(57)【要約】  本発明は積層板電気化学装置を組み立てるための方法の改良に関する。本発明の例示的な実施態様によれば、２つの対の電極、即ち、２つの陰極及び２つの陽極が提供される。各対における各電極は、伝導性相互接続を介して他の電極に接続される。次に、対の電極は一体に折り畳まれ、陰極及び陽極が電極パッケージ内で交互に位置するように電極パッケージを形成する。次に、積層板電池内の電極の所望の数に依存して、多数の電極パッケージが一体に積み重ねられる。次に、積層電極は電池缶内に配置され、伝導性相互接続が、積層板電気化学装置を形成するために電池缶端子に接続される。本発明の例示的な実施態様に従ったプロセスは、積層板電気化学装置のためのより迅速でより効率的な組立て時間をもたらす。
2011502340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気積重ね及び積層板電池バッテリにおける使用のために電極パッケージを形成するよう電極を積み重ねるための方法であって、
ａ）以下を提供するステップを含み、
ｉ）第一陽極と、第二陽極と、陽極電流コレクタとを含む、二重電極陽極板、
ｉｉ）第一陰極と、第二陰極と、陰極電流コレクタとを含む、二重電極陰極板、
ｉｉｉ）複数のセパレータ、及び、
ｉｖ）電池缶、
ｂ）前記陽極二重電極板と前記陰極二重電極板とを一体に折り畳み、電極パッケージを形成するステップを含み、前記電極パッケージ内の前記陰極及び前記陽極の順序は、以下の通りであり、
ｉ）前記第一陰極、
ｉｉ）前記第一陽極、
ｉｉｉ）前記第二陽極、及び、
ｉｖ）前記第二陽極、
ｃ）前記複数のセパレータの少なくとも１つを前記第一陰極と前記第一陽極との間に挿入するステップを含み、
ｄ）前記複数のセパレータの少なくとも１つを前記第一陽極と前記第二陰極との間に挿入するステップを含み、
ｅ）前記複数のセパレータの少なくとも１つを前記第二陰極と前記第二陽極との間に挿入するステップを含む、
方法。
【請求項２】
以下のステップをさらに含み、
ａ）複数の電極パッケージを提供するステップ、
ｂ）前記電極が前記複数の電極パッケージを通じて交互するよう、前記複数の電極パッケージを積み重ねるステップ、
ｃ）前記複数の電極パッケージの上に仕上げセパレータを配置するステップ、及び、
ｄ）前記仕上げセパレータの上に単一の陽極電極を配置し、前記電池積重ねを形成するステップ、
前記電池積重ねは、前記電池積重ねを通じて交互する陰極及び陽極を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
以下のステップをさらに含む、
ａ）陰極端子及び陽極端子を提供するステップ、
ｂ）前記陽極電流コレクタを前記陽極端子に接続するステップ、
ｃ）前記陰極電流コレクタを前記陰極端子に接続し、積層板電池バッテリを形成するステップ、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
二重電極板を製造する方法であって、
ａ）箔とスラリとを提供するステップと、
ｂ）前記スラリを備える前記箔の上に第一領域を形成するステップと、
ｃ）前記スラリを備える前記箔の上に第二領域を形成するステップと、
ｄ）第一電極及び第二電極を毛伊勢得するために、前記第一領域及び前記第二領域を硬化するステップと、
ｅ）前記二重電極板を製造するために、前記箔を変更するステップとを含む、
方法。
【請求項５】
積層板電気化学装置を作成するための方法であって、
以下を提供するステップを含み、
第一電極と第二電極とを含む第１二重電極板、
第三電極と第四電極とを含む第２二重電極板、及び、
コネクタタブ、
前記第１二重電極板と前記第２二重電極板を一体に折畳み、積層板電池を形成することで、前記電極を前記積層板電池内に順番に配置するステップを含み、該順番は、前記第一電極、前記第三電極、前記第二電極、及び、前記第四電極を含み、
前記コネクタタブを前記積層板電池に取り付けるステップを含み、
前記コネクタタブをタブヘッダに取り付けるステップを含み、
前記積層板電池を電池缶内に挿入し、それによって、前記積層板電気化学装置を形成するステップを含む、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学装置を組み立てる方法に関し、より具体的には、積層板電池電気化学装置における使用のために電極を電極積重ねに組み立てる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯型医療装置を含む利用可能な携帯型電子装置の数は増加し続けている。この増加は携帯型装置を実行可能な限り小さくするという努力の増大によって達成されている。携帯型電子装置はサイズを減少し続けているので、それらの装置に電力供給する電池のサイズは、装置の最小サイズを課し始める。加えて、電池の費用は装置の費用に大きな影響を及ぼす。これらの及び他の理由のために、リチウムイオンプリズム状電池のような薄いプリズム状電池が、携帯型電子装置に電力供給するために広範に使用されるようになっている。加えて、プリズム状電池は、陰極及び陽極が電池内に配置される方法の故に、広範な形状において入手可能である。
【０００３】
電極積層板電池を組み立てる従来的な方法は、底部上の陽極から開始して、次に、所望の数の陰極に達するまで、陰極及び陽極を交互に積重ねて、個々の電極を一体に積み重ねることである。次に、最終陰極の両側が作動されることを可能にするよう、最終陽極が上に配置され、それによって、積層内の全ての陰極を完全に利用する。このプロセスによれば、２７個の電極を備える積層板電池のために、１３個の陰極及び１３個の陽極と、１３個の対の電極と、最終頂部陽極とが、個々に積み重ねられなければならない。この積層プロセスは時間がかかり、積層板電池を製造する費用を有意に増やす。
【０００４】
積層プロセスの前、間、及び／又は、後のある地点で、個々の電極の間に相互接続が形成される必要がある。これらの相互接続を形成するための１つの既知の方法は、金属タブを各陽極及び各陰極に取り付けることである。そのような現在既知の方法は、特定の非効率性を有する。例えば、タブは、相互接続が形成されるのを可能にするよう、それぞれの個々の陰極及び陽極に溶接され或いはその他の方法で取り付けられる必要がある。ここでは、２７個の電極及び２７個の金属タブが取り付けられる必要がある。他の現在既知の方法は、相互接続が電極形成中に電極に取り付けられることを必要とする。例えば、電極が形成されている間に、一片の伝導性箔が電極内に埋設され得る。２７個の電極がある場合には、この方法で電極内に相互接続を埋設するために、２７個の埋設ステップが必要とされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
タブが取り付けられた後、そして、電極が積層された後、陽極タブは、陽極電池端子に接続される。同様に、陰極タブが、陰極電池端子に接続される。この及び他の現在既知の組立て及び取付けプロセスは、非効率的であり、積層板電池の費用を有意に増大する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明が従来技術の不利点に取り組む方法は以下により詳細に議論されるが、一般的な要約がここで提供される。本発明は、現在の方法によって製造される積層板電池の品質を維持しながら、より迅速でより効率的な組立て時間をもたらす、積層板電池を組み立てるための改良された方法に関する。本発明に従って製造される電気化学装置における使用のための積層板電池は、数多くの用途、例えば、積層板電池バッテリ、燃料電池、医療装置、微小装置、及び／又は、電気化学エネルギを必要とするあらゆる装置及び／又は用途を有する。
【０００７】
開示されるプロセスの例示的な実施態様によれば、上記に議論されたように１回に単一の対を組み立てる代わりに、２対の電極（２つの陽極及び２つの陰極）を同時に共に折り畳むことによって、効率の増大が達成される。同時に２対を折り畳むことは、積層板電池全体を組み立てる時間を減少する。例えば、２９個（１５個の陽極及び１４個の陰極）の電極が必要とされる場合、７対の４つの折り畳まれた電極のみが、上に積み重ねられる単一の陽極と共に積み重ねられる必要がある−８個の全積重ねステップ。対照的に、現在既知のプロセスによれば、２９個の電極を有する電池は、１４対の電極が、その上に積み重ねられる単一の陽極と共に積み重ねられることを必要する−１５個の全積重ねステップ。よって、現在開示される方法は、組立て時間及び製造費用を減少する。
【０００８】
さらなる実施態様では、以下により詳細に議論されるように、電極間の相互接続として働く金属タブは、電極が形成されるのと同時に２つの電極内に同時に埋設される。例えば、例示的な実施態様では、一片の伝導性箔を被覆するために電極スラリが使用される。箔と電気連絡する電気材料の２つの地域を形成するために、スラリ／箔の組み合わせは硬化される。次に、箔は、金属箔相互接続によって接続される１対の電極を製造するために切断され、各電極内に既に形成された相互接続を個々に埋設するステップを排除する。
【０００９】
本発明の例示的な実施態様によれば、積層板電池を組み立てる方法は、（ｉ）複数の陰極板を提供するステップを含み、各陰極板は、複数の陰極電極を含み、（ｉｉ）複数の陽極板を提供するステップを含み、各陽極板は、複数の陽極電極を含み、（ｉｉｉ）複数のセパレータを提供するステップを含み、（ｉｖ）陰極端子と陽極端子とを含む電池缶を提供するステップを含み、（ｖ）陰極板と陽極板とを共に折り畳むステップを含み、（ｖｉ）複数のセパレータを個々の陰極電極と陽極電極との間に挿入するステップを含み、（４）陰極電極及び陽極電極を陰極端子及び陽極端子にそれぞれ接続するステップを含む。
【００１０】
本発明のさらなる実施態様では、単一の電極板の上の電極のそれぞれは、折畳み軸について他と対称的であり、１つの実施態様では、電極は実質的にＤ形状であり、互いに鏡像である。折畳み軸は、概ね、（ｉ）電極板の上で２つの電極の間の相互接続として働く電流コレクタと交差し、（ｉｉ）個々の電極が鏡像化される軸である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の例示的な実施態様に従った単一の電極板を示す平面図である。
【図２】本発明の他の実施態様に従った陰極電極板及び陽極電極板を示す平面図である。
【図３】ここに開示される方法のための準備における本発明の１つの実施態様に従った陰極電極板及び陽極電極板を示す斜視図である。
【図４】本発明の１つの実施態様に従った、各電極に取り付けられた電流コレクタを含む、一組の２つの個々の陰極電極及び一組の２つの個々の陽極電極を示す斜視図である。
【図５】本発明の例示的な実施態様に従って組み立てられた電池を示す展開斜視図である。
【図６】本発明の１つの実施態様に従って組み立てられた電池を示す断面図であり、陰極及び陽極の空間を示し、電池端子に取り付けられた陽極電流コレクタを示している。
【図７】組み立てられた電池の外側を示す平面図であり、本発明の実施態様に従った露出された電池端子を示している。
【図８】本発明の１つの実施態様に従って組み立てられた電池を示す図６に類似する断面図であり、陰極及び陽極の空間を示し、電池端子に取り付けられた陰極電流コレクタを示している。
【図９】ここに開示される方法の好適実施態様を示すフロー図である。
【図１０】本発明の例示的な実施態様に従った電池積重ねを示す側面図であり、共に折り畳まれ且つ積み重ねられた陰極電極及び陽極陰極、積重ねの上の単一の陽極、並びに、個々の電極の間のセパレータ、及び、電極に取り付けられた電流コレクタを示している。
【図１１】１つの電極板を示す平面図であり、本発明の１つの実施態様に従ったセパレータバッグ内への電極板の挿入を示している。
【図１２】電極積重ねを示す側断面図であり、本発明の１つの実施態様に従った陰極、陽極、及び、セパレータの配置を示している。
【図１３】本発明の１つの実施態様に従った、開示された方法の他の好適実施態様を示すフロー図である。
【図１４ａ】本発明の１つの実施態様に従った陰極コネクタタブ及び陽極コネクタタブを示す斜視図である。
【図１４ｂ】本発明のさらなる実施態様に従ったタブヘッダに近接する電極コネクタタブを示す斜視図である。
【図１４ｃ】本発明の他の実施態様におけるタブヘッダに近接し且つ陰極電流コレクタ及び陽極電流コレクタを受け入れるよう形成される電極コネクタタブを示す斜視図である。
【図１５ａ】電極電流コレクタ及び電極コネクタタブを接続するよう構成される溶接装置の本発明の１つの実施態様に従った側面図である。
【図１５ｂ】電極電流コレクタを電極コネクタタブ及びタブヘッダに接続するための準備におおける電池積重ね、タブヘッダ、電極コネクタタブ、及び、溶接装置の位置付けを示す展開斜視図である。
【図１６ａ】本発明の実施態様に従った電極積重ねを示す斜視図である。
【図１６ｂ】本発明の実施態様に従った電極積重ねを示す斜視図である。
【図１６ｃ】本発明の実施態様に従った電極積重ねを示す斜視図である。
【図１６ｄ】本発明の実施態様に従った電極積重ねを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の記載は、本発明の例示的な実施態様であるに過ぎず、本発明の範囲及び用途を限定することは如何様にも意図されていない。むしろ、以下の記載は、本発明の様々な実施態様を実施するための便利な例証を提供することが意図されている。明らかになるように、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、これらの実施態様に記載される方法に様々な変更を行い得る。
【００１３】
本発明の様々な実施態様によれば、電極を積層板電池(stacked plate cell)に組み立てる方法が開示されている。そのような積層板電池は、例えば、積層板電気化学装置において使用され得る。様々な実施態様において、積層板電池は、積層板電池バッテリにおいて使用され得る。積層板電池において、陰極及び陽極のような電極は、陰極が他の陰極と直接的に隣接せず、陽極が他の陽極と直接的に隣接しないよう、交互に位置する。陰極及び陽極の機能は、積層板電池及び他のバッテリ(battery)の分野において周知である。電極を積層板電池に組み立てる方法は、積層板電池が組み立てられる速度及び効率に影響を及ぼす。本発明の様々な実施態様は、より迅速で、より効率的な積層板電池の組立てを提供する。
【００１４】
初期的に、本発明の１つの実施態様によれば、積層板電気化学装置を収容するキャビティの形状が決定される。積層板電気化学装置を製造するための現在開示されている方法の１つの利点は、方法が如何なる数の異なる形状及びサイズの積層板電池バッテリを製造するためにも使用され得ることである。例えば、本発明の１つの実施態様によれば、積層板電気化学装置は、実質的にＤ形状である。他の実施態様は、装置の形状が特定の用途によって要求される如何なる形状、例えば、医療装置、携帯電話、デジタルカメラ、及び、他の電子装置のために要求される形状でもあり得ることをもたらす。特定の積層板電気化学装置の形状に係わらず、本発明はより迅速でより効率的な積層板電池の組立てを提供する。
【００１５】
本発明の様々な実施態様では、装置が使用される用途に依存して、積層板電気化学装置のために、無数の形状が利用可能である。例えば、折畳み軸(folding axis)、例えば、折畳み軸１１に亘って鏡像であり得る如何なる形状も利用され得る。一旦鏡像化されると、電極が共に折り畳まれるときに、それらが実質的に互いに折り重なり合い、積層電極を収容する電気缶(cell can)、ケーシング、又は、ハウジング内に適合するよう構成されるよう、電極板の上の各電極のプロファイルは、折畳み軸１１について電極板の上の他の電極と対称的である。他の実施態様では、各電極のプロファイルは対称的である必要はなく、如何なる形状の電池内にも適合されるよう構成される。
【００１６】
一般的には、本発明の例示的な実施態様によれば、電気化学装置のための形状が決定された後、所望の数の電極が計算される。次に、十分な数の電極板が、本発明の様々な実施態様に従って製造され、それらの一部は以下に議論される。電極板が製造された後、一対の陰極が一対の陽極と共に形成され、電極パッケージを形成する。電極パッケージを形成するプロセスは、残余の電極板で反復される。次に、電極パッケージは一体に積み重ねられ、電池缶が、積層される板電池のための剛性、支持、及び、保護をもたらし得るよう、電極パッケージの組立体が、電極を収容するよう構成される電池缶内に配置される。電池缶は、陽極端子及び陰極端子も含み得る。陰極電極及び陽極電極は、陰極端子及び陽極端子に電気的に接続される。
【００１７】
本発明の例示的な実施態様によれば、図１及び２は、実質的にＤ形状の電池缶５６（例えば、図５を参照）と共に製造され且つ使用される二重電極板１０，２０，２１を示している。二重電極板１０は、２つの電極１２ａ−ｂと、電極電流コレクタ１４とを含む。電極電流コレクタ１４が電極１２ａ−ｂから電流を受け取り、電極１２ａ−ｂと電気的に連絡するよう、電極電流コレクタ１４は、２つの電極１２ａ−ｂに物理的に且つ伝導的に接続される。本発明の１つの実施態様において、電極１２ａ−ｂは、それらが実質的にＤ形状の電池缶５６と共に使用され得るよう、実質的にＤ形状である。本発明の他の実施態様において、電極１２ａ−ｂは、特定の電極缶内に適合するよう設計される。例えば、電極は、実質的に長方形、正方形、楕円形、円形、又は、細長であり得るし、或いは、軸、例えば、折畳み軸１１について鏡像化され得る他の如何なる形状でもあってもよい。
【００１８】
本発明の１つの実施態様において、折畳み軸１１は、水平に向けられている。例えば、各電極１２が、他の電極に対して垂直に向けられる場合、折畳み軸１１は、水平である。各電極１２が、図１におけるように、他の電極に対して水平に向けられるとき、折畳み軸１１は、垂直である。さらに他の実施態様では、折畳み軸１１は、電極が概ね一体に折り畳むことを可能にするように向けられる。
【００１９】
本発明のさらなる実施態様では、２つの異なる種類の二重電極板１０、即ち、陰極二重電極板２０及び陽極二重電極板２１が製造される。陽極二重電極板２１は、単一片の陽極材料又は複数片の陽極材料から形成され得る。異なる種類の陽極材料が、当該技術分野において周知であり、本発明の例示的な実施態様では、陽極材料は、酸化スズ（ＳｎＯ２）、アモルファスシリコン、チタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）、リチウム（Ｌｉ）金属、炭素基材料、及び／又は、ナトリウム及びポタシウムのようなアルカリ金属を含み得る。本発明のさらなる実施態様において、陽極材料は、陽極及び／又は負電極として機能する現在既知の或いは将来開発される如何なる材料をも含み得る。本発明の様々な実施態様に従って製造される陽極板２１は、陽極電流コレクタ２５によって接続される２つの類似のサイズの個々の陽極電極素子２３ａ−ｂを含み得る。本発明の１つの実施態様において、陽極電流コレクタ２５は、個々の陽極電極素子２３ａ−ｂを物理的に且つ伝導的に接続する実質的に長方形の素子である。陽極電極コレクタ２５は、個々の陽極電極２３ａ−ｂに電気的接続をもたらし且つ陽極２３ａ−ｂが陽極電気端子５５と電気的に連絡することを可能にする導体として働く。
【００２０】
本発明の他の実施態様によれば、陰極二重電極板２０は、単一片の陰極材料又は複数片の陰極材料から形成され得る。異なる種類の陰極材料、例えば、ＳＯ２、ＭｎＯ２、ＣＦｘ、Ｖ２Ｏ５、ＬｉＣｏＯ２、Ｌｉ２Ｍｎ２Ｏ４、Ａｇ２Ｖ４Ｏ１１、ＬｉＮｉ０．３３Ｃｏ０．３３Ｍｎ０．３３Ｏ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ２Ｎｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、ＬｉＮｉｘＣｏｘＯ２、ＬｉＮｉ０．８２Ｃｏ０．１８Ｏ２、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．２Ｏ２、及び／又は、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２が当該技術分野において既知である。本発明の範囲から逸脱せずに、陰極を製造するために、他の材料も使用し得るし、例えば、上記組成の素子を、他の組み合わせ、比率、及び／又は、百分率で化合し得る。本発明の様々な実施態様に従って製造される陰極板２０は、陰極電流コレクタ２４によって接続される２つの類似のサイズの個々の陰極電極素子２２ａ−ｂを含み得る。本発明の１つの実施態様において、陰極電流コレクタ２４は、個々の陰極電極２２ａ−ｂを物理的に且つ伝導的に接続する実質的に長方形の素子である。陰極電流コレクタ２４は、個々の陰極電極２２−ｂに電気接続をもたらし且つ陰極２２ａ−ｂが陰極電池端子５４と電気的に連絡することを可能にする導体として働く。本発明の１つの実施態様において、個々の陰極電極２２ａ−ｂは、陽極電極２３ａ−ｂと大きさが類似し、他の実施態様では、個々の陰極電極２２ａ−ｂは、陽極電極２３ａ−ｂよりも小さく或いは大きい。
【００２１】
本発明の例示的な実施態様において、電流コレクタ１４は、２つの電極に同時に埋設される。例えば、電流コレクタ１４は、伝導性箔のような伝導性材料から形成され得る。二重電極板１０は、以下のプロセスに従って形成され得る。適切な大きさの片の伝導性箔が提供される。次に、電極粉末と、電極結合剤とを含む、曲げやすい、成形可能な、及び／又は、形成可能な電極スラリが製造される。次に、電極スラリは、電極のための所望の位置に従って伝導性箔の上に位置付けられる。例えば、二重電極板１０が製造される場合には、少なくとも二重電極板１０と同じ大きさの一片の伝導性箔が提供される。電極スラリの２つの部分は、二重電極板１０上の電極１２ａ，１２ｂの相対位置に従って伝導性箔の上に配置される。電極スラリが位置付けられた後、箔／スラリ組立体は、電極結合剤が蒸発し且つ電極１２ａ，１２ｂが形成されるよう硬化される。電極が形成された後、電流コレクタ１４が電極１２ａ，１２ｂを物理的に且つ伝導的に接続するように、伝導性箔は二重電極板１０のプロファイルを実質的に製造するよう切断される。例示的な実施態様において、箔は、穿孔及び／又はレーザ切断によって切断され得る。しかしながら、箔を切断するための方法は、本発明の範囲内である。本発明の他の実施態様では、二重電極板１０を形成するために、事前成形電流コレクタ１４が電極１２ａ，１２ｂ内に個々に埋設され得る。二重電極板１０を製造する他の方法も本発明の範囲内で想定される。
【００２２】
電流コレクタ１４は実質的に長方形であり得るが、本発明の他の実施態様では、多くの他の形状も可能である。電流コレクタ１４は、電流コレクタ１４に沿うある軸又はある地点で折畳み可能であるよう設計される。折畳みは、二重電極板１０の上での２つの電極１２ａ−ｂの折り重ねを容易化する。折り畳まれるとき、電流コレクタ１４は、積層板電池端子、例えば、陰極電池端子５４及び／又は陽極電池端子５５へも接続され得る。
【００２３】
本発明の１つの実施態様において、電流コレクタ１４，２４，２５は、陽極板２１の一方の側及び陰極板２０の反対側に配置される。他の実施態様は、板が折り畳まれ且つ一体に積層されるとき、陽極電流コレクタ２５が陰極電流コレクタ２４から別個のままであることを可能にし、陽極電流コレクタ２５が陰極電流コレクタ２４と物理的に接触することを防止する（図３及び４を参照）。
【００２４】
本発明の例示的な実施態様では、セパレータ１２２が、電池積重ね(cell stack)内の各陰極と各陽極電極との間に配置されている。例えば、図１０及び１２は、陽極電極１２０、陰極電極１２４、及び、セパレータ１２２の場所を示している。本発明の他の実施態様では、セパレータ材料は、ポリマメッシュであり、その場合には、電解質がセパレータ材料の空所内に存する。セパレータ１２２は、ポリマを含んでよく、様々な実施態様において、セパレータは、ポリプロピレン、ポリエチレン、及び／又は、ポリプロピレン、ポリエチレン、及び／又は、他のポリマの組み合わせを含む。例示的な実施態様において、電解質は、ＬｉＰＦ６、リチウムビソキサラテボレート（ＬｉＢＯＢ）、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、Ｌｉ２（Ｂ１２ＦｘＨ１２−ｘ）、ＬｉＳＯ３ＣＦ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、及び／又は、ＬｉＣＬＯ４のような固体リチウム塩、及び、有機溶剤を含む。さらなる実施態様では、有機溶剤は、炭酸プロピレン（ＰＣ）、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、炭酸エチルメチル（ＥＭＣ）、炭酸エチレン（ＥＣ）、ガンマブチロラクトン、テトラヒドロフラン、酢酸メチル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）、アセトニトリル、メチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、他の有機炭酸、及び／又は、それらの組み合わせ又は混合を含み得る。
【００２５】
一部の実施態様において、各陰極２２ａ−ｂ及び陽極２３ａ−ｂは、セパレータバッグ１１０ａ−ｂ内に挿入される（図１１を参照）。本発明のさらなる実施態様において、各陰極板２０又は陽極板２１は、板全体のために単一のセパレータバッグ内に挿入される。本発明のさらに他の実施態様では、セパレータ１２２は、以下に議論されるように、折畳みプロセスが起こった後、陰極１２４と陽極１２０との間に配置される。さらに他の実施態様によれば、陰極２２ａ−ｂは、電池缶５６内にセパレータバッグ１１０ａ−ｂのための空間があるように、並びに、セパレータバッグ１１０ａ−ｂが、電池積重ね５８の構造、サイズ、剛性、耐久性等に悪影響を及ぼさないように、陽極２３ａ−ｂよりも小さい。さらに他の実施態様では、陰極は、例えば、リチウム一次電池内の陽極よりも大きくあり得る。電流が電流コレクタを通じて流れ、電極板から電極板に直接流れないよう、セパレータバッグ１１０ａ−ｂは、陰極板２０及び陽極板２１が電池積重ね５８内に組み立てられるとき、陰極２２ａ−ｂと陽極２３ａ−ｂとの間の電気絶縁を提供する。さらに、セパレータバッグ１１０ａ−ｂは、電流が陰極２２ａ−ｂと陽極２３ａ−ｂとの間を適切に流れることを可能にする。
【００２６】
本発明の好適実施態様によれば、セパレータバッグ１１０ａ−ｂ内への陰極二重電極板２０及び／又は陽極二重電極板２１の挿入に続き、陰極二重電極板２０が、陽極二重電極板２１と共に折り畳まれ、電極パッケージ４０を形成する（例えば、図３及び４を参照）。今や記載される折畳みプロセスは、所望の数の電極パッケージが製造されるまで反復される。先ず、陰極電流コレクタ２４が位置する１つの幾何学的平面が、陽極コレクタ２５が位置する１つの幾何学的平面と実質的に平行であるよう、陰極板２０が陽極板２１に概ね交差して、且つ／或いは、陽極板２１に対して垂直に位置付けられる。他の実施態様では、陽極電流コレクタ２５は、陰極板開口２６内に位置付けられ、陰極電流コレクタ２４は、陽極板開口２７内に位置付けられる。さらに他の実施態様では、電流コレクタ２４，２５は、平行な幾何学的平面内に概ねなく、陰極電流コレクタ２４及び陽極電流コレクタ２５は、二重電極板２０，２１が折り畳まれた後、互いに物理的に接触しない。図３は、好適実施態様に従って、電極パッケージ４０を形成するために、個々の電極がどのような同じ方向（例えば、方向は時計回り３２であり得る）に折り畳まれるかを示している。電極パッケージ４０内で、陰極２２ａ−ｂ及び陽極２３ａ−ｂは、陰極が他の陰極と直接的に隣接せず、陽極が他の陽極と直接的に隣接しないよう、交互に位置する。
【００２７】
本発明の１つの実施態様では、電極パッケージ４０が製造された後、電極パッケージ内の所望の電極の総数をもたらすよう十分な数の電極パッケージが製造されるまで、電極パッケージは傍らに置かれる。本発明の他の実施態様では、電極パッケージ内の所望の電極の総数は、１２個である。さらに他の実施態様では、所望の数の電極は、１６個である。さらなる実施態様では、所望の数は、２８個である。例示的な実施態様では、電極積重ねのための電極の範囲は、１２〜２５個の電極である。図９及び１３は、開示されるプロセスを示している。制御地点９３０が、所望の数の電極が製造されるまで特定の以前のステップ反復されることを要求する。本発明の１つの実施態様では、電極板１０をセパレータバッグ１１０ａ−ｂ内に挿入するステップ（ステップ９１５）と、陰極板２０及び陽極板２１を共に折り畳むステップ（ステップ９２０）とが反復される。セパレータ１２２が後に挿入される本発明の実施態様では、ステップ９２０だけが反復される。本発明のさらなる実施態様によれば、図９及び１３に描写される以外のステップが、積層板電池を組み立てる際に利用され得る。例えば、例示的な実施態様では、陰極と陽極との間にセパレータを挿入する追加的なステップは、図９に描写されるプロセスに従って利用される。様々な実施態様では、陰極と陽極との間にセパレータを挿入することが可能なプロセスの如何なる時点でも、セパレータを陰極と陽極との間に挿入し得る。
【００２８】
例示的な実施態様によれば、十分な数の電極パッケージ４０が製造された後、電極パッケージ４０は一体に積み重ねられ、電池積重ね５８を形成する。電極パッケージ４０は、陰極２２及び陽極２３が積重ねを通じて交互するよう積み重ねられる。１つの実施態様において、１２個の個々の電極１２を有する積層板電池は、３回の積重ねを必要とするだけである。何故ならば、３つの電極パッケージ４０のみが一体に積み重ねられるからである。他方、以前の用途は、１２個の個々の電極を備える電池積重ねを製造するために６回の積重ねを必要とする。何故ならば、各陰極／陽極対は、個々に積み重ねられなければならないからである。よって、本開示は電池積重ね５８のより迅速でより効率的な組立て時間をもたらす。
【００２９】
図１０は、本開示の好適実施態様に従った電池積重ね５８の構造を示している。そのような実施態様では、電池積重ね５８の頂部及び底部に単一の陽極電極１０２を有し、それによって、積層板電池内で全ての陰極表面を利用することが望ましい。従って、この実施態様では、電極パッケージ４０が一体に積み重ねられた後、単一の陽極電極１０２が、電池積重ね５８の最頂部の陰極１０８の上に配置される。他の実施態様では、電池積重ね５８は、奇数の陽極電極２３と、偶数の陰極電極２４とを含む。さらなる実施態様では、電池積重ね５８は、奇数の陰極電極２２と、偶数の陽極電極２３とを含む。電池積重ねの上に積み重ねられる追加的な陽極を備える例示的な実施態様によれば、電極の総数は、１３個であり得る。他の実施態様では、電極の総数は、２９個であり得る。本発明のさらに他の実施態様では、電極の総数は、５３個であり得る。さらなる例示的な実施態様は、同数の陰極及び陽極が電池積重ね内に存在するよう、並びに、追加的な陽極を積み重ねるステップが実施されないよう、追加的な陽極を含まない積層板電池を提供する。
【００３０】
図５乃至８は、本発明の好適実施態様に従った組み立てられた積層板電池電気化学装置５０を示している。電池積重ね５８が組み立てられた後、陽極２３が平行に接続されるよう、陽極電流コレクタ２５，６５の間で電気接続が行われる。次に、陽極電流コレクタ６５は、電池缶５６内の陽極電池端子５５に接続される。陰極２２が平行に接続されるよう、電気接続は陰極電流コレクタ２４，８４の間でも行われる。次に、陰極電流コレクタ８４は、電池缶５６内で陰極電池端子５４に接続される。
【００３１】
図１４ａ−ｃ及び図１５ａ−ｂは、本発明の１つの実施態様に従って電極電流コレクタ１４を電池端子５４，５５に接続するための方法及び装置を示している。図１４ａは、電極コネクタタブ１４２，１４３を示している。電極コネクタタブは、概ね細長いタブであり、タブは、伝導性材料と、タブが電極コネクタタブ軸１４１に沿って折り畳まれることを可能にする厚さとを含む。この実施態様に従った伝導性材料は、レーザ溶接、超音波溶接、及び、類似手段に馴染むので、電極コネクタタブ１４２，１４３は、例えば、レーザ溶接、超音波溶接、融接、抵抗溶接、及び、類似手段によって、電流コレクタ１４及びタブヘッダ１４４に接続され得る。
【００３２】
図１４ｂは、タブヘッダ１４４に近接して２つの電極コネクタタブ１４２，１４３を示している。タブヘッダ１４４は、本発明の１つの実施態様に従って、レーザ溶接、超音波溶接、融接、抵抗溶接、及び、類似手段に馴染み、且つ、電極コネクタタブ１４２，１４３と電池端子５４，５５との間に電気接続をもたらす材料を含む。例えば、タブヘッダ１４４は、陽極電極コネクタタブ１４２が、陽極電流コレクタ２５と陽極電池端子５５との間の電気接続を容易化するよう、電池端子５４，５５を含み得る。陰極電極コネクタタブ１４３は、同様に、陰極電流コレクタ２４と陰極電池端子５４との間の電気接続を容易化する。電極コネクタタブ１４２，１４３をタブヘッダ１４４に固定するために、レーザ溶接１４５を使用し得る。レーザ溶接の後、電極コネクタタブ１４２，１４３は、折り畳まれる電極コネクタタブ１４２，１４３が、図１４ｃに示されるように、陰極電流コレクタ２４及び陽極電流コレクタ２５を受け入れるのを可能にするよう、電極コネクタタブ軸１４１に沿って折り畳まれる。
【００３３】
（図１５ａ及び１５ｂに示されるような）本発明のさらなる実施態様では、電極コネクタタブ１４２，１４３を陰極電流コレクタ２４及び陽極電流コレクタ２５に接続するために、超音波溶接１５２を使用し得る。先ず、陰極電流コレクタ２４及び陽極電流コレクタ２５が、図１５ａに示されるように、折り畳まれた電極コネクタタブ１４２，１４３内に位置付けられる。次に、組立体は、折り畳まれた電極コネクタタブ１４２，１４３が共に押し付けられる金敷１５０の上に配置され、陰極電流コレクタ及び陽極電流コレクタ２４，２５と電極コネクタタブ１４２，１４３との間の接続を形成する。次に、電流コレクタ２４，２５は、例えば、超音波溶接１５２を使用して、電極コネクタタブ１４２，１４３及びタブヘッダ１４４に固定される。
【００３４】
本発明の例示的な実施態様によれば、図１６ａ−ｄは、電極電流コレクタ２４，２５を電池端子５４，５５に接続するための他の方法を示している。この実施態様では、電極コネクタタブ１４２，１４３は、電極電流コレクタ２４，２５を受け入れるために折り畳まれている。図１６ａを参照すると、電極コネクタタブ１４２，１４３は、折畳み部分が電極電流コレクタと重なり合い且つ折り畳まれない部分が積層板電池の下に延びるように折り畳まれる。電極コネクタタブ１４２，１４３が折り畳まれた後、電極電流コレクタは、折り畳まれる電極コネクタタブに近接して位置付けられる。次に、電極コネクタタブと電流コレクタとの間に電気接続が形成される。様々な実施態様において、電極電流コレクタ２４，２５は、電気接続を形成するために、電極コネクタタブ１４２，１４３に溶接される。電気接続を形成するために、例えば、レーザ溶接、超音波溶接、融接、抵抗溶接、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接、及び、溶接のための他の既知の手段のような溶接１４５，１４６を使用し得る。電気接続が形成された後、電極コネクタタブの折り畳まれない部分は、タブヘッダ１４４を受け入れるために折り畳まれる（図１６ｂ−ｃを参照）。次に、タブヘッダ１４４は、例えば、溶接１４７，１４８によって、電極コネクタタブ１４２，１４３に電気的に接続され、この場合には、溶接１４７，１４８は、レーザ溶接、超音波溶接、及び、類似手段のような、端子５４，５５と電流コレクタ２４，２５との間の電気接続をもたらす溶接のための如何なる既知の手段とを含み得る。電極コネクタタブ１４２，１４３への接続に続き、タブヘッダ１４４は、タブヘッダ１４４が積層板電池５８に隣接して配置されるよう、並びに、端子５４，５５が電池缶５６内に適切に配置されるべく配置されるよう、タブヘッダ折畳み方向１６２に折り畳まれる。
【００３５】
例示的な実施態様によれば、陰極電流コレクタ２４及び陽極電流コレクタ２５が接続された後、電池積重ね５８は、例えば、電池積重ね５８のための剛性及び支持をもたらすために、並びに、積層板電気化学装置５０の動作を可能にするために、電池缶５６内に配置される。次に、電池缶５６は、例えば、電池缶５６の電極２２，２３及び他の内容物を保護するために、並びに、積層板電気化学装置５０の寿命を延ばすために封止される。例えば、電池缶５６は、電気化学装置に対する耐候性又は耐候障壁をもたらすガスケット含み得る。他の実施態様では、電池缶５６は密封式に封止されることができ、それは積層板電池を保護するのを助ける。さらなる実施態様では、電池缶５６は、例えば、積層板電池を振動及び衝撃から保護するために、圧力下で封止され得る。さらに他の実施態様では、封止は酸素が電池缶内に進入すること及び陰極２２及び陽極２３の機能性と干渉することを防止し得る。様々な実施態様において、電池缶５６は、圧力嵌め、接着剤、レーザ溶接、超音波溶接、及び類似手段のような溶接機器によって、並びに、当該技術分野において既知の他の締結手段によって封止され得る。
【００３６】
終始開示される様々な実施態様において、「陰極」及び「陽極」という用語は、積層板電池内の積層素子を記載するために使用されている。これらの用語が本発明の範囲を限定することは意図されていない。むしろ、当業者は、創成される積層板電池の種類に依存して、異なる用語が存在することを理解するであろう。例えば、一次電池の素子を言及するときに、「陰極」及び「陽極」を使用し得るのに対し、二次電池を言及するときに、「正」電極及び「負」電極を使用し得る。本発明は両方の種類の電池を想定するので、異なる種類の電極を言及するときに、「陰極」及び「陽極」を専ら使用する。
【００３７】
本発明の様々な原理が例証的な実施態様において記載されていることが理解されなければならない。しかしながら、本発明の実施において使用される上記の配合、特性、素子、材料、及び、構成部品の多くの組み合わせ及び変更は、具体的に記載されていないものに加えて、それらの原理から逸脱せずに変更され得るし、特別な環境及び動作要件に具体的に適合され得る。本発明の他の変形及び変更は当業者に明らかであり、そのような変形及び変更がカバーされることが意図される。
【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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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１６ｃ】
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【図１６ｄ】
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【国際調査報告】
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