特開 2023-127547 生分解性電気化学デバイス及びその方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023127547

(43)【公開日】2023-09-13

(54)【発明の名称】生分解性電気化学デバイス及びその方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/26 20060101AFI20230906BHJP

   B32B 7/025 20190101ALI20230906BHJP

   H01M 12/08 20060101ALI20230906BHJP

   H01G 9/20 20060101ALI20230906BHJP

   H01M 8/1018 20160101ALI20230906BHJP

   H01M 8/1051 20160101ALI20230906BHJP

   H01M 8/1081 20160101ALI20230906BHJP

   C25B 13/04 20210101ALI20230906BHJP

   C25B 13/08 20060101ALI20230906BHJP

   C25B 9/23 20210101ALI20230906BHJP

   H01M 12/06 20060101ALN20230906BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20230906BHJP

【ＦＩ】

H01M10/26

B32B7/025

H01M12/08 K

H01G9/20 105

H01G9/20 121

H01M8/1018

H01M8/1051

H01M8/1081

C25B13/04 301

C25B13/08 301

C25B9/23

H01M12/06 G

H01M8/10 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023023450

(22)【出願日】2023-02-17

(31)【優先権主張番号】17/652,935

(32)【優先日】2022-03-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】596170170

【氏名又は名称】ゼロックス コーポレイション

【氏名又は名称原語表記】ＸＥＲＯＸ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100119013

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 一夫

(74)【代理人】

【識別番号】100123777

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 さつき

(74)【代理人】

【識別番号】100111796

【弁理士】

【氏名又は名称】服部 博信

(74)【代理人】

【識別番号】100123766

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 七重

(72)【発明者】

【氏名】ナヴィーン、チョプラ

(72)【発明者】

【氏名】グレゴリー、マグワイア

(72)【発明者】

【氏名】エドワード、ジー．、ズワルツ

(72)【発明者】

【氏名】ナンシン、フー

【テーマコード（参考）】

4F100

4K021

5H028

5H032

5H126

【Ｆターム（参考）】

4F100AA23

4F100AA24

4F100AA37

4F100AB02

4F100AB09

4F100AB16

4F100AB17

4F100AB18

4F100AB31

4F100AH08B

4F100AJ04

4F100AK01B

4F100AK41

4F100AK51

4F100AR00A

4F100AR00B

4F100AR00C

4F100BA03

4F100BA07

4F100CA02B

4F100CA30B

4F100EH17B

4F100GB48

4F100JG01

4F100JG01A

4F100JG01C

4F100JG10

4F100JG10B

4F100JM01B

4K021AA01

4K021BA02

4K021DB28

5H028AA06

5H028BB00

5H028FF01

5H028FF09

5H032AA02

5H032AS03

5H032AS12

5H032CC17

5H032EE16

5H126AA05

5H126BB06

5H126GG17

5H126GG18

5H126HH04

5H126HH08

5H126HH10

(57)【要約】      （修正有）

【課題】生分解性電気化学デバイス、その電解質、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】アノード及びカソードを含む電気化学デバイスが開示される。電気化学デバイスはまた、アノードとカソードとの間に配置された押出電解質組成物を含む。電気化学デバイスのカソード及び／又はアノードは、積層ジオメトリ又は横方向ｘ－ｙ平面ジオメトリで配置され得る。電解質組成物は、ゲルポリマー電解質を含み得る。電解質組成物は、横方向不連続パターンでアノードとカソードとの間に配置される。電気化学デバイスの電解質層を作製する方法もまた開示される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気化学デバイスであって、
アノードと、
カソードと、
前記アノードと前記カソードとの間に配置された押出電解質組成物と、を備える、電気化学デバイス。

【請求項2】

前記カソード及び／又は前記アノードは、積層ジオメトリで配置されている、請求項１に記載の電気化学デバイス。

【請求項3】

前記カソード及び／又は前記アノードは、横方向Ｘ－Ｙ平面ジオメトリで配置されている、請求項１に記載の電気化学デバイス。

【請求項4】

前記電解質組成物は、ゲルポリマー電解質を含む、請求項１に記載の電気化学デバイス。

【請求項5】

前記ゲルポリマー電解質は、コポリマーのヒドロゲルと、コポリマーの前記ヒドロゲル中に分散された塩と、を含む、請求項４に記載の電気化学デバイス。

【請求項6】

前記電解質組成物は、架橋剤を含む、請求項１に記載の電気化学デバイス。

【請求項7】

前記電解質組成物は、光開始剤を含む、請求項１に記載の電気化学デバイス。

【請求項8】

前記光開始剤は、フェニル－２，４，６－トリメチルベンゾホオスフィン酸リチウムを含む、請求項７に記載の電気化学デバイス。

【請求項9】

前記電解質組成物は、横方向不連続パターンで前記アノードと前記カソードとの間に配置される、請求項１に記載の電気化学デバイス。

【請求項10】

電気化学デバイスであって、
アノードと、
カソードと、
前記アノードと前記カソードとの間に配置された非スクリーン印刷電解質組成物と、を備える、電気化学デバイス。

【請求項11】

押出電解質組成物を含む組成物。

【請求項12】

前記押出電解質組成物は、電気化学デバイスに組み込まれており、前記電気化学デバイスは、電池を含む、請求項１１に記載の組成物。

【請求項13】

電気化学デバイスの電解質層を作製する方法であって、
電気化学デバイス用基板を調製することであって、前記基板は、電極を有する、調製することと、
電解質組成物を押出ディスペンサから前記基板上に分配して、前記電極と接触させることと、
前記電解質組成物を硬化させることと、を含む、方法。

【請求項14】

前記電解質組成物は、コポリマーのヒドロゲルと、コポリマーの前記ヒドロゲル中に分散された塩と、を含むゲルポリマー電解質を含む、請求項１３に記載の電気化学デバイスの電解質層を作製する方法。

【請求項15】

前記電解質組成物は、前記電解質組成物の粘度を調節するための希釈剤を含む、請求項１３に記載の電気化学デバイスの電解質層を作製する方法。

【請求項16】

前記電解質組成物は、光開始剤を含む、請求項１３に記載の電気化学デバイスの電解質層を作製する方法。

【請求項17】

電解質組成物を分配する前に前記電解質組成物を混合することを更に含む、請求項１３に記載の電気化学デバイスの電解質層を作製する方法。

【請求項18】

前記電解質組成物は、特定のパターンに従って分配される、請求項１３に記載の電気化学デバイスの電解質層を作製する方法。

【請求項19】

前記電解質組成物を分配後に周囲条件下で融合させるために一時停止することを更に含む、請求項１３に記載の電気化学デバイスの電解質層を作製する方法。

【請求項20】

硬化させることは、前記電解質組成物に紫外線放射を当てることを含む、請求項１３に記載の電気化学デバイスの電解質層を作製する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施例又は実装態様は、生分解性電気化学デバイス、その電解質、及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

世界中で生産されている電池の数は、携帯可能な遠隔電源に対する増大する必要性の結果として、絶えず増加している。特に、多くの新しい技術は、組み込み電子機器に電力を供給するために電池を必要とする。例えば、携帯型電子機器及びウェアラブル電子機器、モノのインターネット（Internet of Things、ＩｏＴ）デバイス、患者ヘルスケアモニタリング、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の組み込み電子機器は、電力を電池に依存する。従来の電池は、一部がリサイクルされ得るが、現在、環境に優しい又は生分解性である市販の電池はない。したがって、従来の電池の製造及び使用の増加は、適切に処分又はリサイクルされない場合、環境中の毒性廃棄物及び有害廃棄物が相応に増加する。上記に鑑みて、改良された生分解性電池を、特に、廃棄される前に限られた時間に使い捨て電池を利用する用途のために開発する必要がある。

【0003】

更に、可撓性、低コスト、中性能又は低性能の電池に対する需要を満たすために、全印刷電池（all-printed battery）が開発されている。これらの全印刷電池のいくつかは、水溶液に浸された紙又はフリース材料の代わりにＧＰＥ（gel polymer electrolyte、ゲルポリマー電解質）を使用する。ＧＰＥ層の利点には、製造の容易さ、改善された構造的完全性、可撓性、及びより一貫した性能が挙げられる。硬化性ＧＰＥ材料をスクリーン印刷する現在の方法は、不均一な厚さ、不適切なパイル高さ、及びフィルム中の気泡などの問題が課題である。不均一な厚さは、全印刷電池構造において座屈につながるおそれがある。電池内の不適切なパイル高さは、短絡につながるおそれがあり、フィルム内の気泡は、電池構造内の不十分なフィルム均一性及び不規則な性能をもたらすおそれがある。

【0004】

良好な忠実度（気泡がなく、適切な厚さ、及び均一なパイル高さ）を有する生分解性ゲルポリマー電解質層を作製するためのプロセス、並びにそのようなプロセスを使用して作製される電池が必要とされている。

【発明の概要】

【0005】

以下は、本教示の１つ以上の実施形態のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、簡略化された概要を提示する。この概要は、広範な概略ではなく、本教示の主要又は重要な要素を特定することも、本開示の範囲を明示することも意図していない。むしろ、その主な目的は、単に、後に提示される詳細な説明の前置きとして、１つ以上の概念を簡略化された形式で提示するだけである。

【0006】

電気化学デバイスが開示される。電気化学デバイスは、アノード及びカソードを含む。電気化学デバイスはまた、アノードとカソードとの間に配置された押出電解質組成物を含む。電気化学デバイスの実装態様は、カソード及び／又はアノードが積層ジオメトリで配置される場合を含み得る。カソード及び／又はアノードは、横方向ｘ－ｙ平面ジオメトリで配置され得る。電解質組成物は、ゲルポリマー電解質を含み得る。ゲルポリマー電解質は、コポリマーのヒドロゲルと、コポリマーのヒドロゲル中に分散された塩と、を含み得る。電解質組成物は、架橋剤を含み得る。電解質組成物は、光開始剤を含み得る。光開始剤は、フェニル－２，４，６－トリメチルベンゾホオスフィン酸リチウム（lithium phenyl-2,4,6-trimethylbenzophoosphinate）を含み得る。電解質組成物は、横方向不連続パターンでアノードとカソードとの間に配置される。

【0007】

別の電気化学デバイスが開示される。電気化学デバイスは、アノード及びカソードを含む。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非スクリーン印刷電解質組成物を含み得る。

【0008】

電気化学デバイスの電解質層を作製する方法が開示される。また、電気化学デバイスの電解質層を作製する方法は、電気化学デバイス用基板を調製することを含み、基板は、電極を有する。電気化学デバイスの電解質層を作製する方法はまた、電解質組成物を押出ディスペンサから基板上に分配して、電極と接触させることを含む。電気化学デバイスの電解質層を作製する方法はまた、電解質組成物を硬化させることを含む。

【0009】

電気化学デバイスの電解質層を作製する方法の実装態様は、電解質組成物がゲルポリマー電解質を含む場合を含んでもよく、ゲルポリマー電解質は、コポリマーのヒドロゲルと、コポリマーのヒドロゲル中に分散された塩と、を更に含み得る。電解質組成物は、電解質組成物の粘度を調整するために希釈剤を含み得る。電解質組成物は、約１，０００ｃｐ～約１００，０００ｃｐの粘度を有し得る。電解質組成物は、フェニル－２，４，６－トリメチルベンゾホオスフィン酸リチウムなどの光開始剤を含み得る。電気化学デバイスの電解質層を作製する方法は、電解質組成物を分配する前に電解質組成物を混合することを含み得る。電解質組成物は、特定のパターンに従って分配され得る。電気化学デバイスの電解質層を作製する方法は、分配後に電解質組成物を周囲条件下で融合させるために一時停止することを含み得る。硬化は、電解質組成物に紫外線放射を当てることを含み得る。

【図面の簡単な説明】

【0010】

本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、本教示の実施形態を例解する。本開示の実施形態におけるこれら及び／又は他の態様及び利点は、添付の図面と併せて以下の様々な実施形態の説明から明らかになり、より容易に理解されるであろう。

【図1】本開示による、積層構成の例示的な電気化学デバイスの分解図である。

【図2】本開示による、電気化学デバイス用のゲルポリマー電解質層を分配することができる押出装置の概略図である。

【図3】本開示による、電気化学デバイス用のゲルポリマー電解質層を設けるためのプロセスの概略図である。

【図4】本開示による、電気化学デバイス用の押出ゲルポリマー電解質層の写真である。

【図5】本開示による、電気化学デバイスの電解質層を作製するための方法の図である。

【図6】本開示による、電気化学デバイスの電解質層を作製するための方法の図である。

【図7】本開示による、電気化学デバイスの電解質層を作製するための方法の図である。

【0011】

図のいくつかの詳細は簡略化されており、厳密な構造精度、詳細、及び縮尺は維持されるものではなく、本教示の理解を容易にするように描かれていることに留意されたい。

【発明を実施するための形態】

【0012】

様々な典型的な態様の以下の説明は、本質的に単なる例示であり、本開示、その用途、又は使用を限定することを意図するものではない。

【0013】

全体にわたって使用されるように、範囲は、その範囲内にある各値及び全ての値を説明するために、省略として使用される。範囲内の任意の値は、範囲の終点として選択され得る。更に、本明細書に引用される全ての参考文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本開示における定義と引用された参考文献との矛盾の場合には、本開示が制御する。

【0014】

別段の指定がない限り、本明細書及び本明細書の他の箇所で表される全ての百分率及び量は、重量百分率を指すと理解されるべきである。与えられた量は、材料の活性重量に基づく。

【0015】

加えて、全ての数値は、示された値の「約」又は「およそ」であり、当業者によって期待されるであろう実験誤差及び変動を考慮する。本明細書に開示される全ての数値及び範囲は、「約」がそれとともに使用されるかどうかに関わらず、近似値及び範囲であることを理解されたい。本明細書で使用するとき、「約」という用語は、数字とともに、その数字の±０．０１％（境界値を含む）、±０．１％（境界値を含む）、±０．５％（境界値を含む）、その数字の±１％（境界値を含む）、その数字の±２％（境界値を含む）、その数字の±３％（境界値を含む）、その数字の±５％（境界値を含む）、その数字の±１０％（境界値を含む）、又はその数字の±１５％（境界値を含む）であり得る値を指すことも理解されたい。数値範囲が本明細書に開示されるとき、その範囲内に入る任意の数値もまた具体的に開示されることが更に理解されるべきである。

【0016】

本明細書で使用するとき、「又は」という用語は、包括的な操作者であり、文脈上別段の明確な指示がない限り、「及び／又は」という用語と同等である。「に基づく」という用語は、排他的ではなく、文脈がそうでないことを明確に指示しない限り、記載されていない追加の要因に基づくことを可能にする。本明細書において、「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つ」の記載は、Ａ、Ｂ、若しくはＣ、Ａ、Ｂ、若しくはＣの複数の例、又はＡ／Ｂ、Ａ／Ｃ、Ｂ／Ｃ、Ａ／Ｂ／Ｂ／ Ｂ／Ｂ／Ｃ、Ａ／Ｂ／Ｃなどの組み合わせを含む例を含む。加えて、本明細書全体を通して、「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」の意味は、複数の参照を含む。「ｉｎ」の意味は、「ｉｎ」及び「ｏｎ」を含む。

【0017】

ここで、本教示の例示の実施例を詳細に参照し、この実施例を添付図面に示す。可能な限り、同じ参照番号が、同じ、類似、又は同様の部分を指すように図面全体にわたって使用される。

【0018】

生分解性電気化学デバイスが本明細書に開示される。本明細書で使用される場合、「生分解性」又は「生分解性材料」という用語は、生物、特に埋立地内の微生物によって妥当な時間内に分解されることが可能な、又は分解されるように構成された材料、構成要素、物質、デバイスなどを指し得る。材料、構成要素、物質、デバイスなどは、水、二酸化炭素及びメタンのような自然発生ガス、バイオマス、又はそれらの組み合わせに分解され得る。本明細書で使用される場合、「生分解性電気化学デバイス」又は「生分解性デバイス」という表現は、それぞれ、その少なくとも１つ以上の構成要素が生分解性である電気化学デバイス又はデバイスを指し得る。場合によっては、生分解性電気化学デバイス又は生分解性デバイスの構成要素の大部分又は相当数は、生分解性である。他の例では、生分解性電気化学デバイス又は生分解性デバイスのポリマー成分の全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及び／又は他の有機系構成要素は、生分解性であるが、金属及び／又は金属酸化物を含む本明細書に開示され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全てのポリマー及び／又は有機ベースの構成要素が生分解性である場合、電気化学デバイス全体が生分解性であると考えられることが一般に受け入れられていることを理解されたい。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か、又はそうでなければ持続可能な若しくは環境に優しい方法で処分することができる品目を指し得る。堆肥化可能な材料は、生分解性材料の下位カテゴリであると考えてもよく、堆肥化可能な材料を分解するために、追加の特定の環境温度又は条件が必要な場合がある。堆肥化可能という用語は生分解性と同義ではないが、生分解性材料を処理する又は分解するのに必要な条件が、堆肥化可能材料を処理するのに必要な条件と同様であると理解される場合には、それらは互換的に使用され得る。本明細書で使用される場合、「電気化学デバイス」という用語又は表現は、電気を化学反応に変換する、かつ／又はその逆に変換するデバイスを指し得る。例示的な電気化学デバイスは、電池、色素増感太陽電池、電気化学センサ、エレクトロクロミックガラス、燃料電池、電解槽などであり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。

【0019】

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」又は「環境に優しいデバイス」という用語又は表現は、それぞれ、一般に生態系又は環境に対して最小限の毒性を示すか、低減された毒性を示すか、又は毒性を示さない電気化学デバイス又はデバイスを指し得る。少なくとも１つの実施形態では、本明細書に開示される電気化学デバイス及び／又はその構成要素は、環境に優しい。

【0020】

本明細書で使用される場合、「フィルム」又は「バリア層」という用語又は表現は、基板、接続部、封入容器、バリア、又はそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない、様々な電気化学デバイス構成要素又は部品において使用され得る、薄い、部分的に若しくは実質的にプラスチック及び／又はポリマー材料を指し得る。本明細書に記載されるフィルムは、フィルムのそれぞれの組成物の固有の物理的特性又は寸法に応じて、剛性又は可撓性であり得る。少なくとも１つの実施形態では、これらのフィルム又はバリア層は、環境に優しいか又は生分解性であり得る。

【0021】

本明細書で使用される場合、「封入容器」、「バリア」、又は「水蒸気バリア」という用語又は表現は、水分、水、又は他の蒸発可能な材料が電気化学デバイスのバリアを介して出入りするのを防止するために使用される、部分的に封止された、完全に封止された、又は他の方法で利用される材料を指すことがある。少なくとも１つの実施形態では、これらの封入容器は、環境に優しいか又は生分解性であり得る。

【0022】

少なくとも１つの実施形態では、本明細書に開示される電気化学デバイスは、アノードと、カソード（すなわち、集電体及び／又は活性層）と、１つ以上の電解質組成物（例えば、生分解性固体水性電解質組成物）と、を含み得る。別の実施形態では、生分解性電気化学デバイスは、１つ以上の基板、１つ以上のシール、１つ以上のパッケージ、１つ以上のパウチ、１つ以上の封入容器、又はそれらの組み合わせを更に含み得る。

【0023】

本明細書に開示される電気化学デバイスは、可撓性であり得る。本明細書で使用するとき、「可撓性」という用語は、破断及び／又は亀裂を生じることなく所定の曲率半径の周りに曲げることができる材料、デバイス、又はその構成要素を指し得る。本明細書に開示される生分解性電気化学デバイス及び／又はその構成要素は、破損又は亀裂を生じることなく、約３０ｃｍ以下、約２０ｃｍ以下、約１０ｃｍ以下、約５ｃｍ以下の曲率半径で曲げられてもよい。

【0024】

押出電解質組成物の例示的な実施例としては、本明細書に記載の組成物を挙げることができ、電池又は生分解性電池などの電気化学デバイスに含めることができる。本明細書に記載される押出電解質組成物を含むデバイス又は装置の代替例としては、炭素捕捉又は二酸化炭素還元デバイス、ガルバニ電池、又は電解槽を挙げ得るが、これらに限定されない。電解槽は、電気分解プロセスにおいて水を水素及び酸素に分解するために電気を利用することができるシステムであるが、電気を使用して化学プロセスを実行する他のシステムは、本明細書に記載されるような押出電解質組成物を組み込んでもよい。

【0025】

図１は、本開示による、積層構成の例示的な電気化学デバイスの分解図を示す。図１に示すように、電気化学デバイス１００は、第１の基板１０２と、第１の基板１０２に隣接して又はその上に配置された第１の集電体１０４と、第１の集電体１０４に隣接して又はその上に配置されたアノード活性層１０６と、アノード１０６に隣接して又はその上に配置された電解質層１０８と、電解質組成物１０８に隣接して又はその上に配置されたカソード活性層１１０と、カソード活性層１１０に隣接して又はその上に配置された第２の集電体１１２と、第２の集電体１１２に隣接して又はその上に配置された第２の基板１１４と、を含み得る。第１の集電体１０４及びアノード活性層１０６は、本明細書ではまとめて電気化学デバイス１００のアノードと称し得ることを理解されたい。第２の集電体１１２及びカソード活性層１１０は、本明細書ではまとめて電気化学デバイス１００のカソードと称し得ることを更に理解されたい。図１に示すように、電気化学デバイス１００のアノード及びカソードは、アノード及びカソードが互いの上又は下に配置されるように、積層構成又は積層ジオメトリで配置され得る。

【0026】

特定の実施例では、電気化学デバイス１００は、電気化学デバイス１００の第１の基板１０２と第２の基板１１４との間に、集電体１０４、１０６、アノード活性層１０６、カソード活性層１１０、及び電解質組成物１０８を気密封止することが可能な、又は気密封止するように構成された、ここには示されていない１つ以上のシールを含み得る。別の実施例では、電気化学デバイス１００は、図１に示すように、シールがなくてもよい、又は実質的になくてもよい。例えば、基板１０２、１１４は、電気化学デバイス１００を封止するために互いに溶融又は結合され得る。更に他の実施例では、集電体１０４、１０６の各々は、電気化学デバイス１００の本体の外側に延在し、それによって接続性を提供することができるそれぞれのタブを含み得る。いくつかの実施例では、電気化学デバイス１００は、並列構成又は共平面構成で配置され得る。更に、電気化学デバイス１００のアノード及びカソードは、アノード及びカソードが同じＸ－Ｙ平面に沿って配置されるように、同一平面上にあり得る。

【0027】

少なくとも１つの実施例では、電気化学デバイス１００の基板のうちの任意の１つ以上は、生分解性基板であり得るか、又はそれを含み得るが、これに限定されない。例示的な生分解性基板は、以下に限定されるわけではないが、ポリ乳酸（polylactic acid、ＰＬＡ）、ポリ乳酸－ｃｏ－グリコール酸（polylactic-co-glycolic acid、ＰＬＧＡ）、絹フィブロイン、キトサン、ポリカプロラクトン（polycaprolactone、ＰＣＬ）、ポリヒドロキシブチレート（polyhydroxybutyrate、ＰＨＢ）、ライスペーパー、セルロース、又はそれらの組み合わせ若しくは複合材料のうちの１つ以上であり得るか、又はそれらを含み得る。

【0028】

それぞれの生分解性電気化学デバイス１００の生分解性基板は、約５０℃～約１５０℃の温度で安定であり得る。本明細書で使用される場合、「安定な」又は「安定性」という用語は、約５０℃～約１５０℃の温度に曝露されたときに寸法変化に抵抗し、構造的完全性を維持する基板の能力を指し得る。例えば、生分解性基板は、約５０℃～約１５０℃の温度への曝露後に、約２０％未満、約１５％未満、若しくは約１０％未満の寸法変化で構造的完全性を維持することが可能であり得るか、又はそのように構成され得る。一実施例では、生分解性基板の各々は、約５０℃、約６０℃、約７０℃、約８０℃、約９０℃、約１００℃、又は約１１０℃から約１２０℃、約１３０℃、約１４０℃、又は約１５０℃の温度で安定（例えば、２０％未満の寸法変化）であり得る。別の実施例では、生分解性基板の各々は、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℃、又は少なくとも１４５℃の温度で安定であり得る。少なくとも１つの実施形態では、生分解性基板は、約５０℃～約１５０℃の温度で約５分～約６０分以上の時間で安定であり得る。例えば、生分解性基板は、前述の温度で、約５分、約１０分、約２０分、又は約３０分から約４０分、約４５分、約５０分、約６０分、又はそれ以上の時間で安定であり得る。

【0029】

少なくとも１つの実施形態では、生分解性基板は、追加の接着剤を使用することなく、溶接可能、結合可能、かつ／又は恒久的に熱封止可能である。例えば、基板１０２、１１４の各々の生分解性基板は、それぞれのシールを使用することなく互いに溶接可能かつ／又は結合可能であり得る。互いに溶接可能及び／又は結合可能であり得る例示的な生分解性基板は、ポリ乳酸（ＰＬＡ）などの熱可塑性プラスチック、ポリラクチドポリブチレンサクシネート（polylactide polybutylene succinate、ＰＢＳ）などの結晶化度を高めるために成核剤で修飾されたポリラクチド、ポリブチレンアジペートテレフタレート（polybutylene adipate terephthalate、ＰＢＡＴ）、ＰＬＡとポリヒドロキシブチレート（ＰＨＢ）とのブレンド、ＰＨＢ系ブレンドなど、若しくはそれらの組み合わせであり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。本明細書で使用するとき、「結合可能」、「溶接可能」、及び／又は「恒久的に熱封止可能」という用語又は表現は、材料（例えば、基板）が、加熱又は溶融を介して２つの表面を互いにヒートシールするか、又は２つの表面を互いに恒久的に接合する能力を指し得る。

【0030】

例示的な生分解性電気化学デバイス１００のアノード活性層１０６は、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、若しくはそれらの組み合わせ及び／若しくは合金のうちの１つ以上であり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。例示的なアノード活性層又はそれらの材料は、など、若しくはそれらの組み合わせであり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。少なくとも１つの実施形態では、アノード活性層は、Ｈ_２ガス発生を調節又は制御するのに十分な量の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含み得る。

【0031】

少なくとも１つの実施例では、例示的な生分解性電気化学デバイス１００のアノード活性層１０６は、アノードペーストから調製又は製造され得る。例えば、アノード活性層は、亜鉛アノードペーストから調製され得る。アノードペーストは、アトリッターミルで調製され得る。少なくとも１つの実施形態では、アノードペーストの調製を容易にするために、ステンレス鋼ショットをアトリッターミル内に配置してもよい。アノードペーストは、１つ以上の金属若しくは金属合金、１つ以上の有機溶媒、１つ以上のスチレン－ブタジエンゴムバインダ、又はそれらの組み合わせを含み得る。例示的な実施形態では、アノードペーストは、エチレングリコール、スチレン－ブタジエンゴムバインダ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ビスマス（ＩＩＩ）（Ｂｉ_２Ｏ_３）、Ｚｎダスト、又はそれらの組み合わせのうちの１つ以上を含み得る。例示的な有機溶媒は、当該技術分野において既知であり、エチレングリコール、アセトン、ＮＭＰなど、若しくはそれらの組み合わせであり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。少なくとも１つの実施形態では、任意の１つ以上の生分解性バインダは、スチレン－ブタジエンゴムバインダの代わりに、又はスチレン－ブタジエンゴムバインダと組み合わせて利用され得る。

【0032】

例示的な生分解性電気化学デバイス１００のカソード活性層１１０は、鉄（Ｆｅ）、酸化鉄（ＶＩ）、酸化水銀（ＨｇＯ）、酸化マンガン（ＩＶ）（ＭｎＯ_２）、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（ＭｏＯ_３）、酸化銀（Ａｇ_２Ｏ）、銅（Ｃｕ）、酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、ヨウ化銅（Ｃｕ_２Ｉ_２）、塩化銅（ＣｕＣｌ）など、若しくはそれらの組み合わせ及び／若しくは合金のうちの１つ以上であり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。例示的な実施例では、カソード活性層１１０は、酸化マンガン（ＩＶ）を含み得る。炭素及び／又は炭素含有カソード活性層は、亜鉛空気電池などの水性金属空気電池において利用してもよい。

【0033】

少なくとも１つの実施例では、カソード活性層１１０は、カソード活性層１１０の電子伝導性を少なくとも部分的に向上させることができるか、又は向上させるように構成された１つ以上の添加剤を含み得る。例示的な添加剤は、グラファイト、カーボンナノチューブ、カーボンブラックなどの炭素粒子など、若しくはそれらの組み合わせであり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。

【0034】

少なくとも１つの実施例では、例示的な生分解性電気化学デバイス１００のカソード活性層１１０は、カソードペーストから調製又は製造され得る。例えば、カソード活性層１１０は、酸化マンガン（ＩＶ）カソードペーストから調製され得る。カソードペーストは、アトリッターミルで調製され得る。少なくとも１つの実施例では、カソードペーストの調製を容易にするために、ステンレス鋼ショットをアトリッターミル内に配置することができる。カソードペーストは、１つ以上の金属若しくは金属合金、１つ以上の有機溶媒（例えば、エチレングリコール）、１つ以上のスチレン－ブタジエンゴムバインダ、又はそれらの組み合わせを含み得る。例示的な実施例では、カソードペーストは、エチレングリコール、スチレン－ブタジエンゴムバインダ、酸化マンガン（ＩＶ）（ＭｎＯ_２）、グラファイト、又はそれらの組み合わせのうちの１つ以上を含み得る。例示的な有機溶媒は、当該技術分野において既知であり、エチレングリコール、アセトン、ＮＭＰなど、若しくはそれらの組み合わせであり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。少なくとも１つの実施例では、１つ以上の有機溶媒は、水などの水性溶媒と置き換えてもよいか、又は水性溶媒と組み合わせて使用してもよい。例えば、水を酸化マンガン（ＩＶ）と組み合わせて利用してもよい。

【0035】

アノードペースト及び／又はカソードペーストは、約１００ｃＰ～約１Ｅ６ｃＰの粘度を有し得る。例えば、アノードペースト及び／又はカソードペーストは、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、又は約９Ｅ５ｃＰ以上の粘度を有し得る。別の実施例では、アノードペースト及び／又はカソードペーストは、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、又は約１Ｅ６ｃＰ以下の粘度を有し得る。

【0036】

少なくとも１つの実施形態では、アノード及びカソードの各々、又はそれらの活性層１０６、１１０は、独立して、生分解性バインダを含み得る。生分解性バインダの機能は、それぞれの層の各々の粒子を一緒に固定し、下の基板への接着を提供することであり、それぞれの層は、アノード集電体１０４、カソード集電体１１２、アノード活性層１０６、カソード活性層１１０、又はそれらの組み合わせである。例示的な生分解性バインダは、キトサン、ポリ乳酸－ｃｏ－グリコール酸（polylactic-co-glycolic acid、ＰＬＧＡ）、ゼラチン、キサンタンガム、酢酸酪酸セルロース（cellulose acetate butyrate、ＣＡＢ）、ポリヒドロキシブチレート（ＰＨＢ）、若しくはそれらの組み合わせのうちの１つ以上であり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。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に開示される生分解性ポリマーのうちの任意の１つ以上はまた、アノード、カソード、それらの構成要素、又はそれらの任意の組み合わせの生分解性バインダとして利用され得る。本明細書に更に記載されるように、１つ以上の生分解性ポリマーは、架橋され得る。したがって、アノード、カソード、及び／又はそれらの構成要素に利用される生分解性バインダは、電解質組成物に関して本明細書に開示される架橋生分解性バインダを含み得る。

【0037】

例示的な生分解性電気化学デバイス１００の電解質層１０８は、電解質組成物であり得るか、又は電解質組成物を含み得る。電解質組成物は、生分解性ポリマー材料を利用してもよい。電解質組成物は、固体の水性電解質組成物であり得る。固体水性電解質組成物は、コポリマーのヒドロゲル、並びにヒドロゲル中及び／若しくはヒドロゲル全体に分散された塩であり得るか、又はそれらを含み得る。コポリマーは、ポリマー中央ブロック（center block、ＣＢ）と結合した少なくとも２つのポリカプロラクトン（ＰＣＬ）鎖を含み得る。例えば、コポリマーは、ＰＣＬ－ＣＢ－ＰＣＬなどのポリマー中央ブロックと結合した少なくとも２つのＰＣＬ鎖を含むブロックコポリマー又はグラフトコポリマーであり得る。別の実施例では、コポリマーは、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリグリコール酸（polyglycolic acid、ＰＧＡ）、ポリエチレンイミン（polyethylene imine、ＰＥＩ）、若しくはそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つ以上を含むブロックコポリマー又はグラフトコポリマーであってもよく、ポリマー中央ブロックと結合している。

【0038】

コポリマー又は固体は、ヒドロゲルの総重量（例えば、溶媒、ポリマー、及び塩の総重量）に基づいて、約５重量％以上～９０重量％以下の量でヒドロゲル中に存在し得る。例えば、コポリマーは、ヒドロゲルの総重量に基づいて、約５重量％以上、１０重量％以上、１５重量％以上、２０重量％以上、２５重量％以上、３０重量％以上、３５重量％以上の量で存在し得る。別の実施例では、コポリマーは、ヒドロゲルの総重量に基づいて、９０重量％以下、８０重量％以下、７０重量％以下、又は６０重量％以下の量で存在し得る。好ましい実施形態では、コポリマー又は固体は、ヒドロゲルの総重量に基づいて、約５重量％～約６０重量％、約５重量％～約５０重量％、約２０重量％～約４０重量％、又は約３０重量％の量でヒドロゲル中に存在し得る。更に別の好ましい実施形態では、コポリマー又は固体は、ヒドロゲルの総重量に基づいて、３０重量％超～６０重量％の量でヒドロゲル中に存在し得る。

【0039】

特定の実施例では、電気化学デバイスは、本開示に詳述される１つ以上の方法に従って分配されるような、押出電解質組成物又は層を含む。本明細書で定義されるように、押出電解質層は、気泡がなく、本明細書で説明されるような適切な厚さを有し、均一なパイル高さの押出電解質層であるということに関して、良好な忠実度を有する電解質層を提供する。均一なパイル高さは、１つ以上の寸法にわたって一貫した厚さを有する電解質層を指す。そのような結果として生じる物理的特性は、他の方法によって堆積される電解質層、例えば、本開示による電気化学デバイスにおいてスクリーン印刷された電解質層と比較して有利である。本開示による電気化学デバイスの特定の実施例はまた、非スクリーン印刷法である手順によって作製され、これは、そのような電気化学デバイス用のゲルポリマー電解質層を堆積させるスクリーン印刷法が、不均一な厚さ、不適切なパイル高さ、及びゲルポリマー電解質フィルム内の気泡など、手順に関連する問題を有することが知られているからである。不均一な厚さは、全印刷電池構造において座屈につながるおそれがある。電池内の不適切なパイル高さは、短絡につながるおそれがあり、フィルム内の気泡は、電池構造内の不十分なフィルム均一性をもたらすおそれがある。押出、型成形などの、例示的な非スクリーン印刷電解質組成物層を作製する、方法及び本開示の方法に従って堆積されたゲルポリマー電解質層は、不均一な厚さ、不適切なパイル高さ、及びゲルポリマー電解質フィルム層に関連する気泡を有するゲルポリマー電解質層を作製しない。

【0040】

コポリマーは、気泡を含まない又は実質的に含まない連続フィルム又は層を設けるのに十分な量でヒドロゲル中に存在し得る。コポリマーはまた、約１，０００ｃＰ～約１００，０００ｃＰの粘度を提供するのに十分な量でヒドロゲル中に存在し得る。例えば、コポリマーは、約１，０００ｃＰ、約５，０００ｃＰ、約１０，０００ｃＰ、又は約２０，０００ｃＰから約３０，０００ｃＰ、約４０，０００ｃＰ、約５０，０００ｃＰ、約７５，０００ｃＰ、約９０，０００ｃＰ、又は約１００，０００ｃＰの粘度を提供するのに十分な量でヒドロゲル中に存在し得る。特定の実施例では、粘度は、一部のアノード電池ペースト及びカソード電池ペーストで既知であるように、１，０００，０００ｃＰもの高さであり得る。

【0041】

コポリマーのポリマー中央ブロックは、生分解性ポリマーであってもよく、それによって固体水性電解質組成物の生分解性を改善又は増加させる。ポリマー中央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。ポリマー中央ブロックは、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、生分解性ポリマーなどのポリマーであり得るか、そのポリマーを含み得るか、又はそのポリマーから誘導され得る。本明細書に更に記載されるように、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してコポリマーを形成し得る。ポリマー中央ブロック（ＣＢ）を形成するために利用され得る少なくとも２つの遊離ヒドロキシル基を含む例示的なポリマーは、ポリビニルアルコール（polyvinyl alcohol、ＰＶＡ）、ヒドロキシル含有多糖、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、若しくはそれらの組み合わせのうちの１つ以上であり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。例示的なヒドロキシル含有多糖は、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、若しくはそれらの組み合わせであり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。例示的な生分解性ポリエステルは、ポリラクチド、ポリグリコール酸、ポリラクチド－ｃｏ－グリコール酸、ポリイタコン酸、ポリブチレンサクシネートなど、若しくはそれらの組み合わせであり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。好ましい実施形態では、ポリマーの中央ブロックは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ヒドロキシル含有多糖、生分解性ポリエステル、又はヒドロキシ脂肪酸のうちの１つ以上であり得るか、又はそれらを含み得る。

【0042】

少なくとも１つの実施例では、コポリマーのポリマー中央ブロックは、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央ブロックは、ポリエチレングリコール（polyethylene glycol、ＰＥＧ）、ヒドロキシ末端ポリエステル、ヒドロキシ末端ポリブタジエンなどのヒドロキシル末端ポリオレフィンなど、若しくはそれらの組み合わせであり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。

【0043】

ポリマー中央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又はブロックコポリマーであり得る。コポリマーがグラフトコポリマーであるか又はブロックコポリマーであるかは、ポリマー中央ブロックの少なくとも２つの遊離ヒドロキシル基の数及び／又は配置によって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、ポリマー中央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央ブロックと反応させることで、グラフトコポリマーが形成される。別の実施例では、ε－カプロラクトンを、ポリマー中央ブロックのそれぞれの末端にヒドロキシル基の各々を有するポリマー中央ブロックと反応させることで、ブロックコポリマーを形成する。例示的な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、若しくはそれらの組み合わせであり得るか、又はそれらを含み得る。

【0044】

上述のように、電解質組成物は、コポリマーのヒドロゲルと、ヒドロゲル中に分散された塩と、を含む固体水性電解質組成物であり得る。ヒドロゲルの塩は、当技術分野で公知の任意の好適なイオン性塩であり得るか、又はそれを含み得る。例示的なイオン性塩は、有機系塩、無機系塩、室温イオン液体、深共晶溶媒系塩など、又はそれらの組み合わせ若しくは混合物のうちの１つ以上であり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。好ましい実施形態では、塩は、亜鉛／酸化マンガン（ＩＶ）（Ｚｎ／ＭｎＯ_２）電気化学において使用可能な塩であるか、又はそれを含む。例示的な塩は、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ_２）、塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）、硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_４）、硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ_４）、硫酸マンガン（ＭｎＳＯ_４）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ_２）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）、塩化第二鉄（ＦｅＣｌ_３）、ヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）など、若しくはそれらの組み合わせであり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。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（ＮＨ_４Ｃｌ）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ_２）、又はそれらの組み合わせ若しくは混合物であり得るか、又はそれらを含み得る。別の実施形態では、塩は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ_４ＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）などのアルカリ金属塩、又はそれらの組み合わせ若しくは混合物であり得るか、又はそれらを含み得る。

【0045】

塩は、イオン伝導性を提供することができるか、提供するように構成されるか、又は提供する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、更により好ましくは少なくとも２Ｍ、更により好ましくは少なくとも４Ｍの量又は濃度で存在し得る。塩は、１０Ｍ以下、より好ましくは６Ｍ以下の濃度でヒドロゲル中に存在し得る。別の実施例では、塩は、約３Ｍ～約１０Ｍ、約４Ｍ～約１０Ｍ、約５Ｍ～約９Ｍ、又は約６Ｍ～約８Ｍの量でヒドロゲル中に存在し得る。例示的な実装態様では、塩は、塩化アンモニウム及び塩化亜鉛を含み、塩化アンモニウムは、約２．５Ｍ～約３Ｍ、約２．８Ｍ～約２．９Ｍ、又は約２．８９Ｍの量で存在し、塩化亜鉛は、約０．５Ｍ～１．５Ｍ、約０．８Ｍ～約１．２Ｍ、又は約０．９Ｍの量で存在する。

【0046】

少なくとも１つの実施形態では、電解質組成物は、１つ以上の添加剤を含み得る。１つ以上の添加剤は、生分解性若しくは環境に優しいナノ材料であり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。生分解性ナノ材料は、電解質層若しくはその電解質組成物の可撓性を犠牲にすることなく、電解質層若しくはその電解質組成物の構造強度を提供かつ／又は改善することが可能であり得るか、又はそのように構成され得る。添加剤の例示的な生分解性ナノ材料は、多糖系ナノ材料、無機ナノ材料など、又はそれらの組み合わせであり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。例示的な多糖系ナノ材料は、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、又はそれらの組み合わせ若しくは混合物のうちの１つ以上であり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。例示的な無機ナノ材料は、酸化ケイ素（例えば、ヒュームドシリカ）、酸化アルミニウム、層状ケイ酸塩若しくは石灰、又はそれらの組み合わせ若しくは混合物のうちの１つ以上であり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。

【0047】

１つ以上の添加剤は、ヒドロゲルの総重量に基づいて少なくとも０．１重量％の量で存在し得る。例えば、１つ以上の添加剤は、ヒドロゲルの総重量に基づいて、少なくとも０．１重量％、少なくとも０．５重量％、又は少なくとも１重量％の量で存在し得る。１つ以上の添加剤はまた、ヒドロゲルの総重量に基づいて、４０重量％以下の量で存在し得る。例えば、１つ以上の添加剤は、ヒドロゲルの総重量に基づいて、４０重量％以下、２０重量％以下、又は１０重量％以下の量で存在し得る。

【0048】

少なくとも１つの実施形態では、電解質組成物は、水性溶媒を含み得る。例えば、電解質組成物は、水を含み得る。少なくとも１つの実施形態では、電解質組成物は、共溶媒を含み得る。例えば、電解質組成物は、水及び追加の溶媒を含み得る。例示的な共溶媒は、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、若しくはそれらの組み合わせのうちの１つ以上であり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。共溶媒は、電解質組成物の水性溶媒の総重量又は体積に対して、約２０％超、約３０％超、約４０％超、約５０％超から約６０％超、約７０％超、約８０％超、約８５％超、若しくは約９０％超の量の水を含み得る。

【0049】

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及びヒドロゲル中に分散された塩、溶媒（例えば、水若しくは水及び共溶媒）、１つ以上の光開始剤、任意選択の１つ以上の添加剤、又はそれらの組み合わせを含む。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された塩、溶媒、１つ以上の添加剤、又はそれらの組み合わせ若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された塩、及び溶媒（例えば、水若しくは水及び共溶媒）からなるか、又は本質的になる。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された塩、溶媒、及び１つ以上の添加剤からなるか、又は本質的になる。水又は水と共溶媒との組み合わせであり得る溶媒は、ヒドロゲルの残部を提供してもよい。好適な電解質組成物並びにそれを作製するためのプロセス及び手順は、国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０２０／０４６９３２号に開示されており、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0050】

先に論じたように、例示的な生分解性電気化学デバイス１００の電解質層１０８は、固体水性電解質組成物であり得るか、又はそれを含み得る。固体水性電解質組成物は、市販の印刷電池又は商業的に有用な印刷電池に必要な十分な機械的特性及び電気化学的特性を有し得る。例えば、固体水性電解質組成物は、約０．１０メガパスカル（ＭＰａ）超、約０．１５ＭＰａ超、若しくは約０．２０ＭＰａ超のヤング率又は貯蔵弾性率を有してもよく、それによって、応力下での破損を防止するのに十分な可撓性を維持しながら、固体水性電解質組成物に十分な強度を提供する。固体水性電解質組成物は、約１００ＭＰａ以下、約８０ＭＰａ以下、約６０ＭＰａ以下、又はそれ未満のヤング率を有し得る。

【0051】

本明細書で使用される場合、「降伏強度」という用語又は表現は、材料が永久的に変形し始める前に材料が経験又は受けることができる最大応力を指し得る。固体水性電解質組成物は、約５ｋＰａ以上の降伏強度を有し得る。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、又は約２０ｋＰａ以上の降伏強度を有し得る。

【0052】

固体水性電解質組成物は、例示的な生分解性電気化学デバイス１００のアノード活性層１０６及びカソード活性層１１０の両方に対して電気化学的に安定であり得る。例えば、固体水性電解質組成物は、長期間にわたって安定した開回路電圧を維持してもよく、それによって、例示的な生分解性電気化学デバイス１００のアノード活性層１０６及びカソード活性層１１０の両方に対する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か月、少なくとも２か月、少なくとも３か月、少なくとも４か月、少なくとも５か月、少なくとも６か月、少なくとも１年、又はそれ以上の間、電極層と接触して電気化学的に安定であり得る。

【0053】

本明細書に開示される固体水性電解質組成物は、電気化学セル、電池、及び／又は本明細書に開示される生分解性電気化学デバイス１００などの任意の電気化学デバイスにおいて利用され得る。好ましい実施形態では、固体水性電解質組成物は、Ｚｎアノード活性層及びＭｎＯ_２カソード活性層を含む電池において利用されてもよい。

【0054】

例示的な生分解性電気化学デバイス１００の集電体１０４、１１２は、電気を受け取り、伝導し、送達することが可能であり得るか、又はそのように構成され得る。例示的な集電体１０４、１１２は、銀マイクロ粒子及び銀ナノ粒子などの銀、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維などの炭素、カーボンナノチューブ、グラフェン、還元型酸化グラフェン（reduced graphene oxide、ＲＧＯ）などの炭素ナノ粒子など、若しくはこれらの任意の組み合わせであり得る、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。

【0055】

図２は、本開示による、電気化学デバイス用のゲルポリマー電解質層を分配することができる押出装置の概略図を示す。これは、電気化学デバイス用のゲルポリマー電解質層を分配するのに好適な押出装置２００の例示的な概略図であるが、本開示によるゲルポリマー電解質層を分配する他の手段を使用してもよい。押出装置２００は、通信線２０４を介して押出装置２００の残りの部分に指示を通信することができるコンピュータ処理ユニット２０２を含む。押出装置２００は、分配ヘッド２１２に接続され、ゲルポリマー電解質などの材料を分配ヘッド２１２に送達するポンプ２０８への空気又は材料のいずれかの流れを調整するために使用される圧力又は流量のコントローラ２０６を含む。分配ヘッド２１２は、ノズル２１４を有し、ノズル２１４を通して材料が基板２２０に供給される。材料の流量、分配された材料のパターニング、又はコンピュータ処理ユニット２０２から受信される他の命令を含む命令に応じて、ｘ軸モータ２１８、ｙ軸モータ２１６、及びｚ軸モータ２１０は、それぞれ、ｘ軸移動２２６、ｙ軸移動２２８、及びｚ軸移動２２４に沿って、基板及び／又は分配ヘッド２１２を平行移動させる。この移動及びコンピュータ処理ユニット２０２から受信した命令は、基板２２０上に堆積又は分配されたゲルポリマー電解質２２２の所望のパターン及び量を提供する。

【0056】

本開示の例示的な実施例は、電気化学デバイスを製造するための方法、特に、電気化学デバイス用のゲルポリマー電解質層を設けるための方法を提供してもよい。図３は、本開示による、電気化学デバイス用のゲルポリマー電解質層を設けるためのプロセスの概略図を示す。電気化学デバイス３００用のゲルポリマー電解質層を設けるためのプロセスは、電気化学デバイスの製造の順序に応じて取り付けられたアノード又はカソードを含み得る集電体３０４を有する基板３０２を設けることを含む。分配ノズル３０６は、集電体３０４の表面上に所定のパターンでゲルポリマー電解質３０８の流れを設ける。パターンは、実施例において連続的であり得る、又は非連続的であり得る。堆積されたゲルポリマー電解質の層３１０は、あるパターンで分配され、集電体３０４の表面にわたってゲルポリマー電解質３１２のパターニング又は堆積の方向に塗布され得る。堆積されたゲルポリマー電解質３０８は、融合工程３１４の間に定着して平坦にされる。次いで、融合したゲルポリマー電解質の層３１６が集電体３０４の表面上に存在するが、集電体３０４の一部は、電気化学デバイスの内部構成要素と、外部構成要素、接続部、又は他の電気化学デバイスとの間の接続又は連続性のために露出されたままである。硬化プロセス工程３１８中に、融合したゲルポリマー電解質の層３１６は、硬化ゲルポリマー電解質組成物層３２０に変換される。硬化は、紫外線又は他の放射曝露を含む多くの手段によって達成し得る。あるいは、硬化は、架橋剤又は架橋分子と組み合わせて、赤外線放射、熱曝露、又は高温への曝露によって達成され得る。堆積されたゲルポリマー電解質の層３１０は、横方向不連続パターンで集電体３０４の表面にわたってゲルポリマー電解質のパターン又は堆積３１２で分配され得る。電解質層の横方向不連続パターンとは、電気化学デバイスの構造と一致する横方向平面内で必ずしも互いに接触しない特徴又は物理的接触点を有するパターンを指す。この横方向不連続パターンは、電解質配置の位置、したがって活性を隔離又は方向付ける可能性を提供し、連続的に製造される複数の電気化学デバイス構造を設ける製造方法を可能にする。パターンはまた、ゲルポリマー電解質が説明されるような様式で製造又は堆積されるとき、電気化学デバイスごとに可変様式で堆積され得る。任意選択的な架橋剤としては、ＰＥＧ－ジアクリレート及びＥＯＴＭＰＴＡ（ethoxylated trimethylolpropane triacrylate、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート）などの水溶性アクリレートを挙げてもよい。

【0057】

ゲルポリマー電解質の例示的な配合は、以下の組成を含み得る。表１に示すように、ゲルポリマー電解質組成物を水中で調製した。

【0058】

【表1】

【0059】

ＧＰＥポリマーは、以下に示す一般構造を有するグラフトポリマーである。

【0060】

【化1】

【0061】

ＧＰＥポリマーの例示的な実施例は、以下の構造に示されるようなＰＣＬ側部ペンダント基又は側鎖を有するＰＶＡ主ポリマー鎖である。

【0062】

【化2】

【0063】

図４は、本開示による、電気化学デバイス用の押出ゲルポリマー電解質層の写真である。写真４００は、図２の押出装置と同様のシステムを利用するプロセスを示す。示されるように、本開示の方法、手順、及び材料に従って、基板４０８上にゲルポリマー電解質４０６を堆積させるプロセス中の、分配ノズル４０４を有する分配ヘッド４０２が示されている。図４に示されるようなゲル押出の例示的な実施例は、Ｈｙｒｅｌ Ｈｙｄｒａ １６Ａ ３Ｄプリンタを使用して実行されてもよく、この３Ｄプリンタは、種々のプリントヘッドを操作して、フィラメント、ペーストなどであるが、これらに限定されない、異なるタイプの材料を分配し得る。例えば、材料を分配するために１０ｍＬの使い捨てシリンジを使用するＳＤＳ－１０プリントヘッドが、プリンタのツールヨーク上のスロット内に配置される。次に、ＵＶ硬化性ＧＰＥ（ゲルポリマー電解質）を利用する、表１に記載の配合の水溶液を、直径０．８ｍｍのルアーロックチップを備えた１０ｍＬシリンジに充填し、そのシリンジをＳＤＳ－１０プリントヘッドに搭載する。より大きな体積を使用するシリンジ、アセンブリ、若しくはプリントヘッド、一体化された加熱プリントヘッド、又はＵＶ架橋プリントヘッドもまた、同様の方法における使用のために利用可能である。印刷される単純な固体充填物は、３Ｄオブジェクトを作成し、ＳＴＬファイルフォーマットにエクスポートするために、ＯｐｅｎＳｃａｄソフトウェアを使用して構築されるが、当技術分野で知られている任意のそのようなプログラムが使用され得る。図４に示す物体の寸法は、３８ｍｍ×４０ｍｍの内壁、及び０．５ｍｍの高さである。使用された追加のパラメータは、ほとんどデフォルトパラメータを有するＳｌｉｃ３ｒスライシングソフトウェアを使用するｇコードの生成であった。図４の実施例では、印刷速度を１０ｍｍ／ｓに、層高さを０．５ｍｍに、充填率を１００％に設定した。

【0064】

本開示による１つ以上の例示的な方法は、本明細書に開示されるような生分解性電気化学デバイスの一部又は全体を作製するために使用され得る。本開示による方法は、生分解性基板を設けることを含み得る。本方法はまた、生分解性基板に隣接して又はその上に電極及び／又は電極組成物を堆積させることを含み得る。電極を堆積させることは、電極の集電体を堆積させて乾燥させることと、集電体に隣接して又はその上に活性層（すなわち、アノード材料又はカソード材料）を堆積させて乾燥させることと、を含み得る。本方法はまた、電極及び／又は電極組成物を乾燥させることを含み得る。電極組成物は、熱的に乾燥され得る（例えば、加熱）。本方法はまた、生分解性放射硬化性電解質組成物を電極組成物上に又はそれに隣接して堆積させることを含み得る。本方法は、生分解性放射硬化性電解質組成物を放射硬化させることを更に含み得る。生分解性放射硬化性電解質組成物は、電極組成物を乾燥させる前又は乾燥に続いて放射硬化させてもよい。生分解性基板は、任意選択の熱乾燥と熱的に適合性であり得る。例えば、生分解性基板は、熱乾燥時に寸法安定性（例えば、座屈及び／又は湾曲がない）であり得る。本方法は、第２の電極及び／又は電極組成物を生分解性放射硬化性電解質組成物上に又はそれに隣接して堆積させることを含み得る。少なくとも１つの実施形態では、第１及び第２の電極組成物の各々は、金属箔組成物である。第１の電極の金属箔組成物は、第２の電極の金属箔組成物と異なってもよい。

【0065】

少なくとも１つの実施例では、電気化学デバイス、その構成要素の全て、又はその構成要素の実質的に全ては、印刷プロセスによって製造される。印刷プロセスは、堆積、スタンピング、噴霧、スパッタリング、ジェッティング、コーティング、層化などを含み得る。例えば、１つ以上の集電体、１つ以上の電極組成物、生分解性放射硬化性電解質組成物、又はそれらの組み合わせは、印刷プロセスによって堆積され得る。例示的な印刷プロセスは、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、エアロゾル印刷、植字、ロールツーロール法など、若しくはそれらの組み合わせのうちの１つ以上であり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。好ましい実施形態では、電気化学デバイスの構成要素は、スクリーン印刷によって印刷される。

【0066】

少なくとも１つの実施例では、生分解性放射硬化性電解質組成物を放射硬化させることは、電解質組成物を放射エネルギーに曝露することを含む。放射エネルギーは、紫外光であり得る。生分解性放射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、生分解性放射硬化性電解質組成物を少なくとも部分的に架橋し、それによってヒドロゲルを形成し得る。生分解性放射硬化性電解質組成物は、室温で放射硬化され得る。少なくとも１つの実施形態では、生分解性放射硬化性電解質組成物は、不活性雰囲気で硬化される。例えば、生分解性放射硬化性電解質組成物は、窒素、アルゴンなどの下で硬化させてもよい。別の実施形態では、生分解性放射硬化性電解質組成物は、非不活性雰囲気中で硬化され得る。

【0067】

少なくとも１つの実施例では、生分解性放射硬化性電解質組成物は、約５ｍｓ～約１００ｍｓの時間で放射硬化され得る。例えば、生分解性放射硬化性電解質組成物は、約５ｍｓ、約１０ｍｓ、約１５ｍｓ、約２０ｍｓ、約３０ｍｓ、約４０ｍｓ、又は約５０ｍｓから約６０ｍｓ、約７０ｍｓ、約８０ｍｓ、約８５ｍｓ、約９０ｍｓ、約９５ｍｓ、又は約１００ｍｓの時間で放射硬化され得る。生分解性放射硬化性電解質組成物を放射硬化させるのに十分な時間は、ＵＶ光の出力によって少なくとも部分的に決定され得る。

【0068】

少なくとも１つの実施例では、本方法はまた、生分解性接着剤などの接着剤を堆積させ、それによって例示的な生分解性電気化学デバイスの１つ以上のシールを設けることを含み得る。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板又は基板の一部（例えば、タブの周囲の領域）を互いに結合することを含み得る。いくつかの実施例では、接着剤は、ホットメルト接着剤であり得る。別の実施例では、電気化学デバイスは、いかなる接着剤も含まないか、又は実質的に含まなくてもよい。例えば、生分解性基板は、追加の接着剤を使用することなく溶接可能かつ／又はヒートシール可能であり得る。

【0069】

少なくとも１つの実施例では、生分解性基板は、連続ウェブであり得るか、又は連続ウェブによって支持され得る。本明細書で使用するとき、「ウェブ」という用語は、コンベヤベルトなどの移動支持面を指し得る。少なくとも１つの実施例では、複数の電気化学デバイスは、連続ウェブ上に独立した又は連結された要素又は構成要素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要素は、並列プロセスにおいてアレイとして連続ウェブ上に独立した又は連結された構成要素として同時に印刷され得る。本明細書で使用される場合、「連結された要素」又は「連結された構成要素」という用語又は表現は、それぞれ、互いに物理的に接触している、重なり合っている、又は別様に接触している電気化学デバイスの要素又は構成要素を指し得る。例示的な連結された要素は、集電体層に隣接して又はその上に配置された活性層（例えば、カソード活性層又はアノード活性層）、集電体層及び銅テープタブ、若しくは活性カソード／アノード層上の電解質層であり得るか、又はそれらを含み得る。

【0070】

例示的な生分解性電気化学デバイスの少なくとも１つの実施例では、その固体水性電解質、及びそれを合成して製造するための方法が利用可能であり、集電体、カソード／アノード材料、バインダ、接着剤、及び電解質を含む様々な材料の層は、高い忠実度及び精度で印刷される必要がある。更に、水性電解質内の水分の保持は、良好なイオン伝導性のための可溶化塩の維持による電池性能にとって重要であり、これらのような印刷された生分解性又は堆肥化可能な電池は、ポリ乳酸（ＰＬＡ）フィルムであり得る生分解性基板を通した蒸発による水分損失に起因して寿命が短くなるという問題がある。そ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フィルム封入パウチを有し得る。例示的な生分解性封入材料は、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）、ライスペーパー、セルロース、又はそれらの組み合わせ若しくは複合体のうちの１つ以上であり得る、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。

【0071】

少なくとも１つの実施例では、アノードと、カソードと、アノードとカソードとの間に印刷された、架橋される前に放射硬化性である架橋生分解性ポリマー材料を含む電解質組成物と、を含む可撓性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封入容器、フィルム、又はパウチを形成する生分解性の水分バリア若しくは水蒸気バリア又はバリア層を有し得る。そのような実施例では、電気化学デバイス全体が生分解性であるので、デバイスは、封入パウチの改善された水蒸気バリア特性又は水分バリア層特性に起因して延長された耐用年数を有し得、また、生分解性であるか、かつ／又はその耐用年数が終わると生分解性であり得る。生分解性水蒸気バリア又は封入容器の機能とは、電気化学デバイス内の水性電解質組成物からの水の蒸発を妨げる水分バリア層を設け、したがって、電気化学デバイスの耐用年数を延ばすことである。本明細書に記載される水蒸気バリア又は水分バリア層に関して、電気化学デバイスの特定の実施例は、かなりの量の水又は水分を有し得るが、他の溶媒又は蒸発可能な材料もまた、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の許容可能な動作に寄与し得ることに留意されたい。

【0072】

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℃の温度で安定であり得る。本明細書で使用される場合、「安定な」又は「安定性」という用語は、約５０℃～約１５０℃の温度に曝露されたときに寸法変化に抵抗し、構造的完全性を維持する基板の能力を指し得る。例えば、生分解性水蒸気バリアは、約５０℃～約１５０℃の温度への曝露後に約２０％未満、約１５％未満、若しくは約１０％未満の寸法変化で構造的完全性を維持することが可能であり得るか、又は維持するように構成され得る。一実施例では、生分解性水蒸気バリアの各々は、約５０℃、約６０℃、約７０℃、約８０℃、約９０℃、約１００℃、又は約１１０℃から約１２０℃、約１３０℃、約１４０℃、又は約１５０℃の温度で安定（例えば、２０％未満の寸法変化）であり得る。別の実施例では、生分解性水蒸気バリアの各々は、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℃、又は少なくとも１４５℃の温度で安定であり得る。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、又はそれ以上の時間で安定であり得る。例えば、生分解性水蒸気バリアは、前述の温度で、約５分、約１０分、約２０分、又は約３０分から約４０分、約４５分、約５０分、約６０分、又はそれ以上の時間で安定であり得る。

【0073】

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、追加の接着剤を使用することなく、溶接可能、結合可能、かつ／又は恒久的に熱封止可能である。例えば、電気化学デバイス封入容器用の本明細書に記載される生分解性水蒸気バリアは、それぞれのシールを使用せずに互いに溶接可能かつ／又は結合可能であり得る。互いに溶接可能かつ／又は結合可能であり得る例示的な生分解性水蒸気バリア材料は、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、結晶化度を高めるために成核剤で修飾されたポリラクチド、ポリブチレンサクシネート（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）とのブレンド、ＰＨＢベースのブレンドなど、若しくはそれらの組み合わせなどの熱可塑性物質であり得るか、又はそれらを含み得るが、これらに限定されない。本明細書で使用するとき、「結合可能」、「溶接可能」、及び／又は「恒久的に熱封止可能」という用語又は表現は、材料（例えば、基板）が、加熱又は溶融を介して２つの表面を互いにヒートシールするか、又は２つの表面を互いに恒久的に接合する能力を指し得る。

【0074】

いくつかの実施例では、生分解性封入容器、パウチ、又は水蒸気バリアは、アルミニウムメタライズドポリ乳酸フィルムなどのメタライズド生分解性ポリ乳酸（ＰＬＡ）フィルムから作製され得る。メタライゼーションをもたらす金属表面層は、アルミニウムであり得る。特定の実施例では、メタライゼーション層は、アルミニウム、他の好適な金属又は合金、セラミック、粘土、無機－有機バイオポリマーのハイブリッド材料、及びそれらの組み合わせを含み得る。代替実施例は、金属の複数の層、多層フィルムの内側層上の金属、外側層、又は両方を有し得る。ＰＬＡフィルムは、封入パウチの物理的特性を改善するために二軸延伸され得る。更に他の実施例は、フィルムに組み込まれた添加剤を有してもよく、向上した水分バリア特性を提供する。電気化学デバイスのための生分解性封入容器、パウチ、又は水蒸気バリアは、単一層を有し得るか、又は代替実施例では１つ以上の材料の組み合わせによる複数の層を有し得る。単層フィルム又はバリアは、約２０マイクロメートル～約１００マイクロメートル、約４０マイクロメートル～約８０マイクロメートル、又は約５０マイクロメートル～約７５マイクロメートルの全厚を有し得る。水蒸気バリアのメタライズド層は、ＰＬＡなどのベースフィルム層の上に約０．５ｎｍ～約１００ｎｍ、約５ｎｍ～約５０ｎｍ、又は約５ｎｍ～約２５ｎｍの厚さを有し得る。

【0075】

特定の実施例では、水蒸気バリア特性を有することが知られている他の材料を使用してもよい。これらの材料は、生分解性かつ／又は堆肥化可能な形式に適合しなければならず、蜜蝋、可塑剤、及び代替の生分解性ポリマー複合フィルムなどの材料を含む。水蒸気バリアが電気化学デバイスの基板の一部ではない代替デバイスでは、より広い範囲の温度耐性を有する生分解性材料、ポリマー、又は複合材料と比較して、より高い温度安定性及び耐性を有する水蒸気バリアを使用してもよい。生分解性封入容器又は水分バリア特性を有する水蒸気バリアを有する電気化学デバイスの実施例は、そのようなバリア、層、又は封入容器を有さない電気化学デバイスと比較して、低減された水蒸気透過率（water vapor transmission rate、ＷＶＴＲ）を示し得る。

【0076】

いくつかの実施例では、電気化学デバイスは、電池又は電気化学デバイスが、封入容器内に、又は改善された水蒸気バリア特性を有する上述のような水蒸気バリア内に完全に収容されるように配置されてもよく、カソード及びアノードが並列又は横方向Ｘ－Ｙ平面ジオメトリになるように配向又は配置され得る。代替的なデバイスでは、電気化学デバイスは、電池又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上述のような封入容器内に収容されるように配置されてもよく、図１に示すように、カソード及びアノードが積層ジオメトリになるように配向又は配置され得る。

【0077】

本開示の実施例は、改善された水分バリア特性又は水蒸気バリア特性を有する電気化学デバイスを製造、作製、又は別様に封入するための方法を提供し得る。本方法は、第１のメタライズドＰＬＡフィルムの非メタライズド側が第２のメタライズドＰＬＡフィルムの非メタライズド側に面するように、４つの縁部を有する第１のメタライズドＰＬＡフィルム及び４つの縁部を有する第２のメタライズドＰＬＡフィルムを配向することを含み得る。第１及び第２のメタライズドＰＬＡフィルムの１つ以上の縁部は、一緒に封止され得る。生分解性又は堆肥化可能な電気化学デバイスは、第１のメタライズドＰＬＡフィルムと第２のメタライズドＰＬＡフィルムとの間に配置されてもよく、続いて、電気化学デバイスの１つ以上の電極が４つの縁部のうちの少なくとも１つを通して露出されるように、第１のメタライズドＰＬＡフィルムの縁部及び第２のメタライズドＰＬＡフィルムの縁部を一緒に封止する。

【0078】

方法は、代替的に、非メタライズド側が電気化学デバイスに面するように、４つの縁部を有する第１のメタライズドＰＬＡフィルムを、電気化学デバイスの上側に配向する工程を含み得る。第２のメタライズドＰＬＡフィルムは、非メタライズド側が電気化学デバイスに面するように、電気化学デバイスの底部側に配向される。１つ以上の電極が４つの縁部のうちの少なくとも１つを通して露出されるように、第１のメタライズドＰＬＡフィルムの４つの縁部及び第２のメタライズドＰＬＡフィルムの４つの縁部の全てが一緒に封止され得る。表面コーティング及び／又はポリマー添加剤と組み合わせた生分解性アルミナイズドポリマーバリア層からこのようにして製造された封入容器又は水蒸気バリアは、生分解性又は堆肥化可能な電気化学デバイスからの水蒸気損失を低減又は防止し得る。このようなデバイスは、電解質溶媒が経時的に蒸発するのを防止することによって、生分解性又は堆肥化可能な電気化学デバイスの耐用年数を著しく延ばし得る。

【0079】

図５は、本開示による、電気化学デバイスの電解質層を作製するための方法を示す。電気化学デバイスの電解質層を作製する方法５００は、電気化学デバイス用の基板を調製し、基板は、電極を含む、最初の工程５０２を含む。次に、電気化学デバイスの電解質層を作製する方法５００は、電解質組成物を押出ディスペンサから基板上に分配して電極と接触させること５０４と、電解質組成物を硬化させること５０６と、を含む。電解質組成物に応じて、硬化は、電解質組成物に紫外線放射を当てることと、電解質組成物を高温にさらすことと、別の硬化方法の使用、又はそれらの組み合わせと、を含み得る。例示的な実施例では、電解質組成物は、ゲルポリマー電解質を含み、コポリマーのヒドロゲルと、コポリマーのヒドロゲル中に分散された塩と、を更に含み得る。電解質組成物は、代替的に、電解質組成物の粘度を調整するために希釈剤を含み得る。電解質組成物に使用される希釈剤の例示的な例としては、水、又は本明細書に記載される他の希釈剤を挙げてもよい。電気化学デバイスの電解質層を作製する方法５００において使用される電解質組成物の粘度は、約１，０００ｃＰ～約１００，０００ｃＰであり得る。電解質組成物の他の例示的な実施例は、光開始剤を含んでもよく、いくつかの実施例では、フェニル－２，４，６－トリメチルベンゾホオスフィン酸リチウムを含み得る。電解質組成物は、バインダポリマー及び希釈剤の第１の構成部分を有する第１の部分と、光開始剤及び希釈剤の第２の構成部分を有する第２の部分と、を含むことができる。電気化学デバイスの電解質層を作製する方法５００において使用される電解質組成物の特定の実施例は、架橋剤を含んでもよく、したがって、電解質組成物は、バインダポリマー及び希釈剤の第１の構成部分を有する第１の部分と、架橋剤及び希釈剤の第２の構成部分を有する第２の部分と、を含み得る。電気化学デバイスの電解質層を作製する方法５００は、電解質組成物を分配する前に、いくつかの実施例ではスタティックミキサを使用して、電解質組成物を混合する工程を含み得る。電気化学デバイスの電解質層を作製する方法５００は、特定のパターンに従って電解質組成物を分配することを含み得る。電気化学デバイスの電解質層を作製する方法５００は、分配後に周囲条件下で電解質組成物を融合させるために一時停止することを含み得る。

【0080】

図６は、本開示による、電気化学デバイスの電解質層を作製するための方法を示す。電気化学デバイスの電解質層を作製する方法６００は、電気化学デバイス用基板を調製し、基板は、電極を有する、工程６０２で始まり、バインダポリマーを有する第１の部分及び光開始剤を有する第２の部分を含む生分解性電解質組成物を混合する工程６０４が続く。電解質組成物は、本明細書で前述した電解質組成物のうちのいずれかを含み得る。電気化学デバイスの電解質層を作製する方法６００はまた、生分解性電解質組成物を、スタティックミキサを有する押出ディスペンサから基板上に分配して電極と接触させる工程６０６と、生分解性電解質組成物に紫外線放射を当てる工程６０８と、を含む。電気化学デバイスの電解質層を作製する方法６００において使用される生分解性電解質組成物は、生分解性ポリマーバインダ及び水性成分を含み得る。

【0081】

図７は、本開示による、電気化学デバイスの電解質層を作製するための方法を示す。電気化学デバイスの電解質層を作製する方法７００は、電気化学デバイス用の基板を調製し、基板は、電極を有する、工程７０２と、続いて、横方向不連続パターンに従って、電解質組成物を押出ディスペンサから基板上に分配してかつ電極と接触させる工程７０４と、最後に電解質組成物を硬化させる工程７０６と、を含む。電解質層の横方向不連続パターンとは、電気化学デバイスの構造と一致する横方向平面内で必ずしも互いに接触しない特徴又は物理的接触点を有するパターンを指す。この横方向不連続パターンは、電解質配置の位置、したがって活性を隔離又は方向付ける可能性を提供し、連続的に製造される複数の電気化学デバイス構造を設ける製造方法を可能にする。

【0082】

本教示は、１つ以上の実装態様に対して示されているが、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、示された実施例に対して変更及び／又は修正が行われ得る。例えば、プロセスが一連の行為又は事象として説明されているが、本教示は、そのような行為又は事象の順序によって限定されないことが理解され得る。一部の行為は、異なる順序で、及び／又は本明細書に記載されているものとは別の他の行為若しくは事象と同時に発生する可能性がある。また、全てのプロセス段階が、本教示の１つ以上の態様又は実施形態に従う方法論を実装するために必要とされ得るわけではない。構造的物体及び／若しくは処理段階が追加され得るか、又は既存の構造的物体及び／若しくは処理段階が除去若しくは修正され得ることが理解され得る。更に、本明細書に示される行為のうちの１つ以上は、１つ以上の別個の行為及び／又は段階で実行され得る。更に、「含む（including）」、「含む（includes）」、「有する（having）」、「有する（has）」、「有する（with）」という用語、又はそれらの変形が発明を実施するための形態及び特許請求の範囲のいずれかで使用される限りにおいて、そのような用語は、「含む（comprising）」という用語と同様の方法で包括的であることが意図されている。「少なくとも１つの」という用語は、列挙された項目のうちの１つ以上が選択され得ることを意味するように使用される。更に、本明細書における考察及び特許請求の範囲において、２つの材料に対して使用される「上」という用語、他方「上」の一方は、材料間の少なくとも一部の接触を意味し、一方、「の上」は、材料が、場合によっては、接触が可能であるが必要とされないように、１つ以上の追加の介在材料に近接していることを意味する。「上（on）」又は「の上（over）」のいずれも、本明細書で使用される場合にいかなる指向性も暗示しない。「共形」という用語は、下にある材料の角度が共形材料によって保持されるコーティング材料を記述する。「約」という用語は、変更が、示された実施形態に対してプロセス又は構造の不適合とならない限り、列挙される値が少し変更され得ることを示す。「結合する」、「結合される」、「接続する」、「接続」、「接続される」、「と接続して」、及び「接続している」という用語は、「と直接接続する」又は「１つ以上の中間要素又は部材を介して接続する」ことを指す。最後に、「例示の」又は「例示的な」という用語は、説明が理想的であることを意味するのではなく一例として使用されることを示す。本教示の他の実施形態は、本明細書及び本明細書での本開示の慣行を考慮して当業者に明らかであり得る。本明細書及び実施例は、例示としてのみみなされることが意図され、本教示の真の範囲及び趣旨は、以下の特許請求の範囲によって示される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】