(57)【要約】本開示の一態様は、負極シートと、負極シートと一体で且つ負極シートから延びる複数の負極タブと、正極シートと、正極シートと一体で且つ正極シートから延びる複数の正極タブと、負極シートと正極シートとの間に配置されるセパレータシートと、を含む、巻かれた電気機械式蓄電デバイス組立体であって、負極シート、正極シート、及びセパレータシートが共通の軸の周りに巻かれて複数の巻目を形成し、各巻目が１つの負極タブと１つの正極タブを含む、電気機械式蓄電デバイス組立体に関する。
2013543236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻かれた電気機械式蓄電デバイス組立体であって、
負極シートと、
前記負極シートと一体型で、且つ前記負極シートから延びる複数の負極タブと、
正極シートと、
前記正極シートと一体型で、且つ前記正極シートから延びる複数の正極タブと、
前記負極シートと前記正極シートとの間に配置されるセパレータシートと、
を備え、
前記負極シート、前記正極シート、及び前記セパレータシートが共通の軸の周りに巻かれて複数の巻目を形成し、
前記各巻目が１つの負極タブと１つの正極タブを備える、
巻かれた電気機械式蓄電デバイス組立体。
【請求項２】
前記複数の負極タブ及び前記複数の正極タブのそれぞれが位置合わせされる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記負極シートと前記負極タブとの両方が銅からなる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記正極シートと前記正極タブとの両方がアルミニウムからなる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記実質的に同軸の巻目が実質的に円筒形の外形を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記実質的に同軸の巻目が実質的に角柱形の外形を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
各タブが約３ｍｍ〜約８ｍｍの幅を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
各タブが約８ｍｍ〜約２５ｍｍの長さを有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記タブのそれぞれが電極活性材料を実質的に含まない、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記タブのそれぞれが三角形の外形を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
タブのそれぞれが長方形の外形を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
電気化学蓄電デバイスの製造方法であって、
負極シートと正極シートとの間にセパレータシートを配置するステップであって、前記正極シート及び前記負極シートのそれぞれが電極活性材料を実質的に含まない縁領域を有する、配置するステップと、
巻かれた組立体を形成するために前記負極シート、前記セパレータシート、及び前記正極シートを共通の軸を中心として巻くステップと、
コイル状にされた前記組立体の各巻目が負極シート及び正極シートのそれぞれに対して１つのタブを備える状態で、複数の電極タブを形成するために前記縁領域のそれぞれを切断するステップと、
を含む、方法。
【請求項１３】
切断するステップが超音波での切断を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数の電極タブが位置合わせされる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
各タブが約３ｍｍ〜約８ｍｍの幅を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
各タブが約８ｍｍ〜約２５ｍｍの長さを有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記縁領域のそれぞれが約１０ｍｍ〜約３０ｍｍの幅を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記縁領域のそれぞれが約２０ｍｍの幅を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記タブのそれぞれが三角形の外形を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
タブのそれぞれが長方形の外形を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記巻かれた組立体が円筒形の外形を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
前記巻かれた組立体が角柱形の外形を有する、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気化学蓄電ユニット（バッテリ）の構築及び使用に関する。特に、本開示は、バッテリタブ装置並びにこれを作製し及び使用するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力を貯蔵し及び提供するためのデバイスが長い間使用されている。一般に「バッテリ」の分類に入るこうしたデバイスは、少なくとも一組の端子間に電位を提供する電気化学セル及びセルの集合体を含む。端子は、負荷に通電する又は電力を与えるために電気的（例えば直流、ＤＣ）負荷に接続することができる。バッテリは、化学的に利用可能な起電力を電流に概して変換する乾電池、湿電池（例えば鉛蓄電池）、及び他のタイプのユニットを含む。
【０００３】
バッテリは、時には、「一次」型及び「二次」型に分類される。一次バッテリは、限られた電気化学容量で製造業者からもたらされる、使い尽くされ、使用後に廃棄される、使い切りユニットである。二次バッテリは、使用後に「再充電」することができ、それらの容量は無限ではないが、放電プロセスを或る程度まで逆にすることを通じて同じセルの繰り返し使用が可能となる。
【０００４】
バッテリ容量を増加させるために、セルは、セルのアノード（負）素子とカソード（正）素子との間の大きい表面積を活用するように構成されている。１つのこうした設計は、アノードとカソードとの間のイオン移動を可能にするために多くの平行板を電解質溶液の中に入れることを含み、一般に「角柱形」セルと呼ばれる。
【０００５】
別の設計は、アノード材料及びカソード材料の平坦な層化されたシートを多孔質膜で分離し、次いで、「ゼリーロール」と呼ばれるロール状に層をロールするものであり、これは小型の機械的に安定なバッテリを提供し、一般に「円筒形」セルと呼ばれる。ロール状にされたバッテリ設計では、アノード材料、セパレータ材料、及びカソード材料の複数の交互のシートがバッテリの空間的考慮事項によって許されるだけ用いられ、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。デバイス全体が、剛性の包囲体、普通は円筒形の缶の中にパッケージ化される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
バッテリ端子へ電気接続を提供するために、ロールにされる前の構造体内に注意深く選択された間隔で溶接することによって、複数の導電タブが典型的に挿入される。３０の巻目を有する先行技術のタブ付きゼリーロールは、典型的に、アノード及びカソードのそれぞれに対して約６つのタブを有する。幾つかの設計は、カソード及びアノードのそれぞれに対して１つだけのタブを有する。タブはロール状にする前に溶接されるので、最終的なロール状にされたセルにおける位置合わせされたタブをもたらすために、タブは、正確に設置されなければならず、ゼリーロールは正確に巻かれなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様は、巻かれた電気機械式蓄電デバイス組立体であって、負極シートと、負極シートと一体で且つ負極シートから延びる複数の負極タブと、正極シート、正極シートと一体で且つ正極シートから延びる複数の正極タブと、負極シートと正極シートとの間に配置されるセパレータシートと、を含み、負極シート、正極シート、及びセパレータシートが共通の軸の周りに巻かれて複数の巻目を形成し、各巻目が１つの負極タブと１つの正極タブを含む、巻かれた電気機械式蓄電デバイス組立体に関する。
【０００８】
幾つかの実施形態では、複数の負極タブ及び複数の正極タブのそれぞれが位置合わせされる。実施形態のうちの幾つかでは、正極シートと正極タブとの両方はアルミニウムからなる。幾つかの実施形態では、負極シートと負極タブとの両方は銅からなる。幾つかの実施形態では、実質的に同軸の巻目は実質的に円筒形の外形を有する。幾つかの実施形態では、実質的に同軸の巻目は実質的に角柱形の外形を有する。幾つかの実施形態では、各タブは約３ｍｍ〜約８ｍｍの幅及び約８ｍｍ〜約２５ｍｍの長さを有する。幾つかの実施形態では、タブのそれぞれは電極活性材料を実質的に含まない。幾つかの実施形態では、タブのそれぞれは三角形又は長方形の外形を有する。
【０００９】
本開示の別の態様は、電気化学蓄電デバイスの製造方法であって、正極シート及び負極シートのそれぞれが電極活性材料を実質的に含まない縁領域を有する状態で、負極シートと正極シートとの間にセパレータシートを配置するステップと、巻かれた組立体を形成するために負極シート、セパレータシート、及び正極シートを共通の軸を中心として巻くステップと、コイル状にされた組立体の各巻目が負極シート及び正極シートのそれぞれに対して１つのタブを備える状態で、複数の電極タブを形成するために縁領域のそれぞれを切断するステップとを含む、電気化学蓄電デバイスの製造方法に関する。
【００１０】
幾つかの実施形態では、切断は超音波切断を含む。幾つかの実施形態では、複数の電極タブが位置合わせされる。幾つかの実施形態では、各タブは約３ｍｍ〜約８ｍｍの幅を有する。幾つかの実施形態では、各タブは約３ｍｍ〜約８ｍｍの幅及び約８ｍｍ〜約２５ｍｍの長さを有する。幾つかの実施形態では、縁領域のそれぞれは約１０ｍｍ〜約３０ｍｍの幅を有する。幾つかの実施形態では、縁領域のそれぞれは約２０ｍｍの幅を有する。幾つかの実施形態では、タブのそれぞれは三角形又は長方形の外形を有する。幾つかの実施形態では、巻かれた組立体は円筒形又は角柱形の外形を有する。
【００１１】
本発明の種々の目的、特徴、及び利点は、同様の参照番号が同様の要素を特定する以下の図面と併せて考えたときに、本発明の以下の詳細な説明を参照して、より十分に理解することができる。以下の図面は、単に例証するためのものであって、本発明を限定するものとなることを意図されず、本発明の範囲は、後の特許請求の範囲に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】先行技術に係るロール状にされた電気化学蓄電デバイスを例証する図である。
【図２Ａ】先行技術に係る複数のタブがそこから延びる図１のロールにされたデバイスの一方の端を例証する図である。
【図２Ｂ】先行技術に従って製造されたバッテリデバイスの写真である。
【図３】本開示の一実施形態に係る例示的な電極シートを例証する図である。
【図４】本開示の一実施形態に係る特許請求されるデバイスの前段階の電気化学蓄電（バッテリ）の一部の図である。
【図５】本開示の一実施形態に係る図４の構造体をもたらすためにリボンの形状にされた材料を一緒に巻く１つの方法を例証する図である。
【図６】本開示の実施形態に係る切断されたゼリーロール・セルを示す図である。
【図７Ａ】本開示の実施形態に従って作製されたタブを示す図である。
【図７Ｂ】従来の溶接方法に従って作製されたタブを示す図である。
【図８】本開示の幾つかの実施形態に従って作製された複数の溶接の無い延長タブを有するセルを示す図である。
【図９】本開示の幾つかの実施形態に係る缶の中に入れられているセルを示す図である。
【図１０】本開示の幾つかの実施形態に係る一体型バッテリタブ１０１０、１０２０を有する巻かれた角柱形セル１０００を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下は、本明細書で説明される方法及び装置に到るための適切な、且つ網羅的、包括的、又は限定するものとして受け取られるべきではない１つ又は複数の実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
開示される設計は、ホイル超音波溶接接合部への電流コレクタ・タブを排除するゼリーロール・バッテリを提供する。代わりに、裸の電極ホイルがセルの電極コーティングを越えて延びる。ゼリーロールが巻かれると、タブの外形は、露出されたホイル端の切断部である。このシステム及び方法は、１つの巻目につき１つ又は複数の電流コレクタ・タブを可能にする。より多くのタブを有することは、セルインピーダンスをより低くし、熱伝達を改善し、セル全体の性能を改善する。タブが電極ホイルと一体なので、タブを通って流れる電流へのインピーダンスが低減される。タブの外形は、超音波ブレードを用いて切断することができる。これらの切断は、優れた縁の品質を呈し、セルへの目立った損傷を与えない。
【００１５】
開示される設計の詳細を述べる前に、以下のパラグラフは、概してゼリーロール・バッテリ設計を説明する。図１は、先行技術に係るバッテリデバイス１００の一部を示す。アノード１０４及びカソード１０８のストリップすなわちシートは、セパレータ膜１０６によって分離される。アノード１０４及びカソード１０８の組成は、バッテリの特定のタイプに依存し、導電性基体すなわちホイル上の電気活性材料の層、例えば、グラファイト、金属、及び他の材料を含む。ホイルは、電流コレクタとして機能してもよい。Ｌｉイオンバッテリでは、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）ＰＯ４、又は（Ｌｉ，Ｎｂ）（Ｆｅ，Ｍｎ）ＰＯ４が典型的な電気活性カソード材料である。セパレータ膜１０６は、多孔性であり、イオンがアノード１０４とカソード１０８との間で輸送されることを可能にするが、電気的に絶縁性であり、２つの電極を互いから絶縁するように機能する。
【００１６】
デバイス１００は、リボンの形状にされた材料１０４、１０６、１０８を「ゼリーロール」１１０へと一緒に巻くことによって形成される。バッテリ端子への電気接続を提供するために、ロールにされる前の構造体内に注意深く選択された間隔で溶接することによって、複数の導電タブ１１２、１１４が挿入される。タブ１１２の第１の組は、アノード材料１０４と接触し、ロールにされた部分１１０のその一方の端上から外向きに延びてバッテリデバイスのアノード端子を形成するように作製される。タブ１１４の第２の組は、カソード材料１０８と接触するようにされ、ロールにされた部分１１０のそのもう一方の端上から外向きに延びてバッテリデバイスのカソード端子を形成するようにされる。３０の巻目を有する先行技術のタブ付きゼリーロールは、典型的に、アノード及びカソードのそれぞれに対して約６つのタブを有する。幾つかの設計は、カソード及びアノードのそれぞれに対して１つだけのタブを有する。
【００１７】
図２Ａは、バッテリデバイスのロールにされた部分１１０から延びる６つのコレクタ・タブ１１２の群を示す、先行技術に係るデバイスのアノード部分を例証する。図２Ａは、理想的描写であり、実際には６つのコレクタ・タブ１１２は完全には位置合わせされず、先行技術に従って製造されたバッテリデバイスの写真である図２Ｂに示すようにしばしば位置合わせがずれる。缶１２０は、ゼリーロール組立体全体を収容し、組立体に機械的保護を提供し、汚染を防ぎ、ヒートシンクとして作用し、且つカソード端子（図示せず）を提供する。
【００１８】
複数の延長されたアノード１１２及びカソード１１４タブ又は延長部が互いに及びバッテリの他の部分に接続される方法は、設計の問題である。ロールにされたバッテリのこの態様の先行技術の設計は多くの短所を有し、そのうちの幾つかは既に述べた。これらの短所は、乏しい電気特性（例えば高いインピーダンス）、乏しい熱特性（乏しい熱放散）、並びに乏しい機械特性及び製造特性を含むがこれらに限定されない。典型的に、タブ１１２は、カソード１１４又はアノード１１２のいずれかに超音波で溶接される。超音波溶接プロセスは、高価且つ複雑であり、現在の製造では困難が要求される。例えば、ロールにされたゼリーロールにおける溶接されるタブの位置合わせは、難しい仕事となることが分かっている。タブを位置合わせするために、各タブは、電極に正確に溶接されなければならず、ロール自体が正確に巻かれなければならない。これらの理由で、先行技術のシステムで約６つよりも多いタブを上手く位置合わせすることは難しかった。アノード及びカソードから電流コレクタ・タブを介して最終的にセルを出るそれらの道をゼリーロールの巻き目の周りに作る電子の対向する流れによってセル内にオーム抵抗が生じる。電流コレクタ・タブ間の距離がより大きくなると、電子はセルの内外に動くのにより遠い距離を移動しなければならない。したがって、ゼリーロールは、好ましくは、インピーダンスを低減させ且つ熱放散を増加させるために、１つの巻目につき１つのタブを有する。しかしながら、製造プロセスの制限は、結果として理想的な数よりも少ないタブをもたらし、結果的に高価で複雑な製造プロセスをもたらし、その結果、乏しい熱的性能及び電気的性能をもつセルをもたらした。
【００１９】
この問題に対処するために、一方の縁上に編組された銅及びアルミニウムストリップを有する電極を作成する試みがなされた。これは、電子が無限の量のタブによりセルの内外に流れるための１つの連続する経路をもたらし、これによりインピーダンスを低減させる試みであった。しかしながら、この設計には、電極ホイルへの網組の付着に伴う問題があった。
【００２０】
本発明の方法及びシステムは、アノード及びカソード上のホイル基体を、電極コーティングを越えて約１５ｍｍ〜約２５ｍｍ又は約２０ｍｍ延長し、次いで、巻かれたゼリーロールからタブの外形を切断する。上述のように、電子がセルに入る又はセルを出るために移動しなければならない距離を短くすることによってインピーダンスが低減される。
【００２１】
図３は、電極コーティング部分３０２及び電極延長部３０４を含む例示的な電極３００を例証する。電極延長部３０４は、電極コーティング部分３０２を越える電極３００のホイル基体の延長部である。典型的に、電極延長部３０４は、約２０ｍｍ延びる。しかしながら、電極延長部３０４は、電極コーティング部分３０２を越えて約１０ｍｍから約３０ｍｍまでの間で延びることができる。電極延長部３０４は電極３００からのホイルの延長部であるため、電極コーティング部分３０２と電極延長部３０４との間に溶接は存在しない。したがって、電極延長部３０４は電極３００と一体である。電極３００は、ゼリーロール・セルに用いられるアノード又はカソードのいずれかとすることができる。典型的に、アノードの延長部材料は銅であり、一方、カソードの延長部材料はアルミニウムである。
【００２２】
図４は、電気化学蓄電（バッテリ）デバイス２００の一部の図を例証する。デバイスは、明確にするために部分的にロールにされた状態２１０及び部分的に広げられた状態２０２で示される。ロールにされた部分２１０は、シート又はリボンの形状にされた要素２０２で形成される。カソード２０４とアノード２０８との交互のシートは、セパレータ膜シート２０６によって分離される。図４の装置２００は、単一のカソード２０４と単一のアノード２０８を含む。他の実施形態では、しかしながら、装置２００は、幾つかのカソード２０４及びアノード２０８を含んでもよい。アノード２０８は、導電性基体上に配置される電気活性材料の層、例えば、電流コレクタを備える。Ｌｉイオンバッテリのアノード層を形成するのに慣習的に用いられる材料、例えばアルミニウムが、本発明の設計で用いられてもよい。上述のように、各アノード２０８は、アノード２０８の活性部分から延びるアノード延長部２１４を含む。アノード延長部２１４は、図３に示すようにアノード２０８と一体である。アノード延長部２１４は、導電性であり、アノード２０８に電気的及び熱的に結合する方法を提供する。各カソード２０４はまた、同様に、カソード２０４の活性部分から延びるカソード延長部２１２を含む。カソード延長部２１２は、図３に示すようにカソード２０４と一体である。カソード２０４は、導電性基体上に配置される電気活性材料の層を備える。Ｌｉイオンバッテリのカソード層を形成するのに慣習的に用いられる材料、例えばアルミニウムが、本発明の設計で用いられてもよい。アノード延長部２１４とカソード延長部２１２は、バッテリデバイス２００の反対端にある。セパレータ膜２０６は、イオン伝導性を提供するが、上述のように電子伝導を防ぐ。
【００２３】
ロールにされた構造体２１０を形成するために、アノード延長部２１４及びカソード延長部２１２を含む、アノード２０８、カソード２０４、及びセパレータシート２０６が、中心軸２２４の周りに一緒に巻かれる。バッテリセルを構築するために任意の巻目又はスタック又は層化方法又は設計が採用されてもよい。図４のロールにされた構造体２１０は、中心軸線２２４を中心として巻かれる。したがって、シートの形状にされた材料のそれぞれは、同じ中心軸２２４を中心として渦巻き（断面で見た場合）を形成する。
【００２４】
シートを一緒に巻くという概念は、寛大に解釈されるべきであることに留意されたい。すなわち、シート又はシート状の材料の１つ又は複数の層は、結果的に他の材料がその中に点在される各材料の渦巻き構成をもたらすために、スプール上に又は互いのまわりに一緒に巻かれる。また、軸２２４を中心としてコイル状にされる、ロールされる、又は巻かれるというのは、層が軸２２４を中心として正確に円形の層を形成することを示すことを意図しない。他のロール又はスタック構造体が意図される。幾つかの実施形態では、ロールは、半径が一定の円形リングではなく半径が増加する渦巻きを形成する。
【００２５】
図５は、図４の構造体をもたらすためにリボンの形状にされた材料を一緒に巻く１つの方法を例証する。一般に、構成材料のそれぞれのロールは、適切な送り速度でスプールに巻かれ、前述のロールにされたバッテリ構造体に一緒に巻かれる。アノード材料、カソード材料、及びセパレータ材料は、それぞれスプール４０４、４０６、及び４０２から提供されてもよい。
【００２６】
ゼリーロールが形成されると、導電電極タブを形成するためにアノード及びカソードの延長部のそれぞれを切断することができる。図６は、本開示の幾つかの実施形態に係る切断されたゼリーロール６００を示す。ゼリーロール６００の各巻目がカソード・タブ及びアノード・タブのそれぞれを有し、且つ各タブがカソード又はアノードのいずれかと一体である、すなわち、タブがカソード又はアノードに溶接されないような、ゼリーロール６００は、複数のカソード・タブ６０２及び複数のアノード・タブ６０４を有する。最終的な切断されたタブのサイズ及び形状は、最終的なセル設計に基づいて変えることができる。低重量、低インピーダンスのセルでは、タブは、幅を約３ｍｍ〜約４ｍｍとすることができる。よりハイパワーの用途では、タブは、幅を約８ｍｍとすることができる。タブはまた、変化する断面を有することができる。例えば、幾つかの用途では、タブは、図６に示すように概して三角形の外形を有することができ、一方、他の用途では、タブは、図７Ａに示すように四角形の外形を有することができる。さらに、タブの長さはセルの直径に依存する。例えば、大きい直径をもつセルはより長いタブを有し、一方、より小さい直径をもつタブはより小さいタブを有する。幾つかの実施形態では、タブの長さは、セルの中央からのタブの距離が増加するのに伴ってサイズを増加させることができる。すなわち、より短いタブがセルの中央にあり、一方、より長いタブがセルの縁上にある。典型的に、タブは、長さが約８ｍｍと約２５ｍｍとの間の範囲にわたることができる。
【００２７】
図７Ａは、本開示の実施形態に従って作製されたタブを示す。タブ７００は、電極領域７０２から延びる１つの連続したホイル片からの切断部である。タブ７００は電極７０２への溶接接合部を有さず、電極７００と一体である。図７Ｂは、従来の溶接方法に従って作製されたタブ７１０を示す。タブ７１０は電極７１２に溶接される。したがって、タブ７１０と電極７１２との間に溶接接合部７１４が存在する。
【００２８】
アノードシート及びカソードシートが電気化学セルへと組み立てられた後でホイル延長部を所望の形状のタブに切断することによって一体のタブを作製することができる。開示される切断プロセスは、（１）屑を僅か又は全く生じず、（２）清浄な縁を後に残し、（３）大量製造操業にスケール変更することができ、且つ（４）アノード・タブ及びカソード・タブを互いの９０度以内に生成する。この最後の要件は、セルが巻かれた後のゼリーロールにおけるタブの位置合わせを指す。好ましくは、すべてのタブが位置合わせされることになる、すなわち、タブは、２つの最も遠いタブの中央から測定した９０度以内の領域にある。したがって、すべてのアノード・タブは互いの９０度以内にあり、すべてのカソード・タブは互いの９０度以内にある。このプロセスに関する好ましい位置合わせは、２つの最も遠いタブの中央から＋／−５度となることになり、すなわち、タブは互いの１０度以内にある。例えば、位置合わせは、２つの最も遠いカソード・タブの中央から＋／−５度、及び２つの最も遠いアノード・タブの中央から＋／−５度となる可能性がある。上記のプロセス制限を満たすために超音波での切断プロセスが用いられている。超音波切断機は、切削工具又はホーン、例えば、ナイフ又はブレードを高周波数で振動させる。超音波ブレードは、典型的に切断するのが難しい材料をブレードが通過するのを容易にするために垂直発振を用いる。ブレードは、高周波で振動するときに、その周りの空気分子を分断し、ブレードと切断されている材料との間にほぼ摩擦のない環境を生み出す。結果として、清浄な、精密な切断を行うために必要な法線方向の圧力が非常に小さく、ブレード寿命が優れている。バッテリ製造に用いられるアルミホイル及び銅ホイルが極度の可鍛性であるという事実にもかかわらず、開示されたゼリーロールの裸のホイル端の如何なる破壊もなしに極めて正確な切断を行うために、Ｓｏｎｉｃｓ＆Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（米国コネチカット州ニュータウン）超音波切削工具を使用した。図８は、Ｓｏｎｉｃｓ＆Ｍａｔｅｒｉａｌｓからの超音波切削工具で切断された複数の溶接の無い延長タブ８０２を有するセル８００を示す。図８に示すように、後に残る縁は清浄であり、切断中に屑がごく僅かしか生じなかった。当初はタイヤを切断するように設計された二重ベベル付き縁をもつブレードで切断を行い、ゼリーロールは手持ち式であった。単一ベベル付き縁をもつブレードも同様に用いることができる可能性がある。清浄な縁を後に残す、スケール変更することができる、屑を生じずにホイルを貫通して切断することができる他の切断技術もまた用いることができる。図８は、生産のためにホイルの大部分を除去しながらホイルの縁を残す切断ブレードを示すが、電極被覆領域までのホイルのすべてが除去されることになる。
【００２９】
図９は、缶の中に入れられているセルを示す。タブ９００が切断された後で、タブは、次いで、カバー９１０に結合される。カバー９１０は、バッテリを外部電気回路に接続するのに用いられる導電性中央端子を有する。カバー９１０は、中央端子の周りに配置される絶縁リング９１４をさらに含む。組み立てられると、ロールにされた組立体のタブ、したがってこれらのタブに接続された電極とカバー９１０の中央端子との間に導電性の経路が存在する。ロールにされた組立体は、次いで、導電性の缶９１２の中に挿入され、タブの第２の組（他方の電極における）と缶９１２との両方に第２のカバー（図示せず）が結合される。カバー９１０が缶９１２に取り付けられると、ポート（図示せず）を介して、缶９１２とカバー９１０によって画定される内部体積の中に電解質を導入することができる。ポートは、体積が十分に満たされた後で塞がれる。ポートは、カバー９１０の中に、又は代替的に缶９１２の中に提供することができる。代替的に、カバー９１２を取り付ける前に缶の内部体積に電解質を導入することができる。
【００３０】
真空埋め戻しのような公知の技術によって形成された後でバッテリ・ロールの中に電解充填流体及びゲルが入れられてもよい。バッテリ・ロールが充填されてもよい１つの方法はまた、バッテリの充電及び放電中のガス交換を可能にする。
【００３１】
開示される一体型バッテリタブはまた、巻かれた角柱形セルに用いることができる。図１０は、本開示の幾つかの実施形態に係る一体型バッテリタブ１０１０、１０２０を有する巻かれた角柱形セル１０００を示す。巻かれた角柱形セルは、平板の周りにアノード、カソード、及びセパレータを巻き、結果的に角柱形の外形を有する平坦なセルをもたらすことによって製造されるセルである。上述の他の巻かれたセルと同様に、電流コレクタ・タブは、典型的に、巻く前に電極に溶接される。巻かれた角柱形セルには円筒形セルと同じ製造上の問題が存在する。タブは、外側のパウチ又は缶への適正な接続に関する或る許容誤差内で位置合わせすることができる。コーティングされていないアルミホイル及び銅ホイルをセルの各端の外に延長すること（ゼリーロール円筒形セルで上述したように）によって、電流コレクタ・タブのストリップを所望の場所に残して望ましくないホイルを除去するために切断プロセスを用いることができる。上述のように、これは、巻くプロセスを考慮に入れるために電極をクリーニングすること、電流コレクタ・タブをホイルに超音波で溶接すること、及び複雑なタブ位置合わせ公式を設計することの必要性をなくす。さらに、ロットの歩留まり、セル全体の品質、及びセル性能が改善され、製造コストが低減される。
【００３２】
伝統的なバッテリ設計は、所望の結果を伴うハイパワー用途を提供しようと現在奮闘しているが、本明細書で説明される実施形態は、ハイパワー用途及び高電流用途に関する改善された電気特徴を提供する低減されたインピーダンス設計を可能にする。バッテリセル内部の及びタブのより低い抵抗はまた、バッテリからの熱の発生及び放散を減少させる。説明されたタブは、外側バッテリコンポーネントへの良好なヒートシンクを提供し、バッテリにおける望ましくない熱の蓄積を防ぐ。
【００３３】
本発明の説明及び実施形態を検討することで、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく本開示の種々の態様の有用な修正及び均等な置換を認識するであろう。したがって、本発明の範囲は上述の具体的な実施形態に限定されない。
【図２Ｂ】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１】
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【図２Ａ】
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【国際調査報告】
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