(57)【要約】  本発明は、層構造を有する電極アセンブリ（１１０）に関する。この層構造は、少なくとも１つの第１の電極（１１２）と、少なくとも１つの第２の電極（１３０）と、第１の電極（１１２）及び第２の電極（１３０）の間に挿入された少なくとも１つのセパレータ（１１６）とを備える。第１の電極（１１２）は、少なくとも１つの第１の導電トラック（１１４）を有し、第１の導電トラック（１１４）は、第１のジグザク折りに折られ、第１のジグザク折りによって順次的に重なる複数の第１の層（１２０、１２２）が形成され、第１のジグザク折りの交互に反対側になる第１の折り目（１３４、１３６）は、第１のジグザク折りの第１の折り方向（１３８）を画定する。更に、第２の電極（１３０）は、少なくとも１つの第２の導電トラック（１３２）を有し、第２の導電トラック（１３２）は、第２のジグザク折りに折られ、第２のジグザク折りによって順次的に重なる複数の第２の層（１２８、１４０）が形成され、第２のジグザク折りの交互に反対になる第２の折り目（１４２）は、第２のジグザク折りの第２の方向（１４４）を確定する。本発明では、第１の層（１２０、１２２）及び第２の層（１４２）は、互いに平行に配置され、第１の折り方向（１３８）及び第２の折り方向（１４４）は、互いに６０度乃至１２０度の角度を形成し、セパレータ（１１６）は、少なくとも１つの絶縁トラック（１１８）の形式を有し、２つの隣接する第１の層（１２０、１２２）は、この第１の層が二重層（１２４、１２６）を形成し、第２の層（１２８、１４０）が２つの二重層（１２４、１２６）の間に挿入されるように順次的に重ねられる。本発明は、更に、このような電極アセンブリ（１１０）の製造方法、並びに少なくともこのような電極アセンブリ（１１０）と、少なくとも１つの電解質と、第１の電極（１１２）のための少なくとも１つの第１の導電体と、第２の電極（１３０）のための少なくとも１つの第２の導電体とを備える電気化学セルに関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの第１の電極（１１２）と、少なくとも１つの第２の電極（１３０）と、前記第１の電極（１１２）及び第２の電極（１３０）の間に挿入された少なくとも１つのセパレータ（１１６）と、を含む層構造を備え、
前記第１の電極（１１２）は、少なくとも１つの第１の導電バンド（１１４）を有し、
前記第１の導電バンド（１１４）は、第１のジグザグ折りに折られ、
前記第１のジグザグ折りは、順次的に重なる複数の第１の層（１２０、１２２）を形成する効果を有し、
前記第１のジグザグ折りの交互に反対側になる第１の折り目（１３４、１３６）は、前記第１のジグザグ折りの第１の折り方向（１３８）を画定し、
前記第２の電極（１３０）は、少なくとも１つの第２の導電バンド（１３２）を有し、
前記第２の導電バンド（１３２）は、第２のジグザグ折りに折られ、
前記第２のジグザグ折りは、順次的に重なる複数の第２の層（１２８、１４０）を形成する効果を有し、
前記第２のジグザグ折りの交互に反対側になる第２の折り目（１４２）は、前記第２のジグザグ折りの第２の折り方向（１４４）画定し、
前記第１の層（１２０、１２２）及び前記第２の層（１２８、１４０）は、互いに平行に配置され、
前記第１の折り方向（１３８）及び前記第２の折り方向（１４４）は、互いに６０度乃至１２０度の角度を形成し、
前記セパレータ（１１６）は、少なくとも１つの絶縁バンド（１１８）の形式を有し、
２つの隣接する第１の層（１２０、１２２）は、それぞれ二重層（１２４、１２６）を形成するように順次的に重ねられ、２つの二重層（１２４、１２６）の間に前記第２の層（１２８、１４０）がそれぞれ挿入される電極アセンブリ（１１０）。
【請求項２】
前記第１の導電バンド（１１４）は、少なくとも１つの絶縁バンド（１１８）のうちの正確に１つと共に、順次的に重なる複数の第１の層（１２０、１２２）を形成し、及び／又は、
前記第２の導電バンド（１３２）は、正確に２つの絶縁バンド（１１８）の間に３層バンド（１６４）として案内され、順次的に重なる複数の第２の層（１２８、１４０）を共に形成する請求項１記載の電極アセンブリ（１１０）。
【請求項３】
前記第１の導電バンド（１１４）及び／又は前記第２の導電バンド（１３２）は、それぞれ、第１の側（１４６、１５８）及び第２の側（１５６、１６０）を有し、
前記第１の側（１４６、１５８）及び／又は第２の側（１５６、１６０）は、少なくとも１つの絶縁バンド（１１８）によって互いに分離されないで順次的に重なる導電バンドが活物質を有さないように、少なくとも部分的に活物質を有する請求項１又は２記載の電極アセンブリ（１１０）。
【請求項４】
前記第１の導電バンド（１１４）の第１の側（１４６）、前記第２の導電バンド（１３２）の第１の側（１５８）及び前記第２の導電バンド（１３２）の第２の側（１６０）は、少なくとも部分的に活物質を有し、前記第１の導電バンド（１１４）の第２の側（１５６）は、活物質を有さない請求項１乃至３何れか１項記載の電極アセンブリ（１１０）。
【請求項５】
少なくとも前記第１の折り目（１３４、１３６）及び前記第２の折り目（１４２）並びに接触領域において、前記第１の側（１４６、１５８）及び／又は前記第２の側（１５６、１６０）の活物質を有する領域（１４８）の間に間隙（１５０）が設けられている請求項１乃至４何れか１項記載の電極アセンブリ（１１０）。
【請求項６】
少なくとも１つの第１の電極（１１２）、少なくとも１つの第２の電極（１３０）及び前記第１の電極（１１２）及び第２の電極（１３０）の間に挿入された少なくとも１つのセパレータ（１１６）を含む層構造を有する電極アセンブリ（１１０）の製造方法であって、
ａ）第１の導電バンド（１１４）の形式で第１の電極（１１２）を提供するステップと、
ｂ）第２の導電バンド（１３２）の形式で第２の電極（１３０）を提供するステップと、
ｃ）前記第１の導電バンド（１１４）を折って第１の層（１２０、１２２）を形成するステップと、
ｄ）前記第２の導電バンド（１３２）を折って第２の層（１２８、１４０）を形成するステップと、を含み、
ステップｃ）及びｄ）は、複数回繰り返され、第１のジグザグ折りの形式で順次的に重なる複数の第１の層（１２０、１２２）が形成され、
前記第１のジグザグ折りの交互に反対になる第１の折り目（１３４）は、第１のジグザグ折りの第１の折り方向（１３８）を画定し、
第２のジグザグ折りの形式で順次的に重なる複数の第２の層（１２８、１４０）が形成され、
前記第２のジグザグ折りの交互に反対になる第２の折り目（１４２）は、第２のジグザグ折りの第２の折り方向（１４４）を画定し、
前記第１の層（１２０、１２２）及び前記第２の層（１２８、１４０）は、互いに平行に配置され、
前記第１の折り方向（１３８）及び前記第２の折り方向（１４４）は、互いに６０度乃至１２０度の角度を形成し、
２つの隣接する第１の層（１２０、１２２）は、それぞれで二重層（１２４、１２６）を形成するように順次的に重ねられ、２つの二重層（１２４、１２６）の間に前記第２の層（１２８、１４０）がそれぞれ挿入され、
前記セパレータ（１１６）は、前記第１の導電バンド（１１４）及び前記第２の導電バンド（１３２）の間に挿入される少なくとも１つの絶縁バンド（１１８）の形式で設けられ、
前記セパレータ（１１６）は、前記第１の導電バンド（１１４）を前記第２の導電バンド（１３２）から分離する方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つの絶縁バンド（１１８）は、前記第１の導電バンド（１１４）と共に、及び／又は、前記第２の導電バンド（１３２）と共に案内される請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記第１の導電バンド（１１４）は、前記少なくとも１つの絶縁バンド（１１８）のうちの正確に１つの絶縁バンド（１１８）と共に案内され、又は前記第２の導電バンド（１３２）は、正確に２つの絶縁バンド（１１８）の間で、３層バンド（１６４）として案内される請求項７記載の方法。
【請求項９】
電極アセンブリ（１１０）に関する何れか１つの請求項に基づく少なくとも１つの電極アセンブリ（１１０）と、
少なくとも１つの電解質と、前記第１の電極（１１２）のための少なくとも１つの第１の集電体と、
前記第２の電極（１３０）のための少なくとも１つの第２の集電体と、
を備える電気化学セル。
【請求項１０】
前記セパレータ（１１６）は、少なくとも部分的に前記電解質が含浸され、又は、前記電解質は、液体状態で、前記電気化学セルを少なくとも部分的に囲む筐体に導入されている請求項９記載の電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極アセンブリ、その製造方法、及び少なくとも１つのこのような電極アセンブリを備える電気化学セルに関する。更に、本発明は、電気化学セルの製造方法、及び少なくとも１つのこのような電気化学セルを備える二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、通常、少なくとも２つの電気化学セルの電気的相互接続を意図すると理解される多くの電池が開示されており、これらは、ガルバーニ電池とも呼ばれ、好ましくは、化学エネルギを保存し、電気エネルギを供給するために使用される。一回のみのライフサイクルで使用される所謂「一次電池」とは異なり、多数のサイクルに亘って電気エネルギを充電し及び放電する多くの所謂「二次電池」が存在する。これらは、化学エネルギを電気エネルギに変換し、及び電気エネルギを化学エネルギに変換することができるように、少なくとも２つの電子状態の間で可逆的に変化する適切な活物質の使用を必要とする。
【０００３】
「電気化学セル」は、通常、互いに空間的に分離された２つの電極、詳しくは、それぞれが異なる極性を有し、したがって、「カソード」及び「アノード」とも呼ばれる第１の電極及び第２の電極を備えるデバイスを指す用語である。電気化学セルでは、２つの電極は、一方で少なくとも１つのイオン導電電解質によって互いに接触し、イオンに透過するセパレータが２つの電極を互いに電気的に絶縁し、短絡を回避する。換言すれば、電気化学セルは、包括的に、所謂「電極アセンブリ」を有し、これは、「電極−セパレータアセンブリ」とも呼ばれ、少なくとも１つの第１の電極、少なくとも１つの第２の電極及び少なくとも１つのセパレータを備え、電極アセンブリには、少なくとも１つの電解質と、２つの電極のそれぞれのための少なくとも１つの集電体とが設けられている。
【０００４】
また、先行技術は、多数の電極アセンブリを開示している。例えば、ＤＥ  １０  ２００９  ０１３  ７２７  Ａ１は、扁平型電気化学セルのスタックを記述しており、各スタックは、間に存在するセパレータ膜によってそれぞれ分離されたカソードプレート及びアノードプレートを有する。これに相当する構成は、ＤＥ  １０  ２０１１  １０２  ８４７  Ａ１に開示されている。
【０００５】
セパレータは、多くの場合、例えば、膜として構成することができる絶縁性ストリップの形式で実現されるため、セパレータが、所謂「ジグザグ折り」又は「Ｚ折り」の形式の絶縁バンドとして配設された電気化学セルが記述され、ジグザク折りは、順次的に重なる複数の層を形成し、各層間には、カソードプレートとアノードプレートとが交互に挿入される。電気化学セルのこのような構成は、例えば、「G. Reinhart, T. Zeilinger, J. Kurfer, M. Westermeier, C. Thiemann, M. Glonegger, M. Wunderer, C. Tammer, M. Schweier and M. Heinz, Research and Demonstration Center for the Production of Large Area-Lithium Ion-Cells, in G. Schuh et al., publisher, Future Trends in Production Engineering, Springer, 2013, Proceedings of the First Conference of the German Academic Society for Production Engineering, Berlin, 2011, pages 3-11」に記載されている。
【０００６】
ＥＰ  １  ２７８  ２５３  Ｂ１は、更なる電極アセンブリを開示しており、ここでは、セパレータ及びアノードが、それぞれ、絶縁バンド及び導電バンドの形式で実現され、これらは、共にジグザクの折りにして配置され、共にジグザク折りにされたセパレータ及びアノードは、セパレータ及びアノードが交互に重なりあう複数の層を構成し、共に形成された層の間のそれぞれにカソードプレートが挿入される。
【０００７】
ＤＥ  ３８  ２９  ５４１  Ａ１は、２つの電極及びセパレータからなる層構造を有する電極アセンブリを開示しており、各電極は、折り方向にジグザク折りにされた導電バンドを備える。ジグザク折りは、順次的に重なる複数の層を形成し、２つの層は、互いに平行に配置され、２つの折り方向は、互いに直交する。
【０００８】
特に、リチウムイオン電池の場合、例えば、銅又はアルミニウム等の金属材料の電極が使用されることが多く、上述した電極には、それぞれ活物質の層が設けられ、活物質は、リチウムを含有するアノード又はカソード材料を含む。リチウムイオン電池の分野で一般的に使用されている材料の概要については、「B. Ketterer, U. Karl, D. Moest and S. Ulrich, Lithium-Ionenbatterien: Stand der Technik und Anwendungspotential in Hybrid, Plugin-Hybrid und Elektrofahrzeugen [Lithium-ion batteries: prior art and application potential in hybrid, plugin-hybrid and electric vehicles], Karlsruhe Research Center, Scientific Reports, FZKA 7503, October 2009, pages 7-13.」に記載されている。これに対し、今日のリチウムイオン電池は、通常、黒鉛アノードを備え、これらは、特に、低い電極電位及びリチウムイオンのインターカレーションの間の比較的低い体積膨張によって特徴付けられる。代替となるアノード材料は、チタン酸化物、好ましくは、ＬｉＴｉＯ２又はＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２である。
【０００９】
上述したＢ．Ｋｅｔｔｅｒｅｒは、更に、リチウムイオン電池の活物質として使用される既知のカソード材料が、通常、無機遷移金属酸化物のインターカレーション化合物を含み、これらは、インターカレーション化合物内のリチウムイオン拡散のためのホスト構造の次元によって、１次元チューブ構造、２次元層構造及び３次元フレーム構造に細分化することができることを見出している。１次元チューブ構造を有する化合物の例としては、遷移金属化合物、例えば、オリビン構造（olivine structure）を有するＬｉＦｅＰＯ４がある。２次元層構造は、特に、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｉ、Ｆｅ又はＭｎとして、ＬｉＭＯ２を含み、特に、化合物ＬｉＮｉ０．８５Ｃｏ０．１Ａｌ０．０５Ｏ２、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２又はＬｉＮｉ１／２Ｍｎ１／２Ｏ２が使用されている。スピネル構造を有する化合物、例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４は、リチウムイオンのインターカレーションのための３次元ネットワークを提供する。
【００１０】
ＥＰ  ０  ８６９  ５７０Ｂ１は、少なくとも折たたみ辺の領域において導電バンドの少なくとも１つの側に適用される活物質のコーティングの露出を開示している。この結果、導電バンド上の活物質のコーティング内に間隙が生じ、これによって、特に、例えば、折りたたみ辺の領域における活物質の剥離によって生じる可能性がある損傷を生じさせることなく、導電バンドを折り重ねることができる。
【００１１】
より高い電圧で、同時に高い信頼度で、より多くのパワー又はエネルギを提供することを意図した電極アセンブリが一般的に必要とされている。リチウムイオン電池の場合、既知の電極アセンブリには、僅かな動作時間の後であっても、特に、使用される材料の膨張挙動のために、例えば、内部の抵抗が高まる等の故障が発生することが多いという短所がある。例えば、リチウムイオン電池から金属リチウム又は他の材料、例えば、鉄が「デンドライト」として知られる樹枝状構造の形式又はシート状構造の形式で堆積し、短絡に至り、この結果、電極アセンブリ及びこの電極アセンブリが配設されている電気化学セルの完全な故障に至ることが知られている。例えば、デンドライトは、微細に分岐した構造として、針のように電極アセンブリを貫通し、短絡を生じさせる。これに代えて及び／又はこれに加えて、デンドライトは、折りたたみ辺の周囲にも形成され、同様に短絡を生じさせることもある。シート状の形式で堆積するリチウムは、電極から電解質への好ましくない導電接続を形成することがある。このため、少なくともこのような不完全な電極アセンブリを有する電池の寿命は、著しく短くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、従来から知られる課題及び制約を少なくとも部分的に克服した電極アセンブリ、その製造方法及び電気化学セルを提供することを目的とする。
【００１３】
特に、本発明は、例えば、活物質のデンドライトの形成及びシート状の堆積に起因する可能な構造の変化をできる限り抑制し、より高い信頼度で、高いパワー又はエネルギを有する二次電池の使用に適する電極アセンブリ及びこのような電極アセンブリを備える電気化学セルを提供することを目的とする。
【００１４】
更に、本発明は、特に、より少ない方法ステップで電極アセンブリ及び／又は電気化学セルを効率的に製造することができる電極アセンブリの製造方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この目的は、独立請求項の特徴を有する電極アセンブリ、その製造方法及び電気化学セルによって達成される。個別に又は組み合わせて実現される好ましい構成は、従属請求項に示されている。
【００１６】
以下では、「有する」、「備える」又は「含む」といった用語及びこれらの文法的活用形は、非排他的な意味で使用する。したがって、これらの用語は、これらの用語によって導入された特徴以外の特徴がない状況及び１つ以上の更なる特徴が存在する状況の両方の状況を意味することができる。例えば、「Ａは、Ｂを有する」、「Ａは、Ｂを備える」又は「Ａは、Ｂを含む」といった表現は、Ｂ以外の更なる要素がＡに存在しない状況（すなわち、Ａが排他的にＢのみからなる状況）と、Ｂに加えて、１つ以上の更なる要素、例えば、要素Ｃ、要素Ｃ及びＤ又は更なる要素がＡに存在する状況との両方の状況を指す。
【００１７】
第１の側面において、本発明は、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１つの第２の電極と、第１の電極及び第２の電極の間に挿入された少なくとも１つのセパレータを有する層構造を有する電極アセンブリを含む。「第１の電極」は、本発明に基づき、少なくとも１つの第１の導電バンドの形式を有する第１の導電材料であると理解される。同様の要求は、「第２の電極」にも適用され、これは、第２の導電性材料として、少なくとも１つの導電バンドの形式を有する。これらの２つの電極は、極性が異なり、したがって、第１の電極がアノードである場合には、第２の電極は、カソードを表す。逆に、第１の電極がカソードであれば、第２の電極は、アノードを表す。ここで用いる用語「アノード」とは、慣習的な定義に沿って、酸化が進行する電極を意味し、これによって、電子が集電体を経由してアノードから流れ出し、一方、電解質に存在する陰イオンがアノードに向けて移動し、アノードを構成する活物質内の中間部の格子の部分にインターカレートされる。これに対し、ここで用いる用語「カソード」とは、還元が進行する電極を意味し、これによって、電子が集電体を経由してカソードに向かって流れ、一方、電解質に存在する陽イオンもカソードに向かって移動する。２つの電極が互いに異なる極性を有する限り、本発明に基づく２つの電極、すなわち第１の電極又は第２の電極のどちらがカソード又はアノードを表すかは、電極アセンブリにおいて重要ではない。
【００１８】
本発明では、２つの電極のそれぞれが導電バンド（electrically conductive band）を有する。導電バンドは、導電性材料の平らな柔軟な本体を意味すると理解され、これは、特にロール状の形式で提供してもよい。この種の形状を有することによって、バンドの長さがバンドの幅より大幅に大きく、バンドの幅がバンドの厚みより大幅に大きくなるようにバンドの寸法が固定される。バンドの長さは、バンドの幅の１０倍、１００倍、１０００倍又はこれ以上であってもよく、バンドの幅は、バンドの厚みの１０倍、２０倍、５０倍、１００倍又はこれ以上であってもよい。バンドは、特に、金属箔、薄いストリップ、圧延された金属及び／又は編成されたガーゼ構造の形式を有していてもよく、これらは、それぞれ、導電性材料、特に、金属又は合金から形成される。好ましい構成では、第１の導電バンドは、少なくとも１つの第１の金属又は第１の合金、特に銅を含む第１の金属バンドを含む。この構成では、第２の導電バンドは、第２の金属バンドであってもよく、第２の金属バンドは、第１の金属又は第１の合金とは異なる少なくとも第２の金属、特にアルミニウム又はこれとは異なる合金を含んでいてもよい。
【００１９】
更に、電極アセンブリは、第１の電極と第２の電極の間に挿入され、少なくとも１つの絶縁バンドの形式を有するセパレータを有する。ここでは、「セパレータ」は、第１の電極と第２の電極とを互いに分離し、特にこの目的のためにこれらを離間させ、２つの電極が互いに直接的に接触しないようにし、好ましくは、２つの電極の間の直接の導電接続の結果として引き起こる短絡を回避する絶縁デバイスであると理解される。絶縁バンドの形式は、ここでは、好ましくは、上述した又は後述する少なくとも導電バンドの１つの形式に一致してもよく、或いは、少なくとも１つの導電バンドから突き出るように、より大きな幅を有していてもよい。具体的には、絶縁バンドは、プラスチック、例えば、ポリオレフィン及び／又はセラミック材料から形成してもよく、特に好ましい構成では、プラスチック及び／又はセラミック材料は、孔を有することができ、これらは、例えば、電気化学セルのために必要な電解質を受容し、リチウムイオンが流れるように設計される。
【００２０】
好ましい構成では、セパレータは、セラミック材料、例えば、Ａｌ２Ｏ３及び／又はＳｉＯ２である少なくとも１つの構成要素を有していてもよく、これは、特に高い機械的強度、高い耐熱性及び比較的高い温度での低い収縮性を有していてもよい。電極アセンブリの動作の間に大きな電流が流れる結果、電極アセンブリが著しく加熱され、特に、セパレータがポリオレフィン材料から形成されている場合、セパレータが収縮することがあり、これによって、２つの電極が直接的に接触し、電極アセンブリが過熱して、火災が発生するおそれもある。セラミックセパレータは、好ましくは、柔軟なセラミック複合材料から形成してもよい。ラミネート材料とも呼ばれる複合材料は、互いに接合される様々な材料から形成してもよく、特に、セラミック材料及びポリマ材料から形成してもよい。例えば、ポリエチレンテレフタレート（polyethylene terephthalate：ＰＥＴ）の不織布がこれに適し、これにセラミックを含浸及び／又は重畳させてもよい。
【００２１】
セラミックセパレータは、好ましくは、絶縁性ストリップの一方及び／又は両方の側にイオン液体によって湿式に配設してもよく、これによって、特に、セラミックセパレータの柔軟性を高め、電極アセンブリの２つの電極のうちの少なくとも１つへの接合性を向上させることができる。
【００２２】
少なくとも１つのセパレータは、特に、近隣の電極の少なくとも１の境界辺上に少なくとも部分的に広がることが好ましく、近隣の電極の全ての境界辺上に広がることが特に好ましい。この構成により、電極アセンブリの電極の端部の間の電流が低減される。
【００２３】
本発明では、第１の導電バンドは、第１のジグザク折りの形式で配設される。「ジグザグ折り（zigzag fold）」は、「Ｚ折り（Z fold）」とも呼ばれ、例えば、上記のＧ．  Ｒｅｉｎｈａｒｔに開示されているような第１の電極の構成を意味し、第１の導電ストリップが幾つかの部分でそれぞれ折りたたまれ、交互に反対になる第１の折り目によって、第１の層が順次的に重なる構成を意味する。したがって、ジグザグ折りは、第１の層と呼ぶ第１のストリップの第１の部分が下地の上又は先の第１の層の上に重なり、その部分の一端でストリップが１８０度裏返り、これによって、同じストリップの更なる層を形成し、第１の層と更なる層の間で、ストリップの幅に亘って折り目が形成されるという構成によって定義される。このような構成は、好ましくは、ストリップの少なくとも一部、特にストリップの全体に亘って同様に繰り返され、これによって、第１の導電バンドは、複数の第１の層が互いに平行に重なる形式を有する。
【００２４】
電極アセンブリは、更に、第２のジグザグ折りの形式で配設された第２の導電バンドを備え、第１のジグザグ折りと同様に、第２のジグザグ折りによって、平行に重なり合う複数の第２の層が形成され、互いに直接的に隣接する第２の導電ストリップの２つの層は、それぞれ、第２の導電ストリップの幅に亘って、第２の折り目を形成する。
【００２５】
本発明では、第１の導電ストリップ及び第２の導電ストリップは、第１の層及び第２の層が互いに平行に配列されるように電極アセンブリに導入される。交互に反対になる第１のジグザグ折りの第１の折り目によって第１のジグザグ折りの第１の折りたたみの方向が定められる場合、交互に反対になる第２のジグザグ折りの第２の折り目によって第２のジグザグ折りの第２の折りたたみの方向が定められると、第１の折り方向及び第２の折り方向は、互いに対して角度を形成し、この角度は、本発明では、６０度から１２０度の範囲、好ましくは、８０度から１００度の範囲、特に好ましくは、９０度とする。
【００２６】
本発明の特に好ましい構成では、第１の導電バンドの２つの隣接する第１の層は、それぞれ重なりあって二重層を形成し、これにより、二重層の間に第２の導電バンドの第２の層をそれぞれ挿入することができる。具体的には、このような構成に限定されるわけではないが、この特に好ましい構成では、第１の導電バンド及び絶縁バンドは、それぞれの層において共に案内してもよく、第１の導電バンドが正確に１つの絶縁バンドと共に形成され、複数の第１の層が順次的に重なる。これに代えて又はこれに加えて、順次的に重なる複数の第２の層が形成されるように２つの絶縁バンドを第２の導電バンドと共に案内してもよく、ここで、第２の導電バンドは、２つの絶縁バンドの間に正確に案内される。この段落で記述する構成は、特に、２つの導電電極バンドが好ましくは１つ又は２つの絶縁バンドによって、互いに分離されることを確実にでき、これにより、導電電極バンドの間の電気的接触を回避することができる。
【００２７】
なお、電極アセンブリ内の２つの層は、他の構成で互いに配置してもよい。好ましくは、電極アセンブリは、複数の第１の電極及び複数の第２の電極を備えていてもよく、極性が異なる電極は、少なくとも１つのセパレータによって互いに分離される。特に、電極アセンブリの層構造は、何れの場合も電極を備えていてもよく、これにセパレータが続き、セパレータは、その電極を、好ましくは逆の極性を有する次の電極から分離する。この電極アセンブリでは、好ましくは、同じ極性の複数の電極は、導電的に互いに接続してもよく、これらは、好ましくは、並列に接続されるが、直列に接続してもよい。
【００２８】
特に好ましい構成では、本発明に基づく電極アセンブリの第１の導電バンド及び／又は第２の導電バンドは、それぞれ、第１の側及び第２の側を有し、導電バンドの第１の側及び／又は第２の側には、少なくとも部分的に活物質を設けることができる。この構成では、特に、少なくとも１つの絶縁バンドによって分離されていない順次的に重なる導電バンドは、活物質をコーティングできない。したがって、第１の導電バンドの第１の側、第２の導電バンドの第１の側、及び第２の導電バンドの第２の側は、少なくとも部分的に活物質を有し、第１の導電バンドの第２の側は、活物質を有さないようにしてもよい。電極アセンブリの導電バンドのコーティングは、好ましくは、それぞれ活物質を有する第１の側の領域の間及び／又は第２の側の領域の間に間隙が設けられるように構成してもよく、この間隙は、好ましくは、第１の折り目及び第２の折り目、並びに接触領域に設けることができる。「接触領域」とは、何れの場合も、後に集電体に接触する第１の導電バンド上の領域及び／又は第２の導電バンド上の領域を意味し、これによって、第１の電極及び第２の電極との電気的接触が確立される。１つの特定の構成では、接触領域は、第１の導電バンド及び／又は第２の導電バンドが有する周辺領域に位置してもよい。特に接触領域として使用される周辺領域は、少なくとも部分的に間隙を有していてもよく、なお、周辺領域の間隙は、例えば、第１の導電バンド及び／又は第２の導電バンドの周辺からこの活物質が剥がれる可能性を回避するためにも有益である。
【００２９】
本発明において、「活物質」とは、カソードをコーティングするか又はアノードをコーティングするかに応じて、酸化リチウムを含有する無機遷移金属又は黒鉛を意味する。適切な活物質については、上述のＢ．Ｋｅｔｔｅｒｅｒに開示されている材料を好ましく用いることができ、更に、他の電気化学セルにおいて使用されている既知の更なる材料が本発明に基づく電極アセンブリの構成のために適切な場合もある。
【００３０】
本発明は、更なる側面として、少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１つの第２の電極と、第１の電極及び第２の電極の間に挿入された少なくとも１つのセパレータとを含む層構造を有する電極アセンブリの製造方法に関する。本発明に基づく方法は、少なくとも後述するステップａ）〜ｄ）を有し、構成に応じて、更なるステップを追加することもできる。ステップａ）〜ｄ）は、好ましくは、ここに示す順序で実行されるが、ステップａ）及びステップｂ）は、入れ替えてもよい。ステップａ）では、第１の電極を、第１の導電バンドの形式で提供し、ステップｂ）では、第２の電極を、第２の導電バンドの形式で提供する。
【００３１】
本発明に基づき、選択される構成に応じて、ステップｃ）及びステップｄ）は、この順序又は逆の順序で複数回繰り返され、これによって、第１のジグザグ折りの形式で順次的に重なる複数の第１の層及び第２のジグザグ折りの形式で順次的に重なる複数の第２の層が形成される。ここでは、第１の層及び第２の層は、互いに平行に配置される。第１のジグザグ折りの交互に反対側になる第１の折り目は、第１のジグザグ折りの第１の折り方向を画定し、第２のジグザグ折りの交互に反対側になる第２の折り目は、第２のジグザグ折りの第２の折り方向を画定する。本発明に基づき、第１のジグザグ折りの第１の折り方向及び第２のジグザグ折りの第２の折り方向は、互いに対して６０度〜１２０度、好ましくは、８０度〜１００度、特に９０度の角度を形成する。
【００３２】
特に好ましい構成では、２つの隣接する第１の層は、順次的に重なり、それぞれが二重層を構成し、第２の層、特に、単一の第２の層を２つの二重層の各間に挿入することができる。したがって、この構成では、ステップｃ）を連続して二回実行した後に、ステップｄ）を実行してもよい。他の構成も想到される。但し、特に、この手法によって、後述する利点を有する電極アセンブリを達成することができる。
【００３３】
また、本発明は、絶縁バンドの形式でセパレータを提供し、絶縁バンドは、第１の導電バンド及び第２の導電バンドの間に挿入され、セパレータの絶縁バンドは、第１の導電バンドを第２の導電バンドから分離する。これによって、第１の導電バンドと第２の導電バンドの間の不利な電気的接触を回避することができる。
【００３４】
特に好ましい構成では、第１の導電バンドと共に及び／又は第２の導電バンドと共に少なくとも１つの絶縁バンドを設けてもよく、絶縁バンドは、特に、ステップｃ）によって又はステップｄ）によって、それぞれ提供された導電バンドと共に折ってもよい。第１の好ましい構成では、第１の導電バンドは、少なくとも１つの絶縁バンドのうちの正確に１つの絶縁バンドと共に案内してもよい。第２の同様に好ましい構成では、この目的のために、正確に２つの絶縁バンドの間で第２の導電バンドを案内してもよい。これらの構成は、第１の導電バンドが二重層を形成し、この二重層の間に第２の導電バンドの第２の層がそれぞれ挿入される場合に特に有利である。なお、他の構成も想到される。
【００３５】
本発明に基づく方法の詳細については、上又は下により具体的に記述する、この方法によって生成できる電極アセンブリを参照することができる。選択される構成に応じて、特に、更なる慣用されているアノード層、セパレータ層、カソード層及び電解質を、全ての可能な構成、層厚及び寸法で使用することができる。特に、リチウムイオン又はリチウムイオン−ポリマ電池で使用されているアノード、カソード、セパレータ及び電解質の慣用的な組み合わせを使用することができる。
【００３６】
本発明は、更なる側面として、上又は下に記述する少なくとも１つの電極アセンブリ及び／又は本発明に基づく方法によって製造される電極アセンブリを備える電気化学セルに関する。電気化学セルは、更に、少なくとも１つの電解質と、第１の電極のための少なくとも１つの第１の集電体と、第２の電極のための少なくとも１つの第２の集電体とを備える。電気化学セルは、更なる構成要素、特に、筐体を有していてもよく、筐体は、少なくとも部分的に、好ましくは、電気的接触の取付のための開口以外は完全に電気化学セルを取り囲んでもよい。「筐体」は、通常の条件で固体である材料を意味し、これは、特に、電気化学セルを、その環境から少なくとも部分的に分離する目的で使用される。更に、筐体は、例えば、好ましくは、電解質が少なくとも部分的に液体状態であるときに電解質を受容する等の更なる機能を有していてもよく、これにより、この形式の電解質は、例えば、注入等の簡単な手法で筐体内に導入することができる。既に冒頭で述べたように「電解質」とは、電極間でイオンが移動できる固体又は液体の物質を指す用語である。これに代えて、同様に好ましい構成において、電解質は、例えば、セパレータに電解質を含浸させることによってセパレータと共に提供してもよく、例えば、セパレータは、孔を有していてもよく、電解質は、この孔に導入してもよい。
【００３７】
好ましい構成では、第１の集電体及び／又は第２の集電体は、活物質が設けられた領域の間のギャップに取り付けてもよい。具体的には、第１の電極のための第１の集電体は、特に、第１の折り目及び／又は第１の導電バンドの周辺領域に取り付けてもよく、第２の電極のための第２の集電体は、第２の折り目及び／又は第２の導電バンドの周辺領域に取り付けてもよい。
【００３８】
好ましい構成では、電気化学的セルに絶縁材料を巻き付けてもよく、これによって、複合体の接合が強化され及びシステムの寿命及び信頼性が向上されるという利点がある。この構成は、活物質から、例えば、リチウム又は鉄等の材料が、デンドライトの形式で沈殿することを防ぐことができるという利点も有する。
【００３９】
本発明は、更なる側面として、少なくとも１つの第１の電極、少なくとも１つの第２の電極、及び第１の電極及び第２の電極の間に挿入された少なくとも１つのセパレータを有する、上又は下に記述する少なくとも１つの電極アセンブリを備える電気化学セルの製造方法に関する。本発明では、この目的のために少なくとも１つの電極アセンブリは、少なくとも１つの電解質と、第１の電極のための少なくとも１つの集電体と、第２の電極のための少なくとも１つの第２の集電体とを含む。特に好ましい構成では、この目的のために、電解質が含浸されたセパレータを使用してもよい。同様に、少なくとも１つの電極アセンブリが、少なくとも部分的に筐体に収容される構成が好ましく、筐体は、第１の集電体のための接続と、第２の集電体のための接続とを有することができる。特に、この構成では、電解質は、液体状態で提供してもよく、これにより、簡単な手法で筐体内に導入することができる。
【００４０】
本発明は、更なる構成において、上又は下に記述するような少なくとも１つの電気化学セルを備える二次電池に関する。特に好ましい構成では、二次電池も筐体によって少なくとも部分的に取り囲んでもよく、筐体は、電気接続を有していてもよい。
【００４１】
電気化学セルのみではなく、電気化学セルの製造方法及び二次電池についても、更なる特定の特徴については、上又下に示す電極アセンブリの詳しい説明を参照できる。
【００４２】
本発明に基づく電極アセンブリ、このような電極アセンブリを有する電気化学セル、及び少なくともこのような電気化学セルを含む二次電池は、一連の利点を有することができる。特に好ましくは、本発明に基づく方法は、少なくとも１つの第１の電極、少なくとも１つの第２の電極、並びに第１の電極及び第２の電極の間に挿入された少なくとも１つのセパレータを折ることを含み、必要な積層順序を容易に維持することができる。２つの電極を導電バンドの形式で準備し、セパレータを少なくとも１つの絶縁バンドの形式で準備することによって、電極を個別に製造し、位置決めすることが不要になるという事実によって、例えば、個々の電極における粒子の形成、層の不均一及び／又はクラック等の形式の作用を有する製造工程におけるエラーの主要な要因を回避することができる。すなわち、本発明に基づく方法は、それぞれ所定のサイズにカットし、洗浄し、配設し、位置決めし、静電耐電から保護する必要がある個々の電極シートなしで、２つの伝導バンドから形成される第１の層及び第２の層を順次的に積層できる。これにより、通常、個々の電極シートの乾燥及び洗浄を含む追加的な乾燥ステップを不要にすることができる。
【００４３】
したがって、本発明に基づく折たたみの手法は、処理の信頼性を高め、電極アセンブリの生産効率を高め、同時に、収量を増加させる。活物質が薄層の形式で既に塗布されている導電バンドを、少なくとも１つの絶縁セパレータバンドと同時にまとめることによって、電極アセンブリ及びこれらの結果における上述のエラーの原因を大幅に排除することができる。
【００４４】
本発明に基づく構成では、第１のジグザグ折りの第１の折り方向及び第２のジグザグ折りの第２の折り方向を互いに６０度乃至１２０度の角度、好ましくは直角に構成することによって、電極アセンブリ内で個々の電極をより良好に固定することができ、温度が上昇した場合に起こり得る個々の構成要素の滑りを抑制することができる。有利な固定及び／又は互いに対して実質的に直角な２つの折り方向によって、例えば、電極アセンブリの製造において必要であった煩雑な接着剤による接合又は積層作業等の追加的な方法ステップなしでマイクロクラックを回避できる。このように、特に、電極及び／又は活物質におけるマイクロクラックの回避によって、信頼性が高められた長寿命の電極アセンブリを提供することができる。電極アセンブリのこれらの利点は、このような電極アセンブリを備える電気化学セル及びこのような電気化学セルを有する二次電池においても同様に見出される。
【００４５】
本発明の好ましい構成を以下に要約して記す。
【００４６】
１．少なくとも１つの第１の電極と、少なくとも１つの第２の電極と、第１の電極及び第２の電極の間に挿入された少なくとも１つのセパレータとを含む層構造を備え、第１の電極は、少なくとも１つの第１の導電バンドを有し、第１の導電バンドは、第１のジグザグ折りに折られ、第１のジグザグ折りは、順次的に重なる複数の第１の層を形成する効果を有し、第１のジグザグ折りの交互に反対側になる第１の折り目は、第１のジグザグ折りの第１の折り方向を画定し、第２の電極は、少なくとも１つの第２の導電バンドを有し、第２の導電バンドは、第２のジグザグ折りに折られ、第２のジグザグ折りは、順次的に重なる複数の第２の層を形成する効果を有し、第２のジグザグ折りの交互に反対側になる第２の折り目は、第２のジグザグ折りの第２の折り方向画定し、第１の層及び第２の層は、互いに平行に配置され、第１の折り方向及び第２の折り方向は、互いに６０度乃至１２０度の角度を形成し、セパレータは、少なくとも１つの絶縁バンドの形式を有する電極アセンブリ。
【００４７】
２．第１の折り方向及び第２の折り方向の間の角度が９０度である上記構成に基づく電極アセンブリ。
【００４８】
３．２つの隣接する第１の層は、それぞれ二重層を形成するように順次的に重ねられ、２つの二重層の間に第２の層がそれぞれ挿入される上記何れか１つの構成に基づく電極アセンブリ。
【００４９】
４．第１の導電バンドは、少なくとも１つの絶縁バンドのうちの正確に１つと共に、順次的に重なる複数の第１の層を形成する上記何れか１つの構成に基づく電極アセンブリ。
【００５０】
５．少なくとも１つの絶縁バンドは、第２の導電バンドと共に順次的に重なる複数の第２の層を形成する上記何れか１つの構成に基づく電極アセンブリ。
【００５１】
６．第２の導電バンドは、正確に２つの絶縁バンドの間に３層バンドとして案内される上記構成に基づく電極アセンブリ。
【００５２】
７．第１の導電バンドは、少なくとも１つの第１の金属を含む第１の金属バンドを含む上記何れか１つの構成に基づく電極アセンブリ。
【００５３】
８．第１の金属バンドは、銅を含む上記構成に基づく電極アセンブリ。
【００５４】
９．第２の導電バンドは、第１の金属とは異なる少なくとも１つの第２の金属を含む第２の金属バンドを含む上記何れか１つの構成に基づく電極アセンブリ。
【００５５】
１０．第２の金属バンドは、アルミニウムを含む上記構成に基づく電極アセンブリ。
【００５６】
１１．絶縁バンドは、プラスチック及び／又はセラミック材料を含む上記何れか１つの構成に基づく電極アセンブリ。
【００５７】
１２．セラミック材料及び／又はプラスチックは、孔を有する上記構成に基づく電極アセンブリ。
【００５８】
１３．第１の導電バンド及び／又は第２の導電バンドは、それぞれ、第１の側及び第２の側を有し、第１の側及び／又は第２の側は、少なくとも１つの絶縁バンドによって互いに分離されないで順次的に重なる導電バンドが活物質を有さないように、少なくとも部分的に活物質を有する上記何れか１つの構成に基づく電極アセンブリ。
【００５９】
１４．活物質は、無機リチウム塩及び／又は黒鉛を含む上記構成に基づく電極アセンブリ。
【００６０】
１５．第１の導電バンドの第１の側、第２の導電バンドの第１の側及び第２の導電バンドの第２の側は、少なくとも部分的に活物質を有し、第１の導電バンドの第２の側は、活物質を有さない上記２つの構成のうちの１つに基づく電極アセンブリ。
【００６１】
１６．少なくとも第１の折り目及び第２の折り目並びに接触領域において、第１の側及び／又は第２の側の活物質を有する領域の間に間隙が設けられている上記３つの構成のうちの１つに基づく電極アセンブリ。
【００６２】
１７．第１の導電バンド及び／又は第２の導電バンドは、周辺領域を有し、周辺領域は、少なくとも部分的に間隙を有する上記構成に基づく電極アセンブリ。
【００６３】
１８．少なくとも１つの第１の電極、少なくとも１つの第２の電極及び第１の電極及び第２の電極の間に挿入された少なくとも１つのセパレータを含む層構造を有する電極アセンブリの製造方法において、
ａ）第１の導電バンドの形式で第１の電極を提供するステップと、
ｂ）第２の導電バンドの形式で第２の電極を提供するステップと、
ｃ）第１の導電バンドを折って第１の層を形成するステップと、
ｄ）第２の導電バンドを折って第２の層を形成するステップとを有し、
ステップｃ）及びｄ）は、複数回繰り返され、第１のジグザグ折りの形式で順次的に重なる複数の第１の層が形成され、第１のジグザグ折りの交互に反対になる第１の折り目は、第１のジグザグ折りの第１の折り方向を画定し、及び第２のジグザグ折りの形式で順次的に重なる複数の第２の層が形成され、第２のジグザグ折りの交互に反対になる第２の折り目は、第２のジグザグ折りの第２の折り方向を画定し、第１の層及び第２の層は、互いに平行に配置され、第１の折り方向及び第２の折り方向は、互いに６０度乃至１２０度の角度を形成し、セパレータは、第１の導電バンド及び第２の導電バンドの間に挿入される少なくとも１つの絶縁バンドの形式で設けられ、セパレータは、第１の導電バンドを第２の導電バンドから分離する方法。
【００６４】
１９．第１の折り方向及び第２の折り方向の間の角度は、９０度に選択される上記構成に基づく方法。
【００６５】
２０．２つの隣接する第１の層は、それぞれ二重層を形成するように順次的に重ねられ、２つの二重層の間に第２の層がそれぞれ挿入される上記方法に関する構成の何れか１つに基づく方法。
【００６６】
２１．少なくとも１つの絶縁バンドは、第１の導電バンド及び／又は第２の導電バンドと共に提供される上記方法に関する構成の何れか１つに基づく方法。
【００６７】
２２．第１の導電バンドは、少なくとも１つの絶縁バンドのうちの正確に１つの絶縁バンドと共に案内される上記方法に関する構成の何れか１つに基づく方法。
【００６８】
２３．第２の導電バンドは、正確に２つの絶縁バンドの間で、３層バンドとして案内される上記方法に関する構成の何れか１つに基づく方法。
【００６９】
２４．電極アセンブリに関する何れか１つの構成に基づく少なくとも１つの電極アセンブリと、少なくとも１つの電解質と、第１の電極のための少なくとも１つの第１の集電体と、第２の電極のための少なくとも１つの第２の集電体とを備える電気化学セル。
【００７０】
２５．第１の集電体及び／又は第２の集電体は、活物質を有する領域の間の間隙に取り付けられている上記構成に基づく電気化学セル。
【００７１】
２６．第１の集電体は、第１の折り目及び／又は第１の導電バンドの周辺領域に取り付けられ、第２の集電体は、第２の折り目及び／又は第２の導電バンドの周辺領域に取り付けられている上記構成に基づく電気化学セル。
【００７２】
２７．セパレータは、少なくとも部分的に電解質が含浸されている上記電気化学セルに関する構成の１つに基づく電気化学セル。
【００７３】
２８．電気化学セルは、筐体に少なくとも部分的に囲まれている上記電気化学セルに関する構成の１つに基づく電気化学セル。
【００７４】
２９．電解質は、液体状態で筐体に導入される上記構成に基づく電気化学セル。
【００７５】
３０．上記電気化学セルに関する構成の１つ基づく電気化学セルの製造方法であって、少なくとも１つの第１の電極、少なくとも１つの第２の電極及び第１の電極及び第２の電極の間に挿入された少なくとも１つのセパレータを含む層構造を有する少なくとも１つの電極アセンブリが準備され、電極アセンブリには、少なくとも１つの電解質と、第１の電極のための少なくとも１つの第１の集電体と、第２の電極のための少なくとも１つの第２の集電体とが設けられる方法。
【００７６】
３１．セパレータは、少なくとも部分的に電解質が含浸される上記構成に基づく方法。
【００７７】
３２．少なくとも１つの電極アセンブリは、少なくとも部分的に筐体に収容され、筐体は、第１の集電体のための接続と、第２の集電体のための接続とを有する上記電気化学セルの製造方法に関する構成の１つに基づく方法。
【００７８】
３３．電解質は、液体状態で筐体に導入される上記構成に基づく方法。
【００７９】
３４．上記電気化学セルに関する構成の１つ基づく少なくとも１つの電気化学セルを備える二次電池。
【００８０】
３５．少なくとも部分的に筐体によって囲まれ、電気接続を有する上記構成に基づく二次電池。
【００８１】
本発明に関する詳細及び特徴は、特に、従属請求項に関連する好ましい例示的な実施形態の以下の説明から明らかとなる。それぞれの特徴は、単独で実現してもよく、互いに組み合わせて実現してもよい。本発明は、例示的な実施形態に限定されない。例示的な実施形態は、以下の図面に図式的に表されている。個々の図面における同じ参照符合は、同じ要素又はその機能に関して機能的に同じ及び／又は互いに対応する要素を示している。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】交互に反対になる電極アセンブリの側に２つの集電体を取り付けることができる本発明に基づく電極アセンブリの第１の実施形態の斜視図であって、個々の層を見やすくするため、個々の層を垂直方向に引き伸ばして示す斜視図である。
【図２】図１の実施形態における第１及び第２の側のそれぞれにおける第１の電極（ａ）及び第２の電極（ｂ）のための活物質によるコーティングの概略を示す図である。
【図３】図１の実施形態を引き伸ばしなしで示す図である。
【図４】互いに対して直交する第１の導電バンド及び第２の導電バンドの２つの折り目に２つの集電体を取り付けることができる本発明に基づく電極アセンブリの第２の実施形態の斜視図であって、個々の層を垂直方向に引き伸ばして示す斜視図である。
【図５】図４の実施形態における第１及び第２の側のそれぞれにおける第１の電極（ａ）及び第２の電極（ｂ）のための活物質によるコーティングの概略を示す図である。
【図６】図４の実施形態を引き伸ばしなしで示す図である。
【図７】第２の導電バンドが正確に２つの絶縁バンドの間に案内される本発明に基づく電極アセンブリの更なる実施形態の斜視図であって、個々の層を垂直方向に引き伸ばして示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００８３】
図１は、本発明に基づく電極アセンブリ１１０の第１の例示的な実施形態の斜視図である。電極アセンブリ１１０は、第１の導電バンド１１４の形式を有する以下「アノード」とも呼ぶ第１の電極１１２が、絶縁バンド１１８の形式を有するセパレータ１１６と共に案内された層構造を有する。何れの場合も、第１の導電バンド１１４の２つの隣接する層１２０、１２２は、二重層１２４を形成し、以下「カソード」とも呼ぶ第２の電極１３０の第２の層１２８は、第２の導電バンド１３２の一部として、二重層１２４と、上述した第１の二重層に隣り合う更なる二重層１２６との間に挿入される。この実施形態において、第１の電極１１２の第１の導電バンド１１４は、セパレータ１１６の絶縁バンド１１８と共に、第１のジグザグ折りの形式で折られ、この結果、複数の第１の層１２０、１２２が順次的に折り重なり、第１のジグザグ折りの第１の折り目１３４、１３６が交互に反対側に形成される。ここで交互に反対側に位置する第１の折り目１３４、１３６は、第１のジグザグ折りの第１の折り方向１３８を確定する。第２の導電バンドは、同様の手法で、第２のジグザグ折りに折られ、複数の第２の層１２８、１４０が順次的に折り重なり、第２の折り目１４２が交互に反対側に設けられて、同様に第２の折り方向１４４を確定する。本発明では、第１の層１２０、１２２及び第２の層１２８、１４０は、互いに平行に配置され、この例示的な実施形態における第１の折り方向１３８及び第２の折り方向１４４は、互いに９０度の角度を形成する。
【００８４】
図１に示す電極アセンブリ１１０を作成する場合、まず、図２ａに示すように、第１の導電バンド１１４の形式のアノードとして第１の電極１１２を絶縁バンド１１８の形式のセパレータ１１６と共に準備する。ここで第１の導電バンド１１４は、第１の側１４６を有し、第１の側１４６は、領域１４８において活物質によってコーティングされ、これらは、間隙１５０によって互いに分離されている。この特に好ましい構成に示すように、コーティング間隙１５０は、第１の導電バンド１１４に沿って、幅が異なっており、狭いコーティング間隙１５２は、特に、第１の導電バンド１１４を折って、複数の層１２０、１２２を順次的に折り重ねるために適しており、これによって、第１の折り目１３４、１３６における活物質の剥離が回避される。広いコーティング間隙１５４は、電極アセンブリ１１０の層構造を作成する際の折りたたみのために同様に必要とされるだけではなく、後に集電体を第１の電極１１２に取り付ける際にも役立つ。第１の側１４６とは異なり、この例示的な実施形態における第１の導電バンド１１４の第２の側１５６は、活物質でコーティングされていない。
【００８５】
電極アセンブリ１１０を作成するために、この例示的な実施形態では、この目的のために、第１の電極１１２の第１の側１４６をセパレータ１１６上に配置し、セパレータ１１６は、第１の側１４６を完全に覆い、第１の電極１１４のコーティングなしの第２の側１５６が上になり、自由にアクセスできるようにする。第１の導電バンド１１４及びセパレータ１１６からなるこのアセンブリは、２つの隣接する第１の層１２０、１２２のコーティングなしの第２の面１５６が直接的に接触し、絶縁バンド１１８が上にくるように折られる。上側に位置するセパレータ１１６の絶縁バンド１１８上には、汎用性を制限することなく、ここではカソードとして使用する第２の導電バンド１３０の第２の層１２８を直交するように配置し、第２の導電バンド１３０は、図２ｂに示すように、コーティング間隙１５０によって分離された領域１４８に対応する活物質が適用されて同様に形成された２つの側１５８、１６０を有する。
【００８６】
図３に示すように、第２の電極１３０が集電体に接触するタイプであるために、ここでは、狭いコーティング間隙１５２のみを設ければ十分である。カソードバンド１３２の両側１５８、１６０を活物質によってこのようにコーティングし、折ることによって、カソード１３０は、両側１５８、１６０で絶縁セパレータバンド１１８に直面する。
【００８７】
そして、第１の導電バンド１１４及び絶縁バンド１１８が共に案内されたバンドを折ることによって、アノードバンド１１４の２つのコーティングなしの第２の層１５６が順次的に重なり、セパレータバンド１１８がこのスタックの上になる。上側にあるこのセパレータバンド１１８の上に、カソードバンド１３２を折ることによって、カソードバンド１３２が直交するように重なる。
【００８８】
上述したステップを繰り返すことによって、十分なバンドが使用できる限り、電極アセンブリ１１０の層構造を連続させることができ、或いは、何らかの理由で、この手順を終了させてもよい。図３は、本発明に基づく層構造の例を示している。第１の集電体は、第１の電極１１２の第１の折り目１３４、１３６に取り付けてもよく、カソードバンド１３２の側は、電極アセンブリ１１０の密な構造から数ミリメートル突き出ている、それぞれコーティングされていない周辺のストリップ１６２を用いて、カソード１３０に第２の集電体を取り付けてもよい。これにより、図３に示すように、電極の構成体１１０に対して、互いに反対側に配置された２つの集電体を取り付けることができる。
【００８９】
更に、この例示的な実施形態においては、カソード及びアノードの役割を入れ替えてもよい。例えば、第１の側のみがコーティングされているアノードの代わりに、第１の側のみがコーティングされているカソードを使用し、カソードについて図２Ｂに示したように、アノードの第２の側にもコーティングを施し、カソードの第２の側は、活物質によるコーティングを有さないようにしてもよい。
【００９０】
図４〜図６は、本発明に基づく電極アセンブリの第２の例示的な実施形態及びこの製造方法を表しており、この実施形態は、図１〜図３に示す例示的な実施形態とは、集電体の最終的な取り付けの可能性が異なるのみである。層構造を作成する手法は上述と同じであり、これについては、第１の構成を参照することができる。また、この例示的な実施形態においても、第１の例示的な実施形態について上述したように、カソード及びアノードの役割を入れ替えることができる。
【００９１】
特に図６に示すように、この例示的な実施形態においては、第１の折り目１３４、１３６は、互いに重なり合い、ここに第１の集電体を取り付けることができる。図１〜図３に示す例示的な実施形態との違いとして、ここでは、少なくとも第２の折り目１４２に第２の集電体が取り付けられ、したがって、ここでは、２つの集電体が互いに直交するように電極アセンブリ１１０に取り付けられる。但し、ここでは、図５に示すように、第２の導電バンド１３２の第１の側１５８及び第２の側１６０に活物質をコーティングする場合、活物質を有する領域１４８は、交互に、狭いコーティング間隙１５２及び広いコーティング間隙１５４によって互いに分離することが有利である。この場合も、２つの異なるコーティング間隙１５２、１５４は、第２の導電バンド１３２を折るために必要とされ、広いコーティング間隙１５４は、後に集電体が取り付けられる位置に設けられ、これは、特に上述した理由のために有利である。
【００９２】
最後に、図７は、本発明に基づく電極アセンブリ１１０の更なる例示的な実施形態の斜視図を示している。この実施形態では、絶縁バンド１１８と、好ましくは、図２Ｂに示すように両側１５８、１６０がコーティングされた第２の導電バンド１３２と、更なる絶縁バンド１１８とが順次的に重なり合う３つの層からなる３層バンド１６４が使用されている。この３層バンド１６４の上には、アノードバンド１１４が直交するように配置され、図２に示すアノードバンド１１４の第１の側１４６と同様に活物質のコーティングが施されている領域１４８が、セパレータバンド１１８に向けられ、これを覆っている。そして、別個に案内されたアノードバンド１１４は、アノードバンド１１４のコーティングなしの側１５６が互いに重なり接触するように折られる。次に、この上にセパレータバンド１１８、カソードバンド１３２及び更なるセパレータバンド１１８からなる３層バンド１６４が配置され、これによって、一番上にあったアノードバンド１１４がセパレータ１１６によって完全に覆われる。この実施形態においても、電極アセンブリ１１０の層構造は、上述した方法ステップを終了まで繰り返すことによって連続させることができる。電極アセンブリ１１０の形成の後に集電体をカソードバンド１３２に取り付けるために、電極アセンブリ１１０から横に数ミリメートル突き出るカソードバンド１３２のコーティングなしの周辺領域１６２を使用してもよい。この例示的な実施形態においても第１の例示的な実施形態について既に説明したように、カソード及びアノードの役割を入れ替えてもよく、このためには、図２に示すようなコーティングを施す必要がある。
【符号の説明】
【００９３】
１１０  電極アセンブリ
１１２  第１の電極（アノード）
１１４  第１の導電バンド（アノードバンド）
１１６  セパレータ
１１８  絶縁バンド（セパレータバンド）
１２０  第１の層
１２２  隣接する第１の層
１２４  二重層
１２６  更なる二重層
１２８  第２の層
１３０  第２の電極（カソード）
１３２  第２の導電バンド（カソードバンド）
１３４  第１の折り目
１３６  更なる第１の折り目
１３８  第１の折り方向
１４０  更なる第２の層
１４２  第２の折り目
１４４  第２の折り方向
１４６  第１の導電バンドの第１の側
１４８  領域
１５０  （コーティング）間隙
１５２  狭い間隙
１５４  広い間隙
１５６  第１の導電バンドの第２の側
１５８  第２の導電バンドの第１の側
１６０  第２の導電バンドの第２の側
１６２  周辺領域
１６４  ３層バンド
【図１】
2016541103.tif 000003
【図２】
2016541103.tif 000004
【図３】
2016541103.tif 000005
【図４】
2016541103.tif 000006
【図５】
2016541103.tif 000007
【図６】
2016541103.tif 000008
【図７】
2016541103.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成28年7月14日(2016.7.14)
【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】
少なくとも１つの第１の電極（１１２）と、少なくとも１つの第２の電極（１３０）と、前記第１の電極（１１２）及び第２の電極（１３０）の間に挿入された少なくとも１つのセパレータ（１１６）と、を含む層構造を備え、
前記第１の電極（１１２）は、少なくとも１つの第１の導電バンド（１１４）を有し、
前記第１の導電バンド（１１４）は、第１のジグザグ折りに折られ、
前記第１のジグザグ折りは、順次的に重なる複数の第１の層（１２０、１２２）を形成する効果を有し、
前記第１のジグザグ折りの交互に反対側になる第１の折り目（１３４、１３６）は、前記第１のジグザグ折りの第１の折り方向（１３８）を画定し、
前記第２の電極（１３０）は、少なくとも１つの第２の導電バンド（１３２）を有し、
前記第２の導電バンド（１３２）は、第２のジグザグ折りに折られ、
前記第２のジグザグ折りは、順次的に重なる複数の第２の層（１２８、１４０）を形成する効果を有し、
前記第２のジグザグ折りの交互に反対側になる第２の折り目（１４２）は、前記第２のジグザグ折りの第２の折り方向（１４４）画定し、
前記第１の層（１２０、１２２）及び前記第２の層（１２８、１４０）は、互いに平行に配置され、
前記第１の折り方向（１３８）及び前記第２の折り方向（１４４）は、互いに６０度乃至１２０度の角度を形成し、
前記セパレータ（１１６）は、少なくとも１つの絶縁バンド（１１８）の形式を有し、
２つの隣接する第１の層（１２０、１２２）は、それぞれ二重層（１２４、１２６）を形成するように順次的に重ねられ、２つの二重層（１２４、１２６）の間に前記第２の層（１２８、１４０）がそれぞれ挿入される電極アセンブリ（１１０）。
【請求項２】
前記第１の導電バンド（１１４）は、少なくとも１つの絶縁バンド（１１８）のうちの正確に１つと共に、順次的に重なる複数の第１の層（１２０、１２２）を形成する請求項１に記載の電極アセンブリ。
【請求項３】
前記第２の導電バンド（１３２）は、正確に２つの絶縁バンド（１１８）の間に３層バンド（１６４）として案内され、順次的に重なる複数の第２の層（１２８、１４０）を共に形成する請求項１又は２に記載の電極アセンブリ（１１０）。
【請求項４】
前記第１の導電バンド（１１４）及び前記第２の導電バンド（１３２）の少なくとも１つは、第１の側（１４６、１５８）及び第２の側（１５６、１６０）を有し、
前記第１の側（１４６、１５８）及び前記第２の側（１５６、１６０）の少なくとも１つは、少なくとも１つの絶縁バンド（１１８）によって互いに分離されないで順次的に重なる導電バンドが活物質を有さないように、少なくとも部分的に活物質を有する請求項１乃至３何れか１項に記載の電極アセンブリ（１１０）。
【請求項５】
前記第１の導電バンド（１１４）の前記第１の側（１４６）、前記第２の導電バンド（１３２）の前記第１の側（１５８）及び前記第２の導電バンド（１３２）の前記第２の側（１６０）は、少なくとも部分的に活物質を有し、前記第１の導電バンド（１１４）の前記第２の側（１５６）は、活物質を有さない請求項４に記載の電極アセンブリ（１１０）。
【請求項６】
少なくとも前記第１の折り目（１３４、１３６）及び前記第２の折り目（１４２）並びに接触領域において、前記第１の側（１４６、１５８）及び前記第２の側（１５６、１６０）の少なくとも１つの活物質を有する領域（１４８）の間に間隙（１５０）が設けられている請求項４又は５に記載の電極アセンブリ（１１０）。
【請求項７】
前記第１の導電バンド（１１４）及び前記第２の導電バンド（１３２）の少なくとも１つは、前記間隙（１５０）を少なくとも部分的に有する周辺領域（１６２）を備える請求項６に記載の電極アセンブリ。
【請求項８】
少なくとも１つの第１の電極（１１２）、少なくとも１つの第２の電極（１３０）及び前記第１の電極（１１２）及び第２の電極（１３０）の間に挿入された少なくとも１つのセパレータ（１１６）を含む層構造を有する電極アセンブリ（１１０）の製造方法であって、
ａ）第１の導電バンド（１１４）の形式で第１の電極（１１２）を提供するステップと、
ｂ）第２の導電バンド（１３２）の形式で第２の電極（１３０）を提供するステップと、
ｃ）前記第１の導電バンド（１１４）を折って第１の層（１２０、１２２）を形成するステップと、
ｄ）前記第２の導電バンド（１３２）を折って第２の層（１２８、１４０）を形成するステップと、を含み、
ステップｃ）及びｄ）は、複数回繰り返され、第１のジグザグ折りの形式で順次的に重なる複数の第１の層（１２０、１２２）が形成され、
前記第１のジグザグ折りの交互に反対になる第１の折り目（１３４）は、第１のジグザグ折りの第１の折り方向（１３８）を画定し、
第２のジグザグ折りの形式で順次的に重なる複数の第２の層（１２８、１４０）が形成され、
前記第２のジグザグ折りの交互に反対になる第２の折り目（１４２）は、第２のジグザグ折りの第２の折り方向（１４４）を画定し、
前記第１の層（１２０、１２２）及び前記第２の層（１２８、１４０）は、互いに平行に配置され、
前記第１の折り方向（１３８）及び前記第２の折り方向（１４４）は、互いに６０度乃至１２０度の角度を形成し、
２つの隣接する第１の層（１２０、１２２）は、それぞれで二重層（１２４、１２６）を形成するように順次的に重ねられ、２つの二重層（１２４、１２６）の間に前記第２の層（１２８、１４０）がそれぞれ挿入され、
前記セパレータ（１１６）は、前記第１の導電バンド（１１４）及び前記第２の導電バンド（１３２）の間に挿入される少なくとも１つの絶縁バンド（１１８）の形式で設けられ、
前記セパレータ（１１６）は、前記第１の導電バンド（１１４）を前記第２の導電バンド（１３２）から分離する方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの絶縁バンド（１１８）は、前記第１の導電バンド（１１４）及び前記第２の導電バンド（１３２）の少なくとも１つと共に案内される請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の導電バンド（１１４）は、前記少なくとも１つの絶縁バンド（１１８）のうちの正確に１つの絶縁バンド（１１８）と共に案内される請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の導電バンド（１３２）は、正確に２つの絶縁バンド（１１８）の間で、３層バンド（１６４）として案内される請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の少なくとも１つの電極アセンブリ（１１０）と、
少なくとも１つの電解質と、
前記第１の電極（１１２）のための少なくとも１つの第１の集電体と、
前記第２の電極（１３０）のための少なくとも１つの第２の集電体と、
を備える電気化学セル。
【請求項１３】
前記第１の集電体及び前記第２の集電体の少なくとも１つは、活物質を有する領域間の間隙（１５０）で取り付けられる請求項１２に記載の電気化学セル。
【請求項１４】
前記セパレータ（１１６）は、少なくとも部分的に前記電解質が含浸され、又は、前記電解質は、液体状態で、前記電気化学セルを少なくとも部分的に囲む筐体に導入されている請求項１２又は１３に記載の電気化学セル。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４の何れか１項に記載の少なくとも１つの電気化学セルを備える二次電池。
【国際調査報告】
2016541103.tif 000010
2016541103.tif 000011
2016541103.tif 000012
2016541103.tif 000013