(57)【要約】  例えば、防湿性および酸素遮断性の高い高分子フィルムを用いて封止された「画像フレーム」構造を使用し、例えば、負極に隣接して配置された、印刷されたまたは箔の細長片の正極を有する、任意の高導電性炭素の印刷された負極集電体上に堆積された、印刷された負極を特徴とする、薄型の印刷された可撓性の電気化学セル、およびその製造方法。粘稠なまたはゲル化された電解質は、セル内に分配され、かつ／または印刷され、次に、上側積層体を画像フレーム上に固着することができる。そのような構成は、例えば、セル全体を印刷機上で作成することができるとともに、それによって、例えば電子アプリケーションと電池を直接一体化させる機会が得られる。
2008536262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流を発生させるための平板状の薄型電気化学セルを備える装置であって、前記セルが、
第１の基板層と、
第２の基板層と、
前記第１の基板層および前記第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられる負極層と、
前記第１の基板層および前記第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられる正極層と、
前記負極層と接触し、かつ前記正極層とも接触している電解質層と、
ほぼ前記セルの周辺の周りに設けられ、前記下側基板層を前記上側基板層に接続するフレームとを含み、
前記フレームが、前記負極層、前記正極層、および前記電解質層のそれぞれ１つよりも実質的に厚い装置。
【請求項２】
前記フレームが、それぞれ前記フレームの各側面上にある２つの接着剤層を有する積層ポリエステル・シートから成り、前記接着剤層が、前記下側基板層を前記上側基板層に接着して接続する、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項３】
前記接着剤層が、前記装置を組み立てる前に剥離ライナーを利用する、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項４】
前記基板および前記負極層の間に設けられる負極集電体層をさらに備える、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記正極層および前記負極層の１つまたは両方が、乾燥または硬化したインクから成る、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記負極層および前記正極層の１つのみが乾燥または硬化したインクから成り、前記負極層および前記正極層の他方が細長い材料片から成る、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記細長い材料片が亜鉛を含む、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記細長い材料片が接着剤層を含む積層体である、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記細長い材料片が亜鉛を含む、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記フレームが前記セルの周辺の周りに位置する、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記フレームが、前記フレームを介して前記負極層および前記正極層の１つまたは両方にアクセスする手段を提供する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記アクセスする手段が前記フレームを通る貫通穴から成り、前記セルが、前記フレームを前記下側基板層および前記上側基板層の１つまたは両方に固着する接着剤層をさらに備え、前記接着剤層が前記貫通穴も封止する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記セルが、前記フレームを前記下側基板層および前記上側基板層の１つまたは両方に固着する接着剤層をさらに備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記接着剤層が封止コーキング材から成る、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記フレームが、前記電解質と、前記正極層および前記負極層の少なくとも１つとの厚さの合計とほぼ同じ厚さであり、
前記装置が、ほぼ平板状であるとともに、前記フレームの厚さを前記基板層それぞれの厚さに加えたものとほぼ同じ厚さである、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
前記第１の基板層および前記第２の基板層の１つまたは両方が、複数の異なる層の積層体から成る、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
前記異なる層がメタライズ層を含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記異なる層が、構造層、酸化物バリア層、およびヒート・シール層を含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記セルと同時に形成された電子部品をさらに備える、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
ほぼ平板状の電池を形成するため、電気的に互いに接続された複数の前記セルをさらに備える、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項２１】
前記複数のセルが同じフレームの少なくとも一部分を共有する、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記正極層および前記負極層が両方とも、前記正極層および前記負極層がほぼ同一平面上にあるようにして、前記第１の基板層および前記第２の基板層の同じ１つの上に設けられる、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
前記正極層および前記負極層が同一面に配置される、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
前記正極層および前記負極層が同一平面上に配置される、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項２５】
前記フレームが、前記第１の基板層および前記第２の基板層とともに、ゲルまたは液体を前記セル内に含む前記電解質層を収容する封止された内部空間を形成する、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
前記内部空間が、前記負極層および前記正極層の少なくとも大部分を前記空間内にさらに収容する、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記フレームがインクから成る、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項２８】
前記フレームが紫外線硬化した誘電材料から成る、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項２９】
電流を発生させる平板状の電気化学セルを備える装置であって、前記セルが、
複数の積層から成る第１の基板層と、
第２の基板層と、
前記第１の基板層および前記第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられる負極層と、
前記第１の基板層および前記第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられる正極層と、
前記負極層と接触し、かつ前記正極層とも接触している粘稠液体を含む電解質層と、
前記電解質を収容し、かつ前記負極層の大部分および前記正極層の大部分もその中に収容する内部空間を形成するため、前記下側基板層を前記上側基板層に接続し固着するフレームとを含み、
前記正極層および前記負極層の少なくとも１つが、硬化または乾燥したインクから成る装置。
【請求項３０】
前記負極層および前記正極層の１つのみが乾燥または硬化したインクから成り、前記負極層および前記正極層の他方が細長い材料片から成る、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記フレームが、前記フレームを介して前記負極層および前記正極層の１つまたは両方にアクセスする手段を提供する、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項３２】
前記セルと同時に製造された電子部品をさらに備える、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項３３】
電池を形成するため、互いに電気的に接続された複数の前記セルをさらに備える、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項３４】
前記正極層および前記負極層が両方とも、前記第１の基板層および前記第２の基板層の同じ１つの上に設けられ、かつ前記正極層および前記負極層がほぼ同一平面上にある、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項３５】
前記負極層および前記正極層の１つのみが乾燥または硬化したインクから成り、前記負極層および前記正極層の他方が細長い材料片から成る、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記装置が、前記フレームの厚さを前記基板層それぞれの厚さに加えたものとほぼ同じ厚さのほぼ平板状の形状に形成される、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項３７】
前記基板層の１つまたは両方が、構造層、酸化物バリア層、およびヒート・シール層をすべて含む、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項３８】
（１）負極集電体層が、前記負極層と、前記負極層がその上に設けられる前記第１の基板層および前記第２の基板層の少なくとも１つとの間に設けられるか、または（２）正極集電体層が、前記正極層と、前記正極層がその上に設けられる前記第１の基板層および前記第２の基板層の少なくとも１つとの間に設けられるか、あるいはその両方である、請求項２９に記載の装置。
【請求項３９】
前記正極層および前記負極層の両方を前記電解質で湿潤させておくセパレータ層をさらに備える、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項４０】
前記正極層および前記負極層が同一面内に配置される、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項４１】
前記正極層および前記負極層が同一平面上に配置される、前記請求項のいずれかに記載の装置。
【請求項４２】
少なくとも１つのセルを備える電池であって、前記少なくとも１つのセルが、
構造層、酸化物バリア層、およびシール層を少なくとも含む複数の積層から成る第１の基板層と、
前記複数の積層から成る第２の基板層と、
前記第１の基板層および前記第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられる負極集電体層と、
前記負極集電体層の上に設けられる負極層と、
前記第１の基板層および前記第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられるか、または、前記第１の基板層および前記第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられる正極集電体層の上に設けられる正極層と、
前記正極層および前記負極層と接触している電解質を含む電解質層と、
前記正極層の少なくとも一部分および前記負極層の少なくとも一部分とともに前記電解質をその中に収容する内部空間を形成するため、前記下側基板層を前記上側基板層に接続する、前記セルの周辺の周りのフレームとを含み、
前記内部空間が、前記セルの外部からほぼ密閉される電池。
【請求項４３】
前記電解質層が、前記正極層および前記負極層の両方を前記電解質で湿潤させておくセパレータ層を含む、請求項４２に記載の電池。
【請求項４４】
前記電解質層が、前記電解質層を、前記正極層および前記負極層と接触している粘稠液体に形成する手段を含む、前記請求項のいずれかに記載の電池。
【請求項４５】
前記負極層がインクから成る、前記請求項のいずれかに記載の電池。
【請求項４６】
前記負極集電体層が異なるインクから成る、請求項４５に記載の電池。
【請求項４７】
前記正極層が亜鉛を含む細長片から成る、請求項４６に記載の電池。
【請求項４８】
前記集電体層の少なくとも一部分が前記正極層の少なくとも一部分に面する、前記請求項のいずれかに記載の電池。
【請求項４９】
前記正極層が、前記負極層とほぼ同一平面上にあり、かつそれに隣接する、前記請求項のいずれかに記載の電池。
【請求項５０】
前記請求項のいずれかに記載の電池であって、前記フレームが、
内側フレームと、
外側フレームとを含み、
フレーム空間が、前記内側フレームおよび前記外側フレームの間に形成される電池。
【請求項５１】
前記内側フレームが漏れを生じる場合に前記電解質を前記セル内に収容するため、前記フレーム空間が封止される、請求項５０に記載の電池。
【請求項５２】
前記負極層が、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、デンプン、変性デンプン、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、ポリエチレンオキシド、ポリアクリルアミド、およびテフロンの１つまたは複数を含む高分子結合剤を有するインクを含む、前記請求項のいずれかに記載の電池。
【請求項５３】
前記請求項のいずれかに記載の電池を備えるとともに、接着剤層をさらに備えるラベル。
【請求項５４】
前記請求項のいずれかに記載の電池を備える医療機器。
【請求項５５】
電気化学セルを含む装置の製造方法であって、前記セルを形成する工程を含み、前記形成する工程が、
複数の層を有する積層ウェブを少なくとも１つが含む、第１の基板層および第２の基板層を提供する工程と、
負極層および正極層の１つを、前記第１の基板層および前記第２の基板層の１つの上に印刷する工程と、
印刷または他の何らかのプロセスによって、前記負極層および前記正極層の他方を前記第１の基板層および前記第２の基板層の１つの上に提供する工程と、
前記第１の基板層および前記第２の基板層の１つの上にフレームを提供する工程と、
粘稠液体を含む電解質層を提供する工程と、
前記負極層、前記正極層、および前記電解質層を収容する内部のほぼ封止された空間を形成するため、前記第１の基板層および前記第２の基板層の他方を前記フレームに接続する工程とを含む方法。
【請求項５６】
前記セルを形成する工程と同時に、前記装置に含まれる電動構成要素を形成する工程をさらに含む、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記フレームが、前記第１の基板層および前記第２の基板層の前記１つの上に印刷される、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項５８】
複数の電気化学セルの製造方法であって、
下側基板を提供する工程と、
負極集電体を前記基板上に印刷する工程と、
負極層を前記負極集電体の少なくとも一部分の上に印刷する工程と、
亜鉛を含む正極片を前記基板上に提供する工程と、
内部空間を形成するため、前記負極層および前記正極片の周りの周辺を形成する画像フレームを印刷する工程と、
粘稠なまたはゲル化した電解質を前記内部空間に付加する工程と、
前記セル内の前記内部空間を封止するため、前記フレームの上方に上側基板を提供する工程と、
前記上側積層基板を前記画像フレームの周りで切断する工程とを含む、
前記複数のセルのそれぞれを形成する工程と、
前記セルそれぞれの間で前記下側基板を穿孔または切断する工程とを含む方法。
【請求項５９】
前記セルをロール状に巻く工程をさらに含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記巻く工程の前に、前記セルを列ごとに切り離す工程をさらに含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項６１】
次のもののステップを含む複数の電気化学セルを製造する方法：
導電性インクを使用して、各セル用の負極集電体を下側基板上に印刷する工程と、
任意に、各集電体の一部分全体にわたって通電接点を印刷する工程と、
接着剤を使用して連続的な正極片を前記下側基板上に積層することにより、各セル用の正極を提供する工程と、
各負極集電体の一部分全体にわたって負極を印刷する工程と、
各セルの正極および／または負極の上方に電解質層を提供する工程と、
各セル用の前記正極、前記負極、および前記電解質層の周りにフレームを印刷する工程と、
各フレームの上に接着剤層を印刷する工程と、
上側基板を各フレームに提供して固着し、それによって、各セル用の前記正極、前記負極、および前記電解質層を収容する内部空間を形成する工程とを含む、複数の電気化学セルの製造方法。
【請求項６２】
前記画像フレームの１つの辺以外のすべてにおいて、各画像フレームの外側の周りの両方の基板層を切断する工程をさらに含む、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
各画像フレームの前記１つの辺において、前記上側積層体のみを切断し、それによって、各セルの底部基板延長部に露出した電気接点を有する複数のユニット・セルを提供する工程をさらに含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項６４】
各画像フレームの前記１つの辺において、各セルの前記下側基板を穿孔する工程をさらに含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項６５】
前記セルをロールに巻き付ける工程をさらに含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【請求項６６】
前記フレーム内に第２のフレームを提供し、それによって、前記セルそれぞれの中に、電解質の漏れがある場合にそれを中に収容する漏れ貯留部を形成する工程をさらに含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、一般に、電気化学セルまたは電池に関し、より具体的には、画像フレームの特徴を利用する平板状の薄型電気化学セル、および印刷方法を含むその製造方法に関する。さらにより具体的には、本発明は、２つの電極、セパレータ、電解質、および２つの積層フィルム層間のセル・フレームを含む、印刷可能な薄型セルおよびその製造方法に関する。
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００６年３月１７日出願の同時係属中の米国出願、代理人整理番号３７９９０ＵＳ１の利益を主張し、さらに、２００５年３月２２日出願の米国仮出願６０／６６４１３５、２００５年５月６日出願の米国仮出願６０／６７８７２６、および２００６年１月１９日出願の米国仮出願６０／７６０２４２の利益を主張する。これらはそれぞれ、全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
ここ約１００年の間、科学者は、様々な用途向けの炭素／亜鉛携帯電源を製造している。携帯電源の初期の頃は、これらの電源は現在の規格に比べて非常に大きかった。例えば、Ｅｖｅｒｅａｄｙ製の非常に一般的な「Ｉｇｎｉｔｏｒ  Ｃｅｌｌ」は、直径約７．６２ｃｍ（３インチ）および高さ約２２．８６ｃｍ（９インチ）であり、ラジオ、ブザー、クリスマス用の電灯などの多くの用途に使用されていた。これらの大型セルは、有名なＥｖｅｒｅａｄｙ＃６（直径約５．０８ｃｍ（２インチ）×高さ約１５．２４ｃｍ（６インチ））などのいくつかのより小型のもの、および現在の最も小型のユニット・セル、すなわち＃９５０（Ｄサイズ）と同様に、一般に、用途によっては電圧が４０Ｖを超える電池パック状にされた。これらは同じようなサイズであり、点灯装置やラジオ、および自動車点火システムに用いられる現在の自動車電池よりもさらに大きかった。１９００年代中頃に、トランジスタなどの高度なエレクトロニクスの到来により、携帯電源に対する電気的な要件は大幅に緩和された。その結果、セルのサイズも、単２電池、単３電池、および単４電池、ならびにさらに小型のボタン型電池を含むように低減することができた。この電力の低減は２１世紀に入っても継続しており、スマートラベル、スマートクレジットカード、センサ、データロガーや、グリーティングカードおよびバッジなどのノベルティ商品などの用途によって現在必要とされる最大電流は数ｍＡであり、多くの用途では約１．５〜３．０Ｖでわずか数μＡ程度しか必要とされない。これらの用途は、その目立たない外形および可搬性を維持するため、電源が平板状で非常に薄いことも必要とする。
【０００３】
ここ２５年間、薄型の平板状セルおよび電池を製造するための様々なアプローチが、多数の科学者および企業によって試みられた。それには、ポラロイド社（Ｐｏｌａｒｏｉｄ）によって開発され、広く知られているインスタントフィルム電池パックが含まれる。この電池パックは、ポラロイド社のインスタントフィルムの各パッケージ内で使用された。これにより、ポラロイド社は、ユーザが新しいフィルムのパックをカメラに装填するたびに、カメラ内部に新しい電池を有することが可能になった。多数の層および金属箔積層体パッケージを備えたこの高コスト電池は、例えば、電球に点火しモータに動力供給することができる、高電圧高電流の電池であり、必要とされている新しい薄型の低コスト電池の現実的な競争相手ではない。ポラロイド社に加えて、他のものは、様々な電気化学的な方法で薄型電池を開発しようとしてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
参照により本明細書に組み込まれる、２００５年４月２０日出願の同時係属中の米国出願１１／１１０２０２は、平板状セルおよび電池の新しい設計および製造方法について考察している。
成長市場が低コスト低容量の薄型の平板状セルを必要としていることから、多用途で大量生産するのに安価な、印刷可能な薄型の平板状フレキシブル・セルを製造することが有利であろう。低電力かつ高生産量の用途に非常に適した印刷可能な使い捨て薄型セルは、特にそれらが、適切な電圧、十分な容量、および低コストの解決策を提供する場合に有用であろう。一般的に、従来の目立たない外形の電池は、たとえあったとしてもこれらの特性をほとんど有さない。
【０００５】
さらに、水平方向の小袋状充填材(pouch filler)を使用して組み立てられている、先願における上述の構造（参照により組み込まれる米国出願１１／１１０２０２を参照）は、空気をまき込む恐れがあり、ある用途で望まれるほどには平板状で薄型のものではないことがある。また、そこに開示されているようなセルは、大きな圧縮力に弱いことがある。それに加えて、当該出願のいくつかの実施形態の構成において開示されている紙層の必要性を回避することが有用であると思われ、さらに、当該出願の液体電解質は、取扱いが困難な場合があり、また印刷不能なことがある。当該出願に開示されている折り畳み工程を排除することも、同様に有用なことがある。それに加えて、当該出願に組み入れることができるセルは、製造の間動力供給していることが同様に有用であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
電池電源の機能を果たす１つまたは複数の電気化学セルを含む装置の複数の実施形態が提供される。これらの実施形態としては、それに限定されるものではないが、電流を発生させる電気化学セルを備える装置が挙げられ、この装置のセルは、ほぼ均一な厚さの第１の基板層およびほぼ均一な厚さの第２の基板層を含む。また、第１の基板層および第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられる負極層と、第１の基板層および第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられる正極層とが含まれる。さらに粘着性の液体を含み、負極層及び正極層と接触している電解質層と、ほぼセルの周辺の周りに設けられ、下側基板層を上側基板層に接続するほぼ均一な厚さのフレームとが含まれる。
【０００７】
フレームは、負極層、正極層、および電解質層のそれぞれ１つよりも実質的に厚く、装置は、ほぼ平板状であるとともに、フレームの厚さを基板層それぞれの厚さに加えたものとほぼ同じ厚さである。
また、電流を発生させる平板状の電気化学セルを備えるほぼ平板状の装置が提供され、セルは、複数の積層から成る第１の基板層と、複数の積層から成る第２の基板層とを含む。また、第１の基板層および第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられる負極層と、第１の基板層および第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられる正極層とが含まれる。さらに、負極層と接触し、かつ正極層とも接触している電解質層と、電解質を収容する内部空間を形成するため、下側基板層を上側基板層に接続するフレームとが含まれ、フレームは、負極層の少なくとも大部分および正極層の少なくとも大部分も内部空間の中に収容する。正極層および負極層の少なくとも１つは、硬化または乾燥したインクから成る。
【０００８】
さらに、例えば上述の少なくとも１つのセルを備える電池が提供され、または、少なくとも１つのセルは、構造層、酸化物バリア層、およびシール層を少なくとも含む複数の積層から成る第１の基板層を含む。セルは、また、複数の積層から成る第２の基板層を含む。セルは、また、第１の基板層および第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられる負極集電体層と、負極集電体層の上に設けられる負極層と、第１の基板層および第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられるか、または第１の基板層および第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられる正極集電体層の上に設けられる正極層とを含む。セルは、また、正極層および負極層と接触している電解質を含む電解質層と、正極層の少なくとも一部分および負極層の少なくとも一部分とともに電解質をその中に収容する内部空間を形成するため、下側基板層を上側基板層に接続する、セルの内周の周りのフレームとを含む。セルの内部空間は、セルの外部からほぼ密閉される。
【０００９】
さらにまた、電気化学セルを含む装置の製造方法が提供される。方法は、セルを形成する工程を含み、形成する工程は、複数の層を有する積層ウェブを含む、第１の基板層および第２の基板層を提供する工程を含む。形成する工程は、また、負極層および正極層の１つを、第１の基板層および第２の基板層の１つの上に印刷する工程と、印刷または他の何らかのプロセスによって、負極層および正極層の他方を、第１の基板層および第２の基板層の１つの上に印刷する工程とを含む。形成する工程は、また、第１の基板層および第２の基板層の１つの上にフレームを提供する工程と、粘稠液体を含む電解質層を印刷する工程と、負極層、正極層、および電解質層を収容する内部空間を形成するため、第１の基板層および第２の基板層の他方をフレームに接続する工程とを含む。装置は、フレームの厚さを前記基板層それぞれの厚さに加えたものとほぼ同じ厚さの、ほぼ平板状の形状に形成することができる。
さらに追加の実施形態が提供され、すべてではないがそのいくつかが以下に記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本明細書では、特に明示しない限り、すべてのパーセンテージは重量パーセントである。また、本明細書では、「５〜２５」（または「約５〜２５」）などの範囲が与えられた場合、少なくとも１つの実施形態では、少なくとも約５を意味し、別個かつ独立に約２５以下を意味し、特に指示しない限り範囲は厳密に解釈されるものではなく、許容できる例として与えられる。さらに本明細書では、列挙されるまたは好ましい値に続く括弧内の範囲は、本発明の追加の実施形態によるその値のより広い範囲を示す。
【００１１】
本発明は、印刷された薄型電気化学セル、および／または複数のそのようなセルを備える電池に関する。一般的に、そのようなセルはそれぞれ、第１の電気化学層を有する第１の電極（例えば、負極）と、第２の電気化学層を有する第２の電極（例えば、正極）と、電極と相互作用して電流を発生させる電解質とを少なくとも含む。第１および第２の電極ならびに電解質はすべて、一般的には、電流を装置に供給するため、電極に対する外部の電気的アクセスを提供する何らかの構造内に収容される。
【００１２】
そのようなセルを大量生産する１つの方法は、水性および／または非水性溶媒インクおよび／または他の塗料を、例えば積層高分子フィルム層などの、特殊な基板上にあるパターンで堆積させる工程を含む。堆積は、電気化学インクを印刷することにより、および／または亜鉛箔などの金属箔を積層することにより行うことができる。特に必要な量が非常に多い場合には、例えば、１または複数の高速ウェブ印刷機上で、堆積を行うことができる。量がより少ない場合、例えば約数百万個以下の数量の場合、平面スクリーンを用いたウェブ印刷などの、より低速の方法が適切なことがある。量が数百または数千個程度とさらに少ない場合、例えば、シートフィーダー式の平面印刷機を利用してもよい。
【００１３】
インクが印刷された後、かつ／または固体が適切に配置された後、セルを完成させる（例えば、封止し、打ち抜き、積み重ね、かつ／または穿孔し、ロール状に巻く、あるいは印刷機上で複数のシートが使用された場合、積み重ねる）ことができる。このセル製造プロセスは、１つまたは複数の別個のセルを、実際の電子アプリケーションと一体化するか、または直列もしくは並列に接続された複数のセルを備える電池に組み入れるか、あるいはその２つの何らかの組合せに利用することもできる。そのような装置および対応するプロセスの例を後述するが、多数の追加の実施形態も予期される。
【００１４】
上述したように、本発明を、印刷された、可撓性の薄型電気化学セルとして説明することができる例えば、そのような電池は、例えば下側フィルム基板を含むことができる。下側フィルム基板は、両面を高分子フィルムに取り囲まれた高防湿層をその中央におそらくは含むことを特徴とする特殊な高分子積層体を利用することができる。さらに、１または両方の外表面は、必要に応じて、情報、ロゴ、指示、識別、通し番号、グラフィックス、または他の情報もしくは画像を印刷するため、印刷を受け入れるようにすることができる。
【００１５】
本発明のどの構成が使用されるかによって、基板の内側のプライは、バリア塗膜の反対側の側面上に共有押出し成形されてもよいヒート・シール層を特徴とすることもできる。
【００１６】
それに加えて、少なくともいくつかの実施形態におけるセルの下側基板層の内表面の一部分は、例えば、フィルム基板の一部分上に印刷もしくは塗布されるか、または別の方法で適用された、炭素などの負極集電体を利用することができる。この集電体の外側接触面積には、例えば、必要に応じてアプリケーション接続部に対する導電性を改善するため、銀、ニッケル、または錫などの、比較的高導電性のインクの層を印刷することもできる。しかし、所要電流が比較的低い電池用途に使用される場合、より高い導電性の層材料またはさらには集電体を１または両方の電極に対して設ける必要がないことがある。
【００１７】
少なくともいくつかの実施形態では、水ベースのインクからなる電気化学層が負極として印刷される。そのような負極層は、例えば、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、炭素、および高分子結合剤を含むことができる。負極層のための他の処方も、これらの材料のいずれかを有して、または有さずに利用することができる。負極集電体層が使用される場合、負極電気化学層は、基板に最初に印刷されるか別の方法で塗布される負極集電体の少なくとも一部分上に印刷される。
【００１８】
いくつかの実施形態では、約０．１２７ｃｍ（０．０５０インチ）の間隔で負極集電体に隣接して、亜鉛箔の細長片を正極として配置することができる。例えば、亜鉛または他の何らかの適切な材料を含むインク層などの、他の正極組成物も可能である。
【００１９】
この正極の配置の前に、オフ・ライン操作において、おそらくは剥離ライナーを使用してドライ・フィルム接着剤層を塗布することができる。次に、亜鉛箔をドライ・フィルム接着剤に積層することができる。
【００２０】
正極および／または負極の全体にわたって、デンプン・インクまたは同様の材料が任意に印刷される。デンプン・インクは、水性電解質溶液がセルに添加された後、電極を「湿潤」させておく、電解質吸収体の機能を果たすことができる。このデンプン・インクは、電解質塩およびセル反応用に必要な水も含むことができる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、デンプン層（１つまたは複数）を有してまたは有さずに、２つの電極が適所に置かれた後、セル「画像フレーム」を付加することができる。これは、多数の異なる方法を使用して行うことができる。１つの方法は、例えば、誘電体インクを用いてこのセル画像フレームを印刷するものである。別の方法は、各ユニット・セルの材料を収容する適切な「ポケット」（１つまたは複数の内部空間）を形成するため、型押し、打ち抜き、レーザー切断、または類似の方法で作製された高分子シートを利用するものである。
【００２２】
確実に画像フレームを基板に良好に固着させ、かつ直接フィードスルー（内部セルから外部セルへの電気経路を提供する）を良好に封止するため、例えばフレームを印刷する前または高分子シートを挿入する前に、例えばセル・フレームと同じパターンで、封止またはコーキング接着剤を基板上に印刷することができる。
【００２３】
この封止またはコーキング材は、例えばＡｃｈｅｓｏｎ  ＣｏｌｌｏｉｄのＰＭ０４０などの、例えば感圧性および／または感熱性のもの、あるいは両表面の封止を容易にするであろう他の任意のタイプの材料であることができる。
【００２４】
誘電性の画像フレームを印刷し、乾燥および／または硬化させた後、感圧性封止接着剤をフレームの上に印刷して、セル・フレームに対する上側基板の良好な封止を可能にすることができる。このセル画像フレームは、また、予め孔あけされ、次に予め印刷された上述のコーキング接着剤層と一致するように位置合わせして積層された、厚さ約０．０３８ｃｍ（０．０１５インチ）（約０．００８ｃｍ〜０．１２７ｃｍ（０．００３インチ〜０．０５０インチ）の範囲）の高分子フィルムを含むことができる。
【００２５】
塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）は、少なくともいくつかの実施形態において、例えば約１８重量％〜４５重量％の濃度範囲で電解質として選択することができる。電解質は、例えば開放セルに添加することができる。ライン上での処理を容易にするため、この電解質または異なる電解質を、例えば、ＣＭＣを約０．６重量％（約０．０５％〜１．０％の範囲）のレベルで用いて厚くすることができる。
【００２６】
例えば、塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）と塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）の混合物、酢酸亜鉛（Ｚｎ（Ｃ２Ｈ２Ｏ２））、臭化亜鉛（ＺｎＢｒ２）、フッ化亜鉛（ＺｎＦ２）、酒石酸亜鉛（ＺｎＣ４Ｈ４Ｏ６・Ｈ２Ｏ）、過塩素酸亜鉛Ｚｎ（ＣｌＯ４）２・６Ｈ２Ｏ、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、または有機物などの、他の有用な電解質配合物も使用することができる。
【００２７】
塩化亜鉛は、通常直面する一般的な環境条件に対して優れた電気性能を提供する、一般に好まれる電解質であり得る。同様に、上述の代替電解質のいずれかを、特に、例えば約１８％〜４５％の範囲内の濃度（重量基準）で使用することができ、少なくともいくつかの他の実施形態においては約２５％〜３５％の範囲が使用される。そのような組成物もまた、一般的な環境条件下で許容できる性能を提供することができる。
【００２８】
塩化亜鉛以外の電解質を使用することで、いくつかの異なる環境条件下で、改善されたセル／電池の電気性能を提供することができる。例えば、約３２重量％の酢酸亜鉛（Ｆ．Ｐ（凝固点）約２８℃）は、約３２重量％の塩化亜鉛（Ｆ．Ｐ．約−２３℃）よりも低い凝固点を示す。これらの溶液は両方とも、約２７％の塩化亜鉛（Ｆ．Ｐ．約−１８℃）よりも低い凝固点を示す。他の酢酸亜鉛濃度、例えば約１８〜４５重量％または約２５〜３５重量％は、約−１８℃というさらに低下した凝固点を示す。
【００２９】
そのような電解質配合物を塩化亜鉛の代わりに、またはセルに使用される様々な混合物中に使用することにより、低温での性能を改善することができるようになる。例えば、約３２％の酢酸亜鉛電解質を使用することにより、ボルタ電池の低温（すなわち、約−２０℃未満）性能が大幅に改善されることが分かっている。低温におけるこのタイプの電気化学セルの性能の改善を、例えば電池動力式ＲＦＩＤタグ、ならびに／または、寒い環境で使用されることがある、例えばスマート能動ラベルおよび温度タグなどの他の過渡的な（可搬型）電動式装置の成長しつつある事業に利用することができる。
【００３０】
例えば、食品、医薬品、血液などの、今日輸送される多くの製品は、低温の貯蔵および輸送条件、またはさらに低温での動作を必要とすることがある。そのような物品を確実に安全に輸送するため、これらの品目は、能動ＲＦＩＤタグおよび／またはセンサを用いて追跡することができる。これらのタグおよび／またはラベルは、−２０℃、もしくはさらに低い、例えば約−２３℃、約−２７℃、またはさらには約−３０℃以下の温度で有効に動作する、電気化学セルおよび／または電池を必要とすることがある。
【００３１】
低温用途における改善された低温性能を達成するため、酢酸亜鉛が使用されるとき、約３１〜３３重量％の範囲の酢酸亜鉛濃度が許容できる場合が多いが、約３０〜３４、約２８〜３６、約２６〜３８、さらには約２５〜４０重量％の範囲を利用することもできる。
【００３２】
少なくとも１つの実施形態では、水性電解質を付加した印刷されたデンプン層の構成は、例えば、各電極の少なくとも一部分を有効に覆う印刷可能な粘稠液体（ゲルまたは他の何らかの粘稠材料を含むことができる）と置き換えることができる。１つのそのような印刷可能なゲルは、参照により本明細書に組み込まれる、２００３年９月４日発行の米国特許公開公報２００３／０１６５７４４Ａ１に記載されている。これらの粘稠配合物は、例えば、上述の電解質の式および濃度を利用することができる。
【００３３】
セル・パッケージの上側基板は、内部セル／電池構成要素を超えてセル・フレーム上に延びる縁部を有する、特殊な積層高分子フィルムを利用することができる。上側層は、感圧性接着剤（ＰＳＡ）を用いて、かつ／または予め印刷された感熱性封止接着剤で、セル・フレームの縁部の周りで封止して、内部構成要素をセル・フレーム内に密閉することができる。
【００３４】
上記の構成はウェット・セル構成であり得るが、類似のセル構成を使用して、本発明は、液体を適用する前の保管寿命を延長する利益を有する予備セル構成とすることもできる。印刷可能な、可撓性の塩化亜鉛薄型電池は、環境に優しいものにすることができる。例えば水銀またはカドミウムなどの、有害な構成成分を使用する必要がないような構成を利用することができる。したがって、この設計による古いかつ／または消耗したセルは、通常の廃棄物除去手段を使用して廃棄することができる。
【００３５】
この技術を使用することができる装置は広範囲である。必要な電力が比較的低い、または寿命が１〜２年に限定された装置は、本発明による薄型セル／電池を利用して機能することができる。上記パラグラフおよび以下に記載されるような本発明のセルは、安価で大量生産することができる場合が多いので、例えば使い捨て製品に使用することができる。コストが低いことにより、これまでは費用効率が低かった用途が可能になる。
【００３６】
本発明による電気化学セル／電池は、次の利点の１つまたは複数を有してもよい。
比較的薄型である。
平板状かつ比較的均一な厚さであり、縁部の厚さが中央部とほぼ同じである。
可撓性である。
多くの幾何学的形状が可能である。
封止されたコンテナである。
単純な構成である。
高速かつ大量生産用に設計されている。
低コストである。
多くの温度における性能の信頼性が高い。
低温性能が良好である。
使い捨てで環境に優しい。
両方のセルコンタクトが同じ表面上に設けられる。
アプリケーションへの組立てが容易である。
電子アプリケーションが製造されるのと同時に、連続プロセスで容易に一体化することができる。
【００３７】
上記は、本発明のいくつかの実施形態による様々なセル構成の概要であり、さらなる詳細を図面を用いて以下に示す。同様に、セルを印刷し組み立てるためのセルおよび電池の製造プロセスも、以下に示す。
【００３８】
図１〜４は、完成したユニット・セル１０１の２つの実施形態を示す平面図および断面図である。本明細書におけるセル１０１は、考察のため、手製の一実施形態であることを前提としているので、セル構成の部品および詳細は簡略化され、より容易に記述できるようにされ、また、処理の詳細を避けながら十分に説明することができる。本発明の後述の考察において、簡略化されたセル構成が提供された後、例えば高速印刷機上で製造することができる実施形態を提供するため、構成（材料および処理方法）の詳細に関するいくつかの変形例が提示される。
【００３９】
図１〜４のセル１０１は、上側積層フィルム基板（層）１１２、下側積層フィルム基板（層）１１１、正極コンタクト１４０および負極コンタクト１５０を有する拡張領域１８０を含む。図１〜４にその実施例が示されるセル１０１は、電解質と電気化学的に相互作用して電流を生じさせることができる異なる組成の電気化学層からそれぞれ成る、電極層１３０（負極）および電極層１１５（正極）から成る。明瞭にするため、図１の中のセル１０１は上側積層体１１２を除いて示される。
【００４０】
負極層１３０を適用する前に、高導電性炭素から成る負極集電体１３１を、下側積層基板１１１上に印刷することができる。少なくとも１つの実施形態では、この負極集電体は、実質的に負極層１３０とコンタクト延長部１３４を組み合わせた形状およびサイズを有するが、サイズ差を利用することもできる。いくつかの実施形態では、特に負極層がより高導電性である場合、集電体は不要なことがある。
【００４１】
少なくとも１つの実施形態では、負極集電体１３１の広面積部分上に、二酸化マンガン、例えば炭素などの導電体（例えば、グラファイト）、結合剤、および水を含むインクを使用して、負極層１３０が印刷される。図４に示されるような正極層アセンブリ１６０は、亜鉛箔正極層１１５および両面ドライ・フィルム接着剤１１４の積層体として、下側積層フィルム基板１１１上に挿入される。このアセンブリは、少なくとも１つの実施形態において、負極１３０から約０．１２７ｃｍ（０．０５０インチ）（約０．０２５ｃｍ〜０．２５４ｃｍ（０．０１０インチ〜０．１００インチ））離して配置することができる（他のいくつかの実施形態では、おそらくは他の距離が利用される）。
【００４２】
正極アセンブリが挿入された後、同様に、正極層全体にわたって水性デンプン塗膜層１１６を印刷することができ、いくつかの構成では、このデンプン層は、２つの電極層を分離する図２Ａに示される間隙１３９内に、負極層（図１および２には図示なし）全体にわたって同様に印刷することもできる。
【００４３】
電極層（正極アセンブリ１６０および負極層１３０）が適所に置かれた後、任意のデンプン塗膜１１６が存在する場合には、それとともに、「画像フレーム」１１３が電極の周りに配置される。この画像フレームは、様々な実施形態に対して、多数の異なる材料で、かつ多数の異なる方法で作製することができる。ここで検討されている簡略化された構成では、画像フレーム１１３は、中間にポリエステルまたはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などがあり、感圧性接着剤の２つの外側層（上側表面上の１１８および下側表面上の１１７）を有する、打ち抜きされた高分子積層体シートを含むことができる。個々の剥離ライナーは図中には示されない。上側ＰＳＡ層１１８は、上側積層基板１１２を画像フレーム１１３に固着し、下側ＰＳＡ層１１７は、下側積層基板１１１を画像フレーム１１３に固着するのに使用することができる。
【００４４】
一実施形態では、画像フレーム・アセンブリは、合計約０．０３８ｃｍ（０．０１５インチ）（約０．０１３ｃｍ〜１．２７ｃｍ（０．００５インチ〜０．５０インチ））の厚さ（ライナーの厚さを除く）を有する。画像フレームは、電極がフレーム内の中央にくるようにして、ボトム剥離ライナーを除去した後に下側積層基板１１１上に配置することができる。場合によっては、確実に漏れがない構成にするため、両面感圧性接着剤ＰＳＡテープによる封止および／またはコーキング接着剤、ならびに／または感熱性封止および／またはコーキング接着剤を、電極のフィードスルー領域（例えば、正極フィードスルー１５３および負極フィードスルー１３３）内の電極全体にわたって印刷することができる。
【００４５】
図２Ａに示されるようなセル１０１を作製する次の操作は、セル電解質２９９を、１つまたは両方の電極を覆っているデンプン・インク層１１６に付加することである。電解質は、約０．６％レベル（約０．１％〜２％）のカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などのシックナーも含有することができる、約２７重量％（約２３重量％〜４３重量％）のＺｎＣｌ２水溶液であることができる。
【００４６】
デンプン・インクまたは印刷可能な電解質が使用されない場合、電解質溶液２９９を付加する前に、図２に示される浸透セパレータ２００を両方の電極全体にわたって挿入することができる。
【００４７】
セルは、画像フレーム全体にわたって上側積層体１１２を適用し封止することによって完成する。この上側積層体を適用する前に、剥離ライナーが存在する場合（図示なし）、それを、画像フレーム１１３の上の上側接着剤層１１８から除去する。
【００４８】
積層フィルム基板１１１および１１２の構成例の３つの実施形態が、図５、５Ａ、および５Ｂにそれぞれ示される。下側および上側積層フィルム層は、ほとんどの場合かつほとんどの用途において、同じ材料のものである。図５に示されるような少なくとも１つの実施形態１０００では、これらのフィルム層は、例えば、Ｃｕｒｗｏｏｄ  Ｉｎｃ．、Ｂｅｍｉｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｏｓｈｋｏｓｈ、ＷＩ）製のものなどの３層積層フィルムから成ることができる。そのような積層体の異なる構造が、図５Ａの断面図に示される。この積層フィルム１１００は４層を有する。セル内部に配置された上側層１１０１は、約０．４８ミル（約０．２〜５．０ミル）の厚さ例を有し、Ｔｏｐｐａｎ（日本）製のＧＬフィルムなどの高防湿高分子層である。一般的には、このポリエステル・フィルムは、積層構造の内部に、酸化物または金属化塗膜１１０４を有する。これらの高分子（ポリエステル）ベースのバリア・フィルムは、真空蒸着された酸化物または金属の種類および量に応じて異なる水分透過値を有することができ、下側ポリエステル層１１０３に積層することができ、かつウレタン接着剤１１０２を備えた構造層としての機能を果たすことができる。
【００４９】
セルの構成、セルの用途、および／またはセルの環境に応じて、基板が異なるバリア特性を有するのが有利なことがある。利用可能な蒸気透過速度が広範囲に及ぶため、バリア層は、必要に応じて、特定の用途および構成それぞれに対して選択することができる。場合によっては、例えばセルが意図的により高いガス発生速度を有する場合、より多量のガスを逃がすことができるようにして、セルの膨れを最小限に抑えるため、より高い透過速度のフィルムを使用することが適切かつ望ましいことがある。別の実施例は、砂漠などの高温の乾燥した環境における用途であろう。そのような場合、セルからの過度な水分損失を防ぐため、低い透過速度のバリア・フィルムを有することが望ましいことがある。
【００５０】
図５Ａの４層構造の外側層、すなわち構造層１１０３は、例えば、延伸ポリエステル（ＯＰＥＴ）の約２．０ミル（約０．５〜１０．０ミル）の層であり、これは、例えば厚さ約０．１ミルのウレタン接着剤１１０２を用いて、他の層に積層される。この「構造層」としては、例えば、ＤｕｐｏｎｔのＭｅｌｉｎｅｘ銘柄などのポリエステル延伸（ＯＰＥＴ）フィルムが挙げられる。他には、Ｔｏｙｏｂｏ（日本）製の材料を使用することができる。この材料は、白色ミクロ孔質延伸ポリエステル（ＷＭＶＯＰＥＴ）と称されるポリエステル系の合成紙である。
【００５１】
いずれかの高分子またはすべての高分子の厚さを増加させてより厚い基板を使用することは、いくつかの利点を有することがある。これらの利点は、次の１つまたは両方を含むことができる。
・より厚い基板は感温性が低いため、印刷機上でのセルの処理がより良好である。
・セル・パッケージはより硬質でより強い。
【００５２】
上記の仕様に加えて、外側層および内側層のいずれにも、必要なインクに対する印刷受容面を付加することができる。必要に応じて、内側層（集電体および／または電気化学層など）を機能性インクに使用し、外側層をグラフィック用インクに使用することができる。システムが封止された平板状セル構成は、防湿層として金属化フィルムおよび／または非常に薄い金属箔（１つまたは複数）を含む、積層構造を利用してもよい。金属層を使用するそのような構造は、上述の実施形態のいくつかに使用される構成よりも良好な防湿層特性を有することがあるが、いくつかの不利な点を有することもある。これらは、次の１つまたは複数を含むことがある。
【００５３】
金属バリア（薄い金属箔あるいは真空メタライズ層）を備えた積層構造は、より高価な傾向がある。
・金属層を備えた積層構造は、内部ショートを引き起こす可能性を有する。
・金属バリアを含む積層構造は、例えばＲＦＩＤアンテナの機能性などの、アプリケーションの電子部品と干渉するおそれがある。
【００５４】
図１〜４のフィルム基板１１１および１１２、ならびに他の図面の層８００および９００は、バリア層（金属または他の材料を含む）を有するまたは有さない、高分子フィルムの多数の変形例から成ることができ、ポリエステルまたはポリオレフィンなどの、単層または多層フィルムのどちらかを利用することができる。ポリエステルは、改善された強度を提供して、より薄いゲージのフィルムを使用できるようにするので、利用に適した材料であり、一般的には、多重ステーション印刷機上で使用されたとき、容易に伸展されない。ビニル、セロハン、およびさらには紙も、フィルム層として、または積層構成中の層の１つもしくは複数として使用することができる。非常に長期間の保管寿命が望ましい場合、かつ／または環境条件が極端な場合、図５Ａの４層積層高分子を、酸化物塗膜１１０４の代わりにアルミニウムを真空蒸着することによって得られるような、メタライズ層を含むように変更することができる。
【００５５】
あるいは、例えば層１１０４用に、または異なる位置において、フィルム層の構造内に非常に薄いアルミニウム箔を積層することができる。そのような変形例は、既に低い水分損失を実質的にゼロにまで低減することができる。一方、その用途の寿命が比較的短い場合および／または稼動期間が短い場合、より高価なバリア層を、より低コストであるが依然としてセルを必要な寿命の期間機能させることができる、効率の低いものと置き換えることができる。
【００５６】
必要とされる寿命が非常に短い用途では、セル・パッケージには、ポリエステルまたはポリオレフィンなどの、低コストの高分子基板からなるフィルム層を代わりに使用することができる。フレーム１１３を上側基板１１２および下側基板１１１に接着する感圧性接着剤封止システムを、積層体上のヒート・シール・システムと置き換えることができる可能性がある。
【００５７】
一例として図５に示される、上側および／または下側積層基板１０００の簡略化された構成では、積層バリア層１１０１、１１０３は、例えば、ウレタン接着剤層１１０２とともに積層することができる。あるいは、図５Ａは、バリア層１１０１上のバリア塗膜である付加層１１０４を備える基板１１００を示す。それに加えて、層１１０１および１１０３は、ウレタン接着剤層１１０２とともに積層し、したがって図５Ａの実施例に示されるような基板１０５０を形成することができる。
【００５８】
あるいは、図５Ｂは、セルの基板に使用することができる７層積層基板１０９９の一実施例を示す。基板１０９９は、接着剤層１１０２を使用して前の構造に積層されるヒート・シール層１１０８を有する。約５０ゲージのヒート・シール層１１０７は、ポリエステルなどの高分子フィルム上に、非晶質ポリエステル（ＡＰＥＴまたはＰＥＴＧ）、半晶質ポリエステル（ＣＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、またはポリオレフィン高分子などのヒート・シール塗膜１１０８をさらに含む、複合層であることができる。１つのそのような材料例は、Ｄｕｐｏｎｔ製の、例えば、ＯＬ、ＯＬ２、またはＯＬ３などのＯＬシリーズと称される、Ｏｖｅｎａｂｌｅ  Ｌｉｄｄｉｎｇ（ＯＬ）フィルムである。したがって、これにより、上述のセルの上側基板１１２および／または下側基板１１１が７層構成にされるであろう。これらの構造１０００、１１００、または１０９９（それぞれ、３層、４層、および７層積層体）のいずれかの様々な層の厚さに応じて、これらの積層体全体の厚さは、約０．００８ｃｍ（０．００３インチ）、少なくともいくつかの実施形態においては約０．０２５〜０．０３８ｃｍ（０．００１〜０．０１５インチ）の範囲であり得る。あるいは、所望の用途および品質に応じて、異なる基板構成を同様に利用することができる。
【００５９】
一実施形態のセル構成のための材料は、次の材料を含む。負極集電体１３１は、Ａｃｈｅｓｏｎ  Ｃｏｌｌｏｉｄｓ（Ｐｏｒｔ  Ｈｕｒｏｎ、ＭＩ）製のものなどの高導電性炭素インク（例えば、ＰＭ０２４）を含む。集電体１３１は、例えば約６１メッシュ（いくつかの実施形態では約２０〜１８０メッシュ）の非常に粗いスクリーンを使用して、約１ミル（それぞれ約１．２〜０．４ミル）の乾燥蒸着を可能にするため、スクリーン印刷などの商用手段によって下側積層体上に印刷することができる。したがって、約５ｃｍ×５ｃｍ（２インチ×２インチ）のサイズのセルは、約５５Ω（約４４〜１００Ω）の抵抗を有するであろう。この抵抗をさらに低減するため、正極の外部コンタクト領域において高導電性コンタクト１３２を印刷することができる。この構成の実施例に使用される材料は、スクリーン印刷が可能な、Ａｃｈｅｔｏｎ  Ｃｏｌｌｏｉｄｓ（Ｐｏｒｔ  Ｈｕｒｏｎ、ＭＩ）製の銀充填導電性インク（ＳＳ４７９）である。
【００６０】
金、錫、銅、ニッケル、および／または２つ以上の導電性材料の混合物などの他の使用可能な導電性材料を、他の材料とともに、許容可能な実施形態に使用することもできる。これらの導電性インクのいずれかは、例えば、回転スクリーン、フレキソ印刷、およびグラビア印刷、ならびに例えばインクジェット印刷技術などの、印刷方法を用いて適用されてもよい。それに加えて、既製のグラファイト箔、および／または導電性樹脂、金属、およびグラファイトの１つもしくは複数を含む混合物の既製の箔を、インク負極集電体を印刷する代わりに挿入し使用することができる。必要な電流が非常に低い用途では、高導電性正極コンタクト１４０が不要なことがあり、かつ／または、ある程度高い電流が望ましい場合、回路コンタクトが代わりに高導電性コンタクトとして使用されてもよい。
【００６１】
一実施形態では、負極層１３０は、例えば、電池グレードの二酸化マンガン約４３．４％（約２０％〜６０％）、ＫＳ−６グラファイト約１４．４％（約２〜２５％）、約６．５％（約０．５％〜１５％）のポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）水溶液約２９．５％（約２０％〜６０％）、および脱イオンまたは蒸留水約９．６５％（約０．１％〜２０％）の湿潤組成物を有する水性ベースのインクを用いて、予め印刷され乾燥された負極集電体層１３１の一部分上に印刷することができる。そのようなインクは、約０．０１５ｇ／ｃｍ２（０．１０ｇ／ｉｎ２）（約０．００４〜０．０３８ｇ／ｃｍ２（０．０３〜０．２５ｇ／ｉｎ２））の公称乾燥塗布重量（ｄｒｙ  ｌａｙ  ｄｏｗｎ  ｗｅｉｇｈｔ）を可能にするために、約４６メッシュ（約１０〜６５メッシュ）のファイバーガラス・スクリーンを用いて印刷することができる。乾燥印刷の量は、一般的には、必要なセル容量によって決定され、例えばより高い容量が望ましいときはより多くの材料を使用する。より微細なスクリーンの多数のヒットの代わりに非常に粗いメッシュ・スクリーンを利用する、この新規な印刷方法を使用することにより、印刷ステーションの数を低減することができるとともに、セル性能を増加させることができる。
【００６２】
この構成例に使用される電気活性負極層（１３０）材料は、例えば、高純度電池グレードの電解二酸化マンガンを含む。この実施形態の材料の粒径範囲は、例えば約１〜１００ミクロンであり、平均粒径は約４０ミクロンである。集電体に容易に適用するため、材料のさらなる細度が求められる場合、必要に応じて、材料をミリングして、約１〜２０ミクロンの範囲、平均約４ミクロンの粒径を達成することができる。目的の構成における亜鉛正極と組み合わせて使用されてもよい、他の使用可能な電気活性負極材料は、例えば、酸化銀Ａｇ２Ｏおよび／またはＡｇＯ、酸化水銀ＨｇＯ、酸化ニッケルＮｉＯＯＨ、酸素Ｏ２（例えば、エア・セルの形態でなど）、および酸化バナジウムＶＯ２である。異なる正極材料とともに使用されてもよい負極材料としては、例えば、Ｃｄを有するＮｉＯＯＨ、ＡＢ２およびＡＢ３タイプの金属水素化物を有するＮｉＯＯＨ、ならびにＦｅおよびＦＥＳ２を有するＮｉＯＯＨの１つまたは複数が挙げられる。
【００６３】
一実施形態の負極層に使用される結合剤は、約９５０、０００ｇ／モルを超える高分子量結合剤のクラスを含む。使用することができる１つのそのような高分子は、約８５、０００〜９５、０００または約１２０、０００（より高い分子量）のポリビニルピロリドンである。使用することができる他のクラスの材料としては、ポリビニルアルコール、米、じゃがいも、トウモロコシ、および豆類を含むデンプンおよび変性デンプンのクラス、エチルおよび水酸基エチルセルロース、メチルセルロース、ポリエチレンオキシド、ポリアクリルアミド、ならびにこれらの材料の混合物の１つまたは複数が挙げられる。必要に応じて、テフロン溶液または混合プロセス中にフィブリル化したテフロンを使用することによって、追加の結合剤が得られてもよい。
【００６４】
一実施形態では、積層体１６０であることができる（かつ、例えば、約４．４６ｃｍ×０．５０ｃｍ×０．００５ｃｍ（１．７５インチ×０．２０インチ×０．００２インチ）の寸法を有する可能性がある）予め切断された正極の細長片の箔が、負極集電体／負極アセンブリから約０．１２７ｃｍ（０．０５０インチ）（約０．０２５ｃｍ〜０．２５４ｃｍ（０．０１０インチ〜０．１００インチ））の間隔で、このアセンブリに隣接した下側基板上に挿入される。挿入の前に、厚さ２ミルの電池グレードの亜鉛箔を、Ｍｏｒｇａｎ  Ａｄｈｅｓｉｖｅ  Ｃｏ．（Ｓｔｏｗ、ＯＨ）製の＃２１８０、ＩＢ１１９０、またはＩＢ２１３０などの、剥離ライナーを有する乾燥フィルム接着剤に積層することができる。例えば亜鉛の幅広のロール（例えば、幅約０．９１〜３．６５ｍ（３〜１２フィート））上でこの積層が完了した後、約２．５４ｃｍ２（１ｉｎ２）の負極セル用に、この積層構造を切断して、幅約０．５０８ｃｍ（０．２００インチ）（約０．４３２ｃｍ〜０．５８４ｃｍ（０．１７０インチ〜０．２３０インチ））の幅の狭いロールにすることができる。他のサイズの負極を有するセルは、正極積層体の異なるスリット幅を利用することができる。別の構成では、例えば亜鉛箔の細長片を適用する前に、基板上の印刷された接着剤との積層を行うことができる。
【００６５】
上述のセル構成では、水平方向の小袋充填材構成上に組み立てられた、先願の上述した構成（参照により組み込まれる米国出願１１／１１０２０２を参照）に比べて、本明細書に開示されるセルの実施形態（具体的に開示されていない、ただし本開示によって支持されるものの中でも特に）は、画像フレーム構成を利用することにより、空気の閉じ込めを低減することができ、したがって、これらのセルはより平板状の外形を有することができ、より薄型であることができ、ならびにより容易に矩形以外の形状にすることができることが見出されている。また、これらのセルは、より大きな圧縮力に耐えることができてもよく、これは、セルが、例えばクレジット・カードなどの用途向けに積層される場合に重要なことがある。
【００６６】
さらに、セルは、上記に引用した出願に記載の「小袋」設計に開示されているものとは異なる形で構成することができ、したがって、おそらくは、例えば印刷プロセスを利用して行うことができる、画像フレーム構造を付加する製造工程をおそらくは付加することで、当該出願に開示されている紙層の必要性を回避することができる。したがって、追加の印刷ステーションが、本発明のプロセスで利用されてもよい。
【００６７】
さらに、（例えば、インクまたは流動性ゲルを使用して）印刷された電解質を、上記に引用した出願の液体電解質および紙のセパレータの代わりに用いることができる。本明細書に開示される実施形態は、また、当該出願において利用されている折り畳み工程も回避することができる。本明細書に開示されるセルは、例えば完全に印刷機上で作製されてもよく、したがって、アプリケーション回路群に直接組み入れることができてもよい。さらに、本明細書に開示される構成により、セルを比較的平板状にすることができるようになるので、本発明のセルは、積層して例えばスマート・カードを作製するのに利用されてもよい。したがって、見込まれるより高い資本コストが、増加したユーティリィティによって相殺されることがある。
【００６８】
これらの印刷された薄型平板状フレキシブル・セルを高速かつ低コストで製造するため、本発明は、構成要素をセル・パッケージ・コンテナ（積層フィルムおよび画像フレーム）に適用する、ならびに適用されたセル構成要素を用いてフィルムを処理し、自動でそれらをセルに組み立てる、フォーマットおよびプロセスを提供する。この製造プロセスを容易にするため、上述のセル構成例のいくつかの部品および／または材料は、図６〜２１に示されるように、かつ以下のパラグラフに記載されるように変形することができる。
【００６９】
この最新の構成は、一実施形態によれば、この構成における下側積層基板１１１を提供する積層ウェブ９００から開始され、ロール・ツー・ロール機構を稼動させる高速印刷機と適合性をもつ多数のステーションを通って進行する。次に記載される最初の概要は、例えば、印刷機上を１回通過させて、完成したセルを製造するための基本的な工程を含む。
【００７０】
利用可能な印刷機によれば、セルは、例えば所与の印刷機上を１回通過させる、または複数回通過させることによって製造することができる。図面は、一例として、ウェブ上の２列のセルを示すが、列の数は、ユニット・セルのサイズ、および印刷機が処理できる最大のウェブ幅によってのみ制限される。多数の工程があってもよく、それによって長く複雑な印刷機が必要となる傾向があるので、これらの工程のいくつか、ならびに材料のいくつかを変更することができ、かつ／または印刷機の複数回の通過もしくは複数の印刷機を使用することができる。最初の考察が終了した後、いくつかの変更されたプロセスの概要が示される。
【００７１】
図１７のフローチャートに示されるように、セル／電池が図６のウェブ９００上で処理される前に、いくつかの任意の操作が生じても、または生じなくてもよい。これらの任意のプロセスは、ウェブの熱安定化および／または図形の印刷（ロゴ、コンタクトの極性、印刷コード、位置合わせマークの追加をウェブ９００の外側表面上に印刷することを含むことができる）を含むことができる。これらの任意の印刷操作（図示なし）がウェブ９００上で生じる場合、ウェブ９００を裏返すことができ、機能性インクは内側表面上に印刷され、したがってそれが下側積層体１１１になる。
【００７２】
図６、７、および８に示されるようなセルは、次のプロセス例に従って構成することができる。
１）第１の印刷ステーションでは、負極集電体２０１が、高導電性炭素インクを用いてスクリーン印刷される。
２）第２のステーションでは、銀コンタクト２０２が、集電体２０１上のある部分にスクリーン印刷またはフレキソ印刷される。この印刷を要するのは、高ドレイン用途のみとしてもよい。
３）第３のステーションは、セルの周辺を形成する接着剤フレーム２０３（例えば、感熱性または感圧性）を印刷する。あるいは、この接着剤パターンは、図６に示されるような亜鉛箔の領域３０３にのみ印刷することができる。
４）第４のステーションは、連続的な細長い亜鉛箔片２０４を積層する。これは、亜鉛箔１１５と、ウェブ９００に積層する直前に除去される剥離ライナーを備えたＰＳＡフィルム１１４とから成る、アセンブリであることができる。あるいは、例えば、接着剤２０３または３０３を用いてウェブ９００に締結される細長い亜鉛箔片のみを、代わりに使用することができる。
５）第５のステーションは、負極集電体２０１および負極２０４のフィードスルー全体にわたってコーキング／接着剤層２０５を印刷する。これらのフィードスルー１３３（正極用）、１５３、１５４（負極用）は図７に示される。
６）第６のステーションは、負極集電体２０１の一部分全体にわたって負極２０６をスクリーン印刷する。
７）第７のステーションでは、「デンプン・インク」または電解質２０７が、画像フレームの内部になる正極および／または負極全体にわたって印刷される。あるいは、このステーションにおいて、「紙のセパレータ」または別のタイプの浸透材料を付加することができる。
８）第８のステーションは、セルの活性成分の周りに画像フレーム２０８を印刷する。このステーションは、例えば、紫外線硬化または他の何らかの方法で硬化および／または乾燥されうる誘電体材料を使用することができる。Ａｃｈｅｓｏｎ  ＣｏｌｌｏｉｄのＰＭ０３０などの材料はまた、感圧性接着剤なので、これにより、第９のステーションで接着剤２０９を印刷する必要性がなくなる。
注：画像フレームの代替構成が図７Ａおよび７Ｂに示される。図７Ａはウェブ９００の部分平面図であり、図７Ｂは１つのユニット・セルの拡大断面図である。この構成は、セルの作用面積の全周の周りにある漏れ防止貯留部２２０を特徴とする。画像フレームが予め切断された高分子を使用する場合、内側フレーム２２１が外側フレーム２２２に接続されるように、漏れ貯留部２２０は、各角、および／または他の位置で不連続となりうる。内側フレーム２２１が漏れを生じた場合、この電解質が貯留部２２０内に保存される結果、セルの漏れは封じ込められて、セル外部またはそのアプリケーションの外部には広がらない。
９）第９のステーションは、誘電体画像フレーム２０８または２０８Ａと同じ幾何学形状を使用して、誘電体画像フレーム２０８または２０８Ａの上にＰＳＡ層２０９を印刷する。
１０）図８に示される第１０のステーションでは、デンプン・インクまたはシート材料がステーション＃７において付加された場合、粘稠液体（またはゲル）の形態のセル電解質２１０が各ユニット・セルの内部領域上に付加される。
１１）第１１のステーションでは、上側積層体２１１が画像フレームの上に付加され、接着剤２０９（感圧性または感熱性）の層により、セルは、圧力および／または熱が加えられた後、その周辺の周りで完全に封止される。
１２）第１２のステーションでは、上側積層基板２１１ならびにウェブ９００を、各セル２００の画像フレーム２０８または２０８Ａの外側において三辺で打ち抜くことができる。第４の辺２６０では、上側積層体２１１のみが切断され、したがって、電気コンタクト（負１５０および正１４０）が各セルの下側積層基板ウェブ９００の延長部上に露出した、一連のユニット・セル２００が提供される。
１３）第１３のステーションでは、ユニット・セル２００を、画像フレーム２０８の後縁とセルコンタクト１５０および１４０の上縁部との間の線２１３に沿って、横断方向に穿孔することができる。
１４）第１４のステーションでは、打ち抜きマトリックスが除去され、セル２００の各列がロールに巻き取られる。
【００７３】
当業者であれば、本発明を達成するために使用することができる多くの方法、材料、および操作手順があり、かつ異なる数のステーションを利用できることを理解するであろう。そのような異なるプロセスの一実施例が図１８のフローチャートに示されており、材料および工程は、操作がより少ないステーション内で完了してもよいように変更され、おそらくはより費用効率が高く有効なプロセスになっている。
１）第１の操作：負極集電体をウェブ９００上に印刷する（多くの用途では低電流のみが必要とされるので、銀コンタクトの高い導電性は不要なことがある。あるいは、より高電流が必要な場合は、その代わりに、コンタクトの導電性を高くすることが回路設計の一部となることがある）。
２）第２の操作：負極層を負極集電体（存在する場合）の一部分上に印刷する。
３）第３の操作：亜鉛箔／ＰＳＡ積層体をウェブ９００に積層する。
４）第４の操作：誘電体画像フレームをセル活性材料の周りに印刷する。
５）第５の操作：粘稠電解質を画像フレーム内の活性材料に付加する。
６）第６の操作：セルを、例えば、その内側表面上が感圧性接着剤（ＰＳＡ）である、その上側積層基板に積層することによって封止する。
７）第７の操作：上側積層体を画像フレームの周りで打ち抜き、同じ回転切断ダイを用いて、画像フレームとセル延長部（コンタクト領域）の間のセルを穿孔する。
８）第８の操作：画像フレームおよびセル延長部（コンタクト領域）の間のセルを穿孔する。
９）第９の操作：セルを列ごとに切断し、ロールに巻き取る。
【００７４】
製造プロセスは、亜鉛箔／接着剤積層体を除去し代わりに正極層を印刷することによってさらに変更されてもよい。以下の技法の１つによってこれを行うことができる。
【００７５】
１つの方法は、導電性亜鉛インクを、上述の導電性の銀、導電性のニッケル、または炭素インクなどに類似させることであろう。代表的な一実施例は、図９〜１２に示されるセル構成６００によって示される。これらの図では、対応する部分はすべて、図１〜４の構成（セル構成１０１に示される）と同じ符号を有するが、変更されている部分は新しい符号を有する。
【００７６】
これらの変更には、印刷された正極６６０が含まれる。これは、例えば、幅約０．０５１ｃｍ（０．２０インチ）および厚さ約０．００５ｃｍ（０．００２インチ）（約０．０００８〜０．０１３ｃｍ（０．０００３〜０．００５インチ））にすることができる。この構造の幅および厚さは、セル容量に影響を及ぼし、したがって、上述の寸法は、単に本開示に記載されるようなセル・サイズにとっての典型例である。
【００７７】
さらに、コーキング／接着剤層６５３は、画像フレーム１１３の下方にある領域内の正極６６０および負極集電体層１３１の上に印刷することができる。明瞭にするため、図９のセル６００は、図１のように、上側積層体基板を除いて示される。
【００７８】
導電性インクは作製するのが困難な場合があるので、印刷された正極セルの代替実施形態が図１３および１４に示される。これらの図は、セル構成要素のすべてを示すものではないが、印刷された正極と関連するものを示す。代替製造方法は、所望の正極および正極コンタクトとほぼ同じ位置にある導電性パターン（例えば、正極集電体６６１）を印刷することであり得る。導電性パターンの材料は、負極集電体１３１に使用される導電性炭素と同じ材料を利用することができる。同じ材料を使用することにより、この材料が負極集電体１３１用に既に印刷されているので、余分な印刷ステーションが不要になるであろう。正極集電体材料を選択するための主な制限は、亜鉛正極とのその適合性であり、したがって有用な材料は炭素である。使用されてもよい他の材料としては、プラチナ、チタン、および／またはタンタルが挙げられる。正極集電体が必要なのは、亜鉛インクを導電性にするのが困難なためであり、したがって、非導電性（または低導電性）亜鉛インクが使用されるとき、正極は、負極が負極集電体を必要とするのと同じ理由で集電体を有するべきである。
【００７９】
正極をさらにより導電性にするため、高導電性の正極コンタクト６５０を正極集電体６６１の上に印刷することができる。これは、銀インク、または、例えば、負極コンタクト１４０と同時に同じステーションで印刷することができる他の高導電性材料であることができる。正極６６０は、例えば画像フレーム１１３の内部の領域において、正極集電体６６１上に直接印刷することができる。印刷された正極の概念を使用することは、亜鉛箔／接着剤積層体と比べて、多くの利点を有することがある。これらのいくつかは次のとおりである。
【００８０】
第１に、正極の適用はオン・ラインで行うことができ、また同時にセルの残りの部分が印刷され、したがって、亜鉛箔を接着剤に積層するオフ・ライン操作およびこの亜鉛／接着剤積層体の切断を排除することができる。また、特殊な印刷機ステーション上での、またはオフ・ライン操作における亜鉛箔／積層体の適用（積層）を排除することができる。
【００８１】
第２に、封止領域における印刷材料の厚さは、集電体か正極かに関わらず、亜鉛／接着剤積層体よりもはるかに薄くすることができるので、負極集電体と同じ、またはそれに類似したより良好な封止状態が可能になる。
【００８２】
第３に、亜鉛箔／接着剤積層体は、機械方向に連続する細長片に最も容易に適用することができ、その幾何学形状は、矩形に、かつ切断能力に限定された幅で限定することができる。また、細長片が連続的であるので、下側封止領域においても積層体をセルの全長に適用することができる。しかし、この特徴は、積層体の使用を増加させ、かつプロセスおよび有効性の点で下側封止領域を複雑にすることがある。印刷された正極は、任意の幾何学形状であることができ、機械方向ならびに横断方向に容易に印刷することができる。
【００８３】
第４に、正極および／または正極／正極集電体を印刷することにより、導電性接着剤および／またははんだなどを使用しない場合であっても、ＡｃｈｅｓｏｎのＳＳ４７９などの通常の導電性インクを使用して、印刷機上でユニット・セルを電池パックに容易に直接接続することが可能になる。亜鉛箔がユニット・セル構成に使用された場合、同じプロセスを行うことができるが、ＡｓｈｅｓｏｎのＰＭ０４６銀インクなどの、可撓性が高い特殊な導電性インクが恐らく必要であろう。
【００８４】
セル／電池構成および接続部の印刷の一実施例は、図１５に詳細に示され、プロセスは図１９のフローチャートに示される。ウェブ８００は、説明のため、単一の列の電池として示される。方法が処理することができる電池サイズおよび最大ロール幅に応じて、電池の列の数は変えることができる。
【００８５】
ウェブ８００は、図６〜１２に記載されているウェブ９００と類似の方式で印刷されるが、材料および形状の一部が変更されている。ウェブ８００の部品は印刷された正極アセンブリ６６２を含み、正極アセンブリ６６２は正極集電体６６１および正極６６２を含むことができるか、または印刷された正極６６０のみを含む。上述したように、このタイプの構成は、上述の亜鉛箔／接着剤積層体２０４を使用して作製することもできる。また、一般的には負極集電体２０１および負極２０６の両方を含む、印刷された負極アセンブリ２３２が含まれる（ただし、いくつかの実施形態では、集電体は不要なことがある）。さらに、正のフィードスルー封止のための印刷された接着剤／コーキング１３３および負のフィードスルー封止のための印刷された接着剤／コーキング１５３が含まれる。
【００８６】
一般的には、図示される３Ｖ電池パッケージ内の両方のセルを取り囲む１つのフレームとして提供される、画像フレーム６０７も含まれる。このフレームは印刷することができ、または、ポリ塩化ビニル、ポリエステルなどの、予め孔あけされた高分子シートから形成することができる。これらの実施形態は両方とも、本明細書において上述してきた。電解質漏れ貯留部である画像フレーム（６０７）が、２つのユニット・セル１０１を取り囲む適所で印刷または積層される前あるいは後に、例えば、電池の負極コンタクト７５０と同じステーションにおいて電池の正極コンタクト７４０が印刷される（亜鉛箔が正極の一部として使用される場合、負極コンタクトを印刷する必要がないことがある）が、電池の直列コネクタ７６０を依然として印刷することができる。
【００８７】
例えば、コンタクト材料にはＡｃｈｅｓｏｎ  Ｃｏｌｌｏｉｄｓ  ＳＳ４７９またはＰＭ０４６などの銀インクを含むものを使用することができる。上述した他のコンタクト材料も使用することができる。２つのユニット・セル１０１を完成するため、セルは、粘稠電解質２１０を画像フレーム６０７内の各ユニット・セル１０１に付加することによって「活性化」され、あるいは、ゲル化タイプの電解質を、両方の電極（図６に示す、負極２３２および正極６６０、または正極アセンブリ６６２、または亜鉛箔２０４）全体にわたって印刷することができる。紫外線または化学的架橋等を必要とするヒドロゲル・ベースのまたは何らかの配合などの、印刷可能な電解質が使用される場合、例えば、画像フレームを印刷する前に印刷することができる。
【００８８】
ユニット・セル１０１が活性化された後、セルは、画像フレーム６０７、感圧性接着剤５００をその内側表面上に有することができる上側積層体２１２の上に積層することによって封止される。次に、この上側積層体２１２は、画像フレームの外側縁部の周りで打ち抜くことができる。同じ回転切断ダイを用いて、ウェブ８００を、画像フレームと、正極コンタクト７４０、負極コンタクト７５０、および電池直列コネクタ７６０を含む電池延長部との間で穿孔することができる。
【００８９】
次に、電池３００は、縁部２１５および２１６に沿って電池を列ごとに切断することによって完成し、次に、後日組み立てるため、ロールに巻き取ることができる。この同じプロセスを使用して、より高電圧用の直列接続部を備えた電池、ならびに／あるいは、容量を増加させ、かつ／または電流ドレインを増加させるための並列接続部を備えた電池などの、他の電池構成とすることができる。また、適切な導電性接着剤を用いて、この構成の概念は、コネクタ７６０と正極コンタクトの間に置かれるＡｃｈｅｓｏｎの銀インクＰＭ０４６などの可撓性の導電性インクと組み合わせて、印刷された正極６６０の代わりに亜鉛箔２０４を使用することもできる。必要に応じて、この可撓性インクを上述の構成に使用することもできる。
【００９０】
上記の記載は、印刷機上の１または複数のパスで、全セルおよび／または電池を印刷し、活性化し、かつ封止することができるようにする、一連の操作の実施例を説明する。セル／電池の製造プロセスをさらにより効率的にするため、電子部品（例えば、電池またはセルによって電力供給されるもの）の製造とセル／電池の製造プロセスを一体化することができるので、電源を備える完成した電子アプリケーションを同時に製造することができる。この一体化の手順を、図２０のフローチャートに例示し、次のパラグラフに記載する。
【００９１】
一体化プロセスは、図１６に示されるウェブ５００から始まり、それは、電池３００の下側積層基板、ならびにディスプレイを有する熱センサなどの電子部品用の基板としての機能を果たす。この一体化を開始させるプロセスは、ウェブ８００上に図１５の電池３００を作製する初期の工程によって開始する。この考察のため、図１６のウェブ５００は図１５に示されるウェブ８００よりも幅広に示されているので、図１６に示される一体化されたアプリケーション４５０の必要な回路群も印刷する余裕がある。
【００９２】
ウェブ５００は、図１５に記載されるウェブ８００と類似の方式で印刷されるが、材料および形状のいくつかは変更されている。ウェブ５００の部品は、図１５のウェブ８００と同じ電池部品、封止部１５３を含む。
【００９３】
一般的には、３Ｖ電池パッケージに示されるような両方のセルを取り囲む１つのフレームとして設けられる、電池画像フレーム６０７も含まれる。このフレーム６０７は印刷したものであってもよいし、予め孔あけされた高分子シートであってもよい。一体化プロセスが使用されるとき、誘電性画像フレーム６０７は誘電体パッド４３０を含むように変更されて、回路４０１が、接合部４９９において連続的な亜鉛の細長片２０４の上を交差して電池の負極コンタクト４０６に到達することができるようになる。印刷された実施形態、ならびに高分子の実施形態はいずれも、本明細書において上述してきた。電解質漏れ貯留部を有する画像フレーム６０７または６０７Ａが、２つのユニット・セル１０１を取り囲んで適所で印刷または積層された後、電池の正極コンタクト７４０を、電池の直列コネクタ７６０（図１６において、それぞれ４１１および４１０）と同じステーションで印刷することができる。
【００９４】
次に図１６を参照すると、コンタクト材料には、Ａｃｈｅｓｏｎ  ＣｏｌｌｏｉｄｓのＰＭ０４６などの銀インクを用いることができる。この材料は、電池の直列コネクタ４１０がより高さのある亜鉛接着剤積層体２０４の上に印刷されるときなど、印刷パターンが段差を有する場合であっても、良好な電気コンタクトを維持するその可撓性とその能力とによって選択された。用途に応じて、上述した他のコンタクト材料を使用することもできる。また、セル／電池コンタクトおよびコネクタ４０７および４１０（それぞれ、図１５の７４０および７６０）を印刷すると同時に、回路４０１も印刷することができる。回路４０１は、電池３００の負極端子４０６および正極端子４１１で始まり、全回路４０１が完成するまで継続する。この実施例において、回路は、回路が動作していることを示す、印刷または挿入されたＬＥＤ４０４と、例えば温度が許容可能な範囲内または範囲外であることを示す単一のアイコンであり得るディスプレイ４０３とを含む。図１６は温度ディスプレイを示すので、実際の温度を常に観察することができる。回路は、回路の印刷が完了した後に挿入されるＩＣチップ４０４も含む。
【００９５】
再び図１５を参照すると、２つのユニット・セル１０１を完成させるため、セパレータ／電解質層を、画像フレーム６０７または６０７Ａの中の各ユニット・セル１０１に付加することによって、セルは「活性化」される。これは、セパレータ・タイプの材料を有さない粘稠電解質２１０、および／または両方の電極（負極１３０、および印刷された正極６６０または亜鉛箔正極２０４）の上を流れる層を含むことができる。ゲル化タイプの電解質は、両方の電極（負極１３０、および正極６６０または２０４）、あるいは、例えばコーティングされたクラフト紙または「紙タオル」のような材料など、両方の電極（負極１３０、および正極６６０または２０４）を覆って提供された別個のセパレータ層の上に印刷することができ、その後、水性電解質が、画像フレーム６０７の内部のセル・キャビティに付加される。
【００９６】
ユニット・セル１０１が活性化された後、セルは、画像フレーム６０７または６０７Ａの上に、感圧性接着剤５００をその内側表面に有することができる上側積層基板２１２を積層することによって封止される。次に、この上側積層体２１２は、画像フレームの外側縁部、したがって、電池端子４０６（負極）および４１１（正極）ならびに露出したままのアクセス可能な回路４０１の構成要素を有する、電池延長部の周りで打ち抜くことができる。一体化された電池／回路アプリケーション４５０が完成した後、各アプリケーション４５０をライン４２０上で穿孔することができ、次に、アプリケーション４５０を列ごとに切断し、次に後日の使用のためにロールに巻き取ることによって、各アプリケーションを完成させることができる。この同じプロセスを、異なる電圧および／または並列接続の、かつ異なる容量を有する電池、ならびに異なる電子アプリケーションなど、他の一体化された電池／アプリケーションを作製するのに使用することができる。このアプリケーション４５０、あるいは上述のセルおよび／または電池構成のいずれかを、例えば、ラベルの形態にすることができる。これは、プロセスのどこかの時点で、感圧性接着剤層をその剥離ライナーとともに、アプリケーション４５０の裏面上、またはセルもしくは電池構成のいずれかの裏面上に配置することによって容易に行うことができる。
【００９７】
小袋構成における同一面内の設計によって、薄型の印刷されたセル／電池が、セルの内部抵抗がより低く、かつ負極に利用可能な空間がより大きいことにより、より高い電流および／またはより大きな容量を必要とするアプリケーションに電力供給することができるようになることが分かっている。そのため、上記パラグラフに記載した画像フレーム構成は、引用文献に記載されている小袋構成にて行われたのと同じ形で代替構成を有して設計されている。そのため、小袋ならびに画像フレーム構成の両方は、「標準的な」同一平面状の、ならびに同一面内の構成の両方を作製することができる。図２１〜２５は、同一面内の設計を有する完成したユニット・セル９０１の実施形態を平面図および断面図で示す。本明細書におけるセル９０１は、高速大量印刷機上で作製されたもののように示されるが、例えば少量のセルの場合、手動で、または半自動の方法を使用して作製することもできる。明瞭にするため、図２１のセル９０１は、上側積層体２１２を除いて示される。
【００９８】
図２１〜２５のセル９０１は、明瞭にするため図２１には示されない上側積層フィルム基板層９１２、下側積層フィルム基板（層）９１１を含み、正極コンタクト９４０および負極コンタクト９５０を有する拡張領域９８０を有する。図２２〜２５に示されるセル９０１は、電極層９３０（負極）および電極層９６０（正極）から成り、それらはそれぞれ、電気化学的に電解質と相互作用して電流を生じさせることができる、異なる組成物の電気化学層から成る。
【００９９】
負極層９３０を適用する前に、高導電性炭素の負極集電体９３１を、下側積層基板９１１上に印刷することができる。少なくとも１つの実施形態では、この負極集電体は、実質的に負極層９３０とコンタクト延長部９３４を組み合わせた形状およびサイズを有するが、サイズ差を利用することもできる。
【０１００】
少なくとも１つの実施形態では、負極集電体９３１の広面積側では、負極層９３０は、二酸化マンガンを含むインク、炭素およびグラファイトなどの導電体、結合剤、および水を使用して印刷される。負極層９３０が、任意のデンプン塗膜９１６または印刷可能な電解質とともに適所に置かれた後、下側「画像フレーム」９１３が電解質の周りに配置される。この画像フレームは、様々な実施形態（そのいくつかは本明細書に記載される）に対して、多数の異なる材料および方法で作製することができる。ここで考察されている構成では、画像フレーム９１３は、中間にポリエステルなどの打ち抜きまたはレーザー切断された高分子積層体シートを含み、感圧性接着剤の２つの外側層（上側表面上の９１８および下側表面上の９１７）を有することができる。各剥離ライナーは示されない（あるいは、この接着剤は、ＰＳＡに類似したパターンを有する、または、例えば高分子が切断される前に流し塗布された、印刷された感熱性材料であることができる）。
【０１０１】
下側接着剤層９１７は、下側積層体基板９１１を画像フレーム９１３に固着させる。上側接着剤層９１８は、正極９６０の亜鉛箔を下側画像フレーム９１３に締結するために使用される。上述したように、下側画像フレーム９１３は、例えば、Ａｃｈｅｓｏｎ  Ｃｏｌｌｏｉｄｓ（Ｐｏｒｔ  Ｈｕｒｏｎ、Ｍｉｃｈｉｇａｎ）製、またはＥＭＣ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）（Ｄｅｌａｗａｒｅ、Ｏｈｉｏ）製の、誘電体タイプのスペーサ材料を用いて印刷することができる。
【０１０２】
印刷可能なデンプンおよび／または印刷可能な電解質が使用されない場合、正極の亜鉛箔の細長片９６０を付加する前に、下側画像フレーム９１３内に、かつ負極９３０の上に、紙または吸収性タイプの材料のセパレータ９１６Ａを挿入することができる。また、正極９６０を付加する前に、下側スペーサ９１３の上の正極位置で、感熱性または感圧性封止／コーキング材９５４を印刷することができる。
【０１０３】
正極の細長片９６０が、感熱性または感圧性封止／コーキング材９５４の位置で、下側スペーサ９１３の上に配置された後、薄い上側スペーサ９５３が下側スペーサ９１３の上に印刷され、正極９６０が、正極９６０の端部（接着剤９５４の位置）ならびに下側スペーサ９１３全体の上に印刷される。このスペーサは、例えば、Ａｃｈｅｓｏｎ  Ｃｏｌｌｏｉｄｓ（Ｐｏｒｔ  Ｈｕｒｏｎ、Ｍｉｃｈｉｇａｎ）製のＰＭ０３０などの、感圧性接着剤（ＰＳＡ）である、紫外線硬化性の誘電体であることができる。
【０１０４】
セル構成が、負極上にデンプン・インク塗膜または吸収性タイプのセパレータを含む場合、水性電解質がこの層に付加される。
【０１０５】
次に、セルは、上側画像フレーム層９５３の上に上側積層体基板９１２を適用することによって完成する。上側画像フレームがＰＳＡではない場合、この上側積層体を適用する前に、その感圧性接着剤（図示なし）の剥離ライナーが使用されていれば、それが上側積層体９１２から除去される。薄い上側画像フレーム９５３が感熱性接着剤である場合、上側積層体９１２は画像フレーム９５３に熱封止される。負極コンタクト９５０の位置において、上側積層体に刻み目が付けられて、負極端子へのアクセスが可能になる。
【０１０６】
上述の実施例は、例えば直線的な幾何学形状を使用する、画像フレーム・セル／電池構成を記載した。ほとんどの場合、それは恐らく一般に好まれる幾何学形状であろう。しかし、画像フレーム構成を使用することにより、幾何学形状は直線状に限定されない。例えば、電池は、例えば外傷治療用途などの医療機器に使用することができる。皮膚の外傷がより良好かつ迅速に治癒できるようにする、皮膚パッチ剤のあるタイプに好ましい幾何学形状は、円形もしくは楕円形、かつ／または矩形と円形の組合せであってもよい。この用途１２００の一実施例は図２６に示される。皮膚パッチ剤の負極１２３１はパッチの一端にあり、皮膚パッチ剤の正極１２３２は他端にある。この楕円形の皮膚パッチ剤の中間には、例えば、画像フレーム構成を有して作製された１．５Ｖのセル１２０３がある。セルの内部部品を示すために部分的に切り取られたこのセルは、次のものを含む。
【０１０７】
上記パラグラフで考察してきたように、非直線形のセルは、同じ部品および同じ材料であって、ただし異なる幾何学形状のものを使用することができる。下側基板は、皮膚電極ならびにユニット・セル１２０３を支持する。基板１２１１上において、負極集電体１２０１が最初に印刷され、次に亜鉛正極１２０４が、箔／接着剤積層体としての基板に印刷され、または積層される。他の用途におけるよりも幅広にすることができるので、画像フレーム１２０７の下のセル封止１２０５はその長さ方向であることができる。導電性負極コンタクト１２２０が、亜鉛正極１２０４から負の皮膚電極１２３１まで印刷された後、画像フレーム１２０７が印刷される。同じ印刷ステーションにおいて、負極集電体１２０１を皮膚パッチ剤１２３２に接続するため、正極コンタクト１２２１が印刷される。これらのものがすべて適所に置かれた後、シーラント１２４０が、画像フレーム１２０７と同様のパターンで、または単に負極コンタクトコネクタ１２２１の上および正極１２０４の一部分の上に印刷される。
【０１０８】
負極１２２５および画像フレーム１２０７を印刷した後に操作が行われる。上述の構成と同様に、正極１２０４および負極１２２５の両方、ならびに正極１２０と負極１２２５の間の間隙１２３９を覆う粘稠液体または流動性ゲルの形態の電解質１２４０を、印刷または付加することが好ましい。次に、上側積層体１２１２が全セルを封止すると、セルが完成する。この基板は、予め切断された層、またはフレーム１２０７の形状で適用された後に打ち抜かれる連続的なフィルムであることができる。上側層は、感圧性または感熱性接着剤を用いて、フィルム上または画像フレーム１２０７の上に固着される。
【０１０９】
薄型の印刷されたフレキシブル・セル／電池は多くの潜在的な用途を有する。これらは、例として、次の一般的な分類の１つまたは複数を含むことができる。
１．広告および販売促進
２．玩具、ノベルティ、本、グリーティング・カード、およびゲーム
３．スマートＲＦＩＤタグなどの在庫追跡および制御
４．セキュリティ・タグ
５．温度、湿度などの条件インジケータ
６．調合薬および／または化粧品のためのイオン導入用途
７．スマートおむつ、失禁用製品などのヘルスケア製品
【０１１０】
本発明を、特定の実施例および実施形態を使用して上記に記載してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な代替例が使用されてもよく、また均等物が本明細書に記載の要素および／または工程と置き換えられてもよいことが、当業者には理解されるであろう。本発明の範囲から逸脱することなく、本発明を特定の状況または特定の必要性に適合させるため、変更が必要なことがある。本発明は、本明細書に記載の特定の実現方法および実施形態に限定されず、特許請求の範囲は、記載に即した実施形態またはその均等物、開示されたまたはされていないもの、それらによって包含されるもののすべてを包含するものとして、広義に解釈されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】ユニット・セル１０１の一実施形態の平面図である。
【図２】電極領域に沿って取ったユニット・セルの断面図である。
【図２Ａ】図２からの代替構成を有する電極領域に沿って取ったユニット・セルの断面図である。
【図３】第１の電極の全長に沿って取ったユニット・セルの断面図である。
【図４】第２の電極の全長に沿って取ったユニット・セルの断面図である。
【図５】セル積層体の一実施形態の断面図である。
【図５Ａ】代替セル積層体の実施形態の断面図である。
【図５Ｂ】代替セル積層体の実施形態の断面図である。
【図６】ステーション＃１〜＃４の後の、高速印刷機を使用した処理の後に示されるセルの一実施形態における印刷されたウェブの平面図である。
【図７】ステーション＃５〜＃９における処理の後に続く高速印刷機の印刷されたウェブの平面図である。
【図７Ａ】特殊な画像フレーム設計の形で示される、ステーション＃７およびステーション＃８の処理の後に続く高速印刷機の印刷されたウェブの平面図である。
【図７Ｂ】図７に示される特殊なフレームを使用している電極面積に沿って取ったユニット・セルの断面図である。
【図８】ステーション＃１０〜＃１３における処理の後に続く高速印刷機の印刷されたウェブの平面図である。
【図９】ユニット・セル６００の平面図である。
【図１０】電極領域に沿って取ったユニット・セル６００の断面図である。
【図１１】第１の電極の全長に沿って取ったユニット・セル６００の断面図である。
【図１２】第２の電極の全長に沿って取ったユニット・セル６００の断面図である。
【図１３】ユニット・セル７００の平面図である。
【図１４】負極の全長に沿って取ったユニット・セル７００の断面図である。
【図１５】一実施形態の３Ｖ電池を作製するため、５つのステーションを介する高速印刷機の印刷されたウェブの平面図である。
【図１６】集積回路と電池アセンブリの組立てを示す高速印刷機の印刷されたウェブの平面図である。
【図１７】少なくともいくつかの実施形態による、セルを製造するために使用することができる別の製造プロセスを示すフローチャートである。
【図１８】少なくともいくつかの実施形態による、セルを製造するために使用することができる製造プロセスを示すフローチャートである。
【図１９】少なくともいくつかの実施形態による、１つまたは複数のセルを含む電池を製造するために使用することができる別の製造プロセスを示すフローチャートである。
【図２０】少なくともいくつかの実施形態による、電子アプリケーションと一体化されるセルを製造するために使用することができる別の製造プロセスを示すフローチャートである。
【図２１】ユニット・セル９０１の平面図である。
【図２２】電極領域に沿って取ったユニット・セル９０１の断面図である。
【図２３】第１の電極の全長に沿って取ったユニット・セル９０１の断面図である。
【図２４】第１および第２の電極の全長に沿って取ったユニット・セル９０１の断面図である。
【図２５】端子コンタクト領域に沿って取ったユニット・セル９０１の断面図である。
【図２６】ユニット・セル１２００の平面図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１０１・・・セル、１１１・・・下側積層フィルム基板（層）、１１２・・・上側積層フィルム基板（層）、１１３・・・画像フレーム、１１５・・・（亜鉛箔）正極層、１３０・・・負極層、１３１・・・負極集電体
【図１】
2008536262.tif 000003
【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
2008536262.tif 000012
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2008536262.tif 000018
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2008536262.tif 000024
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2008536262.tif 000029
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年12月12日(2007.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流を発生させるための平板状の薄型電気化学セルを備える装置であって、前記セルが、
第１の基板層と、
第２の基板層と、
前記第１の基板層および前記第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられる負極層と、
前記第１の基板層および前記第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられる正極層と、
前記負極層と接触し、かつ前記正極層とも接触している電解質層と、
前記セルの周辺に実質的に設けられ、前記下側基板層を前記上側基板層に接続するフレームとを含み、
前記フレームが、前記負極層、前記正極層、および前記電解質層のそれぞれ１つよりも実質的に厚い装置。
【請求項２】
前記フレームが、それぞれ前記フレームの各側面上にある２つの接着剤層を有する積層ポリエステル・シートから成り、前記接着剤層が、前記下側基板層を前記上側基板層に接着して接続する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記接着剤層が、前記装置を組み立てる前に剥離ライナーを利用する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の基板層および前記負極層の間、または前記第２の基板層および前記負極層の間に設けられる負極集電体層をさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記正極層および前記負極層の１つまたは両方が、乾燥または硬化したインクから成る、請求項１〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記負極層および前記正極層の１つのみが乾燥または硬化したインクから成り、前記負極層および前記正極層の他方が細長い材料片から成る、請求項１〜５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記細長い材料片が亜鉛を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記細長い材料片が接着剤層を含む積層体である、請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
前記フレームが前記セルの周辺に位置する、請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記フレームが、前記フレームを介して前記負極層および前記正極層の１つまたは両方にアクセスする手段を提供する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記アクセスする手段が前記フレームを通る貫通孔から成り、前記セルが、前記フレームを前記下側基板層および前記上側基板層の１つまたは両方に固着する接着剤層をさらに備え、前記接着剤層が前記貫通孔も封止する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記セルが、前記フレームを前記下側基板層および前記上側基板層の１つまたは両方に固着する接着剤層をさらに備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記接着剤層が封止コーキング材から成る、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記フレームが、前記電解質と、前記正極層および前記負極層の少なくとも１つとの厚さの合計とほぼ同じ厚さであり、
前記装置が、ほぼ平板状であるとともに、前記フレームの厚さを前記第１の基板層および前記第２の基板層それぞれの厚さに加えたものとほぼ同じ厚さである、請求項１〜１３のいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記第１の基板層および前記第２の基板層の１つまたは両方が、複数の異なる層の積層体から成る、請求項１〜１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
前記異なる層がメタライズ層を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記異なる層が、構造層、酸化物バリア層、およびヒート・シール層を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記セルと同時に形成された電子部品をさらに備える、請求項１〜１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
ほぼ平板状の電池を形成するため、電気的に互いに接続された複数の前記セルをさらに備える、請求項１〜１８のいずれかに記載の装置。
【請求項２０】
前記複数のセルが同じフレームの少なくとも一部分を共有する、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記正極層および前記負極層がほぼ同一平面上にあるようにして、前記正極層および前記負極層が両方とも前記第１の基板層の上に設けられるか、前記正極層および前記負極層が両方とも前記第２の基板層の上に設けられる、請求項１〜２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２２】
前記正極層および前記負極層が同一面に配置される、請求項１〜２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２３】
前記正極層および前記負極層が同一平面上に配置される、請求項１〜２０のいずれかに記載の装置。
【請求項２４】
前記フレームが、前記第１の基板層および前記第２の基板層とともに、ゲルまたは液体を前記セル内に含む前記電解質層を収容する封止された内部空間を形成する、請求項１〜２３のいずれかに記載の装置。
【請求項２５】
前記内部空間が、前記負極層および前記正極層の大部分を前記空間内に少なくとも収容する、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記フレームがインクから成る、請求項１〜２５のいずれかに記載の装置。
【請求項２７】
前記フレームが紫外線硬化した誘電材料から成る、請求項１〜２６のいずれかに記載の装置。
【請求項２８】
電流を発生させる平板状の電気化学セルを備える装置であって、前記セルが、
複数の積層から成る第１の基板層と、
第２の基板層と、
前記第１の基板層および前記第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられる負極層と、
前記第１の基板層および前記第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられる正極層と、
前記負極層と接触し、かつ前記正極層とも接触している粘稠液体を含む電解質層と、
前記電解質を収容し、かつ前記負極層の大部分および前記正極層の大部分も少なくともその中に収容する内部空間を形成するため、前記下側基板層を前記上側基板層に接続し固着するフレームとを含み、
前記正極層および前記負極層の少なくとも１つが、硬化または乾燥したインクから成る装置。
【請求項２９】
前記負極層および前記正極層の１つのみが乾燥または硬化したインクから成り、前記負極層および前記正極層の他方が細長い材料片から成る、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記フレームが、前記フレームを介して前記負極層および前記正極層の１つまたは両方にアクセスする手段を提供する、請求項２８または請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記セルと同時に製造された電子部品をさらに備える、請求項２８〜３０のいずれかに記載の装置。
【請求項３２】
電池を形成するため、互いに電気的に接続された複数の前記セルをさらに備える、請求項２８〜３１のいずれかに記載の装置。
【請求項３３】
前記正極層および前記負極層が両方とも前記第１の基板層の上に設けられるか、前記正極層および前記負極層が両方とも前記第２の基板層の上に設けられ、かつ前記正極層および前記負極層がほぼ同一平面上にある、請求項２８〜３２のいずれかに記載の装置。
【請求項３４】
前記負極層および前記正極層の１つのみが乾燥または硬化したインクから成り、前記負極層および前記正極層の他方が細長い材料片から成る、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記装置が、前記フレームの厚さを前記第１の基板層および前記第２の基板層それぞれの厚さに加えたものとほぼ同じ厚さのほぼ平板状の形状に形成される、請求項２８〜３４のいずれかに記載の装置。
【請求項３６】
前記第１の基板層および前記第２の基板層の１つまたは両方が、構造層、酸化物バリア層、およびヒート・シール層をすべて含む、請求項１〜３５のいずれかに記載の装置。
【請求項３７】
（１）負極集電体層が、前記負極層と、前記負極層がその上に設けられる前記第１の基板層および前記第２の基板層の少なくとも１つとの間に設けられるか、または（２）正極集電体層が、前記正極層と、前記正極層がその上に設けられる前記第１の基板層および前記第２の基板層の少なくとも１つとの間に設けられるか、あるいはその両方である、請求項２８に記載の装置。
【請求項３８】
前記正極層および前記負極層の両方を前記電解質で湿潤させておくセパレータ層をさらに備える、請求項１〜３７のいずれかに記載の装置。
【請求項３９】
前記正極層および前記負極層が同一面内に配置される、請求項２４〜３２および請求項３４〜３８のいずれかに記載の装置。
【請求項４０】
前記正極層および前記負極層が同一平面上に配置される、請求項２４〜３２および請求項３４〜３８のいずれかに記載の装置。
【請求項４１】
少なくとも１つのセルを備える電池であって、前記少なくとも１つのセルが、
構造層、酸化物バリア層、およびシール層を少なくとも含む複数の積層から成る第１の基板層と、
前記複数の積層から成る第２の基板層と、
前記第１の基板層および前記第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられる負極集電体層と、
前記負極集電体層の上に設けられる負極層と、
前記第１の基板層および前記第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられるか、または、前記第１の基板層および前記第２の基板層の少なくとも１つの上に設けられる正極集電体層の上に設けられる正極層と、
前記正極層および前記負極層と接触している電解質を含む電解質層と、
前記正極層の少なくとも一部分および前記負極層の少なくとも一部分とともに前記電解質をその中に収容する内部空間を形成するため、前記下側基板層を前記上側基板層に接続する、前記セルの周辺の周りのフレームとを含み、
前記内部空間が、前記セルの外部からほぼ密閉される電池。
【請求項４２】
前記電解質層が、前記正極層および前記負極層の両方を前記電解質で湿潤させておくセパレータ層を含む、請求項４１に記載の電池。
【請求項４３】
前記電解質層が、前記電解質層を、前記正極層および前記負極層と接触している粘稠液体とする手段を含む、請求項４１または４２に記載の電池。
【請求項４４】
前記負極層がインクから成る、請求項４１または請求項４２に記載の電池。
【請求項４５】
前記負極集電体層が異なるインクから成る、請求項４４に記載の電池。
【請求項４６】
前記正極層が亜鉛を含む細長片から成る、請求項４５の電池。
【請求項４７】
前記負極集電体層の少なくとも一部分が前記正極層の少なくとも一部分に面する、請求項４６に記載の電池。
【請求項４８】
前記正極層が、前記負極層とほぼ同一平面上にあり、かつそれに隣接する、請求項４６に記載の電池。
【請求項４９】
請求項４１〜４８のいずれかに記載の電池であって、前記フレームが、
内側フレームと、
外側フレームとを含み、
フレーム空間が、前記内側フレームおよび前記外側フレームの間に形成される電池。
【請求項５０】
前記内側フレームが漏れを生じる場合に前記電解質を前記セル内に収容するため、前記フレーム空間が封止される、請求項４９に記載の電池。
【請求項５１】
前記負極層が、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、デンプン、変性デンプン、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、ポリエチレンオキシド、ポリアクリルアミド、およびテフロン(登録商標)の１つまたは複数を含む高分子結合剤を有するインクを含む、請求項４９または請求項５０に記載の電池。
【請求項５２】
請求項４１〜５１のいずれかに記載の電池を備えるとともに、接着剤層をさらに備えるラベル。
【請求項５３】
請求項４１〜５１のいずれかに記載の電池を備える医療機器。
【請求項５４】
電気化学セルを含む装置の製造方法であって、前記セルを形成する工程を含み、前記形成する工程が、
複数の層を有する積層ウェブを少なくとも１つが含む、第１の基板層および第２の基板層を提供する工程と、
負極層および正極層の１つを、前記第１の基板層または前記第２の基板層の上に印刷する工程と、
印刷または他の何らかのプロセスによって、前記負極層および前記正極層の他方を前記第１の基板層および前記第２の基板層の１つの上に提供する工程と、
前記第１の基板層および前記第２の基板層の１つの上にフレームを提供する工程と、
粘稠液体を含む電解質層を提供する工程と、
前記負極層、前記正極層、および前記電解質層を収容する内部のほぼ封止された空間を形成するため、前記第１の基板層および前記第２の基板層の他方を前記フレームに接続する工程とを含む方法。
【請求項５５】
前記セルを形成する工程と同時に、前記装置に含まれる電動構成要素を形成する工程をさらに含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記フレームが、前記第１の基板層または前記第２の基板層の上に印刷される、請求項５４または請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
複数の電気化学セルの製造方法であって、
下側基板を提供する工程と、
負極集電体を前記基板上に印刷する工程と、
負極層を前記負極集電体の少なくとも一部分の上に印刷する工程と、
亜鉛を含む正極片を前記基板上に提供する工程と、
内部空間を形成するため、前記負極層および前記正極片の周辺を形成する画像フレームを印刷する工程と、
粘稠なまたはゲル化した電解質を前記内部空間に付加する工程と、
前記セル内の前記内部空間を封止するため、前記フレームの上方に上側基板を提供する工程と、
前記上側積層基板を前記画像フレームの周りで切断する工程とを含む、
前記複数のセルのそれぞれを形成する工程と、
前記セルそれぞれの間で前記下側基板を穿孔または切断する工程とを含む方法。
【請求項５８】
前記セルをロール状に巻く工程をさらに含む、請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
前記巻く工程の前に、前記セルを列ごとに切り離す工程をさらに含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
以下のステップを含む複数の電気化学セルを製造する方法：
導電性インクを使用して、各セル用の負極集電体を下側基板上に印刷する工程と、
任意に、各集電体の一部分に通電接点を印刷する工程と、
接着剤を使用して連続的な正極片を前記下側基板上に積層することにより、各セル用の正極を提供する工程と、
各負極集電体の一部分に負極を印刷する工程と、
各セルの正極および／または負極の上に電解質層を提供する工程と、
各セル用の前記正極、前記負極、および前記電解質層の周りにフレームを印刷する工程と、
各フレームの上に接着剤層を印刷する工程と、
上側基板を各フレームに提供して固着し、それによって、各セル用の前記正極、前記負極、および前記電解質層を収容する内部空間を形成する工程とを含む、複数の電気化学セルの製造方法。
【請求項６１】
前記画像フレームの１つの辺以外のすべてにおいて、各画像フレームの外側に周りにある両方の基板層を切断する工程をさらに含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
各画像フレームの前記１つの辺において、前記上側積層体のみを切断し、それによって、各セルの底部基板延長部に露出した電気接点を有する複数のユニット・セルを提供する工程をさらに含む、請求項６０または請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
各画像フレームの前記１つの辺において、各セルの前記下側基板を穿孔する工程をさらに含む、請求項６０〜６２のいずれかに記載の方法。
【請求項６４】
前記セルをロールに巻き付ける工程をさらに含む、請求項６０から６３のいずれかに記載の方法。
【請求項６５】
前記フレーム内に第２のフレームを提供し、それによって、前記セルそれぞれの中に、電解質の漏れがある場合にそれを中に収容する漏れ貯留部を形成する工程をさらに含む、請求項５４〜６４のいずれかに記載の方法。
【国際調査報告】
2008536262.tif 000034
2008536262.tif 000035