(57)【要約】【課題】  小型で、頑丈で、多機能性で、生産性の高い充電型電池セルを提供する。【解決手段】  セル設計は、最小限の内部体積をセルの不活性部品に提供する。これは、ひとつには、個々のセル部品に対して多数の機能性を与えることにより達成される。【選択図】  なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学的電池セル容器として用いられる金属缶であって、
第１及び第２の開口端部を画定する側壁と、
前記側壁の第１の開口端部に配置され、内面及び外面を有する第１の金属エンドキャップと、
前記第１のエンドキャップの外面にはんだ付けされた端子プレートと、
前記側壁の第２の開口端部に配置された第２の金属プレートと、
を含むことを特徴とする金属缶。
【請求項２】
前記第１の金属プレートはアルミニウムを含むことを特徴とする請求項１記載の金属缶。
【請求項３】
前記第１の金属プレートの外面は、ニッケルめっきされていることを特徴とする請求項２記載の金属缶。
【請求項４】
前記第１の金属プレートの端子プレートはニッケルを含むことを特徴とする請求項３記載の金属缶。
【請求項５】
前記ニッケルめっきは、約７５〜約１２５μｍの範囲の厚みを有することを特徴とする請求項３記載の金属缶。
【請求項６】
前記ニッケルめっきは前記第１の金属プレートに溶接されていることを特徴とする請求項４記載の金属缶。
【請求項７】
前記ニッケルめっきは抵抗スポット溶接または超音波溶接されていることを特徴とする請求項６記載の金属缶。
【請求項８】
前記第１の金属プレートは、前記側壁の第１の端部に溶接されていることを特徴とする請求項４記載の金属缶。
【請求項９】
前記第２の金属プレートは、閉じた端部を形成するために、前記側壁の第２の端部と一体化してあることを特徴とする請求項１記載の金属缶。
【請求項１０】
前記第２の金属プレートは、前記側壁の第２の端部に溶接されていることを特徴とする請求項８記載の金属缶。
【請求項１１】
前記第２の金属プレートは、圧着により前記側壁の第２の端部に封止されることを特徴とする請求項１記載の金属缶。
【請求項１２】
前記金属缶は円筒型であることを特徴とする請求項１記載の金属缶。
【請求項１３】
前記側壁及び第２の金属プレートは、アルミニウムを含むことを特徴とする請求項１記載の金属缶。
【請求項１４】
前記第１の金属プレートの外面及び内面のうち少なくとも一方に環状溝をさらに含み、前記環状溝が、前記第１の金属プレート内により薄い厚みの円弧を形成していることを特徴とする請求項１記載の金属缶。
【請求項１５】
前記環状溝は、前記第１の金属キャップの外周と前記はんだ付けされた端子プレートの間に配置されることを特徴とする請求項１４の金属缶。
【請求項１６】
前記円弧は、１５０〜３６０度の範囲にあることを特徴とする請求項１５記載の金属缶。
【請求項１７】
前記円弧は、３００〜１８０度の範囲にあることを特徴とする請求項１５記載の金属缶。
【請求項１８】
前記プレートは、予め設定されたレベルを圧力差を超えた場合に、円弧で破断することが可能である請求項１５記載の金属缶。
【請求項１９】
電気化学的電池セル容器において用いられるエンドキャップの製造方法であって、
内面及びニッケルめっきされた外面を有するアルミニウムのエンドキャップを提供し、
端子プレートを前記エンドキャップのニッケルめっきされた外面にスポット溶接し、
前記スポット溶接された端子プレートを前記エンドキャップにはんだ付けして、機械的に強い接合を形成することを
含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
はんだ付けは、リフローはんだ付けであることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記ニッケルめっきは、７５〜１２５μｍの範囲の厚みを有することを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項２２】
請求項１９記載の方法であって、さらに、
前記アルミニウムエンドキャップの外面及び内面のうち少なくとも一つに環状溝を挿入することを含み、前記環状溝がエンドキャップ内に薄い厚みの円弧を作製することを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記環状溝は前記エンドキャップ内にプレス加工により形成されることを特徴とする請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記環状溝は前記エンドキャップ内に切り込みにより形成されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
電気化学的装置において用いられる金属エンドキャップであって、
上面及び下面を有する金属エンドキャップと、
前記エンドキャップの上面にはんだ付け及びスポット溶接された端子プレートと、
を含むことを特徴とする金属エンドキャップ。
【請求項２６】
前記金属エンドキャップは、アルミニウムを含むことを特徴とする請求項２５記載の金属エンドキャップ。
【請求項２７】
前記エンドキャップの上面はニッケルめっきされていることを特徴とする請求項２６記載の金属エンドキャップ。
【請求項２８】
前記端子プレートはニッケルを含むことを特徴とする請求項２７記載の金属エンドキャップ。
【請求項２９】
前記ニッケル端子プレートは、７５〜１２５μｍの範囲の厚みを有することを特徴とする請求項２８記載の金属エンドキャップ。
【請求項３０】
電気化学的セルであって、
正極、負極、及び電解液を備える電極アセンブリと、
前記電極アセンブリを収容し、側壁並びに上面及び下面開口端部を備えるアルミニウム容器と、
前記アルミニウム容器の上面開口端部にレーザ溶接された第１のアルミニウムエンドキャップと、
前記アルミニウム容器の下面開口端部にレーザ溶接された第２のアルミニウムエンドキャップとを含み、前記第２のエンドキャップが、前記容器側壁の厚みよりも少なくとも５０％以上の厚みを有することを特徴とする電気化学的セル。
【請求項３１】
前記容器はアルミニウム合金を含むことを特徴とする請求項３０記載のセル。
【請求項３２】
前記第２のエンドキャップ内に、前記容器内部に電解液を導入するための中心部充填孔をさらに含むことを特徴とする請求項３０記載のセル。
【請求項３３】
電気化学的装置であって、
正極、負極及び電解液を備える電極アセンブリと、
前記電極アセンブリを収容し、少なくとも一つの開口を有する円筒型容器と、
前記開口を覆うように配置され、中心に配置された充填孔を画定するエンドキャップと、
前記中心に配置された充填孔を封止するように配置されたプラグと、
を含む電気化学的装置。
【請求項３４】
前記プラグは、前記装置を外部接続に接続するための端子として機能することを特徴とする請求項３３記載の装置。
【請求項３５】
前記プラグは、前記充填孔を封止するように配置された封止部材と、前記封止部材に押し当てられて液体不透過性封止部を形成することのできる変形可能な金属挿入部とを備えることを特徴とする請求項３４記載の装置。
【請求項３６】
前記中心に配置された充填孔は、前記充填孔中に嵌め込まれるように配置され、前記装置の内部に接続される注入口を介する供給部を備えることを特徴とする請求項３３記載の装置。
【請求項３７】
前記注入口を介する供給部は、
前記充填孔に相当する孔を画定し、前記エンドキャップの外面の一部に渡って延びる実質的に平坦なヘッド、及び前記円筒型容器の内部の中まで延びる中空軸を有するリベットと、
前記エンドキャップの内面に配置されて前記リベット軸の遠心部に係合するリベット裏張りと、
を含むことを特徴とする請求項３６記載の装置。
【請求項３８】
前記充填孔はさらに、
前記リベットとエンドキャップの間に配置されて、前記充填孔に相当する孔を画定する上面絶縁部材と、
前記エンドキャップとリベット裏張りの間に配置された下面絶縁部材と、
を含むことを特徴とする請求項３７記載の装置。
【請求項３９】
前記リベットはニッケルめっきされたスチールを含むことを特徴とする請求項３７記載の装置。
【請求項４０】
前記容器はアルミニウムを含むことを特徴とする請求項３７記載の装置。
【請求項４１】
前記エンドキャップはアルミニウムを含むことを特徴とする請求項３７記載の装置。
【請求項４２】
前記エンドキャップは前記装置の負極端部にあることを特徴とする請求項３７記載の装置。
【請求項４３】
前記エンドキャップは前記装置の正極端部にあることを特徴とする請求３７記載の装置。
【請求項４４】
前記プラグはプラスチックの封止部及び金属の挿入部を含むことを特徴とする請求項３４記載の装置。
【請求項４５】
前記エンドキャップは前記容器の開口端部に溶接されていることを特徴とする請求項３３記載の装置。
【請求項４６】
前記エンドキャップは前記容器の開口に溶接されていることを特徴とする請求項３３記載の装置。
【請求項４７】
前記容器はさらに、容器の対向端部にある第２の開口と、前記第２の開口を覆うように配置された第２のエンドキャップとを含むことを特徴とする請求項３３記載の装置。
【請求項４８】
前記第２のエンドキャップは、前記容器の第２の開口に溶接されていることを特徴とする請求項４７記載の装置。
【請求項４９】
前記第２のエンドキャップは、圧着封止により前記容器の第２の開口に封止されていることを特徴とする請求項４７記載の装置。
【請求項５０】
前記第２のエンドキャップはアルミニウムを含むことを特徴とする  請求項４７記載の装置。
【請求項５１】
電気化学的セルに電解液を充填する方法であって、
（ａ）円筒型容器に収容された正極及び負極を含み、少なくとも一つの開口を有する電気化学的アセンブリ、及び
前記開口を封止し、中心に配置された充填孔を画定するエンドキャップを提供することと、
（ｂ）充填孔を介して前記装置の内部に電解液を導入することと、
（ｃ）プラグで前記充填孔を封止すること、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５２】
前記充填孔を封止する工程は、
封止材を前記充填孔中に嵌め込むように配置することと、
変形可能な金属挿入部を前記封止された充填孔に押し入れること、
を含むことを特徴とする請求項５１記載の方法。
【請求項５３】
電気化学的装置であって、
前記電気化学的装置は、側面並びに上面及び下面を有する螺旋状に巻かれた電気化学的アセンブリを含み、前記電気化学的アセンブリは、
堆積した正極電気的活性材料の層を有し、コーティングされていない縁部を有する正極集電体と、堆積した負極電気的活性材料の層を有し、コーティングされていない縁部を有する負極集電体の間に挿入されたセパレータを含み、前記正極及び負極のコーティングされていない縁部が、螺旋状に巻かれたアセンブリの対向面にあり、
複数の導電タブが、前記正極集電体及び負極集電体のうち少なくともひとつの集電体のコーティングされていない部分と電気的接触し、かつ前記集電体から外側に伸びており、前記導電タブが螺旋状巻構造（spiral winding）の面の所定の領域に位置するように、前記正極集電体及び負極集電体のうち少なくともひとつの集電体のタブがそれぞれ離間していることにより、前記タブが螺旋状に巻かれた面の中心に向かって折られた際に互いに交差して、螺旋状巻構造の面の第２の対向する領域に折りこまれることを特徴とする電気化学的装置。
【請求項５４】
前記装置は正極及び負極の両方にタブを含むことを特徴とする請求項５３記載の装置。
【請求項５５】
前記タブは、螺旋状巻構造の面上で互いの１００度以内に並んでいることを特徴とする請求項５３記載の装置。
【請求項５６】
前記タブは、螺旋状巻構造の面上で互いの９０度以内に並んでいることを特徴とする請求項５３記載の装置。
【請求項５７】
前記タブは異なる長さを有することを特徴とする請求項５３記載の装置。
【請求項５８】
タブの長さは、折られた際に前記タブの端部が揃うように選択されることを特徴とする請求項５７記載の装置。
【請求項５９】
前記装置は各電極に４個のタブを備えることを特徴とする請求項５３記載の装置。
【請求項６０】
前記装置は各電極毎に３〜１０個のタブを備えることを特徴とする請求項５３記載の装置。
【請求項６１】
前記装置は電極の面積２００ｃｍ２当たり１個のタブを備えることを特徴とする請求項５３記載の装置。
【請求項６２】
各電極の前記タブは接続ストラップに固定されていることを特徴とする請求項５３記載の装置。
【請求項６３】
前記接続ストラップは、前記螺旋状に巻かれた電気化学的アセンブリを収容する筐体の端子に電気的に接続されていることを特徴とする請求項５７記載の装置。
【請求項６４】
電気化学的装置の組み立て方法であって、
セパレータを堆積した正極電気的活性材料の層を有する正極集電体と堆積した負極電気的活性材料を有する負極集電体の間に挿入して、多層電極アセンブリを形成し、
前記集電体の各々がコーティングされていない縁部を有し、複数の導電タブが、前記集電体のコーティングされていない部分と電気的接触し、かつそこから外側に伸びており、前記正極及び負極のコーティングされていない縁部が多層電極アセンブリの対向側にあることと、
選択された集電体のタブが螺旋状巻構造の所定領域内に並ぶように前記多層電極を螺旋状に巻くことと、
タブが互いに交差し、かつタブの端部が前記螺旋状巻構造の第２の非重複領域内に位置するように、選択された電極のタブを前記螺旋状巻構造の中心に向かって折ることと、
前記選択された電極の重複しているタブをタブの交差点を超えた箇所で集めることと、
前記選択された電極の集められたタブを接続ストラップに固定することを含むこと、
を含む方法。
【請求項６５】
タブの長さは前記集められたタブがその端子縁部に並ぶように選択されることを特徴とする請求項６２記載の方法。
【請求項６６】
前記タブが、前記螺旋状巻構造の所定の領域内に並ぶように、選択された電極上のコーティングされていない縁部上に離間していることを特徴とする請求項６２記載の方法。
【請求項６７】
前記タブは互いの９０度以内に並んでいることを特徴とする請求項６４記載の方法。
【請求項６８】
前記タブは互いの１００度以内に並んでいることを特徴とする請求項６４記載の方法。
【請求項６９】
前記タブは互いの１５０度以内に並んでいることを特徴とする請求項６４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して電気化学的電池セルに関する。より詳細には、本発明は小型で、頑丈で、多機能で、生産性の高い充電式電池セルに関連する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願
本出願は、２００５年９月２日に出願された、同時係属出願中である米国特許出願番号第６０／７１４，１７１号、発明の名称「電池セル構造及びその組み立て方法」に対して米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき優先権を主張し、その内容のすべてがここに参照により組み込まれる。
【０００３】
電気化学的セルの放電容量を増加させることは、電気化学的セル及び電池製造業者の現在進行中の目標である。しばしば、所定の種類のセルまたは電池の体積に制約を課す一定の最大外寸法が存在する。このような最大寸法は、産業基準、または装置内のセルまたは電池を置くことができる空間の量によって制限される。その体積のうち、電気化学的放電反応に必要な材料（電気化学的活性材料及び電解液）に利用可能な体積は、その他の不可欠であるが不活性の部品（例えば、容器、封止材、集電体、及びセパレータ）もまた体積を占めるため、その僅か一部である。反応生成物を収容するために、セル内にはある一定量の空隙体積も必要となり、上昇温度等その他の要因のために材料の体積が増加する。限定され、または設定された体積を有するセルまたは電池の放電容量を最大化するためには、不活性部品及び空隙体積を最小化することが望ましい。
【０００４】
従来の電池セルの構造は、一方の端部が開口した角型または円筒型セル缶と、セルの内部部品を外部から密封封止するために使用される適合した１つのセルエンドキャップが含まれる。セルのエンドキャップの構成及び構造並びにエンドキャップのセルの缶への取り付け方は、セルをどのように「活性化」するか、つまりどのように内部に電解液を満たすか、危険な高圧時にどのようにセルがガスを排気するか、またセルの内部活性材料をどのように外部電源端子に接続するかに直接影響を及ぼす。
【０００５】
典型的に、円筒型セルはまずセルの内部部品を電解液で満たし、次にエンドキャップを缶に取り付けることにより活性化される。セルを活性化させた後にセルの缶とセルのエンドキャップの間を頑丈に密封封止する試みは、電解液の存在によって複雑化する。このことは、この継ぎ手に溶接法を用いる場合に特に当てはまる。従来の円筒型電池セル構造は、圧着等の非溶接技術を用いることによってこの問題を回避し、電解液充填後にエンドキャップを缶に封止する。これらの圧着技術はセルの体積を効率的に利用せず、セルの全体のエネルギー容量を減少させる。
【０００６】
従来の角型セル設計は、セルを活性化させる前に、エンドキャップと缶の間に密封状態で体積効率の良い溶接接合部を形成する。典型的に、角型セルの活性化は、充填孔と呼ばれる封止されたエンドキャップの小さな開口を通して導入された電解液を内部部品に浸すことによって達成される。活性化の終了後、次にこの充填孔を種々の手段により密封封止する。溶接されたセル構造においては、この充填孔を密封封止する作業は困難である。典型的に、この封止は、部品及び硬化接着剤またはさらなる溶接部のようなものを追加することにより達成され、その結果、充填孔上にはセル使用中に管理しなければならない凸部が生じる。さらに、典型的にこの充填孔は、電源端子を優先的に中心に配置させるために、中心からずらして配置される。体積効率の良いセル設計においては、この充填孔の存在する壁の厚みは非常に薄いことが多いため、封止がより一層困難になる。結果的に、非常に制御しづらく、信頼性の低い、邪魔な充填孔封止部となってしまう。
【０００７】
電気化学的セルは、保存中、正常動作中、また特に強制的な深い放電等の一般的な乱用条件下において、また一次セルの場合には充電中に、ガスを発生する可能性がある。セルは制御された手段で内部圧力を放出するように設計されている。一般的な方法としては、内部圧力が所定のレベルを上回った際にセルからガスを放出する圧力放出機構、つまり通気孔が設けられる。該機構が確実に正常な機械的動作を行うようにするには、通気孔とその他のセルまたは電池部品との間に通常はクリアランスが必要となるため、圧力を放出するための通気孔はしばしば追加の内部体積が必要となる。
【０００８】
円筒型セルは、ある一定の内部圧力に達した際に、最初に電流の流れを切断し、次にセルがより高い内部圧力しきい値に晒された際に最終的に開くように設計された複合バルブを用いて通気を行う。バルブが作動した場合には、セルは通常使用不能であると考えられる。円筒型セルの通気機構は、エンドキャップに占める空間を少なくするために電池端子の下に「隠されて」いる傾向がある。その結果、セル容量のために使用され得たであろう貴重なセル体積を使い果たしてしまう上に、エンドキャップ内に、高圧時にガスを逃がすために設計された一連の小さな通気孔「窓」が生じてしまう。セルがこの種の事態に晒される際には、ガス以外の材料がこの通気孔から逃げようとして、しばしばこれらの窓が詰まってしまう。これによって通気の目的を果たせず、ガスを逃がすことを妨害してしまい、結局セルは臨界内部圧力に達してしばしば破裂してしまう。
【０００９】
角型セルの通気も円筒型セルと同じ理由から行われるが、通常は機構というよりもむしろより高い機械的応力集中の領域からなる。角型セルにおける典型的な通気孔の構造は、特定の圧力で開く構造孔である。角型セルに通気孔が存在したとしても、それらは充填孔及び電池端子とエンドキャップ空間を共有するために、典型的には意図的に非常に小さくされている。これらの小さな通気は、同様の詰まりと、最終的には同じ破裂を引き起こし得る。
【００１０】
電気化学的セルのもう一つの部品は集電体である。小型の導電集電体、つまりタブは、典型的にセルの内部活性材料とセルの外部電源端子の間を接続する。化学的互換性及び腐食の問題により、これらのタブはセルのアノード（−）またはカソード（＋）電位側にあるかどうかに依存して、幾つかの金属種に限定される。ほとんどの円筒型セルの缶がスチール合金からなるため、缶は強制的にアノード（−）電位側となる。これにより、活性内部アノード材料は、缶に溶接された簡易な集電体（タブ）により缶に直接接続されることが可能となる。典型的な円筒型セル設計においては、次に、活性内部カソード材料はエンドキャップ上の電源端子に接続される。典型的には、該エンドキャップはアルミニウム及びスチールの両方からなる複雑な複合構造である。
【００１１】
従来の角型電池エンドキャップ内に含まれる典型的な電池セルの特長には、製造工程中にセルの活性化を可能にする充填孔と、内部の危険な高圧時にセルのガス排気を可能にするバルブと、セルが電気を外部に流すことを可能にする電源端子とが含まれる。
【００１２】
従来の円筒型及び角型電池のこれら及びその他の制限に対処するための改善が望まれている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
小型で、頑丈で、多機能で、生産性の高い充電式電池セルを提供する。本発明のセル設計は、最小限の体積をセルの不活性部品に提供する。これは、ひとつには、多数の機能性を個々のセル部品に与えることにより達成される。
【００１４】
このセルの主なパッケージは、アルミニウム合金からなる。セルは正極端子及び負極端子に、外部接触とのきれいな接触または強い溶接接合を達成することできる二つの大きくて対称に中心に設けられた（symmetrically-centralized）電源端子を有している。これらの端子はセルの二つのエンドキャップに一体化した部分である。エンドキャップの一つまたは両方は、対称に中心に設けられた充填孔を介してセルを活性化させて（電解液を充填する）、セルを外部から密封封止する手段としても機能する。また、エンドキャップの一つまたは両方が、設計された通気孔の切り込み（score）を介して高圧内部ガスを排気することも可能にする。
【００１５】
本発明の一側面においては、電気化学的電池セルの容器として用いられる金属缶は、第１の及び第２の開口端部を画定する側壁と、側壁の第１の開口端部に配置され、内面及び外面を有する第１の金属エンドキャップと、第１のエンドキャップの外面にはんだ付けされた端子プレートと、側壁の第２の開口端部に配置された第２の金属プレートとを含む。
【００１６】
一または複数の形態においては、第１の金属プレートはアルミニウムを含み、及び／または第１の金属プレートの外面は、ニッケルめっきされ、及び／または第１の金属プレートの端子プレートはニッケルを含む。ニッケルめっきは、約７５〜約１２５μｍの範囲の厚みを有しており、及び／またはニッケルめっきは第１の金属プレートに溶接されており、及び／またはニッケルめっきは抵抗スポット溶接または超音波溶接されている。
【００１７】
本発明の一または複数の形態においては、第１の金属プレートは側壁の第１の端部に溶接されており、及び／または第２の金属プレートは、側壁の第２の端部と一体化して閉端部を形成し、及び／または第２の金属プレートは、側壁の第２の端部に溶接されており、及び／または第２の金属プレートは、圧着により側壁の第２の端部に封止されている。側壁及び第２の金属プレートはアルミニウムを含む。
【００１８】
一または複数の形態においては、金属はさらに、第１の金属プレートの外面及び内面のうち少なくともひとつに環状溝を含み、該環状溝は第１の金属プレート内により薄い厚みを有する円弧を作製する。
【００１９】
一または複数の形態においては、環状溝は第１の金属キャップの外周とはんだ付けされた端子の間に配置される。円弧は約１５０〜約３６０度の範囲にあるか、約３００〜約１８０度の範囲にある。プレートは、所定のレベルを超えた差圧に晒された際に円弧で破断することが可能である。
【００２０】
本発明の他の局面は、電気化学的電池セル容器において用いられるエンドキャップの製造方法であって、内面及びニッケルめっきされた外面を有するアルミニウムエンドキャップを提供することと、端子プレートをエンドキャップのニッケルめっきされた外面にスポット溶接することと、スポット溶接された端子プレートをエンドキャップにはんだ付けして機械的に強い接合を形成することを含む方法を提供する。
【００２１】
一または複数の形態においては、はんだ付けは、リフローはんだ付けである。
【００２２】
一または複数の形態においては、ニッケルめっきは約７５〜約１２５μｍの範囲の厚みを有する。
【００２３】
一または複数の形態においては、本発明の方法はさらに、アルミニウムエンドキャップの外面及び内面のうち少なくとも一つに環状溝を挿入することを含み、該環状溝はエンドキャップ内により薄い厚みの円弧を作製する。
【００２４】
一または複数の形態においては、該環状溝はプレス加工か切り込みによりエンドキャップ内に形成される。
【００２５】
本発明の他の局面においては、電気化学的装置において用いられる金属エンドキャップは、上面及び下面を有する金属エンドキャップと、エンドキャップの上面にはんだ付け及びスポット溶接された端子プレートとを含む。
【００２６】
一または複数の形態においては、金属エンドキャップはアルミニウムを含み、またはエンドキャップの上面はニッケルめっきされ、または端子プレートはニッケルを含む。ニッケル端子プレートは、約７５〜約１２５μｍの範囲の厚みを有する。
【００２７】
本発明の他の局面においては、電気化学的セルは、正極、負極、及び電解液を備える電極アセンブリと、該電極アセンブリを収容し、側壁並びに上面及び下面開口端部を備えるアルミニウム容器と、アルミニウム容器の上面開口端部にレーザ溶接された第１のアルミニウムエンドキャップと、アルミニウム容器の下面開口端部にレーザ溶接された第２のアルミニウムエンドキャップとを含み、第２のエンドキャップが容器側壁の厚みよりも少なくとも５０％以上の厚みを有する。
【００２８】
一または複数の形態においては、該容器はアルミニウム合金を含む。
【００２９】
一または複数の形態においては、該セルはさらに、電解液を容器内部に導入するための中心部充填孔を第２のエンドキャップ内に含む。
【００３０】
本発明の他の発明においては、電気化学的装置は、正極、負極及び電解液を備える電極アセンブリと、該電極アセンブリを収容し、少なくとも一つの開口を有する円筒型容器と、該開口を覆うように配置され、中心に配置された充填孔を画定するエンドキャップと、中心に配置された充填孔を封止するように配置されたプラグとを含む。
【００３１】
一または複数の形態においては、プラグは装置を外部接続に接続するための端子として機能する。
【００３２】
一または複数の形態においては、プラグは、充填孔を封止するように配置された封止部材と、封止部材に押し当てられて液体不透過性封止部を形成することのできる変形可能な金属挿入部とを備える。
【００３３】
一または複数の形態においては、中心に配置された充填孔は、充填孔中に嵌め込まれるように配置されて、装置の内部に接続される注入口を介する供給部を備える。
【００３４】
一または複数の形態においては、注入口を介する供給部は、充填孔に相当する孔を画定し、エンドキャップの外面の一部に渡って延びる実質的に平坦なヘッド及び、円筒型容器の内部の中まで延びる中空軸を有するリベットと、エンドキャップの内面に配置されてリベット軸の遠心部に係合するリベット裏張りとを含む。
【００３５】
一または複数の形態においては、充填孔はさらに、リベットとエンドキャップの間に配置されて、充填孔に相当する孔を画定する上面絶縁部材と、エンドキャップとリベット裏  張りの間に配置された下面絶縁部材とを含む。
【００３６】
一または複数の形態においては、リベットはニッケルめっきされたスチールを含み、及び／または容器はアルミニウムを含み、及び／またはエンドキャップはアルミニウムを含む。
【００３７】
一または複数の形態においては、エンドキャップは装置の負極端部にあるか、またはエンドキャップは装置の正極端部にある。
【００３８】
一または複数の形態においては、プラグはプラスチックの封止部及び金属の挿入部を含む。
【００３９】
一または複数の形態においては、エンドキャップは容器の開口端部に溶接されている。
【００４０】
一または複数の形態においては、エンドキャップは容器の開口に溶接されている。
【００４１】
一または複数の形態においては、容器はさらに、容器の対向端部にある第２の開口と、第２の開口を覆うように配置された第２のエンドキャップとを含む。
【００４２】
一または複数の形態においては、第２のエンドキャップは、容器の第２の開口に溶接されている。
【００４３】
一または複数の形態においては、第２のエンドキャップは、圧着封止により容器の第２の開口に封止されている。
【００４４】
一または複数の形態においては、第２のエンドキャップはアルミニウムを含む。
【００４５】
本発明の他の局面においては、電気化学的セルに電解液を充填する方法は、（ａ）円筒型容器に収容された正極及び負極を含み、少なくとも一つの開口を有する電気化学的アセンブリ及び、該開口を封止し、中心に配置された充填孔を画定するエンドキャップを提供することと、（ｂ）充填孔を介して装置の内部に電解液を導入することと、（ｃ）プラグで充填孔を封止することを含む。
【００４６】
一または複数の形態においては、充填孔を封止する工程は、封止材を充填孔中に嵌め込むように配置することと、変形可能な金属挿入部を封止された充填孔に押し入れることを含む。
【００４７】
本発明の他の局面においては、電気化学的装置は、側面並びに上面及び下面を有する螺旋状に巻かれた電気化学的アセンブリを含み、前記電気化学的アセンブリは、堆積した正極電気的活性材料の層を有し、コーティングされていない縁部を有する正極集電体と、堆積した負極電気的活性材料の層を有し、コーティングされていない縁部を有する負極集電体の間に挿入されたセパレータを含み、正極及び負極のコーティングされていない縁部が、螺旋状に巻かれたアセンブリの対向面にあり、複数の導電タブが、正極集電体及び負極集電体のうち少なくともひとつの集電体のコーティングされていない部分と電気的接触し、かつ該集電体から外側に伸びており、導電タブが螺旋状巻構造の面の所定の領域内に位置するように、正極集電体及び負極集電体のうち少なくともひとつの集電体のタブがそれぞれ離間していることにより、該タブが螺旋状に巻かれた面の中心に向かって折られた際に互いに交差して、螺旋状巻構造の面の第２の対向する領域に折りこまれる。
【００４８】
一または複数の形態においては、装置は正極及び負極の両方にタブを含む。
【００４９】
一または複数の形態においては、タブは、螺旋状巻構造の面上で互いの１００度以内に並んでいる。
【００５０】
一または複数の形態においては、タブは、螺旋状巻構造の面上で互いの９０度以内に並んでいる。
【００５１】
一または複数の形態においては、タブは異なる長さを有する。
【００５２】
一または複数の形態においては、タブの長さは、折られた際にタブの端部が揃うように選択される。
【００５３】
一または複数の形態においては、装置は各電極に４個のタブを備える。
【００５４】
一または複数の形態においては、装置は各電極毎に３〜１０個のタブを備える。
【００５５】
一または複数の形態においては、装置は電極の面積２００ｃｍ２当たり１個のタブを備える。
【００５６】
一または複数の形態においては、各電極のタブは接続ストラップに固定されている。
【００５７】
一または複数の形態においては、接続ストラップは螺旋状に巻かれた電気化学的アセンブリを収容する筐体の端子に電気的に接続されている。
【００５８】
本発明の他の局面においては、電気化学的装置の組み立て方法は、セパレータを堆積した正極電気的活性材料の層を有する正極集電体と堆積した負極電気的活性材料を有する負極集電体の間に挿入して、多層電極アセンブリを形成し、集電体の各々がコーティングされていない縁部を有し、複数の導電タブが、集電体のコーティングされていない部分と電気的接触し、かつそこから外側に伸びており、正極及び負極のコーティングされていない縁部が多層電極アセンブリの対向側にあることと、選択された集電体のタブが螺旋状巻構造の所定領域内に並ぶように多層電極を螺旋状に巻くことと、タブが互いに交差し、かつタブの端部が螺旋状巻構造の第２の非重複領域内に位置するように、選択された電極のタブを螺旋状巻構造の中心に向かって折ることと、選択された電極の重複しているタブをタブの交差点を超えた箇所で集めることと、選択された電極の集められたタブを接続ストラップに固定することを含む。
【００５９】
一または複数の形態においては、タブの長さは集められたタブがその端子縁部に並ぶように選択される。
【００６０】
一または複数の形態においては、タブが、螺旋状巻構造の所定の領域内に並ぶように、選択された電極上のコーティングされていない縁部上で離間している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
従来の電池セルエンドキャップ構造は、充填孔、安全通気孔、及び電源端子のうち一または複数をエンドキャップ構造内に含む。これらの部品は、通常セルのエンドキャップ上でそれら自体の内部体積を占めるばらばらの個別でかさばる要素である。対称に中心に配置された活性化充填孔を利用した電池セルは、活性化充填孔が中心からずれ充填の際に方向付けが必要となるセルに比べて、製造中に明らかな利点を有する。対称に中心に配置された電池端子を利用した電池セルは、電源端子が中心からずれており、使用中及び／またはより大きな形式のセル列に包装する際に特定の方向付けが必要となるセルに比べると、商業的応用において明らかな利点を有する。
【００６２】
本発明の一または複数の形態においては、上部及び下部に溶接されたエンドキャップを含む円筒型セルが提供される。セルの主なパッケージ（缶及びエンドキャップ）は、アルミニウム合金からなる。溶接封止は、典型的にレーザ溶接、または随意に超音波溶接、抵抗溶接、ＭＩＧ溶接、ＴＩＧ溶接等のその他の金属接合法により得られる。二重（上端及び下端）溶接容器のエンドキャップは、缶壁よりも大きな厚みを有してよく、例えば、エンドキャップは缶壁よりも約５０％まで大きな厚みを有してよい。このような厚みの差は、深絞り等のその他の手段によっては得られない。二重溶接セルパッケージ缶は、圧着封止または単一溶接セルよりも顕著に大きなセル体積を提供する。さらに、厚みの大きなエンドキャップにより、例えば破砕に対するセルの機械的頑丈さが向上する。セル設計にさらなる改良を加えることにより、従来の電池セル設計では不可能または不便である二重溶接パッケージの使用が可能になる。
【００６３】
一または複数の形態においては、電池セルパッケージ設計は、軽量で非常に小型なアルミニウム筐体を使用し、典型的にはＡｌ３００３Ｈ１４等のアルミニウム合金である。アルミニウム及びアルミニウム合金は、構造内に高い特定の率及び高い特定の剛性、並びに高い強度対重量比を提供する。アルミニウムはまた、リチウムイオンセルのカソード電位で安定である数少ない材料のひとつである。図１の分解組み立て図に、本発明の電池設計の特徴の一部を示す。セル設計は、正極エンドキャップ（１）、カソード延長タブ（２）、絶縁ディスク（３）、円筒型チューブ（４）、負極エンドキャップ（５）、アノード集電タブ（６）、カソード集電タブ（７）、内部活性カソード及び内部活性アノード材料（電極）（８）を含む。正極エンドキャップ（１）は、セルの正極電池端子及びセルの通気孔機構の両方を収容する。カソード延長タブ（２）は、カソード集電タブ（７）とセルの外部正極端子（１）の間の電気的接続として作用する。絶縁ディスク（３）は、集電タブがそれを介して伸びるスロット（３ａ）を含む。絶縁ディスク（３）は、カソード集電タブ（７）とカソード延長タブ（２）が内部活性カソード及びアノード材料（８）に短絡することを防止する。円筒型チューブ（４）は、セルパッケージの主な筐体として作用する。
【００６４】
組み立ての際には、溶接及び圧着接合を用いて、延長タブ（２）及び負極エンドキャップ（５）にある一体型延長タブ（５ａ）を介して、集電体タブ（６）及び（７）のセットの両方をそれぞれエンドキャップ（５）及び（１）の両方に接続する。両方のエンドキャップをチューブ（４）に溶接して、円筒型セルを作製する。負極エンドキャップ（５）は、セルの負極電池端子及びセルの充填孔（下記にさらに詳細を示す）の両方を収容しており、これらの両方が同じ内部体積と外部空間を共有し、セル内で対称に中心に配置されている。また、負極エンドキャップ（５）は、アノード集電タブ（６）と負極エンドキャップ（５）上に位置するセルの外部負極端子の間を電気的に接続するための一体型延長タブ（５ａ）を有している。また、スロット（３ａ）を有する絶縁ディスク（３）が、アノード集電タブ（６）及びアノード延長タブ（５ａ）の短絡を防止するためにアノードで使用される。
【００６５】
図１の設計特徴を含む組み立てられたセルの断面を図２に示す。図２において、同じ要素には同じ参照番号が付されている。一旦組み立てられると、セルは体積効率の良いパッケージ内に、製造及び顧客インターフェースの双方に良好な特徴を含む。これにより、セル内部の大部分を活性物質に使用することが可能になり、セルの体積に対するエネルギー蓄積容量の比が大きく向上する。
【００６６】
セルの個々の部品及び特徴を説明する。
【００６７】
正極エンドキャップ（１）は、図３に示すように、設計された通気孔切り込み（１０）及びニッケルインターフェース端子（９）を含む。設計された通気孔切り込みは、所定の内部圧力下で開き、必要に応じてセルから大量のガス及び材料を排出させる。通気孔は、正極エンドキャップの外周近傍に位置する環状の溝であり、正極エンドキャップの円周とニッケル端子の間に配置される。溝は、エンドキャップの内面または外面に位置することも、その両方に位置することも可能である。一または複数の形態においては、溝は正極エンドキャップの内面及び外面の両方に位置している。複数の溝が、それぞれ対向していても、ずらされてもよい。溝は、エンドキャップ内において、予め選択された圧力で破断するように設計されたより厚みの薄い放射状部分を提供する。環状溝は、エンドキャップ上で約１５０〜３６０度フルの範囲、または約１８０〜約３００度の範囲の円弧を作製する。実際の円弧の長さはセルの寸法に依存する。円弧の長さは、エンドキャップが破断した際にヒンジにより動いて、破断したエンドキャップが電池缶から切り離されないように選択することが可能であるが、一見ヒンジのない約３６０度フルまで可能である。環状溝のさらなる利点は、エンドキャップを電池本体に溶接する際に、端子を熱的に絶縁する役割を果たすことである。溝は、プレス加工、切り込み、スクライビング等の従来の方法により挿入される。
【００６８】
ニッケルインターフェース端子（９）は、低抵抗で耐腐食性の電池端子と共に、複数の電池をパック内に接続するために溶接可能なインターフェースを提供する。ニッケルめっき缶は、種々の範囲の厚みを有することが可能であり、典型的には約７５〜約１２５μｍの範囲の厚みを有する。高電力電池の場合には、より厚みの大きな端子プレートが特に適当である。一または複数の形態においては、カソードキャップの本体はアルミニウムであり、例えば、電池チューブと同じアルミニウム合金である。一または複数の形態においては、カソードキャップはその外表面がニッケル層でめっきされていてもよい。次に、ニッケルインターフェース端子はカソードキャップに抵抗（スポット）溶接されて機械的に頑丈なインターフェースを与えるか、またはニッケルめっき層にリフローはんだ付けされて両部品間に電気的に頑丈なインターフェースを与えるか、またはその両方でもよい。例えば、超音波溶接または導電接着剤等のその他の溶接及びはんだ付け技術を用いてもよい。適当なはんだとしては、電池の最高使用温度を超える溶融温度を有するはんだが含まれる。このようなＮｉ端子とＡｌカソード間の接合技術は、電池産業においては独自である。
【００６９】
圧力通気孔は、エンドキャップ面の外周領域を占めており、ニッケル端子の配置及び固定に干渉しない。ニッケル端子の断面積はかなり広く、エンドキャップ面のかなりの部分を占め得る。これにより、セルのインピーダンスが減少して、包装組み立ての際にセル間の溶接性が得られる。
【００７０】
図４Ａ〜４Ｃに、中心に配置された充填孔（４０）を含む負極エンドキャップ（５）を示す。充填孔は、一旦組み立てられたセルを活性化するために使用され、少なくとも部分的には、電源端子を構成する中空穿孔リベット（hollow bore rivet）（４５）により画定される。負極エンドキャップの中心配置を充填孔及び電源端子の両方として二重使用することにより、空間の効率的使用が可能になり、電池動作に干渉しない。充填孔（４０）はエンドキャップ面内に中心に配置される。中心に配置された充填孔は、孔内に嵌め込まれるように配置されて、セルの内部に接続される注入口を介する供給部（feed through inlet）を提供する。活性化の際には、この注入口を介する供給部を介して電解液を導入する。
【００７１】
負極エンドキャップは、図４Ａの分解組み立て図に示す通りに構成部品を組み立てることにより構成される。ガスケットを受け入れる凹部を含んでもよいエンドキャップ本体（４３）中に、上部ガスケット（４４）を配置する。電源端子（４５）として作用する中空穿孔リベットを上部ガスケット（４４）内に組み立てる。リベット（４５）の軸（４５ａ）は、上部ガスケット（４４）及びエンドキャップ本体（４３）の両方の中心部開口を通って伸びる。アセンブリをひっくり返して、封止ガスケット（４７）をガスケット（４４）に挿入し、本体（４３）上に配置する。下部ガスケット（４２）、封止ガスケット（４７）、及びリベット裏張りディスク（４６）を組み立てて、図４Ａに示す通りに配置する。延長タブ（４１）をリベット（４５）の軸に挿入する。図４Ｂに、圧着前の組み立てられた部品を示す。
【００７２】
リベット（４５）は、良好な耐腐食性及び良好な溶接性を得るために、Ｎｉめっきスチールであってもよく、セルの電源端子として作用する。リベット（４５）の平坦なヘッドは、エンドキャップの外面の一部に渡って伸びており、中空軸（４５ａ）はセルの内部の中まで延びている。また、それはその中心に、封止を助けるために設計された棚（ledge）を有する充填孔と、対称な形状と、電池端子と充填孔の間で空間及び対称性を共有するために中心に配置されたリベット軸とを含む。延長タブ（４１）は、電源端子（４５）をセルの内部活性アノード材料に接続させる。下部ガスケット（４２）は、延長タブ（４１）が、異なる電圧電位にあるエンドキャップ本体（４３）に接触することを防止する。本体（４３）は、前述の圧着及び溶接法を含むがそれらに限定されない種々の方法によって、電池チューブ（図示せず）またはセルの本体に密封封止される。上部ガスケット（４４）は、それぞれ異なる電圧電位にあるエンドキャップ本体（４３）から電源端子（４５）を絶縁させる。リベット裏張りディスク（４６）は、本体（４３）に対して頑丈なプレスリベット（press-rivet）締め付け力を発生させる助けをする。封止ガスケット（４７）は、プレスリベットの下で頑丈な封止を達成する助けをする。
【００７３】
図４Ｃに示す通りに、リベット（４５）の軸を押圧して変形させることによりアセンブリ全体を圧着して、全ての部品をかしめてプレスリベット（４８）を形成し、延長タブ（４１）と電源端子（４５）の間に良好な電気的接触を作成してもよい。
【００７４】
両エンドキャップをセルのチューブに溶接した後、電源端子（４５）の孔を介して電解液を充填することによりセルを活性化させる。ここで、図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、充填孔プラグ封止材（５０）（例えば、高温度プラスチック封止材）、及び例えば変形可能な金属挿入部等の変形可能な挿入部である充填孔プラグ（５１）により、充填孔（４０）を密封封止する。エンドキャップをチューブに封止して、セルを電解液により活性化した後に、充填孔プラグ封止材（５０）を充填孔開口内に押し込む。次に、充填孔プラグ（５１）を同じ充填孔に押し込み、膨張させて、リベット（４５）の設計された棚に対して封止材（５０）を締め付けて支持することにより、充填孔の存在した箇所を密封封止することができる。
【００７５】
セルの内部活性材料は、カソード及びアノードの２つの電極を含む。電池セルのインピーダンスの原因のひとつに、活性セル材料（アノード及びカソード）と外部セル端子の間の導電路の欠如がある。驚くべきことに、各電極あたり１以上のタブを要する設計の従来の円筒型（螺旋状アセンブリ）セルに比べて、より多くの導電体、つまり「タブ」を用いることにより、セル全体のインピーダンスを大幅に低下できることが分かった。本発明の一または複数の形態においては、セルの各側にある、延長タブと呼ばれるより大きな集電体で複数のタブを接合し、この延長タブがセルの電池端子の各々と接続される。一または複数の形態においては、各電極は約３〜約１０個のタブを含み、例えば４個のタブを含んでもよい。その他の形態においては、各電極は電極２００ｃｍ２面積当たり１個のタブを含む。高電力電池セルの場合、低電力セルよりも高密度のタブが必要となる。
【００７６】
本発明の一または複数の形態においては、このようなセル設計における電極の各々は、例えば４以上の幾つかの集電タブを用いて、例えばカソード及びアノード等の各活性材料から電流を取り出して、電池端子内に電流を流す。図６Ａに例示的な電極シート（６０）を示す。電極シート（６０）は、一体型の集電体基板（６６）、及び集電体基板と電気的接触する電気的活性材料の層（６７）を含む。集電タブ（６１）、（６２）、（６３）、（６４）は、電極の縁部（６８）から伸びている。
【００７７】
次に、タブを備えた電極を電気化学的セルの形に構成する。セパレータシートは、例えば二枚のセパレータシートであるが、カソード及びアノードのタブがアセンブリの対向する側に位置するようにカソードシートとアノードシートの間に挿入される。このような多層アセンブリを螺旋状に巻いて、「ゼリーロール構造（jellyroll）」として知られる螺旋状の電気化学的アセンブリを形成する。延長されたタブ（６）、（７）を有するゼリーロール構造（８）を図１に示す。
【００７８】
タブは、巻かれた際のゼリーロール構造の中心からの距離を反映した異なる長さにすることができる。タブの長さはゼリーロール構造を巻く前または後に調整すればよい。タブを備えた電極を形成するためには、図６Ｂに示すように（一律の縮尺に従わずに描かれている）、電極の縁を除去して、電気的接触を得るためにきれいな表面を作成する。タブは、例えば溶接、リベット締め、圧着またはその他同様の技術により、電極の露出部に電気的に接続される。次にタブは、露出されている金属タブを覆ってセルの化学物質との好ましくない化学的反応を防止する非反応性テープ（６５）で覆われる。テープ（６５）は、タブ近傍の電極の両面を覆う。テープは、電極上にあるタブの部分を覆い、活性電極層または集電タブの何れかにより覆われていないタブの下にある露出されたままの電極の一部または全部を覆ってもよい。電極から外に延びるタブの少なくとも一部はテープにより覆われていない。
【００７９】
タブの追加によりセルのインピーダンスを最大限に減少させるためには、これらの４個のタブを２つの各電極の長さに沿って同等の間隔に配置することができ、例えば、電極長さの１／８、３／８、５／８、及び７／８にまで可能な限り近づけて配置することによって、電流が電池端子から取り出されたり、電池端子内に流れるために電極を移動しなければならない距離が最小化される。５個以上または３個以下のタブを用いたその他の配置も考えられる。一旦巻かれると、図１に示すように、ゼリーロール構造は各端部から突き出ているそれぞれの４個のタブを有している。これらのタブは、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、集められて外部端子に接続される。本発明の一または複数の形態によると、セルのタブ設計は、全てのタブを体積効率が良く、生産性が良く、かつ機械的に頑丈な形で制御し、捕捉するために設けられる。
【００８０】
タブ設計の一局面においては、ゼリーロール構造を構成する材料の厚みが制御される。各々の材料は（アノード電極、カソード電極、及びセパレータ）、厚みが非常に狭い公差に制御されている（それぞれおよそ＋／−２ｕｍ）。これにより、巻きの数及び仕上がり直径を含み、これらの材料がどのようにゼリーロール状に巻かれるかを正確に模擬して確実に予測することができる。これにより、タブをゼリーロール構造内に正確に配置することができる。
【００８１】
タブ設計の他の局面においては、電極上のタブ位置がゼリーロール状に巻かれる前に選択される。タブは、例えば４個のタブ設計の場合、各電極の長さに沿って１／８、３／８、５／８、及び７／８の電気的に最適化された接続に近い位置であるとともに、電極がゼリーロール状に巻かれた後に並ぶと予測される位置に設けられる。タブの位置は、例えば単一の電極の４個のタブが、ゼリーロール構造の上面の予め設定された領域内にそれぞれ並ぶように選択される。例えば、４個のタブは、ゼリーロール状に組み立てられた際に、カソードシートの４個のタブがゼリーロール構造の面の予め設定された領域内でゼリーロール構造の面から突き出すように、カソードシート上に配置される。一または複数の形態においては、タブは９０度の四分円か、それ以上の例えば１５０度の範囲内に並べられる。この領域は、例えば、９０度の四分円であるが、タブの幅を考慮するために、各タブの中心線から測定する。幾つかの形態においては、タブはおよそ１４０度の円弧窓内に配置される。このような配列は、４個のタブの各セットを制御し、捕捉する助けをする。図７Ａに、タブが９０度の四分円内に配置された例を示す。
【００８２】
タブ設計の第三の局面は、図７Ｂに示すような、適切なタブ屈曲の選択である。４個のタブ（６１）、（６２）、（６３）、（６４）は、このように捕捉されて電池端子に接続される。図７Ｂのステップ１は、電池の上面及び４個のタブ全てがゼリーロール構造から突き出す際のタブの配置を示す。絶縁ディスク（３）は、ゼリーロール構造の端部上に配置され、タブが絶縁ディスク内のスロットを介して挿入される。絶縁ディスクはゼリーロール構造から各タブを絶縁する。まず、絶縁ディスク（３）上で、４個のタブ全てをゼリーロール構造の中心軸（図７Ｂに「＋」で示す）に向かって折り曲げる。その結果、ゼリーロール構造の面上で、約１４０度までの領域内にタブのスタックが扇状に広がる。上述の通り、タブ長さは異なってもよい。一または複数の形態においては、中心線に最も近いタブ、例えばタブ（６４）が最も短く、中心線から最も遠いタブ、例えばタブ（６１）が最も長い。ゼリーロール構造の中心に最も近いタブをその他のタブよりも短い長さに切ってもよく、次に外側に配置されるタブは、それぞれ前の内側のタブよりも長い。その結果、図７のステップ２に示すように、４個のタブ全てを折り返すと、その端部がゼリーロール構造の軸から同じ距離だけ離れて並ぶ。一旦タブが全て平坦な状態になると、タブはセルが仕上がった時にある位置にある。しかし、まずは電池端子の延長タブにタブを接続しなければならない。これを達成するためには、図７のステップ３に示すように、タブを全てゼリーロール構造の面に対して約９０°の角度で、ゼリーロール構造の軸に対して平行に折り曲げる。これにより、４個のタブは、電池端子の延長タブを簡単に溶接することのできる１つの要素に合体される。
【００８３】
タブ設計の第四の局面は、電池延長タブの４個の電極タブへの接合である。一設計においては、これは超音波溶接により達成されるが、抵抗溶接またはその他の金属接合技術も同様に簡単に採用され得る。一形態においては、まず延長タブを溶接機がそれらを４個の電極タブ上に挟んで締め付けることのできるように折るが、その他の部品の接合手段も考えられる。より分厚い延長タブが、より薄い電極タブを溶接機によるダメージから守る。接合は、４個の電極タブ及び延長タブをどちらも平たく折り返すことのできるように達成されて、それにより非常に体積効率の良いセル設計が達成される。一旦タブが溶接されて平たく折られると、セルの両エンドキャップがチューブに溶接されて、その結果、それがなければセルのさらなるエネルギー容量を得るために使い得たであろうタブを管理するために用いられる空間はほとんど無くなる。図８にこれを示す。
【００８４】
このような電池セルの基本的概念及び設計は、ほぼ例外なくほとんど全ての電池セルに応用することができる。特定の用途により良く適合する代替の設計を開発してもよいが、本発明のセルが、製造及び顧客インターフェースの双方にとって理想的である、頑丈で、軽量で、中心が対称な電池を作成するために面積及び体積を使用するという基本的な前提は変わらない。設計は、内部部品の極性を反転させることによって、アルミニウム筐体の代わりにスチール筐体を含むように簡単に変更できる。
【００８５】
一局面においては、本文献に記載される充電式電池セルは、末端ユーザ用途及びセル製造の両方の点おいて、従来の電池設計に比べて多くの利点、つまり中心に配置された電源端子及び中心に配置された電解液充填孔を有する。従来のセル設計は、体積効率の悪い圧着接合を使用している。
【００８６】
セル設計の一局面は、より体積効率の良いエンドキャップと缶の間の溶接封止によってセルを設計することを可能にするとともに、充填孔及び電源端子を共通の好ましい位置であるセルの中心内に直接配置する。
【００８７】
さらに、１つのエンドキャップ及び１つの端部を有する缶の代わりに２つのエンドキャップ及びチューブを用いることにより、セルの一方端部でなく両端部において、内部延長タブと電池端子の間のより頑丈で生産性の良い接合が達成可能になる。
【００８８】
一または複数の形態においては、上記の設計は、１電極当たりにより一般的な単一のタブでなく、４個のタブを使用する。これにより、セル全体のインピーダンスが非常に減少するが、これは高電力応用においては非常に重要である。
【００８９】
一または複数の形態においては、セルは電源端子のさらなる厚みを利用してプラグで充填孔を封止するために必要な特徴を得ることにより、実際の封止をより頑丈にするとともに、セルの外形に見えず、目立たなくすることができる。
【００９０】
一または複数の形態に係る円筒型セルは、アルミニウム筐体にはんだ付けされたニッケルめっきを利用する。これにより、セルの主筐体を軽量で導電性のアルミニウムから製造することができる。端子は、より重量であるが、より耐腐食性が高くてより溶接し易いＮｉ材料からなる。
【００９１】
また、セル設計は通気孔切り込みをセルの底面に配置する。これにより、セルのエネルギー蓄積容量を増加させるために使用可能なセルの上面の体積が広がる。本設計に記載の通気孔は、従来の通気孔よりもかなり大きく、電源端子の外周の下または傍に非対称的に配置されるのではなく、電源端子の外周の周りに配置される点において独自である。これにより、危険な高内部圧力時に、ガス及び／または材料を障害なく逃がすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
下記の図を参照して本発明を説明するが、これらの図は例示の目的のみで示すものであり、本発明の全範囲は下記の請求項に記載される。
【図１】図１は、本発明の一または複数の形態に係わる電池セル設計の内部部品を示す分解組み立て図である。
【図２】図２は、本発明の一または複数の形態に係わる組み立てられた電池セルの断面図である。
【図３】図３は、圧力放出通気孔とインターフェース端子を示す、正極（カソード）エンドキャップの図である。
【図４Ａ】図４Ａは、負極（アノード）エンドキャップアセンブリに使用される部品の分解組み立て図を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、組み立てられた負極エンドキャップの断面図を示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、リベット締め後の組み立てられた負極エンドキャップの斜視図を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、セル活性化後の金属プラグ及びプラスチック封止材による負極エンドキャップの充填孔封止の斜視図を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、セル活性化後の金属プラグ及びプラスチック封止材による負極エンドキャップの充填孔封止の断面拡大図を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、タブを備えた電極シートの平面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、タブを備えた電極シートの拡大平面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、９０度四分円内に配置された集電タブの例を示す電池缶の上面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の一または複数の形態に係わるセル設計の一連の図を示し、集電タブの配置及び屈曲を示す。
【図８】図８は、電流延長タブのそれぞれの端子への取り付けを示す。
【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５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2009507345.tif 000013