JP2024512955A - Biodegradable electrochemical device with barrier layer - Google Patents
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Abstract
電気化学デバイスが開示され、この電気化学デバイスは、アノードとカソードとの間に配置された電解質組成物、および生分解性材料を含むことができる水蒸気バリアを含むことができ、水蒸気バリアは、電気化学デバイスから水蒸気が抜け出るのを防止するために配置されている。水蒸気バリアは、ポリ乳酸または金属化コーティングをさらに含むことができる。水蒸気バリアは、さらに多層をさらに含むことができ、24時間にわたり、2質量%以下の水蒸気透過度(WVTR)を有する。水蒸気バリアの実施形態はまた、ポリマー性生分解性材料または生分解性材料上に配置された金属化コーティングを含んでもよい。水蒸気バリアはまた多層を含むことができ、24時間にわたり1cm2当たり1mg以下の水蒸気透過度(WVTR)を有することもできる。An electrochemical device is disclosed that can include an electrolyte composition disposed between an anode and a cathode, and a water vapor barrier that can include a biodegradable material, the water vapor barrier Located to prevent water vapor from escaping from the chemical device. The water vapor barrier can further include polylactic acid or a metallized coating. The water vapor barrier can further include multiple layers and has a water vapor transmission rate (WVTR) of 2% by weight or less over 24 hours. Water vapor barrier embodiments may also include a polymeric biodegradable material or a metallized coating disposed on the biodegradable material. The water vapor barrier can also include multiple layers and have a water vapor transmission rate (WVTR) of 1 mg per cm 2 or less over 24 hours.
Description
本発明により開示される実施形態または実装形態は、生分解性電気化学デバイス、その固体水性電解質、およびそのための防湿バリアを対象とする。 Embodiments or implementations disclosed by the present invention are directed to biodegradable electrochemical devices, solid aqueous electrolytes thereof, and moisture barriers therefor.
世界中で生産されている電池の数は、携帯用および遠隔電源に対する必要性が増えた結果として連続的に増加している。特に、いくつかの新規技術は、埋込型電子機器に電力を供給する電池を必要とする。例えば、埋込型電子機器、例えば、携帯用および着用式電子機器、インターネットオブシングス(IoT)デバイス、患者医療モニタリング、構造モニタリング、環境モニタリング、スマートパッケージングなどは、電力供給を電池に依存している。従来型電池は部分的にリサイクルすることはできるが、現在市販されている電池で環境に優しいまたは生分解性のものはない。よって、従来型電池の製造および使用の増加は、電池が適切に破棄またはリサイクルされなかった場合、環境に有毒および有害な廃棄物を相応に増加させる結果となる。前述を考慮して、特に廃棄される前に限られた時間の間使い捨て電池を利用する用途に対して、生分解性電池を開発する必要性がある。 The number of batteries produced worldwide is continuously increasing as a result of the increasing need for portable and remote power sources. In particular, some new technologies require batteries to power implantable electronic devices. For example, implantable electronics, such as portable and wearable electronics, Internet of Things (IoT) devices, patient medical monitoring, structural monitoring, environmental monitoring, smart packaging, etc., rely on batteries for power supply. There is. Although conventional batteries can be partially recycled, there are currently no batteries on the market that are environmentally friendly or biodegradable. Thus, the increased production and use of conventional batteries results in a commensurate increase in environmentally toxic and hazardous waste if the batteries are not properly disposed of or recycled. In view of the foregoing, there is a need to develop biodegradable batteries, particularly for applications that utilize disposable batteries for a limited period of time before being discarded.
さらに、柔軟性のある、低コスト、中程度または低い性能の電池に対する需要を満たすため、単回使用の使い捨て電池として市販される全印刷電池が開発されてきた。しかし、これらの全印刷電池のいずれも生分解性ではない。 Additionally, to meet the demand for flexible, low cost, medium or low performance batteries, all-printed batteries have been developed that are marketed as single-use disposable batteries. However, none of these fully printed cells are biodegradable.
生分解性電池の生産においてもっとも大きな難題の1つは、生分解性ポリマー電解質の開発であることが一般的に認められており、この生分解性ポリマー電解質は、全印刷電池の主要なポリマーベースの構成成分である。加えて、さらなる難題は、既存の印刷技術を使用して印刷することもできるこのような生分解性ポリマー電解質の開発である。 It is generally accepted that one of the greatest challenges in the production of biodegradable batteries is the development of biodegradable polymer electrolytes, which are the primary polymer base of all printed batteries. It is a constituent component of In addition, a further challenge is the development of such biodegradable polymer electrolytes that can also be printed using existing printing techniques.
従来の生分解性ポリマー電解質は、多くの場合生分解性ポリマーと伝導性塩との組合せを含む。生分解性ポリマー電解質を得るためには、生分解性ポリマーおよび伝導性塩を溶媒中で溶解し、次いで溶媒を続いて比較的遅い速度で蒸発させて、固体ポリマー電解質フィルムを生成する。これら従来の生分解性ポリマー電解質は多くの場合、生分解性ポリマー中でのイオンの移動性が低いため、周辺温度でイオン伝導率が低い(例えば、RTで約10-5S/cm未満)という問題がある。しかし、十分な伝導率は、ポリマー電解質がポリマー鎖移動性を可能にするのに十分な温度(すなわち、動作温度)に加熱され、これによって、イオンがポリマー電解質構造を介してより自由に移動することが可能になった場合達成することができる。十分な伝導率はまた、ポリマー電解質の結晶化度を抑制する添加物を組み込むことによって達成することができるが、これによってその動作温度が低減する。よって、室温で十分な伝導率で作動し得る、生分解性ポリマー電解質は限定される。 Conventional biodegradable polymer electrolytes often include a combination of a biodegradable polymer and a conductive salt. To obtain a biodegradable polymer electrolyte, the biodegradable polymer and conductive salt are dissolved in a solvent, and the solvent is subsequently evaporated at a relatively slow rate to produce a solid polymer electrolyte film. These conventional biodegradable polymer electrolytes often have low ionic conductivity at ambient temperatures (e.g., less than about 10 -5 S/cm at RT) due to the low mobility of ions in the biodegradable polymer. There is a problem. However, sufficient conductivity means that the polymer electrolyte is heated to a sufficient temperature (i.e., operating temperature) to allow polymer chain mobility, thereby allowing ions to move more freely through the polymer electrolyte structure. This can be achieved if it becomes possible. Sufficient conductivity can also be achieved by incorporating additives that suppress the crystallinity of the polymer electrolyte, thereby reducing its operating temperature. Thus, biodegradable polymer electrolytes that can operate with sufficient conductivity at room temperature are limited.
前述の弱点に加えて、従来の生分解性ポリマー電解質はまた、製造中、溶媒を蒸発させるために必要とされる時間により、製造プロセスが非常に長いという問題もある。例えば、真空および/または温度により補助される蒸発は、多くの場合、従来の生分解性ポリマー電解質を調製するための溶媒を蒸発させるのに数時間が必要とされ、よって、従来の生分解性ポリマー電解質と、連続する層とが数分単位で互いに重なり合って印刷されなければならないハイスループットな印刷プロセスとの適合性には限界がある。 In addition to the aforementioned weaknesses, conventional biodegradable polymer electrolytes also suffer from very long manufacturing processes due to the time required to evaporate the solvent during manufacturing. For example, vacuum and/or temperature assisted evaporation often requires several hours to evaporate the solvent for preparing conventional biodegradable polymer electrolytes, thus Polymer electrolytes have limited compatibility with high-throughput printing processes where successive layers must be printed on top of each other in minutes.
印刷可能な、生分解性電気化学デバイス、その固体水性電解質、およびそれを合成および製作するための方法が利用可能であるが、集電体、カソード/アノード材料、結合剤、接着剤、および電解質を含む様々な材料の層は、高い忠実性および精度で印刷する必要がある。さらに、水性電解質内の水分または含水量の保持は、良好なイオン伝導率のための可溶化塩の維持を介した電池性能に対して重大であり、これらのような生分解性印刷電池(printed biodegradable battery)は、生分解性基材、例えば、ポリ乳酸(PLA)フィルムを通過する蒸発を介した水分損失により寿命が短くなるという問題を抱えている。WVTR(水蒸気透過度)を減少させることにより、これらの電池、特に電解質層の保水率(moisture retention rate)を改善する必要がある。同時に、生分解性印刷電池の非生分解性物質含有量を維持または減少させながら、電気化学デバイスを取り囲むためのこの密閉特性を達成するという難題が依然として存在し、これは現在のところ、印刷電池を密閉するための、従来の比較的厚い、非生分解性ホイル「パウチ」、例えば、Li-イオン電池に見出されるようなものを使用しても可能ではない。 Printable, biodegradable electrochemical devices, their solid aqueous electrolytes, and methods for synthesizing and fabricating them are available, including current collectors, cathode/anode materials, binders, adhesives, and electrolytes. Layers of various materials need to be printed with high fidelity and precision. Additionally, retention of moisture or water content within the aqueous electrolyte is critical to battery performance through maintenance of solubilized salts for good ionic conductivity, and biodegradable printed batteries such as these Biodegradable batteries suffer from reduced lifetime due to water loss through evaporation through biodegradable substrates, such as polylactic acid (PLA) films. There is a need to improve the moisture retention rate of these cells, especially the electrolyte layer, by reducing the WVTR (water vapor transmission rate). At the same time, there remains a challenge in achieving this hermetic property for surrounding electrochemical devices while maintaining or reducing the non-biodegradable content of biodegradable printed batteries, which is currently not possible in printed batteries. It is not possible to use conventional relatively thick, non-biodegradable foil "pouches" such as those found in Li-ion batteries to seal the battery.
以下は、本発明の教示の1つまたは複数の実施形態の一部の態様の基本的理解をもたらすために、簡略化された概要を提示している。この概要は、大規模な概説でもなく、本発明の教示の主要なまたは重大な要素を特定することを意図するものでもなく、本開示の範囲を線引きするものでもない。むしろ、その主要な目的は、後で提示される詳細な説明の前置きとして、1つまたは複数の概念を簡略化された形態で単に提示することである。 The following presents a simplified summary in order to provide a basic understanding of some aspects of one or more embodiments of the present teachings. This summary is not an extensive overview and is not intended to identify key or critical elements of the invention's teachings or to delineate the scope of the disclosure. Rather, its primary purpose is simply to present one or more concepts in a simplified form as a prelude to the more detailed description that is presented later.
電気化学デバイスが開示されている。電気化学デバイスはまたアノードおよびカソードを含む。デバイスはまた、アノードとカソードとの間に配置される電解質組成物、および生分解性材料を含むことができる水蒸気バリアを含み、この水蒸気バリアは電気化学デバイスから水蒸気が抜け出るのを防ぐために配置される。水蒸気バリアはポリ乳酸をさらに含むことができる。水蒸気バリアは金属化またはアルミニウム金属化コーティングをさらに含むことができる。水蒸気バリアは、さらに多層をさらに含むことができる。電気化学デバイスは、24時間にわたり、2質量%以下の水蒸気透過度(WVTR)をさらに有することができる。 An electrochemical device is disclosed. Electrochemical devices also include an anode and a cathode. The device also includes an electrolyte composition disposed between the anode and the cathode, and a water vapor barrier that can include a biodegradable material, the water vapor barrier being arranged to prevent water vapor from escaping from the electrochemical device. Ru. The water vapor barrier can further include polylactic acid. The water vapor barrier may further include a metallized or aluminum metallized coating. The water vapor barrier can further include multiple layers. The electrochemical device can further have a water vapor transmission rate (WVTR) of 2% by weight or less over 24 hours.
水蒸気バリアの実施形態はまた、ポリマーを含む生分解性材料を含むことができる。水蒸気バリアはまた、生分解性材料上に配置された金属化コーティングを含むことができる。水蒸気バリアはポリマーを含むことができ、ポリマーは、ポリ乳酸、金属化またはアルミニウム金属化コーティングをさらに含むことができる。水蒸気バリアはまた多層を含むことができ、24時間にわたり、1cm2当たり1mg以下の水蒸気透過度(WVTR)を有することができる。 Water vapor barrier embodiments can also include biodegradable materials including polymers. The water vapor barrier can also include a metallized coating disposed on the biodegradable material. The water vapor barrier can include a polymer, which can further include a polylactic acid, metallized or aluminum metallized coating. The water vapor barrier can also include multiple layers and have a water vapor transmission rate (WVTR) of 1 mg per cm 2 or less over 24 hours.
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図は、本発明の教示の実施形態を例示する。本開示の実施形態におけるこれらおよび/または他の態様ならびに利点は、添付の図と併せて、様々な実施形態の以下の説明から明らかとなり、より容易に認識される。 The accompanying figures, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the teachings of the present invention. These and/or other aspects and advantages of embodiments of the present disclosure will be apparent and more readily appreciated from the following description of various embodiments, taken in conjunction with the accompanying figures.
図の一部の詳細は簡略化され、厳密な構造的精度、詳細、およびスケールを維持するためというよりもむしろ本発明の教示の理解を促進するために描かれていることに注目されたい。 It is noted that some details of the figures have been simplified and drawn to facilitate an understanding of the teachings of the present invention, rather than to maintain exact structural accuracy, detail, and scale.
様々な典型的な態様の以下の説明は単に例示的な性質であり、本開示、その用途、または使用を限定することを意図するものでは決してない。 The following descriptions of various exemplary embodiments are merely exemplary in nature and are not intended to limit the disclosure, its application, or uses in any way.
全体にわたり使用されている範囲は、範囲内にあるありとあらゆる値を記載するための略記として使用されている。範囲内のいずれの値も範囲の末端として選択することができる。加えて、本明細書で引用されたすべての参考文献は、これら全体において参照により本明細書に組み込まれている。本開示における定義と、引用された参考文献の定義とが矛盾する場合、本開示が優先される。 Ranges used throughout are used as shorthand to describe any and all values within the range. Any value within the range can be selected as the end of the range. Additionally, all references cited herein are incorporated by reference in their entirety. In the event of a conflict between definitions in this disclosure and definitions in a cited reference, the present disclosure will control.
特に明記されていない限り、本明細書でおよび明細書の他の箇所で表現されているすべてのパーセンテージおよび量は、質量によるパーセンテージを指すと考えられるべきである。付与された量は、材料の活性のある質量に基づく。 Unless otherwise specified, all percentages and amounts expressed herein and elsewhere in the specification should be considered to refer to percentages by weight. The amount given is based on the active mass of the material.
さらに、すべての数値は、「約」または「およそ」として示される値であり、当業者により予想される実験誤差および変化形を考慮に入れている。本明細書で開示されているすべての数値および範囲は、「約」が同時に使用されているどうかに関わらず、近似する値および範囲であることを認識されたい。「約」という用語は、本明細書で使用される場合、数値と併せて、その数値の±0.01%(両端の値を含む)、±0.1%(両端の値を含む)、±0.5%(両端の値を含む)、±1%(両端の値を含む)であってよい、その数値±2%(両端の値を含む)、その数値±3%(両端の値を含む)、その数値±5%(両端の値を含む)、その数値±10%(両端の値を含む)、またはその数値±15%(両端の値を含む)であってよい値を指すこともまた認識されたい。数値的範囲が本明細書で開示されている場合、範囲内に入るいかなる数値もまた具体的に開示されていることをさらに認識されたい。 Additionally, all numerical values are expressed as "about" or "approximately" and take into account experimental errors and variations that would be expected by those skilled in the art. It should be recognized that all numerical values and ranges disclosed herein, whether or not "about" is also used, are approximating values and ranges. As used herein, the term "about" means, in conjunction with a numerical value, ±0.01% (inclusive), ±0.1% (inclusive) of that numerical value; May be ±0.5% (inclusive), ±1% (inclusive), ±2% (inclusive), ±3% (inclusive). ), that value may be ±5% (inclusive), ±10% (inclusive), or ±15% (inclusive). I would also like to be recognized for this. It is further recognized that when a numerical range is disclosed herein, any number falling within the range is also specifically disclosed.
本明細書で使用される場合、「または」という用語は、両端の値を含むオペレーターであり、文脈が他を明確に指示していない限り、「および/または」という用語と同等である。「基づく」という用語は排他的ではなく、文脈が他を明確に指示していない限り、記載されていないさらなる要素に基づくことを許容する。明細書では、「A、B、およびCのうちの少なくとも1つ」という列挙は、A、B、もしくはC、A、B、もしくはCの複数の例、またはA/B、A/C、B/C、A/B/B/B/B/C、A/B/Cの組合せなどを含有する実施形態を含む。加えて、明細書全体にわたり、「a」、「an」および「the」の意味は複数の言及を含む。「in」の意味は「in」および「on」を含む。 As used herein, the term "or" is an inclusive operator and is equivalent to the term "and/or" unless the context clearly dictates otherwise. The term "based on" is not exclusive and allows for being based on additional elements not listed, unless the context clearly dictates otherwise. In the specification, the enumeration "at least one of A, B, and C" refers to multiple instances of A, B, or C, A, B, or C, or A/B, A/C, B /C, A/B/B/B/B/C, combinations of A/B/C, and the like. Additionally, throughout the specification, the meanings of "a," "an," and "the" include plural references. The meaning of "in" includes "in" and "on."
ここで、本発明の教示の例示的な実施形態について詳細に言及することになり、その例は添付の図において図示されている。可能な限り、同じ、類似の、または同様の部分を指すのに同じ参照番号が図全体にわたり使用されている。 Reference will now be made in detail to exemplary embodiments of the present teachings, examples of which are illustrated in the accompanying figures. Wherever possible, the same reference numbers are used throughout the figures to refer to the same, similar, or like parts.
生分解性電気化学デバイスが本明細書で開示されている。本明細書で使用される場合、「生分解性」または「生分解性材料」という用語は、妥当な時間内で、生命体、特にゴミ処理地内の微生物により分解されることが可能な、またはそのように設計された材料、構成成分、物質、デバイスなどを指すことができる。材料、構成成分、物質、デバイスなどは、水、天然に存在する気体、例えば、二酸化炭素およびメタン、バイオマス、またはこれらの組合せなどに分解することができる。本明細書で使用される場合、「生分解性電気化学デバイス」または「生分解性デバイス」という表現は、電気化学デバイスまたはデバイスをそれぞれ指すことができ、これらのうちの少なくとも1種以上のその構成成分が生分解性である。ある場合には、生分解性電気化学デバイスまたは生分解性デバイスの構成成分の大部分またはかなり多数が生分解性である。他の事例では、生分解性電気化学デバイスまたは生分解性デバイスのポリマー構成成分のすべてが生分解性である。例えば、電気化学デバイスのポリマーおよび/または他の有機ベース構成成分は生分解性である一方、金属および/または金属酸化物を含めた、本明細書で開示されている電気化学デバイスの無機材料は生分解性でなくてもよい。電気化学デバイスのすべてのポリマーおよび/または有機ベース構成成分が生分解性であれば、全部の電気化学デバイスが生分解性であると考えられることが一般的に認められることを認識されたい。本明細書で使用される場合、「堆肥化可能」という用語は堆肥にすることができる、またはさもなければ地球に優しいまたは環境に優しい方式で破棄することができる品目を指すことができる。堆肥化可能な材料とは、生分解性材料のサブセットカテゴリーと考えることができ、堆肥化可能な材料を破壊するためにさらなる特定の環境の温度または条件が必要とされ得る。堆肥化可能という用語は生分解性と同義ではないが、これらの用語は、生分解性材料を破壊するまたは分解するのに必要な条件が、堆肥化可能な材料を破壊するのに必要な条件と類似すると考えられる場合には交換可能なように使用することができる。本明細書で使用される場合、「電気化学デバイス」という用語または表現は、電気を化学反応に変換する、および/またはその逆を行うデバイスを指すことができる。例示的電気化学デバイスは、これらに限定されないが、電池、光増感太陽電池、電気化学的センサー、エレクトロクロミックガラス、燃料電池、電気分解装置などであってよい、またはこれらを含む。 Biodegradable electrochemical devices are disclosed herein. As used herein, the term "biodegradable" or "biodegradable material" means capable of being broken down by living organisms, particularly microorganisms within a landfill, within a reasonable time; It can refer to materials, components, substances, devices, etc. designed as such. The materials, components, substances, devices, etc. can be decomposed into water, naturally occurring gases such as carbon dioxide and methane, biomass, or combinations thereof. As used herein, the expressions "biodegradable electrochemical device" or "biodegradable device" may refer to an electrochemical device or devices, respectively, of which at least one or more of the The components are biodegradable. In some cases, a majority or a significant number of the biodegradable electrochemical devices or components of the biodegradable device are biodegradable. In other cases, all of the polymeric components of the biodegradable electrochemical device or biodegradable device are biodegradable. For example, the polymers and/or other organic-based components of the electrochemical devices are biodegradable, while the inorganic materials of the electrochemical devices disclosed herein, including metals and/or metal oxides, are biodegradable. It does not have to be biodegradable. It should be recognized that it is generally accepted that an entire electrochemical device is considered biodegradable if all polymeric and/or organic-based components of the device are biodegradable. As used herein, the term "compostable" can refer to items that can be composted or otherwise disposed of in an earth-friendly or environmentally friendly manner. Compostable materials can be considered a subset category of biodegradable materials, and additional specific environmental temperatures or conditions may be required to destroy the compostable materials. Although the term compostable is not synonymous with biodegradable, these terms do not mean that the conditions necessary to destroy or degrade biodegradable materials are the conditions necessary to destroy compostable materials. may be used interchangeably if they are considered similar. As used herein, the term or expression "electrochemical device" can refer to a device that converts electricity into a chemical reaction and/or vice versa. Exemplary electrochemical devices may be or include, but are not limited to, batteries, photosensitized solar cells, electrochemical sensors, electrochromic glasses, fuel cells, electrolyzers, and the like.
本明細書で使用される場合、「環境に優しい電気化学デバイス」または「環境に優しいデバイス」という用語または表現は、生態系または一般的環境に対して最小量の、より低い量の毒性を示す、またはいかなる毒性も示さない電気化学デバイスまたはデバイスをそれぞれ指すことができる。少なくとも1つの実施形態では、本明細書で開示されている電気化学デバイスおよび/またはその構成成分は環境に優しい。 As used herein, the term or expression "environmentally friendly electrochemical device" or "environmentally friendly device" indicates a minimal, lower amount of toxicity to the ecosystem or the general environment. , or an electrochemical device or device, respectively, that does not exhibit any toxicity. In at least one embodiment, the electrochemical devices and/or components thereof disclosed herein are environmentally friendly.
本明細書で使用される場合、「フィルム」または「バリア層」という用語または表現は、様々な電気化学デバイスの構成成分またはパーツに使用することができる、薄い、部分的または実質的にプラスチックおよび/またはポリマー性の材料を指すことができ、これらに限定されないが、基材、結合部、エンクロージャー、バリア、またはこれらの組合せを含む。本明細書に記載されているようなフィルムは、これらのそれぞれの組成物の固有の物理的特性または寸法に応じて、剛性であっても、または柔軟性があってもよい。少なくとも1つの実施形態では、これらのフィルムまたはバリア層は、環境に優しいまたは生分解性であることができる。 As used herein, the term or expression "film" or "barrier layer" refers to thin, partially or substantially plastic and and/or may refer to polymeric materials, including, but not limited to, substrates, bonds, enclosures, barriers, or combinations thereof. Films as described herein may be rigid or flexible, depending on the inherent physical properties or dimensions of their respective compositions. In at least one embodiment, these films or barrier layers can be environmentally friendly or biodegradable.
本明細書で使用される場合、「エンクロージャー」、「バリア」、または「水蒸気バリア」という用語または表現は、部分的に密閉して、完全に密閉して利用される、またはさもなければ、電気化学デバイスのバリアを介して水分、水または他の蒸発性材料が出入りするのを防止するために使用される材料を指すことができる。少なくとも1つの実施形態では、これらエンクロージャーは環境に優しいまたは生分解性であることができる。 As used herein, the terms or expressions "enclosure," "barrier," or "water vapor barrier" refer to partially enclosed, fully enclosed, or otherwise Can refer to a material used to prevent moisture, water, or other evaporative materials from entering or exiting through a barrier in a chemical device. In at least one embodiment, these enclosures can be environmentally friendly or biodegradable.
本明細書で使用される場合、「金属層」という用語または表現は、表面、フィルム、基材、またはバリア層上の金属の層を指すことができる。本明細書に記載されている金属層は、蒸気または化学堆積法の手段により表面上に堆積され得る金属化コーティング、ならびに表面、フィルム、基材、またはバリア層と合わせた、またはこれらに接着した金属ホイル、金属フィルム、もしくは他の金属層を含めた、金属層の例を含むことができる。 As used herein, the term or expression "metal layer" can refer to a layer of metal on a surface, film, substrate, or barrier layer. The metal layers described herein include metallized coatings that can be deposited on a surface by means of vapor or chemical deposition methods, as well as combined with or adhered to a surface, film, substrate, or barrier layer. Examples of metal layers can be included, including metal foils, metal films, or other metal layers.
少なくとも1つの実施形態では、本明細書で開示されている生分解性電気化学デバイスは、アノード、カソード(すなわち、集電体および/または活性層)、および1つまたは複数の電解質組成物(例えば、生分解性固体水性電解質組成物)を含むことができる。別の実施形態では、生分解性電気化学デバイスは、1つもしくは複数の基材、1つもしくは複数の密閉部、1つもしくは複数のパッケージ、1つもしくは複数のパウチ、1つもしくは複数のエンクロージャー、またはこれらの組合せをさらに含むことができる。 In at least one embodiment, the biodegradable electrochemical devices disclosed herein include an anode, a cathode (i.e., a current collector and/or an active layer), and one or more electrolyte compositions (e.g., , a biodegradable solid aqueous electrolyte composition). In another embodiment, the biodegradable electrochemical device comprises one or more substrates, one or more closures, one or more packages, one or more pouches, one or more enclosures. , or a combination thereof.
本明細書で開示されている生分解性電気化学デバイスは柔軟性があり得る。本明細書で使用される場合、「柔軟性のある」という用語は、破損および/またはクラッキングを起こすことなく、既定の曲率半径周辺に曲げることが可能な材料、デバイス、またはその構成成分を指すことができる。本明細書で開示されている生分解性電気化学デバイスおよび/またはその構成成分は、破損またはクラッキングを起こすことなく、約30cm以下、約20cm以下、約10cm以下、約5cm以下の曲率半径の周辺に曲げることができる。 The biodegradable electrochemical devices disclosed herein can be flexible. As used herein, the term "flexible" refers to a material, device, or component thereof that can be bent around a predetermined radius of curvature without breaking and/or cracking. be able to. The biodegradable electrochemical devices and/or components thereof disclosed herein can be produced around a radius of curvature of about 30 cm or less, about 20 cm or less, about 10 cm or less, about 5 cm or less without breaking or cracking. can be bent to
図1は、1つまたは複数の実施形態による、並列または同一平面上の構成の例示的な生分解性電気化学デバイス100の分解立体図を図示している。図1に図示されているように、生分解性電気化学デバイス100は、第1の基材102、第1の基材102に隣接してまたはその上に配置された第1の集電体104および第2の集電体106、第1の集電体104に隣接してまたはその上に配置されたアノード活性層108、第2の集電体106に隣接してまたはその上に配置されたカソード活性層110、アノード活性層108およびカソード活性層110に隣接してまたはその上に配置された電解質層112、ならびに電解質組成物112に隣接してまたはその上に配置された第2の基材114を含むことができる。第1の集電体104およびアノード活性層108は、生分解性電気化学デバイス100のアノード120と本明細書で総合的に称することができることを認識されたい。第2の集電体106およびカソード活性層110は、生分解性電気化学デバイス100のカソード122と本明細書で総合的に称することができることをさらに認識されたい。図1に図示されているように、生分解性電気化学デバイス100のアノード120およびカソード122は、アノード120およびカソード122が同じXY平面に沿って配置されるよう同一平面上にあることができる。
FIG. 1 illustrates an exploded view of an exemplary biodegradable
少なくとも1つの実施形態では、生分解性電気化学デバイス100は、生分解性電気化学デバイス100の集電体104、106、アノード活性層108、カソード活性層110、および第1の基材102と第2の基材114との間の電解質組成物112を密閉するまたは気密的に密閉することが可能なまたは密閉するように設計された1つまたは複数の密閉部(116、118の2つが示されている)を含むことができる。例えば、図1に図示されているように、生分解性電気デバイス100は、生分解性電気化学デバイス100を密閉するまたは気密的に密閉するために、第1の基材102と第2の基材114との間ならびに集電体104、106、アノード活性層108、カソード活性層110、および電解質組成物112の周囲に挿入された2つの密閉部116、118を含むことができる。別の実施形態では、生分解性電気化学デバイス100は、密閉部116、118を含まなくてもよいし、または実質的に含まなくてもよい。例えば、基材102、114は、生分解性電気化学デバイス100を密閉するために互いに溶融または結合されていてもよい。
In at least one embodiment, biodegradable
図2は、1つまたは複数の実施形態に従い、積層型構成の別の例示的な生分解性電気化学デバイス200の分解立体図を図示している。図2に図示されているように、生分解性電気化学デバイス200は、第1の基材202、第1の基材102に隣接してまたはその上に配置された第1の集電体204、第1の集電体204に隣接してまたはその上に配置されたアノード活性層208、アノード108に隣接してまたはその上に配置された電解質層212、電解質組成物212に隣接してまたはその上に配置されたカソード活性層210、カソード活性層210に隣接してまたはその上に配置された第2の集電体206、および第2の集電体206に隣接してまたはその上に配置された第2の基材214を含むことができる。第1の集電体204およびアノード活性層208は、生分解性電気化学デバイス200のアノード220と本明細書で総合的に称することができることを認識されたい。第2の集電体206およびカソード活性層210は、生分解性電気化学デバイス200のカソード222と本明細書で総合的に称することができることをさらに認識されたい。図2に図示されているように、生分解性電気化学デバイス200のアノード220およびカソード222は、アノード220およびカソード222が互いの上または下に配置されるように積層型構成または形状で配置することができる。
FIG. 2 illustrates an exploded view of another exemplary biodegradable
少なくとも1つの実施形態では、生分解性電気化学デバイス200は、生分解性電気化学デバイス200の集電体204、206、アノード活性層208、カソード活性層210、および第1の基材202と第2の基材214との間の電解質組成物212を気密的に密閉することが可能なまたは気密的に密閉するように設計された1つまたは複数の密閉部(216、218の2つが示されている)を含むことができる。例えば、図2に図示されているように、生分解性電気デバイス200は、生分解性電気化学デバイス200を気密的に密閉するために、第1の基材202と第2の基材214との間ならびに集電体204、206、アノード活性層208、カソード活性層210、および電解質組成物212の周囲に挿入された、2つの密閉部216、218を含むことができる。別の実施形態では、生分解性電気化学デバイス200は、密閉部216、218を含まなくてもよいし、または実質的に含まなくてもよい。例えば、基材202、214は、生分解性電気化学デバイス200を密閉するために互いに溶融または結合されていてもよい。
In at least one embodiment, the biodegradable
図1および2に図示されているように、集電体104、106、204、206のそれぞれは、密閉部116、118、216、218の外側まで伸びて、結合性をもたらすことができるそれぞれのタブ124、126、224、226を含むことができる。
As illustrated in FIGS. 1 and 2, each of the
少なくとも1つの実施形態では、それぞれの生分解性電気化学デバイス100、200の基材102、114、202、214のうちのいずれか1つまたは複数は、これらに限定されないが、生分解性基材であってもよいし、またはこれを含んでもよい。例示的生分解性基材は、これらに限定されないが、ポリ乳酸(PLA)、ポリ乳酸-co-グリコール酸(PLGA)、絹フィブロイン、キトサン、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリヒドロキシブチレート(PHB)、米紙、セルロースのうちの1種もしくは複数、またはこれらの組合せもしくは複合体であってもよいし、またはこれらを含んでもよい。
In at least one embodiment, any one or more of the
それぞれの生分解性電気化学デバイス100、200の生分解性基材は、約50℃~約150℃の温度で安定していることができる。本明細書で使用される場合、「安定した」または「安定性」という用語は、約50℃~約150℃の温度に曝露された場合、寸法の変化に対して抵抗し、構造的完全性を維持する基材の能力を指すことができる。例えば、生分解性基材は、約50℃~約150℃の温度に曝露された後、約20%未満、約15%未満、または約10%未満の寸法の変化で構造的完全性を維持することが可能であり、または維持するように設計することができる。1つの例では、生分解性基材のそれぞれは、約50℃、約60℃、約70℃、約80℃、約90℃、約100℃、または約110℃~約120℃、約130℃、約140℃、または約150℃の温度で安定していることができる(例えば、寸法の変化は20%未満)。別の例では、生分解性基材のそれぞれは、少なくとも100℃、少なくとも105℃、少なくとも110℃、少なくとも115℃、少なくとも120℃、少なくとも125℃、少なくとも130℃、少なくとも135℃、少なくとも140℃、または少なくとも145℃の温度で安定していることができる。少なくとも1つの実施形態では、生分解性基材は、約50℃~約150℃の温度で、約5分~約60分以上の期間安定していることができる。例えば、生分解性基材は、上述の温度で、約5分、約10分、約20分、または約30分~約40分、約45分、約50分、約60分以上の期間安定していることができる。
The biodegradable substrate of each biodegradable
少なくとも1つの実施形態では、生分解性基材は、さらなる接着剤を使用することなく、溶接可能、結合可能、および/または永久的に熱的密閉可能である。例えば、基材102、114、202、214のそれぞれの生分解性基材は、それぞれの密閉部116、118、216、218を使用することなく、互いに溶接可能なおよび/または結合可能であることができる。互いに溶接可能および/または結合可能であることができる例示的生分解性基材は、これらに限定されないが、熱可塑性、例えば、ポリ乳酸(PLA)、結晶化度を増強する核剤で修飾したポリ乳酸、例えば、核剤Dで修飾したポリ乳酸(PLA-D)および核剤Eで修飾したポリ乳酸(PLA-E)、ポリブチレンスクシネート(PBS)、ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)、PLAとポリヒドロキシブチレート(PHB)のブレンド、PHBベースのブレンドなど、またはこれらの組合せであってもよいし、またはこれらを含んでもよい。本明細書で使用される場合、「結合可能」、「溶接可能」、および/または「永久的に熱的密閉可能」という用語または表現は、加熱または溶融を介して、2つの表面を互いに加熱密閉するまたは永久的に2つの表面を互いに連結する材料(例えば、基材)の能力を指すことができる。
In at least one embodiment, the biodegradable substrate is weldable, bondable, and/or permanently heat sealable without the use of additional adhesives. For example, each biodegradable substrate of
それぞれの生分解性電気化学デバイス100、200のアノード活性層108、208は、これらに限定されないが、亜鉛(Zn)、リチウム(Li)、炭素(C)、カドミウム(Cd)、ニッケル(Ni)、マグネシウム(Mg)、マグネシウム合金、亜鉛合金などのうちの1種もしくは複数、またはこれらの組合せおよび/もしくは合金であってもよいし、またはこれらを含んでもよい。例示的アノード活性層またはその材料は、これらに限定されないが、などまたはこれらの組合せであってもよいし、またはこれらを含んでもよい。少なくとも1つの実施形態では、アノード活性層は、H2ガス発生を調節または制御するために、酸化亜鉛(ZnO)を十分な量で含むことができる。
The anode
少なくとも1つの実施形態では、生分解性電気化学デバイス100、200のそれぞれのアノード活性層108、208は、アノードペースト剤から調製または製作することができる。例えば、アノード活性層は、亜鉛アノードペースト剤から調製することができる。アノードペースト剤はアトライターミルで調製することができる。少なくとも1つの実施形態では、ステンレススチールショットはアトライターミルに配置されて、アノードペースト剤の調製を促進することができる。アノードペースト剤は、1種もしくは複数の金属もしくは金属合金、1種もしくは複数の有機溶媒、1種もしくは複数のスチレン-ブタジエンゴム結合剤、またはこれらの組合せを含むことができる。例示的な実施形態では、アノードペースト剤は、エチレングリコール、スチレン-ブタジエンゴム結合剤、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ビスマス(III)(Bi2O3)、Znダストのうちの1つもしくは複数、またはこれらの組合せを含むことができる。例示的有機溶媒は当技術分野で公知であり、これらに限定されないが、エチレングリコール、アセトン、NMPなど、またはこれらの組合せであってもよいし、またはこれらを含んでもよい。少なくとも1つの実施形態では、いずれか1種または複数の生分解性結合剤は、スチレン-ブタジエンゴム結合剤の代わりにまたはこれと組み合わせて利用することができる。
In at least one embodiment, the anode
生分解性電気化学デバイス100、200のそれぞれのカソード活性層110、210は、これらに限定されないが、鉄(Fe)、塩化鉄(VI)、酸化水銀(HgO)、酸化マンガン(IV)(MnO2)、炭素(C)、炭素含有カソード、金(Au)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、三酸化モリブデン(MoO3)、酸化銀(Ag2O)、銅(Cu)、酸化バナジウム(V2O5)、酸化ニッケル(NiO)、ヨウ化銅(Cu2I2)、塩化銅(CuCl)などのうちの1種もしくは複数、またはこれらの組合せおよび/もしくは合金であってもよいし、またはこれらを含んでもよい。例示的な実施形態では、カソード活性層110、210は酸化マンガン(IV)を含むことができる。炭素および/または炭素含有カソード活性層は、水性金属空気電池、例えば、亜鉛空気電池に利用することができる。
The cathode
少なくとも1つの実施形態では、カソード活性層110、210は、カソード活性層110、210の電子伝導率を少なくとも部分的に増強することが可能なまたはそのように設計された1種または複数の添加物を含むことができる。例示的添加物は、これらに限定されないが、炭素粒子、例えば、グラファイト、炭素ナノチューブ、カーボンブラックなど、またはこれらの組合せであってもよいし、またはこれらを含んでもよい。
In at least one embodiment, the cathode
少なくとも1つの実施形態では、生分解性電気化学デバイス100、200のそれぞれのカソード活性層110、210は、カソードペースト剤から調製または製作することができる。例えば、カソード活性層110、210は、酸化マンガン(IV)カソードペースト剤から調製することができる。カソードペースト剤はアトライターミルで調製することができる。少なくとも1つの実施形態では、ステンレススチールショットは、アトライターミルに配置されて、カソードペースト剤の調製を促進することができる。カソードペースト剤は、1種もしくは複数の金属もしくは金属合金、1種もしくは複数の有機溶媒(例えば、エチレングリコール)、1種もしくは複数のスチレン-ブタジエンゴム結合剤、またはこれらの組合せを含むことができる。例示的な実施形態では、カソードペースト剤は、エチレングリコール、スチレン-ブタジエンゴム結合剤、酸化マンガン(IV)(MnO2)、グラファイトのうちの1種もしくは複数、またはこれらの組合せを含むことができる。例示的有機溶媒は当技術分野で公知であり、これらに限定されないが、エチレングリコール、アセトン、NMPなど、またはこれらの組合せであってもよいし、またはこれらを含んでもよい。少なくとも1つの実施形態では、1種または複数の有機溶媒は、水性溶媒、例えば、水で置き換えてもよいし、またはこれと組み合わせて使用してもよい。例えば、水は酸化マンガン(IV)と組み合わせて利用することができる。
In at least one embodiment, the cathode
アノードおよび/またはカソードペースト剤は、約100cP~約1E6cPの粘度を有していてもよい。例えば、アノードおよび/またはカソードペースト剤は、約100cP以上、約200cP以上、約500cP以上、約1,000cP以上、約1,500cP以上、約2,000cP以上、約10,000cP以上、約20,000cP以上、約50,000cP以上、約1E5cP以上、約1.5E5cP以上、約2E5cP以上、約3E5cP以上、約4E5cP以上、約5E5cP以上、約6E5cP以上、約7E5cP以上、約8E5cP以上、または約9E5cP以上の粘度を有していてもよい。別の例では、アノードおよび/またはカソードペースト剤は、約200cP以下、約500cP以下、約1,000cP以下、約1,500cP以下、約2,000cP以下、約10,000cP以下、約20,000cP以下、約50,000cP以下、約1E5cP以下、約1.5E5cP以下、約2E5cP以下、約3E5cP以下、約4E5cP以下、約5E5cP以下、約6E5cP以下、約7E5cP以下、約8E5cP以下、約9E5cP以下、または約1E6cP以下の粘度を有していてもよい。 The anode and/or cathode paste may have a viscosity of about 100 cP to about 1E6 cP. For example, the anode and/or cathode paste may be about 100 cP or more, about 200 cP or more, about 500 cP or more, about 1,000 cP or more, about 1,500 cP or more, about 2,000 cP or more, about 10,000 cP or more, about 20, 000cP or more, about 50,000cP or more, about 1E5cP or more, about 1.5E5cP or more, about 2E5cP or more, about 3E5cP or more, about 4E5cP or more, about 5E5cP or more, about 6E5cP or more, about 7E5cP or more, about 8E5cP or more, or about 9E5cP It may have a viscosity higher than that. In another example, the anode and/or cathode paste is about 200 cP or less, about 500 cP or less, about 1,000 cP or less, about 1,500 cP or less, about 2,000 cP or less, about 10,000 cP or less, about 20,000 cP or less. Below, about 50,000cP or less, about 1E5cP or less, about 1.5E5cP or less, about 2E5cP or less, about 3E5cP or less, about 4E5cP or less, about 5E5cP or less, about 6E5cP or less, about 7E5cP or less, about 8E5cP or less, about 9E5cP or less, Or it may have a viscosity of about 1E6 cP or less.
少なくとも1つの実施形態では、アノード120、220およびカソード122、222、またはその活性層108、110、208、210のそれぞれは独立して生分解性結合剤を含むことができる。生分解性結合剤の機能は、それぞれの層のそれぞれの粒子を一緒に固着させ、基材の表面下への接着をもたらすことであり、それぞれの層とはアノード集電体104、204、カソード集電体106、206、アノード活性層108、208、カソード活性層110、210、またはこれらの組合せである。例示的生分解性結合剤は、これらに限定されないが、キトサン、ポリ乳酸-co-グリコール酸(PLGA)、ゼラチン、キサンタンガム、酢酸酪酸セルロース(CAB)、ポリヒドロキシブチレート(PHB)のうちの1種もしくは複数、またはこれらの組合せであってもよいし、またはこれらを含んでもよい。少なくとも1つの実施形態では、電解質組成物に関して本明細書で開示されている生分解性ポリマーのうちのいずれか1種または複数はまた、アノード120、220、カソード122、222、その構成成分、またはこれらの任意の組合せの生分解性結合剤として利用することもできる。さらに本明細書に記載されているように、1種または複数の生分解性ポリマーは架橋されていてもよい。よって、アノード120、220、カソード122、222、および/またはその構成成分に利用される生分解性結合剤は、電解質組成物に関して本明細書で開示されている架橋した生分解性結合剤を含むことができる。
In at least one embodiment, each of the
それぞれの生分解性電気化学デバイス100、200のそれぞれの電解質層112、212は、電解質組成物であってもよいし、またはこれらを含んでもよい。電解質組成物は生分解性ポリマー材料を利用することができる。電解質組成物は固体、水性電解質組成物であってよい。固体、水性電解質組成物は、コポリマーのヒドロゲルならびにヒドロゲル中におよびに/またはヒドロゲル全体にわたり分散した塩であってもよいし、またはこれらを含んでもよい。コポリマーは、ポリマー中心ブロック(CB)に結合している少なくとも2つのポリカプロラクトン(PCL)鎖を含むことができる。例えば、コポリマーは、ポリマーの中心ブロックにカップリングした少なくとも2つのPCL鎖を含むブロックコポリマーまたはグラフトコポリマー、例えば、PCL-CB-PCLであってよい。別の例では、コポリマーは、ポリマーの中心ブロックとカップリングした、ポリ乳酸(PLA)、ポリグリコール酸(PGA)、ポリエチレンイミン(PEI)のうちの少なくとも1種以上、またはこれらの組合せを含むブロックコポリマーまたはグラフトコポリマーであってよい。
The
コポリマーまたは固体は、ヒドロゲルの総質量に対して(例えば、溶媒、ポリマー、および塩の総質量)、ヒドロゲル中に約5質量%以上~90質量%以下の量で存在し得る。例えば、コポリマーは、ヒドロゲルの総質量に対して、約5質量%以上、10質量%以上、15質量%以上、20質量%以上、25質量%以上、30質量%以上、35質量%以上の量で存在し得る。別の例では、コポリマーは、ヒドロゲルの総質量に対して、90質量%以下、80質量%以下、70質量%以下、または60質量%以下の量で存在し得る。好ましい実施形態では、コポリマーまたは固体は、ヒドロゲルの総質量に対して、ヒドロゲル中に約5質量%~約60質量%、約5質量%~約50質量%、約20質量%~約40質量%、または約30質量%の量で存在し得る。また別の好ましい実施形態では、コポリマーまたは固体は、ヒドロゲルの総質量に対して、ヒドロゲル中に30質量%超~60質量%の量で存在し得る。 The copolymer or solid can be present in the hydrogel in an amount from about 5% to about 90% by weight, based on the total weight of the hydrogel (eg, the total weight of solvent, polymer, and salt). For example, the copolymer may be present in an amount of about 5% or more, 10% or more, 15% or more, 20% or more, 25% or more, 30% or more, 35% or more by weight based on the total weight of the hydrogel. It can exist in In another example, the copolymer may be present in an amount of 90% or less, 80% or less, 70% or less, or 60% by weight or less, based on the total weight of the hydrogel. In preferred embodiments, the copolymer or solid is present in the hydrogel at about 5% to about 60%, about 5% to about 50%, about 20% to about 40% by weight, based on the total weight of the hydrogel. , or in an amount of about 30% by weight. In yet another preferred embodiment, the copolymer or solid may be present in the hydrogel in an amount of greater than 30% to 60% by weight, based on the total weight of the hydrogel.
コポリマーは、ヒドロゲル中に、気泡を含まない、または実質的に含まない連続的なフィルムまたは層を提供するのに十分な量で存在し得る。コポリマーはまた、ヒドロゲル中に約1,000cP~約100,000cPの粘度をもたらすのに十分な量で存在し得る。例えば、コポリマーは、ヒドロゲル中に約1,000cP、約5,000cP、約10,000cP、または約20,000cP~約30,000cP、約40,000cP、約50,000cP、約75,000cP、約90,000cP、または約100,000cPの粘度をもたらすのに十分な量で存在し得る。 The copolymer may be present in the hydrogel in an amount sufficient to provide a continuous film or layer that is free or substantially free of air bubbles. The copolymer may also be present in the hydrogel in an amount sufficient to provide a viscosity of about 1,000 cP to about 100,000 cP. For example, the copolymer may be present in the hydrogel at about 1,000 cP, about 5,000 cP, about 10,000 cP, or about 20,000 cP to about 30,000 cP, about 40,000 cP, about 50,000 cP, about 75,000 cP, about It may be present in an amount sufficient to provide a viscosity of 90,000 cP, or about 100,000 cP.
コポリマーのポリマー中心ブロックは生分解性ポリマーであってよく、これによって、固体、水性電解質組成物の生分解性が改善または増加する。ポリマー中心ブロックの生分解性ポリマーは好ましくは天然に存在するものである。ポリマーの中心ブロックは、ポリマー、例えば、ε-カプロラクトンとの反応に利用可能な少なくとも2つの遊離ヒドロキシル基を含む生分解性ポリマーであってもよいし、またはこれを含んでもよいし、またはこれから誘導されてもよい。さらに本明細書に記載されているように、少なくとも2つの遊離ヒドロキシル基を含むポリマーは、ε-カプロラクトンと反応させて、コポリマーを形成することができる。ポリマー中心ブロック(CB)を形成するために利用することができる少なくとも2つの遊離ヒドロキシル基を含む例示的ポリマーは、これらに限定されないが、ポリビニルアルコール(PVA)、ヒドロキシルを保持する多糖、生分解性ポリエステル、ヒドロキシ脂肪酸(例えば、ヒマシ油)などのうちの1種もしくは複数、またはこれらの組合せであってもよいし、またはこれらを含んでもよい。例示的ヒドロキシルを保持する多糖は、これらに限定されないが、デンプン、セルロース、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、キチン、グアーガム、キサンタンガム、寒天、プルラン、アミロース、アルギン酸、デキストランなど、またはこれらの組合せであってもよいし、またはこれらを含んでもよい。例示的生分解性ポリエステルは、これらに限定されないが、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリ乳酸-co-グリコール酸、ポリイタコン酸、ポリブチレンスクシネートなど、またはこれらの組合せであってもよいし、またはこれらを含んでもよい。好ましい実施形態では、ポリマー中心ブロックは、ポリビニルアルコール(PVA)、ヒドロキシルを保持する多糖、生分解性ポリエステル、またはヒドロキシ脂肪酸のうちの1種もしくは複数であってもよいし、またはこれらを含んでもよい。 The polymeric core block of the copolymer may be a biodegradable polymer, thereby improving or increasing the biodegradability of the solid, aqueous electrolyte composition. The biodegradable polymer of the polymeric center block is preferably naturally occurring. The central block of the polymer may be or may include or be derived from a polymer, such as a biodegradable polymer containing at least two free hydroxyl groups available for reaction with ε-caprolactone. may be done. As further described herein, polymers containing at least two free hydroxyl groups can be reacted with ε-caprolactone to form a copolymer. Exemplary polymers containing at least two free hydroxyl groups that can be utilized to form the polymeric central block (CB) include, but are not limited to, polyvinyl alcohol (PVA), hydroxyl-bearing polysaccharides, biodegradable It may be or include one or more of polyesters, hydroxy fatty acids (eg, castor oil), or combinations thereof. Exemplary hydroxyl-bearing polysaccharides include, but are not limited to, starch, cellulose, carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxyethylcellulose, chitin, guar gum, xanthan gum, agar, pullulan, amylose, alginic acid, dextran, etc., or combinations thereof. or may include these. Exemplary biodegradable polyesters may be, but are not limited to, polylactic acid, polyglycolic acid, polylactic-co-glycolic acid, polyitaconic acid, polybutylene succinate, etc., or combinations thereof; Or it may contain these. In preferred embodiments, the polymeric center block may be or include one or more of polyvinyl alcohol (PVA), a hydroxyl-bearing polysaccharide, a biodegradable polyester, or a hydroxy fatty acid. .
少なくとも1つの実施形態では、コポリマーのポリマー中心ブロックは生分解性ポリマーでなくてもよい。例えば、コポリマーのポリマー中心ブロックは、これらに限定されないが、ポリエチレングリコール(PEG)、ヒドロキシ末端ポリエステル、ヒドロキシル末端ポリオレフィン、例えば、ヒドロキシ末端ポリブタジエンなど、またはこれらの組合せであってもよいし、またはこれらを含んでもよい。 In at least one embodiment, the polymer center block of the copolymer may not be a biodegradable polymer. For example, the polymer center block of the copolymer may be, but is not limited to, polyethylene glycol (PEG), hydroxy-terminated polyester, hydroxy-terminated polyolefin, such as hydroxy-terminated polybutadiene, or combinations thereof. May include.
ポリマー中心ブロックに結合した少なくとも2つのポリカプロラクトン(PCL)鎖を含むコポリマーは、グラフトコポリマーまたはブロックコポリマーであってよい。コポリマーがグラフトコポリマーであるか、またはブロックコポリマーであるかは、ポリマー中心ブロックの少なくとも2つの遊離ヒドロキシル基の数および/または配置により少なくとも部分的に決定され得る。例えば、ε-カプロラクトンを、ポリマー中心ブロック鎖の長さに沿ってモノマー上にヒドロキシル基を有するポリマー中心ブロックと反応させると、グラフトコポリマーが形成される。別の例では、ε-カプロラクトンを、ポリマー中心ブロックのそれぞれの末端にヒドロキシル基のそれぞれを有するポリマー中心ブロックと反応させると、ブロックコポリマーが形成される。例示的ブロックコポリマーは、トリブロックコポリマー、テトラブロックコポリマー、スターブロックコポリマー、またはこれらの組合せであってもよいし、またはこれらを含んでもよい。 A copolymer comprising at least two polycaprolactone (PCL) chains attached to a polymeric central block may be a graft copolymer or a block copolymer. Whether a copolymer is a graft copolymer or a block copolymer may be determined at least in part by the number and/or arrangement of at least two free hydroxyl groups on the polymer center block. For example, when ε-caprolactone is reacted with a polymer center block having hydroxyl groups on the monomer along the length of the polymer center block chain, a graft copolymer is formed. In another example, a block copolymer is formed when ε-caprolactone is reacted with a polymeric center block having each of the hydroxyl groups at each end of the polymeric center block. Exemplary block copolymers may be or include triblock copolymers, tetrablock copolymers, star block copolymers, or combinations thereof.
上で論じられた通り、電解質組成物は、コポリマーのヒドロゲルおよびヒドロゲル中に分散した塩を含む固体、水性電解質組成物であってよい。ヒドロゲルの塩は、当技術分野で公知の任意の適切なイオン性塩であってもよいし、またはこれを含んでもよい。例示的イオン性塩は、これらに限定されないが、有機ベースの塩、無機ベースの塩、室温のイオン性液体、深い共晶溶媒ベースの塩などのうちの1種もしくは複数、またはこれらの組合せもしくは混合物であってもよいし、またはこれらを含んでもよい。好ましい実施形態では、塩は、亜鉛/酸化マンガン(IV)(Zn/MnO2)電気化学において使用可能な塩であり、またはそのような塩を含む。例示的塩は、これらに限定されないが、塩化亜鉛(ZnCl2)、塩化アンモニウム(NH4Cl)、塩化ナトリウム(NaCl)、リン酸緩衝食塩水(PBS)、硫酸ナトリウム(Na2SO4)、硫酸亜鉛(ZnSO4)、硫酸マンガン(MnSO4)、塩化マグネシウム(MgCl2)、塩化カルシウム(CaCl2)、塩化第二鉄(FeCl3)、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)、水酸化カリウム(KOH)、水酸化ナトリウム(NaOH)など、またはこれらの組合せであってもよいし、またはこれらを含んでもよい。好ましい実施形態では、電解質組成物の塩は、塩化アンモニウム(NH4Cl)、塩化亜鉛(ZnCl2)、またはこれらの組合せもしくは混合物であってもよいし、またはこれらを含んでもよい。別の実施形態では、塩は、アルカリ金属塩、例えば、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化アンモニウム(NH4OH)、水酸化カリウム(KOH)、またはこれらの組合せもしくは混合物であってもよいし、またはこれらを含んでもよい。 As discussed above, the electrolyte composition can be a solid, aqueous electrolyte composition comprising a copolymer hydrogel and a salt dispersed within the hydrogel. The hydrogel salt may be or include any suitable ionic salt known in the art. Exemplary ionic salts include, but are not limited to, one or more of organic-based salts, inorganic-based salts, room temperature ionic liquids, deep eutectic solvent-based salts, or combinations thereof. It may be a mixture or may contain these. In a preferred embodiment, the salt is or comprises a salt usable in zinc/manganese(IV) oxide (Zn/ MnO2 ) electrochemistry. Exemplary salts include, but are not limited to, zinc chloride ( ZnCl2 ), ammonium chloride ( NH4Cl ), sodium chloride (NaCl), phosphate buffered saline (PBS), sodium sulfate ( Na2SO4 ), Zinc sulfate (ZnSO 4 ), manganese sulfate (MnSO 4 ), magnesium chloride (MgCl 2 ), calcium chloride (CaCl 2 ), ferric chloride (FeCl 3 ) , lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), potassium hydroxide (KOH), sodium hydroxide (NaOH), etc., or a combination thereof. In preferred embodiments, the salt of the electrolyte composition may be or include ammonium chloride (NH 4 Cl), zinc chloride (ZnCl 2 ), or a combination or mixture thereof. In another embodiment, the salt may be an alkali metal salt, such as sodium hydroxide (NaOH), ammonium hydroxide ( NH4OH ), potassium hydroxide (KOH), or combinations or mixtures thereof. , or may include these.
塩は、イオン伝導率をもたらすのに可能な量で、イオン伝導率をもたらすように設計された量で、またはイオン伝導率をもたらすのに十分な量で存在し得る。例えば、塩は、ヒドロゲル中に、少なくとも0.1M、より好ましくは少なくとも0.5M、さらにより好ましくは少なくとも2M、さらにより好ましくは少なくとも4Mの量または濃度で存在し得る。塩は、ヒドロゲル中に、10M以下、より好ましくは6M以下の濃度で存在し得る。別の例では、塩は、ヒドロゲル中に、約3M~約10M、約4M~約10M、約5M~約9M、または約6M~約8Mの量で存在し得る。例示的な実施では、塩は塩化アンモニウムおよび塩化亜鉛を含んだ。この場合、塩化アンモニウムは約2.5M~約3M、約2.8M~約2.9M、または約2.89Mの量で存在し、塩化亜鉛は約0.5M~1.5M、約0.8M~約1.2M、または約0.9Mの量で存在する。 The salt may be present in an amount possible to provide ionic conductivity, in an amount designed to provide ionic conductivity, or in an amount sufficient to provide ionic conductivity. For example, the salt may be present in the hydrogel in an amount or concentration of at least 0.1M, more preferably at least 0.5M, even more preferably at least 2M, even more preferably at least 4M. The salt may be present in the hydrogel at a concentration of 10M or less, more preferably 6M or less. In another example, the salt may be present in the hydrogel in an amount of about 3M to about 10M, about 4M to about 10M, about 5M to about 9M, or about 6M to about 8M. In an exemplary implementation, the salts included ammonium chloride and zinc chloride. In this case, ammonium chloride is present in an amount of about 2.5M to about 3M, about 2.8M to about 2.9M, or about 2.89M, and zinc chloride is present in an amount of about 0.5M to about 1.5M, about 0. Present in an amount of 8M to about 1.2M, or about 0.9M.
少なくとも1つの実施形態では、電解質組成物は、1種または複数の添加物を含むことができる。1種または複数の添加物は、これらに限定されないが、生分解性または環境に優しいナノ材料であってもよいし、またはこれらを含んでもよい。生分解性ナノ材料は、電解質層またはその電解質組成物の柔軟性を犠牲にすることなく、電解質層またはその電解質組成物の構造的強度をもたらすおよび/または改善することが可能であってもよいし、またはそのように設計されていてもよい。添加物の例示的生分解性ナノ材料は、これらに限定されないが、多糖ベースのナノ材料、無機のナノ材料など、またはこれらの組合せであってもよいし、またはこれらを含んでもよい。例示的多糖ベースのナノ材料は、これらに限定されないが、セルロースナノ結晶、キチンナノ結晶、キトサンナノ結晶、デンプンナノ結晶などのうちの1種もしくは複数、またはその組合せもしくは混合物であってもよいし、またはこれらを含んでもよい。例示的無機ナノ材料はこれらに限定されないが、酸化ケイ素(例えば、ヒュームドシリカ)、酸化アルミニウム、層状ケイ酸塩もしくは石灰のうちの1種もしくは複数、またはその組合せもしくは混合物であってもよいし、またはこれらを含んでもよい。例示的層状ケイ酸塩は、これらに限定されないが、ベントナイト、カオリナイト、ディッカイト、ナクライト、アタパルジャイト、イライト、ハロイサイト、モンモリロナイト、ヘクトライト、フルオロヘクトライト、ノントロナイト、バイデライト、サポナイト、ボルコンスコアイト、マガディアイト、メドモンタイト、ケニアイト、ソーコナイト、ムスコバイト、バーミキュライト、雲母、ヒドロ雲母、フェンジャイト、ブラマライト、セラドナイトのうちの1種もしくは複数、またはこれらの組合せもしくは混合物であってもよいし、またはこれらを含んでもよい。 In at least one embodiment, the electrolyte composition can include one or more additives. The one or more additives may be or include, but are not limited to, biodegradable or environmentally friendly nanomaterials. The biodegradable nanomaterial may be capable of providing and/or improving the structural strength of the electrolyte layer or its electrolyte composition without sacrificing the flexibility of the electrolyte layer or its electrolyte composition. or may be designed to do so. Exemplary biodegradable nanomaterials for additives may be or include, but are not limited to, polysaccharide-based nanomaterials, inorganic nanomaterials, etc., or combinations thereof. Exemplary polysaccharide-based nanomaterials may be one or more of, but are not limited to, cellulose nanocrystals, chitin nanocrystals, chitosan nanocrystals, starch nanocrystals, etc., or combinations or mixtures thereof; Or it may contain these. Exemplary inorganic nanomaterials may be, but are not limited to, one or more of silicon oxide (e.g., fumed silica), aluminum oxide, layered silicates, or lime, or combinations or mixtures thereof. , or may include these. Exemplary layered silicates include, but are not limited to, bentonite, kaolinite, dickite, nacrite, attapulgite, illite, halloysite, montmorillonite, hectorite, fluorohectolite, nontronite, beidellite, saponite, volkonscoreite, May be or contain one or more of magadiite, medmontite, kenyaite, sauconite, muscovite, vermiculite, mica, hydromica, phengite, bramarite, celadonite, or combinations or mixtures thereof. But that's fine.
1種または複数の添加物は、ヒドロゲルの総質量に対して、少なくとも0.1質量%の量で存在し得る。例えば、1種または複数の添加物は、ヒドロゲルの総質量に対して、少なくとも0.1質量%、少なくとも0.5質量%、または少なくとも1質量%の量で存在し得る。1種または複数の添加物はまた、ヒドロゲルの総質量に対して、40質量%以下の量で存在し得る。例えば、1種または複数の添加物は、ヒドロゲルの総質量に対して、40質量%以下、20質量%以下、または10質量%以下の量で存在し得る。 One or more additives may be present in an amount of at least 0.1% by weight, based on the total weight of the hydrogel. For example, the one or more additives may be present in an amount of at least 0.1%, at least 0.5%, or at least 1% by weight, based on the total weight of the hydrogel. One or more additives may also be present in an amount up to 40% by weight, based on the total weight of the hydrogel. For example, the one or more additives may be present in an amount of 40% or less, 20% or less, or 10% or less, based on the total weight of the hydrogel.
少なくとも1つの実施形態では、電解質組成物は、水性溶媒を含むことができる。例えば、電解質組成物は水を含むことができる。少なくとも1つの実施形態では、電解質組成物は共溶媒を含むことができる。例えば、電解質組成物は水およびさらなる溶媒を含むことができる。例示的共溶媒は、これらに限定されないが、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコールのうちの1種もしくは複数、またはこれらの組合せであってもよいし、またはこれらを含んでもよい。共溶媒は、電解質組成物の水性溶媒の総質量または容量で、約20%超、約30超、約40%超、約50%超~約60%超、約70%超、約80%超、約85%超、または約90%超の量の水を含むことができる。 In at least one embodiment, the electrolyte composition can include an aqueous solvent. For example, the electrolyte composition can include water. In at least one embodiment, the electrolyte composition can include a co-solvent. For example, the electrolyte composition can include water and an additional solvent. Exemplary cosolvents may be or include, but are not limited to, one or more of ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, or combinations thereof. The co-solvent is greater than about 20%, greater than about 30%, greater than about 40%, greater than about 50% to greater than about 60%, greater than about 70%, greater than about 80% of the total weight or volume of the aqueous solvent of the electrolyte composition. , greater than about 85%, or greater than about 90% water.
少なくとも1つの実施形態では、電解質組成物は、コポリマーのヒドロゲルおよびヒドロゲル中に分散した塩、溶媒(例えば、水または水および共溶媒)、1種もしくは複数の光開始剤、任意の1種もしくは複数の添加物、またはこれらの組合せを含む。例えば、電解質組成物は、コポリマーのヒドロゲル、ヒドロゲル中に分散した塩、溶媒、1種もしくは複数の添加物、またはこれらの組合せもしくは混合物を含む。少なくとも1つの実施形態では、電解質組成物は、コポリマーのヒドロゲル、ヒドロゲル中に分散した塩、および溶媒(例えば、水または水および共溶媒)からなるまたはこれらから本質的になる。別の実施形態では、電解質組成物は、コポリマーのヒドロゲル、ヒドロゲル中に分散した塩、溶媒、および1種または複数の添加物からなるまたはこれらから本質的になる。水または水と共溶媒の組合せであってよい溶媒は、ヒドロゲルの平衡状態をもたらすことができる。適切な電解質組成物ならびにそれを生成するための方法および手順は、その開示がその全体において本明細書で参照により本明細書に組み込まれている、国際出願PCT/US2020/046932に開示されている。 In at least one embodiment, the electrolyte composition comprises a copolymer hydrogel and a salt dispersed in the hydrogel, a solvent (e.g., water or water and a cosolvent), one or more photoinitiators, an optional one or more or a combination thereof. For example, the electrolyte composition includes a copolymer hydrogel, a salt dispersed within the hydrogel, a solvent, one or more additives, or a combination or mixture thereof. In at least one embodiment, the electrolyte composition consists of or consists essentially of a copolymer hydrogel, a salt dispersed within the hydrogel, and a solvent (eg, water or water and a cosolvent). In another embodiment, the electrolyte composition consists of or consists essentially of a copolymer hydrogel, a salt dispersed within the hydrogel, a solvent, and one or more additives. The solvent, which may be water or a combination of water and a co-solvent, can provide an equilibrium state for the hydrogel. Suitable electrolyte compositions and methods and procedures for producing the same are disclosed in International Application PCT/US2020/046932, the disclosure of which is hereby incorporated by reference in its entirety. .
以前に論じた通り、生分解性電気化学デバイス100、200のそれぞれの電解質層112、212は、固体、水性電解質組成物であってもよいし、またはこれを含んでもよい。固体、水性電解質組成物は、市販の印刷電池または商業的に有用な印刷電池に対して必要とされる十分な機械的および電気化学的特性を有することができる。例えば、固体、水性電解質組成物は、約0.10メガパスカル(MPa)を超える、約0.15MPaを超える、または約0.20MPaを超えるヤング率または貯蔵弾性率を有することができ、よって応力下での破損を防止するための十分な柔軟性を維持しながら、十分な強度を有する固体、水性電解質組成物を提供する。固体、水性電解質組成物は、約100MPa以下、約80MPa以下、約60MPa以下、またはこれよりも低いヤング率を有することができる。
As previously discussed, each
本明細書で使用される場合、「降伏強度」という用語または表現は、材料が永久的に変形し始める前に、材料が受けるまたは受け取ることができる最大応力を指すことができる。固体、水性電解質組成物は、約5kPa以上の降伏強度を有することができる。例えば、固体、水性電解質組成物は、約5kPa以上、約8kPa以上、約10kPa以上、約12kPa以上、約15kPa以上、または約20kPa以上の降伏強度を有することができる。 As used herein, the term or expression "yield strength" may refer to the maximum stress that a material undergoes or can sustain before it begins to permanently deform. The solid, aqueous electrolyte composition can have a yield strength of about 5 kPa or more. For example, the solid, aqueous electrolyte composition can have a yield strength of about 5 kPa or more, about 8 kPa or more, about 10 kPa or more, about 12 kPa or more, about 15 kPa or more, or about 20 kPa or more.
固体、水性電解質組成物は、生分解性電気化学デバイス100、200のそれぞれのアノード活性層108、208とカソード活性層110、210の両方に対して電気化学的に安定していることができる。例えば、固体、水性電解質組成物は、長期間にわたり安定した無負荷電圧を維持することができ、これによって、生分解性電気化学デバイス100、200のそれぞれのアノード活性層108、208とカソード活性層110、210の両方に対して電気化学的安定性を実証する。少なくとも1つの実施形態では、固体、水性電解質組成物は、少なくとも1カ月、少なくとも2カ月、少なくとも3カ月、少なくとも4カ月、少なくとも5カ月、少なくとも6カ月、少なくとも1年、またはそれよりも長い間、電極層と接触して電気化学的に安定していることができる。
The solid, aqueous electrolyte composition can be electrochemically stable to both the anode
本明細書で開示されている固体、水性電解質組成物は、任意の電気化学デバイス、例えば、電気化学セル、電池、および/または本明細書で開示されている生分解性電気化学デバイス100、200において利用することができる。好ましい実施形態では、固体、水性電解質組成物は、Znアノード活性層およびMnO2カソード活性層を含む電池において利用することができる。
The solid, aqueous electrolyte compositions disclosed herein can be used in any electrochemical device, such as an electrochemical cell, a battery, and/or a biodegradable
生分解性電気化学デバイス100、200のそれぞれの集電体104、106、204、206は、電気を受け取る、伝導する、および送達することが可能であってもよいし、またはそのように設計されていてもよい。例示的集電体104、106、204、206は、これらに限定されないが、銀、例えば、銀マイクロ粒子および銀ナノ粒子、炭素、例えば、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、炭素ナノ粒子、例えば、炭素ナノチューブ、グラフェン、還元型グラフェンオキシド(RGO)など、またはこれらの任意の組合せであってもよいし、またはこれらを含んでもよい。
The
方法
本開示の実施形態は、電気化学デバイス、例えば、本明細書で開示されている生分解性電気化学デバイス100、200を製作するための方法を提供することができる。本方法は生分解性基材を準備するステップを含むことができる。本方法はまた、生分解性基材に隣接してまたはその上に電極および/または電極組成物を堆積させるステップを含むことができる。電極を堆積させるステップは、電極の集電体を堆積および乾燥させるステップ、ならびに集電体に隣接してまたはその上に活性層(すなわち、アノードまたはカソード材料)を堆積および乾燥させるステップを含むことができる。本方法はまた、電極および/または電極組成物を乾燥させるステップを含むことができる。電極組成物は熱的に(例えば、加熱)乾燥させてもよい。本方法はまた、電極組成物の上にまたはこれに隣接して、生分解性の、放射線硬化性電解質組成物を堆積させるステップを含むことができる。本方法は生分解性の放射線硬化性電解質組成物を放射線硬化するステップをさらに含むことができる。生分解性放射線硬化性電解質組成物は、電極組成物の乾燥前または後で放射線により硬化することができる。生分解性基材は任意の熱的乾燥と熱的適合性があってもよい。例えば、生分解性基材は、熱的に乾燥した場合、寸法的に安定していることができる(例えば、湾曲および/またはカーリングがない)。本方法は、生分解性、放射線硬化性電解質組成物の上にまたはこれと隣接して第2の電極および/または電極組成物を堆積させるステップを含むことができる。少なくとも1つの実施形態では、第1のおよび第2の電極組成物のそれぞれは金属ホイル組成物である。第1の電極の金属ホイル組成物は、第2の電極の金属ホイル組成物と異なってもよい。
Methods Embodiments of the present disclosure can provide methods for fabricating electrochemical devices, such as the biodegradable
少なくとも1つの実施形態では、電気化学デバイス、その構成成分のすべて、またはその構成成分の実質的にすべては、印刷プロセスを介して製作される。印刷プロセスは、堆積させること、スタンピング、スプレー、スパッタリング、ジェッティング、コーティング、層化などを含むことができる。例えば、1種もしくは複数の集電体、1種もしくは複数の電極組成物、生分解性、放射線硬化性電解質組成物、またはこれらの組合せは印刷プロセスを介して堆積させることができる。例示的印刷プロセスは、これらに限定されないが、スクリーン印刷、インクジェット印刷、フレキソ印刷(例えば、スタンプ)、グラビア印刷、オフセット印刷、エアブラシ、エアゾール印刷、植字、ロールツーロール法などのうちの1種もしくは複数、またはこれらの組合せであってもよいし、またはこれらを含んでもよい。好ましい実施形態では、電気化学デバイスの構成成分は、スクリーン印刷を介して印刷される。 In at least one embodiment, the electrochemical device, all of its components, or substantially all of its components, are fabricated via a printing process. Printing processes can include depositing, stamping, spraying, sputtering, jetting, coating, layering, and the like. For example, one or more current collectors, one or more electrode compositions, biodegradable, radiation-curable electrolyte compositions, or combinations thereof can be deposited via a printing process. Exemplary printing processes include, but are not limited to, one or more of screen printing, inkjet printing, flexography (e.g., stamping), gravure printing, offset printing, airbrushing, aerosol printing, typesetting, roll-to-roll printing, and the like. It may be a plurality, or a combination thereof, or may include a plurality of them. In a preferred embodiment, the components of the electrochemical device are printed via screen printing.
少なくとも1つの実施形態では、生分解性の放射線硬化性電解質組成物を放射線硬化するステップは、電解質組成物を放射エネルギーに曝露するステップを含む。放射エネルギーは紫外線光であってよい。生分解性放射線硬化性電解質組成物を放射エネルギーに曝露することにより、生分解性放射線硬化性電解質組成物を少なくとも部分的に架橋することができ、これによってヒドロゲルを形成する。生分解性放射線硬化性電解質組成物は室温で放射線により硬化することができる。少なくとも1つの実施形態では、生分解性放射線硬化性電解質組成物は不活性雰囲気で硬化する。例えば、生分解性放射線硬化性電解質組成物は、窒素下、アルゴン下などで硬化することができる。別の実施形態では、生分解性放射線硬化性電解質組成物は不活性でない大気下で硬化してもよい。 In at least one embodiment, radiation curing the biodegradable radiation curable electrolyte composition includes exposing the electrolyte composition to radiant energy. The radiant energy may be ultraviolet light. By exposing the biodegradable radiation-curable electrolyte composition to radiant energy, the biodegradable radiation-curable electrolyte composition can be at least partially crosslinked, thereby forming a hydrogel. The biodegradable radiation-curable electrolyte composition can be cured by radiation at room temperature. In at least one embodiment, the biodegradable radiation-curable electrolyte composition is cured in an inert atmosphere. For example, the biodegradable radiation-curable electrolyte composition can be cured under nitrogen, under argon, and the like. In another embodiment, the biodegradable radiation-curable electrolyte composition may be cured under a non-inert atmosphere.
少なくとも1つの実施形態では、生分解性放射線硬化性電解質組成物は、約5ms~約100msの期間で放射線により硬化することができる。例えば、生分解性放射線硬化性電解質組成物は、約5ms、約10ms、約15ms、約20ms、約30ms、約40ms、または約50ms~約60ms、約70ms、約80ms、約85ms、約90ms、約95ms、または約100msの期間で放射線により硬化することができる。生分解性放射線硬化性電解質組成物を放射線により硬化するのに十分な期間は、紫外光の出力により少なくとも部分的に決定され得る。 In at least one embodiment, the biodegradable radiation-curable electrolyte composition can be radiation-cured for a period of about 5 ms to about 100 ms. For example, the biodegradable radiation curable electrolyte composition can be used for about 5 ms, about 10 ms, about 15 ms, about 20 ms, about 30 ms, about 40 ms, or about 50 ms to about 60 ms, about 70 ms, about 80 ms, about 85 ms, about 90 ms, It can be cured by radiation for a period of about 95 ms, or about 100 ms. The period of time sufficient to radiation cure the biodegradable radiation curable electrolyte composition can be determined at least in part by the output of the ultraviolet light.
少なくとも1つの実施形態では、本方法はまた、接着剤、例えば、生分解性接着剤を堆積させ、これによって生分解性電気化学デバイス100、200のそれぞれの密閉部116、118、216、218を得るステップを含むこともできる。例えば、本方法は、接着剤の層を堆積させて、電気化学デバイスの基材または基材の一部(例えば、タブ124、126、224、226の周辺領域)を互いにカップリングするステップを含むことができる。一部の実施形態では、接着剤はホットメルト接着剤であってよい。別の実施形態では、電気化学デバイスは任意の接着剤を含まなくてもよいし、または実質的に含まなくてもよい。例えば、生分解性基材は、さらなる接着剤を使用せずに、溶接可能および/または加熱密閉可能であることができる。
In at least one embodiment, the method also includes depositing an adhesive, such as a biodegradable adhesive, thereby sealing each
少なくとも1つの実施形態では、生分解性基材は連続的なウェブであってよいし、または連続ウェブで支持されていてもよい。本明細書で使用される場合、「ウェブ」という用語は、移動する支持表面、例えば、コンベヤーベルトを指すことができる。少なくとも1つの例では、複数の電気化学デバイスは、連続ウェブ上の独立したまたは連結した要素または構成成分として同時に印刷される。例えば、複数の電気化学デバイスのそれぞれの構成成分は、並行したプロセスにおける1つのアレイとして、連続ウェブ上で独立したまたは連結した構成成分として同時に印刷することができる。本明細書で使用される場合、「連結した要素」または「連結した構成成分」という用語または表現は、互いに物理的に接している、重複している、またはさもなければ接触している電気化学デバイスのそれぞれの要素または構成成分を指すことができる。例示的な連結した要素は、集電体層と隣接してまたはこれらの上に配置された活性層(例えば、カソード活性層またはアノード活性層)、集電体層および銅テープタブ、または活性カソード/アノード層の上の電解質層であってもよいし、またはこれらを含んでもよい。 In at least one embodiment, the biodegradable substrate may be or be supported by a continuous web. As used herein, the term "web" can refer to a moving support surface, such as a conveyor belt. In at least one example, multiple electrochemical devices are printed simultaneously as separate or connected elements or components on a continuous web. For example, each component of a plurality of electrochemical devices can be printed simultaneously as an array in a parallel process, as independent or connected components on a continuous web. As used herein, the term or expression "linked elements" or "linked components" refers to electrochemical components that are physically adjacent, overlapping, or otherwise in contact with each other. Can refer to each element or component of a device. Exemplary coupled elements include an active layer (e.g., a cathode active layer or an anode active layer) disposed adjacent to or over a current collector layer, a current collector layer and a copper tape tab, or an active cathode/ It may be or include an electrolyte layer on top of the anode layer.
例示的生分解性電気化学デバイスの少なくとも1つの実施形態では、その固体水性電解質、ならびにそれを合成および製作する方法が利用可能であり、集電体、カソード/アノード材料、結合剤、接着剤、および電解質を含む様々な材料の層は、高い忠実性および精度をもって印刷される必要がある。さらに、水性電解質内の水分の保持率は、良好なイオン伝導率のための可溶化塩の維持を介して、電池性能に重大であり、これらのような生分解性または堆肥化可能な印刷電池は、ポリ乳酸(PLA)フィルムであってもよい生分解性基材を通過する蒸発を介した水分損失により寿命が短くなるという問題を抱えている。このような電気化学デバイスは、生分解性バリア層を有する生分解性ポリマー複合体フィルムエンクロージャーパウチを有することができる。例示的生分解性エンクロージャー材料は、これらに限定されないが、ポリ乳酸(PLA)、ポリ乳酸-co-グリコール酸(PLGA)、絹フィブロイン、キトサン、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリヒドロキシブチレート(PHB)、米紙、セルロースのうちの1種もしくは複数、またはこれらの組合せもしくは複合体であってもよいし、またはこれらを含んでもよい。 In at least one embodiment of an exemplary biodegradable electrochemical device, the solid aqueous electrolyte and methods of synthesizing and fabricating the same are available, including current collectors, cathode/anode materials, binders, adhesives, Layers of various materials, including and electrolytes, need to be printed with high fidelity and precision. Additionally, water retention within the aqueous electrolyte is critical to battery performance through the maintenance of solubilized salts for good ionic conductivity, such as biodegradable or compostable printed batteries. suffer from reduced lifetime due to moisture loss through evaporation through the biodegradable substrate, which may be a polylactic acid (PLA) film. Such electrochemical devices can have a biodegradable polymer composite film enclosure pouch with a biodegradable barrier layer. Exemplary biodegradable enclosure materials include, but are not limited to, polylactic acid (PLA), polylactic-co-glycolic acid (PLGA), silk fibroin, chitosan, polycaprolactone (PCL), polyhydroxybutyrate (PHB). , rice paper, cellulose, or a combination or composite thereof.
少なくとも1つの実施形態では、アノード、カソード、およびアノードとカソードとの間で架橋され、印刷される前に放射線硬化性である、架橋された生分解性ポリマー材料を含む電解質組成物を含む柔軟性のある生分解性電気化学デバイスは、水性電解質材料内に存在する水分が蒸発するのを防止するために、電気化学デバイスの外側部分の周りにエンクロージャー、フィルムまたはパウチを形成する、生分解性水分もしくは水蒸気バリアまたはバリア層を有することができる。このような実施形態では、全部の電気化学デバイスは生分解性であるため、デバイスは、エンクロージャーパウチの水蒸気バリアまたは水分バリア層の特性の改善により長期の耐用年数を有することができ、生分解性であることができ、および/またはその耐用年数が終了しても生分解性であることができる。生分解性水蒸気バリアまたはエンクロージャーの機能は、電気化学デバイス内で水が水性電解質組成物から蒸発するのを妨げ、よって電気化学デバイスの耐用年数を延長する水分バリア層を提供することである。本明細書に記載されている水蒸気バリアまたは水分バリア層に関連して、電気化学デバイスのある特定の実施形態は相当量の水または水分を有することができるが、その一方で他の溶媒または蒸発性材料もまた、本開示の水蒸気バリア内に封入された電気化学デバイスの長期にわたるおよび許容可能な作動の助けとなることができることに注目されたい。 In at least one embodiment, a flexible material comprising an anode, a cathode, and an electrolyte composition comprising a crosslinked biodegradable polymeric material that is crosslinked between the anode and cathode and is radiation curable prior to printing. Some biodegradable electrochemical devices contain biodegradable moisture that forms an enclosure, film or pouch around the outer portion of the electrochemical device to prevent the moisture present within the aqueous electrolyte material from evaporating. Or it can have a water vapor barrier or barrier layer. In such embodiments, the entire electrochemical device is biodegradable, so the device can have a long service life due to improved properties of the water vapor barrier or moisture barrier layer of the enclosure pouch, and the biodegradable and/or may be biodegradable at the end of its useful life. The function of the biodegradable water vapor barrier or enclosure is to provide a moisture barrier layer that prevents water from evaporating from the aqueous electrolyte composition within the electrochemical device, thus extending the useful life of the electrochemical device. In connection with the water vapor barrier or moisture barrier layers described herein, certain embodiments of electrochemical devices can have significant amounts of water or moisture, while other solvents or evaporative It is noted that chemical materials can also aid in long-term and acceptable operation of electrochemical devices encapsulated within the water vapor barrier of the present disclosure.
それぞれの生分解性電気化学デバイスの生分解性水蒸気バリアは約50℃~約150℃の温度で安定していることができる。本明細書で使用される場合、「安定した」または「安定性」という用語は、約50℃~約150℃の温度に曝露された場合、寸法の変化に対して抵抗し、構造的完全性を維持する基材の能力を指すことができる。例えば、生分解性水蒸気バリアは、約50℃~約150℃の温度に曝露された後、約20%未満、約15%未満、または約10%未満の寸法の変化で、構造的完全性を維持することが可能であり、または維持するように設計することができる。1つの例では、生分解性水蒸気バリアのそれぞれは、約50℃、約60℃、約70℃、約80℃、約90℃、約100℃、または約110℃~約120℃、約130℃、約140℃、または約150℃の温度で安定していることができる(例えば、寸法の変化は20%未満)。別の例では、生分解性水蒸気バリアのそれぞれは、少なくとも100℃、少なくとも105℃、少なくとも110℃、少なくとも115℃、少なくとも120℃、少なくとも125℃、少なくとも130℃、少なくとも135℃、少なくとも140℃、または少なくとも145℃の温度で安定していることができる。少なくとも1つの実施形態では、生分解性水蒸気バリアは、約50℃~約150℃の温度で、約5分~約60分以上の期間安定していることができる。例えば、生分解性水蒸気バリアは、上述の温度で、約5分、約10分、約20分、または約30分~約40分、約45分、約50分、約60分以上の期間安定していることができる。 The biodegradable water vapor barrier of each biodegradable electrochemical device can be stable at temperatures from about 50°C to about 150°C. As used herein, the term "stable" or "stable" means resisting dimensional change and maintaining structural integrity when exposed to temperatures of about 50°C to about 150°C. can refer to the ability of a substrate to maintain For example, a biodegradable water vapor barrier may lose its structural integrity with a dimensional change of less than about 20%, less than about 15%, or less than about 10% after being exposed to a temperature of about 50°C to about 150°C. can be maintained or designed to be maintained. In one example, each of the biodegradable water vapor barriers has a temperature of about 50°C, about 60°C, about 70°C, about 80°C, about 90°C, about 100°C, or about 110°C to about 120°C, about 130°C. , about 140° C., or about 150° C. (eg, less than 20% change in dimensions). In another example, each of the biodegradable water vapor barriers includes at least 100°C, at least 105°C, at least 110°C, at least 115°C, at least 120°C, at least 125°C, at least 130°C, at least 135°C, at least 140°C, or can be stable at temperatures of at least 145°C. In at least one embodiment, the biodegradable water vapor barrier can be stable at temperatures of about 50° C. to about 150° C. for periods of about 5 minutes to about 60 minutes or more. For example, the biodegradable water vapor barrier is stable at the temperatures described above for a period of about 5 minutes, about 10 minutes, about 20 minutes, or about 30 minutes to about 40 minutes, about 45 minutes, about 50 minutes, about 60 minutes or more. I can do what I do.
少なくとも1つの実施形態では、生分解性水蒸気バリア材料は、さらなる接着剤を使用することなく、溶接可能、結合可能、および/または永久的に熱的密閉可能である。例えば、電気化学デバイスエンクロージャーに対して本明細書に記載されている生分解性水蒸気バリアは、それぞれの密閉部を使用することなく、互いに溶接可能および/または結合可能であることができる。互いに溶接可能および/または結合可能であることができる例示的生分解性水蒸気バリア材料は、これらに限定されないが、熱可塑性、例えば、ポリ乳酸(PLA)、結晶化度を増強する核剤で修飾したポリ乳酸、例えば、核剤Dで修飾したポリ乳酸(PLA-D)および核剤Eで修飾したポリ乳酸(PLA-E)、ポリブチレンスクシネート(PBS)、ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)、PLAとポリヒドロキシブチレート(PHB)のブレンド、PHBベースのブレンドなど、またはこれらの組合せであってもよいし、またはこれらを含んでもよい。本明細書で使用される場合、「結合可能」、「溶接可能」および/または「永久的に熱的密閉可能」という用語または表現は、加熱または溶融を介して、2つの表面を互いに加熱密閉するまたは永久的に2つの表面を互いに連結する材料(例えば、基材)の能力を指すことができる。 In at least one embodiment, the biodegradable water vapor barrier material is weldable, bondable, and/or permanently thermally sealable without the use of additional adhesives. For example, the biodegradable water vapor barriers described herein for electrochemical device enclosures can be welded and/or bonded together without the use of respective seals. Exemplary biodegradable water vapor barrier materials that may be weldable and/or bondable to each other include, but are not limited to, thermoplastics, such as polylactic acid (PLA), modified with nucleating agents to enhance crystallinity. Polylactic acid modified with nucleating agent D (PLA-D) and polylactic acid modified with nucleating agent E (PLA-E), polybutylene succinate (PBS), polybutylene adipate terephthalate (PBAT) , a blend of PLA and polyhydroxybutyrate (PHB), a PHB-based blend, etc., or a combination thereof. As used herein, the terms or expressions "bondable," "weldable," and/or "permanently thermally sealable" refer to heat-sealing two surfaces together through heating or melting. can refer to the ability of a material (eg, a substrate) to bind or permanently connect two surfaces together.
一部の実施形態では、生分解性エンクロージャー、パウチ、または水蒸気バリアは、金属化した生分解性ポリ乳酸(PLA)フィルム、例えば、アルミニウム金属化ポリ乳酸フィルムから作製することができる。金属化を提供する金属表面層はアルミニウムであってもよい。ある特定の実施形態では、金属化層は、アルミニウム、他の適切な金属または合金、セラミクス、粘土、無機-有機バイオポリマーのハイブリッド材料、およびこれらの組合せを含むことができる。代替の実施形態は、金属多層、多層フィルムの内層、外層、または両方の上の金属を有することができる。PLAフィルムは、エンクロージャーパウチの物理的特性を改善するよう2軸に方向づけることができる。さらなる他の実施形態では、水分バリア特性を増強させる添加物がフィルムに組み込まれていてもよい。電気化学デバイス用の生分解性エンクロージャー、パウチ、または水蒸気バリアは、代替の実施形態における1種または複数の材料の組合せを有する単層または多層を有することができる。金属化層フィルムまたはバリアは、約1nm~約100nm、約5nm~約50nm、または約10nm~約40nmの厚さを提供することができる。ある特定の例の単層フィルムまたはバリアは、全厚約1μm~約100μm、約40μm~約80μm、または約50μm~約75μmを有することができる。水蒸気バリアの金属化層は、基材フィルム層、例えば、PLA上で、厚さ約0.5nm~約100nm、約5nm~約50nm、または約5nm~約25nmを有することができる。 In some embodiments, the biodegradable enclosure, pouch, or water vapor barrier can be made from a metallized biodegradable polylactic acid (PLA) film, such as an aluminum metallized polylactic acid film. The metal surface layer providing metallization may be aluminum. In certain embodiments, the metallized layer can include aluminum, other suitable metals or alloys, ceramics, clays, inorganic-organic biopolymer hybrid materials, and combinations thereof. Alternative embodiments can have metal multilayers, metals on the inner layer, outer layer, or both of the multilayer film. The PLA film can be biaxially oriented to improve the physical properties of the enclosure pouch. In yet other embodiments, additives may be incorporated into the film to enhance moisture barrier properties. A biodegradable enclosure, pouch, or water vapor barrier for an electrochemical device can have a single layer or multiple layers with a combination of one or more materials in alternative embodiments. The metallized layer film or barrier can provide a thickness of about 1 nm to about 100 nm, about 5 nm to about 50 nm, or about 10 nm to about 40 nm. Certain example monolayer films or barriers can have a total thickness of about 1 μm to about 100 μm, about 40 μm to about 80 μm, or about 50 μm to about 75 μm. The metallized layer of the water vapor barrier can have a thickness of about 0.5 nm to about 100 nm, about 5 nm to about 50 nm, or about 5 nm to about 25 nm on the base film layer, eg, PLA.
ある特定の例では、生分解性エンクロージャー、パウチ、または水蒸気バリアは、薄い金属ホイル、例えば、アルミニウムの各側の上に生分解性ポリマーを押出加工または積層することにより構築された多層複合材でできていてもよい。生分解性エンクロージャーの金属化ポリマー層とは対照的に、このような多層化された積層複合体内の薄いおよび連続的な金属層は、1つまたは複数の生分解性エンクロージャー層と連結した強力なバリア層を提供することができる。このような多層化された積層構造の利点とは、連続的な金属フィルムは、複合体を介した水の透過をより効果的に防止することができる層を形成すること、ならびにより厚い金属またはアルミニウム層または金属多層を提供するオプションを提供することである。よって、水蒸気バリアを提供する金属層は、約1μm~約200μm、または約5μm~約150μm、または約10μm~約100μmであることができる。本開示による金属ホイル層は、アルミニウムまたは金属層にピンホールなどの問題(これは、スパッタリングまたは本明細書に記載されているような他の堆積方法から形成された金属フィルムによく見られる)を起こす傾向がそれほどない。生分解性エンクロージャー、パウチ、または水蒸気バリア内の金属層または他のバリア層のピンホールの存在は、ある場合には、複合材料を介した一部の水の透過を可能にしてしまう。 In certain instances, the biodegradable enclosure, pouch, or water vapor barrier is a multilayer composite constructed by extruding or laminating a biodegradable polymer onto each side of a thin metal foil, e.g., aluminum. You may be able to do it. In contrast to the metallized polymer layers of biodegradable enclosures, the thin and continuous metal layers in such multilayered laminate composites have strong A barrier layer can be provided. The advantage of such a multilayered laminate structure is that a continuous metal film forms a layer that can more effectively prevent water permeation through the composite, as well as a thicker metal or It is to offer the option of providing an aluminum layer or a metal multilayer. Thus, the metal layer that provides a water vapor barrier can be from about 1 μm to about 200 μm, or from about 5 μm to about 150 μm, or from about 10 μm to about 100 μm. Metal foil layers according to the present disclosure do not suffer from problems such as pinholes in aluminum or metal layers (which are common in metal films formed from sputtering or other deposition methods such as those described herein). There is not much tendency to cause it. The presence of pinholes in the metal or other barrier layer within the biodegradable enclosure, pouch, or water vapor barrier may in some cases allow some water to permeate through the composite material.
本開示による多層複合材を有するある特定の例に対して、いくつかの方法を使用して、これらの多層積層体を形成することができる。第1の実施例では、予め存在するポリマーシートは、アルミニウムまたは金属ホイルへのこのポリマーシートの接着を可能にするまたは増強する1つもしくは複数の交互勘合されたまたは分散した接着結合層を使用して、適切な温度および圧力で、アルミニウムシートの片側または各側に押し付けることができる。第2の実施例では、ポリマー層および接着結合層は、当業者に公知の多層フィルムキャスティング法を使用して、アルミニウムまたは他の金属ホイルの表面上に薄膜として直接的に融解押出加工することができる。金属、例えば、マグネシウム、チタニウム、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、もしくは合金またはこれらの混合物を組み込んださらなる金属ホイルまたはフィルムを本開示に従い使用することができる。 For certain examples with multilayer composites according to the present disclosure, several methods can be used to form these multilayer laminates. In a first embodiment, the pre-existing polymer sheet uses one or more interdigitated or dispersed adhesive bonding layers that enable or enhance the adhesion of this polymer sheet to the aluminum or metal foil. can be pressed onto one or each side of the aluminum sheet at the appropriate temperature and pressure. In a second embodiment, the polymer layer and adhesive tie layer can be melt extruded as a thin film directly onto the surface of an aluminum or other metal foil using multilayer film casting methods known to those skilled in the art. can. Additional metal foils or films incorporating metals such as magnesium, titanium, iron, nickel, copper, zinc, or alloys or mixtures thereof can be used in accordance with the present disclosure.
ある特定の実施形態では、水蒸気バリア特性を有することが公知の他の材料を使用することができる。これらの材料は、生分解性および/または堆肥化可能なフォーマットに合致し、蜜ろう、可塑剤、および代替の生分解性ポリマー複合体フィルムなどの材料を含まなければならない。水蒸気バリアが電気化学デバイスの基材の一部ではない代替の実施形態において、生分解性材料、ポリマーまたは複合体と比較した場合、より幅広い範囲の温度抵抗性を有する、より高い温度安定性および抵抗性を有する水蒸気バリアを使用することができる。水分バリア特性を有する生分解性エンクロージャーまたは水蒸気バリアを有する電気化学デバイスの実施形態は、このようなバリア、層、またはエンクロージャーを有さない電気化学デバイスと比較した場合、より低い水蒸気透過度(WVTR)を示すことができ、24時間にわたり約0%~24時間にわたり約5%、24時間にわたり約0.1%~24時間にわたり約2%、または24時間にわたり約0.5%~24時間にわたり約1%のWVTRを示す。WVTRはまた、エンクロージャーまたは水分バリアを含む電気化学デバイスの総質量と比較した場合の、失った水の総質量のパーセンテージとして表現することもできる。本開示による水分バリア特性を有する生分解性エンクロージャーまたは水蒸気バリアを有する電気化学デバイスの実施形態は、このようなバリア層またはエンクロージャーを有さない電気化学デバイスと比較した場合、より低い水蒸気透過度(WVTR)を示すことができ、水蒸気バリアは、約0.0g/m2/24時間~約10g/m2/24時間、約0.5g/m2/24時間~約5g/m2/24時間、または約1g/m2/24時間~約2g/m2/24時間のWVTRを示す。WVTRの表現は、全電気化学デバイスの質量パーセント、または質量%として本明細書に提供されている。水分バリア特性を有する生分解性エンクロージャーまたは水蒸気バリアを有する電気化学デバイスのある特定の例は、このようなバリア層またはエンクロージャーを有さない電気化学デバイスと比較した場合、より低い水蒸気透過度(WVTR)を示すことができ、本開示の水蒸気バリアは、約0mg/cm2/24時間~約5.0mg/cm2/24時間、約0.1mg/cm2/24時間~約1mg/cm2/24時間、または約0.1mg/cm2/24時間~約0.5mg/cm2/24時間のWVTRを示す。 In certain embodiments, other materials known to have water vapor barrier properties can be used. These materials must be compatible with biodegradable and/or compostable formats and include materials such as beeswax, plasticizers, and alternative biodegradable polymer composite films. In alternative embodiments where the water vapor barrier is not part of the substrate of the electrochemical device, higher temperature stability and A resistant water vapor barrier can be used. Embodiments of electrochemical devices with biodegradable enclosures or water vapor barriers with moisture barrier properties have lower water vapor transmission rates (WVTR) when compared to electrochemical devices without such barriers, layers, or enclosures. ), from about 0% over 24 hours to about 5% over 24 hours, from about 0.1% over 24 hours to about 2% over 24 hours, or from about 0.5% over 24 hours to about 2% over 24 hours. It shows a WVTR of about 1%. WVTR can also be expressed as a percentage of the total mass of water lost compared to the total mass of the electrochemical device including the enclosure or moisture barrier. Embodiments of electrochemical devices with biodegradable enclosures or water vapor barriers with moisture barrier properties according to the present disclosure have lower water vapor permeability ( WVTR), and the water vapor barrier is about 0.0 g/m 2 /24 hours to about 10 g/m 2 /24 hours, about 0.5 g/m 2 /24 hours to about 5 g/m 2 /24 hours, or from about 1 g/m 2 /24 hours to about 2 g/m 2 /24 hours. Expressions of WVTR are provided herein as mass percent of the total electrochemical device, or mass %. Certain examples of electrochemical devices with biodegradable enclosures or water vapor barriers with moisture barrier properties have lower water vapor transmission rates (WVTR) when compared to electrochemical devices without such barrier layers or enclosures. ), and the water vapor barrier of the present disclosure can exhibit from about 0 mg/cm 2 /24 hours to about 5.0 mg/cm 2 /24 hours, from about 0.1 mg/cm 2 /24 hours to about 1 mg/cm 2 /24 hours, or from about 0.1 mg/cm 2 /24 hours to about 0.5 mg/cm 2 /24 hours.
一部の実施形態では、電気化学デバイスは、電池または電気化学デバイスがエンクロージャー内に、または改善された水蒸気バリア特性を有する、記載された水蒸気バリア内に完全に含有されるように配置されてもよく、カソードおよびアノードが、図1に図示されているように並列または横方向XY平面形状となるように方向づけられ、または配置されてもよい。代替の実施形態では、電気化学デバイスは、電池または電気化学デバイスが改善された水蒸気バリア特性を有する、記載されたエンクロージャー内に含有されるように配置されてもよく、カソードおよびアノードが、図2に図示されているように積層型形状となるように方向づけられ、または配置されてもよい。 In some embodiments, the electrochemical device may be arranged such that the battery or electrochemical device is completely contained within an enclosure or within a described water vapor barrier having improved water vapor barrier properties. Often, the cathode and anode may be oriented or arranged in a side-by-side or lateral XY plane configuration as illustrated in FIG. In an alternative embodiment, the electrochemical device may be arranged such that the battery or electrochemical device is contained within the described enclosure having improved water vapor barrier properties, with the cathode and anode as shown in FIG. may be oriented or arranged in a stacked configuration as shown in FIG.
本開示の実施形態は、改善された水分バリア特性または水蒸気バリア特性を有する電気化学デバイスを製作する、生成する、またはさもなければ封入するための方法を提供することができる。本方法は、4つの縁を有する第1の金属化PLAフィルムおよび4つの縁を有する第2の金属化PLAフィルムを、第1の金属化PLAフィルムの非金属化側が、第2の金属化PLAフィルムの非金属化側へと向くように方向づけるステップを含むことができる。第1および第2の金属化PLAフィルムの1つまたは複数の縁は一緒に密閉することもできる。生分解性または堆肥化可能な電気化学デバイスは、第1の金属化PLAフィルムと第2の金属化PLAフィルムとの間に配置し、これに続いて、第1の金属化PLAフィルムの縁および第2の金属化PLAフィルムの縁を、電気化学デバイスの1つまたは複数の電極が4つの縁のうちの少なくとも1つを介して曝露されるように、一緒に密閉することができる。 Embodiments of the present disclosure can provide methods for fabricating, producing, or otherwise encapsulating electrochemical devices with improved moisture or water vapor barrier properties. The method comprises forming a first metallized PLA film having four edges and a second metallized PLA film having four edges such that the non-metallized side of the first metalized PLA film is connected to the second metallized PLA film. Orienting the film toward the non-metallized side. One or more edges of the first and second metalized PLA films can also be sealed together. The biodegradable or compostable electrochemical device is placed between the first metalized PLA film and the second metalized PLA film, followed by the edges of the first metalized PLA film and the second metalized PLA film. The edges of the second metalized PLA film can be sealed together such that one or more electrodes of the electrochemical device are exposed through at least one of the four edges.
本方法は代わりに、電気化学デバイスの上側に、4つの縁を有する第1の金属化PLAフィルムを、非金属化側が電気化学デバイスへと向くように方向づけるステップを含むこともできる。第2の金属化PLAフィルムは、非金属化側が電気化学デバイスへと向くように、電気化学デバイスの底側に方向づける。第1の金属化PLAフィルムのすべての4つの縁および第2の金属化PLAフィルムの4つの縁は、1つまたは複数の電極が4つの縁のうちの少なくとも1つを介して曝露されるように一緒に密閉することもできる。生分解性のアルミナイズ処理ポリマーバリア層からこの方式で製作されたエンクロージャーまたは水蒸気バリアは、表面コーティングおよび/またはポリマー添加物と組み合わせて、生分解性または堆肥化可能な電気化学デバイスからの水蒸気損失を減少させるまたは防止することができる。このようなデバイスは、時間の経過と共に電解質溶媒が蒸発するのを防止することによって、生分解性または堆肥化可能な電気化学デバイスの耐用年数を有意に延長することができる。 The method may alternatively include orienting a first metalized PLA film having four edges on top of the electrochemical device, with the non-metallized side facing the electrochemical device. The second metallized PLA film is oriented toward the bottom side of the electrochemical device, with the non-metallized side facing the electrochemical device. All four edges of the first metalized PLA film and four edges of the second metalized PLA film are arranged such that one or more electrodes are exposed through at least one of the four edges. They can also be sealed together. Enclosures or water vapor barriers fabricated in this manner from biodegradable aluminized polymeric barrier layers can be combined with surface coatings and/or polymeric additives to reduce water vapor loss from biodegradable or compostable electrochemical devices. can be reduced or prevented. Such devices can significantly extend the useful life of biodegradable or compostable electrochemical devices by preventing evaporation of the electrolyte solvent over time.
本明細書に記載されている実施例および他の実装形態は例示的であり、本開示の組成物および方法の完全な範囲の記載を限定することを意図するものではない。特定の実装形態、材料、組成物および方法の同等の変化、修正および変化形は本開示の範囲内で生成することができ、実質的に類似の結果を生じる。 The examples and other implementations described herein are illustrative and are not intended to limit the description of the full scope of the compositions and methods of the present disclosure. Equivalent changes, modifications, and variations of specific implementations, materials, compositions, and methods can be made within the scope of this disclosure and produce substantially similar results.
(比較例1)
保湿性が改善された、生分解性電池構成の本明細書に記載されている実施形態に関係した、代用試験が比較例1との関連で記載されている。図3は、1つまたは複数の実施形態による、水蒸気バリアを有する生分解性電池アセンブリーに対する、完全に組み立てた代用物の比較例の断面図を図示している。この代用試験は、完全に組み立てた生分解性電池と類似の状況でPLA-D生分解性基材を介した水分損失を測定するために実施した。比較例1は、水性電解質電池組成物に対する代用物として、濾紙302のパッチを取り囲んでいるフィルムエンクロージャー304を有する代用電池集合体300である。厚さ80μmのPLA-Dの2軸方向延伸フィルムの2枚のシートを、2cm×3cm正方形に切り取った。切断したフィルムの2枚を同じ方向性で一緒に積層した。5秒間170℃に設定した、MTI社製MSK-130ヒートシール装置を使用して、フィルムシートの4つの縁のうちの3つを一緒に加熱密閉して、単一の、密閉されていない3cmの側面を有するパウチまたはエンクロージャーを生成した。whatman1825-150濾紙302の1cm正方形のパッチを2cm×3cmパウチ304に配置した。次いで、濾紙302を内側に有するパウチを秤量し、風袋を秤量した。3滴のDI水をパウチ内の紙に加え、次いでパウチの残りの開いた縁を密閉して、以前に記述された条件と同じ条件で加熱密閉された縁306を形成した。パウチの質量を時間の経過と共に測定して、水分の損失を決定した。代用試験は、完全なサイズの、密閉した基材構成の生成を含み、完全に組み立てた生分解性電池に見出されたものと同じ量を反映した、公知の、測定された量の水を添加する。次いで、代用電池集合体300を定期的に秤量することにより、時間の経過による水分損失を測定する。次いで、実験的実施例1~3を用いて、この試験プロトコルを繰り返すことによって、生分解性電気化学デバイス内の水性ベースの電解質組成物からの水透過損失を阻害するためのフィルムエンクロージャーの様々な実施形態を評価する。
(Comparative example 1)
A surrogate test is described in connection with Comparative Example 1, related to the embodiments described herein of biodegradable battery configurations with improved moisture retention. FIG. 3 illustrates a cross-sectional view of a comparative example of a fully assembled alternative to a biodegradable battery assembly with a water vapor barrier in accordance with one or more embodiments. This surrogate test was conducted to measure water loss through the PLA-D biodegradable substrate under conditions similar to a fully assembled biodegradable battery. Comparative Example 1 is a
(実施例1)
図4は、1つまたは複数の実施形態による水蒸気バリアを有する実施例1の電気化学デバイスアセンブリーに対する、完全に組み立てた代用物の実施形態の断面図を図示している。Celplast、Toronto Ontario、Canada製のEnviromet HS、厚さ75μmのアルミナイズ処理PLAの2枚の4cm×4cm正方形シートを、PLA側面が内側に向き、電気化学デバイスに対するエンクロージャー400を形成するように方向づけ、一緒に積層する。3秒間170℃に設定されたソフトダイを有するMSK-130ヒートシール装置を使用して、シートの4つの縁のうちの3つを一緒に密閉して、1つの側面が開いたエンクロージャーパウチ400を生成し、内側のPLA層410および外側のアルミニウム層412を有するエンクロージャーパウチ400を生成する。次いで、水で浸した濾紙402および比較例1に関して記載された実施形態と同様に縁を密閉したPLA-Dエンクロージャーパウチ404をPLA-Alパウチ400の内側に配置し、MSK-130を使用して、残りの縁414を密閉した。時間の経過によるパウチ400の質量を測定して、水分の損失を決定した。
(Example 1)
FIG. 4 illustrates a cross-sectional view of a fully assembled substitute embodiment for the electrochemical device assembly of Example 1 with a water vapor barrier in accordance with one or more embodiments. Two 4 cm x 4 cm square sheets of Enviromet HS, 75 μm thick aluminized PLA from Celplast, Toronto Ontario, Canada were oriented with the PLA sides facing inward to form an
(実施例2)
図5は、1つまたは複数の実施形態による水蒸気バリアを有する実施例2の電気化学デバイスアセンブリーに対する完全に組み立てた代用物の実施形態の断面図を図示している。Enviromet、厚さ75μmのアルミナイズ処理PLAの8枚の4cm×4cm正方形シートを、PLA側面が内側に向き、電気化学デバイスに対する4つの層を有するエンクロージャーパウチまたは水蒸気バリア500を形成するように、方向づけ、一緒に積層した。3秒間170℃に設定したソフトダイを有するMSK-130ヒートシール装置を使用して、各シートの4つの縁のうちの3つを一緒に密閉して、1つの側面が開いているエンクロージャーパウチ500を生成した。本実施形態では、エンクロージャーパウチ500の壁は、第1のPLA層508および第1のアルミニウム層510を有する第1の層、第2のPLA層512および第2のアルミニウム層514を有する第2の層、第3のPLA層516および第3のアルミニウム層518を有する第3の層、ならびに第4のPLA層520および第4のアルミニウム層522を有する第4の層からなり、Envirometアルミナイズ処理PLAの4つの積層型シートを生成する。次いで、比較例1に関して記載された実施形態と同様に、縁506において密閉された水で浸した濾紙502およびPLA-Dエンクロージャーパウチ504を、PLA-Alパウチ500の内側に配置し、MSK-130を使用して残りの縁522を密閉した。時間の経過によるエンクロージャーパウチ500の質量を測定して、水分の損失を決定した。
(Example 2)
FIG. 5 illustrates a cross-sectional view of an embodiment of a fully assembled substitute for the electrochemical device assembly of Example 2 with a water vapor barrier in accordance with one or more embodiments. Enviromet, eight 4 cm x 4 cm square sheets of 75 μm thick aluminized PLA, oriented with the PLA sides facing inward to form a four layer enclosure pouch or
(実施例3)
図6は、1つまたは複数の実施形態による水蒸気バリアを有する実施例3の電気化学デバイスアセンブリーに対する完全に組み立てた代用物の実施形態の断面図を図示している。Enviromet、厚さ75μmのアルミナイズ処理PLAの2枚の4cm×4cm正方形シートを、PLA側面が内側に向き、電気化学デバイスに対する単一の水蒸気バリア層を有するエンクロージャーパウチ600を形成するように、方向づけ、一緒に積層した。3秒間170℃に設定したソフトダイを有するMSK-130ヒートシール装置を使用して、4つの縁のうちの3つを一緒に密閉して、1つの側面が開いているエンクロージャーパウチ600を生成した。本実施形態では、エンクロージャーパウチ600の壁は、PLA層604およびアルミニウム層606からなる。Whatman1825-150濾紙602の1cm正方形パッチを4cm×4cmエンクロージャーパウチ600の中に配置した。次いで、紙パッチ602を内側に有するパウチ600を秤量し、風袋を秤量した。3滴のDI水をパウチ600の紙602に加え、次いでパウチの開いている最後の縁をMSK-130で前の通り密閉した。時間の経過によるパウチの質量を測定し、水分の損失を決定した。
(Example 3)
FIG. 6 illustrates a cross-sectional view of an embodiment of a fully assembled substitute for the electrochemical device assembly of Example 3 with a water vapor barrier in accordance with one or more embodiments. Enviromet, two 4 cm x 4 cm square sheets of 75 μm thick aluminized PLA, oriented with the PLA sides facing inward to form an
(実施例4、実施例5、実施例6および実施例7)
図7は、本開示によるマルチラミネートエンクロージャー構造を有する電気化学デバイスアセンブリーに対する代用物の実施例の断面図を図示している。多層エンクロージャー構造700において、金属バリア層702の第1の側面および第2の側面は、金属バリア層702に配置された第1の接着結合層704および第2の接着結合層706を有する。多層複合材構造700に対するある特定の材料の構成では、いかなる接着結合層も必要とされないが、他の実施例において、接着剤なしではポリマーがアルミニウムまたは他の金属表面に接着しない事例では、接着結合層の存在が望ましい可能性もあることに注目されたい。ある特定の例では、接着結合層704、706の組成物は生分解性であるが、しかし、金属およびポリマー層と比較してこれらは十分に薄いため、これらの層は部分的にまたは完全に非生分解性材料で製作されていてもよい。このような例では、任意の非生分解性の材料の相対的質量パーセンテージは、全エンクロージャー材料の質量の10%未満である。ある特定の例では、アルミニウムまたは金属バリア702表面は、1つまたは多層の金属バリア層702の表面への接着を増強することができる表面処理、例えば、プラズマまたはコロナ処理を有することもできる。外側の第1の生分解性ポリマー層708と第2の生分解性ポリマー層710との両方が同じ材料で構築されることも予想されるが、ある特定の例では、第1の生分解性ポリマー層708および第2の生分解性ポリマー層710は同じ材料で構築されていなくてもよく、したがって、第1の生分解性ポリマー層708および第2の生分解性ポリマー層710に使用されている各ポリマーの種類との接着を最適化するために必要とされる場合には、接着結合層704、706の材料組成物が異なってもよい。本明細書に記載されている金属層または金属バリア層は、水分不透過層、または水分を通さない層を有する、本開示の多層エンクロージャー構造を提供する。このような多層エンクロージャー構造のある特定の例では、金属層または金属バリア層は、あらゆる水、水分、または溶媒のエンクロージャーの通り抜けを不可能にすることもできる。
(Example 4, Example 5, Example 6 and Example 7)
FIG. 7 illustrates a cross-sectional view of an example of an alternative to an electrochemical device assembly having a multilaminate enclosure structure according to the present disclosure. In the
実施例4:密着層として市販の3層PLA薄膜を使用した、半分構造の多層複合材の生成。Corbionから入手した市販の押出し等級PLAを結晶化剤(薬剤D、Luminy D070、Corbion製)とブレンドした配合物を、融解押出加工することにより、厚さおよそ100μmのPLAシートを得た。All Foils Inc.、Ohio、USAから入手した厚さ40μmのアルミ箔、押し出したPLA-Dポリマーのシート、およびその間の接着結合層として、3層PLA薄膜、Evlon EV-HS1を使用して、多層スタックを調製した。この多層スタックを、120℃、5000PSIで、20分間圧縮した。生成した多層フィルムは、図7で詳述されている多層構造の半分と考えられる。しかし、アルミニウム層は水蒸気バリア層として作用するので、この半分構造は、本開示による代用の評価においてバリア特性を実証するには十分である。完全構造は、ポリマーの耐傷性層(scratch-resistant layer)を加えることにより、アルミニウム層を機械的ダメージから保護するためのある特定の実施例においてのみ必要とされ得る。完全構造は、半分構造と同じ方法を使用して製作することができる。 Example 4: Production of a half-structured multilayer composite using a commercially available three-layer PLA thin film as the adhesive layer. PLA sheets approximately 100 μm thick were obtained by melt extrusion of a blend of commercial extrusion grade PLA obtained from Corbion with a crystallizing agent (Drug D, Luminy D070, available from Corbion). All Foils Inc. A multilayer stack was prepared using a 40 μm thick aluminum foil obtained from , Ohio, USA, a sheet of extruded PLA-D polymer, and a three-layer PLA thin film, Evlon EV-HS1, as the adhesive tie layer between. . The multilayer stack was compressed at 120° C. and 5000 PSI for 20 minutes. The resulting multilayer film can be considered one half of the multilayer structure detailed in FIG. However, since the aluminum layer acts as a water vapor barrier layer, this half structure is sufficient to demonstrate barrier properties in the evaluation of substitutes according to the present disclosure. A complete structure may only be required in certain embodiments to protect the aluminum layer from mechanical damage by adding a polymer scratch-resistant layer. Full structures can be fabricated using the same methods as half structures.
実施例5:非生分解性ポリアミドベース接着剤を密着層として使用する半分構造の多層複合材の生成。静電スプレーガンを使用して、厚さ40μmのアルミ箔に、ポリアミドベースの接着剤粉末(Evonik Vestamelt Hylink)の薄層をコーティングし、次いで、140℃で10分間オーブンに入れた。次いで、実施例4に詳述されているような、入手したPLA-Dシートをアルミ箔の接着結合層側に塗布し、120℃、5000PSIで20分間圧縮した。接着結合層は、質量2mg/cm2であるのに対して、半分構造の質量は32.4mg/cm2であり、接着結合層質量は、半分構造の総質量に対しておよそ6質量%であった。これにより、完全な対称的マルチラミネート構造の接着結合層の質量は、54.4mg/cm2のうちの4mg/cm2、または非生分解性接着結合層の7.4質量%と計算することができる。 Example 5: Production of a half-structured multilayer composite using a non-biodegradable polyamide-based adhesive as an adhesive layer. A 40 μm thick aluminum foil was coated with a thin layer of polyamide-based adhesive powder (Evonik Vestamelt Hylink) using an electrostatic spray gun and then placed in an oven at 140° C. for 10 minutes. The obtained PLA-D sheet, as detailed in Example 4, was then applied to the adhesive bonding layer side of the aluminum foil and compressed at 120° C. and 5000 PSI for 20 minutes. The adhesive bonding layer has a mass of 2 mg/cm 2 while the mass of the half structure is 32.4 mg/cm 2 , and the adhesive bonding layer mass is approximately 6% by weight relative to the total mass of the half structure. there were. The mass of the adhesive bonding layer for the complete symmetrical multilaminate structure is thereby calculated to be 4 mg/cm 2 out of 54.4 mg/cm 2 or 7.4% by weight of the non-biodegradable adhesive bonding layer. Can be done.
実施例6:ポリカプロラクトン(PCL)の薄膜を接着結合層として使用した、多層複合材の半分構造の生成。Ingevityから入手したCAPA6500 PCLペレットを、100℃、5000PSIで20分間圧縮することにより、PCL接着結合層の薄膜を得た。厚さ40μmのアルミ箔、実施例4に使用されているおよび本開示による押し出したPLA-Dのシート、およびPCL薄膜を接着結合層として使用して、多層スタックを調製した。多層スタックを120℃、5000PSIで、20分間圧縮した。 Example 6: Production of a multilayer composite half-structure using a thin film of polycaprolactone (PCL) as an adhesive bonding layer. A thin film of PCL adhesive tie layer was obtained by compressing CAPA6500 PCL pellets obtained from Ingevity at 100° C. and 5000 PSI for 20 minutes. A multilayer stack was prepared using 40 μm thick aluminum foil, an extruded sheet of PLA-D as used in Example 4 and according to the present disclosure, and a PCL thin film as adhesive bonding layers. The multilayer stack was compressed at 120° C. and 5000 PSI for 20 minutes.
実施例7:接着結合層として非晶質等級のPLAの薄膜を使用した半分構造の多層複合材の生成。PLAペレットを200℃、5000PSIで20分間圧縮することにより、非晶質PLA層の薄膜を生成した。厚さ40μmのアルミ箔、押し出したPLA-Dのシート(実施例4の通り)および交互にかみ合わさった非晶質PLA薄膜を接着結合層として使用して、多層スタックを調製した。多層スタックを、120℃、5000PSIで20分間圧縮した。 Example 7: Production of a semi-structured multilayer composite using a thin film of amorphous grade PLA as the adhesive tie layer. A thin film of amorphous PLA layer was produced by compressing the PLA pellet at 200° C. and 5000 PSI for 20 minutes. A multilayer stack was prepared using 40 μm thick aluminum foil, extruded sheets of PLA-D (as in Example 4) and interdigitated amorphous PLA thin films as adhesive bonding layers. The multilayer stack was compressed at 120° C. and 5000 PSI for 20 minutes.
ある特定の実施形態では、実施例6および7の多層複合材は、多層包装の製造業界で一般的に実施されているように、接着結合層とPLAフィルムの二重層を、アルミニウムロールに直接的に融解押出加工することにより、単一ステップで生成することができる。 In certain embodiments, the multilayer composites of Examples 6 and 7 are prepared by applying a double layer of adhesive bonding layer and PLA film directly to an aluminum roll, as is commonly practiced in the multilayer packaging manufacturing industry. can be produced in a single step by melt extrusion processing.
実施例4、5、6および7で生成した多層複合材のバリア特性を実証するため、類似の寸法のシートを切り出し、200℃で5秒間に設定された手持ち式熱シーラーのかみ合い部の間でこれらを圧縮することにより、これらの縁を熱的に密閉することにより、それぞれの多層積層体(半分構造)の気密密閉されたパウチを調製した。各パウチは、水を浸漬させた紙組織を含有した。次いで、多層複合材を介した水の透過およびその後の蒸発をモニターするための手段として各パウチの質量を毎日測定した。 To demonstrate the barrier properties of the multilayer composites produced in Examples 4, 5, 6, and 7, sheets of similar dimensions were cut and tested between the interlocking parts of a hand-held heat sealer set at 200°C for 5 seconds. Hermetically sealed pouches of each multilayer laminate (half structure) were prepared by compressing them and thermally sealing their edges. Each pouch contained water-soaked paper tissue. The mass of each pouch was then measured daily as a means to monitor water permeation and subsequent evaporation through the multilayer composite.
図8は、1平方センチメートル当たりの水分損失(単位:ミリグラム)対時間(単位:日)のプロットを、図3の比較例に対して、図4、5、6、および7の実施例1~7とそれぞれと比較して図示している。各実施例に対して、1平方センチメートル当たりの累積的水分損失(単位:ミリグラム)を、24時間ごとに質量で測定し、表面積に対して正規化し、次いでプロットした。PLA-D基材のみをバリア層として有する比較例1は、約15mg/cm2という高い、累積的水分損失を示し、9日目までの水分の全損失を示している。追加のアルミナイズ処理PLAバリア層を有する実施例1は、9日目までに、約1.34mg/cm2という有意に減少した累積的水分損失を示している。4つの合わせた、アルミナイズ処理PLAバリア層を有する実施例2は、9日目までには、累積的水分損失0.66mg/cm2という有意な減少を示す。アルミナイズ処理PLAのみをバリア層として有する実施例3は、類似の時間での比較例1の水合計量損失と比較した場合、9日目の累積的水分損失において2.84mg/cm2という適度に改善された減少を示す。実施例4、5、6、および7のマルチラミネート試料は、9日目までに実質的には水分損失が全くないことを示し、またはごくわずかな水分損失を示した全部の結果は表1および2に報告されている。 FIG. 8 shows a plot of water loss per square centimeter (in milligrams) versus time (in days) for Examples 1-7 in FIGS. 4, 5, 6, and 7 for the comparative example in FIG. The figure shows a comparison with each. For each example, the cumulative water loss per square centimeter (in milligrams) was measured by mass every 24 hours, normalized to surface area, and then plotted. Comparative Example 1, having only the PLA-D substrate as the barrier layer, shows a high cumulative water loss of about 15 mg/cm 2 , indicating a total loss of water by day 9. Example 1 with the additional aluminized PLA barrier layer shows significantly reduced cumulative water loss of about 1.34 mg/cm 2 by day 9. Example 2 with four combined aluminized PLA barrier layers shows a significant reduction in cumulative water loss of 0.66 mg/cm 2 by day 9. Example 3, having only aluminized PLA as a barrier layer, had a moderate cumulative water loss of 2.84 mg/cm 2 on day 9 when compared to the total water loss of Comparative Example 1 at a similar time. shows an improved reduction in The multilaminate samples of Examples 4, 5, 6, and 7 showed virtually no or very little water loss by day 9. All results are shown in Tables 1 and 7. It is reported in 2.
継続性試験
本明細書に記載されているようなバリア層を有する生分解性電池の実施形態の利用は、電池タブの継続性に影響を及ぼす、特にタブ全域での加熱密閉の使用に関して起こり得る問題を提示している。実施例2と類似の、アルミナイズ処理PLAを外側バリア層として使用したいくつかのフルサイズの電池を構築することによりこれを評価した。135℃という低温をMSKシーラーに対して使用することによって、電池タブに対する不必要な熱への暴露および潜在的な損傷を防止する一方、強い密閉をさらに提供した。MSKシーラーは、低温135℃に、ソフトモードで、6秒間というより長い時間に設定した。デバイスは、加熱密閉後、タブ全域で継続性の損失がなく、完全に機能的であることが判明した。
Continuity Testing Utilization of biodegradable battery embodiments with barrier layers as described herein may affect the continuity of the battery tab, particularly with respect to the use of heat seals across the tab. presents a problem. This was evaluated by constructing several full size cells similar to Example 2 using aluminized PLA as the outer barrier layer. The use of a low temperature of 135° C. for the MSK sealer further provided a strong seal while preventing unnecessary heat exposure and potential damage to the battery tab. The MSK sealer was set at a low temperature of 135° C. in soft mode for a longer period of 6 seconds. The device was found to be fully functional with no loss of continuity across the tub after heat sealing.
本開示は例示的な実装形態を参照して記載されている。限定された数の実装形態が示され、記載されているが、先行する詳細な説明の原理および趣旨を逸脱することなく、これらの実装形態において変更がなされ得ることを当業者であれば認識している。すべてのこのような修正および改変は、これらが添付の特許請求の範囲またはその同等物の範囲内にある限り、本開示に含まれると解釈されることを意図している。 This disclosure has been described with reference to example implementations. Although a limited number of implementations have been shown and described, those skilled in the art will recognize that changes may be made in these implementations without departing from the principles and spirit of the preceding detailed description. ing. It is intended that all such modifications and alterations be considered to be included in this disclosure insofar as they come within the scope of the appended claims or the equivalents thereof.
Claims (20)
カソード、
アノードとカソードとの間に配置された電解質組成物および
生分解性材料を含む水蒸気バリアを含む電気化学デバイスであって、生分解性材料を含む水蒸気バリアが、電気化学デバイスから抜け出る蒸気を減少させるために配置されている、電気化学デバイス。 anode,
cathode,
An electrochemical device comprising a water vapor barrier including an electrolyte composition and a biodegradable material disposed between an anode and a cathode, the water vapor barrier including the biodegradable material reducing vapor escaping from the electrochemical device. An electrochemical device arranged for
生分解性材料上に配置された金属層コーティング
を含む、水蒸気バリア。 A water vapor barrier comprising a biodegradable material comprising a polymer and a metal layer coating disposed on the biodegradable material.
カソード、および
アノードとカソードとの間に配置された電解質組成物、ならびに
アノード、カソード、および電解質組成物を封入する、生分解性材料を含む水蒸気バリアをさらに含み、
アノード、カソード、および電解質組成物が水蒸気バリアにより封入されている、請求項11に記載の水蒸気バリア。 anode,
further comprising a cathode and an electrolyte composition disposed between the anode and the cathode, and a water vapor barrier comprising a biodegradable material encapsulating the anode, cathode, and electrolyte composition;
12. The water vapor barrier of claim 11, wherein the anode, cathode, and electrolyte composition are encapsulated by a water vapor barrier.
カソード、
アノードとカソードとの間に配置された電解質組成物、および
生分解性材料を含む水蒸気バリアを含む電気化学デバイスであって、
生分解性材料を含む水蒸気バリアが電気化学デバイスから水蒸気が抜け出るのを防止するために配置され、
生分解性材料を含む水蒸気バリアがポリ乳酸(PLA)層および金属層をさらに含み、
電気化学デバイスが、24時間にわたり、1cm2当たり1mg以下の水蒸気透過度(WVTR)を有する、電気化学デバイス。 anode,
cathode,
An electrochemical device comprising an electrolyte composition disposed between an anode and a cathode, and a water vapor barrier comprising a biodegradable material, the device comprising:
a water vapor barrier comprising a biodegradable material is placed to prevent water vapor from escaping the electrochemical device;
the water vapor barrier comprising the biodegradable material further comprising a polylactic acid (PLA) layer and a metal layer;
An electrochemical device, wherein the electrochemical device has a water vapor transmission rate (WVTR) of 1 mg per cm 2 or less over 24 hours.
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