(57)【要約】  電池(10)は、電池の第一の(12)電極と電気的に連絡している第一の(26)端子、電池の第二の(14)電極と電気的に連絡している第二の(21)端子、第一の端子から電気的に絶縁された電池缶、および電池缶と電気的に連絡している少なくとも１つの電流遮断デバイスを備える。電池缶は、互いに電気的に連絡しているセルケース(22)および蓋(24)を含む。電池缶の少なくとも一部分は、第二の端子の少なくとも一構成要素であるか、または第二の端子に電気的に接続されている。電流遮断デバイスは、第二の電極と電気的に連絡している第一の導電板(30)、および第一の導電板と電気的に連絡している第二の導電板(32)を含む。第二の導電板は、電池内部の圧力が所定の値より大きくなると第一の導電板から分離され、それにより第二の電極と第二の端子間の電流フローが遮断される。
2009543293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a)電池の第一の電極と電気的に連絡している第一の端子；
b)電池の第二の電極と電気的に連絡している第二の端子；
c)第一の端子から電気的に絶縁された電池缶、ここで、該電池缶の少なくとも一部分は、第二の端子の少なくとも一構成要素であるか、または第二の端子に電気的に接続されており、該電池缶は、互いに電気的に連絡しているセルケースおよび蓋を含む；ならびに
d)電池缶と電気的に連絡しており、
i)第二の電極と電気的に連絡している第一の導電板；および
ii)第一の導電板と電気的に連絡している第二の導電板、ここで、電池内部の圧力が所定の値より大きくなると第二の導電板が第一の導電板から分離され、それにより第二の電極と第二の端子間の電流フローが遮断される、
を含む少なくとも１つの電流遮断デバイスを備える電池。
【請求項２】
第一の端子が負端子であり、第二の端子が正端子である、請求項１記載の電池。
【請求項３】
第二の導電板が、電池外部の雰囲気と流体により連絡している、請求項１記載の電池。
【請求項４】
第二の導電板の上部に配置され、第二の導電板が電池外部の雰囲気と連絡している少なくとも１つの孔が設けられた端板をさらに含む、請求項３記載の電池。
【請求項５】
端板が電池缶の一部であり該電池缶内に第一および第二の導電板がある、請求項４記載の電池。
【請求項６】
端板が電池缶にある、請求項４記載の電池。
【請求項７】
電流遮断デバイスの少なくとも一部分が電池缶の蓋の凹部内に設置されている、請求項４記載の電池。
【請求項８】
電流遮断デバイスの少なくとも一部分が電池缶の構成要素である、請求項１記載の電池。
【請求項９】
電流遮断デバイスの少なくとも一部分が電池缶の一部分である、請求項１記載の電池。
【請求項１０】
電流遮断デバイスの少なくとも一部分が電池缶に圧印加工またはスタンピングされている、請求項１記載の電池。
【請求項１１】
第一の端子が電池缶の蓋またはセルケースの底面にある、請求項１記載の電池。
【請求項１２】
電流遮断デバイスが電池缶の蓋にある、請求項１１記載の電池。
【請求項１３】
第二の導電板の上部に配置され、第二の導電板が電池外部の雰囲気と流体により連絡する少なくとも１つの孔が設けられた端板をさらに含む、請求項１２記載の電池。
【請求項１４】
端板が電池缶の蓋の一部であり該電池缶内に第一および第二の導電板がある、請求項１３記載の電池。
【請求項１５】
第一および第二の導電板の少なくとも一方が、第一および第二の導電板が互いに電気的に連絡する少なくとも１つの突起部を有する、請求項１記載の電池。
【請求項１６】
電流遮断デバイスが、第一の導電板の一部分と第二の導電板の一部分との間に絶縁材をさらに含む、請求項１記載の電池。
【請求項１７】
第一の導電板および絶縁材の少なくとも一方が、電池内のガスが第二の導電板と流体により連絡する少なくとも１つの孔を含む、請求項１記載の電池。
【請求項１８】
第一および第二の導電板が、少なくとも１つの溶接またはスエージ接続部によって互いに接続される、請求項１記載の電池。
【請求項１９】
セルケースが、電池内部の圧力が所定の値より大きくなるとセル内のガスが放出され得る少なくとも１つの通気手段を含む、請求項１記載の電池。
【請求項２０】
電池缶がアルミニウムを含む、請求項１記載の電池。
【請求項２１】
第一の導電板および第二の導電板の少なくとも一方が、アルミニウム、ニッケルおよび銅からなる群より選択される少なくとも１種類の金属を含む、請求項１記載の電池。
【請求項２２】
電流遮断デバイスの各第一および第二の導電板がアルミニウムを含む、請求項２１記載の電池。
【請求項２３】
電池缶、第一の導電板および第二の導電板が実質的に同じ金属で作製されている、請求項１記載の電池。
【請求項２４】
電池缶、第一の導電板および第二の導電板が同じ金属で作製されている、請求項２３記載の電池。
【請求項２５】
同じ金属がアルミニウムである、請求項２４記載の電池。
【請求項２６】
電池缶のセルケースが柱状の断面形状を有する、請求項１記載の電池。
【請求項２７】
電池の容量が約3.3Ah/セル以上である、請求項１記載の電池。
【請求項２８】
電池が再充電可能である、請求項１記載の電池。
【請求項２９】
第一の端子または第二の端子のいずれかと電気的に連絡している正端子熱係数層をさらに含む、請求項１記載の電池。
【請求項３０】
正端子熱係数層が第一の端子と電気的に連絡している、請求項２９記載の電池。
【請求項３１】
正端子熱係数層が第一の導電層と第二の導電層の間にあり、ここで、第二の導電層の少なくとも一部分は、第一の端子の少なくとも一構成要素であるか、または第一の端子に電気的に接続されている、請求項３０記載の電池。
【請求項３２】
正端子熱係数層が電池缶の外部に配置される、請求項３１記載の電池。
【請求項３３】
正端子熱係数層が電池缶の蓋の上部にある、請求項３１記載の電池。
【請求項３４】
電流遮断デバイスが電池缶の蓋にある、請求項３３記載の電池。
【請求項３５】
電池の第一の電極を第一の端子に電気的に接続するフィードスルーデバイスをさらに含む、請求項３３記載の電池。
【請求項３６】
第一の導電層がフィードスルーデバイスに接続され、フィードスルーデバイスの上部にある、請求項３５記載の電池。
【請求項３７】
電池缶の蓋、第二の導電層および正端子熱係数層のそれぞれに、フィードスルーデバイスが第一の導電層に接続される通過孔が設けられた、請求項３６記載の電池。
【請求項３８】
フィードスルーデバイスは、蓋、第二の導電層および正端子熱係数層の各通過孔から電気的に絶縁されたが、
フィードスルーデバイスは第二の導電層と、正端子熱係数層と接している第一の導電層の表面の一部分によって、および正端子熱係数層と接している第二の導電層の表面の一部分によって電気的に連絡している、請求項３７記載の電池。
【請求項３９】
正端子熱係数層が第二の導電層の表面の一部分を覆い、それにより正端子熱係数層に覆われていない第二の導電層の表面の一部分が第一の端子としての機能を果たす、請求項３８記載の電池。
【請求項４０】
複数のセルを備える電池パックであって、各セルが、
a)電池の第一の電極と電気的に連絡している第一の端子；
b)電池の第二の電極と電気的に連絡している第二の端子；
c)第一の端子から電気的に絶縁された電池缶、ここで、該電池缶の少なくとも一部分は、第二の端子の少なくとも一構成要素であるか、または第二の端子に電気的に接続されており、該電池缶は、互いに電気的に連絡しているセルケースおよび蓋を含む；ならびに
d)電池缶と電気的に連絡しており
i)第二の電極と電気的に連絡している第一の導電板；および
ii)第一の導電板と電気的に連絡している第二の導電板、ここで、電池内部の圧力が所定の値より大きくなると第二の導電板が第一の導電板から分離され、それにより第二の電極と第二の端子間の電流フローが遮断される、
を含む少なくとも１つの電流遮断デバイス
を含む、電池パック。
【請求項４１】
各セルの容量が約3.3Ah/セル以上である、請求項４０記載の電池パック。
【請求項４２】
各セルの内部インピーダンスが約50ミリオーム未満である、請求項４０記載の電池パック。
【請求項４３】
セルが直列であり、並列に接続されたセルはない、請求項４０記載の電池パック。
【請求項４４】
少なくとも１つのセルが、柱状の断面形状を有するセルケースを含む、請求項４０記載の電池パック。
【請求項４５】
a)互いに電気的に連絡しているセルケースおよび蓋を含む電池缶内に第一の電極および第二の電極を配置する工程、ここで、該電池缶は第二の電極と電気的に連絡している；
b)第一の電極と電気的に連絡しており、電池缶から電気的に絶縁された第一の端子を形成する工程；
c)第二の端子を形成する工程、ここで、電池缶の少なくとも一部分は、第二の端子の構成要素であるか、または第二の端子に電気的に接続されている；ならびに
d)電池缶と電気的に連絡している電流遮断デバイスを形成する工程、ここで、電流遮断デバイスは、
i)第二の電極と電気的に連絡している第一の導電板；および
ii)第一の導電板と電気的に連絡している第二の導電板、ここで、電池内部の圧力が所定の値より大きくなると第二の導電板が第一の導電板から分離され、それにより第二の電極と第二の端子間の電流フローが遮断される、
を含む、電池の作製方法。
【請求項４６】
電流遮断デバイスが、第一の導電板の一部分と第二の導電板の一部分との間に絶縁材をさらに含む、請求項４５記載の方法。
【請求項４７】
電流遮断デバイスが少なくとも１つの孔が設けられた端板をさらに含み、導電性の蓋が第二の導電板と電気的に連絡している、請求項４５記載の方法。
【請求項４８】
第一の端子が、電池缶の蓋または電池缶のセルケースの底面に形成されている
、請求項４５記載の方法。
【請求項４９】
電流遮断デバイスが電池缶の蓋に形成されている、請求項４５記載の方法。
【請求項５０】
第一の端子が負端子であり、第二の端子が正端子である、請求項４５記載の方法。
【請求項５１】
第二の導電板が電池外部の雰囲気と連絡している、請求項４５記載の方法。
【請求項５２】
第二の導電板の上部に配置され、第二の導電板が電池外部の雰囲気と連絡している少なくとも１つの孔が設けられた端板をさらに含む、請求項５１記載の方法。
【請求項５３】
端板が電池缶の一部であり該電池缶内に第一および第二の導電板がある、請求項５１記載の方法。
【請求項５４】
第一の端子または第二の端子のいずれかと電気的に連絡している正端子熱係数層を電池缶の上部に配置する工程をさらに含む、請求項４５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、その全教示が参照により本明細書中に援用される、2006年6月27に出願された、米国特許仮出願60/816,775号の恩恵を主張する。
【０００２】
（参照による援用）
「Low Pressure Current Interrupt Device For Batteries」の名称で、代理人整理番号3853.1015-000のもと、2007年6月22日に出願された米国特許出願；「Lithium-Ion Secondary Battery」の名称で、代理人整理番号3853.1001-015のもと、2007年6月22日に出願された国際出願；2005年9月16日に出願された米国特許仮出願60/717,898号；2005年12月23日に出願された国際出願PCT/US2005/047383；2006年6月23日に出願された米国特許出願11/474,081号；2006年6月23日に出願された米国特許出願11/474,056号；2006年6月28日に出願された米国特許仮出願60/816,977号；2006年7月12日に出願された米国特許出願11/485,068号；2006年7月14日に出願された米国特許出願11/486,970号；および2006年10月19日に出願された米国特許仮出願60/852,753号は全て、その全体において参照により本明細書中に援用される。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
携帯用電子デバイスのLiイオン電池は、通常その使用に基づいて、異なる充電、放電および保管作業を受ける。Liイオンセル化学を使用する電池は、不適切に充電、保管されるかまたは高温にさらされた場合にガスを発生する。このガスは可燃性であり得、かかる電池の信頼性および安全性を損ない得る。電流遮断デバイス（CID）は、通常、電池の内圧が規定値よりも大きくなった場合に、電池の電流路を遮断することによって、電池内で増加する任意の過剰な内圧の保護を施すために使用される。通常、CIDはそれぞれが電気的に連絡している(in electrical communication)第一および第二の導電板を含む。次に、第一および第二の導電板は、電池の電極および端子のそれぞれと電気的につながる。電池の内圧が規定値よりも大きくなった場合、CIDの第二の導電板は第一の導電板から離れ（例えば、変形されるかまたは分離される）、電極と端子間の電流が遮断される。
【０００４】
しかしながら一般的に、電池内に組み込まれたCIDは、電池内の大きな空間により電池の容量を大きく制限する。さらに、一般的に、電池の負端子と電気的に連絡している正端子熱係数（PTC）層は、CIDにかぶさるように設置され、さらに電池内の空間も占有する。通常、PTC層は、電池外部のショート回路の保護を施すように、つまり過電流または過電圧が供給された場合に電流路を遮断して使用される。
【０００５】
したがって、電池の安全性のために、電池内のCIDにより占有される空間を最小限にして、CIDを提供するような新規の電池の設計が必要である。
【０００６】
（発明の概要）
本発明は、一般的に、電池の電池缶に電気的に連絡しているCIDが一体化された電池、複数のかかる電池（またはセル）を含む電池パック、およびかかる電池の作製方法に関する。
【０００７】
一態様において、本発明は、a)電池の第一の電極に電気的に連絡している第一の端子；b)電池の第二の電極に電気的に連絡している第二の端子；c)第一の端子と電気的に絶縁された電池缶であって、少なくとも一部が第二の端子の少なくとも構成要素であるかまたは第二の端子と電気的に接続された電池缶；およびd)電池缶と電気的に連絡している少なくとも1つのCIDを含む電池に関する。電池缶は、互いに電気的に連絡しているセルケースおよびフタを含む。CIDは、第二の電極と電気的に連絡している第一の導電板；および第一の導電板と電気的に連絡している第二の導電板を含む。一態様において、第二の導電板は、電池缶とも電気的につながれる。電池の内圧が規定値よりも大きくなった場合に、第二の導電板と第一の導電板は離れ、第二の電極と第二の端子の間の電流路が遮断される。
【０００８】
別の態様において、本発明は電池の作製方法に関する。該方法は、a)セルケースおよびフタを含む電池缶内に第一の電極および第二の電極を設置する工程、ここで電池缶は第二の電極と電気的につながれる；b)第一の電極と電気的につながれ電池缶とは電気的に絶縁された第一の端子を形成する工程；c)第二の端子を形成する工程、ここで電池缶の少なくとも一部が第二の端子の構成要素であるかまたは第二の端子電気的につながれる；およびd)電池缶と電気的に連絡しているCIDを形成する工程を含む。CIDは、i)第二の電極と電気的に連絡している第一の導電板；およびii)第一の導電板と電気的に連絡している第二の導電板を含む。電池の内圧が規定値よりも大きくなった場合に、第二の導電板と第一の導電板は離れ、第二の電極と第二の端子間の電流路が遮断される。
【０００９】
さらに別の態様において、本発明は、複数のセルを含む電池パックに関し、それぞれのセルは本発明の電池について上述された特徴を有する。
【００１０】
本発明の電池おいて、CIDが電池缶と電気的につながれるため、CIDの少なくとも一部は電池缶の一部であり得るか、または電池缶の外部にあり得、電池内のCIDに占有される空間が最小化される。また、いくつかの態様において、通常、電池の負端子と電気的につながれ、電池缶とは電気的に絶縁されるPTC層は、CIDとは別々に設置され得る。この設計により、電池缶内のさらなる空間が利用可能になり、より多くの正極活物質および負極活物質（例えば、ゼリーロール）が提供され電池のより高い容量が可能になる。セル容量の増加は、特に本発明の複数のセルを含む電池パック、および特に柱状(prismatic)セルにおいてかなりのものである。本発明の電池は、例えば、ラップトップコンピューターなどのパソコン、携帯電話およびハイブリッド自動車に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図1は、本発明の柱状電池の模式図である。
【図２】図2Aは、本発明の柱状電池の上面図を示す。図2Bは、本発明の柱状電池の断面図を示す。
【図３】図3は、本発明の電池パック内に一緒に設置された場合に、本発明の個々のセルがどのように好ましく接続されるかを示す、模式的回路である。
【図４Ａ】図4Aは、本発明の円筒形電池の模式図である。
【図４Ｂ】図4Bは、図4Aの円筒形電池の底部の底面図を示す。
【００１２】
（発明の詳細な説明）
前述のことは、添付の図面に示されるように、以下の本発明の例示的態様のより具体的な記載から明らかとなろう。図面は必ずしも共通の尺度ではなく、本発明の態様を例示を強調する。
【００１３】
本明細書で使用する場合、本発明の電池の「端子」は、外部の電子回路が接続される電池の部分または表面を意味する。
【００１４】
通常、本発明の電池は、第一の電極と電気的に連絡している第一の端子、および第二の電極と電気的に連絡している第二の端子を含む。第一の電極および第二の電極は、本発明の電池のセルケース、例えば「ゼリーロール」形態の中に含まれる。第一の端子は、電池の正電極と電気的に連絡している正端子、または電池の負電極に電気的に連絡している負端子のいずれかであり得、第二の端子についてはその逆である。好ましくは、第一の端子は電池の負電極と電気的に連絡している負端子であり、第二の端子は電池の正電極と電気的に連絡している正端子である。
【００１５】
本明細書で使用する場合、句「電気的に接続された」または「電気的に連絡している」は、電解液を介したLiなどのイオンの流れを含む対向した電気化学的な連絡などの、特定の部分が導電体を介した電子の流れにより、互いにつながれることを意味する。
【００１６】
図1は本発明の一態様の電池10を示す。図2Aおよび2Bは、電池10の上面図および断面図のそれぞれを示す。
【００１７】
図1に示すように、電池10は第一の電極12および第二の電極14を含む。第一の電極12は、第一の電極12の近位にある第一の構成要素18、および第一の電極12の遠位にある第二の構成要素20を含むフィードスルーデバイス16に電気的に接続される。電極12、14を、セルケース22およびフタ24を含む電池缶21の内部、つまりセルケース22およびフタ24に設けられた内部空間27に設置する。電池10のセルケース22およびフタ24は互いに電気的につながれている。
【００１８】
本明細書で使用する場合、用語「フィードスルー」は、任意の物質、またはセルケース22およびフタ24に設けられた内部空間27内の電池10の電極12と、内部空間を規定した電池外部の構成要素とを接続するデバイスを含む。好ましくは、フィードスルーデバイス16は、フタ24に設けられた通過孔を通って伸びる。フィードスルーデバイス16はまた、屈曲、ねじれおよび/または屈折などで変形することなく、フタ24を通過し得、セル容量を増加し得る。かかるフィードスルーデバイスの使用の1つの利点には、電流伝達つまみがセルケース内に屈折または屈曲されて内部電極に溶接された従来のリチウム電池と比較して、容積利用の増加によるセル容量の電位の増加（例えば、5〜15％）が挙げられる。当該技術分野に公知であるほかのいずれかの適切な手段を本発明に使用して、電極12と電池缶21の電池外部の構成要素、例えば電子の端子を接続することができる。
【００１９】
セルケース22およびフタ24は、本発明のリチウムイオン電池などの電池の所定の電圧で、電気的および化学的に実質的に安定な、任意の適切な導電性の物質で作製され得る。セルケース22の適切な物質の例としては、アルミニウム、ニッケル、銅、スチール、ニッケルめっき鉄、ステンレス鋼およびそれらの組み合わせが挙げられる。好ましくは、セルケース22はアルミニウム製であるかまたはアルミニウムを含む。フタ24の適切な物質の例は、セルケース22について列挙したものと同じである。好ましくは、フタ24はセルケース22と同じ物質で作製される。より好ましい態様において、セルケース22およびフタ24はアルミニウムで形成されるかまたはアルミニウムを含む。フタ24は、当該技術分野に公知の任意の適切な方法により、セルケース22を密封し得る。好ましくは、フタ24およびセルケース22は互いに溶接される。また、圧着（crimping）などのフタ24とセルケース22の当該分野に公知の電気的な接続の他の形態も本発明に使用できる。
【００２０】
電池缶21、例えばフタ24は、例えば絶縁ガスケット（示さず）により、フィードスルーデバイス16と電気的に絶縁される。絶縁ガスケットは、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニル（PVF）等の適切な絶縁物質により作製される。
【００２１】
電池缶21の少なくとも1つのセルケース22およびフタ24は、CID 28を介して電池10の第二の電極14と電気的につながれる。電池缶21、すなわちセルケース22およびフタ24は、電池10の第一の端子と電気的に絶縁され、電池缶21の少なくとも一部は電池10の第二の端子の少なくとも構成要素であるか、または第二の端子と電気的に接続される。好ましい態様において、フタ24またはセルケース22の底の少なくとも一部は、電池10の第二の端子として機能し、フィードスルーデバイス16は、第一の電極12と電気的に連絡している電池10の第一の端子として機能し得る上部導電層26を含む。第一の構成要素18、第二の構成要素20および上部層26はそれぞれおよび独立して、例えばニッケルなどの当該分野に公知の、任意の適切な導電性物質により作製され得る。
【００２２】
本発明の電池10はCID 28を含む。1つのCID 28が電池10に使用されるが、本発明には1つより多くのCID 28が使用され得る。CID 28は、互いに電気的に連絡している（例えば、溶接、圧着、鋲留め等により）第一の導電板30および第二の導電板32を含む。第一の導電板30は、第二の電極14と電気的につながれ、第二の導電板32は電池缶21、例えばフタ24と電気的に接続される。
【００２３】
CID 28において、電池内のゲージ圧が規定値、例えば約5kg/cm2〜約10kg/cm2よりも大きくなった場合、第二の導電板32は第一の導電板30と離れ（例えば、変形されるかまたは分離される）、第二の電極14と少なくとも一部が第二の端子の少なくとも一部であるかまたは第二の端子と電気的に接続される電池缶21の間の電流が遮断される。
【００２４】
好ましくは、第二の導電板32と第一の導電板30が離れる場合、第二の導電板32は壊れないので、電池10内のガスは第二の導電板32を通じて外には漏れない。内圧が高いままで保たれ、通気手段56の活性化の規定値に達した場合、後に詳述される1つ以上の通気手段56（例えば、セルの壁またはセルケース22の底部または第二の導電板32）を通って、電池10からガスが排出され得る。いくつかの態様において、通気手段56の活性化のゲージ圧の規定値、例えば約10kg/cm2〜約20kg/cm2は、CID 28の活性化の値、例えば約5kg/cm2〜約10kg/cm2よりも高い。この特徴により、正常に作動している隣接する電池（またはセル）に損傷を与え得る早発のガス漏れが防がれる。そのため、本発明の電池パック複数のセルの1つが損傷した場合、他の正常なセルは損傷しない。ゲージ圧力またはCID 28の活性化および通気手段56の活性化に適切な下位範囲は、選択された圧力と下位範囲が重ならないように、規定のゲージ圧範囲から選択されることに注意されたい。好ましくは、CID 28の活性化、ならびに通気手段56の活性化のゲージ圧の値または範囲は、少なくとも約2kg/cm2圧力差、より好ましくは少なくとも約4kg/cm2、さらに好ましくは少なくとも約6kg/cm2、例えば約7kg/cm2で異なる。
【００２５】
好ましい態様において、CID 28は、さらに、第一の導電板30および第二の導電板32の間に絶縁体34（例えば、絶縁層または絶縁ガスケット）を含む。CID 28は、電池のセルケース22と電気的につながれる。CID 28において、電池の内圧が規定値、例えば、約5kg/cm2〜約10kg/cm2の範囲の内部ゲージ圧よりも大きくなった場合、第二の導電板は第一の導電板と離れ（例えば、変形されるかまたは分離される）、第二の電極と第二の端子間の電流が遮断される。
【００２６】
別の好ましい態様において、少なくとも1つの第一の導電板30およびCID 28の絶縁体34は、電池10内のガスが第二の導電板32と連結される少なくとも1つの孔（例えば、図1の孔36または38）を含む。
【００２７】
具体的な態様において、CID 28は、第二の導電板32にかぶさるよう配置され、第二の導電板32が電池の外気とつながる少なくとも1つの孔42が設けられた端板40をさらに含む。より具体的な態様において、図1に示されるように、端板40は電池缶21の一部であり、端板40は電池缶21のフタ24の一部である。別のより具体的な態様において、端板40は、電池10の電池缶21、例えば、電池缶21のフタ24の上、下またはフタ24に存在し、電池缶21と電気的につながる。
【００２８】
本発明のCID 28は、電池缶21内に配置されるか、あるいはCID 28の一部は電池缶21の内部にあり、CID 28のその他の部分は電池缶21にあるかまたはその上にかぶさる。あるいは、CID 28は、溶接、圧着などの何らかの適切な手段により、フタ24と電気的に接続される。具体的な態様において、CID 28の少なくとも一部、第一および第二の導電板30、32、絶縁体34ならびに端板40は、電池缶21内部に設置される。別の具体的な態様において、CID 28の少なくとも一部、例えば第一および第二の導電板30、32、絶縁体34ならびに端板40は、電池缶21の凹所、例えばフタ24に位置する。さらに別の具体的な態様において、第一および第二の導電板30、32ならびに端板40の少なくとも1つは、電池缶21の一部、例えばフタ24、またはセルケース22の側部もしくは底部である。1つのより具体的な態様において、第一および第二の導電板30、32ならびに端板40の少なくとも1つは、電池缶21の一部、例えばフタ24、またはセルケース22の側部もしくは底部である。さらにより具体的には、第一および第二の導電板30、32ならびに端板40の少なくとも一つは、フタ24またはセルケース22の側部または底部、好ましくはフタ24に鋳造される（coined）かまたは貼り付けられる。別のより具体的な態様において、図1に示されるように、端板40はフタ24の一部であり（例えば、印圧加工されるかまたはスタンピングされる）、第一および第二の導電板30、32はセルケース22の内部に設置される。
【００２９】
第一の導電板30および第二の導電板32は、電池についての当該分野に公知の任意の適切な導電性物質で作製することができる。適切な物質の例としては、アルミニウム、ニッケルおよび銅、好ましくはアルミニウムが挙げられる。好ましくは、電池缶21（例えば、セルケース22およびフタ24）、第一の導電板30および第二の導電板32は、実質的に同じ金属で作られる。本明細書で使用する場合、用語「実質的に同じ金属」は、所定の電圧、例えば電池の操作電圧で実質的に同じ化学的および電気化学的安定性を有する金属を意味する。より好ましくは、電池缶21、第一の導電板30および第二の導電板32は、同じ金属、例えばアルミニウムで作製される。
【００３０】
セルケース22（例えばセルの壁部または底部）は、必要な場合、例えばリチウムイオン電池10内のゲージ圧が約10kg/cm2〜約20kg/cm2の値よりも大きくなった場合、内部空間27から通気をするための手段として少なくとも1つの通気手段56を含む。いくつかの態様において、第二の導電板32は、少なくとも1つの通気手段56を含む（示さず）。通常の電池操作条件において通気手段が密封式のシールを提供するのであれば、任意の適切な種類の通気手段を使用することができると理解されよう。通気手段の種々の適切な例は、その全教示が本明細書において参照により援用される、2005年9月16日に出願された米国特許仮出願60/717,898号に記載される。
【００３１】
通気手段56の具体的な例としては通気切れ目（score）が挙げられる。本明細書で使用する場合、用語「切れ目」とは、セルの圧力および任意の内部セル成分が所定内部ゲージ圧（例えば、約10〜約20kg/cm2）で放出されるように設計されるセルケース22などのセルケースの（1つ以上の）区画の部分的な切れ目のことを意味する。好ましくは、通気切れ目は、ユーザー/または隣接するセルから離れて指向的（directionally）に設置される。示されるように、1つより多くの通気切れ目を用いることができる。いくつかの態様において、パターン通気切れ目が用いられ得る。通気切れ目は、セルケース22の形状の作製時に、セルケース物質の主な伸長（または引き伸ばし）方向に対して平行、垂直、対角であり得る。深さ、形状および長さ（大きさ）などの通気切れ目の特性も考慮される。
【００３２】
本発明の電池は、第一の端子または第二の端子のいずれかと電気的につながれる、好ましくは第一の端子と電気的につながれる正端子熱係数層（PTC）をさらに含み得る。適切なPTC物質は当該技術分野に公知である。一般的に、適切なPTC物質とは、規定の閾値よりも大きな電流にさらされた場合に、温度を上昇させて数オーダーの大きさ（例えば、104〜106以上）で導電性を減少する物質である。電流が適当な閾値よりも下がると、通常、PTC物質は実質的に初期電気抵抗に戻る。1つの適当な態様において、PTC物質は少量の多結晶質セラミックの半導体物質、またはPTC物質中に炭素粒状物が埋め込まれたプラスチックもしくはポリマーの切片を含む。PTC物質の温度が臨界点に達すると、半導体物質または炭素粒状物が埋め込まれたプラスチックもしくはポリマーが電流の障壁を形成し、電気抵抗の急激な増加が生じる。電気抵抗が急激に増加する温度は、当該技術分野に公知のようにPTC物質の組成を調整することで変化し得る。PTC物質の「操作温度」とは、PTCが最高電気抵抗〜最低電気抵抗のほぼ中間の電気抵抗を示す温度である。好ましくは、本発明で使用されるPTC層の操作温度は、約70℃〜約150℃である。
【００３３】
具体的なPTC物質の例としては、少量のチタン酸バリウム（BaTiO3）を含む多結晶セラミックおよびPTC中に埋め込まれた炭素粒状物を含むポリオレフィンが挙げられる。2種類の導電性金属層の間に挟まれたPTC層を含む市販のPTC積層体の例としては、Raychem Co製のLTPおよびLR4シリーズが挙げられる。通常、PTC層は、約50μm〜約300μmの厚さを有する。
【００３４】
好ましくは、PTC層は、フタ24または電池10の底部の全表面積の少なくとも約25％または少なくとも約50％（例えば、約48％または約56％）の導電性表面を含む。PTC層の導電性表面の全表面積は、フタ24または電池10の底の全表面積の少なくとも約56％であり得る。PTC層の導電性表面は電池10のフタ24の全表面積の100％までを占有することができる。あるいは、PTC層の導電性表面は電池10の底部の全部または一部を占有することができる。
【００３５】
PTC層は、セルの缶の内部または外部（例えば、セルケース22のフタ24または底部）、好ましくはセルの缶の外部、例えばセルの缶のフタ24の上に設置され得る。
【００３６】
好ましい態様において、PTC層は、第一の導電層および第二の導電層の間にあり、第二の導電層の少なくとも一部は第一の端子の少なくとも構成要素であるか、または第一の端子に電気的に接続される。より好ましい態様において、第一の導電層はフィードスルーデバイスに接続される。第一の導電層と第二の導電層の間に挟まれたかかるPTC層の適切な例は、その全教示が本明細書中に参照によって援用される、2006年6月23日に出願された米国特許出願11/474,081号に記載される。
【００３７】
好ましくは、本発明のセルは充電可能であり、例えば充電式リチウムイオンセルまたは電池である。
【００３８】
本発明のセルまたは電池は任意の適切な形状であり、例えば円筒形または柱状であり得る。いくつかの態様において、本発明の電池のセルは、図4Aおよび4Bに示されるように円筒形である（例えば、26650、18650または14500配置）。図4Bは、図4Aの電池10Aのセルケース22の底部を示す。これらの態様において、好ましくは、第一の電極12に電気的に連絡しているフィードスルーデバイス16の導電層26は、図4Bに示すように、セルケース22の底部に設置される。導電層26は電池10Aの第一の端子として機能し得る。これらの態様において、好ましくは、少なくとも1つの通気手段56がセルケース22の底部に設置される（図4B参照）。あるいは、通気手段56は第二の導電板32に設置され得る（示さず）。好ましい特徴を含む円筒形電池10Aのそれぞれの成分の特徴は、電池10について上述されるとおりである。
【００３９】
いくつかの他の態様において、本発明のセルまたは電池は、図1に示すように柱状である(積層または巻かれる、例えば183665または103450配置)。好ましくは、本発明のセルまたは電池は長円形の柱状である。本発明は全ての種類の柱状セルケースを使用し得るが、以下の2つの特徴にから長円形のセルが部分的に好ましい。
【００４０】
183665形状因子などの長円形の利用可能な内部容積は、同じ外部体積の積層を比較した場合、2つの18650セルの容積よりも大きい。電池パック中に集合させた場合、長円形のセルは、電池パックに占有されるより多くの空間を充分に利用する。これにより、現在当業界に見られるものと比較して、セル容量を無駄にすることなく、重要な特性特徴を増大し得る内部セル成分を変化させる新規の設計が可能になる。利用可能容積が大きいので、比較的高いサイクル寿命および高い速度容量を有するより薄い電極を使用することを選択することができる。さらに、長円形の缶は高い柔軟性を有する。例えば、長円形の缶は、円筒形の缶と比較して胴部のより多くの点で曲がり得、充電時にスタック圧が増加するにつれてより低い柔軟性が可能になる。高い柔軟性により、電極の機械的疲労が減少し、高いサイクル寿命が生じる。また、比較的低いスタック圧により、電池のセパレータの孔のつまりが改善され得る。
【００４１】
柱状の電池と比較して、長円形の電池では、比較的高い安全性を可能にする特に望ましい特徴が利用可能である。長円形によりゼリーロールにぴったりとフィットし、電池に必要な電解液の量が少なくなる。比較的少ない量の電解液により、誤用状況下で使用される反応物質が少なくなり、安全性が向上する。また、電解液の量が少なくなるのでコストが低くなる。断面が長方形になる積層型の電極構造を有する柱状の缶の場合、不必要な電解液を要することなく完全な容積利用が可能になるが、この種類の缶の設計は困難であるので製造の観点からはコスト高になる。
【００４２】
図3を参照すると、本発明のいくつかの態様において、本発明の複数のリチウムイオン電池（例えば、2〜5個のセル）を電池パック内に接続することが可能であり、電池（セル）のそれぞれは互いに直列、並列または直列および並列に接続される。本発明のいくつかの電池パックにおいて、電池間に並列な接続はない。
【００４３】
好ましくは、少なくとも1つのセルは、柱状のセルケース、より好ましくは図1に示すような長円形のセルケースを有する。より好ましくは、少なくとも1つのセルは183665配置を有する。好ましくは、電池パックのセルの容量は通常、約3.0Ah以上、より好ましくは約4.0Ah以上である。セルの内部インピーダンスは好ましくは約50ミリオーム未満、およびより好ましくは30ミリオーム未満である。
【００４４】
本発明のリチウムイオン電池および電池パックは、携帯用電動デバイス、例えば携帯用コンピューター、電動ツール、おもちゃ、携帯電話、カムコーダー、PDA等に使用することができる。リチウムイオン電池を使用する携帯用電子デバイスにおいて、それらの充電量は、通常、4.20V充電圧に設計される。従って、本発明のリチウムイオン電池および電池パックは、特に、これらの携帯用電子デバイスに使用可能である。
【００４５】
本発明はまた、上述のリチウムイオン電池などの電池の作製方法を含む。該方法は、上述のセルケースを形成する工程、および該セルケース中に第一の電極および第二の電極を配置させる工程を含む。上述の電流遮断デバイス（例えば、電流遮断デバイス28）を形成して、セルケースと電気的に接続する。
【００４６】
本発明のリチウムイオン電池の正電極および負電極ならびに電解液は、当該技術分野に公知の適切な方法により形成することができる。
【００４７】
負電極用の適切な負極活物質の例としては、該物質からリチウムがドープされるかまたはアンドープされる任意の物質が挙げられる。かかる物質の例としては炭素物質、例えば非グラファイト炭素、人工炭素、人工グラファイト、天然グラファイト、熱分解炭素、ピッチコークス、針状コークスや石油コークスなどのコークス、グラファイト、ガラス質炭素、またはフェノール樹脂、フラン樹脂もしくは同様物を炭化して得られる熱処理有機ポリマー化合物、炭素繊維ならびに活性炭が挙げられる。さらに、負極活物質としては、金属リチウム、リチウム合金およびそれらの合金または化合物が使用可能である。特に、リチウムと合金または化合物を形成し得る金属元素または半導体素子は、限定されないが、ケイ素またはスズなどの第IV族金属元素または半導体素子であり得る。特に、コバルトまたは鉄/ニッケルなどの遷移金属でドープされる不定形スズは、これらの種類の電池の負極物質として適切な金属である。比較的基本的な電位で、リチウムを酸化物からドープするかまたはアンドープする酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタンおよび酸化スズなどの酸化物ならびに窒素化物も同様に、負極活物質として使用可能である。
【００４８】
正電極用の適切な正極活物質としては、当該技術分野で公知の任意の物質、例えばニッケル酸リチウム（例えば、Li1+xNiM'O2）、コバルト酸リチウム（例えば、Li1+xCoO2）、かんらん石化合物（例えば、Li1+xFePO4）、マンガン酸スピネル（例えば、Li1+x9Mn2-y9O4（x9およびy9はそれぞれ独立して0以上、0.3以下である）またはLi1+x1(Mn1-y1A'y2)2-x2Oz1）（x1およびx2はそれぞれ独立して0.01以上、0.3以下であり；y1およびy2はそれぞれ独立して0.0以上、0.3以下であり；z1は3.9以上、4.1以下である）、およびそれらの混合物が挙げられる。適切な正極活物質の種々の例は、それら全ての全教示が参照により本明細書中に援用される、2005年12月23日に出願された国際出願PCT/US2005/047383、2006年7月12日に出願された米国特許出願11/485,068、および代理人整理番号3853.1001-015のもと、「Lithium-Ion Secondary Battery」の名称で2007年6月22日に出願された国際出願に見ることができる。
【００４９】
1つの具体的な態様において、本発明の正電極用の正極活物質はLi(1+x8)CoOz8などのコバルト酸リチウムを含む。より具体的には、本発明には約60〜90wt％（例えば、約80wt％）のLi(1+x8)CoOz8などのコバルト酸リチウム、および約40〜10wt％（例えば、約20wt％）のLi(1+x1)Mn2Oz1、好ましくはLi(1+x1)Mn2O4などのマンガン酸スピネル（例えば、約100〜115mAh/gを有する）の混合物が使用される。数値x1は0以上、0.3以下である（例えば、0.05≦x1≦0.15）。数値z1は3.9以上、4.2以下である。数値x8は0以上、0.2以下である。数値z8は1.9以上、2.1以上である。
【００５０】
別の具体的な態様において本発明の正極活物質は、Li(1+x8)CoOz8などのコバルト酸リチウム、および実験式Li(1+x1)(Mn1-y1A'y2)2-x2Oz1で表されるマンガン酸スピネルを含む混合物を含む。数値x1およびx2はそれぞれ独立して0.01以上、0.3以下である。数値y1およびy2はそれぞれ独立して0.0以上、0.3以下である。数値z1は3.9以上、4.2以下である。A'は、マグネシウム、アルミニウム、コバルト、ニッケルおよびクロムからなる群の少なくとも1種類である。より具体的には、コバルト酸リチウムおよびマンガン酸スピネルは、約0.95：0.05〜約0.9：0.1〜約0.6：0.4のコバルト酸リチウム：マンガン酸スピネルの重量比である。
【００５１】
さらに別の具体的な態様において、本発明の正極活物質は、100％のLi(1+x8)CoOz8などのコバルト酸リチウムを含む混合物を含む。
【００５２】
また別の特定の態様において、本発明の正極活物質としては、a)コバルト酸リチウム；b)ニッケル酸リチウム；c)Li(1+x1)(Mn1-y1A’y2)z-x2Oz1の実験式で表されるマンガン酸スピネル；d)Li(1+x1)Mn2Oz1またはLi1+x9Mn1-y9O4の実験式で表されるマンガン酸スピネル；およびe)Li(1-x10)A”x10MPO4の実験式で表されるかんらん石型化合物からなる群より選択される少なくとも１種類の酸化リチウムが挙げられる。x1、z1、x9およびy9の値は上記のとおりである。値x2は、0.01以上0.3以下である。y1およびy2の値は各々独立して、0.0以上、0.3以下である。A’は、マグネシウム、アルミニウム、コバルト、ニッケルおよびクロムからなる群の少なくとも１種類である。値x10は、0.05以上、0.2以下であるか、または値x10は、0.0以上、0.1以下である。Mは、鉄、マンガン、コバルトおよびマグネシウムからなる群の少なくとも１種類である。A”は、ナトリウム、マグネシウム、カルシウム、カリウム、ニッケルおよびニオブからなる群の少なくとも１種類である。
【００５３】
本発明において使用され得るニッケル酸リチウムは、Li原子もしくはNi原子のどちらか、または両方の少なくとも1種類のモディファイア（modifier）を含む。本明細書に用いられる場合、「モディファイア」とは、LiNiO2の結晶構造において、Li原子もしくはNi原子の位置、または双方を占める置換原子を意味する。一態様において、ニッケル酸リチウムは、Li原子のモディファイアまたはLi原子についての置換（「Liモディファイア」）のみを含む。別の態様において、ニッケル酸リチウムは、Ni原子のモディファイアまたはNi原子についての置換（「Niモディファイア」）のみを含む。さらに別の態様において、ニッケル酸リチウムは、LiおよびNiモディファイアの両方を含む。Liモディファイアの例としては、バリウム(Ba)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)およびストロンチウム(Sr)が挙げられる。Niモディファイアの例としては、Liに対するモディファイア、さらにアルミニウム(Al)、マンガン(Mn)およびホウ素(B)が挙げられる。Niモディファイアの他の例としては、コバルト(Co)およびチタン(Ti)が挙げられる。好ましくは、ニッケル酸リチウムは、LiCoO2で被覆されている。被覆は、例えば、傾斜（gradient）被覆またはスポットワイズ（spot-wise）被覆であり得る。
【００５４】
本発明において使用され得るニッケル酸リチウムの1つの特定の型は、Lix3Ni1-z3M'z3O2（式中、0.05<x3<1.2および0<z3<0.5、ならびにM'は、Co、Mn、Al、B、Ti、Mg、CaおよびSrからなる群より選択される1つ以上の元素である）の実験式で表される。好ましくは、M'は、Mn、Al、B、Ti、Mg、CaおよびSrからなる群より選択される1つ以上の元素である。
【００５５】
本発明において使用され得るニッケル酸リチウムの別の特定の型は、Lix4A*x5Ni(1-y4-z4)Coy4Qz4Oa（式中、x4は約0.1以上約1.3以下である；x5は0.0以上約0.2以下である；y4は0.0以上約0.2以下である；z4は0.0以上約0.2以下である；aは約1.5より大きく約2.1未満である；A*は、バリウム(Ba)、マグネシウム(Mg)およびカルシウム(Ca)からなる群の少なくとも1種類である；ならびにQは、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)およびホウ素(B)からなる群の少なくとも1種類である）の実験式で表される。好ましくは、y4は0より大きい。好ましい一態様において、x5は0と等しく、z4は0.0より大きく約0.2以下である。別の態様において、z4は0と等しく、x5は0.0より大きく約0.2以下である。さらに別の態様において、x5およびz4は各々独立して、0.0より大きく約0.2以下である。さらに別の態様において、x5、y4およびz4は各々独立して、0.0より大きく約0.2以下である。x5、y4およびz4が各々独立して、0.0より大きく約0.2以下であるニッケル酸リチウムの種々の例は、米国特許第6,855,461号および6,921,609号（その全教示は、参照により本明細書に援用される）に見られ得る。
【００５６】
ニッケル酸リチウムの具体例は、LiNi0.8Co0.15AlO.05O2である。好ましい具体例は、LiCoO2被覆LiNi0.8Co0.15Al0.05O2である。スポットワイズ被覆した正極では、LiCoO2がニッケル酸塩コア粒子を充分に被覆しない。LiCoO2で被覆されたLiNi0.8Co0.15Al0.05O2の組成は、組成において、Ni:Co:Al間の0.8:0.15:0.05比から自然に少し外れる。偏差は、Niでおよそ10〜15%、Coで5〜10%、およびAlで2〜4%であり得る。ニッケル酸リチウムの別の具体例は、Li0.97Mg0.03Ni0.9Co0.1O2である。好ましい具体例は、LiCoO2被覆Li0.97Mg0.03Ni0.9Co0.1O2である。LiCoO2で被覆されたLi0.97Mg0.03Ni0.9Co0.1O2の組成は、組成において、Mg:Ni:Co間の0.03:0.9:0.1比から少し外れ得る。偏差は、Mgでおよそ2〜4%、Niで10〜15%、およびCoで5〜10%であり得る。本発明において使用され得る別の好ましいニッケル酸塩は、Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2であり、それはまた「333型ニッケル酸塩」とよばれる。この333型ニッケル酸塩は、上記したように、任意にLiCoO2で被覆され得る。
【００５７】
本発明において使用され得るコバルト酸リチウムの適当な例としては、LiおよびCo原子の少なくとも1つのモディファイアで変更(modify)されるLi1+x8CoO2を含む。Liモディファイアの例は、ニッケル酸リチウムのLiについて上記の通りである。Coモディファイアの例としては、Liに対するモディファイアおよびアルミニウム（Al）、マンガン（Mg）およびホウ素（B）が挙げられる。他の例としては、ニッケル（Ni）およびチタン（Ti）が挙げられ、特に、Lix6M'(1-y6)Co(1-z6)M”z6O2（式中、x6は0.05より大きく1.2未満である；y6は0以上0.1未満である；z6は0以上0.5未満である；M'は、マグネシウム（Mg）およびナトリウム（Na）の少なくとも1種類である、ならびにM”は、マンガン（Mn）、アルミニウム（Al）、ホウ素（B）、チタン（Ti）、マグネシウム（Mg）、カルシウム（Ca）およびストロンチウム（Sr）からなる群の少なくとも1種類である）の実験式で表されるコバルト酸リチウムが、本発明において使用され得る。本発明において使用され得るコバルト酸リチウムの別の例としては、LiCoO2などの非変更Li1+x8CoO2が挙げられる。特定の一態様において、Mgがドープされた、および／またはZrO2もしくはAl2(PO4)などの屈折性のオキシドもしくはリン酸塩でコートされたコバルト酸リチウム(例えば、LiCoO2)。
【００５８】
使用される酸化リチウム化合物は、パッキングおよび他の生産関連特性を向上させると考えられるため、球状様形態を有することが特に好ましい。
【００５９】
好ましくは、各コバルト酸リチウムおよびニッケル酸リチウムの結晶構造は、独立して、R-3m型空間群（変形した（distorted）菱面体晶を含む菱面体晶）である。あるいは、ニッケル酸リチウムの結晶構造は、単斜晶系空間群（例えばP2/mまたはC2/m）中に存在し得る。R-3m型空間群において、リチウムイオンは「3a」部位（x=0、y=0およびz=0）を占め、遷移金属イオン（すなわちニッケル酸リチウム中のNi、およびコバルト酸リチウム中のCo）は「3b」部位（x=0、y=0、z=0.5）を占める。酸素は「6a」部位（x=0、y=0、z=z0、式中z0は金属イオンのモディファイア（１つまたは複数）を含む、金属イオンの性質によって変化する）に配置される。
【００６０】
本発明での使用に適したかんらん石型化合物の例は、一般的に、一般式Li1-x2A”x2MPO4（式中、x2は0.05以上、またはx2は0.0以上および0.1以上である；Mは、Fe、Mn、CoまたはMgからなる群より選択される1つ以上の元素である；ならびにA”は、Na、Mg、Ca、K、Ni、Nbからなる群より選択される）で表される。好ましくは、MはFeまたはMnである。より好ましくは、LiFePO4もしくはLiMnPO4、または両方が本発明に用いられる。好ましい態様において、かんらん石型化合物は、炭素などの比較的高い導電率を有する物質で被覆される。より好ましい態様において、炭素被覆LiFePO4、または炭素被覆LiMnPO4が本発明に用いられる。MがFeまたはMnであるかんらん石型化合物の種々の例は、米国特許第5,910,382号（その全教示は、参照により本明細書に援用される）に見られ得る。
【００６１】
かんらん石型化合物は、典型的に、充電／放電の際、結晶構造において小さな変化を有し、それにより、サイクル特性の点でかんらん石型化合物を優れたものとする。また、電池が高温環境に曝露された場合でさえ、一般的に安全性は高い。かんらん石型化合物（例えば、LiFePO4およびLiMnPO4）の他の利点は、それらの比較的低いコストである。
【００６２】
マンガン酸スピネル化合物は、LiMn2O4などのマンガン主成分を有する。マンガン酸スピネル化合物は、典型的に比較的低比容量（例えば、約110〜115mAh/gの範囲）を有するが、それらは電極に作製されると比較的高い電力送達を有し、より高温での化学反応性の点から典型的に安全である。マンガン酸スピネル化合物の別の利点は、それらの比較的低いコストである。
【００６３】
本発明において使用され得るマンガン酸スピネル化合物の1つの型は、Li(1+x1(Mn1-y1A'y2)2-x2Oz1（式中、A'は、Mg、Al、Co、NiおよびCrの1つ以上である；x1およびx2は各々独立して、0.01以上0.3以下である；y1およびy2は各々独立して、0.0以上0.3以下である；z1は、3.9以上4.1以下である）の実験式で表される。好ましくは、A'としては、Al3+、Co3+、Ni3+およびCr3+などのM3+イオンが挙げられ、より好ましくはAl3+である。Li1+x1(Mn1-y1A'y2)2-x2Oz1のマンガン酸スピネル化合物は、LiMn2O4のマンガン酸スピネル化合物と比較して、向上したサイクル能力（cyclability）および電力を有し得る。本発明において使用され得る別の型のマンガン酸スピネル化合物は、Li(1+x1)Mn2Oz1（式中、x1およびz1は各々独立して、上記と同じである）の実験式で表される。あるいは、本発明のマンガン酸スピネルとしては、Li1+x9Mn2-y9Oz9（式中、x9およびy9は各々独立して、0.0以上、0.3以下(例えば、0.05≦x9、y9≦0.15)；ならびにz9は3.9以上、4.2以下である）の実験式で表される化合物が挙げられる。本発明において使用され得るマンガン酸スピネルの具体例としては、LiMn1.9Al0.1O4、Li1+x1Mn2O4、Li1+x7Mn2-x7O4、ならびにAlおよびMgモディファイアを有する改変体が挙げられる。Li(1+x1)(Mn1-y1A'y2)2-x2Oz1型マンガン酸スピネル化合物の種々の他の例は、米国特許第4,366,215号、5,196,270号、および5,316,877号（その全教示は参照により本明細書に援用される）中に見られ得る。
【００６４】
本明細書に記載の適当な正極物質は、これが組み込まれるリチウムイオン電池の製造時に存在する実験式によって特徴付けていることに注意されたい。その後のその具体的な組成は、使用時に起こるその電気化学的反応(例えば、充電および放電)に従って変化することになることは理解されよう。
【００６５】
適切な非水性電解質の例としては、電解質塩を非水性溶媒中に溶解して調製した非水性電解液、固形電解質（電解質塩を含む無機電解質またはポリマー電解質）、および電解質をポリマー化合物等に混合または溶解して調製した固形もしくはゲル状電解質が挙げられる。
【００６６】
非水性電解質溶液は、通常、塩を有機溶媒中に溶解して調製される。有機溶媒には、一般的にこの型の電池に使用される、任意の適切な種類が含まれる。かかる有機溶媒の例としては、炭酸プロピレン(PC)、炭酸エチレン(EC)、炭酸ジエチル(DEC)、炭酸ジメチル(DMC)、1,2-ジメトキシエタン、1,2-ジエトキシエタン、γ-ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,3-ジオキサン、4-メチル-1,3-ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、アセテート、ブチレート、プロピオネート等が挙げられる。炭酸プロピレンなどの環状炭酸塩、または炭酸ジメチルおよび炭酸ジエチルなどの鎖状炭酸塩を使用することが好ましい。これらの有機溶媒は、単独で、または2種類以上を組み合わせて使用することができる。
【００６７】
また、電解質中に、VC（炭酸ビニル）、VEC（炭酸ビニルエチレン）、EA（酢酸エチレン）、TPP（リン酸トリフェニル）、ホスファゼン、ビフェニル（BP）、シクロヘキシルベンゼン(CHB)、2,2-ジフェニルプロパン(DP)、ホウ酸リチウムビス(オキサラート)（LiBoB）、硫酸エチレン（ES）および硫酸プロピレンなどの添加剤または安定化剤を存在させてもよい。構成、サイクル効率、安全性および寿命に関して電池に高い性能を付与し得るこれらの添加剤を、負極および正極の安定化剤、難燃剤またはガス放出剤として使用する。
【００６８】
物質がリチウムイオン伝導性を有する限りにおいては、固形電解質としては無機電解質、ポリマー電解質等を挙げることができる。無機電解質としては、例えば、窒素化リチウム、ヨウ化リチウム等を挙げることができる。ポリマー電解質は、電解質塩および電解質塩が溶解されたポリマー化合物から構成される。ポリマー電解質に使用されるポリマー化合物の例としては、ポリエチレンオキサイドおよび架橋ポリエチレンオキサイドなどのエーテル系ポリマー、ポリメタクリレートエステル系ポリマー、アクリレート系ポリマー等が挙げられる。これらのポリマーは単独で、または混合物の形態もしくは2種類以上のコポリマーの形態で使用し得る。
【００６９】
上述の非水性電解質溶液を吸収してポリマーがゲル化される限りにおいては、ゲル電解質のマトリクスは任意のポリマーであり得る。ゲル電解質に使用されるポリマーの例としては、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）、ポリビニリデン-コ-ヘキサフルオロプロピレン（PVDF-HFP）などのフルオロカーボンポリマー等が挙げられる。
【００７０】
ゲル電解質に使用されるポリマーの例としては、ポリアクリロニトリルおよびポリアクリロニトリルのコポリマーも挙げられる。共重合に使用されるモノマー（ビニル系モノマー）の例としては、酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、イタコン酸、水素化アクリル酸メチル、水素化アクリル酸エチル、アクリルアミド、塩化ビニル、フッ化ビニリデン、および塩化ビニリデンが挙げられる。ゲル電解質に使用されるポリマーの例としては、アクリロニトリル-ブタジエンコポリマーゴム、アクリロニトリル-ブタジエン- -スチレンコポリマー樹脂、アクリロニトリル-塩素化ポリエチレン-プロピレンジエン-スチレンコポリマー樹脂、アクリロニトリル-塩化ビニルコポリマー樹脂、アクリロニトリル-メタクリル酸樹脂、およびアクリロニトリル-アクリル酸コポリマー樹脂がさらに挙げられる。
【００７１】
ゲル電解質に使用されるポリマーの例としては、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレンオキサイドのコポリマー、および架橋ポリエチレンオキサイドなどのエーテル系ポリマーが挙げられる。共重合に使用されるモノマーの例としては、ポリプロピレンオキサイド、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチルが挙げられる。
【００７２】
特に、酸化-還元の安定性の観点から、ゲル電解質のマトリクスにはフルオロカーボンポリマーが好適に使用される。
【００７３】
電解質に使用される電解質塩は、この種の電池に適切な任意の電解質塩であり得る。電解質塩の例としては、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiB(C6H5)4、LiB(C2O4)2、CH3SO3Li、CF3SO3Li、LiCl、LiBr等が挙げられる。一般に、セパレータは電池の正極と負極を分離する。セパレータとしては、一般的にこの種の非水性電解質二次電池のセパレータを形成するために使用される任意のフィルム状物質、例えばポリプロピレン製、もしくはポリエチレン製の微小孔ポリマーフィルムまたは2つを重ね合わせた組み合わせを挙げることができる。また、固形電解質またはゲル電解質が電池の電解質として使用される場合、セパレータが設けられることは必ずしも必要ではない。特定の場合においては、ガラス繊維製もしくはセルロース材料製の微小孔セパレータを使用することもできる。セパレータの厚さは、典型的には9〜25μmである。
【００７４】
いくつかの特定の態様において、正極は、正極粉末を特定の比率で混合することによっても作製することができる。次いで、90wt％のこの混合物を、導電剤として5wt％のアセチレンブラック、および結合剤として5wt％のPVDFと混合する。スラリーを調製するために、混合物を、溶媒としてのN-メチル-2-ピロリドン（NMP）中に分散する。次いで、このスラリーを、典型的に厚さ約20μmのアルミニウム電流コレクタホイルの両面に塗布し、約100〜150℃で乾燥させる。次いで、乾燥させた電極をロールプレスにより引き伸ばし（calendared）、圧縮された正極を得る。正極としてLiCoO2のみを使用する場合、典型的には、94wt％のLiCoO2、3％のアセチレンブラック、および3％のPVDFを用いた混合物を使用する。陰極活物質として93Wt％のグラファイト、3wt％のアセチレンブラック、および結合剤として4wt％のPVDFを混合して負極を調製し得る。スラリーを調製するために、負極の混合物も、溶媒としてのN-メチル-2-ピロリドンに分散させた。負極の混合スラリーを、典型的に厚さ約10μmのストリップ状の銅製負電流コレクタホイルの両面に均等に塗布した。次いで、乾燥させた電極をロールプレスにより引き伸ばして、高密度負極を得る。
【００７５】
負極および正極、ならびに微小孔を有するポリエチレンフィルムで形成された厚さ25μmのセパレータを一般的に積層して、らせん状に巻き、らせん型の電極素子を作製する。
【００７６】
いくつかの態様において、例えばアルミニウム製の1つ以上の正極鉛ストリップを正の電流電極につなぎ、その後、本発明の電池の正の末端に電気的に接続させる。例えばニッケル金属製の負の導線は負の電極に接続されており、その後、フィードスルーデバイス16などのフィードスルーデバイスに連結させる。例えば1M LiPF6を有するEC：DMC：DECの電解質を、真空下で、らせん型に巻かれた「ゼリーロール」を有する本発明のリチウムイオン電池のセルケースに充填する。
【００７７】
均等物
本発明は、その好ましい態様に関して具体的に示され説明されるが、添付の特許請求の範囲に包含される本発明の範囲を逸脱することなく、形態および詳細において種々の変更が本明細書中になされ得ることが当業者には理解されよう。
【図１】
2009543293.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年10月18日(2008.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a)電池の第一の電極と電気的に連絡しており、負端子である第一の端子；
b)電池の第二の電極と電気的に連絡しており、正端子である第二の端子；
c)第一の端子から電気的に絶縁された電池缶、ここで、該電池缶の少なくとも一部分は、第二の端子の少なくとも一構成要素であるか、または第二の端子に電気的に接続されており、該電池缶は、互いに電気的に連絡しているセルケースおよび蓋を含む；ならびに
d)電池缶と電気的に連絡しており、
i)第二の電極と電気的に連絡している第一の導電板；および
ii)第一の導電板と電気的に連絡している第二の導電板、ここで、電池内部の圧力が所定の値より大きくなると第二の導電板が第一の導電板から分離され、それにより第二の電極と第二の端子間の電流フローが遮断される、
を含む少なくとも１つの電流遮断デバイスを備える電池。
【請求項２】
第二の導電板が、電池外部の雰囲気と流体により連絡している、請求項１記載の電池。
【請求項３】
第二の導電板の上部に配置され、第二の導電板が電池外部の雰囲気と連絡している少なくとも１つの孔が設けられた端板をさらに含む、請求項２記載の電池。
【請求項４】
端板が電池缶の一部であり該電池缶内に第一および第二の導電板がある、請求項３記載の電池。
【請求項５】
端板が電池缶にある、請求項３記載の電池。
【請求項６】
電流遮断デバイスの少なくとも一部分が電池缶の蓋の凹部内に設置されている、請求項３記載の電池。
【請求項７】
電流遮断デバイスの少なくとも一部分が電池缶の構成要素である、請求項１記載の電池。
【請求項８】
電流遮断デバイスの少なくとも一部分が電池缶の一部分である、請求項１記載の電池。
【請求項９】
電流遮断デバイスの少なくとも一部分が電池缶に圧印加工またはスタンピングされている、請求項１記載の電池。
【請求項１０】
第一の端子が電池缶の蓋またはセルケースの底面にある、請求項１記載の電池。
【請求項１１】
電流遮断デバイスが電池缶の蓋にある、請求項１０記載の電池。
【請求項１２】
第二の導電板の上部に配置され、第二の導電板が電池外部の雰囲気と流体により連絡する少なくとも１つの孔が設けられた端板をさらに含む、請求項１１記載の電池。
【請求項１３】
端板が電池缶の蓋の一部であり該電池缶内に第一および第二の導電板がある、請求項１２記載の電池。
【請求項１４】
第一および第二の導電板の少なくとも一方が、第一および第二の導電板が互いに電気的に連絡する少なくとも１つの突起部を有する、請求項１記載の電池。
【請求項１５】
電流遮断デバイスが、第一の導電板の一部分と第二の導電板の一部分との間に絶縁材をさらに含む、請求項１記載の電池。
【請求項１６】
第一の導電板および絶縁材の少なくとも一方が、電池内のガスが第二の導電板と流体により連絡する少なくとも１つの孔を含む、請求項１記載の電池。
【請求項１７】
第一および第二の導電板が、少なくとも１つの溶接またはスエージ接続部によって互いに接続される、請求項１記載の電池。
【請求項１８】
セルケースが、電池内部の圧力が所定の値より大きくなるとセル内のガスが放出され得る少なくとも１つの通気手段を含む、請求項１記載の電池。
【請求項１９】
電池缶がアルミニウムを含む、請求項１記載の電池。
【請求項２０】
第一の導電板および第二の導電板の少なくとも一方が、アルミニウム、ニッケルおよび銅からなる群より選択される少なくとも１種類の金属を含む、請求項１記載の電池。
【請求項２１】
電流遮断デバイスの各第一および第二の導電板がアルミニウムを含む、請求項２０記載の電池。
【請求項２２】
電池缶、第一の導電板および第二の導電板が実質的に同じ金属で作製されている、請求項１記載の電池。
【請求項２３】
電池缶、第一の導電板および第二の導電板が同じ金属で作製されている、請求項２２記載の電池。
【請求項２４】
同じ金属がアルミニウムである、請求項２３記載の電池。
【請求項２５】
電池缶のセルケースが柱状の断面形状を有する、請求項１記載の電池。
【請求項２６】
電池の容量が約3.3Ah/セル以上である、請求項１記載の電池。
【請求項２７】
電池が再充電可能である、請求項１記載の電池。
【請求項２８】
第一の端子または第二の端子のいずれかと電気的に連絡している正端子熱係数層をさらに含む、請求項１記載の電池。
【請求項２９】
正端子熱係数層が第一の端子と電気的に連絡している、請求項２８記載の電池。
【請求項３０】
正端子熱係数層が第一の導電層と第二の導電層の間にあり、ここで、第二の導電層の少なくとも一部分は、第一の端子の少なくとも一構成要素であるか、または第一の端子に電気的に接続されている、請求項２９記載の電池。
【請求項３１】
正端子熱係数層が電池缶の外部に配置される、請求項３０記載の電池。
【請求項３２】
正端子熱係数層が電池缶の蓋の上部にある、請求項３０記載の電池。
【請求項３３】
電流遮断デバイスが電池缶の蓋にある、請求項３２記載の電池。
【請求項３４】
電池の第一の電極を第一の端子に電気的に接続するフィードスルーデバイスをさらに含む、請求項３２記載の電池。
【請求項３５】
第一の導電層がフィードスルーデバイスに接続され、フィードスルーデバイスの上部にある、請求項３４記載の電池。
【請求項３６】
電池缶の蓋、第二の導電層および正端子熱係数層のそれぞれに、フィードスルーデバイスが第一の導電層に接続される通過孔が設けられた、請求項３５記載の電池。
【請求項３７】
フィードスルーデバイスは、蓋、第二の導電層および正端子熱係数層の各通過孔から電気的に絶縁されたが、
フィードスルーデバイスは第二の導電層と、正端子熱係数層と接している第一の導電層の表面の一部分によって、および正端子熱係数層と接している第二の導電層の表面の一部分によって電気的に連絡している、請求項３６記載の電池。
【請求項３８】
正端子熱係数層が第二の導電層の表面の一部分を覆い、それにより正端子熱係数層に覆われていない第二の導電層の表面の一部分が第一の端子としての機能を果たす、請求項３７記載の電池。
【請求項３９】
複数のセルを備える電池パックであって、各セルが、
a)電池の第一の電極と電気的に連絡しており、負端子である第一の端子；
b)電池の第二の電極と電気的に連絡しており、正端子である第二の端子；
c)第一の端子から電気的に絶縁された電池缶、ここで、該電池缶の少なくとも一部分は、第二の端子の少なくとも一構成要素であるか、または第二の端子に電気的に接続されており、該電池缶は、互いに電気的に連絡しているセルケースおよび蓋を含む；ならびに
d)電池缶と電気的に連絡しており
i)第二の電極と電気的に連絡している第一の導電板；および
ii)第一の導電板と電気的に連絡している第二の導電板、ここで、電池内部の圧力が所定の値より大きくなると第二の導電板が第一の導電板から分離され、それにより第二の電極と第二の端子間の電流フローが遮断される、
を含む少なくとも１つの電流遮断デバイス
を含む、電池パック。
【請求項４０】
各セルの容量が約3.3Ah/セル以上である、請求項３９記載の電池パック。
【請求項４１】
各セルの内部インピーダンスが約50ミリオーム未満である、請求項３９記載の電池パック。
【請求項４２】
セルが直列であり、並列に接続されたセルはない、請求項３９記載の電池パック。
【請求項４３】
少なくとも１つのセルが、柱状の断面形状を有するセルケースを含む、請求項３９記載の電池パック。
【請求項４４】
a)互いに電気的に連絡しているセルケースおよび蓋を含む電池缶内に第一の電極および第二の電極を配置する工程、ここで、該電池缶は第二の電極と電気的に連絡している；
b)第一の電極と電気的に連絡しており、電池缶から電気的に絶縁され、負端子である第一の端子を形成する工程；
c)正端子である第二の端子を形成する工程、ここで、電池缶の少なくとも一部分は、第二の端子の構成要素であるか、または第二の端子に電気的に接続されている；ならびに
d)電池缶と電気的に連絡している電流遮断デバイスを形成する工程、ここで、電流遮断デバイスは、
i)第二の電極と電気的に連絡している第一の導電板；および
ii)第一の導電板と電気的に連絡している第二の導電板、ここで、電池内部の圧力が所定の値より大きくなると第二の導電板が第一の導電板から分離され、それにより第二の電極と第二の端子間の電流フローが遮断される、
を含む、電池の作製方法。
【請求項４５】
電流遮断デバイスが、第一の導電板の一部分と第二の導電板の一部分との間に絶縁材をさらに含む、請求項４４記載の方法。
【請求項４６】
電流遮断デバイスが少なくとも１つの孔が設けられた端板をさらに含み、導電性の蓋が第二の導電板と電気的に連絡している、請求項４４記載の方法。
【請求項４７】
第一の端子が、電池缶の蓋または電池缶のセルケースの底面に形成されている
、請求項４４記載の方法。
【請求項４８】
電流遮断デバイスが電池缶の蓋に形成されている、請求項４４記載の方法。
【請求項４９】
第二の導電板が電池外部の雰囲気と連絡している、請求項４４記載の方法。
【請求項５０】
第二の導電板の上部に配置され、第二の導電板が電池外部の雰囲気と連絡している少なくとも１つの孔が設けられた端板をさらに含む、請求項４９記載の方法。
【請求項５１】
端板が電池缶の一部であり該電池缶内に第一および第二の導電板がある、請求項４９記載の方法。
【請求項５２】
第一の端子または第二の端子のいずれかと電気的に連絡している正端子熱係数層を電池缶の上部に配置する工程をさらに含む、請求項４４記載の方法。
【国際調査報告】
2009543293.tif 000008
2009543293.tif 000009
2009543293.tif 000010