KR20110053256A - 애노드 및 애노드 제조 방법 - Google Patents

애노드 및 애노드 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20110053256A
KR20110053256A KR1020117007433A KR20117007433A KR20110053256A KR 20110053256 A KR20110053256 A KR 20110053256A KR 1020117007433 A KR1020117007433 A KR 1020117007433A KR 20117007433 A KR20117007433 A KR 20117007433A KR 20110053256 A KR20110053256 A KR 20110053256A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
anode
ink
active material
substrate
electrode material
Prior art date
Application number
KR1020117007433A
Other languages
English (en)
Inventor
시아창 장
쇼우준 리
Original Assignee
엔퓨셀 오와이 (엘티디)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FI20085840A external-priority patent/FI122947B/fi
Priority claimed from FI20085838A external-priority patent/FI122503B/fi
Application filed by 엔퓨셀 오와이 (엘티디) filed Critical 엔퓨셀 오와이 (엘티디)
Publication of KR20110053256A publication Critical patent/KR20110053256A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0407—Methods of deposition of the material by coating on an electrolyte layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/06—Electrodes for primary cells
    • H01M4/08—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/42—Alloys based on zinc
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/40—Printed batteries, e.g. thin film batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/429—Natural polymers
    • H01M50/4295—Natural cotton, cellulose or wood
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/44—Fibrous material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making
    • Y10T29/49115—Electric battery cell making including coating or impregnating

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Primary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

인쇄된 배터리에 사용을 위한 본 발명의 애노드 재료는 주로 애노드 재료가 건식이고 소수성이며, 기판, 바인더, 전도성 재료 및 애노드 활성 재료를 포함하는 것을 특징으로 한다. 애노드 재료를 제조하기 위한 본 발명의 방법은 기판을 제공하는 단계, 애노드 활성 재료, 전도성 재료, 용제를 제공하는 단계 및 바인더를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 용제, 상기 바인더, 상기 애노드 활성 재료 및 상기 전도성 재료는 혼합되어 애노드 잉크를 형성한다. 상기 애노드 잉크는 상기 기판 상에 도포되어 건조된다. 상기 건조에 응답하여, 상기 용제가 증발하고 상기 애노드 잉크는 상기 기판 상에 필름을 형성한다.

Description

애노드 및 애노드 제조 방법{ANODE AND A METHOD OF MANUFACTURING AN ANODE}
본 발명은 박형 배터리용 애노드 및 이러한 애노드 제조 방법에 관한 것이다.
배터리의 기본 부품은 외부 회로에 접속하기 위한 단자(전기 접속부)를 갖는 전극, 전극을 이격 유지하고 이들이 단락되는 것을 방지하는 세퍼레이터(separator), 전극에서 발생하는 화학 반응으로부터 발생되는 하전된 이온을 운반하는 전해질 및 활성 화학 물질을 포함하고 전극을 적소에 유지하기 위한 커버이다.
"습식" 전지는 전해질이 액체 형태이고, 전지 케이싱 내에 자유롭게 유동하도록 허용되는 갈바닉 전지(galvanic cell)라 칭한다. "건식" 전지는 고체 또는 분말 전해질을 사용하는 전지이다. 액체 전해질을 갖는 전지는 전해질이 예를 들어 이를 겔화함으로써 또는 페이퍼와 같은 흡수성 물질로 이를 적소에 유지함으로써 소정의 메커니즘에 의해 고정되면 "건식"으로서 분류될 수 있다.
현재 사용되는 가장 통상의 유형의 배터리는 예를 들어 "손전등(flashlight)" 배터리와 같은 비교적 대형 배터리 및 손목 시계 또는 계산기에 사용되는 소형화 버전에 사용되는 "건식" 배터리이다.
배터리는 종종 이들의 구성에 사용되는 전해질의 유형에 의해 분류된다. 3개의 통상의 분류, 즉 산성, 약산성 및 알칼라인이 있다.
모든 배터리는 전기를 생성하기 위해 유사한 절차를 이용하지만, 재료 및 구성의 편차가 상이한 유형의 배터리를 생성하고 있다.
일 배터리 유형은 층상 구조, 즉 박막 배터리라 칭하는 것들로 이루어진다. 본 명세서에서 크기에 무관하게 "층상-구조화된 배터리"로서 이해되는 박막 배터리는 임의의 형상 또는 크기로 필름 용례에 직접 적용될 수 있고, 가요성 배터리는 페이퍼, 플라스틱 또는 다른 종류의 얇은 포일에 인쇄함으로써 제조될 수 있다.
박막 배터리는 예를 들어 소비자 제품을 위한 그리고 마이크로 크기 용례를 위한 전원으로서의 광범위한 사용을 갖는다. 박막 배터리는 또한 스마트 카드 및 무선 주파수 식별(RFID) 태그에 전력을 공급하기에 적합하다.
예를 들어 핀란드 특허 출원 제 20070584호에 따른 이러한 박형 배터리 캔을 제조하기 위한 방법은 전해질 용액으로 세퍼레이터 페이퍼를 습윤하는 것과, 세퍼레이터 페이퍼(들) 상에 페이스트로서 애노드 재료 및 캐소드 재료를 도포하는 것을 포함하고, 애노드 페이스트는 일 측면에 있고, 캐소드 페이스트는 대향 측면에 있다. 애노드 및 캐소드 재료는 코팅 또는 인쇄에 의한 것과 같은 상이한 방법으로 세퍼레이터 페이퍼 상에 도포될 수 있다. 코팅 및 인쇄 프로세스는 일반적으로 페이퍼의 롤, 직물, 필름 또는 다른 직물과 같은 기판으로의 기능 재료의 박막의 도포를 수반한다.
용어 페이스트에 있어서, 이는 본 명세서에서 단지 재료의 점성 물 기반 분산물을 의미한다.
그러나, 또한 최외측 세퍼레이터층은 항상 전해질을 포함할 수 있는데, 이는 이들이 습윤된 층으로부터 전해질을 흡수하고, 더욱이 첨가제를 함유하는 전해질 용액이 또한 애노드 활성 재료 및 캐소드 활성 재료와 혼합되어 소위 애노드 및 캐소드 페이스트를 형성할 수 있기 때문이다.
박형 배터리의 전극은 애노드 및 캐소드로 형성된다. 애노드 재료는 애노드 활성 재료 및 일반적으로 첨가제를 갖는 전해질 용액을 함유하는 페이스트 또는 잉크이고, 캐소드 재료는 캐소드 활성 재료 및 일반적으로 첨가제를 갖는 전해질 용액을 함유하는 페이스트 또는 잉크이다. 페이스트는 다소 점성이어서 전해질이 유출될 수 없게 한다. 애노드 활성 재료는 종종 아연(Zn)이고, 캐소드 활성 재료는 이산화망간(MnO2)이다. 전해질 용액은 예를 들어 주 성분으로서 ZnCl2 뿐만 아니라 바인더(들)와 같은 첨가제를 포함할 수 있다. 전해질 내의 첨가제(들)는 예를 들어 전극 재료 입자를 함께 바인딩하여 페이스트를 형성하는 전해질 용액에 다른 특성을 제공하기 위해 바인더(들)를 포함한다. 바인더는 예를 들어 폴리비닐알코올(PVA)이다.
전도성 재료가 애노드 및 캐소드 페이스트에 첨가된다. 전도성 재료는 흑연 분말, 수트(soot), 카본 블랙, 탄소 나노튜브, 전도성 잉크 또는 이들의 조합과 같은 탄소 분말일 수 있다. 전극(전도성 재료를 포함하는 애노드 및 캐소드 페이스트로 이루어짐)은 집전기 재료에 접속되고, 전체 제품은 밀봉 재료의 필름에 의해 덮여진다. 밀봉 재료는 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에스테르 또는 다른 공지의 필름 재료일 수 있다. 집전기 재료는 단자가 외부 회로에 접속되게 하도록 형성된다. 집전기 재료는 화학적으로 불활성이지만 목적을 위해 충분히 전도성인 전도성 탄소 잉크, 탄소 필름 또는 다른 재료일 수 있다.
조합된 층은 원하는 크기로 절단되어 제품을 형성한다.
애노드 재료의 상이한 포맷이 박형 배터리의 제조를 용이하게 하도록 시험되어 왔다.
미국 특허 출원 제 2006/0216586호가 종래 기술로서 제시되어 있다. 이 출원은 막형 전기 화학 전지를 개시하고 있다. 전지의 애노드는 아연 스트립일 수 있다. 그러나, 이 해결책이 갖는 문제점은 집전기로의 아연 스트립의 접속이 문제가 되고 아연 자체 방전이 커버리지 결여에 기인하여 높다는 것이다.
미국 특허 제 6,379,835호는 박막 배터리와 관련된다. 애노드는 친수성이고 물 기반 아연 잉크 또는 유기 용제 내의 아연 잉크에 추가하여 물 팽창성 폴리머 혼합물이고, 따라서 배터리는 높은 자체 방전율을 갖는다. 더욱이, 애노드의 낮은 전도도에 기인하여, 애노드에서의 여분의 집전기가 요구된다.
미국 특허 출원 제 2006/0115717호는 가요성 박형 인쇄 배터리를 제시하고 있다. 애노드를 구성하기 위한 전도성 수성 아연 재료가 비전도성 기판 상에 직접 인쇄되고, 별개의 애노드 전류 집전기를 위한 요구를 제거하기 위해 충분히 전도성으로 구성된다. 필요한 전도도는 입자 접촉을 향상시키기 위해 여분의 아연 +2 양이온(아연 아세테이트로부터) 및 폴리머 바인더(폴리비닐피로리딘)에 의해 성취된다. 그러나, 또한 여기서 친수성 아연 애노드는 방전 프로세스 중에 높은 아연 자체 방전 및 불안정한 전도도를 유발한다.
또한, 종래의 해결책이 예를 들어 WO 03/100893호 및 US006045942호에 제시되어 있다.
상기 자체 방전과 관련된 인식된 문제점의 일부를 해결함으로써 일정하게 개량된 배터리를 제조하기 위한 강렬한 작업이 현재 수행되고 있다.
극복할 전통적인 제조 방법에서의 다른 문제점은 페이퍼 시트가 이들이 전해질로 함침될 때 매우 습윤되게 되고 또한 페이스트가 도포된 후에 습윤 유지되는 것이다. 이 해결책은 층의 표면 특성에 영향을 미쳐, 추가의 제조 단계가 수행되는 것을 어렵게 할 수 있고 배터리의 총 제조 프로세스를 어렵게 한다.
또한, 애노드 및 캐소드 페이스트에 전해질이 존재한다. 잘 알려진 바와 같이, 아연은 전해질 염을 함유하는 습식 환경 하에서 매우 용이하게 산화되고, 자체 방전이 문제점이다. 더욱이, 특히 애노드 페이스트의 인쇄 또는 코팅이 또한 페이스트의 특성의 급속한 변화에 기인하여 어렵다.
본 발명의 목적은 전술된 문제점을 해결하는 것이다.
인쇄된 배터리에 사용을 위한 본 발명의 애노드 재료는 기판, 애노드 활성 재료, 전도성 재료, 바인더를 포함한다. 전도성 재료, 애노드 활성 재료, 용제 및 바인더는 혼합 후에 건조시에 기판 상에 필름을 형성하도록 선택되어 있다.
인쇄된 배터리에 사용을 위한 애노드 재료를 제조하기 위한 본 발명의 방법은 기판, 애노드 활성 재료, 전도성 재료, 용제 및 바인더를 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법은 상기 용제, 상기 바인더, 상기 애노드 활성 재료 및 상기 전도성 재료를 혼합하여 애노드 잉크를 형성하는 단계, 상기 기판 상에 상기 애노드 잉크를 도포하는 단계, 상기 기판 상의 상기 애노드 잉크를 건조하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 건조에 응답하여, 상기 용제는 증발하고 상기 애노드 잉크는 상기 기판 상에 필름을 형성한다.
본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 특징화되고, 유리한 특징이 종속 청구항에 제시되어 있다.
본 발명은 탄소 잉크와 같은 전도성 재료와 조합하여 마그네슘, 칼슘 및 구리와 같은 대안 애노드 활성 성분에 적합할 수 있다. 바람직하게는, 애노드 활성 재료는 아연(Zn)이다.
물 또는 전해질이 배터리의 전극들 사이의 임의의 전극 반응 및 이온성 전달을 위해 요구된다.
아연은 건식 환경에서보다 물 또는 전해질 환경 내에서 더 용이하게 산화된다. 종래의 다수의 얇은 가요성 배터리에서, 따라서 아연 애노드는 아연의 수성 페이스트 또는 친수성 재료로 제조된다. 그러나, 이러한 종래의 배터리의 단점은 자체 방전이 급속하다는 것이다. 자체 방전의 결과로서, 배터리의 수명이 짧아지고 그 용량이 작아진다.
본 발명에서, 애노드는 소수성 및 건식인데, 이는 물 또는 전해질이 아연 애노드의 깊은층 내로 직접 침투하는 것을 어렵게 한다. 본 발명의 건식 애노드의 소수성 층은 배터리의 수분 레벨을 안정하게 유지하기 위해 벽과 같이 작용한다.
배터리의 적합한 수분 레벨은 물론 양호한 성능을 위해 중요하고, 배터리에서 본 발명에 따른 애노드를 사용할 때, 물은 상이한 층의 조합 후에 캐소드로부터 애노드의 표면으로 전달될 수 있다. 산화 반응은 애노드 활성 재료, 전해질 및 물 사이에서 애노드의 표면에서 발생한다.
본 발명의 핵심은 건식 애노드 잉크가 종래 기술에 사용된 바와 같은 습윤/습식 애노드 페이스트 및 개별 애노드 집전기 대신에 사용된다는 것이다. 본 발명에 있어서, 건식 애노드 잉크는 (건조 후에) 또한 애노드 재료로부터 배터리의 표면의 (-) 단자로 전자의 전달을 제공할 수 있다.
종래의 배터리에서, 애노드 집전기는 (-) 단자로서 기능할 필요가 있었다. 이 때, 개별 애노드 집전기는 1) 습식 애노드 페이스트가 밀봉 재료 내의 (-) 단자 홀을 통해 배터리로부터 유출될 수 있기 때문에, 그리고 2) 분위기 수분 레벨의 변화가 습식 애노드 페이스트에 영향을 미치고 성능을 열악하게 함으로써 그 특징을 변경하기 때문에 습식 애노드 페이스트와 함께 사용되었다. 이들 문제점의 모두는 애노드 집전기의 사용을 배제하는 본 발명의 애노드 재료에 의해 회피된다.
애노드 집전기가 배제될 때, 이제 시트형 배터리의 동일한 측에 단자를 배치하는 것이 가능하다. 이는 배터리의 전력을 사용하여 광범위한 용례가 배터리에 더 용이하게 접속될 수 있게 할 것이다. 즉, 이들을 위한 전력 입구 단자가 예를 들어 인쇄된 RFID 태그 또는 칩과 같은 시트형 용례의 동일한 측에 있으면 용례를 설계하고 제조하는 것이 더 용이하다.
본 발명의 애노드는 가요성이고, 안정하고, 대량 생산 가능하고, 얇은 가요성 1회용 전원이 요구되는 다수의 용례에서 전원으로서 사용된 배터리에 유용하다.
상업적으로 입수 가능한 전도성 탄소 잉크 및 상업적으로 입수 가능한 아연 분말이 배터리에 잉여의 집전기 없이 애노드를 제조하는데 사용될 수 있다. 애노드 전극은 아연 분말과 전도성 탄소 잉크의 균질한 블렌드(blend)인 애노드 재료로 이루어진다.
본 발명의 배터리를 위한 애노드 재료는 아연 분말을 전도성 탄소 잉크에 첨가하고 균질한 혼합물이 얻어질 때까지 교반함으로써 제조된다.
이 목적으로 사용된 아연 분말은 입경 및 순도에 대해 특정 특성을 갖는 상업적인 배터리 등급 제품일 수 있다. 50 ㎛ 미만의 입경 및 99% 초과의 순도가 적합한 것으로 판명되었다. 사용 가능한 상업적인 아연 분말의 예는 예를 들어 그릴로-베르케 악티엔게젤샤프트(Grillo-Werke Aktiengesellschaft) GZN 3-0 및 엑스트라타(Xstrata) EC-100이다.
사용된 전도성 탄소 잉크는 특정 특성을 갖는 상업적인 제품일 수 있다. 사용될 잉크는 높은 전도도, 높은 가요성, 높은 바인딩 강도 및 높은 소수성을 가져야 한다. 사용 가능한 상업적인 전도성 탄소 잉크의 예는 예를 들어, XZ302-1 HV 및 XZ302-1 MV 전도성 탄소, 26-8203 전도성 흑연, 크리에이티브 머티어리얼(Creative Material) 116-19 저온 경화 전도성 잉크, 듀퐁(DuPont) 7105 탄소, 아사히(Asahi) FTU-20D3 및 아케슨(Acheson) EB-412이다.
전도성 잉크 및 선택된 아연과 전도성 잉크의 비율은 재료의 특성, 예를 들어 전도성 탄소 잉크 시트 저항, 전도성 탄소 잉크 가요성, 바인딩 강도, 점도 및 전도성 탄소 잉크 소수성 특성에 의존한다.
제조 관점으로부터, 배터리에 사용될 본 발명의 애노드는 다수의 관심 용례에 대해 이하의 장점을 갖는다.
1) 미리 수행될 수 있고 예를 들어 세퍼레이터 상에 인쇄 후에 롤 상에 저장되기 때문에 배터리 제조로부터 개별적으로 애노드를 제조하기가 용이하다. 배터리를 제조하기 위한 각각의 단계는 동시에 수행될 필요가 없기 때문에, 배터리를 제조하기 위한 제조 프로세스는 예를 들어 특정 프로세스 단계에 문제점이 발생할 때 취약성이 적다. 이는 또한 몇몇 단계의 제품의 열악한 품질이 전체 제조를 쓸모없게 하는 것이 아니라, 단지 해당 제조 단계만을 쓸모없게 한다는 것을 의미한다.
2) 배터리 제조에 있어서 세퍼레이터에 본 발명의 애노드 재료를 인쇄하는 것이 용이하다.
3) 본 발명에 사용된 애노드는 소수성 잉크로 제조되고 전해질을 흡수하지 않기 때문에 자체 방전을 감소시킨다.
5) 애노드를 위한 어떠한 개별 집전기가 본 발명의 제 1 실시예에 요구되지 않는다는 사실의 제 2 결과는 본 발명의 애노드를 포함하는 배터리가 더 얇아진다는 것이다.
6) 잉크의 소수성 특성에 기인하는 높은 안정성.
이하에는, 본 발명이 몇몇 예시적인 도면 및 예에 의해 더 설명된다. 그러나, 본 발명은 이하의 설명의 상세에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 상이한 아연 분말 및 전도성 잉크로 제조된 본 발명에 사용된 애노드의 몇몇 적절한 시험 결과를 제시하는 도면.
상업적으로 입수 가능한 전도성 탄소 잉크 및 상업적으로 입수 가능한 아연 분말이 더 상세히 전술된 바와 같이 애노드 재료를 생성하는데 사용될 수 있다. 애노드 재료는 아연 분말과 전도성 탄소 잉크의 균질한 블렌드이다.
애노드 재료는 예를 들어 압축 롤에 의해 지지된 페이퍼의 웨브 상에 그 자체가 공지된 소정의 인쇄 방법에 의해 제조예 1에 제시된 방식으로 미리 제조된 세퍼레이터 상에 인쇄된다. 애노드 재료가 인쇄되는 웨브는 압축 롤로 형성된 닙 및 인쇄된 애노드 재료가 있는 다른 인쇄 롤을 통해 진행한다. 그 후에 웨브가 건조된다.
상이한 공지의 방법이 프로세스에 사용될 수 있는데, 예를 들어 스크린 인쇄, 그래비어 인쇄, 오프셋 인쇄 및 플렉소 인쇄가 인쇄 방법으로서 사용될 수 있다. 또한, 건조가 열 경화, IR 경화 및 UV 경화 및 고온 공기의 힘에 의해 수행될 수 있다. 애노드 재료는 절단될 수 있고, 이어서 절단 방법은 예를 들어 다이 절단, 레이저 절단, 천공, 슬릿팅, 펀칭 또는 다른 공지의 방법일 수 있다.
제조예 -
본 발명의 애노드 재료의 제조
본 발명의 애노드 재료(즉, 애노드 잉크)는 아연 분말을 전도성 탄소 잉크에 첨가하고 전술된 바와 같이 균질해질 때까지 계속 교반함으로써 제조된다. 시험에 사용된 잉크 및 아연 분말은 아케슨 EB 412 및 EC-100이다.
전도성 탄소 잉크는 예를 들어 300 rpm의 속도로 교반되고, 아연 분말은 점진적으로 첨가된다. 아연 분말이 첨가될 때, 믹서의 속도는 최대 2000 rpm으로 점진적으로 증가되고, 블렌드는 약 30분 동안 더 교반된다.
본 발명에서 수행되는 이 방식의 혼합은, 박리 문제점, 전도도 문제점, 불균일한 전도도가 회피되기 때문에 애노드 성능의 양호한 결과를 제공한다. 애노드 재료의 적절한 점도가 요구된다. 점도가 너무 낮으면, 아연 입자는 저부에 퇴적될 것이다. 잉크의 적합한 점도는 브룩필드 20℃ 20 RPM 20000 mPaS 내지 28000 mPa.S이다. 혼합 품질은 샘플을 취하고 이들의 밀도를 점검함으로써 제어될 수 있고, 또는 전자 현미경에 의해 측정될 수 있다.
따라서, 애노드 재료(즉, 애노드 잉크)가 이 방식으로 제조됨에 따라, 이 애노드 재료는 인쇄되고 미리 건조될 수 있고, 예를 들어 세퍼레이터 상에 인쇄 후에 롤 상에 저장될 수 있다.
이는 배터리의 이후의 제조를 위한 실제의 장점이다. 배터리를 제조하기 위한 각각의 단계는 동시에 수행될 필요는 없기 때문에, 배터리를 제조하기 위한 제조 프로세스는 예를 들어 특정 프로세스 단계에서 문제점이 발생할 때 취약성이 적다.
테스트 방법
애노드 재료(즉, 애노드 잉크)의 몇몇 특성은 제조될 배터리에 대한 품질의 표시로서 보여질 수 있다.
- 내부 저항은 전력 자원의 전력 손실을 측정하기 위한 값이다. 이 값은 가능한 한 낮아야 한다.
- 시트 저항은 필름 포맷 재료의 전도도를 측정하기 위한 값이다. 또한, 이 값은 가능한 한 낮아야 한다.
- 가요성 비율은 만곡된 후의 저항 변화로서 측정된 비율로서 설명된다. 가요성 비율이 낮을수록, 전도성 잉크의 가요성이 양호하다. 만곡시에 파괴는 무한의 높은 가요성 비율을 의미한다.
- 바인딩 강도는 재료의 박리 방지 특성의 표시이고, 가능한 한 높아야 한다.
- 점도는 액상을 교반하기가 얼마나 어려운지를 평가하기 위한 값이다. 이는 아연 입자가 퇴적되는 것을 방지하기 위해 충분히 높은 범위이어야 하고 애노드를 인쇄하기 위해 충분히 낮아야 한다.
- 소수성은 본 발명의 사상에 따라 애노드를 건조하게 유지하기 위한 이용 가능성을 표시한다.
이들 특성을 측정하기 위한 몇몇 원리가 이하에 설명된다.
소수성의 평가:
소수성은 애노드 상에 물을 적용함으로써 평가되었고, 소수성은 물이 용해되지 않고, 애노드가 파괴되지 않고 그리고/또는 시트 저항이 변화되지 않으면 양호한 것으로 고려되었다.
내부 저항 측정 방법:
VO가 배터리의 개방 루프 전압이고, VL이 방전이 시작한 후에 1분 후에 측정된 로드의 전압이고, RL이 로드의 저항값이면, 내부 저항은 이하와 같다.
Figure pct00001

시트 저항 측정 방법:
시트 저항은 전도성 잉크 또는 애노드 잉크가 기판 상에 인쇄되고 건조된 후에 측정된다. 시트 저항값은 시트 상의 6개의 상이한 위치에서의 평균 저항값이다. 각각의 저항은 1 cm의 거리를 통해 멀티미터의 2개의 프로브를 사용함으로써 측정된다.
시험예 1 - 애노드 잉크 특성
상이한 비율의 아연 분말 및 전도성 탄소 잉크에 의해 제조된 애노드 잉크가 제조예 1의 방법에 의해 제조되었다.
시험에 사용된 아연 분말은
A: 그릴로-베르케 악티엔게젤샤프트 GZN 3-0(아연 함량 99.8%, 입경 > 25 ㎛ 14%, < 25 ㎛ 86%) 및
B: 엑스트라타 EC-100(아연 함량 99.9%, 입경 > 75 ㎛ 0.1%, < 45 ㎛ 96%)였다.
전도성 탄소 잉크는,
A: XZ302-1 HV, B: XZ302-1 MV, C: 26-8203 전도성 흑연, D: 크리에이티브 머티어리얼 116-19 저온 경화 전도성 잉크, E: 듀퐁 7105 탄소, F: 아사히 FTU-20D3 및 G: 아케슨 EB-412였다.
이들 전도성 탄소 잉크의 몇몇 특성이 이하의 표에 제시된다.
Figure pct00002
시험된 애노드 내의 전도성 탄소 잉크와 아연 분말의 비는 1:1이었다.
애노드 잉크의 소수성에 관련하여, 애노드 상에 물을 적용한 후에 언급된 2개의 양태로부터 시험되었다.
도 1은 애노드 잉크의 가요성, 소수성 및 시트 저항에 대한 시험 결과를 도시한다. 이 도면은 모든 시험된 애노드 잉크에 대해, 본 발명의 목적이 최대 80 Ω의 시트 저항에 대해서도 소수성에 관하여 충족된다는 것을 나타낸다. 도 1의 표의 결과는 애노드 잉크의 유리한 특성이 주로 어느 전도성 잉크가 사용되는 지에 의존한다는 것을 나타낸다. 잉크 E 및 G는 더 양호한 특성을 갖고, 이들의 관련된 아연 애노드는 사용된 아연 분말에 의존하지 않는다. 잉크 G를 사용하는 애노드는 25 Ω의 시트 저항을 갖는 가장 양호한 것이다. 잉크 G는 이하의 시험에 사용되었다.

Claims (17)

  1. 스크린 인쇄된 배터리에 사용을 위한 애노드 전극 재료로서,
    상기 배터리가
    - 상기 배터리를 외부 회로에 접속하기 위한 단자들을 갖는 캐소드 전극 및 애노드 전극,
    - 애노드 전극 재료
    - 캐소드 전극 재료를 포함하는 상기 애노드 전극 재료에 있어서,
    상기 애노드 전극 재료는 건식 및 소수성이고, 애노드 집전기로서 기능하고, 상기 애노드 전극 재료는,
    페이퍼 기판,
    전도성 잉크 및
    애노드 활성 재료를 포함하고,
    상기 전도성 잉크 및 상기 애노드 활성 재료는 상기 재료들을 혼합한 후에 건조시에 상기 페이퍼 기판 상에 소수성 필름을 형성하도록 선택되어 있는 것을 특징으로 하는 애노드 전극 재료.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 잉크는 상기 애노드 활성 재료와 일체화되는 것을 특징으로 하는 애노드 전극 재료.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 애노드 활성 재료는 금속 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 애노드 전극 재료.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 금속 분말은 아연, 니켈, 마그네슘, 구리, 철 및 알루미늄으로부터 선택되는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 애노드 전극 재료.
  5. 제 1 항에 있어서, 20 미크론의 두께를 갖는 건식 애노드 잉크 필름은 80 Ω 미만의 시트 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 애노드 전극 재료.
  6. 제 5 항에 있어서, 20 미크론의 두께를 갖는 건식 애노드 잉크 필름은 25 Ω 미만의 시트 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 애노드 전극 재료.
  7. 제 6 항에 있어서, 20 미크론의 두께를 갖는 건식 애노드 잉크 필름은 15 Ω 미만의 시트 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 애노드 전극 재료.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 페이퍼 기판은 세퍼레이터로서 기능하는 것을 특징으로 하는 애노드 전극 재료.
  9. 인쇄된 배터리에 사용을 위한 애노드 재료 제조 방법에 있어서,
    페이퍼 기판을 제공하는 단계,
    애노드 활성 재료를 제공하는 단계,
    전도성 잉크 함유 용제를 제공하는 단계,
    상기 전도성 잉크와 상기 애노드 활성 재료를 혼합하여 애노드 잉크를 형성하는 단계,
    상기 페이퍼 기판 상에 상기 애노드 잉크를 도포하는 단계,
    상기 페이퍼 기판 상의 상기 애노드 잉크를 건조하는 단계,
    상기 건조에 응답하여, 상기 용제가 증발하고 상기 애노드 잉크가 상기 기판 상에 소수성 건식 애노드 잉크 필름 및 애노드 집전기를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄된 배터리에 사용을 위한 애노드 재료 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 방법은 상기 전도성 재료, 상기 용제 및 바인더를 사전 혼합하여 전도성 잉크를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄된 배터리에 사용을 위한 애노드 재료 제조 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 애노드 활성 재료는 금속 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄된 배터리에 사용을 위한 애노드 재료 제조 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 기판 상에 상기 애노드 잉크를 도포할 때 상기 도포된 잉크 내의 애노드 활성 재료의 양은 4 내지 20 mg/cm2인 것을 특징으로 하는 인쇄된 배터리에 사용을 위한 애노드 재료 제조 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 기판 상에 상기 애노드 잉크를 도포할 때 상기 도포된 잉크 내의 애노드 활성 재료의 양은 8 내지 12 mg/cm2인 것을 특징으로 하는 인쇄된 배터리에 사용을 위한 애노드 재료 제조 방법.
  14. 제 9 항에 있어서, 상기 기판 상에 상기 애노드 잉크를 도포할 때 상기 도포된 잉크 내의 애노드 활성 재료의 양은 상기 기판의 대략 10 mg/cm2인 것을 특징으로 하는 인쇄된 배터리에 사용을 위한 애노드 재료 제조 방법.
  15. 제 9 항에 있어서, 상기 애노드 활성 재료는 아연인 것을 특징으로 하는 인쇄된 배터리에 사용을 위한 애노드 재료 제조 방법.
  16. 제 9 항에 있어서, 상기 건조는 2 내지 20분 동안 110℃ 내지 140℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 인쇄된 배터리에 사용을 위한 애노드 재료 제조 방법.
  17. 제 9 항에 있어서, 상기 건조는 대략 10분 동안 대략 130℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 인쇄된 배터리에 사용을 위한 애노드 재료 제조 방법.
KR1020117007433A 2008-09-08 2009-09-04 애노드 및 애노드 제조 방법 KR20110053256A (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20085840A FI122947B (fi) 2008-09-08 2008-09-08 Anodi ja menetelmä anodin valmistamiseksi
FI20085838A FI122503B (fi) 2008-09-08 2008-09-08 Painettu ohutparisto ja menetelmä painetun ohutpariston valmistamiseksi
FI20085840 2008-09-08
FI20085838 2008-09-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20110053256A true KR20110053256A (ko) 2011-05-19

Family

ID=41796777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117007433A KR20110053256A (ko) 2008-09-08 2009-09-04 애노드 및 애노드 제조 방법

Country Status (6)

Country Link
US (2) US20110159342A1 (ko)
EP (1) EP2335306A4 (ko)
JP (1) JP2012502416A (ko)
KR (1) KR20110053256A (ko)
CN (2) CN102150310A (ko)
WO (2) WO2010026285A1 (ko)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI20095728A0 (fi) * 2009-06-26 2009-06-26 Enfucell Ltd Menetelmä ohuiden paristojen valmistamiseksi
CN102610786B (zh) * 2011-12-20 2014-06-18 南昌大学 一种三元复合纸电池正极的制备方法
JP6115790B2 (ja) * 2014-09-18 2017-04-19 トヨタ自動車株式会社 電極ペーストの検査方法ならびに電極の製造方法
KR102375889B1 (ko) * 2014-12-19 2022-03-16 삼성전자주식회사 에너지 발생 장치 및 그 제조방법
CN110364559B (zh) * 2015-10-09 2022-03-29 Tcl科技集团股份有限公司 Qled显示屏及制备方法
GB2539297A (en) 2016-01-15 2016-12-14 Saralon Gmbh Thin battery and manufacturing method therefore
CN106356539A (zh) * 2016-08-30 2017-01-25 常州恩福赛印刷电子有限公司 一种在射频识别标签天线上印刷柔性电池及其制造方法
CN106469326A (zh) * 2016-08-30 2017-03-01 常州恩福赛印刷电子有限公司 一种半有源电子年检标签
GB2553791B (en) 2016-09-14 2019-04-24 Dst Innovations Ltd Flexible battery
US10879540B2 (en) 2017-12-04 2020-12-29 Nano And Advanced Materials Institute Limited Layered structure battery with multi-functional electrolyte
EP3680981B1 (de) * 2019-01-11 2023-03-01 VARTA Microbattery GmbH Elektrochemische zelle und anordnung elektrisch miteinander verschalteter bauteile

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3006980A (en) * 1959-08-21 1961-10-31 Ethyl Corp Printed battery
FR2544557B1 (fr) * 1983-04-15 1986-05-02 Telemecanique Electrique Dispositif et procede de codage pour la connexion d'elements dans un automate programmable
JP2808660B2 (ja) * 1989-05-01 1998-10-08 ブラザー工業株式会社 薄膜電池内蔵プリント基板の製造方法
US5495250A (en) * 1993-11-01 1996-02-27 Motorola, Inc. Battery-powered RF tags and apparatus for manufacturing the same
US6045942A (en) 1997-12-15 2000-04-04 Avery Dennison Corporation Low profile battery and method of making same
US6379835B1 (en) * 1999-01-12 2002-04-30 Morgan Adhesives Company Method of making a thin film battery
US6576365B1 (en) * 1999-12-06 2003-06-10 E.C.R. - Electro Chemical Research Ltd. Ultra-thin electrochemical energy storage devices
JP4799776B2 (ja) * 2000-08-22 2011-10-26 富士フイルム株式会社 電解質組成物及びそれを用いた電気化学電池
CA2455819C (en) * 2001-07-27 2013-07-23 Massachusetts Institute Of Technology Battery structures, self-organizing structures and related methods
KR100980355B1 (ko) * 2002-02-12 2010-09-06 에버레디 배터리 컴퍼니, 인크. 가요성의 얇은 인쇄 전지 및 장치와 그것의 제조 방법
US7320845B2 (en) 2002-05-24 2008-01-22 The Intertech Group, Inc. Printed battery
US20040009398A1 (en) * 2002-06-19 2004-01-15 Dorfman Jay Robert Zinc polymer thick film composition
JP5076134B2 (ja) * 2004-06-08 2012-11-21 国立大学法人東京工業大学 リチウム電池素子
US20070090869A1 (en) * 2005-10-26 2007-04-26 Motorola, Inc. Combined power source and printed transistor circuit apparatus and method
GB0610237D0 (en) 2006-05-23 2006-07-05 Univ Brunel Lithographically printed voltaic cells
FI121611B (fi) * 2007-02-06 2011-01-31 Enfucell Oy Ohutparisto ja menetelmä ohutpariston valmistamiseksi

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010026285A1 (en) 2010-03-11
WO2010026286A1 (en) 2010-03-11
CN102150301A (zh) 2011-08-10
EP2335306A1 (en) 2011-06-22
CN102150310A (zh) 2011-08-10
JP2012502416A (ja) 2012-01-26
EP2335306A4 (en) 2012-03-28
US20110165447A1 (en) 2011-07-07
US8574742B2 (en) 2013-11-05
US20110159342A1 (en) 2011-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20110053256A (ko) 애노드 및 애노드 제조 방법
US7695840B2 (en) Electrochemical cell having a deposited gas electrode
CN101378135B (zh) 非水电解质二次电池和电极制造方法
CN105518907B (zh) 用于制备负载的柔性电极的印刷或喷雾沉积方法以及锂离子电池的制造
CN107925042A (zh) 具有包含聚多巴胺的复合涂层的锂硫电池隔膜、其制造方法及包含其的锂硫电池
EP2122716A1 (en) Thin battery and a method of manufacturing a thin battery
WO2010142851A1 (en) Thin battery
GB2553791A (en) Flexible battery
CN109273721B (zh) 负极集电体、负极和水系锂离子二次电池
US9088047B2 (en) Electrode for a lithium battery
WO2018167789A2 (en) A method for the preparation of supercapacitor electrodes and printed electrodes derived therefrom
JP4138923B2 (ja) 電極の製造方法
CN100492749C (zh) 生产电化学元件用隔膜/电极组件的方法
FI122947B (fi) Anodi ja menetelmä anodin valmistamiseksi
US20100129710A1 (en) Lithographically printed cells
FI122503B (fi) Painettu ohutparisto ja menetelmä painetun ohutpariston valmistamiseksi
WO2011008742A1 (en) Alternative polymers for lithium ion primary and secondary batteries
KR101589034B1 (ko) 박막전지용 음극, 양극 제조방법과 박막전지 제조방법 및 그 박막전지
AU2022287204A1 (en) A method of printing a component in an electrochemical cell
AU2022286623A1 (en) A method of printing a component in an electrochemical cell
El Baradai Réalisation d’électrodes souples pour batteries lithium-ion par procédé d’impression
JP2002157998A (ja) 固体型リチウム二次電池用複合正極の製造方法及び該正極を用いた固体型リチウム二次電池
CN117203848A (zh) 用于制造锌-二氧化锰电芯的方法和组合以及由此制造的电芯

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid