解液に極微量のリン酸を添加するもので、亜鉛/二酸化マンガン系一次電池の塩化亜鉛または塩化亜鉛/塩化アンモン系電解液にリン酸を相当量添加するものではなく、またリン酸の添加による起電力の向上については何ら記載されていない。   In addition, although it is not a printing battery, in the alkaline battery using the zinc alloy containing aluminum as a negative electrode active material, phosphoric acid which consists of phosphoric acid or the alkali salt of phosphoric acid as electrolyte solution of the gelatinous zinc negative electrode containing this negative electrode active material There is an example using an electrolytic solution containing ions (Japanese Patent No. 2609609). However, this phosphate ion is added as an ion in which aluminum contained in the negative electrode active material interferes with the formation of a unique crystal of zinc under specific discharge conditions. The amount added is 10 to 100 ppm per 1 g of zinc. It is supposed to be contained in the electrolyte. It was confirmed that the addition of phosphate ions eliminates the deterioration of discharge performance at a specific load resistance. The mechanism of action is the formation of unique crystals of zinc due to the presence of phosphate ions. It is presumed that the internal short circuit phenomenon due to the crystal is eliminated, but the patent discloses a trace amount in the alkaline electrolyte of the zinc negative electrode of an alkaline battery using an alkali such as KOH as the electrolytic solution. Phosphoric acid is added, not a substantial amount of phosphoric acid added to the zinc chloride or zinc chloride / ammonium chloride electrolyte of zinc / manganese dioxide primary batteries, and the improvement of electromotive force by the addition of phosphoric acid Is not described at all.

特開昭61−55866号公報JP-A 61-55866 特開平5−54895号公報JP-A-5-54895 特表2005−518074号公報JP 2005-518074 gazette 特表2005−527093号公報JP 2005-527093 A 特開2004−022548号公報JP 2004-022548 A

これらの亜鉛/二酸化マンガン系電池において、その起電力は約1.5Vであり、さらに高起電力の電池の必要性が認識されており、これが得られれば電池寿命が延びるので極めて有利である。本発明の課題は、起電力が大きく、かつ電池寿命の長い、可撓性の亜鉛/二酸化マンガン系印刷電池およびその製造方法を提供することである。   In these zinc / manganese dioxide-based batteries, the electromotive force is about 1.5 V, and the necessity of a battery with a higher electromotive force has been recognized, and if this is obtained, the battery life is extended, which is extremely advantageous. An object of the present invention is to provide a flexible zinc / manganese dioxide printed battery having a large electromotive force and a long battery life and a method for producing the same.

本発明者は、電池の起電力は用いる電解液の組成に依存するものと想定し、印刷法のセパレーターに含浸させる電解液の検討を行った結果、電解液にリン酸水溶液を用いた場合、無負荷放電特性は満足しないものの、初期起電力が約2Vに達することを見出し、さらに研究を進めた結果、特に塩化亜鉛/塩化アンモン系電解液や塩化亜鉛系電解液にリン酸を添加することによって、顕著な起電力向上効果とともに、無負荷放電特性も良好な印刷電池がえられることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を達成するために、本願で特許請求される発明は以下のとおりである。   The present inventor assumed that the electromotive force of the battery depends on the composition of the electrolytic solution to be used, and as a result of examining the electrolytic solution impregnated in the separator of the printing method, as a result of using an aqueous phosphoric acid solution as the electrolytic solution, Although the no-load discharge characteristics are not satisfied, the initial electromotive force has reached about 2V, and further research has made it possible to add phosphoric acid to zinc chloride / ammonium chloride electrolytes and zinc chloride electrolytes. As a result, it was found that a printed battery having a remarkable effect of improving electromotive force and good no-load discharge characteristics can be obtained, and the present invention has been completed. That is, in order to achieve the above-mentioned problems, the invention claimed in the present application is as follows.

(1)酸化マンガンペーストを印刷して作製した陽極と亜鉛ペーストを印刷して形成した陰極を、電解液を含浸させたセパレーターを介し積層して構成した印刷電池であって、前記電解液が2〜25wt%のリン酸を含むことを特徴とする印刷電池。
(2)前記電解液が塩化アンモン/塩化亜鉛/リン酸系または塩化亜鉛/リン酸系であることを特徴とする(1)に記載の印刷電池。
(3)前記塩化アンモン/塩化亜鉛/リン酸系電解液が塩化アンモン/塩化亜鉛/リン酸/水からなり、塩化アンモン25〜28wt%、塩化亜鉛2〜12wt%、リン酸2〜25wt%、水40〜65wt%であることを特徴とする(2)に記載の印刷電池。
(4)前記塩化亜鉛/リン酸系電解液が塩化亜鉛/リン酸/水からなり、塩化亜鉛50〜80wt%、リン酸5〜25wt%、水15〜25wt%であることを特徴とする(2)に記載の印刷電池。
(5)前記酸化マンガンペーストおよび亜鉛ペーストが、バインダーとしてヒドロキシアルキルセルロース類、ポリビニルブチラール(PVB)およびアクリルポリオール樹脂からなる群から選ばれた一種または二種以上のポリマーであることを特徴とする(1)ないし(4)のいずれかに記載の印刷電池。
(6)酸化マンガンペーストを印刷して作製した陽極と亜鉛ペーストを印刷して形成した陰極を、電解液を含浸させたセパレーターを介し積層して印刷電池を構成する印刷電池の製造方法であって、前記電解液が2〜25wt%のリン酸を含むことを特徴とする印刷電池の製造方法。
(7)前記電解液が塩化アンモン/塩化亜鉛/リン酸系または塩化亜鉛/リン酸系であることを特徴とする(6)に記載の印刷電池の製造方法。
(1) A printed battery in which an anode prepared by printing a manganese oxide paste and a cathode formed by printing a zinc paste are laminated via a separator impregnated with an electrolyte solution, the electrolyte solution being 2 A printed battery comprising ˜25 wt% phosphoric acid.
(2) The printed battery according to (1), wherein the electrolytic solution is an ammonium chloride / zinc chloride / phosphoric acid system or a zinc chloride / phosphoric acid system.
(3) The ammonium chloride / zinc chloride / phosphoric acid electrolyte solution is composed of ammonium chloride / zinc chloride / phosphoric acid / water, ammonium chloride 25-28 wt%, zinc chloride 2-12 wt%, phosphoric acid 2-25 wt%, The printed battery according to (2), wherein the water content is 40 to 65 wt%.
(4) The zinc chloride / phosphate electrolyte is composed of zinc chloride / phosphoric acid / water, and is characterized by zinc chloride 50-80 wt%, phosphoric acid 5-25 wt%, and water 15-25 wt% ( The printed battery as described in 2).
(5) The manganese oxide paste and the zinc paste are one or more polymers selected from the group consisting of hydroxyalkyl celluloses, polyvinyl butyral (PVB) and acrylic polyol resins as a binder ( The printed battery according to any one of 1) to (4).
(6) A method for producing a printed battery in which a printed battery is formed by laminating an anode produced by printing a manganese oxide paste and a cathode formed by printing a zinc paste via a separator impregnated with an electrolytic solution. The method for producing a printed battery, wherein the electrolytic solution contains 2 to 25 wt% phosphoric acid.
(7) The method for producing a printed battery according to (6), wherein the electrolytic solution is an ammonium chloride / zinc chloride / phosphoric acid system or a zinc chloride / phosphoric acid system.

本発明によれば、高起電力でかつ自己放電性の低い、可撓性の酸化マンガン/亜鉛系印刷電池が得られる。   According to the present invention, a flexible manganese oxide / zinc-based printed battery with high electromotive force and low self-discharge property can be obtained.

本発明の印刷電池の構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the printed battery of this invention. 本発明の印刷電池の製造方法のフローチャートを示す説明図。Explanatory drawing which shows the flowchart of the manufacturing method of the printed battery of this invention. 各種電解液を用いた印刷電池の起電力(無負荷)経時変化を示す図。The figure which shows the electromotive force (no load) time-dependent change of the printed battery using various electrolyte solution. 実施例1、2及び比較例1、2の起電力(無負荷)経時変化を示す図。The figure which shows the electromotive force (no load) time-dependent change of Examples 1, 2 and Comparative Examples 1, 2. 実施例3、4及び比較例1、2の起電力(無負荷)経時変化を示す図。The figure which shows the electromotive force (no load) time-dependent change of Examples 3 and 4 and Comparative Examples 1 and 2. 実施例5、6及び比較例1、2の起電力(無負荷)経時変化を示す図。The figure which shows the electromotive force (no load) time-dependent change of Examples 5 and 6 and Comparative Examples 1 and 2. 実施例2の印刷電池における負荷放電特性を示す図。The figure which shows the load discharge characteristic in the printed battery of Example 2. FIG. 電極バインダーの異なる印刷電池の起電力(無負荷)経時変化を示す図。The figure which shows the electromotive force (no load) time-dependent change of the printing battery from which an electrode binder differs. 印刷電池の起電力(無負荷)経時変化に及ぼす塩化アンモン/塩化亜鉛/リン酸系電解液組成の影響を示す図。The figure which shows the influence of an ammonium chloride / zinc chloride / phosphoric acid type electrolyte composition on electromotive force (no load) time-dependent change of a printed battery. 印刷電池の起電力(無負荷)経時変化に及ぼす塩化亜鉛/リン酸系電解液組成の影響を示す図。The figure which shows the influence of a zinc chloride / phosphate type electrolyte solution composition which exerts on electromotive force (no load) time-dependent change of a printed battery.

図1は、本発明の印刷電池の構成を示す断面図である。この印刷電池10は、一対の基板間にセパレーター3を挟んで配置された陽極部1と陰極部2とからなり、陽極部1は、基板4にカーボンペーストなどを印刷・熱硬化して形成した集電電極5と、該集電電極5の表面に酸化マンガン粉末ペーストを印刷、乾燥して形成した陽極6とからなり、一方、陰極部2は、基板4と基板7にカーボンペーストなどを印刷・熱硬化して形成した集電電極5と、該集電電極5の表面に亜鉛粉末ペーストを印刷・乾燥して形成した陰極7とからなる。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a printed battery according to the present invention. This printed battery 10 includes an anode part 1 and a cathode part 2 arranged with a separator 3 sandwiched between a pair of substrates. The anode part 1 is formed by printing and thermosetting a carbon paste or the like on a substrate 4. It consists of a collector electrode 5 and an anode 6 formed by printing and drying a manganese oxide powder paste on the surface of the collector electrode 5, while the cathode portion 2 prints carbon paste or the like on the substrate 4 and the substrate 7. A current collecting electrode 5 formed by thermosetting and a cathode 7 formed by printing and drying a zinc powder paste on the surface of the current collecting electrode 5.

(1)陽極部1
PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムのような可撓性電気絶縁性基板4に、カーボンペーストなどを印刷・熱硬化して集電電極(リード電極兼用)5を形成し、その表面に陽極6として酸化マンガン粉末を含むペースト(酸化マンガンペースト)を印刷・乾燥により形成したもの。
(2)陰極部2
PET(ポリエチレンテレフタレート)のような可撓性基板に、カーボンペーストなどを印刷・熱硬化して集電電極(リード電極兼用)を形成し、その表面に陰極8として亜鉛粉末を含むペースト(亜鉛ペースト)を印刷により形成したもの。
(3)セパレーター3
上記(1)と(2)とが直接接触することを防止するためのスペーサーの役割と電解液
保持の役割をはたすためのものであり多孔質物質であり、この多孔体に電解液を含浸して用
いられる。
(1) Anode section 1
On a flexible electrically insulating substrate 4 such as a PET (polyethylene terephthalate) film, a carbon paste or the like is printed and thermally cured to form a current collecting electrode (also used as a lead electrode) 5, and manganese oxide as an anode 6 on the surface A paste containing powder (manganese oxide paste) formed by printing and drying.
(2) Cathode part 2
On a flexible substrate such as PET (polyethylene terephthalate), carbon paste is printed and heat-cured to form a collecting electrode (also used as a lead electrode). ) By printing.
(3) Separator 3
It is a porous substance that serves as a spacer for preventing direct contact between the above (1) and (2) and a role for holding an electrolyte solution. The porous body is impregnated with an electrolyte solution. Used.

本発明の印刷電池において可撓性電気絶縁性基板としては、上述したPET以外にポリエチレンナフトエート(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリカーボネート(PC)、ポリサルホン(PS)などのフィルムやアルミラミネートフイルム(PETなどのフィルムにアルミ箔とシーラント層を積層した多層フイルム)を用いることができる。   In the printed battery of the present invention, as the flexible electrically insulating substrate, in addition to the above-mentioned PET, films such as polyethylene naphthoate (PEN), polyimide (PI), polycarbonate (PC), polysulfone (PS), and aluminum laminate film ( A multilayer film in which an aluminum foil and a sealant layer are laminated on a film such as PET can be used.

本発明の集電電極には、カーボンペーストが好適に用いられる。カーボンペーストとしては、スクリーン印刷性が良好で、印刷後比較的低温で硬化反応により柔軟な被膜を形成し、PETと良好な密着性を有し、少なくとも10−2Ω・cmより低い電気抵抗の被膜が形成できるものが好ましい。 A carbon paste is suitably used for the current collecting electrode of the present invention. The carbon paste has good screen printability, forms a flexible film by a curing reaction at a relatively low temperature after printing, has good adhesion with PET, and has an electric resistance of at least lower than 10 −2 Ω · cm. What can form a film is preferable.

本発明の陽極を形成するには、酸化マンガン粉末、カーボンまたはグラファイト粉末、バインダー、電解液、バインダー用溶剤などで構成される酸化マンガンペーストを、上記集電電極上に印刷・乾燥して形成される。   In order to form the anode of the present invention, a manganese oxide paste composed of manganese oxide powder, carbon or graphite powder, a binder, an electrolytic solution, a binder solvent, and the like is printed and dried on the current collecting electrode. .

本発明の酸化マンガンペーストに用いられる二酸化マンガン粉末としては、試薬として入手可能な純度が >80%、好ましくは >85%、平均粒径が5〜15μm程度のものが使用できる。また、陽極内の導電性を高めるためにカーボンまたはグラファイト粉末を添加してもよく、例えば鱗状グラファイトで粒径が5〜15μm程度のものが好ましく用いられる。   As the manganese dioxide powder used in the manganese oxide paste of the present invention, those having a purity of> 80%, preferably> 85%, and an average particle size of about 5 to 15 μm can be used as a reagent. Further, carbon or graphite powder may be added to increase the conductivity in the anode. For example, scaly graphite having a particle size of about 5 to 15 μm is preferably used.

酸化マンガンペーストの電解液としては塩化アンモン/塩化亜鉛が用いられる。また、酸化マンガンペーストのバインダーとしては、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、ヒドロキシエチルメチルセルロース(HEMC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)などのヒドロキシアルキルセルロース類、ポリビニルブチラール(PVB)、ポリオールアクリル樹脂が好適である。また、酸化マンガンペーストのバインダー用溶剤として、スクリーン印刷に適した蒸発性を有し、使用するバインダーに適した溶媒が適宜選択して用いられるが、エチルカルビトールアセテート、ブチルセロソルブが例示できる。   As the electrolytic solution of the manganese oxide paste, ammonium chloride / zinc chloride is used. Moreover, as binder of manganese oxide paste, hydroxyalkyl celluloses such as hydroxyethyl cellulose (HEC), hydroxypropyl cellulose (HPC), hydroxyethyl methyl cellulose (HEMC), hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC), polyvinyl butyral (PVB), polyol Acrylic resin is preferred. Further, as the binder solvent for the manganese oxide paste, a solvent having an evaporation property suitable for screen printing and suitable for the binder to be used is appropriately selected and used, and examples thereof include ethyl carbitol acetate and butyl cellosolve.

本発明の亜鉛ペーストに用いられる亜鉛粉末としては、純度が >99%で、平均粒径が5〜15μm程度のものが好ましく用いられる。亜鉛ペーストのバインダーとしては、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、ヒドロキシエチルメチルセルロース(HEMC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)などのヒドロキシアルキルセルロース類、ポリビニルブチラール(PVB)、アクリルポリオール樹脂などが好適である。また、亜鉛ペーストのバインダー用溶剤としてスクリーン印刷に適した蒸発性を有し、使用するバインダーに適した溶媒が適宜選択して用いられるが、エチルカルビトールアセテート、ブチルセロソルブが例示できる。   As the zinc powder used in the zinc paste of the present invention, those having a purity of> 99% and an average particle diameter of about 5 to 15 μm are preferably used. As binder of zinc paste, hydroxyalkylcelluloses such as hydroxyethylcellulose (HEC), hydroxypropylcellulose (HPC), hydroxyethylmethylcellulose (HEMC), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), polyvinylbutyral (PVB), acrylic polyol resin, etc. Is preferred. Moreover, the solvent suitable for screen printing is used as a binder solvent for the zinc paste, and a solvent suitable for the binder to be used is appropriately selected and used. Examples thereof include ethyl carbitol acetate and butyl cellosolve.

本発明のセパレーターとしては、電解液に対する親和性、化学的安定性を有する多孔体が好適であり、木綿(化粧専用コットン)、レーヨン/ポリエステル不織布などが例示される。また、本発明でセパレーターに含浸して用いられる電解液として、塩化アンモン/塩化亜鉛/リン酸/水系電解液または塩化亜鉛/リン酸/水系電解液が好ましく用いられる。   As the separator of the present invention, a porous body having affinity for an electrolytic solution and chemical stability is suitable, and examples thereof include cotton (cotton for makeup) and rayon / polyester nonwoven fabric. In addition, as the electrolytic solution used by impregnating the separator in the present invention, ammonium chloride / zinc chloride / phosphoric acid / aqueous electrolytic solution or zinc chloride / phosphoric acid / aqueous electrolytic solution is preferably used.

本発明の塩化アンモン/塩化亜鉛/リン酸/水系電解液では、塩化アンモン25〜28wt%、塩化亜鉛2〜12wt%、リン酸2〜25wt%(特に5〜10wt%)、水40〜65wt%の組成のものが好ましい。リン酸の濃度が2wt%に達しないと、リン酸の添加による起電力向上効果が乏しく、25wt%を越えると、その効果が飽和する傾向がある。また塩化アンモンの濃度が小さすぎると、十分な起電力がえられず、また多すぎると電解液の溶解性が悪くなる。塩化亜鉛の濃度が小さすぎると、十分な無負荷放置による起電力低下抑制効果がえられず、また大きすぎると、その効果が飽和する。   In the ammonium chloride / zinc chloride / phosphoric acid / water-based electrolyte of the present invention, ammonium chloride is 25 to 28 wt%, zinc chloride is 2 to 12 wt%, phosphoric acid is 2 to 25 wt% (particularly 5 to 10 wt%), and water is 40 to 65 wt%. The composition of the following is preferable. If the concentration of phosphoric acid does not reach 2 wt%, the effect of improving electromotive force due to the addition of phosphoric acid is poor, and if it exceeds 25 wt%, the effect tends to be saturated. On the other hand, if the concentration of ammonium chloride is too small, a sufficient electromotive force cannot be obtained, and if it is too large, the solubility of the electrolytic solution is deteriorated. If the concentration of zinc chloride is too small, the effect of suppressing electromotive force reduction due to sufficient no-load standing cannot be obtained, and if it is too large, the effect is saturated.

本発明の塩化亜鉛/リン酸/水系電解液では、塩化亜鉛50〜80wt%、リン酸5〜25wt%(特に5〜20wt%)、水15〜25wt%の組成のものが好ましい。塩化亜鉛の濃度は、その水への溶解性から80wt%以下、好ましくは75wt%以下がより好ましい。また、リン酸の濃度が5wt%に達しないと、リン酸の添加による起電力向上効果が乏しく、また25wt%を越えると、その効果が飽和する傾向がある。   In the zinc chloride / phosphoric acid / water-based electrolytic solution of the present invention, a composition of zinc chloride 50-80 wt%, phosphoric acid 5-25 wt% (particularly 5-20 wt%), and water 15-25 wt% is preferable. The concentration of zinc chloride is 80 wt% or less, preferably 75 wt% or less, because of its solubility in water. Further, if the concentration of phosphoric acid does not reach 5 wt%, the effect of improving electromotive force due to the addition of phosphoric acid is poor, and if it exceeds 25 wt%, the effect tends to be saturated.

次に本発明の印刷電池の製造法の一例を図2により説明する。まず、PETのような可撓性電気絶縁性基板4Aに集電電極(タブ電極兼用)5を形成するために導電性ペーストをスクリーン印刷する。次いで、集電電極付き基板4Bの集電電極5を被覆するように陽極用酸化マンガンペーストをスクリーン印刷し、乾燥して陽極6が形成された基板4Cを作製する。別に、集電電極付き基板4Bを同様に作成し、その集電電極5を被覆するように陰極用亜鉛ペーストをスクリーン印刷し、乾燥して陰極7が形成された基板4Eを作製する。次いで、これらの基板4C、4Eの一部を切取加工してタブ電極T1、T2が突出した組み立て用基板4D、4Fを作製する。ここで、陽極6が形成された基板4Dに、陽極部分を被覆するようにスペーサー3を静置し、これに所定量の電解液を含浸させた後、この基板4Gに、陰極7が形成された基板4Fを重ね合わせ、周辺を封止材や接着剤を用いて封止して、本発明の印刷電池10が完成する。   Next, an example of the method for producing the printed battery of the present invention will be described with reference to FIG. First, a conductive paste is screen-printed to form a collecting electrode (also used as a tab electrode) 5 on a flexible electrically insulating substrate 4A such as PET. Next, a manganese oxide paste for anode is screen-printed so as to cover the current collecting electrode 5 of the substrate 4B with current collecting electrode, and dried to produce a substrate 4C on which the anode 6 is formed. Separately, a substrate 4B with a collecting electrode is prepared in the same manner, and a zinc paste for cathode is screen-printed so as to cover the collecting electrode 5, and dried to produce a substrate 4E on which the cathode 7 is formed. Next, parts of these substrates 4C and 4E are cut out to produce assembly substrates 4D and 4F from which the tab electrodes T1 and T2 protrude. Here, the spacer 3 is allowed to stand on the substrate 4D on which the anode 6 is formed so as to cover the anode portion, and after impregnating a predetermined amount of the electrolytic solution thereon, the cathode 7 is formed on the substrate 4G. The printed substrates 10 of the present invention are completed by stacking the substrates 4F and sealing the periphery with a sealing material or an adhesive.

なお、図2は枚葉式の製造例を示したが、これの展開としてスクリーン印刷多面印刷方式や、ロール・トウ・ロール法による連続印刷方式を導入して、印刷電池の量産化が可能であることは言うまでもない。
以下、図2のフローチャートに従った本発明の印刷電池の具体的実施例を示す。
In addition, although FIG. 2 shows an example of sheet-fed manufacturing, it is possible to mass-produce printed batteries by introducing screen printing multi-sided printing method and continuous printing method by roll-to-roll method. Needless to say.
A specific embodiment of the printed battery according to the present invention according to the flowchart of FIG. 2 will be described below.

[実施例1]
まず、PET基板(厚さ100μm、60×60mm)4Aに導電性カーボンペースト(商品名:アサヒ化学研究所のFTU−16F)をスクリーン印刷(ポリエステル版150メッシュ)で集電部30×30mm、リード部5×15mmのパターン印刷し、80℃、15分熱処理して集電電極付き基板4Bを形成した。ここで、カーボンペーストとしては、スクリーン印刷性が良好で、印刷後比較的低温で硬化反応により柔軟な被膜を形成し、PETと良好な密着性を有し、少なくとも10−2Ω・cmより低い電気抵抗の被膜が形成できるものが好ましく、このようなペーストを用いることにより、印刷後80℃、15分の熱処理で導電膜を形成することができる。
[Example 1]
First, a conductive carbon paste (trade name: FTU-16F from Asahi Chemical Laboratory) is screen printed (polyester plate 150 mesh) on a PET substrate (thickness 100 μm, 60 × 60 mm) 4A, current collecting unit 30 × 30 mm, lead A 5 × 15 mm pattern was printed, and heat treatment was performed at 80 ° C. for 15 minutes to form a substrate 4B with a collecting electrode. Here, the carbon paste has good screen printability, forms a flexible film by a curing reaction at a relatively low temperature after printing, has good adhesion with PET, and is at least lower than 10 −2 Ω · cm. What can form a film of electrical resistance is preferable. By using such a paste, the conductive film can be formed by heat treatment at 80 ° C. for 15 minutes after printing.

次いで、集電電極付き基板4Bの集電電極を被覆するように陽極用酸化マンガンペーストを30×30mmサイズでスクリーン印刷し、乾燥して陽極が形成された基板4Cを作製した。同様に、作製した集電電極付き基板4Bの集電電極を被覆するように陰極用亜鉛ペーストを30×30mmサイズでスクリーン印刷して乾燥し、陰極が形成された基板4Eを作製した。なお、電極ペーストのスクリーン印刷にはポリエステル版80メッシュのものを使用した。また、電極ペーストとしては表1に示す陽極酸化マンガンペースト(組成例A1〜A4)、表2に示す陰極亜鉛ペースト(組成例B1〜B4)を用い、いずれも印刷後80℃で15分の熱処理を行った。   Next, a manganese oxide paste for anode was screen-printed with a size of 30 × 30 mm so as to cover the current collecting electrode of the substrate 4B with current collecting electrode, and dried to produce a substrate 4C on which an anode was formed. Similarly, the cathode paste was screen-printed with a size of 30 × 30 mm and dried so as to cover the current collecting electrode of the produced current collecting substrate 4B. Thus, a substrate 4E on which the cathode was formed was produced. For screen printing of the electrode paste, a polyester plate 80 mesh was used. Moreover, as an electrode paste, the anodized manganese paste shown in Table 1 (composition examples A1 to A4) and the cathode zinc paste shown in Table 2 (composition examples B1 to B4) were used, both of which were heat-treated at 80 ° C. for 15 minutes after printing. Went.

次いで、これらの基板4C、4Eの一部を切取加工(トリミング)してリード電極が突出した組み立て用基板4D、4Fを作製した。
さらに、陽極が形成された基板4Bに、陽極部分を被覆するようにスペーサーとしてコットンシート(エイボン・プロダクツ社製、商品名 エイボンコットンパッド)サイズ30×30mm、厚さ100〜200μmを静置し、これに表3に示す電解液(組成例C1〜C7)を0.6〜0.8g含浸させた。この基板4Gに陰極が形成された基板4Fを重ね合わせ、粘着テープにより周辺を封止して、本発明の印刷電池10を完成させた。
上記陽極用酸化マンガンペースト、陰極用亜鉛ペーストおよび電解液の詳細は下記のとおりである。
Next, parts of these substrates 4C and 4E were cut (trimmed) to produce assembly substrates 4D and 4F with protruding lead electrodes.
Furthermore, on the substrate 4B on which the anode is formed, a cotton sheet (manufactured by Avon Products, trade name: Avon Cotton Pad) size 30 × 30 mm and a thickness of 100 to 200 μm is left as a spacer so as to cover the anode portion. This was impregnated with 0.6 to 0.8 g of an electrolytic solution (composition examples C1 to C7) shown in Table 3. A substrate 4F having a cathode formed thereon was overlaid on this substrate 4G, and the periphery was sealed with an adhesive tape to complete the printed battery 10 of the present invention.
The details of the manganese oxide paste for anode, the zinc paste for cathode, and the electrolytic solution are as follows.

(陽極用酸化マンガンペースト)
陽極用酸化マンガンペーストは、二酸化マンガン粉末、グラファイト粉末、電解液、バインダーおよび溶剤から構成される。二酸化マンガン粉末としては試薬一級、グラファイト粉末としては鱗状グラファイト(中越黒鉛工業所製、商品名 CDF−3)を用いた。電解液としては塩化アンモン(試薬1級品)/塩化亜鉛(試薬1級)を用いた。バインダーとしてはヒドロキシプロピルセルロース(HPC、三栄源エフ・エス・アイ社製、商品名 KluceNutra W)、エチルセルロース(試薬一級)、ポリビニルブチラール(PVB、積水化学工業社製、商品名 エスレックBL−2、固形分23wt%ブチルセロソルブ溶液として使用)、アクリルポリオール樹脂液(水酸基含有アクリルモノマーとアクリル酸エステルとの共重合体、東栄化成、商品名 アクリナール#15−85(固形分55wt%、水酸基当量55mgKOH/g)を用いた。
(Manganese oxide paste for anode)
The manganese oxide paste for anode is composed of manganese dioxide powder, graphite powder, electrolytic solution, binder and solvent. First grade reagent was used as manganese dioxide powder, and scaly graphite (manufactured by Chuetsu Graphite Industry Co., Ltd., trade name CDF-3) was used as graphite powder. As the electrolytic solution, ammonium chloride (reagent grade 1) / zinc chloride (reagent grade 1) was used. As a binder, hydroxypropyl cellulose (HPC, manufactured by San-Ei Gen F.S.I., trade name KluceNutra W), ethyl cellulose (first grade reagent), polyvinyl butyral (PVB, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd., trade name S-REC BL-2, solid 23 wt% butyl cellosolve solution), acrylic polyol resin liquid (copolymer of hydroxyl group-containing acrylic monomer and acrylate ester, Toei Kasei, trade name Acrynal # 15-85 (solid content 55 wt%, hydroxyl group equivalent 55 mg KOH / g) Was used.

なお、酸化マンガン粉末に対するバインダーの割合は、用いるバインダーの種類、分子量などによって最適比が異なり、個々のバインダーに対し最適比を選択する必要があるが、印刷性や電池特性に優れたペーストになる酸化マンガン粉末/バインダー(樹脂固形分)=100/1〜10(重量比)の範囲にある。また、溶剤としてエチルカルビトールアセテート(試薬一級)と水を用い、印刷性が良好な粘度になるように添加量を調整した。   The ratio of binder to manganese oxide powder varies depending on the type and molecular weight of the binder used, and it is necessary to select the optimum ratio for each binder. However, the paste has excellent printability and battery characteristics. Manganese oxide powder / binder (resin solid content) = 100/1 to 10 (weight ratio). Further, ethyl carbitol acetate (first grade reagent) and water were used as the solvent, and the addition amount was adjusted so as to obtain a viscosity with good printability.

(陰極用亜鉛ペースト)
陰極用亜鉛ペーストは、亜鉛粉末、バインダーおよび溶剤から構成した。亜鉛粉末としては純度99%以上の平均粒径が5〜12μmの市販品を使用した。バインダーとしてヒドロキシプロピルセルロース(HPC、三栄源エフ・エス・アイ社製、商品名 KluceNutra W)、エチルセルロース(試薬一級)、ポリビニルブチラール(PVB、積水化学工業社製、商品名 エスレックBL−2、固形分23wt%ブチルセロソルブ溶液として使用)、アクリルポリオール樹脂液(水酸基含有アクリルモノマーとアクリル酸エステルとの共重合体、東栄化成社製、商品名 アクリナール#15−85(固形分55wt%、水酸基当量55mgKOH/g)を用いることが極めて有効であることを確認した。
なお、亜鉛粉末に対するバインダーの割合は、用いるバインダーの種類、分子量などによって最適比が異なり、個々のバインダーに対し最適比を選択する必要があるが、印刷性や電池特性に優れたペーストは、亜鉛粉末/バインダー(樹脂固形分)=100/1〜10(重量比)の範囲にある。
溶剤としては、エチルカルビトールアセテート(試薬一級)、ブチルセロソルブ(試薬一級)を用い、印刷性が良好な粘度になるように添加量を調整した。
(Zinc paste for cathode)
The zinc paste for cathode was composed of zinc powder, binder and solvent. As the zinc powder, a commercially available product having a purity of 99% or more and an average particle diameter of 5 to 12 μm was used. Hydroxypropylcellulose (HPC, manufactured by Saneigen FSI, Inc., trade name KluceNutra W), ethylcellulose (first grade reagent), polyvinyl butyral (PVB, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd., tradename SREC BL-2, solid content as a binder 23 wt% butyl cellosolve solution), acrylic polyol resin liquid (copolymer of hydroxyl group-containing acrylic monomer and acrylate ester, manufactured by Toei Kasei Co., Ltd., trade name Acrynal # 15-85 (solid content 55 wt%, hydroxyl group equivalent 55 mg KOH / g) ) Was confirmed to be extremely effective.
The ratio of binder to zinc powder varies depending on the type and molecular weight of the binder used, and it is necessary to select the optimum ratio for each binder. It is in the range of powder / binder (resin solid content) = 100/1 to 10 (weight ratio).
As the solvent, ethyl carbitol acetate (first grade reagent) and butyl cellosolve (first grade reagent) were used, and the addition amount was adjusted so that the printing property had a good viscosity.

(電解液)
電解液としては、表3に示す7種の組成物を用いた。ここで、組成例C1は塩化アンモン単独水溶液、組成物C2は塩化アンモンにリン酸水素二アンモニウムを組み合わせたもの、組成物C3は塩化アンモン/塩化亜鉛系、組成物C5は塩化亜鉛単独水溶液、組成物C7はリン酸単独水溶液で、以下に示す比較例において電解液として使用したものである。また、組成物C4とC6は、本発明の実施例に係る電解液で、前者は塩化アンモン/塩化亜鉛/リン酸系、後者は塩化亜鉛/リン酸系組成物である。なお、塩化アンモン、塩化亜鉛、リン酸、リン酸水素二アンモニウムはすべて試薬1級を用いた。
(Electrolyte)
As the electrolytic solution, seven kinds of compositions shown in Table 3 were used. Here, composition example C1 is an ammonium chloride single aqueous solution, composition C2 is a combination of ammonium chloride and diammonium hydrogen phosphate, composition C3 is an ammonium chloride / zinc chloride system, composition C5 is a zinc chloride single aqueous solution, composition The product C7 is a phosphoric acid single aqueous solution, which is used as an electrolytic solution in the comparative examples shown below. Compositions C4 and C6 are electrolytic solutions according to examples of the present invention, the former being an ammonium chloride / zinc chloride / phosphate system, and the latter being a zinc chloride / phosphate composition. The reagent grade 1 was used for all of ammonium chloride, zinc chloride, phosphoric acid, and diammonium hydrogen phosphate.

[比較例1〜5]
電解液の特性をテストするために図2に記載した印刷電池の製造プロセスによって、陽極ペーストと亜鉛ペーストは同一とし、電解液のみを以下のように変更した比較例1〜7の印刷電池を作製した。
比較例1:電解液組成C3:塩化アンモン/塩化亜鉛系
比較例2:電解液組成C5:塩化亜鉛単独
比較例3:電解液組成C1:塩化アンモン単独
比較例4:電解液組成C7:リン酸単独
比較例5:電解液組成C2:塩化アンモン/リン酸水素二アンモニウム系
[Comparative Examples 1-5]
In order to test the characteristics of the electrolytic solution, the printed battery of Comparative Examples 1 to 7 in which the anode paste and the zinc paste were made the same and only the electrolytic solution was changed as follows by the manufacturing process of the printed battery shown in FIG. did.
Comparative Example 1: Electrolytic Solution Composition C3: Ammonium Chloride / Zinc Chloride System Comparative Example 2: Electrolytic Solution Composition C5: Zinc Chloride Only Comparative Example 3: Electrolytic Solution Composition C1: Ammonium Chloride Only Comparative Example 4: Electrolytic Solution Composition C7: Phosphoric Acid Independent Comparative Example 5: Electrolyte composition C2: Ammon chloride / diammonium hydrogen phosphate

印刷電池の初期起電力を測定し、さらにこれを室温に静置し、経時的に起電力を測定した結果を表4および図3に示した。
これらの結果から、塩化アンモン単独電解液(C1)とリン酸単独(C7)は、無負荷状態での経時的な電圧低下が激しいことが判った。また、電解液C7以外の電解液を用いたもの(比較例1〜3、5)は初期起電力が1.5Vレベルであるのに、電解液C7を用いたものは初期起電力1.95Vという高い電圧がでるという特異な現象が発見された。
Table 4 and FIG. 3 show the results of measuring the initial electromotive force of the printed battery, further allowing it to stand at room temperature, and measuring the electromotive force over time.
From these results, it was found that the ammonium chloride single electrolyte (C1) and phosphoric acid alone (C7) had a severe voltage drop over time in an unloaded state. In addition, those using an electrolytic solution other than the electrolytic solution C7 (Comparative Examples 1 to 3 and 5) have an initial electromotive force level of 1.5V, but those using the electrolytic solution C7 have an initial electromotive force of 1.95V. A peculiar phenomenon that a high voltage appears was discovered.

比較例5は、塩化アンモンにリン酸水素二アンモニウムを加えた配合物(C2)であるが、これは、塩化アンモンに塩化亜鉛を添加した電解液(C3)と類似の放電特性を示し、塩化亜鉛がもたらす効果(無負荷放置による起電力低下抑制作用)をリン酸水素二アンモニウムが有することを示しているが、初期起電力は1.5Vレベルであり、初期起電力向上効果はリン酸に固有の効果であることが確認できた。なお、リン酸塩としてリン酸水素二アンモニウム以外にリン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、リン酸亜鉛を塩化アンモンと組み合わせて電解液の調製を試みたが、これらのリン酸金属塩は水溶性に乏しく、電解液とすることができなかった。   Comparative Example 5 is a compound (C2) obtained by adding diammonium hydrogen phosphate to ammonium chloride, which shows similar discharge characteristics to an electrolyte solution (C3) obtained by adding zinc chloride to ammonium chloride. It shows that diammonium hydrogen phosphate has the effect of zinc (electromotive force decrease suppression effect by leaving it unloaded), but the initial electromotive force is at 1.5V level, and the effect of improving the initial electromotive force is It was confirmed that the effect was unique. In addition to diammonium hydrogen phosphate as a phosphate, we tried to prepare an electrolytic solution by combining aluminum phosphate, zinc phosphate, and zinc phosphate with ammonium chloride. However, these metal phosphates have poor water solubility. , Could not be used as an electrolyte.

[実施例1〜6]
図2に記載した印刷電池の製造プロセスによって実施例1〜6の印刷電池を作製した。
ここで、実施例1、2は電極ペーストのバインダーがPVBであり、実施例3、4はアクリルポリオール、実施例5、6はHPCを用いたものであり、実施例1、3、5は電解液が塩化アンモン/塩化亜鉛/リン酸/水系、実施例2、4、6は塩化亜鉛リン酸/水系を用いた。
[Examples 1 to 6]
The printed batteries of Examples 1 to 6 were manufactured by the printed battery manufacturing process described in FIG.
Here, Examples 1 and 2 use PVB as the binder of the electrode paste, Examples 3 and 4 use acrylic polyol, Examples 5 and 6 use HPC, and Examples 1, 3, and 5 use electrolysis. The solution was ammonium chloride / zinc chloride / phosphoric acid / water system, and Examples 2, 4 and 6 used zinc chloride phosphoric acid / water system.

印刷電池の初期起電力を測定し、さらにこれを室温に静置し、経時的に起電力変化を確認した結果を表5および図4〜6にまとめた。なお、図4〜6においては、比較例を加え、本発明の効果を判りやすくした。   The initial electromotive force of the printed battery was measured, and this was allowed to stand at room temperature. The results of confirming changes in electromotive force over time are summarized in Table 5 and FIGS. In addition, in FIGS. 4-6, the comparative example was added and it was made easy to understand the effect of this invention.

表5及び図4〜6から明らかなように、電解液として塩化アンモン/塩化亜鉛/リン酸/水系、および塩化アンモン/塩化亜鉛/リン酸/水系、用いた実施例1〜6の印刷電池は、いずれも初期起電力が約1.9Vと非常に高い値を示し、自然放電によってその値は低下するものの、長期間にわたって1.4V以上の安定した起電力をもつことが明らかである。ここで、電解液が塩化アンモン/塩化亜鉛/リン酸/水系の場合(C4)と、塩化亜鉛/リン酸/水系(C6)の場合に、リン酸を含まない塩化アンモン/塩化亜鉛/水系(C3)の場合と塩化亜鉛/リン酸/水系(C5)の場合に比較してより高い初期起電力が得られ、しかも経時的に安定した状態での起電力も大きいことが明らかである。
また、リン酸を含有する本発明の電解液を用いた印刷電池において、電極用バインダーに使用するポリマーの種類によって、無負荷放置による放電特性に差があることが明らかである。
As is apparent from Table 5 and FIGS. 4 to 6, the printed batteries of Examples 1 to 6 in which ammonium chloride / zinc chloride / phosphoric acid / water system and ammonium chloride / zinc chloride / phosphoric acid / water system were used as the electrolyte were as follows. In both cases, the initial electromotive force shows a very high value of about 1.9 V, and although the value is lowered by natural discharge, it is clear that the electromotive force has a stable electromotive force of 1.4 V or more over a long period of time. Here, when the electrolyte is ammonium chloride / zinc chloride / phosphoric acid / water system (C4) and zinc chloride / phosphoric acid / water system (C6), ammonium chloride / zinc chloride / water system containing no phosphoric acid ( It is clear that a higher initial electromotive force is obtained as compared with the case of C3) and the case of the zinc chloride / phosphoric acid / water system (C5), and the electromotive force in a stable state with time is large.
Moreover, in the printed battery using the electrolyte solution of the present invention containing phosphoric acid, it is clear that there is a difference in discharge characteristics due to no load depending on the type of polymer used for the electrode binder.

実施例2の印刷電池の負荷放電試験を行った結果を表6および図7示した。
なお、試験条件は負荷抵抗10kΩとして室温で行った。1.5Vの電池に10kΩの抵抗を接続すると0.15mAの電流が流れるので、0.1〜0.2mAの電子器具(グリーティングカード、ポストカード、本のパッケージ、カレンダーなどの民生品、電子荷札などの情報部品、さらには体温度計あるいは体に張り付けて体温や脈拍などの情報を読み取る医療用パッチなど医療用器具など、各種低電力消費製品)に使用することを想定した条件である。
この結果から、実施例2の印刷電池は、初期起電力が大きい効果もあって、極めて長時間に渉って連続放電が可能であることが判った。
The results of the load discharge test of the printed battery of Example 2 are shown in Table 6 and FIG.
The test condition was a room temperature with a load resistance of 10 kΩ. When a resistor of 10 kΩ is connected to a 1.5 V battery, a current of 0.15 mA flows, so that 0.1 to 0.2 mA electronic devices (greeting cards, postcards, book packages, calendars and other consumer products, electronic tags) And other information components such as a medical thermometer or a medical device such as a medical patch that reads information such as body temperature by attaching to the body or reading the information on the body.
From this result, it was found that the printed battery of Example 2 has an effect of large initial electromotive force, and can continuously discharge over an extremely long time.

[比較例6、7]
実施例1〜6において、リン酸を含有する本発明の電解液を用いた印刷電池において、電極用バインダーに使用するポリマーの種類によって、無負荷放置による放電特性に若干の差があるものの、実施例1、2のPVB、実施例3、4のアクリルポリオール、実施例5、6のHPCでは、6ヶ月までの無負荷放電特性は良好であった。
[Comparative Examples 6 and 7]
In Examples 1 to 6, in the printed battery using the electrolytic solution of the present invention containing phosphoric acid, although there is a slight difference in discharge characteristics due to no load depending on the type of polymer used for the electrode binder, In the PVBs of Examples 1 and 2, the acrylic polyols of Examples 3 and 4, and the HPCs of Examples 5 and 6, the no-load discharge characteristics up to 6 months were good.

これに対して、比較例6、7として電極バインダーとしてエチルセルロースを用いた印刷電池は、比較として示した実施例5、6(バインダーとしてHPCを使用)と比較しても明らかなように、初期起電力では差がほとんどないのに対し無負荷状態の起電力の経時的な低下が大きく、実用性の低いものであった(表7、図8参照)。このことから、本発明の印刷電池において、電極バインダーの種類が大きく電池特性に影響を及ぼすことが明らかである。   On the other hand, as compared with Examples 5 and 6 (using HPC as the binder) shown as comparative examples, the printed batteries using ethyl cellulose as the electrode binder as Comparative Examples 6 and 7 showed initial startup. While there was almost no difference in power, the electromotive force in the no-load state was greatly reduced over time, and the utility was low (see Table 7 and FIG. 8). From this, it is clear that in the printed battery of the present invention, the type of the electrode binder greatly affects the battery characteristics.

[実施例7、8]
塩化アンモン/塩化亜鉛/リン酸/水系電解液として表8に記載、組成液C8とC9を新たに調製し、実施例7と同様にして印刷電池を作製した。これらの印刷電池の初期起電力を測定し、さらにこれを室温に静置し、経時的に起電力変化を確認した結果を表9および図9にまとめた。なお、図4〜6においては、比較例1と実施例1を加え、本発明の効果を判りやすくした。
これらの結果から、塩化アンモン/塩化亜鉛/リン酸/水=26wt%/8wt%/2〜10wt%/56〜64%の範囲の電解液組成を用いた印刷電池で本発明の所望の特性が得られることが明らかになった。
[Examples 7 and 8]
Composition liquids C8 and C9 described in Table 8 were newly prepared as an ammonium chloride / zinc chloride / phosphoric acid / water-based electrolyte, and a printed battery was produced in the same manner as in Example 7. Table 9 and FIG. 9 summarize the results of measuring the initial electromotive force of these printed batteries, further allowing this to stand at room temperature, and confirming changes in electromotive force over time. In addition, in FIGS. 4-6, the comparative example 1 and Example 1 were added and it was made easy to understand the effect of this invention.
From these results, the desired characteristics of the present invention are obtained in a printed battery using an electrolytic solution composition in the range of ammonium chloride / zinc chloride / phosphoric acid / water = 26 wt% / 8 wt% / 2-10 wt% / 56-64%. It became clear that it was obtained.

[実施例9、10]
塩化亜鉛/リン酸/水系電解液として表10に記載の組成液C10とC11を新たに調製し、実施例2と同様にして印刷電池を作製した。これらの印刷電池の初期起電力を測定し、さらにこれを室温に静置し、経時的に起電力変化を確認した結果を表11および図10にまとめた。なお、表11、図10においては、比較例2と実施例2を加え、本発明の効果を判りやすくした。
これらの結果から、塩化亜鉛/リン酸/水=60〜75wt%/5〜20wt%/20%の範囲の電解液組成を用いた印刷電池で本発明の所望の特性が得られることが明らかになった。
[Examples 9 and 10]
Composition liquids C10 and C11 shown in Table 10 were newly prepared as zinc chloride / phosphoric acid / water based electrolytes, and printed batteries were produced in the same manner as in Example 2. The initial electromotive force of these printed batteries was measured, and this was left still at room temperature. The results of confirming changes in electromotive force over time are summarized in Table 11 and FIG. In Table 11 and FIG. 10, Comparative Example 2 and Example 2 were added to facilitate understanding of the effects of the present invention.
From these results, it is clear that the desired characteristics of the present invention can be obtained with a printed battery using an electrolytic solution composition in the range of zinc chloride / phosphoric acid / water = 60 to 75 wt% / 5 to 20 wt% / 20%. became.

1:陽極部
2:陰極部
3:セパレーター
4:基板
5:集電電極
6:陽極
7:陰極
1: Anode part 2: Cathode part 3: Separator 4: Substrate 5: Current collecting electrode 6: Anode 7: Cathode

Claims (7)

酸化マンガンペーストを印刷して作製した陽極と亜鉛ペーストを印刷して形成した陰極を、電解液を含浸させたセパレーターを介し積層して構成した印刷電池であって、前記電解液が2〜25wt%のリン酸を含むことを特徴とする印刷電池。 A printed battery in which an anode prepared by printing a manganese oxide paste and a cathode formed by printing a zinc paste are laminated via a separator impregnated with an electrolyte, wherein the electrolyte is 2 to 25 wt% A printed battery comprising phosphoric acid. 前記電解液が塩化アンモン/塩化亜鉛/リン酸系または塩化亜鉛/リン酸系であることを特徴とする請求項1に記載の印刷電池。 The printed battery according to claim 1, wherein the electrolytic solution is an ammonium chloride / zinc chloride / phosphate system or a zinc chloride / phosphate system. 前記塩化アンモン/塩化亜鉛/リン酸系電解液が塩化アンモン/塩化亜鉛/リン酸/水からなり、塩化アンモン25〜28wt%、塩化亜鉛2〜12wt%、リン酸2〜25wt%、水40〜65wt%であることを特徴とする請求項2に記載の印刷電池。 The ammonium chloride / zinc chloride / phosphate electrolyte is composed of ammonium chloride / zinc chloride / phosphoric acid / water. Ammon chloride 25-28 wt%, zinc chloride 2-12 wt%, phosphoric acid 2-25 wt%, water 40- It is 65 wt%, The printed battery of Claim 2 characterized by the above-mentioned. 前記塩化亜鉛/リン酸系電解液が塩化亜鉛/リン酸/水からなり、塩化亜鉛50〜80wt%、リン酸5〜25wt%、水15〜25wt%であることを特徴とする請求項2に記載の印刷電池。 The zinc chloride / phosphoric acid electrolyte is composed of zinc chloride / phosphoric acid / water, and is 50 to 80 wt% zinc chloride, 5 to 25 wt% phosphoric acid, and 15 to 25 wt% water. The printed battery described. 前記酸化マンガンペーストおよび亜鉛ペーストが、バインダーとしてヒドロキシアルキルセルロース類、ポリビニルブチラール(PVB)およびアクリルポリオール樹脂からなる群から選ばれた一種または二種以上のポリマーであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の印刷電池。 2. The manganese oxide paste and the zinc paste are one or more polymers selected from the group consisting of hydroxyalkyl celluloses, polyvinyl butyral (PVB) and acrylic polyol resins as binders. 5. The printed battery according to any one of 4 above. 酸化マンガンペーストを印刷して作製した陽極と亜鉛ペーストを印刷して形成した陰極を、電解液を含浸させたセパレーターを介し積層して印刷電池を構成する印刷電池の製造方法であって、前記電解液が2〜25wt%のリン酸を含むことを特徴とする印刷電池の製造方法。 A method for producing a printed battery comprising a printed battery comprising a positive electrode formed by printing a manganese oxide paste and a negative electrode formed by printing a zinc paste via a separator impregnated with an electrolytic solution. A method for producing a printed battery, wherein the liquid contains 2 to 25 wt% phosphoric acid. 前記電解液が塩化アンモン/塩化亜鉛/リン酸系または塩化亜鉛/リン酸系であることを特徴とする請求項6に記載の印刷電池の製造方法。
The method for producing a printed battery according to claim 6, wherein the electrolytic solution is an ammonium chloride / zinc chloride / phosphoric acid system or a zinc chloride / phosphoric acid system.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018221309A1 (en) * 2017-05-29 2018-12-06 ナミックス株式会社 Secondary cell and device including secondary cell
WO2019016484A1 (en) * 2017-07-21 2019-01-24 Novares France Customisation of an element for controlling a function of a vehicle
JP2019175787A (en) * 2018-03-29 2019-10-10 マクセルホールディングス株式会社 Manufacturing method of sheet-like battery
JP2023508987A (en) * 2019-12-23 2023-03-06 ヴァルタ マイクロバッテリー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング PRINTED BATTERY, RFID TAG, AND MANUFACTURING METHOD

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6155866A (en) * 1984-08-25 1986-03-20 Toppan Printing Co Ltd Thin type cell
JPH0554895A (en) * 1991-08-24 1993-03-05 Sony Chem Corp Thinned type battery and manufacture thereof
JP2004022548A (en) * 2002-06-19 2004-01-22 E I Du Pont De Nemours & Co Zinc polymer thick film composition
JP2005518074A (en) * 2002-02-12 2005-06-16 エヴァレディー バッテリー カンパニー インコーポレイテッド Flexible thin printed battery and device, and manufacturing method thereof
JP2005527093A (en) * 2002-05-24 2005-09-08 ジ・インターテック・グループ,インコーポレイテッド Printed battery

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6155866A (en) * 1984-08-25 1986-03-20 Toppan Printing Co Ltd Thin type cell
JPH0554895A (en) * 1991-08-24 1993-03-05 Sony Chem Corp Thinned type battery and manufacture thereof
JP2005518074A (en) * 2002-02-12 2005-06-16 エヴァレディー バッテリー カンパニー インコーポレイテッド Flexible thin printed battery and device, and manufacturing method thereof
JP2005527093A (en) * 2002-05-24 2005-09-08 ジ・インターテック・グループ,インコーポレイテッド Printed battery
JP2004022548A (en) * 2002-06-19 2004-01-22 E I Du Pont De Nemours & Co Zinc polymer thick film composition

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018221309A1 (en) * 2017-05-29 2018-12-06 ナミックス株式会社 Secondary cell and device including secondary cell
CN110622347A (en) * 2017-05-29 2019-12-27 纳美仕有限公司 Secondary battery and device including the same
KR20200016219A (en) 2017-05-29 2020-02-14 나믹스 가부시끼가이샤 Device including secondary battery and secondary battery
JPWO2018221309A1 (en) * 2017-05-29 2020-03-26 ナミックス株式会社 Secondary battery and device including secondary battery
JP6989970B2 (en) 2017-05-29 2022-01-12 ナミックス株式会社 Devices including secondary batteries and secondary batteries
US11316203B2 (en) 2017-05-29 2022-04-26 Namics Corporation Secondary battery and device including secondary battery
CN110622347B (en) * 2017-05-29 2023-07-07 纳美仕有限公司 Secondary battery and device comprising same
KR102572944B1 (en) * 2017-05-29 2023-08-30 나믹스 가부시끼가이샤 Secondary battery and device including the secondary battery
WO2019016484A1 (en) * 2017-07-21 2019-01-24 Novares France Customisation of an element for controlling a function of a vehicle
FR3069208A1 (en) * 2017-07-21 2019-01-25 Novares France CUSTOMIZING A CONTROL MEMBER OF A FUNCTION OF A VEHICLE
JP2019175787A (en) * 2018-03-29 2019-10-10 マクセルホールディングス株式会社 Manufacturing method of sheet-like battery
JP2023508987A (en) * 2019-12-23 2023-03-06 ヴァルタ マイクロバッテリー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング PRINTED BATTERY, RFID TAG, AND MANUFACTURING METHOD

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