(57)【要約】積み重ねた平坦なアノードとカソード層を有する電池。電池は、埋め込み可能な医療器具内に填るような構成にすることができる。
2006512745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の交互するアノードとカソード層を備え、カソード層はそれぞれ、ベース層と、ベース層に取り付けたカソード材料層とを有し、ベース層が第１位置から延びているカソード・タブを含み、カソード・タブがそれぞれ、カソードベース層の厚さより大きい厚さを有し、
各アノード層が、第２位置から延びているアノード・タブを含む電池スタック。
【請求項２】
各アノード層がベース材料層を含み、各アノード・タブが、アノードベース材料層の厚さより大きい厚さを有する請求項１に記載の電池スタック。
【請求項３】
アノードとカソード層がそれぞれ、ほぼ長方形以外の形状を含む請求項１に記載の電池スタック。
【請求項４】
カソード材料層がＭｎＯ2を含む請求項１に記載の電池スタック。
【請求項５】
複数の交互するアノードとカソード層を備え、アノード層はそれぞれベース層を有し、アノード層が、第１位置から延びているアノード・タブを含み、アノード・タブが、アノードベース層の厚さより大きい厚さを有し、
各カソード層が、第２位置から延びているカソード・タブを含む電池スタック。
【請求項６】
アノードとカソード層がそれぞれ、ほぼ長方形以外の形状を含む請求項５に記載の電池スタック。
【請求項７】
アノード材料層がＭｎＯ2を含む請求項５に記載の電池スタック。
【請求項８】
第１位置から延びている第１タブ、及び第２位置から延びている第２タブを含む第１電極層と、
タブを含む第２電極層とを備え、第２電極層が第１電極層上で位置決めされると、第２電極層タブが第１タブの上に重なる電池スタック。
【請求項９】
さらに、タブを有する第３電極層を備え第３電極層が第１ベース電極層上で位置決めされると、第３電極層タブが第２タブの上に重なる請求項８に記載の電池スタック。
【請求項１０】
第１電極層が、第３位置から延びている第３タブを含み、第１タブ、第２タブ及び第３タブが電気的に接続される請求項８に記載の電池スタック。
【請求項１１】
さらに、タブを含む第４電極層を備え、第４電極層が第１ベース電極層上で位置決めされると、第４電極層タブが第３タブの上に重なる請求項１０に記載の電池スタック。
【請求項１２】
第１電極層と第２電極層がカソード電極層である請求項８に記載の電池スタック。
【請求項１３】
第１電極層と第２電極層がアノード電極層である請求項８に記載の電池スタック。
【請求項１４】
さらに、タブを含む第３電極層を備え、第３電極層が第１ベース電極層上で位置決めされると、第３電極層タブが第２タブの上に重なり、第２電極層又は第３電極層の少なくとも一方が、第１ベース電極層より少ないタブを有する請求項８に記載の電池スタック。
【請求項１５】
さらに、タブを含む第３電極層を備え、第３電極層が第１ベース電極層上で位置決めされると、第３電極層タブが第２タブの上に重なり、第２電極層タブと第１タブが相互に接続されて、第１タブ・グループを形成し、第３電極層タブと第２タブが相互に接続されて、第２タブ・グループを形成し、第１タブ・グループと第２タブ・グループがそれぞれ、第１タブ・グループと第２タブ・グループとの合計の厚さより小さい厚さを有する請求項８に記載の電池スタック。
【請求項１６】
２つ以上のタブを有するベースカソード電極層と、
２つ以上のタブを有するベースアノード電極層と、
ベースカソード電極層より少ないタブを有する２次カソード電極層と、
ベースアノード電極層より少ないタブを有する２次アノード電極層とを備え、
２次カソード電極層が、ベースカソード電極層の２つ以上のタブのうち１つの上に重なり、それに結合する少なくとも１つのタブを有し、２次アノード電極層が、ベースアノード電極層の２つ以上のタブのうち１つの上に重なり、それに結合する少なくとも１つのタブを有する電池。
【請求項１７】
ベースカソード電極層が、電池端子に接続するタブを含む請求項１６に記載の電池。
【請求項１８】
ベースカソード電極層が金属シートを含み、これは金属シートの表面に取り付けた二酸化マンガン（ＭｎＯ2）層を有する請求項１６に記載の電池。
【請求項１９】
ＭｎＯ2層が、ベースカソード電極層の２つ以上のタブを覆わない請求項１８に記載の電池。
【請求項２０】
ベースアノード電極層が、リチウム層を含む金属シートを含む請求項１６に記載の電池。
【請求項２１】
リチウム層が、ベースアノード電極層の２つ以上のタブを覆わない請求項２０に記載の電池。
【請求項２２】
複数の電極層を有する電池スタックを形成する方法であって、
セパレータ層を電池スタックの各電極層に取り付けることと、
各電極層のセパレータ層がスタック取付具の物理的位置合わせ要素と突き当たり、各電極層が物理的位置合わせ要素に対して位置合わせされるように、各電極層をスタック取付具内に配置することとを含む方法。
【請求項２３】
各セパレータ層の縁部が２つ以上の物理的位置合わせ要素と接触する請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
物理的位置合わせ要素と突き当たることが、２つ以上の垂直方向のポストと突き当たることを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
スタック取付具の物理的位置合わせ要素と突き当たることが、電池ケースの内面と突き当たることを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
配置することが、各層を配置するために制御されたロボット・アームを使用することを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
配置することが、複数の層をそれぞれ手動で配置することを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
複数の層を含む電池スタックの位置合わせを維持する方法であって、
各層を電池スタックの先行する層の頂部に配置するにつれ、複数の層のそれぞれを位置合わせさせることと、
各層をその層の位置合わせ位置で保持するために、電池スタックに圧縮力を連続的に加えることとを含む方法。
【請求項２９】
圧縮力を連続的に加えることが、電池スタックの上面と底面に圧縮力を連続的に加えることを含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
位置合わせすることが、ビジョン・アラインメント・システムを使用することを含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
電池スタックを形成する方法であって、
一対の上部材が第１電池層の１つ又は複数の上部縁面に下向きの力を加える間に、ベース・パッドが第１電池層を押し上げるように、上方向の力が連続的に加えられたベース・パッドに第１電池層を配置することと、
第２電池層の１つ又は複数の上部縁面が一対の上部材の上に維持されている間に、第２電池層の中心部分を第１電池層の中心部分に押し込むために、配置部材を使用して、第２電池層を第１電池層の頂部で位置合わせし、配置することと、
第２電池層の１つ又は複数の上部縁面が第１電池層の上面に落ちるように、一対の上部材を移動させることと、
一対の上部材が第２電池層の１つ又は複数の上部縁面の頂部にあるように、上部材の対を移動させることと、
配置部材を外すことと、
電池スタックが形成されるまで、複数の電池層を以前に配置した電池層に繰り返し位置合わせし、配置することとを含む方法。
【請求項３２】
配置部材を使用することが、各電池層を配置するために制御されたロボット・アームを使用することを含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
配置部材を使用することが、手動制御の工具を使用することを含む請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
平型電池の電池スタックを形成する方法であって、
複数の電池層がそれぞれ、電池スタックの頂部層にあるように、複数の電池層を相互の上に順番に配置することと、
複数の電池層のそれぞれが配置されるまで、電池スタックの底層と電池スタックの頂部層との間に圧縮力を連続的に加えることとを含む方法。
【請求項３５】
順番に配置することが、各電池層を配置するために制御されたロボット・アームを使用することを含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
順番に配置することが、複数の電池層をそれぞれ手動で配置することを含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
圧縮力を連続的に加えることが、電池スタックの頂部層に力を加えるために、配置部材及び上部保持部材を交互に使用することを含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
さらに、層を電池スタック上に配置する間に、複数の層をそれぞれ位置合わせすることを含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３９】
電池スタックを形成する装置であって、
個々の電池層のスタックを保持するベース・パッドと、
層が配置部材によってスタック上に配置されるにつれ、個々の層それぞれに対して押さえつけるためにスタック上で移動可能な上部材とを備え、
配置部材又は上部材によってスタックが連続的に押さえつけられるように、各電池層をスタック上に配置するにつれ、配置部材が各電池層を押さえつけている間に、上部材が移動する構成である装置。
【請求項４０】
配置部材が制御されたロボット配置アームを含む請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】
配置部材が手動操作工具を含む請求項３９に記載の装置。
【請求項４２】
上部材が、薄膜の各端に支持されたプラスチック薄膜を含む請求項３９に記載の装置。
【請求項４３】
プラスチック薄膜が、プラスチック薄膜の新しい区間を提供するために割り送られるように構成されたプラスチック薄膜のロールを含む請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
プラスチック薄膜が約０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）以下の厚さを有する請求項４２に記載の装置。
【請求項４５】
プラスチック薄膜が約０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）以下の厚さを有する請求項４２に記載の装置。
【請求項４６】
湾曲した内面を有するケースと、
電池スタックとを備え、その電池スタックが、
アノード層とカソード層を有し、ケースの湾曲した内面と対面する第１縁部表面を有する第１電池スタック部分と、
アノード層とカソード層を有し、ケースの湾曲した内面と対面する第２縁部表面を有する第２電池スタック部分とを含み、
第１縁部表面が第２縁部表面より後退して、湾曲した内面の輪郭と概ね合同である輪郭を形成する電池。
【請求項４７】
電池が、アノード層とカソード層を有し、ケースの湾曲した内面と対面する第３縁部表面を有する第３電池スタック部分を含み、第３縁部表面が第２縁部表面から後退する請求項４６に記載の電池。
【請求項４８】
第１と第２電池スタックが個々の第３及び第４縁部を有し、第３縁部表面が第４縁部表面から後退する請求項４６に記載の電池。
【請求項４９】
請求項４６に記載の電池を備える埋め込み可能な医療器具。
【請求項５０】
複数のアノード層と、
複数のセパレータと、
複数のカソード層とを備え、
電池が、交互するアノード層とカソード層を有する層状スタック構造を含み、１つ又は複数のセパレータが隣接する各アノード層とカソード層との間に挿入され、さらにカソード層の少なくとも１つの外周縁表面が、カソード層に隣接するアノード層の少なくとも１つの外周縁表面からずれている電池。
【請求項５１】
電池が平坦な積み重ねた電池構造を含み、したがってアノード層、セパレータ及びカソード層が層状の積み重ねた構成である請求項５０に記載の電池。
【請求項５２】
カソード層がＭｎＯ2材料を含む請求項５０に記載の電池。
【請求項５３】
第１外周を有する平坦なシートを備えるアノード層と、
セパレータ層と、
第２外周を有する平坦なシートを備えるカソード層とを備え、
積み重ねた層状構造として構築され、セパレータがカソード層とアノードとの間に挿入され、さらに、カソード層の第２外周が、アノード層の第１外周から完全にずれている電池。
【請求項５４】
カソード層がＭｎＯ2材料を含む請求項５３に記載の電池。
【請求項５５】
一体形成され、貫通接続穴を形成する環状構造を含む壁を有するハウジングを備え、一体形成の環状構造が内向きの円筒形表面を含み、さらに、
ハウジング内に配置され、アノードとカソードを含む電極アセンブリと、
貫通接続穴を通って延びている貫通接続ポストと、
内向きの円筒形表面に突き当たる外面と内部穴を有する電気的絶縁部材とを備え、貫通接続ポストが内部穴を通って延び、電極アセンブリの一部に接続した一方端と、ハウジングへと外部に露出する第２端とを有する電池。
【請求項５６】
ハウジングがベース部分及び蓋部分を含み、貫通接続穴が蓋部分の内部にある請求項５５に記載の電池。
【請求項５７】
電極アセンブリが、層状のスタック内に配置された複数のアノード・サブアセンブリ及びカソード・サブアセンブリを含む請求項５５に記載の電池。
【請求項５８】
電気的絶縁部材がガラス部材を含む請求項５５に記載の電池。
【請求項５９】
壁を含み、その壁から延びている一体形成の円筒形表面を壁が有し、壁内に貫通接続穴を備えるハウジングと、
ハウジング内に配置され、アノードとカソードを含む電極アセンブリと、
穴を有し、貫通接続穴内に配置され、一体形成の円筒形表面の内面と突き当たる、円筒形絶縁部材と、
電極アセンブリに接続された第１端部を有し、円筒形部材の穴を通って延びている貫通接続ポストと
を備える電池。
【請求項６０】
電極アセンブリが、層状のスタック内に配置された複数のアノード・サブアセンブリとカソード・サブアセンブリを含む請求項５９に記載の電池。
【請求項６１】
円筒形絶縁部材がガラス部材を含む請求項５９に記載の電池。
【請求項６２】
埋め込み可能な医療器具であって、
外部ハウジングと、
ハウジング内の電池とを備え、
電池が、
チャンバを備えるハウジングと、
チャンバ内の複数の電極層とを備え、
複数の電極層が、複数のベース・タブを有するベース電極層と、複数の２次電極層とを含み、複数の２次電極層がそれぞれタブを有し、複数の２次電極層の少なくとも１つが、ベース電極層より少ないタブを有し、
複数の２次電極層がそれぞれ、複数のベース・タブのうち１つの上に重なり、それに結合される少なくとも１つのタブを有する医療器具。
【請求項６３】
複数の２次電極層が、第１層グループ、第２層グループ、第３層グループ、第４層グループ内に配置され、
複数のベース・タブが、第１ベース・タブ、第２ベース・タブ、第３ベース・タブ、第４ベース・タブを備え、
第１層グループが第１ベース・タブの上に重なって、第１タブ・グループを形成し、第２層グループが第２ベース・タブの上に重なって、第２タブ・グループを形成し、第３層グループが第３ベース・タブの上に重なって、第３タブ・グループを形成し、第４層グループが第４ベース・タブの上に重なって、第４タブ・グループを形成し、
各タブ・グループが、第１タブ・グループ、第２タブ・グループ、第３タブ・グループ、第４タブ・グループの合計の厚さより薄い厚さを有する請求項６２に記載の医療器具。
【請求項６４】
電池を形成する方法であって、
複数の長方形以外の形状のカソードを設けることであって、その長方形以外の形状の各カソードが、他の長方形以外の形状のカソードと同じ近似形状を有し、各カソードが、カソードから延びているタブを有し、
複数の長方形以外の形状のアノードを設けることであて、その長方形以外の形状の各アノードが、他の長方形以外の形状のアノードと同じ近似形状を有し、各アノードが、アノードから延びているタブを有し、各アノード・タブが各カソード・タブとは異なる位置にあり、
セパレータが各アノードと各カソードの間にある状態で、複数のアノードとカソードを積み重ねて、電池スタックにすることと、
カソード・タブを相互に接続することと、
アノード・タブを相互に接続することと、
アノードとカソードとほぼ同じ形状を有する長方形以外の形状の電池ケース内に電池スタックを配置すること、
アノード・タブ及びカソード・タブを個々のアノードとカソード端子に接続することとを含む方法。
【請求項６５】
カソードを設けることが、ＭｎＯ2粉末材料をカソードベース層に押し込むことを含む請求項６４に記載の方法。
【請求項６６】
カソードを設けることが、ＭｎＯ2ペーストをカソードベース層に取り付けることを含む請求項６４に記載の方法。
【請求項６７】
カソードを設けることが、各カソードをセパレータ内にヒートシールすることを含む請求項６４に記載の方法。
【請求項６８】
第１位置から延びている第１タブを含む第１カソード層と、
第２位置から延びている第２タブを含む第１アノード層と、
第１タブの上に重なるタブを有する第２カソード層と、
第２タブの上に重なるタブを含む第２アノードと
を備え、第１と第２カソード層が、自身の表面に取り付けた二酸化マンガン（ＭｎＯ2）層を有する金属シートを含む電池スタック。
【請求項６９】
ＭｎＯ2層がカソード電極層のタブを覆わない請求項６８に記載の電池。
【請求項７０】
第１と第２アノード層がリチウム層を含む金属シートを含む請求項６８に記載の電池。
【請求項７１】
リチウム層がアノード電極層のタブを覆わない請求項７０に記載の電池。
【請求項７２】
電池のバックフィル・ポートを密封する方法であって、
バックフィル・ポートのプラグを電池ケースの穴に取り付けることと、
ポートのプラグを穴に取り付けるにつれ、ポートのプラグを電池に溶接することとを含む方法。
【請求項７３】
ポートのプラグが、電池ケースの穴の直径より大きい直径を有し、したがってポートのプラグと穴との間に締まり嵌めがある請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
ポートのプラグが球形のボール形状を含む請求項７２に記載の方法。
【請求項７５】
ポートのプラグがキャップ形状を含む請求項７２に記載の方法。
【請求項７６】
さらに、プラグとケースの間に第２レーザ溶接を提供することを含む請求項７２に記載の方法。
【請求項７７】
電池のバックフィル・ポートを密封する方法であって、
バックフィル・ポートのプラグを電池ケースの穴に押し込むために、第１溶接電極を使用することと、
第２電極を電池ケースに当てて配置することと、
ポートのプラグを電池ケースに溶接するために第１電極からの溶接エネルギを第２電極へと送出することとを含む方法。
【請求項７８】
第１電極がバックフィル・ポートのプラグを穴に押し込んでいる間に、溶接エネルギを送出する請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
第１電極がバックフィル・ポートのプラグを穴に押し込んだ後に、溶接エネルギを送出する請求項７７に記載の方法。
【請求項８０】
バックフィル・ポートのプラグが、プラグと電池ケースとの間に締まり嵌めを提供するような寸法である請求項７７に記載の方法。
【請求項８１】
さらに、第１溶接の後にプラグのヘッドの周囲で第２溶接を提供することを含み、第２溶接がレーザ溶接である請求項７７に記載の方法。
【請求項８２】
各アノードと各カソードとの間にセパレータを有するアノードとカソードとの交互のシーケンスを備え、各セパレータが隣接するセパレータと接続されて、各カソードの周囲にほぼ密封したポケットを形成する電池スタック。
【請求項８３】
各カソードのタブが、ほぼ密封したポケットを越えて露出する請求項８２に記載の電池スタック。
【請求項８４】
各カソードがＭｎＯ2を含む請求項８２に記載の電池スタック。
【請求項８５】
アノードとカソードの交互のシーケンスを備える電池スタックであって、各カソードが、一方側に第１セパレータを、第２側に第２セパレータを有し、第１セパレータと第２セパレータが、その縁部の少なくとも一部の周囲で相互に接続される電池スタック。
【請求項８６】
第１セパレータと第２セパレータが、第１セパレータと第２セパレータとの接続部でフランジを形成し、フランジがカソードの縁部を越えて延びて、カソードの縁部を囲む請求項８５に記載の電池スタック。
【請求項８７】
第１セパレータと第２セパレータとの間の接続がヒートシールを含む請求項８５に記載の電池スタック。
【請求項８８】
アノードとカソードの交互のシーケンスを備える電池スタックであって、各アノードが、一方側に第１セパレータを、第２側に第２セパレータを有し、第１セパレータと第２セパレータが、その縁部の少なくとも一部の周囲で相互に接続される電池スタック。
【請求項８９】
第１セパレータと第２セパレータが、第１セパレータと第２セパレータとの接続部でフランジを形成し、フランジがアノードの縁部を越えて延在して、アノードの縁部を囲む請求項８８に記載の電池スタック。
【請求項９０】
第１セパレータと第２セパレータとの間の接続がヒートシールを含む請求項８８に記載の電池スタック。
【請求項９１】
第１セパレータ・シートと第２セパレータ・シートとの間に電極を配置することと、
第１セパレータと第２セパレータとの間で電極をほぼ囲むために、電極の周囲に沿って第１セパレータ・シートを第２セパレータ・シートに取り付けることとを含む方法。
【請求項９２】
第１セパレータ・シートを第２セパレータ・シートに取り付けることが、セパレータ・シートを相互にヒートシールすることを含む請求項９１に記載の方法。
【請求項９３】
第１セパレータ・シートを第２セパレータ・シートに取り付けることが、セパレータ・シートを相互に超音波溶接することを含む請求項９１に記載の方法。
【請求項９４】
第１セパレータ・シートを第２セパレータ・シートに取り付けることが、セパレータ・シートを相互にホット・ダイ・シールすることを含む請求項９１に記載の方法。
【請求項９５】
第１セパレータ・シートを第２セパレータ・シートに取り付けることが、セパレータ・シートを相互にヒートシールすることを含む請求項９１に記載の方法。
【請求項９６】
電極がカソードを含む請求項９１に記載の方法。
【請求項９７】
電極がアノードを含む請求項９１に記載の方法。
【請求項９８】
電池のカソードを形成する方法であって、
カソードキャリア細片の少なくとも一部が空隙内に配置されるように、空隙を有する取付具にカソードキャリア細片を装着することと、
カソード粉末を空隙内に付着させることと、
取付具を振動させることと、
カソード粉末をキャリア細片に押しつけることとを含む方法。
【請求項９９】
カソードキャリア細片を、空隙内でほぼ垂直に装着する請求項９８に記載の方法。
【請求項１００】
さらに、カソード粉末を空隙内に付着させる前に、カソード粉末を篩に掛けることを含む請求項９８に記載の方法。
【請求項１０１】
粉末をキャリア細片に押しつけることが、１平方インチ当たり約１６〜２１トンで押しつけることを含む請求項９８に記載の方法。
【請求項１０２】
予め決定した正確な量のカソード粉末を空隙内に付着させる請求項９８に記載の方法。
【請求項１０３】
電池のカソードを形成する方法であって、
キャリア細片が取付具の空隙内でほぼ垂直に配向されるように、カソードキャリア細片を取付具内に装着することと、
カソード粉末を空隙内に付着させることと、
粉末をキャリア細片に押しつけることとを含む方法。
【請求項１０４】
カソード粉末がＭｎＯ2を含む請求項１０３に記載の方法。
【請求項１０５】
粉末をキャリア細片に押しつけることが、一対の対向するプレス・ヘッド部材をキャリア細片の対向する側で相互に向かって押しやることを含む請求項１０３に記載の方法。
【請求項１０６】
さらに、粉末をキャリア細片に押しつける前に、取付具を振動させることを含む請求項１０３に記載の方法。
【請求項１０７】
電池のカソードを形成する方法であって、
空隙を有するクランプ部材を設けることと、
カソード粉末を空隙内に付着させることと、
カソードキャリア細片を空隙に装着することと、
空隙を有するシムをカソードキャリア細片上に配置することと、
カソード粉末をシム空隙内に付着させることと、
カソード粉末を伽苛細片に押しつけることとを含む方法。
【請求項１０８】
カソード粉末がＭｎＯ2を含む請求項１０７に記載の方法。
【請求項１０９】
予め決定された正確な量のカソード粉末をクランプ部材の空隙内に、予め決定した正確な量のカソード粉末をシム空隙内に付着させることを含む請求項１０７に記載の方法。
【請求項１１０】
電池スタックの相互接続部を形成する方法であって、
１つ又は複数のアノードの１つ又は複数のアノード接続部材と、１つ又は複数のカソードの１つ又は複数のカソード接続部材とを相互に接続することと、
１つ又は複数のアノード箔を１つ又は複数のカソード箔から電気的に隔離することとを含む方法。
【請求項１１１】
電気的に隔離することが、アノード接続部材とカソード接続部材の一部を切断することを含む請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１２】
カソード接続部材がそれぞれ、１つ又は複数のカソードそれぞれの主要本体の厚さとほぼ同じ、又はそれより厚い厚さを有する請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１３】
アノード接続部材がそれぞれ、１つ又は複数のアノードそれぞれの主要本体の厚さとほぼ同じ、又はそれより厚い厚さを有する請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１４】
遠位区間と近位区間を有するアノード接続部材と、遠位区間と近位区間を有するカソード相互接続部材を、アノード接続部材の遠位区間がカソード接続部材の遠位区間の上に重なるように位置決めすることと、
アノード接続部材とカソード接続部材とを接続することと、
アノード接続部材の遠位区間及びカソード接続部材の遠位区間に分離部を形成することとを含み、アノード接続部材の近位区間が、カソード接続部材の近位区間から電気的に隔離される方法。
【請求項１１５】
アノード接続部材をカソード接続部材に接続することが、アノード接続部材の一部をカソード接続部材の一部に溶接することを含む請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１６】
請求項１１４の方法により構築した電池スタックを有する電池。
【請求項１１７】
それぞれが遠位区間と近位区間を有するアノード接続部材を有する一対のアノードを設けることと、
遠位区間と近位区間を有するカソード接続部材を有するカソードを設けることと、
各アノード接続部材の遠位区間が、カソード接続部材の遠位区間の上又は下に重なるように、一対のアノード間にカソードを挟んで、各アノード接続部材とカソード接続部材を位置決めすることであって、カソード接続部材は、カソード接続部材がアノード接続部材間のギャップをほぼ充填するような厚さを有する位置決めすることと、
アノード接続部材とカソード接続部材とを接続することと、
アノード接続部材の遠位区間とカソード接続部材の遠位区間との間に分離部を形成することとを含み、アノード接続部材の近位区間が、カソード接続部材の近位区間から電気的に接続される方法。
【請求項１１８】
アノード接続部材とカソード接続部材を接続することが、アノード接続部材の一部をカソード接続部材の一部に溶接することを含む請求項１１７に記載の方法。
【請求項１１９】
それぞれが遠位区間と近位区間を有するカソード接続部材を備えた一対のカソードを設けることと、
遠位区間と近位区間を有するアノード接続部材を有するアノードを設けることと、
各カソード接続部材の遠位区間が、アノード接続部材の遠位区間の上又は下に重なるように、一対のカソード間にアノードを挟んで、各カソード続部材とアノード接続部材を位置決めすることであって、アノード接続部材は、アノード接続部材がカソード接続部材間のギャップをほぼ充填するような厚さを有する位置決めすることと、
カソード接続部材とアノード接続部材とを接続することと、
カソード接続部材の遠位区間とアノード接続部材の遠位区間との間に分離部を形成することとを含み、カソード接続部材の近位区間が、アノード接続部材の近位区間から電気的に接続される方法。
【請求項１２０】
カソード接続部材とアノード接続部材を接続することが、カソード接続部材の一部をアノード接続部材の一部に溶接することを含む請求項１１９に記載の方法。
【請求項１２１】
端子をケースに接続する方法であって、
金属端子のベース表面から延びている突出部を設けることと、
ケースと金属端子との間に反対の電荷を加えることと、
突出部が溶融するか、蒸発し、端子が端子のベース表面でケースに取り付けられるまで、突出部がケースに面しているように、端子をケースに向かって移動させることとを含む方法。
【請求項１２２】
金属端子と金属ケースとが異なる金属で形成される請求項１２１に記載の方法。
【請求項１２３】
端子をケースに向かって移動させると、突出部とケースとの間に電界が生成される請求項１２１に記載の方法。
【請求項１２４】
自身の第１表面から延びている端子延長部を有するベースと、ベースの対向する第２表面から延びている突出部を含む端子を設けることと、
端子とケースとの間に反対の電荷を加えることと、
突出部とケースとの間にアークが通り、それによって端子がケースに溶接されるまで、突出部がケースに面している状態で、端子をケースに向かって移動させることとを含む方法。
【請求項１２５】
端子がプラスに帯電させられ、ケースがマイナスに帯電させられる請求項１２４に記載の方法。
【請求項１２６】
端子がマイナスに帯電させられ、ケースがプラスに帯電させられる請求項１２４に記載の方法。
【請求項１２７】
自身の第１表面から延びている端子延長部を有するベースと、ベースの対向する第２表面から延びている突出部を含む端子を設けることと、
端子とケースとの間に反対に帯電させることと、
突出部がケースに接触して溶解し、それによって端子がケースに溶接されるまで、突出部がケースに面している状態で、端子をケースに向かって移動させることとを含む方法。
【請求項１２８】
端子がプラスに帯電させられ、ケースがマイナスに帯電させられる請求項１２７に記載の方法。
【請求項１２９】
端子がマイナスに帯電させられ、ケースがプラスに帯電させられる請求項１２７に記載の方法。
【請求項１３０】
電池スタックのテープ・アプリケータであって、
テープの細片を含むテープ・ディスペンサと、
テープ・ディスペンサの近位側に配置され、スタックが第１軸の周囲で回転するにつれて、テープ細片がスタックの第１表面に適用可能であるように、電池スタックを第１軸の周囲で回転させるような構成である電池スタック・ホルダとを備え、テープ・ディスペンサとホルダが、第２軸の周囲で相互に対して移動可能であり、したがってテープ細片が電池スタックに対して２つ以上の方向を有することができるテープ・アプリケータ。
【請求項１３１】
第２軸が第１軸に対して直角である請求項１３０に記載のテープ・アプリケータ。
【請求項１３２】
第２軸が第１軸とほぼ交差する請求項１３０に記載のテープ・アプリケータ。
【請求項１３３】
電池スタックを第１軸の周囲で回転させる間に、テープ・ディスペンサからのテープ細片を電池スタックの第１表面に適用することと、
テープ細片が電池スタックの第１表面の縁部に到達したら、第１軸に対してほぼ直角である第２軸の周囲でテープ・ディスペンサを回転させることと、
電池スタックを第１軸の周囲で回転させる間に、テープ細片を電池スタックの第２表面に適用することとを含む方法。
【請求項１３４】
第１軸が電池スタックの長手方向軸線である請求項１３３に記載の方法。
【請求項１３５】
第２軸が第１軸とほぼ交差する請求項１３３に記載の方法。
【請求項１３６】
テープ細片が電池スタックの第１表面の縁部に到達すると、テープ・ディスペンサが回転し、したがって、第１表面上のテープ細片の角度と第２表面上のテープ細片の角度が、スタックの縁部の接線に対してほぼ等しい請求項１３３に記載の方法。
【請求項１３７】
複数の交互するアノードとカソード層を含む電池スタックと、
電池スタックをほぼ囲むように寸法を決定した一体絶縁外装とを備え、絶縁外装が、絶縁外装内に電池スタックを受けるための開口と、電池スタックが絶縁外装内にある場合に、開口を少なくとも部分的に覆う一体フラップとを含む電池。
【請求項１３８】
絶縁外装は、アノードとカソード層の延長タブが絶縁外装を通して延びているための１つ又は複数のスペースを含む請求項１３７に記載の電池。
【請求項１３９】
電池を絶縁外装内に装着し、絶縁外装の一方側にのみシームがある請求項１３７に記載の電池。
【請求項１４０】
電池スタックを電池ケースから絶縁する方法であって、
電池スタックを絶縁外装内で位置決めするために、絶縁外装の開口に通して電池スタックを配置することと、
絶縁外装のフラップを開口上に折り曲げることとを含む方法。
【請求項１４１】
フラップが絶縁外装に一体接続される請求項１４０に記載の方法。
【請求項１４２】
フラップの上縁を、開口の近位側で絶縁外装の表面に取り付ける請求項１４０に記載の方法。
【請求項１４３】
約２から５アンペアの出力、約２．０アンペア・時以上の容量を有する電池であって、
ＭｎＯ2のカソードと、
ＭｎＯ2カソードに対向するアノードと、
ＭｎＯ2カソードとアノードを保持する電池ケースとを備え、
電池ケースが約９．０ｃｍ3以下の容積を有する電池。
【請求項１４４】
電池ケースが約８．６４ｃｍ3の容積を有する請求項１４３に記載の電池。
【請求項１４５】
電池ケースが約８．０ｃｍ3と９．０ｃｍ3との間の容積を有する請求項１４３に記載の電池。
【請求項１４６】
電池ケースが約８．５ｃｍ3と９．０ｃｍ3との間の容積を有する請求項１４３に記載の電池。
【請求項１４７】
アノードがリチウムを含む請求項１４３に記載の電池。
【請求項１４８】
ＭｎＯ2に対するリチウムの比率が約１．２７である請求項１４７に記載の電池。
【請求項１４９】
約２から５アンペアの出力、約２．０アンペア・時以上の容量を有する電池であって、
積み重ねた構造へと形成した複数の別個の交互するアノードとカソード層を備え、カソード層がそれぞれＭｎＯ2を含む電池。
【請求項１５０】
アノードがそれぞれリチウムを含む請求項１４９に記載の電池。
【請求項１５１】
約２から５アンペアの出力、約２．０アンペア・時以上の容量を有する電池であって、
電池にほぼ一定の充電時間を提供することができる化学組成を有するアノードとカソードを備える電池。
【請求項１５２】
ほぼ一定の充電時間が約５秒から１０秒の間である請求項１５１に記載の電池。
【請求項１５３】
ほぼ一定の充電時間が約６から約７秒の間である請求項１５１に記載の電池。
【請求項１５４】
アノードとカソードがケース内に装着され、ケースが約９．０ｃｍ3以下の容積を有する請求項１５１に記載の電池。
【請求項１５５】
アノードとカソードが、ＭｎＯ2カソードとアノードを保持する電池ケースを含み、
電池ケースが約９．０ｃｍ3以下の容積を有する請求項１５１に記載の電池。
【請求項１５６】
アノードとカソードが、積み重ねた構造に形成された複数の別個の交互するアノードとカソード層を備える請求項１５１に記載の電池。
【請求項１５７】
電池スタックと、
バックフィル穴を有し、電池スタックが配置された電池ケースと、
ケースから延びている第１端部と、バックフィル穴内に装着され、ケースに結合された第２端部とを有する端子と
を備える電池。
【請求項１５８】
端子の第２端が球形の形状を有する請求項１５７に記載の電池。
【請求項１５９】
端子の第２端がキャップ形のプラグを含む請求項１５７に記載の電池。
【請求項１６０】
電池スタックが複数の交互するアノードとカソード層を含む請求項１５７に記載の電池。
【請求項１６１】
端子の第２端を電池ケースに溶接して、バックフィル穴を密封する請求項１５７に記載の電池。
【請求項１６２】
外周縁表面を有する電池スタックと、
電池スタックの外周縁表面に巻き付けた絶縁細片とを備える電池。
【請求項１６３】
絶縁細片が、電池スタックの外周縁表面に少なくとも２回巻き付けられる請求項１６２に記載の電池。
【請求項１６４】
絶縁細片が電池スタックのほぼ半分まで重なる区間を含む請求項１６３に記載の電池。
【請求項１６５】
絶縁細片がポリイミド・テープを含む請求項１６２に記載の電池。
【請求項１６６】
電池スタックが複数のアノード層、複数のセパレータ、複数のカソード層を含み、電池スタックが、交互するアノード層とカソード層を有する層状のスタック構造を含み、１つ又は複数のセパレータが隣接する各アノード層とカソード層との間に挟まれる請求項１６２に記載の電池。
【請求項１６７】
電池スタックのアノード層、セパレータ、カソード層が、長方形以外の形状を有する請求項１６６に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は２００２年１２月３１日出願の米国暫定特許出願第６０／４３７，５３７号の３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）による優先権を主張し、その明細書は参照によって本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は除細動器や電気除細動器などの埋め込み可能な医療器具に、特にこのような器具の電池に関する。
【背景技術】
【０００３】
不規則な心臓リズムの傾向を有する患者は、身体に埋め込まれた除細動器や電気除細動器など小型心臓器具を有することがある。これらの器具は、異常な心臓リズムの開始を検出し、心臓に矯正用電気的療法を適用する。除細動器や電気除細動器は１組の電気リード線を含み、これは器具のハウジングから心臓内へと延びている。器具ハウジング内には、電力を供給する電池、異常な心臓リズムを検出する回路、リード線を通して心臓に電流のバーストを送出するコンデンサがある。除細動器や電気除細動器は通常、胸部の左領域又は腹部に埋め込まれるので、比較的小さい寸法で、それでも必要なレベルの電気エネルギを送出することができる器具が望ましい。
【０００４】
電池を構成する基本的構成要素はアノードとカソード、さらにアノードとカソードとの間のセパレータ、さらにケースなどの包装ハードウェアである。電池は、巻いたゼリーロールの設計スタイルであり、これは円筒形又は平らになった円筒形の形状である。幾つかの設計は、電池の構成要素を互に折り重ねる。
【０００５】
電池のアノードとカソードは、電池全体で互に向き合っている。この連続的な対向の要件は、包装の非能率さを生じる。例えば折り線、又は巻いた形状で無駄になる体積、マンドレルの体積自体である。さらに、このような折った設計又は巻いた設計の方法は、このような電池セルを生産する製造の制約により、単純な断面積に制限される。特に埋め込み可能な医療器具のための電池の包装効率を改善することが望ましい。電池が小型化されるからである。また、埋め込み可能な医療器具では、電池同士の一貫性も望ましい特徴である。一貫性が向上すると、電池のライフ・サイクルを予測することができ、緊急性がない良好なタイミングで電池を交換することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下の詳細な説明では、添付図面を参照し、これは説明の一部を形成し、本発明を実践する特定の実施形態を例示により示す。これらの実施形態は、当業者が本発明を実践できるように十分詳細に説明され、他の実施形態を使用することができ、本発明の範囲から逸脱することなく、構造を変更できることを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は制限的意味には解釈されず、本発明の範囲は添付図面及びその均等物によって画定される。
【０００７】
図１は、１つの実施形態による電池１８の組立分解図を示す。この実施形態は、Ｄ字形電池を示す。他の実施形態では、電池１８は様々なハウジングの形状と一致するように様々な平坦形状で設計することができる。本明細書の検討は、長方形又は長方形以外のようなほぼ全ての任意の形状を有する電池を製造する技術を提供する。さらに、電池の縁部は、以下で詳述するように、形状に適した曲線のケースに電池が適合できるように湾曲させることができる。電池は、電池スタック２４を保持するチャンバ２２を備えた金属質ケース２０を含む。１つの実施形態では、ケース２０はステンレス鋼のような導電性材料から製造する。別の選択肢では、ケース２０は、セラミック又はプラスチックのような非導電性材料を使用して製造する。
【０００８】
ケース２０は、ベース２６と、ベース２６の上縁２７上に位置決め可能な蓋２８を含む。電池スタック２４は、その周囲に切欠き領域３４を有し、スタック２４をケース２０内に設置する場合は、切欠き領域３４を電気的接続の空間を提供するように位置決めする。貫通接続ポスト３６が蓋２８を貫通して、スタック２４へと至る。ポストはケース２０と蓋２８から電気的に絶縁される。貫通接続ポスト３６はカソード・タブ３５に接続され、アノード・タブ３７は蓋２８とベース２６との間に直接取り付けられる。したがってケース自体がアノード端子として作用する。幾つかの実施形態では、これらの役割が逆転し、カソード・タブがケースに接続され、アノード・タブが貫通接続部に接続される。幾つかの実施形態では、２つの貫通接続部を設け、一方はアノード用であり、一方はカソード用である。電池スタック２４は、ケース２０内に装着されると、絶縁部材３８で覆われる。部材３８のような絶縁部材の他の実施形態について、以下で検討する。１つの実施形態では、バックフィル・ポート４３を電池ケース内に配置する。バックフィル・プラグ４１と任意選択のカバー４５が、電池ケースを電解質で充填した後、バックフィル・ポートを密封する。
【０００９】
電池スタック２４は、小さい空間で最適な蓄電を提供するように構築され、電池はほぼ任意の形状又は形態の要素を有する。これによって、電池１８は、例えば埋め込み可能な医療器具内に適合するような設計と寸法にすることができ、器具内で占有する体積が可能な限り小さくなる。１つの実施形態では、スタック２４はセパレータによって分離された複数の交互のアノードとカソード層を含む。以下で詳述するように、これらの交互の電極層は、無駄な空間が最小の状態で、最小の容積内に最大の電極区域が可能になるように積み重ねられ、位置合わせされて、相互接続される。例えば、１つの実施形態では、電池１８は電極の層状スタックを含み、層間の相互接続部が、相互接続の体積を最小にするように分散させて置かれている。
【００１０】
図２は、１つの実施形態による電池スタック２４の組立分解図を示す。電池スタック２４は、複数のアノード・サブアセンブリ１００〜１００Ｄを含むアノード・アセンブリと、複数のカソード・サブアセンブリ３００〜３００Ｄを含むカソード・アセンブリとを含み、セパレータ層２００が各サブアセンブリ層間に挿入される。この平坦で積み重なった層状構造は、巻いた電池の無駄になるマンドレルの体積や折り曲げた電池の無駄になる折った縁部体積を解消する。さらに、平坦な別個の層により、電池の設計者は、スタックをほぼ任意の望ましい形状を作成することができる。これによって、医療器具の設計者は、医療器具内の所定の空間に対応することができる電池を選択することができる。
【００１１】
１つのアノード・サブアセンブリは、ベースのマニホルド・アノード・コレクタ層１００であり、これはアノード層本体の縁部から延びている１つ又は複数のタブ（Ａ〜Ｅ）を含む。スタック２４中の他のアノード・サブアセンブリ層は、２次アノード・コレクタ１００Ａ〜１００Ｄを含み、これはそれぞれが延長タブを含み、それぞれＡからＤとされる。この例では、２次アノード・サブアセンブリ・コレクタ１００Ａはそれぞれ、タブＡを有し、これはベースアノード層１００のタブＡと重なり、それと位置合わせされる。同様の方法で、２次アノード・サブアセンブリ・コレクタ１００Ｂ〜１００Ｄはそれぞれ、延長タブ（それぞれＢ〜Ｄ）を含み、これは垂直方向に一致するか、重なり、ベース層１００のタブＢ〜Ｄそれぞれの上で位置合わせされる。この実施形態では、ベース層１００のタブＥが、タブ３７を含み、これはアノード・アセンブリを電池ケース（図１）に接続する。アノードの相互接続部を４つの別個の区域にベース層１００で分散させることにより、相互接続部が必要とする全体的な厚さが薄くなり、スタック２４とケース２０（図１）の間に必要な空間が小さくなる。
【００１２】
電池２４のカソード・アセンブリは、ベースのマニホルド・カソード・コレクタ層３００を含み、これはカソード層本体の縁部から延びている１つ又は複数のタブ（Ａ〜Ｄ）を含む。スタック２４中の他のカソード・サブアセンブリ層は、２次カソード・コレクタ３００Ａ〜３００Ｄを含み、これはそれぞれ延長タブを含み、それぞれＡ〜Ｄとされる。この例では、２次カソード・サブアセンブリ・コレクタ３００Ａはそれぞれ、タブＡを有し、これはベースのカソード層３００のタブＡと重なり、それと位置合わせされる。同様の方法で、２次カソード・サブアセンブリ・コレクタ３００Ｂ〜３００Ｄはそれぞれ、延長タブ（それぞれＢ〜Ｄ）を含み、これはベース層３００のタブＢ〜Ｄそれぞれに載り、その上に位置合わせされる。この実施形態では、ベース層３００がタブ３５を含み、これがカソード・アセンブリを貫通接続部３６（図１）に接続する。この場合も、カソードの相互接続部を４つの別個の区域にベース層３００で分散させることにより、相互接続部が必要とする全体的な厚さが薄くなり、スタック２４とケース２０（図１）の間に必要な空間が小さくなる。
【００１３】
各セパレータ２００は、アノード・サブアセンブリ１００〜１００Ｄをカソード・サブアセンブリ３００〜３００Ｄから分離する。各セパレータ２００は第１縁部２５１と、第２縁部２５２によって形成されたクリアランス区域と、平縁２５３とを含む。セパレータ２００のクリアランス区域によって、相互接続部が貫通接続することができる。セパレータ２００は、１つの選択肢ではセパレータ材料のロール又はシートから作成される。セパレータ材料に適切な材料は、Ｔｏｎｅｎ（商標）などのポリエチレン、又は例えばＣｅｌｇａｒｄ（商標）２３２５のような３層（ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリプロピレン）セパレータ材料を含むが、それに制限されない。多孔質ポリマ材料のような他の化学的に不活性な材料も適切である。１つの実施形態では、各セパレータ層２００がアノード層（又はカソード層）よりわずかに大きく切断されて、層の積み重ねの間の位置合わせ不良に対応させ、その後の反対極性の電極間の短絡を防止し、位置合わせのための最も外側の縁部として作用する。
【００１４】
図３から図８は、１つの実施形態によるスタック２４のアノード・アセンブリのさらなる細部を示す。図３はアノード材料１１０を示す。この例では、アノード１１０はリチウム（Ｌｉ）アノードである。各アノード・サブアセンブリ１００〜１００Ｄは、サブアセンブリの主要表面上に１つ又は２つのアノード１１０を含む。様々な実施形態で、アノード材料１１０を網目又はエッチングしたベース層に押し込むか、ベース層の表面に押し当てる、あるいは純粋なリチウムであり、ベース層を含まなくてもよい。１つの例では、リチウムのシートをベース層に取り付け、次に所望の形状に打ち抜かれる。
【００１５】
図４Ａは、ベース・マニホルド・アノード・コレクタ層１００を示す。コレクタ層１００は外縁１３０、切り取り部１３２、上部平縁１３４、縁部１３６を含む。ベース層１００は、延長タブＡ〜Ｅも含む。１つの実施形態では、各延長タブＡ〜Ｅは層１００と一体である。幾つかの実施形態は、別個のタブＡ〜Ｅを層１００に取り付ける。図４Ｂは、ベース層１００の細部を示す。１つの実施形態では、層１００は３１６Ｌ  ＳＳＴのようなステンレス鋼材料、又はニッケル材料を含む主要本体１２０で形成される。任意選択で複数の穴１２５をステンレス鋼材料に組み込む。１つ又は２つのアノード１１０（図３）を本体１２０の主要表面に取り付ける。タブＡ〜Ｅ（図４Ａ）はアノード材料で覆われない。１つの実施形態では、アノードは、リチウムの細片をステンレス鋼の細片の片側又は両側に取り付け、ステンレス鋼の細片の一部に沿ってタブ用に縁部を開いておくことによって形成することができる。次に、所望の形状の１つ又は複数のアノード部品を、細片から削り取る。
【００１６】
図５から図８はアノード・サブアセンブリ１００Ａ〜１００Ｄを示す。これらの２次アノード層はそれぞれ、個々の図の対応する文字Ａ〜Ｄで指定された外縁１３０、切り取り部１３２、上部平縁１３４、縁部１３６を含む。各層はタブ１４０Ａ〜１４０Ｄも含み、別個の各層のタブは、以前の層とその後の層からずれている。
【００１７】
図９から図１４は、１つの実施形態によるカソード・アセンブリのさらなる細部を示す。図９は、一方の主要表面上に金属コレクタ・シート３０１とカソード材料３１０を、２次主要表面上にカソード材料３１２を有するカソード・サブアセンブリの組立分解図を示す。１つの実施形態では、カソード３１０、３１２はＭｎＯ2（二酸化マンガン）である。１つの混合比は、約９０％のＭｎＯ2と５％のＰＴＦＥと５％の炭素である。別の実施形態は、９０％のＭｎＯ2と５％の結合剤と５％の炭素又はグラファイトという混合比を提供する。１つの例では、カソード材料は、網目のベース層に押し込まれる粉末でよい。１つの実施形態では、カソード・ペーストを設けることができ、これを以下で詳述するようにベース層の表面に積層、圧迫、圧延、又は他の方法で装着する。様々な例では、カソード材料は粉末、ペースト、又は固着スラリでよい。
【００１８】
図１０はベース・マニホルド・カソード・コレクタ３００を示す。コレクタ３００は外縁３３０、自身内にタブ３５を有する切り取り部３３２、及び上部平縁３３４を含む。コレクタ層３３０は４つの延長タブＡ〜Ｄも含む。
【００１９】
図１１Ａは、外縁３３０Ａ、切り取り部３３２Ａ、平縁３３４Ａを有するカソード・サブアセンブリ２次層３００Ａを示す。タブ３４０Ａが縁部３３４Ａから延びている。図１１Ｂは、コレクタ３００Ａの細部を示す。この実施形態では、コレクタ３００Ａは、ステンレス鋼のシートを含む主要本体３２０で形成される。複数のダイアモンド形構造３０５を例えばエッチング、展伸金網プロセス、機械的プロセス、又はレーザなどによって主要本体に組み込む。１つ又は２つのカソード３１０、３１２（図９）を本体３２０の主要表面に取り付ける。タブ３４０Ａはカソード材料で覆われない。カソードを形成する１つの実施形態では、ペースト又はスラリの層をステンレス鋼のベース層の片側又は両側に適用し、カソード材料を計測してベース層に取り付けるために、細片を圧延又はプレスして、次に１つ又は複数のカソードを細片から削り取る。１つの例では、カソード層を適用して、カソード・タブを剥き出しのままにする。
【００２０】
図１２から図１４は、２次カソード・サブアセンブリ層３００Ｂ〜３００Ｄそれぞれを示す。各２次カソード層は、個々の図で対応する文字Ｂ〜Ｄで示された外縁３３０、切り取り部３３２、上部平縁３３４を含む。各層はタブ３４０Ｂから３４０Ｄそれぞれも含み、別個の各層のタブは以前の層とその後の層からずれている。
【００２１】
この場合も、各アノード・タブ１４０Ａ〜１４０Ｄと各カソード・タブ３４０Ａ〜３４０Ｄは、ベースアノード層１００又はベースカソード層３００のタブＡ〜Ｄに対応する。
【００２２】
また、アノードとカソードのこれらの分散して広がった相互接続部は、スタックとケース間の空間の全体的厚さを減少させ、電池寸法の小型化を可能にする。電池スタックが占有する体積が可能な限り小さく、製造される電池ごとの一貫性が最適になることを保証するために、スタックの構築時に電池スタックの各層を慎重に位置合わせすることが重要である。１つの実施形態では、位置合わせ取付具を使用して、上述した電池スタック２４を位置合わせし、電池の最適な表面積を提供する。
【００２３】
図１５は、１つの実施形態により電池スタック２４の組立に使用する位置合わせ機構又は取付具４００を示す。位置合わせ機構４００は、正確に配置された複数の位置合わせ要素５０１〜５０４を含む。位置合わせ要素５０１〜５０４は、垂直方向に配向され、ベース４０２から延びている位置合わせ要素である。ベース４０２が、自身上で電池の構成要素を支持する一方、位置合わせ要素５０１〜５０４が、自身内に層を積み重ねながら、電池層を位置合わせする。
【００２４】
図１６から図１７は、位置合わせ取付具４００の１つの例示的使用法を示す。図１６は、取付具内のスタック２４の斜視図を示し、図１７は、取付具４００内の電池スタック２４の平面図を示す。電池スタック２４は複数の別個の電極層を含み、各層は、位置合わせ要素５０１〜５０４の位置に対して位置合わせされる。ベース４０２に通路を設けて、電池スタック２４が積み重ねられ、位置合わせされたら、その一部に巻き付く締結具を保持する。１つの例では、通路に工具を挿入して、スタックを締め付けて、テーピングのために取り出すことができる。電池スタック２４に巻き付ける場合、位置合わせ要素５０１〜５０４によって電池スタック２４の正確な位置合わせが維持される。
【００２５】
１つの例では、電池スタック２４の層を位置合わせするために、セパレータ層２００をスタックの個々の各電極層に取り付ける。セパレータ２００は、各電極の縁上にわずかに垂れ下がるような寸法にすることができる。次に、各層を位置合わせ要素５０１〜５０４の間に配置する。各セパレータ層の外周縁（２５１〜２５３など）上にある１つ又は複数の点が、各要素５０１〜５０４に突き当たり、その層を正確に位置合わせする。この技術は、アセンブリの層と使用する位置合わせ取付具との間に蓄積する公差の変動によって報じる位置合わせの分散を減少させるのに役立つ。さらに、外縁を使用することにより、各層の本体内のどの区域も、例えば位置合わせ穴などを使用することによって無駄になることがない。
【００２６】
１つの実施形態では、外縁２５１と縁部２５３とが、位置合わせ要素５０１、５０２、５０３、５０４と接触するようにセパレータを配置することにより、各セパレータ層２００を複数の位置合わせ要素５０１〜５０４に対して位置合わせする。１つの例では、次にセパレータを取付具内で位置合わせしながら、セパレータ層２００をアノード・アセンブリ１００〜１００Ｄ又はカソード・アセンブリ３００〜３００Ｄに取り付ける。これらのサブアセンブリ層を１つずつ、要素５０１〜５０４間で取付具４００に入れる。セパレータ２００の縁部が要素５０１〜５０４に接触し、電極層を位置合わせする。
【００２７】
１つの実施形態では、各下層又は一連の下層を圧迫して、反りの軽減に役立て、したがって電池スタック２４の全体的な高さを減少させる。締結具３５１（図２１）をスタック２４の一部に巻き付けて、層の相互に対する位置合わせを保持することができる。１つの実施形態では、締結具は、電池スタック２４の中心部分に巻き付けるテープを含む。次に、電池スタック２４を締め付けて、熱処理する。
【００２８】
幾つかの実施形態では、アノード・サブアセンブリ層１００〜１００Ｄとカソード・サブアセンブリ層３００〜３００Ｄは、外部の位置合わせ機構４００を使用するのではなく、ケース２０内で相互に対して位置合わせされ、合わせた位置で相互に結合される。例えば、アノード・サブアセンブリのセパレータの外縁とカソード・サブアセンブリのセパレータの外縁とを、ケース２０の内面と接触させ、その中で位置合わせさせる。
【００２９】
利点の中でも特に、上述した位置合わせ取付具は、ケース内の空間を効率的に使用する電池を提供し、アノードとカソードの表面積を増加させ、任意の寸法の組の電池で容量を増加させる。電池スタック２４ごとの外部寸法の変動は、それぞれが同じ方法で位置決めされた位置合わせ要素内で形成されるので減少する。さらに、ケースごと又は位置合わせ装置ごとの基準点の変動によって生じる電池スタックの寸法変動が解消される。これは、生産時の寸法的一貫性を改善し、電池スタックと電池ケースとの間の公差を減少させることができる。これによって、電池ケースの内部空間をさらに効率的に使用することができる。
【００３０】
さらに、位置合わせのために複数の点を使用することができ、任意の１カ所で位置合わせしている導電層又はセパレータと位置合わせ要素との間で蓄積する公差の効果を軽減する。これは、構成要素の位置合わせも容易にする。構成要素は、製造プロセスの特定のステップで、ケースによって規制された寸法を超えて延び、その後にケース内に適合するように形成される部分を有する。
【００３１】
上述した電池スタック構造は、カソード／アノードの表面積を増大させる。というのは、セパレータに位置合わせすることにより、カソード／アノードの表面積は、電極内又は電極上に余分な位置合わせ用切り欠き又は他の位置合わせ形体を設ける必要なく最適化され、これが電極の表面積を減少させるからである。しかし、幾つかの実施形態では、カソード・アセンブリ３００〜３００Ｄ、アノード・アセンブリ１００〜１００Ｄ、及びセパレータ２００それぞれの表面に、スタックの内部位置合わせを可能にする穴又は切り欠きのような１つ又は複数の形体を設けることができる。例えば、取付具４００は中心ポストを含んでよく、各層が見当合わせされるように、各層を中心ポストに装着する。
【００３２】
図１８Ａは、１つの実施形態による電池スタックを形成する位置合わせ機構６００の側断面図を示す。位置合わせ機構６００は通常、ベース６１０、ベース・パッド６２０、第１、第２上部材６３４、６３６を含む。使用時には、取付具６００が、電池スタック６２４の全ての層を、電池スタックが形成されたままで圧縮状態に連続的に維持するのに役立つ。１つの実施形態では、以下で詳述するように、電池スタックの別個の各層をベース・パッド６２０に載せるにつれ、ベース・パッドがスタックを押し上げる一方、上部材６３４、６３６がスタックに下向きの保持力を提供し、したがってスタックがベース・パッド６２０と上部材６３４、６３６の間で挟まれる。この挟み又は圧縮が、電池スタックの各層をスタック上に配置した位置に保持し、したがって電池スタックの位置合わせを維持する。
【００３３】
ベース６１０は内部空隙６４０を含む。１つの実施形態では、内部空隙６４０が、自身内にベース・パッド６２０を収容し、ベース・パッドが上下に並進できるように成形される。ベース・パッド６２０と空隙６４０は、例示的電池スタック６２４を収容するように成形される。上述したように、平坦な電池をほぼいかなる形状にも形成することができる。したがって、ベース・パッド６２０はほぼいなかる形状も有することができる。
【００３４】
ベース・パッド６２０は、電池スタック６２４の底面を支持する平坦な上面を含む。１つの実施形態では、ベース・パッド表面の表面積は、電池スタックの表面積よりわずかに大きい。１つの実施形態では、ベース・パッド６２０の上面に直線の長手方向溝６２７を設ける。ベース・パッド６１０の対応する溝とともに、溝６２７は、取付具６００内で電池スタックを形成している間に、テープなどの結合材を配置するための空間を提供する。スタックを形成した後、テープを電池スタックに巻き付けて、スタックを結合し、スタックの位置合わせを保持することができる。溝６２７はスタック取り上げ形体として使用することもできる。例えば、工具を溝６２７の通路に挿入して、スタックを締め付け、テーピングのために取り出すことができる。溝６２７を省略した実施形態もある。
【００３５】
取付具６００は、ベース・パッド６２０の下に配置されて、ベース・パッド６２０を押し上げるばね６２６のような１つ又は複数の強制又はバイアス付与部材を含む。使用時には、スタックが形成されるにつれ、ばね力が増大し、力が約２ポンド（９０８ｇ）になると、ベース・パッドが十分に押下される。他の例では、上端の力は約１／４ポンド（１１４ｇ）から約３ポンド（１３６２ｇ）の範囲でよく、積み重ねる材料に応じて約４ポンド（１８１６ｇ）以上である。また、下端の力（つまりスタックが空の場合）は変動してよい。例えば、ばねに予荷重を加えて、電池層が入る前に、ベース・パッドを部材６３４、６３６の底部に押し当てることができる。この予荷重の力は、用途に応じてゼロ、約１／４ポンド（１１４ｇ）未満から約１／４ポンド（１１４ｇ）、約１／２ポンド（２２７ｇ）以上までの範囲でよい。１つの実施形態では、ばねを省略し、加圧した空気ダッシュポット機構をベース・パッド６２０の下に配置して、ベース・パッドを押し上げる。加圧空気機構は、調節可能な空気圧の設定を有し、ベース・パッドに一定の上方向の力を加えることができる。
【００３６】
１つの実施形態では、上部材６３４、６３６がそれぞれ、金属細片又はプラスチック細片などの薄く平坦な部材である。この例では、スタックの形成時に電池スタックの上側縁に接触するように、上部材６３４、６３６を配置する。これは、任意の層の縁部が巻き上がるのを防止するのに役立つ。これは、スタックの位置合わせ不良を防止するのに役立つ。平坦からのずれは位置不良を引き起こし得るからである。
【００３７】
１つの例示的使用法では、ロボット制御の真空配置アーム６６０が新しい各層６２４Ｘを以前の層の頂部に配置する。幾つかの実施形態は、各層の手動配置を提供する。ビジョン・アラインメント・システムを使用して、層を位置合わせすることができる。上部材６３４、６３６を、これがスタックから離れて、及びスタック上で回転するように、可動状態で取付具に取り付ける。例えば、新しい層をスタック上に配置する場合に、上部材６３４、６３６を邪魔にならないように移動させ、アーム６６０がスタックを圧縮状態で保持する。新しい層が適正に配置された後、部材６３４、６３６がスタックの頂部の縁部上を戻り、アーム６６０が外され、次にアームがスタックを圧縮状態で保持する。スタックが形成されるまで、このプロセスが反復される。
【００３８】
取付具６００によって、曲線状又は不均一な輪郭を有する電池スタックを正確に位置合わせすることができる（例えば図２１及び図２２を参照する。ここではスタック２４の上側部分と下側部分が中央部分より小さい面積であり、その結果、曲線状の輪郭の電池スタックとなる）。このような曲線状輪郭の電池スタックでは、取付具４００のような取付具内で積み重ねる場合に、正確な位置合わせを提供するように、縁部が均一ではない。しかし、スタックを挟むことにより、取付具６００はスタックの縁部の輪郭に関係なく、正確な位置合わせを可能にする。
【００３９】
アラインメント機構６００の幾つかの実施形態のさらなる詳細が、ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＮＧ  Ａ  ＣＡＰＡＣＩＴＯＲ  ＳＴＡＣＫ  ＦＯＲ  Ａ  ＦＬＡＴ  ＣＡＰＡＣＩＴＯＲと題した共願及び共通譲渡の米国特許出願第１０／０５０５９８号（２００２年１月１５日出願）で検討され、これは参照により全体が本明細書に組み込まれる。
【００４０】
図１８Ｂから図１８Ｆは、１つの実施形態によるスタック取付具６７０を示す。スタック取付具６７０は、取付具６００に関して上記で検討したものと同様の特徴を幾つか含み、簡潔のために特定の詳細は省略される。取付具６７０は、スタックが層ごとに構築されるにつれ、スタックを保持するベース６７２を含む。１つの実施形態は、ベース６７２の下にばね又は他の強制部材（上記で検討したような空気圧ダッシュポット機構など）を含み、（取付具６００について上記で検討したように）ベースと電池スタックを押し上げる。取付具６７０は、各アノード、カソード、又はセパレータ層をスタックへと送出する配置部材６７１Ｂを含む。幾つかの実施形態では、配置部材６７１Ｂは、手動配置部材、真空配置部材、ロボット制御の配置部材、ビジョン・アラインメント・システム、その他上記で検討したものなどを含むことができる。１つの実施形態では、上部締め付け部材６７１Ａが回転自在に取付具６７０に結合されて、上部材６７３、６７４が離れ、配置部材６７１Ｂが離れる場合に、スタックに頂部から圧力を加える。他の実施形態は、部材６７１Ａを削除し、以下で説明する技術を使用する。溝又は通路をベース６７２上側部分に設けて、取付具からスタックを外すためにテープ細片又は工具を挿入できるようにすることができる。
【００４１】
取付具６７０は、スタックの対向する側部に位置する上部材６７３、６７４を含む。各上部材６７３、６７４は、それぞれ接触部材６７５、６７６を含む。各接触部材６７５、６７６は、張力を受けて保持され、接触部材の端部それぞれでアーム６８０、６８１に装着されることによって支持される。接触部材６７５、６７６は、電池スタックが構築されるにつれて、その頂部層の上面と接触する。スタックが層ごとに構築されるにつれ、接触部材６７５、６７６とベース・パッド６７２との間の圧縮力又は保持力が、電池スタックを位置合わせした状態に維持する。
【００４２】
図１８Ｃは、電池スタック６７８の頂部層６７７の上面に延びている接触部材の図を示す。電池スタックは、所望の方法で配向できることが分かる（例えば、スタックを図１８Ｃに対して９０°回転することができる）。図１８Ｄは、接触部材６７５Ｂの１つの実施形態を示す。接触部材６７５Ｂは、例えばマイラ、ポリエチレン又はポリプロピレン薄膜ウェブなどのプラスチックの薄い細片を含む。様々な実施形態は、約０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）以下から約０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）の厚さを有する接触部材を有する。端部を支持されたこの薄い材料ウェブは、片持ち式部材より強力で、これより良好に支持され、材料の薄さによって、新しい各層がスタックの頂部に配置されるにつれ、その撓みを最小にすることができる。
【００４３】
図１８Ｅは、薄いプラスチック材料のロールを含む接触部材６７５Ｃを示す。この例では、１回又は複数回使用するごとに、部材ウェブ６７５Ｃを割り送り、アーム６８０、６８１を通して引っ張ることができる。これによって、電池スタックに接触するために清潔な材料を提供し、ウェブがその強度を維持することができる。
【００４４】
図１８Ｆは、頂部層６７７を電池スタック６７８上に配置する際の取付具６７０の例示的使用法を示す。この例では、電池スタックの各層を位置合わせし、ベース・パッド６７２に載ったスタックの上に配置する。明快さを期して、図１８Ｆには接触部材６７５しか図示されていない。１つの実施形態では、図１８Ｂで示すように、スタックの反対側で第２接触部材６７６を使用する。
【００４５】
使用時には、配置部材６７１Ｂが層６７７をスタックの頂部に配置し、層を最初に位置合わせした状態でスタック頂部の所定の位置に保持する。このような位置で、次に層６７７の縁部が接触部材６７５の頂部にある。接触部材６７５は、次に外方向に位置１へ、上方向に位置２へと移動してから、位置３と４へと戻り、ここで接触部材６７５の底部が層６７７と接触して、これをスタック６７８へと押さえ込む。次に、接触部材６７５（及び６７６）がスタックを位置合わせの状態で保持しながら、配置部材６７１Ｂが離れ次の層を取得する。部材６７１Ｂ及び部材６７５、６７６が交互にスタックを圧縮状態に維持する状態で、電池スタックが形成されるまでこのプロセスを継続する。
【００４６】
取付具６００と同様に、取付具６７０も曲線状又は不均一な輪郭を有する電池スタックを正確に位置合わせすることができる（図２１、図２２参照）。このようなスタックでは、取付具４００のような取付具内で積み重ねる場合に正確な位置合わせを提供するように、縁部が均一ではない。しかし、スタックを挟むか、少なくとも静止状態に保持することにより、取付具６７０は、スタックの縁部輪郭に関係なく、正確な位置合わせを可能にする。層が位置合わせされ、スタック上に配置されたら、スタックがシフトする可能性がないからである。さらに、薄い接触部材６７５、６７６は、スタックから離れる場合に、層の撓みを最小にする。例えば、図１８Ｇは、配置部材によってスタック６７８上に配置されるにつれ、各頂部層６７７が接触部材６７５によっていかに撓むかを示す。薄い接触部材を設けることにより、この撓みを最小にすることができる。
【００４７】
幾つかの実施形態では、上述した電池スタック２４のカソード層とアノード層の縁部が、スタック２４内で相互に概ね同一平面上になるか、位置合わせされる。他の実施形態では、電池スタックが、少なくとも複数のずらした縁部を有するアノードとカソード層を含むことができる。
【００４８】
例えば、図１９、図２０は、１つの実施形態による電池スタック７２４の平面図と側面図を示す。電池スタック７２４は、上述した電池スタック２４と同様の層状構造に構成されたアノード層７０１、セパレータ７０２、カソード層７０３を含む。図１９の底面はカソード層であり、上面はアノード層で、その間にセパレータが挿入される。１つの実施形態では、セパレータ７０２はアノード層７０１とカソード層７０３の両方を越えて延在してよい。
【００４９】
電池のアノードとカソード層を作成するために使用する幾つかの切削及び打ち抜き型プロセスは、層にバリを生成することがあり、その結果、アノード層の縁部分にあるバリが隣接するカソード層と接触するか、その反対の場合、短絡が生じることがある。各層の縁部が位置合わせされるように、カソードとアノード層の寸法が同じである場合、カソード層の縁部分にあるバリが、アノード層の縁部分にあるバリと接触することがある。これによって、アノードとカソード層の重なった縁部分にあるバリが接触し、２層間にあるセパレータの厚さの半分しか横断せずに、短絡を引き起こす。
【００５０】
したがって、１つの実施形態では、電池スタックは、相互にずらした縁部分を有する層で電池スタックを構築する。１つの実施形態では、これは、層状構造内でその縁部の部分がずれているように、アノード層とは異なる寸法のカソード層にすることによって実行する（つまり、アノード層又はカソード層が他方より小さい）。アノードとカソード層は、例えば同じ一般的形状でよいが、１つの層の周囲が他層の周囲で囲まれるように、異なる表面積でもよい。
【００５１】
リチウム系電池の容量は、器具内に安全に詰め込むことができるカソード材料（ＭｎＯ2など）の量によって決定される。また、カソードとは全く反対のアノードを有することが望ましい。したがって、アノード層の表面積を変更しても、器具の容量に明白な影響を及ぼさない。このような配置構成が図１９、図２０に図示され、ここでアノード層７０１はカソード層７０３とほぼ同じ一般的形状であるが、表面積がこれより小さく、したがってアノード層の縁部分がカソード層の縁部より内側にずれている。この構造では、セパレータの全厚さを横断するアノード層の縁部バリのみが、短絡を引き起こすことができる。これは、２層の縁部分をずらさずに位置合わせされる場合とは対照的である。縁部分がずれていると、縁部バリの公差が大きくなり、製造プロセスの制約を減少させ、より薄いセパレータを使用することができる。
【００５２】
電池スタック７２４は、相互に積み重ねた複数の電極要素を含み、各電極要素は、図１９で示すような層状構造である。アノード層７０１は、交互にカソード層７０３上に積み重ねられ、各アノード層と各カソード層の間にセパレータ７０２が挿入される。
【００５３】
１つの実施形態では、上述したずらした構造を円筒形電池に組み込むことができる。例えば、アノードとカソード層を、所望の幅と長さのシートから切断する。アノード層の縁部がアノード層の縁部より内側にずれているように、アノード層をカソード層より細くする。次に、層を圧延し、セパレータによって分離された同心円状のアノードとカソード層にして、円筒形形状を生成する。
【００５４】
アノード層とカソード層との縁部分をずらすことは、多様な異なる形状及び／又は寸法のカソード又はアノード層を使用することによって遂行される。
【００５５】
１つの実施形態では、例えば埋め込み可能な除細動器に使用され、約２．７５ボルトから３．４ボルトの定格電圧で作動するように設計された電池は、アノード層の表面積とカソード層の表面積との比率が約１．２以上である。幾つかの実施形態では、比率は約１．３から約１．４である。このシステムの様々な実施形態では、Ｌｉ／ＭｎＯ2の容量の比率は、約０．８５から１．７の間で変動してよい。
【００５６】
再び図１６を参照すると、スタック２４を図示のように積み重ねると、アノード・サブアセンブリ層がアノード・タブＡ〜Ｄを介して相互接続され、カソード・サブアセンブリ層がアノード・タブＡ〜Ｄを介して相互接続される。相互接続は、溶接、かしめ、又は他の技術で実行することができる。様々な電極層の各タブは、ベース・マニホルド層１００又は３００を通して他方のタブに電気的に結合される。各２次電極層は、複数のタブ位置Ａ〜Ｄのうち１つと重なるか、それと同一平面上にあるか、それと一致するように位置決めされた少なくとも１つの延長タブを有する。
【００５７】
この実施形態では、カソード層は、４つのタブ・グループ３５０Ａ〜３５０Ｄを含むように位置決めされる。同様に、アノード層は、４つのアノード・タブ・グループ１５０Ａ〜１５０Ｄを含むように位置決めされる。タブ・グループは、ベース層１００又は３００を通して相互に電気的に接触する。したがって、各カソード層はタブ３５と電気的に接続して、最終的に貫通接続部３６を通り、各アノード層はタブ３７に、次にケースに接続する。
【００５８】
つまり、上面斜視図から、アノード・タブＡ〜Ｄとカソード・タブＡ〜Ｄは、それぞれアノードとカソードベース・タブＡ〜Ｄと共通して位置決めされるか、それと同一平面上になる。
【００５９】
ベース・タブ及び一致する２次タブは、金属シートに取り付けるか、溶接する別個の部材であるか、タブが箔層と一体でもよい。ベースアノードとカソードは、４つのタブがあるものとして図示され、２次電極は１つのタブがあるものとして図示されているが、必要に応じて任意の数のタブを設けることができる。幾つかの実施形態では、冗長性を生じるために２次層が２つ以上のタブを含む。
【００６０】
この場合も、延長タブが広がっているので、スタックが電池ケースに填るために必要な寸法が減少する。さらに、一体相互接続部が、相互接続のための抵抗を低下させる。その結果、電池の単位体積当たりの最大電池表面積が最適になる。さらに、これで電池は、一体相互接続部によりインピーダンスが低下する。例えば、電池が各層に相互接続部を有するので、実際に、１つ又は２つしかタブがない丸めた電池又は折り曲げた電池よりインピーダンスが低い複数の平行相互接続部体系になる。
【００６１】
１つの実施形態では、電池スタック２４が、ベース層の対応するタブに溶接した各２次層グループの整合タブを含む。これらのグループは電池スタックに対して折り曲げられ、アノード・タブ・グループ１５０Ａ〜１５０Ｄとカソード・タブ・グループ３５０Ａ〜３５０Ｄを形成する。この場合も、タブ・グループ３５０Ａ〜３５０Ｄは、外部の電気接続部を提供するタブ３５を介して外部カソード接続部に電気的に接続する。タブ・グループ１５０Ａ〜１５０Ｄはタブ３７に電気的に接続される。
【００６２】
この実施形態では、タブ・グループ１５０Ａ〜１５０Ｄ、３５０Ａ〜３５０Ｄを、電池スタック２４の上面３２上の位置に折り曲げる。タブ・グループをスタックの頂部に折り曲げてテーピングする。あるいは、タブ・グループをスタックの面３０のすぐ先で切断し、それに溶接して、テーピングする（図２１参照）。各タブ・グループ１５０Ａ〜１５０Ｄ、３５０Ａ〜３５０Ｄは、ベース層と全２次層の合計より小さい厚さを有する。
【００６３】
１つの例では、タブ・グループの厚さは、スタック２４の主要本体とケース２０（図１）の蓋２８との間の空間とほぼ等しいか、それより小さい。幾つかの実施形態では、空間は、単なる線間締まり嵌めである。このカソードとアノード構造では、カソードの相互接続部とアノードの相互接続部が、制限された使用可能な空間内に適合する。
【００６４】
例えば、上述した１つ又は複数の実施形態では、電極相互接続部が複数の位置に広がるか、分散する。例えば、カソード又はアノード層が４つのタブ・グループがある４つの位置に広がることができ、各位置における各タブ・グループの厚さは、溶接後に約０．００６インチ（０．１５２４ｍｍ）である（１層につき０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）ある４つの層が各位置にあるものとする）。タブ・グループのこの厚さにより、積み重ねたユニットをハウジング内に配置することができ、タブ・グループがハウジングとスタックの縁部との間の空間、又は蓋とスタックの頂部との間のクリアランス空間を占有する。これらのクリアランス空間は、スタックをハウジングに挿入するために許容される。比較として、カソード・タブを全て１つの位置で引き出した場合、厚さは０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）より大きくなり、図２１のようにタブをまとめてスタック上に曲げることが、実際的に不可能ではないまでも、困難になる。したがって、この厚さでは、カソード層の接続部を経路指示して、接続し、それによって電池のパッキング効率を低下させるために、スタックの一部を除去するか、ケースを拡大する必要がある。
【００６５】
上述した実施形態は、カソードとアノード層としてベース層と２次層を示す。しかし、幾つかの例では、アノード又はカソード層のみがこの方法で配置構成され、他は異なる方法で配置構成される。
【００６６】
図２２Ａは、図２１のスタック２４の正面図を示す。ここでは、１つの実施形態ではこのシステムによって電池の不均一な層を使用できることが分かる。この例では、全体として、スタック頂部部分２４Ａ、スタック中央部分２４Ｂ、スタック底部部分２４Ｃが指定されている。スタックの部分２４Ａ〜２４Ｃはそれぞれ、１つ又は複数のカソード層、セパレータ層、アノード層を含む。頂部部分２４Ａの層は、スタック中央部分２４Ｂの同様の層より小さい少なくとも１つの寸法を有する。同様に、スタック底部部分２４Ｃは、スタック中央部分２４Ｂの同様の層より小さい少なくとも１つの寸法を含む。この寸法差の結果、スタック２４は曲線状の輪郭になる。
【００６７】
部分２４Ａ〜２４Ｃは互い違いになり、したがってその周縁（又は少なくともスタックの側部の一部）は、ケース内のスペースを無駄にせずに、電池ケース２０（図１）の隣接する曲線状内側部分と概ね一致するか、ほぼ合同である輪郭となる。図２１は、部分２４Ａ〜２４Ｃが２次元で食い違えることを示す。上記で検討したように、取付具６００（図１８）を使用して、曲線状又は食い違った輪郭のスタック２４を形成することができる。
【００６８】
様々な実施形態で、スタック２４は様々な輪郭を有し、電池の１、２、３又はそれ以上の側部に沿って湾曲することができる。スタックは、頂部部分、底部部分、又はその両方に沿って湾曲してよい。
【００６９】
したがって、曲線状輪郭のスタックにより、曲線状輪郭の電池ケース（図１）が可能になる。これは、湾曲した外面と湾曲した内面を含み、埋め込み可能な医療器具のハウジングを有利に利用することができる。したがって、この形状は、埋め込み可能な医療器具の好ましい形状を利用する方法でパッケージした電池の電力の最適な量を提供する。これによって、電池スタック２４は、無駄なスペースを可能な限り小さくした状態で、湾曲したケース内にぴったり填る。湾曲したケースは、通常、埋め込み可能な医療器具によりよく填る。したがって、この構造により、電池の容量と質量エネルギ密度を増加させることにより、電池の使用可能なエネルギを低下させることなく医療器具を小型化することができる。
【００７０】
図２２Ｂは、１つの実施形態による絶縁外装又は絶縁部材５０の斜視図であり、図２２Ｃは、絶縁部材５０の側面図である。この例では、絶縁部材５０は、例えば電池スタック２４（図１及び図２１）として成形された電池スタックを保持するような形状と寸法にする。他の実施形態は、必要に応じて絶縁部材５０を成形して、電池スタックの外面と一致させ、これを覆うことができる。１つの実施形態では、絶縁部材５０を絶縁部材３８（図１）の代わりに使用して、電池スタックをケース２０から絶縁する。
【００７１】
１つの実施形態では、絶縁部材５０は主要絶縁本体５２を含み、これは、カップ形状を形成して、上面６１とその反対側の底面６２を含み、本体の側部に沿って開口５４を有する。１つ又は複数のフラップ５５、５６が、開口５４の縁部から延びている。フラップ５５、５６は、電池スタックを主要本体５２に挿入した後、開口５４上に折り曲げられて、これを覆うような寸法である。１つの実施形態では、第１フラップ部分５７が電池スタックの露出表面を覆い、第２フラップ部分５８は主要本体５２の上面に取り付けることができる。したがって、スタック２４のような電池スタックは、開口５４を通して主要本体５２内の中空区域に挿入することができる。フラップ５５、５６は、スタックの露出部分上に折り曲げられ、電池スタックは電池ケースから分離され、そこから絶縁される。フラップ５５、５６の間、又はそれに隣接して１つ又は複数のギャップ又はスペース５９、６０を設けて、延長タブ３７及び３５（図１）がスタックから延びているための空間を提供することができる。
【００７２】
１つの実施形態では、フラップ５５、５６を本体５２と一体形成する。この一体構造により、製造中に、２つ以上の部品の構造より絶縁部材５０を効率的に使用することができる。一体フラップは、部品の穿孔とアセンブリ製造の両方で費用が節約される。さらに、絶縁部材５０の一体構造は、２部品の絶縁体の容量による非効率性を低下させる。というのは、この構造は、電池スタックの周囲に装着されると、絶縁構造の重複領域を減少させるか、解消するからである。例えば、フラップ５５、５６の縁部が上面６１に合うと、頂部のシームが１本のみになる。
【００７３】
図２３Ａは、電池スタック２４と電池ケースの蓋２８の側面図を示す。貫通接続部３６が、蓋２８の貫通接続穴４５を通って延び、タブ３５に接続される。図２３Ｂは接続部の断面図を示す。タブ３５は、貫通接続部３６に巻き付き、区間３５Ｘに取り付けられる。これによって、タブを取り付ける応力緩和区域が可能になる。
【００７４】
図２３Ｃは、電池１８の貫通接続アセンブリ４０の断面図を示す。貫通接続アセンブリ４０は、蓋２８の壁４３から一体作成された口輪部分４２を含む。他の実施形態では、口輪部材をケース２０のベース２６から作成することができる。口輪部分４２は、一体形成され、貫通接続穴４５を形成する環状構造を含み、穴は内向きの円筒形表面４５Ｓを有する。環状絶縁部材４４は口輪部分４２内に配置される。１つの実施形態では、環状絶縁部材４４は、例えばガラス部材、エポキシ部材、セラミック部材、又は複合部材でよい。１つの実施形態では、環状部材４４はＴＡ２３ガラス又は同等のガラスを含む。貫通接続ポスト３６が環状部材４４を通して延びている。貫通接続ポスト３６はモリブデン材料を含むことができる。環状部材４４は、貫通接続部３６を蓋２８から電気的に絶縁し、電池１８の気密シールを提供する。
【００７５】
環状部材４４は、内向きの円筒形表面４５Ｓに突き当たる外面を有する。環状部材４４は内部穴４８を含む。貫通接続ポスト３６は内部穴４８を通って延び、電池ケース内にガラスで封入される。これによって、貫通接続ポストは、一方端でカソード・タブ３５のような電極アセンブリの一部に接続され、第２端がハウジングに対して外部に露出し、電池のカソード端子を提供することができる。一体口輪構造は電池の製造を容易にする。口輪をケースに溶接する必要がなくなるからである。さらに、気密シールがある電池にとって費用効果が高く、寸法が有利な方法になり得る。貫通接続部をケースの貫通接続穴に直接設置することにより、困難な溶接ステップが解消される。ケースと貫通接続口輪とが、相互に接合する必要がある２つの別個のサブアセンブリではなく、組み合わせたアセンブリだからである。
【００７６】
図２４Ａは、電池を組み立てた後の電池１８の側面図を示す。図２４Ｂは電池１８の断面図を示し、図２４Ｃは図２４Ｂの断面図の拡大詳細図を示す。ここでは、この実施形態のタブ接続部を食い違いにすることによって、これが分かる。スタック２４と蓋２８との間のスペース６０は、電池ケース内のスペースを最適に使用できるように小さくすることができる。
【００７７】
図２５は、１つの実施形態による電池アセンブリ８００を示し、図２６Ａは電池８００の組立分解図を示す。電池８００は、上記で検討した幾つかの形体と技術を使用して構築することができ、上記の検討は参照によりここに組み込まれる。電池８００は、長方形以外の形状の平坦な積み重ねた電池である。この場合も、上記や下記の技術により、ほぼ全ての任意の形状の電池を製造することができ、設計者は例えば埋め込み可能な医療器具などの任意のスペース内に電池を嵌めることができる。電池スタック８１４は電池ケース８０２内に装着される。１つの実施形態では、ケース８０２は第１部品８０３と第２部品８０４を有する２部品のクラムシェル・ケースである。ケース８０２は、ステンレス鋼のような導電性材料から製造した金属質ケースでよい。別の選択肢では、ケース８０２はセラミック又はプラスチックのような非導電性材料を使用して製造する。
【００７８】
電池スタック８１４はケース８０２の形状に対して窪んだ領域８１５を周囲に有する。この窪んだ領域８１５は、スタック８１４をケース８０２に設置する時に位置決めされ、電気接続部のスペースを提供する。貫通接続ポスト８０８はケース８０２を通ってスタック８１４へと至り、ケース８０２から電気的に絶縁される。貫通接続ポスト８０８がカソード・タブ８２４に接続され、アノード・タブ８２２がケース８０２に直接取り付けられる。アノード端子８１０がケース８０２の外面に接続される。幾つかの実施形態では、これらの役割が逆になり、カソード・タブがケースに接続され、アノード・タブが貫通接続部に接続する。幾つかの実施形態では、２つの貫通接続部を設け、一方はアノード用であり、一方はカソード用である。電池スタック８１４はテープ８２８の細片が巻かれ、スタックをまとめて保持して、位置合わせするのに役立つ。スタック８１４は、ケース８０２内に装着時に１つ又は複数の絶縁部材８１１、８１２で覆われる。他の実施形態では、上記で検討した一体絶縁部材のような他の絶縁部材も使用することができる。環状絶縁部材８２７を貫通接続口輪（図４７Ａも参照）の下とその周囲で位置決めされ、相互接続部８２４とケースとの短絡を防止する。絶縁部材８２７は、電解腐食の可能性を最小限に抑えるのにも役立つ。部材８２７の１つの例示的材料はポリエチレン材料である。
【００７９】
クラムシェル・ケース８０２の第１部品８０３はリップ８２５を含み、これは、第２部品８０４の縁部８２６をリップ８２５の周囲に対合状態で装着できるように窪ませる。
【００８０】
電池スタック８１４は、小さいスペース内で最適の蓄電を提供するように構築される。これによって、電池８００は、例えば埋め込み可能な医療器具内に填るような寸法にし、器具内で占有する体積を可能な限り小さくすることができる。１つの実施形態では、スタック８１４が、セパレータによって分離された複数の交互のアノードとカソード層を含む。以下で詳述するように、このような交互の電極層は、積み重ねられ、位置合わせされ、相互接続され、スペースの無駄なく最小の体積内で最大の電極面積を可能にする。
【００８１】
１つの実施形態では、スタック８１４は１つ又は複数の食い違い部分又は輪郭を含むことができる。例えば、スタック８１４は不均一なアノード又はカソード層を含むことができる。スタック８１４は頂部部分８２０、中央部分８１８と底部部分８１６を含む。スタックの各部分８１６〜８２０は１つ又は複数のカソード層、セパレータ層、アノード層を含む。１つの実施形態では、頂部部分８２０の層は、少なくとも１つの寸法が、スタックの中央部分８１８にある同様の層より小さい。同様に、スタックの底部部分８１６が、スタックの中央部分８１８にある同様の層より小さい少なくとも１つの寸法を含む。この寸法差の結果、スタック８１４の輪郭が曲線状になる。
【００８２】
部分８１６〜８２０は、その周縁（又は少なくともスタックの側部の一部）が、電池ケース８２０の隣接する曲線状内側部分と概ね一致するか、ほぼ合同である輪郭を概ね決める。様々な実施形態では、スタック８１４は様々な輪郭を有し、電池の１、２、３又はそれ以上の側部に沿って湾曲することができる。スタックは、頂部部分、底部部分、又はその両方に沿って湾曲してもよい。
【００８３】
したがって、曲線状輪郭のスタック８１４により、曲線状輪郭の電池ケース８０２が可能になる。これは、埋め込み可能な医療器具のハウジングを有利に利用し、これは湾曲した外面と湾曲した内面を含むことができる。したがって、この形状は、埋め込み可能な医療器具の好ましい形状を利用する方法でパッケージした電池の電力の最適な量を提供する。これによって、電池スタック８１４は、無駄なスペースを可能な限り小さくした状態で、湾曲したケース内にぴったり填ることができる。湾曲したケースは、通常、埋め込み可能な医療器具によりよく填る。したがって、この構造により、電池の電力を低下させることなく医療器具を小型化することができる（他の詳細については、図２２Ａと関連する検討を参照）。
【００８４】
図２６Ｂは１つの実施形態による電池スタック８１４を示す。この例では、絶縁材料８１１、８１２（図２６Ａ）が削除され、スタック８１４は、絶縁細片８１１Ｂのような絶縁部材でスタックの周縁を巻くことによって絶縁される。１つの実施形態では、細片８１１Ｂは、スタックの縁部に２回巻き付けたポリイミド・テープの細片を含む。２回巻きは、電池ケース８０３、８０４（図２６Ａ）の溶接線に沿った熱抵抗を向上させ、電池スタックの高さの変動を管理する能力を提供する。この例では、スタック８１４の上面と底面を電池ケースから絶縁する必要がない。ケースと同じ電位だからである。この設計は、電池８０２のパッケージング密度も改善する。
【００８５】
図２７は、１つの実施形態による電池スタック８１４の組立分解図を示す。電池スタック８１４は、複数のアノード・サブアセンブリ８４０、８４２、８４４を含むアノード・アセンブリと、複数のカソード・サブアセンブリ８４１、８４３を含むカソード・アセンブリを含む。スタック８１４の頂部及び底部付近に配置されたアノード・サブアセンブリ８４０、８４４は、他のアノード・アセンブリより小さく、カソード・サブアセンブリ８４１は他のカソード・サブアセンブリより小さくて、湾曲状の電池ケースの縁部に対応する。この例では、アノード８４０、８４４は、アノードの一方側に取り付けたリチウムを有する。各アノード・サブアセンブリは、位置Ａでアノードの本体から延びているタブを含む。各カソード・サブアセンブリは、位置Ｂでカソードの本体から延びているタブを含む。スタック８１４を形成するために、上記で検討したようなスタック取付具、例えば取付具６００又は６７０を使用することができる。積み重ねた後、アノード・タブをまとめて溶接し、各アノード層を接続してアノード・アセンブリにする。同様に、全てのカソード・タブをまとめて溶接し、カソード・アセンブリを形成する。
【００８６】
幾つかの実施形態では、スタック８１４のアノードとカソード層は、上記で検討したようにセパレータで分離する。他の実施形態では、各カソード・サブアセンブリ８４１、８４３は、ヒートシールしたセパレータ８４６を含み、これは、カソードの延長タブが開けるようにしながら、サブアセンブリのカソード部材をほぼ囲むか、カプセル化、又は囲むように形成される。
【００８７】
図２８、図２９、図３０、図３１は、カプセル化したカソード・アセンブリ８４３の１つの実施形態を示す。（このカプセル化技術は、本明細書で検討するアノードにも適用可能である。）図２８はカソード・サブアセンブリ８４３の平面図を示し、これはセパレータ材料８４７の２つの層間に挟まれたカソード８５３を含み、セパレータ材料の１つの層がカソードの各側にある。１つの実施形態では、セパレータ材料はＴｏｎｅｎ（商標）のようなポリエチレン、又は例えばＣｅｌｇａｒｄ（商標）２３２５のような３層（ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリプロピレン）セパレータ材料である。
【００８８】
カプセル化したカソード・アセンブリ８４３を形成するために、カソードの外縁のすぐ外側で領域周囲８４８が密封され、セパレータ８４７の２つの層を相互に取り付け、したがってセパレータ８４７間にカソード８５３をカプセル化する。層を密封する１つの技術はヒートシールである。これは、図２８の領域８４８で示すように、全周をヒートシールされた細い線を含む。この例では、リード線８４９を除くカソードの全周が、セパレータの包絡線内にカプセル化される。１つの例では、ヒートシール・プロセスは、密封したカソード・サブアセンブリ８４３のウェブからの切断も実行する。幾つかの実施形態では、カプセル化プロセスは、カソードの周に沿ってセパレータを相互に超音波溶接、超音波密封、ホット・ダイ・シール、又は誘導密封し、カプセル化したカソード・サブアセンブリを形成することを含む。
【００８９】
カプセル化すると、カソード８５３はセパレータの包絡線状構造内に制約され、したがってセパレータ材料８４７がサブアセンブリ８４３を把持した場合、カソード８５３はシフトしない。これは、製造時間を節約する。例えば、アノード、セパレータ、カソードを積み重ね、慎重に位置合わせするのではなく、積み重ねる作業は、アノードとカプセル化されたカソード・アセンブリ８４３とを積み重ねることを含む。これは製造時間を節約し、位置合わせを単純化する。カプセル化プロセス中にセパレータが自動的に位置合わせされるので、各セパレータを各アノード及び各カソードと位置合わせする必要がないからである。つまり、積み重ねるべき個々の部片数を半分に削減する。
【００９０】
図３０は、カプセル化したカソード・サブアセンブリ８４３のタブ部分の詳細を示す。カソード８５３はベース層８５１を含み、これはベース層の片側又は両側に押しつけるか、その他の方法で装着したカソード材料８５２を有する。２つのセパレータ層８４７が領域８５０で密封され、タブ８４９が密封領域から延びている。
【００９１】
図３１は、カプセル化したカソード・サブアセンブリ８４３の底部部分の詳細を示す。セパレータ層８４７の密封領域８４８は、カプセル化したアセンブリ８４３の周囲にフランジ８５１を形成する。カソード・サブアセンブリ（図２８参照）の周囲に延びているフランジ８４７は、各カソード層と各アノード層との間に１つのセパレータ層を配置する場合のように、カソードの主要表面だけではなく、カソードの全周に短絡防止を提供する。さらに、カプセル化した構造は、セルがいったん構築されたら、剥離したカソード材料がその周囲に浮遊するのを防止する。
【００９２】
１つの実施形態では、スタック８１４は図３２から図３３で示したアノードとカソードを使用して形成される。図３２から図３６は、１つの実施形態によるカソードとアノードの相互接続技術を示す。図３２はカソードを示し、これはベース層に装着されたカソード材料８６１と、コーティングされていない接続部分又はタブ部分８６２とを有し、後者はカソード８６０の主要本体に接続された近位部分８６３、及びそこから延びている遠位部分８６４を有する。図３３はアノードを示し、これはベース層に装着したアノード材料８６６と、コーティングされていない接続部分又はタブ部分８６７とを有し、後者はアノード８６５の主要本体に接続された近位部分８６８、及びそこから延びている遠位部分８６９を有する。１つの実施形態では、接続部材８６２、８６７は、溶接、かしめ、又は他の接続方法によってアノード又はカソードに取り付けた１つ又は複数の別個の部材を含む。他の実施形態では、接続部材８６２、８６７は、アノード又はカソードの一体部分でもよく、ベース層から打ち抜くか、レーザ切断するか、他の方法で成形する。
【００９３】
１つの実施形態では、接続部材８６２、８６７の一方又は両方に追加の材料層を設けて、カソード８６０又はアノード８６５の厚さとほぼ等しい厚さ、又はそれよりわずかに大きい厚さにする。この余分な材料は、接続部材をまとめて挟む場合に、その動作を最小限に抑える。同様の構造を、図３６Ｂに関して以下で検討し、その検討は参照によりここに組み込まれる。
【００９４】
図３４は１つの実施形態によるセパレータを示す。セパレータ８７０は、接続部材８６２、８６７がセパレータを越えて延在できるようにする切欠き領域８７３を含む。幾つかの実施形態では、以上で検討したように、別個のセパレータを削除し、カソード８６０をセパレータ包絡線又は袋内にカプセル化することができる。
【００９５】
図３５は、カソード８６５、セパレータ８７０、アノード８６０の交互の層を含む電池スタック８７１の平面図を示す。スタック８７１内で、接続部材８６２、８６７が相互に上下に重なる。本明細書では、上下に重なるとは、一般的に平面図から位置決めされるカソードとアノードの部分の位置を指す。図３５の実施形態では、接続部材８６２、８６７は、相互に対して共通に位置決めされた幾つかの部分、及び相互に対して独占的に位置決めされた幾つかの部分を有することが分かるであろう。
【００９６】
例えば、近位区間８６８、８６３は、排他的に位置決めされるか、配置される。つまり、近位区間８６８、８６３の少なくとも一部が、他の近位区間の近位区間の一部と上下に重ならない。逆に、遠位区間８６４、８６９は、共通に位置決めされ、それぞれが少なくとも相互に上下に重なる部分を含む。
【００９７】
図３５で示すように積み重ねると、遠位区間８６４、８６９の縁部が表面８７４を形成する。この表面８７４は、以下で説明するように、接続部材８６２と８６７を共に縁溶接するか、他の方法で接続するのを容易にする。他の実施形態は、アノードとカソードとを積み重ねた場合に、表面８７４に１つ又は複数のギャップを残す。
【００９８】
上記で検討したように積み重ねた後、接続部材８６２、８６７の少なくとも一部を相互に接続する。１つの実施形態では、遠位区間８６４、８６７は、表面８７４全体に沿って縁溶接する。幾つかの実施形態では、遠位区間８６４、８６７の一部を積み重ねるか、スエージ加工するか、レーザ溶接するか、電気的に導電性の接着剤によって接続する。１つの実施形態では、これをスポット溶接する。
【００９９】
接続した後、近位区間８６３及び８６８が相互から電気的に絶縁されるように、接続部材８６７及び８６４の一部を除去するか、分離する。
【０１００】
図３６Ａは、遠位区間８６４、８６９の一部がスタックから除去された後に、アノード接続部材８６７とカソード接続部材８６２の間に分離部８７２を形成するスタック８７１の部分を示す。この実施形態の分離部８７２は、区間８６２を区間８６７から電気的に隔離する。スタックの各カソードの近位区間８６３は、スタックの各アノードの近位区間８６８と同様に、相互になお結合されている。様々な実施形態では、分離部８７２はレーザ切削、パンチング及び／又は工具又は機械切削によって形成される。幾つかの実施形態では、電気的絶縁材料を分離部８７２に挿入する。
【０１０１】
図３２から図３６Ａの電池相互接続部の例は、製造ステップ中に、構築後に電池の欠陥を引き起こすか、電池の信頼性を低下させるエラーを防止するのに役立つことができる。電池内の相互接続部のスペースを減少させるのにも役立つことができる。これは、電池を埋め込み可能な医療器具のような用途に使用する場合に重要である。この単純な相互接続技術により、可能な限り少ないステップで相互接続することができる。
【０１０２】
図３６Ｂ、図３６Ｃ、図３６Ｄは、１つの実施形態によるカソード８４３Ｂを示す。この例では、カソード８４３Ｂは、カソードの主要本体から延びている接続タブ８４４Ｂを含む。図３６Ｃはカソード８４３Ｂの側面図を示す。図３６Ｄは接続タブ８４４Ｂの詳細を示す。接続タブ８４４Ｂは、ベース層８４８Ｂの各側に導電性材料８４５Ｂの１つ又は複数の追加層を含む。材料８４５Ｂは、接続タブ８４４Ｂを、ベース層８４８Ｂ及びカソード材料８４７Ｂを含むカソード自体とほぼ同じ厚さにするのに十分なほど厚い。したがって、カソード８４３Ｂのようなカソードを積み重ねた結果、隣接するカソードのカソード・タブが相互にほぼ面一になる。上記で検討したように、ヒートシールしたセパレータのために空間を与えられるように、首区域８４６Ｂを設ける。さらに、首区間８４６Ｂは、製造公差の変動を吸収するために、接合部の可撓性も可能にする。
【０１０３】
図３６Ｅは、カソード８４３Ｂ及び同様に構成され、より厚い雪像タブ８６０Ｂを有するアノード８５１を使用して構築された電池スタック８５０Ｂを有する電池８４９Ｂの部分を示し、タブは、アノードベース層の片側又は両側に追加の材料を使用して構築することができる。１つの実施形態では、カソード８４３Ｂを上述したようにペーストカソード材料で構築する。幾つかの態様では、スタック８５０Ｂは、上記で検討したスタック８１４と同様であり、上記の検討は、参照によりここに組み込まれる。スタック８５０Ｂによって、カソード接続部材８４３Ｂを縁溶接、スポット溶接、かしめ、レーザ溶接などによって接続することができる。同様に、アノード接続部材８１５Ｂは相互に接続される。この場合も、接続部材８４３Ｂ及び８５１Ｂのさらに厚いタブ構造により、構造を損傷するようなタブをまとめて挟むことを必要せず、相互接続する必要がある。
【０１０４】
図３７から図４０は、１つの実施形態により構築された電池スタック８８４を示す。電池スタック８８４は、図２から図１４で図示し、検討した電池スタック２４について上記で検討したような幾つかの形体を含み、上記の検討は参照によりここに組み込まれる。
【０１０５】
図３７は、端子タブ８８１及び１つ又は複数の脚部又は延長部Ａ、Ｂ、Ｃを有するベース・カソード層８８０を示す。図３８は、端子タブ８８３を有するベースカソード層８８２と、１つ又は複数の脚部又は延長部Ｄ、Ｅ、Ｆを示す。
【０１０６】
図３９は、セパレータによって分離された交互のカソード層とアノード層との一連のスタックを有する電池スタック８８４を示す。スタック８８４はベースカソード層８８０と、Ａ、Ｂ又はＣ位置に配置されたタブを含む複数のカソード層とを含む。同様に、スタック８８４はベースアノード層８８２と、Ｄ、Ｅ又はＦ位置に配置されたタブをそれぞれ含む複数のアノード層とを含む。
【０１０７】
図４０は、個々のタブを相互に接続し、スタックに巻き付けた後のスタック８８４を示す。上述したように、カソードとアノードの相互接続部を別々の区域に広げることによって、相互接続部が必要とする全体的厚さが減少し、スタック８８４と電池ケースとの間に必要なスペースが小さくなる。端子タブ８８３及び８８４は、上記で検討したように貫通接続部又はケースに取り付け可能である。
【０１０８】
積み重ねた後、上述した電池スタックのいずれも、スタックの外面の周囲にテーピングし、スタックを厳密な位置合わせ状態に保持することができる。例えば、スタック８１４はテープ８２８を含む。
【０１０９】
図４１は１つの実施形態によるテーピング取付具８９０を示す。テーピング取付具８９０は、テープ８９２のロールを保持するテープ・ディスペンサ８９１を含む。テーピング取付具８９０は、スタック保持部材８９４を含むスタック保持取付具８９３を含む。回転部材８９５を動作可能な状態でスタック保持部材８９４に結合させ、第１軸８９６の周囲でスタックを回転させる。１つの例では、第１軸が電池スタックの長軸沿いである。回転部材８９５は、手動又はモータ作動のクランクを含むことができる。割り出し部材８９８を使用して、回転部材８９５の回転量を割り出し、測定することができる。
【０１１０】
ディスペンサ８９１と取付具８９３のいずれか一方又は両方が第２垂直軸８９９の周囲で回転可能であり、したがって２つの部材８９１、８９３が、第２軸８９９の周囲で相互に対して回転可能である。第２軸８９９は第１軸８９６に対してほぼ直角であり、作業面に対してほぼ垂直である。１つの例では、第２軸８９９が第１軸８９６にほぼ交差する。
【０１１１】
図４２は取付具８９０の平面図を示す。テープ８９２がテープ・ディスペンサ８９１から離れるにつれ、テープがスタック８９７に対して角度を形成する。第２軸８９９の周囲でスタック又はディスペンサを回転することにより、スタックに対するテープの角度を変更することができる。
【０１１２】
図４３Ａ及び図４３Ｂはテーピング・プロセスの１つの例を示す。使用時には、テープ８９２をスタック８９７の第１表面８９７Ａに適用する。次に、軸８９６に沿ってスタックを回転する。テープ細片８９２がスタック８９７の縁部に来ると、テープ配量位置が軸８９９の周囲で円弧状に揺れ、縁部輪郭の接線に対する第１細片の角度と一致し、スタックが軸８９６の周囲で回転し続ける。
【０１１３】
例えば、細片８９２は、スタック８９７の表面８９７Ａの断面１として開始する。この例では、区間１はスタックの縁部の垂線に対して約１０°の角度を有し、これはこの例では縁部の接線である。テープ細片がスタックの縁部に到達すると、ディスペンサがスタックに対して回転し、したがって細片が、細片１から垂線の他方側上で約１０°である区間２（図４３Ｂ）と同様に配向された側部８９７Ｂに沿って位置決めされる。したがって、２つの細片間には２０°の角度があり、接線に対する垂線の各側で約１０°である。次に、テープがスタックの縁部に到達するように、スタックを軸８９６に沿って十分に回転させると、ディスペンサがスタックに対して回転し、したがって細片が区間３（図４３Ａ）に沿って配向される。このプロセスを、２、３、４又はそれ以上の回転で継続することができる。
【０１１４】
図４３Ａで細片２を示す点線で見られるように、テープの方向は、各縁部を巡るにつれて変化し、したがって各側部は、縁部の接線の垂線に対して他方側の一致する角度である。例えば、接線８９３は細片２と３の間の縁部に図示されている。細片２及び３の角度は、この接線に対してほぼ等しい。この技術は、縁部におけるテープの隆起を解消するのに役立つ。さらに、この単純で簡潔な解決法は、標準的で長方形以外の形状を有する電池スタックのテーピング及び製造を容易にする。
【０１１５】
図４４Ａ、図４４Ｂは１つの実施形態による別の例示的な巻き付けを示す。この例では、テープ細片が垂直から約１０°ずれて開始する。細片２を、垂線（図４４Ｂ）の他方側に約１０°で適用する。細片３、４は、上述したように配向される。
【０１１６】
概して、スタックに対するディスペンサの回転程度はスタックの形状に依存する。このシステムは、ほぼ任意の形状のスタックに巻き付けることができるという点で汎用的である。この場合も、これは複雑な形状、又は奇妙な形状のスタックで使用するのに役立つ。さらに、取付具８９０によって、スタック８９７は、２本の回転軸しかない取付具内でテーピングすることができる。この単純な取付具によって、任意の複雑な幾何学的形状を有するスタックを、一体の多重パス・テーピング操作でテーピングすることができる。
【０１１７】
スタックの外部輪郭の複雑な幾何学的形状により、単純なテープ操作が複雑になることがある。このシステムは、１本の連続的なテープ部片をスタックの周囲に配量して、適用し、多くの運動軸を必要とせずに複数回巻き付けるために必要な機器を単純化できる。
【０１１８】
再び図２５及び図２６で示した電池８００の一般的形状を参照すると、図４５は１つの実施形態による電池８００のさらなる詳細を示す。スタック８１４は、ケース８０２内に挿入された状態で図示され、ケースの半分８０４の部分が破線で図示されている。スタック８１４のアノード層サブアセンブリは、まとめられ、相互接続されたタブ又は延長部材８１７を有する。次に、例えば溶接によってタブ８２２をアノードに取り付けて、例えば溶接によってケース８０２に直接取り付ける。カソード・サブアセンブリの延長部材又はタブ８１９をまとめて、相互接続し、接続部材８２４をカソード・タブに接続する。貫通接続ポスト８０８がタブ８２４に接続され、電池ケース内の貫通接続穴８０９を通して延びている。スタックの頂部部分８２０は、スタックの中央部分８１８に対して窪み、縁部が湾曲したケース８０２にて、スタックの最大寸法を可能にする。
【０１１９】
図４６は、電池８００の一部の平面図を示す。貫通接続ポスト８０８は、接続部８２４を介してカソードに接続することにより、電池の外側と連絡する。図４７Ａは図４６の断面図を示す。１つの実施形態では、貫通接続穴８０９が、ケース８０４と一体の円筒形構造である。穴８０９は、口輪部分８０９Ａとなる内向きの表面を含む。貫通接続ポスト８０８は、環状絶縁部材８１３によってケース８０４から電気的に絶縁される。１つの実施形態では、環状絶縁部材８１３は、例えばガラス部材、セラミック部材、エポキシ部材、又は複合部材でよい。１つの実施形態では、環状部材８１３はＴＡ２３ガラス、又はその同等品を含む。貫通接続ポスト８０８が環状部材８１３の穴を通って延びている。貫通接続ポスト８０８はモリブデン材料を含むことができる。環状部材８１３は、貫通接続部８０８をケース８０２から電気的に絶縁し、電池８００に気密シールを提供する。
【０１２０】
環状絶縁部材８１３は、口輪部分８０９Ａの内向きの円筒形表面と突き当たる外面を有する。環状部材８１３は、貫通接続ポスト８０８が通る内部穴を含む。１つの実施形態では、環状部材８１３を電池ケース内にガラスで封入する。この実施形態の一体口輪構造は電池の製造を容易にする。口輪をケースに溶接する必要がないからである。さらに、気密シールした電池にとって費用効果が高く、寸法が有利な方法である。貫通接続部をケースに直接設置することにより、異なる溶接ステップが解消される。ケースと貫通接続口輪が、相互に接続する必要がある２つの別個のサブアセンブリではなく、組み合わせたアセンブリだからである。
【０１２１】
図４７Ｂは図４６の断面図を示す。アノード端子８１０をケース８０２に直接取り付けて、アノードからタブ８２２を通り、ケース８０２を介して端子８１０への接続を完成させる。
【０１２２】
図４８Ａは１つの実施形態による担持８１０Ｂを示す。端子８１０Ｂは表面６６を有するベース６４を含む。端子の主要延長部６３がベース６４の一面から延び、ニップル又は突出部６５が反対の表面６６から延びている。端子８１０Ｂは、金めっきニッケルのような金属で形成することができる。
【０１２３】
図４８Ｂは、１つの実施形態によりケース８０２に取り付けてある端子８１０Ｂの側面図を示す。ケース８０２は３０４Ｌ又は３１６１ＳＳＴのような金属である。取付具６８を使用して端子８１０Ｂを保持する。取付具６８とケース８０２は逆に帯電させられる。例えば、電極６７によって取付具６８をマイナスに帯電させ、ケース８０２をプラスに帯電させるか、その逆が可能である。他に端子８１０Ｂは、突出部６５がケース８０２に面し、端子８１０Ｂのうちケースに最も近い部分であるように位置決めされる。端子をケースに近づけるにつれて、突出部６５が、反対に帯電させたケースと端子の間に生じた電界を集中させるか、集束する。端子が十分に近づくと、突出部とケースの間にスパーク又はアークが送られる。このスパークはニップルを蒸発させ、端子をケースに溶接する。１つの例は、５ポンド（２．２７ｋｇ）の力で３０〜４０ワット・秒の電力に設定されたＨＣＤ１２５  ＭｉｃｒｏＪｏｉｎ（商標）溶接機を使用して、パルス幅は機械の＃４の設定である。
【０１２４】
図４８Ｃは、ケース８０２に取り付けた後の端子８１０Ｂの図を示す。突出部が蒸発し、ベース６４の表面６６がケース８０２にぴったり取り付けられている。
【０１２５】
幾つかの実施形態では、端子８１０Ｂをケースに取り付けるために、抵抗溶接も使用することができる。例えば、端子８１０Ｂとケースとを接触させて、電流を送る。これで突出部６５が熔解して、崩壊し、表面６６とケース８０２とがぴったり取り付けられる。
【０１２６】
図４８Ｄは１つの実施形態による端子８１０Ｂのさらなる詳細を示す。１つの実施形態では、ベース６４は、例えば約４５°などに面取りした背面６４Ｓを含む。前面６６は約３°の角度を有することができる。この例では、ベース６４が約０．０２２から０．０３０インチ（０．５５８８〜０．７６２ｍｍ）の直径を有し、突出部６５は約０．００５から０．００８インチ（０．１２７〜０．２０３２ｍｍ）の直径を有する。
【０１２７】
スタックを電池ケース内に装着した後、ケースを溶接して閉じることができる。例えばバックフィル・ポートを通して、電解質をケースに充填する。次にバックフィル・ポートを密封する。
【０１２８】
図４９Ａから図４９Ｂは、１つの実施形態によりバックフィル・ボール・プラグ４１をバックフィル・ポート９０１に装着する技術を示す。バックフィル・プラグ４１は、電池ケース８０３に装着した状態で図示されている。電池ケース内のバックフィル・ポート９０１を使用して、電池ケースに電解質を充填する。バックフィル・プラグを装着する間の１つの問題は、プラグをケースに溶接する前に、プラグの周囲で電解質が浸出することである。この流体が浸出すると、溶接が困難になる。この技術は、浸出を最低限に抑え、気密シールした電池を可能にする。
【０１２９】
１つの実施形態では、第１溶接電極９０２を、ポート９０１にボール４１を押し込むアプリケータとして使用するように適応させる。例えば、電極９０２に丸まった先端を与えて、バックフィル・プラグの形状と一致させることができる。１つの実施形態では、プラグ４１は、ポート９０１よりわずかに大きい直径を有する球形ボールでよく、したがってプラグ４１と、ポート９０１を形成する壁９０１Ａとの間には締まり嵌めがある。例えば１つの実施形態では、プラグ４１は約０．０２６インチ（０．６６０４ｍｍ）の直径を有し、ポート９０１は約０．０２５インチ（０．６３５ｍｍ）の直径を有する。アプリケータ／電極９０２がプラグ４１をポート９０１に押し込むにつれ、第２溶接電極９０３がケース８０３に押しつけられる。電流が電極９０２と９０３の間に発生し、プラグ４１とケース８０３を通る。これがプラグ４１の周囲を溶接位置９０５でケースに溶接する。この溶接技術は、ボールとポート壁との間のギャップを通して電解質を浸出させることなく、ポート内にボールを密封することができる。
【０１３０】
１つの実施形態では、溶接部９０５が形成された後、電極９０３、９０２を取り外し、電池を密封する。図４９Ｃで示すような他の実施形態では、レーザ溶接機９０７によって任意選択のレーザ溶接ステップを提供し、ボール形プラグ４１の上部周囲をケースにさらに密封する。
【０１３１】
図５０Ａは１つの実施形態によるバックフィル・プラグ９１０を示す。プラグ９１０は、頂部部分９１１を有するキャップ形プラグである。１つの実施形態では、頂部部分９１１は、外側へとキャップ部分９１２まで延び、頂部部分９１１とキャップ部分９１２との間に面取り領域９１６を設ける。プラグ９１０はウェスト区間９１３を含み、これは拡大区域９１４へ、次に狭窄区域９１５へと延びている。１つの実施形態では、拡大区画９１４はバックフィル・ポート９０１の直径よりわずかに広い。例えば、拡大区間９１４は直径が約０．０２６インチ（０．６６０４ｍｍ）でよく、バックフィル・ポート９０１は約０．０２５インチ（０．６３５ｍｍ）でよい。
【０１３２】
図５０Ｂ、図５０Ｃは、バックフィル・ポート９０１に装着されているプラグ９１０の例を示す。アプリケータ電極９１７は、プラグ９１０を締まり嵌めでバックフィル・ポート９０１に挿入し、押し込むような構成である。アプリケータ／電極９１７がプラグ９１０をポート９０１に押し込む間、又は押し込んだ後、第２溶接電極９０３をケース８０３に押し当てる。電流が電極９１０と９０３の間に発生し、プラグ９１０とケース８０３を通る。これがプラグ９１０の拡大部分９１４を溶接位置９１９でケースの壁９０１Ａに溶接する。ここでも、この溶接技術は、プラグとポート壁との間のギャップを通して電解質を浸出させることなく、ポート内でプラグを強制的に密封する。
【０１３３】
図５０Ｃで示すような１つの実施形態では、レーザ溶接機９０７によって任意選択のレーザ溶接ステップを提供し、プラグ９１０のキャップ９１２をケース８０３の外面にレーザ溶接する。面取り領域９１６を設けることにより、レーザ溶接ステップが改善される。図５０Ｃは、プラグ９１０がいかにポート９０１内に填るかを示す。キャップ部分９１２がケース８０３の外面にもたれかかる。ウェスト部分９１３は、ポート９０１の壁の内側に配置され、それに接触しない。１つの実施形態では、プラグ９１０をステンレス鋼から形成する。
【０１３４】
図５０Ｄは１つの実施形態による端子８１０Ｃを示す。端子８１０Ｃは組み合わせバックフィル・プラグ／端子である。端子８１０Ｃは、細長い端子部分６３Ｃと球形のプラグ部分４１Ｃを含む。プラグ部分４１Ｃは、バックフィル穴９０１内に締まり嵌めされるような寸法にする。１つの実施形態では、端子８１０Ｃをバックフィル穴９０１内に取り付け、上記で検討した技術を使用して、ケース８０３に結合することができる。例えば、溶接取付具９０２を使用して、図４９Ａから図４９Ｃのように、第２溶接電極９０３をケースに押しつけながら、端子８１０Ｃをバックフィル穴９０１に入れて、ケース８０３と接触させ、球形ボール部分４１Ｃを穴内に溶接することができる。組み合わせ端子８１０Ｃによって、（上記で検討した端子８１０とプラグ４１のような）別々の端子と充填プラグを削除することができる。２つの部材を組み合わせることによって製造が容易になる。
【０１３５】
図５０Ｅは１つの実施形態による端子８１０Ｄを示す。端子８１０Ｄは組み合わせバックフィル・プラグ／端子である。端子８１０Ｄは、細長い端子部分６３Ｄとプラグ部分９１０Ｄを含む。プラグ部分９１０Ｄは、上記で検討したプラグ９１０と同様であり、以上の検討は参照によりここに組み込まれる。端子８１０Ｃと同様に、端子８１０Ｄを電池ケースのバックフィル穴の中に取り付けることができる。
【０１３６】
図４９Ａから図４９Ｃ及び図５０Ａから図５０Ｅの技術と構造の様々な実施形態では、平行ギャップ溶接機を使用して、溶接を実行することができる。様々な実施形態は、約１０から約４５ワット・秒以上の電流を使用する。１つの実施形態は、３０ワット秒及び２ポンド（９０８ｇ）の力及び＃４設定のパルス幅に設定されたＨＣＤ１２５  ＭｉｃｒｏＪｏｉｎ（商標）溶接機を使用する。
【０１３７】
図５１は１つの実施形態による電池の製造方法を示す。図５１の方法は１つの実施形態の例を示し、１つ又は複数の実施形態の範囲内で、異なるステップを省略、組み合わせかつ／又は順序変更できることが理解される。他のステップの中でも、方法５１は、アノード・サブアセンブリを組み立てるステップ（９３０Ａ）、カソード・サブアセンブリを組み立てるステップ（９３０Ｂ）、複数のアノードとカソード・サブアセンブリを電池スタックへと積み重ねるステップ（９３０Ｃ）、各アノード・サブアセンブリのタブを一緒に溶接し、各カソード・サブアセンブリの各タブを溶接して、スタックをテーピングするステップ（９３０Ｄ）、スタックを保持するために電池ケースを設けるステップ（９３０Ｅ）、スタックの外面を絶縁して、スタックをケースに挿入するステップ（９３０Ｆ）、アノードをケースに溶接するステップ（９３０Ｇ）、カソードを貫通接続部に溶接するステップ（９３０Ｈ）、貫通接続絶縁体を通して貫通接続部をガラスで覆うことを含む、貫通接続アセンブリを組み立てるステップ（９３０Ｉ）、ケースを溶接して閉じ、ケースを電解質で充填するステップ（９３０Ｊ）、バックフィル・プラグをケースに挿入して、溶接するステップ（９３０Ｋ）を含む。
【０１３８】
１つの実施形態では、アノード・サブアセンブリの組立（９３０Ａ）が、上記で検討した様々なアノードのような複数の別個のアノード層を形成することを含む。図５２は、１つの実施形態によるアノード・アセンブリ・システム９４０の略図を示す。システム９４０は、展伸金物、中実金属、又はエッチングした金属のような金属のアノード母材のロールを保持する第１スプール９４１を含む。一対のスプール９４２Ａ、９４２Ｂは、母材の各側又は両側にリチウムの層を送る。１つ又は複数のブラシ９４６Ａ、９４６Ｂでリチウム層を清浄にする。ステージ９４３でリチウムを母材に積層させる。ダイカット機構９４４が個々のアノードを切断し、ロボット・システム９４５がこれを取り出す。
【０１３９】
図５３は、１つの実施形態によりカソード層を形成する概略的システム９５０を示す。第１スプール９５１がカソードの母材を保持する。ダイカット・システム９５２が層を所望の形状に切断する。ヒートシール・システム９５４を設けて、カソードの周囲にセパレータを密封することができる。次に、ロボット・システム９５３でカソード・アセンブリを移送することができる。
【０１４０】
図５４は、１つの実施形態によりカソードを形成する取付具１９６０の略図を示す。取付具１９６０は、電池のカソード層の製造に使用するために、所定の正確な量のカソード粉末をカソードキャリア細片上に充填する技術を提供する。取付具１９６０は通常、一対のダイ又はクランプ部材１９６１Ａ、１９６１Ｂを含む。１つ又は複数の案内ポスト１９６４が、クランプ部材１９６１Ａ、１９６１Ｂの一方の内面から延びている。対向するクランプ部材は対応する穴を含み、これは案内ポストと係合して、一対の部材１９６１Ａ、１９６１Ｂが一緒になった場合に、その位置合わせを維持する。クランプ部材１９６１Ａ、１９６１Ｂはそれぞれ、切り取り又は空隙部分１９６９を含む。
【０１４１】
カソードキャリア細片１９６６は１つのカソードベース区間１９６７と１つ又は複数の案内穴１９６８を含む。案内穴１９６８は案内ポスト１９６４と係合して、カソードキャリア細片１９６６を取付具１９６０内で厳密に位置合わせした状態に維持する。
【０１４２】
取付具１９６０は一対のパンチ部材又はプレス・ヘッド１９６２Ａ、１９６２Ｂを含む。各パンチ部材１９６２Ａ、１９６２Ｂは、クランプ部材１９６１Ａ、１９６１Ｂの一方を伴い、したがって各パンチ部材は切り取り部分１９６９を通して前後に移動する。
【０１４３】
使用時には、予め設定した量のＭｎＯ2基質材料を、底部クランプ部材１９６１Ｂの空隙に注入する。１つの例では、ＭｎＯ2粉末は、９０％の純粋なＭｎＯ2、５％の粉末炭素と、５％のＰＴＦＥスラリ結合剤の混合物を含む。平坦な縁部の工具を使用して、ＭｎＯ2粉末を空隙内に一様に広げる。コレクタ細片１９６６を、空隙上の所定の位置に配置する。シム１９８０をコレクタ細片上に配置し、締め付けて、所定の位置に保持する。予め設定した量のＭｎＯ2基質材料を、シムの空隙１９８１に注入する。平坦な縁部の工具を使用して、粉末をシム空隙内に一様に広げる。次に、頂部クランプ部材１９６１Ａを底部クランプ部材上で位置決めし、それに締め付ける。
【０１４４】
図５５は、パンチ部材１９６２Ａ、１９６２Ｂに力を加えるプレス１９６３を示す。取付具１９６０をプレス１９６３に入れ、粉末が所望の密度まで締まるまで、低圧から高圧へのステップでプレスを数回の圧力で循環させる。１つの実施形態では、約４８，０００ｐｓｉの圧力を使用する。１つの実施形態では、１平方インチ当たり約１６〜２１トンの圧力を使用する。
【０１４５】
１つの実施形態では、取付具１９６０を振動システムに装着し、粉末を空隙内に配置した後に、これを起動して取付具を振動させる。振動は粉末を沈殿させて、ギャップを充填し、粉末が取付具内で概ね均一の密度を有するようにする。
【０１４６】
取付具の空隙の寸法とカソード粉末の密度が分かっているので、正確な量の粉末がキャリア細片上に締められる。後に細片からパンチングされるか、取り出される電池カソードは、これで正確な量のカソード粉末を含み、カソード粉末は均一な密度でカソードキャリアの表面に一様に分布する。これは、電池のコンシステンシと信頼性を改善する。１つの例では、粉末は約２．７ｇ／ｃｍ3の圧縮密度を有し、カソードは約０．０１８２インチ（０．４６２２８ｍｍ）の全体厚さ（母材を含む）を有する。他の実施形態は約２．５から３．２ｇ／ｃｍ3の範囲である。
【０１４７】
図５６は、１つの実施形態によりカソードを形成する取付具９６０の略図を示す。取付具９６０は、電池のカソード層の製造に使用するために、所定の正確な量のカソード粉末をカソードキャリア細片に充填する技術を提供する。取付具９６０は一般に、１つのクランプ部材９６１Ａ、９６１Ｂを含む。１つ又は複数の案内ポスト９６４が、クランプ部材９６１Ａ、９６１Ｂの一方の内面から延びている。対向するクランプ部材は対応する穴を含み、これは案内ポストと係合して、一対の部材９６１Ａ、９６１Ａを一緒にした場合に、その位置合わせを維持する。各クランプ部材９６１Ａ、９６１Ｂは切り取り部分９６９を含む。クランプ部材９６１Ａ、９６１Ｂを一緒にすると、切り取り部分９６９が空隙９７０を形成する。
【０１４８】
カソードキャリア細片９６６は、カソードベース区間９６７と１つ又は複数の案内穴９６８を含む。案内穴９６８は案内ポスト９６４と係合して、カソードキャリア細片９６６を取付具９６０内でぴったり位置合わせした状態に維持し、したがってカソードベース区間９６７が空隙９７０内に配置される。
【０１４９】
取付具９６０は一対のパンチ部材又はプレス・ヘッド９６２Ａ、９６２Ｂを含む。各パンチ部材９６２Ａ、９６２Ｂはクランプ部材９６１Ａ又は９６１Ｂの一方を伴い、したがって各パンチ部材が切り取り部分９６９を通して前後に移動する。プラス９６３は、パンチ部材９６２Ａ、９６２Ｂに力を加える。個々の各部材９６２Ａ、９６２Ｂのパンチ面９７１Ａ、９７１Ｂを、空隙９７０内で相互に近づける。
【０１５０】
図５７は、取付具９６０内でほぼ垂直の方向に装着されたキャリア細片９６６の例を示す。部材９６１Ａ、９６１Ｂを一緒に締め付けて、キャリア細片９６６を所定の位置に保持する。ＭｎＯ2基質のようなカソード粉末９７２を空隙９７０内に配置するか、付着させる。１つの実施形態では、空隙９７０は約０．０３０から０．０４０インチ（０．７６２〜１．０１６ｍｍ）の幅を有する。１つの例では、粉末９７２は９０％の純粋なＭｎＯ2、５％の粉末炭素と、５％のＰＴＦＥスラリ結合剤の混合物を含む。
【０１５１】
１つの実施形態では、取付具９６０を振動システム９７４に装着し、粉末を空隙９７０内に配置した後に、これを起動して取付具を振動させる。振動は粉末を沈殿させて、ギャップを充填し、粉末が空隙９７０内で概ね均一の密度を有するようにする。１つの実施形態では、正確な量の粉末９７２が空隙９７０内に配置される。カソード粉末の量は、カソードの用途に応じて変更することができる。
【０１５２】
空隙９７０を起動した後、プレス９６３を起動し、パンチ部材９６２Ａ、９６２Ｂが粉末をベース・キャリア９６６内及びその上にプレスする。１つの実施形態では、５０トンのプレス９６３を使用する。１つの実施形態では、約４８，０００ｐｓｉの圧力を使用して、粉末をプレスする。別の例は、１平方インチ当たり約１６〜２１トンの圧力を使用する。
【０１５３】
１つの実施形態では、カソード粉末９７２を空隙内に付着させる前に、篩に掛け、粉末の比較的大きい部片が空隙を閉塞するのを防止する。
【０１５４】
空隙９７０の寸法とカソード粉末の加工比重が分かっているので、正確な量の粉末がキャリア細片上に締められる。後に細片からパンチングされるか、取り出される電池カソードは、これで正確な量のカソード粉末を含み、カソード粉末は均一な密度でカソードキャリアの表面に一様に分布する。これは、電池のコンシステンシ及び信頼性を改善する。１つの例では、粉末は約２．７ｇ／ｃｍ3の圧縮密度を有し、カソードは約０．０１８２インチ（０．４６２２８ｍｍ）の全体厚さ（母材を含む）を有する。他の実施形態は約２．５から３．２ｇ／ｃｍ3の範囲である。
【０１５５】
図５８、図５９、図６０は、１つの実施形態によるカソード形成り取付具９７４の平面図、側面図、正面図を示す。取付具９７４は、取付具を表面に装着するためのベース・タブ９７５を含む。クランプ９７６Ａ、９７６Ｂが取付具内でキャリア細片を保持し、案内部材９８４がキャリア細片を保持して、取付具９７４の２つの部分を位置合わせ状態で維持する。
【０１５６】
一対のパンチ・ヘッド９７７Ａ、９７７Ｂがそれぞれ、自身に関連するパンチ部材９８３Ａ、９８３Ｂを有する。パンチ部材９８３Ａと９８３Ｂの間の区域が取付具の空隙を画定する。各パンチ・ヘッド９７７Ａ、９７７Ｂとそれに関連するパンチ部材９８３Ａ、９８３Ｂとの間で、ばね９８０を位置決めする。一対のプラグ部材９７８Ａ、９７８Ｂが取付具の頂部に配置され、各プラグ部材が蝶ねじ又は他の保持部材９７９を有し、これはプラグを通してプラグの下に配置されたブロック部材９８１又は９８２と係合する。案内ポスト９８２は、取付具の２つの部分間にさらなる位置合わせを提供する。案内ポスト９８２の周囲にブッシュ９８２を使用することができる。
【０１５７】
上述したように、幾つかの実施形態は（ＭｎＯ2ペーストのような）カソード・ペーストを使用し、これはコーティングされ、次にステンレス鋼の細片又は金網細片のようなカソードベース層の１つ又は複数の側部に圧延されるか、プレスされる。これで、個々のカソードを細片から切り取ることができる。幾つかの例では、ベースは所望のカソードの形状へと少なくとも部分的に予め切断されるか、予めスコーリングされる。
【０１５８】
再び図５１を参照すると、カソード・サブアセンブリの形成（９３０Ｂ）は、上記で検討したように各カソードをセパレータ包絡線にカプセル化することを含む。
【０１５９】
１つの実施形態では、このシステムは１２のアノード・サブアセンブリと１１のカソード・サブアセンブリ（密封したセパレータを有する）を有する電池電極スタックを提供する。スタック端部に配置された２つのアノード・サブアセンブリは、ケース縁部の半径に対応するために、小さくなっている。これらの２つの端部アノード・サブアセンブリは、そのベース・コレクタ・プレートの一方側にのみ取り付けられたリチウムを有する。２つの外側のカソード・サブアセンブリ層も、ケースの半径に対応するために小さくなっている。各アノードとカソード・サブアセンブリ層は、スタックから延びている延長タブを含む。延長タブは、スタックの完成時に層を相互に接続するために一緒に溶接される。１つの例では、延長タブを３カ所のスポット溶接部で溶接し、タブの端部を留める。カソード延長部を貫通接続部に接続するために、リボン・タブをこれに溶接する。セルを絶縁して、ケースに挿入する。リボン延長部を貫通接続部に溶接し、アノード延長部をケースに直接溶接する。ケース部分を一緒にして、その境界面の周囲を溶接する。
【０１６０】
図６１は電池の多くの用途の１つを示す。例えば、１つの用途は、例えば心筋に治療用の刺激を与える埋め込み可能な医療器具９９０、除細動器又は心臓再同期治療器具（ＣＲＴＤ）を含む。医療器具９９０をリード線システム９９１に結合する。リード線システム９９１は患者に埋め込み可能であり、患者の心臓の枢要な箇所に電気的に接触する。医療器具９９０は回路９９２を含み、これは監視回路、治療回路、電池９９３に結合されたコンデンサを含む。回路９９２は、リード線システム９９１の１本又は複数のリード線を通して心臓の活動を監視するように設計される。治療回路は、リード線システム９９１の１本又は複数のリード線を通して心臓にエネルギのパルスを送出することができ、医療器具９９０はよく知られ、理解されている原理に従い動作する。器具のエネルギは、電池９９３を使用することによってコンデンサに充電して生成させる。
【０１６１】
埋め込み可能な除細動器に加えて、電池は他の心臓リズム管理システムにも組み込むことができる。例えば心臓ぺーサ、ぺーサと除細動器の組み合わせ、鬱血性心不全用器具、及び心不整脈を診断又は治療する薬物送出器具である。さらに、電池は医療以外の用途にも組み込むことができる。この検討の１つ又は複数の教示は、円筒形電池に組み込むことができる。
【０１６２】
図６２は、１つの実施形態により構築された例示的電池の性能図を示す。図６２の電池は、以下のチャートＡで示した値を有するアノードとカソードを有するように構築され、図２７の電池スタックの方法で形成されている。
【０１６３】
【表１】
2006512745.tif 000003
【０１６４】
合計１２のリチウムアノードを使用する。スタックの各端部にあるアノードは、一面にしかリチウムがなく、他のアノードより面積が小さい。チャートは、２つの端部アノードがそれぞれ、１つのアノード面を備え、残りのアノードがそれぞれ２つのアノード面を有することを示している。合計１１のＭｎＯ2カソードを使用する、端部の２つのカソードは表面積が小さくなっている。カソードは全て、両面にＭｎＯ2があり、したがってチャートは４つの小さいカソード面と１８の大きいカソード面を有する。カソードは、上記で検討したように、正確に測定した量のカソード粉末をベース層にプレスして使用し、準備した。
【０１６５】
プレスした後、上記で検討したようにカソードを２つのセパレータ間でヒートシールした。次に、図１８Ｂの取付具を使用して、アノードとカソードを交互に積み重ねた。次に、図４１の取付具を使用して、スタックをテーピングした。スタックの外周を、図２６Ｂのように絶縁テープで２重に巻いてテーピングした。アノード延長タブとカソード延長タブを一緒にして溶接した。カソード・タブを貫通接続部に接続し、アノード・タブをケースに接続した。ケース部分を一緒にして、その境界面の周囲で溶接した。電池に電解質を充填し、上記で検討した技術を使用して密封した。
【０１６６】
チャートＡと図６２の電池は、除細動器のような埋め込み可能な医療器具用に設計されている。電池は、約２．０アンペア・時の容量で、６から７年の寿命を有し、ピーク電流レベルが約３アンペアになるように設計された。本明細書で検討した方法と構造を使用して、このような仕様に合うが、除細動器ケース内の設計スペースに填るのに適切な形状に適した設計を有し、合計体積が８．６４ｃｍ3しかない電池を構築した。
【０１６７】
様々な実施形態では、様々な用途の電池を様々な設計パラメータを使用して構築することができる。例えば、幾つかの実施形態は電池の合計体積が約９．０ｃｍ3未満である。幾つかの実施形態は、約８．０ｃｍ3と９．０ｃｍ3との間の電池合計体積を有する。幾つかの実施形態は、約８．５ｃｍ3と９．０ｃｍ3との間の電池合計体積を有する。幾つかの電池は、約２から５アンペアの電力と、約２．０アンペア・時以上の容量を有する。他の電池は、異なる用途のために本明細書の技術を使用して製造することができる。様々な実施形態は、約３．０ｃｍ3から約１２ｃｍ3の範囲の寸法を有する電池を含む。概して、これらの様々な寸法の電池の容量は、アンペア・時／ｃｍ3の単位で直線的に拡大する。
【０１６８】
再び図６２を参照すると、電池の充電時間Ａは、電池の有効寿命にわたってほぼ一定であることが分かる。例えば、２〜４アンペアの電流ドレインの場合、１つの実施形態では充電時間が一般的に約６秒から７秒である。幾つかの実施形態は、約５秒から１０秒のほぼ一定した充電時間を有する。図６２の線Ｃは、電池の開路電圧（ＯＣＶ）を指す。１つの例では、Ｐ１Ａを使用してＥＲＩ（選択的交換インジケータ）をトリガすることができる。これは、ＥＯＬ（寿命の終わり）まで３ヶ月のクロックをトリガする。この例では、ＥＯＬはほぼ、ＯＣＶが２．７５ボルトに到達するか、Ｐ１Ａが１．７５ボルトに到達する時である。
【０１６９】
図６２の電池は、上記で検討したようにペーストカソードの構造を使用して構築することもできる。さらに、上記で検討した他のアノードとカソードの相互接続技術を使用して、所望の特徴の電池を構築することもできる。
【０１７０】
１つ又は複数の実施形態では、上述した方法と構造は、ケース内のスペースを効率的に使用する電池を提供し、電極の表面積を増加させ、任意の寸法の組の電池で容量を増加させる。１つの例では、電池スタックごとの外部寸法の変動が減少する。それぞれが正確に位置合わせした一連の電極層で形成されているからである。ケースごと又は位置合わせ装置ごとの基準点からの変動により生じる電池スタックの寸法変動も減少させるか、解消することができる。これは、生産において寸法の一貫性を改善し、電池スタックと電池ケースとの間の公差を小さくすることができる。これにより、電池ケース内部のスペースを、さらに効率的に使用することができる。
【０１７１】
１つ又は複数の実施形態では、上記で検討したカソード構造に、異なる電池の化学物質を使用することができる。例えば、幾つかの実施形態により、銀バナジウム酸化物（ＳＶＯ）、一フッ化炭素（Ｃｆｘ）、及び炭素バナジウム（ＣＶＯ）を使用することができる。１次電池に加えて、幾つかの実施形態による電池は２次タイプの電池又はリチウム・イオンのような再充電可能な電池として形成することができる。
【０１７２】
以上の説明は、例示的であり、制限的なものではないことを理解されたい。以上の説明を読み、理解すれば、当業者には多くの他の実施形態が明白になる。説明の様々な部分で検討するか、様々な図面で言及した実施形態を組み合わせて、本発明の追加の実施形態を形成できることに留意されたい。したがって、本発明の範囲は、添付の請求の範囲、さらにこのような請求の範囲が権利を与えられた均等物の全範囲に関して決定される。
【図面の簡単な説明】
【０１７３】
【図１】１つの実施形態による平型電池の組立分解斜視図である。
【図２】図１の電池スタックの組立分解斜視図である。
【図３】１つの実施形態によるアノードの斜視図である。
【図４Ａ】１つの実施形態によるアノード・コレクタ・マニホルドの正面図である。
【図４Ｂ】図４Ａのアノード・コレクタ・マニホルドの細部を示す。
【図５】１つの実施形態によるアノード・コレクタの正面図を示す。
【図６】１つの実施形態によるアノード・コレクタの正面図を示す。
【図７】１つの実施形態によるアノード・コレクタの正面図を示す。
【図８】１つの実施形態によるアノード・コレクタの正面図を示す。
【図９】１つの実施形態によるカソード・アセンブリの組立分解図を示す。
【図１０】１つの実施形態によるカソード・コレクタ・マニホルドの正面図である。
【図１１Ａ】１つの実施形態によるカソード・コレクタの正面図を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ａのカソード・コレクタの細部を示す。
【図１２】１つの実施形態によるカソード・コレクタの正面図を示す。
【図１３】１つの実施形態によるカソード・コレクタの正面図を示す。
【図１４】１つの実施形態によるカソード・コレクタの正面図を示す。
【図１５】１つの実施形態による電池スタックを構成する位置合わせ取付具の斜視図を示す。
【図１６】図１５の取付具内にある電池スタックの斜視図である。
【図１７】図１６の平面図である。
【図１８Ａ】１つの実施形態による電池スタックを構成するスタック取付具の前断面図を示す。
【図１８Ｂ】１つの実施形態による電池スタックを構成するスタック取付具の斜視図を示す。
【図１８Ｃ】図１８Ｂのスタック取付具の上部材の詳細を示す。
【図１８Ｄ】１つの実施形態による図１８Ｂのスタック取付具の上部材を示す。
【図１８Ｅ】１つの実施形態による図１８Ｂのスタック取付具の略正面図を示す。
【図１８Ｆ】図１８のスタック取付具の略正面図を示す。
【図１８Ｇ】１つの実施形態によるスタック取付具の上部材及び電池スタックの一部の正面図を示す。
【図１９】１つの実施形態による電池スタックの平面図である。
【図２０】図１９の電池スタックの略側面図である。
【図２１】図１の電池スタックの斜視図である。
【図２２Ａ】図１の電池スタックの側面図である。
【図２２Ｂ】１つの実施形態による絶縁部材の斜視図である。
【図２２Ｃ】図２２Ｂの絶縁部材の側面図である。
【図２３Ａ】図１の電池スタック及び電池ケースの蓋の側面図を示す。
【図２３Ｂ】図２３Ａの電池スタックの断面図を示す。
【図２３Ｃ】図２３Ａの電池の貫通接続アセンブリの断面図を示す。
【図２４Ａ】１つの実施形態による電池の側面図を示す。
【図２４Ｂ】図２４Ａの電池の断面図を示す。
【図２４Ｃ】図２４Ｂの断面図の拡大詳細図を示す。
【図２５】１つの実施形態による電池の斜視図を示す。
【図２６Ａ】図２５の電池の組立分解図を示す。
【図２６Ｂ】１つの実施形態による電池スタックを示す。
【図２７】１つの実施形態による電池スタックの組立分解図を示す。
【図２８】１つの実施形態による密封したセパレータ内のカソードの平面図を示す。
【図２９】１つの実施形態によるセパレータ内で密封されたカソードの側面図である。
【図３０】図２９のカソードの上側部分の細部の側面図を示す。
【図３１】図２９のカソードの下側部分の細部の側面図を示す。
【図３２】１つの実施形態による電池スタックのカソードの平面図を示す。
【図３３】１つの実施形態による電池スタックのアノードの平面図を示す。
【図３４】１つの実施形態による電池スタックのセパレータの平面図を示す。
【図３５】図３２から図３４のカソード、アノード及びセパレータを有する電池スタックの平面図を示す。
【図３６Ａ】図３５の電池スタックの延長部材の平面図を示す。
【図３６Ｂ】１つの実施形態によるカソードの平面図を示す。
【図３６Ｃ】図３６Ｂのカソードの側面図を示す。
【図３６Ｄ】図３６Ｃの詳細図を示す。
【図３６Ｅ】１つの実施形態による電池の部分斜視図を示す。
【図３７】１つの実施形態によるカソード層の平面図を示す。
【図３８】１つの実施形態によるアノード層の平面図を示す。
【図３９】１つの実施形態により構築した電池スタックの斜視図を示す。
【図４０】図３９の電池スタックの斜視図を示す。
【図４１】１つの実施形態によるテーピング取付具の斜視図を示す。
【図４２】図４１のテーピング取付具の平面図を示す。
【図４３】１つの実施形態によりテーピングされている例示的電池スタックの平面図を示す。
【図４４】１つの実施形態によりテーピングされている例示的電池スタックの平面図を示す。
【図４５】１つの実施形態による電池の端子接続の部分切り取り図を示す。
【図４６】１つの実施形態による電池の部分平面図を示す。
【図４７Ａ】図４６の断面図を示す。
【図４７Ｂ】図４６の別の断面図を示す。
【図４８Ａ】１つの実施形態による端子を示す。
【図４８Ｂ】１つの実施形態によりケースに取り付けてある図４８Ａの端子の側面図を示す。
【図４８Ｃ】ケースに取り付けてある図４８Ａの端子の図を示す。
【図４８Ｄ】１つの実施形態による端子の詳細側面図を示す。
【図４９】１つの実施形態によるバックフィル・プラグ溶接技術を示す。
【図５０Ａ】１つの実施形態による電池のバックフィル・プラグを示す。
【図５０Ｂ】１つの実施形態によるバックフィル・プラグ溶接技術を示す。
【図５０Ｃ】１つの実施形態によるバックフィル・プラグ溶接技術を示す。
【図５０Ｄ】１つの実施形態による電池のバックフィル・プラグ端子を示す。
【図５０Ｅ】１つの実施形態による電池のバックフィル・プラグ端子を示す。
【図５１】１つの実施形態により電池を構築する方法の流れ図である。
【図５２】１つの実施形態によりアノードを製造するシステムの略図を示す。
【図５３】１つの実施形態によりカソードを構築するシステムを示す。
【図５４】１つの実施形態によりカソードを構築する取付具の略図を示す。
【図５５】図５４の取付具の側面図を示す。
【図５６】１つの実施形態によりカソードを構築するシステムの略図を示す。
【図５７】図５６のシステムの側面図を示す。
【図５８】１つの実施形態によるカソード形成取付具の平面図を示す。
【図５９】図５８の取付具の側面図を示す。
【図６０】図５８の取付具の正面図を示す。
【図６１】１つの実施形態による埋め込み可能な医療器具システムのブロック図である。
【図６２】１つの実施形態により構築された電池のチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図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１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２５】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４５】
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【図４６】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【国際調査報告】
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