(57)【要約】電気化学的蓄電装置を組み立てる際に使用されるタブの形成された電極シートを作製するに有益な装置および方法が記載されている。導電性タブを取付けるためのきれいな表面を提供するため、被覆電極シートの一部を、上記シートに熱および溶媒を接触させ、溶媒にさらされた領域において電極材料を機械的に取り除くことにより選択的に除去される。
2009537066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆シートの一部を選択的に除去するための装置であって、
(ａ)被覆電極シートを受けるための加熱面を有する加熱ステーションと、
(ｂ)上記被覆電極シートの選択された１以上の部分に対して溶媒を供給するために配置された溶媒塗布装置と、
(ｃ)上記被覆電極シートに接触し、上記被覆電極シートの熱および溶媒にさらされた部分から電極コーティングを除去するために配置されたスクレーパーと、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
上記溶媒塗布装置は、液体ポンプまたは溶媒吸収芯もしくは溶媒吸収パッドを備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
上記溶媒塗布装置は、スプレーディスペンサーもしくはローラーを備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
上記加熱面は、ベースに固定されたプレートであることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
上記ベースの本体に囲まれたカートリッジヒーターをさらに備えることを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項６】
上記スクレーパーがブレードもしくはブラシを備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項７】
温度制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項８】
上記加熱面に近接して配置された熱電対をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項９】
剥ぎ取られた被覆シートを持ち上げるために配置されたスプールをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１０】
当該装置の出口端において被覆シートの剥ぎ取られた部分に対して導電性タブを取付けるために配置されたタブ取付装置をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項１１】
上記タブ取付装置が溶接装置を備えることを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
被覆シートの一部を選択的に取り除くための方法であって、
(ａ)導電性基板と電極層とを含む被覆シートのある領域を加熱する工程と、
(ｂ)加熱の前、後もしくは加熱と同時に、加熱される被覆シートの当該領域において、上記電極層の選択された１以上の部分に対して溶媒を塗布する工程と、
(ｃ)下の導電性基板を露出させるため、上記の電極層の溶媒にさらされた部分を除去する工程と、を備えることを特徴とする方法。
【請求項１３】
上記被覆シートのある領域が約１００℃以上の温度まで加熱されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
上記溶媒が加熱されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
上記溶媒が、溶媒飽和芯もしくは溶媒飽和パッドから塗布されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
上記溶媒飽和芯もしくは溶媒飽和パッドが約１００℃以上の温度まで加熱されることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
上記溶媒は、散布もしくはローリングにより塗布されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１８】
熱フラックスおよび溶媒フラックスが反対方向に流れる滞留時間が達成されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１９】
上記滞留時間が約０.１秒〜約５秒であることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
上記電極層が、バインダーを含み、上記溶媒が上記バインダーを溶解もしくは膨潤することを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項２１】
上記電極層の溶媒にさらされた部分が機械的剥離により取り除かれることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項２２】
上記機械的剥離が、ブラッシングもしくはスクレーピングを含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
上記被覆シートをスプール上に巻き取る工程をさらに備えることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項２４】
上記の露出された導電性基板に対して導電性タブを取付ける工程をさらに備えることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項２５】
上記タブは、溶接、リベット打ち、もしくは圧接により取付けられることを特徴とする請求項２４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する出願
本願は、２００６年５月１２日に出願された米国仮出願第６０/７９９，８９４に対して優先権を主張する。これは、本明細書において引用して援用する。
【０００２】
技術分野
本開示内容は、電気化学的蓄電装置（バッテリー）の構造に関する。より詳細には、本開示内容は、バッテリーを組み立てる際に使用する電極シートを準備するための装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
電力を貯蔵・供給する装置は長い間使用され、一般的に、「バッテリー」という記載に分類されるように、当該装置には少なくとも一対の端子間に電位を与える電気化学的セルおよびセルの集電体が含まれる。当該端子は、電気的負荷（例えば直流ＤＣ）に対してエネルギーもしくは電力を供給するため、当該負荷に接続する。バッテリーには、乾電池、湿電池（例えば鉛酸電池）、および化学的に取得することができる起電力を通常電流に変換する他のタイプの装置が含まれる。
【０００４】
バッテリーは通常「１次」タイプと「２次」タイプとに分類することができる。１次バッテリーは、限られた電気化学的キャパシティーを有する使い捨ての装置であり、製造業者によってもたらされる。これは使い果たされ使用後廃棄される（例えば、バッテリーのハンドブック、著者デイビッドリンデンおよびトーマスレディ、マックグローヒルプロフェッショナルパブリッシング２００１）。２次バッテリーは、使用後、再充電することができ、そのため放電プロセスを逆方向に進めることにより、同じ電池を繰り返し使用することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バッテリーの放電率を増加させるため、電池は、そのアノードエレメント（負極）とカソードエレメント（正極）との間において大きな表面積を活用するように構成されている。ある１つのデザインには、アノードとカソードとの間でイオン伝導を可能とするため、電解質溶液に複数の平行板を配置することが含まれる。別のデザインは、アノードおよびカソードマテリアルの平面状の層状シートを多孔質膜で離隔し、その後当該層をロール状に巻く。これは、「ゼリーロール」と呼ばれ、コンパクトで機械的に安定なバッテリーを提供する。ロールバッテリーデザインにおいて、アノード、セパレータ、カソード、再びセパレータを交互に積層した複数層のシートが、バッテリーの空間的な考慮により容認されるように用いられ、アノードシートは、アノード端子に集合的に接続され、一方カソードシートは、カソード端子に集合的に接続される。当該装置は、円柱状に、もしくは角柱構造として知られている他の形状にロールさせてもよい。
【０００６】
装置全体は、硬い囲い、通常は円柱状のカンもしくは角柱状（矩形）のカンの中にパックされる。アノードおよびカソードマテリアルおよび端子は、電気的負荷に接続された意図された端子を除いて、バッテリーを短絡させるもしくは放電することを防止するため、電気接続が抑制される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
電気化学的蓄電装置を作製するに際して使用される装置および方法が提供される。基板と、該基板の一方の面もしくは両方の面に形成された電極層と、を含む被覆電極シートに導電タブを接続するための、改良された装置および方法が提供される。タブの取付けを可能とするため、電極材料が基板の選択された領域から取り除かれる。１以上の形態では、溶媒を電極材料にさらす間に被覆シートに熱を加えることにより、コーティング材料を除去した後、露出した基板の品質、マテリアルを取り除く速度および容易さを改善する。除去プロセスを完了するのに必要とされる時間の長さの大きな減少が観測される。１以上の実施の形態に係る方法および装置は、電気化学的蓄電装置を準備する際、アノード、カソード、もしくはその両方を処理するのに有用である。
【０００８】
第１の発明では、被覆シートの一部を選択的に除去するための装置を提供する。当該装置には、被覆電極シートを受ける加熱面を有する加熱ステーションが含まれる。溶媒塗布装置が、被覆電極シートの選択された１以上の部分に対して溶媒を塗布するために配置される。被覆電極シートに接触し、上記被覆電極シートの熱および溶媒にさらされた部分から電極コーティングを除去するためスクレーパーを配置する。
【０００９】
ある実施の形態では、当該溶媒塗布装置には、液体ポンプおよび溶媒吸着芯もしくは溶媒吸着パッド、またはスプレーディスペンサーもしくはローラーが含まれる。ある形態では、上記加熱面は、ベースに固定されたプレートである。また、ある形態では、上記ベースの本体にカートリッジヒーターが収容されている。また、ある形態では、当該装置には温度制御回路が含まれている。ある実施の形態では、当該装置には、例えば加熱面に隣接して配置された熱電対が含まれる。また、ある実施の形態では、当該装置はその出口端において、剥ぎ取られた被覆シートを処理するために配置された巻き取りスプールが設けられている。ある実施の形態では、当該装置には、被覆シートの剥ぎ取られた部分に対して導電タブを取付けるために配置されたタブ取付装置が含まれる。ある形態では、タブ取付装置には溶接機が含まれる。
【００１０】
第２の発明では、被覆シートの一部を選択的に取り除くための方法を提供する。当該方法は、導電性基板および電極層を含む被覆シートを準備する工程を含む。当該被覆シートのある領域に熱を加え、加熱される被覆シートの当該領域において電極層の選択された１以上の部分に対し溶媒を塗布する。溶媒は、加熱の前、後もしくはそれと同時に塗布する。電極層の溶媒が塗布された部分が除去され、下に配置された導電性基板が露出される。
【００１１】
ある実施の形態では、被覆シートのある領域が、約１００℃以上の温度まで加熱される。ある実施の形態では、上記溶媒が加熱される。ある形態では、約１００℃以上の温度まで選択的に加熱された、溶媒飽和芯もしくは溶媒飽和パッドから溶媒が塗布される。ある形態では、当該溶媒は、散布によりもしくはローリング（ロール塗り）により塗布する。ある実施の形態では、熱フラックスおよび溶媒フラックスが反対方向に流れる滞留時間が達成される。例えば、滞留時間は約０．１秒〜約５秒である。ある実施の形態では、電極層はバインダーを含み、上記溶媒は当該バインダーを溶解しもしくは膨潤させる。ある実施の形態では、電極層の溶媒露出部分は、例えばブラッシング（ブラシがけ）もしくはスクレーピング（擦り落とし）による機械的研磨によって取り除かれる。ある形態では、当該方法は、さらに、例えば溶接（具体的には抵抗溶接もしくは超音波溶接）、リベット打ち、圧接により、露出された導電性基板に対して導電性タブを取付ける工程を含む。ある実施の形態では、処理された被覆シートは、スプールに巻きつけられる。
【００１２】
次の図面は例示するためのものであって、限定することを意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、ロールされた電気化学的蓄電装置を例示している。
【図２】図２は、図１のロールされた装置の一方の端部を例示しており、複数のタブがここから延びている。
【図３】図３は、１以上の実施の形態に係る加熱アセンブリーの斜視図である。
【図４】図４は、１以上の実施の形態に係る被覆電極シートからコーティングを選択的に除去するための装置の概略を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、１以上の実施の形態に係る被覆電極シートからコーティングを選択的に除去するための装置の斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、１以上の実施の形態に係る被覆電極シートからコーティングを選択的に除去するための装置の斜視図である。
【図６】図６は、図１および２の装置を巻き付けるためのシステムを例示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
上述したように、バッテリーは、本願により要求されるような様々な形状に活性材料（アノード、カソード）の層を一緒に巻き付け、膜の層を離隔することにより形成されている。あるものは円柱状にロールされ、一方、他のものは、矩形もしくは他の形状の断面を有し、「角柱の」形状を有すると言える。以下に詳細に説明するように、あるバッテリーは、それぞれの電極層から延びる導電性タブを用いて、端子を形成し、外部コネクターとバッテリーのハウジングとを接続する。
【００１５】
図１は、バッテリー装置１００の一部を示している。アノード１０４およびカソード１０８のストリップもしくはシートがセパレーター膜１０６により分離されている。例示された実施の形態には、１つのアノード層１０４と１つのカソード層１０８とが含まれているが、別の実施の形態ではこれらの層が複数含まれている。アノード１０４とカソード１０８の組成は、バッテリーの特定のタイプに依存し、導電性基板上において電気活性材料の層が含まれている。電気化学的材料層は概してバインダー、任意的に当該技術分野において知られた付加的な導電性材料、具体的には炭素が含まれる。１以上の実施の形態では、上記基板は集電体としての機能を果たす。適切な基板の非限定的な具体例には、アルミニウム、ステンレス鋼、チタニウム、黒鉛繊維、もしくは電極ポテンシャルにおいて電気化学的に安定な他の電気伝導性集電体シートマテリアルが含まれる。
【００１６】
それぞれのカソード１０８には、例えばアルミニウムからなり、カソード１０８から延びるカソード導電性タブ１１４が含まれる。カソード１０８は、導電性基板、具体的には集電体上に配置された電気的活性材料の層を含む。１以上の実施の形態では、リチウムイオンバッテリーのカソード層を形成する際に従来から使用されている材料を使用する。リチウムイオンバッテリーのための電気活性カソード材料の非限定的な具体例には、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉ０.２Ｃｏ０.８Ｏ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＮｉ０.３３Ｃｏ０.３３Ｍｎ０.３４Ｏ２、および（Ｌｉ，Ｎｂ）（Ｆｅ，Ｍｎ）ＰＯ４が含まれる。ある実施の形態では、カソードの電気活性材料としてＬｉＦｅＰＯ４が使用される。
【００１７】
アノード１０４は、導電性基板、具体的には集電体上に配置された電気活性材料層を含む。適切なアノード材料には、リチウムイオンバッテリーのアノード層を形成する際に従来から使用されてきた材料が含まれるが、これらに制限されるわけではない。有益なアノード材料の非制限的な具体例には、天然のもしくは合成のグラファイト、硬質カーボン、コークス、チタン酸リチウムスピネル、金属、および他の材料が含まれる。それぞれのアノード１０４には、アノード１０４から延びるアノード導電性タブ１１２が含まれる。例えば銅からなるアノードタブ１１２は、導電性を有し、アノード１０４に対して電気的および熱的結合を提供する。アノード導電性タブ１１２およびカソード導電性タブ１１４は、バッテリー装置１００の反対サイドに配置される。セパレーター膜１０６はポーラスであり、アノード１０４とカソード１０８との間においてイオンが輸送され、２つの電極を互いに絶縁する機能を果たす。
【００１８】
装置１００は、リボン状のマテリアル１０２を一緒に巻きつけゼリーロール１１０とすることにより形成される。バッテリーの端子に電気的に接続するため、例えばこれをロールする前に、複数の導電性タブ１１２、１１４を、溶接もしくは他の接続方法により当該構造体に、綿密に選択された間隔で挿入する。ある実施の形態では、超音波溶接もしくはレーザー溶接を用いる。ある実施の形態では、リベット打ちもしくは圧接を用いてタブを接続する。図２は、装置のアノード部分を示しており、バッテリー装置のロール部分１１０から延びる一群の集電タブ１１２を示している。例えばアルミニウムもしくはスチール等の従来からの材料からなるカン１２０は、ゼリーロールアセンブリーの全体を覆い、当該アセンブリーを機械的に防護し、汚染を防止し、ヒートシングとして機能し、電極端子（不図示）を提供する。作動中において、アノード材料１０４に接続し、その一端においてロール部分１１０から外側に延びる第１の一対のタブ１１２が、集合的にバッテリーデバイスのアノード端子を形成する。カソード材料１０８に接続し、その他端においてロール部分１１０から外側に延びる第２の一対のタブ１１４が、集合的にバッテリーデバイスのカソード端子を形成する。ある実施の形態では、同じ極性の導電性金属タブが、一緒に束ねられ、リベット打ち、圧接、もしくはネジによる固定、もしくはレーザー溶接もしくは抵抗溶接により、バッテリーの外部集電体および外部金属カン１２０のフラットボトムに取付けられている。電解質の液体もしくは電解質のジェルが、例えばカン１２０を密閉する前に、既知の技術を用いてバッテリーの内部に注入されるか、もしくは十分に充填した後に挿入されたカン１２０におけるポートにより注入される。
【００１９】
タブが取付けられたアノード１０４および／またはカソード１０８を形成するため、電気活性材料層の一部が電極の端部から取り除かれ、電気接触のためのきれいな表面が形成される。当該表面にそれぞれのタブが取付けられる。電極材料を取り除くことにより、導電性基板に対して導電性タブをしっかりと固定してそして密接に取付けることができる。バッテリー内における化学的反応により発生する電流は、当該基板を流れる。例えば、電気的溶接、レーザー溶接もしくは超音波溶接、リベット打ち、圧接、もしくは他の同様の技術により、基板、具体的には集電体の露出部分にタブが電気的に接続される。
【００２０】
電極導電性タブ１１２、１１４の取付けのための、被覆された電極シート１０４、１０８を準備するため、いくつかの方法を用いることができる。タブ取付けのための被覆無し基板を作製する既知の方法には、（１）コーティングプロセスの間、基板のある領域を意図的にきれいなまま（被覆されないまま）に保つ「遮断コーティング」、および（２）研磨手段により（溶媒の助けを借りてもしくは借りずに）、基板から被覆マテリアルを選択的に除去することが含まれる。これらの方法は、様々な理由のため、満足できるものではない。遮断コーティングは、タブ取付けのためのコーティングの基板ボイドを残すための有効な手段であるけれども、タブ配置の変更に対しては柔軟ではなく、電極キャパシティーに対して悪影響を与えるコーティングの無い領域が導電性基板シートの全幅に亘って延在することとなる。さらに、取付けられたタブの数は、電池のキャパシティーに大きな影響を与えないように制限される。選択的な除去は柔軟であるけれども、研磨方法では、時間が掛かり、品質が変動してしまう。タイトに吸着された電極材料を薄膜フィルムから取り除く場合、特に導電性の吸着向上コーティングにより予め処理された薄膜の両サイドに電極材料が被覆されている場合、典型的な研磨方法を用いて適切な品質を得ることは特に困難である。
【００２１】
これと対照的に、１以上の実施の形態に係る装置および方法は、本明細書において、両サイドにおいて電極材料がタイトに取付けられた、非常に薄い薄膜、具体的には約１０〜２０μｍの厚さの銅もしくはアルミニウムから、電極材料を迅速にそして良好に取り除くことを可能にする。１以上の実施の形態において、電極層の除去後の露出基板の品質、および上記基板から材料を取り除く速度およびその容易さは、電極材料に溶媒を塗布しつつ被覆シートに熱を加えることにより改善される。例えば加熱されたベースを用いることによって熱を加えることにより、室温プロセスと比較して、溶媒が基板から電極材料を除去するに必要な時間を減少させることができる。少なくともいくつかの場合で見られる付加的な利点は、電極材料を除去した後、基板（具体的にはホイル）が略ミラー同様の洗浄度を有するということである。基本的に、電極材料は、抵抗無く基板から剥がれ落ちる。さらに、当該加熱により残留溶媒が急速に蒸発することを補助する。また、スループット処理率において大きな利益が示される。ある実施の形態に係る加熱ベースを備えるプロセスおよび装置を使用することにより、同様の非加熱もしくは室温プロセスおよび装置（１分当たり７パーツ（すなわち、４つのタブの電極）のスループットが達成される）と比較して、タブが形成された電極の組立て速度が少なくとも４０％改善される。
【００２２】
１以上の実施の形態では、上記被覆シートに対して熱源から熱が加えられる。少なくともいくつかの実施の形態では、熱源は当該シートに接続されている。ある実施の形態では、当該熱源は被覆シートの基板側に取付けられている。熱源は、例えば加熱されたベースもしくはプレートである。別の実施の形態では、放射加熱もしくはレーザービーム予備加熱が予定される。１以上の実施の形態によれば、ベースプレートは、約６０℃以上、例えば約１００℃以上、約１１０℃以上、もしくは約１２０℃以上の温度まで加熱する。被覆電極シートは、加熱面にわたって電極層が除去され（そしてその後タブが取付けられ）た、シートの部分により位置決めされている。ある実施の形態では、加熱されたベースには、ベース温度を制御するために必要とされる熱およびフィードバックを与えるため、カートリッジヒーターおよび熱電対が設けられている。万一熱電対が破損もしくは切断された場合は、カートリッジヒーターへの出力リレーをオフにし、制御されない熱散逸の機会を排除する。ヒーターは、例えば機械加工できるセラミック材料を用いて、周りの支持構造体から絶縁される。
【００２３】
１以上の実施の形態では、図３の斜視図において例示されているように、加熱ステーション５００を用いる。当該ヒーターは、マウント４７を使用して固定されたベース４８を有する。プレート４９は、止めネジ５３によりベース４８に固定されている。ベース４８およびプレート４９は、カートリッジヒーター５０により加熱される。カートリッジヒーター５０はベース４８の本体に挿入される。任意の熱電対５１が示されており、当該熱電対はブロック４８に近接して搭載されている。熱電対は、ベースおよびプレートの温度を予め設定された温度に維持する。関連する制御回路により、確実に温度が制御され、オーバーヒーティングの抑制が補助される。使用時、被覆電極シートは、プレート４９の散布および加熱面を通過する。シートは、電極層が取り除かれる部分がプレート４９の加熱面上にくる位置まで進み、そしてその場所で止まる。一旦処理されると、当該シートは再び前進し、当該シートの残りの部分が処理される。
【００２４】
大抵の場合、基板からの電極コーティングの除去を容易にするためには熱だけではそれ程効果的ではないことが確認された。ある観測によれば、ある長い時間（例えば約１時間）に亘って加熱ベースに載置された被覆基板では、コーティング吸着において大きな減少は示されなかった。そのため、選択的コーティング除去を容易にするため、通常、加熱される領域において電極材料コーティングに溶媒を塗布する。少なくなくともいくつかの実施の形態では、溶媒塗布装置の形状により、除去されるコーティング領域のサイズおよび形状が与えられる。
【００２５】
ある実施の形態では、溶媒塗布システムが、電極材料が取り除かれる領域において電極シート表面に対して溶媒を塗布する。塗布される溶媒の量は、電極材料の所望の領域を除去することができるに十分なものであり、例えば洗浄される領域および電極の多孔性を考慮することにより、そして通常は過剰な溶媒を含めることにより、概算することができる。溶媒を塗布するための適切な方法の非限定的な具体例には、当該技術分野において知られた適切な方法、具体的には、散布、ポンピング、もしくは溶媒飽和パッドから塗布することが含まれる。ある形態では、溶媒塗布装置、例えば不織布もしくはフェルトのパッドを使用しつつ、電極シートは、加熱されたベースに接触する。ある実施の形態では、溶媒は、例えば機械的ポンプを用いることにより付加的にパッドに充填される。例えば、溶媒は、一定体積の液体がポンプチャンバ内において予め決められた体積だけ排出することにより供給される一定排出ポンプを使用して塗布される。溶媒は、除去される電極コーティング領域の適切なサイズおよび形状を有する、例えば芯もしくはパッド等の溶媒吸収可能基板に供給される。芯もしくはパッドは、予め決められた滞留時間だけ電極表面に接触する。ある実施の形態では、設定された体積の溶媒が、小径のチューブを使用して、散布の前に容器からパッドに対してくみ上げられ、電極に対して一貫した量を輸送することが促進される。別の実施の形態では、電極シートが、熱源に対して接触され、溶媒が散布、ドリッピング、ローリングもしくは他の塗布方法により塗布される。ある実施の形態では、例えば、加熱ベースとともに、溶媒により飽和された加熱パッドを使用して加熱する。ある実施の形態では、例えば基板が低い熱伝導率を有する場合に、電気ヒーターもしくは加熱された流体熱交換機を使用して、溶媒飽和パッドを約１００℃以上の温度まで加熱する。
【００２６】
溶媒は、例えば電極コーティングにおいてバインダーを膨潤もしくは溶解させることにより、基板からコーティングを剥離する。１以上の実施の形態では、電極層には、粉砕された１以上の活性材料、１以上の導電性添加物、例えば高比表面積のカーボン、およびポリマー性バインダー材料が含まれる。適切なバインダーの非限定的な具体例には、ポリ（ビニリデンジフルオライド）（ＰＶＤＦ）の、ホモポリマー、コポリマー、およびターポリマー、例えばカルボキシメチルセルロール（ＣＭＣ）等のセルロース材料を有するスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）エマルジョン、ポリ（エチレン酸化物）の、ホモポリマー、コポリマー、ターポリマー等が含まれる。適切な溶媒は、電極層を溶解もしくは膨潤させることができるものである。ある実施の形態では、溶媒は、電極コーティングに対して良好な溶解度を有し、例えば非プロトン性の極性溶媒である。１以上の実施の形態では、使用される溶媒は、ポリマー性バインダー材料の強力な膨潤溶媒もしくは良好な溶媒である。ある形態では、当該溶媒は、当該溶媒の揮発性を減少させるため（そして安全性を向上させるため）、使用される加熱ベースにより発生する温度より実質的に大きい沸点を有する。ある形態では、当該溶媒は、溶媒フラックスを増加させるため低い粘性を有する。適切な溶媒の非限定的な具体例には、約１３０〜１６０℃まで安全に加熱することができるＮ-メチルピロリドン（ＮＭＰ）（沸点２０２〜２０４℃）、モルフォリンＮ-オキサイド（ＭＮＯ）、ガンマブチロラクタン（γ-ＢＬ）、ジメチルサルフォキサイド（ＤＭＳＯ）、ジメチルフォルマイド（ＤＭＦ）、およびポリ（ビニリデンジフルオライド）（ＰＶＤＦ）もしくはそのコポリマーおよびターポリマーが含まれる。具体的には、ＰＶＤＦバインダーが使用されるときは、ＮＭＰおよびγ-ＢＬが有用な溶媒である。他の具体例としては、水溶性のバインダー混合物、例えばカルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）およびスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）エマルジョンが使用される場合は、膨潤剤もしくは可溶化剤として、水を用いる。キシレンおよびトルエンは、ＳＢＲ-ＣＭＣバインダーのための有用な溶媒の他の具体例である。
【００２７】
１以上の実施の形態では、熱フラックスおよび溶媒フラックスが反対方向に流れる滞留時間が達成され、基板/電極界面から電極層の一部のより完全でより速い膨潤および分離が促進される。例えば、溶媒がパッドから、電極層の上面多孔質表面へ加えられたとき、溶媒は上記多孔質電極層を介して上記基板まで流動/浸透するはずである。しかしながら、加熱ベースが被覆シートのもう一方の面にあるとき、加熱フラックスは、上記ベースから上記溶媒飽和パッドまで流動/浸透し、そのため２つのフラックス（熱フラックスおよび溶媒フラックス）は互いに向かい合うように流れる。そのため、溶媒により飽和された電極層の最も熱い部分は、基板/電極界面上にあり、ここでは溶媒の濃度が最も低い可能性がある。しかしながら、当該領域において温度を上昇させることにより、開口した上面よりも効果的に、限られた量の溶媒でバインダーを膨潤させることができる。滞留時間は、電極コーティングの厚さおよび密度並びにコーティング組成に依存して変化する。ある実施の形態では、滞留時間は、約０.１秒〜約５秒、例えば約１秒〜約３秒、もしくは約１秒〜約１.５秒の範囲で変動する。
【００２８】
他の実施の形態では、上述のように加熱されずに溶媒が被覆電極に塗布される。これは、電極コーティングを軟化させ、その選択除去を可能とするが、通常溶媒だけではより長い滞留時間が必要となる。ある場合では、滞留時間は、加熱が用いられる場合より約４０％以上長い。ある形態では、一方の電極、具体的にはカソードのために加熱プロセスが使用され、もう一方の電極のためには使用されない。
【００２９】
溶媒および/または熱へさらした後、膨潤したおよび/または軟化した電極材料を上記処理された表面から、具体的には機械的手段により取り除く。１以上の実施の形態では、上記処理された電極シートは、電極層除去スクレーピングステーションまで前進する。当該ステーションは、望ましくない材料を除去することができる装置を含む。本明細書において使用されるスクレーパーは、広く、機械的手段、具体的にはブレードもしくはブラシにより材料を取り除くことができる装置を意味する。ある具体的な装置には、研磨された金属ストリップもしくはエッジブレードを含み、これらは電極材料の表面に亘って引き回される。非制限的な具体例として、当該装置は、研磨されたエッジを有するスティールストリップ、具体的には４５°ダブルサイディッドべーベルを有する１／１６”ストリップである。ある形態では、当該ストリップは機械的アクチュエーターを介して取付けられそして配置される。例えば、モータが電極材料表面までスクレーパーを下降させ、それを表面に亘って移動させる。１以上の実施の形態では、当該スクレーパーは、電極シートの一方のエッジから他方のエッジに向けて移動し、ルーズな材料が当該シートのエッジから剥がれるまで当該スクレーパーを用いて当該ルーズな材料を引き上げる。ある実施の形態では、真空ピックアップを用いて、上記ルーズな材料を捕捉し微粒子のコンタミネーションを減少させる。
【００３０】
ある実施の形態では、処理された上記電極シートには、上面および下面の両方に電極活性材料の層を含む。この場合、被覆電極の一方の表面は処理され、そしてその後当該シートは、他方の表面を処理するために加熱およびスクレーピングステーションに再挿入される。
【００３１】
図４は、１以上の実施の形態に係る被覆電極シートの選択された部分から電極コーティングを取り除くための装置４００を例示している。被覆シートは、１つのリール４０２から他のリール４０４へと処理される。リール４０２、４０４の間において、シートは、溶媒散布装置４０６および加熱ベース４０８を含むステーション４０１を通過する。これらは、それぞれ被覆シートの選択された部分に対して溶媒および熱を加えるものである。その後、当該シートは複数のクリーニングステーション４１０まで進む。ここでは、熱および溶媒により処理されている当該シートの選択された部分から電極コーティイング材料が機械的に取り除かれる。洗浄に続いて、当該シートはリール４０４に巻き取られる。
【００３２】
図５Ａは、１以上の実施の形態に係る被覆電極シートの選択された部分から電極コーティングを取り除くための装置７００を例示している。当該装置には、溶媒を供給する溶媒ポンプ７１０、被覆電極シートの選択された部分に対して溶媒を塗布するためのフェルトパッド７１２、およびパッドホルダー７１４を含む溶媒散布システムが含まれる。内部コアヒーターを備える加熱ベース７２０を使用して、被覆電極シートの複数の領域に対して熱を加える。また、熱および溶媒にさらされた電極コーティングの選択された部分を取り除くためのスクレーピングアセンブリーが示されている。当該スクレーピングアセンブリーは、スクレーパーブレードマウント７３０、クロスウェブスクレーピングアクチュエーター７３２、およびスクレープ深さを制御するための精密リニアスライド７３４を含む。精密リニアスライド７３４は、サーボモータ７３６により駆動する。図５Ｂは、追加的に詳細を提供するものであり、溶媒を分配するための溶媒チューブ７１１、溶媒パッドアクチュエーター７１３、ウェブクランプス７３１、溶媒および熱にさらされた電極材料を除去するためのスクレーパーブレード７３３、ウェブクランプシリンダー７３５、およびスクレープアクチュエーター７３７を示している。
【００３３】
被覆電極シートの所望の領域において電極材料を除去した後、集電タブを、下の基板のクリーンな露出表面に取付ける。ある実施の形態では、上記洗浄され剥ぎ取られた電極シートは、スプール上に巻き取られる。そして上記シートは上記タブを取付けるために処理される。ある形態では、当該スプールは被覆電極シートを準備するための装置の支軸上に搭載された取り外し可能なスプールである。上記タブを取付けるための適切な方法の非制限的な具体例には、溶接（具体的には超音波溶接もしくはレーザー溶接）、リベット打ち、および圧接等の従来の方法が含まれる。きれいなホイル基板は良好な超音波溶接を促進する。タブが形成された電極シートが組み立てられ、例えば図１および２に示すような電気化学的蓄電装置とされる。
【００３４】
図６は、ここで記載されているロールバッテリー装置を組み立てるための具体的な装置および方法を例示している。スプール３０３および３０７は、セパレータシート材料１０６を保持する。スプール３０５は、タブが形成されたアノード電極シート材料１０４を保持し、スプール３０９はタブが形成されたカソード電極シート材料１０８を保持する。シート材料１０６、１０８および１０４はステーション３１１に集められる。タブが形成された電極基板を含む複数の当該シートはスプール３１５上で一緒に巻きつけられる。１以上の実施の形態では、バッテリーのロール部分１１０の製造を完成させるため、当該技術分野において知られる他の処理装置および／または工程を所望のように加えてもよい。
【００３５】
装置を組み立てるため、当該シートを一緒に巻きつけることは、シートもしくはシート状材料の１以上の層をスプールに一緒に巻きつけ、他の材料が散りばめられた、各材料のスパイラルコンフィグレーションとなるプロセスを包含する。最後の結果物は、形状において円柱状である必要はない。ある軸について巻設され、ロールされ、編み込まれることは、層が当該軸について正確な環状の層を形成することを必要としない。他のローリングもしくはスタッキング構造体、具体的には矩形状の断面コンフィグレーションが予定される。ある実施の形態では、当該ロールは一定の半径のサークルリングではなく、半径が増加するようなスパイラルを形成する。
【００３６】
従来のバッテリーデザインでは、概して高い電力供給に対して所望の結果を与えるために苦心しているが、ここで記載したように作製された、タブが形成された被覆電極を使用するあるバッテリーデザインでは、インピーダンスが減少したデザインを可能とする。当該デザインでは、高い電力および高い電流供給のための改善された電気的特性を提供する。バッテリーのインターナルおよびエンドキャップのより低い抵抗により、当該バッテリーからの熱発生および熱散逸を減少させる。例えば、２００６年９月５日に出願された、「バッテリーデザインおよびその構造のための方法」なる名称の同時継続中の米国特許出願第１１/５１５,５９７を参照。当該出願は本明細書において引用して援用している。
【００３７】
非限定的な具体例として、高い電力のため、ＬｉＦｅＰＯ４/グラファイトを有するＬｉイオン電池を作製する。電極は、従来のプロセスを使用して作製し、電気活性材料で集電体の両側を被覆する。例えば、両面性のカソードおよびアノードの膜厚は、それぞれ２００μｍと１００μｍである。アノード集電体およびカソード集電体の膜厚は約１０〜２０μｍである。セパレータの膜厚は、約２５μｍである。アルミニウムおよび銅の導電性タブは、それぞれ約０.１ｍｍ×４ｍｍと０.０１５ｍｍ×５ｍｍのディメンジョン（断面）を有し、アノードおよびカソードのそれぞれのエッジに沿って、互いに離れて離隔されている。ここで記載した方法および装置を使用して電極材料を集電体から選択的に取り除いた後、タブを取付ける。レーザー溶接を使用して、アノードおよびカソード集電体に対して導電性タブを取付ける。当該シートはロールされたバッテリーコンフィグレーションで、例えば「１８６５０」もしくは「２６６５０」セルサイズに同軸上に巻かれる。１８６５０セルタイプにおけるカソードとアノードとの長さは、それぞれ約５５ｃｍと約６１ｃｍである。２６６５０セルタイプにおけるカソードとアノードとの間の長さは、それぞれ約１５０ｃｍと約１５６ｃｍである。銅およびアルミニウムストラップ（８ｍｍ×０.１ｍｍ×２.０ｃｍ）を使用して、スチールカンおよびヘッダーのそれぞれに対してゼリーロールを挿入する。
【００３８】
本願の明細書をレビューすれば、当該技術分野おける当業者は、本発明の技術範囲から離れることなく、本願の様々な発明の開示内容の有益な修正および同等の代替を認識することができる。当該技術範囲は、上述の特定の実施の形態に限定されない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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