(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学的セルをプラスティックケースの中に挿入するステップと、
キャップを前記プラスティックケースに取り付けるステップであって、前記電気化学的セルを収容するプラスティックバッテリーハウジングを形成するステップと、
前記プラスティックバッテリーハウジングを直接電気メッキ可能樹脂（ＤＥＲ）で選択的にコーティングするステップであって、メッキ可能な領域とメッキできない領域とを有するプラスティックバッテリーハウジングを形成するステップと、
選択的にコーティングされたプラスティックバッテリーハウジングの前記メッキ可能な領域を金属又は他の導電性を有する材料でメッキするステップと、
を備える、バッテリーを製造する方法。
【請求項２】
前記プラスティックバッテリーハウジングをＤＥＲで選択的にコーティングするステップに先立って、前記プラスティックバッテリーハウジングをマスキングして、電気的に絶縁された領域とメッキできない領域とを有するマスクされたプラスティックバッテリーハウジングを生産するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プラスティックバッテリーハウジングは、クランプ又は他の保持装置によって保持されている間にＤＥＲによって選択的にコーティングされ、前記クランプ又は他の保持装置は、ＤＥＲコーティング中の前記プラスティックバッテリーハウジングの保持に加えて、前記プラスティックバッテリーハウジングのメッキできない領域を確定しマスクすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記選択的にコーティングされたプラスティックバッテリーハウジングのメッキ可能な領域を金属又は他の導電性を有する材料でメッキするステップは、継ぎ目のないバッテリーハウジングを生産するために行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記継ぎ目のないバッテリーハウジングは無弁であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記キャップを前記プラスティックケースに取り付けた後に前記プラスティックバッテリーハウジングを収縮させるステップであって、それによって前記プラスティックバッテリーハウジングが前記電気化学的セルの形に実質的に合わせられるステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記電気化学的セルを挿入するステップに先立って、前記プラスティックケースを膨張させるステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記キャップを前記プラスティックケースに取り付けた後に前記プラスティックバッテリーハウジングを収縮させるステップであって、それによって前記プラスティックバッテリーハウジングが前記電気化学的セルの形に実質的に合わせられるステップをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記選択的にコーティングされたプラスティックバッテリーハウジングのメッキ可能な領域をメッキするステップは、結果的なメッキ厚が５０．８μｍ〜１７７．８μｍとなるように制御されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記選択的にメッキされたプラスティックバッテリーハウジングはメッキ後に、作動中の内圧に応じて膨張するように作動可能であり、それによって爆発の危険が減少することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記メッキされたプラスティックバッテリーハウジングは、１７２３．６９ＫＰａを超える内圧に耐えるが、３４４７．３８ＫＰａを下回る圧力で膨らむように作動可能であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電気化学的セルを前記プラスティックケースの中に挿入する前に、前記プラスティックケースの底部に導電性接点パッドを挿入するとともに圧着するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記電気化学的セルは、積層されたゼリーロールを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記電気化学的セルは、電極スタックを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記プラスティックバッテリーハウジングをＤＥＲで選択的にコーティングするステップは、前記プラスティックバッテリーハウジングをＤＥＲ溶液に浸漬するステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記プラスティックバッテリーハウジングをＤＥＲで選択的にコーティングするステップは、ＤＥＲ溶液を前記プラスティックバッテリーハウジングにスプレーするステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にバッテリーの分野に関する。より具体的には、本発明は、大型の円柱状、及び角柱状（ｐｒｉｓｍａｔｉｃ）のバッテリーに好適であり、直接電気メッキ用樹脂技術を使用する、リチウムベースのバッテリーのためのハウジングの製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
アメリカ合衆国の石油生産のピークは１９７０年であった。地質学者は、世界の石油生産のピークが差し迫っていると予測していた。供給は減少しているにもかかわらず、需要は増加し続けている。工業推進国は石油の最も大きな消費者であるが、１９９８年までは、数年間は最も重要な成長市場という訳ではなかった。例えば、経済協力開発機構（ＯＥＣＤ）の国々は、世界中の一日あたりの石油の消費のほとんど３分の２を賄っている。しかし、反対に、ＯＥＣＤ内における石油の需要が１９９２年から１９９７年の期間に亘って１１％伸びているのに対し、ＯＥＣＤ以外（以前のソビエト連邦を除く）の需要は３５％伸びている。アラブの石油輸出規制の後、道路上の車の数及び車が走る距離がともに増加してさえいるにもかかわらず、新しい乗用車のためのガソリン燃費基準（“企業平均燃費基準”またはＣＡＦＥ基準）の履行がガソリンの需要の伸びの緩和に重要であった。しかし、１９９０年代の初頭には、標準的な自動車とは異なる燃料効率のピックアップトラック及びスポーツ多目的車の人気がアメリカ合衆国における新しいガソリン需要の伸びに火をつけた。自動車の平均は１ガロン当たり最低２７．５マイルであるのに対し、軽量トラック及びスポーツ多目的車の全車両平均が１ガロン当たり２０．７マイルである。
【０００３】
アメリカ合衆国においては、すべての石油の使用の約３分の２が輸送のためである。輸送のための使用では、現状の技術で示される、短期間に代替可能な燃料はほとんど無く、長期間であっても限られた可能性しかない。石油は、合衆国において輸送に使用されるすべてのエネルギーの９５％以上を賄い続ける。
【０００４】
石油の不足に対する解決法として、また、エネルギー源として石油を使用することの環境的な重要性に対する解決法として、電気自動車が提案されている。現状では、鉛蓄電池が使用されている。しかし、これらのバッテリーには、バッテリーが商業的に実施不可能であるという重大な問題がある。第１に、エネルギー密度が低いということである。――ガソリンはポンドあたり１００倍のエネルギーを有している。その結果、典型的な車用の鉛蓄電池パックは、１０００ポンドもしくはそれ以上の重量となってしまう。第２に、非常に大きいことである。第３に、限られた容量しかないことである。通常、鉛蓄電池パックは、１２〜１５キロワット時の電気を保持しており、車は約５０マイルの距離を走ることができる。この距離は寒冷気候においてはさらに短くなる。第４に、充電が遅いということである。典型的な鉛蓄電池パックの再充電時間は、完全に充電するのに４時間から１０時間であり、バッテリーの技術及び充電器に依存する。第５に、寿命が短いことである。鉛蓄電池パックは３年から５年、すなわち２００回の完全充電／放電のサイクルで交換しなければならない。問題を悪化させることに、使用されたバッテリーは適切にリサイクルされないと環境的に有害となり得ることである。そして、第６に、高価であることである。鉛蓄電池パックは現在約２０００ドルである。
【０００５】
電気自動車へのリチウム再充電可能バッテリー技術の適用が実現し、より大きな将来への望みを有している。リチウムは高い容量（３８００Ａｈ／Ｋｇ）と低い電気陰性度（０．９７）とを有し、その結果、バッテリーは高い電気密度と高い電圧を有する。リチウム−イオンバッテリーは、鉛蓄電池の電気密度の４倍の電気密度を有し、ニッケルーカドミウム及びニッケルーメタルハイブリッドバッテリーの２倍から３倍のエネルギー密度を有する。リチウム−ポリマーバッテリーのエネルギー密度はさらに大きい。リチウムポリマーバッテリーの電圧範囲は通常２．５〜３．５ボルトであり、リチウムイオンバッテリーは３．６〜３．７ボルトの電圧範囲を有する。リチウムベースのバッテリーは平坦な放電特性を有し、最長の保存寿命を有するものの一つである。理論的には、リチウムポリマー電解質バッテリーは１０００回以上再充電することができる。これを言い換えると、軽量で、エネルギー当たりのコストが低く、高く安定した電圧を有するバッテリーであることになる。リチウムベースのバッテリーを生産するために使用される材料は、ニッケル−カドミウム型又は鉛−酸セル型の成分より毒性が低く、廃棄の環境的な問題も小さい。理論的には、３００マイルの走行距離（ガソリンタンクを備える従来型の自動車の走行範囲に相当する）を、リチウムポリマーバッテリーで得ることができる。
【０００６】
リチウム二次（再充電可能な）バッテリーは、正の電極（アノード）と負の電極（カソード）とを備え、イオン伝導層が主な構成要素としてこれらの電極の間に挟まれている。外部圧力がこれらの層に加えられていない場合には、電極面の間の間隔は互いに離間し、イオン伝導層を介して電極間を電気的に接続することはできず、よってバッテリー特性は悪化する。このような電極の表面に亘る電気抵抗の均一性は（よって電流は）、妨害され、リチウムのメッキ、デンドライトの形成、及び短絡回路といった問題を生じさせる。短絡したバッテリーは充電の間に発熱し、バッテリーが完全に放電する間に反転する。反転の際、リチウムは、カソード材料とリチウムとの間の直接的化学反応を起こし得るカソード上を容易に被覆し、熱を発生する。リチウムを溶融するのに十分な熱が発生し、結果として爆発する場合がある。
【０００７】
スタック圧力を強制的に与え、電解液の漏れを防止するために、通常、強固に巻かれた（“ゼリーロール”）セルが、内部のサイズがゼリーロールの全体サイズよりわずかにだけ大きい、剛体の金属製ハウジング（通常は円筒状の形状）の中に、設置される。  ゼリーロールは、金属製のハウジングの中に固定されるように、強固に巻かれているので、ゼリーロールの直径は変わり得る。積層体（アノード、カソード、及び分離材）の１０ミクロンのばらつきは、大型のバッテリーに対する５００ミクロンもしくはそれ以上のゼリーロールの直径の変化を意味し得る。
【０００８】
このゼリーロールの直径のばらつきは、間隙又はゼリーロールの層間の接触していない部分を生成する（不十分なスタック圧力によって生じる問題については上述されている）。
【０００９】
現状の金属製のハウジング（または容器）は、深絞り工程を使用して製造されている。この工程は、良好な品質と高い生産性を有するようにうまく開発されているが、高価である。使用される金属が、延展されている間に破れてしまわないように、十分に厚くなければならないので、この工程は、金属製のハウジングを如何に薄くできるかという点で限界がある。
【００１０】
金属製の容器は、電気的にアノードに接続されている。カソードは端子に接続され、機密的にシールされている。今日使用されている円柱型の充電式バッテリーでは、金属製のハウジングは、金属製のハウジングの縁を折り曲げてキャップ（又は蓋部）に圧着する、又はレーザ溶接を用いることによってシールされている。
【００１１】
使用されている溶接工程は非常に複雑であるが、うまく開発されている。溶接装置及び必要とされる保守の両方に関するコストは高い。また、金属が、折り曲げるために十分に厚くなければならないので、この工程は、金属製のハウジングを如何に薄くできるかという点で限界がある。
【００１２】
これらの製造上の限界のゆえに、従来の金属製のハウジングはリチウムベースのバッテリーの体積及び重量の大きなパーセンテージを占め、よってバッテリーの体積あたり、及び重量あたりのエネルギー密度が減少している。このことは、大型のリチウムバッテリーの場合にはより重大な問題であり、背の高いカンを深絞りするためには当初の金属板はより厚く、重くなければならない。
【００１３】
また、金属製のハウジングの定められた寸法のゆえに、容器の中には多量の使用されていない空間がある。この空間は積層された境界面上に圧力が無いことを意味し、よって機能の低下と爆発の危険とを意味している。
【００１４】
金属製のハウジングを使用することの別の重大な欠点は、破裂圧力に達して、結果的に金属製のハウジングが破裂にいたる場合があるということである。リチウムの高い容量のため、リチウムのバッテリーの使用に関連する爆発の危険は高くなる。過剰な電気的もしくは熱的な付加が与えられた場合、バッテリー内に短絡回路の状態が生じ、これによってガスが発生し、異常に高い内部圧力が発生する。バッテリーが過充電されると、電解液の分解のためにバッテリーの内部にガスが発生し、バッテリーの内部圧力は異常に高まる。金属缶の薄さのゆえに、最終的に壊滅的爆発が起きてしまうまで圧力が蓄積し、バッテリーの内容物は制御不可能に噴射される場合がある。
【００１５】
ニッケルベースのバッテリーに通常使用される、セル容器中の圧力が過剰に高まる可能性を避けるための１つの方法が、再閉塞可能なバルブである。しかし、周期的で連続的なガス圧の開放は、ある状況では、塩及び再閉塞可能なバルブを塞いでしまいかねない他の粒子を含む電解質の漏れを許してしまう可能性があり、一般的に追加的な経費のかかる部品を必要とする。
【００１６】
円柱状のリチウムイオンバッテリーにおいて主に使用される別の方法は、典型的には３４４８ｋＰａ（５００ｐｓｉ）程度の過剰な圧力に曝されると破れる、もしくは穴が開く膜状シールを使用することである。通常、シールが破れる前に、セルの深刻な膨潤が生じる。穴あけ部材のような穴を開ける機構が、圧力が前もって決められた量に到達したときに薄い膜部材に穴を開けるように用いられても良い。代替的に、破裂機構が、セルの内部圧力が大きくなりすぎたときに破裂する薄い膜部材の形状で用いられても良い。
【００１７】
セルから高圧力のガスを排気するためのこれらの方法が過剰な圧力を開放するにもかかわらず、これらの方法は、シール部材によって消費される体積を最適化することは無く、正確な破裂圧力を制御できる機構とはなっていない。
【００１８】
バッテリーのためのプラスティック製のハウジングは、剛体である金属製のハウジングを凌駕するいくつかの利点を提供する。熱可塑性の材料は相対的に廉価である。第２に、プラスティック材料は、押し出し成形、射出成形、熱成形、または他の工程によって、簡単にバッテリーハウジング用の複雑な形状に成形することができる。また、プラスティック容器は相対的に低い圧力で破裂する。これは、バッテリーの安全性の観点からは望ましい特徴である。
【００１９】
しかし、プラスティック材料は、水蒸気及び有機溶剤の蒸気を透過する。水蒸気のリチウムバッテリーの中への移行、及び電解液のバッテリーの外への移行は、通常、バッテリーの電気的機能に不利に影響する。たとえ微量であっても水分がバッテリーシステムの中に存在すると、リチウム塩が分解し、フッ化水素（ＨＦ）またはフッ素イオンのような遊離酸成分が生成する。遊離酸成分がリチウムと反応してフッ化リチウムまたはその種のものを形成し、バッテリーシステムの中のリチウムが消費されると、保存性又は充電／放電サイクル特性が低下し、理論的なバッテリーの容量が得られなくなる。
【００２０】
リチウム及び他の同様な型のバッテリーの場合、表面処理成形材がエポキシ又はアクリルの接着剤と接合されると、接合部分は有機溶剤を含有する電解質によって影響を受け接合強度が低下する。また、これらの接着剤は硬いので、振動のような外部からの力がかかると、接合部分が割れ、電解液が漏出する。リチウムバッテリーは水分から厳密に保護されなければならないので、接合部分の劣化は極めて重大な問題である。
【００２１】
現在、ほとんどの角柱状の構成は、ポーチを形成するために熱シールされる薄板／プラスティックの積層されたシートを使用している。金属の接触端子はシールの表面を貫通して形成される。製造効率を達成するために、ブリスターパッケージ（ｂｌｉｓｔｅｒ  ｐａｃｋａｇｉｎｇ）工程が採用されている。この工程には多くの欠点がある。
【００２２】
第１に、ブリスターパッケージはパッケージの全ての側面をシールする必要がある。バッテリーの機能はシールの完全性に大きく依存するので、シール工程はパッケージング作業に重要である。
【００２３】
第２に、シール工程に関するリアルタイムでモニターすることのできない変数が多数あるので、高速では工程が難しくなる。
【００２４】
第３に、シール用のタブの折り曲げ及び糊付けが複雑で、電極部品に影響を与え、シールを損傷する場合がある。
【００２５】
第４に、電極の界面領域全体を一定の圧力に維持する試みにおいては、パッケージは真空下でシールしなければならない。パッケージが大きな間隙領域を有しているので、パッケージ内の負圧は電解質のいくらかをこれらの間隙領域に動かし、セルの機能に影響する離散した電気的通路を提供し、セルの機能に影響を与える。真空にしている間に熱がパッケージをシールするために加えられるので、セルの中で電解質が移動する危険が非常に大きい。
【００２６】
第５に、接触タブがシールを貫通せざるを得ないので、シールし、モニターするのが困難な、金属とプラスティックとの界面が生じる。
【００２７】
第６に、高度による圧力の差が電極の界面領域に働く圧力に影響し、バッテリーの性能に影響し得る。
【００２８】
ラッチは、特許文献１（ここにその全体が組み込まれている）に、なんらの前処理をも必要とせず直接電気メッキすることのできる、すなわち直接電気メッキ可能な樹脂（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｅａｂｌｅ  ｒｅｓｉｎ：ＤＥＲ）をベースにしたポリマー成分を開示している。ラッチによって教示されたＤＥＲを生成する方法によれば、ポリマー／炭素／硫黄成分すべての重量の約０．１％より多量の硫黄（硫黄含有物によって提供されるいかなる硫黄をも含む）が導電性のカーボンブラックで充填したポリマーベース化合物に組み込まれる。カーボンブラックは、すべての成分が１０００ｏｈｍ／ｃｍより小さい電気的体積抵抗率を有するのに十分な量で存在する。１０００ｏｈｍ／ｃｍより小さい電気的抵抗率を達成するために必要な作用可能な最小レベルのカーボンブラックは、ポリマーとカーボンブラックとの合計の重量に基づいて約８重量パーセントである。
【特許文献１】米国特許第３８６５６９９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
ＤＥＲの硫黄は、ポリマーベースの基板と初期のＶＩＩＩ族アルカリ金属の電気的堆積物（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔ）との間の化学結合の生成に関与することがわかっている。さらに、硫黄は、基板表面上のＶＩＩＩ族アルカリ金属の電気的堆積物の横方向への成長を大幅に増加させ、電気的に導電性の充填樹脂上への直接電気的堆積物を達成しようとする従来技術の有する致命的な問題を回避している。直接的で、均一で、迅速で、付着性のある、電気的に析出したＶＩＩＩ族金属またはＶＩＩＩ族金属ベースの合金でのＤＥＲの被覆が達成された。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
リチウムベースのバッテリーのためのハウジングが、その製造のための様々な方法を伴って記載されている。バッテリーハウジングは基板としてのＤＥＲを使用してメッキされている。バッテリーハウジングは、優れた被覆特性を有する、水分と電解質との障壁の適用の必要性を満たすことができる。メッキ工程の環境は有害でなく、ゆえに作業の順に従ってバッテリーの外部をメッキするのに使用することができ、継ぎ目の無い軽量なパッケージを、極端な圧力の下では膨張し、そのことによって爆発の危険を軽減するために必要な柔軟性を維持しつつ、作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
添付の図は、この明細書に組み入れられるとともに一部分を構成しており、本発明の一以上の実施形態を図示し、詳細な説明とともに本発明の原理及び実施を説明している。
【００３２】
当業者は、後述の本発明の詳細な説明が説明のためだけのものであり、いかなる限定を与えるものではないことがわかるであろう。本発明の他の実施形態は、この開示の利益を有する当業者には容易に想到できるであろう。
【００３３】
図１は、キャップ２０、ケース３０、及び正の接触パッド４０を備えるプラスティック製の円柱状ハウジングの斜視図である。実施形態において、ハウジング１０は、例えば射出成形、押し出し成形、ブロー成形、真空成形、及びプレス成形のような既知の成形技術を使用して製造することができる。これらの方法は、費用がかからず、高い生産効率を有し、設備投資は少なくてよい。
【００３４】
ハウジング１０は、ほとんどのバッテリーの化学的性質に対して化学的に不活性である熱可塑性のプラスティックから成って良い。一の実施形態において、ハウジング１０は２フッ化ポリビニリジンすなわちＰＶＤＦ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｉｎｅ  Ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）からなる。一の実施形態において、ハウジング１０はポリエチレンからなる。
【００３５】
ハウジング１０は、水分がセルの中に入らないようにしつつ、電解液がセルから漏出するのを防ぐのに好適な厚さにすることができる。実施形態においては、ハウジング１０は、ハウジングが、金属製のハウジングを破裂させるのに必要な圧力より低い圧力で膨張し、爆発の危険を軽減するような厚みを有するように構成されている。実施形態においては、ハウジング１０は、２５０ｐｓｉを超える圧力に耐えるが、５００ｐｓｉより低い圧力で膨張するように構成されている。
【００３６】
実施形態においては、ハウジング１０は熱可塑性の層を備えている。ＤＥＲは熱可塑性の層の上にコーティングすることができる。ＤＥＲは、熱可塑性の層から集電器部（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）に延びるようにコーティングすることができる。ＤＥＲは次いで、水分の移動を妨げることができ、大型のリチウムベースのバッテリーに好適な、継ぎ目の無い、薄いハウジングを形成するためにメッキすることができる。
【００３７】
実施形態においては、ハウジング１０は内部の層５０と外部の層６０とを備えることができる。内部の層は、例えばＰＶＤＦから構成することができる。ハウジング１０はＤＥＲ７０とメッキされた領域８０とをさらに備えることができる。メッキされた領域８０は、例えばニッケルから構成することができる。メッキされた領域８０は、水分の障壁を形成するのに好適な、いかなる薄さにすることもできる。実施形態においては、メッキされた領域８０は約７ｍｉｌより薄い。実施形態においては、メッキされた領域８０は、２ｍｉｌから７ｍｉｌの厚さである。メッキされた領域８０は負端子として機能することができ、熱を消散するのに役立ち得る。
【００３８】
実施形態においては、電極アセンブリがケース３０の中に挿入され、キャップ２０がケース３０にシールされた後に、ＤＥＲ７０を内部の層５０の上にコーティングすることができる。ＤＥＲ７０は、次いで電解メッキされ、メッキされた領域８０を形成することができる。
【００３９】
図２ａ〜ｄはプラスティックケース３０及びキャップ２０を図示している。図２ａに示すように、負電極接触板２００はケース３０に挿入され、突出するタブによって成形された、又は予備成形されたプラスティックのシート２２０に固定されている。図２ｂは、プラスティックケース３０の中の負電極接触板２００のベントタブ２３０を図示している。図２ｃは、キャップ２０に固定された正極接触板２４０の斜視図である。図２ｄは、キャップ２０に固定された正極接触板２４０の平面図である。
【００４０】
図３ａ〜３ｃは、ハウジング１０の断面図である。図３ａは、ＤＥＲのメッキが生じないマスクされた領域３００の効用を図示している。シートの構成のため、最小のマスキングがＤＥＲに対して必要となる。マスキングは、結合部分の間の接続をさらに強化するために使用することができる。図３ｂは、プラスティックシート３１０を通じて突出する折り曲げタブ２３０を示している。図３ｃは、外側に突出するタブ２３０を有する内部正極接触板３２０と、この内部正極接触板３２０のタブ２３０に圧着することのできる外側正極接触板３４０とを示している。
【００４１】
電気的接触部は、金属製部品又は金属製部品の周りの成形品と共に複数の真空成形された部品の積層品によって一体化されている。この方法は、ハウジングに内部で短絡するリスクのほとんど無い解決法を提供しているが、ハウジングが組立時には金属層を有していないため、ハウジングがゼリーロールのサイズまで収縮し得る。この方法においては、ゼリーロールの層間の接続、及びバッテリーの電圧密度は増大している。
【００４２】
また、使用される材料は、自動車のエンジン室の中のように、バッテリーが正常に機能している間に維持される温度では収縮し得ない。しかし、たぶん短絡によって生成した高温の場合には、材料は収縮し、圧力の増加と爆発の可能性を防止しているケースは破裂する。また、短絡によるガスの生成がある場合には、プラスティックケースが代わりに圧力のしきい値（金属製のハウジングが破裂する圧力より低くすることができる）に達するまで膨張し、プラスティックケースが破裂する（たぶん金属製のハウジングの場合よりは爆発性は少ない）。
【００４３】
実施形態においては、電気化学的セルは、金属端子の機構がハウジング１０に取り付けられた後に、ケース３０の中に挿入される。実施形態においては、Ｘ−Ｙ型のロボット機構が電気化学的セルをケース３０に挿入するために使用されても良い。次いで、キャップ２０はケース３０に取り付けられ、熱がキャップ２０でケース３０をシールするように加えられる。製造工程の間に使用される温度を注意深くコントロールすることによって、キャップ２０とケース３０とを貼り合わせることができ、これら２つの間の優れた接着を達成することができる。次いで、均一な周辺圧力がハウジング１０に加えられる。実施形態において、均一な周辺圧力は、一旦シールされたハウジングを収縮させることによって加えられる。実施形態において、均一な周辺圧力は、電気化学的セルの挿入の間のケース３０の膨張によって、次いで、ケース３０とキャップ２０との収縮によって加えられ、ハウジング１０が挿入後の電気化学的セルに合致する。
【００４４】
図４は、プラスティック製の角柱状のハウジング４００の斜視図である。角柱状の形状は、例えば改善された容積出力密度のような、円柱状のバッテリーを凌駕する利点を提供する。プラスティック製のハウジング４００の中には、１２から１６の集電器を格納することができる。
【００４５】
図５ａは、角柱状のプラスティック製ハウジングに使用するのに好適なキャップ５００の斜視図である。キャップ５００は、積層することのできるリード（ｌｅａｄｓ）から構成することができる。都合の良いことに、この実施形態は、大きな接触面を提供する。
【００４６】
図５ｂは、角柱状のプラスティックハウジング５２０の斜視図である。角柱状の構成において、ハウジングが可撓性を有しているので、ＤＥＲをメッキした後に、バッテリー全体をウレタンのようなゲル状の軟らかい材料の中に設置することができ、圧力をパッケージ全体に亘って加えることができる。この方法は円柱状のセルに対しても有効であるが、大きな空隙体積のため、バッテリーの重量が実質的に増加する。
【００４７】
図６は、圧力保持器６１０を備える角柱状のハウジング６００の平面図である。圧力保持器６１０は、バッテリーの充電及び放電に際して電極スタック６３０の表面に亘る圧力をさえ、維持するように構成された圧力リブ６２０を備えることができる。圧力保持器は、板ばね及び平坦な付勢板等から構成することができる。バッテリーは、プラスティックハウジングの中に、付勢部材が圧力をスタックの厚み方向に加えるように載置された錘を伴って、水平に配置することができる。
【００４８】
図７ａは、角柱状のハウジング７００の平面図である。図７ｂは、角柱状のハウジング７００のキャップ７１０の分解斜視図である。この実施形態において、キャップ７１０は外部接触端子７２０、内部接触端子７３０、底部キャップ７４０、主キャップ７５０、及び上部キャップ７６０を備えている。金属製の接触部は、バッテリーの端子を形成するために、積層され、固定される。しかし、ここで記述される方法によれば、ハウジングの外面は端子に接触することなく電気メッキされている。この実施形態の３つの層は、金属の貫通接続を達成する、簡単で単純な方法を提供することができる。
【００４９】
別の実施形態においては、熱可塑性プラスティックのシートは、真空成形又は圧力成形技術を使用して、多数のキャップ又はケースの形に形成することができる。上述の角柱状のハウジングのキャップのような、多層を有するキャップの場合、例えば、上部キャップ、主キャップ、底部キャップのようなキャップの様々な層は、熱可塑性プラスティックのシートから同様に形成することができ、同一の形状を有するとともに、同じように離間された層を形成する。この方法においては、例えば４８インチＸ４８インチであり得る熱可塑性プラスティックのシートは、個片の代わりに一度に処理することができ、よってより効率的に複数のキャップ、ケース、及び／又は層を形成することができる。
【００５０】
図８は、キャップのメッキと積層の方法を図示したものである。この方法は完全に自動化することができ、迅速で効果的な製造工程を可能にしている。この工程は、溶接のような多くの変数の列を有する工程に依存しなくとも良いので、工程の処理速度を速めることができるとともに、工程の複雑さを実質的に減少し、信頼性を実質的に向上することができる。
【００５１】
一の実施例において、位置決めシステムを、シートを様々なアセンブリのステージを通って移動するように、使用することができる。位置決めシステムは手動であっても良く、または、コンベアベルト、トレー、及び／又はロボットアームを使用して完全にもしくは部分的に自動化されていても良い。別の実施例においては、コンピュータプログラムによって、位置決めシステム及び工程の全てのステーションと通信可能となっている。この実施例によれば、コンピュータプログラムは、プログラムに使用されるデータを記録するとともに保存し、いくつかのまたはすべてのステーションの製品が前もって決められた基準及び品質要求を満足するかどうかを決定することができる。
【００５２】
図８に示した実施形態によれば、多数のキャップを備える成形されたシートは、最初にパッド印刷のステーション８００からメッキタンク８１０に移動することができる。シートがメッキタンクにとどまる時間は望ましいメッキ厚によって決めることができる。シートは次いでメッキタンク８１０から基板乾燥機８２０へ移動し、テストステーションへ移動し、次いで、積層工程８４０、個片化ステーション８５０へ移動し、最終的に保存ユニット８６０へ移動する。個片化ステーション８５０では、シートは抜き打ち、レーザ切断、又は従来技術で既知の他の分離機構によって個々のキャップ又はキャップ層に分離される。スクラップは、スクラップ貯蔵箱へ運ばれる。
【００５３】
図９は、プラスティックハウジングをメッキする方法を図示している。この方法は、上述と同様に自動化することができる。実施形態において、シートは多数の成形されたケースを備えている。金属タブは、ケースに挿入され、圧着されてシールされる。次いで、積層されたゼリーロール又は電極スタックが、ケースに挿入される。キャップは、ケースの上に載置され、熱を加えることによってケースにシールされる。
【００５４】
次いで、ハウジングは熱収縮し、電極アセンブリに望ましい圧力を与える。ハウジングは分離ステーションに運ばれ、打ち抜き機、レーザ切断、または従来技術に知られた他の分離機構を用いて分離される。ハウジングはマスキングすることができ、バッテリーは短絡することが無く、ＤＥＲがハウジングにコーティングされる。
【００５５】
一の実施形態において、使用者はクランプを用いてハウジングの上部と底部とを手作業でマスクすることができる。次いで、ハウジングはＤＥＲでスプレーされ、または代替的にタンクの中に浸漬され乾燥される。別の一の実施形態において、ハウジングの上部と底部とを把持し、マスクするためにコンベアベルトを使用することができ、次いで、ハウジングはスプレー装置によって受け渡される。一の実施形態において、コンベアベルトはスプレー装置の前でハウジングを回転することができる。次いで、ハウジングは電解メッキされ、バッテリーのための継ぎ目の無い格納容器を提供する。
【００５６】
メッキ工程の処理速度はバッテリーセルの大量生産に十分とすることができる。メッキ工程のための設備投資は大変少なくすることができる。リチウムポリマーバッテリーのパッケージにおけるＤＥＲの使用の重要な利点は、特定の領域をメッキすることができることであり、パッケージ作業中、及び使用中の短絡を排除した頑丈な外形を有する、軽量のバッテリーハウジングを設計することができる。
【００５７】
本発明のバッテリーセルは、当業者には既知のさまざまなサイズと構成で作ることができる。これらのバッテリーの設計構成は平面状、角柱状、ゼリーロール状、折りたたみ状、スタック状、及びそのような種類を含むが、それらに限られるわけではない。本発明は、リチウム電解バッテリー、リチウムポリマー電解バッテリー、及びリチウムイオンゲル電解バッテリーを含むリチウムベースのバッテリーのタイプに関して使用することができるが、これらに限られるわけではない。
【００５８】
本発明の様々な特徴のさらなる変型及び代替的な実施形態は、この記述の観点において当業者には明白であろう。従って、この記述は説明のためとしてのみ解釈され、当業者に本発明を実施する一般的な方法を教示する目的のためのものである。ここで示され、記述された本発明の形態が、現在好ましい実施形態とされていることが理解される。本発明の教示を得た当業者には全てが明らかなように、ここに図示され記載された要素及び材料に代えることができる要素及び材料、部品及び工程は入れ替えることができ、本発明の一定の特徴は独立して使用することができる。ここで記述された要素は、特許請求の範囲に記載される本発明の精神と技術的範囲から逸脱することなく変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】ハウジングの斜視図である。
【図２ａ】ケースの斜視図である。
【図２ｂ】ケースの斜視図である。
【図２ｃ】キャップの斜視図である。
【図２ｄ】キャップの斜視図である
【図３ａ】ハウジングの断面図である。
【図３ｂ】ハウジングの断面図である。
【図３ｃ】ハウジングの断面図である。
【図４】ハウジングの斜視図である。
【図５ａ】キャップの斜視図である。
【図５ｂ】ハウジングの斜視図である。
【図６】ハウジングの平面図である。
【図７ａ】ハウジングの斜視図である。
【図７ｂ】キャップの分解図である。
【図８】キャップをメッキし、薄膜形成するための方法を図示したものである。
【図９】バッテリーを製造する方法を図示したものである。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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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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