(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイポーラ電池アセンブリであって、
第１の積み重ね可能ケーシングフレームと、
導電性基板を含む第１の剛性集電体であって、同第１の剛性集電体は、少なくとも１つの表面であって、その上に配置された第１の活物質を有する少なくとも１つの表面を含む、第１の剛性集電体と、
導電性基板を含む第２の剛性集電体であって、同第２の剛性集電体は、少なくとも１つの表面であって、その上に配置された第２の活物質を有する少なくとも１つの表面を含み、前記第２の活物質が前記第１の活物質と反対の電池電極の極性に対応する、第２の剛性集電体と、
前記積み重ね可能ケーシングフレーム、ならびに前記第１および第２の剛性集電体によって少なくとも部分的に画定される第１の電解液領域と、
前記第１の剛性集電体の表面に沿って、前記第１の活物質の近傍の同第１の剛性集電体の外周部に位置する第１のシールおよび前記第２の剛性集電体の表面に沿って、前記第２の活物質の近傍の同第２の剛性集電体の外周部に位置する第２のシールと、を含み、
前記第１のシールおよび前記第２のシールのうちの少なくとも一方は、前記第１の電解液領域のための液密包囲体を提供するように構成される圧縮性プラスチックシール、接着シール、金属化シール、溶融シール、ナイフエッジ状シール、または溶接シールを含み、
前記第１および第２の集電体が、超音波溶接を使用して前記積み重ね可能ケーシングフレームと融合されている、バイポーラ電池アセンブリ。
【請求項２】
前記剛性集電体がシリコンウェハ基板を含む、請求項１に記載のバイポーラ電池アセンブリ。
【請求項３】
第２の積み重ね可能ケーシングフレームおよび導電性基板を含む第３の剛性集電体を含み、
前記バイポーラ電池アセンブリが前記第１、第２、および第３の剛性集電体によって画定されるセルの直列配置を含み、前記積み重ね可能ケーシングフレームを物理的に積み重ねることにより、前記直列配置が少なくとも部分的に確立され、
前記第２の積み重ね可能ケーシングフレームとともに前記第２および第３の剛性集電体が第２の電解液領域を画定し、少なくとも部分的に、前記第２のシールによって、前記第２の電解液領域が前記第１の電解液領域から流体的に分離される、請求項１に記載のバイポーラ電池アセンブリ。
【請求項４】
前記積み重ね可能ケーシングフレーム同士が、前記積み重ね可能ケーシングフレームの外側の外周部に沿って互いに融合されている、請求項１に記載のバイポーラ電池アセンブリ。
【請求項５】
前記第１のシールおよび前記第２のシールは、前記第１の電解液領域に位置する電解液に対する防壁を設けるため、前記集電体の外周部に追従するように形状付けられ、かつ前記集電体の縁に沿って塗布された接着剤を使用して前記集電体に固定された圧縮性プラスチックシールを含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバイポーラ電池アセンブリ。
【請求項６】
前記第１のシールおよび前記第２のシールは、前記第１の電解液領域のための前記液密包囲体を提供するように構成された圧縮性プラスチックシールおよび接着シールを含み、
前記圧縮性プラスチックシールおよび関連する接着シールが前記密閉されたバイポーラ電池アセンブリの電池化学的性質との融和性のために指定された材料を含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバイポーラ電池アセンブリ。
【請求項７】
前記第１のシールおよび前記第２のシールは、前記第１の電解液領域のための前記液密包囲体を提供するように構成された金属化シールを含み、
前記金属化シールが前記集電体および前記活物質の外周部によって境界を付けられる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバイポーラ電池アセンブリ。
【請求項８】
前記第１のシールおよび前記第２のシールは、前記第１の電解液領域のための前記液密包囲体を提供するように構成された溶融シールを含み、前記溶融シールが前記集電体の一部および前記積み重ね可能ケーシングフレームの一部を含む溶融領域を含み、前記溶融領域が、前記密閉された電池アセンブリ内の隣接するセルを互いに分離しかつ前記密閉された電池アセンブリの周囲の環境から分離する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバイポーラ電池アセンブリ。
【請求項９】
前記第１のシールおよび前記第２のシールは、前記第１の電解液領域のための前記液密包囲体を提供するように構成されたナイフエッジシールを含み、前記ナイフエッジシールが前記集電体の一部および圧縮性プラスチックシールを含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバイポーラ電池アセンブリ。
【請求項１０】
前記ケーシングフレームが、非対称のカップ構成を画定するために、少なくとも１つの軸の周りで断面が非対称となるように構成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバイポーラ電池アセンブリ。
【請求項１１】
前記ケーシングフレームが、前記集電体のうちの１つの外側の外周部に追従するように構成されており、かつ少なくとも１つの表面から延在するフランジを含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバイポーラ電池アセンブリ。
【請求項１２】
バイポーラ電池プレートと、導電性基板を含む第１の剛性集電体であって同第１の剛性集電体は少なくとも１つの表面であって、その上に配置された第１の活物質を有する少なくとも１つの表面を含む、第１の剛性集電体に結合された第１の積み重ね可能ケーシングフレームを含むケーシングアセンブリと、を形成するステップを含む方法において、前記形成するステップは、
前記第１の剛性集電体の表面に沿って、前記第１の活物質の近傍の同第１の剛性集電体の外周部に位置する第１のシールと、第２の剛性集電体の表面に沿って、第２の活物質の近傍の同第２の剛性集電体の外周部に位置する第２のシールとを形成することであって、前記第２の活物質が前記第１の活物質と反対の電池電極の極性に対応し、前記第１のシールまたは前記第２のシールのうちの少なくとも一方は、前記第１の積み重ね可能ケーシングフレームおよび前記第１の剛性集電体が第２の積み重ね可能ケーシングフレームおよび導電性基板を含む前記第２の剛性集電体に積み重ねられるときに、第１の電解液領域のための液密包囲体を提供するように構成される圧縮性プラスチックシール、接着シール、金属化シール、溶融シール、ナイフエッジ状シール、または溶接シールを含む前記形成することと、
前記電解液領域が前記第１の剛性集電体、前記第２の剛性集電体、および前記第１の積み重ね可能ケーシングフレームによって少なくとも部分的に画定されることと、
前記第１および第２の集電体が、超音波溶接を使用して前記積み重ね可能ケーシングフレームと融合されることと、
を含む、方法。
【請求項１３】
第２の積み重ね可能ケーシングフレームおよび導電性基板を含む第３の剛性集電体を含む電池アセンブリを形成するステップを含み、前記形成するステップが、前記第１、第２、および第３の剛性集電体によって画定されるセルの直列配置を提供するために、前記第１および第２の積み重ね可能ケーシングフレームを物理的に積み重ねるステップを含み、
前記第２の積み重ね可能ケーシングフレームとともに前記第２および第３の剛性集電体が第２の電解液領域を画定し、少なくとも部分的に、前記第１の電解液領域のための液密包囲体を提供するように構成される前記圧縮性プラスチックシール、前記接着シール、前記金属化シール、前記溶融シール、前記ナイフエッジ状シール、または前記溶接シールのうちの少なくとも１つによって前記第２の電解液領域が前記第１の電解液領域から流体的に分離される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１および第２の積み重ね可能ケーシングフレームを外側の外周部に沿って一緒に融合するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型バイポーラ電池アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
モノポーラ電池構成は、一般的に、各電極が正または負である１つの極性の電極を有する。より具体的には、モノポーラ電池では、電池は一般的に、正の電極があり、これに負の電極が続き、これに別の正の電極が続くというように配置される。正および負の各電極は、セルを含む。一般的に、モノポーラ電池では、これらのセルはそれぞれ並列に接続されている。これは、全ての並列接続を達成するために必要な配線のために、相当複雑になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
バイポーラ電池は、ここ数十年において重要な研究開発の対象となっているが、商業的に実現性のある構成は確立されていないままである。バイポーラ構成に関連付けられた無数の課題が存在するが、利点も存在する。たとえば、バイポーラ構成は、特に電極間およびセル間の相互接続に関して、電池の内部構造の簡略化に少なくとも部分的に起因して高エネルギーおよび高電力密度を提供することができる。バイポーラ電池の構成は、セルの内部を通るおよびセル間を通る直列接続によってもたらされる伝導経路などを含め、活物質に対して一般的に垂直に進行する特に短い電流経路を有することができる。対照的に、一般に利用可能なモノポーラ電池の構成は、より回り道となる並列接続を使用する。バイポーラ構成で使用することができる直接的な直列経路は、不要な嵩を削減し、かつ抵抗を低減することを可能にする。これは、モノポーラ構成とは対照的に、より軽量であり、かつ重大な損失なく大電流を搬送することがより可能であるバイポーラ電池を製造するために用いることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの手法では、バイポーラ電池プレート構成（「バイプレート」または「バイポール」と呼ばれる）を提供することができ、これは、別のバイプレートまたは電池アセンブリの他の部分と嵌合するように、活物質を越えて延在し、フランジを生成する部分などを含む。外側の電池ハウジングによって、垂直均一性を維持することができる。この種の機構は、ケーシングの断面の外観に関して「カップ（ｃｕｐ）」と呼ぶことができる。このフランジは、溶接されるか、または接着されるか、または圧入され得る。カップが垂直方向に幾らかの運動自由度を有することができるため、これらのフランジは一般的に、圧縮のためのセルの移動を可能にすることができる。フランジは一般的に、電解液の漏れを防止する。しかしながら、この例は一般的に、適切な形状および可撓性を達成するために、金属バイプレートの使用に依拠している。本発明者らは、特に、金属製の集電体が、電池寿命を大幅に低減させる経時腐食の問題に直面していることを認識している。
【０００５】
別の手法では、バイポーラ電池構造は、タンタルまたは他の疎水性の材料からなる非浸透性の電解液壁の使用または生成を含むことができる。この壁は、集電体に沿って活物質の外周部に追従するように配置することができ、かつ電池ハウジングにおいて上向きの湾曲で成端することができる。この上向きの湾曲は、電解液がケーシングの縁を破り、隣接するセルに漏れるのを防ぐことができる。別の同様の手法では、この上向きの湾曲は、電解液のゆっくりとした進入から更に保護する疎水性材料から作られるスポンジ層と結合することができる。これらの手法は、依然として問題となり得る。たとえば、そのような手法は、電池が特定の向きに維持されることを想定している。電池をその側面上にまたは上下を逆さまに設定すると、その機能性を失ったシールが結果として生じるであろう。これは「密閉された」ダム電池の利点の１つを除去する。
【０００６】
更に別の手法では、ガスケット材料からケーシング自体を作製することにより、強力なシールを達成することができる。より具体的には、集電体は、バイポーラのセルケーシングの形状を形成する複数の耐酸性のガスケット間に保持することができる。これらのガスケットは可撓性であることができ、それにより電池上で変動する圧縮力を可能にし、また、その横断面を通して通気を可能にする。エンドキャップに何らかの種類のスプリング接続を使用することにより、可撓性のあるガスケットは、電池が経年劣化するにつれて変動する所望のレベルまで加圧されて、指定された圧縮力を維持し電池寿命を延ばすことができる。この手法は、一般的に、保護のために追加の剛体の外部ハウジングを含む。そのような外部ハウジングは、衝撃保護をもたらすために非常に頑丈であるように指定され得るが、デバイスのための全体的なエネルギー密度を損なうという代償を伴う。
【０００７】
ガスケットはバイポーラ電池を密閉するために用いることができるが、上記の例では、ケーシング自体が剛性材料から作られており、ガスケットは概して個々のフレーム間で加圧されてシールを生成する。ガスケットは、ゴムまたはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）などの非腐食性材料を含むことができる。加圧を用いて、信頼性のあるシールを達成することが可能である。しかしながら、加圧のレベルは、特定のバイポーラ材料の破砕を引き起こすことがあり、また、電池の寿命にわたって維持することが困難であり得る。一般的に、慎重な表面処理が提供され、さもなければ微小空洞がバイポールとガスケットの間に生じ得る。
【０００８】
ガスケットのみを含む手法とは対照的に、接着剤を使用することもできる。たとえば、液状の接着剤は、バイポールまたはケーシングフレーム内の空隙を埋めることができ、したがってイオンの漏れる可能性を減少させる。また、接着剤は、ケーシングがほぼ任意の形状であることを可能にし、柔軟性を増加させる。接着剤施与装置は、接着剤の自動化された塗布をもたらすことができ、したがって、高品質で一貫性のあるシールを結果として生じる。残念ながら、接着剤は高額になる傾向がある。
【０００９】
多くの接着剤は酸性の溶液によって容易に腐食され、長期の露出を通して徐々に劣化し得る。このような劣化は、デバイスの経年変化のためにシール破損の可能性を生む。接着剤は、一般的に液体の形態で適用され、したがって流出する傾向がある。より具体的には、接着剤は通常、加圧中に接合部自体から周囲へと押し出される。これは、商用製品のユーザにとって見かけ上許容できない視覚的に魅力のないシールにつながり得る。
【００１０】
更に別の手法では、金属製のワイヤーがバイポーラアセンブリ内のケーシングフレーム間に、およびバイポールとケーシングとの間に配置され得る。次いで、アセンブリは加圧され、誘導チャンバまたはコイルの内部に載置される。コイルを通電することにより、磁界を生成することができ、この磁界が、アセンブリ内部に配置された金属製のワイヤーの内部に熱を発生させる。この熱は、周囲のケーシング材料を溶融させ、たとえば、気密シールの提供を支援する。「カップ」のような形状は、各バイポールの周囲のケーシングフレームに対応することができる。一般的に、誘導溶接は他の無関係の用途で使用されており、非常に信頼性の高い接合部を生成することが証明されている。しかしながら、誘導溶接を実行するための専用の装置は高価であり得、また、誘導溶接ワイヤー用に使用される金属は、一般的に、汚染から保護するために、電池の化学的性質との融和性について指定されている。更に、そのような溶接方式は一般的に、フレームの融点と同様の融点を有するバイポール材料を用いることを含んでおり、さもなければシールは達成されないであろう。
【００１１】
本発明者らは、特に、上記の手法の１つまたは複数の態様の組み合わせが、電池の組立工程を一般的に簡略化する封止工程を生成するために使用され得ることを認識している。たとえば、本発明者らは、特に、密閉型バイポーラ電池を提供するのに使用することができる製造技術および構造的構成を開発した。
【００１２】
この概要は、本特許出願の主題の概要を提供することを意図している。本発明の排他的なまたは網羅的な説明を提供することは意図されていない。詳細な説明が、本特許出願についての更なる情報を提供するために含まれている。
【００１３】
図面は必ずしも正確な縮尺率で描かれてはおらず、図面中、異なる図における同様の数字が同様の構成要素について記述することがある。異なる添え字を有する同様の数字は、同様の構成要素の異なる事例を表すことができる。一般的に、図面は、限定するものではなく例として、本明細書で議論される様々な実施形態を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】一般的に、モノポーラ電池のアーキテクチャおよびバイポーラ電池のアーキテクチャの例を示す。
【図１Ｂ】一般的に、モノポーラ電池のアーキテクチャおよびバイポーラ電池のアーキテクチャの例を示す。
【図２】一般的に、バイポーラ電池プレートすなわち「バイプレート」を含む例の断面図を示す。
【図３】一般的に、バイプレートおよび圧縮性のプラスチックシールを含むことができる例の断面図を示す。
【図４】一般的に、集電体、プラスチックシール、接着剤シールを備える単一セルバイポーラ電池を含むことができる例の断面図を示す。
【図５】一般的に、プラスチックのケーシングフレームを含むことができる例の図を示す。
【図６】一般的に、６つのセルのバイポーラ電池アセンブリを含むことができる例の図を示す。
【図７Ａ】一般的に、図７Ａにおいて、組み立てられた６つのセルのバイポーラ電池を含むことができる例の図を、ケーシングフレームがどのように互いに積層され得るかを示す図７Ｂにおける分解図と共に示す。
【図７Ｂ】一般的に、図７Ａにおいて、組み立てられた６つのセルのバイポーラ電池を含むことができる例の図を、ケーシングフレームがどのように互いに積層され得るかを示す図７Ｂにおける分解図と共に示す。
【図８】一般的に、溶接処理用に使用することができるような凹状接合部を含むことができる詳細図の例示的な例を示す。
【図９】一般的に、集電体および外周部の周囲の金属化フレームを含むことができる例の図を示す。
【図１０】一般的に、集電体および金属化融合シールを備える、組み立てられた６つのセルのバイポーラ電池スタックを含むことができる例の断面図を示す。
【図１１Ａ】一般的に、金属シールケーシングフレームを含むことができる例の図を示す。
【図１１Ｂ】一般的に、金属シールケーシングフレームを含むことができる例の図を示す。
【図１２】一般的に、７つの集電体アセンブリを含んでいる６つのセルのバイポーラ電池を含むことができる例の断面図を示す。
【図１３】一般的に、金属化融合シールよりむしろ溶融シールを用いた６つのセルを含むことができる例の断面図を示す。
【図１４】一般的に、ナイフエッジ状の接合部を含む電池スタックを含むことができる例の断面図を示す。
【図１５】一般的に、非対称的な「カップ」構成を組み込んでいるようなプラスチックのケーシングフレームの変形形態を含むことができる例の図を示す。
【図１６】一般的に、集電体およびケーシングフレームアセンブリを含むことができる例の断面図を示す。
【図１７】一般的に、溶接構成の図を示す。
【図１８】一般的に、熱板溶着構成の側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１Ａおよび図１Ｂは、一般的に、モノポーラ電池のアーキテクチャ１０２およびバイポーラ電池のアーキテクチャ２０２の例を示す。モノポーラの構成では、集電体は一般的に、ペースト状の活物質の塗布を含むなど、集電体の両方の（たとえば、反対の）側に塗布された単一極性（たとえば、正または負）の活物質を含む。たとえば、導電性のシリコンウェハは、集電体を提供するなどのために、電池プレート１２０Ａアセンブリに対して基板を提供することができる。導電性シリコンウェハ１０４は、金属シリサイドなどのオーミックコンタクト層を含み、活物質と導電性シリコンウェハとの間の伝導を向上させることができる。そのようなシリサイドは、ニッケル、コバルト、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、またはそれらの組み合わせなどの金属種を含むことができる。一例では、接着の促進、または電解液領域１１４における電解液との融和性の提供の１つまたは複数などのため、接着層も含むことができる。ハウジング１２２を設けることができ、ハウジング１２２は電解液領域を他のプレート間の他の電解液領域から流体的に分離することが（必要ではないが）できる。
【００１６】
第１の極性の活物質を有する第１のプレート１２０Ａと、反対の第２の極性の活物質を有する第２のプレート１２０Ｂとを含むなどして、正−負の対を形成して、図１Ａに例示的に示されるような電解液１１４内の電気化学セルを形成することができる。鉛酸の例では、そのような単一セルの電圧は、およそ２．１Ｖであり得る。複数のセルが、スタック１３２Ａとして、電気的に並列の構成で配置され得る。１３２Ａ〜１３２Ｎの個々のスタックは、電圧がＮｓ＊Ｖｃｅｌｌとして表わされ得るように、直列に接続されて電池パック１０２を組み立てることができ、ここで、Ｎｓはスタックの数を表し、Ｖｃｅｌｌはセルの電圧を表すことができる。
【００１７】
図１Ａでは、第１の端子１３０Ａが第１の極性を提供することができ、第２の端子１３０Ｂが反対の第２の極性を提供することができる。第１および第２の端子は第１のスタック１３２Ａおよび最後のスタック１３２Ｎにそれぞれ結合することができ、スタックは、第１のバス１２４Ａから「Ｎ番目」のバス１２４Ｎを用いて互いに直列に結合することができる。図１Ａとは対照的に、バイポーラプレート構成を用いた電池アーキテクチャ２０２は、簡素な設計を提供することができる。それぞれの正および負の活物質は、集電体の両側上に貼り付けるなどして適用されて、バイポーラプレートを形成することができる。
【００１８】
図１Ｂは、一般的に、バイポーラプレート１２１Ａ、１２１Ｂ、および１２１Ｃなどの、１つまたは複数のバイポーラ電池プレートを有する電池パック２０２を含むことができる例を示している。そのようなバイポーラプレートは、たとえば、領域１１６Ａおよび１１６Ｂ内の電解液に挟まれて、密閉されたセルを形成することができる。一例では、領域１１６Ａ内の電解液は、電解液が、電解液領域１１６Ｂなどの隣接する領域に向かってバイポーラプレート１２１Ａをバイパスすることができないように、流体的に隔離されているか、または密閉されているかの１つまたは複数であり得る。図１Ｂに例示的に示すように、セルは直列の構成で配置することができる。セルは、スタック１３１Ａを形成するように整列され得る。
【００１９】
バイポーラアーキテクチャでは、集電体（たとえば、バイポーラプレート１２１Ａの一部として含まれるようなシリコンウェハ）は、１つのセルの負極と、次のセルの正極との間で共有することができる。第１のバス１２４Ａは、１３１Ａ〜１３１Ｎまでの各スタック内の第１の電極と接続することができ、第２のバス１２４Ｂは、１３１Ａ〜１３１Ｎまでの各スタック内の反対の電極と接続することができる。図１Ａとは対照的に、スタック１３１Ａ〜１３１Ｎはそれぞれ、矢印で示されるように、導電性シリコンウェハのバルクを通じて直列の接続を提供することができる。このように、スタック１３１Ａ〜１３１Ｎの外部の相互接続バスの総数は、モノポーラプレートを用いたアーキテクチャに比べて少なくすることができる。
【００２０】
１３１Ａ〜１３１Ｎまでの１つまたは複数のスタックを相互接続する他の構成を用いることができる。たとえば、バイポーラスタック１３１Ａ〜１３１Ｎは、低電圧電池パックを組み立てるためなどの低電圧用途に対しては、並列に接続することができる。あるいは、多数のセルを備えた単一のバイポーラスタックが、高電圧パックを形成することができる。いずれの場合においても、電池パックの電圧は（Ｎｐ−１）＊Ｖｃｅｌｌであることができ、ここで、Ｎｐは各スタック中の集電体プレートの数を表し、Ｖｃｅｌｌはセル電圧を表すことができる。
【００２１】
図２は、一般的に、バイポーラ電池プレート１２１Ａ（「バイプレート」または「バイポール」）および対応するバイポーラ電池のアーキテクチャを含む例の断面図を示す。第１のバイポーラ電池プレート１２１Ａは、集電体として導電性シリコンウェハ１０４を含むことができる。バイポーラ電池プレート１２１Ａは、導電性シリコンウェハ１０４の第１の表面上にまたはその近傍に位置する１つまたは複数のオーミックコンタクト層１０６Ａおよび接着層１０８Ａを含むことができる。機械的支持１１０Ａによって製造中または製造後に支持されるような活物質１１２Ａは、第１の極性を含むことができる。第２のオーミックコンタクト層１０６Ｂが、第１の表面とは反対の、導電性シリコンウェハ１０４の第２の表面上に含まれ得る。第２のオーミックコンタクト層１０６Ｂは、たとえば、電池アセンブリの他の部分と接続するための電極を提供するために、または耐食層を提供するために、または導電性シリコンウェハ１０４の第１の表面と同様の上方への積み重ねを有する鏡像構成を提供するために、第１のオーミックコンタクト層１０６Ａと同一の物質または異なる物質を含むことができる。第２の接着層１０８Ｂも含むことができる。第１の活物質１１２Ａとは反対の極性を有するような第２の活物質１１２Ｂを含むことができる。第１の電解液領域１１６Ａは、隣接する電池プレート１２１Ｃから電池プレート１２１Ａを分離することができ、第２の電解液領域１１６Ｂは、別の隣接する電池プレート１２１Ｂから電池プレート１２１Ａを分離することができる。電解液領域１１６Ａおよび１１６Ｂは、電池プレート間の指定の分離を維持するのを促進するようなセパレータを含むことができる。電解液領域１１６Ａおよび１１６Ｂは、一般的に、導電性シリコンウェハ１０４のバルクを介して伝導が直列に発生するように、互いに流体的に分離されている。流体の分離を含む密閉されたハウジング１２２を提供するための装置および技術が以下に説明される。
【００２２】
一例では、バイポールを支持するために使用することのできるケーシングフレームの構造は、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ：ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ  ｂｕｔａｄｉｅｎｅ  ｓｔｙｒｅｎｅ）などの強い耐酸性プラスチック、または、ポリプロピレンもしくはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ：ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ）などの１種もしくは複数種の他の物質から作られるか、もしくはこれを含むことができる。ケーシング部分は、互いの上に、または互いの内部に積み重なるように寸法決めまたは形状付けされ得、したがって、「カップ」を形成する。たとえば、ケーシングは、たとえば容易に拡張可能なアーキテクチャを生成するために、係合機構（たとえば、別のケーシングから突出している対応する機構と係合するように、または整列するように形状付けられた１つまたは複数の空洞領域）を含むことができる。本発明者らは、そのようなカップ形状の利点として、衝撃時に電池アセンブリを支持する応力が集電体（たとえば、壊れやすいまたは薄い集電体）から少なくとも部分的に離れてシフトし、ケーシング物質（たとえば、プラスチック）に伝搬され得ることを特に認識している。このように、集電体は、より薄いか、またはそうでなければ重量がより軽いかの１つまたは複数で作製され得る。
【００２３】
一例では、ケーシングフレームはその中心線について左右対称的に形状付けられ得る。たとえば、ケーシングは、電解液を収容するために、中央の空洞の両側上で集電体の外周部に沿ってなど、集電体に追従するように形状付けられ得る。しかしながら、この構成では、集電体の縁が電池外部の環境に露出する可能性がある。フランジを延長することは、１つのケーシングフレームのフランジと次のものとの間に空隙をもたらし、かつ集電体の縁によって底部を境界付けられた電解液空洞の壁を生成するのに用いることができる。プラスチック素子が、集電体を保護するために設置されて、電池外部の環境への露出を抑制することができる。
【００２４】
１つまたは複数のシールが、たとえば、ケーシングの一部中に取り付けられてまたは含められて、バイプレートアセンブリの一部として取り付けられるか、またはさもなければ設けられることができる。一例では、変形可能な耐酸性シール、耐酸性接着剤、プラスチックケーシング、および溶接技術の組み合わせが、たとえばセル間の漏れを低減または抑制するように構成された液密のアセンブリを製造するために用いられ得る。シールは、たとえば集電体よりわずかに大きく寸法決めされ、集電体の外側の外周部に追従するように形状付けられ得る。シールは、たとえば様々な機械的負荷の下での指定された変形に対して十分な封止領域を提供するために指定された幅を有することができる。シールは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの疎水性の材料から作製することができる。そのような疎水性材料は、少なくとも部分的に、追加の漏れ抑制または制止をもたらすことができ、なぜなら、水溶性電解液は、疎水性のシールの表面に触れるとき、ボールアップする傾向を有するからである。そのようなシールは、集電体の表面欠陥に対処するために高度に変形可能であり得る。
【００２５】
電池アセンブリの構築に使用される接着剤は、広範囲の化学物質に対する耐性を提供するような、エポキシ樹脂などの構造用接着剤を含むことができる。しかしながら、電池電解液の用途および性質に応じて、多くの耐薬品性接着剤を用いることができる。一例では、接着剤は、たとえば、変形可能なシールを固定するために、かつ電解液がシールをバイパスした場合に電解液が浸透できないように壁を提供するために、変形可能なプラスチックシールとバイポールとの間で使用することができる。ミクロンの接着剤がそのような用途に対して十分であることができ、したがって、製造中に施与される接着剤の量を低減することによってコストが下がる。接着剤は、本明細書に記載する例において、複数の目的に役立つことができる。たとえば、変形可能なシールは、酸の障壁として構成され得る。したがって、接着剤の腐食または侵食が低減され得るか、または最小限にされ得る。
【００２６】
別の手法では、たとえば機械的な接着方法を用いることにより、接着剤の使用は完全に取り除かれるか、または低減され得る。上述の手法と比較して、このような例では、基本のケーシング形状は変更する必要がない。たとえば、前の例と同様の薄い変形可能シールを使用することができる。たとえば、電池のケーシングは、集電体と同じ（またはほぼ同じ）周長を有するような、「ナイフエッジ状（ｋｎｉｆｅ−ｅｄｇｅｄ）」フレームを有する機構を含むように形成することができる。
【００２７】
ナイフエッジ状シールは気密シールを提供するために使用することができ、このようなシール構成は、高圧力下でさえ封止特性を維持することができる。一般的に、ナイフエッジ構成は、剛性のナイフエッジと、ナイフエッジが押し込まれる（またはその逆である）変形可能な材料とを含む。鋭いエッジと変形可能部品との間の相互作用が、界面において応力集中を発生させ、この応力集中は、一般的に、液体漏洩を抑制または阻害することができる。様々な例では、バイポーラ電池は剛性である集電体を含むことができ、したがって、シールを生成するためにケーシングを集電体自体の中に押し込むことは、一般的に不可能である。しかしながら、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、または１種もしくは複数種の他の弾性材料を含むような、薄い変形可能なシールを用いることができる。そのような薄い変形可能なシールは、ナイフエッジとインターフェースするように集電体の外周部上に配置することができる。変形可能なシールは、たとえば溶融加工を用いて、またはエポキシ樹脂などの接着剤を介して、集電体に接合することができる。この例の変形形態は、背面から変形可能シールとインターフェースする集電体の外周部上に、鋭いエッジを金属被覆することを含むことができる。
【００２８】
別の例では、本発明者らは、密閉型電池アセンブリの提供を支援するために、金属化処理とはんだ付けされた接合部との使用を含むことができる技術および装置を開発した。これは、変形可能なシールおよび接着剤に加えて、またはそれらの代わりに、使用することができる。一例では、（たとえば、集電体の縁など、活物質対向面に直交する１つまたは複数の面上で）集電体の外周部を金属化することができ、集電体と嵌合するプラスチックのケーシングの嵌合面も金属化することができる。集電体はプラスチックのケーシング中の機構に適合させることができ、たとえば、このプラスチックのケーシングが「カップ」形状を含み、集電体がカップの底面を形成することができる。両方の部品（たとえば、集電体およびケーシング）の金属化は、たとえば、電気めっき、または無電解めっきを通じて達成することができる。
【００２９】
プラスチック部品は、一般的に、最初にニッケルで被覆することができるが、汚染の懸念または他の基準に応じて、ニッケルの代わりにまたはニッケルメッキの後で、他の金属を表面上に堆積することができる。結果として得られる金属化されたフレームアセンブリは、たとえばはんだ付け、焼結、または溶接処理を用いて、集電体の縁の周囲で互いに融合することができる。これは均一なシールを提供することができるが、そのようなシールは化学的攻撃への長期の露出のために弱まっている可能性がある。はんだ付けされた接合部が製造された後で、たとえばプラスチック部品を含む、追加の防壁を接合部の周りに配置して、接合部を物理的または化学的損傷から保護することができる。
【００３０】
別の例では、本発明者らは、追加の部品またはシールを除去することができるような、射出成形またはプラスチック溶融操作の使用を含み得る技術および装置を開発した。より具体的には、電池用のプラスチックのケーシングまたはハウジングを、集電体の周りに直接的に形成する（たとえば、成形する）ことができる。これは、様々な技術を用いて実施することができる。たとえば、集電体を射出成型金型の内部に載置することができ、プラスチックのケーシングはその周りに直接的に注入される。次いでケーシングは冷やされ、シールを作製することができる。
【００３１】
別の例では、集電体およびプラスチックのケーシングは独立して製造され、たとえば超音波溶接によって、互いに結合され得る。たとえば、集電体は、プラスチックのケーシングフレームに対して加圧され、定位置に確実に保持され得る。フレームと平行に認められた動きは、良好なシールの確立に失敗することにつながり得る。加圧されたアセンブリは、微細にわたり平坦な金属表面（たとえば、アンビル）の上に配置することができる。アンビルは、シールが溶融される間、シールが平面からはみ出て変形しないように保証することができる。先端またはソノトロードは、フレームとインターフェースするバイポールの表面に対して下降され得る。ソノトロードはトランスデューサに接続することができ、たとえば最大で約２０キロヘルツ（ｋＨｚ）の低振幅超音波を用いて励起される。この集中した超音波エネルギーは、接合部の２つの表面を加熱し、それらをミリ秒単位で互いに融合する。バイプレートの界面は、ピラミッド状に形成することができる。これは、「エネルギーダイレクタ」と呼ぶことができ、プラスチックのフレームより高い溶融温度を有することができるバイプレートが、ソノトロードからのエネルギーを集束させることを可能にする。次いで、バイポールとケーシングフレームとの完成されたアセンブリは、そのようなブロックの積み重ねを含む電池アセンブリ用の構成要素となることができる。
【００３２】
たとえば、ケーシング、シール、およびバイプレートが組み立てられ、これらのアセンブリが指定された電池電圧を提供するために積み重ねられた後で、溶接処理を実施することができる。そのような溶接処理は、ケーシング同士をそれらの境界点で互いに融合させて、液体が周囲の環境に漏れ出ることができないことを確実にする。この構成は、電池用に外部のケーシングを設けることに加えて、またはその代わりに使用することができる。溶融されたプラスチックのケーシングは、別個の外部ケーシングを必要とすることなく、アセンブリのために十分な構造的保護を提供することができる。プラスチックのケーシングフレームは、たとえば封止技術の組み合わせを収容するために、指定された形状を含むように構成することができる。溶接技術は、本明細書の他の例と組み合わせることができる。
【００３３】
溶接処理は、電池アセンブリを提供するために、熱板溶着技術を使用することを含み得る。たとえば、プラスチックのケーシングは、ケーシングの外側の外周部を把持するクランプにより、確実に保持することができる。クランプは、表面が溶融されるまで、ケーシングフレーム（たとえば、接合部の各側）を加熱されたプラテンに対して押すために使用することができる。次いで、加熱されたプラテンは急速に引き離され、その後クランプが２つのフレームを互いに押し込むことができる。プラスチックが冷却され、かつシールが完全に形成されるまで、加圧が維持される。一般的に、そのような熱板処理は、類似の材料について、迅速かつ確実に作用する。更に、接合部の視覚的品質は、たとえば、加熱されたプラテンの温度を調節するか、または嵌合するケーシングフレーム同士の接合面の配置を調節するなどにより、様々な用途にあわせて調整することができる。クランプがフレームを確実に保持しているため、活物質が存在するバイポールを含むケーシングフレームのアセンブリを用いて、熱板操作を実施することが可能である。そのように、熱板溶着は、電池製造工程の後期に手配され得、たとえば電解液で充填するように準備された包含ユニットを含む電池アセンブリを提供することができる。
【００３４】
図３は、一般的に、バイプレート３２１ならびに圧縮性のプラスチックシール３６１Ａおよび３６１Ｂを含むことができる例３００の断面図を示す。シール３６１Ａまたは３６１Ｂの縁は、バイプレート３２１の縁を越えて延在することができ、たとえば、シールを固定し電解液がシール３６１Ａまたは３６１Ｂを漏れ出た場合に漏れを防止するために、接着剤３０３がバイプレート３２１の縁に配置される（たとえば、堆積される、施与される、さもなければ塗布される）ことを可能にする。一例では、接着剤３０３は、シール３６１Ａまたは３６１Ｂの幅全体を拡張することができ、したがって、バイプレート３２１とシール３６１Ａまたは３６１Ｂの１つ以上との間に接着層を作製することができる。そのような例は、たとえば、バイプレート３２１の表面が特に粗く、かつシール３６１Ａまたは３６１Ｂがバイプレート３２１の表面形状を埋めることができない（または指定されていない）場合に用いることができる。そのような例では、接着剤３０３が主要なシールを提供することができる一方で、シール３６１Ａまたは３６１Ｂが、バイプレート３２１のための衝撃保護および可変の圧縮性を提供することができる。
【００３５】
本発明者らは、２つの高度に圧縮可能なプラスチックシール３６１Ａおよび３６１Ｂの間に集電体バイプレートを挟むことが、集電体に対してある程度の衝撃保護を提供することができ、そのような衝撃保護は、集電体が硬いプラスチックのケーシングに直接的に接着されるときにはもたらされないことを特に認識している。これは、壊れやすい材料（たとえば、シリコンウェハ）でさえバイプレートとして使用されることを可能にし、したがって、より薄いバイプレートとより軽い電池とを可能にする。
【００３６】
主として、電池が経年劣化し圧縮力がプラスチックシール３６１Ａおよび３６１Ｂ上で変化するため、集電体バイプレート３２１とシール３６１Ａおよび３６１Ｂとの間で十分に大きな空洞が発生して微小な漏れが起こり得る。集電体バイプレート３２１の縁に接着剤３０３を塗布することは、電解液がバイプレート３２１の周りを包み込み、かつ逆の極性のバイプレートと短絡することができないことを確実にするのに役立つ。同様に、接着剤シールは、プラスチックシール３６１Ａまたは３６１Ｂとプラスチックのケーシングフレームとの間に配置されて、これら２つの部品の間に密接な接触が常に維持されるのを確実にすることができる。バイプレート−プラスチックシール界面とプラスチックシール−プラスチックのケーシングフレーム界面との両方の強固さが、信頼性の向上をもたらすことができる。
【００３７】
図４は、一般的に、集電体４２１Ａおよび４２１Ｂ、プラスチックシール４６１Ａ、４６１Ｂ、４６１Ｃ、および４６１Ｄ、ならびに接着剤シール４６３Ａおよび４６３Ｂを備える単一セルバイポーラ電池アセンブリを含むことができる例４００の断面図を示す。図４に示される例示的な例では、各集電体４２１Ａおよび４２１Ｂの表面に取り付けられているのは、それぞれ、電池の活物質４１２Ａおよび４１２Ｂである。一例では、これらの活物質層４１２Ａおよび４１２Ｂは、ある種の不活性セパレータ４１４で分離されている。セパレータ４０４は、更なる衝撃保護を提供することができ、一般的に、電池が異なる向きに載置されるときに活物質４１２Ａおよび４１２Ｂの短絡を防止することができる。集電体４２１Ａおよび４２１Ｂ、プラスチックシール４６１Ａ、４６１Ｂ、４６１Ｃ、および４６１Ｄ、ならびに接着剤シール４６３Ａおよび４６３Ｂは、プラスチックのケーシングフレーム４６４内部に配置することができる。一例では、ケーシングフレーム４６４はＡＢＳプラスチックを含む。電池アセンブリの上部および底部は、２つのエンドキャップ４２２Ａおよび４２２Ｂによって境界を付けられ、これらのエンドキャップはプラスチックのケーシングフレーム４６４と嵌合するように形状付けられ得る。エンドキャップ４２２Ａおよび４２２Ｂは、ケーシングフレーム４６４と共に、互いに融合されて密閉されたアセンブリを提供することができる。
【００３８】
たとえば、熱板溶着または他の溶接技術を用いることができる。図４に例示的に示すように、そのような溶接は溶接接合部４１１Ａおよび４１１Ｂを使用することを含むことができる。より大きな電圧の電池のために、たとえばベースのケーシングフレーム４６４の上に、追加のセルを積み重ねることができ、次いで、図６に例示的に示すように、積み重ねられたアセンブリは、エンドキャップ４２２Ａまたは４２２Ｂでキャップすることができる。次いで、電池全体を圧縮することができ、シール４６３Ａおよび４６３Ｂと同様の接着シールを硬化させることが可能になる。
【００３９】
図５は、一般的に、プラスチックのケーシングフレーム４６４を含むことができる例５００の図を示す。ケーシングフレーム４６４は積み重ね可能であり、たとえば、他の同様の形状のケーシングフレーム、または１つもしくは複数のエンドキャップと嵌合することができる。ケーシングフレームおよび対応するバイプレートの積み重ねは、密閉型電池アセンブリを提供するために使用することができる。たとえば、ケーシングフレーム４６４は、水素または酸素の再結合を含む電池のための通気口の設置を可能にする通風路４６８を備えることができる。完全に密閉されたデバイスのために、通風路４６８はキャップされるか、または省略され得る。図５に示す例では、ケーシングフレーム４６４は、たとえばプラスチック溶接処理を容易にするために、接合部４１１を含むことができる。図５では、接合部４１１は凹状の接合部を含む。
【００４０】
図６は、一般的に、６つのセルのバイポーラ電池アセンブリを含むことができる例６００の図を示す。図６に例示的に示す例では、たとえば、図２または図３の例に関連して例示的に示され説明されたバイプレートと同様に構成された、７つの集電体アセンブリ６２１Ａ、６２１Ｂ、６２１Ｃ、６２１Ｄ、６２１Ｅ、６２１Ｆ、６２１Ｇが含まれている。たとえば指定された出力端子電圧を提供するために、他の数の集電体を含むことができる。
【００４１】
図６では、６つのケーシングフレーム６６４Ａ、６６４Ｂ、６６４Ｃ、６６４Ｄ、６６４Ｅ、および６６４Ｆが示されている。フレーム６６４Ａ〜６６４Ｆまでの積み重ねが、それぞれエンドキャップ６２２Ａおよび６２２Ｂを用いてキャップされている。本明細書に記載された他の例のように、集電体は、たとえば集電体６２１Ａおよび６２１Ｇの位置における片側上と、集電体６２１Ｂ〜６２１Ｆの位置におけるその他の場所で両側上になど、少なくとも片側に活物質を含むことができる。たとえば、中間の５つの集電体アセンブリ６２１Ｂ〜６２１Ｆは、集電体の両面上に異なる極性を有する活物質を含んで、積み重ねられるときにバイポーラ電池構成を提供することができる。図３に示すように、集電体アセンブリ６２１Ａ〜６２１Ｇの各々に関して、シールを設けることができる。図６では、プラスチックのケーシングフレーム６６４Ａ〜６６４Ｆの各々は、ケーシングフレーム６６４Ａ〜６６４Ｆの縁においてまたは外周部に沿って、次のケーシングフレームへと溶融させることができる。たとえば、各リングは、たとえば、電解液がアセンブリの周囲の環境に漏れ出るのを抑制するまたは防止するために、溶接接合部６１１を含むことができる。
【００４２】
製造技術の別の例では、ケーシングフレーム６６４Ａ〜６６４Ｆの各々は、１つずつ、対応する集電体アセンブリと共に製造することができる。次いで、電池アセンブリは、たとえば、シールの適切な硬化を促進するために集電体アセンブリに印加される圧縮力を含んで、長い時間の後に完成させることができる。
【００４３】
図７Ａおよび図７Ｂは、一般的に、図７Ａにおける、６つのセルのバイポーラ電池アセンブリ７００Ａを含むことができる例の図を、ケーシングフレームがどのように互いに積層され得るかを示した図７Ｂにおける分解図７００Ｂと共に示す。アセンブリ７００Ｂは、剛性のプラスチックのケーシングフレーム７６４Ａ、７６４Ｂ、７６４Ｃ、７６４Ｄ、７６４Ｅ、および７６４Ｆを含むことができる。ケーシングフレーム同士は、本明細書の別の箇所に示され説明されるような、別々のシールおよび溶接されたシールの組み合わせをたとえば使用して、一緒に組み立てることができる。ケーシングフレーム７６４Ａ〜７６４Ｆの組み合わせは、溶接されたシールおよび別々のシールと共に液密構造を形成することができ、この液密構造は、集電体および活物質７１２を振動および衝撃から保護すると同時に、各セルへの継続的な圧力を維持する。
【００４４】
電池アセンブリ７００Ａを提供するための組立処理は、電池スタックを形成する集電体の各側に圧縮性のプラスチックシールを適用することを含むことができる。上述したように、これらのシールはＰＴＦＥを含むことができるが、他の疎水性のまたは耐薬品性のシールも用いることができる。シールは、一般的に、たとえば外周部の周りに接着シールを適用して、集電体に固定される。図３に示すように、プラスチックシールは、集電体の縁を越えて延在することができる。これにより、エポキシ樹脂などの接着剤を注入する通路を作製することができる。そのような接着シールは、ケーシングフレーム（たとえば、フレーム７６４Ａ〜７６４Ｆ）の積み重ねとエンドキャップを一緒に保持するのに十分であり得る。しかしながら、溶接されたシールの使用も、たとえば漏れに対して追加の保護を提供するために周囲に採用することができる。
【００４５】
図８は、一般的に、たとえば、溶接処理に使用されて、図４もしくは図６に示す、または本明細書に記載された他の例に関連する電池アセンブリを提供することができる、凹状接合部４１１Ａおよび４１１Ｂを含むことができる、例示的な例８００の詳細図を示す。様々な接合部の構成が可能であるが、凹状接合部４１１Ａおよび４１１Ｂは、見かけ上魅力的な溶接結合を提供するために使用することができる一方で、集電体バイプレート８２１Ａおよび８２１Ｂを含む電池アセンブリに対して指定された強度および気密品質を維持する。凹状接合部４１１Ａまたは４１１Ｂの１つ以上は、組立中など、溶融中または加圧中に生成された流出する材料を包含するための領域を提供するのに役立てることができるフラッシュトラップ８０９Ａまたは８０９Ｂによって囲むことができる。
【００４６】
上述したように、様々な技術および構造的な構成は、費用または劣化の懸念がある場合に、接着剤またはガスケットの使用を必要とすることなく、バイポーラ電池アセンブリにおいて耐水シールを提供するために使用することができる。本明細書に記載される様々な例としては、図１０に示されるような金属化表面のシール、図１３に示されるような溶融収縮シール、図１５もしくは図１６に示されるようなナイフエッジ状シール、または図１７に示されるような超音波溶接シールが挙げられる。これらの封止技術の剛性は、たとえばサイクル寿命を向上させることができるなど、電池寿命の全体を通して、集電体および活物質へ継続的に圧力をかけるのを確実にするのに役立てることができる。
【００４７】
上述したように、それぞれの電池セルは、順次組み立てることができる。１つのエンドキャップがベースを形成することができ、他のセルが、電池アセンブリに対して指定された直列電圧が得られるまで、エンドキャップ上に積み重ねられることができる。次いで、たとえば、全てのケーシングフレームが相互に密接に接するようになるまで、アセンブリを加圧することができる。たとえば溶接接合部を用いた溶接シールは、電池が積み重ねられるとき、外周部の周りに適用され得る。
【００４８】
図９は、一般的に、たとえば外周部の周囲に金属化されたフレーム９４１を有する、集電体９２１を含むことができる例９００の図を示す。金属化されたフレーム９４１は、たとえば集電体９２１の縁に向けてなど外側に向けて延在し、たとえば活物質層の縁に向けて内側に延在することができる。
【００４９】
図１０は、一般的に、集電体（たとえば、金属化融合シール１０４１Ａおよび１０４１に加えて活物質層１０１２Ａおよび１０１２Ｂを有するバイプレート１００４）を備える、組み立てられた６つのセルのバイポーラ電池スタックを含むことができる例１０００の断面図を示す。図１０では、ケーシングフレーム１０６４などのプラスチックのケーシングフレームを積み重ねることができ、たとえば密閉型バイポーラ電池アセンブリを提供するために、プラスチックのエンドキャップ１０２２Ａおよび１０２２Ｂを設けることができる。
【００５０】
隣接するバイプレートの活物質層同士は、不活性のセパレータ１０１４で分離することができる。たとえば、セパレータ１０１４は、衝撃保護を提供することができ、電池が異なる向きに載置されるときに活物質の短絡を防止することができる。各集電体および金属化シールアセンブリは、バイプレート１００４と共にケーシングフレーム１０６４の組み合わせにより示されるように、ケーシング「カップ」の底部に融合することができる。ケーシングフレーム１０６４はリング形状であることができ、ＡＢＳプラスチックを含むことができる。電池の上部および底部は、２つのエンドキャップ１０２２Ａおよび１０２２Ｂによって境界を付けられ、これらのエンドキャップはプラスチックのケーシングフレームのスタックと嵌合するように形状付けられる。
【００５１】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、一般的に、金属シールケーシングフレームを含むことができる例の図１１００Ａおよび１１００Ｂを示す。図１０の例に関連して上述したように、金属シールケーシングフレーム１１６４はプラスチックであり得る。たとえば、各ケーシングフレーム１１６４は、水素または酸素の再結合を含む電池のための通気口の設置を可能にする通風路１１６８を含むことができる。完全に密閉されたデバイスのために、通風路１１６８はキャップされるか、または省略され得る。図１１Ａおよび図１１Ｂの例示的な例において、ケーシングフレーム１１６４は、中心線の周りで左右対称であり、「カップ」形状が両面に映し出されている。この「カップ」は、面１１１３をフレーム１１６４から延在させることによって形成することができる。この延在した面１１１３は、たとえば集電体バイプレートとの接着を容易にするために、少なくとも部分的に金属化することができる。集電体の保護を提供するために、フランジ１１２３は外周部の周りで外側に延在することができる。
【００５２】
図１１Ａおよび図１１Ｂに例示的に示す例においては、ケーシングフレーム１１６４の内側部分は、たとえば集電体の寸法よりもわずかに小さい、中空のチャンネルを含むことができる。これにより、より大きな容量の活物質に備えることが可能になる。集電体は、たとえば外側の外周部に沿って、ケーシングフレーム１１６４の上部および底部に融合させることができる。組み立てられて融合された構造体の内部に確立された中央のチャンネルは、図３に示すような活物質およびセパレータで充填することができる。この形状は特に金属化シールに適しているが、多数の封止方法を用いることができる。金属化シールの例では、金属部分を互いに融合させた後で、たとえば環境的な攻撃を抑制または阻止するように、図１２に示すような収容リングを、シールの外側の周囲に設置することができる。これらの収容リングは、集電体の外周部に沿って集電体と接することにより、電池から熱を引き出すシンクを提供することもできる。この構成は、バイポーラ電池の循環に関連する課題の１つ、すなわち、セル内部での熱の増大を取り除くのに役立つことができる。
【００５３】
図１２は、一般的に、７つの集電体アセンブリ１２２１Ａ、１２２１Ｂ、１２２１Ｃ、１２２１Ｄ、１２２１Ｅ、１２２１Ｆ、および１２２１Ｇを含んでいる６つのセルのバイポーラ電池を含むことができる例１２００の断面図を示す。集電体アセンブリ１２２１Ａ〜１２２１Ｇの各々は、本明細書の他の例に関連して述べたように、集電体の少なくとも１つの面上に活物質を含むことができる。中間の５つのアセンブリ１２２１Ｂ〜１２２１Ｆは、バイポーラ電池アセンブリを提供するのに使用するために、集電体の反対の面に反対の極性を有する活物質を含むことができる。図９〜図１１に関連して述べたような各集電体アセンブリ内部の金属化シールに加えて、各プラスチックのケーシング部品は、たとえば熱板溶着技術を用いて形成され得るように、接合部１２１１などの接合部を介して次の部品に溶融させることができる。たとえば、図１０に示した露出された融合シールは、たとえば、金属化融合シールを含むはんだ付けされたまたは他の方法で結合された接合部を保護するために、収容フレーム１２６４Ａ、１２６４Ｂ、１２６４Ｃ、１２６４Ｄ、および１２６４Ｅを用いて、保護することができる。
【００５４】
図９〜図１１の例において上述したように、一例は、集電体にはんだ付けされる、溶接される、または融合され得るプラスチックのケーシングフレーム上の金属コーティングの使用を含むことができる。ＡＢＳなどのプラスチックは、それらの表面を電気的に活性化させるためにクロム酸浴で処理することができ、次いで、そのように活性化された表面は、無電解めっき浴に露出させる（たとえば、沈める）ことができる。撹拌、熱の追加、または自然反応のうちの１つまたは複数を通じて、金属が表面上に堆積する。ニッケルは、その高い活性度のため、ベース層として使用することができる。ニッケル汚染の懸念は、ニッケル層の上により不活性である（たとえば、より反応性の低い）金属を電気めっきすることにより、回避することができる。たとえば、鉛酸蓄電池において、腐食の危険を排除するために鉛金属のストライクがニッケルの上に配置されてもよい。
【００５５】
一般的に、使用される金属は、電池アセンブリ内部の電解液に対する耐性について選択され、さもなければ、シールは途中で失敗する可能性がある。この処理は、電池ケーシングに加えて集電体上で実行することができる。両方の部品が所望の金属で一旦被覆されると、それらは、外周部に沿ったはんだ付け、溶接、溶融、または他の組み合わせ処理を通じて結合することができる。これらの結合の化学的性質のため、堅固なシールを提供することができる。
【００５６】
図１３は、一般的に、金属化融合シールよりむしろ、シール１３６６などの溶融シールを用いた６つのセルを含むことができる例１３００の断面図を示す。図１３の例の構成は他の例と類似していることがあるが、図１３は、溶融型のシールと共に用いることができる、より非対称のケーシングフレーム１３６４の構成を一般的に示している。たとえば、ケーシングフレーム１３６４の上部または底部の近傍に集電体（たとえば、バイプレート１３０４）を配置することにより、通気装置の組み込みを容易にすることができる。デバイス用のエンドキャップ１３２２は同様の構造的役割を想定しており、したがって他の例と同様に形状付けられる。溶融シール１３６６は、たとえばシールに欠陥を生じさせることを回避するために、集電体１３０４の縁の形状に正確に追従させることができる。
【００５７】
（たとえば、集電体アセンブリの対向する面上に反対の極性を有する活物質１３１２Ａおよび１３１２Ｂを含む）集電体１３０４の材料に応じて、本明細書に記載する他の例の金属化シールなしで済ませ、単純な溶融操作を用いて電池部品を互いに融合させることが可能である。一例では、ケーシングフレーム１３６４は集電体１３０４に直接的に成形することが可能である。たとえば、集電体１３０４は射出成形工具の金型によって収容され得る。次いで、集電体１３０４の周囲に、プラスチックのケーシングフレーム１３６４を注入することができる。両方がわずかに溶融することができ、液体によって破壊され得ない完全に融合されたアセンブリを作製することができる。
【００５８】
同様に、別の例では、たとえばスポット溶接、または別の処理を用いて、既存の集電体１３０４上に、予め製造されたケーシングフレーム１３６４を溶融させることができる。これにより、低重量および腐食に対する好ましい耐性を有するシール構成が提供され得る。しかしながら、集電体の溶融温度がケーシングリングよりも著しく高い場合には、この技術は集電体上で低溶融温度被覆を用いることを含むことができる。
【００５９】
金属化シールが所望されない場合、または、嵌合部分が溶融操作用にはあまりに類似していない場合、別の例はナイフエッジシールの使用を含むことができる。このナイフエッジ構成は、たとえば鋭いエッジを変形可能な嵌合表面に押し込むことを含み、主として機械的であり得る。界面において発生する応力集中はエネルギーが高く、したがって液体を除去することができる。バイポーラ電池では、この種のシールは小規模で達成することができる。図１４は、一般的に、たとえば接合部１４１７を含むことができる、ナイフエッジ状の接合部を含む電池スタックを含むことができる例の断面図を示す。プラスチックのケーシングフレーム１４６４は１つまたは複数の面上にナイフエッジを設けるように形状付けられ得、ケーシングフレーム１４６４は、シール１４６１Ｂなどの変形可能なプラスチックシールへと押し込まれている。シール１４６１Ｂ（またはシール１４６１Ａなどの他のシール）は、たとえば、接着剤、圧入、金属化、溶融、または、集電体基板の表面形状として類似のナイフエッジを形成することにより、集電体１４２１に取り付けることができる。１つ以上のシール１４６１Ａまたは１４６１Ｂは疎水性ＰＴＦＥを含むことができ、または１種もしくは複数種の他のプラスチックおよびゴム材料を使用することができる。
【００６０】
本明細書に記載された他の例と同様に、たとえば不活性のセパレータ１４１４によって分離された活物質１４１２Ａおよび１４１２Ｂを使用して、バイポーラ電池の構成が提供され得る。活物質の近くに封止する縁を配置することは、電解液が、露出した集電体ではなく電池の活物質と一定の接触を保っていることを確実にするのに役立つ。
【００６１】
封止方法にかかわらず、様々な形状が、たとえば、他の手法と比べて全体的な質量を低減する一方で、集電体の機械的保護を強化するのを促進するためにケーシングフレーム用に用いられ得る。別のケーシングリング構成は、図５および図５に示すような非対称の「カップ」形状を含むことができる。図１５は、一般的に、非対称的な「カップ」構成を組み込んでいるようなプラスチックのケーシングフレームの変形形態１５６４を含むことができる例１５００の図を示す。ナイフエッジ１５１７は、「カップ」の内側表面上に作製することができ、たとえば集電体に直接的に接触して配置することができる。ケーシングの底部側は主フレームから延在することができ、集電体と合致するように寸法決めすることができる。上側は、近傍のフレーム（たとえば、スタックにおける次のフレーム）の底部上の延在面と嵌合する切り欠きを含むことができる。とりわけ、この切り欠きは集電体と同じ外周部を含むことができる。これは、この切り欠きによって生成された棚の上に集電体が配置される、容易に積み重ね可能な構成を生成する。この形状の利点は、この形状が集電体に提供する堅牢さである。「カップ」形状は強度を提供することができ、かつ、特に対称的なカップ構成と比べて、集電体が担う機械的負荷の量を低減することができる。したがって、この非対称的な例は、より薄くかつより軽量の集電体で使用することができる。
【００６２】
電池アセンブリ用のエンドキャップは、たとえばケーシングフレーム１５６４と嵌合するように、修正された「カップ」構成を特徴付けることができる。そのようなエンドキャップは、電池端子および先端接点を収容することができ、またそのようなエンドキャップは、軽量化を実現するように、電池スタック用の主要構造を提供する必要はない。
【００６３】
図１６は、一般的に、たとえば、音響（たとえば、超音波）溶接操作において使用するためのエネルギーダイレクタ１６１８を含むことができる、集電体１６２１を含むことができる、例１６００の断面図を示す。様々な例に従って、集電体およびケーシングフレームは、同一の材料である必要はない（かつ一般的にそうではない）。高処理量の封止技術は、異種材料の接合などの超音波溶接を使用することを含むことができる。
【００６４】
図１６の例示的な例では、ケーシングフレーム１６６４は、たとえばソノトロードからのエネルギーの集束を促進するように、１つまたは複数のエネルギーダイレクタ１６１９Ａ、１６１９Ｂ、および１６１９Ｃを含むことができる。たとえば、気密接合部は、たとえば、エネルギーダイレクタ１６１９Ａ〜１６１９Ｃに対して実質的に直交に（たとえば、垂直に）配向したエネルギーダイレクタ１６１８を使用して、形成することができる。このように、液密シールは、集電体１６２１とケーシングフレーム１６６４の間の界面に設けることができる。
【００６５】
図１７は、一般的に、溶接構成１７００の図を示す。ソノトロード１７７０（「ホーン」とも呼ばれる）は、トランスデューサによって低振幅波で通電することができる。そのようなエネルギーは、ソノトロード１７７０を毎秒数千回も振動させることができる。トランスデューサがソノトロード１７７０に結合されて低振幅波を提供し、その結果、ソノトロードが約２０ｋＨｚで振動し、そのような振動は先端を介して接合される表面へと結合される。トランスデューサからの周波数を調節することにより、ソノトロード１７７０が振動する割合を変更することができる。周波数がより高くなると、一般的に、より迅速に結合面を加熱する、より速い動作を引き起こす。しかしながら、あまりに高い周波数は、部分破壊および焼き付きまでも引き起こすことがあり得る。したがって、ソノトロード１７７０は適切な特定の周波数に調整され得る。
【００６６】
ソノトロード１７７０がケーシングフレーム１７６４に対して集電体１７２１を加圧すると、エネルギーダイレクタ１７１８および１７１９は迅速にそれぞれの溶融温度に至ることができる。ソノトロード１７７０からの加圧は、それによって、シールを生成するようにフレーム１７６４および集電体を接合することができる。
【００６７】
一例では、溶接処理の間、ソノトロード１７７０はバイポール集電体１７２１の表面上に適用され得る。ソノトロード１７７０は、加圧力を印加して、バイポール集電体１７２１をケーシングフレーム１７６４へと押し込むことができる。ケーシングフレームは、アンビルによって下に支えられることができる。トランスデューサをオンにすることができ、ソノトロード１７７０がその微小な振動を開始する。これらの急速な動作が、エネルギーを、バイポール集電体１７７０上のエネルギーダイレクタ１７１８を介して、ケーシングフレーム１７６４上のエネルギーダイレクタ１７１９へと送り込む。
【００６８】
この界面における小さな接触面積のため、温度が急速に増大する。１７７０は、バイポール集電体１７２１の外周部全体の周りを移動するように構成することができ、たとえば、例示的な例に従って数秒以内に一回転を完了する。
【００６９】
この動作は、急速に溶融温度に至る局所領域をもたらし、次いで、そのような領域は、ソノトロード１７７０が移動するにつれて急速に冷却され得る。これにより、異種材料の融合が可能になり、かつ優れた気密シールが生成される。エネルギーダイレクタの位置は、溶接される外周部領域全体の周りに均等に配置されるべきであるが、溶接前の当初の接触面積は最小限にすることができる。エネルギーダイレクタ１７１８および１７１９のピラミッド形状は、当初の接触面積を限定するのを促進する一方で、溶接操作の間または後でフラッシングが流入する流路も残す。
【００７０】
高融点の材料が低融点の材料と融合される場合、一般的に、より高い融点の部分がソノトロード１７７０と直接的に接する位置に配置され得、なぜなら、たとえばソノトロード１７７０に触れるアセンブリの部分は一般的に、振動の最大効果を得ているために、最も高い温度に達するからである。
【００７１】
嵌合面同士の融点の間に大きな差が存在する場合は、エネルギーダイレクタは、（図１７に示される向きに従って）上部部品にのみ配置することができる一方で、底部の嵌合面を平坦な状態に残す。平坦な表面は一般的に高い表面面積を有し、したがって、一般的に溶融するのにより多くのエネルギーを使用する。（たとえば、図１７に例示的に示されるような溶接される接合部の各面のエネルギーダイレクタなどの）２つのエネルギーダイレクタの使用は、活物質空洞へと突出する過剰なフラッシュを抑制または阻害するのに役立つことができるが、他の変形形態も可能である。
【００７２】
図１８は、一般的に、熱板溶着構成を含むことができる例１８００の側面図を示す。各ケーシングフレーム１８６４Ａおよび１８６４Ｂが組み立てられる場合、そのケーシングフレームは次のフレームの上に積み重ねられ、融合され得る。１つの手法では、熱板溶着技術を使用することができる。そのような接合部は、電池アセンブリをその寿命の間一緒に保持し、周囲の環境への電解液の漏れを防止することができる。熱板溶着では、接合部は、ケーシングフレーム１８６４Ａおよび１８６４Ｂを一緒に物理的に溶融しかつ融合することを含み得る。
【００７３】
図１８の例では、ケーシングフレーム１８６４Ａおよび１８６４Ｂは、たとえばケーシングフレーム１８６４Ａおよび１８６４Ｂの表面を外周部に沿った特定の溶融領域において溶融させるように、加熱されたプラテン１８２１と接触させることができる。ケーシングフレーム１８６４Ａおよび１８６４Ｂは、たとえばクランプ１８３２Ａおよび１８３２Ｂを用いて、所定の位置に確実に保持することができる。クランプは、プラテン１８２１の指定された領域において部品がプラテン１８２１と接することを確実にするのを促進するように、位置合わせ機構を含むことができる。次いで、クランプ１８３２Ａおよび１８３２Ｂは、たとえばプラテン１８２１が取り除かれた後など、溶接部を生成するために加熱された後で接合部同士を一緒に押すために使用することができる。
【００７４】
様々な突き合わせとフランジとの接合部を使用することができるが、図８に戻って参照すると、図８は、凹状接合部４１１Ａおよび４１１Ｂを含む第１の手法を示している。凹状接合部の利点は、溶接処理中に生成された任意の過剰の材料を入れる、フラッシュトラップ８０９Ａおよび８０９Ｂの存在である。そのようなトラップは、溶接された接合部の表面的な外観を向上させることができ、かつ材料が流れる余地を提供することができ、したがって、気泡が形成される可能性を低減または抑制し、気密シールを生成する。熱板溶着は、たとえば図１８の構成を使用して、広い面積を一度に溶接することが可能な迅速な処理である。
【００７５】
たとえば、互いに結合されることになる２つの部品、この例ではケーシングフレーム１８６４Ａおよび１８６４Ｂは、それぞれクランプ１８３２Ａおよび１８３２Ｂに結合され得、その結果、クランプが所定の位置でフレーム１８６４Ａおよび１８６４Ｂを確実に保持する。次いで、これらのクランプ１８３２Ａおよび１８３２Ｂは、フレーム１８６４Ａおよび１８６４Ｂを加熱されたプラテン１８２１と接するようにさせ、この加熱プラテン１８２１の表面は、フレーム１８６４Ａおよび１８６４Ｂ上の接合部と合致するように特に構成され得る。一般的に、フレーム１８６４Ａおよび１８６４Ｂの表面全体を加熱することは望まれていない。その代わりに、実際に一緒に溶接されようとしている接合部を含むまたはその近傍の特定の溶融領域のみが、加熱されたプラテン１８２１と接するように構成される。そのような手法は、電池ケーシングアセンブリの視覚的な魅力を維持しつつ、気密接合部を提供することができる。フレーム１８６４Ａおよび１８６４Ｂは、接合部の表面が溶融し始めるまで、プラテン１８２１と接触して保持され得る。次いで、プラテン１８２１は、フレーム１８６４Ａおよび１８６４Ｂを妨害しないところまで急速に（たとえば垂直に）引き離され得る。次いで、クランプ１８３２Ａおよび１８３２Ｂは、溶融した接合部表面を互いに押し込むために使用され得る。フレーム１８６４Ａおよび１８６４Ｂを互いに融合する急速な冷却が発生して、気密シールを提供する。
【００７６】
（たとえば、図８のように）凹状の接合部では、対向する表面上のプラスチック製の突出部分は、加熱されたプラテン１８２１に接するように構成することができる。例示的な例に従うと、そのような表面は、溶接前の最終的な長さの約１２５％まで伸びることができる。次いで、余分な材料は接合部内部のフラッシュトラップへと押し出され、溶接の強度を増加させる。フランジ接合部などの非凹状接合部は、一般的に、適切に形成するために溶接のための余分な材料を依然として含むが、余分なフラッシュは部品の外部へと押し出すことができ、視覚的に魅力の少ない結合に帰着する。加熱されたプラテン１８２１の温度は、フラッシュの分布を制御するように調節することができるが、接合部の表面を溶融するための温度は一般的に、最低温度として指定され得る。熱板溶着は、一般的に、類似の材料同士を結合するのに十分である。
【実施例】
【００７７】
実施例１は、（たとえば、行為を実行するための装置、方法、手段、またはデバイスによって実行されるとデバイスに行為を実行させる命令を含むデバイス可読媒体などの）主題を含みまたは使用することができ、たとえば、バイポーラ電池アセンブリを含みまたは使用することができ、このバイポーラ電池アセンブリは、第１の積み重ね可能ケーシングフレームと、少なくとも１つの表面であって、その上に配置された第１の活物質導電型を有する少なくとも１つの表面を含む、第１の剛性集電体と、少なくとも１つの表面であって、その上に配置された第２の活物質導電型を有する少なくとも１つの表面を含む、第２の剛性集電体であって、第２の活物質導電型が第１の活物質導電型と反対の電池電極の極性に対応する、第２の剛性集電体とを含み、またこのバイポーラ電池アセンブリは、積み重ね可能ケーシングフレーム、ならびに第１および第２の剛性集電体によって少なくとも部分的に画定される第１の電解液領域と、第１の電解液領域のための液密包囲体を提供するように構成される圧縮性プラスチックシール、接着シール、金属化シール、溶融シール、ナイフエッジ状シール、または溶接シールのうちの少なくとも１つとを含む。
【００７８】
実施例２は、実施例１の主題を含んで、または実施例１の主題と任意選択的に組み合わせて、第１の活物質型を第１の表面上に有し、かつ第２の活物質型を第１の表面とは反対の面上に有するバイポーラ電池プレートを備える第１または第２の剛性集電体のうちの少なくとも１つを任意選択的に含むことができる。
【００７９】
実施例３は、実施例１もしくは実施例２のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１もしくは実施例２のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、シリコンウェハ基板を備える剛性の集合体を任意選択的に含むことができる。
【００８０】
実施例４は、実施例１〜実施例３のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１〜実施例３のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、第２の積み重ね可能ケーシングフレームおよび第３の剛性集電体を任意選択的に含むことができ、
請求項１に記載のバイポーラ電池アセンブリが第１、第２、および第３の剛性集電体によって画定されるセルの直列配置を含み、積み重ね可能ケーシングフレームを物理的に積み重ねることにより、この直列配置が少なくとも部分的に確立され、
第２の積み重ね可能ケーシングフレームに加えて第２および第３の剛性集電体が第２の電解液領域を画定し、少なくとも部分的に、第１の電解液領域のための液密包囲体を提供するように構成される圧縮性プラスチックシール、接着シール、金属化シール、溶融シール、ナイフエッジ状シール、または溶接シールのうちの少なくとも１つによって、第２の電解液領域が第１の電解液領域から流体的に分離される。
【００８１】
実施例５は、実施例１〜実施例４のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１〜実施例４のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、積み重ね可能ケーシングフレームの外側の外周部に沿って互いに融合された積み重ね可能ケーシングフレームを任意選択的に含むことができる。
【００８２】
実施例６は、実施例１〜実施例５のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１〜実施例５のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、第１の電解液領域に位置する電解液に対する防壁を設けるため、集電体の外周部に追従するように形状付けられ、かつ集電体の縁に沿って塗布された接着剤を使用して集電体に固定された圧縮性プラスチックシールを任意選択的に含むことができる。
【００８３】
実施例７は、実施例１〜実施例６のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１〜実施例６のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、第１の電解液領域のための液密包囲体を提供するように構成された圧縮性プラスチックシールおよび接着シールを任意選択的に含むことができ、圧縮性プラスチックシールおよび関連する接着シールは密閉されたバイポーラ電池アセンブリの電池化学的性質との融和性のために指定された材料を含む。
【００８４】
実施例８は、実施例１〜実施例７のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１〜実施例７のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、第１の電解液領域のための液密包囲体を提供するように構成された金属化シールを任意選択的に含むことができ、金属化シールは密閉されたバイポーラ電池アセンブリの電池化学的性質によって実質的に腐食されない材料を含む。
【００８５】
実施例９は、実施例１〜実施例８のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１〜実施例８のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、第１の電解液領域のための液密包囲体を提供するように構成された金属化シールを任意選択的に含むことができ、金属化シールは集電体および活物質の外周部によって境界を付けられる。
【００８６】
実施例１０は、実施例１〜実施例９のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１〜実施例９のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、第１の電解液領域のための液密包囲体を提供するように構成された溶融シールを任意選択的に含むことができ、溶融シールは集電体の一部および積み重ね可能ケーシングフレームの一部を含む溶融領域を含み、溶融領域は、密閉された電池アセンブリ内の隣接するセルを互いに分離しかつ密閉された電池アセンブリの周囲の環境から分離する。
【００８７】
実施例１１は、実施例１〜実施例１０のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１〜実施例１０のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、第１の電解液領域のための液密包囲体を提供するように構成されたナイフエッジシールを任意選択的に含むことができ、ナイフエッジシールは集電体の一部および圧縮性プラスチックシールを含む。
【００８８】
実施例１２は、実施例１〜実施例１１のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１〜実施例１１のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、超音波溶接を使用して積み重ね可能ケーシングフレームと融合された第１および第２の集電体を任意選択的に含むことができる。
【００８９】
実施例１３は、実施例１〜実施例１２のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１〜実施例１２のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、少なくとも１つの軸の周りで断面が対称的であるケーシングフレームを任意選択的に含むことができる。
【００９０】
実施例１４は、実施例１〜実施例１２のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１〜実施例１２のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、非対称のカップ構成を画定するために、少なくとも１つの軸の周りで断面が非対称的であるように構成されたケーシングフレームを任意選択的に含むことができる。
【００９１】
実施例１５は、実施例１〜実施例１４のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１〜実施例１４のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、複数の集電体のうちの１つの外側の外周部に追従するように構成されており、かつ少なくとも１つの表面から延在するフランジを含む、ケーシングフレームを任意選択的に含むことができる。
【００９２】
実施例１６は、実施例１〜実施例１５のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１〜実施例１５のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、（たとえば、行為を実行するための装置、方法、手段、または機械によって実行されると機械に行為を実行させる命令を含む機械可読媒体などの）主題を含むことができ、たとえば、バイポーラ電池アセンブリを含むことができ、このバイポーラ電池アセンブリは、第１の積み重ね可能ケーシングフレームと、少なくとも１つの表面であって、その上に配置された第１の活物質導電型を有する少なくとも１つの表面を含む、第１のシリコンウェハ集電体と、少なくとも１つの表面であって、その上に配置された第２の活物質導電型を有する少なくとも１つの表面を含む、第２のシリコンウェハ集電体であって、第２の活物質導電型が第１の活物質導電型と反対の電池電極の極性に対応する、第２のシリコンウェハ集電体とを含み、またこのバイポーラ電池アセンブリは、積み重ね可能ケーシングフレーム、ならびに第１および第２の剛性集電体によって少なくとも部分的に画定される第１の電解液領域と、第１の電解液領域のための液密包囲体を提供するように構成される圧縮性プラスチックシール、接着シール、金属化シール、溶融シール、ナイフエッジ状シール、または溶接シールのうちの少なくとも１つとを含む。実施例１６では、第１または第２の剛性集電体のうちの少なくとも１つが、第１の活物質型を第１の表面上に有し、かつ第２の活物質型を第１の表面とは反対の面上に有するバイポーラ電池プレートを含む。
【００９３】
実施例１７は、実施例１〜実施例１６のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１〜実施例１６のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、（たとえば、行為を実行するための装置、方法、手段、または機械によって実行されると機械に行為を実行させる命令を含む機械可読媒体などの）主題を含むことができ、たとえば、バイポーラ電池プレートと、少なくとも１つの表面であって、その上に配置された第１の活物質導電型を有する少なくとも１つの表面を含む、第１の剛性集電体に結合された第１の積み重ね可能ケーシングフレームを含むケーシングアセンブリとを形成するステップを含み、またこの実施例１７は、第１の積み重ね可能ケーシングフレームおよび第１の剛性集電体が第２の積み重ね可能ケーシングフレームおよび第２の剛性集電体と積み重ねられるときに、第１の電解液領域のための液密包囲体を提供するように構成される圧縮性プラスチックシール、接着シール、金属化シール、溶融シール、ナイフエッジ状シール、または溶接シールのうちの少なくとも１つを形成するステップであって、電解液領域が第１の剛性集電体、第２の剛性集電体、および第１の積み重ね可能ケーシングフレームによって少なくとも部分的に画定される、ステップを含む。
【００９４】
実施例１８は、実施例１７の主題を含んで、または実施例１７の主題と任意選択的に組み合わせて、第２の積み重ね可能ケーシングフレームおよび第３の剛性集電体を含む電池アセンブリを形成するステップを任意選択的に含むことができ、この形成するステップは、第１、第２、および第３の剛性集電体によって画定されるセルの直列配置を提供するために、第１および第２の積み重ね可能ケーシングフレームを物理的に積み重ねるステップを含む。実施例１７では、第２の積み重ね可能ケーシングフレームとともに第２および第３の剛性集電体が第２の電解液領域を画定し、少なくとも部分的に、第１の電解液領域のための液密包囲体を提供するように構成される圧縮性プラスチックシール、接着シール、金属化シール、溶融シール、ナイフエッジ状シール、または溶接シールのうちの少なくとも１つによって第２の電解液領域が第１の電解液領域から流体的に分離される。
【００９５】
実施例１９は、実施例１８の主題を含んで、または実施例１８の主題と任意選択的に組み合わせて、外側の外周部に沿って第１および第２の積み重ね可能ケーシングフレームを一緒に融合するステップを任意選択的に含むことができる。
【００９６】
実施例２０は、実施例１７〜実施例１９のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１７〜実施例１９のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、第１の電解液領域に位置する電解液に対する防壁を設けるために、集電体の外周部に追従するように形状付けられ、かつ集電体の縁に沿って塗布された接着剤を使用して集電体に固定された圧縮性プラスチックシールを形成するステップを任意選択的に含むことができる。
【００９７】
実施例２１は、実施例１７〜実施例２０のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１７〜実施例２０のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、第１の電解液領域のための液密包囲体を提供するように構成された圧縮性プラスチックシールおよび接着シールを形成するステップを任意選択的に含むことができ、圧縮性プラスチックシールおよび関連する接着シールは密閉されたバイポーラ電池アセンブリの電池化学的性質との融和性のために指定された材料を含む。
【００９８】
実施例２２は、実施例１７〜実施例２１のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１７〜実施例２１のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、第１の電解液領域のための液密包囲体を提供するように構成された金属化シールを形成するステップを任意選択的に含むことができ、金属化シールは密閉されたバイポーラ電池アセンブリの電池化学的性質によって実質的に腐食されない材料を含む。
【００９９】
実施例２３は、実施例１７〜実施例２２のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１７〜実施例２２のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、第１の電解液領域のための液密包囲体を提供するように構成された金属化シールを形成するステップを任意選択的に含むことができ、金属化シールは集電体および活物質の外周部によって境界を付けられた金属化シールを含む。
【０１００】
実施例２４は、実施例１７〜実施例２３のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１７〜実施例２３のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、第１の電解液領域のための液密包囲体を提供するように構成された溶融シールを形成するステップを任意選択的に含むことができ、溶融シールは集電体の一部および積み重ね可能ケーシングフレームの一部を含む溶融領域を含み、溶融領域は、第１の積み重ね可能ケーシングフレームが別のケーシングフレームに積み重ねられるときに、密閉された電池アセンブリ内の隣接するセルを互いに分離しかつ密閉された電池アセンブリの周囲の環境から分離する。
【０１０１】
実施例２５は、実施例１７〜実施例２４のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１７〜実施例２４のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、第１の電解液領域のための液密包囲体を提供するように構成されたナイフエッジシールを形成するステップを任意選択的に含むことができ、ナイフエッジシールは集電体の一部および圧縮性プラスチックシールを含む。
【０１０２】
実施例２６は、実施例１７〜実施例２５のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１７〜実施例２５のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、超音波溶接を使用して第１の集電体を積み重ね可能ケーシングフレームと融合するステップを任意選択的に含むことができる。
【０１０３】
実施例２７は、実施例１７〜実施例２６のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１７〜実施例２６のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、第１の電解液領域のための液密包囲体を提供するために溶接シールを形成するステップを任意選択的に含むことができる。
【０１０４】
実施例２８は、実施例１７〜実施例２７のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１７〜実施例２７のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、熱板溶着を使用して溶接シールを形成するステップを任意選択的に含むことができる。
【０１０５】
実施例２９は、実施例１７〜実施例２８のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１７〜実施例２８のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、積み重ね可能ケーシングフレームを成形するステップを含む、積み重ね可能ケーシングフレームを形成するステップを任意選択的に含むことができる。
【０１０６】
実施例３０は、実施例１７〜実施例２９のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題を含んで、または実施例１７〜実施例２９のうちの１つもしくは任意の組み合わせの主題と任意選択的に組み合わせて、第１の剛性集電体の周りに積み重ね可能ケーシングフレームを射出成形するステップを含む、積み重ね可能ケーシングフレームを形成するステップを任意選択的に含むことができる。
【０１０７】
これらの非限定的な実施例の各々は、それ自体に基づくことができ、または１つもしくは複数の他の実施例との様々な入れ替えもしくは組み合わせで結合することができる。
上記の詳細な説明は、詳細な説明の一部を形成する添付図面への参照を含む。図面は、例示のために、本発明を実施することができる特定の実施形態を示す。これらの実施形態は、本明細書では「実施例」と呼ばれる。そのような実施例は、図示されたまたは記載された要素に加えて、別の要素を含むことができる。しかしながら、本発明者らは、図示または記載された要素のみが提供される実施例も企図している。更に、本発明者らは、特定の実施例（もしくはその１つもしくは複数の態様）に関して、または本明細書に図示もしくは記載された他の実施例（もしくはその１つもしくは複数の態様）に関して、図示もしくは記載された要素（もしくはその１つもしくは複数の態様）の任意の組み合わせもしくは並べ替えを使用した例も企図している。
【０１０８】
本明細書と参照により組み込まれる任意の文献との間に矛盾した用法がある場合には、本明細書の用法が優先される。
本明細書では、用語「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」は、特許文献で一般的であるように、「少なくとも１つ（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」または「１つまたは複数（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」の何らかの他の実例または用法とは無関係に、１つまたは２つ以上を含む。本明細書では、用語「または（ｏｒ）」は、非排他的な用語を指すために使用されるか、または「ＡまたはＢ（Ａ  ｏｒ  Ｂ）」が「ＢではなくＡ（Ａ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  Ｂ）」、「ＡではなくＢ（Ｂ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  Ａ）」、ならびに「ＡおよびＢ（Ａ  ａｎｄ  Ｂ）」を、そうではないことが示されない限り含むように使用される。本明細書では、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「ここにおいて（ｉｎ  ｗｈｉｃｈ）」は、それぞれの用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「ここにおいて（ｗｈｅｒｅｉｎ）」の平易な英語の均等物として使用される。また、以降の特許請求の範囲において、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」はオープンエンドであり、すなわち、特許請求の範囲において、システム、デバイス、物品、構成物、配合物、または処理などの用語の後に列挙される要素に加えて別の要素を含むこれらの語は、依然としてその特許請求の範囲内に対応するものとみなされる。更に、以降の特許請求の範囲において、用語「第１（ｆｉｒｓｔ）」、「第２（ｓｅｃｏｎｄ）」および「第３（ｔｈｉｒｄ）」等は、単に標識として使用されるにすぎず、それらの対象に対して数的な要件を課すことを意図していない。
【０１０９】
本明細書に記載される方法例は、少なくとも部分的に、機械またはコンピュータで実装することができる。幾つかの例は、上記の例で説明したような方法を実行するように電子デバイスを構成するよう動作可能な命令で符号化された、コンピュータ可読媒体または機械可読媒体を含むことができる。そのような方法の実装は、マイクロコード、アセンブリ言語コード、高次言語コード、などのコードを含むことができる。そのようなコードは、様々な方法を実行するためのコンピュータ可読命令を含むことができる。コードは、コンピュータプログラム製品の一部を形成することができる。更に、一例では、コードは、実行中または他の時間において、１つもしくは複数の揮発性で非一時的な、または不揮発性で有形のコンピュータ可読媒体上に具体的に格納することができる。これらの有形のコンピュータ可読媒体の例としては、限定するものではないが、ハードディスク、リムーバブル磁気ディスク、リムーバブル光ディスク（たとえば、コンパクトディスクおよびデジタルビデオディスク）、磁気カセット、メモリーカードまたはスティック、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ：ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ：ｒｅａｄ  ｏｎｌｙ  ｍｅｍｏｒｙ）等が挙げられる。
【０１１０】
上記の説明は例示的であり、限定的ではないことが意図されている。たとえば、上述の例（またはその１つもしくは複数の態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。他の実施形態が、たとえば、上記の記載を検討することにより当業者によって使用され得る。要約は、３７Ｃ．Ｆ．Ｒ．第１．７２（ｂ）項に準拠するように提供されて、読者が技術的開示の性質を迅速に確かめられるようにしている。要約は、特許請求の範囲または意味を解釈するまたは限定するようには使用されないという理解で提出される。また、上記の発明を実施するための形態において、開示を合理化するために様々な特徴が一緒に纏められていることがある。これは、未請求の開示された特徴が任意の請求項に対して不可欠であることを意図するものとして解釈されるべきではない。むしろ、本発明の主題は、特定の開示された実施形態の全ての特徴よりも少ない特徴の中に存在することがある。したがって、以降の特許請求の範囲は、これによって、各請求項が別々の実施形態として単独で有効なものとして、実施例または実施形態として発明を実施するための形態に組み込まれ、そのような実施形態は、様々な組み合わせまたは並べ替えにおいて互いに結合することができることが企図されている。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を、そのような特許請求の範囲が権利を与えられた均等物の全範囲と共に参照して、決定されるべきである。
【図１Ａ】
0006571091.tif 000002
【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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