JP2016519401A - 熱の放散を向上させたケーシングを有するリチウム電気化学的蓄電池及び関連バッテリパック並びに製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、リチウム電気化学的蓄電池（Ａ）であって、少なくとも１つの電気化学セル（Ｃ）と、一方がアノードに接続されると共に他方がカソードに接続され、セパレータの２つの集電体と、長手方向軸線（Ｘ）のケーシング（６）とを有し、ケーシングは、キャップ（９）、底部（８）及び底部（８）とキャップ（９）の両方に接合された側部ジャケット（７）を有し、リチウム電気化学的蓄電池は、軸線Ｘに沿って配置された中央コア（１０）を更に有し、中央コア（１０）は、少なくともその高さの一部にわたって中空であり且つセルが誤動作したときに融点がセルの到達する温度を超える材料で構成され、中央コア（１０）の中空部分（１１，１２）は、底部（８）及び／又はキャップ（９）を経てケーシングの外部上に開口し、中央コア（１０）は、その中空部分の少なくとも一端部のところに、蓄電池の一方の極を形成する部分の雄ねじをねじ込むことができる雌ねじ（１４）を有することを特徴とする蓄電池に関する。

Description

本発明は、少なくとも一方の電極内でのリチウムのインサーション（挿入）又はデインサーション（脱離）の原理、又は換言するとインターカレーション／デインターカレーションの原理で動作するリチウム電気化学的発電装置の分野に関する。

本発明は、特に、リチウム電気化学的蓄電池であって、セパレータ中にしみ込ませた電解質の各側に設けられた少なくとも１つのアノード及びカソードで構成される少なくとも１つの電気化学セルと、一方がアノードに接続されると共に他方がカソードに接続された２つの集電体と、長手方向軸線（Ｘ）に沿って細長い形状のケーシングとを有し、ケーシングは、カバー、底部及び底部とカバーの両方に接合された側部ジャケットを有し、リチウム電気化学的蓄電池は、軸線に沿って設けられた中央コアを更に有し、中央コアは、少なくともその高さの一部にわたって中空であり且つ融点が異常動作状態の際にセルが到達する温度を超える材料で構成され、ケーシングは、中央コア回りに巻かれた電気化学セルを封止可能に収容する一方で更に、極を形成する集電体の一部分によって挿通されるよう構成されている形式のリチウム電気化学的蓄電池に関する。

本発明は、動作中における電気化学セルの発熱の悪影響、及び特に蓄電池の異常動作状態をなくすことができる解決手段を提供することを目的としている。

「異常動作状態」という表現が本明細書で用いられているが、この表現は、本発明との関連において、電気化学セルの偶発的な過充電及び／又は短絡中に結果として生じ、そして通常の名目上の条件下で生じる最大動作温度を超える温度の上昇を引き起こすリチウムの動作状態を意味するものと理解されたい。

本発明は、１つのアノード、１つのカソード及び１つの電解質を有する単一の電気化学セルに基づいているので単極性であると見なされ得る従来型リチウムイオンバッテリアーキテクチャにも同様に利用できると共に双極性バッテリとも呼ばれる少なくとも１つの双極性集電体又は集電体を含む双極性リチウムバッテリアーキテクチャにも利用できる。

かかる双極性バッテリでは、双極性集電体は、その互いに反対側のフェースの各々上に、逆の符号（逆の極性）の２つの電極材料のうちの一方を担持し、即ち、双極性集電体は、フェースのうちの一方上にカソード（正の電極）を担持すると共に互いに反対側のフェースのうちの他方上にアノード（負の電極）を担持している。

従来技術
図１及び図２に概略的に示されているように、リチウムイオン蓄電池又はバッテリは、通常、正の電極又はカソード２と又は負の電極又はアノード３との間に位置する電解質要素１、カソード２に接続された集電体（電流コレクタともいう）４、アノード３に接続された集電体５及び最後に、電気化学セルを封止可能に収容すると共に更に集電体４，５の一部分によって挿通されるよう構成された包装材６で構成されている少なくとも１つの電気化学セルＣを有する。

従来型リチウムイオンバッテリのアーキテクチャは、単極性であると見なされ得るアーキテクチャである。と言うのは、単一の電気化学セルが１つのアノード、１つのカソード及び１つの電解質を有するからである。複数の形式の単極性アーキテクチャ幾何学的形状が知られており、これらは、次の通りである。
‐例えば米国特許出願公開第２００６／０１２１３４８号明細書に開示されている円筒形幾何学的形状、
‐米国特許第７，３４８，０９８号明細書及び同第７，３３８，７３３号明細書に開示されている角柱形幾何学的形状及び
‐米国特許出願公開第２００８／０６０１８９号明細書及び同第２００８／００５７３９２号明細書並びに米国特許第７，３３５，４４８号明細書に開示されている積み重ね幾何学的形状。

電解質構成要素１は、固体であっても良く液体であっても良くゲルであっても良い。後者の場合、この構成要素は、有機又は無機液体電解質を吸い込ませたポリマー、セラミック又は微孔質複合材料で作られたセパレータを構成するのが良く、かかる電解質により、リチウムイオンは、充電中、カソードからアノードに移ることができ又は放電中にはこの逆の動きを行い、それにより電流が発生する。電解質は、一般に、リチウム塩、典型的にはＬｉＰＦ₆が追加された有機溶剤、例えば炭酸塩の混合物である。

正の電極又はカソード２では、リチウム陽イオンインサーションで作られ、かかるリチウム陽イオンインサーション材料は、一般に、複合材料、ＬｉＦｅＰＯ₄、ＬｉＣｏＯ₂及びＬｉＮｉ_0.33Ｍｎ_0.33Ｃｏ_0.33Ｏ₂である。

負の電極又はアノード３は、黒鉛又はＬｉ₄ＴｉＯ₅Ｏ₁₂（又はチタネート材料）から成る場合が非常に多く、但し、オプションとして、珪素又は珪素を主成分とする複合材料を主成分としていても良い。

正の電極に接続されている集電体４は、一般に、アルミニウムで作られる。

負の電極に接続された集電体５は、一般に、銅、ニッケル被覆銅又はアルミニウムで作られる。

リチウムイオン蓄電池又はバッテリは、当然のことながら、互いに上下に積み重ねられる複数の電気化学セルから成るのが良い。

従来、Ｌｉイオン蓄電池又バッテリは、高い電圧レベル、典型的には３．６ボルトに等しい電圧レベルで動作することができるようにする１対のアノード及びカソード材料を用いている。

想定される用途の種類に応じて、薄く且つ可撓性のリチウムイオン蓄電池か剛性蓄電池かのいずれかを製造しようとしており、包装材は、かくして、可撓性か剛性かのいずれかであり、後者の場合、いわばケーシングを形成する。

可撓性包装材は、通常、接着により積層された１枚又は２枚以上のポリマーフィルムで覆われているアルミニウム層のスタックから成る多層複合材で作られる。

図３は、電気化学セルＣを封止可能に収容する一方で、更に端子を形成すると共に電気化学セルの平面内を延びる２枚のストリップ４，５の一部分によって挿通されるよう構成されたこの形式の可撓性包装材６を示している。図３に示されているように、ポリオレフィンを主成分とするポリマー補強材６０は、ストリップ４，５周りの包装材６の熱的に作られたシールの性能を向上させるよう設けられるのが良い。可撓性包装材の大きな利点は、これらが軽いことにある。したがって、最も高いエネルギー密度を備えたＬｉイオン蓄電池は、可撓性包装材を有する。これら可撓性包装材の大きな欠点は、これらのシール緊密度が作られるシールの化学的無抵抗性のために経時的に実質的に劣化するということにある。

剛性包装材は、これら包装材としては、意図した用途が過酷であり又は長い寿命が求められる場合に、例えば耐えるべき圧力が極めて高く且つより厳しい所要封止レベル、例えば、１０^-8ｍｂａｒ．ｌ／ｓよりも低い封止レベル又は例えば航空又は宇宙分野で見受けられる荒涼とした環境で用いられる。

かくして、現時点において、用いられる剛性包装材の一つは、一般に軽量且つ安価な金属、例えばステンレス鋼（３１６Ｌステンレス鋼又は３０４ステンレス鋼）若しくはアルミニウム（Ａｌ１０５０又はＡｌ３００３）又はそれどころかチタンで作られた金属ケーシングから成る。さらに、アルミニウムは、以下に説明するようにその熱伝導率が高いので一般的には好ましい。銅／ニッケルバイメタル被膜で覆われた鋼で作られているケーシングは、既に、国際公開第２０１０／１１３５０２号パンフレットで計画されている。

プラスチック、特に全体がポリマーで作られたケーシングも又、特に米国特許出願公開第２０１０／３１６０９４号明細書で想定されている。これらケーシングは、機械的強度が高いものであるが、これらの構成材料の価格に鑑みて、経済的に採算の取れる見込みが少ない。

混合ポリマー／材料で作られたケーシングも又、計画された。

最後に、キャリヤ中に組み込まれていてＬｉイオン蓄電池をソーラパネルで再充電することができるケーシング、例えば中国実用新案出願公開第２０１６９０３８９（Ｕ）号明細書に記載されているようなキャップ中に組み込まれるケーシングに言及することができる。

剛性包装材の大きな利点は、これらのシール緊密度が高く且つこのシール緊密度が経時的に維持されるということにあり、その理由は、かかるケーシングが一般的にはレーザ溶接によって閉鎖状態に溶接されるからである。これら剛性包装材の大きな欠点は、ケーシングに金属が用いられているのでこれらの重量が重いということにある。

Ｌｉイオン蓄電池包装材の剛性ケーシングの大部分の幾何学的形状は、円筒形である。と言うのは、大抵の蓄電池電気化学セルが円筒形幾何学的形状を有するスプールに巻き付けられるからである。角柱形状のケーシングも又、既に製作された。

通常、１０年を越える寿命の高容量Ｌｉイオン蓄電池のために製造される円筒形の剛性ケーシングの一形式が図４に示されている。

ケーシング６は、円筒形側部ジャケット７、一端部に設けられた底部８及び他端部に設けられたカバー９を有し、底部８とカバー９は、ジャケット７に接合されている。カバー９は、電流出力端子又は極４０，５０を担持している。出力端子（極）のうちの１つ、例えば正の端子４０は、カバー９に溶接され、他方の出力端子、例えば負の端子５０は、負の端子５０をカバーから電気的に絶縁するシール（図示せず）を介在させた状態でカバー９を通過している。

包装材が可撓性であるにせよ剛性であるにせよいずれにせよ、これとは無関係に、今日まで計画されたケーシングの全てに関し、電気化学セルは、事実、外部に対して完全に密閉されたチャンバ内に納められている。

しかしながら、リチウム蓄電池が動作しているとき、即ち、電気化学セルが電圧を受けているとき、後者の中には熱が発生する。この発熱は、僅かな程度までは集電体への電流の移動に起因して、主として各セル内の電気化学反応に起因している。

この熱の放散は、電気化学セルの外壁、即ち、包装材と接触した内壁を介して自然に起こる。

この理由では、リチウム蓄電池、特にＬｉイオン蓄電池の設計者は、体系的に、次のこと、即ち、
‐高さと直径の比が１よりも大きい小径の円筒形蓄電池ケーシングか、
‐円筒形のケーシングに対して広い壁領域を有し、この場合も又、高さと厚さの比が１よりも高い角柱形蓄電池ケーシングかのいずれかを想定している。かくして、角柱形状の蓄電池は、円筒形の蓄電池のエネルギー密度よりも高いエネルギー密度を有する。

異常動作条件下では、即ち、公称条件を外れた場合、例えば偶発的な過充電又は短絡が最大動作温度よりも高い温度を生じさせたとき、蓄電池が爆発する危険がある。具体的に説明すると、かかる条件により、電解質の発熱が生じると共に電解質の蒸気が生じる。ケーシング内におけるこれら蒸気の蓄積により、蓄電池の内圧が上昇し、それによりケーシングの激しい破裂が生じると共に環境及び近くに存在する人々に対して腐食性であり且つ有害な化合物が飛び散る場合がある。密閉蓄電池のケーシングの内部におけるガスの蓄積及び熱的暴走を阻止する安全装置、例えば弁が存在し、かかる弁により、ガスを内圧があらかじめ設定された値を超えると放出することができ、読者は、米国特許第５，６７７，０７６号明細書、同第５，７４１，６０６号明細書及び仏国特許第２８７３４９５（Ｂ１）号明細書に記載された解決策を参照されたい。

蓄電池を形成する電気化学電池のかかる誤動作の際、発熱が蓄電池の中心部又は心臓部で生じ、熱放散が十分である場合、特に上述の安全装置が働いた場合、熱暴走が生じることはない。これとは逆の場合、熱暴走が続く場合があり、ついには蓄電池が爆発する。

蓄電池の異常動作状態下における発熱により、１００℃〜１５０℃温度が蓄電池の心臓部で極めて迅速に生じる。これら温度は、非常に高いので、従来ポリマー（ポレオレフィン又は充填剤入りポレオレフィン）で作られていると共にスプール巻きによってセルが巻かれている中央コアが溶融することが観察された。ポリマー性の中央コアのこの溶融により、蓄電池の心臓部からガスの通過が上述の安全装置を採用した場合であっても結果として生じる非制御状態の熱暴走により妨げられる。これにより、蓄電池が爆発して燃えてしまう場合がある。ポリマー性の中央コアの溶融により、更に、ケーシングから逃げ出る場合のある汚染性の又はそれどころか有毒な有機劣化生成物が生じる。

仏国特許第２８７３４９５（Ｂ１）号明細書は、アルミニウムで作られた中心軸を記載しており、この中心軸は、アルミニウムの融点が高く、典型的には約６５０℃なので耐熱性が向上している。こういうことであれば、この仏国特許第２８７３４９５（Ｂ１）号明細書で提供されている短絡回路として働く安全装置がもし作動されなければ、蓄電池からの心臓部からの実際の熱の放散が生じない。と言うのは、ケーシングにより形成されたチャンバが外部に対して完全に密閉されたままの状態だからである。さらに、安全装置がケーシングの底部の薄い部分の破裂によっていったん作動されると、蓄電池は、非可逆的に動作不能になる。

米国特許出願公開第２００６／０１２１３４８号明細書 米国特許第７，３４８，０９８号明細書 米国特許第７，３３８，７３３号明細書 米国特許出願公開第２００８／０６０１８９号明細書 米国特許出願公開第２００８／００５７３９２号明細書 米国特許第７，３３５，４４８号明細書 国際公開第２０１０／１１３５０２号パンフレット 米国特許出願公開第２０１０／３１６０９４号明細書 中国実用新案出願公開第２０１６９０３８９（Ｕ）号明細書 米国特許第５，６７７，０７６号明細書 米国特許第５，７４１，６０６号明細書 仏国特許第２８７３４９５（Ｂ１）号明細書

したがって、特にリチウム蓄電池の電気化学セルの異常動作状態において、特に高くなり過ぎている蓄電池の心臓部に関連した悪影響を回避する目的で、ケーシングから成る剛性包装材を有するリチウム蓄電池の心臓部からの熱の放散を向上させる必要がある。

特に、リチウム蓄電池の心臓部からの熱の放散を向上させ、しかもこれによりリチウム蓄電池がこの中の電気化学セルの異常動作状態の場合に非可逆的に動作不能になることのないようにすることが要望されている。

本発明の目的は、少なくとも部分的にこの要望／これらの要望に応えることにある。

これを行うために、本発明の要旨は、その観点のうちの１つによれば、リチウム電気化学的蓄電池であって、セパレータ中にしみ込ませた電解質の各側に設けられた少なくとも１つのアノード及びカソードで構成される少なくとも１つの電気化学セルと、一方がアノードに接続されると共に他方がカソードに接続され、２つの集電体と、リチウム電気化学的蓄電池は、長手方向軸線（Ｘ）に沿って細長い形状のケーシングとをし、ケーシングは、カバー、底部及び底部とカバーの両方に接合された側部ジャケットを有し、リチウム電気化学的蓄電池は、軸線（Ｘ）に沿って設けられた中央コアを更に有し、中央コアは、少なくともその高さの一部にわたって中空であり且つ融点が異常動作状態の際にセルが到達する温度を超える材料で構成され、ケーシングは、中央コア回りに巻かれた電気化学セルを封止可能に収容する一方で更に、極を形成する集電体の一部分によって挿通されるよう構成されている形式のリチウム電気化学的蓄電池にある。

本発明によれば、中央コアの中空部分は、底部及び／又はカバーを経てケーシングの外部上に開口し、中央コアは、その中空部分の少なくとも一端部のところに、蓄電池の一方の極を形成する部分の雄ねじをねじ込みによって受け入れる雌ねじを有する。かくして、特に溶接によって極をケーシングのカバーに締結する従来ステップが回避される。と言うのは、極が本発明に従って中空中央コア中に直接ねじ込まれるからである。雌ねじは、有利には、ケーシングの底部上又はカバー上に開口することができる。

好ましくは、中空部分は、ケーシングの端部の両方のところで、即ち、底部及びカバーを通ってケーシングの外部と連通する。

「融点が異常動作状態においてセルが達する温度よりも高い材料」という表現が本明細書において用いられており、この表現は、本発明との関連において、リチウム蓄電池の異常動作状態で極めて迅速に達すると共に観察される温度、一般に、約１００℃を超え、典型的には１００℃〜１５０℃の温度に耐えることができる材料を意味するものと理解されたい。

好ましくは、中央コアは、その高さ全体にわたって中空である。

一変形実施形態によれば、ケーシング及び中央コアは、全体として円筒形の形状のものである。好ましくは、中央コアの直径は、０．５〜５ｃｍであり、この場合も又、好ましくは、１〜２ｃｍであり、これに対し、ケーシングの直径は、好ましくは、６〜２０ｃｍであり、この場合も又好ましくは、１０±２ｃｍに等しい。

別法として、別の変形例によれば、ケーシング及び中央コアは、全体として角柱の形状のものである。

好ましくは、ケーシングは、金属、例えばアルミニウムで作られる。

ケーシングは又、少なくとも部分的にポリマーで作られるのが良い。かくして、ケーシングは、全体がポリマーで作られても良い。

中央コアは、好ましくは、金属、アルミニウムで作られる。中央コアの構成材料は、有利には、融点が約６５０℃であり、蓄電池の心臓部のところで達する異常な動作温度、即ち、１００〜１５０℃よりも極めて高い１０５０アルミニウムであるのが良い。

有利な一実施形態によれば、金属中央コアは、電気的絶縁体で作られた被膜、例えばポリオレフィンで作られた被膜で被覆されている。かくして、電気化学セル内で起こる場合のある考えられる短絡が防止される。これは、例えばコアへのセルのスプール巻きが手動で実施されている場合であることがあり、この場合、位置合わせ上の欠陥が負の電極をコアの金属に電気的に接触させる危険を伴って生じる場合がある。換言すると、電気的絶縁被膜がコアの外面に施された状態で、手動によるスプール巻き中に電極と中央コアの位置合わせ不良に起因して生じる短絡の恐れが絶対にない。

好ましくは、中央コアは、滑らかな外面を有する。かくして、中空中央コアは、巻回中、セルの形状に可能な限り酷似する。

有利な一変形実施形態によれば、中央コアは、その中空部分の少なくとも一端部のところに、電気化学セルをスプール巻きする機械のマンドレルと締り嵌め関係をなすのに適した内側形状を有する。換言すると、この変形例によれば、本発明の中空コアは、巻回機械（スプーラ）のマンドレルに確実に締結できるスプールとしての役目を果たす。

有利な一実施形態によれば、中央コアは、その端部のうちの一方のところに、締り嵌め関係に適した内側形状を有すると共にその端部のうちの他方のところに蓄電池の極をねじ止めする雌ねじを有する。

一変形実施形態によれば、中央コアの中空部分の内部に設けられた１つ又は２つ以上の受動型冷却要素、例えば１つ又は２つ以上のフィンを有するが良い。中央コアの中空部内の内部表面領域を増大させる上述の形態（マンドレル、雌ねじ、追加の冷却フィンに嵌まるのを可能にする形状）がどのようなものであれ、これが有利である。と言うのは、これは、ケーシングの外部から来ている空気との熱交換により熱放散量を増大させるという作用効果を有するからである。

本発明の一改造例によれば、受動型冷却要素は、中央コアを形成する管の内側部分に接触するよう構成される。これは、代表的には熱伝導性金属、例えばステンレス鋼、銅又はアルミニウムで作られたインサート又はもっとはっきりと言えばフィンであるのが良い。有利には、受動型冷却要素は、ケーシングに溶接され又はそれどころかろう付けされ、或いは、もっとはっきりと言えば、中央コアを形成する中空管の内壁に対するくさび止めによって中央コア中に強制的に嵌め込まれる。

一変形実施形態によれば、中央コアは、底部及び／又はカバーに設けられた貫通孔周りに溶接されるのが良い。

変形例として、別の形態によれば、中央コア及びケーシングの底部は、単一の深絞り部品から成るのが良い。

本発明のリチウム蓄電池は、カバー中に組み込まれていて且つあらかじめ設定されたしきい値よりも高い圧力の場合にケーシングの内部に存在するガスを外部に放出するのに適した安全装置の一部分、例えば弁を有するのが良い。これは、セルが大きな直径（厚い厚さ）を備えた状態で巻かれるので特に有利である。有利には、外部に接触する安全装置の一部分の中心は、カバーの縁と中央コアの中心との間の半分ほどのところに配置される。

かくして、本発明のＬｉイオン蓄電池は、外部から来ている連続した塊状の空気を電気化学セル中に導入する中空中央コアを備えていることを特徴としている。

本発明により、リチウム蓄電池からの連続熱放散は、先行技術の場合のようにケーシングの壁によるだけでなく、蓄電池の中央部内の塊状の空気を介して、オプションとして、塊状の空気の経路上に配置された受動型冷却要素を介して達成される。

換言すると、先行技術のリチウム蓄電池と比較して、本発明の蓄電池は、外部から来ている空気によってこの中から熱を連続的に放散させる。中空コアが蓄電池の両端部のところで開く場合、即ち、中空コアが底部からカバーまで通る場合、空気の流れが有利には自然対流によって引き起こされる。

本発明は、その観点のうちの別の観点によれば、バッテリパックであって、複数個の上述の蓄電池と、互いに電気的に直列又は並列に接続された複数個の蓄電池を収容した金属ボックスと、２つの極、即ち、蓄電池に共通であり且つ金属ボックスの壁を貫通するフィードスルーを形成する負極及び蓄電池に共通であり且つ金属ボックスの１つの壁に締結された正極と、電気絶縁体で作られていて蓄電池の少なくとも一端部と金属ボックスの１つの壁との間に設けられたフィルムとを含むことを特徴とするバッテリパックに関する。

一実施形態によれば、複数個の蓄電池は、金属ボックス内に垂直に配置され、共通の負極は、下側又は上側の壁を貫通するフィードスルーを形成し、共通の正極は、特に溶接によって、反対側の壁、即ち、それぞれ上側又は下側の壁に締結される。

本発明は、その観点のうちの更に別の観点によれば、セパレータ中にしみ込ませた電解質の各側に設けられた少なくとも１つのアノード及び少なくとも１つのカソードで構成される少なくとも１つの電気化学セルと、電気化学セルを封止可能に収容する一方で更に、極を形成する集電体の一部分によって挿通されるよう構成されたケーシングとを有するリチウム蓄電池を製造する方法であって、
ａ／スプール巻きによって電気化学セルのアノード、カソード及びセパレータを、高さの少なくとも一部分にわたって中空である中央コア回りに巻回するステップを含み、中央コアは、その中空部分の少なくとも一端部のところに雌ねじを有し、
ｂ／巻回セルの端部のうちの一方のところで、アノードに当接する集電体部分を、シムの形態をした集電体端子部分に溶接するステップを含み、
ｃ／シムを備えた巻回セルを、ケーシングの底部及び側部ジャケットを形成する剛性容器中に挿入するステップを含み、
ｄ／巻回セルの端部のうちの他方のところで、カソードに当接する集電体部分をケーシングの底部に溶接するステップを含み、
ｅ／カバーを貫通してフィードスルーを形成する負極にシムを溶接するステップを含み、
ｆ／カバーを剛性容器に溶接するステップを含み、
ｇ／底部及び／又はカバーに設けられていて中空中央コアが嵌め込まれる孔周りに中空中央コアを溶接するステップを含み、
ｈ／正極を中空中央コアの雌ねじにねじ込むステップを含むことを特徴とする方法に関する。

製造方法のこの変形形態によれば、底部及び側部ジャケットは、単一中空部品又はカップを形成する。

本発明は、その観点のうちの更に別の観点によれば、セパレータ中にしみ込ませた電解質の各側に設けられた少なくとも１つのアノード及び少なくとも１つのカソードで構成される少なくとも１つの電気化学セルと、電気化学セルを封止可能に収容する一方で更に、極を形成する集電体の一部分によって挿通されるよう構成されたケーシングとを有するリチウム蓄電池を製造する方法であって、
ａ１／スプール巻きによって電気化学セルのアノード、カソード及びセパレータを、高さの少なくとも一部分にわたって中空である中央コア及びケーシングの底部を形成するプレートを有するキャリヤ回りに巻回するステップを含み、コアは、その中空部分の少なくとも一端部のところに、雌ねじを有し、
ｂ１／巻回セルの端部のうちの一方のところで、カソードに当接している集電体部分をケーシングの底部に溶接するステップを含み、
ｃ１／ 巻回セルの端部のうちの他方のところで、アノードに当接している集電体部分を、シムの形態をした集電体端子部分に溶接するステップを含み、
ｄ１／シムを備えた巻回セルを、ケーシングの側部ジャケットを形成する剛性容器中に挿入するステップを含み、
ｅ１／底部を側部ジャケットに溶接するステップを含み、
ｆ１／シムを、カバーを貫通したフィードスルーを形成する負極に溶接するステップを含み、
ｇ１／カバーを剛性容器に溶接するステップを含み、
ｈ１／必要な場合、中空中央コアをカバーに設けられていて中空中央コアが嵌め込まれる孔周りに溶接するステップを含み、
ｉ１／正極を中空中央コアの雌ねじにねじ込むステップを含むことを特徴とする製造方法に関する。

ステップｆ／又はステップｇ１／がいったん実施されると、液体電解質をカバーに設けられた充填孔中に挿入して電気化学セルのセパレータにしみ込ませる。

本発明の電気化学セルの構成要素としての電極について選択されたリチウムインサーション電極材料の種類に応じて、少なくとも１枚の金属シートにより形成される集電体は、アルミニウムで作られるのが良く又は別の金属で金属化されたこの表面を有するのが良く、例えば、銅上に重ね合わされたアルミニウムで作られるのが良い。

「リチウムインサーション材料で作られた電極」という表現が本明細書で用いられており、この表現は、本発明との関連において、少なくとも１種類のリチウムインサーション材料及び少なくとも１種類のポリマー結着剤を含む電極を意味するものと理解されたい。オプションとして、電極は、これに加えて、電気導体、例えば炭素繊維又はカーボンブラックを含むのが良い。

特に正の電極のための「リチウムインサーション材料」という表現が本明細書において用いられており、この表現は、マンガン、層状リチウム酸化物及びこれらの混合物を含むスピネルリチウム化酸化物並びに化学式ＬｉＭ_y（ＸＯ_z）_nで表される多陰イオン構造組織リチウム化酸化物から選択された材料を意味しており、この化学式において、Ｍは、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｖ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ及びＭｏから選択された元素であり、Ｘは、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ及びＡｓから選択された元素であり、ｙ、ｚ及びｎは、正の整数である。

特に負の電極のための「リチウムインサーション材料」という表現は又、リチウム化又は非リチウム化酸化チタン、例えばＬｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂又はＴｉＯ₂から選択された材料を意味するものと理解されたい。具体的に言えば、負の電極材料は、炭酸化物質、非リチウム化酸化チタン及びこれらの誘導体及びリチウム化酸化チタン、例えばＬｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂及びこれらの誘導体、並びにこれらの混合物炭酸化材料、非リチウム化酸化チタン及びこれらの誘導体、リチウム化酸化チタン、例えばＬｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂及びこれらの誘導体、及びこれらの混合物から選択されるのが良い。

「リチウム化誘導体」という表現が本明細書で用いられておりこの表現は、本発明との関連において、化学式Ｌｉ_(4-x1)Ｍ_x1Ｔｉ₅Ｏ₁₂及びＬｉ₄Ｔｉ_(5-y1)Ｎ_y1Ｏ₁₂の化合物を意味するものと理解され、これらの化学式において、ｘ１及びｙ１は、それぞれ、０〜０．２であり、Ｍ及びＮは、それぞれ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉ及びＭｏから選択された化学元素である。

「非リチウム化誘導体」という表現が本明細書において用いられており、この表現は、本発明との関連において、Ｔｉ_(5-y1)Ｎ_y1Ｏ₁₂を意味するものと理解され、この化学式において、ｙ１は、０〜０．２であり、Ｎは、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉ及びＭｏから選択された化学元素である。

好ましくは、アノードは、Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂で作られ、カソードは、ＬｉＦｅＰＯ₄で作られる。

「セパレータ」という用語が本明細書において用いられ、この用語は、本発明との関連において、少なくとも１種類のポリマー材料、例えばポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルアセテート（ＰＶＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリオキシエチレン（ＰＯＥ）若しくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又はポリオレフィンから選択されたポリマー、例えばポリプロピレン、ポリエチレン又はセルロースで作られた電気絶縁性無機導体を意味するものと理解されたい。

本発明の電解質は、カーボネートと少なくとも１種類のリチウム塩の混合物で形成された液体であるのが良い。「リチウム塩」という表現は、好ましくは、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＢＦ₄及びＬｉＡｓＦ₆から選択された塩を意味するものと理解されたい。

変形例として、電解質は、リチウムイオンを主成分とする１種類又は２種類以上のイオン性液体、即ち、有機又は無機陽イオンと錯体を形成するリチウム陰イオンで作られた塩を含むのが良く、かかる塩は、室温で液体であるという特性を有する。イオン液体は、陽イオンの性状に応じて、親水性又は疎水性の場合がある。イオン液体の一例として、疎水性陽イオン、例えばトリフルオロメタンスルホネート（ＣＦ₃ＳＯ₃）、ビス（トリフルオロメタンスルホネート）イミド（［（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ］及びトリス（トリフルオロメタンスルホネート）メチド［（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃Ｃ］を主成分とするイオン液体を挙げることができる。

装置のうちの少なくとも１つの電流コネクタを形成する導電性部分上への各電極の被着は、従来型印刷法、例えばスクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、吹き付け等を用いて実施されるのが良い。

「フィードスルー」という用語は、従来通り、導電性要素を壁中に通すのに役立つ一方でこの壁から導体を絶縁する装置を意味するものと理解されることが注目されよう。

他の利点及び他の特徴は、例示として与えられると共に以下の図を参照して行われる詳細な説明を読むとより明確に明らかになろう。

リチウムイオン蓄電池の種々の要素を示す概略分解組立て斜視図である。 先行技術の可撓性包装材を備えたリチウムイオン蓄電池を示す正面図である。 先行技術の可撓性包装材を備えたリチウムイオン蓄電池の透し斜視図である。 先行技術のリチウムイオン蓄電池の斜視図であり、その剛性包装材がケーシングによって形成されている状態を示す図である。 先行技術のリチウムイオン蓄電池の斜視図であり、その剛性包装材がケーシングによって形成されている状態を示す図である。 本発明の第１の実施形態としてリチウムイオン蓄電池の種々の実施形態を示す分解組立て斜視図である。 本発明の第２の実施形態に従ってリチウムイオン蓄電池の種々の要素を示す分解組立て斜視図である。 本発明の第１の変形実施形態による円筒形の形をした中空中央コアの斜視図である。 本発明の第２の変形実施形態としての円筒形の形をした中空中央コアの斜視図である。 本発明の第３の変形実施形態としての円筒形の形をした中空中央コアの斜視図である。 本発明の別の変形実施形態としての角柱形状の中空中央コアの斜視図である。 本発明の一実施形態に従ってリチウムイオン蓄電池を製造する方法の種々のステップのうちの１つを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に従ってリチウムイオン蓄電池を製造する方法の種々のステップのうちの別の１つを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に従ってリチウムイオン蓄電池を製造する方法の種々のステップのうちの別の１つを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に従ってリチウムイオン蓄電池を製造する方法の種々のステップのうちの別の１つを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に従ってリチウムイオン蓄電池を製造する方法の種々のステップのうちの別の１つを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に従ってリチウムイオン蓄電池を製造する方法の種々のステップのうちの別の１つを示す斜視図である。 本発明の複数のリチウムイオン蓄電池及び複数のリチウムイオン蓄電池を収容した金属ボックスを含むバッテリパックの斜視図である。 本発明のリチウムイオン蓄電池の分解組立て斜視図である。 本発明のリチウムイオン蓄電池の角柱内部形状の中央コアの縦断面図である。 本発明のリチウムイオン蓄電池の斜視図である。 本発明のリチウムイオン蓄電池の縦断面図である。 本発明のリチウムイオン蓄電池の拡大底面図である。

分かりやすくするために、同一の参照符号が先行技術及び本発明のリチウムイオン蓄電池の均等な要素を示すために図１〜図１２の全てにおいて用いられている。

注目されるように、本発明の種々の要素は、分かりやすくするために示されているに過ぎず、これらは、縮尺通りにはなっていない。

最後に、注目されるように、本明細書及び本願全体を通じて、「下側」、「上側」、「垂直」、「上方」、「下方」、「〜の下」、及び「〜の上」という用語は、カバーがケーシングの頂端部のところに位置した状態で垂直位置に配置されたリチウム蓄電池に関するものと理解されたい。

図１〜図４は、背景技術の項で既に詳細に説明されている。したがって、これらの図については以下において説明しない。

図５は、本発明のリチウムイオン蓄電池Ａを示している。

蓄電池Ａは、第１に、セパレータ中にしみ込ませた電解質の各側に位置する少なくとも１つのアノード及び少なくとも１つのカソードで構成された少なくとも１つの電気化学セルＣを有する。カソードは、リチウムインサーション材料で作られており、これらは、集電体（集電体）を形成する金属シート上にアクティブの層の形態で従来技術を用いて被着されるのが良い。一例を挙げると、アノードは、Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂で作られ、カソードは、ＬｉＦｅＰＯ₄で作られ、集電体は、アルミニウムのシートで構成されている。

Ｌｉイオン蓄電池は、２つの集電体を有し、これら集電体のうちの一方は、アノードに接続され、他方は、各セルＣのカソードに接続されている。

蓄電池は、剛性包装材としての密閉ケーシング６を更に有し、このケーシングは、長手方向軸線（Ｘ）に沿って細長い形状のものである。

ケーシング６は、円筒形側部ジャケット７、一端部のところに位置する底部８及び他端部のところに位置するカバー９を有し、底部８及びカバー９は、溶接によってジャケット７に接合されている。

カバー９は、電流出力端子又は極５０を担持している。正極（図示せず）は、カバー９に溶接され、負極５０は、シール（図示せず）を介在させた状態でカバー９を貫通しており、それにより、極５０をカバー９から電気的に絶縁するフィードスルーを形成している。

例えば図５に示されているように、中心が穴あけされた中実ディスク５２及びそれ自体折り曲げられた舌部５３の形態をしたシム５１がこれが溶接されているセルＣの上端部とカバー９との間に収容されている。シム５１は、負の支持体とも呼ばれるセルのアノードを支持する集電体と負極５０との導通性を保証する端子集電体の一部分を形成している。

セルＣの下端部は、それ自体としてはケーシング６の底部８に溶接されている。

蓄電池の動作中、特に異常動作状態において電気動作化学セルＣの心臓部からの熱の放散を向上させるため、本発明者は、空気の連続した塊をセルＣ中に導入することを思いつき、この空気は、ケーシング６の外部から来る。外部と接触するこの連続した塊状の空気により、巻回セルＣの中央部又は換言すると心臓部からの熱の連続放散が保証される。

かくして、本発明者は、実施するのが簡単な解決策、即ち、軸線Ｘに沿って位置すると共に電気化学セルＣが巻かれる中空中央コア１０を形成する筒体を提供することを計画し、この中央コアは、融点が異常動作状態においてセルの到達する温度よりも高い材料で作られ、セルの中空部分１１，１２は、底部８及び／又はカバー９を介してケーシングの外部に開口する。

例えば図５〜図１６の全てに示されているように、中央コア１０は、その高さ全体にわたって中空であり、その２つの中空端部１１，１２は、カバー９及び底部８を介してそれぞれ、ケーシング６の外部に開口している。かくして、自然対流によりコア１０の内部を通る空気の連続した流れを得ることができ、それにより巻回セルの心臓部からの熱の放散が一段と向上する。しかしながら、中央コア１０は、その高さのうちの幾分かについてのみ中空であっても良く、この場合、その端部のうちの一方だけ１１又は１２が中空であり、ケーシング６の外部上に開口する。

例えば、図５〜図１６の全てに示されているように、中空中央コア１０は、好ましくは、その巻回中にセルＣの形状に最適に合致するために滑らかである外面を有すると共にその端部のうちの一方のところに位置していて、蓄電池４０の出力端子（極）の雄ねじ（図示せず）を受け入れることができる雌ねじ１４を有している。

中空中央コア１０は、有利には、金属で作られ、より有利には、融点が約６５０℃であり、蓄電池の異常動作状態中に達する温度、典型的には１５０℃という高い温度よりも非常に高いアルミニウムで作られる。

２つの別々の実施形態が本発明のＬｉイオン蓄電池を製造するために計画可能であり、即ち、
‐一方の実施形態は、スプール巻きにより本発明に従ってセルＣを中空中央コア１０回りに巻回するステップ及び次にこの巻回サブアセンブルを底部８と側部ジャケット７の両方を組み込み、かくしてカップを形成する剛性容器７０内に収容するステップとから成る。（図６Ａ及び図１３）。
‐他方の実施形態は、スプール巻きにより本発明に従って中空中央コア１０と底部８の両方を有するキャリヤ８０回りにセルＣを直接巻回するステップと、次に、この巻回サブアセンブリを側部ジャケット７だけから成る剛性容器内に収容するステップとから成る。（図６Ｂ）。

中空中央コア１０の内部形状は、外部形状の相似変換であるのが良く、例えば、図５に示されているような中空筒体であるのが良い。また、この内部形状は、セルＣをスプール巻きする機械のマンドレルと締り嵌め関係をなすのに適しているのが良く、これは、図７に示されており、図７では、相補形状のマンドレルと相補的に相互嵌合することによって係合するために中空端部１１の内部１３が正多角形形状、例えば五角形又は六角形であることが理解できる。この場合、中空中央コア１０は、セルのスプールを直接形成する。

この内部形状は、有利には、蓄電池Ａの正極をねじ止め（４０）することによって受け入れるためにその端部のうちの一方及び／又は他方のところに雌ねじが設けられ、これは、図８並びに図１３、図１４、図１５Ａ、図１５Ｂ及び図１６に示されており、これらの図では、ねじ止め４０によって定位置に締結された端子及びねじ山付き内部１４が見える。空気の塊が依然としてコア１０の内部から外部に延びるようにするためにねじ止め４０により定位置に締結された端子の内部も又中空であることに注意を払われたい。好ましくは小さな厚さのものであって長方形の形をしており、しかも穴４２を有するバスバー４１が底部８とねじ止め４０によって締結された端子との間に介在して設けられている。このバスバーは、導体、例えば銅で作られている。

セル中で起こる場合のある考えられる短絡を阻止するため、有利には、中空金属コアの外面を電気絶縁体、例えばポリオレフィン（図９）で作られた被膜１５で被覆するのが良い。

ケーシング６及び本発明の中空中央コア１０は、形状が円筒形であるのが良い。ケーシング６及び中空中央コア１０は又、形状が角柱のものであっても良く、この場合、中空中央コア１０が図１０に示されているように角柱状ジャケット７の相似変換である中空角柱の形態をしている。

次に、図６Ｂに示されている本発明の第２の実施形態としての円筒形の形をしたＬｉイオン蓄電池を製造する方法の種々のステップについて図１１Ａ〜図１１Ｆを参照して説明する。

高さ全体にわたって中空であるアルミニウム製の中央コア１０及びケーシング６の底部８を形成するアルミニウムで作られたプレート８を有するキャリヤ８０（図１１Ａ）を前もって作製する。

ステップａ１／：電気化学セルＣのアノード、カソード、及びセパレータをスプール巻きによりキャリヤ８０のコア１０回りに巻回する（図１１Ｂ）。キャリヤ８０は、深絞りにより製作された単一の部品の形態をしているのが良い。キャリヤ８０は又、中空コアの端部のうちの一方１１又は１２をプレート８を形成する中実ディスクに設けられた円形の孔内に嵌め込み、次にこれら２つの部品を円形孔周りに互いに溶接することによって製作されても良い。

ステップｂ１／：巻回セルの端部のうちの一方のところで、カソード（正の支持体）を担持した集電体部分をケーシング６の底部８に溶接する（図１１Ｂ）。

ステップｃ１／：巻回セルの端部のうちの他方のところで、アノード（負の支持体）を担持した集電体部分をシム５１の形態をしている端子集電体部分に溶接する（図１１Ｃ）。より具体的に言えば、シム５１は、中央が穴あけされてコア１０の端部１１が嵌め込まれた中実ディスク及びディスク５２から側方に突き出た舌部５３の形態をしている。

ステップｄ１／：巻回セルをシム５１と共にアルミニウムで作られていてケーシング６の側部ジャケット７だけを形成している剛性容器中に挿入する（図１１Ｄ）。特に、このステップｄ１／では、シム５１の舌部５３がこの挿入を妨げないようにする注意が払われる。この理由で、シム５１は、有利には、上方に折り畳まれる。

ステップｅ１／：底部８を円筒形側部ジャケット７に溶接する。これを行うため、円形溶接部を底部８の円形縁部８１に作る（図１１Ｄ）。

ステップｆ１／：シム５１をカバー９を貫通するフィードスルーを形成した負極５０に溶接する（図１１Ｄ）。このカバー９は、中空中央コア１０の上側中空端部１１を嵌め込むのに適した中央貫通孔９０を有する。

このカバー９は、孔９０よりも小径であり且つコアの軸線Ｘに対して側方にずらされた別の貫通孔９１を更に有する。代表的には、この他方の貫通孔９１は、カバーの円形縁部９２と中央コア１０の軸線Ｘとの間の半分ほどのところに配置されている。この他方の貫通孔９１は、内部の過剰圧力の場合に蓄電池ケーシング６内に組み込まれた安全装置のガスを放出する孔を形成する。安全装置は、「ガス抜き」とも呼ばれているＬｉイオンバッテリで従来用いられている安全装置であるのが良い。

ステップｇ１／：次に、カバー９を剛性金属容器７に溶接する。このステップｇ１／の前に、カバー９が円筒形側部ジャケット７の上端部上の定位置に配置されていることに注意を払い、中空端部１１は、カバー９の孔９０に嵌め込まれる。この溶接ステップでは、円形溶接部をカバー９の円形縁部９２上に作る（図１１Ｅ）。

ステップｈ１／：次に、中空中央コア１０をこれが嵌め込まれるカバー９の中央開口部９０周りに溶接する。これを行うため、円形溶接部をカバー９の中央孔９０内に嵌め込まれた中空端部１１周りに作る（図１１Ｆ）。

ステップｉ１／：図１３、図１５Ａ、図１５Ｂ及び図１６に示されているように、次に、中空正極４０を中空中央コア１０の雌ねじ１４中にねじ込む。

次に、真空下でケーシング６にカバー９に設けられている別の貫通孔（図示せず）を通って液体電解質を充填するステップを実施する。

本発明のＬｉイオン蓄電池の製造は、リベット（図示せず）による充填孔の閉鎖で終わる。

外部から来てセルＣの心臓部に導入される空気の連続した塊により、製造方法をちょうど説明した本発明の蓄電池は、その動作中、熱が連続して放散されるという利点を有する。したがって、本発明のＬｉイオン蓄電池は、従来型Ｌｉイオン蓄電池よりも安全である。

本発明の、即ち、ケーシング６の外部から延びる空気の連続した塊を有する複数の蓄電池は、これらが安全であるので、新規なバッテリ構成（バッテリパック）を形成するよう互いに組み付け可能である。

図１２は、直列又は並列に電気的に接続されると共に共通包装材を形成する同一の金属ボックス１６内に納められた本発明の複数の円筒形の形をしたＬｉイオン蓄電池Ａ１，Ａ２，．．．Ａ６を含むバッテリパックを示している。

金属ボックス１６の底部のところに、電気絶縁体で作られたフィルム１７が配置されている。

蓄電池Ａ１〜Ａ６は全て、特に溶接によってボックス１６のカバー１８Ｓに締結された正の端子１８及び電気絶縁体で作られたシール２０を介してボックスの底部１６ｆを通るフィードスルーを形成する負の端子１９に接続されている。

図１２に示されているように、金属ボックス１６は、直方体の形状をしているが、この金属ボックスは、別の形状のものであっても良い。

図１２に示されているように、蓄電池Ａ１〜Ａ６は全て、互いに同一である。互いに異なる電気的特性（容量、エネルギー密度、電圧等）及び／又は互いに異なる寸法を有する本発明の蓄電池を同一の金属ボックス１６内に収容しても良い。

本発明は、上述の実施例には限定されず、特に、図示の実施例の特徴を特に、図示していない変形例において互いに組み合わせることができる。

かくして、図示の実施例では、負の端子（極）は、カバー９を貫通したフィードスルーを形成する端子であり、正の端子は、導電性ケーシング６に電気的に接続された端子であるが、電極の材料の化学的性質及び電気化学セル内における電極の配置に応じて、逆の場合を想定することができる。

さらに、図示の実施例では、フィードスルーを形成していない正極がケーシング６の一部分、即ち、カバー９に溶接されているが、正極を底部８、即ち、ケーシング６の反対側の端部に溶接することを想定することが可能である。

製造方法の例示の実施形態では、シム５１を溶接するステップｃ１は、キャリヤ８回りに巻回されたセルを側部ジャケット７中に導入して底部８をジャケット７に溶接する前に実施されるが、このステップを後で実施しても良く、即ち、キャリヤ８０回りに巻回したセルＣを側部ジャケット７中に挿入し、次に底部８及び最後にシム５１をこれに溶接しても良い。

図５、図６Ａ、図６Ｂ及び図１１Ａ〜図１１Ｆに示された実施例では、ケーシング６及び中空中央コア１０は、形状が円筒形であるが、本発明の蓄電池及び説明したその製造ステップの全ては、角柱形状のケーシング及び中空中央コアについて実施できる。

本発明の蓄電池からの熱の連続放散を更に向上させるために大径の中空中央コア１０を想定することが可能であるが、但し、これは略図からは明らかではない。これは、特に危険にさらされた状態にあるとして分析されると共に／或いは相当な発熱を生じがちである電気化学セルについて重要であることが分かる場合がある。当然のことながら、これらの場合、大径の中空中央コアが蓄電池組立体の重量を増すという理由により、蓄電池の電力とその重量との間に良好な妥協策を見出すようにするための注意が払われる。

さらに、単極性バッテリに関して説明したが、本発明は又、双極性バッテリについても当てはまる。かくして、本出願人は、２０１２年１０月１日に双極性バッテリをコアの回りにスプール巻きする解決手段を説明すると共にクレーム請求した仏国特許出願第１２５９２６０号を出願した。かくして、本発明は、双極性バッテリのスプール（ボビン）として用いられる中空中央ボア１０に利用できる。

しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、他の変形及び改造が可能である。

図示の実施形態では、中空中央コアの雌ねじ中にねじ込まれる端子が正の端子であるが、これは、負の端子についても同様である。

さらに、図１３〜１６に示されている実施形態では、中空中央コアの雌ねじ中にねじ込まれた端子が蓄電池の底端部のところに配置されるようになっているが、これは、上端部のところにも同様に配置可能である。

Claims (23)

1. リチウム電気化学的蓄電池（Ａ）であって、セパレータ中にしみ込ませた電解質の各側に設けられた少なくとも１つのアノード及びカソードで構成される少なくとも１つの電気化学セル（Ｃ）と、一方が前記アノードに接続されると共に他方が前記カソードに接続された２つの集電体と、長手方向軸線（Ｘ）に沿って細長い形状のケーシング（６）とを有し、前記ケーシングは、カバー（９）、底部（８）及び前記底部と前記カバーの両方に接合された側部ジャケット（７）を有し、前記リチウム電気化学的蓄電池は、前記軸線（Ｘ）に沿って設けられた中央コア（１０）を更に有し、前記中央コアは、少なくともその高さの一部にわたって中空であり且つ融点が異常動作状態の際に前記セルが到達する温度を超える材料で構成され、前記ケーシングは、前記中央コア回りに巻かれた前記電気化学セルを封止可能に収容する一方で更に、極（４０，５０）を形成する前記集電体の一部分によって挿通されるよう構成され、前記中央コア（１０）の前記中空部分（１１，１２）は、前記底部及び／又は前記カバーを経て前記ケーシングの外部上に開口している、蓄電池において、前記中央コアは、その中空部分の少なくとも一端部のところに、前記蓄電池の一方の極を形成する部分の雄ねじをねじ込みによって受け入れる雌ねじ（１４）を有する、蓄電池。
2. 前記中央コアは、その高さ全体にわたって中空である、請求項１記載の蓄電池。
3. 前記ケーシングの前記中央コアは、全体として円筒形の形状のものである、請求項１又は２記載の蓄電池。
4. 前記ケーシング及び前記中央コアは、全体として角柱の形状のものである、請求項１又は２記載の蓄電池。
5. 前記ケーシングは、金属、例えばアルミニウムで作られている、請求項１〜４のうちいずれか一に記載の蓄電池。
6. 前記ケーシングは、少なくとも部分的にポリマーで作られている、請求項１〜５のうちいずれか一に記載の蓄電池。
7. 前記中央コアは、金属、例えばアルミニウムで作られている、請求項１〜６のうちいずれか一に記載の蓄電池。
8. 前記金属中央コアは、電気的絶縁体で作られた被膜（１５）、例えばポリオレフィンで作られた被膜で被覆されている、請求項７記載の蓄電池。
9. 前記中央コアは、滑らかな外面を有する、請求項１〜８のうちいずれか一に記載の蓄電池。
10. 前記中央コアは、その中空部分の少なくとも一端部のところに、前記電気化学セルをスプール巻きする機械のマンドレルと締り嵌め関係をなすのに適した内側形状（１３）を有する、請求項１〜９のうちいずれか一に記載の蓄電池。
11. 前記雌ねじは、前記ケーシングの前記底部上又は前記カバー上に開口している、請求項１〜１０のうちいずれか一に記載の蓄電池。
12. 前記中央コアは、その端部のうちの一方のところに、前記締り嵌め関係に適した前記内側形状を有すると共にその端部のうちの他方のところに前記蓄電池の前記極をねじ止めする前記雌ねじを有する、請求項１１と組み合わされた請求項１０記載の蓄電池。
13. 前記中央コアは、前記底部及び／又は前記カバーに設けられた貫通孔周りに溶接されている、請求項１〜１２のうちいずれか一に記載の蓄電池。
14. 前記中央コア及び前記ケーシングの前記底部は、単一の深絞り部品から成る、請求項１〜１３のうちいずれか一に記載の蓄電池。
15. 前記中央コアの前記中空部分の内部に設けられた１つ又は２つ以上の受動型冷却要素、例えば１つ又は２つ以上のフィンを有する、請求項１〜１４のうちいずれか一に記載の蓄電池。
16. 前記受動型冷却要素は、前記中央コアを形成する管の内側部分に接触するよう構成されている、請求項１５記載の蓄電池。
17. 前記カバー中に組み込まれていて且つあらかじめ設定されたしきい値よりも高い圧力の場合に前記ケーシングの内部に存在するガスを前記外部に放出するのに適した安全装置（９１）の一部分、例えば弁を有する、請求項１〜１６のうちいずれか一に記載の蓄電池。
18. 前記外部に接触する前記安全装置の前記一部分の中心は、前記カバーの縁と前記中央コアの中心との間の半分ほどのところに配置されている、請求項１７記載の蓄電池。
19. バッテリパックであって、複数個の請求項１〜１８のうちいずれか一に記載の蓄電池（Ａ１，Ａ２，．．．Ａ６）と、互いに電気的に直列又は並列に接続された前記複数個の蓄電池を収容した金属ボックス（１６）と、２つの極、即ち、前記蓄電池に共通であり且つ前記金属ボックスの壁（１６ｆ）を貫通するフィードスルーを形成する負極（１９）及び前記蓄電池に共通であり且つ金属ボックスの１つの壁（１６ｓ）に締結された正極（１８）と、電気絶縁体で作られていて前記蓄電池の少なくとも一端部と前記金属ボックスの前記１つの壁（１６ｆ）との間に設けられたフィルム（１７）とを含む、バッテリパック。
20. 前記複数個の蓄電池は、前記金属ボックス内に垂直に配置され、共通の前記負極は、下側又は上側の壁を貫通する前記フィードスルーを形成し、共通の前記正極は、特に溶接によって、反対側の壁、即ち、それぞれ上側又は下側の壁に締結されている、請求項１９記載のバッテリパック。
21. セパレータ中にしみ込ませた電解質の各側に設けられた少なくとも１つのアノード及び少なくとも１つのカソードで構成される少なくとも１つの電気化学セル（Ｃ）と、前記電気化学セルを封止可能に収容する一方で更に、極を形成する集電体の一部分によって挿通されるよう構成されたケーシング（６）とを有するリチウム蓄電池（Ａ）を製造する方法であって、
    ａ／スプール巻きによって前記電気化学セルの前記アノード、前記カソード及び前記セパレータを、高さの少なくとも一部分にわたって中空である中央コア回りに巻回するステップを含み、前記中央コアは、その中空部分の少なくとも一端部のところに雌ねじを有し、
    ｂ／前記巻回セルの端部のうちの一方のところで、前記アノードに当接する前記集電体部分を、シムの形態をした集電体端子部分に溶接するステップを含み、
    ｃ／前記シムを備えた前記巻回セルを、ケーシングの底部及び側部ジャケットを形成する剛性容器中に挿入するステップを含み、
    ｄ／前記巻回セルの前記端部のうちの他方のところで、前記カソードに当接する前記集電体部分を前記ケーシングの前記底部に溶接するステップを含み、
    ｅ／カバーを貫通してフィードスルーを形成する負極に前記シムを溶接するステップを含み、
    ｆ／前記カバーを前記剛性容器に溶接するステップを含み、
    ｇ／前記底部及び／又は前記カバーに設けられていて前記中空中央コアが嵌め込まれる孔周りに前記中空中央コアを溶接するステップを含み、
    ｈ／前記正極を前記中空中央コアの前記雌ねじにねじ込むステップを含む、方法。
22. セパレータ中にしみ込ませた電解質の各側に設けられた少なくとも１つのアノード及び少なくとも１つのカソードで構成される少なくとも１つの電気化学セル（Ｃ）と、前記電気化学セルを封止可能に収容する一方で更に、極（４０，５０）を形成する集電体の一部分によって挿通されるよう構成されたケーシング（６）とを有するリチウム蓄電池（Ａ）を製造する方法であって、
    ａ１／スプール巻きによって前記電気化学セルの前記アノード、前記カソード及び前記セパレータを、高さの少なくとも一部分にわたって中空である中央コア（１０）及びケーシングの底部を形成するプレート（８）を有するキャリヤ（８０）回りに巻回するステップを含み、前記コアは、その中空部分の少なくとも一端部のところに、雌ねじを有し、
    ｂ１／前記巻回セルの端部のうちの一方のところで、前記カソードに当接している前記集電体部分を前記ケーシングの前記底部（８，８１）に溶接するステップを含み、
    ｃ１／ 前記巻回セルの前記端部のうちの他方のところで、前記アノードに当接している前記集電体部分を、シム（５１）の形態をした集電体端子部分に溶接するステップを含み、
    ｄ１／前記シムを備えた前記巻回セルを、前記ケーシングの側部ジャケット（７）を形成する剛性容器中に挿入するステップを含み、
    ｅ１／前記底部（８，８１）を前記側部ジャケット（７）に溶接するステップを含み、
    ｆ１／前記シム（５１）を、カバー（９）を貫通したフィードスルーを形成する負極（５０）に溶接するステップを含み、
    ｇ１／前記カバー（９，９２）を前記剛性容器に溶接するステップを含み、
    ｈ１／必要な場合、前記中空中央コア（１０）を前記カバー（９）に設けられていて前記中空中央コアが嵌め込まれる孔（９０）周りに溶接するステップを含み、
    ｉ１／正極を前記中空中央コアの雌ねじにねじ込むステップを含む、製造方法。
23. 前記ステップｆ／又は前記ステップｇ１／がいったん実施されると、液体電解質を前記カバーに設けられた充填孔中に挿入して前記電気化学セルの前記セパレータにしみ込ませる、請求項２２又は２３記載の製造方法。

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