專利名稱：柔軟的薄層開路電化學(xué)電池及其應(yīng)用的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域與背景本發(fā)明涉及被用作通過將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能的電池電源的電化學(xué)電池。更具體地說，本發(fā)明涉及被用作普通與可再充電的電池的一次性或可再充電的電化學(xué)電池，它是使用濕(例如，液體狀態(tài))電解質(zhì)來實現(xiàn)化學(xué)能向電能轉(zhuǎn)變，并保持柔軟薄層與開路外形的普通與可再充電的電池。本發(fā)明還涉及這樣電池的應(yīng)用。
隨著密實設(shè)計的微形化與便攜式電氣裝置，例如蜂窩電話、收錄機(jī)、手表、動態(tài)與靜態(tài)照相機(jī)、液晶顯示器、電子計算機(jī)、IC卡、溫度傳感器、助聽器、壓敏蜂鳴器等等的不斷發(fā)展，產(chǎn)生出對其操作用的緊裝薄層電池日益增長的需求。因此，存在一種對被用作這樣裝置中電池的可靠的薄層電化學(xué)電池的需求。
可將電池大致地分為二類，其中第一類電池包括濕電解質(zhì)(即，液態(tài)電池)，而第二類電池包括固態(tài)電解質(zhì)。雖然與濕態(tài)電池相比，固態(tài)電池具有其固有的優(yōu)點，但是它們不能被弄干且又不能漏泄，因為，由于離子穿過固體的擴(kuò)散率有限，固態(tài)電池的主要缺點在于其操作在很大的程度上取決于溫度、且在許多情況下它們只在高溫下能正常操作，以及上述的有限的擴(kuò)散率，所以固態(tài)電池的特征在于所產(chǎn)生的電能與其化學(xué)潛能之比很低。
液態(tài)薄層電池一般包括與被插在其間的隔板置于一起的正與負(fù)的活性不溶材料層，隔板用液體電解質(zhì)溶液浸漬，于是它起電解質(zhì)的液體層的作用。這樣的電池，其例子被公開在例如Waki等人的美國專利№4,623,598和Fuminobu等人的日本特許№JP 61-55866中，必須被密封在復(fù)蓋薄膜中以防止液體蒸發(fā)，因此它們是封閉的電化學(xué)電池。
由于是封閉電池之故，這些電池在貯存期間會由于放出氣體而膨脹，這是沒有機(jī)械支承的薄層電池之致命傷，由積聚氣體所施加的壓力會引起層分離，反過來使電池不能使用?？朔藛栴}的辦法包括(i)使用聚合物增粘劑，諸如羥乙基纖維素，它被用來將電池的各層粘合(即，膠粘)在一起，于是克服了由于沒有固體支撐而強加于這樣電池的先天性問題；(ii)添加汞以防止形成氣體、特別是氫氣。然而，該聚合物的效果是有限的，而汞是環(huán)境的危險品。
一種解決上述限制的方法被公開在Kis等人的美國專利№3,901,732中，其中使用氣體可透過的而電解質(zhì)不能透過的聚合物材料作為封閉電池的復(fù)蓋薄膜，以使有可能排出在電池中形成的不希望存在的氣體而又能防止電解質(zhì)漏泄。
然而，防止不希望有的氣體在液態(tài)薄層電池中積聚的更直接與更有效的方法是，提供如為了促進(jìn)氣體的釋出而同時防止電池的液體蒸發(fā)與干燥的開路電池那樣的電池。這樣的結(jié)構(gòu)使有可能生產(chǎn)無殼的薄層電池，因此這種電池將更薄、更軟與更簡單，從而在大規(guī)模生產(chǎn)時成本會更低。
于是，對于具有更多優(yōu)點的、既無氣體積聚又無液體蒸發(fā)限制的柔軟的薄層開路電化學(xué)電池的出現(xiàn)，成為一種眾所公認(rèn)的需求。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，提供一種能被用作各種密實設(shè)計的微形化和便攜式電氣裝置的一次性的或可再充電的電源的柔軟的薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池。本發(fā)明還提供一種制造這樣電池的方法。本發(fā)明柔軟的薄層開路電化學(xué)電池包括濕電解質(zhì)，還保持軟且薄而開路的外形，于是在貯存期間避免了氣體的積聚。
根據(jù)下述本發(fā)明優(yōu)選實施例中的另一些特征，所述電池包括不溶解性負(fù)極的第一層、不溶解性正極的第二層和含水電解質(zhì)的第三層，第三層被置于第一與第二層之間并包括(a)一種用于在所有時間內(nèi)保持開路電池濕潤的易潮解材料；(b)一種用于獲得所需的離子導(dǎo)電性的電子活性的可溶解材料；和(c)一種用于獲得所需粘度以將第一層與第二層粘附到第三層上的水溶性聚合物。
此電池被用于本發(fā)明的各種應(yīng)用中，這些應(yīng)用要求具有柔軟與薄的外形的廉價電池。
于是，根據(jù)所述優(yōu)選實施例的再一個特征，提供一種包括電氣操作的裝置和為該裝置的操作提供電力的柔軟的薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池，此電化學(xué)電池包括不溶解性負(fù)極的第一層、不溶解性正極的第二層和含水的電解質(zhì)的第三層，第三層被置于第一層與第二層之間并包括(a)一種用于在所有時間內(nèi)保持開路電池濕潤的易潮解材料；(b)一種用于獲得所需的離子導(dǎo)電性的電子活性的可溶解材料；和(c)一種用于獲得所需粘度以將第一層與第二層粘附到第三層上的水溶性聚合物。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的又一個特征，該裝置包括一基材和至少一種與該基材相連接的電子元件，所述至少一種的電子元件是用來執(zhí)行可感覺的運轉(zhuǎn)的。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，該基材選自由歡迎卡、商事卡、電影票或戲票、光盤(CD)標(biāo)簽、食品與印刷品的包裝所組成的組中。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，該可感覺的運轉(zhuǎn)為音頻或視頻運轉(zhuǎn)，包括，但并不限于，由于電場/電流流動作用而產(chǎn)生的顏色變化。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，該音頻運轉(zhuǎn)選自由曲調(diào)、語言的詞匯與電話撥號音所組成的組中。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述裝置包括一電源開關(guān)。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述至少一種電子元件選自由音頻器件與發(fā)光器件組成的組中。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述音頻器件包括音頻芯片和回聲室。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述光發(fā)光器件是低電流發(fā)光二極管。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述裝置是人工智能卡或標(biāo)簽(smart card or tag)。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述裝置是人機(jī)對話書籍(an interactive book)。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述裝置是記時器。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述記時器包括基材和與基材相連的計時器芯片，為了測定時間段與為了當(dāng)時間段消失時引起可感覺的運轉(zhuǎn)，計時器芯片是可以預(yù)置的。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述運轉(zhuǎn)是通過音頻或發(fā)光器件進(jìn)行的。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述可感覺的運轉(zhuǎn)是音頻或視頻運轉(zhuǎn)。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述音頻運轉(zhuǎn)選自由曲調(diào)、語言的詞匯與報警信號所組成的組中。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述計時器芯片是可編程序的。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述計時器芯片是可再設(shè)定的。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述音頻器件包括音頻芯片與回聲室。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述發(fā)光器件是低電流發(fā)光二極管。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述計時器是藥物計時器。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述裝置是經(jīng)皮膚輸送化合物用的活性墊。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，用于經(jīng)皮膚輸送化合物的活性墊，使用選自由離子電滲療法、超聲波與電極化法(electroporation)組成的組中的辦法。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述化合物選自由藥物化合物、化妝品化合物與麻醉劑化合物組成的組中。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述裝置是經(jīng)皮膚回收化合物用的活性墊。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，用于經(jīng)皮膚回收化合物的活性墊，使用選自由離子電滲療法、超聲波與電極化法組成的組中的辦法。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述化合物是葡萄糖。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述裝置選自由血壓計、脈搏計與心電圖計組成的組中。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述裝置是溫度計。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述溫度計包括熱敏電阻傳感器與電子芯片，傳感器用于檢測熱量的大小并將熱量大小轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的電參數(shù)，芯片用來定量該參數(shù)并將其轉(zhuǎn)換成輸出的溫度值。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述溫度計還包括用于顯示溫度值的顯示器。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述裝置是葡萄糖傳感器。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述葡萄糖傳感器經(jīng)皮膚從病人回收葡萄糖，例如，通過反向離子電滲法。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述葡萄糖傳感器包括刺穿皮膚與獲得血樣用的針、葡萄糖氧化酶基的葡萄糖傳感器、潛態(tài)電位測量計(potenciostat)和定量血樣中葡萄糖含量用的電子芯片。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述裝置是游戲機(jī)。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述游戲機(jī)包括分布的未拆散的組件(distributed un-raveled components)，如果來自電池的電流同時或按預(yù)定的順序到達(dá)組件，而且該電流到達(dá)是由參予者觸發(fā)的話，未拆散的組件變成被展示的(become revealed)。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，提供一種制造柔軟的薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池的方法，它包括以下步驟(a)將濕油墨施加到第一與第二基片的內(nèi)側(cè)，該油墨是電流的導(dǎo)體；(b)在干燥前，將正極粉末施加到第一基片的濕油墨上，和將負(fù)極粉末施加到第二基片的濕油墨上；(c)用含有易潮解材料、電子活性可溶解材料與水溶性聚合物的水溶液潤濕多孔物質(zhì)；和(d)將第一與第二基片連接到多孔物質(zhì)上，以使內(nèi)側(cè)面對該多孔物質(zhì)，由此而形成一三層電池。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，該方法還包括以下的步驟(e)在步驟(d)之前，將膠施加到基片的內(nèi)側(cè)或多孔物質(zhì)的兩側(cè)，施膠按照幾何圖形進(jìn)行。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，該方法還包括步驟(f)在步驟(d)之后，根據(jù)該幾何圖形切割該三層電池。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，切割是通過激光進(jìn)行的。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，該方法還包括步驟(e)在基片的至少一個上面加上裝飾物。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，提供一種印刷柔軟的薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池的方法，它包括以下步驟(a)將濕油墨的第一層印刷到一基片上，該油墨是導(dǎo)電的；(b)在干燥前，在第一層上散布一層正極粉末；(c)在正極粉末層上印刷一層含有纖維、易潮解材料、電子活性可溶解材料與水溶性聚合物的水溶液；(d)在干燥前，在水溶液層上散布一層負(fù)極粉末；(e)在負(fù)極粉末層上印刷第二層油墨。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，該方法還包括步驟(f)在步驟(a)之前，在基片上印刷一導(dǎo)電層。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，該方法還包括步驟(f)在步驟(e)之后，在第二層油墨上印刷一導(dǎo)電層。
根據(jù)本發(fā)明還提供一種圓柱形電池，它由被卷的柔軟薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池組成，被卷的柔軟薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池包括不溶解性負(fù)極的第一層、不溶解性正極的第二層和含水電解質(zhì)的第三層，第三層被置于第一層與第二層之間并包括(a)一種用于在所有時間內(nèi)保持開路電池濕潤的易潮解材料；(b)一種用于獲得所需的離子導(dǎo)電性的電子活性可溶解材料；和(c)一種用于獲得所需粘度以將第一層與第二層粘附到第三層上的水溶性聚合物。
根據(jù)本發(fā)明還提供一種書籍式電池(battery book)，它是由許多被可拆卸地組合而形成一書籍組件的柔軟薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池組成的，每一柔軟的薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池包括不溶解性負(fù)極的第一層、不溶解性正極的第二層和含水電解質(zhì)的第三層，第三層被置于第一層與第二層之間并包括(a)一種用于在所有時間內(nèi)保持開路電池濕潤的易潮解材料；(b)一種用于獲得所需的離子導(dǎo)電性的電子活性可溶解材料；和(c)一種用于獲得所需粘度以將第一層與第二層粘附到第三層上的水溶性聚合物。
根據(jù)本發(fā)明還提供一種柔軟的薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池，它包括不溶解性負(fù)極的第一層、不溶解性正極的第二層和含水電解質(zhì)的第三層，第三層被置于第一與第二層之間并包括(a)一種用于在所有時間內(nèi)保持開路電池濕潤的易潮解材料；(b)一種用于獲得所需的離子導(dǎo)電性的電子活性可溶解材料；和(c)一種用于獲得所需粘度以將第一與第二層粘附到第三層上的的水溶性聚合物；該電池還包括與上述諸層之一接觸的pH傳感器。
根據(jù)本發(fā)明還提供一種由許多首尾相連地組合而形成一可折疊組合件的柔軟薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池組成的折疊電池(battery fold)，每一柔軟的薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池包括不溶解性負(fù)極的第一層、不溶解性正極的第二層和含水電解質(zhì)的第三層，第三層被置于第一與第二層之間并包括(a)一種用于在所有時間內(nèi)保持開路電池濕潤的易潮解材料；(b)一種用于獲得所需的離子導(dǎo)電性的電子活性可溶解材料；和(c)一種用于獲得所需粘度以將第一與第二層粘附到第三層上的水溶性聚合物。
根據(jù)本發(fā)明還提供一種光盤容器，它包括一容器和與其相連的標(biāo)簽，標(biāo)簽可操作以產(chǎn)生預(yù)期被置于容器中的光盤的音頻容量的感官指示。
根據(jù)所述優(yōu)選實施例的另外又一個特征，所述感官指示是音頻的且包括與所述音頻容量相一致的音頻顯示。
通過提供一種柔軟的薄層開路電化學(xué)電池，本發(fā)明成功地致力于克服已知結(jié)構(gòu)的缺點，本發(fā)明的電池在貯存期間不會積聚氣體，而且它還通過使用使其在所有時間保持濕潤的易潮解材料和用于獲得所需粘度以將電極層粘合到含水電解質(zhì)層上的水溶性聚合物而保持濕潤與完整。本發(fā)明電池的另外特性包括沒有硬的外殼，所以它是薄而輕的和柔軟的，并且可被制成任何的尺寸、形狀、顏色與添加圖案，因此它適于各種應(yīng)用，成本低，由對環(huán)境與人無害的材料制成，而且通過粘性的背襯而具有自粘性。
附圖簡述在本文中僅通過實施例并參考附圖對本發(fā)明進(jìn)行介紹，在這些附圖中圖1為本發(fā)明所述柔軟的薄層開路電化學(xué)電池基本結(jié)構(gòu)的透視圖；圖2為柔軟的薄層開路電化學(xué)電池的另一種可能結(jié)構(gòu)的透視圖；圖3a和3b為將圖1和圖2的二個電池分別通過雙極連接而形成的電源兩種可能性結(jié)構(gòu)的透視圖，以疊加方式增加由這樣形成的電源所獲得的電能；圖4為表示在室溫下通過伏特計所測定的本發(fā)明的柔軟薄層開路電化學(xué)電池的電壓隨時間而變化的曲線圖；圖5為包括一基材與至少一個用來進(jìn)行可感覺運轉(zhuǎn)的電子元件的本發(fā)明裝置的示意圖；圖6為在圖5裝置中所使用的開關(guān)與回聲室的示意剖面圖；圖7為本發(fā)明的計時器的示意說明圖；圖8為本發(fā)明的經(jīng)皮膚輸送化合物的活性墊的示意說明圖；圖9為本發(fā)明的溫度計的示意說明圖；圖10為本發(fā)明的葡萄糖傳感器的示意說明圖；圖11為本發(fā)明的游戲機(jī)的示意說明圖12為通過卷繞本發(fā)明的柔軟薄層開路電化學(xué)電池而形成圓柱形電池的透視圖；圖13為通過可拆卸地組合多個本發(fā)明的柔軟薄層開路電化學(xué)電池而形成一書籍組件的書籍式電池的透視圖；圖14為由本發(fā)明的柔軟薄層開路電化學(xué)電池操作的音頻票的示意說明圖；圖15為由本發(fā)明的柔軟薄層開路電化學(xué)電池操作的音頻光盤標(biāo)簽的示意說明圖；圖16為由本發(fā)明的柔軟薄層開路電化學(xué)電池供電的脈搏/血壓計的透視圖；圖17為本發(fā)明的人工智能卡/標(biāo)簽的示意說明圖；圖18為以首-尾相連排列的多個本發(fā)明開路電池的示意透視圖，其中相鄰電池的正負(fù)極的延伸部份處于相互電接觸位置。
優(yōu)選實施方式的說明本發(fā)明涉及能被用作密實設(shè)計的微形化或便攜式電氣裝置的一次性或可再充電電源的柔軟薄層開路電化學(xué)電池。本發(fā)明的柔軟薄層開路電化學(xué)電池包括濕電解質(zhì)，還保持軟且薄和開路的形狀，于是在貯存期間避免了氣體的積聚。本發(fā)明還涉及各種使用柔軟薄層開路電化學(xué)電池操作的裝置。
參照附圖和與其相關(guān)的說明對本發(fā)明的柔軟薄層開路電化學(xué)電池及其應(yīng)用的原理與操作會有更好的了解。
在詳細(xì)地解釋本發(fā)明的至少為一種的實施方式之前，應(yīng)該明白的是，本發(fā)明在其應(yīng)用方面并不限于在下面的說明書或


中所提出的組件的結(jié)構(gòu)與排列方面的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能有其他的實施方式或可以以許多方式來實施或進(jìn)行。還有，應(yīng)該明白的是，此處所使用的措辭與術(shù)語是為了說明的目的而不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。
現(xiàn)參看附圖，圖1說明本發(fā)明的柔軟薄層開路電化學(xué)電池(在下文中稱為電池10)的基本結(jié)構(gòu)。
電池10包括如下的三層。不溶解性負(fù)極的第一層14、不溶解性正極的第二層16和含水電解質(zhì)的第三層12。如在此文獻(xiàn)中使用的那樣，放電的負(fù)極為發(fā)生氧化之處，而正極為發(fā)生還原之處。含水電解質(zhì)層12包括用來保持開路電池10在所有時間內(nèi)濕潤的易潮解(即，吸濕的)材料；用來獲得所需的離子導(dǎo)電性的電子活性可溶解材料；和為獲得所需粘度以將電極層14和16粘附到含水電解質(zhì)層12上的水溶性聚合物。接著更詳細(xì)地說明14、16、12中的每一層以及它們在開路電池10中的作用。
含水的電解質(zhì)層12一般包括多孔的不溶解物質(zhì)，例如，但并不限于濾紙、塑料膜、纖維素膜、布、無紡材料(例如，棉花纖維)等等，用包含三種組分易潮解材料、電子活性可溶解材料和水溶性聚合物的溶液浸漬此多孔物質(zhì)。
由于易潮解材料是吸濕性的之故從而保持電池10在所有時間內(nèi)是潤濕的。在開路電池10內(nèi)的濕含量可以隨易潮解材料的選擇、其濃度與環(huán)境濕度的變化而變化。適用的易潮解材料包括，但并不限于氯化鈣、溴化鈣、碳酸氫鉀、透明質(zhì)酸、醋酸鉀以及它們的混合物。
電子活性可溶材料的選擇根據(jù)構(gòu)成負(fù)極與正極層的材料。適于本發(fā)明的常用的電子活性可溶材料清單包括，例如，用于各種一次性電池的氯化鋅、溴化鋅與氟化鋅和用于可再充電電池的氫氧化鉀與硫酸。
水溶性聚合物被用作粘合劑而將電極層14和16粘合(即，膠合)到含水電解質(zhì)層12上。許多類型的聚合物是適用的聚合物，例如，聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚環(huán)氧乙烷、瓊脂、瓊脂糖、淀粉、羥乙基纖維素、以及它們的混合物與共聚物。
負(fù)極層14與正極層16的每一層包括合適的(分別為負(fù)或正的)活性不溶粉末材料與類似于上述溶液的水溶液，該水溶液包括易潮解材料、電子活性可溶解材料和水溶性聚合物。
對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，顯而易見的是，盡管電子活性可溶解材料不應(yīng)變化，但是在后來的溶液中易潮解材料與水溶性聚合物可作另外的選擇，換句話說，電子活性可溶解材料在所有的層12、14和16的三層中應(yīng)該保持相同，而易潮解材料與水溶性聚合物可以視具體應(yīng)用的不同而在這些層中有所變化。
用于負(fù)極層14與正極層16的活性不溶粉末材料與配對的電子活性可溶解材料的恰當(dāng)?shù)倪x擇，如下文的實施例部份中所列舉的那樣，提供一種能被用作電源(即，電池)的柔軟薄層開路電化學(xué)電池，此電池是開路的并因此在貯存期間不會積聚氣體，易潮解材料的吸濕性還確保了電池在所有時間是濕的，盡管電池是開路的。
用于負(fù)極層14與正極層16的合適的成對材料包括，但并不限于，二氧化錳/鋅；氧化銀/鋅；鎘/氧化鎳；和鐵/氧化鎳(二氧化錳和氧化銀可隨意地與導(dǎo)電的碳粉相混合，正如本技術(shù)領(lǐng)域中所知道的)。鋅可以作為一層由壓縮而形成層的鋅粉層來使用。粘合劑或?qū)щ娪湍杀挥脕碓鰪婁\層。這樣的層還可能起類似于碳或?qū)щ娪湍募娖鞯淖饔?，如下面所詳述的?br> 對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，顯而易見的是，單一種材料可能同時起易潮解材料與電子活性可溶解材料二種作用。然而，這樣的材料應(yīng)該獲得合適的電子活性和吸濕性。這類適用材料包括，但并不限于，氯化鋅和溴化鋅。
本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還清楚，單一種材料可能同時起易潮解材料與水溶性聚合物二種作用。然而，這樣的材料應(yīng)該獲得合適的吸濕性和粘附性。這類適用材料包括，但并不限于，葡聚糖、硫酸葡聚糖以及它們的混合物與共聚物。
圖1中所示與上文中所述的三層12、14和16可被制成薄而軟的，因此電池10是柔軟的和薄至0.3或以下到1.5毫米。目前被優(yōu)選與下面將要詳述的是，電池10是通過適當(dāng)?shù)挠∷⑿g(shù)制造的。適當(dāng)?shù)挠∷⑿g(shù)包括，但并不限于，絲網(wǎng)印刷、膠印、噴墨印刷、層合、材料蒸發(fā)與粉末分散法。
另一種可能的結(jié)構(gòu)被示于說明電池20的圖2中。正如電池10那樣，電池20也包括形成基本電池(basic cell)的層12、14和16(剝露區(qū)域)。電池20還包括另外一個或二個導(dǎo)電層22和24，以提高負(fù)極層14和/或正極層16的電子傳導(dǎo)性。合適的導(dǎo)電層是石墨紙，碳布，導(dǎo)電油墨，例如，但并不限于包括金、銀和銅油墨等的金屬油墨。電池20還包括負(fù)極接頭26與正極接頭28，接頭26與28分別與相應(yīng)的電極層14和16相接觸，或與相應(yīng)的導(dǎo)電層22和24相接觸，或與它們二者相接觸。接頭26與28是由任何適用的材料制成的，例如，但并不限于，石墨或金屬例如鐵、鎳、鈦、銅、不銹鋼以及它們的混合物制成的，且優(yōu)選通過合適的印刷術(shù)例如以上列舉的那些方法被施加到電池20上。
接頭26與28被用來將電池20電連接到負(fù)載諸如電氣裝置上。接頭26與28可處于電池20的任何想望位置上，可以制成任何合適的形狀與尺寸，這些取決于具體的應(yīng)用，接頭26與28可以從電池20的表面和本體中突出。接頭26與28還可以包括至少一個位于外部的粘性的背襯29，以便能將電池20粘附到各種表面，和/或至少一個位于外部的薄片保護(hù)層30，以便對所有的其他層加以物理保護(hù)。
還有另一種結(jié)構(gòu)被示于圖3a-b中。二個或更多個如圖3a所示的電池10，或者二個或更多個如圖3b所示的電池20可通過雙極連接而被連接，以致能以疊加方式增加所得的電能，由此而分別形成電源40和50。為此，通過二面導(dǎo)電的粘合帶或例如通過合適的印刷術(shù)施加的導(dǎo)電膠層42，且確保毗鄰電池間電子通過的情況下，將二個或更多個電池以首對尾方向彼此相粘附，如通過層22、14、12、16和24排列在圖3a-b中所示。
顯然，電源40和/或50還可包括類似于圖2所示表面29的位于外部的粘性的背襯和/或類似于圖2所示層30的位于外部的薄片保護(hù)層。還有，電源40和/或50顯然可包括分別類似于圖2中的接頭26與28的負(fù)與正的接頭。
現(xiàn)參看本發(fā)明一種實施方式的圖12，根據(jù)本文所述任一種結(jié)構(gòu)的電池300被卷繞而形成一圓柱形電池301。優(yōu)選使用粘合劑以保持圓柱形。
現(xiàn)參看本發(fā)明另一種實施方式的圖13，根據(jù)本文所述任一種結(jié)構(gòu)的多個電池300被可拆卸地組合成一書籍組件302。從其中可取出單個的電池300供使用。電池300可按照需要選定尺寸。使用電池300的一個例子是蜂窩電話或其他電操作裝置特別是包括筆記本電腦的便攜式裝置用的應(yīng)急的一次性電池。
現(xiàn)參看本發(fā)明另一種實施方式的圖18，根據(jù)本文所述任一種結(jié)構(gòu)的多個電池300以頭對尾的形式被排列，其中相鄰電池的正負(fù)極的延伸部份339彼此為電接觸，其作用相當(dāng)于一系列的接點，從而使電壓倍增。這樣的電池折疊結(jié)構(gòu)可以使用印刷術(shù)來方便地實現(xiàn)。制得的電池折疊結(jié)構(gòu)是可折疊的手風(fēng)琴狀的從而少占用空間。延伸部份339優(yōu)選包括集電器，例如，但并不限于，在毗鄰電池300間分隔的碳粉。
再次參看圖1，根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，電池10還包括與其相連的pH傳感器400，傳感器400檢測電池10的pH值并提供電池10的pH值變化值(例如，顏色變化)。于是，傳感器400將有關(guān)電池10的操作能力的資料提供給使用者。pH傳感器400在本技術(shù)領(lǐng)域中是為人們所熟知的，在此無需進(jìn)一步的說明。這樣的傳感器可以使用印刷工藝施加到電池10上。
本發(fā)明還提供一種制造類似于上述電池的柔軟薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池的方法，所述方法包括以下步驟(a)用含有易潮解材料、電子活性可溶解材料和水溶性聚合物的水溶液潤濕多孔物質(zhì)；潤濕可以通過浸涂或印刷術(shù)來達(dá)到；(b)在多孔物質(zhì)的一面上施加負(fù)極層；和(c)在多孔物質(zhì)的第二面上施加正極層。負(fù)極層和正極層包括與易潮解材料、電子活性可溶解材料與水溶性聚合物，優(yōu)選為與(a)中相同類型的易潮解材料、電子活性可溶解材料與水溶性聚合物相混合的活性不溶粉狀物質(zhì)，且它們優(yōu)選是使用例如選自上列那些的適用的印刷術(shù)而被施加的。
所述方法還可包括向電池添加另外的層或部份，例如但并不限于，位于外部的粘性的背襯和/或薄片保護(hù)層、以及負(fù)與正的接頭。
還有，所述方法還可包括雙極連接的二個或更多個電池，例如用雙面粘合帶或通過合適的印刷術(shù)而被施加的導(dǎo)電膠層，形成具有增加的功率(例如，基本上為雙倍、三倍、等等)的電源。根據(jù)本發(fā)明，這樣的雙極連接可以通過以首尾取向的方式將二個或更多個預(yù)制電池連接在一起，或以另外一種方式，優(yōu)選使用上述的合適的印刷術(shù)，通過一層在另一層之后施加合適的層來直接制造這樣取向的二個或更多個電池。
本發(fā)明的柔軟薄層開路電化學(xué)電池具有一個超過現(xiàn)有技術(shù)薄層電池的主要優(yōu)點。由于它是開路電池因此它在貯存期間不會積聚氣體，它還通過使用使其在所有時間保持濕潤的易潮解材料和用于獲得所需粘度以將電極層粘合到含水電解質(zhì)層上的水溶性聚合物而保持濕潤與完整。
本發(fā)明的柔軟薄層開路電化學(xué)電池具有如下的其他特點。首先，它沒有硬的外殼，所以它是薄而輕的和柔軟的，并且可被制成任何的尺寸、形狀、顏色與添加圖案，因此它適于各種應(yīng)用。第二，通過在其制造時使用合適的印刷術(shù)其成本被降低，并因此它在使用后能被處理掉，這部份是由于能在印刷后產(chǎn)生大的片材并被切成任何所需的形狀，部份是由于此方法本身是成本有效的。第三，它優(yōu)選是由對環(huán)境與人類無害的材料(它優(yōu)選為不含汞或重金屬的材料)制造的。最后，它能通過粘性的背襯而被制成具有自粘性。
現(xiàn)參考以下的實例與上述的說明書來說明本發(fā)明。
實例1制備在1.2ml水中含有120mg的聚乙烯醇(一種水溶性聚合物)和1680mg氯化鋅(一種易潮解材料與電子活性可溶解材料)的溶液。此溶液具有膠狀的粘滯外觀。用此溶液通過印刷或浸漬工藝將4.5cm×7cm的濾紙條完全濕透。制備300mg鋅粉與上述溶液的混合物并將其印在紙條的一面上起負(fù)電極層作用。在另一面上用250mg二氧化錳與50mg導(dǎo)電的碳粉與上述溶液一起的混合物印刷作為正電極層。當(dāng)在二面達(dá)成電接觸且被連接到負(fù)載上時量測到電流。在室溫下五天內(nèi)能在電壓為1.7÷1.2伏下連續(xù)保持每cm2為12mA的電流。
實例2按上述實例1中所述制備開路電池并與伏特計相連接。如圖4中所示，在室溫條件下測定由電池所產(chǎn)生的電壓顯示，在連續(xù)九天內(nèi)保持在明顯為1.7÷1.2的伏特值。
實例3制備飽和氫氧化鉀溶液并通過與水溶性聚合物混合而使其具有膠似的粘度。用此溶液完全浸濕多孔物質(zhì)(例如，濾紙)，并用此溶液與氧化鎳的混合物粘涂在多孔物質(zhì)的一面上而形成正電極層，將類似的與氧化鎘的混合物粘涂在多孔物質(zhì)的另一面上以形成負(fù)電極層。通過將伏特計連接到二面測得1.2伏的電壓，當(dāng)此二層被跨接到負(fù)載上時測得一高的電流。該電池在開路時不會干枯且在需要時能被再充電。
實例4制備如與實例3中相同的氫氧化鉀溶液并用它潤濕多孔物質(zhì)。將此溶液與鋅粉的混合物粘涂在多孔物質(zhì)的一面上以形成負(fù)電極層，將類似的與含有若干碳粉的氧化銀粉末的混合物粘涂在多孔物質(zhì)的另一面上以形成正電極層。通過將伏特計連接到二面測得1.2伏的電壓，當(dāng)此二層被跨接到負(fù)載上時測得相當(dāng)大的電流。該電池在開路時不會干枯且在需要時能被再充電。
實例5制備如與實例3中相同的氫氧化鉀溶液并用它來潤濕多孔物質(zhì)。將此溶液與鋅粉的混合物粘涂在多孔物質(zhì)的一面上而形成負(fù)電極層，將類似的與含有若干碳粉的二氧化錳粉末的混合物粘涂在多孔物質(zhì)的另一面上以形成正電極層。通過將伏特計連接到二面測得1.5伏的電壓，當(dāng)此二層被跨接到負(fù)載上時測得相當(dāng)大的電流。該電池在開路時不會干枯。對如此形成的電池再充電時可能會出故障。
實例6制備如與實例3中相同的氫氧化鉀溶液并用它潤濕多孔物質(zhì)。將此溶液與氧化鎳粉末的混合物粘涂在多孔物質(zhì)的一面上而形成正電極層，將類似的與鐵粉的混合物粘涂在多孔物質(zhì)的另一面上以形成負(fù)電極層。通過將伏特計連接到二面測得0.9伏的電壓，當(dāng)此二層被跨接到負(fù)載上時能測得電流。該電池在開路時不會干枯且在需要時進(jìn)行若干次再充電是可能的。
實例7制備30％硫酸溶液并通過與水溶性聚合物混合而使其具有膠似的粘度。用此溶液完全浸濕多孔物質(zhì)(例如，濾紙)，并用此溶液與氧化鉛的混合物粘涂在多孔物質(zhì)的二面上。將此二面連接到電源并通過電源施加高于2.0伏的電壓而對電池進(jìn)行充電。在開路時電池不干枯的前提下充電與放電循環(huán)能被重復(fù)。
下面的實例涉及使用上述的開路電池作為電源的應(yīng)用。
實例8考慮到上述被列舉電池的薄且輕、柔軟而又低的制造成本之優(yōu)點而將其用于各種應(yīng)用。這些特點使所述電池特別適用于一次性使用的裝置和為了操作而必須保持柔軟性的裝置的電源。
一般說來，根據(jù)本發(fā)明的任何應(yīng)用包括由電操作的裝置和上述的柔軟薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池。所述電池被用來為該裝置的操作提供電源。根據(jù)具體的應(yīng)用，下文所述裝置從本發(fā)明的開路電池獲得電力，而所述開路電池可以使用印刷工藝來制造，其中開路電池各層與電子組件二者均可以通過印刷工藝來施加。尤其是，如果該電池的構(gòu)造包括導(dǎo)電層，例如金屬油墨層(在電池行業(yè)中還被稱為集電器)的話，這些其自身可能是被印刷的金屬層可以起連接另外被印刷的電子組件的作用。
當(dāng)本發(fā)明的裝置被印刷之后，它包括某種構(gòu)形，該構(gòu)形可以被合適的殼體來保護(hù)。此殼體可以是由可模制材料形成的，例如，但并不限于，泡沫聚乙烯或泡沫聚乙烯醇等等。模具可以是該裝置本身或是其復(fù)制品。形成具有與具體裝置相配的特殊形狀殼體的其他方法是通過切割、將殼體與裝置的復(fù)制品相熱壓來進(jìn)行的，或是用能有效地形成與存在的預(yù)定形狀相配合的形狀的方法來進(jìn)行的。在任何情況下，電池還可以被裝在外部材料，例如，但并不限于，聚酯薄膜、萊克桑聚乙烯薄膜或紙的層中，而在所述層上可以添加印刷。這些層可以使用冷或熱壓法來施加，這應(yīng)視具體的應(yīng)用而定。
現(xiàn)參看圖5，在一種應(yīng)用中所述裝置包括基材例如紙、紙板或塑料板200和至少一種電子元件202。電子元件202既可以通過粘合也可以通過將電子元件202或其一部份直接印刷到基材200上而與基材相連接。
電子元件202是用來進(jìn)行可感覺的運轉(zhuǎn)的，此處將可感覺的運轉(zhuǎn)規(guī)定為是被人的感官之一所能感覺到的運轉(zhuǎn)。
基材200可采取任何合適的形狀并被用作，例如歡迎卡，商事卡，食品或任何形式的印刷品，例如但并不限于雜志、筆記本、日記簿、等等的包裝。本發(fā)明的一種為人們感興趣的應(yīng)用是供兒童用的人機(jī)對話書籍。在本技術(shù)領(lǐng)域為人們所熟知的這樣書籍包括電池操作的音頻與視頻顯示器。由于其薄且軟的特性本發(fā)明的電池是適用于人機(jī)對話書籍的。根據(jù)優(yōu)選的實施例，書籍與電池是以分開形式被提供的，其中當(dāng)該書籍被使用時與其相連的電池起其操作的電源作用。當(dāng)用盡時電池被新電池取代。在下文中參照圖14和15對另外的應(yīng)用進(jìn)行介紹。
于是可以使用可感覺的運轉(zhuǎn)來發(fā)送信息或任何類型的資料給使用者或者可以向使用者提供使其高興的例如曲調(diào)或光圖案形式的資料。如本技術(shù)領(lǐng)域中所公知的那樣，還可以包括象素和/或圖形電子顯示器231。
于是，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中可感覺的運轉(zhuǎn)是音頻和/或視頻運轉(zhuǎn)。音頻運轉(zhuǎn)可以是任何類型的音頻運轉(zhuǎn)，因此可以包括曲調(diào)、語言的詞匯與電話撥號音。視頻運轉(zhuǎn)可以是，例如如美國專利№4,779,962中所述的由于電場/電流作用而引起的光、移動的物體或顏色的變化，此處引用其全文作為參考。
所顯示的電話撥號音可與被連接到電話機(jī)上以撥出音頻電話號碼的雙音多頻(DTMF)裝置一起使用，這是電話領(lǐng)域中所熟知的。
電子元件202最好是像開路電池206、其接頭208和所需的線路連接一樣被印在基材200上。印刷電子元件的方法在本技術(shù)領(lǐng)域中是人們所熟知的。其例子是美國專利№4,353,954和№4,562,119，此處引用它們的全文作為參考。下面將介紹將本發(fā)明的開路電池印刷到基材上的方法。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，所述裝置包括一電源開關(guān)204。開關(guān)204是根據(jù)需要被用來操作該裝置與仃止其操作的。
如圖6中所示，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，開關(guān)204被形成在材料200的二層212之中，其中的一層被形成為具有從內(nèi)部被導(dǎo)電材料例如一層導(dǎo)電的碳或油墨(所謂的金屬油墨)所覆蓋的隆起214，所述導(dǎo)電材料位于兩接頭218之上，以致當(dāng)按壓該隆起214時會造成電路的閉合。事實上，由于本發(fā)明的開路電池的柔軟性之故，故任何穿過其各層而形成的孔在其一面上被導(dǎo)體所覆蓋而在其另一面上與該接頭連接，根據(jù)本發(fā)明通過簡單地按壓導(dǎo)體使其與接頭接觸可以起啟/閉開關(guān)的作用。于是，電池的柔軟性起可逆地分合開關(guān)二端的作用。
如在圖5中進(jìn)一步所示，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，電子元件202是音頻器件220，它包括音頻(聲音)芯片221(例如，由CoMediaLtd.Hong Kong配置的“極上芯片”Cat.#A53915)和優(yōu)選還包括回聲室224(例如，由muRata，Holbeinstrasse 21-23 D8500 Nurenberg 70，Germany配置的回聲室“壓電發(fā)聲器/揚聲器”)和/或發(fā)光器件222。在優(yōu)選的實施方案中發(fā)光器件222是低電流發(fā)光二極管223。聲音芯片221能夠記錄聲音，并在受指令時顯示所記錄的聲音。
如由圖6中進(jìn)一步所示，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，回聲室224的形成類似于開關(guān)204的形成，其中諸層之一被形成為具有隆起226，并且最好具有開孔228.。在位于如此形成的空隙229中的是振動片230，它被連接到壓電元件232上，壓電元件232根據(jù)從音頻芯片接收到的指令振動(如圖5中所示)。振動片230與元件232的結(jié)合在本技術(shù)領(lǐng)域中像壓電陶瓷板一樣是已知的。
根據(jù)其結(jié)構(gòu)的上述應(yīng)用能被用于，例如當(dāng)操作時(例如當(dāng)打開時)會發(fā)出歡迎詞的音頻歡迎卡；用作音頻的劇場/電影院票，它們能顯示所推薦的各自的演出/電影的一部份例如曲調(diào)、主題、等等；以及用作能播放CD音頻內(nèi)容的CD的音頻標(biāo)簽。這樣的票子304被示于圖14中，而在圖15中這樣的標(biāo)簽306是與CD容器308相連的。事實上，任何小而薄的電池均適用于音頻標(biāo)簽的運轉(zhuǎn)。
參照圖7，根據(jù)本發(fā)明的另外一種實施方案，裝置是計時器240。計時器240優(yōu)選包括一基片242，其上固定有本發(fā)明的開路電池206，開路電池206是被粘附或印刷上去的。計時器240還包括計時器芯片244，為了測量時間段和為了當(dāng)時間段消失后促發(fā)可感覺的運轉(zhuǎn)，計時器芯片244能被再設(shè)定。適用的計時器芯片是由National SemicoductorCorp.，CA配置的Cat.#COP888。
如上所述，可感覺的運轉(zhuǎn)優(yōu)選是由音頻和/或發(fā)光器件246進(jìn)行的，以致該可感覺的運轉(zhuǎn)是音頻(例如曲調(diào)、語言的詞匯或報警信號)和/或視頻的。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中計時器芯片244是可編程序的，即在再設(shè)定與促發(fā)可感覺的運轉(zhuǎn)之間消失的時間段是可程序控制的。
程序編制優(yōu)選是通過外部的編程裝置249(例如計算機(jī))進(jìn)行的，計算機(jī)可以經(jīng)過被形成在計時器240中的適合連接器248被連接到芯片244上。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員懂得如何選擇處于編程裝置與裝置240之間所需的連接器，以便能如以上所述的那樣進(jìn)行編程。
在一種實施方案中計時器被用于電子仃車收費應(yīng)用中。
在另一種實施方案中計時器被用作藥物計時器，即，它指示服藥的時間已經(jīng)到了。在此情況下，基片242優(yōu)選采取能被粘附到藥物容器上的標(biāo)簽形狀。在此情況下，藥劑師將根據(jù)要求對具體的藥物通過編程裝置249為芯片244編制程序，并將計時器240粘附到藥物容器上。
在此情況下，編程裝置優(yōu)選還包括用來印刷各種細(xì)節(jié)例如藥物、日期、病人姓名與施藥的程序等的打印機(jī)。
藥物計時器240優(yōu)選包括二個再設(shè)定開關(guān)204，僅當(dāng)同時按壓這二個開關(guān)時才能再設(shè)定計時器240，以避免不經(jīng)意的再設(shè)定。
本發(fā)明的開路電池的另一種用途是在化合物諸如藥物、化妝品與麻醉劑的經(jīng)皮膚活性輸送。
圖8表示用于經(jīng)皮膚輸送化合物的活性墊或擋布250。墊250具有一側(cè)面252，該側(cè)面能被粘附到使用者的皮膚上。墊250包括經(jīng)皮膚輸送的化合物。
經(jīng)皮膚活性輸送化合物到身體是本技術(shù)領(lǐng)域中所熟知的。一些方法被用來經(jīng)皮膚活性輸送藥物。
離子電滲療法被用來穿過皮膚輸送小的帶電分子。在此情況下化合物分子循著由其自身電荷與通過電源施加在墊上的電荷所規(guī)定的路徑移動。
電極化法使用短而強的脈沖電流而在皮膚上產(chǎn)生瞬時的小孔，經(jīng)過小孔大分子能夠通過。
超聲波法使用高音調(diào)的聲音以瞬時擊穿皮膚結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生微孔，經(jīng)過微孔大分子能夠通過。
根據(jù)所使用的方法的不同，墊250裝有所需要的電子線路和/或超聲發(fā)生器254。
有關(guān)活性墊的功能與精確結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步詳情在本技術(shù)領(lǐng)域中是眾所周知的，因此無需作另外的說明。這樣的詳情例如可在IngridWickelgren的“Breaking the skin barrier”，Popular Science，December1996，pp.86-89；J.R.Robinson和V.H.L.Lee編的“Controlled drugdelivery fundamentals and applications”，Marceldekker Inc.New York，第二版，1987；美國專利№5,169,384、№4,763,660、№5,443,441和№3,447,537中找到，所有這些文獻(xiàn)均被全文引用作為參考。
由于它是薄而軟與重量輕之故，上述的開路電池在經(jīng)皮膚輸送藥物墊方面應(yīng)用時具有許多優(yōu)點。
因此，根據(jù)本發(fā)明的墊250是帶這樣的電池206的，電池206作為產(chǎn)生經(jīng)皮膚活性輸送藥物所必需的離子電滲透、超聲波或電極化作用的電源。
最新配置的經(jīng)皮膚輸送藥物的產(chǎn)品包括“LECTRP PARCH”和“E-TRANS-ELECTROTRANSPORT”。
現(xiàn)用圖8來表示經(jīng)皮膚從身體回收化合物的活性墊或擋布250′。與墊250一樣，墊250′具有一側(cè)面252′，能被粘附到使用者的皮膚上。墊250′被用來從身體吸收化合物。
從身體經(jīng)皮膚活性回收化合物在本技術(shù)領(lǐng)域是人們所熟知的，并且可使用逆向離子電滲透法、逆向超聲波法或逆向電極化法。例如，逆向離子電滲透法被用來經(jīng)皮膚回收葡萄糖以監(jiān)視例如糖尿病人的血糖水平。逆向離子電滲透血糖監(jiān)視儀是由SpectRx與Abbott/MediSense合作制造的。另一種裝置是由C ygnus Inc.制造的，被稱為GLUCOWATCH。討論“影響葡萄糖的電滲透提取的因素”(Factorsaffecting eletroosmotic extraction of glucose)的評論文章是由CygnusInc.，400 Penobscot Drive，Redwood City，CA 94063，USA的J.A.Tamada，K.Comyns和R.O.Potts在1997年3月2-4日于巴黎舉行的“Symposium of trasdermal administration，a case studyiontophoresis”上討論而成的。
根據(jù)所用的方法墊250′裝有所需要的電子線路和/或超聲發(fā)生器254′。
有關(guān)活性回收墊的功能與精確結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步的詳情在本技術(shù)領(lǐng)域中是眾所周知的，因此無需作進(jìn)一步的說明?，F(xiàn)有技術(shù)的活性回收墊是由Cygnus Inc.CA，USA.制造的。
上述的開路電池在用于經(jīng)皮膚的活性回收墊時具有許多優(yōu)點，其原因在于它既柔軟又重量輕。此外，這樣墊的所有的電子線路及其操作用的電池均可通過印刷工藝而被施加到墊本身上。于是，可將電子線路與專用于貯存藥物或被輸送物質(zhì)的貯存器結(jié)合成一體。
因此，根據(jù)本發(fā)明的墊250′是帶有這樣的電池206的，電池206作為產(chǎn)生經(jīng)皮膚活性回收藥物所需的離子電滲透、超聲波或電極化作用的電源。
根據(jù)本發(fā)明開路電池的另一種用途是用于溫度測定。圖9中所示的是電子溫度計260，它使用本發(fā)明的開路電池作為熱敏電阻傳感器262的電源206，熱敏電阻傳感器262用來檢測熱量的大小并將其轉(zhuǎn)換成大小相應(yīng)于所述熱量的電參數(shù)(例如，電阻、電壓等等)。適用的熱敏電阻是由Bata Therm配置的Cat.#IK7AI。溫度計260還包括一電子芯片264，電子芯片264被用來定量電子參數(shù)并將其轉(zhuǎn)換成輸出的溫度值。
溫度計260還包括顯示溫度值的顯示器266，顯示器266可包括一組沿溫度標(biāo)尺排列的小的發(fā)光二極管，以致當(dāng)具體發(fā)光二極管運轉(zhuǎn)時使用者能夠從標(biāo)尺中讀出溫度。
本發(fā)明的開路電池的另一種用途是在葡萄糖水平測定方面。
糖尿病是一種慢性的威脅生命的疾病，它影響全世界一億多人。該病的特征在于人體不能控制其葡萄糖的代謝作用，更常見的是由于胰臟不能適當(dāng)?shù)胤置谝葝u素而引起的。在正常的各別人中，當(dāng)血糖開始升高時，連續(xù)的生理反饋機(jī)制指令胰臟分泌合適量的胰島素，由此而使葡萄糖水平下降。糖尿病人缺乏這種能力，如果不加以治療的話，會遭遇無法控制的血糖量與隨之而引起致命的代謝與循環(huán)問題。
在胰島素依賴性的糖尿病人中，身體中所缺乏的天然胰島素通過注射通常為每日幾次來補償?shù)摹Ｈ欢?，胰島素的劑量必須小心予以控制，過量的胰島素會導(dǎo)致血糖過低癥，低血糖可能會引起中風(fēng)、腦損傷與死亡。因此，大部份接受胰島素治療的病人還必須監(jiān)視其血糖水平，以便合理地調(diào)整其糖的攝入量與胰島素制劑的平衡。
今天被優(yōu)選與最常用的例行性監(jiān)視血糖的方法是通過驗血。便攜式驗血裝置包括三種元件針、酶的生物敏感材料和電讀出器(光學(xué)或電阻)。病人用針刺其手指并抽出一滴血到試條上。被浸在試條上的生物敏感材料按照試樣中葡萄糖的濃度比例變化顏色或產(chǎn)生電流。這些元件是非常容易購到的，包括數(shù)字式讀出計。
圖10中所示的是葡萄糖傳感器270，傳感器270包括刺破使用者皮膚(例如，手指皮膚)并獲得其血液試樣的針272。針272優(yōu)選為鉑針。傳感器270還包括葡萄糖氧化酶基的葡萄糖傳感器274、潛態(tài)電位測量計276和定量血液試樣中葡萄糖量用的電子芯片277。傳感器270還包括以常用的濃度單位(例如，mg/dl)顯示在血液試樣中測定的葡萄糖量用的顯示器278。
在葡萄糖量測定中所提到的每種組件的操作在本技術(shù)領(lǐng)域中是眾所周知的?，F(xiàn)有技術(shù)的葡萄糖傳感器是由，例如，LifeScan Inc.和MediSense Inc.USA.提供的。
根據(jù)本發(fā)明，所發(fā)明的開路電池206被用作操作葡萄糖傳感器270用的電源。
本發(fā)明的開路電池206的另一種用途是在脈搏計、血壓和/或心電圖計方面。各種方法現(xiàn)被用來監(jiān)視脈搏與血壓。它們包括監(jiān)視與人體的脈搏有關(guān)的壓力、聲音和光學(xué)振蕩。這樣的裝置(一次性的或再使用的形式)是由少數(shù)制造商制造的，包括Nonin Medical Inc.of 2605Fernbrook Lane North，Plymouth，MN 55447-4755，USA；SeinElectronics Co.，Ltd.of #133-3，Pyungchon-dong，Dongan-gu，Anyang-city，Kyungki-do，Korea。由這些公司制造的儀器包括常規(guī)的AAA或鈕扣電池。裝有本發(fā)明的開路電池的這樣的儀器、特別是其一次性形式的儀器具有最大的優(yōu)點。
一種便攜的微形化心電圖計是由CADltec AG，MedicalInstruments of CH-1632 Riaz，Switzerland制造的。這樣的心電圖計能夠發(fā)揮本發(fā)明的開路電池優(yōu)點所帶來的好處，這些優(yōu)點已被列出在本文中。
圖16表示一種脈搏、血壓計或心電圖計310，它包括用來在其中盛放所需的傳感器/電極的殼體312。該計310還包括為其操作提供動力的本發(fā)明的開路電池314。該計310還包括控制/操作按鈕315以啟閉和控制其操作。此外，該計310還包括顯示測量結(jié)果的顯示器316。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員知道如何對現(xiàn)有的脈搏、血壓計或心電圖計310與傳感器進(jìn)行改進(jìn)，以包括本發(fā)明的開路電池。
本發(fā)明的開路電池的另一種應(yīng)用是在人工智能卡或標(biāo)簽方面。人工智能卡或標(biāo)簽是包括電子編碼的信息的裝置，并且在許多場合中被用來電子認(rèn)證其持有人。由于其在本文中所述性質(zhì)之故，本發(fā)明的開路電池形成為人工智能卡/標(biāo)簽用的非常有優(yōu)點的電源。這樣的卡/標(biāo)簽表示在圖17中，它包括覆蓋其整個表面的薄電池352。這樣的卡/標(biāo)簽可以通過印刷工藝來制造，其中其所有的電子元件與電源均是印制的。本發(fā)明的智能卡/標(biāo)簽可包括認(rèn)證用的密碼與代碼。
本發(fā)明的開路電池的另一種應(yīng)用是在游戲機(jī)方面。圖11中所示的是游戲機(jī)280，它包括排列在基片283上的分布的未拆散的組件282。如果來自開路電池206的電流同時或按預(yù)定的順序到達(dá)組件282的話，如上文所述，未拆散的組件282就變成被展示的。此處的電流到達(dá)是由參予的人觸發(fā)的。為了使終端組件282被展示而包括一隱藏開關(guān)，以致當(dāng)參予者用其手指按壓組件時，該開關(guān)將電路閉合。
游戲機(jī)還可產(chǎn)生獲勝效果，獲勝效果可以是任何由音頻或視頻顯示的可感覺的運轉(zhuǎn)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員知道如何構(gòu)成組件282和產(chǎn)生獲勝效果。
本文所述的開路電池的生產(chǎn)成本是非常低的，因為，如下文中更詳細(xì)說明的那樣，所述開路電池可以使用印刷工藝來大規(guī)模生產(chǎn)，更由于它無需殼體之故。所述的電池可以通過將其粘附到裝置上或通過將其印刷到裝置上而被連接到任何裝置上。因此使用所說電池的裝置的制造是相當(dāng)便宜的，而且可以是一次性使用的。這反過來在許多方面，特別是當(dāng)所述裝置被用于醫(yī)療目的例如血液分析、口腔溫度測定和經(jīng)皮膚輸送藥物或化合物回收方面具有不少優(yōu)點。在后一種情況中，電池的柔軟性還是決定性因素，因為活性墊應(yīng)被粘附到身體不同位置的皮膚上。由于本發(fā)明的電池是薄的且能覆蓋任何表面之故，因此它在廣告中作為發(fā)送信息介質(zhì)的部件、在需要用電池操作的游戲機(jī)或其他“贈送”產(chǎn)品中是有用的。為此目的應(yīng)由廉價而易得的且于環(huán)境無害的材料來制造所述電池。
下面的實例涉及制造本發(fā)明的薄層柔軟開路電池的方法。
實例9根據(jù)本發(fā)明提供一種制造柔軟薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池的方法。該方法包括以下步驟。首先，將濕油墨施加在第一和第二基片的內(nèi)側(cè)。合適的基片包括，但并不限于，紙、聚酯或聚丙烯箔。該油墨是導(dǎo)電體。合適的導(dǎo)電體油墨是由Acheson Colloiden B.V.，the Netherlands提供的商品名為“ELECTRODYE”的Cat.#423SS和109B。其次，在油墨干燥之前正極的粉末被加到第一基片的濕油墨上，負(fù)極粉末被加到第二基片的濕油墨上。由于該油墨是濕的，故粉末粘附到油墨上且由于油墨是導(dǎo)電體之故，所以各別的粉末顆粒處于電接觸狀態(tài)。粉末是這樣被施加，以便形成單層的粉末顆粒層。因此，如此生產(chǎn)的電池特別薄。第三，用含易潮解材料、電子活性可溶材料與水溶性聚合物的水溶液潤濕多孔物質(zhì)。第四，將第一與第二基材連接到多孔物質(zhì)上，以致使它們的內(nèi)側(cè)面面向多孔物質(zhì)，由此而形成一三層電池。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，該方法還包括以下步驟。第五，將膠涂施到各基片的內(nèi)側(cè)面上或基材的二面上。施膠最好按照幾何圖形例如星、環(huán)、花形等等來進(jìn)行。第六，根據(jù)該幾何圖形切割(例如，通過激光)該三層電池。處于幾何圖形邊緣的膠保證在超出期限后與加工時各層不會分離。
在該方法的優(yōu)選的實施方案中，至少在基片的一面上施以裝飾。
另外根據(jù)本發(fā)明被提供的是一種印刷柔軟薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池的方法。該方法包括以下步驟。首先，將濕油墨的第一層印刷在一基片上。該油墨是導(dǎo)電油墨。其次，在干燥前，將一層正極粉末撒布在第一層的濕油墨上。第三，將一層含纖維、易潮解材料、電子活性可溶材料與水溶性聚合物的水溶液印刷在正極粉末層上。所述的纖維可以是任何的類型。適用的纖維包括，例如，棉花無紡纖維。纖維及其含量是根據(jù)其被干燥時能形成多孔物質(zhì)來選定的。第四，在干燥前，將一層負(fù)極粉末撒布在水溶液層上。第五，將第二層油墨印刷在負(fù)極粉末層上。一三層電池產(chǎn)物基本上如圖1中所示。
在優(yōu)選的實施方案中，該方法還包括在上述的第一步之前將一導(dǎo)電層(例如，碳或?qū)щ娪湍?印刷到該基片上，和還將一導(dǎo)電層印刷在第二層的油墨上。該導(dǎo)電層包括導(dǎo)電的碳粉或?qū)щ姷挠湍?，例如金屬油墨?br> 在任何一步中可將電連接印刷成與正和負(fù)極相接觸。
盡管結(jié)合其具體的實施方案對本發(fā)明作了介紹，但是，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說作出種種的替代、改進(jìn)和變化是顯而易見的。因此，本發(fā)明包含所有落入權(quán)利要求書的精神與范圍內(nèi)的這樣的替代、改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種包括電操作的裝置和為所說裝置的操作提供電力的柔軟的薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池的應(yīng)用，所述電化學(xué)電池包括不溶解性負(fù)極的第一層、不溶解性正極的第二層和含水電解質(zhì)的第三層，所述第三層被置于所述第一與第二層之間并包括(a)一種用于在所有時間內(nèi)保持開路電池濕潤的易潮解材料；(b)一種用于獲得所需的離子導(dǎo)電性的電子活性可溶解材料；和(c)一種用于獲得所需粘度以將第一層與第二層粘附到第三層上的水溶性聚合物。
2.如權(quán)利要求1的應(yīng)用，其中所述裝置包括一基材和至少一種與該基材相連接的電子元件，所述至少一種電子元件是用來執(zhí)行可感覺的運轉(zhuǎn)的。
3.如權(quán)利要求2的應(yīng)用，其中所述基材選自由歡迎卡、商事卡、電影票或戲票、光盤標(biāo)簽、食品與印刷品的包裝所組成的組中。
4.如權(quán)利要求2的應(yīng)用，其中所述可感覺的運轉(zhuǎn)為音頻或視頻運轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求4的應(yīng)用，其中所述音頻運轉(zhuǎn)選自由曲調(diào)、語言的詞匯與電話撥號音所組成的組中。
6.如權(quán)利要求2的應(yīng)用，其中所述裝置包括一電源開關(guān)。
7.如權(quán)利要求2的應(yīng)用，其中所述至少一種電子元件選自由音頻器件與發(fā)光器件組成的組中。
8.如權(quán)利要求7的應(yīng)用，其中所述音頻器件包括音頻芯片和回聲室。
9.如權(quán)利要求7的應(yīng)用，其中所述發(fā)光器件是低電流發(fā)光二極管。
10.如權(quán)利要求1的應(yīng)用，其中所述裝置是計時器。
11.如權(quán)利要求10的應(yīng)用，其中所述計時器包括基材和與上述基材相連的計時器芯片，為了測定時間段與為了當(dāng)上述時間段消失時引起可感覺的運轉(zhuǎn)，所述計時器芯片是可以預(yù)置的。
12.如權(quán)利要求11的應(yīng)用，其中所述運轉(zhuǎn)是通過音頻或發(fā)光器件進(jìn)行的。
13.如權(quán)利要求11的應(yīng)用，其中所述可感覺的運轉(zhuǎn)為音頻或視頻運轉(zhuǎn)。
14.如權(quán)利要求13的應(yīng)用，其中所述音頻運轉(zhuǎn)選自由曲調(diào)、語言的詞匯與報警信號所組成的組中。
15.如權(quán)利要求11的應(yīng)用，其中所述計時器芯片是可編程序的。
16.如權(quán)利要求11的應(yīng)用，其中所述計時器芯片是可再設(shè)定的。
17.如權(quán)利要求12的應(yīng)用，其中所述音頻器件包括音頻芯片和回聲室。
18.如權(quán)利要求12的應(yīng)用，其中所述發(fā)光器件是低電流發(fā)光二極管。
19.如權(quán)利要求11的應(yīng)用，其中所述計時器是藥物計時器。
20.如權(quán)利要求1的應(yīng)用，其中所述裝置是經(jīng)皮膚輸送化合物用的活性墊。
21.如權(quán)利要求20的應(yīng)用，其中所述用于經(jīng)皮膚輸送所說化合物的活性墊，使用選自由離子電滲療法、超聲波與電極化法組成的組中的辦法。
22.如權(quán)利要求20的應(yīng)用，其中所述化合物選自由藥物化合物、化妝品化合物與麻醉劑化合物組成的組中。
23.如權(quán)利要求1的應(yīng)用，其中所述裝置是從身體經(jīng)皮膚回收化合物用的活性墊。
24.如權(quán)利要求1的應(yīng)用，其中所述裝置是溫度計。
25.如權(quán)利要求24的應(yīng)用，其中所述溫度計包括熱敏電阻傳感器與電子芯片，所述傳感器用于檢測熱量的大小并將所述熱量大小轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的電參數(shù)，所述芯片用來定量所述參數(shù)并將其轉(zhuǎn)換成輸出的溫度值。
26.如權(quán)利要求25的應(yīng)用，其中所述溫度計還包括用于顯示上述溫度值的顯示器。
27.如權(quán)利要求1的應(yīng)用，其中所述裝置是人工智能卡或標(biāo)簽。
28.如權(quán)利要求1的應(yīng)用，其中所述裝置是人機(jī)對話書籍。
29.如權(quán)利要求1的應(yīng)用，其中所述裝置是經(jīng)皮膚回收化合物的活性墊。
30.如權(quán)利要求29的應(yīng)用，其中用于經(jīng)皮膚回收所述化合物的所述活性墊，使用選自由離子電滲療法、超聲波與電極化法組成的組中的辦法。
31.如權(quán)利要求29的應(yīng)用，其中所述化合物是葡萄糖。
32.如權(quán)利要求1的應(yīng)用，其中所述裝置選自由血壓計、脈搏計與心電圖計組成的組中。
33.如權(quán)利要求1的應(yīng)用，其中所述裝置是葡萄糖傳感器。
34.如權(quán)利要求33的應(yīng)用，其中所述葡萄糖傳感器經(jīng)皮膚從病人回收葡萄糖。
35.如權(quán)利要求33的應(yīng)用，其中所述葡萄糖傳感器包括刺穿皮膚與獲得血樣用的針、葡萄糖氧化酶基的葡萄糖傳感器、潛態(tài)電位測量計和定量上述血樣中葡萄糖含量用的電子芯片。
36.如權(quán)利要求1的應(yīng)用，其中所述裝置是游戲機(jī)。
37.如權(quán)利要求36的應(yīng)用，其中所述游戲機(jī)包括分布的未拆散的組件，如果來自所述電池的電流同時或按預(yù)定的指令到達(dá)所述組件，而且上述電流到達(dá)是由參予者觸發(fā)的話，所述未拆散的組件變成被展示的。
38.一種制造柔軟的薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池的方法，它包括以下步驟(a)將濕油墨施加到第一與第二基片的內(nèi)側(cè)，該油墨是電流的導(dǎo)體；(b)在干燥前，將正極粉末施加到所述第一基片的所述濕油墨上，和將負(fù)極粉末施加到所述第二基片的所述濕油墨上；(c)用含有易潮解材料、電子活性可溶解材料與水溶性聚合物的水溶液潤濕多孔物質(zhì)；和(d)將所述第一與第二基片連接到所述多孔物質(zhì)上，以使上使內(nèi)側(cè)面對所述多孔物質(zhì)，由此而形成一三層電池。
39.如權(quán)利要求38的方法，還包括步驟(e)在步驟(d)之前，將膠施加到所述基片的內(nèi)側(cè)或所述多孔物質(zhì)兩側(cè)，所述施膠按照幾何圖形進(jìn)行。
40.如權(quán)利要求39的方法，還包括步驟(f)在步驟(d)之后，根據(jù)上述幾何圖形切割上述三層電池。
41.如權(quán)利要求40的方法，其中所述切割是通過激光進(jìn)行的。
42.如權(quán)利要求38的方法，還包括步驟(e)在所述基片的至少一個上面加上裝飾物。
43.一種印刷柔軟的薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池的方法，包括以下步驟(a)將濕油墨的第一層印刷到一基片上，所述油墨是導(dǎo)電的；(b)在干燥前，在所述第一層上散布一層正極粉末；(c)在所述正極粉末層上印刷一層含有纖維、易潮解材料、電子活性可溶解材料與水溶性聚合物的水溶液；(d)在干燥前，在所述水溶液層上散布一層負(fù)極粉末；(e)在所述負(fù)極粉末層上印刷所述第二層油墨。
44.如權(quán)利要求43的方法，還包括步驟(f)在步驟(a)之前，在所述基片上印刷一導(dǎo)電層。
45.如權(quán)利要求43的方法，還包括步驟(f)在步驟(e)之后，在所述第二層的所述油墨上印刷一導(dǎo)電層。
46.一種圓柱形電池，它由被卷的柔軟薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池組成，被卷的柔軟薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池包括不溶解性負(fù)極的第一層、不溶解性正極的第二層和含水電解質(zhì)的第三層，所述第三層被置于所述第一與第二層之間并包括(a)一種用于在所有時間內(nèi)保持開路電池濕潤的易潮解材料；(b)一種用于獲得所需的離子導(dǎo)電性的電子活性可溶解材料；和(c)一種用于獲得所需粘度以將所述第一與第二層粘附到所述第三層上的水溶性聚合物。
47.一種書籍式電池，它是由許多被可拆卸地組合而形成一書籍組件的柔軟薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池組成的，每一所述柔軟的薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池包括不溶解性負(fù)極的第一層、不溶解性正極的第二層和含水電解質(zhì)的第三層，所述第三層被置于所述第一與第二層之間并包括(a)一種用于在所有時間內(nèi)保持開路電池濕潤的易潮解材料；(b)一種用于獲得所需的離子導(dǎo)電性的電子活性可溶解材料；和(c)一種用于獲得所需粘度以將所述第一與第二層粘附到所述第三層上的水溶性聚合物。
48.一種柔軟的薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池，它包括不溶解性負(fù)極的第一層、不溶解正極的第二層和含水電解質(zhì)的第三層，所述第三層被置于第一與第二層之間并包括(a)一種用于在所有時間內(nèi)保持開路電池濕潤的易潮解材料；(b)一種用于獲得所需的離子導(dǎo)電性的電子活性可溶解材料；和(c)一種用于獲得所需粘度以將第一與第二層粘附到第三層上的水溶性聚合物；該電池還包括與上述諸層之一相接觸的pH傳感器。
49.一種由許多首尾相連地組合而形成一可折疊組合件的柔軟薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池組成的折疊電池，每一柔軟的薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池包括不溶解性負(fù)極的第一層、不溶解性正極的第二層和含水電解質(zhì)的第三層，所述第三層被置于所述第一與第二層之間并包括(a)一種用于在所有時間內(nèi)保持開路電池濕潤的易潮解材料；(b)一種用于獲得所需的離子導(dǎo)電性的電子活性可溶解材料；和(c)一種用于獲得所需粘度以將所述第一與第二層粘附到所述第三層上的水溶性聚合物。
50.一種光盤容器，它包括一容器和與其相連的標(biāo)簽，所述標(biāo)簽可操作以產(chǎn)生預(yù)期被置于容器中的光盤的音頻容量的感官指示。
51.如權(quán)利要求50的光盤容器，其中所述感官指示是音頻的且包括與所述音頻容量相一致的音頻顯示。
全文摘要
本發(fā)明為一種包括電操作的裝置和為所說裝置的操作提供電力的柔軟的薄層開路液態(tài)電化學(xué)電池(10)的應(yīng)用;該電化學(xué)電池包括不溶解性負(fù)極的第一層(14)、不溶解性正極的第二層(16)和含水電解質(zhì)的第三層(12);所述第三層(12)被置于第一層(14)與第二層(16)之間并包括:一種用于在所有時間內(nèi)保持開路電池(10)濕潤的易潮解材料;一種用于獲得所需的離子導(dǎo)電性的電子活性可溶解材料;和一種用于獲得所需粘度以將第一層(14)與第二層(16)粘附到第三層(12)上的水溶性聚合物。
文檔編號H01M2/02GK1264313SQ98807255
公開日2000年8月23日 申請日期1998年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月12日
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