(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する第一のコンタクト層と、
絶縁材料と、当該絶縁材料に埋め込まれた導体とを含む結合層と、
少なくとも一つのセル構造と、
導電性を有する第二のコンタクト層と
を含む電池であって、
前記少なくとも一つのセル構造の第一の面は前記結合層を介して前記第一のコンタクト層に覆われ、前記少なくとも一つのセル構造の第二の面は前記第二のコンタクト層に覆われ、
前記第一のコンタクト層と前記少なくとも一つのセル構造とは前記埋め込まれた導体を介して電気的に接続されている、電池。
【請求項２】
前記第一のコンタクト層は、カプセル封入金属をさらに含む、請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記第二のコンタクト層は、基材をさらに含む、請求項１又は２に記載の電池。
【請求項４】
前記絶縁材料は、接着材料、プラスチック、ガラス、ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）、強化材料、繊維ガラスを含む群から選定された材料を含む、請求項１乃至３の何れか１項に記載の電池。
【請求項５】
前記埋め込まれた導体は、タブ、ワイヤ、多線ワイヤ、ワイヤメッシュ、有孔金属、接着材層に塗布された金属コーティング、円板で成る群から選定される、請求項１乃至４の何れか１項に記載の電池。
【請求項６】
前記埋め込まれた導体は、前記絶縁材料内に組み込まれている、請求項１乃至５の何れか１項に記載の電池。
【請求項７】
前記結合層は、内部に前記埋め込まれた導体が組み込まれるスリットを含む、請求項６に記載の電池。
【請求項８】
前記第二のコンタクト層は、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、これらの酸化物、窒化物、合金で成る群から選定された材料を含む、請求項１乃至７の何れか１項に記載の電池。
【請求項９】
前記埋め込まれた導体は、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、これらの酸化物、窒化物、合金で成る群から選定された材料を含む、請求項１乃至８の何れか１項に記載の電池。
【請求項１０】
前記第一のコンタクト層上に絶縁層をさらに含む、請求項１乃至９の何れか１項に記載の電池。
【請求項１１】
前記絶縁層は、プラスチックを含む、請求項１０に記載の電池。
【請求項１２】
前記第二のコンタクト層上に絶縁層をさらに含む、請求項１乃至１１の何れか１項に記載の電池。
【請求項１３】
前記絶縁層は、プラスチックを含む、請求項１２に記載の電池。
【請求項１４】
前記セル構造は、
アノードと、
電解質と、
カソードと
を含む、請求項１乃至１３の何れか１項に記載の電池。
【請求項１５】
前記カソードは、アニールされない、請求項１４に記載の電池。
【請求項１６】
前記カソードは、高速熱アニール処理でアニールされる、請求項１４に記載の電池。
【請求項１７】
前記セル構造と前記第二のコンタクト層との間に障壁層をさらに含む、請求項１乃至１６の何れか１項に記載の電池。
【請求項１８】
前記第一のコンタクト層の中に電気接触タブをさらに含む、請求項１乃至１７の何れか１項に記載の電池。
【請求項１９】
前記第一のコンタクト層の中の前記電気接触タブは、該第一のコンタクト層から延びるリードをさらに含む、請求項１８に記載の電池。
【請求項２０】
前記第二のコンタクト層の中に電気接触タブをさらに含む、請求項１乃至１９の何れか１項に記載の電池。
【請求項２１】
前記第二のコンタクト層の中の前記電気接触タブは、該第二のコンタクト層から延びるリードをさらに含む、請求項２０に記載の電池。
【請求項２２】
前記第一のコンタクト層の中に少なくとも一つの開口をさらに含む、請求項１乃至２１の何れか１項に記載の電池。
【請求項２３】
前記第一のコンタクト層は、金属箔を含む、請求項１乃至２２の何れか１項に記載の電池。
【請求項２４】
前記第二のコンタクト層は、金属箔を含む、請求項１乃至２３の何れか１項に記載の電池。
【請求項２５】
前記第一のコンタクト層の中に複数の開口をさらに含む、請求項１乃至２４の何れか１項に記載の電池。
【請求項２６】
第二のセル構造をさらに含む、請求項１乃至２５の何れか１項に記載の電池。
【請求項２７】
金属箔は、少なくとも一つの切り込み部を有する前記第二のセル構造をカプセル封入し、前記第一のコンタクト層の一部は、該切り込み部の上方に延びており、該セル構造の切り込み部分の上方の該第一のコンタクト層の上に電気接触タブを備える、請求項２６に記載の電池。
【請求項２８】
前記第一のコンタクト層は、前記セル構造のカソードエレメントとして作用する、請求項１乃至２７の何れか１項に記載の電池。
【請求項２９】
前記第一のコンタクト層は、前記セル構造のアノードエレメントとして作用する、請求項１乃至２７の何れか１項に記載の電池。
【請求項３０】
各セル構造内に少なくとも一つの切り込み部を有し、かつ、少なくとも一層の金属箔が各セル構造をカプセル封入し、順に重ねて積層された複数のセル構造をさらに含む、請求項１乃至２９の何れか１項に記載の電池。
【請求項３１】
前記第一のコンタクト層は、ステンレス鋼を含む、請求項１乃至３０の何れか１項に記載の電池。
【請求項３２】
前記第一のコンタクト層の一部は、絶縁材料でコートされる、請求項１乃至３１の何れか１項に記載の電池。
【請求項３３】
前記第一のコンタクト層は、厚さが１００ミクロンより薄い、請求項１乃至３２の何れか１項に記載の電池。
【請求項３４】
前記第一のコンタクト層は、厚さが５０ミクロンより薄い、請求項１乃至３２の何れか１項に記載の電池。
【請求項３５】
前記第一のコンタクト層は、厚さが２５ミクロンより薄い、請求項１乃至３２の何れか１項に記載の電池。
【請求項３６】
薄膜電池を製造する方法であって、
絶縁材料と、当該絶縁材料に埋め込まれた導体とを含む結合層を生成することと、
導電性を有する第一のコンタクト層とセル構造とが前記導体を介して電気的に接続されるように、前記結合層を介して前記第一のコンタクト層で前記セル構造の第一の面を覆うことと、
導電性を有する第二のコンタクト層で前記セル構造の第二の面を覆うことと
を含む、方法。
【請求項３７】
アノード、カソード、電解質層を有するセル構造を生成することを含む、前記セル構造を生成することをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
結合層を生成することは、前記結合層内に導体を埋め込むことをさらに含む、請求項３６又は３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記導体は、タブ、ワイヤ、多線ワイヤ、ワイヤメッシュ、有孔金属、接着剤層に塗布された金属コーティング、円板、これらの組合せから成る群から選定された材料を含む、請求項３６乃至３８の何れか１項に記載の方法。
【請求項４０】
結合層を生成することは、前記絶縁材料を貫く少なくとも一つの導電ワイヤを組み込むことを含み、該導電ワイヤの選択部分は、露出している、請求項３６乃至３９の何れか１項に記載の方法。
【請求項４１】
結合層を生成することは、前記絶縁材料を加熱して導体を該絶縁材料内に圧入することによって、該導体を埋め込むことを含む、請求項３６乃至３９の何れか１項に記載の方法。
【請求項４２】
絶縁材料を用いて前記薄膜電池を絶縁することをさらに含む、請求項３６乃至４１の何れか１項に記載の方法。
【請求項４３】
高速熱アニール処理によってアニールすることをさらに含む、請求項３６乃至４２の何れか１項に記載の方法。
【請求項４４】
前記セル構造の前記第一の面からリードを形成することをさらに含む、請求項３６乃至４３の何れか１項に記載の方法。
【請求項４５】
前記セル構造の前記第二の面からリードを形成することをさらに含む、請求項３６乃至４４の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、米国特許出願第６０／７８２，７９２号（２００６年３月１６日出願）の米国特許法１１９条の利益を主張するものであり、米国特許出願第１１／５６１，２７７号（２００６年１１月１７日出願）の一部係属出願であって米国特許法１２０条の利益を主張するものであり、後者の出願は米国特許出願第６０／７３７，６１３号（２００５年１１月１７日出願）、米国特許出願第６０／７５９，４７９号（２００６年１月１７日出願）、および米国特許出願第６０／７８２，７９２号（２００６年３月１６日出願）の米国特許法１１９条の利益を主張するものであり、米国特許出願第１１／２０９，５３６号（２００５年８月２３日出願）の米国特許法１２０条の利益を主張するものであり、この直前に示した出願は、米国仮特許出願第６０／６９０，６９７号（２００５年６月１５日出願）からの変更である米国特許出願第１１／３７４，２８２号の一部係属出願であって米国特許法１２０条の利益を主張するものであり、最後に示した出願は現在の米国特許第６，９１６，６７９号である米国特許出願第１０／２１５，１９０号の一部係属出願であって米国特許法１２０条の利益を主張するものであり、これらの出願のすべては、その全体を参照により本明細書に援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明の分野は、電池を含む、固体状薄膜の二次側および一次側電気化学素子の、素子、構成、デポジット法、製作法であり、さらに具体的にはこれらのカプセル封入である。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
典型的な電気化学素子は、アノード、カソード、電解質、基材、電流コレクタなど複数の電気的に活性な層を含む。例えばリチウムを含むアノード層など、一部の層は非常に環境に敏感な材料から成る。このような電池には、こういった環境に敏感な材料を保護するためのカプセル封入が必要となる。金箔によるカプセル封入など、電気化学素子の敏感な層のカプセル封入に使われる一部のスキームは高価である。別のスキームでは、例えば金属とプラスチックとで作られたポーチを使い、素子の周囲をシールしてカプセル封入する。温度が変化すると、金属・プラスチック製のポーチ内の空気が膨張および／または収縮する。この膨張および／または収縮がシールを破裂させたり他の問題を生じさせたりして、ポーチによるカプセル封入の効果を失わせることがある。
【０００４】
また、典型的な電気化学素子は基材から延び出たタブを有する。これらのタブは、電池の電気伝導コンタクト点となっている。これらのタブには脆弱なものがあり、外部から握られたり掴まれたりすると破損することがあり、タブ周りに適切なシールを維持したカプセル封入を設計しようとすると難題が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、当該分野において、公知のカプセル封入法よりも大幅に薄いカプセルを含め、より良好で低価格のカプセル封入へのアプローチ、および電気伝導コンタクトを設けるためのより良いアプローチへのニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの例示的実施形態は、第一電気コンタクトと、第一電気コンタクトに連結され、内蔵導体を有する結合層と、少なくとも一つのセル構造と、第二電気コンタクトとを有する電池を含み、該結合層および少なくとも一つのセル構造は、該第一電気コンタクト層と第二電気コンタクト層との間に挟まれている。結合層は、内蔵導体を通して選択的伝導性を持たせることができる。さらに、セル構造は、該内蔵導体を通して第一電気コンタクトと選択的に電気接続をさせることができる。
【０００７】
第一電気コンタクトには、例えばカプセル用金属を含めることができる。第二電気コンタクトには、例えば基材を含めることができる。結合層は、接着材料、絶縁材料、プラスチック、ガラス、および／または繊維ガラスとすることができる。該導体は、タブ、ワイヤ、多線ワイヤ、ワイヤメッシュ、有孔金属、接着剤層に塗布された金属コーティング、または円板とすることができる。導体を結合層内に組み込むことができ、結合層にスリットを設け、その中に内蔵導体を組み込むことができる。結合層は、一つ以上の伝導部分を包含する接着材料とし、該伝導部分は、例えば、一つ以上の選定箇所に加えられた導電性の粉体、塊体、または粒体とすることができる。第一および第二電気コンタクトは、例えば、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、および／またはこれらの酸化物、窒化物、および合金などの導電材料で作製することができる。また、第一および／または第二コンタクトには絶縁層を含めることができる。該絶縁層は、例えばプラスチックとすることができる。セル構造には、アノード、電解質、カソード、および障壁層を含めることができる。カソードは、例えば、アニールしないか、高速熱アニール処理でアニールしたものとすることができる。
【０００８】
本発明の別の例示的な実施形態は、薄膜電池を製造する方法を含み、該方法は、実施順序は特定しないが、選択的導電性を持つ結合層を生成するステップと、結合層を第一コンタクト層に連結するステップと、セル構造の第一面を第二コンタクト層に連結するステップと、セル構造の第二面を結合層に連結するステップとを有する。別のステップ群には、アノード、カソード、および電解質層を有するセル構造を生成するステップと、結合層内に導電体を埋め込むステップと、結合層を貫いて少なくとも一本の導電ワイヤを組み込み、該導電ワイヤの選定された部分が露出するようにする、ステップと、結合層を加熱し、結合層内に導体を圧入するステップと、絶縁材料を用いて電池を絶縁するステップとを含めることができる。また、結合層内には、ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）、繊維ガラス、プラスチック、ガラス、または他の絶縁材料を含む、強化層を内蔵させることができる。この強化層は選択的導電性を有する。
【０００９】
本発明の別の例示的実施形態は、少なくとも一つの切り込み部を持つ電気化学素子と、金属箔とを有する素子である。金属箔で電気化学素子をカプセル封入し、金属箔の一部を切り込み部の上に展延し、電気化学素子の切り込み部に延びた金属箔の上に電気接触タブを備えることができる。また、該接触域に穴を設けることができる。金属箔には一つ以上の開口を設けることができる。また、該素子には、第二の電気化学素子を備え、双方の電気化学素子を金属箔でカプセル封入することができる。さらに、いくつかの電気化学素子を備えそれらの間に金属箔を置くことができる。金属箔は、電気化学素子をカプセル封入するかないしはそれらに被せられる。
【００１０】
金属箔には、電気化学素子のカソードエレメントをさらに含めることができる。電気化学素子には基材を備えることができ、また、金属箔を基材に導電可能に付着することができる。
【００１１】
これら例示的実施形態のいずれにおいても、金属箔は、例えばステンレス鋼、または要求される導電度など必要な特性および属性を有する他の任意の金属物質とすることができる。また、素子には、例えば絶縁層を含めることができる。さらに、金属箔は、１００ミクロン未満の厚さ、５０ミクロン未満の厚さ、または２５ミクロン未満の厚さとすることができる。
【００１２】
本発明の別の例示的実施形態は、電気化学素子を製造する方法を含み、該方法は電気化学素子を作製するステップ群を包含し、該ステップ群には、基材を作製するステップ、および電気化学素子に切り込みを加えるステップを含めることができる。また、この例示的実施形態には、例えば、基材を金属箔でカプセル封入するステップも含めることができる。この実施形態では、例えば、切り込みを加えるステップにおいて、金属箔は切り込み部域上に展延され、導電可能に基材に結合される。また、この実施形態には、高速熱アニール処理により基材上にカソードを作製するステップも含めることができる。さらに、この実施形態にはカソード、アノード、電解質、電流コレクタ、障壁層、金属箔上の絶縁材料、および／または、金属箔にカプセル封入された第二電気化学素子を作製するステップを含めることができる。また、この実施形態には、金属箔に開口を設けるステップも含めることができる。これらの開口を金属箔に前加工しておくことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１Ａは一つの例示的実施形態の上面図を示す。図１Ｂは、この実施形態の側面図を示す。図に示されるように、この実施形態は、電気化学素子１３０および金属カプセル層１１０を含む。電気化学素子１３０には、任意の数の材料または層を含めることができる。また、電気化学素子１３０には電池を含めることができる。例えば、電気化学素子１３０には、アノード、カソード、電解質、電流コレクタ、基材などを含めることができる。一部の材料には、例えば、リチウム、ＬｉＣｏＯ２、ＬＩＰＯＮ、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、および／またはこれらの酸化物、窒化物および合金を含めることができる。さらに、電気化学素子１３０は、厚膜素子とすることができる。
【００１４】
金属箔は、例えば、厚さを１００ミクロンより薄くすることができる。別の実施形態では金属箔は５０ミクロンより薄くでき、特定の実施形態では金属箔を２５ミクロンより薄くすることができる。
【００１５】
電気化学素子１３０には少なくとも一つの切り込み部１３１を含めることができる。図１Ａ、１Ｂ、２Ａ、および２Ｂに示された電気化学素子１３０は単一の切り込み部１３１を含み、カプセル層１１０も切り込み部１１１を含む。これらの切り込み部１１１、１３１は任意の形状およびサイズとすることができる。電気化学素子１３０またはカプセル層１１０には、任意の数の切り込みを設けることができる。金属カプセル層１１０は、電気化学素子１３０の切り込み部１３１の上に展延され、カプセルとの接触タブ１１２を提供する。この接触タブ１１２は、切り込み部１３１により形成される開口域上に展延する。接触タブ１１２は、素子に対する便利な電気伝導接触を提供することができる。同様に、電気化学素子は、金属カプセル層１１０の切り込み部１１１の下部に展延して接触タブ１３２を提供することができる。
【００１６】
図２Ａおよび図２Ｂは、図１Ａおよび図１Ｂに示された実施形態の斜視図を示す。図２Ａは、電気化学素子１３０、金属カプセル層１１０、電気化学素子１３０の切り込み部１３１、およびカプセル層１１０の接触タブ１１２を示す。図２Ｂは、電気化学素子１３０、金属カプセル層１１０、カプセル１１０の切り込み部１１１、および電気化学素子１３０の接触タブ１３２を示す。これらの図は、素子のコーナーにある切り込み部１３１、１１１を示しているが、これらは任意の場所に設けることができる。こういった一つの典型的構造が、素子の側面に設けられた切り込みとして図７Ａに示されている。さらに、切り込み部が四角形である必要はない。例えば、図７Ａに示された切り込み部は円形であり、一方、図１Ａ、１Ｂ、２Ａ、および２Ｂに示されたものは方形である。
【００１７】
金属箔層１１０は、電気化学素子１３０をカプセル封入するようになっている。このカプセル封入によって、例えば、有害な環境的影響から電気化学素子１３０を保護することができる。例えば、多くの電気化学素子は、リチウムなどの環境に敏感な材料を含む。これらの材料は、空気および湿気との高い反応性を有し、こういった環境に曝されると劣化することがある。これらに対し、金属箔カプセル層１１０は、電気化学素子中の環境に敏感な材料を空気および／または湿気から保護することができる。
【００１８】
本発明の例示的実施形態における金属箔カプセル層１１０は、電気化学素子１３０中の基材層上に配置することができる。電気化学素子には、例えば、基材、カソード、電解質、およびアノードなどいくつかの層を含めることができる。このような素子は、基材上に配置された金属箔を使ってカプセル封入することができ、これには接触タブを含めることができる。従って、金属箔は、確実で、耐久性があり、素子中の任意の場所に組み込み可能なコンタクトを提供することができる。このコンタクトは金属箔の一部なので、これらが破れて基板からせん断される可能性は低い。
【００１９】
本発明のある例示的実施形態において、金属箔層にはカソードを含めることができる。
【００２０】
図３Ａおよび図３Ｂは、本発明のある例示的実施形態の上面図を示す。この実施形態では、金属箔カプセル１１０は開口部１５０を含む。これらの開口部１５０は、例えば、電気化学素子の中の層へのコンタクトおよびアクセスを提供することができる。例えば、これら開口部１５０は、電気化学素子中の基材への直接アクセスを提供することができる。これら開口部１５０は、任意のサイズまたは配置とすることができる。図に示されているのは、例示的な円形および楕円形の開口である。アプリケーションに応じて、複数の開口が必要なこともあれば単一の開口で十分なこともある。
【００２１】
図９Ａは、金属箔１１０の上に絶縁層１８０を有する、図２Ａの実施形態を示し、図９Ｂは、金属箔１１０の上に絶縁層１８０を有する、図２Ｂの実施形態を示す。絶縁層１８０は、金属箔１１０を望ましくない電気接触から保護する。図９Ａおよび図９Ｂでは、タブ１１２、１３２だけが、絶縁層１８０に覆われていない部分であり、タブ１１２、１３２にだけ電気接触が可能になっている。
【００２２】
図４Ａおよび図４Ｂは、本発明のある例示的実施形態を示す。この実施形態は、接触タブ１３２中に穴１２６を、カプセルタブ１１２中に穴１２５を含む。これにより、穴１２５、１２６は、例えば、さらに確実なコンタクト点を提供することができる。他の装置は、穴１２５、１２６を介してコンタクトを把持することができる。
【００２３】
図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃは、本発明のある例示的実施形態を示す。この実施形態は、２素子の間に一層の金属箔カプセル層１１０を挟んだ２つの電気化学素子１３０，１６０を含む。この実施形態では、例えば、金属箔１１０には、双方の電気化学素子１３０、１６０に対するカソードを含めることができる。さらに、別の実施形態では、金属箔１１０を電気化学素子１３０、１６０の基材に電気伝導させることができる。また、この実施形態では、図５Ｂに示すように、電気化学素子１６０の上部にカプセル層１６１を含めることができる。図１０では、第三の金属箔１３４も含まれている。
【００２４】
図５Ｂは、第二カプセル層１６１を有する、図５Ａの右側の斜視図である。示されるように、２つの電気化学素子１３０、１６０は、切り込み部１３１、１４１を有し、カプセル層１１０、１１３の展延タブ１１２がある。
【００２５】
図５Ｃは、図５Ａの左側の斜視図であり、カプセル１１０の切り込み部１１１および双方の電気化学素子のタブを示している。
【００２６】
図６は、金属箔層１１０、１６１、１７１を間に挟み、最上部に金属カプセル１８１を有する、順に積層された複数の電気化学素子１３０、１６０、１７０、１８０を示す。この図は、４つの電気化学素子１３０、１６０、１７０、１８０を示しているが、本発明は積層可能な素子の数を限定しない。本発明から逸脱することなく任意の数の素子を積層することができる。また、この実施形態は、４つのカプセル層のタブ、１１２、１２２、１７３、１８３も示している。
【００２７】
図７は、本発明のある例示的実施形態を示す。この実施形態において、電気化学素子１３０は切り込み部１３１およびタブ１３２を有する。電気化学素子の底部にはカプセル層１１０があり、これはタブ１１２および切り込み部１１１を含む。切り込み部１１１、１３１は円形で素子の同じ側に配置される。
【００２８】
図８は、カプセル１１０および電気化学セル１３０の双方の円形切り込み部を有する、図７に示されたと同様な実施形態を示す。この例示的実施形態は第二の電気化学素子１６０および第二のカプセル層１６１を示している。
【００２９】
本発明のある例示的実施形態において、金属箔を電気化学素子上に配置することができる。この金属箔は、電気化学素子をカプセル封入し、これを有害環境から保護する。また、該金属箔は、素子の基材部と導電可能にコンタクトされたタブを備える。
【００３０】
本発明のある例示的実施形態において、電気化学素子はＬｉＣｏＯ２を含む。この実施形態では、素子は高速熱アニール処理される。例えば、素子は６分間をかけて約７００℃にまで昇温される。その後、素子はこの温度に約５分間保持され次いで６分ほどで急速に室温に冷却される。急速熱アニール処理によりＬｉＣｏＯ２は結晶化され、障壁層を設けなくても使えるようになる。この処理時間は３０分から１０秒にまでもの間で変わることがある。
【００３１】
図１１Ａは、本発明の例示的実施形態の側面図である。この実施形態において、第一コンタクト１１０１は、第一コンタクト１１０１の一部を結合層１１１０を越えて展延させながら結合層１１１０と連結している。また、結合層１１１０は、セル構造１１１５とも結合させることができる。第二コンタクト１１０５はセル構造１１１５の下側に配置される。例えば、障壁層を第二コンタクト１１０５とセル構造１１１５との間に配置することもできる。結合層１１１０内に導体１１２０が内蔵されているのが示されている。例えば、この導体１１２０は、結合層に選択的な伝導性を生成する。選択的伝導性を持つ結合層１１１０は、特定点において、セル構造１１１５から結合層１１１０を通って第一コンタクト１１０１への伝導を可能にしながら、第一コンタクト１１０１と第二コンタクト１１０５との間の絶縁性を保持する。
【００３２】
導体１１２０は、種々の多くの方法で結合層１１１０内に配置することができる。例えば、金属タブ、金属ワイヤ、多線金属ワイヤ、金属ワイヤメッシュ、有孔金属箔、有孔金属、接着剤層に塗布された金属コーティング、金属円板、金属コートされた繊維ガラス、またはこれらの組合せを用いることができる。これらの例の各々について、導体１１２０が、セル構造１１１５と第一コンタクト１１０１との間に電気伝導を提供しながら、２つのコンタクト１１０１、１１０５の間の絶縁を保持することができる。一部の実施形態では、導体１１２０を結合層１１１０内に組み込むことができる。例えば、導体１１１５は、結合層１１１０に内蔵された円板とすることができる。一部の実施形態では、結合層１１１０内にスリットを設け、結合層１１１０を貫いて導体１１２０を組み込むかまたは配置することができる。さらに、例えば、穴または他の手段を使って、結合層１１１０を貫いて導体１１２０を配置することができる。
【００３３】
ある例示的実施形態において、絶縁層内に強化層を配置することができる。例えば、絶縁層の一つの表面の半分を、層を通して組み込まれた繊維ガラス材料でカバーすることができ、さらに結合層の他の半分をカバーすることができる。こういった、導電性コーティングのない繊維ガラスの層は、間に配置された材料を絶縁することになろう。繊維ガラスは、その局部に導電材料を塗布することができる。こういった導電コーティングを、結合層の上面と底面との表面の繊維ガラス域に塗布することができる。このような実施形態では、例えば、繊維ガラスは、上側コンタクトとセルとの間を伝導できることになる。導電材料は、インクジェット、シルクスクリーン、プラズマ蒸着、電子ビーム蒸着、スプレーおよび／またはブラシ法で塗着することができる。繊維ガラスに換えて、例えば、ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）、プラスチック、ガラス、または他の絶縁材料など、他の材料を使うことができる。
【００３４】
本発明のある例示的実施形態は、結合層の穴を通して、第一コンタクトとセル構造との間での選択的コンタクトを提供する。このような実施形態において、結合層の穴は、第一コンタクトとセル構造とがコンタクトを保つことを可能にする。これらの層を、例えば、一緒にプレスしてコンタクトを生成することができる。あるいは、結合層の穴の中または近接部に導電接着剤またはインクを塗布して、層間のコンタクトを得ることができる。リチウムを導電材料として使うこともできる。
【００３５】
導体１１２０は、例えば、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、またはこれらの酸化物、窒化物および合金で作製することができる。
【００３６】
図１１Ｂは、図１１Ａに示された例示的実施形態の上面図を示す。図１１Ｂに示されるように、第一コンタクト１１０１は、結合層１１１０と第二コンタクト１１０５とをオーバーして展延している。同様に、例えば、第二コンタクト１１０５も、反対方向に結合層１１１５と第一コンタクト１１０１とをオーバーして展延している。
【００３７】
図１１Ｃおよび１１Ｄは、第一コンタクトおよび第二コンタクト１１０１、１１０５からリードが形成される例示的実施形態を示す。図１１Ｃに示されるように、第一コンタクト１１０１に第一部分カット１１４０ａが施され、第二コンタクト１１０５には部分カット１１４０ｂが施される。これらの部分カット部はストリップを形成し、これを折り返して、電気化学素子から外側に延ばすことができる。例えば、図１１Ｄは、コンタクト１１０１、１１０５の部分カットから得られたストリップ１１４２ａおよび１１４２ｂが、図の下側方向に折り返された例を示す。なお、所望のアプリケーションまたは電気化学素子の方向付けに応じさまざまな方法で、コンタクト１１０１、１１０５の展延部分の一つだけまたは双方を部分的にカットしてリード部を形成することができる。
【００３８】
図１１Ａ〜１１Ｄに示された例示的実施形態を説明する目的で、図１２Ａ〜１９Ｂに、この実施形態の個別の層および部分、さらに、それらがどのように一緒に連結または結合可能かを示す。これらの図は、本発明のどの実施形態に対しても、それを製造するための段階的工程を示す意味のものではない。これらの図は、各層がいかに相互作用するかの理解を助けるため提示するものである。図１２Ａ、１３Ａ、１４Ａ、１５Ａ、１６Ａ、１７Ａ、１８Ａ、および１９Ａは、例示的な電池のさまざまな部分の側面図を示し、図１２Ｂ、１３Ｂ、１４Ｂ、１５Ｂ、１６Ｂ、１７Ｂ、１８Ｂ、および１９Ｂは、その上面図を示す。
【００３９】
図１２Ａは、本発明の一つの実施形態による導体１１２０の側面図を示す。図１２Ｂには、３つの典型的導体の種類、ワイヤ１１２１、タブ１１２２、およびワイヤメッシュ１１２３が示されている。図１３Ａは、結合層１１１０内にカットされたスリット１１３０の側面図を示しており、図１３Ｂはその上面図を示す。図１４Ａは、例えば結合層を貫いて組み込まれた、導体１１２０の側面図を示す。図１４Ｂは、結合層１１１０を貫いて組み込まれたメッシュワイヤ導体１１２３の上面図を示す。図１５Ａは、結合層内に埋め込まれた導体１１２０を示す。導体１１２０は、例えば、結合層１１１０を、導体１１２０が結合層１１１０に圧入することが可能になる点まで加熱することによって、結合層１１１０の中に埋め込むことができる。この工程の後、望ましくは、導体１１２０および結合層１１１０の表出面をフラッシュするとよい。図１５Ｂは、結合層内に埋め込まれたワイヤメッシュ導体１１２３の上面図を示す。
【００４０】
図１２Ａ〜１５Ｂからもたらされる結合層１１１０は、絶縁特性を有しながら、結合層１１２０の上面の部分と下面の部分との間に選択的伝導性を提供する結合層を示す。他の組合せによっても選択的伝導性を生成することができる。
【００４１】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、第一コンタクト１１０１を示す。図１７Ａは、結合層１１１０と結合された第一コンタクト１１０１を示す。なお、この実施形態では、導体１１２０は、望ましくは、第一電気コンタクト１１０１と電気的接触を形成する。図１７Ｂは、図１７Ａの上面図を示す。また、第一コンタクトは、電池をカプセル封入し、これにより、環境による劣化および損傷から電池を保護する。例えば、多くの電気化学素子は、リチウムなどの環境に敏感な材料を含む。これらの材料は、空気および湿気と高い反応性があり、そういった環境に曝されると劣化することがある。これらに対し、第一コンタクト１１０１は、電池をカプセル封入し、電池の電気化学素子中の環境に敏感な材料を空気および／または湿気から保護することができる。
【００４２】
図１８Ａは、第二コンタクト１１０５に連結された単一のバッテリセル１１１５の例示的実施形態を示す。また、第二コンタクト１１０５は、セルを装着するための基材とすることができる。この実施形態におけるセル構造は、カソードと、アノードと、電解質とを含む。電解質には、ＬＩＰＯＮを含めることができる。
【００４３】
図１９Ａは、完成したセル構造を示す。図１８Ａの第二コンタクト１１０５およびセル構造１１１５が、１７Ａに示された第一コンタクト１１０１および結合層１１１０と連結されている。再度、どのように、導体１１２０が、選定された箇所において電気化学素子１１１５と望ましくは電気的に接触しているかに注目する。セルは、間に最小数の層を置いて外部のコンタクト１１０１および１１０５に結合されている。この実施形態において、第一および第二コンタクト１１０１および１１０５は、電気化学素子１１１５の面積をオーバーして展延している。
【００４４】
この実施形態の第一および第二コンタクト１１０１、１１０５は，導電金属で作製することができる。例えば、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、またはこれらの酸化物、窒化物、および合金で、片方または両方のコンタクトを作製することができる。他の導電性材料を使うこともできる。
【００４５】
なお、前の例では、図１３ｂに示されるようなスリット１１３０など、結合層１１１０中の開口部に備えられた導電性材料１１２０〜１１２３が示されているが、セル構造１１１５と第一電気コンタクト１１０１との間の電気的コンタクトは、他の多くの方法で生成することができる。例えば、結合層１１１０を形成する接着剤内に導電パウダを埋め込むことによって、セル構造１１１５と第コンタクト１１０１との間の電気的伝導を生成することができる。例えば、金属粉（例、ニッケル粉）を、接着剤結合層１１１０内の一つ以上の選定箇所でコンタクト１１０１とセル構造１１１５との間の接着剤結合層１１１０中に埋め込むことができる。当業者は、導電ボール、スラグ、配線メッシュなど接着剤内に選択的に配置し、選択的伝導を生成できる他の導電材料を熟知していよう。セル構造１１１５と第一コンタクト１１０１との間に電気伝導を達成しつつ、２つのコンタクト１１０１、１１０５の間の絶縁を保持する方法は、本明細書で説明した例に限定されるものではない。
【００４６】
前記で説明した実施形態は単に例示的なものである。当業者は、本明細書に特定的に記載された実施形態から変形案を認識することができようが、それらは本開示の範囲内として意図されている。しかして本発明は添付の請求項によってだけ限定される。従って、本発明の変形が、添付の請求項または同等内容の範囲内に入る場合、それらは本発明に包含されるものと意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の例示的実施形態による電気化学素子の上面図を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の例示的実施形態による電気化学素子の側面図を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の例示的実施形態による電気化学素子の、切り込み部のある電気化学素子の一つのコーナーの斜視図を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の例示的実施形態による、カプセル層に切り込み部のある電気化学素子の一つのコーナーの斜視図を示す。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の例示的実施形態による、金属カプセルに穴の配置を有する電気化学素子の上面図を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の例示的実施形態による、金属カプセルに別の穴配置を有する電気化学素子の上面図を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の例示的実施形態による、接触域に穴を有する電気化学素子の上面図を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の例示的実施形態による、接触域に穴を有する電気化学素子の側面図を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の例示的実施形態による、金属フィルム・カプセルの両側に電気化学素子を有する電気化学素子の側面図を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の例示的実施形態による、金属フィルム・カプセルの両側に電気化学素子を有する電気化学素子の斜視図を示す。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の例示的実施形態による、２つの素子の間に、切り込み部のある金属フィルム・カプセルを有する電気化学素子の斜視図を示す。
【図６】図６は、本発明の例示的実施形態による、間に金属箔を挟んで積層された複数の電気化学素子を示す。
【図７】図７は、本発明の例示的実施形態による、電気化学素子の側面に切り込み部とタブとを有する電気化学素子を示す。
【図８】図８は、本発明の例示的実施形態による、基材、カソード、電解質、アノード、および金属箔カプセルを有する電気化学素子を示す。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の例示的実施形態による、絶縁層を有する、図２Ａの電気化学素子を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の例示的実施形態による、絶縁層を有する、図２Ｂの電気化学素子を示す。
【図１０】図１０は、本発明の例示的実施形態による、３層の金属箔を備えた２つの電気化学素子を示す。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の例示的実施形態による、カプセルとしての電気コンタクト、および基材を有する電気化学素子の側面図を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明の例示的実施形態による、カプセルとしての電気コンタクト、および基材を有する電気化学素子の上面図を示す。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、本発明の例示的実施形態による、カプセルの一部をカットした、図１１Ｂの電気化学素子の上面図を示す。
【図１１Ｄ】図１１Ｄは、本発明の例示的実施形態による、折り返して得られたストリップを有する、図１１Ｃの電気化学素子の上面図を示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の例示的実施形態による、導体単体の側面図を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本発明の例示的実施形態による、導体単体の上面図を示す。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の例示的実施形態による、スリット・カットを有する結合層の側面図を示す。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の例示的実施形態による、スリット・カットを有する結合層の上面図を示す。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明の例示的実施形態による、結合層を貫いて組み込まれた導体の側面図を示す。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、本発明の例示的実施形態による、結合層を貫いて組み込まれたメッシュワイヤ導体の上面図を示す。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の例示的実施形態による、結合層内に埋め込まれた導体の側面図を示す。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、本発明の例示的実施形態による、結合層内に埋め込まれたメッシュワイヤ導体の上面図を示す。
【図１６Ａ】図１６Ａは、本発明の例示的実施形態による、第一コンタクト層の側面図を示す。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、本発明の例示的実施形態による、第一コンタクト層の上面図を示す。
【図１７Ａ】図１７Ａは、本発明の例示的実施形態による、結合層と結合された第一コンタクト層の側面図を示す。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、本発明の例示的実施形態による、結合層と結合された第一コンタクト層の上面図を示す。
【図１８Ａ】図１８Ａは、本発明の例示的実施形態による、第二コンタクト層上のセル構造の側面図を示す。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、本発明の例示的実施形態による、第二コンタクト層上のセル構造の上面図を示す。
【図１９Ａ】図１９Ａは、本発明の例示的実施形態による、図１８Ａのセル構造および第二コンタクトに連結された、図１７Ａの第一コンタクトおよび結合層の側面図を示す。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、本発明の例示的実施形態による、図１８Ｂのセル構造および第二コンタクトに連結された図１７Ｂの第一コンタクトおよび結合層の側面図を示す。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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