(57)【要約】  バッテリーセルシステムと、バッテリーセルシステムを製造する方法が提供される。バッテリーセルシステムは、第１のアノードタブを備えた第１のアノードと、第１のアノードタブから横方向にオフセットした第２のアノードタブを備えた第２のアノードと、第１のカソードタブを備えた第１のカソードと、第１のカソードタブから横方向にオフセットされた第２のカソードタブを備えた第２のカソードとを含む電極スタックを含む。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極スタックを含むバッテリーセルシステムであって、前記電極スタックは、
第１のアノードタブを有する第１のアノードと、
前記第１のアノードタブから横方向にオフセットされた第２のアノードタブを有する第２のアノードと、
第１のカソードタブを有する第１のカソードと、
前記第１のカソードタブから横方向にオフセットされた第２のカソードタブを有する第２のカソードと、を含むことを特徴とするバッテリーセルシステム。
【請求項２】
前記電極スタックは、前記第１のアノードおよび第２のアノードと、前記第１のカソードよび第２のカソードとのそれぞれの間に配置された多孔質セパレータをさらに含む請求項１に記載のバッテリーセルシステム。
【請求項３】
前記第１のアノードタブと前記第２のアノードタブとに溶接され、前記第１のアノードタブと前記第２のアノードタブとの間で横方向に延びる第１の延長タブをさらに含む請求項１に記載のバッテリーセルシステム。
【請求項４】
前記第１のカソードタブと前記第２のカソードタブとに溶接され、前記第１のカソードタブと前記第２のカソードタブとの間で横方向に延びる第２の延長タブをさらに含む請求項３に記載のバッテリーセルシステム。
【請求項５】
電極タブ支持体をさらに含み、
前記電極タブ支持体は、前記第１および第２のアノードおよび／または前記第１および第２のカソード、ならびに前記第１および第２の延長タブのうちの１つまたは複数に適合し、前記第１および第２の延長タブの機械的支持を提供する請求項４に記載のバッテリーセルシステム。
【請求項６】
前記電極タブ支持体は、電気絶縁性ポリマー材料を含み、前記第１の延長タブおよび／または前記第２の延長タブと、保護ハウジングとの間で電気的分離を提供する請求項５に記載のバッテリーセルシステム。
【請求項７】
前記電極タブ支持部は、前記第１の延長タブおよび前記第２の延長タブを受け入れるための第１のスリットおよび第２のスリットを含み、
前記第１の延長タブおよび前記第２の延長タブは、前記電極タブ支持体の前記第１のスリットおよび前記第２のスリットを通って延びる請求項５に記載のバッテリーセルシステム。
【請求項８】
前記電極タブ支持体は、保護ハウジング内に一体的に形成される、または、前記保護ハウジングに直接物理的に結合される請求項５に記載のバッテリーセルシステム。
【請求項９】
前記第１のアノードおよび前記第２のアノードと、前記第１のカソードおよび前記第２のカソードとを少なくとも部分的に取り囲む構造フレームをさらに含む請求項１に記載のバッテリーセルシステム。
【請求項１０】
前記構造フレームは、１つまたは複数の壁を含み、
前記１つまたは複数の壁は、可撓性であり、前記電極スタックに向かって内側に曲げられ、その結果、電解質活性化中の膨張に適応する請求項９に記載のバッテリーセルシステム。
【請求項１１】
前記構造フレームは、保護ハウジングのヒートシームと一致する厚さが減少した凹状領域を有する１つまたは複数の面を含む請求項９に記載のバッテリーセルシステム。
【請求項１２】
電解質および／または通気ガスを受け入れるポートを含む保護ハウジングをさらに含む請求項１に記載のバッテリーセルシステム。
【請求項１３】
バッテリーセルシステムを製造するための方法であって、
複数のアノードタブを有する複数のアノードを形成する工程と、
複数のカソードタブを有する複数のカソードを形成する工程と、
アノードタブの第１のグループと、アノードタブの第２のグループとに第１の延長タブを溶接する工程と、
カソードタブの第１のグループと、カソードタブの第２のグループとに第２の延長タブを溶接する工程と、
前記複数のアノードタブは、前記アノードタブの前記第２のグループから横方向にオフセットされた前記アノードタブの前記第１のグループを含み、
前記複数のアカソードタブは、前記カソードタブの前記第２のグループから横方向にオフセットされた前記カソードタブの前記第１のグループを含むことを特徴とするバッテリーセルシステムを製造するための方法。
【請求項１４】
前記アノードタブの前記第１のグループと、前記アノードタブの前記第２のグループとに第１の電極タブ支持体を取り付ける工程と、
前記カソードタブの前記第１のグループと、前記カソードタブの前記第２のグループとに第２の電極タブ支持体を取り付ける工程と、をさらに含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数のカソードおよび前記複数のアノードを少なくとも部分的に囲む保護ハウジングおよび構造フレームの少なくとも一方に前記複数のカソードおよび前記複数のアノードを配置する工程をさらに含む請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２０１７年６月１５日に出願された、「電気化学セル用のスタックプリズム型構造」と題された米国仮特許出願第６２／５２０，４７８号の優先権を主張する。その出願の全ての内容は、参照としてここに挿入される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、バッテリーシステムおよびバッテリーセルシステムを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
バッテリー容量を増やすための費用対効果の高い解決策を探すことは、大きな課題である。バッテリーの電気化学的貯蔵のためのｋＷｈあたりの価格が低下し続けているため、より大容量のバッテリーを構築する必要がある。そのようなバッテリーは、高出力アプリケーションにも使用される。多くのタイプの電気化学セルは、「シート」状の電極を有する。正極材料および負極材料のシートは、互いに積み重ねられ、電気絶縁性の多孔質セパレータシートによって分離される。セルの全体的な容量（例えば、使用可能な総エネルギー）を増大させるために、シートまたは電極間の密接な接触が望まれている。
【０００４】
大きな幾何学的な表面積は、スタックプリズム型セル構造を有する、高出力で、低インピーダンスの電気化学セルに望まれている。スタックプリズム型セルを含む典型的なバッテリーの製造において、スタックは、電極セルまたは二次セルの層によって形成される。電極セルは、二次電池に有用なリチウムイオンまたは他の電気化学材料を含む。電池の寿命の間、電極スタックの電極が互いに非常に密接に接触したままであると、バッテリーは、所望の容量を達成できる。しかしながら、電極スタックがシート間で望ましい接触よりも少ない接触である場合、バッテリーのサイクリング中にバッテリー内で発生するガスにより、シート間またはシートとバッテリーハウジングとの間に張力が生じる。バッテリー容量を増加させ、所望の電極スタッキングを提供するために、多くの解決策が提案されてきた。
【０００５】
提案された例の１つは、ＵＳ８，１３３，６０９に示されている。その中で、複数のセルまたはプレートを含むバッテリーは、リード部分に溶接された各セルからタブを有する。そして、リード部分は、筐体によって保護されている。別の例は、ＵＳ６，１５９，６３１に示される。その中で、バッテリーが大きく膨らんだ場合の爆発を避けるために、セル缶またはハウジングに位置するさまざまな刻み目（scored）領域が、狭く制御可能な範囲で過剰な圧力を解放するために提供される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本明細書の発明者は、バッテリーセルの層化、バッテリーセルの溶接、ハウジングの製造および組み立て、ならびに、放出または安全換気の設計および製造に関連するシステムに潜在的な問題を特定した。例えば、高出力のスタックプリズム型セルを有する通常のバッテリーは、セルまたは電極セルの複数の層を有する。層の数は、各層のタブまたは電極を一緒に溶接するために使用される溶接技術によって制限される。特に、セルに含まれる電極の数は、溶接エネルギーにさらされたときの電極タブの耐久性によって制限される。したがって、電極の数が増加し、したがって、すべての電極を溶接するのに必要な溶接強度が増加すると、電極は、劣化（たとえば、溶融、変形など）に対する影響を受けやすい。例えば、現在の製造技術は、大きな電極寸法と、多くの場合６０層未満、通常２０〜３０層の層の数とを利用する。また、セルの厚さは、ハウジングの製造上の制限により、１５ｍｍに制限される。
【０００７】
さらに、ハウジングは、ハウジング材料を形成できる深さを制約する追加の制限を課す。ハウジングは、しばしばアルミニウムから形成される。ハウジングの形状は、金属薄板が型押しされる（stamped）方法と同様の方法でアルミニウムの金属薄板から形成される。しかしながら、従来のハウジング形成プロセス中に、アルミニウムまたは他のハウジング材料は、引き伸ばされる。その厚さは減少し、それにより、材料の強度が低下する。さらに、以前の二次電池または充電式電池は、１つまたは複数のバッテリーセルの壊滅的な故障に対処するために、安全弁またはガス放出装置を含まない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施形態では、上記の問題のいくつかは、バッテリーセルシステムによって少なくとも部分的に対処される。そのバッテリーセルシステムは、電極スタックを含む。その電極スタックは、第１のアノードタブを有する第１のアノードと、第１のアノードタブから横方向にオフセットした第２のアノードタブを有する第２のアノードと、第１のカソードタブを有する第１のカソードと、第１のカソードタブから横方向にオフセットされた第２のカソードタブを有する第２のカソードと、を含む。同じ極性の電極のタブをオフセットすることにより、必要に応じて、溶接グループ内の電極タブの数は減少する。したがって、セルに含まれる電極の数は、電極タブのグループの厚さを過度に増加させることなく、増加する。その結果、溶接強度の増加によって引き起こされる電極タブの劣化（例えば、変形、融解など）のリスクは低減される。このようにして、必要に応じて、耐久性を高めた高出力セルが実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、従来技術の電気化学セルの例を示す。
【００１０】
【図２Ａ】図２Ａは、バッテリーセルシステムのカソードを示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、バッテリーセルシステムのアノードを示す。
【００１１】
【図３】図３は、バッテリーセルシステムのアノードのコーティングシート材料を示す。
【００１２】
【図４】図４は、バッテリーセルシステムのカソードのコーティングシート材料を示す。
【００１３】
【図５】図５は、バッテリーセルシステムのインターリーブタブを有する電極スタックを示す。
【００１４】
【図６】図６は、バッテリーセルシステムにおいて溶接するためのトリミングされたタブを有する電極スタックを示す。
【００１５】
【図７】図７は、バッテリーセルシステムにおける溶接された延長タブを有する電極スタックを示す。
【００１６】
【図８】図８は、バッテリーセルシステムの上部フレームを有する電極スタックを示す。
【００１７】
【図９】図９は、バッテリーセルシステムにおけるスタックアセンブリを有する構造フレームを示す。
【００１８】
【図１０】図１０は、バッテリーセルシステムにおける構造フレームを有する電極スタックを示す。
【００１９】
【図１１】図１１は、バッテリーセルシステムにおけるストレインリリーフ用に設計された構造フレームの側壁を示す。
【００２０】
【図１２】図１２は、バッテリーセルシステムにおける電極スタックを囲む保護ハウジングを示す。
【００２１】
【図１３Ａ】図１３Ａは、バッテリーセルシステムにおける保護ハウジングの異なる図を示す。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、バッテリーセルシステムにおける保護ハウジングの異なる図を示す。
【００２２】
【図１４】図１４は、バッテリーセルシステムの保護ハウジングの別の図を示す。
【００２３】
【図１５】図１５は、バッテリーセルシステムの溶接された電極スタックを示す。
【００２４】
【図１６】図１６は、バッテリーセルシステムの充填または換気ポートを有するポーチの上部を示す。
【００２５】
【図１７】図１７は、バッテリーセルシステムの充填または換気ポートに設置された破裂板通気孔を示す。
【００２６】
【図１８】図１８は、バッテリーセルシステムにおける電極スタックパターンの例を示す。
【００２７】
【図１９】図１９は、バッテリーセルシステムにおけるラミネートポーチの層を示す。
【００２８】
【図２０】図２０は、バッテリーセルシステムを製造する方法を示す。
【００２９】
図２Ａ〜１７は、縮尺どおりに描かれているが、必要に応じて、他の相対的な寸法が使用されてもよい。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下の説明は、スタック型電気化学セルバッテリー（例えば、スタックプリズム型電気化学セルバッテリー）を有するバッテリーセルシステムと、セルバッテリーを製造する方法に関する。図２Ａ〜２０は、まとめて議論される。図２Ａ〜１５は、バッテリーセルシステム５５０の組み立ての異なる段階を示す。図１６〜１７は、バッテリーセルシステムの保護ハウジングの構成例を示す。図１８は、バッテリーセルシステムに含まれる電極スタックの層の例を示す。図１９は、バッテリーセルシステムの保護ハウジング内の層の例を示す。図２０は、バッテリーセルシステムを製造する方法を示す。さらに、軸Ｘ、Ｙ、およびＺは、図２Ａ〜１７の参照用に提供される。一例で、Ｚ軸は、重力軸に平行である。したがって、それは、垂直軸と呼ばれてもよい。加えて、Ｙ軸は横軸であり、Ｘ軸は縦軸である。しかしながら、他の例では、軸の向きが異なる場合がある。
【００３１】
本明細書で説明するスタック型セルバッテリーは、図１（従来技術）の改良である。従来技術の図１は、複数のアノード箔タブ１０２および複数のカソード箔タブ１０４を有する電極スタック１００の一例を示す。図１に示されるように、複数のアノード箔タブ１０２は、互いに横方向に一列に並んでいる。複数のカソード箔タブは、同様に互いに横方向に一列に並んでいる。
【００３２】
本明細書の説明において、アノードは正極であり、カソードは負極である。負極は、規約電流がデバイスを出る電極である。正極は、規約電流がデバイスに入る電極である。したがって、いくつかの例では、アノードおよびカソードは、一般に電極と呼ばれる。
【００３３】
図３は、電極スタック（例えば、図５に示される電極スタック５００など）に含まれる例示的なアノード３００を示す。アノード３００は、電流を収集するように設計されたアノード電極シート３０６の両側にコーティングされたアノードコーティング３０２を含む。アノード電極シート３０６は、金属箔基材を含む。コーティング３０２は、天然および人工グラファイトまたはリチウムチタン酸塩の混合物、または金属リチウムなどの電気化学的に活性なアノード材料（例えば、電気活性リチウムインターカレーション材料）を含む。したがって、アノード３００は、コーティング３０２で部分的または全体的に覆われた金属箔基材（例えば、アノード電極シート３０６）を含む。コーティング３０２は、アノード電極シート３０６の特定の部分（アノード電極シート３０６のすべてではない）（例えば、アノード電極シート３０６の特定の幅）上に塗布される。その結果、アノード電極シート３０６の少なくとも一部は、コーティングされないままである。したがって、アノード３００は、コーティング３０２を含むコーティング部分３０４と、非コーティング部分３０８とを含む。非コーティング部分３０８は、アノード電極シート３０６を構成し、コーティング部分３０４から突出する。コーティングされたシート材料は、コーティング部分の交互のエッジに沿ってスリットされている。その結果、電極の一方のエッジのコーティング領域から特定の幅に広がる露出した非コーティング箔とともに連続電極材料となっている。
【００３４】
図４は、図５に示される、電極スタック５００に含まれる例示的なカソード４００を示す。カソード４００は、いくつかの例では、正極４００と呼ばれる。一例では、カソード４００は、アノード３００とサイズおよび構成において類似している（それは、同様の寸法を含み、コーティングで部分的に覆われている）。しかしながら、他の例では、カソード４００は、アノードとは異なるサイズ、形状などを有してもよい。さらに、カソード４００は、アノード３００とは異なる材料で構成されている。特に、カソード４００は、特別に調製されたリチウム化リン酸鉄粉末またはリチウム化金属酸化物粉末、導電性カーボン、およびポリマーバインダーの混合物を含む。具体的には、カソード４００は、カソードコーティング４０２で被覆されたカソード電極シート４０６を含む。カソード電極シート４０６は、アノード３００のアノード電極シート３０６と同様の金属箔集電体基材も含む。しかし、コーティング４０２は、特別に調製された粉末の異なる混合物を含んでもよい。特に、カソードコーティング４０２は、電気化学的に活性なカソード材料（例えば、上記の特別に調製されたリチウム化リン酸鉄塩粉末またはリチウム化金属酸化物粉末、導電性カーボン、およびポリマーバインダーの混合物など）を含む。したがって、カソード４００は、アノードとカソードとのコーティングが異なることを除いて、アノード３００と同様の方法で調製される。アノード３００上のコーティングと同様に、コーティング４０２は、電極シート４０６の特定の部分（しかし、シート４０６のすべてではない）（例えば、電極シート４０６の特定の幅）上に付与される。その結果、シート４０６の少なくとも一部は、コーティングされないままである。したがって、カソード４００は、コーティング４０２を含むコーティング部分４０４と、電極シート４０６を構成する非コーティング部分４０８とを含む。次いで、コーティングされたシート材料は、コーティング部分の交互のエッジに沿ってスリットされる。その結果、電極の一方のエッジのコーティング領域から特定の幅に広がる露出した非コーティング箔とともに連続電極となっている。
【００３５】
したがって、電極シート３０６および４０６の非コーティング部分は、コーティング３０２および４０２を超えて延び、そこから突出する。本明細書でより詳細に説明するように、電極シート３０６および４０６の突出部分は、より狭いタブに切り取られる。切り取り後、これらの狭められ、切断された非コーティング電極の領域は、電極タブと呼ばれる（本明細書でより詳細に説明される）。したがって、切り取られた電極シート３０６および４０６は、電極タブ２１２、２１６、２２０、および２２４と呼ばれる。
【００３６】
したがって、コーティングされ、カレンダー加工された、スリット電極３００および４００の連続ロールは、通常のスタンピングプロセス（例えば、スチール刻線ダイまたは近接クリアランススタンピングダイなど）を使用して、所望の寸法に打ち抜かれる（stamped）。打ち抜かれた電極の形状は、レーザー切断によって作成される。従来技術のプリズム型セルでは、第１および第２の電極のそれぞれは、打ち抜かれた後に残った同一の箔タブを有する（図１参照）。その結果、セル電極スタックに積み重ねられた場合、第１の電極の個々の箔タブ１０２は、電極スタックの１つの角に対して単一の位置にすべて整列する。第２の電極のすべての打ち抜き箔タブ１０４も同様に、電極スタックの角に対して異なる単一の位置ですべて一緒に整列する。
【００３７】
ここで図２Ａおよび２Ｂを参照すると、上記の先行技術に対する改善として、現在開示されているバッテリーシステムが示される。コーティングされ、カレンダー加工されたスリット電極材料の連続ロールは、スタンピング技術を使用して所望の寸法に打ち抜かれる。しかしながら、カソードとアノード３００および４００のそれぞれは、残りの箔タブの位置が異なる２つの異なる電極寸法に打ち抜かれる。その結果、２つの異なる打ち抜きカソード２０２および２０４と、２つの異なる打ち抜きアノード２０６および２０８とが得られる。打ち抜きカソード２０２および２０４は、それぞれ、電極タブ２１２および２１６を含む。したがって、第１のカソード２０２は、第１のカソードタブ２１２を含む。第２のカソード２０４は、第２のカソードタブ２１６を含む。同様に、第１のアノード２０６は、第１のアノードタブ２２０を含む。第２のアノード２０８は、第２のアノードタブ２２４を含む。本明細書でより詳細に説明するように、カソード２０２および２０４、ならびに、アノード２０６および２０８を積み重ねて、電極スタック（例えば、図５に示す電極スタック５００）を形成する。特に、最大１５０個の電極（例えば、カソード２０２および２０４、および／または、アノード２０６および２０８）を一緒に積み重ねて、電極スタックを形成する。積み重ねられると、電極は、電極の端部が整列するように、互いに整列される。したがって、電極２０２、２０４、２０６、および２０８の第１の端部２０１、２０５、２１１、および２１５は整列する。第２の端部２０３、２０７、２１３、および２１７は整列する。しかしながら、タブ２１２、２１６、２２０、および２２４は、電極が積み重ねられるとき、互いに横方向にオフセットされる。したがって、タブ２１２、２１６、２２０、および２２４は、互いに重なり合わない。
【００３８】
上述のように、カソードタブ２１２および２１６は、図２Ａに示される例示的な寸法に切り取られたカソード電極シート４０６から延びる。したがって、カソードタブ２１２および２１６は、同様の（例えば、同等の）組成を有する。そして、カソードタブ２１２および２１６は、カソード２０２および２０４が互いに整列している（align）とき、互いに横方向にオフセットされることを除いて、同様の（例えば、同等の）サイズ、形状、および／または幾何学的形状を有する。別の言い方をすれば、カソード２０２および２０４の突出電極シート３０６は、異なって切断される。その結果、得られるカソードタブ２１２および２１６はそれぞれ、互いにオフセットされ、図５に示されるように積み重ねられたときに重ならない。カソード２０２および２０４は、それぞれ、カソード２０２および２０４の第１の端部２０１および２０５を位置合わせすることにより電極スタック（例えば、図５に示される電極スタック５００）に積み重ねられるとき、互いに整列する。図２Ａの例に示されるように、タブ２１２および２１６は、それぞれ、第２の端部２０３および２０７よりもカソード２０２および２０４の第１の端部２０１および２０５の近くに配置される。従来のセルスタック（同様の電荷の電極タブが整列している）と比較した場合、アノードタブとカソードタブのオフセットグループにより、タブスタックの厚さを減少することができる。タブスタックの厚さを減少すると、タブスタックを溶接するために使用されるエネルギーを低減することができる。その結果、必要に応じて、溶接強度の増加によって引き起こされるセルスタックの劣化（たとえば、望ましくない変形、融解など）の可能性が低減する。その結果、バッテリーシステムのサイズは、タブスタックの厚さを望ましくない値を超えて過度に増やすことなく、増大する。
【００３９】
したがって、カソードタブ２１２は、第１のタブオフセット２１０によって規定される距離だけカソード２０２の第１の端部２０１から離間する。同様に、カソードタブ２１６は、第２のタブオフセット２１４によって規定される距離だけカソード２０４の第１の端部２０５から離間する。しかしながら、第２のタブオフセット２１４は、第１のタブオフセット２１０よりも大きい（例えば、より大きい距離）。このようにして、カソード２０４のタブ２１６は、カソード２０２の第１の端部２０１から離れたカソード２０２のカソードタブ２１２より、カソード２０４の第１の端部２０５からより大きな距離だけ離間する。特に、第２のタブオフセットは、カソード２０２および２０４が、それらの第１の端部２０１および２０５、ならびに第２の端部２０３および２０７を互いに位置合わせすることによって互いに整列するとき、タブ２１６がカソードタブ２１２と重ならないような大きさとなっている。
【００４０】
図２Ｂは、図２Ｂがアノード２０６および２０８の電極タブ間隔を示すことを除いて、図２Ａに示されるカソードタブ間隔と同様の電極タブ間隔を示す。したがって、アノード２０６および２０８のアノードタブ２２０および２２４は、それぞれ、カソードタブ２１２および２１６と同様の（例えば、同等の）サイズ、形状、および／または幾何学的形状を有する。ただし、カソード２０２および２０４のタブ２１２および２１６とは異なり、アノード２０６および２０８のアノードタブ２２０および２２４は、第１の端部２１１および２１５よりもアノード２０６および２０８の第２の端部２１３および２１７の近くに離間していることを除く。
【００４１】
したがって、電極タブ２２０は、第１のタブオフセット２１８によって規定される距離だけアノード２０６の第２の端部２１３から離間する。同様に、アノードタブ２２４は、第２のタブオフセット２２２によって規定される距離だけアノード２０８の第２の端部２１７から離間する。しかし、第２のタブオフセット２２２は、第１のタブオフセット２１８よりも大きい。このようにして、アノード２０８のタブ２２４は、アノード２０６のタブ２２０がアノード２０６の第２端部２１３から離間するより、アノード２０８の第２の端部２１７から、より大きな距離だけ離間する。特に、第２タブオフセット２２２は、アノード２０６および２０８がそれらの第１の端部２１１および２１５、ならびに第２の端部２１３および２１７を互いに位置合わせすることにより、互いに整列するとき、タブ２２４がタブ２２０と重ならないような大きさになっている。
【００４２】
タブがオフセットされると、オフセットされたタブの側面２５０は、それらが横方向に分離されるように互いに離間する。さらに、図２Ａおよび図２Ｂに示されるタブの上面２５２は、同様の高さを有する。しかしながら、他の例では、タブの上面２５２は、同等ではない高さを有する。さらに、他の例では、アノードタブの第１のグループは、カソードタブのグループ間のオフセットとは異なる量だけアノードタブの第２のグループからオフセットされてもよい。
【００４３】
電極スタッキングプロセス中、２つの異なるカソード２０２および２０４と、２つの異なるアノード２０６および２０８は、交互に積層され、絶縁多孔質セパレータ材料によって分離される。同じ極性電極の打ち抜きタブ間の横方向のオフセットは、打ち抜き幅および位置の許容誤差と、各電極の積層位置の許容誤差との合計から決定される。その結果、小さなギャップが各タイプの電極タブ間に維持される。
【００４４】
ここで図５を参照すると、電極スタック５００と、構造フレーム５０１とを含むバッテリーセルシステム５５０が示される。バッテリーセルシステム５５０は、図１２に示され、詳細に説明されるラミネートポーチ１２００などの保護ハウジングも含む。図５は、電極スタック５００を形成するカソード２０２および２０４ならびにアノード２０６および２０８も示す。電極スタック５００は、一例において、それぞれ第１および第２のカソード２０２および２０４、および／または、第１および第２のアノード２０６および２０８を含む。他の例では、電極スタック５００は、２つ以上のアノードおよび／またはカソードを含む。
【００４５】
電極は、構造フレーム５０１によって所定の位置に保持される。したがって、積み重ねられると、電極２０２、２０４、２０６、および２０８のタブ２１２、２１６、２２０、および２２４は、タブの４つの別個のグループを形成する。各グループは、同じタイプの電極を含む。しかし、いくつかの例では、箔タブは、任意の望ましい順序に再配置される。したがって、第１の電極タブグループ５０２は、第１のカソード２０２のタブ２１２を含む。第２の電極タブグループ５０４は、第２のカソード２０４のタブ２１６を含む。第３の電極タブグループ５０６は、第１のアノード２０６のタブ２２０を含む。第４の電極タブグループ５０８は、第２のアノード２０８のタブ２２４を含む。いくつかの例において、グループ５０２、５０４、５０６、および５０８のそれぞれは、複数のそれぞれのタイプの電極タブを含む。また、いくつかの例において、各グループは、同じ数の電極タブを含む。しかしながら、他の例では、グループは、異なる数の電極タブを含む。例えば、最大１５０個の電極を電極スタック５００に積み重ねる。しかしながら、スタックは、互いにオフセットした２つの異なるカソードタブグループと、互いにオフセットした２つの異なるアノードタブグループとを含む。そのため、各グループのタブの数は、アプローチ（カソードタブのすべてが互いに整列し、アノードタブのすべてが互いに整列する）と比較した場合、減少する。
【００４６】
さらなる例では、２つ以上のオフセットアノードタブおよび／またはカソードタブは、電極スタックで使用される。したがって、正極の２つ以上のオフセットグループおよび負極の２つ以上のオフセットグループは、電極スタックで使用される。電極スタックで利用されるオフセットタブの数を増やすことにより、スタックに含まれる電極の数は増大する。
【００４７】
電極スタック５００を組み立てることは、一例では、特殊なスタッキング機械を利用することを含む。特殊なスタッキング機械は、交互に積み重ねられた電極（たとえば、カソードとアノード）の周りに「Ｚ」に折り畳まれた多孔質セパレータ材料の連続シートを含む。その結果、箔タブの４つの異なるグループを有し、カソードとアノードを交互に積層する長方形状または角柱形状の電極スタック５００をもたらす。その箔タブは、スタックの単一のエッジにあるセパレータのエッジを越えて伸びる、または、電極スタックの反対側から伸びる。一例として、電極スタック５００は、交互電極のＺ包装後、多孔質セパレータ材料で包まれる。多孔質セパレータ材料により、アノードとカソードは分離され、イオン電荷キャリアの輸送を可能にしながら、アノードとカソードとの間の不要な相互作用（例えば、短絡）の可能性を低減する。電極スタック５００の他の製造技術が企図される。
【００４８】
スタッキング後、図５に示されるように、タブグループ５０２、５０４、５０６、および５０８のタブは、所望の形状（例えば、最終形状）に切り取り、成形、曲げ、折り畳みなどされる。その一例を図６に示す。図６は、スタッキング機械から取り外した後の電極スタック５００を示す。電極スタック５００は、構造フレーム５０１（例えば、保持具）に配置される。延長タブグループ５０２、５０４、５０６、および５０８は、それらがセル延長タブの溶接後に有する寸法および所望の形状（最終形状など）に成形され、切り取られる。図６に示すように、切り取られたおよび成形されたタブグループは、本明細書で、成形タブグループ６０２、６０４、６０６、および６０８と呼ばれる。したがって、タブグループ６０２、６０４、６０６、および６０８は、溶接前に所望の形状に切り取られ、成形されたタブグループ５０２、５０４、５０６、５０８である。負極タブを含む負極グループ６０２および６０４は、カソードタブ６１２とまとめて呼ばれる。正極グループ６０６および６０８は、アノードタブ６１４とまとめて呼ばれる。いくつかの場合において、小型の超音波予備溶接は、固定および延長タブ溶接用の望ましい形状にタブを保持するために使用される。
【００４９】
図６に示されるように、タブグループ５０２、５０４、５０６、および５０８は、それぞれ、結果として生じるタブ６１２および６１４が垂直溶接面６０３および６０５を含むように切り取られる。これは、図７を参照してより詳細に示され、説明されるように、延長タブに直接溶接される。
【００５０】
図６はまた、バッテリーセルシステム５５０の、前面６５０、後面６５２、上面６５４、底面６５６、第１の側面６５８、および第２の側面６６０も示す。構造フレーム５０１は、電極スタック５００を部分的に囲む。具体的には、構造フレーム５０１は、システムの、前面６５０、後面６５２、第１の側面６５８、および第２の側面６６０の下方に延びる。このようにして、構造フレーム５０１は、バッテリーセルシステム５５０に構造的補強を提供する。
【００５１】
図１８を参照すると、バッテリーセルシステム１８５０に電極スタック１８００を形成するための一般的なスタッキングシーケンスが示される。バッテリーセルシステム１８５０は、図２Ａ〜１７に示されるバッテリーセルシステム５５０の一例である。電極スタック１８００は、以下のパターンに従って配置される。すなわち、セパレータ材料１８０２／第１の電極１８０４／セパレータ材料１８０２／第２の電極１８０６／セパレータ材料１８０２／第３の電極１８０８／セパレータ材料１８０２／第４の電極１８１０などである。この非限定的な例では、要素１８０４、１８０６、１８０８、および１８１０は、図２Ａおよび図２Ｂに示される第１および第２の正極および負極のいずれかに対応する。しかし、他のスタッキングシーケンスが検討される。さらに、図１８に示されるセルスタッキングパターンは、何回でもすきなだけ繰り返される。いくつかの例では、パターンは２０〜６０回繰り返される。一例として、最下部のセパレータ材料１８０２（電極スタックに隣接する矢印によって区別される下部および上部）によって示されるように、スタックは、上部でセパレータ材料の層で始まり、下部でセパレータ材料の下（例えば、最終）層で終わる。
【００５２】
一例として、図１８に示されるように、繰り返し使用されるスタッキングシーケンスは、セパレータ／第１のアノード／セパレータ／第１のカソード／セパレータ／第２のアノード／セパレータ／第２のカソードである。しかしながら、上述したように、他のスタッキングシーケンスを使用してもよい。さらに、例として、１または複数のスタッキングシーケンスをスタック全体で使用してもよい。さらなる例として、スタッキングシーケンスまたはシーケンスを複数回積み重ね、繰り返した後、セパレータ材料の層は、スタックがセパレータ材料の層で開始し、終了するように使用される。さらなる例として、スタッキング後、セパレータの痕跡エッジは、後続のセル製造工程中に、その位置を維持するために、所定の位置にテープで留められる。
【００５３】
ここで図７を参照すると、タブ成形および切り取り（trimming）後、少なくとも２つのタブグループ（例えば、図６の６１２および６１４）の各対は、第１の延長タブ７０２および第２の延長タブ７０４に溶接される。第１および第２の延長タブの幅は、一例では、２つのタブグループ６１２および６１４の間のギャッププラス電極タブ幅の２倍に少なくとも等しい。２つの別個の超音波溶接は、２つの電極タブグループを１つの延長タブに統合するために使用される。一例では、２つの溶接は、単一の溶接ホーンで同時に行われる。この溶接は、２つのグループのアノードタブの両方の上と、アノード延長タブ上と、２つのグループのカソードタブ上と、カソード延長タブ上とで別々に実行される。一例として、２つのグループのアノードタブ６１４は、アノード延長タブ７０４に溶接される。２つのグループのカソードタブ６１２は、カソード延長タブ７０２に溶接される。延長タブ７０２および７０４により、オフセットタブの異なるグループを電子的に結合することができる。
【００５４】
いくつかの例では、タブ６１２および６１４は、それぞれ、延長タブ７０２および７０４と、電極タブ支持体７０６および７０８との間に挟まれる。しかしながら、他の例では、タブは、電極タブ支持体なしに、延長タブに直接溶接される。他の例では、図６に示される各タブグループ６０２および６０４および図６に示されるタブグループ６０６および６０８は、図７に示される延長タブ７０２および７０４に溶接される。そのようなプロセスは、タブ支持体７０６および７０８を追加する前にタブグループを統合するために使用され、より堅牢な電極アセンブリを提供する。
【００５５】
電極タブ支持体７０６および７０８は、タブアセンブリの構造的完全性を高める。それにより、バッテリーの使用および／または製造中に生じるタブ損傷の可能性を低減する。その結果、バッテリーセルシステムの耐久性が向上する。電極タブ支持体７０６および７０８はそれぞれ、スリット７１０および７１２を含む。図示の例では、延長タブ７０２および７０４は、スリットを通って延びる。しかしながら、他の電極タブ支持プロファイルが検討される。さらに、一例では、電極タブ支持体７０６および／または７０８は、電気絶縁性ポリマー材料７１４を含む。電気絶縁性ポリマー材料７１４は、延長タブ７０２および７０４と、本明細書でより詳細に説明される構成要素（例えば、保護ハウジングなど）との間に電気絶縁性を提供するように設計される。さらに、いくつかの例では、電極タブ支持体７０６および７０８は、保護ハウジングと一体的に形成され、または、保護ハウジングに直接物理的に結合される。
【００５６】
加えて、一例では、カソードタブ６１２は、ニッケルめっきされた銅材料を含む。そして、アノードタブ６１４は、アルミニウム材料を含む。しかしながら、他の例では、追加のまたは代替の材料は、アノードタブおよび／またはカソードタブに含まれてもよい。
【００５７】
ここで図８を参照すると、延長タブの溶接後、電極スタックを含む構造フレーム５０１が組み立てられる。一例では、単一のセル面に正タブと負タブの両方を有するセル構成では、その面に単一の成形フレームアセンブリのみが存在する。別の例では、タブが電極スタックの反対側から延びる場合、２つの成形フレームアセンブリが使用される。構造フレーム５０１は、少なくとも１つの支持体８０４（例えば、ポリマー支持体）を含む。図示された例では、支持体８０４は、積層ポーチ包装の結果として生じる形状に一致するように、面取りされたエッジを有する実質的に三角形の断面を有する。しかしながら、支持体８０４の他のプロファイルが検討される。さらに、支持体８０４は、延長タブ７０２および７０４が支持体の中央領域を通過できるサイズの２つのスロット８０５および８０７を含む。構造フレーム５０１は、一例では、２つの一致するハーフ部（halves）で組み立てられる。その２つの一致するハーフ部は、２つの成形されたフレームのハーフ部を一緒にスナップ嵌めまたは圧入することにより、セルのタブ付き面上に組み立てられる。さらに、一例では、支持体８０４は、射出成形されてもよい。さらに、図示の例では、支持体８０４は、Ｚ−Ｙ平面に三角形の断面を有する。したがって、支持体８０４は、垂直方向にテーパー付けられている。しかしながら、他の例では、支持体８０４の他の形状が検討され、使用される。例えば、支持体８０４は、長方形の断面を有してもよく、または、湾曲した（例えば、凸状または凹状）部分を含んでいてもよい。さらに、支持体８０４は、構造フレーム５０１のベース８０６に取り付けられてもよい（例えば、溶接、接着結合、機械的に結合、それらの組み合わせなど）。
【００５８】
次に図９を参照すると、図９は、組み立てられた構造フレーム５０１（例えば、内部ボックス）と、ラミネートポーチの包装材料の内面からタブおよび電極スタックの機械的分離を提供することを示す。それにより、取り扱い中またはバッテリー使用環境でのその後の環境暴露中、衝撃、振動または衝突のため、機械的損傷および電気絶縁の損失からポーチを保護している。構造フレームは、射出成形によって２つの別個のハーフ部９０４および９０６で製造されてもよく、圧入またはスナップ嵌めによって溶接電極スタック上に組み立てられてもよい。加えて、構造フレームのさらなる強化は、構造フレーム５０１の一方の面９０９上の減厚領域９０８を含む。それにより、ラミネートポーチのヒートシールシーム（heat sealed seam）に機械的緩和を提供する凹溝を作成する。そのヒートシールシームは、次の組み立てステップに適用される。一例では、構造フレーム５０１は、射出成形される。しかしながら、他のフレーム製造技術が検討される。
【００５９】
次いで、構造フレーム５０１は、保護ハウジング内にパッケージされ、および／または真空シールされる。一例では、保護ハウジングは、上述したように、凹みシーム緩和溝（recessed seam relief groove）を有する内部保護構造を備えたラミネートポーチで（例えば、図１２に示されるラミネートポーチ１２００など）あってもよい。しかしながら、より大きな剛性を有するハウジングなど、他のタイプの保護ハウジングが検討される。
【００６０】
ラミネートポーチ１９００の例は、図１９に示される。ラミネートポーチ１９００は、セルバッテリーシステム５５０に含まれる前述のラミネートポーチ１２００の一例である。図１９に示されるラミネートポーチ１９００は、少なくとも２つの層を含み、いくつかの例では、少なくとも１つの金属層でヒートシール可能なラミネートを作成するために４つの機能層を含む。その金属層は、非水性電解質を有する完成した電気化学セルへの水分侵入を低減（例えば、防止）する。最も内側の層１９０２は、アルミニウム層１９０４に結合されたヒートシール可能なポリオレフィン（例えば、ポリプロピレンなど）である。そのアルミニウム層１９０４は、別のポリマー層１９０６（例えば、ナイロン層）に結合される。別のポリマー層は、次に外部層１９０８（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層）に結合される。一例として、層１９０２、１９０４、１９０６、および１９０８は、最終用途の設計目標に基づいて、必要に応じて再配置される。ラミネートポーチ１９００は、バッテリーセルシステム１９５０に含まれる。バッテリーセルシステム１９５０は、図２Ａ〜１８に示されるバッテリーセルシステム５５０の一例である。ラミネートポーチ１９００は、一例では、電解質活性化中の膨張に適応する１つまたは複数の壁を含む。さらに、このような例では、ラミネートポーチの壁は、電解質活性化後に実質的に平坦であり、電解質活性化の前に内側に曲がっている。このようにして、ポーチは、ポーチおよび／またはセルの損傷の可能性を減らすために、膨張に対応する。
【００６１】
ここで図１０を参照すると、さらなる例として、バッテリーセルシステム５５０の組み立て工程は、組み立ておよび使用中の機械的損傷から電極スタックエッジを保護するために、および、セルアセンブリが真空シールされたときに生じる外部圧力（例えば、１平方インチ（ｐｓｉ）あたり少なくとも１４．６ポンドの圧力）から電極スタックエッジを保護するために、溶接された電極スタックアセンブリの外側の回りに構造フレーム５０１を最初に組み立てる工程を任意に含む。内部フレームは、電極スタックの溶接タブ領域の周りに配置された少なくとも保護フレームを含む。構造フレームの上面は、実質的に三角形の断面形状を有し、折り畳まれたポーチラミネート包装の形状と一致するように端部にテーパー状のエッジ１００２、１００４を有する。必要に応じて、構造フレーム５０１を延長して、電極スタックのエッジと角がポーチのラミネート材料の内面と直接接触することを防止する。それによって、内側のヒートシール可能なポリマー層への機械的損傷による内部電気絶縁性の損失を防止し、電気化学的に活性な電極との電気接触にアルミニウム層をさらす。
【００６２】
一例では、内部構造フレームは、図９および図１０に示されるように、各フレームのハーフ部の間に柔軟なギャップを有する２つの一致するハーフ部で製造されている。構造フレーム５０１の減厚領域（reduced thickness area）９０８により、完成したセルおよび電極スタックは、セルの電気化学的活性化、形成および脱ガスプロセス中に、通常の厚さ方向に圧縮されることができる。この圧縮は、電極とセパレータ表面との間の気泡を除去する手段として適用される。この気泡は、セルの電気化学的形成プロセス（例えば、アノードＳＥＩ形成など）、セル内の残留水分との反応、および／または、その他の寄生化学反応（ガス状の副産物を生成する）の副産物として形成される。柔軟なギャップは、セルの充電および放電中に、充電状態の変化によって引き起こされる電極の膨張が原因で、セルの厚さを増減することができる。構造フレーム（例えば、内部製造支持フレーム）は、例えば、化学的に適合性のポリマー（例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、および／またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）など）を射出成形することにより製造される。
【００６３】
ここで図１１を参照すると、例として、セル電解質の活性化、形成、および使用中の電極スタックの膨張に対応するために、本明細書でより詳細に説明する構造フレーム５０１および／または保護ハウジングの垂直側壁１１０４は、セルの中心線１１１０に向かって内側にテーパー付けられる。それにより、追加の材料がセルの膨張と収縮に対応することができる。追加の材料は、バッテリーセルシステムのしわや割れの可能性を低減する。１１０６で示されるように、セルが膨張すると、バッテリーの通常のサイクリング中、追加の材料は、中央シームを損傷しないように張力緩和を提供する。次いで、電極スタックおよびフレームアセンブリは、ラミネートポーチ内に包装される。さらなる例として、構造フレーム５０１の内側にテーパーした面の上述の特徴は、バッテリーの他のエッジまたは面への圧力を緩和するために使用される。したがって、バッテリーの他のエッジまたは面は、内側にテーパーした面を有する。
【００６４】
図１２に戻って、バッテリーセルシステムは、図示の例では、ラミネートポーチ１２００の形態の保護ハウジングを含む。しかし、前述のように、他の適切なタイプの保護ハウジングが検討される。
【００６５】
図１２に示されるように、ラミネートポーチ１２００は、長方形の断面形状に形成される。１つのセクション（例えば、端部）は、折り畳まれ、ヒートシールされる。そのため、図示の例では、ヒートシーム１２０２は、ラミネートポーチの下に延びている（例えば、垂直に延びている）。このようにして、ラミネートポーチの閉端部が形成される。さらに、ヒートシーム１２０２は、図１０に示される構造フレーム５０１の減厚領域９０８と整列する。このようにして、一例では、ヒートシーム１２０２は、減厚領域９０８と一致する。しかしながら、ヒートシーム１２０２は、他の例では、他の場所に配置される。
【００６６】
さらに、いくつかの例では、電極スタックと同じ寸法を有する中実の長方形のサイジング器具１２０６は、所望の長方形の形状を維持するために、ラミネートポーチの内側に配置される。一方、一方の端部を折り曲げてヒートシールする。
【００６７】
ラミネートポーチの組立シーケンスの一例は、次のとおりである。ラミネートパウチ材料は、連続ロールから取られ、幅２〜２０ｍｍの重なり合う部分を有する管状形態に最初に巻かれる。例として、重なり合う部分の幅は、１０ｍｍである。重なり合う部分は、平らな加熱バーを使用してヒートシールされ、シールされていない表面に対して平らに折り畳まれる。
【００６８】
ポーチの折り畳み工程は、一例では、ポーチの狭い側壁に対してポーチの垂直方向の長い面を圧縮しながら、ポーチの２つの狭い面のそれぞれで三角形の領域を変位させる工程を含む。加えて、ポーチ１２００は、ポーチパッケージの側壁のエッジに隣接する狭い幅に沿って選択的にヒートシールされる。中央領域は、いくつかの例では、将来の組み立て工程中に、電解質を充填できるように、この工程でシールされないままである。
【００６９】
ここで、図１３Ａおよび１３Ｂを参照すると、ラミネートポーチ１２００の底部閉端部を折り畳み、ヒートシールした後、長方形のサイジング固定具１２０６を取り外す。電極スタックおよび成形プラスチックフレームアセンブリをポーチパッケージの閉端部から離れる方向に向いたタブに挿入する。角の三角形の折り目は、底部の閉端部の三角形の折り目と同様の方法で達成される。上部開端部を圧縮する。ポーチは、電極タブ支持体７０６および７０８と、ポーチの反対面との両方にヒートシールされる。それにより、セルの上部タブ端にシールを作成する。充填ポートは、この概念に組み込まれる。この特徴は、射出成形された保護フレームと統合される、または、ポーチの素材またはフレームに融合した別の部品として統合される。構造フレームの周囲領域は、ポーチの内部ポリマー層にヒートシールされ、漏れ止めシールを作成する。さらに、ラミネートポーチ１２００の切り取られていない端部１３０６は、セル充填およびガス形成収集のために使用される。
【００７０】
図１４は、ラミネートポーチの追加の切り取られていない端部１３０６を有するラミネートポーチ１２００のさらなる図を示す。
【００７１】
図１５は、構造フレームまたはサイジング器具が追加される前の保護ハウジング（例えば、ラミネートポーチ）の追加前、または、構造フレームの追加前の電極溶接スタックの代替図を示す。
【００７２】
ここで図１６を参照する。ラミネートポーチ１２００のポート１６０２（例えば、充填ポート）は、雌ねじまたは雄ねじで成形され、形成プロセス中の電解質充填および／またはセルの脱ガスに使用される。それにより、現在の形成プロセスと比較して、製造に使用されるポーチ材料の量を低減する。いくつかの場合において、充填／脱ガスポートを組み込むと、バッテリーセルの形成に使用されるポーチ材料の量を４０％低減する（充填／脱ガスポートなしのバッテリーセルの形成と比較して）。現在の形成プロセスは、余分な長さのポーチ材料で形成された一体型のガス容量（volume）を使用する。初期のセル形成プロセス中に生成されたガスを収容するための余分な内部空隙容量を作成する。
【００７３】
図１７に戻って、上述の充填ポートは、圧力緩和を管理することを助ける通気／破裂ディスク１７０２を積層ポーチ１２００に組み込む。それにより、動作条件または極端な条件（セルが通常動作条件外（例えば、バッテリーの物理的損傷、極端な熱への暴露など）で運転または処理された条件）下で制御された通気を提供する。
【００７４】
図１７を参照して、形成後、セルは、真空脱気され、密封される。現在のプロセスでは、余分なポーチ材料は、真空シール工程中に切り取られ、廃棄される。セルは、この脱気工程中に、統合された注入口から真空脱気される。脱気後、充填ポートは、いくつかの方法（例えば、ヒートシールプラグやネジ付きプラグなど）でシールされる。一例として、悪条件下でのセルの安全性をさらに強化し、充填ポートのシーリングプラグに圧力開放ベントを取り付ける。充填ポートは、ベントキャッププラグを有する。そのベントキャッププラグは、セルからのガス放出速度を制御するために、特定の圧力で破裂または開く。それにより、悪条件にさらされている間、爆発または火災の可能性を低減する。いくつかの例において、プラグまたはディスクの追加は、ヒートシーリングまたはねじ切りに限らず、上記のシーリング方法を組み込む。一例として、制御された通気は、ヒートシールが破損する前に破裂するために、ポーチに刻み目をつけたスリットまたはコイン状のスリットを組み込んでもよい。一例として、ポーチの刻み目またはスリットは、ポーチ上の任意の望ましい場所に追加される。
【００７５】
図は、様々なコンポーネントの相対的な配置を備えた構成例を示す。互いに直接接触している、または直接結合していることを示す場合、そのような要素は、少なくとも一例では、それぞれ直接接触または直接結合していると呼ばれる。同様に、少なくとも一例では、互いに連続または隣接して示されている要素は、それぞれ互いに連続または隣接している。一例として、互いに面共有接触状態にある要素は、面共有接触状態と呼ばれる。別の例として、少なくとも１つの例では、間に空間のみを有し、他の構成要素を有さない状態で、互いに離れて配置された要素は、そのように呼ばれる。さらに別の例として、互いの上または下、互いの反対側、または、互いの左右に示される要素は、互いに関してそのように呼ばれる。さらに、図に示されるように、最上部の要素または要素の点は、少なくとも１つの例において、要素の「上部」と呼ばれ、最下部の要素または要素の点は、要素の「底部」と呼ばれる。本明細書で使用されるように、上部／下部、上側／下側、上／下は、図の垂直軸に対するものであり、互いに対する図の要素の位置決めを説明するために使用される。したがって、一例では、他の要素の上に示される要素は、他の要素の上に垂直に配置される。さらに別の例として、図内に描かれた要素の形状は、それらの形状を有すると呼ばれる（例えば、円形、直線、平面、湾曲、丸み、面取り、角度など）。さらに、少なくとも１つの例では、互いに交差するように示される要素は、交差する要素または互いに交差すると呼ばれる。さらに、別の要素内に示される要素、または、別の要素の外側に示される要素は、一例ではそのように呼ばれる。
【００７６】
図２０は、バッテリーセルシステムを製造する方法２０００を示す。方法２０００は、図２Ａ〜１９に関して上述したバッテリーセルシステムを製造するために使用される。しかし、他の例では、方法は、他の適切なバッテリーセルシステムを製造するために使用される。さらに、方法２０００は、プロセッサによって実行可能なメモリ（例えば、非一時的メモリ）に命令として格納される。
【００７７】
２００１において、方法は、オフセットアノードタブおよびオフセットカソードタブを有する電極スタックを形成する工程を含む。電極スタックは、いくつかの例では、間に配置されたセパレータシートとともに、交互のカソードとアノードを含む。具体的には、アノードおよびカソードは、以下のスタッキングシーケンスで電極スタックに形成される。第１のアノード、多孔質セパレータ材料の第１の層、第１のカソード、多孔質セパレータ材料の第２の層などである。電極スタックを形成する工程は、ステップ２００２〜２００４を含む。
【００７８】
２００２において、方法は、複数のアノードタブを有する複数のアノードを形成する工程を含む。複数のアノードタブは、アノードタブの第２のグループから横方向にオフセットしたアノードタブの第１のグループを含む。
【００７９】
次に、２００４において、方法は、複数のカソードタブを有する複数のカソードを形成する工程を含む。複数のカソードタブは、カソードタブの第２のグループから横方向にオフセットされたカソードタブの第１のグループを含む。アノードタブのグループとカソードタブのグループとを横方向にオフセットする工程により、タブが一列に並んだセルスタックと比較した場合、タブの厚さを薄くすることができる。したがって、タブのグループを溶接するために必要な溶接エネルギーが低減される。その結果、溶接中の電極タブ（例えば、アノードタブおよびカソードタブ）の劣化（例えば、融解、変形など）の可能性が減少する。
【００８０】
２００６で、方法は、アノードタブの第１のグループおよびアノードタブの第２のグループに第１の延長タブを溶接する工程を含む。次に２００８で、方法は、カソードタブの第１のグループおよびカソードタブの第２のグループに第２の延長タブを溶接する工程を含む。
【００８１】
さらに、いくつかの例では、方法は、工程２０１０、２０１２、２０１４、および／または２０１６を含む。２０１０で、方法は、アノードタブの第１のグループおよびアノードタブの第２のグループに第１の電極タブ支持体を取り付ける工程を含む。そして、２０１２において、方法は、カソードタブの第１のグループおよびカソードタブの第２のグループに第２の電極タブ支持体を取り付ける工程を含む。
【００８２】
２０１４で、方法は、電極スタックを構造フレームに配置する工程を含む。構造フレームは、電極スタックを少なくとも部分的に取り囲む。さらに、一例では、構造フレームは、第１および第２の支持タブが通って延びることができる開口部を含む。さらに、一例では、構造フレームは、ポリマー材料から成形される。
【００８３】
２０１６において、方法は、保護ハウジング内に構造フレームと電極スタックとを配置する工程を含む。一例では、保護ハウジングは、ラミネートポーチである。したがって、方法は、このような例では、電極スタックおよび支持フレームの周りにラミネートポーチを折り畳む工程と、ラミネートポーチをヒートシールする工程とを含む。一例では、積層ポーチを折り畳み、ヒートシールした後、ポーチは、脱気ポートを介して脱気される。脱気後、脱気ポートを密閉する。このようにして、不要なガスをシステムから除去する。それにより、保護ハウジングのサイズを低減している。その結果、バッテリーセルシステムのコンパクトさが向上する。
【００８４】
本発明を以下の段落でさらに説明する。一態様では、バッテリーセルシステムは、第１のアノードタブを備えた第１のアノード、第１のアノードタブから横方向にオフセットした第２のアノードタブを備えた第２のアノード、第１のカソードタブを備えた第１のカソード、第１のカソードタブから横方向にオフセットされた第２のカソードを備えた第２のカソードを含む電極スタックを含んで提供される。
【００８５】
別の態様では、バッテリーセルシステムの製造方法が提供される。方法は、複数のアノードタブを有する複数のアノードを形成する工程を含む。ここで、複数のアノードタブは、アノードタブの第２のグループから横方向にオフセットしたアノードタブの第１のグループを含む。方法はまた、複数のカソードタブを有する複数のカソードを形成する工程を含む。ここで、複数のカソードタブは、カソードタブの第２のグループから横方向にオフセットされたカソードタブの第１のグループを含む。方法はまた、アノードタブの第１のグループおよびアノードタブの第２のグループに第１の延長タブを溶接する工程と、カソードタブの第１のグループとカソードタブの第２のグループに第２の延長タブを溶接する工程とを含む。一例では、方法は、第１のグループのアノードタブおよび第２のグループのアノードタブに第１の電極タブ支持体を取り付ける工程と、第１のグループのカソードタブおよび第２のグループのカソードタブに第２の電極タブ支持体を取り付ける工程とをさらに含む。別の例では、方法は、複数のカソードおよび複数のアノードを少なくとも部分的に囲む保護ハウジングと、構造フレームとの少なくとも一方に複数のカソードおよび複数のアノードを配置する工程をさらに含む。
【００８６】
別の態様では、第１の負極タブを含む複数の第１の負極と、第２の負極タブを含む複数の第２の負極と、第１の正極タブを含む複数の第１の正極と、第２の正極タブを含む複数の第２の正極と、を含む電気化学セルが提供される。第２の負極タブは、第１の負極タブからオフセットされる。
【００８７】
別の態様では、正極グループを形成する第１の正極および第２の正極と、負極グループを形成する第１の負極および第２の負極とを含む電気化学セルが提供される。各電極は、多孔質セパレータ材料の層によって分離されている。各電極は、タブ幅とオフセットとを有する。その結果、異なる電極のタブは重ならない。正極グループの少なくとも２つの電極は、一緒に溶接される。負極グループの少なくとも２つの電極は、一緒に溶接される。
【００８８】
別の態様では、電極タブ支持体を含む電気化学セルの内部フレームが提供される。その電極タブ支持体は、電気化学セルのアノードとカソードを受け入れるための２つのスロットを備える。電極タブ支持体は、アノードとカソードの横方向の動きを防止する。
【００８９】
別の態様では、整列した電極のスタックを含む電気化学セルが提供される。スタックは、互いにオフセットした電極タブの少なくとも４つのグループを含む。
【００９０】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、電極スタックは、第１および第２のアノードと、第１および第２のカソードとのそれぞれの間に配置された多孔質セパレータをさらに含む。
【００９１】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、バッテリーシステムは、第１のアノードタブおよび第２のアノードタブに溶接され、第１のアノードタブと第２のアノードタブとの間に横方向に延びる第１の延長タブをさらに含む。
【００９２】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、バッテリーセルシステムは、第１のカソードタブおよび第２のカソードタブに溶接され、第１のカソードタブと第２のアノードタブとの間に横方向に延びる第２の延長タブをさらに含む。
【００９３】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、バッテリーシステムは、電極タブ支持体をさらに含む。電極タブ支持体は、第１および第２のアノードおよび／またはカソード、ならびに、第１および第２の延長タブの１つまたは複数に合せられ、第１および第２の延長タブの機械的な支持を提供する。
【００９４】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、電極タブ支持体は、電気絶縁性ポリマー材料を含み、第１および／または第２の延長タブと、保護ハウジングとの間の電気的絶縁性を提供する。
【００９５】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、電極タブ支持体は、第１および第２の延長タブを受け入れるための第１のスリットと、第２のスリットとを含む。第１の延長タブおよび第２の延長タブは、電極タブ支持体の第１のスリットおよび第２のスリットを通って延びる。
【００９６】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、バッテリーセルシステムは、第１のアノードおよび第２のアノードと、第１のカソードおよび第２のカソードとを少なくとも部分的に囲む構造フレームを含む。
【００９７】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、電極タブ支持体は、保護ハウジング内に一体的に形成され、または、保護ハウジングに直接物理的に結合される。
【００９８】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、構造フレームは、１または複数の壁を含む。その壁は、可撓性であり、電極スタックに向かって内側に曲げられる。その結果、１つまたは複数の壁は、電解質活性化中の膨張に適応する。
【００９９】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、構造フレームは、保護ハウジングのヒートシームと嵌合する厚さが減少した凹状領域を備えた１つまたは複数の面を含む。
【０１００】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、バッテリーセルシステムは、電解質および／または通気ガスを受け入れるポートを含む保護ハウジングをさらに含む。
【０１０１】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、負極タブおよび正極タブは、互いにオフセットされている。
【０１０２】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、電極は同じサイズである。その結果、積み重ねられたとき、電極のエッジは、タブを除いて、互いに整列する。
【０１０３】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、タブは、電極が積み重ねられてアレイを形成するときに、オフセットされる。
【０１０４】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、電気化学セルは、電極タブが延びる構造フレームをさらに含む。
【０１０５】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、構造フレームは、電極タブの横方向の動きを制限する。
【０１０６】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、電気化学セルは、電極タブから延び、電極タブに溶接される電極延長タブをさらに含む。
【０１０７】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、電極タブの少なくとも４つのグループは、２つの電極延長タブに溶接される。電極タブの少なくとも４つのグループのそれぞれは、２つの電極の１つにのみ溶接される。
【０１０８】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、電極タブの少なくとも４つのグループは、負極タブの少なくとも２つのグループと、正極タブの少なくとも２つのグループとを含む。
【０１０９】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、電極タブの少なくとも４つのグループは、延長タブに溶接される垂直に折り畳まれた部分を含む。
【０１１０】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、電気化学セルは、射出成形フレームをさらに含む。
【０１１１】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、電気化学セルは、多層ラミネートポーチをさらに含む。
【０１１２】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、電気化学セルは、電気化学セルを電解質で満たすおよび／または電気化学セルを脱気するための多目的ポートをさらに含む。
【０１１３】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、極性を一致させるオフセットタブは、電極グループタブに溶接され、次いで、延長タブに溶接される。
【０１１４】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、アノードタブは、ニッケルめっき銅を含む。カソードタブは、アルミニウムを含む。
【０１１５】
態様のいずれかまたは態様の組み合わせにおいて、電極タブ支持体は、三角形の断面を有する。
【０１１６】
本開示の主題は、本明細書に開示される様々なシステムおよび構成、ならびに他の特徴、機能、および／または特性のすべての新規かつ非自明なコンビネーションおよびサブコンビネーションを含む。
【０１１７】
以下の特許請求の範囲は、新規かつ非自明とみなされる特定のコンビネーションおよびサブコンビネーションを特に指摘する。これらの請求項は、「an」要素または「a first」要素またはそれらの同等物を指す場合がある。そのような請求項は、１つまたは複数のそのような要素の組み込みを含むと理解されるべきであり、２つ以上のそのような要素を必要とせず、除外もしない。開示された特徴、機能、要素、および／または性質の他のコンビネーションおよびサブコンビネーションは、本請求項の補正を通じて、または、本出願または関連出願における新しい請求項の提示を通じて請求される。そのような請求項は、元の請求項の範囲よりも広い、狭い、等しい、または異なるかに関係なく、本開示の主題内に含まれるものとみなされる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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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１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年12月17日(2019.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
加えて、一例では、カソードタブ６１２は、アルミニウム材料を含む。そして、アノードタブ６１４は、ニッケルめっきされた銅材料を含む。しかしながら、他の例では、追加のまたは代替の材料は、アノードタブおよび／またはカソードタブに含まれてもよい。
【国際調査報告】
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