(57)【要約】  電極アセンブリは、正の電極及び負の電極を有する電極対を含み、前記正の電極及び前記負の電極は、交差方向に配置され、それぞれ一緒に交差織りされている間に連続的にＺ折りされる。前記電極アセンブリは、電極スタックを含み、前記電極スタックでは、前記正の電極の所定の部分が、前記負の電極の所定の部分と交互に配置されるように、積層軸線に沿って積層されている。
2018535526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極アセンブリにおいて、
正の電極と、
負の電極と
を含み、
前記正の電極及び前記負の電極のうちの一方は、第１のセパレータと第２のセパレータとの間に配置されていて、アルファ電極を形成しており、前記正の電極及び前記負の電極のうちの他方は、ベータ電極を形成しており、
前記アルファ電極は、Ｚ折りの連続体になるように配置されており、前記Ｚ折りの連続体において、前記アルファ電極は、前記アルファ電極の第２の部分が前記アルファ電極の第１の部分の上に重なるように、第１の折り軸線に対して平行な軸線を中心として第１の方向に折り畳まれており、かつ、前記アルファ電極の第３の部分が前記アルファ電極の前記第１の部分の上に重なるように、前記第１の折り軸線に対して平行な別の軸線を中心として第２の方向に折り畳まれており、前記第１の方向は、前記第２の方向に対向する向きであり、前記アルファ電極の前記第１の部分と、前記アルファ電極の前記第２の部分と、前記アルファ電極の前記第３の部分とは、積層軸線を規定する積層構成になるように配置されており、
前記ベータ電極は、Ｚ折りの連続体になるように配置されており、前記Ｚ折りの連続体において、前記ベータ電極は、前記ベータ電極の第２の部分が前記ベータ電極の第１の部分の上に重なるように、第２の折り軸線に対して平行な軸線を中心として第３の方向に折り畳まれており、かつ、前記ベータ電極の第３の部分が前記ベータ電極の前記第１の部分の上に重なるように、前記第２の折り軸線に対して平行な別の軸線を中心として第４の方向に折り畳まれており、前記第３の方向は、前記第４の方向に対向する向きであり、前記第２の折り軸線は、前記第１の折り軸線及び前記積層軸線に対して垂直であり、
前記アルファ電極の前記Ｚ折りは、前記ベータ電極の前記Ｚ折りと一緒に織り合わされており、これによって、前記ベータ電極の前記第１の部分、前記第２の部分、及び、前記第３の部分は、前記アルファ電極の前記第１の部分、前記第２の部分、及び、前記第３の部分とそれぞれ交互に配置されるように、前記積層軸線に沿って積層されている、
電極アセンブリ。
【請求項２】
前記アルファ電極及び前記ベータ電極は、それぞれ薄く伸長した形状を有し、伸長した方向に対応する長手方向寸法と、前記長手方向寸法に対して垂直な方向における、前記長手方向寸法よりも小さい幅寸法と、前記長手方向寸法及び前記幅寸法の両方に対して垂直な方向における厚さ寸法とを有し、前記厚さ寸法は、前記幅寸法よりも小さく、前記第１の折り軸線は、前記アルファ電極の前記長手方向寸法に対して垂直であり、前記第２の折り軸線は、前記ベータ電極の前記長手方向寸法に対して垂直である、
請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項３】
前記正の電極は、第１の導電性材料から形成された第１の基材を含み、かつ、前記第１の基材の両面に配置された第１の活物質を有し、
前記負の電極は、第２の導電性材料から形成された第２の基材を含み、かつ、前記第２の基材の両面に配置された第２の活物質を有する、
請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項４】
前記第１の導電性材料は、前記第２の導電性材料とは異なっており、
前記第１の活物質は、前記第２の活物質とは異なっている、
請求項３に記載の電極アセンブリ。
【請求項５】
前記第１の活物質は、前記正の電極の長手方向縁部と当該第１の活物質との間にスペースが存在するように前記第１の基材の全長に沿って設けられており、これにより、前記正の電極のそれぞれの長手方向縁部に沿って、剥き出しの基材の正の空いたレーンが設けられており、
前記第２の活物質は、前記負の電極の長手方向縁部と当該第２の活物質との間にスペースが存在するように前記第２の基材の全長に沿って設けられており、これにより、前記負の電極のそれぞれの長手方向縁部に沿って、剥き出しの基材の負の空いたレーンが設けられている、
請求項３に記載の電極アセンブリ。
【請求項６】
前記正の空いたレーンは、周期的に切り欠かれており、これによって、相互に隣り合う切り欠き部同士の間に、前記正の電極の前記長手方向縁部に沿って正のタブが形成されており、
前記負の空いたレーンは、周期的に切り欠かれており、これによって、相互に隣り合う切り欠き部同士の間に、前記負の電極の前記長手方向縁部に沿って負のタブが形成されている、
請求項５に記載の電極アセンブリ。
【請求項７】
前記アルファ電極の前記タブは、前記第１のセパレータ及び前記第２のセパレータを越えて突出している、
請求項６に記載の電極アセンブリ。
【請求項８】
前記正の電極の一方の長手方向縁部の前記正のタブは、前記正の電極の対向する長手方向縁部の前記正のタブから、前記長手方向に沿ってオフセットされており、
前記負の電極の一方の長手方向縁部の前記負のタブは、前記負の電極の対向する長手方向縁部の前記負のタブから、前記長手方向に沿ってオフセットされている、
請求項６に記載の電極アセンブリ。
【請求項９】
前記アルファ電極及び前記ベータ電極のそれぞれにおける一方の長手方向縁部が、周期的に切り欠かれており、相互に隣り合う切り欠き部同士の間に、前記長手方向縁部に沿ってタブが形成されており、前記タブは導電性であり、活物質を有さない、
請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項１０】
前記アルファ電極及び前記ベータ電極のそれぞれにおける相互に対向する長手方向縁部同士が、周期的に切り欠かれており、相互に隣り合う切り欠き部同士の間に、前記長手方向縁部に沿ってタブが形成されており、
前記アルファ電極及び前記ベータ電極のそれぞれに関して、一方の長手方向縁部の前記切り欠き部は、対向する長手方向縁部の前記切り欠き部から、前記長手方向に沿ってオフセットされている、
請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項１１】
前記タブは導電性であり、活物質を有さない、
請求項１０に記載の電極アセンブリ。
【請求項１２】
前記アルファ電極の前記タブは、前記第１のセパレータ及び前記第２のセパレータを越えて突出している、
請求項９に記載の電極アセンブリ。
【請求項１３】
前記正の電極及び前記負の電極のうちの前記他方は、セパレータを有さない、
請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項１４】
電極アセンブリにおいて、
正の電極と、
負の電極と
を含み、
前記正の電極及び前記負の電極のうちの一方は、第１のセパレータと第２のセパレータとの間に配置されていて、絶縁された電極を形成しており、前記絶縁された電極は、第１の軸線に対して平行な複数の第１の折り目線を中心にしてＺ折りになるように配置されており、
前記正の電極及び前記負の電極のうちの他方は、第２の軸線に対して平行な複数の第２の折り目線を中心にしてＺ折りになるように配置されており、前記第２の軸線は、前記第１の軸線に対して垂直であり、
前記絶縁された電極は、前記正の電極及び前記負の電極のうちの前記他方と一緒に交差織りされており、これによって、前記絶縁された電極の、相互に隣り合う第１の折り目線同士の間にある部分が、前記正の電極及び前記負の電極のうちの前記他方の、相互に隣り合う第２の折り目線同士の間にある部分と交互に積層され、これによって、前記第１の軸線及び前記第２の軸線の両方に対して垂直な第３の軸線に沿って積層された前記部分からなる１つのアセンブリが形成されている、
電極アセンブリ。
【請求項１５】
電気化学セルにおいて、
セルハウジングと、
前記セルハウジング内に配置された電極アセンブリと
を含み、前記電極アセンブリは、
正の電極と、
負の電極と
を含み、
前記正の電極及び前記負の電極のうちの一方は、第１のセパレータと第２のセパレータとの間に配置されていて、アルファ電極を形成しており、前記正の電極及び前記負の電極のうちの他方は、ベータ電極を形成しており、
前記アルファ電極は、Ｚ折りの連続体になるように配置されており、前記Ｚ折りの連続体において、前記アルファ電極は、前記アルファ電極の第２の部分が前記アルファ電極の第１の部分の上に重なるように、第１の折り軸線に対して平行な軸線を中心として第１の方向に折り畳まれており、かつ、前記アルファ電極の第３の部分が前記アルファ電極の前記第１の部分の上に重なるように、前記第１の折り軸線に対して平行な別の軸線を中心として第２の方向に折り畳まれており、前記第１の方向は、前記第２の方向に対向する向きであり、前記アルファ電極の前記第１の部分と、前記アルファ電極の前記第２の部分と、前記アルファ電極の前記第３の部分とは、積層軸線を規定する積層構成になるように配置されており、
前記ベータ電極は、Ｚ折りの連続体になるように配置されており、前記Ｚ折りの連続体において、前記ベータ電極は、前記ベータ電極の第２の部分が前記ベータ電極の第１の部分の上に重なるように、第２の折り軸線に対して平行な軸線を中心として第３の方向に折り畳まれており、かつ、前記ベータ電極の第３の部分が前記ベータ電極の前記第１の部分の上に重なるように、前記第２の折り軸線に対して平行な別の軸線を中心として第４の方向に折り畳まれており、前記第３の方向は、前記第４の方向に対向する向きであり、前記第２の折り軸線は、前記第１の折り軸線及び前記積層軸線に対して垂直であり、
前記アルファ電極の前記Ｚ折りは、前記ベータ電極の前記Ｚ折りと一緒に織り合わされており、これによって、前記ベータ電極の前記第１の部分、前記第２の部分、及び、前記第３の部分は、前記アルファ電極の前記第１の部分、前記第２の部分、及び、前記第３の部分とそれぞれ交互に配置されるように、前記積層軸線に沿って積層されている、
電気化学セル。
【請求項１６】
正の電極及び負の電極を含む電極アセンブリを形成する方法において、
前記方法は、
前記正の電極及び前記負の電極のうちの一方を第１のセパレータと第２のセパレータとの間に配置して、アルファ電極を形成し、前記正の電極及び前記負の電極のうちの他方をベータ電極を形成するために使用するステップと、
前記アルファ電極を第１のＺ折りの連続体になるように配置するステップと、
前記アルファ電極を前記第１のＺ折りの連続体になるように配置している間に、前記ベータ電極も、第２のＺ折りの連続体になるように配置するステップであって、前記第２のＺ折りの連続体を前記第１のＺ折りの連続体と一緒に織り合わせて、前記ベータ電極の所定の部分が、前記アルファ電極の所定の部分とそれぞれ交互に配置されるように、積層軸線に沿って積層されている電極スタックを供給する、ステップと
を含む、方法。
【請求項１７】
前記アルファ電極を第１のＺ折りの連続体になるように配置する前記ステップは、前記第１のＺ折りの連続体におけるそれぞれのＺ折り処理が、前記アルファ電極の第２の部分が前記アルファ電極の第１の部分の上に重なるように、前記アルファ電極を、第１の折り軸線に対して平行な軸線を中心として第１の方向に折り畳む処理と、前記アルファ電極の第３の部分が前記アルファ電極の前記第１の部分の上に重なるように、前記アルファ電極を、前記第１の折り軸線に対して平行な別の軸線を中心として第２の方向に折り畳む処理とを含むように、前記アルファ電極を配置することを含み、前記第１の方向は、前記第２の方向に対向する向きであり、前記アルファ電極の前記第１の部分と、前記アルファ電極の前記第２の部分と、前記アルファ電極の前記第３の部分とが、積層軸線を規定する積層構成になるように配置されており、
前記ベータ電極を、第２のＺ折りの連続体になるように配置する前記ステップは、前記第２のＺ折りの連続体におけるそれぞれのＺ折り処理が、前記ベータ電極の第２の部分が前記ベータ電極の第１の部分の上に重なるように、前記ベータ電極を、第２の折り軸線に対して平行な軸線を中心として第３の方向に折り畳む処理と、前記ベータ電極の第３の部分が前記ベータ電極の前記第１の部分の上に重なるように、前記ベータ電極を、前記第２の折り軸線に対して平行な別の軸線を中心として第４の方向に折り畳む処理とを含むように、前記ベータ電極を配置することを含み、前記第３の方向は、前記第４の方向に対向する向きであり、前記第２の折り軸線は、前記第１の折り軸線及び前記積層軸線に対して垂直である、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２のＺ折りの連続体を前記第１のＺ折りの連続体と一緒に織り合わせることによって、前記ベータ電極の前記第１の部分、前記第２の部分、及び、前記第３の部分が、前記アルファ電極の前記第１の部分、前記第２の部分、及び、前記第３の部分とそれぞれ交互に配置されるように、前記積層軸線に沿って積層されている電極スタックを供給する、
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記アルファ電極及び前記ベータ電極は、それぞれ薄く伸長した形状を有し、伸長した方向に対応する長手方向寸法と、前記長手方向寸法に対して垂直な方向における、前記長手方向寸法よりも小さい幅寸法と、前記長手方向寸法及び前記幅寸法の両方に対して垂直な方向における厚さ寸法とを有し、前記厚さ方向は、前記幅寸法よりも小さく、
前記アルファ電極を配置する前記ステップ、及び、前記ベータ電極を配置する前記ステップは、前記アルファ電極の前記長手方向寸法が前記ベータ電極の前記長手方向寸法に対して垂直になるように、前記アルファ電極及び前記ベータ電極を配向させることを含む、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記アルファ電極を配置する前記ステップ、及び、前記ベータ電極を配置する前記ステップの前に、前記アルファ電極及び前記ベータ電極のそれぞれにおける第１の部分を、前記アルファ電極の長手方向縁部が前記ベータ電極の長手方向縁部に対して垂直な方向に延在するように積層する、
請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
１．発明の分野
本発明は、エネルギ蓄積器のため電極アセンブリであって、前記電極アセンブリは、Ｚ折りされた正の電極と負の電極とが交差織りされた配置を含み、前記正の電極は、前記正の電極の長手方向軸線が前記負の電極の長手方向軸線に対して垂直になるように前記負の電極と一緒に織り合わされている、電極アセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
２．関連技術の説明
バッテリパックは、ポータブル電子機器から再生可能な電力システム及び環境に配慮した車両に及ぶ種々の技術のために電力を供給する。例えばハイブリッド電気自動車は、燃料効率を向上させるために、内燃機関と一緒にバッテリパック及び電気モータを使用する。バッテリパックは、複数の電気化学セルから形成される。複数のセルが２次元又は３次元のアレイに配置され、電気的に直列又は並列に接続される。
【０００３】
非常に幅広く変化に富んだ設置状況のスペース要件に対処するために、種々異なる種類のセルが展開されており、車両に使用される最も一般的な種類は、円筒形セル、角形セル、及び、パウチセルである。セルの種類にかかわらず、それぞれのセルは、発電及び蓄電ユニットを形成するために、電解質と共にセルハウジングの内部に封止された１つの電極アセンブリを含む。電極アセンブリは、中間のセパレータプレートによって隔離された正の電極要素と負の電極要素との交互の配置を含むことができ、また、個々のシートの積層配置、又は、伸長した電極対を巻回して成るゼリーロール型配置、又は、伸長した電極対をＺ折りして成る積層配置に近似したものを含む種々の構成で、電極アセンブリを提供することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
（セルの内部に配置された電極アセンブリの体積）対（セルハウジングの体積）の比によって決定されるセルのエネルギ生成体積効率は、比較的低い。例えば、ゼリーロール型の電極アセンブリを有するいくつかの円筒形セルは、８０乃至９０パーセントの体積効率であり、ゼリーロール型の電極アセンブリを有するいくつかの角形セルは、６０乃至７５パーセントの体積効率であり得る。伝統的に、個々の電極プレートの積層配置を有する角形又はパウチタイプのセルは、ゼリーロール型配置を有するものよりも体積的に効率的であり得るが、積層配置の製造は、ゼリーロール型配置の製造よりも困難であり、ミスが生じる傾向があり、従って、より高コストである。Ｚ折りは、積層配置のいくつかの製造上の欠点に対処するが、いくつかのＺ折りされた電極アセンブリは、活物質が電極の片面にしか塗布されていないので、比較的低いエネルギ生成能力を有する。従って、比較的低コストの電極アセンブリを採用しつつ、セルのエネルギ生成体積効率を増加させることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概要
いくつかの態様においては、電極アセンブリは、正の電極と、負の電極とを含み、前記負の電極は、前記正の電極と一緒に交差織りされている。前記正の電極及び前記負の電極のうちの一方は、第１のセパレータと第２のセパレータとの間に配置されていて、アルファ電極を形成しており、前記正の電極及び前記負の電極のうちの他方は、ベータ電極を形成している。前記アルファ電極は、Ｚ折りの連続体になるように配置されており、前記Ｚ折りの連続体において、前記アルファ電極は、前記アルファ電極の第２の部分が前記アルファ電極の第１の部分の上に重なるように、第１の折り軸線に対して平行な軸線を中心として第１の方向に折り畳まれており、かつ、前記アルファ電極の第３の部分が前記アルファ電極の前記第１の部分の上に重なるように、前記第１の折り軸線に対して平行な別の軸線を中心として第２の方向に折り畳まれている。前記第１の方向は、前記第２の方向に対向する向きであり、前記アルファ電極の前記第１の部分と、前記アルファ電極の前記第２の部分と、前記アルファ電極の前記第３の部分とは、積層軸線を規定する積層構成になるように配置されている。さらに、前記ベータ電極は、Ｚ折りの連続体になるように配置されており、前記Ｚ折りの連続体において、前記ベータ電極は、前記ベータ電極の第２の部分が前記ベータ電極の第１の部分の上に重なるように、第２の折り軸線に対して平行な軸線を中心として第３の方向に折り畳まれており、かつ、前記ベータ電極の第３の部分が前記ベータ電極の前記第１の部分の上に重なるように、前記第２の折り軸線に対して平行な別の軸線を中心として第４の方向に折り畳まれている。前記第３の方向は、前記第４の方向に対向する向きであり、前記第２の折り軸線は、前記第１の折り軸線及び前記積層軸線に対して垂直である。前記アルファ電極の前記Ｚ折りは、前記ベータ電極の前記Ｚ折りと一緒に織り合わされており、これによって、前記ベータ電極の前記第１の部分、前記第２の部分、及び、前記第３の部分は、前記アルファ電極の前記第１の部分、前記第２の部分、及び、前記第３の部分とそれぞれ交互に配置されるように、前記積層軸線に沿って積層されている。
【０００６】
前記電極アセンブリは、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含むことができる。前記アルファ電極及び前記ベータ電極は、それぞれ薄く伸長した形状を有し、伸長した方向に対応する長手方向寸法と、前記長手方向寸法に対して垂直な方向における、前記長手方向寸法よりも小さい幅寸法と、前記長手方向寸法及び前記幅寸法の両方に対して垂直な方向における厚さ寸法とを有する。前記厚さ寸法は、前記幅寸法よりも小さく、前記第１の折り軸線は、前記アルファ電極の前記長手方向寸法に対して垂直であり、前記第２の折り軸線は、前記ベータ電極の前記長手方向寸法に対して垂直である。前記正の電極は、第１の導電性材料から形成された第１の基材を含み、かつ、前記第１の基材の両面に配置された第１の活物質を有し、前記負の電極は、第２の導電性材料から形成された第２の基材を含み、かつ、前記第２の基材の両面に配置された第２の活物質を有する。前記第１の導電性材料は、前記第２の導電性材料とは異なっており、前記第１の活物質は、前記第２の活物質とは異なっている。前記第１の活物質は、前記正の電極の長手方向縁部と当該第１の活物質との間にスペースが存在するように前記第１の基材の全長に沿って設けられており、これにより、前記正の電極のそれぞれの長手方向縁部に沿って、剥き出しの基材の正の空いたレーン（clear lane）が設けられており、前記第２の活物質は、前記負の電極の長手方向縁部と当該第２の活物質との間にスペースが存在するように前記第２の基材の全長に沿って設けられており、これにより、前記負の電極のそれぞれの長手方向縁部に沿って、剥き出しの基材の負の空いたレーンが設けられている。前記正の空いたレーンは、周期的に切り欠かれており、これによって、相互に隣り合う切り欠き部同士の間に、前記正の電極の前記長手方向縁部に沿って正のタブが形成されており、前記負の空いたレーンは、周期的に切り欠かれており、これによって、相互に隣り合う切り欠き部同士の間に、前記負の電極の前記長手方向縁部に沿って負のタブが形成されている。前記アルファ電極の前記タブは、前記第１のセパレータ及び前記第２のセパレータを越えて突出している。前記正の電極の一方の長手方向縁部の前記正のタブは、前記正の電極の対向する長手方向縁部の前記正のタブから、前記長手方向に沿ってオフセットされており、前記負の電極の一方の長手方向縁部の前記負のタブは、前記負の電極の対向する長手方向縁部の前記負のタブから、前記長手方向に沿ってオフセットされている。
【０００７】
前記電極アセンブリは、以下の追加的な特徴のうちの１つ又は複数を含むこともできる。前記アルファ電極及び前記ベータ電極のそれぞれにおける一方の長手方向縁部が、周期的に切り欠かれており、相互に隣り合う切り欠き部同士の間に、前記長手方向縁部に沿ってタブが形成されている。前記タブは導電性であり、活物質を有さない。前記アルファ電極及び前記ベータ電極のそれぞれにおける相互に対向する長手方向縁部同士が、周期的に切り欠かれており、相互に隣り合う切り欠き部同士の間に、前記長手方向縁部に沿ってタブが形成されており、前記アルファ電極及び前記ベータ電極のそれぞれに関して、一方の長手方向縁部の前記切り欠き部は、対向する長手方向縁部の前記切り欠き部から、前記長手方向に沿ってオフセットされている。前記タブは導電性であり、活物質を有さない。前記アルファ電極の前記タブは、前記第１のセパレータ及び前記第２のセパレータを越えて突出している。前記正の電極及び前記負の電極のうちの前記他方は、セパレータを有さない。
【０００８】
いくつかの態様においては、電極アセンブリは、正の電極と、負の電極とを含む。前記正の電極及び前記負の電極のうちの一方は、第１のセパレータと第２のセパレータとの間に配置されていて、絶縁された電極を形成している。前記絶縁された電極は、第１の軸線に対して平行な複数の第１の折り目線を中心にしてＺ折りになるように配置されており、前記正の電極及び前記負の電極のうちの他方は、第２の軸線に対して平行な複数の第２の折り目線を中心にしてＺ折りになるように配置されており、前記第２の軸線は、前記第１の軸線に対して垂直である。前記絶縁された電極は、前記正の電極及び前記負の電極のうちの前記他方と一緒に交差織りされており、これによって、前記絶縁された電極の、相互に隣り合う第１の折り目線同士の間にある部分が、前記正の電極及び前記負の電極のうちの前記他方の、相互に隣り合う第２の折り目線同士の間にある部分と交互に積層され、これによって、前記第１の軸線及び前記第２の軸線の両方に対して垂直な第３の軸線に沿って積層された前記部分からなる１つのアセンブリが形成されている。
【０００９】
いくつかの態様においては、電気化学セルは、セルハウジングと、前記セルハウジング内に配置された電極アセンブリとを含む。前記電極アセンブリは、正の電極と、負の電極とを含む。前記正の電極及び前記負の電極のうちの一方は、第１のセパレータと第２のセパレータとの間に配置されていて、アルファ電極を形成しており、前記正の電極及び前記負の電極のうちの他方は、ベータ電極を形成している。前記アルファ電極は、Ｚ折りの連続体になるように配置されており、前記Ｚ折りの連続体において、前記アルファ電極は、前記アルファ電極の第２の部分が前記アルファ電極の第１の部分の上に重なるように、第１の折り軸線に対して平行な軸線を中心として第１の方向に折り畳まれており、かつ、前記アルファ電極の第３の部分が前記アルファ電極の前記第１の部分の上に重なるように、前記第１の折り軸線に対して平行な別の軸線を中心として第２の方向に折り畳まれている。前記第１の方向は、前記第２の方向に対向する向きであり、前記アルファ電極の前記第１の部分と、前記アルファ電極の前記第２の部分と、前記アルファ電極の前記第３の部分とは、積層軸線を規定する積層構成になるように配置されている。さらに、前記ベータ電極は、Ｚ折りの連続体になるように配置されており、前記Ｚ折りの連続体において、前記ベータ電極は、前記ベータ電極の第２の部分が前記ベータ電極の第１の部分の上に重なるように、第２の折り軸線に対して平行な軸線を中心として第３の方向に折り畳まれており、かつ、前記ベータ電極の第３の部分が前記ベータ電極の前記第１の部分の上に重なるように、前記第２の折り軸線に対して平行な別の軸線を中心として第４の方向に折り畳まれている。前記第３の方向は、前記第４の方向に対向する向きであり、前記第２の折り軸線は、前記第１の折り軸線及び前記積層軸線に対して垂直である。前記アルファ電極の前記Ｚ折りは、前記ベータ電極の前記Ｚ折りと一緒に織り合わされており、これによって、前記ベータ電極の前記第１の部分、前記第２の部分、及び、前記第３の部分は、前記アルファ電極の前記第１の部分、前記第２の部分、及び、前記第３の部分とそれぞれ交互に配置されるように、前記積層軸線に沿って積層されている。
【００１０】
いくつかの態様においては、正の電極及び負の電極を含む電極アセンブリを形成する方法が提供される。前記方法は、前記正の電極及び前記負の電極のうちの一方を第１のセパレータと第２のセパレータとの間に配置して、アルファ電極を形成し、前記正の電極及び前記負の電極のうちの他方を、ベータ電極を形成するために使用するステップを含む。前記方法は、前記アルファ電極を第１のＺ折りの連続体になるように配置するステップと、前記アルファ電極を前記第１のＺ折りの連続体になるように配置している間に、前記ベータ電極も、第２のＺ折りの連続体になるように配置するステップであって、前記第２のＺ折りの連続体を前記第１のＺ折りの連続体と一緒に織り合わせて、前記ベータ電極の所定の部分が、前記アルファ電極の所定の部分とそれぞれ交互に配置されるように、積層軸線に沿って積層されている電極スタックを供給する、ステップとを含む。
【００１１】
前記方法は、以下の特徴及び／又は方法ステップのうちの１つ又は複数を含むことができる。前記アルファ電極を第１のＺ折りの連続体になるように配置する前記ステップは、前記第１のＺ折りの連続体におけるそれぞれのＺ折り処理が、前記アルファ電極の第２の部分が前記アルファ電極の第１の部分の上に重なるように、前記アルファ電極を、第１の折り軸線に対して平行な軸線を中心として第１の方向に折り畳む処理と、前記アルファ電極の第３の部分が前記アルファ電極の前記第１の部分の上に重なるように、前記アルファ電極を、前記第１の折り軸線に対して平行な別の軸線を中心として第２の方向に折り畳む処理とを含むように、前記アルファ電極を配置することを含む。前記１の方向は、前記第２の方向に対向する向きであり、前記アルファ電極の前記第１の部分と、前記アルファ電極の前記第２の部分と、前記アルファ電極の前記第３の部分とが、前記積層軸線を規定する積層構成になるように配置されている。前記ベータ電極を、第２のＺ折りの連続体になるように配置する前記ステップは、前記第２のＺ折りの連続体におけるそれぞれのＺ折り処理が、前記ベータ電極の第２の部分が前記ベータ電極の第１の部分の上に重なるように、前記ベータ電極を、第２の折り軸線に対して平行な軸線を中心として第３の方向に折り畳む処理と、前記ベータ電極の第３の部分が前記ベータ電極の前記第１の部分の上に重なるように、前記ベータ電極を、前記第２の折り軸線に対して平行な別の軸線を中心として第４の方向に折り畳む処理とを含むように、前記ベータ電極を配置することを含む。前記第３の方向は、前記第４の方向に対向する向きであり、前記第２の折り軸線は、第１の折り軸線及び前記積層軸線に対して垂直である。前記第２のＺ折りの連続体を前記第１のＺ折りの連続体と一緒に織り合わせることによって、前記ベータ電極の前記第１の部分、前記第２の部分、及び、前記第３の部分が、前記アルファ電極の前記第１の部分、前記第２の部分、及び、前記第３の部分とそれぞれ交互に配置されるように、前記積層軸線に沿って積層されている電極スタックを供給する。前記アルファ電極及び前記ベータ電極は、それぞれ薄く伸長した形状を有し、伸長した方向に対応する長手方向寸法と、前記長手方向寸法に対して垂直な方向における、前記長手方向寸法よりも小さい幅寸法と、前記長手方向寸法及び前記幅寸法の両方に対して垂直な方向における厚さ寸法とを有し、前記厚さ寸法は、前記幅寸法よりも小さい。前記アルファ電極を配置する前記ステップ、及び、前記ベータ電極を配置する前記ステップは、前記アルファ電極の前記長手方向寸法が前記ベータ電極の前記長手方向寸法に対して垂直になるように、前記アルファ電極及び前記ベータ電極を配向させることを含む。前記アルファ電極を配置する前記ステップ、及び、前記ベータ電極を配置する前記ステップの前に、前記アルファ電極及び前記ベータ電極のそれぞれにおける第１の部分を、前記アルファ電極の長手方向縁部が前記ベータ電極の長手方向縁部に対して垂直な方向に延在するように積層する。
【００１２】
有利には、交差織りされたＺ折りの構成を有する電極アセンブリを含むセルは、積層されたプレートの電極構成と同様の体積効率を提供するので有利であり、その一方で、交差織りされたＺ折りの電極構成を形成するための本方法は連続的なプロセスであるので、積層されたプレートの構成に比べて製造上の利点を有する。特に、交差織りされたＺ折りの電極構成を形成するための製造プロセスは、積層されたプレートの電極構成を形成するための製造プロセスよりも高速であり低コストである。
【００１３】
交差織りされたＺ折りの電極構成を形成するために使用される正の電極及び負の電極はそれぞれ、活物質が両面に堆積された１つの基材を含む。これは、活物質が片面のみに堆積された基材を有するＺ折りの電極構成を形成するために使用される複数の電極に匹敵し得る。従って、交差織りされたＺ折りの電極アセンブリは、そのような片面のＺ折りされた電極アセンブリの２倍の性能を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】パウチセルのアレイを含むバッテリパックの分解斜視図である。
【図２】パウチセルの斜視図である。
【図３】図２の切断線３−３に沿って見たときの、図２のパウチセルの概略断面図である。
【図４】電極アセンブリの斜視図である。
【図５】正の（ベータ）電極の斜視図である。
【図６】線６−６に沿って見たときの、図５の電極の断面図である。
【図７】負の電極の斜視図である。
【図８】線８−８に沿って見たときの、図７の電極の断面図である。
【図９】一対のセパレータの間に配置された負の電極を示す、扇形に広げられた構成におけるアルファ電極の斜視図である。
【図１０】一対のセパレータの間に配置された負の電極を含む、積層構成におけるアルファ電極の斜視図である。
【図１１】線１１−１１に沿って見たときの、図１０の電極の断面図である。
【図１２】分かりやすくするためにセパレータが省略されている、電極アセンブリの概略斜視図である。
【図１３】セパレータを含む電極アセンブリの角部の拡大斜視図である。
【図１４】図１５の凡例として使用するための電極アセンブリの斜視図である。
【図１５】領域Ａによって識別される図１４の電極アセンブリの一部の斜視図である。
【図１６】電極アセンブリを形成する方法を説明するフローチャートである。
【図１７】電極アセンブリを形成するための電極同士の織り合わせ及びＺ折りを説明する図である。
【図１８】電極アセンブリを形成するための電極同士の織り合わせ及びＺ折りを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
詳細な説明
図１乃至図４を参照すると、電力を供給するために使用されるバッテリパック１は、電気化学セル２０のアレイを含み、これらの電気化学セル２０は、電気的に相互接続されており、バッテリパックハウジング２の内部に格納されている。バッテリパックハウジング２は、容器部分３と着脱可能な蓋４とを含む。セル２０は、電極アセンブリ４０（図３）を含むリチウムイオンパウチセルであり、この電極アセンブリ４０は、電解質（例えば、有機溶媒中のリチウム塩）と共にセルハウジング２２の内部に封止されており、発電及び蓄電ユニットを形成している。いくつかの実施形態においては、セル２０のグループを一緒に束ねてバッテリモジュール（図示せず）を形成することができ、このバッテリモジュール自体がバッテリパックハウジング２の内部に格納される。しかしながら、図示の実施形態においては、これらのセル２０は、モジュールに束ねられておらず、その代わりに、バッテリパックハウジング端子５，６に直接的に電気的に接続されている。バッテリパックハウジング２の内部においては、複数のセル２０が電気的に直列又は並列に接続されている。
【００１６】
それぞれのセル２０は、金属製のラミネートフィルムから形成されたパウチタイプのセルハウジング２２を含む。セルハウジング２１は、長胴形の形状を有する。図示の実施形態においては、セルハウジング２１は、立方体の形状であり、６つの直交する面を含み、これら６つの直交する面が一緒になって、電極アセンブリ４０によって占有される密封された内部空間を画定している。セル２０内に配置された電極アセンブリ４０は、電極対４１を含み、この電極対４１は、以下に詳細に説明されるように電極スタック４２を形成するような方法で交差織りされており、かつ、一緒に折り畳まれている。
【００１７】
電極対４１は、正の電極４４と、負の電極４６と、第１のセパレータ４７と、第２のセパレータ４８とを含む。電極４４，４６及びセパレータ４７，４８は、材料の伸長したストリップである。本明細書で使用される「ストリップ」という用語は、厚さに対して大きい（例えば１００の桁数倍大きい）幅と、幅に対して大きい（例えば１０００の桁数倍大きい）長さとを含む幾何形状を表している。例えば、いくつかの用途においては、電極４４，４６は、０．０４ｍｍ乃至０．１０ｍｍの厚さと、２０ｍｍ乃至３５ｍｍの幅と、２０ｍ以上の長さとを有し得る。電極４４，４６は、（例えば数十ｍｍ又は数百ｍｍの桁数の厚さを有する）セル全体の厚さに比べて非常に薄いので、電極４４，４６は、図３に概略的に図示されている。
【００１８】
図５及び図６を参照すると、正の電極４４及び負の電極４６はそれぞれ、リチウムイオンの挿入及び／又は移動を容易にするための層状構造を有することができる。例えば、図示の実施形態においては、正の電極４４は、銅のような第１の導電性材料から形成された第１の基材５０を含む。さらに、正の電極４４は、第１の基材５０の両面に配置されたグラファイトのような第１の活物質５３を含む。第１の活物質５３は、例えば印刷工程において第１の基材５０の全長に沿って設けられている。第１の活物質５３は、正の電極４４の長手方向縁部５１，５２と第１の活物質５３との間にスペースが存在するように塗布されており、これにより、正の電極４４のそれぞれの長手方向縁部５１，５２に沿って、剥き出しの基材の正の空いたレーン（clear lane）が設けられている。この正の空いたレーンは、周期的に切り欠かれ（例えば切り取られ）ており、これによって、相互に隣り合う切り欠き部同士の間に、正の電極４４の長手方向縁部５１，５２に沿って正のタブ５５が形成されている。正のタブ５５は導電性であり、活物質を有さない。さらに、一方の長手方向縁部５１の正のタブ５５ａは、対向する長手方向縁部５２の正のタブ５５ｂから、長手方向に沿ってオフセットされている。
【００１９】
図７及び図８を参照すると、負の電極４６は、アルミニウムのような第２の導電性材料から形成された第２の基材７０を含む。さらに、負の電極４６は、第２の基材７０の両面に配置されたリチウム化金属酸化物コーティングのような第２の活物質７３を含む。第２の活物質７３は、例えば印刷工程において第２の基材７０の全長に沿って設けられている。第２の活物質７３は、負の電極４６の長手方向縁部７１，７２と第２の活物質７３との間にスペースが存在するように塗布されており、これにより、負の電極４３のそれぞれの長手方向縁部７１，７２に沿って、剥き出しの基材の負の空いたレーンが設けられている。この負の空いたレーンは、周期的に切り欠かれており、これによって、相互に隣り合う切り欠き部同士の間に、負の電極４６の長手方向縁部７１，７２に沿って負のタブ７５が形成されている。負のタブ７５は導電性であり、活物質７３を有さない。一方の長手方向縁部７１の負のタブ７５ａは、対向する長手方向縁部７２の負のタブ７５ｂから、長手方向に沿ってオフセットされている。
【００２０】
図９乃至図１１を参照すると、第１及び第２のセパレータ４７，４８は、それぞれ透過性の膜であり、これらの透過性の膜は、電気的な短絡を防止するために正の電極４４と負の電極４６とを隔離するように機能し、その一方で、電解質内に設けられたイオン電荷担体の通過も可能にし、また、セル２０の内部に電流が流れている間に回路を閉成するために必要とされる。第１及び第２のセパレータ４７，４８は、３層のポリプロピレン−ポリエチレン−ポリプロピレン膜のような電気絶縁性材料から形成されている。
【００２１】
正の電極４４及び負の電極４６のうちの一方が、第１のセパレータ４７と第２のセパレータ４８の間に配置されており、この際、セパレータ４７と４８との間に電極が挟まれる層状構成で配置されており、この層状構成においては、電極が、以下ではアルファ電極８０と称されるサブアセンブリを形成している。図示の実施形態においては、第１のセパレータ４７と第２のセパレータ４８との間に負の電極４６が配置されており、第１のセパレータ４７及び第２のセパレータ４８と共にアルファ電極８０を構成している。正の電極４４及び負の電極４６のうちの他方は、セパレータ間に配置されず（例えばセパレータを有さず）、以下ではベータ電極６０と称される。図示の実施形態においては、正の電極４４がベータ電極６０を構成している。
【００２２】
正の電極４４及び負の電極４６と同様に、アルファ電極８０及びベータ電極６０も、それぞれ薄く伸長した形状を有し、伸長した方向に対応する長手方向寸法と、長手方向寸法に対して垂直な方向における、長手方向寸法よりも小さい幅寸法と、長手方向寸法及び幅寸法の両方に対して垂直な方向における厚さ寸法とを有し、厚さ寸法は、幅寸法よりも小さい。アルファ電極８０においては、負の電極４６のタブ７５が、幅方向において第１のセパレータ４７及び第２のセパレータ４８を越えて突出している。
【００２３】
再び図４を参照すると、アルファ電極８０及びベータ電極６０は、それぞれＺ折りされ、このＺ折りプロセスの間に一緒に交差織りされ、これによって、電極スタック４２を形成している。電極スタック４２の内部においては、アルファ電極のほぼ平坦な部分は、層状構成においてベータ電極６０のほぼ平坦な部分とそれぞれ交互に配置されており、電極スタック４２の積層軸線４３は、積層方向に対して平行であって、かつ、平坦な部分に対して垂直な方向に、電極スタック４２の中心を通って延在している。これから、電極アセンブリ４０の交差織り及び折り畳みの構成の詳細を説明する。
【００２４】
図１２及び図１３を参照すると、アルファ電極８０は、連続したＺ折りの連続体になるように配置されている。それぞれの個々のＺ折りにおいて、アルファ電極８０は、アルファ電極８０の第２の部分８０ｂが、アルファ電極８０の第１の部分８０ａの上に重なるように、第１の折り軸線９１に対して平行な軸線９２を中心として第１の方向Ａ１に折り畳まれる。アルファ電極８０は、アルファ電極８０の第３の部分８０ｃが、アルファ電極８０の第１の部分８０ａの上に重なるように、第１の折り軸線９１に対して平行な別の軸線９３を中心として第２の方向Ａ２にも折り畳まれる。アルファ電極８０のＺ折りにおいて、第１の方向Ａ１は、第２の方向Ａ２に対向する向きであり、アルファ電極８０の第１の部分８０ａ、第２の部分８０ｂ、及び第３の部分８０ｃは、積層軸線４３に沿った積層構成になるように配置される。第１の折り軸線９１は、負の電極４６の長手方向縁部７１，７２に対して垂直であり、負の電極４６の幅方向に延在している。さらに、アルファ電極において結果的に生じる、軸線９２，９３を中心とした折り目Ｆ１，Ｆ２は、相互に隣り合う一対の対向するタブ７５ａ，７５ｂの間の位置に形成されている。
【００２５】
アルファ電極８０と同様に、ベータ電極６０も、連続したＺ折りの連続体になるように配置されている。それぞれのＺ折りにおいて、ベータ電極６０は、ベータ電極６０の第２の部分６０ｂが、ベータ電極６０の第１の部分６０ａの上に重なるように、第２の折り軸線９４に対して平行な軸線９５を中心として第３の方向Ａ３に折り畳まれる。ベータ電極６０は、ベータ電極６０の第３の部分６０ｃが、ベータ電極６０の第１の部分６０ａの上に重なるように、第２の折り軸線９４に対して平行な別の軸線９６を中心として第４の方向Ａ４にも折り畳まれる。ベータ電極６０のＺ折りにおいて、第３の方向Ａ３は、第４の方向Ａ４に対向する向きであり、第２の折り軸線９４は、第１の折り軸線９１及び積層軸線４３の両方に対して垂直である。第２の折り軸線９４は、正の電極４４の長手方向縁部５１，５２に対して垂直であり、正の電極４４の幅方向に延在している。さらに、ベータ電極６０において結果的に生じる、軸線９５，９６を中心とした折り目Ｆ３，Ｆ４は、相互に隣り合う一対の対向するタブ５５ａ，５５ｂの間の位置に形成されている。
【００２６】
Ｚ折りを実施する前に、アルファ電極８０及びベータ電極６０は、ベータ電極６０の長手方向縁部５１，５２がアルファ電極８０の長手方向縁部７１，７２に対して垂直になるように配置され、そして、それぞれの電極８０，６０の第１の部分８０ａと６０ａとが積層される。このように配置されたアルファ電極８０及びベータ電極６０は、交差方向に同時にＺ折りされ、これにより、アルファ電極８０のＺ折りが、ベータ電極６０のＺ折りと一緒に織り合わされると共に、これにより、ベータ電極６０の第１の部分６０ａ、第２の部分６０ｂ、及び第３の部分６０ｃが、アルファ電極８０の第１の部分８０ａ、第２の部分８０ｂ、及び第３の部分８０ｃとそれぞれ交互に配置されるように積層軸線４３に沿って積層される。すなわち、ベータ電極６０の第１の部分６０ａは、アルファ電極８０の第１の部分８０ａと第２の部分８０ｂとの間に層として挿入され、ベータ電極６０の第２の部分６０ｂは、アルファ電極８０の第２の部分８０ｂと第３の部分８０ｃとの間に層として挿入され、ベータ電極６０の第３の部分６０ｃは、アルファ電極８０の第３の部分８０ｃの上に重なる。
【００２７】
この構成においては、タブ５５ａ，５５ｂ，７５ａ，７５ｂは、それぞれの折り目Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の間に配置されている。正の電極４４の一方の長手方向縁部５１に対応する正のタブ５５ａは、他方の長手方向縁部５２の正のタブ５５ｂに対向する、電極スタック４２の側面に配置されている。さらに、負の電極４６の一方の長手方向縁部７１の負のタブ７５ａは、他方の長手方向縁部７２の負のタブ７５ｂに対向する、電極スタック４２の側面であって、正のタブ５５ａ，５５ｂに隣接する、電極スタック４２の側面に配置されている。
【００２８】
図１４及び図１５も参照すると、いくつかの実施形態においては、タブ５５ａ，５５ｂ、７５ａ，７５ｂが、電極スタック４２の側面の上に重なるように、電極スタック４２の対応する側面へと折り曲げられている。電極スタック４２の内部における電極部分の積層構成及び層状構成に起因して、電極スタック４２の所与の側面の上の折り曲げられたタブ同士は、相互に重なっており、積層軸線４３の方向に沿ってわずかにオフセットされており、従って、ルーバーの外観を有する。例えば、図１５において見て取れるように、正のタブ５５ａは、折り目Ｆ１の上に重なっており、かつ、電極スタック４２の１つの側面の上で相互に重なっており、負のタブ７５ａは、折り目Ｆ３の上に重なっており、かつ、電極スタック４２の相互に隣り合う（直交する）側面に沿って相互に重なっている。折り曲げられた負のタブ７５ａ，７５ｂが、折り目Ｆ３の近傍においてベータ（正の）電極６０と接触することを確実に防止するために、第１及び第２のセパレータ４７，４８も、タブ４７ａ，４８ａを含むことができる。図１５の視界においては、タブ４７ａだけが見て取れ、第２のセパレータ４８に対応するタブ４８ａは、タブ４７ａの下にあるので視界から隠れている。負のタブ７５ａは、セパレータタブ４７ａ，４８ａを越えて突出するのに十分な長さで設けられており、これにより、負のタブ７５は、例えば集電体（図示せず）との電気的な接続を形成することができる。
【００２９】
再び図２を参照すると、いくつかの実施形態においては、セル２０がさらに正の集電体（図示せず）を含み、この正の集電体は、正の電極４４の１つ又は複数の正のタブ５５に電気的に接続されており、セルハウジング２２の外側に配置された正の端子２４に電流を流すように構成されている。これに加えて、セル２０がさらに負の集電体（図示せず）を含み、この負の集電体は、負の電極４６の１つ又は複数の負のタブ７５に電気的に接続されており、セルハウジング２２の外側に配置された負の端子２６に電流を流すように構成されている。
【００３０】
図１６乃至図１８も参照すると、交差織りされＺ折りされた電極アセンブリを形成する方法は、以下の方法ステップを含む：電極対４１が設けられ、この電極対４１においては、正の電極４４及び負の電極４６のうちの一方が第１のセパレータ４７と第２のセパレータ４８との間に配置されており、アルファ電極を形成している。正の電極４４及び負の電極４６のうちの他方は、ベータ電極６０として使用される（ステップ１０２、図１６）。
【００３１】
折り畳み及び交差織りを実施する前に、アルファ電極８０及びベータ電極６０のそれぞれの先端部分８０ａと６０ａとが、アルファ電極８０の長手方向縁部７１がベータ電極６０の長手方向縁部５１に対して垂直な方向に延在するように積層される（図１７）。
【００３２】
その後、アルファ電極８０は、図１２に関して上述したように第１のＺ折りの連続体になるように配置される（ステップ１０４）。アルファ電極が第１のＺ折りの連続体になるように配置されている間に、ベータ電極６０も、図１２に関して上述したように第２のＺ折りの連続体になるように（例えば同時に）配置され、第１のＺ折りの連続体と一緒に織り合わされて、１つの電極スタック４２を供給する（ステップ１０６、図１８）。いくつかの実施形態においては、第１のＺ折りの連続体と第２のＺ折りの連続体との織り合わせは、以下のようにして達成される。アルファ電極８０の先端部分（第１の部分）８０ａが、ベータ電極６０の先端部分（第１の部分）６０ａの下にくるように配置され、その後、アルファ電極８０は、アルファ電極８０の第２の部分８０ｂがベータ電極６０の先端部分６０ａの上に重なるように、軸線９２を中心として折り畳まれる。次いで、ベータ電極６０は、ベータ電極の第２の部分６０ｂがアルファ電極８０の第２の部分８０ｂの上に重なるように、軸線９５を中心として折り畳まれる。その後、アルファ電極８０は、アルファ電極８０の第３の部分８０ｃがベータ電極６０の第２の部分６０ｂの上に重なるように、軸線９３を中心として折り畳まれる。次いで、ベータ電極６０は、ベータ電極６０の第３の部分６０ｃがアルファ電極８０の第３の部分８０ｃの上に重なるように、軸線９６を中心として折り畳まれる。この手順は、積層軸線４３に沿って積層された部分８０ａ，６０ａ，８０ｂ，６０ｂ，８０ｃ，６０ｃを含む、アルファ電極８０及びベータ電極６０からなる単一の交差織りされたＺ折りを提供する。交差織りされたＺ折りの連続体を提供するために、この手順を連続的に繰り返すことができ、この場合、連続体におけるＺ折りの数は、アセンブリを形成するために使用される正の電極４４及び負の電極４６の長さによって制限されている。
【００３３】
本方法から結果的に得られる１つの電極アセンブリ４０は、個々の電極プレートの積層配置を含む複数の電極アセンブリの体積効率に匹敵する体積効率を有する積層配置を提供するが、製造がより簡単であり、交差織りされるＺ折りプロセスの連続的な性質のおかげで欠陥の傾向がより少なくなっている。
【００３４】
本明細書で説明されるアルファ電極８０は、一対のセパレータ４７，４８の間に挟まれた負の電極４６を含み、ベータ電極６０は、セパレータを有さない正の電極４４を含むが、電極アセンブリ４０は、上記の構成に限定されているわけではない。例えば、いくつかの実施形態においては、アルファ電極８０は、一対のセパレータ４７，４８の間に挟まれた正の電極４４を含み、ベータ電極６０は、セパレータを有さない負の電極４６を含む。他の実施形態においては、アルファ電極８０は、一対のセパレータ４７，４８の間に挟まれた正の電極４４を含み、ベータ電極６０は、第２の一対のセパレータ（図示せず）の間に挟まれた負の電極４６を含む。
【００３５】
正の電極４４及び負の電極４６は、それぞれの長手方向縁部に沿って形成されたタブ５５，７５を有するものとして説明されてきたが、正の電極４４及び負の電極４６は、上記の構成に限定されているわけではない。例えば、いくつかの実施形態においては、正及び／又は負の電極６０，８０は、一方の長手方向縁部に沿って形成されたタブ５５，７５を有し、対向する長手方向縁部は、タブ５５，７５を有さない。この実施例においては、活物質を、タブのない長手方向縁部まで電極表面に堆積させることができ、これによって向上された生産性と、ひいては体積的に効果的なセルとが提供される。
【００３６】
第１の基材５０及び第１の活物質５３を含む正の電極４４と、第２の基材７０及び第２の活物質７３を含む負の電極４６と、セパレータ４７，４８とを形成する際に使用するための例示的な材料を記載してきたが、他の材料を使用してもよいこと、また、正の電極４４、負の電極４６、及び／又はセパレータ４７，４８を形成するために使用される材料が、特定の用途の要件によって決定され得ることに留意すべきである。
【００３７】
本明細書においては、セルハウジング２１は、金属製のラミネートフィルムから形成されたパウチセルハウジングであるものとして説明されたが、セルハウジング２１は、上記の材料又は構成に限定されているわけではない。例えば、セルハウジング２１を他の材料から形成してもよく、及び／又は、角形、円筒形、又は他の構成を有するように形成してもよい。
【００３８】
本明細書においては、セル２０は、リチウムイオンセルであるものとして説明されたが、セル２０は、この種類のセル化学に限定されているわけではない。例えば、いくつかの実施形態においては、セル２０は、ニッケル−カドミウム、ニッケル−金属−水素化物、鉛−酸、又は、他の種類のセル化学であってもよい。
【００３９】
バッテリセル及び電極アセンブリの選択的な例示的な実施形態は、ある程度詳細に上述されている。ただし、これらの装置を明らかにするために必要であると考えられる構造だけが本明細書に記載されていることを理解すべきである。他の従来の構造、及びバッテリシステムの付属的及び補助的な構成要素の構造は、当業者には周知であり、理解されているものと想定されている。さらに、バッテリセル及び電極アセンブリの実施例を上述してきたが、バッテリセル及び／又は電極アセンブリは、上述した実施例に限定されているわけではなく、特許請求の範囲に記載された装置から逸脱することなく、種々の設計変更を加えることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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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】
2018535526.tif 000019
【図１８】
2018535526.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月31日(2018.8.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極アセンブリにおいて、
正の電極と、
負の電極と
を含み、
前記正の電極及び前記負の電極のうちの一方は、第１のセパレータと第２のセパレータとの間に配置されていて、アルファ電極を形成しており、前記正の電極及び前記負の電極のうちの他方は、ベータ電極を形成しており、
前記アルファ電極は、Ｚ折りの連続体になるように配置されており、前記Ｚ折りの連続体において、前記アルファ電極は、前記アルファ電極の第２の部分が前記アルファ電極の第１の部分の上に重なるように、第１の折り軸線に対して平行な軸線を中心として第１の方向に折り畳まれており、かつ、前記アルファ電極の第３の部分が前記アルファ電極の前記第１の部分の上に重なるように、前記第１の折り軸線に対して平行な別の軸線を中心として第２の方向に折り畳まれており、前記第１の方向は、前記第２の方向に対向する向きであり、前記アルファ電極の前記第１の部分と、前記アルファ電極の前記第２の部分と、前記アルファ電極の前記第３の部分とは、積層軸線を規定する積層構成になるように配置されており、
前記ベータ電極は、Ｚ折りの連続体になるように配置されており、前記Ｚ折りの連続体において、前記ベータ電極は、前記ベータ電極の第２の部分が前記ベータ電極の第１の部分の上に重なるように、第２の折り軸線に対して平行な軸線を中心として第３の方向に折り畳まれており、かつ、前記ベータ電極の第３の部分が前記ベータ電極の前記第１の部分の上に重なるように、前記第２の折り軸線に対して平行な別の軸線を中心として第４の方向に折り畳まれており、前記第３の方向は、前記第４の方向に対向する向きであり、前記第２の折り軸線は、前記第１の折り軸線及び前記積層軸線に対して垂直であり、
前記アルファ電極の前記Ｚ折りは、前記ベータ電極の前記Ｚ折りと一緒に織り合わされており、これによって、前記ベータ電極の前記第１の部分、前記第２の部分、及び、前記第３の部分は、前記アルファ電極の前記第１の部分、前記第２の部分、及び、前記第３の部分とそれぞれ交互に配置されるように、前記積層軸線に沿って積層されている、
電極アセンブリ。
【請求項２】
前記アルファ電極及び前記ベータ電極は、それぞれ幅よりも小さい厚さを有する伸長した形状を有し、伸長した方向に対応する長手方向寸法と、前記長手方向寸法に対して垂直な方向における、前記長手方向寸法よりも小さい幅寸法と、前記長手方向寸法及び前記幅寸法の両方に対して垂直な方向における厚さ寸法とを有し、前記厚さ寸法は、前記幅寸法よりも小さく、前記第１の折り軸線は、前記アルファ電極の前記長手方向寸法に対して垂直であり、前記第２の折り軸線は、前記ベータ電極の前記長手方向寸法に対して垂直である、
請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項３】
前記正の電極は、第１の導電性材料から形成された第１の基材を含み、かつ、前記第１の基材の両面に配置された第１の活物質を有し、
前記負の電極は、第２の導電性材料から形成された第２の基材を含み、かつ、前記第２の基材の両面に配置された第２の活物質を有する、
請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項４】
前記第１の導電性材料は、前記第２の導電性材料とは異なっており、
前記第１の活物質は、前記第２の活物質とは異なっている、
請求項３に記載の電極アセンブリ。
【請求項５】
前記第１の活物質は、前記正の電極の長手方向縁部と当該第１の活物質との間にスペースが存在するように前記第１の基材の全長に沿って設けられており、これにより、前記正の電極のそれぞれの長手方向縁部に沿って、剥き出しの基材の正の空いたレーンが設けられており、
前記第２の活物質は、前記負の電極の長手方向縁部と当該第２の活物質との間にスペースが存在するように前記第２の基材の全長に沿って設けられており、これにより、前記負の電極のそれぞれの長手方向縁部に沿って、剥き出しの基材の負の空いたレーンが設けられている、
請求項３に記載の電極アセンブリ。
【請求項６】
前記正の空いたレーンは、周期的に切り欠かれており、これによって、相互に隣り合う切り欠き部同士の間に、前記正の電極の前記長手方向縁部に沿って正のタブが形成されており、
前記負の空いたレーンは、周期的に切り欠かれており、これによって、相互に隣り合う切り欠き部同士の間に、前記負の電極の前記長手方向縁部に沿って負のタブが形成されている、
請求項５に記載の電極アセンブリ。
【請求項７】
前記アルファ電極の前記タブは、前記第１のセパレータ及び前記第２のセパレータを越えて突出している、
請求項６に記載の電極アセンブリ。
【請求項８】
前記正の電極の一方の長手方向縁部の前記正のタブは、前記正の電極の対向する長手方向縁部の前記正のタブから、前記長手方向に沿ってオフセットされており、
前記負の電極の一方の長手方向縁部の前記負のタブは、前記負の電極の対向する長手方向縁部の前記負のタブから、前記長手方向に沿ってオフセットされている、
請求項６に記載の電極アセンブリ。
【請求項９】
前記アルファ電極及び前記ベータ電極のそれぞれにおける一方の長手方向縁部が、周期的に切り欠かれており、相互に隣り合う切り欠き部同士の間に、前記長手方向縁部に沿ってタブが形成されており、前記タブは導電性であり、活物質を有さない、
請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項１０】
前記アルファ電極及び前記ベータ電極のそれぞれにおける相互に対向する長手方向縁部同士が、周期的に切り欠かれており、相互に隣り合う切り欠き部同士の間に、前記長手方向縁部に沿ってタブが形成されており、
前記アルファ電極及び前記ベータ電極のそれぞれに関して、一方の長手方向縁部の前記切り欠き部は、対向する長手方向縁部の前記切り欠き部から、前記長手方向に沿ってオフセットされている、
請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項１１】
前記タブは導電性であり、活物質を有さない、
請求項１０に記載の電極アセンブリ。
【請求項１２】
前記アルファ電極の前記タブは、前記第１のセパレータ及び前記第２のセパレータを越えて突出している、
請求項９に記載の電極アセンブリ。
【請求項１３】
前記正の電極及び前記負の電極のうちの前記他方は、セパレータを有さない、
請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項１４】
電極アセンブリにおいて、
正の電極と、
負の電極と
を含み、
前記正の電極及び前記負の電極のうちの一方は、第１のセパレータと第２のセパレータとの間に配置されていて、絶縁された電極を形成しており、前記絶縁された電極は、第１の軸線に対して平行な複数の第１の折り目線を中心にしてＺ折りになるように配置されており、
前記正の電極及び前記負の電極のうちの他方は、第２の軸線に対して平行な複数の第２の折り目線を中心にしてＺ折りになるように配置されており、前記第２の軸線は、前記第１の軸線に対して垂直であり、
前記絶縁された電極は、前記正の電極及び前記負の電極のうちの前記他方と一緒に交差織りされており、これによって、前記絶縁された電極の、相互に隣り合う第１の折り目線同士の間にある部分が、前記正の電極及び前記負の電極のうちの前記他方の、相互に隣り合う第２の折り目線同士の間にある部分と交互に積層され、これによって、前記第１の軸線及び前記第２の軸線の両方に対して垂直な第３の軸線に沿って積層された前記部分からなる１つのアセンブリが形成されている、
電極アセンブリ。
【請求項１５】
電気化学セルにおいて、
セルハウジングと、
前記セルハウジング内に配置された電極アセンブリと
を含み、前記電極アセンブリは、
正の電極と、
負の電極と
を含み、
前記正の電極及び前記負の電極のうちの一方は、第１のセパレータと第２のセパレータとの間に配置されていて、アルファ電極を形成しており、前記正の電極及び前記負の電極のうちの他方は、ベータ電極を形成しており、
前記アルファ電極は、Ｚ折りの連続体になるように配置されており、前記Ｚ折りの連続体において、前記アルファ電極は、前記アルファ電極の第２の部分が前記アルファ電極の第１の部分の上に重なるように、第１の折り軸線に対して平行な軸線を中心として第１の方向に折り畳まれており、かつ、前記アルファ電極の第３の部分が前記アルファ電極の前記第１の部分の上に重なるように、前記第１の折り軸線に対して平行な別の軸線を中心として第２の方向に折り畳まれており、前記第１の方向は、前記第２の方向に対向する向きであり、前記アルファ電極の前記第１の部分と、前記アルファ電極の前記第２の部分と、前記アルファ電極の前記第３の部分とは、積層軸線を規定する積層構成になるように配置されており、
前記ベータ電極は、Ｚ折りの連続体になるように配置されており、前記Ｚ折りの連続体において、前記ベータ電極は、前記ベータ電極の第２の部分が前記ベータ電極の第１の部分の上に重なるように、第２の折り軸線に対して平行な軸線を中心として第３の方向に折り畳まれており、かつ、前記ベータ電極の第３の部分が前記ベータ電極の前記第１の部分の上に重なるように、前記第２の折り軸線に対して平行な別の軸線を中心として第４の方向に折り畳まれており、前記第３の方向は、前記第４の方向に対向する向きであり、前記第２の折り軸線は、前記第１の折り軸線及び前記積層軸線に対して垂直であり、
前記アルファ電極の前記Ｚ折りは、前記ベータ電極の前記Ｚ折りと一緒に織り合わされており、これによって、前記ベータ電極の前記第１の部分、前記第２の部分、及び、前記第３の部分は、前記アルファ電極の前記第１の部分、前記第２の部分、及び、前記第３の部分とそれぞれ交互に配置されるように、前記積層軸線に沿って積層されている、
電気化学セル。
【請求項１６】
正の電極及び負の電極を含む電極アセンブリを形成する方法において、
前記方法は、
前記正の電極及び前記負の電極のうちの一方を第１のセパレータと第２のセパレータとの間に配置して、アルファ電極を形成し、前記正の電極及び前記負の電極のうちの他方をベータ電極を形成するために使用するステップと、
前記アルファ電極を第１のＺ折りの連続体になるように配置するステップと、
前記アルファ電極を前記第１のＺ折りの連続体になるように配置している間に、前記ベータ電極も、第２のＺ折りの連続体になるように配置するステップであって、前記第２のＺ折りの連続体を前記第１のＺ折りの連続体と一緒に織り合わせて、前記ベータ電極の所定の部分が、前記アルファ電極の所定の部分とそれぞれ交互に配置されるように、積層軸線に沿って積層されている電極スタックを供給する、ステップと
を含む、方法。
【請求項１７】
前記アルファ電極を第１のＺ折りの連続体になるように配置する前記ステップは、前記第１のＺ折りの連続体におけるそれぞれのＺ折り処理が、前記アルファ電極の第２の部分が前記アルファ電極の第１の部分の上に重なるように、前記アルファ電極を、第１の折り軸線に対して平行な軸線を中心として第１の方向に折り畳む処理と、前記アルファ電極の第３の部分が前記アルファ電極の前記第１の部分の上に重なるように、前記アルファ電極を、前記第１の折り軸線に対して平行な別の軸線を中心として第２の方向に折り畳む処理とを含むように、前記アルファ電極を配置することを含み、前記第１の方向は、前記第２の方向に対向する向きであり、前記アルファ電極の前記第１の部分と、前記アルファ電極の前記第２の部分と、前記アルファ電極の前記第３の部分とが、積層軸線を規定する積層構成になるように配置されており、
前記ベータ電極を、第２のＺ折りの連続体になるように配置する前記ステップは、前記第２のＺ折りの連続体におけるそれぞれのＺ折り処理が、前記ベータ電極の第２の部分が前記ベータ電極の第１の部分の上に重なるように、前記ベータ電極を、第２の折り軸線に対して平行な軸線を中心として第３の方向に折り畳む処理と、前記ベータ電極の第３の部分が前記ベータ電極の前記第１の部分の上に重なるように、前記ベータ電極を、前記第２の折り軸線に対して平行な別の軸線を中心として第４の方向に折り畳む処理とを含むように、前記ベータ電極を配置することを含み、前記第３の方向は、前記第４の方向に対向する向きであり、前記第２の折り軸線は、前記第１の折り軸線及び前記積層軸線に対して垂直である、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２のＺ折りの連続体を前記第１のＺ折りの連続体と一緒に織り合わせることによって、前記ベータ電極の前記第１の部分、前記第２の部分、及び、前記第３の部分が、前記アルファ電極の前記第１の部分、前記第２の部分、及び、前記第３の部分とそれぞれ交互に配置されるように、前記積層軸線に沿って積層されている電極スタックを供給する、
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記アルファ電極及び前記ベータ電極は、それぞれ幅よりも小さい厚さを有する伸長した形状を有し、伸長した方向に対応する長手方向寸法と、前記長手方向寸法に対して垂直な方向における、前記長手方向寸法よりも小さい幅寸法と、前記長手方向寸法及び前記幅寸法の両方に対して垂直な方向における厚さ寸法とを有し、前記厚さ方向は、前記幅寸法よりも小さく、
前記アルファ電極を配置する前記ステップ、及び、前記ベータ電極を配置する前記ステップは、前記アルファ電極の前記長手方向寸法が前記ベータ電極の前記長手方向寸法に対して垂直になるように、前記アルファ電極及び前記ベータ電極を配向させることを含む、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記アルファ電極を配置する前記ステップ、及び、前記ベータ電極を配置する前記ステップの前に、前記アルファ電極及び前記ベータ電極のそれぞれにおける第１の部分を、前記アルファ電極の長手方向縁部が前記ベータ電極の長手方向縁部に対して垂直な方向に延在するように積層する、
請求項１６に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
図７及び図８を参照すると、負の電極４６は、アルミニウムのような第２の導電性材料から形成された第２の基材７０を含む。さらに、負の電極４６は、第２の基材７０の両面に配置されたリチウム化金属酸化物コーティングのような第２の活物質７３を含む。第２の活物質７３は、例えば印刷工程において第２の基材７０の全長に沿って設けられている。第２の活物質７３は、負の電極４６の長手方向縁部７１，７２と第２の活物質７３との間にスペースが存在するように塗布されており、これにより、負の電極４６のそれぞれの長手方向縁部７１，７２に沿って、剥き出しの基材の負の空いたレーンが設けられている。この負の空いたレーンは、周期的に切り欠かれており、これによって、相互に隣り合う切り欠き部同士の間に、負の電極４６の長手方向縁部７１，７２に沿って負のタブ７５が形成されている。負のタブ７５は導電性であり、活物質７３を有さない。一方の長手方向縁部７１の負のタブ７５ａは、対向する長手方向縁部７２の負のタブ７５ｂから、長手方向に沿ってオフセットされている。
【国際調査報告】
2018535526.tif 000021
2018535526.tif 000022