特許 7391757 ３Ｄ印刷された基材を有する可撓性薄膜印刷バッテリ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-27

(45)【発行日】2023-12-05

(54)【発明の名称】３Ｄ印刷された基材を有する可撓性薄膜印刷バッテリ

(51)【国際特許分類】

   H01M 6/40 20060101AFI20231128BHJP

   B29C 64/10 20170101ALI20231128BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20231128BHJP

   B33Y 80/00 20150101ALI20231128BHJP

   H01M 4/02 20060101ALI20231128BHJP

   H01M 4/04 20060101ALI20231128BHJP

   H01M 4/06 20060101ALI20231128BHJP

   H01M 4/08 20060101ALI20231128BHJP

   H01M 4/12 20060101ALI20231128BHJP

   H01M 4/42 20060101ALI20231128BHJP

   H01M 4/48 20100101ALI20231128BHJP

   H01M 6/06 20060101ALI20231128BHJP

   H01M 6/12 20060101ALI20231128BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20231128BHJP

   H01M 50/429 20210101ALI20231128BHJP

   H01M 50/44 20210101ALI20231128BHJP

【ＦＩ】

H01M6/40

B29C64/10

B33Y10/00

B33Y80/00

H01M4/02 Z

H01M4/04 Z

H01M4/06 C

H01M4/06 R

H01M4/08 D

H01M4/12 C

H01M4/42

H01M4/48

H01M6/06 A

H01M6/12 Z

H01M10/04 Z

H01M50/429

H01M50/44

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020074635

(22)【出願日】2020-04-20

(65)【公開番号】P2020185787

(43)【公開日】2020-11-19

【審査請求日】2023-04-20

(31)【優先権主張番号】16/409,498

(32)【優先日】2019-05-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【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】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(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・マクガイア

(72)【発明者】

【氏名】エドワード・ジー・ザルツ

【審査官】冨士 美香

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２４８５２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１８－５１０４７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／１０

Ｂ３３Ｙ １０／００

Ｂ３３Ｙ ８０／００

Ｈ０１Ｍ ６／０６

Ｈ０１Ｍ ６／１２

Ｈ０１Ｍ ６／４０

Ｈ０１Ｍ ４／００－４／６２

Ｈ０１Ｍ ５０／４０９

Ｈ０１Ｍ １０／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可撓性薄膜印刷バッテリを印刷するための方法であって、
３次元（three-dimensional、３Ｄ）プリンタを介して、前記可撓性薄膜印刷バッテリのカソード基材を印刷することと、
前記カソード基材上にカソード集電体を印刷することと、
前記カソード集電体上にカソード層を印刷することと、
前記３Ｄプリンタを介してアノード基材を印刷することと、
前記アノード基材上にアノード集電体を印刷することと、
前記アノード集電体上にアノード層を印刷することと、
前記カソード層及び前記アノード層と接触している電解質で湿潤されたペーパセパレータ膜の周囲で、前記カソード基材及び前記アノード基材を結合することと、を含む、方法。

【請求項2】

前記カソード基材又は前記アノード基材のうちの少なくとも１つが、印刷される物体の表面の形状に適合するように印刷される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記カソード基材又は前記アノード基材が、前記印刷される物体の一体部分として印刷される、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記表面の形状が、湾曲している、請求項２に記載の方法。

【請求項5】

前記表面の形状が、凸状である、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記ペーパセパレータ膜の周囲で、前記カソード基材及び前記アノード基材を結合することが、
縁部を加熱して、前記カソード層と前記アノード層との間に前記ペーパセパレータ膜を封止することを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記カソード集電体の端部及び前記アノード集電体の端部に銅テープを取り付けることを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記カソード層が、酸化マンガンを含み、前記アノード層が、亜鉛を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記電解質が、塩化アンモニウムを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記結合することが、熱接合プロセスを実行することを介して、前記ペーパセパレータ膜を封入することを含む、請求項１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、バッテリに関し、より具体的には、３Ｄ印刷された基材を有する可撓性薄膜印刷バッテリに関する。

【背景技術】

【0002】

ポータブル電子デバイスのサイズ、形状、及びフォームファクタの継続的な発展により、新しいバッテリ設計及び能力がもたらされている。人々は、携帯電話からの様々な異なる活動のためにポータブル電子デバイスを使用して、電子技術を、テキスタイル、ポータブルコンピューティングデバイスなどに追加している。技術が進歩するにつれて、デバイスのサイズは、これらの電子デバイスに電力を供給するバッテリのサイズと共に縮小し続ける。

【発明の概要】

【0003】

本明細書に例解される態様によれば、可撓性印刷バッテリを印刷するための方法、非一時的コンピュータ可読媒体、及び装置が提供される。本実施形態の開示された特徴の１つは、３次元（ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ、３Ｄ）プリンタを介して、可撓性薄膜印刷バッテリの第１の基材を印刷することと、第１の基材上に第１の集電体を印刷することと、第１の集電体上に第１の層を印刷することと、３Ｄプリンタを介して第２の基材を印刷することと、第２の基材上に第２の集電体を印刷することと、第２の集電体上に第２の層を印刷することと、第１の層及び第２の層と接触している電解質で湿潤されたペーパセパレータ膜の周囲で、第１の基材と第２の基材を結合することと、を含む、方法である。

【0004】

実施形態の別の開示された特徴は、可撓性印刷バッテリである。可撓性印刷バッテリは、３次元（３Ｄ）印刷された第１の基材と、第１の基材上の第１の集電体と、第１の集電体上の第１の層と、３Ｄ印刷された第２の基材と、第２の基材上の第２の集電体と、第２の集電体上の第２の層と、電解質で湿潤されたペーパセパレータ膜と、を含み、第１の基材及び第２の基材は、セパレータ膜が第１の層及び第２の層と接触しているように、ペーパセパレータ膜の周囲で結合されている。

【0005】

実施形態の別の開示された特徴は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに動作を実行させる複数の命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体である。動作は、可撓性印刷バッテリの第１の基材を印刷することと、第１の基材上に第１の集電体を印刷することと、第１の集電体上に第１の層を印刷することと、第２の基材を印刷することと、第２の基材上に第２の集電体を印刷することと、第２の集電体上に第２の層を印刷することと、を含み、第１の基材及び第２の基材は、第１の層及び第２の層と接触している電解質で湿潤されたペーパセパレータ膜の周囲で結合されている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

本開示の教示は、添付図面と併せて以下の発明を実施するための形態を考慮することによって容易に理解することができる。

【0007】

【図1】本開示の３次元（３Ｄ）印刷された基材を有する例示的な可撓性印刷バッテリの断面ブロック図を例解する。

【図2】本開示の３Ｄ印刷された基材を有する可撓性印刷バッテリのアセンブリのプロセスフロー図を例解する。

【図3】本開示の３Ｄ印刷された可撓性印刷バッテリの統合された３Ｄ印刷された基材を有する３Ｄ印刷された物体の例を例解する。

【図4】本開示の３Ｄ印刷された基材を有する可撓性印刷バッテリを印刷するための例示的な方法のフローチャートを例解する。

【図5】本開示の３Ｄ印刷された可撓性バッテリ及び基材を有する３Ｄ印刷された物体を印刷するための例示的な方法のフローチャートを例解する。

【図6】本明細書で説明する機能を実行する際の使用に好適なコンピュータの高レベルブロック図を例解する。

【0008】

理解を容易にするために、同一の参照番号が使用され、可能な場合には、図面に共通する同一の要素を示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示は、３Ｄ印刷された基材を有する可撓性印刷バッテリを印刷するための方法に関する。上で考察されるように、ポータブル電子デバイスのサイズ、形状、及びフォームファクタの継続的な発展により、新しいバッテリ設計及び能力をもたらされている。電子デバイスの設計の更なる進歩により、可撓性バッテリ給電式電子デバイスがもたらされている。

【0010】

現在入手可能な可撓性バッテリは、プラスチック基材上に印刷される。しかしながら、平坦なプラスチック基材が特定の表面に適用されると、可撓性バッテリが表面に滑らかに又は十分に接着しないことがある。例えば、印刷物体は、湾曲した又は不規則な表面を有してもよい。プラスチック基材上の既存の可撓性バッテリは、気泡、しわを有することがあるか、又は一般的に、湾曲した若しくは不規則な表面にわたって滑らかに接着しないことがある。

【0011】

加えて、プラスチック基材は、可撓性バッテリを形成するために一緒に結合される接着剤又は封止材の使用を必要とすることがある。接着剤は、コストを上げ、おそらくはバッテリ内に漏れて、故障などを引き起こすことがある。

【0012】

本開示の実施形態は、３Ｄ印刷された基材を有する可撓性印刷バッテリを提供する。換言すれば、３Ｄ印刷された基材を含めてバッテリ全体を印刷することができる。その結果、基材は、湾曲した又は不規則な表面に滑らかに接着するように印刷され得る。例えば、基材は、物体の表面に一致するように、任意の形状、形態、サイズ、寸法、テクスチャなどで印刷することができる。いくつかの実施例では、基材は、印刷されている３Ｄ物体の一体部分として印刷され得る。

【0013】

加えて、３Ｄ印刷された基材は、接着剤又は封入材の必要性を排除し得る。むしろ、バッテリの各半分の基材は、熱接合プロセスを介して結合され得る。熱接合は、基材の縁部を加熱してバッテリを封止し得る。

【0014】

図１は、例示的な３Ｄ印刷された基材１００を有する可撓性印刷バッテリ（本明細書ではバッテリ１００とも称される）の断面ブロック図を例解する。いくつかの実施形態では、可撓性印刷バッテリは、薄膜バッテリであり得る。

【0015】

一実施形態では、「可撓性」は、バッテリの形状が破壊することなく変更することができることを意味するように定義され得る。例えば、バッテリは、屈曲する、ねじれる、折り畳まれる、ロールすることなどが可能であり得る。一実施形態では、バッテリは、操作された形状を維持することなく、屈曲する、ねじれる、折り畳まれる、ロールすることなどが可能であり得るように、可撓性であり得る。一実施形態では、バッテリは、操作された形状を維持するように、屈曲する、ねじれる、折り畳まれる、ロールすることなどが可能であり得るように、可撓性であり得る。

【0016】

バッテリ１００及びバッテリ１００の各層は、図１において縮尺どおりに描画されていないことに留意されたい。例えば、各層は、説明を容易にするために各層を容易に見ることができるように、より厚めに描画されていることがある。

【0017】

一実施形態では、バッテリ１００は、カソード基材１０２、カソード集電体１０４、カソード層１０６、ペーパセパレータ膜１０８、アノード層１１０、アノード集電体１１２、及びアノード基材１１４を含み得る。一実施形態では、カソード基材１０２及びアノード基材１１４は、３Ｄプリンタを介して製造され得る。平坦なプラスチック基材を使用する他の印刷又は可撓性バッテリとは異なり、本開示は、カソード基材１０２及びアノード基材１１４を、薄膜可撓性バッテリの残りの部分と共に印刷する。

【0018】

カソード基材１０２及びアノード基材１１４を印刷することにより、バッテリ１００は、３Ｄ印刷された物体の外面と一致する任意の形状、表面、輪郭、テクスチャなどを有することを可能にし得る。したがって、カソード基材１０２及びアノード基材１１４は、電子デバイスに使用される任意のタイプの３Ｄ印刷された物体又は形状についてオンデマンドでデジタル的に作製され得る。例えば、３Ｄ印刷された物体は、湾曲した又は凸状の外面を有し得る。以前の平坦なプラスチック基材を使用する可撓性バッテリの設計は、平坦なプラスチック基材が３Ｄ印刷された物体の湾曲した外面に結合されるときに、気泡又はしわを生成することがある。

【0019】

対照的に、本開示は、３Ｄ印刷された物体の湾曲した又は凸状の外面の形状と一致するように印刷することができる３Ｄ印刷されたカソード基材１０２及びアノード基材１１４を提供する。３Ｄ印刷された物体が、バンプ、不規則な形状、テクスチャ表面などを含む場合、カソード基材１０２及び／又はアノード基材１１４は、バンプ、不規則な形状、テクスチャ表面などに対応する完全に一致する表面を有するように印刷することができる。

【0020】

一実施例では、カソード基材１０２及び／又はアノード基材１１４は、以下に更に詳細に考察され述べるように、３Ｄ印刷された物体一部として印刷され得る。換言すれば、カソード基材１０２及び／又はアノード基材１１４は、３Ｄ印刷された物体の一体部分として印刷され得る。別の言い方をすれば、カソード基材１０２及び／又はアノード基材１１４及び３Ｄ印刷された物体は、単一の部品として印刷され得る。

【0021】

加えて、カソード基材１０２及びアノード基材１１４を印刷することによって、基材は、接着剤又は封入剤を使用せずに熱接合することができる。例えば、カソード基材１０２及びアノード基材１１４の縁部に熱を加えて、いかなる接着剤又は封止材も使用せずに、バッテリ１００の縁部を溶融及び封止することができる。

【0022】

一実施形態では、カソード基材１０２及びアノード基材１１４は、薄膜可撓性バッテリと適合性がある任意のタイプの材料を使用して、３Ｄプリンタにおいて印刷され得る。例えば、カソード基材１０２及びアノード基材１１４は、Ｎｉｎｊａｆｌｅｘなどの材料を使用して印刷され得る。Ｎｉｎｊａｆｌｅｘは、非常に可撓性があり、ＮｉｎｊａＴｅｋから市販されている丈夫なグレードの熱可塑性ポリウレタン（ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ、ＴＰＵ）である。一般的なクラスの熱可塑性エラストマー（ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｅｌａｓｔｏｍｅｒ、ＴＰＥ）又はＴＰＵからの他の可撓性のある３Ｄ印刷されたポリマーも使用され得る。材料の例としては、ポリエステル共重合ポリアミド熱可塑性エラストマー（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｃｏｐｏｌｙａｍｉｄｅ ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｅｌａｓｔｏｍｅｒ、ＰＣＴＰＥ）、ソフトポリ乳酸（ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ、ＰＬＡ）（例えば、軟化させる特定のケミカルにおいて飽和したＰＬＡ）などが含まれ得る。

【0023】

一実施形態では、カソード集電体１０４は、カソード基材１０２上に印刷され得る。アノード集電体１１２は、アノード基材１１４上に印刷され得る。カソード集電体１０４及びアノード集電体１１２は、銀（ｓｉｌｖｅｒ、Ａｇ）を使用して印刷され得る。

【0024】

一実施形態では、カソード層１０６は、カソード集電体１０４上に印刷され得る。アノード層１１０はアノード集電体１１２上に印刷され得る。一実施形態では、カソード層１０６は、酸化マンガン（ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｏｘｉｄｅ、ＭｎＯ_２）を使用して印刷されてもよく、アノード層１１０は亜鉛（ｚｉｎｃ、Ｚｎ）を使用して印刷されてもよい。

【0025】

一実施形態では、カソード集電体１０４、カソード層１０６、アノード層１１０、及びアノード集電体１１２は、任意の利用可能な印刷方法を使用して印刷されてもよい。一実施形態では、カソード集電体１０４、カソード層１０６、アノード層１１０、及びアノード集電体１１２は、スクリーン印刷され得る。別の実施形態では、カソード集電体１０４、カソード層１０６、アノード層１１０、及びアノード集電体１１２は、金属が３Ｄ印刷可能な形態で提供されるときに３Ｄ印刷され得る。

【0026】

一実施形態では、カソード部分（例えば、カソード基材１０２、カソード集電体１０４、及びカソード層１０６）は、ペーパセパレータ膜１０８の周囲で、アノード部分（例えば、アノード基材１１４、アノード集電体１１２、及びアノード層１１０）に結合され得る。換言すれば、ペーパセパレータ膜１０８は、カソード層１０６とアノード層１１０との間に配置され得る。ペーパセパレータ膜１０８は、電解質で湿潤されたペーパ材料であり得る。一実施形態では、電解質は、塩化アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ、ＮＨ_４Ｃｌ）であり得る。

【0027】

図２は、バッテリ１００を製造するためのプロセスフロー２００の一例を例解する。一実施形態では、ブロック２０２において、カソード基材１０２及びアノード基材１１４が印刷され得る。上記のように、以下で更に詳細に考察されるように、カソード基材１０２及び／又はアノード基材１１４は、３Ｄ印刷された物体の一部として印刷され得る。カソード基材１０２及びアノード基材１１４は、図２では平坦であるものとして例解されているが、上記のように、カソード基材１０２及びアノード基材１１４は、３Ｄ印刷された物体の外面（例えば、湾曲した又は凸状の表面）と実質的に同様である任意の形状を有するように３Ｄ印刷され得ることに留意されたい。

【0028】

カソード基材１０２及びアノード基材１１４は、実質的に同様の形状を有するように印刷され得る。例えば、カソード基材１０２が凸状の湾曲部として印刷される場合、アノード基材１１４も、カソード基材１０２と等しい量の曲率を有する凸状の湾曲部として印刷され得る。

【0029】

ブロック２０４において、カソード集電体１０４はカソード基材１０２上に印刷されてもよく、アノード集電体１１２はアノード基材１１４上に印刷されてもよい。一実施形態では、カソード集電体１０４及びアノード集電体は、接続を行うことができるタブ部分１５０及び１５２をそれぞれ含むように印刷され得る。一実施形態では、カソード集電体１０４及びアノード集電体１１２は、銀で印刷され得る。

【0030】

ブロック２０６において、カソード層１０６はカソード集電体１０４上に印刷されてもよく、アノード層１１０はアノード集電体１１２上に印刷されてもよい。集電体１０４のタブ１５０及びアノード集電体１１２のタブ１５２は、視認可能であり得る。カソード層１０６は、ＭｎＯ_２を使用して印刷されてもよく、アノード層１１０は、Ｚｎを使用して印刷されてもよい。

【0031】

ブロック２０８において、ペーパセパレータ膜１０８は、カソード層１０６上に適用され得る。一実施形態では、ペーパセパレータ膜１０８は、カソード層１０６の代わりにアノード層１１０に適用され得る。ペーパセパレータ膜１０８は、電解質で湿潤されてもよい。一実施形態では、電解質は、ＮＨ_４Ｃｌであり得る。

【0032】

ブロック２１０において、カソード部分（例えば、カソード基材１０２、カソード集電体１０４、カソード層１０６、及びペーパセパレータ膜１０８）は、アノード部分（例えば、アノード基材１１４、アノード集電体１１２、及びアノード層１１０）に結合され得る。ブロック２１０は、依然として視認可能であるアノード集電体１１２のタブ部分１５２を例解する。カソード集電体１０４のタブ部分１５０も露出され得るが、下を向いている（例えば、ブロック２１０に例解されるように上から見たときには隠れている）。

【0033】

一実施形態では、カソード基材１０２は、バッテリ１００を封止するためにアノード基材１１４に熱接合され得る。例えば、カソード基材１０２及びアノード基材１１４の縁部又は周辺部に熱を加える熱接合プロセスが実行されて、バッテリ１００を封止し得る。特に、カソード基材１０２をアノード基材１１４に結合するために、接着剤又は封止材は不要である。

【0034】

ブロック２１２において、導電性材料１１６及び１１８が使用されて、カソード集電体１０４のタブ部分１５０及びアノード集電体１１２のタブ部分１５２をそれぞれ覆い得る。導電性材料１１６及び１１８は、金属箔であり得る。一実施形態では、導電性材料１１６及び１１８は銅箔であり得る。カソード集電体１０４のタブ部分１５０のための導電性材料１１６は、ブロック２１２において隠れて見えない場合があるが、ブロック２１２において破線として示されている。

【0035】

図３は、３Ｄ印刷された物体３０２の例を例解する。一実施例では、３Ｄ印刷された物体３０２は、付加印刷プロセスにおいて層ごとに印刷され得る。例えば、溶融堆積モデリング（ｆｕｓｅｄ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ、ＦＤＭ）、選択的レーザ焼結（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ、ＳＬＳ）、選択的レーザ溶融（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌａｓｅｒ ｍｅｌｔｉｎｇ、ＳＬＭ）、結合剤噴射などの任意のタイプの３Ｄ印刷プロセスを使用することができる。

【0036】

一実施形態では、カソード基材１０２は、３Ｄ物体３０２の一体部分として印刷され得る。換言すれば、カソード基材１０２は、３Ｄ物体３０２を印刷するために使用される３Ｄプリンタと同じコード又は命令の一部であり得る。別の言い方をすれば、カソード基材１０２及び３Ｄ印刷された物体３０２は、単一の印刷プロセス又は３Ｄプリンタに供給される印刷命令から形成又は印刷された単一の一体型部品として印刷され得る。カソード基材１０２が３Ｄ物体３０２の一体部分として印刷されているものとして示されているが、カソード基材１０２ではなくアノード基材１１４が３Ｄ物体３０２の一体部分として印刷される場合もあることに留意されたい。

【0037】

アノード基材１１４は、カソード基材１０２と同様の形状を有するように印刷され得る。バッテリ１００は、上述のようにバッテリ１００の層を印刷し、アノード基材１１４をカソード基材１０２に結合することによって完成され得る。上記のように、アノード基材１１４が、熱接合プロセスを使用し、接着剤なしでカソード基材１０２に結合され得る。

【0038】

図３は、球体としての３Ｄ印刷された物体３０２を例解しているが、３Ｄ印刷された物体３０２は、任意のタイプの形状、湾曲部、一連の凸状及び凹状の湾曲部、表面上のテクスチャ、不規則な形状などを有し得ることに留意されたい。カソード基材１０２及び／又はアノード基材１１４は、任意のタイプの形状、湾曲部、一連の凸状及び凹状の湾曲部、表面上のテクスチャ、不規則な形状などを含む３Ｄ印刷された物体３０２の外面と実質的に同様の形状を有するように印刷され得る。

【0039】

図４は、３Ｄ印刷された基材を有する可撓性印刷バッテリを印刷する例示的な方法４００のフローチャートを例解する。一実施形態では、方法４００の１つ以上のステップ又は動作は、３Ｄプリンタ、スクリーン印刷などの他の印刷方法、又は図６に例解され、下記で説明する、印刷動作（例えば、３Ｄプリンタ、スクリーン印刷装置など）を実行する１つ以上の異なるデバイスの動作を制御し得るコンピュータ６００によって実行され得る。

【0040】

ブロック４０２において、方法４００は開始する。ブロック４０４において、方法４００は、可撓性印刷バッテリの第１の基材を印刷する。一実施形態では、第１の基材は、バッテリのための基材として好適であるか、又はこれと適合性がある、任意のタイプの材料を使用して３Ｄ印刷され得る。第１の基材は、印刷される３Ｄ物体の外面と実質的に同様の形状を有するように印刷され得る。３Ｄ物体は、３Ｄ印刷された基材を有する可撓性薄膜印刷バッテリを使用し得る電子デバイスの一部であり得る。第１の基材の形状は、湾曲した、凸状、凹状、不規則、テクスチャを施した、一連の凹状及び凸状の湾曲部又は不規則な形状などであり得る。

【0041】

ブロック４０６において、方法４００は、第１の基材上に第１の集電体を印刷する。第１の集電体は、バッテリへの回路を完成させるための接続領域を提供するタブ部分を有して印刷され得る。

【0042】

ブロック４０８において、方法４００は、第１の集電体上に第１の層を印刷する。第１の層は、第１の集電体を実質的に覆うように印刷され得る。一実施形態では、第１の集電体及び第１の層は、第１の基材とは異なる印刷方法を介して印刷され得る。例えば、第１の集電体及び第１の層は、スクリーン印刷動作を介して印刷され得る。別の実施形態では、第１の基材、第１の集電体、及び第１の層は、同じ印刷方法（例えば、３Ｄ印刷）を使用して印刷され得る。

【0043】

一実施形態では、第１の基材、第１の集電体、及び第１の層は、カソードであり得る。第１の基材、第１の集電体、及び第１の層がカソードであるときに、第１の集電体は、銀を使用して印刷されてもよく、第１の層は、ＭｎＯ_２を使用して印刷されてもよい。

【0044】

一実施形態では、第１の基材、第１の集電体、及び第１の層は、アノードであり得る。第１の基材、第１の集電体、及び第１の層がアノードであるときに、第１の集電体は、銀を使用して印刷されてもよく、第１の層は、Ｚｎを使用して印刷されてもよい。換言すれば、カソード又はアノードのいずれかが最初に印刷され得る。

【0045】

ブロック４１０において、方法４００は、第２の基材を印刷する。第２の基材は、印刷される第１の基材と同じ材料を使用して印刷され得る。第２の基材及び第１の基材は、３Ｄプリンタにおいて同時に印刷され得る。第２の基材は、第１の基材と実質的に同様の形状を有するように印刷され得る。

【0046】

ブロック４１２において、方法４００は、第２の基材上に第２の集電体を印刷する。第２の集電体は、バッテリへの回路を完成させるための接続領域を提供するタブ部分を有して印刷され得る。

【0047】

ブロック４１４において、方法４００は、第２の集電体上に第２の層を印刷する。第２の層は、第２の集電体を実質的に覆うように印刷され得る。一実施形態では、第２の集電体及び第２の層は、第２の基材とは異なる印刷方法を介して印刷され得る。例えば、第２の集電体及び第２の層は、スクリーン印刷動作によって印刷され得る。別の実施形態では、第２の基材、第２の集電体及び第２の層は、同じ印刷方法（例えば、３Ｄ印刷）を使用して印刷され得る。

【0048】

一実施形態では、第１の基材、第１の集電体、及び第１の層がカソードである場合、第２の基材、第２の集電体、及び第２の層は、アノードであり得る。一実施形態では、第１の基材、第１の集電体、及び第１の層がアノードである場合、第２の基材、第２の集電体、及び第２の層は、カソードであり得る。

【0049】

ブロック４１６において、方法４００は、第１の層及び第２の層と接触している電解質で湿潤されたペーパセパレータ膜の周囲で、第１の基材及び第２の基材を結合する。例えば、ペーパセパレータ膜は、第１の基材と第２の基材との間に位置付けられ、第１の層及び第２の層と接触し得る。ペーパセパレータ膜は、ＮＨ_４Ｃｌなどの電解質で湿潤され得る。しかしながら、バッテリに使用され得る任意の電解質が使用され得ることに留意されたい。

【0050】

一実施形態では、第１の基材及び第２の基材は、接着剤又は封止材を使用せずに一緒に結合され得る。例えば、第１の基材及び第２の基材は、熱接合プロセスによって結合され得る。第１の基材及び第２の基材の縁部周りに熱が加えられて、基材材料を一緒に熱接合し、第１の基材及び第２の基材の周囲又は縁部周りに封止を形成し得る。

【0051】

一実施形態では、導電層又は材料が、依然として露出し得る第１の集電体及び第２の集電体のタブ部分を覆うために使用され得る。導電層は、銅箔などの任意のタイプの金属材料であり得る。ブロック４１８において、方法４００は、終了する。

【0052】

図５は、３Ｄ印刷された可撓性バッテリ及び基材を有する３Ｄ印刷された物体を印刷するための例示的な方法５００のフローチャートを例解する。一実施形態では、方法５００の１つ以上のステップ又は動作は、３Ｄプリンタ、スクリーン印刷などの他の印刷方法、又は図６に例解され、下記で説明する、印刷動作（例えば、３Ｄプリンタ、スクリーン印刷装置など）を実行する１つ以上の異なるデバイスの動作を制御し得るコンピュータ６００によって実行され得る。

【0053】

ブロック５０２において、方法５００は開始する。ブロック５０４において、方法５００はオブジェクトを印刷する。例えば、物体は、可撓性薄膜バッテリを使用する電子デバイスの一部であり得る。物体は、湾曲した外面又はいくつかの他の不規則な形状を有し得る。

【0054】

ブロック５０６において、方法５００は、物体の外面上に可撓性印刷バッテリの第１の基材を印刷する。第１の基材は、物体を印刷するために使用されるものと同じ材料を使用して印刷され得る。第１の基材は、物体の一体部分として印刷され得る。換言すれば、第１の基材及び物体は、単一の一体型部品として印刷され得る。別の言い方をすれば、オブジェクト及び第１の基材は、単一の３Ｄ印刷プロセス又は３Ｄプリンタによって実行される３Ｄ印刷命令の一部として印刷され得る。第１の基材は、物体の外面の形状と一致する形状を有するように印刷され得る。その結果、可撓性印刷バッテリの第１の基材及び後続の層は、より滑らかで物体に対するより良好な接着性を有し得る。

【0055】

ブロック５０８において、方法５００は、第１の基材上に第１の集電体を印刷する。第１の集電体は、バッテリへの回路を完成させるための接続領域を提供するタブ部分を有して印刷され得る。

【0056】

ブロック５１０において、方法５００は、第１の集電体上に第１の層を印刷する。第１の層は、第１の集電体を実質的に覆うように印刷され得る。一実施形態では、第１の集電体及び第１の層は、第１の基材とは異なる印刷方法を介して印刷され得る。例えば、第１の集電体及び第１の層は、スクリーン印刷動作を介して印刷され得る。別の実施形態では、第１の基材、第１の集電体、及び第１の層は、同じ印刷方法（例えば、３Ｄ印刷）を使用して印刷され得る。

【0057】

一実施形態では、第１の基材、第１の集電体、及び第１の層は、カソードであり得る。第１の基材、第１の集電体、及び第１の層がカソードであるときに、第１の集電体は銀を使用して印刷されてもよく、第１の層はＭｎＯ_２を使用して印刷されてもよい。

【0058】

一実施形態では、第１の基材、第１の集電体、及び第１の層はアノードであり得る。第１の基材、第１の集電体、及び第１の層がアノードであるときに、第１の集電体は銀を使用して印刷されてもよく、第１の層はＺｎを使用して印刷されてもよい。換言すれば、カソード又はアノードのいずれかが最初に印刷され得る。

【0059】

ブロック５１２において、方法５００は、第２の基材を印刷する。第２の基材は、印刷される第１の基材と同じ材料を使用して印刷され得る。第２の基材は、第１の基材と実質的に同様の形状を有するように印刷され得る。

【0060】

ブロック５１４において、方法５００は、第２の基材上に第２の集電体を印刷する。第２の集電体は、バッテリへの回路を完成させるための接続領域を提供するタブ部分を有して印刷され得る。

【0061】

ブロック５１６において、方法５００は、第２の集電体上に第２の層を印刷する。第２の層は、第２の集電体を実質的に覆うように印刷され得る。一実施形態では、第２の集電体及び第２の層は、第２の基材とは異なる印刷方法を介して印刷され得る。例えば、第２の集電体及び第２の層は、スクリーン印刷動作によって印刷され得る。別の実施形態では、第２の基材、第２の集電体及び第２の層は、同じ印刷方法（例えば、３Ｄ印刷）を使用して印刷され得る。

【0062】

一実施形態では、第１の基材、第１の集電体、及び第１の層がカソードである場合、第２の基材、第２の集電体、及び第２の層はアノードであり得る。一実施形態では、第１の基材、第１の集電体、及び第１の層がアノードである場合、第２の基材、第２の集電体、及び第２の層はカソードであり得る。

【0063】

ブロック５１８において、方法５００は、熱接合プロセスを介して第２の基材を第１の基材に結合して、第１の層及び第２の層と接触している電解質で湿潤されたペーパセパレータ膜を封入する。例えば、ペーパセパレータ膜は、第１の基材と第２の基材との間に位置付けられ、第１の層及び第２の層と接触し得る。ペーパセパレータ膜は、ＮＨ_４Ｃｌなどの電解質で湿潤され得る。しかしながら、バッテリに使用され得る任意の電解質が使用され得ることに留意されたい。

【0064】

一実施形態では、第１の基材及び第２の基材は、接着剤又は封止材を使用せずに一緒に結合され得る。例えば、第１の基材及び第２の基材は、熱接合プロセスによって結合され得る。第１の基材及び第２の基材の縁部周りに熱が加えられて、基材材料を一緒に熱接合し、第１の基材及び第２の基材の周囲又は縁部周りに封止を形成し得る。

【0065】

一実施形態では、導電層又は材料が、依然として露出し得る第１の集電体及び第２の集電体のタブ部分を覆うために使用され得る。導電層は、銅箔などの任意のタイプの金属材料であり得る。ブロック５２０において、方法５００は、終了する。

【0066】

決定動作を規定するか、又は決定を伴う図４及び図５のブロックは、決定動作の両方の分岐が実施されることを必ずしも必要としないことに留意されたい。言い換えると、決定動作の分岐のうちの１つを、任意のステップとみなすことができる。加えて、上述の方法４００及び方法５００の１つ以上のステップ、ブロック、機能、若しくは動作は、本開示の例示的な実施形態から逸脱することなく、任意のステップを含んでもよいか、又は組み合わせ、分離し、及び／若しくは上述のものとは異なる順序で実行することができる。

【0067】

図６は、本明細書で説明される機能の実行専用であるコンピュータの高レベルブロック図を描写する。図６に描写されるように、コンピュータ６００は、１つ以上のハードウェアプロセッサ要素６０２（例えば、中央処理ユニット（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ、ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、又はマルチコアプロセッサ）、メモリ６０４、例えばランダムアクセスメモリ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ、ＲＡＭ）及び／又は読み出し専用メモリ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ、ＲＯＭ）、可撓性薄膜印刷バッテリを印刷するためのモジュール６０５、様々な入出力デバイス６０６（例えば、テープドライブ、フロッピードライブ、ハードディスクドライブ、又はコンパクトディスクドライブを含むが、これらに限定されない、記憶デバイス、受信機、送信機、スピーカ、ディスプレイ、音声合成器、出力ポート、入力ポート、及びユーザ入力デバイス（キーボード、キーパッド、マウス、マイクロフォンなど））を含む。１つのプロセッサ要素のみが示されているが、コンピュータは、複数のプロセッサ要素を採用してもよいことに留意されたい。更に、１つのコンピュータのみが図に示されているが、上で考察される方法（単数又は複数）が、特定の例解的な例のために分散又は並列方式で実装される場合、すなわち、上記方法（単数又は複数）又は方法全体のステップが複数のコンピュータ又は並列コンピュータにわたって実装される場合、この図のコンピュータは、それら複数のコンピュータのそれぞれを表すことが意図される。更に、仮想化又は共有コンピューティング環境をサポートするために、１つ以上のハードウェアプロセッサを利用することができる。仮想化コンピューティング環境は、コンピュータ、サーバ、又は他のコンピューティングデバイスを表す１つ以上の仮想マシンをサポートし得る。このような仮想化された仮想マシンでは、ハードウェアプロセッサなどのハードウェア構成要素及びコンピュータ可読記憶デバイスが、仮想化又は論理的に表されてもよい。

【0068】

本開示は、例えば、特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ、ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ、ＦＰＧＡ）を含むプログラマブルロジックアレイ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ａｒｒａｙ、ＰＬＡ）、若しくはハードウェアデバイス上に展開されたステートマシン、コンピュータ、又は任意の他のハードウェア等価物、例えば、上で考察される方法（複数可）に関連し、上記に開示した方法のステップ、機能、及び／又は動作を実行するハードウェアプロセッサを構成するために使用することができるコンピュータ可読命令を使用して、ソフトウェア及び／又はソフトウェアとハードウェアとの組み合わせで実装することができることに留意されたい。一実施形態では、可撓性薄膜印刷バッテリを印刷するための本モジュール又はプロセス６０５のための命令及びデータ（例えば、コンピュータ実行可能命令を含むソフトウェアプログラム）は、メモリ６０４にロードされ、ハードウェアプロセッサ要素６０２によって実行されて、例示的な方法４００及び方法５００に関連する上で考察されるようなステップ、機能、又は動作を実装することができる。更に、ハードウェアプロセッサが命令を実行して「動作」を行うときに、これはハードウェアプロセッサが直接的に動作を実行するかつ／あるいは動作を行う別のハードウェアデバイス又は構成要素（例えば、コプロセッサなど）を容易にする、それに指向する、あるいはそれと協働することを含むことができる。

【0069】

上記に説明した方法に関するコンピュータ読み取り可能又はソフトウェア命令を実行するプロセッサは、プログラムされたプロセッサ又は専門プロセッサとして認識されることができる。したがって、本開示の可撓性薄膜印刷バッテリを印刷するための本モジュール６０５（関連するデータ構造を含む）は、有形又は物理的（広義的には非一時的）コンピュータ可読記憶デバイス又は媒体、例えば、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ＲＯＭメモリ、ＲＡＭメモリ、磁気又は光学ドライブ、デバイス又はディスケットなどに記憶することができる。より具体的には、コンピュータ読み取り可能記憶デバイスが、プロセッサ又はコンピュータ、アプリケーションサーバなどの計算デバイスによってアクセスされるデータ、命令などの情報を記憶する能力を提供する任意の物理的デバイスを含んでもよい。

【0070】

様々な上記に開示したもの並びに他の特徴及び機能の変形、又はそれらの代替物が、多くの他の異なるシステム又はアプリケーションに組み合わされてもよいことが理解されるであろう。様々な現在予期されていない、又は先行例のない代替物、修正、変形、又は改善が、その後に当業者によってなされてもよく、それらも以下の特許請求の範囲によって包含されることを意図している。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】