"a基板上に複数のバッテリ構成要素膜を含むバッテリセルであって、前記バッテリ構成要素膜が電解質の周辺に少なくとも一対の電極を含む、バッテリセルと、bi前記バッテリセルを通って流れる電流が既定の電流を超える場合、ii前記バッテリセルの温度が既定の温度を超える場合、又はiii両方の場合、前記バッテリセルを通って流れる前記電流を制限するために前記バッテリセルに電気的に結合される電流リミッタとを備える、再充電可能なバッテリ。前記電流リミッタが遮断線を含む、請求項1に記載のバッテリ。前記遮断線が蛇行線を含む、請求項2に記載のバッテリ。前記電流リミッタが、約300°Cよりも低い融解温度を有する材料を含む、請求項1に記載のバッテリ。前記電流リミッタが、20mAを超える電流を受ける場合、抵抗を少なくとも約10オーム増加させる材料を含む、請求項1に記載のバッテリ。前記電流リミッタが、少なくとも約100°Cである温度まで加熱された場合、抵抗を少なくとも約10オーム増加させる材料を含む、請求項1に記載のバッテリ。前記電流リミッタが、インジウム、スズ、ビスマス、又はそれらの合金のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載のバッテリ。複数の前記バッテリセルを含むバッテリモジュールを備え、前記電流リミッタが、1つ又は複数の前記バッテリセルに若しくは前記バッテリモジュールに電気的に接続される、請求項1に記載のバッテリ。前記バッテリモジュールが、熱導体層によってそれぞれ被覆された上面及び下面を含む、請求項8に記載のバッテリ。前記電流リミッタが前記熱導体層のうちの少なくとも1つの上にある、請求項9に記載のバッテリ。前記熱導体層が金属、金属化合物又は金属合金を含む、請求項9に記載のバッテリ。前記熱導体層が箔を含む、請求項11に記載のバッテリ。前記バッテリモジュールの周りに保護用ケーシングを更に備える、請求項8に記載のバッテリ。複数のバッテリモジュールを備え、前記電流リミッタが、1つ又は複数の前記バッテリセル若しくは前記バッテリモジュール又は当該バッテリに電気的に接続される、請求項13に記載のバッテリ。a複数のバッテリセルを含むバッテリモジュールであって、前記バッテリセルのそれぞれが基板上に複数のバッテリ構成要素膜を含み、前記バッテリ構成要素膜が電解質の周辺に少なくとも一対の電極を含む、バッテリモジュールと、bi前記バッテリモジュールを通って流れる電流が既定の電流を超える場合、ii前記バッテリモジュールの温度が既定の温度を超える場合、又はiii両方の場合、前記バッテリモジュールを通って流れる前記電流を制限するために前記バッテリモジュールに電気的に結合される電流リミッタとを備える、再充電可能なバッテリ。前記電流リミッタが、前記バッテリセルの端子を前記バッテリモジュールの電気接点に電気的に結合する遮断線を含む、請求項15に記載のバッテリ。前記電流リミッタが、約300°Cよりも低い融解温度を有する材料を含む、請求項15に記載のバッテリ。前記電流リミッタが、インジウム、スズ、ビスマス、又はそれらの合金のうちの少なくとも1つを含む、請求項15に記載のバッテリ。当該再充電可能なバッテリが複数の前記バッテリモジュールを備える、請求項15に記載のバッテリ。前記バッテリモジュールが、熱導体層によってそれぞれ被覆された上面及び下面を含み、前記電流リミッタが、前記熱導体層のうちの少なくとも1つの上に配置される、請求項15に記載のバッテリ。前記バッテリモジュールの周りに保護用ケーシングを更に備える、請求項15に記載のバッテリ。a複数のバッテリ構成要素膜を含むバッテリセルを基板上に形成するステップであって、前記バッテリ構成要素膜が電解質の周辺に少なくとも一対の電極を含む、ステップと、bi前記バッテリセルを通って流れる電流が既定の電流を超える場合、ii前記バッテリセルの温度が既定の温度を超える場合、又はiii両方の場合、前記バッテリセルを通って流れる前記電流を制限するために前記バッテリセルに電気的に結合される電流リミッタを形成するステップと、を含む、再充電可能なバッテリを製造する方法。遮断線を含む電流リミッタを形成するステップを含む、請求項22に記載の方法。約300°Cよりも低い融解温度を有する材料を含む電流リミッタを形成するステップを含む、請求項22に記載のバッテリ。00241つ又は複数のバッテリセル22を含むバッテリモジュール20を備える再充電可能なバッテリ15の例示的な実施形態が、図1~図3に示される。各バッテリセル22は、1000ミクロンの厚さを有し、薄膜製造プロセスによって形成される薄膜バッテリとすることができる。一般的に、各バッテリセル22は基板16上に製造される。バッテリセル22a~cを支持する基板16は、バッテリ構成要素膜36を支持するための十分な機械的強度と、薄膜を成膜するための滑らかな面とを有する誘電材料とすることができる。適切な基板16は、例えば、酸化アルミニウム又は二酸化ケイ素などのセラミック酸化物、チタン及びステンレス鋼などの金属、ケイ素などの半導体、あるいは重合体さえからも製造できる。1つの態様では、基板16は、へき開可能な結晶構造の面をへき開することによって形成された結晶シートを含む。結晶へき開構造は、例えば、雲母又は石墨とすることができる。2000年9月9日に出願され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第6,632,563号薄膜バッテリ及び製造方法であって、その内容全体が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許に記載されるように、雲母は、約100ミクロンより小さい厚さ、場合によっては約25ミクロンより小さい厚さを有する薄い結晶シートに裂かれることができる。エネルギー密度や比エネルギーなどのバッテリ性能度合いmeasuresは、バッテリ15の体積/重量に対するエネルギーの割合を増加する雲母の薄い板状基板16上にバッテリを形成することによって向上される。00251つ以上のバッテリセル22の端子24、26、又は1つ以上のバッテリセル22の端子24、26に電気的に結合されたバッテリモジュール20若しくはバッテリセル15の電気接点29、30が保護ケーシング18から外部に延び、バッテリによって電力を供給される外部電子装置又は再充電用の電源に接続されるように、バッテリセル22、バッテリモジュール20の全体、又はバッテリ20の全体は、保護用ケーシング18によって囲まれることができる。00261つの態様では、図2に示されるように、再充電可能なバッテリ15は、基板16上に形成された複数のバッテリセル22a~cを有するバッテリモジュール20を備える。各バッテリセル22a~cは、1組のバッテリ構成要素膜36を含む。バッテリセル22a~cは基板16の前面上に示されるが、同様のバッテリセル22が基板の反対の裏面上に形成されることもできる図示しない。従って、下記の実施形態のいずれにおいても、バッテリセル22が基板16の両面の一方又は両方に形成され得ることと、本特許請求の範囲が基板16の片側上のみに形成されたバッテリセル22を有する実施形態に限定されるべきではないこととが、理解されるべきである。0027バッテリセル22のバッテリ構成要素膜36は、電気的エネルギーを受け取ること、蓄積すること、及び放電することが可能なバッテリ15を形成するように協働する様々な配置や形状、サイズ、あるいは材料さえも有することができる。バッテリ構成要素膜36は、少なくとも一対の電極28間に電解質38を含む。電極28は、全て相互に交換可能な、陰極電流コレクタ40、陰極42、陽極46、及び陽極電流コレクタ48のうちの1つ又は複数を含むことができる。例えば、バッテリセル22は、i陰極42及び陽極46若しくは一対の電流コレクタ40、48、ii陰極42、陽極46、及び電流コレクタ40、48の全て、又はiiiこれらの電極28の様々な組み合わせ例えば、陰極42及び陽極46、並びに陰極電流コレクタ40ではなく陽極電流コレクタ48などを含むことができる。本明細書に示されるバッテリセル22の例示的な態様は、バッテリセル22の特徴を明示するために及びこれらの製造プロセスを示すために提供される。しかしながら、例示的なバッテリ構造が、本発明の範囲を限定するように使用されるべきではないことと、当業者にとって明らかであろうような他のバッテリ構造が本発明の範囲内にあることとは、理解されるべきである。バッテリ構成要素膜36は、典型的には、バッテリセルが従来のバッテリの厚さの約1/100よりも小さくなることを可能にする100ミクロンよりも小さい。バッテリ構成要素膜36は、例えば、物理的/化学的気相成長PVD又はCVDや酸化、窒化、電気めっきなどのプロセスによって形成される。00281つの態様では、図2に示されるように、バッテリ15は、接着層50に全て形成される複数のバッテリセル22a~cを含むバッテリモジュール20を備える。接着層50は、金属若しくは金属化合物例えばアルミニウム、コバルト、チタン、他の金属、又はそれらの合金若しくはその合金の化合物など、又は例えばリチウムコバルト酸化物などのセラミック酸化物を含むことができる。接着層50は、約100オングストロームから約1500オングストロームまでの厚さに成膜され得る。各バッテリセル22a~cは、充放電プロセスの間に電子を集めるために接着層50上に形成された陰極電流コレクタ40a~cを含む。陰極電流コレクタ40a~cは、典型的には導体であり、アルミニウム、銅、白金、銀又は金などの金属から構成され得る。電流コレクタ40a~cもまた、所望の電気伝導率を提供するために十分大きな厚さで設けられた接着層50と同じ金属を含んでもよい。陰極電流コレクタ40a~cのための適切な厚さは約0.05ミクロンから約2ミクロンまでである。1つの態様では、陰極電流コレクタ40は、約0.2ミクロンの厚さの白金をそれぞれ含む。陰極電流コレクタ40a~cは、図3に示されるように、接着層50の小さな領域を被覆する間隔のあいた不連続領域をそれぞれ含む特徴部54a~cのパターンとして形成できる。特徴部54a~cは、接着層50の被覆領域56a~cの上にあり、特徴部54a~cに隣接する位置には、接着層50の露出領域58a~cがある。接着層50上に特徴部54a~cを形成した後、パターン化された特徴部54a~cの下の接着層50の被覆領域56a~cと露出表面領域58a~dを含む接着層50は、次いで、酸素含有環境に露出され、その特徴部によって被覆され保護された領域ではなくその特徴部を囲む露出領域58a~dを酸化するように加熱される。その結果として生じた構造は、有利なことには、陽極電流コレクタ48a~cの特徴部54a~cの下の接着層50の露出されていない被覆領域56a~cのみならず、同じ基板16上に形成された複数のバッテリセル22a~cを電気的に分離する非導電性領域を形成する酸素に露出され又は酸化された領域58a~dも含む。0029各バッテリセル22a~cはまた、陰極電流コレクタ40a~c上に形成された電気化学的に活性な物質を有する陰極42a~cも含む。1つの態様では、陰極42a~cは、例えば、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物、リチウム鉄酸化物などのリチウム金属酸化物から、あるいは例えばリチウムコバルトニッケル酸化物などの遷移金属の混合物を含むリチウム酸化物さえからも構成される。使用され得る他の種類の陰極42a~cには、非晶質の五酸化バナジウム、結晶質のV2O5又はTiS2が含まれる。典型的には、各陰極42a~cは、少なくとも約5ミクロンの厚さ、場合によっては少なくとも約10ミクロンもの厚さを有する。1つの例では、陰極42a~cは、1つの態様ではLiCoO2という化学量論式を有する結晶質のリチウムコバルト酸化物をそれぞれ含む。0030電解質38a~cは、各陰極42a~cの上に形成される。電解質38a~cは、例えば、LiPON膜としても知られている非晶質のリチウムリン酸窒化膜とすることができる。一実施形態では、LiPONは、約2.9:3.3:0.46のx:y:z比にある化学量論式LixPOyNzを有する。1つの態様では、電解質38a~cは、約0.1ミクロンから約5ミクロンまでの厚さを有する。この厚さは、十分に高いイオン伝導率を提供するために適切に大きく、電気抵抗を最小限にするようにイオン経路を減らすために及び圧力を低減するために適切に小さい。0031陽極46a~cは、電解質38a~cのそれぞれの上に形成される。既に記載したように、陽極46a~cは、陰極42a~cと同じ材料とすることができる。適切な厚さは、約0.1ミクロンから約20ミクロンまでである。1つの態様では、陽極46a~cは、陽極電流コレクタ48a~cとしても機能するように十分に導電性でもあるリチウムから製造されており、この態様では、陽極46a~c及び陽極電流コレクタ48a~cは、同じ構造である。別の態様では、陽極電流コレクタ48a~cは、陽極46a~c上に形成され、電子が陽極46a~cから放散され又は集められ得る導電性表面を提供するために陰極電流コレクタ40a~cと同じ材料を含む。例えば、1つの態様では、陽極電流コレクタ48a~cは、約0.05ミクロンから約5ミクロンまでの厚さの、銀、金、白金などの非反応性金属を含む。00321つの態様では、バッテリセル22a~cの充電特性は、バッテリセルの構造によって向上される。例えば、図3に示される態様では、陽極46及び陰極42の相対的な表面積は、陰極42の領域を図示されるような陽極46よりも少し大きくすることによって制御される。陽極46の端を越えて延びる陰極42の空中aerial部分を含むバッテリセル22は、余分な陰極体積又は領域を十分に充電するために長い時間がかかることが分かっている。例えば、陰極42が、バッテリセルの陽極46の領域よりも約1から約5まで大きい領域を有すると、バッテリを十分に充電するために数十時間長くかかるという結果になり得る。更に、充電/放電サイクル試験のために使用される典型的な充電条件では、陽極46の周囲を越えて延びる余分な陰極体積は、十分に再充電されることができない。その上更に、陰極42の外側に延びる領域のエネルギー容量は、陽極46の表面を越えて延びていない陰極42部分より多く充電/放電サイクルの間に徐々に減少する。従って、図3に示される態様では、バッテリセル22の構造は、陽極46の表面積を陰極42よりも少し大きくするように修正された。1つの態様では、陽極46は、陰極42の領域よりも少なくとも約2大きい領域、場合によっては約2よりも大きい領域を有する。例えば陰極42が約0.24cm2から約3cm2までの領域を有するとき、同じバッテリの対応する陽極46は、約0.28cm2から約3.2cm2までの領域を有する。0033陽極46及び陰極42の寸法はまた、より優れたバッテリ充電特性のために変更されることもできる。例えば、陽極46を陰極42よりも約2ミクロンから約20ミクロンまで厚く、あるいは約5ミクロンから約8ミクロンまでも厚くなるように製造することは、充電時間を削減することができる。表面積及び厚さの両方の修正は、複数の充放電サイクル後に充電容量のほとんどの減衰の原因となる充電/放電サイクル後の粗化を陽極46から減らして最小限にする。0034バッテリセル22の充電時間を削減する更に別の方法は、陰極の厚さを20ミクロンよりも少なくなるように減らすことである。1つの態様では、被覆厚さは、18ミクロンより大きい、例えば18.7から、18ミクロンより小さい、例えば17ミクロンまで減らされる。より小さな陰極厚さは、サイクル寿命を著しく改善するバッテリセル22の総エネルギー密度を低減させる。0035導電性ブリッジ52はまた、陽極46を端子24に接続するために使用されることもできる。陽極46がリチウムから製造されており、端子24が、例えば白金などのリチウムと適合しない材料から製造される場合、導電性ブリッジ52は、リチウム陽極46と端子24との間の望ましくない化学反応を防ぐ。1つの態様では、導電性ブリッジ52は導電性金属、例えば銅から製造される。導電性ブリッジ52は、陽極46の下に成膜され得る。例えば陽極46がリチウムを含むとき、リチウムをその環境に露出しないことが望ましく、このことは、リチウム陽極46の成膜前に導電性ブリッジ52を成膜することによって回避され得る。0036一例として、再充電可能なバッテリ15は、約14×14mmのカットアウトcutout寸法及び約1.96cm2の表面積を有する単一のバッテリセル22から構成されたバッテリモジュール20を備える。全体で約88ミクロンの厚さを有するバッテリセルを提供するために、陰極厚さは約18.73ミクロンであり、陽極厚さは約5ミクロンである。セル容量は3.14mA/hr4.2Vであり、セルエネルギー密度は約710Wh/Lである。別の例では、4つのバッテリセル22から構成されたバッテリモジュール20を備える再充電可能なバッテリ15は、約12.6mAh4.2Vのモジュール容量、及び約539Wh/Lのモジュールエネルギー密度を有する。0037別の例として、再充電可能なバッテリ15は、約13.8×13.8mmのカットアウト寸法、及び約1.90cm2の表面積を有する単一のバッテリセル22から構成されたバッテリモジュール20を備える。全体で約89ミクロンの厚さを有するバッテリセルを提供するために陰極厚さは約17ミクロンであり、陽極厚さは約8ミクロンである。バッテリセル容量は2.76mA/hr4.2Vであり、セルエネルギー密度は約635Wh/Lである。別の例では、再充電可能なバッテリ15は、約11m/Ah4.2Vのモジュール容量、及び約507Wh/Lのエネルギー密度を提供するような4つのバッテリセル22から構成されたバッテリモジュール20を備える。0038全てのバッテリ構成要素膜36の成膜後に、保護用ケーシング18は、環境要素に対する保護を提供するためにバッテリ構成要素膜36の上に形成され得る。一例では、保護用ケーシング18は、1つ又は複数の金属膜、エポキシバリア、又は互いに重ね合わされた複数の重合体層、金属層若しくはセラミック層を含む。1つの態様では、保護用ケーシング18は、互いの上に成膜される重合体層及びセラミック層を含む。適切な重合体は、ポリフッ化ビニリデン又はポリウレタンを含み、適切なセラミックは、酸化アルミニウム又はダイヤモンド状炭素を含む。バッテリセル22のバッテリセル22を互いに又はバッテリモジュール20の接点に接続するために使用される一対の端子24、26を形成するために、バッテリセル22を囲む保護用ケーシング18外に及びその保護用ケーシング18を越えて延びる陰極電流コレクタ40並びに陽極電流コレクタ48部分は、更には外部環境に接続される。1つの態様では、バッテリ20の周りの保護用ケーシング18は、重合体層のみから製造され、約5ミクロンから約50ミクロンまでの厚さ、場合によっては約10ミクロンから約20ミクロンまでの厚さに限定され得る。保護用ケーシング18の厚さが減らされると、バッテリ20のエネルギー密度が更に増加する。0039再充電可能なバッテリ15を形成するバッテリモジュール20の個々のバッテリセル22の過熱は、垂直に積層されたバッテリセル22間に1つ又は複数の熱導体層60を設けることによって削減され又は放散される。熱導体層60は、個々のバッテリセル22を環境から保護する異なる保護用ケーシング18の間に配置されることができ、又は保護用ケーシング18の一部として形成されることさえもできる。バッテリセル間に熱導体層60を伴う複数のバッテリセル22を有するバッテリモジュール20を備える例示的なバッテリ15を製造する連続的なステップは、図4に示される。図示されるように、複数のバッテリ構成要素膜36を含むバッテリセル22は、上記のように最初に製造される。複数のバッテリセル22a~dは、次いで、互いの上に垂直に積層され、バッテリモジュール20に組み合わされる。バッテリセル22a~dは、それらの間に間隙を伴って又はバッテリセル22a~d間に熱可塑性若しくは熱硬化性重合体などのシーラントを伴って互いに接合されることが可能である。一対の熱導体層60a、bは、次いで、積層バッテリセルの上部及び下部露出表面62a、bを被覆するようにバッテリセル22a~dの積層上に製造される。バッテリセルの端子24、26は、バッテリモジュール20の電気接点29、30で終端するように、並列又は直列配置に互いに接続した図示しない。00401つの態様では、熱導体層60a、bは、金属、金属化合物、又は金属合金の層をそれぞれ含む。例えば、熱導体層60a、bは、アルミニウム、銅、スズ、銀又は鋼で製造され得る。熱導体層60a、bは、例えば約50ミクロンより小さい厚さ、場合によっては約5ミクロンよりも小さい厚さを有する金属箔の形態とすることができる。一例では、適切な箔は、アルミニウムから構成されるものであるが、あるいはアルミニウムから全て構成されたものさえある。熱導体層60a、bは、バッテリセルが互いに積層された後に積層バッテリセル22a~dの上に積層されることができ、又はバッテリセル22a~dを互いに接合するために使用されるものと同じ積層プロセスにおいて、積層バッテリセル22a~d上に積層され得る。例えば、1つのプロセスでは、シーラント64a~cの層は、図4に示されるようなバッテリセル22a~dのそれぞれの、上部表面の上に、又は露出側部周囲に沿って配置される。熱導体層60a、bは、次いで、バッテリセル22a~dの積層の上部表面62a、bの上に配置される。積層全体は、次いで、バッテリモジュール20を形成するためにオートクレーブ内で積層される。0041一対の熱導体層60a、b及び60c、dをそれぞれ有する1つ又は複数のバッテリモジュール20a、bは、次いで、バッテリ15を形成するために互いの上に積層される。この集合体全体は、バッテリモジュール間に配置された追加のシーラントと共に接合されることができ、あるいは、バッテリモジュールを共に保持するためにバッテリモジュール20a、bの積層の周りに保護用ケーシング18を単に形成することによって、接合できる。また、異なるバッテリモジュールの端子24、26は、直列又は並列に互いに接続され、外部環境に接続するために保護用ケーシング18の外に延びる。0042熱導体層60は、局所的な熱を放散し、それによって、バッテリ15に過熱を生じさせる局所的な高温部の形成を減らし、場合によっては防ぎさえもする。局所的な高温部は、バッテリセル22、バッテリモジュール20又はバッテリ15が電気的に短絡されるときに生じ得る。例えば、鋭利な金属物体がバッテリセル22、バッテリモジュール20、又はバッテリ15の外部保護用ケーシング18を貫通する場合、破断点に電気的短絡及び局所的な過熱を生じさせ得る。従って、個々のバッテリセル22a~d又はバッテリモジュール20a、bの外部保護用ケーシング18、シーラント64、及び端子24、26は全て、そのような電気的短絡又は他の電気的短絡から発生する過熱を防ぐための包括的な熱管理構造の一部とすることができる。熱導体層60は、バッテリ15に対する過熱又は他の損害を実質的に防ぐ。例えば、熱導体層60a~dはまた、鋭利な物体が偶発的にバッテリ15を貫通して挿入されたときに、充電の熱を放散することもできる。例えば、鋭利な金属物体がバッテリモジュール20又はいくつかのバッテリモジュール20を有するバッテリ15の表面に突き刺された実験では、熱導体層60a~dは、バッテリの過熱及び電気的短絡を防いだだけではなく、バッテリ15の内部破壊の可能性もまた減らした。0043更に別の態様では、各バッテリモジュール20は、図3、図3A1、図3A2、及び図5に示されるように1つ又は複数の電流リミッタ66又は66a、bも含む。図3を参照すると、電流リミッタ66は、バッテリセル22の陽極48と端子24を電気的に結合するように配置できる。この態様では、電流リミッタ66は、導電性ブリッジ52に置き換えられることになる。電流リミッタ66は、iバッテリセル22を通過する電流が既定の電流を超える場合、iiバッテリの温度が既定の温度を超える場合、又はiii両方の場合、バッテリセル22内又は外を流れる電流を制限し、場合によっては遮断さえもする。バッテリセル22内を流れる電流を制限し又は遮断することによって、電流リミッタ66は、そうでなければ電気的短絡により、又は異常充電若しくは放電の問題により発生することになるセルの局所的な過熱を防ぐことができる。例えば外部物体がバッテリセル22の保護用ケーシング18を貫通する場合、電流リミッタ66は、電流の急増を検出して、セル22に又はそのセルから流れる電流を制限し又は遮断することになる。セル22から流れる電流は、電流閾値レベルを超える場合、電流リミッタ66材料の抵抗の急増によって制限され得る。あるいは、電流リミッタ66が、流動、融解又は蒸発によってバッテリセル22に対する電気的接続を切断する場合、セル22から流れる電流は遮断されることができる。1つの態様では、バッテリセル22を通過する電流が20mAの電流を超える場合、又は30mAの電流を超えさえもする場合、電流リミッタ66は、バッテリセル22内に又はそのバッテリセルの外を流れる電流を制限し、場合によっては遮断しさえする。別の態様では、バッテリの温度が少なくとも約100°Cの温度を超える場合、場合によっては少なくとも約200°Cさえも超える場合、更には少なくとも約300°Cさえも超える場合、例えば約100°Cから約200°Cまでの温度の場合、電流リミッタ66は、バッテリセル22内に又はそのバッテリセルの外を流れる電流を制限し、あるいは遮断しさえする。0044電流リミッタ66は、例えば、図3に示されるようなパッチpatch、図3A1に示されるような遮断線、又は図3A2に示されるような区分された線として形作られた種々の形状を有することができる。これらの態様のいずれにおいても、電流リミッタ66は、閾値電流又は閾値温度を超える場合に抵抗を増加させる材料、融解する材料、又は蒸発する材料で製造される。例えば、電流リミッタ66は、20mAを超える電流を受けた場合に抵抗を少なくとも約10オーム増加させる材料で製造できる。別の態様では、電流リミッタ66は、少なくとも約100°C、場合によっては少なくとも約200°C、更には少なくとも約300°Cでさえある温度まで加熱された場合、抵抗を少なくとも約10オーム増加させる。更に別の態様では、電流リミッタ66は、約300°Cより少ない局所的な温度、場合によっては200°Cより少ない局所的な温度、更には約150°Cより少ない局所的な温度で流動する材料又は融解する材料から製造される。電流リミッタ66を製造するための適切な材料は、インジウム、スズ、ビスマス又はそれらの合金のうちの少なくとも1つを含む。0045電流リミッタ66は、PVDスパッタリング又はCVDなどの従来の薄膜成膜プロセスを用いて、選択された材料を直接的に基板16上に、バッテリ構成要素膜36上に、熱導体層60上に、又は保護用ケーシング18上に成膜することによって形成されることができ、従来のリソグラフィ及びエッチングプロセスを用いて又は成膜プロセスの間にマスクを用いて形作られることができる。例えば、電流リミッタ66は、所望のパッチ形状又は線形状に対応するパターンを有するマスクを通して材料をスパッタリングすることによって形成される。ある態様では、電流リミッタ66は、線の長さを最大にするために蛇行形状などの渦巻き状とすることができる線として成形される。一例では、電流リミッタ66は、例えば図3A1に示されるように接続された囲いboxを形成するためにそれらの端で接続される複数の並列線とすることができ、又は図3A2に示されるように弓状の蛇行線とすることができる。電流リミッタ66はまた、螺旋形又は環状パターン、あるいは当業者に明らかとなるような他のパターンとして形成されることもできる。どの線形状においても、電流リミッタ66は、約50ミクロンより小さい線幅、場合によっては約20ミクロンから約5ミクロンまでの線幅、及び少なくとも約5mmの長さ、場合によっては約10mmから約50mmまでの長さを有する薄い線として形成できる。0046図3における詳細な部分3Aの概略的な上面図である図3A1を参照すると、遮断線を含む電流リミッタ66は、バッテリセル22の陽極48と端子24との間に配置される。この態様では、電流リミッタ66は、中央の端で互いに接合される2つ以上の並列線区分を有する遮断線を含み、陽極48及び端子24で終端する。電流リミッタ66は、陽極48及び端子24の下又は上に成膜され得る。1つの態様では、陽極48がリチウムから構成される場合には、電流リミッタ66は陽極48の下に成膜される。これは、電流リミッタ66を陽極48の上に成膜する場合に電流リミッタ66の成膜のために必要とされることになる後続のプロセスステップの間にリチウムを環境に露出することを少なくするためである。図3A2に示されるように蛇行線を含む電流リミッタ66の別の実施形態は、陽極48を端子24に電気的に接続する渦巻き状の蛇行線を含む。0047図5において、中央の概略図は、熱導体層60a、bの間に挟まれた複数のバッテリセル22a~cを含むバッテリモジュール20の断面図を示す。この態様では、1つ又は複数の電流リミッタ66a、bは、熱導体層60a、bの上面68a又は下面68bにそれぞれ、あるいは両面上に配置され得る。典型的には、単一の電流リミッタ66a又は66bは、熱導体層60a、bの上面68a又は下面68bにそれぞれ形成される。電流リミッタ66a、bのどちらか一方は、iバッテリモジュール20を通過する電流が既定の電流の大きさを超える場合、iiバッテリの温度が既定の温度を超える場合、又はiii両方の場合、バッテリモジュール20内又は外を流れる電流を制限し、場合によっては遮断することができる。電流リミッタ66a、bは、薄膜成膜及び/又はエッチングプロセスを用いて熱導体層60a、b上に直接形成できる。例えば、電流リミッタ66a、bは、電流リミッタ66a、bのパターン化された線に対応するパターンを有するマスクを通して材料をスパッタリングすることによって形成できる。これらの態様のいずれにおいても、電流リミッタ66a、bは、例えば図5に示されるように接続された囲いの線を形成するためにそれらの端で接続される複数の並列線を用いて、電流リミッタ66a、bの長さを最大にするように形成できる。電流リミッタ66a、bはまた、螺旋形又は環状パターン、あるいは当業者に明らかであろう他のパターンとして形成されてもよい。0048電流リミッタ66a、bは、最初又は最後のバッテリセル22a、cの端子24、26からそれぞれ、バッテリモジュール20又はバッテリ15の電気接点29、30にそれぞれ延びる。この構成では、電流リミッタ66a、bは、バッテリモジュール20に入る又はそのバッテリモジュールから出る電流の電気的経路内にある。そのため、電流リミッタ66a、bは、バッテリモジュール20又はバッテリ15に対する電流が既定の値を超える場合、あるいは局所的な温度が既定のレベルを超える場合、バッテリモジュール20又はバッテリ15と外部環境との間の電気的接続を切ることができる。既定の遮断電流又は温度の値は、電気回路を切断するヒューズとして本質的に機能する、電流リミッタ66a、bの構造及び材料に依存する。電流リミッタ66a、bの断面領域の厚さを制限すると、その電流リミッタの通電容量を減らし、その電流リミッタの抵抗を増やす。同様に、電流リミッタ66a、bの長さが増加するとまた、それらの電流リミッタの抵抗が増える。そのように長さが長くて断面領域が小さいと、電流リミッタ66a、bがそれによって許容された電流レベルを制限し又は損なわせることになる温度又は電流を減らすことになる。コンピュータモデリング及び実験的な測定は、バッテリモジュールが特定のバッテリ構成に対して最適な最大電流又は温度レベルに達するために下記のように電気的に短絡されたときに生じることになる温度変化を判断するために行われることができる。00491つの態様では、電流リミッタ66a、bは、重合体層間に挟まれた金属箔を含む熱導体層60上に形成される。この態様では、電流リミッタ66a、bは、熱導体層60a、b上に重ね合わされた遮断線を含み、特定の温度又は電流に達したときに電気的接続を制限し又は切断するヒューズとして機能する。熱導体層60a、bは、雲母基板16上にそれぞれ形成されるいくつかのバッテリセル22a、bを備えるバッテリモジュール20の上部被覆及び下部被覆として使用される。金属箔は、熱導体層60のみならずまた保護用ケーシング18の一部として機能し、アルミニウム、銅、ステンレス鋼などの金属から製造され得る。金属箔は、バッテリモジュール20が短絡することを防ぐために化学的に気相成長されたポリp-キシリレン重合体であるパリレンなどの絶縁重合体材料を用いてコーティングされる。1つの態様では、1つ又は複数の電流リミッタ66a、bは、パラリンparalyneをコーティングされた金属箔上に成膜され又は積層され、また、電流リミッタ66a、bはそれぞれ、インジウム-スズ合金から構成されており、更に約10ミクロンから約50ミクロンまでの線幅と、10ミクロンより少ない厚さとを有する遮断線を含む。このインジウム-スズ合金は、約150°Cを超える局所的な温度に露出された場合、融解及び/又は高抵抗化を生ずる。例示的な製造プロセスでは、インジウム-スズ合金の固体片を含むターゲットが原料として使用される。成膜は、熱蒸発又はスパッタリングによって実行され得る。線幅、長さ及び形状は、成膜プロセスの間にバッテリモジュール20上に配置された遮蔽マスクによって規定される。別の例では、遮断線を含む電流リミッタ66a、bは、熱可塑性あるいは熱硬化性の重合体を用いてバッテリ15又はバッテリモジュール20の熱導体層60a、b若しくは保護用ケーシング18上に既定の厚さ及び線形状を有する箔を積層することによって形成される。0050バッテリモジュール20から体積を減らして最小限にするために、電流リミッタ66a、bは、適切な電気回路を熱導体層60a、bに組み込むことによって熱導体層60a、bに組み込まれることもできる。例えば、複数のバッテリセル22a~cを含むバッテリモジュール20は、バッテリモジュール20を被覆する熱導体層60a、b上に組み込まれた1つ又は複数の電流リミッタ66a、bを有することができる。組み込むことによってとは、電流リミッタ66が熱導体層60の構造内にあることを意味し、場合によっては同じ構造を形成することをも意味する。例えば、電流リミッタ66は、2つ以上の熱導体層60a、b間に挟まれた電流制限線とすることができる。0051電流リミッタ66a、bはまた、バッテリ15全体の過熱又は電気的短絡を制御するために塗布されることもできる。この態様では、電流リミッタ66、及び任意であるが熱導体層60a、bは、バッテリモジュール20だけではなくバッテリ15全体の保護用ケーシング18上に塗布される。保護用ケーシング18はまた、熱導体層上に形成された電流リミッタ66を伴う熱導体層60を含むこともできる図示しない。この態様は、故障したバッテリ15内又は外を流れる電流に起因する過熱を防ぐ。0052電流リミッタ66a、bはまた、他の接続されたバッテリ15から故障したバッテリに又は他のバッテリモジュール20から故障したモジュールに蓄積されたエネルギーの放出を防ぐために、故障したバッテリ15若しくはバッテリモジュール20内への電流を遮断し又は制限するためにも役立つ。この役割においては、電流リミッタ66a、bは温度感知センサとして作動し、故障したバッテリ15又はモジュール20を他のバッテリに又は外部装置に接続するバッテリ回路から、故障したバッテリ15又はバッテリモジュール20を切り離すようになっている。電流リミッタ66a、bは、各バッテリ15又はバッテリモジュール20を外部装置に接続し、既定の温度に達した場合にそれらの間を流れる電流を制限し又は遮断する温度感知センサとして作用するように既定の温度でその回路を切断する。既定の温度は、特定のバッテリ15又はバッテリモジュール20の一般の過熱の温度指標、あるいは故障したバッテリ状態の温度指標とすることができる。0053有利なことには、各バッテリセル22は、固体状態のバッテリであり、そのため、液体電解質をベースとする反応から余分なエネルギーを放出しない。しかしながら、バッテリモジュール20又はバッテリ15の小さな領域の範囲内におけるバッテリセル22の蓄積されたエネルギーが過剰に急速放出することは、少なくとも約100°Cを超え得るバッテリ温度、場合によっては少なくとも約200°Cを超え得るバッテリ温度、更には少なくとも約300°Cさえをも超え得るバッテリ温度をもたらす局所的な加熱を更に引き起こすことがある。そのような局所的な加熱の影響により、陽極46などのバッテリ構成要素膜36又は保護用ケーシング18が周囲空気と望ましくない化学反応を引き起こすことがある。この問題は、小さな実装面積で高いエネルギー密度のバッテリのために悪化する。従って、一例では、温度感知センサとして機能する電流リミッタ66a、bは、約300°Cより低い、場合によっては約200°Cより低い、更には約150°Cよりも低い局所的な温度で流動し又は融解する材料から製造される。1つの態様では、電流リミッタ66a、bは、約100°Cから約200°Cまで、例えば約130°Cの温度で融解し又は流動することができる。適切な材料は、インジウム、スズ、ビスマス又はそれらの合金のうちの少なくとも1つを含む。これらの材料は、約50ミクロンより小さい線幅、場合によっては約20ミクロンから約5ミクロンまでの線幅を有する薄い線の形態で、及び少なくとも約5mmの長さ、場合によっては約10mmから約50mmまでの長さで、塗布できる。0054バッテリモジュール20内のバッテリセル22a~cの数は、結果として得られるバッテリ15のエネルギー密度及び安全性の配慮にも影響を及ぼすことがある。例えば、バッテリモジュール20内により多くの数のバッテリセル22を積層することは、エネルギー密度を増加させるが、製造歩留まりを低くし、使用中、過熱のリスクも増加させる。従って、1つの態様では、バッテリモジュール20a、bなどのそれぞれは、10個より少ないバッテリセル22、場合によっては4個よりも少ないバッテリセルを含む。0055本明細書に記載された再充電可能なバッテリセル22の実施形態は、バッテリセル22a~c、バッテリモジュール20a、b又はバッテリ15内の小さく限られた領域における過剰な熱蓄積の可能性を減らすことによって、より優れたユーザ安全性を提供する。そうすることで、バッテリセル22a~c、モジュール15、又はバッテリ15内の十分な熱蓄積であって、潜在的にユーザを燃やし得る熱蓄積を生成する可能性は減らされる。本バッテリ15はまた、従来のリチウムイオンバッテリよりも高いエネルギー蓄積容量及びより優れた体積エネルギー密度も提供する。例えば、従来のリチウムイオンバッテリセルは、200W‐hr/lから350W‐hr/lまでの最大エネルギー密度レベル及び30W‐hr/Lから120W‐hr/Lまでの比エネルギーレベルを有することが多い。しかしながら、本バッテリ15は、300W‐hr/Lを超える、あるいは500W‐hr/Lさえをも超えるエネルギー密度レベルを有する。更に、バッテリ15は、12.5mA‐hrの総蓄積充電を提供する。また、1200回の充放電サイクル後のバッテリセル22a~cのレベルでの容量保持率は典型的には約55から約85までであり、最初の300サイクルでは容量損失の大部分が生じ、300サイクルから1200サイクルまででは5より少ない容量損失が生じる。0056以下の実施例は、本バッテリの例示的な実施形態、製造方法、及び試験結果を示すが、本発明の範囲を限定するために使用されるべきではない。00574つのバッテリセル22図示しないをそれぞれ有する4つのバッテリモジュール20図示しないを備えるバッテリ15の写真を図6に示す。バッテリ20は、図示されるように、バッテリの上面上に熱導体層60aを含むバッテリを囲む保護用ケーシング18を用いて、雲母シートを含む基板16上に製造された。バッテリ15は、14mm×14mmの総空中aerial寸法及び0.46mmの厚さを有し、539ワット‐hr/Lの体積エネルギー密度を与えられた。バッテリ20は、1時間の充電における90の充電時間で充電された。また、200回の充放電サイクル後の充電容量保持率は、約96であった。これらの結果は、先行技術のバッテリと比較して優れたエネルギー密度、充電性、及び充電容量保持率を表わす。0058バッテリ15における3つの異なるバッテリモジュール20のそれぞれについての電圧と放電容量の関係を図7に示す。このグラフにより、バッテリ放電容量が約30°Cの試験温度で12mA‐hrを超えることが分かる。放電容量は、16時間放電率0.75mA放電電流を用いて測定された。この放電率は、携帯電話又は補聴器などの医療装置の典型的な1日の動作に相当する。最高放電容量は12.55mAhであった。バッテリモジュール20のエネルギー密度は約539Wh/Lと見積もられた。0059バッテリモジュール20は、約30°Cの試験温度でそのバッテリモジュールの充電/放電サイクル寿命及び充電率についても試験された。サイクル試験条件は次の通りである。i充電電流が6mAに降下するまで、4.2Vの定電圧で充電。電流制限なし。ii3.6Vに対して12mAの定電流で放電。iii200サイクルにわたるサイクル。及びiv毎50サイクル後に16時間率で容量の測定。3つの異なるバッテリモジュール20の異なるサイクルについての放電容量とサイクル数の関係についての試験結果を図8に示す。最初のバッテリモジュール20は200サイクルを完了したが、200サイクルの最後では4だけ容量減衰がみられた。4.3V及び30°Cの試験温度で充電された場合、90を超える充電容量が、1時間で再充電できることも認められた。0060種々のバッテリについての充電容量と充電時間のグラフを図9に示す。充電容量と時間は、第1、第53、第105、及び第208の放電サイクル後に測定された。第1、第53、及び第105の放電後の充電は、4.2Vで行われた。充電容量保持は、16時間率及び30°Cで放電された200サイクル後に96であった。見て分かるように、全てのバッテリが、この充電条件下で1時間以内に80まで及び2時間以内に97まで充電された。第208放電後の再充電は4.3Vで行われた。この充電電圧では、モジュールは、1時間で全容量の90及び80分で100まで再充電された。この充電率は、1時間で90という望ましい目標を達成する。その上更に、高電圧充電工程は、バッテリサイクル寿命に影響を及ぼさない。0061単一のバッテリセル22のサイクル寿命もまた、図10に示されるように試験された。低率容量保持率は、300サイクル後で約55であり、1200サイクル後で約50である。最良のバッテリセル22は、1200サイクルを超えて繰り返された。300サイクル後の低率容量保持率は、約550である。300サイクルから1200サイクルまでわずか約5の容量損失であった。0062この実施例では、短絡したバッテリ15又はモジュール20若しくはバッテリセル22の温度分布及びプロファイルを単純化モデルに基づいて計算する工程が示される。計算結果は、短絡の間に過熱又は熱による故障を防ぐために必要とされた熱導体層60及び電流リミッタ66の材料の種類及び特性を決定するために使用され得る。そのモデルにより、外部の電気的短絡又は内部の電気的短絡が最悪の熱状況を引き起こすことがあるかどうかも明らかにすることができる。温度上昇は、最悪の故障態様のためにモジュールとバッテリの両方について実験的に判断できる。そのモデルはバッテリ15に関連して記載されるが、そのモデルはバッテリモジュール20に又はバッテリセル22に同様に適用され得ることが理解されるべきである。0063電気的短絡後にバッテリ15に生じる温度プロファイルを計算するために、短絡が生じたときのバッテリ15からのエネルギー放出量及び放出率が、最初に計算されることになる。ほとんどの熱は、電気的短絡の場所で、例えば外部の鋭利な金属物体によるバッテリ15の保護用ケーシング18の破断点で放出されることが考えられる。エネルギー放出プロファイル及び単純化された熱伝搬モデルを用いて、温度上昇は、異なるモジュール及びバッテリ構造について計算できる。0064最初に、電気的短絡の間のエネルギー放出率が計算される。最初の電気的短絡段階の間、LixCoO2を含む陰極内のLiイオン濃度xは、短い時間に0.5十分に充電された状態から1十分に放電された状態まで変化することになる。エネルギー放出率は、陰極内の一定のLi拡散係数Dcm2/s単位を仮定する以下の1次元厳密解により計算される陰極内のLiイオン拡散率によって影響を及ぼされる。ここで、C放出は、放出容量の割合であり、lcm単位はバッテリ15の陰極42の厚さであり、ts単位は短絡後の時間である。電流ImA単位及び電流密度JmA/cm2は、以下のように上記数式の傾きから導出できる。ここで、C合計mAh単位は合計容量であり、Acm2単位は合計有効面積である。異なったイオン拡散係数Dと共に15ミクロンの厚さを有する陰極42についての放出容量及び電流密度プロファイルのプロットは、図11に示されており、その図は、電気的に短絡されたバッテリの計算された放出容量C放出及び電流密度Jプロファイルのグラフを示す。このグラフにおいて、破線は、固体状態の電解質38の内部抵抗に起因する短絡の始まりでの電流密度の上限~21mA/cm2である。15ミクロンの厚さを有する陰極42の場合、合計容量の約0.7は、短絡後の最初の1秒間に放出されることになる。短絡後の30秒で、1E-09cm2/sの典型的なLiイオン拡散係数の場合、放出容量は約13であり、電流密度は6.5mA/cm2に降下する。シミュレーションは、Li濃度の関数として一定ではない拡散係数を含むように、及び、電解質38の両端の電圧降下を含むように更に開発されることができる。0065その後、バッテリ15の温度プロファイルは、電気的短絡点近くの温度プロファイルを計算するために3次元熱放散シミュレーションモデル及び計算プログラムを用いてモデル化される。計算された放出容量プロファイル及び見積もられた電気的短絡のサイズ典型的には10ミクロンは、シミュレーションに使用される。所与のシミュレーション時間反復デルタtについて、要素体積の内/外への熱q伝達は、以下のフーリエの法則によって温度勾配の負に比例する。ここで、kは熱伝導率である。温度勾配は、シミュレーション処理においてデルタT/デルタx、デルタT/デルタy及びデルタT/デルタzによって計算されることができる。単位体積ごとの内部熱の変化ΔQは、温度の変化ΔTに比例する。すなわち、であり、ここで、Cpは比熱であり、ρは材料の密度である。従って、電気的に短絡されたバッテリ15の温度‐時間プロファイルをモデル化するために、温度の変化は、各シミュレーション要素についてその要素内又は外への純熱伝達に従って計算できる。0066内部短絡点若しくは外部短絡点によって電気的に短絡されたバッテリセル22、バッテリモジュール20又はバッテリ15の温度プロファイルはまた、測定されることもできる。例えば、3つの異なる種類の短絡、すなわち、外部短絡、金属含有物に起因する内部短絡、及びバッテリセル22、バッテリモジュール20、又はバッテリ15の保護用ケーシングを貫通する貫通釘によって誘発される内部短絡は、評価され得る。内部短絡は、金属含有物を導入することによって又は釘の貫通によってシミュレートできる。外部短絡は、バッテリセル22、バッテリモジュール20、又はバッテリ15の正及び負の接点に接続する低抵抗ワイヤ図示しないを通じる。外部短絡試験は、UL-1642UnderwritersLaboratoriesInc.:保険業者安全試験所に記載されたガイドラインに従うことができる。異なる分離構造もまた、バッテリセル22、バッテリモジュール20、又はバッテリ15の熱環境をシミュレートするために使用されることもできる。温度プロファイルは、時間に関してバッテリ15又はバッテリモジュール20の様々な位置で及び異なる電圧についての温度を記録するために、バッテリセル22、モジュール20、又はバッテリ15の表面上の異なる位置にいくつかの熱電対を配置することによって決定できる。結果として生じた温度プロファイルは、バッテリ15の電流リミッタ66又は熱導体層60の特性及び設計を決定するために使用され得る。0067上記のモデル化は、バッテリセル22、バッテリモジュール20又はバッテリ15内に電気的短絡がある場合のエネルギー放出‐時間プロファイル、及び、電気的短絡直後にバッテリ構造に生じる温度変化を提供する。電流リミッタ66の厚さ、幅、長さ、電気抵抗、熱伝導率、及び融解温度を含む電流リミッタ66の設計パラメータは、電気的短絡が生じるときに電流を制限し又は遮断するために選択される。例えば、計算が、モジュールが内部短絡を起こしたときを示す場合、バッテリの周囲のバッテリセル又はモジュールは、20mAのピーク電流を生じ得る。次いで、各モジュール上の電流リミッタの形状及び材料は、バッテリセル22、モジュール20又はバッテリ15を通過する電流が既定の電流レベル、例えば少なくとも約20mAを超えるときに、あるいは電気的短絡点における局所的な温度が既定の温度レベル、例えば少なくとも約150°Cを超えるときに、その電流リミッタが融解することになるように選択されるとよい。バッテリセル22の数、それらのバッテリセルの電気的接続が直列か並列であること、バッテリ15の出力電流、周囲温度、及び多くの他のパラメータに依存して、電流リミッタ66の個々の特徴が、当業者にとって明らかなように変化することになることは理解されるべきである。0068本明細書に記載されたバッテリ15は、過熱からのより優れた安全性を提供しつつ、高比エネルギー容量、及び適切な体積エネルギー密度も更に提供する。特定の構造及びプロセスステップの順序が、本発明のバッテリの実施形態及び製造方法を図示するために使用されたが、他の構造又はプロセスステップの順序もまた、当業者にとって明らかなように使用されることもできることは理解されるべきである。例えば、構成要素膜の種類又はそれらの構成要素膜の構造は変更されることができるし、他の層は、異なるバッテリセル22又はバッテリモジュール20の上部上に、あるいは異なるバッテリセル22又はバッテリモジュール20の間に成膜されることもできる。従って、添付された特許請求の範囲の趣旨とその特許請求の範囲は、本明細書に含まれる好適な態様の記載に限定されるべきではない。"