具有屏障层的可生物降解电化学装置的制作方法

本公开的实施方案或实施方式涉及可生物降解电化学装置、其固体水性电解质，和用于其的水分屏障。

背景技术：

1、由于对便携式和远程电源的需求不断增长，世界上生产的电池数量也在持续增加。特别是，许多新技术都需要电池为嵌入式电子设备供电。例如，嵌入式电子设备，如便携式和可穿戴式电子设备、物联网(iot)装置、患者健康监测、结构监测、环境监测、智能包装等，都依赖于电池供电。虽然传统电池可以部分回收利用，但目前市面上尚无环境友好或可生物降解的电池。因此，如果不妥善处理或回收，则传统电池制造和使用的增加会导致环境中有毒和有害废物的相应增加。鉴于此，需要开发可生物降解电池；尤其是针对那些在废弃前在有限时间内使用一次性电池的应用。

2、此外，为了满足对柔性、低成本、中或低性能电池的需求，人们开发了全印刷电池，其作为单次使用的一次性电池在市场上销售。然而，这些全印刷电池都不是可生物降解的。

3、普遍认为生产可生物降解电池的最大挑战之一是开发可生物降解聚合物电解质——这是全印刷电池的主要的聚合物基成分。而且，开发也能使用现有印刷技术印刷的可生物降解聚合物电解质，也是一项额外的挑战。

4、传统的可生物降解聚合物电解质通常可包括可生物降解聚合物和导电盐的组合。为了获得可生物降解聚合物电解质，将可生物降解聚合物和导电盐溶解在溶剂中，然后以相对慢的速率蒸发溶剂，以生成固体聚合物电解质膜。由于可生物降解聚合物中离子迁移率低，这些传统的可生物降解聚合物电解质在环境温度下通常具有低的离子电导率(例如，在rt下低于约10-5s/cm)。然而，如果将聚合物电解质加热到足以允许聚合物链运动的温度(即工作温度)，从而使离子能够更自由地在聚合物电解质结构中移动，就可以实现足够的电导率。还可通过加入添加剂来抑制聚合物电解质的结晶性，从而降低其工作温度，来实现足够的电导率。因此，可在室温下以足够电导率工作的可生物降解聚合物电解质受到了限制。

5、除了上述缺点外，由于制造过程中蒸发溶剂需要时间，传统可生物降解聚合物电解质还存在制造过程冗长的问题。例如，通常需要数小时的真空和/或温度辅助蒸发来蒸发溶剂以制备传统可生物降解聚合物电解质，因此，传统的可生物降解聚合物电解质与高吞吐量印刷工艺的兼容性受到了制约，在高吞吐量印刷工艺中，必须在几分钟内将连续的层叠印在一起。

6、虽然可印刷、可生物降解电化学装置、其固体水性电解质以及其合成和制造方法是存在的，但是各种材料的层，包括集流体、阴极/阳极材料、粘结剂、粘合剂和电解质，需要高保真、高精度地印刷。此外，在水性电解质中保持水分或含水量对于借助保持溶解盐以获得良好的离子电导率的电池性能至关重要，而印刷的可生物降解电池则会因通过可生物降解基底(例如聚乳酸(pla)膜)蒸发而损失水分，从而缩短寿命。需要通过降低wvtr(水蒸汽透过率)来提高这些电池——尤其是电解质层——的保湿率。与此同时，如何在保持或减少印刷可生物降解电池的非可生物降解含量的同时，实现围绕电化学装置的密封性能，仍然是个挑战，目前，使用传统的相对较厚的非可生物降解箔“袋(pouch)”来密封印刷电池(如锂离子电池)是不可能实现的。

技术实现思路

1、下文是一个简化概述，目的是提供对本教导的一个或多个实施方案的一些方面的基本理解。本概述不是一个广泛的综述，也不是为了确定本教导的关键或重要要素，也不是为了划定本公开内容的范围。相反，其主要目的只是以简化的形式呈现一个或多个构思，作为后面详细描述的序言。

2、公开了一种电化学装置。该电化学装置还包括阳极和阴极。装置还包括置于阴极和阳极之间的电解质组合物，和水蒸汽屏障，该水蒸汽屏障可包括可生物降解材料，其中水蒸汽屏障用于防止水蒸汽从电化学装置中逸出。水蒸汽屏障还可包括聚乳酸。该水蒸汽屏障还可包括金属化或铝金属化涂层。该水蒸汽屏障还可进一步包括多个层。该电化学装置还可具有在24小时内小于或等于2重量％的水蒸汽透过率(wvtr)。

3、水蒸汽屏障的实施方案还可包括可生物降解材料，该可生物降解材料可包括聚合物。水蒸汽屏障还可包括置于可生物降解材料上的金属化涂层。水蒸汽屏障可包括聚合物(其可进一步包括聚乳酸)、金属化或铝金属化涂层。水蒸汽屏障还可包括多个层，并且其在24小时内的水蒸汽透过率(wvtr)可小于或等于1mg/cm2。

技术特征：

1.一种电化学装置，其包括：

2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述水蒸汽屏障还包括聚乳酸(pla)。

3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述水蒸汽屏障还包括金属化涂层。

4.根据权利要求3所述的电化学装置，其中所述金属化涂层包括铝。

5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述水蒸汽屏障还包括多个层。

6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述水蒸汽屏障还包括不透水层。

7.根据权利要求6所述的电化学装置，其中所述不透水层包括金属。

8.根据权利要求7所述的电化学装置，其中所述金属层的厚度为约1μm至约150μm。

9.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述阳极被直接印刷在所述水蒸汽屏障上。

10.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述阴极被直接印刷在水蒸汽屏障上。

11.一种水蒸汽屏障，其包括：

12.根据权利要求11所述的水蒸汽屏障，其中所述聚合物包括聚乳酸(pla)。

13.根据权利要求11所述的水蒸汽屏障，其中所述金属层包括铝。

14.根据权利要求11所述的水蒸汽屏障，其还包括多个层。

15.根据权利要求11所述的水蒸汽屏障，其中所述金属层的厚度为约1μm至约150μm。

16.根据权利要求11所述的水蒸汽屏障，其还包括：

17.一种电化学装置，其包括：

18.根据权利要求17所述的电化学装置，其中所述水蒸汽屏障还包括多个层。

19.根据权利要求17所述的电化学装置，其中所述金属层的厚度为约0.1μm至约10μm。

20.根据权利要求17所述的电化学装置，其中所述金属层的厚度为约20μm至约150μm。

技术总结
公开了一种电化学装置，其可包括置于阳极和阴极之间的电解质组合物以及可包括可生物降解材料的水蒸汽屏障，其中该水蒸汽屏障用于防止水蒸汽从电化学装置中逸出。水蒸汽屏障还可包括聚乳酸或金属化涂层。水蒸汽屏障还可进一步包括多个层，并且其在24小时内的水蒸汽透过率(WVTR)小于或等于2重量％。水蒸汽屏障的实施方案还可包括聚合的可生物降解材料或置于可生物降解材料上的金属化涂层。水蒸汽屏障还可包括多个层并且其在24小时内的水蒸汽透过率(WVTR)小于或等于1mg/cm<supgt;2</supgt;。

技术研发人员：G·麦圭尔,N·乔普拉,N-X·胡,A·拉福格,N·沙普洛
受保护的技术使用者：施乐公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15