(57)【要約】  微小孔の電池セパレータを電極に積層し、材料を連続的に巻く製造過程を通して処理することができる。フラット電池や巻きセル電池を含む電池は、積層された電極やセパレータを様々な形態に層状にすることで構成することができる。セパレータは不織布または他の強化材を含んでも、含まないでもよく、幾つもの異なる方法を利用して電極に積層することができる。【選択図】図８
2013503456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池要素を準備するステップと；
前記電池要素がそれぞれ他の電池要素と接触しないように、前記複数の電池要素の少なくとも一部を配置するステップと；
前記複数の電池要素を連続的なセパレータ膜に取り付けるステップと；
前記連続的なセパレータ膜を積層板サブアセンブリに切断するステップと；
前記積層板サブアセンブリから電池を形成するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記取り付けるステップが、前記複数の電池要素の上に前記連続的なセパレータ膜を形成するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、前記形成するステップが、キャスティングステップをを含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、前記キャスティングステップが：
第１の液体および第２の液体に溶解ポリマを含む溶液を形成するステップと；
前記ポリマがゲル化を開始するように、前記第１の液体の少なくとも一部を除去するステップと；
前記ゲル化が開始した後に、前記第２の液体を除去するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記電池要素が、コンベヤ上に配置されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、前記電池要素が、キャリア膜上に配置されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項４に記載の方法において、前記電池要素が、第２の連続的なセパレータ膜上に配置されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、前記取り付けるステップが、熱を前記連続的なセパレータ膜に適用するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法において、前記取り付けるステップが、溶媒を前記連続的なセパレータ膜に適用するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法において、前記取り付けるステップの前に、前記電池要素が所定の大きさにプレカットされることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法において、前記連続的なセパレータ膜が、強化ウェブを有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の方法において、前記形成するステップが、前記積層板サブアセンブリに取り付けられたセパレータを融合させることにより、第１の積層板サブアセンブリを第２の積層板サブアセンブリに熱接着するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法において、前記積層板サブアセンブリが、前記電池要素の一部を越えて延在するセパレータ膜の一部を具えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法において、前記電池が、複数の前記積層板サブアセンブリをスタックすることにより形成されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法において、前記電池が、前記積層板サブアセンブリの少なくとも１つを巻き付けることにより形成されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の方法において、前記電池要素が；
アノードと；
カソードと；
包装フィルムと；
導体箔とからなる群の少なくとも１つを具えることを特徴とする方法。
【請求項１７】
複数の電池要素を準備するステップと；
第１の液体および第２の液体に溶解ポリマを含む溶液を形成するステップと；
前記複数の電池要素の少なくとも１つを前記溶液に接触させるステップと；
前記複数の電池要素の少なくとも１つが前記溶液と接触している間、前記ポリマがゲル化を開始するように前記第１の液体の少なくとも一部を除去し、前記ゲル化が開始した後、前記第２の液体を除去して前記電池要素上にセパレータ膜を形成するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、当該方法がさらに：
前記連続的なセパレータ膜を積層板サブアセンブリに切断するステップと；
前記積層板サブアセンブリから電池を形成するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、当該方法がさらに：
前記セパレータ膜を熱融着することにより、前記積層板サブアセンブリの少なくとも２つを熱融着するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、当該方法がさらに：
前記積層板サブアセンブリをスタックすることにより、前記電池を形成するステップを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
様々な電池化学性質の電池が非常に大量に商業上使用されている。携帯電話やラップトップコンピュータといった、大量に販売されている多くのデバイスが電池を含んでいる。さらに、電池は、ハイブリッド自動車などの自動車にも大量に使用されている。
【背景技術】
【０００２】
多くの場合、フラットパック電池は様々な平たい積層板から作られて、容器に密閉される。このような電池は携帯用電子機器、さらには自動車用途に用いられるが、フラットセル電池は一般に製造するのが難しい。
【発明の概要】
【０００３】
微小孔の電池セパレータは電極に積層され、材料を連続的に巻く製造過程を通して処理することができる。フラットセル電池および巻きセル電池を含む電池は、積層された電極とセパレータを様々な形態に層状にすることにより構成することができる。このセパレータは不織布または他の強化材を含む、あるいは含まなくてもよく、幾つかの異なる方法を用いて電極に積層することができる。
【０００４】
この概要は、以下の詳細な説明に更に記載される、簡略化した形式で概念の抜粋を述べるために与えられている。この概要は主張する対象の重要な特徴または不可欠な特徴を特定することを意図するものではなく、主張する対象の範囲を限定するために使用されることを意図するものでもない。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、強化多孔材の断面を示す実施形態のダイアグラム図である。
【図２】図２は、多孔材を形成する方法を示す実施形態のフローチャート図である。
【図３】図３は、強化多孔材を連続的に製造するプロセスを示す実施形態のダイアグラム図である。
【図４】図４は、強化多孔材を連続的に製造するディップ法のプロセスを示す実施形態のダイアグラム図である。
【図５】図５は、強化多孔膜を製造する片側積層法を示す実施形態のダイアグラム図である。
【図６】図６は、強化多孔膜を製造する両側積層法を示す実施形態のダイアグラム図である。
【図７】図７は、充填材を用いて多孔材を形成する方法を示す実施形態のフローチャート図である。
【図８】図８は、電池積層板を製造する概略的プロセスを示す実施形態のダイアグラム図である。
【図９】図９は、電池積層板を製造する第２の概略的プロセスを示す実施形態のダイアグラム図である。
【図１０】図１０は、電池積層板を製造する第３の概略的プロセスを示す実施形態のダイアグラム図である。
【図１１】図１１は、組み立てられた積層板を示す実施形態のダイアグラム図である。
【図１２】図１２は、電池構造の組立プロセスを示す実施形態のダイアグラム図である。
【図１３】図１３は、巻き電池構造の組立プロセスを示す実施形態のダイアグラム図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
電池はセパレータ材料を具える積層板を最初に製造することによって製造され、電池には、アノード、カソード、集電箔、包装フィルム、および他の材料といった様々な電池要素が取り付けられる。様々な電池要素は、セパレータ材料が形成されるとき、あるいは接着または積層などの第２の工程によって、セパレータ材料に接着させることができる。
【０００７】
幾つもの積層板を製造した後、幾つかの大量生産法を利用して、これらの積層板はスタックされ、巻き付けられ、あるいは電池に形成される。電池要素は予めセパレータに取り付けられるため、電池要素が予め取り付けられない他の方法に対して組立プロセスを簡略化することができる。スタックされたフラットセル電池の設計は、幾つもの積層板をスタックしたり整列させることで組み立てることができる。一旦スタックされると、それぞれのセルは熱融着され、スタック積層板から切断することができる。巻きセル電池の設計は、積層板の一部をその周りに巻き付ける、あるいは折り重ねることで組み立てることができる。セパレータと様々な電池要素を具える積層板を用いて、他の製造プロセスを利用することもできる。
【０００８】
この積層板は、幾つもの異なる方法で製造できる。一実施形態では、電極や集電箔などの電池要素はコンベヤベルト上に配置されることがある。不織布ウェブがセパレータ材料を形成する溶液に浸され、次いで不織布ウェブが電池要素の上部に配置されうる。このセパレータ材料はゲルであって、コンベヤがオーブンを通って進行したときに硬化してもよい。この結果、セパレータに接着した電池要素を有する、強化ウェブを組み込んだセパレータ材料の連続ロールとなりうる。
【０００９】
他の実施形態は、異なる方法で積層板を製造できる。他の実施形態は、例えば、セパレータ材料を完全に硬化させて、接着剤、熱ラミネーション、または他の接合プロセスを用いて第２のプロセスで電池要素に適用してもよい。
【００１０】
この対象の特定の実施形態を用いて特定の発明態様を図示している。幾つかの実施形態は例示としてのみ書かれているものであり、様々な改変および代替的な形態が可能である。添付された特許請求の範囲は、特許請求の範囲に規定されるような本発明の概念および範囲内に収まる全ての改変、均等物、および代替物を包含することを意図している。
【００１１】
この明細書を通して、図面の記載全体にわたる同じ参照番号は同一の要素を表している。
【００１２】
要素が「連結」または「接続」されていると指示された場合、これらの要素は互いに直接的に連結または接続されてもよく、あるいは１以上の介在要素が存在していてもよい。対照的に、要素が「直接連結」または「直接接続」されていると指示された場合、介在要素は存在しない。
【００１３】
図１は多孔材の断面を示す実施形態１００の概略図であり、この多孔材は、溶媒および高い表面エネルギを有する混和性の孔形成剤に溶解したポリマの溶液を用いて形成することができる。多孔材１０２および１０４はウェブ１０６の両面に図示されている。
【００１４】
図１は縮尺に従っておらず、概略図である。幾つかの実施形態では、多孔材１０２および１０４を不織布ウェブ１０６に含浸させてもよい。このような実施形態は、多孔材１０２および１０４を不織布ウェブ１０６の厚さに部分的に含浸または完全に含浸させることができる。幾つかの実施形態は、多孔材１０２および１０４を不織布ウェブ１０６の表面に機械的または化学的に接着させることもできる。他の実施形態は、利用される特定の製造プロセスに基づいて断面が異なっていてもよく、層間に完全な含浸を有する、あるいは殆ど機械的な結合を有さなくてもよい。
【００１５】
実施形態１００は幾つかの異なる方法で製造できる。幾つかの場合では、多孔材１０２および１０４は別個に形成され、不織布強化材１０６に接着されてもよい。他の場合では、多孔材１０２および１０４は、液状の強化材１０６に加えられた溶液から形成され、強化材１０６を有する多孔材１０２および１０４が生じるように処理されてもよい。
【００１６】
図２は、多孔材を形成する方法を示す実施形態２００のフローチャート図である。実施形態２００は概略的な方法であり、その例は以下に説明する。
【００１７】
ブロック２０２では、第１の液体と孔形成剤として機能しうる第２の液体に溶解したポリマを含む溶液が形成される。これらの液体は、処理されたときポリマが高有孔率に形成されるように、沸点または揮発性や表面張力に基づいて選択されうる。このような液体の例は以下に説明する。
【００１８】
ブロック２０２において溶液を形成した後、ブロック２０４において溶液がキャリアに加えられる。このキャリアは如何なる種類の材料であってもよい。幾つかの場合では、多孔材のフラットシートはテーブル上でキャストされてもよく、これはバッチプロセスにおいてキャリアとして機能する。他の場合では、ポリマ膜等のフィルム、処理済みまたは未処理のクラフト紙、アルミニウム箔、または他の基材またはキャリア材料を連続プロセスに使用することができる。このような場合では、第２のプロセスにおいて多孔膜が製造され、強化ウェブに取り付けられる。更に他の場合では、キャリア材料は不織布、織布、穿孔ウェブまたは他の強化ウェブであってもよい。このような場合では、浸漬、噴霧、キャスト、押出し、流し込み、散布、または溶液を適用する任意の他の方法によって溶液を適用してもよい。
【００１９】
強化ウェブは、ポリマベースの不織布ウェブ、紙製品、およびガラス繊維を含む如何なる種類の強化材であってもよい。幾つかの場合では、織布材料を天然繊維または人工繊維と併せて使用してもよく、他の場合では、固体膜を穿孔、スロットを入れる、あるいは拡張させて、強化ウェブとして使用してもよい。
【００２０】
ブロック２０６では、溶解ポリマがゲル化を開始できるように、十分な第１の液体を除去することができる。幾つかの実施形態では、一部、殆ど、または実質的に全ての第１の液体をブロック２０６で除去してもよい。ポリマがゲル化を開始すると、材料の機械的構造が形を取り始め、孔を形成し始めることができる。この間、異なる機構を用いて残った第１の液体および第２の液体を除去できるように、この材料は幾つかの機械的特性を有していてもよい。
【００２１】
第２の液体はブロック２０８で除去することができる。ブロック２０６のゲル化プロセスの間、様々な材料の表面張力の差異により、第２の液体を融合させて液滴を形成することが可能となり、第１の液体が除去されるについてポリマは液滴周囲でゲル化する。ポリマが凝固した後または凝固するときに、第２の液体を除去することができる。幾つかの場合では、第１の液体が第２の液体の前に蒸発するように、２つの液体の沸点または揮発性を選択してもよい。
【００２２】
第１および第２の液体を除去する方法は、液体を除去するいかなる種類の適切な方法であってもよい。多くの場合、第１の液体は、蒸発、毛細管現象、吸い取り、機械的圧搾または他の方法といった、単方向の質量移動法によって除去されうる。幾つかの方法は、濯ぎまたは洗浄といった、双方向の質量移動法を利用してもよい。幾つかの場合では、ある方法を用いて第１の液体を除去し、第２の液体については第２の方法を用いることもできる。例えば、第１の液体は蒸発によって少なくとも部分的に除去され、残った第１の液体および第２の液体は、濯ぎまたは機械的に材料を圧搾することで除去されてもよい。
【００２３】
多孔材を生成する定式および方法の３つの実施形態を以下に示す。
【００２４】
第１の実施形態では、多孔材は基板上にポリマ溶液の層を最初に形成することで形成することができ、ポリマ溶液は２の混和性の液体と、その中に溶解したポリマ材料を含んでいる。この２の混和性の液体は、（ｉ）ポリマの表面エネルギより少なくとも５％低い表面張力を有しうる主溶媒液と、（ｉｉ）ポリマの表面エネルギより少なくとも５％高い表面張力を有しうる第２の液体とを含みうる。第２に、ポリマ溶液の層内に非濡れの高い表面張力の溶液を提供するのに十分な条件下でゲル化したポリマをポリマ溶液の層から生成することができる。第３に、ゲル化したポリマを分解することなく単方向の質量移動によって、ゲル化したポリマの膜から液体を急速に除去し、強力な、高有孔性の微小孔ポリマ１０２および１０４を生成する。
【００２５】
第２の実施形態では、多孔材１０４は：
（ｉ）ポリマの溶媒である第１の液体と、第１の液体と混和性がある第２の液体を混合して１以上のポリマの溶液を調製するステップであって、（ｉ）第１の液体はポリマの表面エネルギより少なくとも５％低い表面張力を有してもよく、（ｉｉ）第２の液体はポリマの表面エネルギより少なくとも５％高い表面張力を有してもよく、（ｉｉｉ）第１の液体の標準沸点は１２５℃未満であって第２の液体の標準沸点は約１６０℃未満であり、（ｉｖ）ポリマは第１の液体よりも第２の液体に低い溶解性を有してもよく、（ｖ）溶液は上記の第１の液体の標準沸点よりも約２０℃低い温度で調製され、第１の液体の実質的な蒸発を妨げることができるステップと；
（ｉｉ）溶液がキャストされると、溶液の温度を第１の液体の標準沸点と基板の温度の間まで少なくとも５℃低下させるステップと；
（ｉｉｉ）ポリマ溶液を高表面エネルギの基板上にキャストし、その上に液体被覆を形成するステップであって、この基板はポリマの表面エネルギより大きい表面エネルギを有しているステップと；
（ｉｖ）（ｉ）抽出槽を使用することなく、（ｉｉ）ポリマを再溶解させることなく、（ｉｉｉ）約１００℃未満の最大気温で約５分以内で、単方向の質量移動によって、被覆から第１の液体および第２の液体を除去し、頑丈で、高多孔性で薄く対称的なポリマ膜を形成するステップと、を含む方法を利用して生成することができる。
【００２６】
第３の実施形態では、多孔材１０４は：
（ｉ）（ａ）ポリマの溶媒である第１の液体と、（ｂ）ポリマ溶液を形成する第２の液体とを含む加熱された複数の液体システムにおいて、ポリマの約３乃至２０重量％を溶解させるステップであって、（ｉ）第１の液体はポリマの表面エネルギより少なくとも５％低い表面張力を有してもよく、（ｉｉ）第２の液体はポリマの表面エネルギより少なくとも５％高い表面張力を有してもよく、（ｉｉｉ）ポリマは第１の溶液よりも第２の液体に低い溶解性を有しうるステップと；
（ｉｉ）溶液がキャストされると、溶液の温度を第１の液体の標準沸点と基板の温度の間まで少なくとも５℃低下させるステップと；
（ｉｉｉ）完全に溶解した溶液の膜を、ポリマの表面エネルギより高い表面エネルギを有する基板上にキャストするステップと；
（ｉｖ）最初のポリマ溶液の合計液体含有量の少なくとも７０％を維持しながら、ポリマを沈殿させて連続的なゲル相を形成するステップであって、この沈殿が冷却、長い滞留時間、溶媒の蒸発、振動、または超音波から成る群から選択された手段によって生じるステップと；
（ｖ）抽出槽を使用することなく、最も低い沸騰液の標準沸点未満である最大膜温度で約５分間以内で、単方向の質量移動により連続的なゲル相を分解させることなく残った液体を除去し、頑丈で、高多孔性で薄く対称的なポリマ膜を形成するステップと、を含む方法により生成することができる。
【００２７】
上記の実施形態は、多孔材を液状溶液から多孔ポリマに形成することができる各種の方法の例である。各種の実施形態を利用して多孔材１０２および１０４を作り出すことができ、このような実施形態は、更なるステップまたは上述した実施形態よりも少ないステップを含みうる。他の実施形態はさらに、異なる処理時間、材料濃度、または他の差異を利用してもよい。
【００２８】
多孔材１０２および１０４の実施形態はそれぞれ、２以上の異種ではあるが混和性の液体を含む液体媒体内に１以上の溶解性ポリマの溶液を形成することから始まる。高有孔率の製品を形成するため、合計ポリマ濃度は一般に約３乃至２０重量％の範囲であってもよい。約３乃至１０％の低ポリマ濃度が、７０重量％以上、好適には７５重量％以上、最適には８０重量％以上の有孔率を有する膜を調製するには好ましい。約１０乃至２０％の高いポリマ濃度は、僅かに低いすなわち約６０乃至７０％の有孔率の膜を調製するにはより有用となりうる。
【００２９】
ポリマ溶液を形成するための適温は一般に、約４０℃から第１の液体の標準沸点よりも約２０℃高い温度、好適には約４０乃至８０℃、さらに好適には約５０℃乃至約７０℃の範囲となりうる。ポリマ溶液を形成するための適切な圧力は一般に、約０乃至約５０ｐｓｉｇとなりうる。幾つかの実施形態では、ポリマ溶液は真空中で形成することができる。好適には、密閉された加圧システムが使用される。
【００３０】
材料１０２は少なくとも２の異種ではあるが混和性の液体がある状態で形成されて、ポリマ溶液を形成し、そこからポリマ膜がキャストされうる。第１の「主要な」液体は、第２の液体よりもポリマに適した溶媒であってもよく、関連するポリマの表面エネルギより少なくとも５％、好適には少なくとも１０％低い表面張力を有しうる。第２の液体は、ポリマの溶媒であっても溶媒でなくてもよく、ポリマの表面エネルギより少なくとも５％、好適には少なくとも１０％高い表面張力を有しうる。
【００３１】
第１の液体は、合計の液体媒体の少なくとも７０％、好適には約８０乃至９５重量％であってもよい。この第１の液体は、溶液が形成される温度および圧力でポリマを溶解することができる。この溶解は一般に、通常は第１の液体の蒸発を防ぐために密閉容器内で、第１の液体の沸騰温度付近またはそれ以上の温度で行うことができる。第１の液体は、第２の液体よりもポリマに対して高い溶媒力を有しうる。さらに、第１の液体は、ポリマの表面エネルギより少なくとも約５％、好適には少なくとも約１０％低い表面張力を有しうる。低い表面張力は、優れたポリマの湿性、ひいては優れた溶解力につながることがある。
【００３２】
合計の液体媒体の約１乃至１０重量％に通常は相当する第２の液体は、第１の液体と混和性であってもよい。第２の液体は、選択された温度および圧力で、ポリマのみならず第１の液体を溶解してもよく、溶解しないでもよい。第２の液体は、ポリマの表面エネルギよりも高い表面張力を有しうる。好適には、第２の液体は、ゲル化温度においてポリマを湿らしても湿らさないでもよいが、更に高い温度ではポリマを湿らすことができる。
【００３３】
表Ａおよび表Ｂは、特にＰＶＤＦを含む典型的なポリマと併せて使用されうる特定の第１および第２の液体を同定している。表Ａは、プロセスの第一段階で溶解ポリマ溶液を生成することができる、ＰＶＤＦ（３５ｄｙｎe／ｃｍの表面エネルギ）に対して少なくともある程度の溶解性を有する液体を列記している。理想的には、液体は、約２０乃至９０℃の範囲内の温度でポリマの１％乃至５０重量％の溶解性限界を有する表Ａから選択されうる。一方、表Ｂの液体は表Ａの液体よりも低いポリマ溶解性を有しうるが、表Ｂの液体は、第１の液体および表Ａによる液体を用いて作られた溶液に溶解できるポリマの双方よりも高い表面張力を有しうるため、そこから選択することができる。
【００３４】
表ＡおよびＢは、多孔材１０２および１０４を作り出すために使用されうる適切な液体の一般例を表している。他の実施形態は、第１の液体または第２の液体として異なる液体を使用してもよい。
【００３５】
第１の液体として使用するのに適した液体の例が、沸点および表面張力と共に以下の表Ａに提供されている。この表は、膜形成ステップ中の急速なゲル化および液体の除去を実現するために有用なパラメータである沸点が増加する順番に整理されている。一部の用途では、低い沸点が好ましいこともある。
〔表Ａ〕
2013503456.tif 000003
【００３６】
第２の液体として使用するのに適した液体の例が、沸点および表面張力と共に以下の表Ｂに提供されている。プロセスのゲル化および液体除去ステップの間に高い表面張力が最適な孔サイズ分布を生じさせることができるため、この表は表面張力が増加する順番に整理されている。
〔表Ｂ〕
2013503456.tif 000004
【００３７】
多孔材は、ポリマ溶液を形成する液体媒体を利用して形成することできる。この液体媒体は十分に低い温度で急速に除去することができ、これにより、第２の液体は液体除去プロセス時にポリマを再溶解させることなく除去することができる。液体媒体は可塑剤がなくても、あってもよい。液体媒体を形成する液体は、比較的低沸点の材料であってもよい。多くの実施形態では、この液体は約１２５℃未満、好適には約１００℃以下の温度で沸騰しうる。合計の液体媒体の少なくとも約６０％が低温、すなわち約５０℃未満で除去される場合、ある程度高沸点の液体、すなわち最大約１６０℃までの液体を第２の液体として利用することができる。液体媒体の均衡は高温および／または減圧下で動かすことができる。適切な除去条件は、使用される特定の液体、ポリマ、および濃度に依存する。
【００３８】
好適には、液体除去は短時間、例えば５分未満、好適には約２分以内、最適には約１．５分以内で終了しうる。メンブレンを他の液体に浸漬させることなく、約８０℃以下、最適には約６０℃以下の温度で、好適には気流を用いて急速に低温の液体除去を行うと、均一性が高い膜を生成することが分かっている。この液体除去は、可燃性、毒性または高価な液体を除去および／または回収する機会があるトンネル状のオーブンですることもできる。このトンネル状オーブンの温度は、約９０℃未満、好適には約６０℃未満の温度で動作しうる。
【００３９】
ポリマ溶液は、膜を形成するプロセスにおいて過飽和された状態となりうる。一般に、溶液を冷却すると過飽和が起こる。代替的に、この溶液は、第１の液体の一部を蒸発させる手段によって膜を形成した後に過飽和した状態となることもある。これらの場合の何れにおいてもポリマゲルは形成されるが、依然として十分な液体が存在し、残りの液体が実質的に除去されたときに生じるポリマ膜に所望の高空洞率を生成する。
【００４０】
ポリマ溶液が調製された後、次いで薄膜に形成することができる。膜を形成する温度は、溶液を形成する温度よりも低い方が好ましい。ポリマゲルを急速に形成できるように、膜の形成温度は著しく低くてもよい。このゲルは、液体の除去工程全体を通して安定しうる。低い膜の形成温度は、例えば、溶液が蒸着される基板を予め冷却する、あるいは少量の第１の液体の蒸発を制御することでポリマ溶液を自己冷却することにより、実現しうる。
【００４１】
この膜形成ステップは、溶液形成ステップよりも低い温度（且つ、多くの場合低い圧力で）起こりうる。一般には、室温、またはその近傍で起こりうる。しかしながら、ポリマのゲル化が僅かな乾燥、長い滞留時間、振動などといった冷却以外の手段によって起こる場合、膜形成ステップは如何なる温度および圧力で行われてもよい。薄膜のような適用例は、溶液の液体の相互作用によって規定される形状にポリマをゲル化させることができる。
【００４２】
この薄膜は適切な手段で形成することができる。制御オリフィスを通るフロー、あるいはドクターブレードを通るフローによる押出し成型が広く使用されうる。溶液が蒸着される基板は、ポリマの表面エネルギよりも高い表面エネルギを有しうる。適切な（表面エネルギを有する）基板材料の例は、銅（４４ｄｙｎｅｓ／ｃｍ）、アルミニウム（４５ｄｙｎｅｓ／ｃｍ）、ガラス（４７ｄｙｎｅｓ／ｃｍ）、ポリエチレンテレフタレート（４４．７ｄｙｎｅｓ／ｃｍ）、およびナイロン（４６ｄｙｎｅｓ／ｃｍ）を含む。幾つかの場合では、金属、金属化面、またはガラス面を利用してもよい。より好適には、金属化面は、アルミメッキポリエチレン、およびアルミメッキポリプロピレンなどのアルミメッキポリアルキレンである。
【００４３】
膜の薄さを考慮すると、全体の温度は比較的均一となりうるが、外面は底層よりも僅かに冷たくなることがある。熱均一性により、その後のポリマの沈殿を更に均一に生じさせることが可能となる。
【００４４】
これらの膜は、ポリマ鎖が巻きつくのを防ぐように冷却または乾燥することができる。従って、広がったポリマ溶液を急速に凝固させると、ポリマ溶液から最初に蒸着したときのポリマ分子の部分的に巻きついていない向きを容易に保持するため、冷却／乾燥は急速に、すなわち約５分以内、好適には約３分以内、最適には約２分以内で行われてもよい。
【００４５】
このプロセスは、ポリマ溶液の層内に非濡れの高い表面張力の溶液を提供するのに十分な条件下で、ポリマ溶液の層からゲル化したポリマの膜を生成するステップを伴ってもよい。最初のポリマ溶液の合計液体含有量の少なくとも７０％を維持しながら、連続ゲル相へのポリマのゲル化が生じることが好ましい。更に好適には、ゲル化したポリマの沈殿が、冷却、長い滞留時間、溶媒の蒸発、振動、または超音波からなるから群から選択された手段によって生じる。次いで、液体の均衡が単方向プロセス、通常は蒸発によって、形成された膜から取り除かれ、媒体の２つの液体を組み合わせることで制御される形状の頑丈な微小孔膜を形成する。幾つかの実施形態では、液体槽を用いて膜から液体を抽出してもよい。他の実施形態では、液体材料は、適度な温度、すなわちポリマ溶液を調製すべくポリマを溶解するために用いられる温度よりも低い温度で蒸発してもよい。優れた蒸発冷却を促進するために、冷気を使用する、あるいは冷気から僅かに温かい空気への強制対流を利用することによって温度の低下を実現してもよい。
【００４６】
（異なる表面張力特性を有する）２つの液体と、（液体の表面張力の中間の表面エネルギを有する）ポリマの間の相互作用は、高い有孔性を有し、その厚さ全体に比較的均一な孔サイズを有する膜を生じさせることができる。表面張力が液体とポリマの間のインタフェースで機能し、除去ステップの際にセル構造に均一性を与える。得られる生成物は、比較的高い有孔性と均一な孔サイズを有する固体高分子膜であってもよい。幾つかの実施形態における膜の強度は、ポリマ分子の更なる線状配向によって非常に高くなることがある。
【００４７】
ゲル化する時点での第１の液体と第２の液体の割合は、複合液相の表面張力がポリマの表面エネルギよりも大きくなるように調整することができる。複合液の表面張力の計算は、１９９８年のＡＩＣｈＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ、４４巻、１０号、ｐ．２３２４の「Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｔｅｎｓｉｏｎ  Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｍｉｘｔｕｒｅｓ（混合液についての表面張力の予想）」に規定されるように、液体のモル分率に基づいて予想することができ、その内容は参照により本書に組み込まれる。
【００４８】
ＭｃＧｒａｗ  Ｈｉｌｌ  Ｂｏｏｋ  Ｃｏｍｐａｎｙ、３版、頁６２１のＲｅｉｄ、Ｐｒａｕｓｎｉｔｚ、およびＳｈｅｒｗｏｏｄの「Ｔｈｅ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｇａｓｓｅｓ  ａｎｄ  Ｌｉｑｕｉｄｓ（気体および液体の特性）」では、熱力学計算が、溶液の断熱冷却は最初に著しくすることができ、このような膜を通る温度勾配は非常に小さいことを示している。後者は、これらの方法を用いて得られる優れた均一性の原因とみなすことができる。
【００４９】
本発明の微小孔膜を生成するために使用されるポリマは有機ポリマであってもよい。従って、微小孔ポリマは、炭素と、水素、ハロゲン、酸素、窒素、硫黄およびそれらの組み合わせから選択された化学基を含む。好適な実施形態では、微小孔ポリマの組成はハロゲンを含みうる。好適には、ハロゲンは、酸化物、フッ化物、およびそれらの混合物からなる群から選択される。
【００５０】
本書での利用に適するポリマは、半結晶、または少なくとも１の非結晶ポリマと少なくとも１の結晶ポリマの混合を含みうる。
【００５１】
好適な半結晶ポリマは、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリ塩化ビニル、ポリメタクリル酸メチル、およびこれらの半結晶ポリマの２以上の混合物からなる群から選択されうる。
【００５２】
幾つかの実施形態では、本書に記載されたプロセスによって生成される生成物は、電池のセパレータとして利用することができる。この用途について、ポリマは、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）、ポリ塩化ビニル、およびそれらの混合物からなる群から選択されたポリマを含みうる。ポリマが少なくとも約７５％のポリフッ化ビニリデンを含むことが更に好ましい。
【００５３】
「マクマリン（ＭａｃＭｕｌｌｉｎまたはＭｃＭｕｌｌｉｎ）」数は、米国特許第４，４６４，２３８号に規定されたイオンフローに対する抵抗性の尺度であり、その内容は参照により本書に組み込まれている。このマクマリン数は、「イオンの動きに対する抵抗性の尺度である。生成物のマクマリン数および厚さは、セパレータを通るイオン移動に相当する経路長さを規定する。このマクマリン数は、セパレータ内のイオン種の動きを制御する一方向の希薄溶液の流束方程式に明確に表れる。すなわち、実験的に容易に決定されるため、実用的に有用である」。マクマリン数が低いほど、電池のセパレータにとってはよい。これらの手法を用いた生成物は、低いマクマリン数、すなわち約１．０５乃至３、好適には約１．０５乃至２未満、最適には約１．０５乃至約１．８のマクマリン数を有しうる。
【００５４】
優れた屈曲性が幾つかの実施形態における更なる特性である。複数の切れ目と微小孔を有する曲がった、または屈曲したフロー経路は、入り込んだ固体の侵入に対するフィルタとして機能しうる。フロー経路の屈曲性は、電極から遊離した粒子による侵入を防ぐ、あるいは電気的短絡を引き起こしうるセパレータを通る樹枝状結晶の成長を最小限することに有用となりうる。この特徴は、長期間の使用を除いて定量化することはできないが、孔の断面を見ることで定性的に観察することはできる。
【００５５】
幾つかの実施形態はほぼ均一かつ対称的であってもよく、すなわち、基板の側孔は中央および空気の側孔と実質的に同じ大きさであってもよい。約５倍未満に直径がばらついている孔は、メンブレンについて相称的に機能する程度に十分に一定とすることができる。
【００５６】
処理するために更なる強度または剛性が必要とされる場合、マイクロ粒子またはナノ粒子を配合物に加え、このような微粒子をポリマ相内に存在させることができる。このような添加物の一部は、シリカエアロゲル、タルク、および粘土を含む。
【００５７】
図３は、強化多孔材を連続的に製造するプロセスを示す実施形態３００のダイアグラム図である。実施形態３００は、不織布ウェブ、織布ウェブ、または穿孔膜などの強化ウェブに多孔材を直接形成するために使用できる汎用プロセスの例である。
【００５８】
ウェブ３０２は巻戻し機構３０４を用いて巻き戻され、移動方向３０１に移動できる。織布や不織布を含む様々な強化ウェブを用いてもよい。多くの実施形態では、費用の観点から不織布ウェブが好まれることがある。
【００５９】
ウェブ３０２が方向３０１に移動すると、塗布器３０８を用いて溶液３０２がウェブ３０２に適用されうる。塗布器３０８は湿式溶液３０６を適用して未硬化の溶液３１０を形成する。
【００６０】
幾つかの実施形態では、キャリア材料を用いてウェブの取り扱いを容易にしてもよく、未硬化状態の間に液状溶液３０６を支持することができる底面を提供することができる。このようなキャリア材料は、処理されたクラフト紙、様々なポリマ膜、金属膜、金属化キャリア、または他の材料を含みうる。幾つかの実施形態ではその後の製造ステップにおいてもキャリア材料を使用してもよく、巻取り機構３１６において硬化した多孔材３１４を有するキャリア材料を含んでいてもよい。他の実施形態では、キャリア材料は、巻取り機構３１６の前に硬化した多孔材３１４から取り除かれてもよい。さらに他の実施形態では、処理している間、連続的な再循環式ベルトまたはスクリーンをウェブ３０２の下側に用いてもよい。
【００６１】
実施形態３００は、大部分が水平の製造シーケンスを図示している。他の実施形態では、垂直の製造プロセスは上方または下方のいずれかの垂直方向に移動方向を有しうる。垂直の移動方向により、多孔材を強化ウェブの両面に均一に形成することが可能となる。このような実施形態は、強化ウェブの両面に溶液を塗布できる塗布システムを有してもよい。実施形態３００のような水平製造プロセスは、材料の厚さの中心線から外れて位置する強化ウェブを有する、非対称の最終生成物を生じさせることができる。
【００６２】
塗布器３０８は、溶液３０６をウェブ３０２に塗布できる如何なる機構であってもよい。幾つかの実施形態では、溶液３０６は連続的にキャスト、噴霧、押出し、あるいは塗布されてもよい。幾つかの実施形態は、ドクターブレードまたは他の機構を用いて溶液３０６を散布することができる。
【００６３】
得られた強化多孔材の厚さは、他の変動要素の中でも、ウェブ３０２に塗布される溶液３０６の量、および塗布する際のウェブの速度を制御することで調節することができる。
【００６４】
幾つかの実施形態は、溶液３０６を固体の多孔ポリマ材料へと形成する前、その最中、またはその後に、空気ナイフ、艶出し、圧延、または他の処理といった様々な追加プロセスを含みうる。
【００６５】
未硬化の溶液３１０は、硬化多孔材３１４を形成するためにトンネル状オーブン３１２または他のプロセスを通って移動し、巻取り機構３１６で巻き取ることができる。
【００６６】
トンネル状オーブン３１２は、多孔材を形成すべく未硬化の溶液３１０に様々な温度特性を適用するための異なる領域を有しうる。多くの場合、最初に低温を用いて第１の液体の一部を蒸発させ、固体ポリマ構造の形成を開始させることができる。高温は、第２の液体および残った第１の液体を除去するために使用されうる。
【００６７】
幾つかの実施形態では、トンネル状オーブン３１２は、硬化ステップを容易にすべく、熱風または冷気を用いる空気移動を提供してもよい。
【００６８】
実施形態３００は、湿式溶液を強化媒体に直接導入することで多孔材を形成することにより強化多孔材を製造する連続プロセスの例である。他の実施形態は、非移動式のテーブル表面にキャスティングするような、バッチモードで強化ウェブに多孔材を直接キャスティングするステップを含んでもよい。
【００６９】
図４は、強化多孔材を連続的に製造するディップ法を示す実施形態４００のダイアグラム図である。
【００７０】
ウェブ４０２は巻戻し機構４０４から巻き戻され、槽４０８内の溶液４０６を通過して未硬化溶液４１０を含むウェブを形成する。槽４０８は、空気を除去し、溶液による強化材の湿りを促すべく、超音波動作してもよい。ウェブは、多孔質構造を有するポリマを形成しながら、第１および第２の液体を除去する硬化領域４１２を通過しうる。ウェブ４１４上の硬化材料は巻取りリール４１６に巻き取ることができる。
【００７１】
実施形態４００は、強化ウェブ上に多孔材を直接形成する連続プロセスの例である。溶液４０６の粘性および動作速度を制御することにより、制御された厚さの多孔材を形成できる。幾つかの実施形態では、ドクターブレード、艶出し機構、空気ナイフ、または他の機構を用いて、硬化した、または未硬化の材料の厚さについて更に制御することができる。
【００７２】
硬化領域４１２は、未硬化材料４１０を硬化することができる如何なる種類の機構であってもよい。幾つかの実施形態は、様々な加熱または冷却領域を通して材料を処理する、様々な洗滌を適用する、圧力または真空環境を通して材料を処理する、あるいは艶出し、圧搾、または幾つかの他のプロセスといった幾つかの機械プロセスを提供してもよい。各実施形態は、ポリマの選択、溶液４０６の配合、および強化ウェブ４０２の構成に基づいて行われる特定のプロセスを有しうる。
【００７３】
幾つかの実施形態では、強化ウェブ４０２は、溶液４０６と接触する前に適用される様々な処理を有してもよい。例えば、糊剤または他の液体材料をウェブ４０２に適用してもよい。一例では、希薄な溶液４０６、または異なる溶媒／ポリマの組み合わせを有する溶液を用いてウェブ４０２を前処理してもよい。幾つかの場合では、このような前処理は強化ウェブ４０２を膨脹させる、あるいはウェブ４０２への多孔材の接着を向上させることができる。他の例では、ウェブ４０２にコロナ放電または噴霧を適用して、ウェブ４０２の表面を部分的に酸化させるステップを含みうる。別の例は、電荷をウェブ４０２適用し、反対の電荷を槽４０８に適用してもよい。更に他の例では、強化ウェブ４０２の表面をイオン化させることもできる。このような前処理プロセスは、強化多孔膜を製造する方法にも利用できる。
【００７４】
溶液４０６および強化ウェブ４０２の超音波による活性化は、ウェブへの溶液４０６の接着および浸透を高めることができる。
【００７５】
超音波による活性化を利用して、孔を形成するポリマ溶液を強化ウェブに適用できる如何なる種類の機構を強化することもできる。幾つかの実施形態では、超音波エネルギは溶液に導入することができ、他の実施形態では、超音波エネルギは溶液が適用される前またはその後に強化ウェブに適用されてもよい。実施形態４００では、超音波エネルギを槽４０８、または槽４０８に入る前の強化ウェブ４０２に適用することができる。幾つかの実施形態では、ウェブの方に向けられた超音波ホーンを用いて、超音波エネルギを溶液が適用された後のウェブに導入することができる。
【００７６】
図５は、強化多孔膜を積層する方法を示す実施形態５００のダイアグラム図である。実施形態５００は、強化ウェブ５０６の片側に接合された単一の硬化多孔膜５０２を示している。
【００７７】
多孔膜５０２は巻戻し機構５０４から巻き戻し、第２の巻戻し機構５０８から巻き戻される強化ウェブ５０６と接触することができる。２つの束をローラ５１０で接合し、巻取りリール５１４に巻き付く強化多孔膜５１２を形成することができる。
【００７８】
実施形態５００は、多孔膜５０４を強化ウェブ５０６に積層する方法および装置である。幾つかの実施形態では、塗布器５１６を用いて、接合プロセスの挟み込み地点にイオン電化、接着剤、熱、または他の材料または処理を送達してもよい。
【００７９】
接着剤を用いて２つの層を接合することができる。幾つかの実施形態では、接着剤は、多孔材または強化ウェブによるポリマの何れか、あるいは両方の一部を融解または溶解させて、他の層と融合させることができる溶媒を含みうる。幾つかの場合では、多孔材の形成においてポリマ混合物が使用され、混合物内のポリマの一方は接着剤に溶解するよう選択されて強化ウェブへの接着を容易にすることができる。他の種類の接着剤は２の層の間をゲル化する溶解ポリマを含有し、互いの層を接続してもよい。他の接着剤は熱活性型であってもよく、部分的に溶解して層を接合してもよい。
【００８０】
接着剤を使用した場合、幾つかの実施形態は、接合される表面の片方または両方の全体にわたって接着剤の被膜を塗布してもよい。他の実施形態は、様々な位置またはパターンに接着剤の点を塗布してもよい。
【００８１】
塗布器５１６は、接合される１以上の面に熱を適用することもできる。幾つかの実施形態では、熱は接合される材料の１以上の部分を融解させて、他方と融合させることができる。このような熱は、接着剤と併せて適用してもよい。
【００８２】
幾つかの実施形態では、多孔膜５０２および強化ウェブ５０６は、機械的な連結によって互いに接合することもできる。このような連結は、ローラ５１０間に圧力を加えることで作り出すことができる。
【００８３】
幾つかの場合では、多孔膜５０２は、キャリア膜または他の材料を用いて製造プロセスの一部にかけて移動することができる。このような場合、ローラ５１０に入る前にキャリア膜を除去してもよい。
【００８４】
図６は、中心の強化ウェブ上に多孔膜を両面積層する積層法を示す、実施形態６００のダイアグラム図である。実施形態６００は実施形態５００と類似したプロセスを用いることができ、強化ウェブが積層板の中央となるように設けられらた多孔膜の第２の層を追加している。
【００８５】
第１の多孔膜６０２は巻戻し機構６０４から巻き戻され、同様に第２の多孔膜６０６が巻戻し機構６０８から巻き戻すことができる。強化ウェブ６１０は巻戻し機構６１２から巻き戻され、ローラ６１２で多孔膜の層６０２および６０６の間に積層され、巻取りリール６１６によって巻き取られる積層板６１４を形成する。
【００８６】
実施形態６００は、如何なる機構によって多孔膜および強化ウェブの層を接合してもよい。幾つかの場合では、機械的な連結を利用してもよく、他の場合では、塗布機６２０が熱および／または接着剤または他の接合剤、あるいは接合を容易にできる処理を適用してもよい。
【００８７】
接着剤を用いて幾つかの層を接合することができる。幾つかの実施形態では、接着剤は、多孔材または強化ウェブによるポリマの何れか、あるいは両方の一部を融解または溶解させて、他の層と融合させることができる溶媒を含みうる。幾つかの場合では、多孔材の形成においてポリマ混合物が使用され、混合物内のポリマの一方は接着剤に溶解するよう選択されて強化ウェブへの接着を容易にすることができる。他の種類の接着剤は２の層の間をゲル化する溶解ポリマを含有し、互いの層を接続してもよい。他の接着剤は熱活性型であってもよく、部分的に溶解して層を接合してもよい。
【００８８】
接着剤を使用した場合、幾つかの実施形態は、接合される表面の片方または両方の全体にわたって接着剤の被膜を塗布してもよい。他の実施形態は、様々な位置またはパターンに接着剤の点を塗布してもよい。
【００８９】
塗布器６２０は、接合される１以上の表面に熱を適用することもできる。幾つかの実施形態では、熱は接合される材料の１以上の一部を融解させて、他方と融合させることができる。このような熱は、接着剤と併せて適用してもよい。
【００９０】
図７は、充填多孔材を生成する方法を示す実施形態７００のフローチャート図である。この充填材は、様々な機能を実行しうる非構造性の材料であってもよい。
【００９１】
幾つかの場合では、充填材は不活性であって、状態を変化または化学反応をすることなく機能してもよい。他の場合では、活性充填材が化学反応を受ける、あるいは状態を変化させることもある。
【００９２】
充填材は２つの異なる適用機構を用いて適用することができる。一機構では、充填材は多孔材溶液に混合され、多孔材の構造に結合してもよい。他の機構では、充填材は形成した後に多孔材に適用され、多孔材の孔の中に捕捉されてもよい。
【００９３】
幾つかの実施形態では、２つの要素の充填材を用いてもよい。このような実施形態では、第１の材料が溶液内に混合され、多孔構造内に捕捉されうる。充填材の第２の要素は形成された多孔材に適用され、この第２の要素は第１の要素と相互作用して充填材を生成することができる。幾つかの場合では、第２の要素は第１の要素と反応してもよく、あるいは第１の要素を化学的変化することもある。
【００９４】
図７の図は図２と同様のプロセスであり、多孔材を形成する前、および／またはその後に充填材を追加している。
【００９５】
溶液は、上述したようなブロック２０２において形成される。
【００９６】
充填材はブロック７０２で溶液に添加することができる。充填材はブロック２０２の溶液に溶解してもよく、あるいは溶液内に懸濁しうる微粒子であってもよい。
【００９７】
この溶液はブロック２０４でキャリアに適用され、十分な量の第１の溶液がブロック２０６において除去されて、ゲル化が開始される。第２の液体は、ブロック２０８で除去できる。
【００９８】
充填材はブロック７０４において添加することができ、このブロック７０４は多孔材が形成された後であってもよい。このような場合、充填材は、幾つかの方法で多孔構造内に注入することができる。幾つかの場合では、充填材は、多孔材に浸透しうる溶液に溶解してもよい。この溶液は充填材の残留物を残して乾燥することができる。
【００９９】
幾つかの場合では、微粒子状の充填材は、乾燥材料として、あるいは液体キャリアと共に多孔構造に注入することができる。
【０１００】
幾つかの実施形態では、充填材を付着させる他の機構は、真空蒸着機構、表面処理、または他の機構を含みうる。幾つかの実施形態では、充填材は多孔構造を通して適用されてもよく、他の場合では、充填材は多孔構造の外面に適用されてもよい。
【０１０１】
図８は、電池の積層板を連続的に製造するプロセスを示す実施形態８００の概略図である。実施形態８００は、不連続の電池要素を接着した連続的な電池のセパレータを有する連続的な積層板を製造する機構および方法を図示するために用いられる製造プロセスの簡略図である。
【０１０２】
実施形態８００は、セパレータ材料が不連続の電池要素上に硬化する製造プロセスを図示している。硬化プロセスの際、セパレータ材料を電池要素に接合または接着して、その後の製造ステップにおいて複数の電池に組み立てられる積層板を生成することができる。
【０１０３】
実施形態８００は、電池要素８０２が要素配置機構８０６によってコンベヤ８０４上に配置される製造プロセスを図示している。電池要素８０２は、アノード、電極、伝導電流の導体箔、包装フィルム、または他の電池材料であってもよい。
【０１０４】
電池要素８０２は不連続の要素であってもよく、これにより、積層板が切断された場合に、電池要素の選択された端部は露出せず、セパレータ材料の縁部によって保護することができる。例えば、アノードおよびカソードを、最後に積層板から切断されたときにセパレータ材料によって完全に取り囲むことができる。このような例では、アノードおよびカソードの端部周囲の余分なセパレータ材料が電池内の短絡を防ぐことができる。
【０１０５】
幾つかの場合では、電池要素８０２の一部はセパレータ材料に完全に取り囲まれていなくてもよい。例えば、セパレータ材料の端部を超えて延在するように、電流導体のタブを配置してもよい。組み立てた後、これらの電流導体のタブは組み立て品について電池の極に露出してもよい。
【０１０６】
実施形態８００に示すプロセスは、未加工のウェブ材料８１２を巻き戻すことができる巻戻し機構８１０を有しうる。この未加工のウェブ材料８１２は、如何なる種類の不織布または織布強化材であってもよい。塗布器８１２は未硬化のセパレータ材料の溶液を適用することができ、未硬化のセパレータ８１６を有するウェブはコンベヤ８０４上で電池要素８０２に接合することができる。セパレータ材料は硬化オーブン８１８内で硬化されて硬化セパレータ積層板８２０を生成し、これは巻取り機構８２２に収集される。
【０１０７】
実施形態８００は更なる要素を有してもよい。例えば、幾つかの実施形態は、電池要素８０２の下側にキャリア層を用いてもよい。このキャリア層は、電池を組み立てる前に除去される膜または他の材料であってもよく、処理する間に積層板８２０の強化部材として機能することもできる。
【０１０８】
キャリア層を使用する場合、幾つかの実施形態は、強化ウェブ８１２を省略し、未硬化のセパレータ材料を電池要素を有するコンベヤ８０２に直接適用することもできる。
【０１０９】
図９は、電池の積層板を連続的に製造するプロセスを示す実施形態９００の概略図である。実施形態９００は、連続的な電池のセパレータの２つの層を有し、その間に不連続の電池要素を接着する積層板を製造する機構および方法を図示するために用いられる製造プロセスの簡略図である。
【０１１０】
実施形態９００は実施形態８００と類似しているが、セパレータの２つの層を有する積層板を生成する。予め硬化したセパレータの上に電池要素が配置され、その上にセパレータ材料の第２の層が硬化される。硬化プロセスの間、セパレータ材料は電池要素および第１の積層板に接合または接着して、その後の製造ステップにおいて複数の電池に組み立てられる積層板を作り出すことができる。
【０１１１】
実施形態９００は、電池要素９０２が要素配置機構９０６によってコンベヤ９０４上に配置される製造プロセスを図示している。電池要素９０２は、アノード、電極、伝導電流の導体箔、包装フィルム、または他の電池材料であってもよい。
【０１１２】
電池要素９０２は不連続の構成要素であってもよく、これにより、積層板が切断された場合に、電池要素の選択された端部は露出せず、セパレータ材料の縁部によって保護することができる。例えば、アノードおよびカソードを、最後に積層板から切断されたときにセパレータ材料によって完全に取り囲むことができる。このような例では、アノードおよびカソードの端部周囲の余分なセパレータ材料が電池内の短絡を防ぐことができる。
【０１１３】
幾つかの場合では、電池要素９０２の一部はセパレータ材料によって完全に取り囲まれていなくてもよい。例えば、セパレータ材料の端部を超えて延在するように、電流導体のタブを配置してもよい。組み立てた後、これらの電流導体のタブは組立品について電池の極に露出してもよい。
【０１１４】
電池要素９０２は、巻戻し機構９０８から供給された硬化セパレータ材料９１０上に配置されうる。幾つかの実施形態では、電池要素９０２は、接着剤、熱接着、または実施形態９００に図示されていない他の方法によって、硬化セパレータ材料９１０に取り付けることができる。
【０１１５】
実施形態９００に示すプロセスは、未加工のウェブ材料９１３を巻き戻すことができる巻戻し機構９１２を有しうる。この未加工のウェブ材料９１３は、如何なる種類の不織布または織布強化材であってもよい。塗布器９１４は未硬化のセパレータ材料の溶液を適用することができ、未硬化のセパレータ９１６を有するウェブはコンベヤ９０４上の電池要素９０２に接合することができる。セパレータ材料は硬化オーブン９１８内で硬化されて硬化セパレータ積層板９２０を生成し、これは巻取り機構９２２に収集されうる。
【０１１６】
実施形態９００は、セパレータ材料の２つの層を有する積層板の製造プロセスを図示している。幾つかの実施形態では、セパレータの層の一方または両方が、織布または不織布ウェブのような強化ウェブを含んでもよく、含まないでもよい。
【０１１７】
図１０は、電池の積層板を連続的に製造するためのプロセスを示す実施形態１０００の概略図である。実施形態１０００は、硬化セパレータ材料に接合または接着される不連続の電池要素を有する連続的な積層板を製造する機構および方法を図示するために用いられる製造プロセスの簡略図である。
【０１１８】
実施形態１０００は、電池要素１００２が要素配置機構１００６によってコンベヤ１００４上に配置される製造プロセスを図示している。電池要素１００２は、アノード、電極、伝導電流の導体箔、包装フィルム、または他の電池材料であってもよい。
【０１１９】
電池要素１００２は不連続の構成要素であってもよく、これにより、積層板が切断された場合に、電池要素の選択された端部は露出せず、セパレータ材料の縁部によって保護することができる。例えば、アノードおよびカソードを、最後に積層板から切断されたときにセパレータ材料によって完全に取り囲むことができる。このような例では、アノードおよびカソードの端部周囲の余分なセパレータ材料が電池内の短絡を防ぐことができる。
【０１２０】
幾つかの場合では、電池要素１００２の一部はセパレータ材料によって完全に取り囲まれていなくてもよい。例えば、セパレータ材料の端部を超えて延在するように、電流導体のタブを配置してもよい。組み立てた後、この電流導体のタブは組立品について電池の極に露出してもよい。
【０１２１】
電池要素１００２は、巻戻し機構１００８から供給された硬化セパレータ材料１０１０上に配置されうる。接着剤の塗布器１０１２は接着剤を適用することができ、これにより、電池要素１００２が硬化セパレータ材料１０１０に付着して接着した電池要素１０１４を有する積層板を形成し、巻取り機構１０１６に巻き付けることができる。
【０１２２】
様々な接着剤を利用することができる。幾つかの場合では、これらの接着剤を、硬化セパレータ材料１０１０または電池要素１００２に適用してもよい。幾つかの実施形態では、接着剤は、電池要素１００２と硬化セパレータ材料１０１０の間のインタフェースを完全に覆うように塗布されてもよい。他の実施形態では、接着剤が電池要素１００２と硬化セパレータ材料１０１０の間のインタフェースの一部にのみ塗布されるように、接着剤は、点、ストライプ、または他のパターンを用いて塗布されてもよい。
【０１２３】
他の実施形態では、電池要素１００２は硬化セパレータ１０１０に積層してもよい。このような実施形態では、加熱積層ローラ、余熱機構、積層オーブン、または他のデバイスを用いて電池要素を硬化セパレータに積層することができる。
【０１２４】
幾つかの実施形態では、キャリア膜を用いて、配置工程から接着または積層工程まで予め配置された電池要素を運搬することができる。このような実施形態は電池要素を犠牲キャリアウェブ上に配置し、このキャリアウェブに電池要素を接着することができる。キャリアウェブを用いて、実施形態８００および９００のようなセパレータの湿式形成中、または実施形態１０００のような接着または積層工程中に電池要素を運搬したり、電池要素を配置することができる。
【０１２５】
図１１は、組み立てられた電池積層板を示す実施形態１１００の概略図である。実施形態１１００は、実施形態９００または１１００のプロセスによって作られる積層板の例である。
【０１２６】
実施形態１１００の積層板はセパレータ１１０２を図示しており、その上に幾つかの電極１１０４が配置される。これらの電極はアノードまたはカソードとすることができ、セパレータ１１０２が電極１１０４の４面全てを取り囲むことができるようにセパレータ１１０２上に配置される。
【０１２７】
各電極は集電タブ１１０６を有しうる。各集電タブ１１０６は、連結された電極１１０４からの電流が組み立てられた電池の積層板から引き出されるように配置することができる。このように、集電タブ１１０６は、当該集電タブ１１０６の一部がセパレータ１１０２のエッジ１１０８を越えて延在するように配置されうる。
【０１２８】
電池形態に組み立てられたとき、実施形態１１００の積層板は切取り線１１１０上で切断され、それぞれの電池セルを形成する。多くの場合、切取り線１１１０は、効率的に取り扱い、組み立てられた電池がずれるのを防ぐために、セパレータ材料１１０２の幾つもの層を互いに熱融着または融合させるためにも使用することができる。
【０１２９】
図１２は、複数の電池セルのアセンブリを示す実施形態１２００の概略図である。実施形態１２００は、実施形態８００、９００および１０００、さらには他の実施形態に示す方法を利用して製造できる積層板を用いて複数の電池セルを製造できる方法の１つを示している。
【０１３０】
電池要素を有する積層板１２０２は幾つかの他の積層板と併せてスタックされて、積層板アセンブリ１２０６を生成することができる。これらの積層板は、それぞれの電池セルを積層板アセンブリ１２０６から切断できる箇所を示す切取り線１２０４と共に図示されている。
【０１３１】
実施形態１２００は、各積層板がアノードまたはカソードの何れかを有する実施形態を図示している。幾つもの積層板が交互に互いにスタックされて電池セルを生成している。
【０１３２】
積層板アセンブリ１２０６は、アノードの集電タブ１２０８およびカソードの集電タブ１２１０を図示している。このアセンブリではそれぞれの集電タブが互いに整列しており、これにより、導体を集電タブに取り付けて、最終的な電池の適切な端子まで配設することができる。
【０１３３】
幾つもの積層板が互いに組み立てられた後、切取り線１２０４に沿って切断することでそれぞれの電池セルを形成することができる。幾つかの実施形態では、切断工程は熱融着工程を含み、積層板および要素の適切な配向を逸することなく電池セルの運搬を補助することもできる。
【０１３４】
幾つかの実施形態では、積層板アセンブリ１２０６は、幾つもの積層板の間に熱、接着剤、または他の接合機構を用いて組み立てることができる。他の実施形態では、幾つもの積層板は、ガイドピン、組立治具、または積層板を定位置に保持する他の機構を用いて組み立てることもできる。
【０１３５】
図１３は、巻き電池形態を示す実施形態１３００の概略図である。実施形態１３００は、電池セパレータに取り付けられた電池要素を有する第２の積層板がどのようにフラット電池へと巻き付けられるかを図示している。
【０１３６】
実施形態１３００は、巻き付けられる前の積層板形態１３０２と、巻き付けた後の巻き電池１３０４の断面を示している。
【０１３７】
積層板形態１３０２は、巻き付ける準備が整った積層板の断面を有している。ブランク領域１３０７と、セパレータに取り付けられた幾つものアノードおよびカソードを有するセパレータ１３０６が図示されている。幾つものアノードおよびカソードは幾つもの集電タブと併せて配置することができ、これにより、積層板１３０２が巻き付けられると、適切なアノードおよびカソードが互いに隣り合って位置し、アノードおよびカソードのそれぞれのタブが適切に配置される。
【０１３８】
アノード１３０８およびタブ１３１０と、カソード１３１２およびタブ１３１４と、カソード１３１６およびタブ１３１８と、アノード１３２０およびタブ１３２２と、アノード１３２４およびタブ１３２６とを有するセパレータ１３０６が図示されている。
【０１３９】
巻き電池１３０４へと巻き付けられると、ブランク１３０７がアノード１３０８とカソード１３１２を分離する。巻電池１３０４は、上部にアノード１３２４、次いでカソード１３１６、アノード１３０８、カソード１３１２、底部にアノード１３２０を示している。
【０１４０】
実施形態１３００は、単一の積層板上に配置されたアノードと、カソードと、他の電池要素とを有しうる多くの形態のうちの一例である。
【０１４１】
特定の一プロセスでは、多くの電極アセンブリが取り付けられた、セパレータの大型シートを製造してもよい。この電極アセンブリは、キャリアシートを用いて、あるいは用いずにコンベヤ上に配置することができ、コータは微小孔セパレータを形成できる溶液を適用することができる。
【０１４２】
一旦セパレータが形成されて乾燥すると、これらのシートは整列固定具上に配置され、幾つものシートを高くスタックすることができる。一実施形態では、これらのシートは交互のアノードおよびカソードの電極アセンブリを有しうる。幾つかのシートをスタックした後、セパレータの層を熱融着して切断し、それぞれの電池セルを生成することができる。
【０１４３】
他の潜在的な利点は、これらの概念を巻きセルの製造に応用することで実現しうる。この場合、電極とセパレータを個別に処理するステップをなくすことで、それぞれのセルについて組立時間や費用を著しく減少させる可能性がある。セパレータ／電極およびアノード／カソードの位置調整を維持することが難しい現行の製造工程とは異なり、電極アセンブリはセパレータ層を生成する前に配置することができる。この配置ステップは、サブアセンブリが巻き付けられたときに電極を適切に配置できるようになされる。このようなサブアセンブリは単一のセパレータ層に接合された幾つものアノードとカソードを有することができ、サブアセンブリは電極の１つの周りに巻き付けられて巻き電池のセルを作り出すことができる。
【０１４４】
実施形態の多くは、高容量のフィルム被覆機を用いて、セパレータ層を他の電池要素上にキャストする。電池要素は、アノード、カソード、金属の集電箔、包装フィルムまたは他の材料を含みうる。用語「電極」はセパレータ材料と共に使用される電池要素を説明するために使用することができるが、同じ概念を他の電池要素にも適用できる。
【０１４５】
多くの実施形態では、電極は、所望のサイズおよび形状に予め切断された電池要素の別個の部分であってもよい。幾つかの実施形態では、電極は連続ロールに製造されて、ダイカットなどによって製造プロセスにおいて切断され成形されてもよい。
【０１４６】
キャスティングプロセスは、キャスティング機を通して電池要素を運搬するために使用されうる犠牲膜などの基板を使用することもできる。幾つかの実施形態では、キャスティング基板を使用することなくキャストするために、電池要素をコンベヤ上に直接配置してもよい。多くの実施形態では、キャスティング基板は、電極サブアセンブリを電池セルに組み立てる前に除去することができる。
【０１４７】
キャスティングプロセスは、不織布ウェブまたは他の強化材を含む、または含まないセパレータの溶媒／ポリマのスラリーとして、湿式形態でセパレータ層を電極の上にキャストし、電極の表面に付着力を作り出すことができる。この付着力は、その後の処理ステップの間、電極をセパレータ層に接着できる程度に十分であってもよい。幾つかの場合では、この付着力はそれほど強力でなくともよい。その後の処理ステップは、剥離（材料が堆積された基板をキャストしているプラスチックまたは箔を剥がす）、または１以上のセパレータ／電極構造を含む剥離したシートを、スタック、折り曲げ、切断、エッジ融着、熱積層、包装または幾つかの他の処理ステップのために離れた位置に移動させるステップを含みうる。
【０１４８】
電極は多くの異なる形態に生成することができる。幾つかの実施形態では、電極は、活性アノードまたはカソード材料である両面に金属箔の集電体を有する両面電極であってもよい。このような実施形態は、その後の組立ステップにおいて大容量の多層のセルスタックを製造するのに有意となりうる。このような電極がキャスティングプロセスを経てセパレータ層で被覆された場合、その後に反対の極を有する類似した電極アセンブリがスタックされ、如何なる所望の容量の電池セルをも構成することができる。例えば、両面のカソードアセンブリを両面のアノードアセンブリ上にスタックし、単一の電気化学結合を形成することができる。他のアノードアセンブリをカソードアセンブリ上にスタックし、第２の連結を形成することができる。所望の容量の電池セルアセンブリが形成されるまで、第２のカソードアセンブリを追加し、次いで第３のアノードアセンブリなどを追加してもよい。
【０１４９】
多くの実施形態では、セパレータ層は強化ウェブを有しうる。この強化ウェブは、織布または不織布ウェブであってもよい。キャスティングプロセスは、ウェブをゲル化および乾燥すると多孔質のセパレータ膜を形成するセパレータの溶媒／ポリマ溶液に浸透させる第１のステップから構成されてもよい。この浸透したウェブは次いで、まだ湿っている間に電極または他の構成要素の上に配置されうる。本書に述べた多くの概念について、適切なセパレータ溶媒／ポリマ溶液（または変更された変形物）を電極上に直接キャスティングすることにより、同様の結果を得ることができる。
【０１５０】
幾つかの実施形態では、セパレータの層は、電極の一部またはすべてで活性材のエッジを越えて少なくとも数ミリメートル延在し、完成したセルアセンブリにおける電極間の潜在的な短絡を防ぐことができる。
【０１５１】
幾つかの実施形態では、完成したセルの最適な電気化学性能のために、カソードの表面積は近接するアノードの表面積よりも僅かに小さいことがある。
【０１５２】
幾つかの実施形態では、各電極における集電体の被覆されていない地金は、最終的なセルアセンブリにおいてセパレータ層を越えて延在し、極性のような全ての電極のセル内側の連結、さらには外部回路との連結を容易にすることができる。
【０１５３】
幾つかの実施形態では、プレカット部ではなく、電極材料の連続ストリップを被覆プロセスへの入力として用いてもよい。このような実施形態では、連続的に被覆された電極／セパレータシートは、その後の処理ステップで所定の大きさに切断されうる。このような実施形態では、このようなプロセスは、電極の活物質のエッジを越えて延在するセパレータ層を有さない、切断された電極アセンブリの少なくとも１のエッジを生じさせることがある。この課題に対処する幾つかの潜在的な手段を以下に述べている。
【０１５４】
幾つかの実施形態は、被覆する前にプレカット電極を支持基板に供給するための設備を有してもよい。このような設備により、セパレータは電極部の全てのエッジで突出することが可能となる。これは最前の製造設備の形態の複雑さを増大させることもあるが、セパレータ／電極シートを完全なセルアセンブリへと処理するために必要な設備の複雑さを著しく低下させることができる。
【０１５５】
幾つかの実施形態では、集電体の一部（「タブ」）がセパレータの外側に露出し、これにより集電体は電池の極に取り付けることができる。このような一実施形態では、キャスティングプロセスは、タブがキャスティングプロセス時にセパレータ材料で被覆されないように配置することができる。このような方法の１つは、タブをキャスト領域の外側に配置する方法であってもよい。他のこのような方法は、セパレータ材料をタブ領域の上部に配置しないように、セパレータ材料を選択的にキャストする方法であってもよい。このような方法の１つは、キャスティング装置にスクリーンまたはプログラム可能な開口を使用する方法であってもよい。
【０１５６】
セパレータ材料がタブ領域上にキャストされうる幾つかの実施形態では、被覆プロセスの後にタブからセパレータ被覆を除去するための機構を設けてもよい。機構の１つは、タブからセパレータを溶解させうる溶媒ディップ機構であってもよい。
【０１５７】
単一セルの製造工程
単一セルの製造では、連続電極がコータに供給されうる。
【０１５８】
集電箔および活物質の双方がトリムエッジで終端するようにトリムされた１の長いエッジを有するアノードおよびカソードのロールを準備する。被覆されない集電箔は、別の長いエッジにおいて活物質を越えて延在する。
【０１５９】
被覆後にセパレータ層を越えて延在するように配置された集電箔のエッジとの間に空間を有して、キャスティング基板上にアノードの１または２の連続ストリップを位置合わせする。アノードストリップを支持基板に仮留めし、被覆している間に適切な位置を維持することが必要となりうるが、セパレータの被覆が一旦適用されると、この被覆は付加的な支持部を必要とせずにストリップを定位置に固定することができる。
【０１６０】
同様に、支持膜の基板上にカソードの１または２の連続ストリップを位置合わせする。
【０１６１】
全ての活物質は被覆されるが、集電部は被覆後にセパレータの片方または両方のエッジを超えて延在するように、セパレータの全幅の被覆を電極ストリップに適用する。
【０１６２】
被覆した後、セパレータ膜に固定された電極ストリップを残して、電極／セパレータアセンブリから支持基板を剥離する。これは以下のステップの一部としてなされてもよく、あるいは以下のステップの前のバッチモードにおいて材料のロール全体が剥離されてもよい。
【０１６３】
巻き戻し、（必要に応じて）剥離し、材料の所望の長さに切断し、次いで各電極の２つのエッジ上に活物質が突き出たセパレータを残すように電極間のセパレータを切断することにより、単一の電極／セパレータアセンブリを準備する。
【０１６４】
反対の極性の集電体が互いに１８０度離して向けられた状態でアノード／カソード／アノード／カソードなどと交互になりながら、単一の電極／セパレータアセンブリを整列固定具に配置し、所望の高さまでスタックすることで、セルスタックアセンブリを形成する。
【０１６５】
代替的には、１の細長い単一のアノード／セパレータアセンブリと１の細長い単一のカソード／セパレータアセンブリを共にセル巻取り機に供給して巻き取り、遊離したセパレータに関する位置調整の課題を伴わずに円筒形のセルを生成する。
【０１６６】
全ての切断エッジにおいて、アノードとカソードの間にセパレータテープを挟み込む（あるいは、補助セパレータシートを追加する）。
【０１６７】
各セルのフラットスタックアセンブリのエッジ周囲でセパレータを熱融着し、更に処理するためにそれらを合わせて保持する。
【０１６８】
フラットスタックセルでは、プレカットされた電極をコータに供給する。
【０１６９】
完成したセルスタックを得るための大きさに電極をプレカットし、アノードよりもカソードを僅かに小さくする。最大の製造効率を得るために、集電タブにノッチが入れられてもよい（ノッチを入れた集電体では、より多くのセルを単一のスタックプロセスにおいて生成することができる）。
【０１７０】
所与の被覆工程における全ての電極は、アノードまたはカソードの何れでもよい。高精度の配置機構を用いて、支持基板がコータに供給されるときにプレカットされた電極を一定間隔で支持基板上に配置し、被覆後に集電タブがセパレータ層を超えて延在するようにする。代替手段として、プレカットされた電極が正確に配置され、セルの電気化学に適合する少量の接着剤を用いて、予め基板上に仮留めされてもよい。
【０１７１】
全ての活物質は被覆されるが、集電体は被覆後にセパレータの片方または両方のエッジを越えて延在するように、プレカットしたアノードを連続的な全幅のセパレータ層で被覆する。
【０１７２】
アノードと同様に位置合わせして、プレカットしたカソードを連続的な全幅のセパレータ層で同様に被覆する。
【０１７３】
被覆した後、全幅のセパレータ膜に固定された電極を残して、アセンブリの残りから支持基板を剥離する。これは以下のステップの一部としてなされてもよく、あるいは以下のステップの前のバッチモードにおいて材料のロール全体が剥離されてもよい。
【０１７４】
巻き戻し、（必要に応じて）剥離し、１以上の電極を含む全幅の材料の長さを切断することにより、切断シートを生成する。切断シートを整列固定具に配置する。
【０１７５】
反対の極性の電極を有する第２の切断シートのストリップについて、このプロセスを繰り返す。整列固定具における先のシートの上に第２の切断シートを配置する。
【０１７６】
所望の電気化学容量を有するセルスタックアセンブリが得られるまで、アノード／カソード／アノード／カソードなどと切断シートをスタックして、このプロセスを継続する。
【０１７７】
セパレータを切断して熱融着し、全幅シートからそれぞれのセルスタックを形成する。
【０１７８】
巻き電池セルでは、プレカットした電極をコータに供給する。
【０１７９】
完成したセルスタックを得るために必要なサイズに電極をプレカットし、アノードよりもカソードを僅かに小さくする。集電タブにノッチが入れられてもよい。
【０１８０】
高精度の配置機構を用いて、支持基板がコータに供給されるときの調整可能な間隔を利用し、アノードおよびカソードを交互にしながら、電極を支持基板上に配置する。集電タブは、被覆後にセパレータ層を超えて延在するように配置せねばならない。電極の間隔は、その後のステップにおいて巻き付けられたときに幾つもの電極層が適切に整列し、近接する全ての電極がセパレータ層によって分離されるようにせねばならない。２の交互のアノード／カソードストリームは同時に処理することができ、単一のセパレータ層およびそれぞれの何れかのエッジの一方は、外向きの集電体を有している。代替手段として、プレカットされた電極が正確に配置され、セルの電気化学に適合する少量の接着剤を用いて、予め基板上に仮留めされてもよい。
【０１８１】
全ての活物質は被覆されるが、集電体は被覆後にセパレータの片方または両方のエッジを越えて延在するように、プレカットした電極を連続的な全幅のセパレータ層で被覆する。
【０１８２】
被覆した後、セパレータ膜に固定された電極を残して、全幅のストリップから支持基板を剥離する。これは以下のステップの一部としてなされてもよく、あるいは以下のステップの前のバッチモードにおいて材料のロール全体が剥離されてもよい。
【０１８３】
所望の数の巻取りが得られるまで、平らな心棒を有するセル巻取り機に材料を巻戻し（必要に応じて）剥離させて、供給する。材料の末端を切断し、心棒から巻き付いたアセンブリを取り外す。２つのセルが同時に巻き付いている場合、間にあるセパレータは切断されて、２つの完全なセルスタックアセンブリを形成する。
【０１８４】
両面被覆アノード、不被覆カソードでは、連続電極ストリップをコータに供給する。
【０１８５】
集電箔が活物質を越えて延在しないようにトリムされた一方のエッジを有するアノードのロールを準備する。不被覆の集電箔は、他方のエッジにおける活物質を超えて延在すべきである。
【０１８６】
完成したセルスタックを得るために必要なサイズにカソードをプレカットし、アノードよりもカソードを僅かに小さくする。
【０１８７】
支持膜の基板上に被覆されたセパレータのローラを準備する。これは、本書に記載された他のプロセスに用いられる平らな支持膜の基板の代わりに使用される。
【０１８８】
被覆後にセパレータ層を越えて延在するように配置された集電箔のエッジとの間に空間を有して、セパレータ被覆された支持膜の基板上にアノードの１または２の連続ストリップを位置合わせする。代替的な実施形態として、底面層を予め準備するのではなく、セパレータの底面層は、セパレータの第２の上層を適用するのと同じ工程の間に、同じ被覆機で支持膜の基板上に被覆される。この場合、アノードのストリップをまだ僅かに湿っている間に下に位置するセパレータ層の上に配置することが可能であり、これは２つの層の間にある程度の付着力を提供することがある。
【０１８９】
全ての活物質は被覆されるが、集電体は被覆後にセパレータの片方または両方のエッジを超えて延在するように、セパレータの全幅の上部被覆をアノードストリップに適用する。
【０１９０】
上部を被覆した後、セパレータ膜の間に固定されたアノードストリップを残して、セパレータ／アノード／セパレータアセンブリから支持基板を剥離する。これは以下のステップの一部としてなされてもよく、あるいは以下のステップの前のバッチモードにおいて材料のロール全体が剥離されてもよい。
【０１９１】
巻き戻し、（必要に応じて）剥離し、材料の所望の長さに切断し、次いで各電極の２つのエッジ上に活物質が突き出たセパレータを残すように電極間のセパレータを切断することにより、単一のセパレータ／アノード／セパレータアセンブリを準備する。
【０１９２】
整列固定具に単一のセパレータ／アノード／セパレータアセンブリを最初に配置することで、セルスタックアセンブリを形成する。次に、エッジがセパレータ／アノード／セパレータアセンブリの２つの切断エッジから十分に離れるように位置決めされ、第１のアセンブリの上部にプレカットしたカソードを配置する。アノード／カソード／アノード／カソードなどと交互にして、所望の高さまでスタックし続ける。集電体にはノッチが入れられてもよく、あるいは反対の極性を有する集電体が互いに１８０度離して向けられてもよい。
【０１９３】
代替的には、１の細長い単一のアノード／セパレータアセンブリと、１の細長い単一のカソード／セパレータアセンブリを共にセル巻き取り機に供給して巻き取り、遊離したセパレータに関する位置調整の課題を伴わずに円筒形のセルを生成する。
【０１９４】
両面被覆アノードの設計では、セパレータが全てのカソードの切断エッジを超えて延在するため、補助のセパレータテープまたはセパレータシートを切断エッジでアノードとカソード層の間に挟み込む必要はない。セパレータはアノードの切断エッジ上に突出しないが、アノードの切断エッジは如何なるカソードの近くにも位置しない。
【０１９５】
各セルのフラットスタックアセンブリのエッジ周囲でセパレータを熱融着し、更に処理するためにそれらを合わせて保持する。
【０１９６】
他の製造変形物
上述のような基本的なスタック／巻き付けプロセスに基づく、多くの類似の代替手段がある。例えば、巻きセルは、前述したような長いエッジに沿ってではなく、電極の端部に集電体を有して生成することができる。この巻き付けは、端部に露出した集電体を有して作成された電極をプレカットするステップ、あるいは集電体を露出すべく連続的な電極ロールを長さに切断して電極の端部を清浄にするステップの何れかを必要とする。
【０１９７】
さらに、被覆前に、アノードおよびカソードが、予め形成されたセパレータ、柔軟なセル包装材、またはキャスティング基板の他の形態の上に並んで配置されてもよく、被覆した後に様々な折り曲げ手法を用いて折り曲げセルアセンブリを生成することができ、この手法は大型アセンブリを生成するために様々なスタック手法と組み合わせてもよい、あるいは組み合わせないでもよい。このような折り曲げは、ウェブの縦方向または横方向で、あるいはその両方を組み合わせて行うことができる。
【０１９８】
セパレータ層は、切断した電極を所望の量だけ突出した状態で選択的に覆うように不連続に適用されてもよい。これは、スプレー被覆装置、コンピュータ制御のインクジェット型塗布器、または他の自動塗布器を用いて、あるいは不織布ウェブの予め湿潤した部分を切断して配置する機構を用いてなされてもよい。
【０１９９】
積層されたセル包装箔は、プレカットされた電極がコータに供給される場合に、セルスタックアセンブリを構築する最初の被覆基板として使用することができる。この場合、包装材の最終的な密閉を妨げる突出したセパレータ層は、最後に密閉する前に除去せねばならない。包装箔上に配置されたプレカットしたアノードおよびカソードが単一のセパレータ層に被せられた場合、被覆基板として積層されたセル包装箔を使用すると、単純な折り曲げ設計では特に有用となりうる。この場合の最後の組み立ては、単一のアノードおよびカソードを有する簡単なセルを生成するためにアセンブリを中心に折り曲げるステップを必然的に伴う。この折り曲げられたエッジは密閉する必要性がなく、そのエッジに沿った本来の包装密閉部と干渉してしまう電極の間の基板に位置する余分なセパレータを除去する必要性がなくなる。
【０２００】
上記の折り曲げ手法は、二重のセパレータ層を有するセルをもたらす。多くの適用例では、これは、セパレータの貫通穴ができる可能性が減少することで利点となりうる。二重のセパレータは同様に、本書に記載の巻取りおよびスタックプロセスの多くにおいて利点となりうる。
【０２０１】
提案するプロセスの何れも、セパレータまたは電極の何れか、あるいは両方に溶媒の前処理またはコロナ放電といった１以上の表面処理を利用して、層間の接着を高めることにより、更に効率的にすることができる可能性がある。これらの処理は、被覆プロセスの一ステップとしてインラインで、あるいは先のバッチプロセスの間に実施することができる。
【０２０２】
（熱や圧力、音波またはマイクロ波接着、または他の技術を適用することによる）熱接着を利用して、本書で意図するプロセスの多くにおいて利点とすることができる。このような熱技術は、所定の位置でセパレータをキャストし、第１の接着機構としてキャストする溶媒を使用するのではなく、予めキャストしたセパレータを近接する材料に適用するために使用することができ、あるいは、本書に記載したように乾燥して配置またはスタックすることで生成された固定されていない層の間に付着力を作り出すために使用することができる。さらに、様々な化学接着剤またはホットメルト接着剤を用いて（外部から熱を加える、あるいは加えずに）本書に記載した層を接着してもよい。
【０２０３】
最後に、セパレータ材料が被覆されるのと同じ工程中に同じ被覆機で電極の活物質が被覆および艶出しされた場合、生産効率の著しい改善が得られる。この潜在的な長期目標は多くの研究および検討を要するが、非常に興味深いコンセプトは残っている。
【０２０４】
本対象の上述の記載は、図示および説明するために示されてきた。これは網羅的ある、あるいは対象を開示されたとおりの形態に限定することを意図するものではなく、上記の教示を考慮した他の改変および変形も可能である。実施形態は、本発明の原理およびその実用的な応用例を最もよく説明するために選択かつ記載されており、その結果、他の当該技術分野における当業者は、想定される特定の用途に適するような様々な実施形態および様々な改変において本発明を最もよく利用することが可能となる。添付の特許請求の範囲は、先行技術によって限定される範囲を除いて、他の代替的な実施形態を含むと解釈されることを意図している。
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
2013503456.tif 000018
2013503456.tif 000019
2013503456.tif 000020