(57)【要約】  リチウム−二硫化鉄バッテリに対して特に適用性を有する電気化学セル設計を開示する。セルは、中心コアを有する螺旋回旋電極アセンブリを含む。コアは、カソード内に均等な膨張を引き起こす。コアはまた、崩壊し、及び／又は電極アセンブリを収容する円筒形容器の断面形状とは異なる断面形状を有することができる。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１．５ボルト１次リチウム−二硫化鉄バッテリであって、
容器の開放端の上に上部カバーが取り付けられた丸い円筒形容器と、
リチウム又はリチウム合金の金属ホイルから基本的に構成されるアノードと、ポリマーセパレータと、金属集電体の両面上に少なくとも部分的に被覆された二硫化鉄を有するカソード混合物を含むカソードとを有する螺旋回旋電極アセンブリと、
バッテリが放電する時に前記カソード混合物の均等な膨張を容易にするように前記電極アセンブリ内に同軸に配置されたコアと、
を含むことを特徴とするバッテリ。
【請求項２】
前記コアは、不活性な円筒形ロッドを含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【請求項３】
前記ロッドは、絶縁性ポリマーから構成されることを特徴とする請求項２に記載のバッテリ。
【請求項４】
前記ポリマーは、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びエチレン・クロロトリフルオロコポリマーから構成される群から選択されることを特徴とする請求項３に記載のバッテリ。
【請求項５】
前記コアは、前記カソードの一部分を含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【請求項６】
前記コアでの前記カソードの前記部分は、カソード混合物で被覆されないことを特徴とする請求項５に記載のバッテリ。
【請求項７】
カソードの前記部分は、前記螺旋回旋電極アセンブリの１つよりも多い巻回を構成することを特徴とする請求項５に記載のバッテリ。
【請求項８】
前記コアは、前記容器の断面形状と同じではない断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【請求項９】
バッテリが放電する時にリードによって生じる前記電極アセンブリ上の応力を低下させるように選択されたポイントにある該電極アセンブリに固定された少なくとも１つのリードを更に含むことを特徴とする請求項８に記載のバッテリ。
【請求項１０】
前記コアの前記断面形状は、円形、長円形、矩形、三角形、又はＣ字形から構成される群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【請求項１１】
前記コアは、バッテリが放電する時に均等な方式で崩壊するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【請求項１２】
前記金属集電体は、外向き側面及び内向き側面を有し、
より多くの量の二硫化鉄が、前記内向き側面上に被覆された二硫化鉄に比較して前記外向き側面上に被覆される、
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【請求項１３】
前記電極アセンブリを前記容器又は前記上部カバーのいずれかに電気的に接続する溶接リードを更に含み、
前記電極アセンブリは、外径を有し、前記容器は、内径を有し、そのために連続空隙が、バッテリの放電の前に該内径と該外径の間に存在する、
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【請求項１４】
前記コアは、回旋マンドレルを含むことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【請求項１５】
直径よりも大きい高さを有する円筒形容器と、
アノード、セパレータ、及びカソードを有する螺旋回旋電極アセンブリと、
前記円筒形容器の断面形状とは該容器の高さ全体にわたって異なる断面形状を有する前記電極アセンブリ内に同軸に配置された円筒形コアと、
を含むことを特徴とする電気化学セル。
【請求項１６】
前記円筒形容器の前記断面形状は、円形であることを特徴とする請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項１７】
前記円筒形コアの前記断面形状は、長円形、矩形、三角形、又はＣ字形から構成される群から選択されることを特徴とする請求項１６に記載の電気化学セル。
【請求項１８】
前記円筒形コアは、中空であることを特徴とする請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項１９】
リードが、前記コアの前記断面形状の扁平外周部分の近くで前記電極アセンブリ内に固定されることを特徴とする請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項２０】
前記コアは、バッテリが放電する時に均等な方式で崩壊するように構成されることを特徴とする請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項２１】
前記コアは、回旋マンドレルを含むことを特徴とする請求項１５に記載の電気化学セル。
【請求項２２】
１次リチウム−二硫化鉄バッテリを製造する方法であって、
電極アセンブリが外周形状と内周形状を有する中心開口とを有するように、リチウム又はリチウム合金アノードと、薄い金属ストリップの両側面上に少なくとも部分的に被覆された二硫化鉄カソードとを有する螺旋回旋電極アセンブリを製作する段階と、
バッテリが引き続き放電する時に前記電極アセンブリを該電極アセンブリの一体性を均等に維持するように適合させる段階と、
前記電極アセンブリを直径よりも大きい高さを有する円筒形容器内に配置する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記電極アセンブリを適合させる前記段階は、該電極アセンブリの前記中心開口内に円筒形ロッドを同軸に配置することによって達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２４】
前記円筒形ロッドは、前記バッテリが引き続き放電する時に均等な方式で崩壊するように設計されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記円筒形ロッドは、ｉ）前記中心開口の内側形状に適合し、かつｉｉ）前記円筒形容器の形状とは異なる外周形状を有することを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記円筒形ロッドの前記外側形状は、長円形、矩形、三角形、又はＣ字形から構成される群から選択されることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記電極アセンブリを適合させる前記段階は、該電極アセンブリを物理的に圧縮して前記中心開口の内側形状を変更することによって達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２８】
前記中心開口の前記内側形状は、長円形、矩形、三角形、又はＣ字形から構成される群から選択されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記電極アセンブリを適合させる前記段階は、前記薄い金属ストリップの一方の側面上に反対側の側面に比較してより多くの二硫化鉄を被覆することによって達成されることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記電極アセンブリは、外径を有し、前記容器は、内径を有し、該電極アセンブリは、前記バッテリの放電の前に該内径と該外径の間に連続空隙が存在するように該容器内に配置され、
前記電極アセンブリを前記容器又は該容器の開放端の上に取り付けられた上部カバーのいずれかに電気的に接続するリードを溶接する段階、
を更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記円筒形ロッドは、前記螺旋回旋電極アセンブリを製作するのに使用される回旋マンドレルであることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
バッテリを製造する方法であって、
螺旋回旋電極アセンブリを該電極アセンブリが外周形状と内周形状を有する中心開口とを有するように製作する段階と、
前記電極アセンブリを該アセンブリの前記外周形状とは異なる形状を前記中心開口に付与するように適合させる段階と、
前記電極アセンブリを直径よりも大きい高さを有する円筒形容器内に配置する段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３３】
前記電極アセンブリを適合させる前記段階は、該電極アセンブリの前記開口内に円筒形ロッドを同軸に配置することによって達成され、
前記円筒形ロッドは、ｉ）前記中心開口の前記内側形状に適合し、かつｉｉ）前記円筒形容器の形状とは異なる外周形状を有する、
ことを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記円筒形ロッドの前記外周形状は、円形、長円形、矩形、三角形、又はＣ字形から構成される群から選択されることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記円筒形ロッドは、前記螺旋回旋電極アセンブリを製作するのに使用される回旋マンドレルであることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記電極アセンブリを適合させる前記段階は、該電極アセンブリを物理的に圧縮することによって達成されることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムベースの負極と、集電体上に堆積した二硫化鉄を含むコーティングを有する正極と、ポリマーセパレータとを含むジェリーロール電極アセンブリを有する１次電気化学セルに関する。セパレータ、アノード、及びカソードは、剛性又は中実の中心コアの周囲に巻き付けられて、ジェリーロールが膨張することができるセルの内部容積を最小にし及び／又はそのような膨張が発生する方式を制御することができるジェリーロール構成とされる。得られたセル設計は、低ドレインレート試験での改善した信頼性及び容量を有し、一方で依然として比較的良好な高ドレインレート容量を維持する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学セルは、現時点で、様々な消費者向けデバイスのための費用効果の高い携帯用電源を提供する好ましい方法である。消費者向けデバイス市場は、少数の標準化されたセルサイズ（例えば、ＡＡ又はＡＡＡ）及び特定の公称電圧（典型的には１．５Ｖ）のみがそのようなセルに提供されることを求めている。更に、デジタルスチルカメラのような消費者向け電子デバイスは、比較的高電力の作動要件で設計されている。この市場の消費者は、その利点、信頼性、持続的な保管寿命、及び現在利用することができる充電式（すなわち、２次）バッテリに比べてより廉価な単価のために１次バッテリを使用することを好み、かつ選択することが多い。
【０００３】
１．５Ｖシステムの範囲で、リチウム−二硫化鉄（ＬｉＦｅＳ2、リチウムパイライト、又はリチウム鉄パイライトとも呼ばれる）バッテリは、アルカリ、カーボン亜鉛、又は他のシステムに比較して、とりわけ高ドレインレートでより高いエネルギ密度を与える。あらゆる電気化学システムに対して、とりわけ、リチウム−二硫化鉄と他の１．５Ｖシステムとの間の比較設計及び工学的考察は全く異なっている。例えば、１次リチウム−二硫化鉄バッテリのカソードは、放電機構、セル成分、及び安全上の注意が全般的にみて１次リチウム−二硫化鉄に対して重要でない及び／又は適用不能であるリチウムイオンバッテリ及び他の２次リチウムバッテリにおけるもののような同じ熱暴走の懸念をもたらすことはない。
【０００４】
高電力デバイスのためのリチウム−二硫化鉄バッテリの固有の利点を用いてさえも、セル設計は、使用される材料のコスト、必要な安全デバイスの組込及び全般的信頼性、供給機能、並びに設計セルの使用目的の間の均衡を取る必要がある。例えば、ジェリーロール設計は、電極の間の表面積を最大化してより大きい放電効率を可能にするが、これは、セパレータ、及び集電体（それらの両方は内部容積を占有し、それよってセル設計から活物質の除去を必要とする）のようなより多くの不活物質を使用するので、そうすることで低電力かつ低レート放電での容量を犠牲にする場合がある。
【０００５】
改善した容量に加えて、セル設計者は、安全及び信頼性のような他の重要な特性も考慮しなくてはならない。安全デバイスは、通気機構とポジティブサーマルサーキット（ＰＴＣ）のような熱で作動する「シャットダウン」要素とを典型的に含む。信頼性に対する改善は、主として内部短絡の防止に焦点が絞られる。両方の事例において、これらの特性はまた、内部容積を占有する要素、及び／又はセル内部抵抗、効率、及び放電容量に典型的に逆効果を招く設計上の配慮を必要とする。運輸規制は、これらの規制がリチウムの量及び熱サイクル中にリチウムバッテリが失うことができる重量のパーセント量を制限することがあるので更に別の制約を課し、これは、ＡＡ及びＡＡＡのようなより小さい容器サイズが全体のセル重量のうちの数ミリグラムを失うことができるのみであることを意味する。次に、活物質及び非水有機電解質の反応性及び揮発性は、利用することができる可能な材料の領域を制限する。
【０００６】
リチウム−二硫化鉄１次バッテリシステムに独特の最も困難な課題の１つは、放電中でのカソードの膨張に関し、これは、低ドレインレート（例えば、＜２０ｍＡ連続）及び／又は高温（例えば、＞４５℃、かつより典型的には＞７０℃）の間に悪化する。このシステムの蓄積反応生成物は、元の活物質よりも有意に低密度であることは公知である。従って、放電中にリチウムアノードが消費されるにも関わらず、セル内部に包含された全ての材料の全体の容積は増大し、それによってセル容器上に外側に膨脹する力がかかる。これらの力は、平方インチ当たり数千ポンドの圧力の程度である可能性があり、容器の膨らみ又は割れを引き起こすことは公知である。高フープ強度の円筒形容器（角柱形状因子に比較して）を使用しても、内部構成要素、特にセパレータにわたるこの力は、これらの材料を物理的に危険にするのに十分強い可能性があり、それによって直接短絡が発生し及び／又はセルがその予想される容量を提供するのに不具合が生じる。要するに、リチウム−二硫化鉄バッテリのこの膨張問題は、２次バッテリセル設計で観察される「スウェリング」課題よりも桁違いに大きい可能性があり、これは、リチウム−二硫化鉄１次システムが引き起こすこの独特の問題に対するリチウム２次バッテリセル設計の不適応性を更に信じさせるものである。
【０００７】
これらの問題に対処する１つの提案された手段は、最適な内部容積の利用率と満足できるＬｉＦｅＳ2セル容量／性能との間に適切な均衡を取ることであった。例えば、米国特許第４，３７９，８１５号明細書に開示された可能な解決法は、１つ又はそれよりも多くの他の活物質（ＣｕＯ、Ｂｉ2Ｏ3、Ｐｂ2Ｂｉ2Ｏ5、Ｐ3Ｏ4、ＣｏＳ2）をパイライトと混合することによってカソード膨張とアノード収縮とを均衡させることであるが、これらの付加的な材料は、セルの望ましい放電特性に悪影響を及ぼす可能性があり、同等なリチウム−二硫化鉄のみのセルと比較すると容量及び効率が劣ることになる。
【０００８】
カソード膨張に受け入れる別の手段は、容器の降伏強度を容器内の空隙空間又はカソード調製物中の活物質の量と均衡させることであった。例えば、２００３年１１月２１に出願された米国特許公開第２００５／０１１２４６２号明細書及び２００４年１２月２２日出願の第２００５／０２３３２１４号明細書において、それ自体が縦方向及び横方向の両方の引張強度に依存するセパレータの物理的一体性の不具合は、電極空隙容積の設計量（図２でのジェリーロール横断空隙の機能として表現される）が減少すると発生する。一方、セパレータの不具合は、予想／設計容量の損失を引き起こす。２００８年１０月１７日出願の米国特許公開第２００９／０１０４５２０号明細書において、カソード混合物の乾燥混合物密度及び／又はカソード調製物成分の重量パーセントは、容器材料のための降伏強度の制限された範囲を目標として選択されている。いずれの場合でも、セル空隙の所定の最小限のレベルは、カソードの膨張を可能にするように維持すべきである。すなわち、米国特許第４，２５９，４１６号明細書又は米国特許公開第２０１０／００２１８０１号明細書に開示するような内臓回旋マンドレル又は安全「ピンアセンブリ」を組み込んだセル設計は、リチウム２次システムのみに制限されている。
【０００９】
リチウム−二硫化鉄１次バッテリに存在する空隙空間に対処するという付加的な理由が存在する。例えば、米国特許公開第２０１０／００８６８３３号明細書に開示するように、当業者は、リチウム−二硫化鉄バッテリの放電生成物によって生じた特異性に対処するために電解質（又は他の活性セル成分）の容積を増大させるように動機付けされる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第４，３７９，８１５号明細書
【特許文献２】米国特許公開第２００５／０１１２４６２号明細書
【特許文献３】米国特許公開第２００５／０２３３２１４号明細書
【特許文献４】米国特許公開第２００９／０１０４５２０号明細書
【特許文献５】米国特許第４，２５９，４１６号明細書
【特許文献６】米国特許公開第２０１０／００２１８０１号明細書
【特許文献７】米国特許第７，６８７，１８９号明細書
【特許文献８】米国特許第７，６１８，７４２号明細書
【特許文献９】米国特許公開第２００８／０２２６９８２号明細書
【特許文献１０】米国特許第７，６７０，７１５号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，２９０，４１４号明細書
【特許文献１２】米国特許公開第２００８／００７６０２２号明細書
【特許文献１３】米国特許第６，８４９，３６０号明細書
【特許文献１４】米国特許第７，１５７，１８５号明細書
【特許文献１５】米国特許公開第２００８／００２６２９３号明細書
【特許文献１６】米国特許公開第２００７／０２７５２９８号明細書
【特許文献１７】米国特許公開第２００８／０２５４３４３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、容量に対する改良が基本的に健全なバッテリ設計を意味することの理解に少なくともある程度基づいている。すなわち、より大きい容量を供給するためには、リチウム−二硫化鉄バッテリの放電において作用する半径方向膨張力及び他の力学に周到な考慮が与えられるべきである。例えば、設計がセパレータ（又はあらゆる他の必須のセル構成要素）での不十分な厚みを提供すると、放電中でのカソードにおける半径方向膨張力が、ハード短絡及び／又は一方又は両方の電極における実際の物理的分離又は切断を引き起こす場合がある。ハード短絡は、重要な安全性の懸念をもたらし、バッテリの効用をほぼ即時に失わせることになり、こうした切断が発生すると活物質が全て放電されたか否かに関わらず、バッテリは容量の供給を停止することになる。同様の状況は、電気接続の一体性及びバッテリのための閉鎖／通気機構などに関しても発生する。従って、バッテリの容量は、とりわけセル設計者が標準サイズの消費者向けバッテリ（例えば、ＡＡ又はＦＲ６、ＡＡＡ又はＦＲ０３など）の使用に制限される場合、セル設計の全般的な実現性及び頑健性のための重要なメトリックとすることができる。
【００１２】
バッテリ設計のための事実上のメトリックとして機能する容量の当然の結論として、当業者は、設計選択、とりわけ、特定の構成要素の選択が、全体のバッテリシステムに配慮して行われたものでなければならないことを認識するであろう。特定の組成物は、セル内の他の構成要素及び組成物に対して意外な予期しない又は意図しない影響を有する場合がある。同様に、標準サイズのバッテリにおいて、特定の要素の選択は、そうでなければ他の要素に利用できたと考えられる容器内の容積を必然的に占有する。従って、設計選択のこの相互依存性は、容量におけるあらゆる増加、とりわけ、他の点でバッテリの安全性又は性能に悪影響を与えない増加は、より多くの活物質を添加する単純な行為を遥かに超えるものであることを示している。
【００１３】
本発明者は、全く意外にも、所定の種類のＬｉＦｅＳ2セルの容器内のカソード膨張のための空隙空間の量を低減及び／又は具体的には制限することにより、得られるバッテリが延びた容量及び有効寿命を持続することをここで見出した。この発見は、パイライトのカソード膨張が典型的にその最悪になる低ドレイン、高温度の条件下で最も有意である。その結果、電気化学バッテリセルの構造、そのようなバッテリを製造する方法、及びそのようなバッテリを放電させる方法が全て考えられる。容器の内径の対応する形状及び／又は電極アセンブリそれ自体の外側形状と異なる円周形状を有する円筒形インサートの使用が考えられる範囲で、この発見は、必ずしもリチウム−二硫化鉄に制限されない。
【００１４】
本発明の一実施形態では、１．５ボルト１次リチウム−二硫化鉄バッテリが考えられている。バッテリは、容器の開放端の上に取り付けられた上部カバーを有する丸い筒型容器と、リチウム又はリチウム合金の金属ホイルから本質的に構成されるアノード、ポリマーセパレータ、及び金属集電体の両面に少なくとも部分的に被覆された二硫化鉄を含むカソード混合物を含むカソードを含む螺旋回旋電極アセンブリと、バッテリが放電する時にカソード混合物の均等な膨張を容易にするために電極アセンブリ内に同軸に配置されたコアとを有する。この実施形態における付加的な特徴は、次のうちのいずれか１つ又はその組合せを含むことができる。
・コアが、不活性の円筒形ロッドを含む、
・ロッドが、絶縁ポリマーで製造される、
・ポリマーが、ポリプロピレン、ポリエチレン及びエチレン・クロロトリフルオロエチレン・コポリマーから構成される群から選択される、
・コアが、カソードの一部分を含む、
・コアでのカソードの一部分が、カソード混合物で被覆されていない、
・カソードの一部分が、螺旋回旋電極アセンブリの１つよりも多い巻回を構成する、
・コアが、容器の断面形状と同じでない断面形状を有する、
・バッテリが放電する時にリードによって生じる電極アセンブリの応力を低下させるように選択されたポイントで電極アセンブリに固定された少なくとも１つのリードを更に含む、
・コアの断面形状が、円形、長円形、矩形、三角形、又はＣ字形から構成される群から選択される、
・コアが、バッテリが放電する時に均等な方式で崩壊するように構成される、
・金属集電体が外向き面及び内向き面を有し、内向き面に被覆された二硫化鉄に比較してより多い量の二硫化鉄が外向き面に被覆される、
・電極アセンブリを容器又は上部カバーのいずれかに電気的に接続する溶接リードを更に含み、電極アセンブリが外径を有して容器が内径を有し、バッテリの放電の前にこの内径とこの外径の間に連続した空隙が存在するようになっている、
・コアが、バッテリが放電する時にカソード混合物の均等な膨張を容易にする、及び／又は
・コアが、回旋マンドレルを含む。
【００１５】
第２の実施形態では、電気化学セルが考察される。セルは、直径よりも大きい高さを有する円筒形容器と、アノード、セパレータ、及びカソードを含む螺旋回旋電極アセンブリと、容器の全体の高さにわたって円筒形容器の断面形状と異なる断面形状を有する電極アセンブリ内に同軸に配置された円筒形コアとを有する。セルの付加的な態様は、次のうちのいずれか１つ又はその組合せから選択することができる。
・円筒形容器の断面形状が円形である、
・円筒形コアの断面形状が、長円形、矩形、三角形、又はＣ字形から構成される群から選択される、
・円筒形コアが中空である、
・リードが、コアの断面形状の扁平外周部分の近くで電極アセンブリ内に固定される、
・コアが、バッテリが放電する時に均等な方式で崩壊するように構成される、及び／又は
・コアが、回旋マンドレルを含む。
【００１６】
別の実施形態では、１次リチウム−二硫化鉄バッテリを製造する方法を開示する。本方法は、リチウム又はリチウム合金アノードと、薄い金属ストリップの両面上に少なくとも部分的に被覆された二硫化鉄カソードとを含む螺旋回旋電極アセンブリを製作し、電極アセンブリが、外周形状と、内周形状を有する中心開口とを有するようにする段階と、バッテリが引き続き放電する時に電極アセンブリの一体性を均等に維持するように電極アセンブリを適合させる段階と、直径よりも大きい高さを有する円筒形容器内部に電極アセンブリを配置する段階とを含む。付加的な段階は、次のうちの１つ又はその組合せを含むことができる。
・電極アセンブリを適合させる段階が、電極アセンブリの中心開口内に円筒形ロッドを同軸に配置することによって達成される、
・バッテリが引き続き放電する時に、円筒形ロッドが、均等な方式で崩壊するように設計される、
・円筒形ロッドが、ｉ）中心開口の内側形状に適合してｉｉ）円筒形容器の形状と異なる外周形状を有する、
・円筒形ロッドの外側形状が、長円形、矩形、三角形、又はＣ字形から構成される群から選択される、
・電極アセンブリを適合させる段階が、電極アセンブリを物理的に圧縮して中心開口の形状を変化させることによって達成される、
・中心開口の内側形状が、長円形、矩形、三角形、又はＣ字形から構成される群から選択される、
・電極アセンブリを適合させる段階が、薄い金属ストリップの一方の側面に反対側の側面に比較してより多くの二硫化鉄を被覆することによって達成される、
・電極アセンブリが外径を有して容器が内径を有し、電極アセンブリが、バッテリの放電の前に、この内径とこの外径の間に連続した空隙が存在するように容器内に配置され、電極アセンブリを容器又は容器の開放端の上に取り付けられた上部カバーに電気的に接続するリードを溶接する段階を更に含む、及び／又は
・円筒形ロッドが、螺旋回旋電極アセンブリを製作するのに使用される回旋マンドレルである。
【００１７】
更に別の実施形態では、バッテリを製造する方法は、螺旋回旋電極アセンブリを製作し、電極アセンブリが、外周形状と、内周形状を有する中心開口とを有するようにする段階と、中心開口にアセンブリの外周形状と異なる形状を与えるように電極アセンブリを適合させる段階と、電極アセンブリを直径よりも大きい高さを有する円筒形容器内に配置する段階とを含む。付加的な実施形態は、以下のうちの１つ又はその組合せを含むことができる。
・電極アセンブリを適合させる段階が、電極アセンブリの中心開口内に円筒形ロッドを同軸に配置することによって達成され、円筒形ロッドが、ｉ）中心開口の内側形状に適合してｉｉ）円筒形容器の形状と異なる外周形状を有する、
・円筒形ロッドの外周形状が、長円形、矩形、三角形、又はＣ字形から構成される群から選択される、
・円筒形ロッドが、螺旋回旋電極アセンブリを製作するのに使用される回旋マンドレルである、及び／又は
・電極アセンブリを適合させる段階が、電極アセンブリを物理的に圧縮することによって達成される。
【００１８】
第４の実施形態は、直径よりも大きい高さを有する円筒形容器及び容器の開放端の上に取り付けられた上部カバーと、アノード、セパレータ、及びカソードを含む螺旋状に巻かれた電極アセンブリと、電極アセンブリ内に同軸に配置された円筒形コアとを含む電気化学セルを考えており、以下の条件のうちの１つが適用され、すなわち、Ａ）コアが円筒形容器の断面形状と異なる断面形状を有する条件、又はＢ）アノードが基本的にリチウム又はリチウム合金の金属ホイルから構成される条件であり、カソードは、金属集電体上に少なくとも部分的に被覆された二硫化鉄を含むカソード混合物を含み、容器は、円形の断面形状を有し、かつ以下のうちの少なくとも１つであり、すなわち、ｉ）コアが、バッテリが引き続き放電する時に均等な方法で潰れる、及びｉｉ）コアが円筒形容器の断面形状と異なる断面形状を有する。この実施形態の更に別の特徴は、次のうちのいずれか１つ又はその組合せを含むことができる。
・円筒形容器の断面形状が、円形であり、コアの断面形状が、長円形、矩形、三角形、又はＣ字形から構成される群から選択される、
・コアが中空である、
・コアの断面形状の扁平外周部分の近くに電極アセンブリ内に固定されるリードを更に含む、
・コアが、不活性の円筒形ロッドであり、より好ましくは、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びエチレン・クロロトリフルオロエチレン・コポリマーから構成される群からのポリマーで製造された円筒形ロッドである、
・コアが、カソードの一部分、一体化回旋マンドレル、１つの面がカソード混合物で被覆されていないカソードの一部分、又は両面がカソード混合物で被覆されていないカソードの一部分から構成される。
【００１９】
最後の実施形態は、螺旋回旋電極アセンブリを製作して電極アセンブリが外周形状と内面形状を有する中心開口とを有するようにする段階と、中心開口にこのアセンブリの外周形状と異なる形状を与えるように電極アセンブリを適合させる段階と、電極アセンブリを直径よりも大きい高さを有する円筒形容器内に配置する段階とを含むバッテリの製造方法を考察する。この場合に、付加的な段階は、次のうちのいずれか１つ又はその組合せを含むことができる。
・電極アセンブリを適合させる段階が、電極アセンブリの中心開口内に筒状ロッドを同軸に配置することによって達成され、円筒形ロッドが、ｉ）中心開口の内側形状に適合してｉｉ）円筒形容器の形状と異なる外周形状を有する、
・筒状ロッドの外周形状が、長円形、矩形、三角形、又はＣ字形から構成される群から選択される、
・円筒形ロッドが、螺旋回旋電極アセンブリを製作するのに使用される回旋マンドレルである、
・円筒形ロッドが、バッテリが引き続き放電する時に均等な方式で崩壊するように設計される、
・電極アセンブリを適合させる段階が、電極アセンブリを物理的に圧縮することによって達成される、及び／又は
・中心開口の形状が、長円形、矩形、三角形、又はＣ字形から構成される群から選択される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】リチウム−二硫化鉄電気化学セルのためのセル設計を示す図である。
【図２Ａ】本発明のある一定の実施形態による電極アセンブリ及びコアの断面構成を示す図である。
【図２Ｂ】本発明のある一定の実施形態による電極アセンブリ及びコアの断面構成を示す図である。
【図２Ｃ】本発明のある一定の実施形態による電極アセンブリ及びコアの断面構成を示す図である。
【図３Ａ】セルが放電する前に得られた従来技術に従った電極アセンブリの断面像である。
【図３Ｂ】セルが放電した後に得られた従来技術に従った電極アセンブリの断面像である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明で使用される時の下記の用語は、別途明記されない限り、本発明の開示全体を通じて以下のように定義され使用される。
【００２２】
周囲温度（又は室温）−約２０℃から約２５℃、別途明記されない限り、全ての実施例、データ、並びに他の性能及び製造情報は、周囲温度で行われたものである。
【００２３】
アノード−負極、より具体的には、リチウム−二硫化鉄セルにおいて、これは、単独の電気化学活物質として、リチウム及び／又はリチウムベース合金（すなわち、少なくとも９０重量％のリチウムを含有する合金）から基本的に構成され、別箇の全電極長さの集電体は使用しない。
【００２４】
容量−特定の条件（例えば、ドレインレート、温度など）で、単一電極又は全体のセルによって供給される容量、ミリアンペア時（ｍＡｈ）又はミリワット時（ｍＷｈ）又はデジタルスチルカメラ試験での撮影画像の数で典型的に表現される。
【００２５】
カソード−正極、より具体的には、リチウム二硫化鉄セルにおいて、これは、金属集電体基材の両側に少なくとも部分的に被覆された１次電気化学活物質（例えば、５０％よりも大きく、より好ましくは８０％から９５％よりも大きく、最も好ましくは１００％）としての二硫化鉄（及び／又はそのドープト誘導体）と、流動性のポリマー性及び／又は導電性添加物とを任意的に含むカソード混合物から基本的に構成され、この定義は、ペレットの形態にあるカソードを具体的に排除する。
【００２６】
セルハウジング−完全に機能するバッテリを構成する全て内部に付属した安全デバイスを含む電極アセンブリと、不活性構成要素と、接続材料とを物理的に包み込む構造体、典型的にはこれらの構成要素は、容器（カップの形状に形成され、「缶」とも称される）と閉鎖部（容器の開口部の上に取り付けられ、電解質の流出及び水分／大気の流入を阻止するための通気及び密封機構を典型的に含む）とを含み、状況に応じて「缶」又は「容器」の用語と交換可能に使用することができる。
【００２７】
円筒形セルサイズ−その直径よりも大きい高さを有する円筒を有するあらゆるセルハウジング、この定義は、ボタンセル、ミニチュアセル、又は実験のための「ホッケーパック」セルを具体的に排除する。
【００２８】
デジタルスチルカメラ試験（ＡＮＳＩデジタルスチルカメラ試験とも呼ばれる）−「携帯式リチウムセル及びバッテリのための米国内基準一般及び仕様」よって出版され、表題「バッテリ規格１５ＬＦ（ＡＡリチウム二硫化鉄）、デジタルカメラ試験」に概説された「ＡＮＳＩ  Ｃ１８．３Ｍ，Ｐａｒｔ１−２００５」試験手順に従ってバッテリ寿命が尽きるまでカメラが毎分２ピクチャ（画像）撮影する。この試験は、ＡＡサイズのリチウム二硫化鉄バッテリの２秒間１５００ｍＷでの放電に続く２８秒間６５０ｍＷでの放電で構成され、この３０秒サイクルは５分間の合計サイクル（１０サイクル）反復され、次に５５分間の休止期間（すなわち、０ｍＷ）が取られる。この全体１時間のサイクルは、最終の１．０５ボルト又はそれ未満まで一日に２４時間記録される。各３０秒サイクルが、１つのデジタルスチル画像を表すと意図される。
【００２９】
電気化学活物質−セルの放電反応の不可欠要素であり、放電容量に寄与する１つ又はそれよりも多くの化学物質であって、少量（例えば、１０％未満、より好ましくは５％未満、最も好ましくは１％未満）の不純物及びこの物質に固有の他の成分を含む。
【００３０】
電極アセンブリ界面面積−アノードとカソードとセパレータとが電気化学反応を可能にするように全て整列しているジェリーロール電極アセンブリの総面積（例えば、円筒形状ジェリーロール電極アセンブリにおける電極アセンブリ界面高さは、アノードとカソードとセパレータとが縦軸上で互いに垂直に隣接する全てのポイントに沿った縦軸によって定まることになる）。
【００３１】
ＦＲ６セル−２０００年１１月以後に国際電気化学委員会によって出版された国際標準ＩＥＣ−６００８６−１に関し、約５０．５ｍｍの最大外側高さと約１４．５ｍｍの最大外径とを有する円筒形セルサイズのリチウム二硫化鉄バッテリ。
【００３２】
ＦＲ０３セル−２０００年１１月以後に国際電気化学委員会によって出版された国際標準ＩＥＣ−６００８６−１に関し、約４４．５ｍｍの最大外側高さと約１０．５ｍｍの最大外径とを有する円筒形セルサイズのリチウム二硫化鉄バッテリ。
【００３３】
「ジェリーロール」電極アセンブリ−アノード及びカソードのストリップが、適切なポリマーセパレータと共に、それらの長さ又は幅に沿った例えばマンドレル又は中心コアの周りの巻き付けによって結合されてアセンブリになる。この用語は、「螺旋回旋電極アセンブリ」と同義的かつ交換可能に使用される。
【００３４】
充填量−ホイル集電体に被覆された最終の乾燥かつ最密化したカソード混合物に関し、集電体の所定の面積の単面にある所定の材料の量であり、界面的に整列したカソードの１平方センチメートルの単面上の総カソード混合物（すなわち、パイライト、結合剤、導体、添加物などを含む）のミリグラムとして典型的に表される。
【００３５】
公称−その特性又は性能に対して予想することができるものを表す製造業者によって指定された値。
【００３６】
パイライト−バッテリで使用された時に典型的に少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％の電気化学的に活性な二硫化鉄を含有する二硫化鉄の好ましい鉱物形態、鉄パイライトとも呼ばれることがある。
【００３７】
固体パッキング−コーティングにおいて、集電体は除外されるが、コーティングを乾燥させて最密化された後のコーティングの総容積と比較した固体粒子（例えば、電気化学活物質、結合剤、導体など）によって占められるコーティング内の容積の比率、典型的に百分率で表されるが、コーティングの空隙率の逆数として表すことができる（例えば、１００％からコーティングの空隙率パーセントを差し引いたもの）。
【００３８】
比エネルギ密度−説明された条件（例えば、２００ｍＡ連続ドレイン、界面容量上の総入力など）に従った電極、セル、又はバッテリの容量をセル又はバッテリ全体の総重量で除した値であって、一般的にワット時／キログラム（Ｗｈ／ｋｇ）又はミリワット時／グラム（ｍＷｈ／ｇ）で表される。
【００３９】
本発明は、図１を参照してより良く理解される。図１において、セル１０は、好ましくはＦＲ６（ＡＡ）型円筒形ＬｉＦｅＳ2バッテリセルであるが、本発明は、ＦＲ０３（ＡＡＡ）又は他の円筒形セルに同等な適用を有する。セル１０は、一実施形態では、密封底部とセルカバー１４及びガスケット１６で密封される開放上端とを有する缶１２の形態での容器を含むハウジングを有する。缶１２は、ガスケット１６及びカバー１４を支持するために上端付近のビード又は縮小直径ステップを有する。ガスケット１６は、缶１２とカバー１４の間に圧縮され、アノード又は負極１８、カソード又は正極２０、及び電解質がセル１０内に密封される。
【００４０】
アノード１８、カソード２０、及びセパレータ２６は、一緒に螺旋状に巻かれて電極アセンブリとされる。カソード２０は、電極アセンブリの上端から延びて接触バネ２４を用いてカバー１４の内面に接続される金属集電体２２を有する。アノード１８は、金属リード（又はタブ）３６によって缶１２の内面に電気的に接続される。リード３６は、アノード１８に固定され、電極アセンブリの底部から延び、この底部の上で折り畳まれ、かつ電極アセンブリの側面に沿って上昇する。リード３６は、缶１２の側壁の内面に加圧接触する。電極アセンブリが巻かれた後、これは、製造工程内のツーリングによって挿入前に合わせて置くことができ、又は材料（例えば、セパレータ又はポリマーフィルム外側ラップ３８）の外端を例えばヒートシール、接着、又はテーピングによって留めることができる。
【００４１】
一実施形態では、絶縁コーン４６が電極アセンブリの上部の外周部分の周りに設けられてカソード集電体２２の缶１２への接触が防止され、カソード２０の底縁と缶１２の底部との接触は、内側に折り畳まれたセパレータ２６の延長部と缶１２の底部に配置された電気絶縁底部ディスク４４とによって防止される。
【００４２】
一実施形態では、セル１０は、分離した正端子カバー４０を有し、これは、１つ又はそれよりも多くの通気開口（図示せず）を有し、缶１２の内側に圧着された上縁とガスケット１６とによって所定の位置に保持される。缶１２は、負接触端子として機能する。接着ラベル４８のような絶縁性ジャケットを缶１２の側壁に付加することができる。
【００４３】
一実施形態では、端子カバー４０の周囲フランジとセルカバー１４の間には、不正な電気状態の下での電流の流れを実質的に制限する正温度係数（ＰＴＣ）デバイス４２が配置される。別の実施形態では、セル１０は、圧力除去通気部も含む。セルカバー１４は、ウェル２８の底部に通気孔３０を有する内向き突出の中心通気ウェル２８を含む開口を有する。開口は、通気ボール３２と、通気ウェル２８の垂直壁と通気ボール３２の周囲との間に圧縮される薄壁熱可塑性ブッシング３４とによって密封される。セル内部圧力が所定のレベルよりも大きい時に、通気ボール３２、又は通気ボール３２及びブッシング３４の両方が開口から押し出され、セル１０から加圧ガスを放出する。他の実施形態では、圧力除去通気は、米国特許第７，６８７，１８９号明細書に開示するような破裂膜によって閉じられた開口とすることができ、又は引き裂き又は他の方法で破断することができ、密封プレート又は容器壁のようなセルの一部分内に通気開口を形成する鍛造溝のような比較的薄い区域とすることができる。
【００４４】
電極の各々と、ハウジングに近接し又はこれと一体化した各対向する外部バッテリ端子との間には電気接続が保持される。一実施形態では、電極アセンブリの側部と缶の側壁の間に配置された電極リード３６の端子部分は、缶の側壁との電気的接触を容易にし、缶側壁の方向にリードを付勢するために、バネ様の力を提供する好ましくは非平面の缶内への電極アセンブリの挿入よりも前の形状を有することができる。セル製造中に、リードの成形された端子部分は、例えば、電極アセンブリの側部の方向に変形することができ、缶内へのその挿入が容易にされ、それに続いてリードの端子部分は、その初期の非平面形状の方向に部分的にはね返るが、少なくとも部分的に圧縮されたままとなって缶の側壁の内面に力が印加され、それによって缶との良好な物理的及び電気的接触が行われる。そのようなリードの例は、引用によって組み込まれている米国特許第７，６１８，７４２号明細書に開示されている。代替的に、この電気接続、及び／又はセル内の他のものは、溶接の方法によっても保持することができる。
【００４５】
電気リード３６は、セル端子のうちの１つへアノード又は負極を接続する薄い金属ストリップで製造することができる（図１に示されているＦＲ６セルの場合における缶）。これは、リードの端部をアノードの一部分内に埋め込むか又はリードの端部のような一部分をリチウムホイルの表面上に単にプレスすることによって達成することができる。リチウム又はリチウム合金は粘着性を有し、リードと電極の間の一般的に少なくとも僅かで十分な圧力又は接触が構成要素を互いに溶接することになる。負極には、ジェリーロール構造に巻かれる前にリードを設けることができる。リードは、適切な溶接によってリチウム及び／又は他の構成要素に接続することができる。
【００４６】
リード３６を構成する金属ストリップは、リードを通って流れる電流の十分な伝達を可能にするための十分に低い抵抗率（例えば、一般的に１５ｍΩ／ｃｍ未満及び好ましくは４．５ｍΩ／ｃｍ未満）を有するニッケル又はニッケル鍍金鋼で多くの場合に製造される。適切な負極リード材料の例は、以下に制限されるものではないが、銅、例えば、銅合金７０２５（約３％のニッケル、約０．６５％のシリコン、及び０．１５％のマグネシウムを含み、残りが銅及び少量の不純物である銅、ニッケル合金）、及び銅合金１１０である銅合金、及びステンレス鋼を含む。リード材料は、非水電解質を含む電気化学セル内でその構造が安定であるように選択すべきである。
【００４７】
セル容器は、多くの場合に金属缶であり、図１での缶のように密封底部を有する。缶材料及び容器壁の厚みは、セル内に使用される活物質と電解質にある程度依存することになる。一般的な材料の種類は鋼である。例えば、缶は、冷間圧延鋼（ＣＲＳ）で製造することができ、缶の外側を腐食から保護するために少なくとも外側をニッケルで鍍金することができる。一般的に、本発明によるＣＲＳ容器は、ＦＲ６セルに対して７から１０ミル、ＦＲ０３セルに対して６から９ミルの壁厚を有することができる。鍍金の種類は、様々な程度の耐食性を提供し又は望ましい外観を提供するように変えることができる。鋼の種類は、容器が形成される方式にある程度依存することになる。絞り缶のためには、拡散焼鈍された低炭素のアルミニウムキルドＳＡＥ１００６又は同等の鋼とすることができ、ＡＳＴＭ９から１１の粒径及び等軸から僅かに細長い粒形を有する。ステンレス鋼のような他の鋼は、特別な要求を満たすために使用することができる。例えば、缶がカソードと電気的に接触する場合には、ステンレス鋼は、カソード及び電解質による腐食に対する改善した耐性のために使用することができる。
【００４８】
セルカバーは、金属とすることができる。ニッケル鍍金鋼を使用することができるが、とりわけ、カバーがカソードに電気的に接触している時は、ステンレス鋼が多くの場合に望ましい。カバー形状の複雑さも材料選択におけるファクタであると考えられる。セルカバーは、厚い平坦円板のような単純な形状を有することができ、又はセルカバーは、図１に示すカバーのようなより複雑な形状を有することができる。カバーが図１におけるものと類似した複雑な形状を有する時に、ＡＳＴＭ８−９粒径を有する３０４型軟焼鈍ステンレス鋼を使用することができ、望ましい耐食性及び金属成形の容易さを提供する。成形されたカバーは、例えば、ニッケルで鍍金することができ、又はステンレス鋼又は他の公知の金属及びその合金で製造することができる。
【００４９】
端子カバーは、周囲環境内の水による腐食に対する良好な耐性、良好な導電性、及び消費者向けバッテリ上で見る時の見栄えのする外観を有するべきである。端子カバーは、多くの場合に、ニッケル鍍金された冷間圧延鋼から製造され、又はカバーが成形された後にニッケル鍍金される鋼から製造される。端子が圧力除去通気部の上に設けられる時に、端子カバーは、セルの排気を容易にするために１つ又はそれよりも多くの孔を一般的に有する。
【００５０】
ガスケットは、望ましい密封特性を提供するあらゆる適切な熱可塑性材料で製造される。材料選択は、電解質組成にある程度依存する。適切な材料の例は、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、テトラフルオリド−ペルフルオロアルキルビニルエーテル・コポリマー、ポリブチレンテレフタレート、及びその組合せを含む。好ましいガスケット材料は、ポリプロピレン（例えば、米国デラウェア州ウィルミントン所在の「Ｂａｓｅｌｌ  Ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎｓ」が提供するＰＲＯ−ＦＡＸ（登録商標）６５２４）及びポリフェニレンスルフィド（例えば、米国テキサス州ザウッドランズ所在の「Ｃｈｅｖｒｏｎ  Ｐｈｉｌｌｉｐｓ」が提供するＸＴＥＬ（登録商標）ＸＥ３０３５又はＸＥ５０３０）を含む。少量の他のポリマー、強化のための無機充填剤及び／又は有機化合物もガスケットの主レジンに添加することができる。適切な材料の例は、引用により組み込まれている米国特許公開第２００８／０２２６９８２号明細書及び米国特許第７，６７０，７１５号明細書に見出すことができる。
【００５１】
ガスケットは、最善の密封を提供するためにシーラントで被覆することができる。エチレンプロピレンジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）が適切なシーラント材料であるが、他の適切な材料を使用することもできる。
【００５２】
セルは、あらゆる適切な処理を用いて閉鎖かつ密封することができる。この処理は、以下に制限されるものではないが、クリンピング、リドローイング、コレッティング、及びその組合せを含む。例えば、図１のセルに対しては、電極と誘電体コーンが挿入された後、缶内にビードが形成され、ガスケット及びカバーアセンブリ（セルカバー、コンタクトバネ、及び通気ブッシング）が缶の開放端内に置かれる。ガスケット及びカバーアセンブリがビードの方向に下方に押される時にセルはビードで支持される。ビードの上の缶の上部の直径は、セグメント化コレットを用いて縮小され、ガスケット及びカバーアセンブリがセル内の所定の位置に保持される。通気ブッシング及びカバー内の開口を通って電解質がセル内に分注された後、通気ボールがブッシング内に挿入され、セルカバー内の開口が密封される。ＰＴＣデバイス及び端子カバーがセルカバーを覆ってセルの上に置かれ、缶の先端がクリンピングダイを用いて内側に曲げられ、ガスケット、カバーアセンブリ、ＰＴＣデバイス、及び端子カバーが保持され、ガスケットによる缶の開放端の密封が終わる。
【００５３】
アノードは、リチウム金属のストリップを含み、リチウムホイルとも称される。リチウムの組成は変えることができるが、バッテリ等級のリチウムに対しては、純度は常に高い。リチウムは、望ましいセルの電気性能又は取扱いの容易さを提供するために、アルミニウムのような他の金属との合金とすることができるが、それにも関わらずいずれの合金内のリチウムの量も最大化すべきであり、かつ高温適用（すなわち、純リチウムの融点よりも大きい）のように設計された合金は好ましくない。適切なバッテリ等級のリチウム−アルミニウムホイルは、０．５重量パーセントのアルミニウムを含有し、米国ノースカロライナ州キングスマウンテン所在の「Ｃｈｅｍｅｔａｌｌ  Ｆｏｏｔｅ  Ｃｏｒｐ．」から市販されている。あらゆるこうした合金中の活物質（すなわち、リチウム）の量の最大化に重点をおいた基本的にリチウム又はリチウム合金（例えば、０．５重量％Ａｌ及び９９＋重量％Ｌｉ）から構成されるアノードが好ましい。
【００５４】
図１でのセルにおけるように、個別の集電体（すなわち、集電体がジェリーロール内部に螺旋回旋されるように、その上にアノードが溶接又は被覆される金属ホイル又はアノードの長さの実質的な部分に沿っている導電性ストリップのような導電性部材）は、リチウムが高い導電率を有するのでアノードに対して必要とされない。そのような集電体を用いないことにより、より多くの空間が容器内で活物質のような他の構成要素のために利用可能である。使用する場合、アノード集電体は、銅及び／又はそれらがセルの他の内部構成要素（例えば、電解質）に露出された時に安定である他の適切な高導電性金属で製造することができる。
【００５５】
セパレータは、イオン透過性で電気非伝導性である薄い微孔性膜である。セパレータの微孔隙内部に少なくともいくらかの電解質をセパレータが保持することができる。セパレータは、アノードとカソードとの隣接する表面の間に配置され、この電極を互いから電気的に分離する。セパレータの一部分は、内部短絡を防止するために、セル端子と電気的に接触する他の構成要素も絶縁することができる。セパレータの縁部は、少なくとも１つの電極の縁部を多くの場合に超えて延び、アノードとカソードとをそれらが完全に互いに整列してなくても電気的に接触しないことを保証する。しかし、電極を超えて延びるセパレータの量を最小にすることが望ましい。
【００５６】
良好な高電力放電性能を提供するために、セパレータは、１９９４年３月１日に付与され、引用によって本明細書に組み込まれている米国特許第５，２９０，４１４号明細書に開示された特性（少なくとも０．００５μｍの最小寸法及び５μｍ以下の最大寸法の直径を有する微孔隙、３０から７０パーセントの範囲の空隙率、２から１５オーム−ｃｍ2の面積比抵抗、及び２．５未満の屈曲度）を有することが望ましい。他の望ましいセパレータ特性は、引用によって本明細書に組み込まれている米国特許公開第２００８／００７６０２２号明細書に説明されている。
【００５７】
セパレータは、多くの場合にポリプロピレン、ポリエチレン、又はその両方で製造される。セパレータは、二軸配向微孔性膜の単層とすることができ、又は２つ又はそれよりも多くの層を直交方向における望ましい引張強度を提供するように一緒に張り合わせることができる。コストをできるだけ低くするためには単層が好ましい。この膜は、１６から２５ミクロンの好ましい厚みを有するべきである。適切なセパレータは、米国ニューヨーク州マセドニア所在の「Ｔｏｎｅｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐ．」及び米国オレゴン州レバノン所在の「Ｅｎｔｅｋ  Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ」から市販されている。
【００５８】
非常に少量のみの水（例えば、使用される電解質塩の重量基準で典型的に２０００ｐｐｍ未満、より好ましくは約５００ｐｐｍ未満）を含有する非水電解質が、本発明のバッテリセルに使用される。この電解質は、１つ又はそれよりも多くの有機溶媒中で解離した１つ又はそれよりも多くのリチウムベース電解質塩を含有する。適切な塩は、臭化リチウム、過塩素酸リチウム、ヘキサフルオロ燐酸リチウム、ヘキサフルオロ燐酸カリウム、ヘキサフルオロ砒酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、及び沃化リチウムのうちの１つ又はそれよりも多くを含むが、この塩は、好ましくは、Ｉ-（例えば、溶媒調製物中のＬｉＩの解離による）を含む。溶媒調製物中に解離したＩ-の生成をもたらす添加剤を使用することもできる。
【００５９】
適切な有機溶媒は、蟻酸メチル、γ−ブチロラクトン、スルホラン、アセトニトリル、３，５−ジメチルイソキソザール、ｎ，ｎ−ジメチルホルムアミド、及びエーテル類のうちの１つ又はそれよりも多くを含み、総溶媒の少なくとも５０容量％をエーテル類が占めることがエーテル類の低粘性及び湿潤機能の理由で好ましい。好ましいエーテル類は、非環式（例えば、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、ジ（メトキシエチル）エーテル、トリグライム、テトラグライム、及びエチルエーテル）及び／又は環式（例えば、１，３−ジオキソラン、テトラハイドロフラン、２−メチルテトラハイドロフラン、及び３−メチル−２−オキザリジノン）とすることができる。１，３−ジオキソラン及び１，２−ジメトキシエタンが好ましい溶媒であり、一方で沃化リチウムが好ましい塩であるが、沃化リチウムは、リチウムトリフラート、リチウムイミド、又は過塩素酸リチウムとの組合せで使用することができる。置換誘導体又は他の類似体は、上述の好ましい溶媒と組み合わせて又はそれに代えて使用するこができる。
【００６０】
カソードは、集電体と１つ又はそれよりも多くの電気化学活物質を典型的に微粒子形態で含む混合物とを含むストリップの形態である。二硫化鉄（ＦｅＳ2）が、カソード混合物中の主活物質であり、好ましくはパイライトの形態で提供される。望ましいセル電気特性及び放電特性に応じて、カソードは少量の１つ又はそれよりも多くの付加的な活物質も含有することができる。この付加的なカソード活物質は、あらゆる適切なカソード活物質とすることができる。導電性賦形剤、結合剤材料、及び加工助剤のような他の添加物もカソード混合物中に含むことができる。
【００６１】
好ましくは、ＬｉＦｅＳ2セルカソードのための活物質は、少なくとも９５重量パーセントのＦｅＳ2を含み、かつＦｅＳ2が単独のカソード活物質であることが最も好ましい。少なくとも９５重量パーセントＦｅＳ2の純度レベルを有する（すなわち、「バッテリ等級」）パイライトは、米国マサチューセッツ州ノースグラフトン所在の「Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ  Ｍｉｌｌｓ」、オーストリア国ウィーン所在の「Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＧｍｂＨ」、及び米国バージニア州ディルウィン所在の「Ｋｙａｎｉｔｅ  Ｍｉｎｉｎｇ  Ｃｏｒｐ．」から市販されている。ここで注意すべきは、ＦｅＳ2の「純度」のこの説明は、パイライトが特定の好ましい鉱物形態のパイライトであると認識していることである。しかし、パイライトは、多くの場合に低レベルの不純物（例えば、酸化珪素）を有し、かつＦｅＳ2のみがパイライト中で電気化学的に活性であるので、ＦｅＳ2のパーセント純度への言及は、セルに提供される不純物を含むパイライトの総量に対して行うことができる。更に、パイライトは、見出された硫黄と鉄との化学量論的な量に関し及び／又はいくつかのドーパントの自然的又は意図的な導入（例えば、パイライトの構造内部に好ましくは統合された比較的少量の金属）に関して本質的に変動する場合がある。従って、パイライトとＦｅＳ2の両方の用語は、これらの天然的又は合成的な変動も総称的に網羅することを理解すべきであり、あらゆる解析的評価又は電気化学的計算／反応の目的では、電気化学活物質の全体をＦｅＳ2として扱うことが適切である。
【００６２】
好ましいカソード混合物に利用される代表的な材料は、パイライト９１−９９重量％、導体０．１−３．０重量％、結合剤約０．１−３．０重量％、及び加工助剤約０−１．０重量％の配合組成を有する。パイライト約９５−９８重量％、導体約０．５−２．０重量％、結合剤約０．５−２．０重量％、及び加工助剤約０．１−０．５重量％を備えたカソード混合物を有することはより望ましい。パイライト約９６−９７重量％、導体約１．０−２．０重量％、結合剤約１．０−１．５重量％、及び加工助剤約０．３−０．５重量％を備えたカソード混合物を有することは、更に望ましい。好ましいカソード配合組成は、本明細書に引用により組み込まれている米国特許公開第２００９／０１０４５２０号明細書に開示されている。導体は、カーボンブラック、グラファイト、又は類似の材料を含むことができ、これらは、例えば、イリノイ州シカゴ所在の「Ｓｕｐｅｒｉｏｒ  Ｇｒａｐｈｉｔｅ」又はオハイオ州ウエストレーク所在のＴｉｍｃａｌから広く市販されている。結合剤は、テキサス州ヒューストン所在の「Ｋｒａｔｏｎ  Ｐｏｌｙｍｅｒ」から市販されているもののようなスチレン−エチレン／ブチレン−スチレン（ＳＥＢＳ）ブロックコポリマーを含むポリマー結合剤から構成することができる。加工助剤は、引用により組み込まれている米国特許第６，８４９，３６０号明細書に説明されている。
【００６３】
セパレータを穿刺する危険性をできるだけ小さくするために、小さい粒径を有するとりわけパイライトであるカソード材料を用いることも望ましい。例えば、パイライトは、少なくとも２３０メッシュ（６２μｍ）又はより細かいスクリーンで篩過することができる。パイライトは、本明細書に引用により組み込まれている米国特許公開第２００５／０２３３２１４号明細書の説明のように、より好ましくは１−１９μｍ、最も好ましくは６−１２μｍの平均粒径を有するように粉砕された媒体とすることができる。
【００６４】
カソード混合物は、典型的に約１６−２０μｍの厚みを有するアルミホイルである金属ホイル集電体上に被覆され、カソードが形成される。カソード混合物は、上述のように、コーティングの加工性、導電性、及び全体の効率を均衡させるように注意深く選択すべきであるいくつかの材料を含有する。これらの構成要素は、トリクロロエチレンのような溶媒の存在下で混合されてスラリになり、次に集電体上に被覆される。得られたコーティングは、好ましくは乾燥させて被覆後に最密化され、そのコーティングは、二硫化鉄（及びそのドーパント及び不純物）と、粒子状材料をまとめてこの混合物を集電体に接着させる結合剤と、この混合物に改善した導電性を提供する金属、グラファイト、及びカーボンブラック粉末のような１つ又はそれよりも多くの導電材料と、ヒュームドシリカ及び／又は過塩基性スルホン酸カルシウムコンプレックスのような様々な加工助剤又は流動助剤とで基本的に構成される。更に、本明細書に引用により組み込まれる米国特許第７，１５７，１８５号明細書に説明されているように、高レートの用途を対象としたリチウム−二硫化鉄バッテリは、カソードにおける理論界面入力容量をそれと関連するアノードの理論界面入力容量と比較して過剰に提供することによって利益を得ることが確認されている。従って、一実施形態では、本発明のセルは、１．００未満、０．９５未満、又は０．９０未満の界面アノード入力の界面カソード入力に対する好ましい比を有する。これらの比を計算する時には電極の界面的に整列した部分のみを使用すべきであり、ジェリーロールの最も外側の周囲は無視すべきである（すなわち、アノード厚み又はカソードのコーティングの半分で最外側巻回上に配向された又は容器の内径に向いた電極に基づいて）。
【００６５】
カソード混合物は、スリーロールリバース、コンマコーティング、又はスロットダイコーティングのような様々な適切な処理を用いてホイル集電体に付加される。あらゆる不要な溶媒を除去する乾燥の後又はそれと同時に、得られたカソードストリップは、カレンダー加工などによって最密化され、正極全体が更に圧縮される。このストリップが、セパレータ及び同様な（必ずしも同一ではないが）サイズのアノードストリップと共に次に螺旋状に巻かれることになることを考慮すれば、この最密化は、ジェリーロール電極アセンブリ内の電気化学活物質の充填量を最大にするのに役立つ。
【００６６】
アルミニウムホイルが、好ましいカソード集電体であるが、チタン、銅、鋼、他の金属ホイル、及びそれらの合金も可能である。集電体は、下記のように正端子に接続する電気リードに接触するための有利な領域を提供するために、カソード混合物を含むカソードの部分を超えて延びることができる。集電体と端子の間の接触を達成するための手段に関わらず、活物質及び電解質のためになるべく多くのセルの内部容積を利用可能にするために、こうした「質量無しゾーン」（すなわち、カソードコーティングを持たない集電体の部分）を排除する又は最小にすることが望ましい場合がある。付加的な又は代替の「質量無しゾーン」は、先端（すなわち、ジェリーロールのコアを形成する部分）及び後縁（すなわち、ジェリーロールの最外側巻回／外周）に沿ってカソードの１面又は両面に提供することができる。カソードのための典型的なコーティング構成の例は、米国特許公開第２００８／００２６２９３号明細書に見出すことができる。
【００６７】
カソード内部空隙は、ａ）放電中でのカソード膨張の一部の相殺、及びｂ）有機電解質による二硫化鉄の湿潤に役立つので、カソードは過度に最密化してはならない。より実用的には、コーティングを高密度に圧縮するために印加することができる力の量に関して作動限界も存在し、そのような力によって生成される集電体上の応力は、コーティングの好ましくない延伸及び／又は実際の層剥離を引き起こす場合がある。従って、最終最密化カソードにおける固体パッキングは、電気化学反応を進行させるのに十分でなければならないことが好ましい。最終固体パッキングは、好ましくは５０％から８５％、より好ましくは５８％から７０％でなくてはならない。
【００６８】
カソードは、セルの正端子に電気的に接続される。これは、多くの場合に図１に示すように薄い金属ストリップ又はバネの形態の電気リードを用いて達成することができるが、溶接接続も可能である。使用される場合、リードは、ニッケル鍍金されたステンレス鋼又は他の適切な材料で製造される。標準ＰＴＣのような任意的な電流制限デバイスが、セルの暴走放電／加熱を防止するための安全機構として利用される場合には、適切なＰＴＣは、米国カリフォルニア州メンロパーク所在の「Ｔｙｃｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ」によって販売されている。付加的な又は代替の電流制限デバイスは、引用により組み込まれている米国特許公開第２００７／０２７５２９８号明細書及び第２００８／０２５４３４３号明細書に見ることができる。
【００６９】
アノード、カソード、及びセパレータストリップは、電極アセンブリ内で互いに結合される。電極アセンブリは、図１に示すような螺旋回旋設計であるべきであり、アセンブリは、カソード、セパレータ、アノード、及びセパレータの交互のストリップをマンドレルの周りに巻き付けることによって製造することができる。セパレータの少なくとも１つの層及び／又は電気絶縁フィルム（例えば、ポリプロピレン）の少なくとも１つの層を電極アセンブリの周りに巻き付けることができ、アセンブリが互いに保持され、アセンブリの幅又は直径が望ましい寸法に調整され、及び／又はアセンブリが容器の極性に適合して電気接続が各電極とに行われる方式で絶縁される。セパレータ又は他の外側フィルム層の最も外側の端部は、一片の接着テープを用い又はヒートシールによって押さえることができる。図１に示すように、アノードが最も外側の電極とすることができ、又はカソードが最も外側の電極とすることができる。いずれの電極もセル容器と電気的に接触することができるが、とりわけ、電極アセンブリの最外側巻回の極性と合わせることにより、最も外側の電極と容器の側壁との間の内部短絡を回避することができる。
【００７０】
一実施形態では、ジェリーロール電極アセンブリは、カソードが膨張する時に電極が界面に整列している電極アセンブリの軸線方向領域に沿ったアセンブリの中心開口（以後コアとも意味する）内に位置する空隙空間が制御されて均等な方式で収縮するように構成される。別の実施形態では、電極アセンブリのコアは、コアは崩壊せずにその代わりに膨張するカソードを制御されて均等な方式で外側に向け直すように構成される。いずれの場合でも、電極アセンブリは、電極アセンブリ内に挿入され、又はそれと一体化して製造され、次にコアとして役立つ円筒形ロッドの周りに同軸に配置することができる。追加的に又は代替的に、電極アセンブリは、電極アセンブリ内の形状を制御する方式で圧縮し又は巻き付けることができる。各場合に、電極アセンブリのコアは、バッテリが引き続き放電する時に電極アセンブリがその一体性を一様に維持するように意図的に適合される。すなわち、電極アセンブリは、アセンブリ内の個々の電極及びセパレータが、セルの短絡及び／又は予想容量の損失を引き起こす方式での穿刺、切断、又は他の侵害を受けないように操作される。
【００７１】
好ましい実施形態では、円筒形ロッドは、電極アセンブリの中心開口の中に挿入される。とりわけ、容器形状の内周径は典型的に円形であるが、円筒形ロッドの外周径（本明細書では同じ意味で断面形状とも称される）は、容器と同じ形状か又は以下で詳述されるような異なる形状を有することができる。ロッドのための例示的な断面形状は、円形、長円形、矩形、三角形、又はＣ字形を含むが、容器のための例示的な断面形状は円形又は矩形である。非円形ロッドのための好ましい断面形状は、コア形状の残りの部分に比べて実質的に扁平な少なくとも１つの部分を含むことになり、これは、中心コアの内径と電極アセンブリの外径（すなわち、容器の内径）との間のより大きい半径を有するコアに沿った凹部領域を引き起こすが、容器の好ましい断面形状は円形である。ロッドの高さは、電極アセンブリを収容する容器の内側部分の高さと好ましくは適合するが、ある一定の実施形態では、全体の電極アセンブリの高さの一部分に適合するのみであるロッドを利用することができる。
【００７２】
ロッドは、上述のような電極アセンブリに適合するのに十分な強度の中実又は中空材料で製造することができる。この材料は、電解質、活物質、及びバッテリに独特の他の成分に適合性を有し、かつ非反応性でなければならない。従って、他の非活性の内部成分に使用される上述の金属又はポリマーのいずれもコア材料として使用するための候補とすることができる。好ましい材料は、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル鍍金冷間圧延鋼、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びエチレン・クロロトリフルオロエチレン・コポリマーを含む。中空の場合、ロッドは崩壊可能であってもなくてもよく、及び／又はその他の方法で通気部又はセルに存在する他の機構及び構成要素と一体化してもよく、しなくてもよい。ロッドは、電極アセンブリ構成要素の一部を受け取って巻き付け処理を効率化及び簡素化するフランジ又はスリットのような他の一体化特徴部を含むことができる。ロッドは、電極アセンブリ内に残る一体化回旋マンドレル（それによって「中実コア巻回」とも称される円筒形ロッドとして機能する）として提供することができる。
【００７３】
コアは、カソード集電体の一部として一体形成することができる。好ましい実施形態では、かつ米国特許公開第２００８／００２６２９３号明細書に説明されたように、集電体の被覆されていない部分は、電極アセンブリのための回旋マンドレル内に置かれ又はその近くにある。被覆されていないホイルのこの部分が、回旋マンドレル内に好ましくは置かれているので、この巻き付け手順は、電極アセンブリのための非崩壊コアを形成する非コーティング領域を引き起こすことになる。この実施形態により、コーティングカソード又は非コーティングカソードの少なくとも１つの巻回を提供することができる。この種類のコアは、ロッドに対して上述したものと同じ形状及び特徴を有することができる。
【００７４】
電極アセンブリの一体性を均等に維持するように及び／又は電極アセンブリの中心開口によって定められる空隙空間を均等に崩壊させるように電極アセンブリを適合させる他の方法は、円筒形ロッド又は一体化集電体コアの使用を伴い又は伴わずに可能である。例えば、電極アセンブリの製造処理の一部として、アノード、カソード、及びセパレータを巻き付け、次に得られたアセンブリを圧縮してコアに上述の形状のうちの１つを付与することができる。追加的に又は代替的に、同じ目的を達成するために、巻き付け処理自体を変えることができる。制限ではなく例として、これらの変化は、所定形状のマンドレルの使用、巻回要素のうちの１つ又はそれよりも多くの速度又は張力の変化などを含むことができる。カソード集電体の相対的な剛性は、電極アセンブリ全体の適合性を保持することを助けることができることが予期される。ここでまた、上述のロッドで説明した形状は、この種類のコアにも適用可能である。
【００７５】
図２Ａから図２Ｃは、円筒形ロッド（図示せず）を利用するか又は本明細書に説明した他の方法による適合した電極アセンブリの比較断面形状を示している。これらの図面の各々において、電気化学セル１００は、その中に配置された中心開口１１２を有する電極アセンブリ１１０を有する容器１０２を含む。図２Ａは、電極アセンブリに付与することができる長円形状を示すが、実質的に類似な形状の（すなわち、同じ断面形状を有する）ロッドを開口１１２に挿入することができることを理解すべきである。図２Ｂは、扁平化した矩形又はＣ字形であり、図２Ｃは三角形状である。他の最適化形状を本発明の原理を逸脱することなく可能にすることができる。図２Ａに示されていないが、リード１１４のための例示的な位置決めが図２Ｂ及び図２Ｃに示されている。また、図２Ａから図２Ｃの全体を通じて電極アセンブリ内の電極は、均等な厚みを有することを意図するが、一部のグラフィックレンダリングにより、いくつか部分又は間隙が他よりも大きい場合がある外観を不用意に与えている場合がある。
【００７６】
リードに関して、あらゆる電極リード（アノード又はカソード）の位置は、本発明の利点を更に最適化するためにコアの形状に沿って周囲方向に整列することができる。例えば、バッテリが放電してカソードが膨張する時にリードによって生じる応力を低減するために、リードは、所定形状のコアの「扁平」部分に取り付けることができる。より高い応力が、容器の内径に最も近いコアの外径のポイント（すなわち、２つの間の最短距離を有するポイント）で放電時に発生されると予想される限りにおいて、あらゆるリードのための好ましい位置は、リード位置とコアの間の最大距離を有する部分に対応する位置での電極アセンブリの最外側の巻回の上又はその近くになることになる。この実施形態では、コアは、上述のように円筒形ロッドを含むことができる。
【００７７】
本発明の利点を更に強調するために、他の戦略を利用することができる。例えば、特に非崩壊コアの場合には、間隙又は連続空隙を容器の内径と電極アセンブリの外径との間に設計することができる。この実施形態では、全てのリードは、あらゆる切断の危険性を最小にするために容器及び／又は上部カバーに好ましくは溶接される。別の手法は、外向きの（すなわち、コアから離れる）集電体の面により多くのカソード混合物及びそれによってより多くの活物質を被覆することである。固体パッキング／充填量のこの増大は、集電体のその面によって発生されるより大きい膨張力をもたらすことが予想され、これは、次に電極アセンブリ全体を外向き方向に押すことになる。付加的なカソード材料は、集電体のその特定の面のカソード混合物の充填量又は固体パッキングを増大させることによって配置することができる。
【００７８】
電気化学セル、特に、リチウム−二硫化鉄バッテリを製造する方法も考えられている。これらの方法は、単に上述の原理を生産環境に採用して適用するものである。
【００７９】
いずれの特定の理論にも束縛されるものではないが、これらの上述の実施形態の全てにおけるコアの主な機能の１つは、バッテリが放電する時にカソードの膨脹を均等に向け直すことである。以前は、そのような膨脹を可能にするために、バッテリの設計は、その大部分が電極アセンブリの中心開口に具現化された十分な空隙空間を含まなければならないと考えられていた。放電中にアノードの半径方向膨張が起こるので、内向きの力が電極アセンブリの中心開口に印加される。これらの内向きの力は、円形の開口を座屈させて、高圧点のポイントを生じ、個々の電極移動ももたらす。内向き力と電極移動との結合した影響は、結果として局所的な高圧ポイントを生成させ、これは、電極間の短絡をもたらす場合がある。アノード材料及びコーティングでの多少の変動のような他のファクタは、バッテリが放電した時に徐々に悪化するに差動的膨張により、これらの圧力ポイントの生成に更に寄与する場合がある。最後に、これらの圧力ポイントは、セパレータを穿刺し及び／又は一方又は両方の電極の接続切断を引き起こす場合がある。これらの圧力ポイントの影響は、アセンブリの巻回内の電気リードの存在によって更に悪化する場合がある。
【００８０】
図３Ａ及び図３Ｂは、従来技術のリチウム−二硫化鉄電極アセンブリの「事前事後」のネガの断面写真を示している。図３Ａでは、中心開口１１２は、容器１０２と同じ円形の形状を有する。図３Ｂは、それが２５０ｍＡ連続ドレインで０．８ボルトのカットオフまで放電した後の同じバッテリを示している。図３Ｂでは、中心開口１１２は、明らかに不均等に崩壊しており、その内径／周囲の鋸歯状縁部は、上述の圧力ポイントの信憑性のある存在とその影響を示している。また、ここで注意すべきは、図３Ａ及び図３Ｂの両方がセルの実際の画像であることであり、それによって中心開口によって提供される比較的大きな容積の空隙が容易に明らかであろう（セパレータ又はカソードコーティングに存在する空隙に比べて）。
【００８１】
上述の観点から、従来は不可欠と思われた中心開口内の空隙を低減又は排除し、その代わりにカソードが膨張する方法及び場所を均等に制御する（すなわち、電極アセンブリのコアを適合させる）ことにより、電池の放電寿命にわたって電極アセンブリの一体性を保持することが今や可能である。その結果、これらの発明の概念を用いたバッテリは、より一貫した高信頼性の使用を提供し、とりわけ低ドレインレート（例えば、≦２０ｍＡ連続）及び高温（例えば、≧６０℃）でのそれらの平均の全体容量が改善される。
【００８２】
カソードコーティング中のＦｅＳ2の量は、バッテリの製造の前にその混合物を分析するか又は調整後の鉄含量を測定し、感知された鉄のレベルをカソード内のパイライトの重量百分率を関連付けるかのいずれかによって判断することができる。製造後の鉄含量を試験する方法は、カソードの既知の量（質量及び容積／面積に関して）を酸に溶解し、次に誘導結合プラズマ発光分光法又は原子吸光分光法のような典型的な定量分析技術を用いてその溶解したサンプル中の鉄の総量を試験することによって行うことができる。この方法に従った既知の被覆されたカソード調製物の試験は、鉄のこの総量がセル中のＦｅＳ2を表すことを確認した（とりわけ、カソードコーティング中のＦｅＳ2の純度を最大にすることが望ましい範囲で）。ピクノメータを用いてカソード密度を測定することも可能であるが、一部の結合剤は、リチウム−二硫化鉄セルの内部環境に露出される時に容積変化を受ける可能性があり、そのためにそのような方法によって確立された密度は、カソード乾燥混合物の密度に到達するために更に調整されることを要する場合がある。
【００８３】
とりわけ、類似の方法（例えば、ＩＣＰ−ＡＥＳ又はＡＡ分光法）でのサンプル中のアルミニウムの量の試験は、集電体の厚みの計算を可能にすることになる（集電体がアルミニウムである時に）。結合剤及び加工助剤などに対してそれらの成分の原子及び／又は分子組成に基づいて試験するために他の類似の分析技術を用いることができる。類似の分析及び／又は定量／定性技術を使用して、アノード、密封部材、及び／又はセパレータの分析が可能である。
【００８４】
カソードの単位面積当たりの重量（又は電解質の存在によって影響を受ける可能性がある他のセル構成要素、特性、又は特徴）が既に製造されたバッテリから測定される範囲で、それらカソード／構成要素は、適切な溶媒によって洗浄してあらゆる電解質の残りを除去し、電解質からの溶質又は溶媒が測定値に寄与しないことを保証するために乾燥すべきである。多構成要素部分内の１つの態様のみを望む場合、諸構成部分からの寄与（例えば、カソードからの集電体）も上述の集電体の適切な経験的分析によって測定値から差し引くことができる。関連する特徴の測定を更に助けるための付加的、代替的、又は補足的技術及び分析は、当業者によって容易に開発することができる。
【００８５】
上述の全体は、とりわけＦＲ６及びＦＲ０３セルに関するものである。しかし、本発明は、側壁高さが容器の直径よりも大きい他の円筒形セルサイズ、他のカソードコーティング方式、及び／又は密封及び／又は圧力放出通気設計を有するセルにも適応させることができる。
【００８６】
本発明の特徴及びその利点は、本発明の実施者によって更に評価されるであろう。更に、構成要素のある一定の実施形態及び上述のように組み立てられたセルの性能が認識されるであろう。様々な修正及び改善を開示した概念の教示から逸脱することなく本発明に対して行うことができることは、本発明の実施者、並びに当業者によって理解されるであろう。与えられる保護の範囲は、特許請求の範囲、並びに法的に許容された解釈の幅によって判断されることになる。
【符号の説明】
【００８７】
１００  電気化学セル
１０２  容器
１１０  電極アセンブリ
１１２  中心開口
【図１】
2013533588.tif 000003
【図２Ａ】
2013533588.tif 000004
【図２Ｂ】
2013533588.tif 000005
【図２Ｃ】
2013533588.tif 000006
【図３Ａ】
2013533588.tif 000007
【図３Ｂ】
2013533588.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成25年2月27日(2013.2.27)
【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】
１．５ボルト１次リチウム−二硫化鉄バッテリであって、
円形の断面形状を有する丸い円筒形容器であって、かつ該容器の開放端の上に上部カバーが取り付けられた前記容器と、
リチウム又はリチウム合金の金属ホイルから本質的に構成されるアノードと、ポリマーセパレータと、金属集電体の両側面上に少なくとも部分的に被覆された二硫化鉄を含有するカソード混合物を含むカソードとを有する螺旋回旋電極アセンブリと、
バッテリが放電する時に前記カソード混合物の均等な膨張を容易にするように前記電極アセンブリ内に同軸に配置された絶縁性ポリマーから構成された不活性円筒形ロッドを含むコアと、
を含み、
前記コアの断面形状が、円形、長円形、矩形、三角形、又はＣ字形からなる群から選択される、
ことを特徴とするバッテリ。
【請求項２】
前記ポリマーは、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びエチレン・クロロトリフルオロエチレン・コポリマーから構成される群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【請求項３】
前記ロッドは、中実であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【請求項４】
前記コアの前記断面形状は、前記容器の前記断面形状と同じではないことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【請求項５】
少なくとも１つのリードであって、バッテリが放電する時にリードによって生じる前記電極アセンブリ上の応力を低下させるように選択されたポイントにおいて該電極アセンブリに固定された前記リードを更に含むことを特徴とする請求項４に記載のバッテリ。
【請求項６】
前記コアの前記断面形状は、矩形及び三角形から選択され、前記リードは、該コアの扁平部分に隣接して取り付けられることを特徴とする請求項５に記載のバッテリ。
【請求項７】
前記コアは、バッテリが放電する時に均等な方式で崩壊するように構成されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【請求項８】
前記金属集電体は、外向き側面及び内向き側面を有し、
前記内向き側面上に被覆された二硫化鉄に比較してより多くの量の二硫化鉄が前記外向き側面上に被覆される、
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【請求項９】
前記電極アセンブリを前記容器又は前記上部カバーのいずれかに電気的に接続する溶接されたリードを更に含み、
前記電極アセンブリは、外径を有し、前記容器は、内径を有し、そのためにバッテリの放電の前に連続空隙が該内径と該外径の間に存在する、
ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【請求項１０】
前記コアの前記断面形状は、三角形又はＣ字形であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【請求項１１】
前記ポリマーは、エチレン・クロロトリフルオロエチレン・コポリマーであることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ。
【国際調査報告】
2013533588.tif 000009
2013533588.tif 000010
2013533588.tif 000011