(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向の軸（Ｘ）に沿った細長い形状のリチウムイオン電気化学発電装置のデバイス（１、１’）であって、
リチウムイオン挿入材料で作られる電極で２つの主要面の少なくとも１つが被覆される集電体を形成し、少なくとも部分的に導電性である中心部分（１０）、及び、前記中心部分に接続され、前記長手方向の軸に対して横方向に延長する少なくとも２つの側方周辺部分（２２ｌ、２３、２３Ｐ）、を有するバンドを備え、
前記側方周辺部分が、少なくとも１つのポリマーを含む絶縁材料で作られ、
前記２つの側方部分の少なくとも１つの絶縁材料が、弾性的又は塑性的に変形され得るものであり、
前記２つの側方部分の前記１つの寸法が、さらに、前記２つの側方周辺部分の他方に近接して前記長手方向の軸（Ｘ）の横方向である巻き軸（Ｙ）の周囲に前記バンドを巻き付ける最中に破裂なくその変形を可能にするように規定される、デバイス（１、１’）。
【請求項２】
前記変形されることができる絶縁材料の主ポリマーが、ポリオレフィン、ニトリルゴム（ＮＢＲ）及びスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）から選択される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記ポリオレフィンが、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＰＥＫ）から選択される、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記導電性の部分が、少なくとも１つの金属シートからなり、前記絶縁材料で作られる側方周辺部分が、前記金属シートに対して密閉される、請求項１から３の何れか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記金属シートが、変形されることができる絶縁材料で作られる単一のフレーム（２３）に密閉され、前記フレームが、完全に前記金属シートを取り囲む、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記金属シートがそれぞれ、前面から見て、その変形のために採寸された前記側方部分を除いて前記金属シートを取り囲む、Ｕ形状を有する絶縁材料で作られるフレームに、及び、変形されることができる材料で作られる前記側方部分に密閉される、請求項４に記載のデバイス。
【請求項７】
前記バンドが、変形されることができる絶縁材料で作られ、前記導電性の部分が、前記バンド内に組み込まれる導電性粒子からなる、請求項１から３の何れか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記バンドが、その変形のために採寸された前記側方部分を除いて、その周囲において非導電性粒子によって機械的に強化される、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記導電性の部分の各主要面が、リチウムイオン挿入材料で作られる電極（１１、１２）で被覆される、請求項１から８の何れか一項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記導電性の部分の２つの主要面の一方のみが、リチウムイオン挿入材料で作られる電極で被覆される、請求項１から８の何れか一項に記載のデバイス。
【請求項１１】
互いに巻かれる少なくとも２つの電気化学セル（Ｃ１、Ｃ２）及び請求項９に記載の少なくとも１つのデバイス（１）を備えるバイポーラ電池であって、
前記絶縁材料で作られる２つの側方周辺部分（２２ｌ、２３、２３Ｐ）が、前記２つのセルの電解質に対して漏れのない壁の周辺領域を形成し、前記周辺領域が、前記電解質を取り囲む、バイポーラ電池。
【請求項１２】
（ａ）請求項９に記載の２つのデバイス（１）を製造する段階であって、
−前記デバイスの一方の前記導電性の部分の２つの面のうち少なくとも１つが、リチウムイオン挿入材料で作られるアノード（１２）で被覆され、
−前記デバイスの他方の前記導電性の部分の２つの面のうち少なくとも１つが、リチウムイオン挿入材料で作られるカソード（１１）で被覆される、段階、
（ｂ）第１のセパレータを挿入して前記２つのデバイスを積層する段階であって、請求項９に記載の２つのデバイスのうち１つのアノードが請求項９に記載の他方のデバイスのカソードに面し、前記アノード及びカソードが、前記第１のセパレータによって分離されるように、前記挿入を有する積層が行われる段階、
（ｃ）互いに積層された前記２つのデバイスのバンドの側方周辺部分（２３、２３Ｐ）の間のみを密閉し、それによって前記積層体（２５）の２つの密閉された部分を画定する段階、
（ｄ）巻き取りコア（２６）に前記積層体の密閉された部分の１つを締め付ける段階であって、その軸（Ｙ）が、前記バンドの長手方向の軸（Ｘ）に対する横方向である巻き軸を形成するような段階、
（ｅ）前記巻き軸（Ｙ）に対して前記長手方向の軸（Ｘ）の方向に前記積層体（２５）を巻く段階であって、前記コアに締め付けられない前記積層体のその密閉された部分（２３Ｐ）が保持される段階、
含む、互いに巻かれた少なくとも２つの電気化学セル（Ｃ１、Ｃ２）を備えるバイポーラ電池の製造方法。
【請求項１３】
前記積層体の端部にあり、互いに巻かれる前記２つの電極が、同一の極性であるとき、
前記積層体を絶縁材料で作られるフィルムで被覆する段階（ｃ１）が、前記段階（ｄ）の前に行われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記積層体の端部にあり、互いに巻かれる前記２つの電極が、反対の極性であるとき、
前記段階（ｄ）の前に、
（ｃ２）第２のセパレータが、前記積層体の端部のリチウムイオン挿入材料で作られるカソード又はアノードに配置される段階、及び
（ｃ３）前記第２のセパレータが、前記積層体に機械的に保持される段階、
が行われる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
段階（ｅ）が行われた後に、
（ｆ）前記コイルをシリンダー（２９）の形状に機械的に維持するために絶縁材料で作られるパッケージフィルム（２８）を用いて前記コイルをパッケージングする段階、
（ｇ）前記バンドの長手方向の周辺部分の１つに対応する前記シリンダー（３０）の下部部分（３０）を密閉する段階、
（ｈ）前記密閉された下部部分を有する前記シリンダー（３０）を補足的な円筒形状の硬質容器（３１）に挿入する段階であって、前記硬質容器が、前記電池のパッケージングを形成する段階、
（ｉ）前記セパレータを、前記容器に導入される液体電解質に含浸する段階、及び、
（ｊ）前記バンドの長手方向部分の他方に対応するシリンダーの上部部分を密閉する段階、が行われる、請求項１２から１４の何れか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記２つの末端の集電体の各々が、両方ともフォイルの形態を取り、段階（ａ）において請求項９に記載のデバイスの集電体の一方の導電性の部分に溶接される、請求項１２から１５の何れか一項に記載の方法。
【請求項１７】
互いに個別に積層されたｎ個の電気化学セルを備えるバイポーラ電池であって、段階（ａ）から段階（ｅ）が、請求項９に記載のｎ−２個のデバイスを用いて行われ、ｎが整数である、請求項１２から１６の何れか一項に記載の製造方法。
【請求項１８】
１つの導電性の部分の面における、リチウムイオン挿入材料で作られる各電極（１１、１２）の堆積が、印刷技術を用いて行われる、請求項１２から１７の何れか一項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの電極におけるリチウムイオンの挿入又は脱挿入、すなわちインターカレーション／デインターカレーションの原理に従って機能する、リチウムイオン電気化学的発電装置の分野に関する。
【０００２】
本発明は特に、バイポーラ電池とも称される少なくとも１つのバイポーラ集電体を備えるリチウムイオン電気化学蓄電池に関する。このようなバイポーラ電池において、バイポーラ集電体は、その対向する面の各々に、２つの逆符号の電極材料、すなわち、その面の一方によって支持されるカソード（正極）及びその対向する面の他方によって支持されるアノード（負極）の１つを支持する。
【０００３】
本発明は、リチウムイオンバイポーラ電池の巻き取りによる製造を取扱い、その部分は、端部において、液体状の電解質に関して満足のいく密閉性を有する。
【背景技術】
【０００４】
単一の電気化学セルが、アノード、カソード及び電解質を含むので、通常のリチウムイオン電池の構造は、モノポーラであると見なされる構造である。複数のモノポーラタイプの構造の形態が知られている：
−米国特許出願公開第２００６／０１２１３４８号明細書に開示されるような円筒形状；
−米国特許第７３４８０９８号明細書及び米国特許第７３３８７３３号明細書に開示されるようなプリズム形状；及び
−米国特許出願公開第２００８／０６０１８９号明細書、米国特許出願公開第２００８／００５７３９２号明細書及び米国特許第７３３５４４８号明細書に開示されるような積層形状。
【０００５】
モノポーラ構造は、巻き取りによって製造される。巻き取りは、正極材料（カソード）が連続的に堆積された集電体からなり、セラミック又はポリマー材料で作られるセパレータは、他の集電体に堆積される負極材料（アノード）自体との間に挿入される。このモノポーラ構造の主たる利点は、それが大きな活物質面積を有することであるが、電位差は、使用される２つの電極材料の間の電位差の単一値に制限され、それはまた、この積層形状の場合に当て嵌まる。
【０００６】
相当するエネルギー密度を保持しながら、モノポーラリチウムイオン蓄電池の平均電位を増加させるために、直列に複数の電気化学セルを有する電池を製造することが知られている。そのため、この電池の構造は、バイポーラであると見なされる。その理由は、それ自体がバイポーラ電極と見なされる、プレート形態を取る所定の集電体に支持されるセルのカソード及び隣接するセルのアノードを備えるからである。そのため、バイポーラ電池の構造は、バイポーラ集電体又は電極を用いて直列に配置された複数のモノポーラの蓄電池に対応するが、外部接続によって直列に接続されたモノポーラ蓄電池と比較して低い電気抵抗を有する利点を有する。米国特許第７２７９２４８号明細書、米国特許第７２２０５１６号明細書、米国特許第７３２０８４６号明細書、米国特許第７１６３７６５号明細書、国際公開第０３／０４７０２１号、国際公開第２００６／０６１６９６号及び米国特許第７０９７９３７号明細書等の、このようなバイポーラ電池に関連する多くの特許又は特許出願が本明細書で言及され得る。
【０００７】
バイポーラ電池の次の利点は、それが、より小さい質量を有し、不必要な容積を含まないことである。
【０００８】
バイポーラ電池を設計する際の主たる困難性は、電解質、すなわち液体に対して互いに完全に密閉された部分を製造することである。具体的には、乏しいシール密閉性は、バイポーラ電池が誤作動することを引き起こすイオン短絡をもたらす。
【０００９】
さらに、これは、バイポーラリチウムイオン電池の分野に関連する特許文献の大部分が、ある部分が他の部分への電解質の漏れ（イオン短絡）を防止するために、シールとも称されるシーリング手段に関連するという事実によって裏付けられる。シーリングシステムが使用されるか否かにかかわらず、それは、
−例えばエチレンカーボネート（ＥＣ）及び炭酸ジメチル（ＤＭＣ）の溶媒混合物中のＬｉＰＦ６リチウム塩の溶液からなる液体電解質に対して化学的に抵抗性でなければならず、
−バイポーラ電池の種々の構成要素を積層する操作中に、実施することが用意でなければならず、シールの適用は、産業上の生産ラインに適合しなければならず、電極、セパレータ又は電解質の劣化がない又はほとんど発生させない比較的低温において実現されなければならず、
−長期間にわたる全体的な密閉性を保証しなければならい。
【００１０】
上記で引用された特許又は特許出願のうち、バイポーラ集電体の周囲に接着されるフレキシブルフィルム５、６を採用する方法を開示している米国特許第７２２０５１６号明細書も言及され得る。
【００１１】
樹脂１０内の集電体４及び電解質６を封入することを含む方法を開示する米国特許第７３２０８４６号も言及され得る。
【００１２】
セルからの所定距離において集電体の周囲にポリアミドが直接溶接される、バイポーラ集電体の間に配置されるポリイミド／ポリプロピレンＰＰで作られる混合スペーサ９を用いたシール方法を開示する米国特許第７１６３７６５号明細書も言及され得る。
【００１３】
フルオロポリマーで作られる内部障壁１４、２２がバイポーラ集電体１１の周囲に配置され、エラストマーで作られる外部フレーム１８、２３が、バイポーラ集電体の周囲であって障壁１４、２２の外側に配置され、追加のエラストマーリング１５が、任意に集電体１１に配置されるので、米国特許第７０９７９３７号明細書は、その一部において、二重シール方法を提案している。
【００１４】
２つのシールがセルの積層軸に沿って互いに整列して配置されないようにするために、一方が他方に対してプレートの寸法が増加し、相互接続プレート間に介在されるシールが、横方向にオフセットされたことによる方法を提案する、本出願人の名称で欧州特許出願公開第２０７３３００号明細書も言及され得る。
【００１５】
各バイポーラ集電体１の面及び周囲における樹脂のビーズ３１を用いてシールが得られ、導電性材料で作られた粒子で満たされたポリマーからなる各バイポーラ集電体１を用いてバイポーラ電池を製造することを開示する特開２０１０−１５３２２４号公報も言及され得る。特開２０１１−２０４３８６号公報にはまた、充填されたポリマーで作られたバイポーラ集電体１を有するこのタイプのバイポーラ電池であって、前記集電体１が、中間接着層を用いて結合される水素によって樹脂で作られる周囲のビーズ２でシールされるバイポーラ電池が開示されている。これらの用途の教示に従うバイポーラ電池は、実際には、電池を用いて高出力を提供する用途向けに想定され得ない。特に、想定されるバイポーラ集電体１は、低い導電性及び高い電気抵抗を有する。
【００１６】
特開２０１０−０７３５００号公報にはまた、ポリマーバインダー２ｂの金属粒子２ａからなるバイポーラ集電体を有するバイポーラ電池を製造することが開示されている。特開２０１０−２１８７６４号公報、特開２０１１−０５４３２５号公報及び国際公開第２０１１−０９２９３８号等の種々の他の特許出願には、さらに、できるだけ良好にリチウムイオンの拡散を制限するために導電性粒子でポリマーを満たすことの可能性が開示されている。
【００１７】
最後に、国際公開第２０１１／１５７７５１号には、集電体機能を有する金属シート又はグリッドにポリマーベースのシーリング手段を集積する方法が開示されている。
【００１８】
そのため、リチウムイオンバイポーラ電池の電解質に関する部分間の密閉性を改善するために従来技術において想定される方法は、以下の通り纏められ得る：
−プレート形態で、又は導電性材料で作られる粒子で満たされたポリマーから、バイポーラ電極とも称されるバイポーラ集電体を体系的に製造する；
−プレート又は導電性材料で作られる粒子で満たされるポリマーの周囲において種々の樹脂又は接着剤を使用する；
−電解質に対して追加の障壁を生成するためにバイポーラ集電体プレートの形式を増加させる；
−集電体機能を有する金属シート又はグリッドにポリマーベースのシーリング手段を集積する。
【００１９】
バイポーラ電池に既に想定されるこれらのシーリング手段の全ては、それらが、積層されたバイポーラ要素形状に対してのみ考えられるという点で共通する。
【００２０】
ここで、信頼性あるシーリング方法を提供する一方で巻き取りによってリチウムイオンバイポーラ電池構造を作り出すことは、電極の面積を増加させ、従ってバイポーラ電池の容量を増加させることを可能にするという追加の利点を有するだろう。言い換えると、巻き取りによって製造されるバイポーラ電池は、前記電池を収容するための限られた容積のみを与える、高出力が提供されることを要求する用途、特に携帯ツールの使用に適合し得る。
【００２１】
巻き取られた種々のバイポーラ電池が既に提案されている。
【００２２】
そのため、米国特許第６６６４００６号明細書には、バイポーラ集電体を製造し、関連する電気化学部分を積層してシールするための一般的な初期段階、次いで巻き取り段階、すなわち既に密閉された積層されたバイポーラ集電体を有する電気化学部分を巻き取る段階を用いてバイポーラ電池を製造することが提案されている。この方法は、実際には想像することができない。具体的には、バイポーラ集電体を含む電気化学部分は全て、略平行六面体（長方形又は正方形）形状を有し、そのシーリング領域は、電極の活性部分の周囲に配置されるフレームである。それらのバイポーラ集電体を有する多数の部分を積層することは、電池の厚さを増加させる。そのため、この密閉積層体は巻き取られ、その部分が屈曲される湾曲半径は、異なる：中心部分におけるその部分の湾曲半径がそれぞれ、特に、積層体のより大きな／より小さな周囲における部分の湾曲半径より非常に小さく／非常に大きい。これは、シーリングフレームが全く異なる応力に晒される危険性があり、従って破裂領域が生成される危険性があることを意味する。そのため、米国特許第６６６４００６号明細書に開示されるような周囲のシーリングフレームを用いて予め得られる密閉性を保持しながら、積層されたバイポーラ部分を含むバイポーラ電池を巻き取ることを想定することができない。
【００２３】
国際公開第２０１０／１０８９５６号には、その一部として、全く同一の金属支持体から形成される共通のバイポーラ集電体を用いたバイポーラ部分の連続的な並置による製造が開示されている。フレキシブルである金属支持体を用いることによって、その部分を互いに配向させることが可能であり、従って、バイポーラ電池の最終形状を調整することが可能であり、それは、特に巻き取られたパッケージの形態を取る。この方法は、使用される集電体を支持する金属支持体の面積が電極に捧げられる活性領域に比べて大きいという主たる欠点を有する。さらに、所定の集電体支持体における複数のバイポーラ要素の製造は、その手順中における支持体の脆性のために巧妙であることが判明され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０１２１３４８号明細書
【特許文献２】米国特許第７３４８０９８号明細書
【特許文献３】米国特許第７３３８７３３号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００８／０６０１８９号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００８／０５７３９２号明細書
【特許文献６】米国特許第７３３５４４８号明細書
【特許文献７】米国特許第７２７９２４８号明細書
【特許文献８】米国特許第７２２０５１６号明細書
【特許文献９】米国特許第７３２０８４６号明細書
【特許文献１０】米国特許第７１６３７６５号明細書
【特許文献１１】国際公開第０３／０４７０２１号
【特許文献１２】国際公開第２００６／０６１６９６号
【特許文献１３】米国特許第７０９７９３７号明細書
【特許文献１５】欧州特許出願公開第２０７３３００号明細書
【特許文献１６】特開２０１０−１５３２２４号公報
【特許文献１７】特開２０１１−２０４３８６号公報
【特許文献１８】特開２０１０−０７３５００号公報
【特許文献１９】特開２０１０−２１８７６４号公報
【特許文献２０】特開２０１１−０５４３２５号公報
【特許文献２１】国際公開第２０１１／０９２９３８号
【特許文献２２】国際公開第２０１１／１５７７５１号
【特許文献２３】米国特許第６６６４００６号明細書
【特許文献２４】国際公開第２０１０／１０８９５６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明の一般的な目的は、従来技術において既に想定されるもの以外のリチウムイオンバイポーラ電池を巻き取る方法を提供することであり、それは、産業上可能性があって信頼性がある一方で、電池を収容するために限られた容積のみが利用可能であるときに、高出力の用途を想定することを可能にする。
【００２６】
ある特定の目的は、巻き取りが行われた後に集電体の実際の面積を増加せることなく、電解質、特に液体電解質に関する部分間に良好な密閉性が保持されることを可能にする、バイポーラ電池を巻き取る方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
このために、本発明の主題は、長手方向の軸Ｘに沿った細長い形状のリチウムイオン電気化学発電装置のデバイスであって、リチウムイオン挿入材料で作られる電極で２つの主要面の少なくとも１つが被覆される集電体を形成し、少なくとも部分的に導電性である中心部分、及び、前記中心部分に接続され、前記長手方向の軸に対して横方向に延長する少なくとも２つの側方周辺部分、を有するバンドを備え、前記側方周辺部分が、少なくとも１つのポリマーを含む絶縁材料で作られ、前記２つの側方部分の少なくとも１つの絶縁材料が、弾性的又は塑性的に変形され得るものであり、前記２つの側方部分の前記１つの寸法が、さらに、前記２つの側方周辺部分の他方に近接して前記長手方向の軸Ｘの横方向である巻き軸Ｙの周囲に前記バンドを巻き付ける最中に破裂なくその変形を可能にするように規定される、デバイスである。
【００２８】
本発明によれば、集電体支持バンドが製造され、その少なくとも１つのシール部分は、電解質に対する密閉性の危険性が高まることなく、巻き取り中に引張応力を受けることができるように弾性的に又は塑性的に変形可能である。巻き取り方向、すなわち長手方向の軸Ｘにおけるポリマーで作られる変形部分の寸法は、有利には、巻き取りが行われた後に端部にバイポーラ電池を形成する、積層された部分の数に依存して選択される。巻き取られる積層された部分の数が増加すればするほど、コイルの集電体の最外の、すなわち積層体の上部に初期に位置する集電体の支持バンドの湾曲半径（従って伸び）が増加する。言い換えると、巻き付け（巻き取り）が行われる前に変形部分に対する寸法が決定され、前記寸法は、その部分が破裂の危険性がなく巻き取り中に引張応力を受けることができるのに十分な大きさである。
【００２９】
驚くことに、製造することが用意であるが、本発明による解決方法は、バイポーラ電池の巻き取りに予想されていない。
【００３０】
本発明によると、あたかも巻かれた単一の厚さのみがあるように、バイポーラ電極で電気化学部分を巻くことが可能である。
【００３１】
国際出願第２０１０／１０８９５６号及び米国特許出願公開第２００３／０１９０５２０号明細書に記載されるような従来技術によるバイポーラ電池を巻き取る解決方法に対して、本願発明よれば、バイポーラ部分を並置する又は互いにそれらをオフセットする必要がない。
【００３２】
本発明によれば、同一である提供された収容体積においてモノポーラ電池の電圧の２倍の電圧を提供するバイポーラ電池を提供することが可能である。
【００３３】
そのため、本発明によるデバイスは、その巻き取り中にバイポーラ電池の実際の密閉性を保持することが可能になる。従って、現在までモノポーラ電池の収容に捧げられてきた収容容積において、高出力のバイポーラ電池用に本発明によるデバイスを巻くことによる集積を使用することを想起することができる。
【００３４】
本発明が対象とし得る特に有利な用途は、特にストリマーなどの携帯ツールにおいて電池を収容するために利用可能な小容積を有する装置用の高出力バイポーラ電池の準備である。
【００３５】
変形可能なポリマーで作られる周辺部分は、溶接、接着、熱シーリング等によって少なくとも部分的に導電性である中心部分に接続され得る。
【００３６】
前記変形されることができる絶縁材料の主ポリマーは、ポリオレフィン、ニトリルゴム（ＮＢＲ）及びスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）から選択され得る。好ましくは、前記ポリオレフィンが、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＰＥＫ）から選択され得る。そのため、市販番号ADR-ON25/AL40/CPP40又はADR-ON25/AL40/CPP80の名称で昭和電工によって販売されるパッケージングなどのフレキシブルなリチウムイオン電池パッケージを構成する、既に挑戦され試験されたポリマーが選択され得る。
【００３７】
有利な実施形態によれば、前記導電性の部分は、少なくとも１つの金属シートからなり、前記絶縁材料で作られる側方周辺部分は、前記金属シートに対して密閉され得る。
【００３８】
この実施形態によれば、前記金属シートは、変形されることができる絶縁材料で作られる単一のフレームに密閉され、前記フレームは、完全に前記金属シートを取り囲む。
【００３９】
あるいは、前記金属シートはそれぞれ、前面から見て、その変形のために採寸された前記側方部分を除いて前記金属シートを取り囲む、Ｕ形状を有する絶縁材料で作られるフレーム、及び、変形されることができる材料で作られる前記側方部分に密閉され得る。
【００４０】
他の実施形態によれば、前記バンドは、変形されることができる絶縁材料で作られ、前記導電性の部分は、前記バンド内に組み込まれる導電性粒子からなる。導電性粒子は、カーボン粒子、金属ビーズ等であり得る。勿論、導電性粒子が集電体の２つの面を接続することを保証するように配慮がなされる。導電性粒子の付加は、バンドのポリマーを強化する効果を有し、電極の活性領域における変形を不可能にし、又は非常に困難にする。
【００４１】
この他の実施形態によれば、前記バンドは、その変形のために採寸された前記側方部分を除いて、その周囲において非導電性粒子によって機械的に強化される。そのため、変形が巻き取り中に望まれない位置における絶縁性バンドの剛性を増加することが可能である。
【００４２】
本発明によるデバイスは、１０から１００μｍ、好ましくは２５から５０μｍの厚さを有し得る。
【００４３】
本発明によるデバイスは、周囲に配置される上記のような金属層がない領域を有して、例えば長方形又は正方形である多角形の断面などの如何なる幾何学的形状を有してもよい。
【００４４】
４０から７０ｃｍ、典型的には約５０ｃｍの長さ、及び１０から２５ｃｍ、典型的には１５ｃｍの幅の平面寸法が想起され得る。本発明によって変形されることができる周辺部分を含み、導電性の部分がない周辺の領域は、有利には、１ｍｍから１０ｃｍ、さらには３ｍｍから１２ｍｍ、典型的には約５ｍｍの幅のフレームを形成し得る。そのため、周辺の領域は、デバイスの全表面積の２５％未満であり、好ましくは２０％未満であり、より好ましく１５％未満である表面積を覆い得る。
【００４５】
選択されるリチウムイオン挿入電極材料のタイプによって、少なくとも１つの金属シートによって形成される集電体は、アルミニウムで作られ、又は、例えば銅に重畳されるアルミニウム等の、他の金属の表面に金属化され得る。
【００４６】
前記デバイスの集電体がバイポーラを対象とする場合、前記導電性の部分の各主要面は、リチウムイオン挿入材料で作られる電極で被覆される。
【００４７】
“リチウムイオン挿入材料で作られる電極”という表現は、本明細書及び本発明の文脈において、少なくとも１つのリチウムイオン挿入材料及び少なくとも１つのポリマーバインダーを含む電極を意味するものと理解される。任意に、電極は、さらに、例えばカーボンファイバ又はカーボンブラックである導電体を含み得る。
【００４８】
“リチウムイオン挿入材料”という表現は、特に正極に対して、本明細書及び本発明の文脈において、とげ状のリチウム酸化物含有マンガン、薄版状のリチウム酸化物、及びそれらの混合物、並びに、式ＬｉＭｙ（ＸＯｚ）ｎのポリアニオン系のフレームワークのリチウム酸化物から選択される材料を意味するものと理解され、Ｍは、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｖ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ及びＭｏから選択される元素を表し、Ｘは、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ及びＡｓから選択される元素を表し、ｚ及びｎは、正の整数である。
【００４９】
“リチウムイオン挿入材料”という表現はまた、特に負極に対して、リチウム化された又はリチウム化されていないチタン酸化物、例えばＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２又はＴｉＯ２から選択される材料を意味するものと理解される。特に、負極材料は、炭酸を含む材料、リチウム化されていないチタン酸化物及びそれらの誘導体並びにリチウムチタン酸化物から選択され得、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、それらの誘導体及びそれらの混合物である。
【００５０】
“リチウム化された誘導体”という表現は、本明細書及び本発明の文脈において、式Ｌｉ（４−ｘ１）Ｍｘ１Ｔｉ５Ｏ１２及びＬｉ４Ｔｉ（５−ｙ１）Ｎｙ１Ｏ１２の化合物を意味するものと理解され、ｘ１及びｙ１はそれぞれ、０から０．２であり、Ｍ及びＮはそれぞれ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉ及びＭｏから選択される化学元素である。
【００５１】
“リチウム化されない誘導体”という表現は、本明細書及び本発明の文脈において、Ｔｉ（５−ｙ１）Ｎｙ１Ｏ１２を意味するものと理解され、ｙ１は、０から０．２であり、Ｎは、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉ及びＭｏから選択される化学要素である。
【００５２】
前記デバイスの集電体がモノポーラを対象とする場合、前記導電性の部分の２つの主要面の一方のみが、リチウムイオン挿入材料で作られる電極で被覆される。
【００５３】
本発明はまた、互いに巻かれる少なくとも２つの電気化学セル及び上記のような少なくとも１つのデバイスを備えるバイポーラ電池であって、前記絶縁材料で作られる２つの側方周辺部分が、前記２つのセルの電解質に対して漏れのない壁の周辺領域を形成し、前記周辺領域が、前記電解質を取り囲む、バイポーラ電池に関する。
【００５４】
好ましくは、アノードは、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２で作られ、カソードは、ＬｉＦｅＰＯ４で作られる。
【００５５】
本発明はまた、
（ａ）上記のような２つのデバイスを製造する段階であって、前記デバイスの一方の前記導電性の部分の２つの面のうち少なくとも１つが、リチウムイオン挿入材料で作られるアノードで被覆され、前記デバイスの他方の前記導電性の部分の２つの面のうち少なくとも１つが、リチウムイオン挿入材料で作られるカソードで被覆される段階と、
（ｂ）第１のセパレータを挿入して前記２つのデバイスを積層する段階であって、上記のような２つのデバイスのうち１つのアノードが上記のような他方のデバイスのカソードに面し、前記アノード及びカソードが、前記第１のセパレータによって分離されるように、前記挿入を有する積層が行われる段階、
（ｃ）互いに積層された前記２つのデバイスのバンドの側方周辺部分の間のみを密閉し、それによって前記積層体の２つの密閉された部分を画定する段階、
（ｄ）巻き取りコアに前記積層体の密閉された部分の１つを締め付ける段階であって、その軸Ｙが、前記バンドの長手方向の軸Ｘに対する横方向である巻き軸を形成するような段階、
（ｅ）前記巻き軸Ｙに対して前記長手方向の軸Ｘの方向に前記積層体を巻く段階であって、前記コアに締め付けられない前記積層体のその密閉された部分が保持される段階、
含む、互いに巻かれた少なくとも２つの電気化学セルＣ１、Ｃ２を備えるバイポーラ電池の製造方法に関連する。
【００５６】
“セパレータ”という用語は、本明細書及び本発明の文脈において、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリビニルアセテート（ＰＶＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリオキシエチレン（ＰＯＥ）若しくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の少なくとも１つのポリマー材料、又は、ポリプロピレン、ポリエチレン及びセルロースなどのポリオレフィンから選択されるポリマーによって形成される絶縁性イオン導電体を意味するものと理解される。
【００５７】
本発明による電解質は、炭酸混合物及び少なくとも１つのリチウム塩によって形成される液体であり得る。“リチウム塩”という表現は、好ましくは、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４及びＬｉＡｓＦ６から選択される塩を意味するものと理解される。
【００５８】
あるいは、電解質は、リチウムイオンベースの１つ又はそれ以上のイオン液体、すなわち、有機又は無機アニオンと複合されるリチウムカチオンから形成される塩を含み得、それは、室温において液体の特性を有する。イオン液体は、アニオンの性質に依存するが、親水性又は疎水性であり得る。イオン液体の例として、トリフルオロメタンスルホン酸（ＣＦ３ＳＯ３）、ビス（トリフルオロメタンスルホン酸）イミド［（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ］及びトリス（トリフルオロメタンスルホン酸）メチド［（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ］などの疎水性イオンに基づくイオン性液体で作られ得る。
【００５９】
本発明による高容量バイポーラ電池をコイルに巻くことによる製造方法は、特に有利である。それは、電池の密閉性を増加させる危険性を伴うことなく、巻かれる単一の厚さのみがあるように電池の部分の全てを巻く（巻き取る）ことを可能にするからである。
【００６０】
特に、この実施の利点は、バイポーラ電池のバイポーラ部分の数に比例して増加する。これは、現時点では、モノポーラリチウムイオン電池の巻き取りを産業上実施するために、４つの巻き戻しシステム、すなわち、セパレータ用に２つ、正極及び負極用に２つである巻き戻しシステム、並びに、各々の巻き戻し部材が他方に対して位置合わせされることを可能にする位置合わせシステムを使用する必要性がある装置が使用されるためである。そのため、バイポーラ電池の巻き取りを実施するために同一のタイプの装置を使用することは、結局、結果として生じる数の巻き出し機及び位置合わせシステムを有する装置、すなわち複雑な装置を設計することになるだろう。一例として、１２個のバイポーラ部分を有するバイポーラ電池において、技術的に非現実的である、４８個の巻き戻しシステム及び同数の位置合わせシステムを有する装置を設計することが必要であろう。
【００６１】
一変形例によれば、前記積層体の端部にあり、互いに巻かれる前記２つの電極が、同一の極性であるとき、前記積層体を絶縁材料で作られるフィルムで被覆する段階（ｃ１）は、前記段階（ｄ）の前に行われる。
【００６２】
他の変形例によれば、前記積層体の端部にあり、互いに巻かれる前記２つの電極が、反対の極性であるとき、
前記段階（ｄ）の前に、
（ｃ２）第２のセパレータが、前記積層体の端部のリチウムイオン挿入材料で作られるカソード又はアノードに配置される段階、及び
（ｃ３）前記第２のセパレータが、前記積層体に機械的に保持される段階、が行われる。
【００６３】
バイポーラ電池を完成させるために、すなわち、それを使用されるのに準備された形態にするために、準備が行われ、
段階（ｅ）が行われた後に、
（ｆ）前記コイルをシリンダーの形状に機械的に維持するために絶縁材料で作られるパッケージフィルムを用いて前記コイルをパッケージングする段階、
（ｇ）前記バンドの長手方向の周辺部分の１つに対応する前記シリンダーの下部部分を密閉する段階、
（ｈ）前記密閉された下部部分を有する前記シリンダーを補足的な円筒形状の硬質容器に挿入する段階であって、前記硬質容器が、前記電池のパッケージングを形成する段階、
（ｉ）前記セパレータを、前記容器に導入される液体電解質に含浸する段階、
（ｊ）前記バンドの長手方向部分の他方に対応するシリンダーの上部部分を密閉する段階、が行われる。
【００６４】
好ましくは、前記２つの末端の集電体の各々は、両方ともフォイルの形態を取り、段階（ａ）において上記のようなデバイスの集電体の一方の導電性の部分に溶接される。
【００６５】
本発明の一実施形態によれば、互いに個別に積層されたｎ個の電気化学セルを備えるバイポーラ電池は、各々が各々の面に電極を有する（ｎ−２）個のデバイスを用いて上述の段階（ａ）から段階（ｆ）を行うことによって製造され、ｎは、整数である。
【００６６】
デバイスの少なくとも１つの集電体を形成する導電性の部分における各電極の堆積は、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、スプレー印刷等のような通常の印刷技術を用いて達成される。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１は、従来技術によるリチウムイオンバイポーラ電池の長手方向の概略断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、従来技術によるリチウムイオンバイポーラ電池で使用されるバイポーラ集電体の前面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、従来技術によるリチウムイオンバイポーラ電池で使用されるバイポーラ集電体の断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、従来技術によるリチウムイオンバイポーラ電池で使用される他のバイポーラ集電体の前面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、従来技術によるリチウムイオンバイポーラ電池で使用される他のバイポーラ集電体の断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明によるリチウムイオンバイポーラ電池を製造するためのバイポーラデバイスの前面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明によるリチウムイオンバイポーラ電池を製造するためのバイポーラデバイスの断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明によるバイポーラ電極デバイスの実施形態の前面図を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明によるバイポーラ電極デバイスの実施形態の前面図を示す。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明によるバイポーラ電極デバイスの実施形態の前面図を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、正極モノポーラ電極の前面図を示し、その電極及びデバイスは、本発明による巻き取り操作の前に一方の上部に積層されるためのものである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明によるバイポーラ電極デバイスの前面図を示し、その電極及びデバイスは、本発明による巻き取り操作の前に一方の上部に積層されるためのものである。
【図６Ｃ】図６Ｃは、負極モノポーラデバイスの前面図を示し、その電極及びデバイスは、本発明による巻き取り操作の前に一方の上部に積層されるためのものである。
【図７】図７は、本発明による巻き取り操作の前における図６Ａから図６Ｃによる要素から製造される積層体の斜視図である。
【図８】図８は、図７による積層体の、本発明による巻き取りステップを概略的に示す。
【図９Ａ】図９Ａは、巻き取りが行われた後における、本発明によるバイポーラ電池を製造する最終段階を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、巻き取りが行われた後における、本発明によるバイポーラ電池を製造する最終段階を示す。
【図９Ｃ】図９Ｃは、巻き取りが行われた後における、本発明によるバイポーラ電池を製造する最終段階を示す。
【図９Ｄ】図９Ｄは、巻き取りが行われた後における、本発明によるバイポーラ電池を製造する最終段階を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６８】
他の利点及び特徴は、添付の図面を参照して例示として与えられる発明の詳細な説明を読むことによって、より明らかになるだろう。
【００６９】
明確性のために、図１から図６Ｂの全てにおいて、従来技術及び本発明によるバイポーラ電池の同一要素を示すために同一の参照符号が使用される。
【００７０】
本発明による種々の要素は、分かり易く記載されているだけであり、それらは実際のスケールではない。
【００７１】
従来技術によるＬｉイオンバイポーラ電池は、図１に示されており、それは、国際公開第０３／０４７０１２号に示されるものである。この電池の上部部分は、導電性アルミニウム基板１３（正極集電体）、及びＬｉ１．Ｏ４Ｍｎ１．９６Ｏ４などの正のリチウムイオン挿入材料に基づく活性層１４を備え、下部部分は、導電性アルミニウム基板２１（負極集電体）、及びＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２などの正のリチウムイオン挿入材料に基づく活性層２０を備える。
【００７２】
この電池において、バイポーラ集電体とも称されるバイポーラ電極は、プレート形態を取る導電性アルミニウム基板１０の何れかの側にアノード１６層及びカソード層１８を備える。下部電極２０及び上部電極１４は、２つのセパレータ１５、１９によってバイポーラ電極１から分離され、電解質は、液体又はゲル形態で存在する。形成される２つの隣接する電池化学セル１４、１５、１６及び１８、１９、２０の間の電池の電解質に対して密閉性のシールは、全ての電極及びプレート１０の周囲に樹脂又は接着剤を堆積することによって生成されるシール２２によって保証される。
【００７３】
従来技術によるバイポーラ集電体１０は、
−プレートの一方１０ＡＬが、典型的にはアルミニウムで作られ、カソード１１で被覆され、プレートの他方１０Ｃが、典型的には銅で作られ、アノードで被覆される、２つの重畳されたプレートで作られ（図２Ａ及び図２Ｂ）；
−又は、カソード１１によってその表面の一方が被覆され、アノード１２によってその表面の他方が被覆され、典型的にはアルミニウムで作られる単一のプレート１０ＡＬで作られる（図３Ａ及び図３Ｂ）、
電極を製造するために使用されるリチウムイオン挿入材料に依存する。従来技術による積層されたバイポーラ電池を設計する際に遭遇する主たる困難性は、図１における２つのセルＣ１及びＣ２間、すなわち参照符号１４、１５、１６及び１８、１９、２０が付された部分間などのように、一方が他方に対して、一般的に液体である電解質に完全に密着するシールである部分を製造する方法である。
【００７４】
従来技術によるバイポーラ集電体１０は、
−プレートの一方１０ＡＬが、典型的にはアルミニウムで作られ、カソード１１で被覆され、プレートの他方１０Ｃが、典型的には銅で作られ、アノードで被覆される、２つの重畳されたプレートで作られ（図２Ａ及び図２Ｂ）；
−又は、カソード１１によってその表面の一方が被覆され、アノード１２によってその表面の他方が被覆され、典型的にはアルミニウムで作られる単一のプレート１０ＡＬで作られる（図３Ａ及び図３Ｂ）、
電極を製造するために使用されるリチウムイオン挿入材料に依存する。従来技術によるバイポーラ電池を設計する際に遭遇する主たる困難性は、図１における２つのセルＣ１及びＣ２間、すなわち参照符号１４、１５、１６及び１８、１９、２０が付された部分間などのように、一方が他方に対して、一般的に液体である電解質に完全に密着するシールである部分を製造する方法である。
【００７５】
従って、セルＣ１及びＣ２（部分１４、１５、１６及び１８、１９、２０）が互いに積層された電池の端部にあるので、従来技術によるバイポーラ電池１は、積層されたバイポーラ電池である。
【００７６】
本発明者は、ストリマーなどの特定の携帯ツールにおいて前記電池を収容するために小容積のみが利用可能である、高出力の発揮を必要とする用途におけるバイポーラ電池を提供する必要性に直面する。
【００７７】
そのため、発明者は、巻き取りによってバイポーラ電池を製造することを考えた。これが、電極の面積を増加させ、従ってバイポーラ電池の容量を増加させることを可能にするからである。しかしながら、従来技術で提案された解決方法は、電解質に対してそれらのシール密閉の観点において産業上利用可能ではなく、信頼できるものではなかった。
【００７８】
そのため、本発明者は、実施するのが簡単である解決方法、すなわち、破裂の危険性を伴うことなく巻き取り中に加えられる機械的引張応力を受け、そのため巻き付け（巻き取り）中におけるシール密閉の維持が保証されることができるようにするために、更に変形されることができるシーリングに充てられる絶縁材料を電池の各バイポーラ要素に提供することを想起した。
【００７９】
そのため、本発明によると、バイポーラ電極１０、１１、１２を有する、バイポーラ電池用のデバイスを製造するための準備がなされ、前記装置は、図４Ａ及び図４Ｂに示されるようなものである。長手方向の軸Ｘに沿った細長い形状のデバイスは、略長方形状のバンド１を含む。
【００８０】
このバンドは、部分的に少なくとも導電性である中心部分１０を含み、前記中心部分は、その２つの主要面がカソード１１及びアノード１２でそれぞれ被覆された集電体を形成する。
【００８１】
それはまた、中心部分１０に接続され、長手方向の軸Ｘに対して横方向に延長する少なくとも２つの側方周辺部分２２ｌ及び２３を備える。側方周辺部分２２ｌ、２３は、少なくとも１つのポリマーを含む絶縁材料で作られ、少なくとも側方部分２３の絶縁材料は、弾性的に又は塑性的に変形されることできる。変形可能な側方部分２３の絶縁材料の主ポリマーは、ポリオレフィン、ニトリルゴム（ＮＢＲ）及びスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）から選択され得る。ポリオレフィンは、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリイミド及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＰＥＫ）から選択され得る。
【００８２】
本発明によれば、側方部分２３の寸法はさらに、長手方向の軸Ｘに対して横方向の巻き軸の周囲におけるバンドの巻き取り中に破裂することなくその変形を可能にするように規定される。この横方向の軸は、軸Ｙで示され、側方周辺部分２２ｌに近接して位置する。
【００８３】
そのため、以下に詳細に記載されるように、一方で側方部分２２ｌ及び他方で側方部分２３を結合することによって少なくとも部分的に既に密封されている複数のデバイス（すなわち、バイポーラ部分）が、互いに積層され、巻き軸Ｙの周囲に巻き付けられるとき、変形可能な部分２３の各々によってもたらされる引張応力は、裂け（破裂）の危険性を伴うことなく、従って密閉を低下させることなく側方部分が延びることを意味する。
【００８４】
第１の実施形態によれば、中心部分１０は、金属シートからなり得、典型的には図４Ａ及び図４Ｂに示されるようにアルミニウムで作られる。次いで、本発明による側方部分２３は、密閉され、金属シートに対して溶接され、又は接着接合され若しくは加熱密閉され得る。
【００８５】
金属シート１０は、前面からみてＵ形状を有する絶縁材料２２で作られるフレームに密閉され得、それは、その変形のために採寸された側方部分２３を除いて前記シートを囲む。そのため、図４Ａ、図４Ｂ及び図５Ａに示されるように、Ｕ形状のフレーム２２は、側方周辺部分２２ｌ及び２つの長手方向の周辺部分２２Ｌを備える。最終的に、フレーム２２の側方部分２２ｌ、２２Ｌの全て及び変形可能な部分２３は、バイポーラ電池の密閉壁の１つを形成する。
【００８６】
あるいは、金属シート１０は、変形されることができる絶縁材料で作られる単一フレーム２３に密閉され得、それは、そのフレーム２３は、前記シート１０を完全に囲む（図５Ｂ）。そのため、この変形例によれば、デバイス毎に１つ又はたった１つの周辺シール要素２３に対して準備がなされる。
【００８７】
第２の実施形態によれば、バンド自体１’は、変形可能な側方部分２３を含む絶縁材料からなり得、導電部分１０’は、導電性粒子からなる（図５Ｃ）。導電性粒子は特に、カーボン粒子又は金属ビーズ等であり得る。これらの粒子１０’の材料、形状及びサイズにかかわらず、バンド１’に組み込まれると、導電性粒子１０が２つの主要面間の電気的導通を保証するように２つの主要面を接続するという対策が講じられる。示されないが、他の変形例は提供され得、特に、変形可能な周辺部分２３における場合を除いて非導電性粒子を用いてバンド１’のポリマーベースの材料を強化する準備がなされ得る。
【００８８】
図６Ａから図９Ｄにおいて、本発明によるバイポーラ電池を巻くことによって製造する方法が示されており、単位デバイス１の各々は、第１の実施形態、すなわち金属シート１０によって形成される集電体を有する実施形態によって、金属シート１０の周囲に単一の密閉フレーム２３を採用する変形例によって製造される。
【００８９】
より正確には、記号１８６５０によって知られる標準形式に対して本発明による２つのバイポーラ部分を含む巻かれたバイポーラ電池の最終製品は、図示されている。
【００９０】
例示的な実施例の目的で、このバイポーラ電池の技術的特徴は、以下の通りである：
−公称電圧＝３．８Ｖ（２×１．９Ｖ）、容量＝０．４Ａｈ；
−硬質包装（ケース）を有する最終的な電池の寸法：１８×６５ｍｍ；
−正極１１：ＬｉＦｅＰＯ４（ＬＦＰ）、９０％の活物質、４０％の気孔率、７ｍｇ／ｃｍ２の単位体積あたりの重量；
−負極１２：Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２（ＬＴＯ）、８９％の活物質、４０％の気孔率、８ｍｇ／ｃｍ２の単位体積あたりの重量；
−集電体１０：１０８５アルミニウム；
−液体電解質用の細孔セパレータ２４：５０％の気孔率を有するポリプロピレン／ポリエチレン／ポリプロピレン（ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ）三重層材料；寸法：２１．５μｍの厚さ、５５ｍｍの幅及び４５０ｍｍの長さ；
−密閉フレーム２３：ポリプロピレン（ＰＰ）；
−パッケージングされる前の電池の長さＬｔ：４８０ｍｍ；
−パッケージングされる前の電池の幅ｌｔ：６０ｍｍ；
−パッケージングされる前の電池の厚さＥｔ：５０６ｍ；
−リチウムイオン挿入材料の長さＬ０：４１０ｍｍ；及び
−リチウムイオン挿入材料の幅ｌｏ：４９ｍｍ。
【００９１】
本発明によるバイポーラ電池の初期の積層体は、正のモノポーラ電極ｌ＋、負のモノポーラ電極ｌ−及び本発明による２つの等価なバイポーラ電極デバイス１からなる。
【００９２】
モノポーラ電極ｌ＋、ｌ−の各々は、略長方形状であり、それが、正極（カソード１１）又は負極（アノード１２）の何れかであるリチウムイオン挿入材料で、その２つの面の各々に被覆されるので、両面性であると認められる。
【００９３】
そのため、正のモノポーラ電極ｌ＋は、その２つの主要面において４２０×４９ｍｍ２の面積のＬＦＰで作られた活性層１１で被覆される。集電体端子機能を提供するフォイル１００＋は、正のモノポーラｌ＋の集電体１０＋に直接溶接される（図６Ａ）。例として、このフォイルは、アルミニウムで作られ、軸Ｘの方向において１００μｍの厚さ及び５ｍｍの幅を有する。フォイル１００＋は、電気又は超音波溶接によって集電体１０＋に溶接され得る。
【００９４】
本発明によるバイポーラ電極デバイス１の各々は、外面幅及び外面長さにおいて、巻き取られた後における最終的な電池の幅及び長さ、すなわちｌ０×Ｌ０を有する。
【００９５】
集電体１０の面の一方は、ＬＦＰで作られる活性層１１で被覆され、一方で、それらの面の他方は、ＬＴＯで作られる活性層１２で被覆される。それらの面積は、４１０×４９ｍｍ２に等しい（図６ＢにおけるＬ１×ｌ１を参照）。集電体１０は、電極１１、１２の活性領域を超えて延びる。集電体１０の外面寸法は、４２０×５５ｍｍに等しい（図６ＢにおけるＬ１０×ｌ１０を参照）。
【００９６】
ポリプロピレンで作られるフレーム２３は、集電体１０に対する各主要面において熱的に結合される（図６Ｃ）。フレーム２３は、６０×４８０ｍｍの外面寸法及び５０×４２０ｍｍの内面寸法を有する。そのため、本発明によれば、ＰＰフレーム２３は、巻き取り中に破裂する危険性なく変形されることができるような十分に行き過ぎる長さＬ２３を得るように集電体１０に配置される。この実施例において、長さＬ２３は、５０ｍｍに等しい。本発明によるフレーム２３を製造するために相応しいポリプロピレンの実施例は、以下のインターネットアドレスにおいて見られ得る。
http://www.rs-particuliers.com/WebCatalog/Film_Etirable_Polypropylene_400mm_X_300m-183953.aspx.
【００９７】
負のモノプレート電極ｌ−は、４２０×４９ｍｍ２に等しい面積のＬＴＯで作られる活性層１１で、その２つの主要面の各々に被覆される。集電体端子機能を提供するフォイル１００−は、正のモノポーラｌ−の集電体１０＋に直接溶接される（図６Ｃ）。例として、このフォイルは、アルミニウムで作られ、軸Ｘの方向において１００μｍの厚さ及び５ｍｍの幅を有する。フォイル１００−は、電気又は超音波溶接によって集電体１０−に溶接され得る。活性層がない領域１０１、すなわちむき出しの領域は、電極ｌ−の端部に提供される。一例として、この領域１０１−は、軸Ｘの方向において５ｍｍの幅を有する。
【００９８】
モノポーラ電極ｌ＋、ｌ−及び２つのデバイス１、１’、１”に関して、電極層は、有利には、１０８５アルミニウムで作られたシートによって形成される集電体１０において印刷技術（輪転グラビア印刷、フレキソ印刷又はスクリーン印刷）を用いて製造される。
【００９９】
モノポーラ電極ｌ＋、ｌ−及び２つの等価なバイポーラ電極１１、１２のデバイス１が製造された後、それらは、図７に示されるように積層され、すなわち液体電解質用のセパレータ２４の各電極１＋、１−、１の間に挿入されて積層される。そのため、これらのセパレータ２４は、中間層であり、４つのセパレータ２４は、積層体の端部の一方に配置される。
【０１００】
積層体が製造された後、密閉フレーム２３Ｐの２つの側方周辺部分２３Ｐは、５ｍの幅を超えて互いに熱シールされる。熱シール動作の条件は、以下の通りである：１ＭＰａの圧力、１９０℃の温度、保持時間３秒）。
【０１０１】
次いで、巻かれて用意された要素１＋、１、１−、１の積層体２５が得られる（図７）。
【０１０２】
次いで、積層体２５は、図８に示されるようなコア２６に巻かれ（巻き取られ）螺旋状にされる。コア２６は、約３．５ｍｍの直径を有する。電極１＋は、フォイル１００＋を介してコア２６に対して接着によって又は粘着テープを用いて、巻き取りのときに固定される。同様に、電極１−は、むき出しの領域１０１−を介して接着によって又は粘着テープを用いて、巻き取りのときに固定される。巻き取りは、クランプ２７を用いて変形可能な部分２３Ｐを固定することによって達成され得、その長さは、破壊の危険性がないように採寸される（図８）。
【０１０３】
巻き取られると、バイポーラ電池１は、円筒状のコイル１を形成する。それをこの幾何学的形状に機械的に維持するために、コイルは、絶縁材料で作られるパッケージフィルム２８を用いてパッケージされる。例として、シリンダー２９は、６０ｍｍの高さに対して１７．３ｍｍの直径を有する（図９Ａ）。
【０１０４】
シリンダー２９のベース３０は、熱シールされる（図９Ｂ）。密閉されたベース３０は、密閉フレーム２３の長手方向、すなわち巻き取り動作の前における軸Ｘに沿った周辺部分の１つに対応する。熱シーリングは、ホットプレートを用いて行われ得る。熱シーリングの条件は、以下の通りである：圧力なし、１９０℃の温度、保持時間３秒）。
【０１０５】
次いで、組立体は、標準１８６５０形式に対して電池を製造する方法に続く。そのベース３０が密閉されているシリンダー２９は、通常ケースと称される硬質シリンダー３１に挿入され、次いで、ケース３１は、液体電解質で真空充填される（図９Ｃ）。
【０１０６】
次いで、密閉フレーム２３の長手方向の周辺部分の他方に相当するシリンダー２９の上部３２は、同一の条件で熱シールされる（図９Ｄ）。次いで、バイポーラ電池の完全な密閉性が保証される。
【０１０７】
最後に、ケース３１にカバー（図示されない）を付ける又はクリンプすることによって、この方法が終了する。
【０１０８】
そのため、標準１８６５０形式の巻かれたバイポーラリチウムイオン電池が製造され、前記電池は、同一の標準形式に対して製造されるモノポーラリチウムイオン電池の電圧の２倍の電圧を提供する。
【０１０９】
本発明は、上記の実施例に限定されず、特に、例示的な実施例の特徴は、示されない変形例に組み合され得る。
【０１１０】
言うまでもなく、予め積層された２つのセルを含むバイポーラ電池に関する巻き取りが記載されたが、それは、ｎ−２個のバイポーラ電極デバイス１及び上記のような２つのモノポーラ電極１＋、１−を用いて前述の段階を繰り返すことによって積層された数ｎのセルを含む電池に対して同一の方法で行われ得る。
【符号の説明】
【０１１１】
１  バンド
１０  導電アルミニウム基板、プレート
１１  カソード
１２  アノード
１３  導電アルミニウム基板
１４  上部電極
１５  セパレータ
１６  アノード層
１８  カソード層
１９  セパレータ
２０  下部電極
２１  導電アルミニウム基板
２２  絶縁材料、フレーム、内部障壁、シール
２３  側方部分
２８  パッケージフィルム
２９  シリンダー
３０  ベース
３１  ケース、シリンダー
３２  上部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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