(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
再充電式バッテリ用電極ブックレットであって、
それぞれの電極ページが中心線に関して対称の形状を有する箔であり、かつ、その端部間に延伸し、中心線を含んだ中央の塗布されていない部分以外の同様の部分に電極活物質が上面および下面に塗布された箔である、複数の電極ページと、
同じ方向に並べて積層された前記複数の電極ページの少なくとも１つの塗布されていない部分に沿って配置される少なくとも１つの全体的な集電体であって、前記複数の電極ページの積層配列が維持され、かつ、前記複数の電極ページの全てが電気的に接続されるよう、前記複数の電極ページ全ての塗布されていない部分に接続される、少なくとも１つの全体的な集電体と
を備える再充電式バッテリ用電極ブックレット。
【請求項２】
バッテリの積層電極組立体であって、
前記電極活物質がアノードブックレットを形成するアノード活物質である請求項１記載の電極ブックレットの１つと、
前記電極活物質がカソードブックレットを形成するカソード活物質である請求項１記載の電極ブックレットの１つと、
前記カソード活物質と前記アノード活物質とを分離するセパレータ部材とを備え、
前記アノードブックレットおよびカソードブックレットがページの大きさ、形状および数において実質的に同じであり、塗布されていない部分を中心に折り畳まれた状態にあり、
前記少なくとも１つの全体的な集電体が、塗布部分が垂直方向に積層されるように形成された前記複数の電極ページのそれぞれの塗布されていない部分に接続され、
ブックレットが、前記アノードブックレットの塗布部分と前記カソードブックレットの塗布部分が交互に配列され、セパレータ部材が各塗布部分を分離するように垂直に積層され、
前記アノードブックレットの少なくとも１つの全体的な集電体が、垂直方向の積層体の一方に配置され、カソードブックレットの少なくとも１つの全体的な集電体が、垂直方向の積層体の反対側に配置される
バッテリの積層電極組立体。
【請求項３】
バッテリの積層電極組立体であって、
前記電極活物質がアノードブックレットを形成するアノード活物質である請求項１記載の電極ブックレットの１つと、
前記電極活物質がカソードブックレットを形成するカソード活物質である請求項１記載の電極ブックレットの１つと、
前記カソード活物質と前記アノード活物質とを分離するセパレータ部材とを備え、
前記アノードブックレットおよびカソードブックレットがページの大きさ、形状および数において実質的に同じであり、塗布されていない部分を中心に折り畳まれた状態にあり、
前記少なくとも１つの全体的な集電体が、垂直方向から選択された角度をなして塗布部分の積層体を形成する、前記複数の電極ページそれぞれの塗布されていない部分に接続され、
ブックレットが、前記アノードブックレットの塗布部分と前記カソードブックレットの塗布部分とが交互に配列され、セパレータ部材が各塗布部分を分離する垂直方向に積層され、
前記アノードブックレットの少なくとも１つの全体的な集電体が、垂直方向の積層体の一方に配置され、カソードブックレットの少なくとも１つの全体的な集電体が、垂直方向の積層体の反対側に配置される
バッテリの積層電極組立体。
【請求項４】
積層電極組立体であって、
それぞれのページが、一端部で上面および下面にアノード活物質が塗布された部分、他端部に塗布されていない部分を有する、複数のアノードページおよび少なくとも１つのアノードページの塗布されていない部分上に配置され、複数のアノードページに接続する少なくとも１つの全体的な集電体を有する半アノードブックレット、
それぞれのページが、一端部で上面および下面にカソード活物質が塗布された部分、他端部に塗布されていない部分を有する、複数のカソードページおよび少なくとも１つのカソードページの塗布されていない部分上に配置され、複数のカソードページに接続する少なくとも１つの全体的な集電体を有する半カソードブックレットと、
前記カソード活物質と前記アノード活物質とを分離するセパレータ部材とを備え、
前記アノード活物質が塗布された部分および前記カソード活物質が塗布された部分が大きさおよび形状において実質的に同じであり、前記各塗布された部分を分離するセパレータ部材を介して前記塗布された部分が垂直方向に積層されるようにアノード活物質が塗布された部分とカソード活物質が塗布された部分とが交互に配列され、
前記半アノードブックレットの少なくとも１つの全体的な集電体が垂直方向の積層体の一側に配置され、前記半カソードブックレットの少なくとも１つの全体的な集電体が垂直方向の積層の反対側に配置され、
前記アノードページの前記塗布されていない部分の大きさが、その全体的な集電体に最も近いアノードページからその全体的な集電体から最も遠いアノードページ側となるに従って次第に増加し、
前記カソードページの前記塗布されていない部分の大きさが、その全体的な集電体の最も近いカソードページからその全体的な集電体から最も遠いカソードページ側となるに従って次第に増加している
積層電極組立体。
【請求項５】
選択された角度が１〜８０°である請求項３記載のバッテリの積層電極組立体。
【請求項６】
前記セパレータ部材が、中心線に平行なストリップの長手方向の端部を有する連続的なストリップ内にある請求項２または３記載のバッテリの積層電極組立体。
【請求項７】
さらに、前記アノードブックレットおよび前記カソードブックレット、または、前記半アノードブックレットおよび前記半カソードブックレットの全体的な集電体を支持する絶縁基板を備える、請求項２、３または４記載のバッテリの積層電極組立体。
【請求項８】
垂直方向にアライメントされる前記アノードブックレットの全体的な集電体および垂直方向にアライメントされる前記カソードブックレットの全体的な集電体とが配列される請求項２もしくは請求項３記載の複数の積層電極組立体、または、垂直方向にアライメントされる前記半アノードブックレットの全体的な集電体および垂直方向にアライメントされる前記半カソードブックレットの全体的な集電体とが配列される請求項４記載の複数の積層電極組立体と、
前記アノードブックレットまたは前記半アノードブックレットの垂直方向にアライメントされた全体的な集電体を電気的に接続する正の主集電板と、
前記カソードブックレットまたは前記半カソードブックレットの垂直方向にアライメントされた全体的な集電体を電気的に接続する負の主集電板と、
前記アノードブックレットおよび前記カソードブックレットまたは前記半アノードブックレットおよび前記半カソードブックレットの全体的な集電体を支持する絶縁基板と
を備える、バッテリの多数の積層電極組立体。
【請求項９】
バッテリ缶と、
前記バッテリ缶の底部に前記絶縁基板が配置される請求項７記載の積層電極組立体と、
全体的な集電体に電気的に接続される集電ポストを有し、前記バッテリ缶に密封されるバッテリキャップと、
前記バッテリ缶に充填される電解液と
を備える再充電式バッテリ。
【請求項１０】
バッテリ缶と、
前記バッテリ缶の底部に前記絶縁基板が配置される請求項８記載の積層電極組立体と、
全体的な集電体に電気的に接続される集電ポストを有し、前記バッテリ缶に密封されるバッテリキャップと、
前記バッテリ缶に充填される電解液と
を備える再充電式バッテリ。
【請求項１１】
それぞれの電極ページが中心線に関して対称の形状を有する箔であり、かつ、その端部間に延伸し、中心線を含んだ中央の塗布されていない部分以外の２つの同様の部分に電極活物質が上面および下面に塗布された箔である、複数の電極ページを設ける工程と、
前記複数の電極ページが同じ方向を向くように該複数の電極ページを積層する工程と、
前記複数の積層された電極ページの少なくとも１つの塗布されていない部分に沿って配置される少なくとも１つの全体的な集電体であって、前記複数の電極ページの積層配列が維持され、かつ、前記複数の電極ページの全てが電気的に接続されるよう、前記複数の電極ページ全ての塗布されていない部分に接続される、少なくとも１つの全体的な集電体を設ける工程と
を含む再充電式バッテリ用電極ブックレットを製造する方法。
【請求項１２】
電極活物質がアノードブックレットを形成するアノード活物質である請求項１１記載の電極ブックレットを製造する工程、
電極活物質がカソードブックレットを形成するカソード活物質であり、前記アノードブックレットおよび前記カソードブックレットがページの大きさ、形状および数において実質的に同じであり、前記少なくとも１つの全体的な集電体が塗布部分の垂直方向の積層体を形成するように接続される請求項１１記載の電極ブックレットを製造する工程、
前記アノードブックレットおよび前記カソードブックレットを、各塗布されていない部分を中心に折り畳む工程、
ブックレットの塗布部分がアノードブックレットの塗布部分とカソードブックレットの塗布部分とが交互に垂直方向に積層されてなり、アノードブックレットの少なくとも１つの全体的な集電体が得られた垂直方向の積層体の一方に配置され、カソードブックレットの少なくとも１つの全体的な集電体が得られた垂直方向の積層体の反対側に配置される、折り畳まれたブックレットを配列する工程と、
折り畳まれたブックレットを配列する間にセパレータ部材を挿入し、各塗布部分を分離する工程と
を含むバッテリの積層電極組立体を製造する方法。
【請求項１３】
前記電極活物質がアノードブックレットを形成するアノード活物質である請求項１１記載の電極ブックレットを製造する工程と、
前記電極活物質がカソードブックレットを形成するカソード活物質であり、前記アノードブックレットおよび前記カソードブックレットがページの大きさ、形状および数において実質的に同じであり、前記少なくとも１つの全体的な集電体が垂直方向から選択された角度で積層される塗布部分の積層体を形成するように接続される請求項１１記載の電極ブックレットを製造する工程と、
前記アノードブックレットおよび前記カソードブックレットを、各塗布されていない部分を中心に折り畳む工程と、
前記ブックレットの塗布部分がアノードブックレットの塗布部分とカソードブックレットの塗布部分を交互に垂直方向に積層され、アノードブックレットの少なくとも１つの全体的な集電体が得られた垂直方向の積層体の一方に配置され、カソードブックレットの少なくとも１つの全体的な集電体が得られた垂直方向の積層体の反対側に配置される、折り畳まれたブックレットを配列する工程と、
前記折り畳まれたブックレットを配列する間にセパレータ部材を挿入し、各塗布部分を分離する工程と
を含むバッテリの積層電極組立体を製造する方法。
【請求項１４】
前記電極活物質がアノードブックレットを形成するアノード活物質である請求項１１記載の電極ブックレットを製造する工程、
前記電極活物質がカソードブックレットを形成するカソード活物質である請求項１１記載の電極ブックレットを製造する工程と、
前記アノードブックレットおよび前記カソードブックレットがページの大きさ、形状および数において実質的に同じであり、各ブックレットは、塗布部分の積層体が垂直方向から選択された角度で積層されるように複数の前記電極ページ全ての塗布されていない部分に接続される少なくとも２つの全体的な集電体を有し、複数の前記電極ページ全ての間に電気的に接続され、
塗布部分が垂直方向から選択された角度で積層され、かつ、それぞれに少なくとも１つの全体的な集電体を有する２つの半アノードブックレットとなるように、および塗布部分が垂直方向から選択された角度で積層され、かつ、それぞれに少なくとも１つの全体的な集電体を有する２つの半カソードブックレットとなるように、２つの全体的な集電体の間の位置でブックレットの前記複数の電極ページを切断することにより半電極ブックレットを形成する工程と
を含むバッテリの半電極ブックレットを製造する方法。
【請求項１５】
請求項１４の半アノードブックレットと半カソードブックレットとを、半アノードブックレットの塗布部分と半カソードの塗布部分とが交互に垂直方向に重なるように設けられ、前記１つの半アノードブックレットの少なくとも１つの全体的な集電体が垂直方向の積層体の一方側に配置され、前記１つの半カソードブックレットの少なくとも１つの全体的な集電体が垂直方向の積層体の他方側に配置され、セパレータ部材が、それぞれの塗布部分を分離するため前記半アノードブックレットと半カソードブックレットとの間に挿入されてなる積層電極組立体を製造する方法。
【請求項１６】
全体的な集電体を支持する絶縁基板を設ける工程と、
前記絶縁基板に請求項１２、１３または１５記載のブックレットの全体的な集電体を配置する工程と
を含む支持された積層電極組立体を製造する方法。
【請求項１７】
集電ポストを有するバッテリキャップを設ける工程と、
前記集電ポストに全体的な集電体を電気的に接続する工程と、
バッテリ缶を設ける工程と、
前記絶縁基板が前記バッテリ缶の底部に隣接するように請求項１６記載の支持された積層電極組立体を挿入する工程と、
前記バッテリキャップを前記バッテリ缶に溶接し、バッテリを密封する工程と、
前記バッテリ缶に電解液を充填する工程と
を含む再充電式バッテリを製造する方法。
【請求項１８】
（ａ）上面および下面の長手方向の端部を有する細長の箔ストリップを設ける工程と、
（ｂ）前記長手方向に沿って中央部以外の部分に電極活物質を設けるように、縦方向の端部に隣接する上面および下面の部分に電極活物質を選択的に塗布する工程と、
（ｃ）それぞれが塗布部分および塗布部分の間に塗布されていない部分を有する複数の電極ページを形成するため、ストリップの長手方向の端部と垂直な方向にストリップに沿って等間隔で箔ストリップを切断する工程と、
（ｄ）前記電極ページが同じ向きになるように、複数の電極ページを垂直方向に積層して配列する工程と、
（ｅ）前記複数の電極ページが積層された配列を維持し、複数の電極ページ全ての間で電気的に接続されるよう、前記複数の積層された電極ページの少なくとも１つの塗布されていない部分に沿って配置される少なくとも１つの全体的な集電体を設けることにより電極ブックレットを形成する工程と、
（ｆ）２つめの電極ブックレットを形成するために工程（ａ）から（ｅ）を繰り返す工程と、ここで、工程（ｂ）においてアノード活物質をアノードブックレットを形成する１つめの電極ブックレット用の電極活物質に使用し、カソード活物質をカソードブックレットを形成する前記２つめの電極ブックレット用電極活物質に使用し、前記アノードブックレットおよび前記カソードブックレットがページの大きさ、形状および数において実質的に同じであり、
（ｇ）各塗布されていない部分で前記アノードブックレットおよび前記カソードブックレットそれぞれを折り畳む工程と、
（ｈ）アノードブックレットの塗布部分とカソードブックレットの塗布部分とが交互に重ねられ、それぞれの塗布部分の間にセパレータ部材を挟んで折り畳まれたブックレットを形成して垂直方向の積層体とし、該積層体は、該垂直方向の積層体の一方側に設けられる前記アノードブックレットの少なくとも１つの全体的な集電体および前記垂直方向の積層体の他方側に設けられる前記カソードブックレットの少なくとも１つの全体的な集電体を有する、積層電極組立体を形成する工程と、
（ｉ）前記全体的な集電体を支持するための絶縁基板を設け、該絶縁基板に前記積層電極組立体の全体的な集電体を配置する工程と、
（ｊ）集電ポストを有するバッテリキャップを設ける工程と、
（ｋ）集電ポストに全体的な集電体を電気的に接続する工程と、
（ｌ）バッテリ缶を設ける工程と、
（ｍ）前記絶縁基板が前記缶の底部に隣接するように、前記バッテリ缶内に前記支持された積層電極組立体を挿入する工程と、
（ｎ）前記バッテリキャップを前記バッテリ缶に溶接し、バッテリを密封する工程と、
（ｏ）前記バッテリ缶に電解液を充填する工程と
を含む再充電式バッテリを製造する方法。
【請求項１９】
（ａ）上面および下面の長手方向の端部を有する細長の箔ストリップを設ける工程と、
（ｂ）前記長手方向に沿って中央部以外の部分に電極活物質を設けるように、縦方向の端部に隣接する上面および下面の部分に電極活物質を選択的に塗布する工程と、
（ｃ）それぞれが塗布部分および塗布部分の間に塗布されていない部分を有する複数の電極ページを形成するため、ストリップの長手方向の端部と垂直な方向にストリップに沿って等間隔で箔ストリップを切断する工程と、
（ｄ）前記電極ページが同じ向きで、塗布部分が垂直方向から選択された角度で積層されるように、複数の電極ページを配列する工程と、
（ｅ）前記複数の電極ページが積層された配列を維持し、複数の電極ページ全ての間で電気的に接続されるよう、前記複数の積層された電極ページの少なくとも１つの塗布されていない部分に沿って配置される少なくとも１つの全体的な集電体を設けることにより電極ブックレットを形成する工程と、
（ｆ）２つめの電極ブックレットを形成するために工程（ａ）から（ｅ）を繰り返す工程と、ここで、工程（ｂ）においてアノード活物質をアノードブックレットを形成する１つめの電極ブックレット用の電極活物質に使用し、カソード活物質をカソードブックレットを形成する前記２つめの電極ブックレット用電極活物質に使用し、前記アノードブックレットおよび前記カソードブックレットがページの大きさ、形状および数において実質的に同じであり、
（ｇ）各塗布されていない部分で前記アノードブックレットおよび前記カソードブックレットそれぞれを折り畳む工程と、
（ｈ）アノードブックレットの塗布部分とカソードブックレットの塗布部分とが交互に重ねられ、それぞれの塗布部分の間にセパレータ部材を挟んで折り畳まれたブックレットを形成して垂直方向の積層体とし、該積層体は、該垂直方向の積層体の一方側に設けられる前記アノードブックレットの少なくとも１つの全体的な集電体および前記垂直方向の積層体の他方側に設けられる前記カソードブックレットの少なくとも１つの全体的な集電体を有する、積層電極組立体を形成する工程と、
（ｉ）前記全体的な集電体を支持するための絶縁基板を設け、該絶縁基板に前記積層電極組立体の全体的な集電体を配置する工程と、
（ｊ）集電ポストを有するバッテリキャップを設ける工程と、
（ｋ）集電ポストに全体的な集電体を電気的に接続する工程と、
（ｌ）バッテリ缶を設ける工程と、
（ｍ）前記絶縁基板が前記缶の底部に隣接するように、前記バッテリ缶内に前記支持された積層電極組立体を挿入する工程と、
（ｎ）前記バッテリキャップを前記バッテリ缶に溶接し、バッテリを密封する工程と、
（ｏ）前記バッテリ缶に電解液を充填する工程と
を含む再充電式バッテリを製造する方法。
【請求項２０】
（ａ）上面および下面の長手方向の端部を有する細長の箔ストリップを設ける工程と、
（ｂ）前記長手方向に沿って中央部以外の部分に電極活物質を設けるように、縦方向の端部に隣接する上面および下面の部分に電極活物質を選択的に塗布する工程と、
（ｃ）それぞれが塗布部分および塗布部分の間に塗布されていない部分を有する複数の電極ページを形成するため、ストリップの長手方向の端部と垂直な方向にストリップに沿って等間隔で箔ストリップを切断する工程と、
（ｄ）前記電極ページが同じ向きで、塗布部分が垂直方向から選択された角度で積層されるように、複数の電極ページを配列する工程と、
（ｅ）前記複数の電極ページが積層された配列を維持し、複数の電極ページ全ての間で電気的に接続されるよう、前記複数の積層された電極ページの少なくとも１つの塗布されていない部分に沿って配置される少なくとも２つの全体的な集電体を設けることにより電極ブックレットを形成する工程と、
（ｆ）２つめの電極ブックレットを形成するために工程（ａ）から（ｅ）を繰り返す工程と、ここで、工程（ｂ）においてアノード活物質をアノードブックレットを形成する１つめの電極ブックレット用の電極活物質に使用し、カソード活物質をカソードブックレットを形成する前記２つめの電極ブックレット用電極活物質に使用し、前記アノードブックレットおよび前記カソードブックレットがページの大きさ、形状および数において実質的に同じであり、
（ｇ）それぞれが垂直方向から選択された角度で積層される塗布部分を有し、少なくとも１つの全体的な集電体を有する２つの半アノードブックレットとなるよう、かつ、それぞれが垂直方向から選択された角度で積層される塗布部分を有し、少なくとも１つの全体的な集電体を有する２つの半カソードブックレットとなるように、２つの全体的な集電体の間の位置でブックレットの前記複数の電極ページを切断することで半電極ブックレットを形成する工程と、
（ｈ）半アノードブックレットの塗布部分と半カソードブックレットの塗布部分とが交互に重ねられ、それぞれの塗布部分の間にセパレータ部材を挟んで、１つの半アノードブックレットと１つの半カソードブックレットを配列することにより、積層電極組立体とし、該積層電極組立体は、該垂直方向の積層体の一方側に設けられる前記半アノードブックレットの少なくとも１つの全体的な集電体および前記垂直方向の積層体の他方側に設けられる前記半カソードブックレットの少なくとも１つの全体的な集電体を有する、積層電極組立体を形成する工程と、
（ｉ）前記全体的な集電体を支持するための絶縁基板を設け、該絶縁基板に前記積層電極組立体の全体的な集電体を配置する工程と、
（ｊ）集電ポストを有するバッテリキャップを設ける工程と、
（ｋ）集電ポストに全体的な集電体を電気的に接続する工程と、
（ｌ）バッテリ缶を設ける工程と、
（ｍ）前記絶縁基板が前記缶の底部に隣接するように、前記バッテリ缶内に前記支持された積層電極組立体を挿入する工程と、
（ｎ）前記バッテリキャップを前記バッテリ缶に溶接し、バッテリを密封する工程と、
（ｏ）前記バッテリ缶に電解液を充填する工程と
を含む再充電式バッテリを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車およびハイブリッド自動車などの高電力用途のための高耐久性リチウムイオン電池を作製することを目的とする。
【背景技術】
【０００２】
従来、リチウムイオン電池は円筒形をしており、巻回構造の電極により形成されている。しかし、巻回技術は、以下に要約するように大きさ（容量）および電池の完全性を制限するという不利な点を有する。
１．一定の長さでの電極の平滑さの問題。この問題は、電池の大きさが大きくなるとさらに重要となってくる。電極の平滑さや厚さの変化が一定のレベルで維持されない場合、巻回電極の大きさに一貫性がなくなり、電池缶に適合しなくなる。
２．電極の膨張の問題。これは、電極のデザイン、加工方法および収率を制限する。
３．集電体の位置決めの問題。電極が長い大型の巻回型電池は、高電力用途のための多数の集電体タブを必要とする。タブの適切なアライメントは、常に大型の円筒形巻回型電池にとって問題となる。長い電極を巻いた時に伴う、電極の厚さのバラツキがタブのアライメントの不良を生じさせる。アライメントの不具合が集電体タブと電池上部の溶接を困難にし、電池の信頼性の低下を導く。
４．熱放散の問題。放射状の放熱経路での熱放散が難しいため、この要因が電池の最終的な大きさを制限する。それにも拘らず、高電力用途においては高いＣ率が必要とされるため、この熱放散の問題が、高電力用途における円筒形電池の利用可能性に影響を及ぼす。さらに、重大な安全上の問題を生じる恐れがある。
【０００３】
積層構造の電池は上記の不利な点を越える有利な点を有するが、積層プロセスの積層精度および労働集約性により、積層構造のバッテリは高価となり、かつ、高い収率を維持することが困難となる一方で、（層数に対応して）大きさは増加する。
【０００４】
従来の積層構造の電池を図１（ａ）に示す。通常、カソードおよびアノードの集電体が電極の上部に位置付けられ、セパレータが電極間に配置される（図１（ｂ）参照）。図１（ａ）および１（ｂ）に示された電池構造の不利な点を以下に要約する。
１．電極が複数のピースからなっている。各積層プロセス中では、精密な制御を必要とするため、これが各積層プロセスを難しくさせる。
２．各電極ピース上の集電タブは、金属基板箔の塗布されていない部分に打ち抜きで形成されるか、または別個の金属ストリップが電極に溶接されるかのどちらかである。いずれの方法も組立プロセスに複雑さが加わり、費用を要する。
３．多数の電極タブを一緒に溶接し、限られた上部空間内のバッテリキャップ下の主要な負極および正極のポストにタブを接着させる場合、困難を要する。積層の数が増加すると、この問題はさらに深刻になる。電極の１つが適切に溶接されない場合、または電極の集電体部分の１つ（すなわち、銅またはアルミニウム箔などの塗布されていない基板）が破損した場合、得られる電池の性能および信頼性にかなりの影響を及ぼすだろう。このため、特に振動試験が行われる場合には、積層型電池の一貫性は予測不可能となる。
４．表面積が大きい電極において、各電極の集電体があまりに小さい場合、電流分布が悪くなり、かつ、各電極由来の抵抗が大きいことにより、得られる電池の性能は低下する。
【０００５】
本発明では、上記の電極の積層型の問題を解決することができ、従来の積層技術と比べて多くの利点が得られる。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、複数の電極ページを有する充電式バッテリ用電極ブックレットであり、各電極ページが中心線に関して（中心線の回り）に対称な形状を有する箔であり、かつ、その端部間に延伸し、中心線を含む中心部の塗布されていない部分以外の対称な部分に電極活物質が上面および下面に塗布された箔である。少なくとも１つの全体的な集電体は、複数の電極ページの少なくとも１つの塗布されていない部分に沿って配置される。電極ページは同じ方向を向いて、積層して配列され、複数の電極ページを積層配列に維持し、複数の電極ページ全ての間で電気的に接続されるよう、少なくとも１つの全体的な集電体が複数の電極ページ全ての塗布されていない部分に接続される。
【０００７】
本発明は、再充電式バッテリ用電極ブックレットを製造する方法を含む。本方法は、各々が中心線の回りに対称な形状を有する箔であり、かつ、その端部間を延伸し、中心線を含んだ中央の塗布されていない部分以外の同様な２つの部分に電極活物質が上面および下面に塗布された箔である複数の電極ページを設ける工程、複数の電極ページが同じ方向を向いて、積層して配列する工程、複数の積層された電極ページの少なくとも１つの塗布されていない部分に沿って配置された少なくとも１つの全体的な集電体を設ける工程、および、積層配列に複数の電極ページを維持し、複数の電極ページの間で電気的に接続するよう、複数の電極ページ全てを接続する工程を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１（ａ）】従来技術の積層された電極を示す図である。
【図１（ｂ）】従来技術の積層された電極を示す図である。
【図２（ａ）】電極活物質および中央の塗布されていない部分の２つの部分を有し、各線が電極ページの切断を示す本発明の細長の箔の図である。
【図２（ｂ）】垂直配向に積層された塗布部分を有する本発明の電極ページが積層された図である。
【図２（ｃ）】全体的な集電体に接続される積層された電極ページを有する本発明の電極ブックレットの図である。
【図２（ｄ）】折り畳まれた状態で配列された図２（ｃ）の電極ブックレットの図である。
【図３（ａ）】アノードおよびカソードの塗布された部分の間にセパレータ部材を有する積層電極組立体を製造する最初の段階の本発明のアノードブックレットおよびカソードブックレットの図である。
【図３（ｂ）】製造の最後の段階における図３（ａ）の積層電極組立体の図である。
【図４（ａ）】垂直方向から、図に示されたように左または右に選択的な角度で積層された塗布部分を有する本発明の電極ページの積層体の図である。
【図４（ｂ）】図４（ａ）の電極ページの積層体を用いて製造され、２つの全体的な集電体を有する本発明の電極ブックレットの図である。
【図４（ｃ）】折り畳まれた状態で配列された図４（ｂ）の電極ブックレットの図である。
【図４（ｄ）】単一の全体的な集電体を有する図４（ｂ）の電極ブックレットの図である。
【図４（ｅ）】折り畳まれた状態で配列された図４（ｄ）の電極ブックレットの図である。
【図４（ｆ）】折り畳まれた状態にあり、１つはアノードブックレット、１つはカソードブックレットである本発明の２つの電極ブックレットを示す図である。
【図４（ｇ）】図４（ｆ）のアノードブックレットおよびカソードブックレット、各アノードおよびカソードを分離するセパレータ部材を用いて製造される本発明の積層された電極組立体の図である。
【図４（ｈ）】本発明の第２の実施形態での使用における切断線を示す図４（ｂ）の電極ブックレットの図である。
【図４（ｉ）】図４（ｈ）に示されたアノードブックレットおよびカソードブックレットの切断による本発明の半アノードブックレットおよび半カソードブックレットの図である。
【図４（ｊ）】図４（ｉ）の半アノードブックレットおよび半カソードブックレットから製造されるアノードおよびカソードを交互に有し、セパレータ部材がアノードおよびカソードを分離するバッテリのセルの図である。
【図５】全体的な集電体に接続される正の主導電板および負の主導電板を有し積層配列された、本発明の複数のアノードブックレットおよびカソードブックレットの図である。
【図６（ａ）】支持用絶縁基板に配置された全体的な集電体を有する本発明の電極ブックレットを示す図である。
【図６（ｂ）】図６（ａ）の支持された全体的な集電体および電極ブックレットを使用して製造された本発明の組立てられた再充電式バッテリを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図２（ａ）〜２（ｄ）および図３（ａ）〜３（ｂ）から、本発明の積層方法が明確になる。図２（ａ）〜２（ｂ）は、カソードおよびアノードの両方の電極ブックレットを作製する方法を示し、図３（ａ）〜３（ｂ）は、得られたアノードブックレットおよびカソードブックレットを積層する方法を示す。図２（ａ）は、電極活物質が縦方向に塗布された電極（カソードおよびアノードと同じ）が示され、電極は、上面および下面を有し、縦方向の端部およびその縦方向の端部と平行な中心線を有する細長の箔ストリップであることが好ましい。塗布領域の間に示されるギャップは、集電体として後の使用のために作製されており、電極活物質を有していない。図２（ｂ）は、図２（ａ）で示された、縦に塗布された電極を図示された切断線で横に切断した電極ページの積層体を示している。電極ページは、同じ塗布領域を有し、同様の大きさおよび形状の複数の電極ページが得られるように切断されている。
【００１０】
図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示された電極積層体の電極ページの少なくとも１つの塗布されていない領域に溶接（または他の方法で接続）される全体的な集電体を示す。全体的な集電体は、積層体配列に複数の電極ページを維持し、電極ページ全ての間に電気的に接続されている。最終的には、図２（ｄ）は、カソード活物質またはアノード活物質のいずれかを使用することにより、カソードおよびアノードの両方に同様に作製され得る電極のブックレットを示す。図２（ｄ）において、電極ブックレットは折り畳まれた状態にある。
【００１１】
図３（ａ）は、ブックレットの積層型電極ページを混ぜ合せる状態を示す。セパレータ部材は、ストリップの縦の端部がカソードおよびアノード層に対して中心線に平行となる連続ストリップとして実装される。セパレータロールは前後に動き、セパレータ部材は、カソードおよびアノードブックレット由来の各アノード層とカソード層との間に連続して配置される。図３（ｂ）は最終の電極積層体の構造を示し、これを積層された電極組立体とする。図２（ａ）〜２（ｄ）に示される電極ブックレットの製造方法および図３（ｂ）に示される最終の積層された電極組立体は、通常、最終電極組立体の厚さが約２ｃｍ未満の薄い電極積層体が理想的である。セパレータ部材がロール上の連続ストリップとして示され、記載されているが、本発明の実施において、電極を分離するために、個々のシートのセパレータ部材を有し、またはアノード活物質、カソード活物質またはその両方でポリマー材料を有するものなどを表面に塗布することが可能である。
【００１２】
しかし、厚い電極積層体では（全体的な電極積層体では約２ｃｍ以上）、多数の層が一緒に積層されているが、層が一定の長さで制限されるため、電極ブックレットの前端部が垂直の積層された電極組立体が得られるほど十分に重畳されない恐れがある。積層された電極組立体の各電極の前端部の位置は、最終の電池の容量の一貫性および電池容量の最大化を確実にする意味で重要である。電極端部を有し、塗布部分が互いの上に垂直に積層体される、多数の層を有する電極ブックレットを作製する方法および垂直の積層された電極組立体を形成する方法について以下に説明する。
【００１３】
図４（ａ）は傾斜させて配置させた電極ページの積層を示し、すなわち、塗布部分は、垂直から選択された角度で積層される。最終の積層された電極組立体における非重畳問題は、最初の電極積層の傾斜で解決される。図４（ｂ）は、２つの全体的な集電体を示し、これらは、図に示す位置で交互に配列され、接続される。本実施形態において少なくとも１つの全体的な集電体を必要とする。左側の積層体を、右側の積層体の上部に折り畳むことにより、図４（ｃ）に示すように、新規な積層体（折り畳まれた電極ブックレット）が形成される。同様に、図４（ａ）に示される傾斜のついた積層体を図４（ｄ）に示すように単一の全体的な集電体に接着させ、繰り返し、左側の積層体を右側の積層体の上部に折り畳むことで図４（ｅ）に示す新規な積層体（折り畳まれた電極ブックレット）が得られる。図４（ｅ）の構造のように作製されたアノードブックレットおよび図４（ｆ）に示されたように、同じ構造を用いて作製されたカソードブックレットをとることにより、上記のようにシャッフル後に得られる積層された電極組立体が、図４(ｇ)に示すように直立するようになる。一般に、図４（ａ）および４（ｂ）に示されるように、傾斜角θはカソード、アノードおよびセパレータ部材の厚さから決定される。塗布部分が垂直に積層され、電極の端部が互いの上に正しく重畳される最終の積層された電極組立体を維持するため、傾斜角は約１〜８０°の範囲であってよい。繰り返すが、図４（ｇ）では、セパレータ部材がシャッフルに対して縦に配列され、セパレータ部材が積層時に各カソード層およびアノード層の間に保持されるものとする。さらに、図４（ｃ）および４（ｅ）に示すブックレットの作製時に利用されるプロセスは、全体的な集電体の構成（位置）および数に限定されないものとする。全体的な集電体の位置は、図２（ｃ）に示されるように塗布されていない部分の中央または図４（ｃ）および４（ｅ）に示されるように塗布されていない部分の片側に実装され得る。さらに図２（ｃ）において、全体的な集電体は電極ページの積層体の上部に示されるが、電極ページのいずれかの間または電極ページの積層体の底部に配置されることができる。
【００１４】
本発明の第２の実施形態には、同じ対称性をもつ積層された電極が一回の切断により得られる作製方法について記載されている。図４（ｂ）に示されるように電極ブックレットを例として挙げると、厳密に対称となる２つの半電極ブックレットは、図４（ｈ）に示されるように２つの全体的な集電体の間の位置で電極ページを完全に切断することで得ることができる。切断後、２つの半電極ブックレットが形成される。この方法により、アノードブックレットおよびカソードブックレットを最初に製造することで半アノードブックレットおよび半カソードブックレットを形成することができる。半アノードブックレットを半カソードブックレットとシャッフルし、同じ傾斜の配列で作製することができ、最終的には垂直方向の電極積層体を得ることができる（図４（ｉ）および４（ｊ）参照）。
【００１５】
厚さのある積層された電極組立体を作製する上記の方法に加え、厚さのある積層された電極組立体は、図５に示される、いくつかの薄いアノードブックレットおよびカソードブックレットを積層し、各ブックレットを主要負極および正極導電板に接着させることにより作製されることができ、この導電板は後にバッテリキャップの集電ポストに接続される。
【００１６】
本発明の特徴および利点として、
１．電極ブックレットは常に第１の工程として作製される。
２．関連の電極ブックレットは、２つの対称の積層体を形成する場合に、最終の電極積層体の厚さに拘らず、電極ページを使用し、複数回切断することなく、一回切断するのみで構成されることができる。これは費用削減だけでなく、品質保証の向上にも非常に重要である。
３．各電極の塗布されていない部分全体を全体的な集電体に溶接することができ、表面積の大きい電極であっても均一な電流分布が得られる。これは、高い速度能が得られ、熱生成を抑えるのに非常に重要である。
４．全体的な集電体への電極層の溶接は、アノードブックレットとカソードブックレットを積層する前に行われる。これにより、溶接プロセスを収率の高い、より信頼性のあるものにする。
５．電極積層体が、精密制御を必要とせず、非常に効率的になり得る。短時間の積層により、費用の削減が期待される。
６．積層体の不適切な精密さ、および配列決定、不適切な溶接ならびに溶接中の電極（特に、溶接プロセス時の集電体部分）を損傷する危険が減少するため、全体的な電極積層体の収率が高い。
７．縦方向のセパレータ部材が電極積層体の安定化を助け、それにより、特に方向が上下することによる振動時の電池の耐久性を強化する（図６（ａ）参照）。
【００１７】
上記の電池の構造および組立方法は、上記の電極ブックレットを使用して得られた電池の耐久性および収率を強化するためである。電池組立の方法および構造は、以下の実施例で説明する。
【００１８】
実施例Ｉ．アノードブックレットが１つおよびカソードブックレットが１つのみの場合（図３（ｂ）に示す構造参照）、電池の組立方法を以下に示す。
１．所定の幅の絶縁基板上で（カソードおよびアノードを含む）全体的な集電体を安定化させる。絶縁基板を図６（ａ）に示す。この絶縁基板はプラスチック製であってよく、金属ケースに対するブックレットの絶縁および積層された電極組立体の安定化の両方に使用される。
２．バッテリキャップ上に構成された集電ポストに安定化させた全体的な集電体を溶接する（もしくはボルトおよびナットまたは他の方法を使用する）（図６（ａ）参照）。
３．バッテリキャップおよび安定化させた積層された電極組立体を含む構造全体をバッテリ缶に挿入する（図６（ｂ）参照）。
４．レーザー溶接または他の同等の方法を使用してバッテリ缶を密封する。
５．バッテリキャップ上の充填ポート（口）を通してバッテリに電解質（液）を充填後、充填ポートを最後に密封する（図６（ｂ）参照）。
【００１９】
実施例II．アノードブックレットおよびカソードブックレットが複数の場合（図５に示される構造を参照）、組立の方法を以下に示す。
１．所定の幅の絶縁基板上でブックレットの（カソードおよびアノードを含む）全体的な集電体を安定化させる。絶縁基板を図６（ａ）に示す。この絶縁基板はバッテリ缶に対するブックレットの絶縁および積層された電極組立体の安定化の両方に使用される。
２．主要導電板に安定化させた積層された電極組立体を溶接する（もしくはボルトおよびナットまたは他の方法を使用する）（図５参照）。
３．バッテリキャップ上に構成された集電ポストに主導電板を溶接する（もしくはボルトおよびナットまたは他の方法を使用する）。
４．バッテリキャップおよび安定化させた積層された電極組立体を含む構造全体をバッテリ缶に挿入する（図６（ｂ）参照）。
５．レーザー溶接または他の同等の方法を使用してバッテリ缶を密封する。
６．バッテリキャップ上の充填ポート（口）を通してバッテリに電解質（液）を充填後、充填ポートを最後に密封する（図６（ｂ）参照）。
【００２０】
実施例II．において、工程１および２の順は、加工施設の設計に応じて入れ替えることができる。実施例IおよびIIに示されるプロセスは、本電池の組立方法の簡易な、効率の高い特性を示している。各プロセスを行う場合、本手順は、上記の順および方法に限定されない。
【００２１】
アノードおよびカソードブックレットからなる安定化させた積層された電極組立体の利点を以下に示す。
１．安定化させた積層された電極組立体の構造は、積層された電極ブックレットが分解後にバッテリキャップに接続することを予防するのに役立つ（たとえば、移動プロセスまたは溶接プロセスにおいて）。
２．バッテリキャップの集電ポストへの安定化させた積層された電極組立体の溶接（もしくはボルトおよびナットまたは他の方法を使用）は、従来の方法に比べ簡易で信頼性が高くなる（多数の電極タブを一緒に溶接し、これらのタブを限られた上部空間内の電池キャップ下の主要な負極および正極ポストに接着する場合に示される問題に関し背景技術の章で分析した従来の積層方法の不利な点を参照してください）。
３．安定化させた積層された電極組立体の構造は、バッテリキャップの集電ポストに不正確に溶接される（もしくはボルトおよびナットまたは他の方法を使用する）可能性を少なくするのに役立つ。
４．２に記載の利点により、バッテリキャップおよび安定化させた積層された電極組立体を含む構造全体のバッテリ缶への挿入が、円滑および効率的となる。
５．全体に、本記載の電池構造および加工方法を使用し、高い効率および収率で、信頼性に優れた、一貫した電池を構成することができる。
【００２２】
本発明の実施形態において、特定の材料、寸法、製造工程などが記載されている一方で、上記の教示に照らし、出願者の新規な貢献から逸脱することなく、種々の変形がなされ得る。それゆえ、本発明の範囲を決定する場合、付随の請求項の範囲を参照するものとする。
【図１（ａ）】
0005528481.tif 000002
【図１（ｂ）】
0005528481.tif 000003
【図２（ａ）】
0005528481.tif 000004
【図２（ｂ）】
0005528481.tif 000005
【図２（ｃ）】
0005528481.tif 000006
【図２（ｄ）】
0005528481.tif 000007
【図３（ａ）】
0005528481.tif 000008
【図３（ｂ）】
0005528481.tif 000009
【図４（ａ）】
0005528481.tif 000010
【図４（ｂ）】
0005528481.tif 000011
【図４（ｃ）】
0005528481.tif 000012
【図４（ｄ）】
0005528481.tif 000013
【図４（ｅ）】
0005528481.tif 000014
【図４（ｆ）】
0005528481.tif 000015
【図４（ｇ）】
0005528481.tif 000016
【図４（ｈ）】
0005528481.tif 000017
【図４（ｉ）】
0005528481.tif 000018
【図４（ｊ）】
0005528481.tif 000019
【図５】
0005528481.tif 000020
【図６（ａ）】
0005528481.tif 000021
【図６（ｂ）】
0005528481.tif 000022