(57)【要約】  ２つ以上の剛体エネルギー貯蔵部を備えた軸状構造と、隣接する剛体エネルギー貯蔵部を分離する導電性可撓性コンポーネントとを含む、エネルギー貯蔵デバイスが開示されている。剛体エネルギー貯蔵部は、アノード層、カソード層、第１の集電体層、第２の集電体層、１つ以上のセパレータ層、及び１つ以上のテープ層を含む複数の折り畳み層を含む。隣接する剛体エネルギー貯蔵部は、軸状構造に沿った複数の位置で、複数の層をそれ自体に１回以上折り畳むことによって生成される。そして、軸状構造は、電解質材料と共に、アルミナイズドケーシングにシールされる。エネルギー貯蔵デバイスは、可撓性コンポーネントによって接続された剛体エネルギー貯蔵セグメントのおかげで、高いエネルギー密度、高い折り畳み性、及び優れた電気化学的性能を示す。導電性可撓性コンポーネントは、脊椎の椎骨間の軟骨髄のように機能し、デバイス全体に優れた可撓性を提供する。【選択図】  図２Ａ
2021515970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の折り畳み層を含む２つ以上の剛体エネルギー貯蔵部を含む軸状構造と、
隣接する剛体エネルギー貯蔵部を分離する導電性可撓性コンポーネントとを含む、エネルギー貯蔵デバイス。
【請求項２】
前記複数の折り畳み層は、アノード層、カソード層、第１の集電体層、第２の集電体層、及び１つ以上のセパレータ層を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記アノード層は、グラファイトを含み、
前記第１の集電体層は、前記アノード層の上に配置され、前記第１の集電体層は、銅を含み、
前記第１のセパレータ層は、前記アノード層と前記カソード層との間に配置され、
前記第２の集電体層は、前記カソード層と前記第２のセパレータ層との間に配置され、前記第２の集電体層はアルミニウムを含み、
前記カソード層は、リチウムを含む、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記１つ以上のセパレータ層は、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、又はこれらの組み合わせを含む、請求項２に記載のデバイス。
【請求項５】
前記２つ以上の剛体エネルギー貯蔵部を囲むケーシングと、前記ケーシング内の電解質材料とをさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記ケーシングは、アルミナイズドバッグを含む、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記デバイスは、軸状バックボーンを含み、前記複数の折り畳み層は、前記バックボーンの周りに少なくとも１回巻き付けられている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記エネルギー貯蔵デバイスが、概してジグザグ構成を採用するように、前記２つ以上の剛体エネルギー貯蔵部は、互いに折り畳まれた複数の層を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記導電性可撓性コンポーネントは、１つ以上の折り目を含み、前記導電性可撓性コンポーネントが、第１の長さから第２の長さに伸張することを可能にしている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記デバイスは、Ｌ／ａが０．３０〜１．０の間にあるように構成され、Ｌは、前記導電性可撓性コンポーネントの長さであり、ａは、前記導電性可撓性コンポーネントに隣接する剛体エネルギー貯蔵部のエネルギー貯蔵長さである、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記導電性可撓性コンポーネントは、テープ層を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記導電性可撓性コンポーネントは、２つのテープ層の間に配置された金属層を含む、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
複数の層を含む軸状構造を形成し、
前記複数の層を第１の位置でそれ自体を１回以上折り曲げて、剛体エネルギー貯蔵部及び隣接する導電性可撓性コンポーネントを生成し、
前記層を追加の位置でそれ自体に１回以上折り畳んで、隣接する可撓性コンポーネントを有する追加の剛体エネルギー貯蔵部を生成し、
アルミナイズドケーシング内で前記軸状構造をシールすることを含む、エネルギー貯蔵デバイスを製造する方法。
【請求項１４】
前記複数の層を含む前記軸状構造を形成することは、前記複数の層を切断して、軸状バックボーンから延びる複数の分岐を生成することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記隣接する可撓性コンポーネントをテープ層により積層することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記層を追加の位置でそれ自体に１回以上折り畳むことで、ジグザグ状の構成で隣接する可撓性コンポーネントを有する追加の剛体エネルギー貯蔵部が生成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記アノード層は、グラファイトを含み、
前記第１の集電体層は、アノード層の上に配置され、第１の集電体層は、銅を含み、
第１のセパレータ層は、前記アノード層と前記カソード層との間に配置され、
第２の集電体層は、前記カソード層と前記第２のセパレータ層との間に配置され、前記第２の集電体層は、アルミニウムを含み、
前記カソード層は、リチウムを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記デバイスは、Ｌ／ａが０．３０〜１．０の間にあるように構成され、Ｌは、前記導電性可撓性コンポーネントの長さであり、ａは、前記導電性可撓性コンポーネントに隣接する剛体エネルギー貯蔵部のエネルギー貯蔵長さである、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１９】
第１の電極層及び第２の電極層を含む軸状構造を提供し、
前記軸状構造を切断して、軸状のバックボーンから延びる複数の分岐を生成し、
前記複数の分岐を前記軸状バックボーンの周りに巻き付けて、２つ以上の剛体エネルギー貯蔵部と、隣接する剛体エネルギー貯蔵部を分離する導電性可撓性コンポーネントとを提供し、
前記導電性伸縮性コンポーネントに前記軸状バックボーンをテープ層により積層し、
電解質材料を含むアルミナイズドケーシング内で前記軸状構造をシールすること
を含む、エネルギー貯蔵デバイスを製造する方法。
【請求項２０】
前記第１の電極層は、グラファイトを含むアノード層であり、前記第２の電極層は、リチウムを含むカソード層であり、
前記軸状構造は、
前記アノード層の上に配置された第１の集電体層であって、銅を含む第１の集電体層と、
前記アノード層と前記カソード層との間に配置された第１のセパレータ層と、
前記カソード層と第２のセパレータ層との間に配置された第２の集電体層であって、アルミニウムを含む第２の集電体層と
を含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願を相互参照
本出願は、２０１８年３月９日に出願の米国仮出願第６２/６４０，７７０号、２０１８年１１月２１日出願の米国仮出願第６２／７７０，３９５号、２０１８年１１月２８日出願の米国仮出願第６２／７７２，４２２号、２０１８年１１月２８日出願の米国仮出願第６２／７７２，４３２、及び２０１８年１１月３０日出願の米国仮出願第６２／７７３，６７３号の優先権を主張するものであり、全体が本明細書に開示されているように参照することにより組み込まれる。
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
本発明は、アメリカ国立科学財団によって与えられた１４２０６３４に基づく政府の支援によってなされた。米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートウォッチなどのウェアラブルエレクトロニクスの急速な発展により、高性能でシームレスに互換性のある可撓性電池に対する需要が増大している。それらは、健康管理、軍隊、ディスプレイなどのような、生活のほとんど全ての局面において使用され得る。可撓性電池の現在の設計は、市販の電池で見られる高いエネルギー密度とコスト効率の良い製造を維持しながら、厳しいが一般的な変形−折り畳みができるようなものになっていない。
【０００３】
さらに、高性能伸縮性電池は伸縮性デバイスの主要部品である。しかし、高い伸縮性と高いエネルギー密度を同時に持つことは難しい。伸縮性デバイスは任意の形状を有する人体や他の表面に適合して適用することができるので、伸縮性は、健康管理、センシング、ディスプレイや、及びウェラブルデバイスにとって非常に魅力的である。伸縮可能な電池は、他の伸縮可能なコンポーネントとシームレスに一体化することができ、安定した電力を供給できるので、非常に望ましい。
【０００４】
リチウムイオン電池（ＬＩＢ）は、その高いエネルギー密度のために電子デバイスの電力供給に用いるには魅力的であるが、高いエネルギー密度を同時に維持できる十分な可撓性を持つＬＩＢを実現することは依然として大きな課題である。近年、伸縮性ＬＩＢの開発に多大な努力が払われてきた。ＰＤＭＳ及び他の伸縮性高分子ベースのデバイスが実証されているが、低エネルギー密度が問題となっている。座屈カーボン構造、例えばカーボンナノファイバー、カーボンナノチューブも伸縮性を示しているが、対応するエネルギー密度は依然として満足のいくものではない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示のいくつかの実施形態は、変形中であっても、商用電池と同等の定常電力を依然として提供する変形可能なエネルギー貯蔵デバイスに関する。ある実施形態において、エネルギー貯蔵デバイスは、２つ以上の剛体エネルギー貯蔵部を含む軸構造を含む。ある実施形態において、剛体エネルギー貯蔵部は、複数の折り畳まれた層を含む。ある実施形態において、複数の折り畳み層は、アノード層、カソード層、第１の集電体層、第２の集電体層、及び１つ以上のセパレータ層を含む。ある実施形態において、エネルギー貯蔵デバイスは、２つ以上の剛体エネルギー貯蔵部を収容するケーシングと、ケーシング内の電解質材料とを含む。ある実施形態において、ケーシングは、アルミナイズドバッグを含む。
【０００６】
ある実施形態において、１つ以上のセパレータ層は、ポリエチレン、ポリプロピレン、又はこれらの組み合わせを含む。ある実施形態において、アノード層は、グラファイトを含む。ある実施形態において、第１の集電体層は、アノード層上に配置される。ある実施形態において、第１の集電体層は銅を含む。ある実施形態において、第１のセパレータ層は、アノード層とカソード層との間に配置される。ある実施形態において、第２の集電体層は、カソード層と第２のセパレータ層との間に配置される。ある実施態様において、第２の集電体層は、アルミニウムを含む。ある実施形態において、カソード層はリチウムを含む。
【０００７】
ある実施形態において、エネルギー貯蔵デバイスは、隣接する剛体エネルギー貯蔵部を分離する導電性可撓性コンポーネントを含む。ある実施形態において、導電性可撓性コンポーネントはテープ層を含む。ある実施形態において、導電性可撓性コンポーネントは、２つのテープ層の間に配置された金属層を含む。
【０００８】
ある実施形態において、エネルギー貯蔵デバイスは、軸状バックボーンを含み、複数の折り畳み層がバックボーンの周りに少なくとも１回巻き付けられている。ある実施形態において、エネルギー貯蔵デバイスが概してジグザグ構成を採用するように、２つ以上の剛体エネルギー貯蔵部は、互いに折り畳まれた複数の層を含む。ある実施形態において、導電性可撓性コンポーネントは、１つ以上の折り目を有しており、導電性可撓性コンポーネントが第１の長さから第２の長さに伸びることを可能にしている。ある実施形態において、エネルギー貯蔵デバイスは、Ｌ／ａが０．３０〜１．０となるように構成され、ここで、Ｌは導電性可撓性コンポーネントの長さであり、ａは導電性可撓性コンポーネントに隣接する剛体エネルギー貯蔵部のエネルギー貯蔵長さである。
【０００９】
本開示のある実施形態は、エネルギー貯蔵デバイスを製造する方法に関する。ある実施形態において、本方法は、複数の層を含む軸状構造を形成することを含む。ある実施形態において、本方法は、複数の層を第１の位置でそれ自体に１回以上折り畳み、剛体エネルギー貯蔵部及び隣接する導電性可撓性コンポーネントを製造する。ある実施形態において、本方法は、追加の位置で層を１回以上折り畳み、隣接する可撓性コンポーネントを有する追加の剛性エネルギー貯蔵部を製造する。ある実施態様において、本方法は、アルミナイズドケーシング内で軸構造をシールすることを含む。
【００１０】
本開示のある実施形態は、エネルギー貯蔵デバイスを製造する方法に関する。ある実施形態において、本方法は、第１の電極層及び第２の電極層を含む軸状構造を提供することを含む。ある実施形態において、本方法は、軸状バックボーンから延びる複数の分岐を生成するために、軸構造を切断することを含む。ある実施形態において、本方法は、２つ以上の剛体エネルギー貯蔵部と、隣接する剛体エネルギー貯蔵部を分離する導電性可撓性コンポーネントとを提供するために、複数の分岐を軸状バックボーンの周囲に巻き付けることを含む。ある実施形態において、本方法は、軸状バックボーンを導電性伸縮性コンポーネントにおいてテープ層により積層することを含む。ある実施形態において、本方法は、電解質材料を含むアルミナイズドケーシング内に軸状構造をシールすることを含む。
【００１１】
図面は、本発明を説明する目的で、開示された主題の実施形態を示す。しかし、本出願は、図面に示された正確な配置及び手段に限定されないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本開示のある実施形態に係る高エネルギー密度の変形可能な電池の模式図である。
【図１Ｂ】本開示のある実施形態に係る高エネルギー密度の変形可能な電池の模式図である。
【図１Ｃ】本開示のある実施形態に係る高エネルギー密度の変形可能な電池の模式図である。
【図２Ａ】本開示のある実施形態に係る高エネルギー密度の変形可能な電池の模式図である。
【図２Ｂ】本開示のある実施形態に係る高エネルギー密度の変形可能な電池の模式図である。
【図２Ｃ】本開示のある実施形態に係る高エネルギー密度の変形可能な電池の模式図である。
【図２Ｄ】本開示のある実施形態に係る高エネルギー密度の変形可能な電池の模式図である。
【図３】本開示のある実施形態に係る高エネルギー密度の変形可能な電池の模式図である。
【図４】本開示のある実施形態に係る高エネルギー密度の変形可能な電池を製造する方法のチャートである。
【図５】本開示のある実施形態に係る高エネルギー密度の変形可能な電池を製造する方法のチャートである。
【図６】本開示のある実施形態に係る変形下での高エネルギー密度の変形可能な電池の画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１Ａを参照すると、開示される主題のいくつかの態様は、軸状構造１０２を含むエネルギー貯蔵デバイス１００を含む。ある実施形態において、エネルギー貯蔵デバイス１００は、軸状構造１０２に沿って配置された２つ以上の剛体エネルギー貯蔵部１０４を含む。ある実施形態において、エネルギー貯蔵デバイス１００は、複数のエネルギー貯蔵部１０４を含む。ある実施形態において、導電性可撓性コンポーネント１０６は、隣接する剛体エネルギー貯蔵部１０４を分離する。図１Ｂを参照すると、ある実施形態において、エネルギー貯蔵デバイス１００は、Ｌ／ａが０．３０から１．０の間であるように構成され、ここで、Ｌは導電性可撓性コンポーネント１０６の長さであり、ａは導電性可撓性コンポーネントに隣接する剛体エネルギー貯蔵部１０４のエネルギー貯蔵長さである。
【００１４】
図１Ｃを参照すると、ある実施形態において、軸状構造１０２は、複数の層１０８を含む。ある実施形態において、複数の層は、アノード層１１０、カソード層１１２、第１の集電体層１１４、第２の集電体層１１６、１つ以上のセパレータ層１１８、１つ以上のテープ層１２０、又はこれらの組み合わせを含む。ある実施形態において、アノード層１１０は、グラファイトを含む。ある実施形態において、第１の集電体層１１４は、アノード層１１０の上に配置される。ある実施形態において、第１の集電体層１１４は、銅を含む。ある実施形態において、第１のセパレータ層１１８Ａは、アノード層１１０とカソード層１１２との間に配置される。ある実施形態において、カソード層１１２は、リチウムを含む。ある実施形態において、カソード層１１２は、リチウム金属、リチウム化合物、又は化学的に類似の材料、又はこれらの組み合わせから構成される。ある実施形態において、カソード層１１２は、ＬｉＣｏＯ２、Ｌｉ（ＮｉｘＣｏｙＭｎｚ）Ｏ２、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、又はこれらの組み合わせから構成される。ある実施形態において、１つ又は複数のセパレータ層１１８は、ポリエチレン、ポリプロピレン、又はこれらの組合せを含む。ある実施態様において、第２の集電体層１１６は、カソード層１１２上に配置される。ある実施形態において、第２の集電体層１１６は、カソード層１１２と第２のセパレータ層１１８Ｂとの間に配置される。ある実施態様において、第２の集電体層１１６は、アルミニウムを含む。ある実施形態において、導電性可撓性コンポーネント１０６は、複数のテープ層１２０の間に配置された金属層を含む。ある実施形態において、導電性可撓性コンポーネント１０６は、２つのテープ層１２０の間に配置された金属層を含む。
【００１５】
図２Ａ〜２Ｄを参照すると、ある実施形態において、層１０８の少なくともいくつかを、積層体に折り畳み、剛体エネルギー貯蔵部１０４を画定する。これらの実施形態において、剛体エネルギー貯蔵部１０４は、複数の折り畳み層１０８'を含む。ある実施形態において、複数の折り畳み層１０８'は、層１０８を折り畳んだものである。ある実施形態において、複数の折り畳み層１０８'は、それ自体に折り畳み層１０８である。ある実施形態において、エネルギー貯蔵デバイス１００は、軸状バックボーン１２２を含む。ある実施形態において、軸状バックボーン１２２は、層１０８、層１０８'、又はこれらの組み合わせを含む。ある実施形態において、複数の折り畳み層１０８'は、軸状バックボーン１２２の周りに巻き付けられる。詳細については、以下に述べる。
【００１６】
次に、具体的に図２Ｂを参照すると、ある実施形態において、エネルギー貯蔵デバイス２００Ｂは、軸状構造２０２Ｂを含む。エネルギー貯蔵デバイス２００Ｂは、複数の剛性エネルギー貯蔵部２０４Ｂを含む。剛体エネルギー貯蔵部２０４Ｂは、例えば、軸状バックボーン２２２Ｂの周りに層２０８Ｂを少なくとも１回巻き付けることによって、折り畳まれた複数の折り畳み層２０８Ｂ'から構成される。剛体エネルギー貯蔵部２０４Ｂは、任意の適切な形状、例えば、卵形、円形、多面体、ジグザグなど、又はこれらの組み合わせとすることができる。ある実施形態において、複数の層２０８Ｂは、軸状バックボーン２２２Ｂから延びる１つ又は複数の歯部分２２４Ｂを有する櫛形構造で提供される。ある実施形態において、複数の層２０８Ｂは、隣接する層の軸状バックボーン２２２Ｂを整列させるように最初に積み重ねられる。次に、歯部２２４Ｂは、軸状バックボーン２２２Ｂに巻き付けられて、剛体エネルギー貯蔵部２０４Ｂを画定する。ある実施形態において、導電性可撓性コンポーネント２０６Ｂは、隣接する剛体エネルギー貯蔵部２０４Ｂの間に配置される。ある実施形態において、導電性可撓性コンポーネント２０６Ｂは、複数のテープ層の間に配置された金属層を含む。
【００１７】
次に、具体的に図２Ｃを参照すると、ある実施形態において、エネルギー貯蔵デバイス２００Ｃは、軸状構造２０２Ｃを含む。エネルギー貯蔵デバイス２００Ｃは、複数の剛性エネルギー貯蔵部２０４Ｃを含む。剛体エネルギー貯蔵部２０４Ｃは、互いに折り畳まれた複数の折り畳み層２０８Ｃ'から構成される。ある実施形態において、エネルギー貯蔵デバイス２００Ｃが概してジグザグ構成を採用するように、複数の層２０８Ｃは互いに折り畳まれる。ある実施形態において、導電性可撓性コンポーネント２０６Ｃは、隣接する剛体エネルギー貯蔵部２０４Ｃの間に配置される。ある実施形態において、導電性可撓性コンポーネント２０６Ｃは、１つ以上のテープ層２２０Ｃの間に配置された金属層を含む。
【００１８】
次に、図２Ｄを参照すると、ある実施形態において、エネルギー貯蔵デバイス２００Ｄは、軸状構造２０２Ｄを含む。エネルギー貯蔵デバイス２００Ｄは、少なくとも２つの剛体エネルギー貯蔵部２０４Ｄを含む。上述したように、剛体エネルギー貯蔵部２０２Ｄは、例えば、本開示の他の箇所で説明した種々の実施形態に従って組み立てられた複数の折り畳み層２０８Ｄ'から構成される。剛体エネルギー貯蔵部２０４Ｄは、任意の適切な形状、例えば、卵形、円形、多面体、ジグザグなど、又はこれらの組み合わせとすることができる。ある実施形態において、導電性可撓性コンポーネント２０６Ｄは、隣接する剛体エネルギー貯蔵部２０４Ｄの間に配置される。ある実施形態において、導電性可撓性コンポーネント２０６Ｄは、複数のテープ層２２０Ｄの間に配置された金属層を含む。ある実施形態において、導電性可撓性コンポーネント２０６Ｄは、１つ又は複数の折り目２２６Ｄを含み、導電性可撓性コンポーネントが第１の長さから第２の長さに伸張することを可能にする。
【００１９】
理論によって束縛されることは望まないが、エネルギー貯蔵デバイス１００の伸縮性は、エネルギー貯蔵部１０４（エネルギー貯蔵長さ、ａ）に対する導電性可撓性コンポーネント１０６（伸張長さ、Ｌ）の相対的寸法に依存する。押圧状態では、Ｌ＝２Ｎｒ＋２ｒ（式中、Ｎは周期の数であり、ｒは曲げ半径であり、Ｎの最小値は１である）となる。
【００２０】
伸張状態では、導電性可撓性コンポーネント２０６Ｄの長さＬはｌで置き換えられ、ｌ＝πｒ（Ｎ＋１）＋Ｎ（ｈ−４ｒ）＋２ｒ（Ｎ−１）となる。
伸縮性は、次のように定義することができる。
【数１】
2021515970.tif 000003
相対エネルギー密度は、以下のように定義することができる。
【数２】
2021515970.tif 000004
最大歪は、
【数３】
2021515970.tif 000005
であり、式中、ｔは、テープ層１２０を有する導電性可撓性コンポーネント１０６の厚さである。いくつかの例示的な実施形態では、ｔ＝０．２７０ｍｍである。ｒが０．７５ｍｍのときは、ε＝１８．０％、ｒが１ｍｍのときは、ε＝１３．５％である。
【００２１】
例を挙げると、ｒが０．７５ｍｍか１ｍｍのとき、ａは１０ｍｍであり、ｈは５ｍｍであると仮定する。次に、Ｎを整数として変化させる。図２Ｄに示す設計では、曲げ半径ｒが０．７５ｍｍのとき、かつＬ／ａの比率が０．３０のとき、伸縮性は約２９％に達し、対応するエネルギー密度は、従来のパッケージングによる電池の約７７％である。
【００２２】
次に、図３を参照すると、エネルギー貯蔵デバイス１００は、２つ以上の剛体エネルギー貯蔵部１０４を囲むケーシング１２８を含む。ある実施形態において、ケーシング１２４は、エチレンカーボネート／ジエチルカーボネート（１：１ ｖｏｌ／ｖｏｌ）中に、電解質材料、例えば、ＬｉＰＦ6を含む。ある実施形態において、ケーシング１２４はバッグを含む。ある実施形態において、バッグはアルミニウム層を含む。
【００２３】
ここで図４を参照すると、本開示のいくつかの態様は、エネルギー貯蔵デバイスを製造する方法４００を含む。４０２において、複数の層を含む軸状構造が形成される。４０４において、複数の層は、第１の位置において、それ自体に１回以上折り畳まれ、第１の位置において、剛体エネルギー貯蔵部が生成される。４０６において、複数の層を、追加の位置で、それ自体に１回以上折り畳み、追加の位置で、追加の剛体エネルギー貯蔵部を生成する。ある実施形態において、追加の位置で層を１回以上折り畳むことにより、ジグザグ構成の隣接する可撓性コンポーネントを有する追加の剛性エネルギー貯蔵部が生成される。上述したように、ある実施形態において、導電性可撓性コンポーネントは、剛体エネルギー貯蔵部に隣接し、隣接する剛体エネルギー貯蔵部を接続する。ある実施形態において、４０８において、隣接する可撓性コンポーネントは、テープ層により積層される。ある実施形態において、導電性可撓性コンポーネントは、複数、例えば、少なくとも２つのテープ層の間に配置された金属層を含む。４１０において、軸状構造は、例えばアルミナイズドバッグのようなケーシング内にシールされる。
【００２４】
ここで図５を参照すると、ある実施形態において、方法５００は、５０２において、第１の電極層及び第２の電極層を含む軸状構造を提供することを含む。上述したように、ある実施態様において、第１の電極層は黒鉛を含むアノード層であり、第２の電極層は、リチウムを含むカソード層である。５０４において、軸状構造を切断して、軸状バックボーンから延びる複数の分岐を生成した。５０６において、複数の分岐は、軸状バックボーンの周囲に巻き付けられ、２つ以上の剛体エネルギー貯蔵部及び隣接する剛体エネルギー貯蔵部を分離する導電性可撓性コンポーネントを提供した。５０８において、軸状バックボーンは、テープ層により導電性伸縮性コンポーネントに積層される。５１０において、軸状構造は、電解質材料を含むアルミナイズドケーシング内にシールされた。
【００２５】
本開示の方法及びシステムは、それらが、高いエネルギー密度（２７５Ｗｈ／Ｌ、すなわち、その従来の対応物の９６．４％）、高い折り畳み性、及び導電性可撓性コンポーネントによって接続される折り畳まれた剛体エネルギー貯蔵セグメントのおかげで優れた電気化学的性能を示す点で有利である。導電性可撓性コンポーネントは、脊椎の椎骨間の軟骨髄のように機能し、デバイス全体に優れた可撓性を提供する。種々の機械的変形を加えても、１５１ｍＡ／ｈ−１の初期放電容量及び９４．３％保持をしつつ、多数のサイクルにわたって安定したサイクルを達成することができる。
【００２６】
制御可能な幾何学的形状を有する折り畳み式電池は、異なるデバイスに適合するように容易に作製される。さらに、これらの電池の製造に使用される材料はすべて、コスト高にならないことが実証されている。最後に、このデバイスはまた、連続的な動的機械的負荷試験にも耐えるので、従来の電池設計と比較して、はるかに機械的に堅牢であることが証明されている。図６を参照すると、本開示のいくつかの実施形態による折り畳み可能電池は、１７個のＬＥＤに電力を供給することが示されており、点灯中に連続的な機械的変形を伴っても、ＬＥＤの明るさは安定して保たれる。また、電池は大電流密度（０．５C〜３Cの範囲）でも非常に良好な性能を発揮する。
【００２７】
本開示のシステムはまた、伸縮可能なコンポーネントとエネルギー貯蔵コンポーネントとを切り離す点でも有利である。このように、高いエネルギー密度及び高い伸縮性を同時に達成することができる。ある実施形態において、テープは、導電性可撓性コンポーネントにのみ適用されるため、エネルギー貯蔵部内に過多な体積をもたらさず、体積エネルギー密度にほとんど影響を及ぼさない。
【００２８】
開示された主題は実施形態に関して説明され、例示されたが、開示された実施形態の特徴は、本発明の範囲内の追加の実施形態を生成するために、組み合わせ、再配置することができ、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者であれば、様々な他の変更、省略、及び追加を行うことができるものと考えられる。
【図１Ａ】
2021515970.tif 000006
【図１Ｂ】
2021515970.tif 000007
【図１Ｃ】
2021515970.tif 000008
【図２Ａ】
2021515970.tif 000009
【図２Ｂ】
2021515970.tif 000010
【図２Ｃ】
2021515970.tif 000011
【図２Ｄ】
2021515970.tif 000012
【図３】
2021515970.tif 000013
【図４】
2021515970.tif 000014
【図５】
2021515970.tif 000015
【図６】
2021515970.tif 000016
【国際調査報告】
2021515970.tif 000017
2021515970.tif 000018
2021515970.tif 000019