JP2018073838A - インターリーブ電極を有する組み合わせバッテリセル - Google Patents

Abstract

【課題】複数の共通電極の各々が熱暴走を防止するための電極構造の提供。
【解決手段】電極間の短絡する領域を冷やすことによって熱暴走を予防するためにはさまれる多数のセルタイプの電極を有する電池。電池は、多数のセルタイプを含み、各セル・タイプが第１の極性の多数の電極を有する。各々のセルタイプの電極は、第２の極性を有する一対の共通電極を共有する。多数のセルタイプおよび多数の共通電極の電極ははさまれ、不足して一緒に一つ以上のセルタイプの多数のセルタイプおよび隣接した共通電極の電極である場合、短絡するセルの中の電流は熱暴走を予防するために十分に小さく、他のセルタイプの第１の極性および短絡を有する第２の極性の共通電極でない隣接したセルの電極は熱暴走を予防するために短絡によって発生する熱にヒートシンクを提供する。
【選択図】図８

Description

[0001] この開示は、電池およびコンデンサのようなチャージアキュムレータに関し、特に大容量の多数のセル電池に関する。更に特に、この開示は、個々のセルの容量を増やすために改善された安定性を備えた多数のセル電池に関する。

[0002] 米国特許出願公報2010/0175245（Do等）は、典型的なスタッキング構造リチウムイオン電池を例示する。図1a-1dは、Do等のリチウムイオン電池セルの陽極の構造を例
示する。図2a-2dは、Do等のリチウムイオン電池セルの陰極の構造を例示する。図3は、Do等のリチウムイオン電池を形成するために陽極および陰極と一般に称される多数の電流コレクタの組織を例示する。図1a-1dでは、陽極100は、銅のような金属フィルム120で形成
され、予め定められた寸法に切られる金属フィルム120の両面に活性陽極材料110を被覆する。活性陽極材料110の材料は、典型的にはスラリーの形態でおおわれた乾燥したグラフ
ァイト、または、カーボンである。活性陽極材料110は、金属フィルム120の全ての表面を被覆しない。接着剤130は、陽極100の一方の側に活性陽極材料110で被覆されないエッジ
部分に配置される。接着剤130は、例えば接着剤、澱粉、粘着テープまたは他の接着手段
のような材料である。接着剤130を備えた陽極100の側は、セパレータ300に付着される。
セパレータ300は、一般にポリエチレンまたはポリプロピレンのマクロ孔質（macroporous）フィルムである。

[0003] 図2a-2dでは、陰極200はアルミニウムのような金属フィルム220で形成され、
予め定められた寸法に切られる金属フィルム220の両面で活性陰極材料210を被覆する。活性陰極材料210は、典型的にはリチウムコバルト酸化物（LiCoO₂）、燐酸リチウム鉄（LiFePO₄）または他の類似した反応性の材料である。活性陰極材料210は、金属フィルム220の全ての表面積を被覆しない。接着剤230は、陽極200の側の一方に活性陰極材料210で、被
覆されないエッジ部分に配置される。接着剤230は、例えば接着剤または澱粉、粘着テー
プまたは他の接着手段のような材料である。接着剤230を備えた陰極200の側は、セパレータ300に付着される。

[0004] 図3において、陽極100がセパレータ300（セパレータ300に取り付けられる陰極200）に付属し、独立の陽極100は、それら活性陽極材料110または活性陰極材料210でおおわれていない残りの縁部分で配置される接着剤を有する。独立の陽極100はスタックの一
番下に配置され、セパレータ300に取り付けられる陰極200は交互にインターリーブ傾向のセパレータ300に取り付けられる陽極100を積み上げられる。スタックは、次いで、電極（陽極100または陰極200）の上に配置されるセパレータ300の反対側に接着剤を接着するた
めに圧縮される。圧縮されたスタック400は、次いで、シェル（図示せず）に配置され、
電解溶液は陽極100および陰極200を浸漬するためにシェルに配置される。電解溶液は、有機溶媒において溶かされる溶質（イオンソースとして）の混合物である。リチウムイオン電池において、プロピレン炭酸塩またはエチレン炭酸塩が、有機溶媒として使用され、溶質としてリン酸リチウムが使われる。

[0005] いくつかの実施態様では、各々の電極（陽極100および陰極200）は、１枚の電気伝導電流コレクタ（例えば陽極100の銅フィルムおよび陰極200のアルミニウム・フィルム）である。スタックの上部および下部シートを除いて、各々の電極100、200は、電気化学的に活性材料（例えば陽極100の黒鉛および陰極200のリチウム金属酸化物）を有する両側におおわれている。スタックの上部および底面は、コーティングを必要としない、なぜなら、これらの２つの表面は、反対極性の電極100、200を面しておらず、電気化学反応に
関係しない。

[0006] 電池のセルの電極100および200間の内部ショートは、電流コレクタ（電気化学的に活性材料がおおわれているアルミニウムまたは銅箔）上のばりによって生じ得る。特に、アルミニウムのばりは、セパレータを透過することができ、熱暴走を引き起こすための黒鉛と接触することができる。接触抵抗は、ポータブル電子機器のためのリチウムイオン電池の内部抵抗（出力抵抗）に密接にマッチする。

[0007] 内部ショートの他の原因は、陽極面上にリチウムの樹状突起が成長し、セパレータに浸透することである。樹枝状結晶がリチウム金属酸化物陰極コーティング（それはあまり導通しない）を接触させるので、熱暴走の危険はアルミニウムばりより低い。熱暴走を始めるには非常に大きいリチウム樹枝状結晶が必要である。

[0008] 伝導金属チップのような外の分子が入って来る材料（例えば陰極粉のスチールウェアデブリスまたはスチール缶からのばり）において現れ、または、組立てプロセス（例えば、コンベヤのウェアデブリス）の間、セルに入ることは陰極/陽極インタフェース
に移つることができる。また、充電／放電中に形成された金属粒子は、ガルヴァーニプロセスによって循環し、ショートを引き起こすためにセパレータを破ることができる。

[0009] 曲がることのような外部の力およびセルに対する衝撃は、電極を壊すことができる。露出した電流コレクタ（CuまたはAl箔）は、ショートを引き起こすためにセパレータを透過することができる。

[0010] 不完全なセパレータのような製造欠陥または積み重ねている/曲がった（組立
て）過程の間の折りたたみ式のセパレータは、欠陥ゾーンの上の接触の正および負の電極を残すことができる。

[0011] 通常、内部ショートは、１つのインタフェースだけを含む。従来のセルにおいて、全ての陽/負の電極インタフェースは、一緒に固く配線される。このように、ショー
トは全てのインタフェースから電流を引き出す。この開示では、インタフェースは緩衝レジスタを介してまたは完全に切り離されることができる２つのグループに分けられる。このようにインタフェースの半分だけが、ショート電流に関与する。ショートスポットで発生する熱が電流の２乗と比例していることを考えれば、この開示はホットスポット熱生成を４倍効果的に下げる。

[0012] 不注意な電気短絡がセル内で発生するとき、短絡接続の抵抗によって電極およびセパレータにおいて過熱が生じる。発火および爆発に至る熱暴走のトリガー対して、短絡領域の温度は、十分に高い。いかなる与えられたセルに関して、その抵抗がセルの出力抵抗に等しいとき、短絡接続は最大熱量を生み出す。しかしながら、所定のショート回路で、熱生成はセルの出力抵抗の減少と共に単調に増加する。出力抵抗がほぼセル容量に反比例するので、所定のショートで熱生成はセル容量によって単調に増加する。

[0013] 電極の中で巡回している電気ショートは、しばしば「死のショート（dead short）」（すなわちごくわずかな抵抗を有する裸の金属コンタクト）と称する。この場合、短絡電流は、セル容量と比例している。ジュールの法則によって、ショートの熱生成は、短絡電流の二乗（それゆえに、セル容量の二乗）と比例する。高い容量電池または電池の死のショートは、短絡が非常に簡単な（例えば、接触は燃え尽きることができるかまたは溶けることができる）場合であっても、電極内で短絡場所周辺で熱暴走を誘発するのに十分な熱を起こすことができる。このように、セル容量の閾値は、非常に厳しく観察されなければならない。

[0014] 熱的な化学反応で短絡領域において放たれる熱が短絡領域から熱消散能力を上回るときに、熱暴走は発生する。かくして、冷やすことは熱暴走を引き起こす放熱の反応の防止のための効果的方法である。経験的には、室温で、熱暴走が上がる温度でずっと直ちに発生することを示した。さらに、伝導によって冷えることは、熱暴走の発生を減らすことは公知である。例えば、電極の角のショートは、熱暴走を引き起こすために、電極の中央のショートよりありそうである。これは、角での短絡が１／４だけの電極に接続しているという理由でり、中心でのショートは全ての１／４の電極によって囲まれる。中心のショートは、角のショートの４倍多くのヒートシンクを有する。

[0015] より広いセルがショートに必ずしもより良いヒートシンクとして役立つというわけではない。その理由は、特に死のショートの間、熱暴走は小さい領域において急速に始まることができるからである。外への著しい熱消散がない。このように、ヒートシンクに関する限り、セルがどれくらい大きいかは、重要でない。セル出力抵抗は、熱暴走の開始における支配的な要因として残る。残念なことに、バッテリ出力抵抗は、より低くなっていて、現代のポータブル電子機器のパワー要求を満たすためにより低い。

[0016] 熱暴走を予防するために、一般的な実装は、電池を複数の低い容量セルタイプに仕切ることである。現在、2つか3つのセルは、アップルのiPadのような人気のタブレットコンピュータにおいて、並列に接続される。２つのセルタイプを１つに組み合わせることは、容量において12%乃至19%の増加になり、15%のコスト削減に結果としてなる。しか
し、この種の組み合わされたセルの容量が安全閾値を上回ることができないように、この種のコスト削減および容量増加は認識されることができない。安全閾値を増やす重大な必要性がある。

[0017] 適度のコスト削減はまた、単一のシェルに多数のセルをおおうことによって成し遂げられることができる。香港のAmperex Technology社（ATL）のTsuen Wan、N. T. （現在の開示の譲受人）は、2008年以降この種のシェル共有しているセルを出荷している。例えば、各々20アンペア時のバッテリの電池は、一緒に積み重ねられる2つのシェルのな
いセル（一般的に、「ゼリーロール」として公知）については、単一のステンレス鋼ケースから成り、並列で内部に接続される。米国特許出願第12/694144号（Ramesh等）は、並
んでいる多数のゼリーロールを保っているバッテリ・ポーチを提供する。多数のゼリーロールは、ポーチの外に接続される。多数のゼリーロール間の伝熱は、ATLが装置を積み重
ねる際に効果がなくてラメーシュの並んでいるレイアウトにおいてごくわずかである。

[0018] この開示の目的は、熱暴走を予防するためにはさまれる多数のセルタイプの電極を有する電池を提供することである。

[0019] この開示の他の目的は、電極の間で短絡する領域を冷やすことによって熱暴走を予防するために構築される多数の組み合わされたセルタイプを有する電池を提供することである。

[0020] これらの目的のうちの少なくとも１つを達成するために、電池は第１の極性のいかなる数のセルタイプの多数の電極を含む。各々のセルタイプの電極は、第２の極性を有する一対の共通電極を共有する。スタックが効果的に多数の電気的に独立セルを含むように、多数のセルタイプおよび多数の共通電極の電極ははさまれる。これらの多数の電気的に独立したセルは、単一のスタックに合併され、共通のシェルまたはポーチを共有する。組み合わされたセルは、並列に外部（すなわち、シェルの外側）または、内部（すなわ
ち、シェルの内側）のいずれかに接続される。しかし、外部接続は、2つの理由のために
一般に好まれる。第１に、各々の２つの組み合わされたセルは、製造中に、それぞれに試験されることができ、第２に、外部接続は、侵入電流リミッター（例えば、緩衝レジスタ、再設定可能なヒューズまたは正の熱膨張エレメント）の選択において柔軟である。更に、これは運行中の便宜を提供する。典型的な内部ショートは、多数の組み合わされたセルのうちの１つだけを含む。好ましい侵入電流リミッターでは、多数のセルタイプの電極と１以上のセルタイプの共通電極とが一緒にショートするならば、ショートしたセル内の電流は、熱暴走を防止するために十分小さく、第１の極性の他のセルのタイプの隣接するセルの電極、および、ショート回路を備えない第２の極性の共通電極が、熱暴走を更に防止するためにショート回路によって生成された熱に関するヒートシンクを提供する。

[0021] ある実施形態では、共通電極は電極の１つの辺で第１の共通の場所の第１の結合タブに結合され、複数のセルタイプの各セルが、全ての他のセルタイプの接続タブ位置の接続タブ位置から分離した第１の極性の電極に関する一意的な接続タブ位置を有するような位置で共通に接続タブに結合される。

[0022] 他の実施形態では、１つのセルタイプのための第１の極性の電極は、多数の結合タブに連結され、少なくとも第２のセルタイプが、多数の結合タブの位置をシフトするために１つのセルタイプの表面を回転させることによって生成されるように、多数の結合タブは位置する。

[0023] さらに他の実施形態では、共通電極は、共通電極の１つのエッジの結合タブに連結され、少なくとも一つのセルタイプの第１の極性の電極は、対向するエッジで結合タブに連結される。結合タブは、少なくとも第２のセルタイプが、第１のセルタイプの第１の極性の電極の表面を回転させることによって生成されるように位置決めされる。

[0024] さまざまな実施形態では、各セルのタイプの第１の極性のインターリーブ電極および共通電極は、シェルまたはポーチに配置される。電解質は、セルを浸漬するためにシェルまたはポーチに配置される。シェルまたはポーチは、第1の極性のための端子に接
続している各セル・タイプの第１の極性の電極に関する接続タブと、共通端子に接続している共通電極のための結合タブによって封止される。

[0025] ある実施形態では、第１の極性の電極は、セルタイプ間で異なる化学的性質を有する。

[0026] さまざまな実施形態では、組み合わされたセルタイプは、直列構成において接続される。他の実施形態では、組み合わされたセルタイプは、並列構成において接続される。さらに他の実施形態では、組み合わされたセルタイプは、直列-並列構成において接
続される。さまざまな実施形態では、組み合わされたセルタイプが、ヒューズ、熱カットオフデバイス、正の熱係数デバイス、金属-酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET
）、または、他のデバイスすなわち、過電流イベントのセルで過剰な電流の流れを制限することができる回路のような電流制限デバイスによって保護される。

[0027] さまざまな実施形態では、目的のうちの少なくとも１つは、電極の間で短絡する領域を冷やすことによって熱暴走を予防するために構築される多数の組み合わせられたセルタイプを有する電池を形成する方法によって達成される。複数のセルタイプは、第１の極性の多数の電極を有する各セル・タイプで形成されている。セルタイプの各々の複数の各々の電極は、ユニークな場所に配置される接続タブが形成されている。第２の極性の多数の共通電極は、ユニークな他の場所に配置される接続タブを有する各々の電極が形成されている。

[0028] セルタイプの各々の複数の電極および共通電極は、セパレータに付着される金属フィルムで形成される。いくつかの実施形態で、金属フィルムは、アルミニウムであって、他の実施形態では銅である。電池の内部の金属フィルムは、電気化学的に活性材料で両側におおわれている。電極スタックの各々の端に位置している金属フィルムは、電池の内部に向かって面する１つの表面に配置される電気化学的に活性な材料を有する。実施形態によっては、陽極の電気化学的に活性な材料は黒鉛であり、陰極の電気化学的に活性な材料はリチウム金属酸化物である。

[0029] セルタイプの各々の複数の電極は、複数のセルタイプの各々の各電極の間に配置される共通電極ではさまれる。セルタイプの各々の複数の電極の接続タブは、一緒に接続される。各々の共通電極の接続タブは、一緒に接続される。電極のインターリーブスタックは、次いで、圧縮され、格納容器シェルに配置される。格納容器シェルは、金属シェル（例えばステンレス鋼または非反応性のプラスチック）であってもよい。他の実施形態では、電極のインターリーブスタックは、封止されるプラスチック・ポーチに配置される。格納容器シェルまたはポーチは、電極を浸漬するために電解質で満たされる。

[0030] 図1aは、リチウムイオン電池セルの陽極の構造を例示する。 図1ｂは、リチウムイオン電池セルの陽極の構造を例示する。 図1ｃは、リチウムイオン電池セルの陽極の構造を例示する。 図1dは、リチウムイオン電池セルの陽極の構造を例示する。 [0031] 図2aは、リチウムイオン電池セルの陰極の構造を例示する。 図２ｂは、リチウムイオン電池セルの陰極の構造を例示する。 図2ｃは、リチウムイオン電池セルの陰極の構造を例示する。 図2dは、リチウムイオン電池セルの陰極の構造を例示する。 [0032] 図３は、リチウムイオン電池を形成するための多数の陽極および陰極の組織を例示する。 [0033] 図4aは、本願の原理を具現化する多数のインターリーブバッテリセルの陽極および陰極を例示する。 図4ｂは、本願の原理を具現化する多数のインターリーブバッテリセルの陽極および陰極を例示する。 図4cは、本願の原理を具現化する多数のインターリーブバッテリセルの陽極および陰極を例示する。 [0034] 図5aは、本願の原理を具現化する多数のインターリーブバッテリセルの陽極および陰極の接続タブの組織を例示する。 図5ｂは、本願の原理を具現化する多数のインターリーブバッテリセルの陽極および陰極の接続タブの組織を例示する。 図5cは、本願の原理を具現化する多数のインターリーブバッテリセルの陽極および陰極の接続タブの組織を例示する。 [0035] 図６は、本願の原理を具現化する多数のバッテリセルタイプの陽極および陰極の実施形態の構造を例示する。 [0036] 図７は、本願の原理を具現化する図６の多数のバッテリセルタイプをシェルまたはポーチにスタックし、有し、およびパッケージングすることを例示する。 [0037] 図８は、本願の原理を具現化するインターリーブ電極を備えた多数のセル電池を形成する方法のためのフローチャートである。 [0038] 図9aは、この開示の原理を具体化するインターリーブ電極を有する多数のセル電池の平行の構造の実施形態の概略図である。 図9ｂは、この開示の原理を具体化するインターリーブ電極を有する多数のセル電池の平行の構造の実施形態の概略図である。 図9cは、この開示の原理を具体化するインターリーブ電極を有する多数のセル電池の平行の構造の実施形態の概略図である。 [0039] 図10aは、この開示の原理を具体化するインターリーブ電極を有する多数のセル電池のハードな直列構造およびソフトな並列構造の実施形態の概略図である。 [0039] 図10bは、この開示の原理を具体化するインターリーブ電極を有する多数のセル電池のハードな直列構造およびソフトな並列構造の実施形態の概略図である。

[0040] 高い容量の電池はしばしば、並列に接続される多数の低い容量バッテリセルから成る。コスト削減、アセンブリの容易さおよびパッキング効率向上のために、セルの数を最小化したいという強い願望がある。しかし、これは個々のセルの容量の増加を必要とする。残念なことに、個々のセルの容量は、セルの安定性によって制限される。これは、チャージアキュムレータ（バッテリセルおよびコンデンサ）の全てのタイプにとって真であるが、特にリチウムイオン電池セルに関してシリアスである。

[0041] 効果的にこの開示の原理を具現化する電池セルのアセンブリの電池および方法のセル構造のバッテリは、短絡電流を制限し、短絡回路の位置を冷やすためにヒートシンク容量を提供することによって熱暴走を防止する。これはスタックの少なくとも２つの異なるセルタイプを合併することによって達成され、１つの極性の電極を共有し、他の極性の電極をインターリーブする。バッテリセルタイプのスタックは、１つのタイプの共通電極を含み、陽性でも負電極でもよい。いくつかの実施形態では、共通電極は陽極であり、スタックは多数のタイプの負電極を更に含む。共通電極は、１つの場所に配置された結合タブを有し、各々の多数のタイプの電極は結合する電極に多数のタイプの電極および共通電極の他の結合タブから切り離される電極の各々のタイプのユニークな場所にある結合タブを有する。

[0042] 実施形態によっては、いくつかの電極は、低電気抵抗体およびより均一の電流分布を成し遂げるために複数の結合タブを有することができる。他方、限られたスペースのために、そして、製造の容易さのために、タブの数は、最小化されなければならない。さらに、時々ヒューズとして作用している陰極のアルミニウム・タブを有することは望ましい。この場合、陰極は１枚のラベルだけを有しそうである。電極の各々のタイプのタブの数に関係なく、それらが各々を妨げないように、異なる種類の電極のタブはなければならない。さまざまな実施形態において、電極のタイプのうちの１つが単なる回転によって他の種類の同じ極性の電極から形成されるように、結合タブは位置する。スタックの両方の端上の電極が各々に対称形で適合することを必要とするので、それらが一般のタイプの中で好ましく、一般のタイプのそのタブは対称的に位置しなければならない。

[0043] 実施形態によっては、共通電極の結合タブは共通電極の１つのエッジにあり、電極の多数のタイプの結合タブは多数の電極の他のエッジ上の場所で形成される。さまざまな実施形態において、タブが共通電極の端子が一方の終わりにあるようなものは電池の中で終える共通電極の結合タブおよび多数の電極の端子の中で端で形成される結合タブは、電池の対向するエッジにある。

[0044] 図4a-4cは、本開示の原理を具現化する複数のインターリーブバッテリセルタ
イプ500の陽極および陰極を例示する。図4aにおいて、共通電極510aおよび510bは、銅の
ような金属フィルムで形成される。露出されたままのタブ511を除いて、銅フィルムは、
完全に黒鉛のような電気化学的に活性材料で被覆される。電極500のスタックの端に存在
する外側の電極510aは、タブを除いては再び電極のスタック500の内部に向かっている一
方上の電気化学的に活性材料で被覆され、511は露出されたままである。これらの２つの
表層は反対極性の電極516および520向きになっていなくて、電気化学反応に参加しないので、電極510aの外面はコーティングを必要としない。電極のスタック500の内部の中の電
極510bは、各々の共通電極510bの2つの側で被覆されている。各々の共通電極510aおよび510bは、外部のターミナル（図示せず）に、及び、一緒に結合タブを接続するのを容易に
するために整列配置されるユニークな場所に配置される結合タブ511を有する。

[0045] 内部の共通電極510bの各々は、多数のセルタイプ（本実施形態ではタイプAお
よびタイプB）の電極515 520のうちの１つに隣接して配置され、図4cのセパレータ535で
区切られる。セパレータ535は、一般に上記の通りのマクロ孔質（macroporous）フィルム（例えばポリエチレンまたはポリプロピレン）である。セルタイプA電極515およびセルタイプB電極520は、露出されたままであるタブ516および521のために、アルミニウムフィルムが酸化（リチウム・コバルト酸化物およびリチウム・マグネシウム酸化アルミニウム）リチウム金属のような電気化学的に活性材料で被覆されるアルミニウムのような金属フィルムの中で形成される。セルタイプA電極515の各々は、一緒に結合タブ516を接続するの
を容易にするために整列配置されるユニークな場所に、そして、外部のターミナルの（図示せず）に配置される結合タブ516を有する。同様に、各々のセルタイプB電極520は、整
列配置されるユニークな場所に配置される結合タブ521を有し、外部のターミナル（図示
せず）に、および、一緒に結合タブ521を接続するのを容易にする。

[0046] 共通電極510aおよび510bのスタック500、セルタイプA電極515およびセルタイ
プB電極520は、整列配置され、図4bおよび4cに示すように圧縮される。スタック500は、
「ゼリーロール（jellyroll）」と一般に称されるコンパクト装置を形成する。ゼリーロ
ール・スタック500は、金属容器525またはポーチに配置され、電解質はコンテナ525に配
置され、コンテナ525は密閉される。結合タブ511、516および521は、コンテナ525を越え
て伸びる。共通電極510aおよび510b、セルタイプA電極515およびセルタイプB電極520の端上の同じ場所で適合する結合タブ511、516および521は、（例えば、溶接、はんだ付け、
圧着、ボルト、ネジなどを介して）一緒に接続される。次いで、スタック500は、３つの
端子を有し、２つの組み合わされたセルタイプの電池として考慮されることができる。セルタイプAおよびセルタイプBの両者は、正極端子とセルタイプAを共有し、セルタイプBはそれ自身別の負極端子を有する。

[0047] 図4cは、図4bの共通端子511を介して切断され、電池575を形成するためにシ
ェル内に配置されるような、図4bのゼリーロール525の横断面である。ゼリーロール525は、上記の通りに電気化学的に活性材料512で、各々おおわれている共通電極510aおよび510bを有する。インターリーブセルタイプA電極515およびセルタイプB電極520は、各々の共
通電極510aおよび510bと隣接している。セルタイプA電極515およびセルタイプB電極520は、電気化学的に活性材料517および522で、それぞれ各々おおわれている。各々のおおわれている電極510a、510b、515および520の間には、セパレータ535がある。セパレータ535は、電極を越えて伸びる被覆電極510a、510b、515および520のエッジを越えて各々延長される。セパレータ535はまた、電極のスタックの周りに巻きつくことができる。共通電極510aおよび510bのタブ511の各々は、バッテリ・シェル575のシーリングを介して供給される
アルミニウム・アダプタ575に接続している。

[0048] 共通電極510aおよび510bが陽極よりむしろ陰極であり、本開示の原則によって依然として維持される図4a乃至4cに示される実施形態に留意する必要がある。同様に、セルタイプA電極515およびセルタイプB電極520は、陰極よりむしろ陽極であり、本開示の原則によって依然として維持される。電極のいかなるタイプ（セルタイプA電極515、セルタイプB電極520または共通タイプ510aおよび510b）も、スタックの両方の端に配置されることができる。電極510a、510b、515および520のスタッキング・シーケンスは、予め選択さ
れた「ビルディングブロック（building block）」の繰り返しから成る。例えば、「A,C,B,C」、「B,C,A,C」、「C,A,C,2」および「C,B,C,A」のスタック順序は、全て有効な反復ブロックである。スタックは、スタックの頂部の第１の電極が「２つ半分に分割」され、半分の１つがスタックの底部に移動する例外を備えた整数の全体ブロックからなる。例えば、順序「A,C,B,C, A,C,B,C」の電極のスタックは、２つの反復する電極ブロック「A,C,B,C」からなる。有効な電極スタックを形成するために、第１の電極「A」が、２つの一方の側のType A電極によって置換される必要がある。その結果、有効なスタック構成は、図4aおよび4cに示すように、「A,C,B,C, A,C,B,C,A」である。

[0049] 組み合わされたセル510a、510b、515および520の第1の数（M）の電極スタックは、１つの極性の電極（図4a-4cの実施形態の515および520）のタイプの第２の数（T）と、第２の極性の１つのタイプ共通電極（510aおよび510b）とからなる。基本的なビルディングブロックは、両側に各々おおわれている2Tの電極510a、510b、515および520から成る。ブロックは、第3の数（k）倍によって繰り返され、ここで、kは、所望のキャパシティ
を与えるために、いかなる正の整数であってもよい。繰り返しは、2kTダブルサイド電極
を与える。しかし、上下端は一方の電極だけを収める。このように、2kT両面電極のうち
の１つは、２つの片面電極によって置換されなければならない。要約すると、スタックは、2kT+1電極から成り、全てのうちの２つは両面である。

[0050] 電極510a、510b、515および520を積み重ねる他の方法があることは、当業者によって公知である。記載されているスタック構造の方法は例示であり、本開示の多数のセルタイプを組み合わせることを本開示の原理を維持してスタッキングの他の方法に組み入れることは当業者にとって明らかである。

[0051] 図5a-5cは、本開示の原理を具現化している共通電極610の結合タブ611、616a
、616b、621a、621b、セルタイプA電極615、および、多数のインターリーブバッテリセルタイプのセルタイプB電極620の組織を例示する。図4a-4cでは、共通電極510aおよび510b
、セルタイプA電極515およびセルタイプB電極520は、各々単一の結合タブ511、516および521を有する。図5a-5cを参照すると、図4a-4cの結合タブ511、516および521の近くで群がるのを妨げるために、多数のタブ616a、616b、621a、621bは、電極615および620のエッジにある。製造を容易にするために、電極615が電極620になるように水平に回転するように、タブ616aおよび616bは対称的に電極615に置かれる。結合タブ621aおよび621bはいま、
電極615のタブ616aおよび616bから、電極620のエッジにユニークな場所にある。

[0052] 図６は、本開示の原理を具現化している多数のバッテリセルタイプの電極の実施形態の構造を例示する。図７は、スタッキングを例示し、多数のバッテリセルが図６の中で入力するシェルまたはポーチを圧縮することおよびパッケージが本開示の原理を具現化する。図６では、共通電極710はセパレータの近くに配置される銅のような金属フィル
ムで形成される。銅フィルムは、黒鉛のような電気化学的に活性材料で被覆される。電極のスタック700の内部の中の共通電極710は、電気化学的に活性材料を有する２つの側でおおわれている。各々の共通電極710は、共通電極710の第１のエッジでユニークな場所に配置される結合タブ711を有し、外部のターミナル（図示せず）に、および、一緒に結合タ
ブを接続するのを容易にするために整列配置される。

[0053] 共通電極710の各々は、多数のセルタイプ（本実施形態におけるAおよびタイプB）の電極715a、715b、720aおよび720bのうちの１つに隣接して配置される。セルタイプA電極715aおよび715bおよびセルタイプB電極720aおよび720bは、セパレータを近位に有す
るアルミニウムのような金属薄膜で形成される。アルミニウムフィルムは、リチウム金属酸化物（リチウム・コバルト酸化物およびリチウム・マグネシウム酸化アルミニウム）のような電気化学的に活性材料で被覆される。各々のセルタイプA電極715aおよび715bは、
一緒に結合タブ716を接続するのを容易にするために共通電極710の第１のエッジの反対側に、第２のエッジで整列配置されるユニークな場所、および、外部のターミナルの（図示せず）に配置される結合タブ716を有する。同様に、各々のセルタイプB電極720aおよび720bは、共通電極710の第１のエッジの反対側で、第２のエッジにユニークな場所に配置さ
れる結合タブ721を有して、外部のターミナル（図示せず）に、および、一緒に結合タブ721を接続するのを容易にするために整列配置される。電極700のスタックの外側の端に配
置されたセルタイプB電極720bおよびセルタイプA電極715aは、電極のスタック700の内部
の一方の側に向かって電気化学的活性材料で被覆される。セルタイプA電極715aおよびセ
ルタイプB電極720bの外面は、コーティングを必要としない、なぜならこれらの2つの表層は反対極性の電極710向きになっておらず、電気化学反応に関係しない。電極のスタック700の内部のセルタイプA電極715bおよびセルタイプB電極720aは、各々の共通電極710bの2
つの側でおおわれている。

[0054] いくつかの実施形態では、セルタイプA電極715aおよび715bの結合タブ716およびセルタイプB電極720aおよび720bの結合タブ721は、鏡像配置（mirroring location）に配置されてある。セルタイプA電極715aおよび715b並びにセルタイプB電極720aおよび720bは、セルタイプB電極720aと共通に製造され、720bはセルタイプA電極715aおよび715bでり、例示では水平に回転される。これによって、十分に分離された２つの結合タブ716およ
び721が２つの別々のセル接続を有することができる。図７では、共通電極710のインターリーブスタック700、セルタイプA電極715aおよび715b並びに、セルタイプB電極720aおよ
び720bは、インターリーブスタック700の各々の電極の間で配置されるセパレータの近く
に配置される。インターリーブスタック700は、圧縮され、コンテナ・シェルまたはポー
チ725に配置される。コンテナ・シェルまたはポーチ725は、電解質で満たされて、封止される。結合タブ711、716および721は、それぞれ端子730、735および740に接続される。端子730、735および740によって、組み合わされたセル電池が、直列、並列またはハード直
列/ソフト並列の構成で接続されることができる。

[0055] 図８は、多数のセル電池を本開示の原理を具現化しているインターリーブ電極により形成する方法のためのフローチャートである。多数の組み合わされたセルタイプを有する電池を形成する方法は、電極の間で短絡する領域を冷やすことによって熱暴走を予防するように構築される。方法は、第１のセルタイプ（陰極）の第１の極性の多数の電極を形成することで始まる（ボックス800）。第１のセルタイプの各々の電極は、第１のユ
ニークな場所に配置される接続タブが形成される。方法は、第２のセルタイプ（陰極）の第１の極性の多数の電極を形成することを続ける（ボックス805）。第２のセルタイプの
各々の電極は、第２のユニークな場所に配置される接続タブが形成される。第２の極性（陽極）の多数の共通電極は、第３のユニークな場所に配置される接続タブを有する各々の電極により形成される（ボックス810）。

[0056] 方法が第１の極性の２つのセルタイプの電極を例示すると共に、第１の極性のいかなる数のセルタイプを形成することができる点に留意する必要がある。多数のセルタイプの各々の電極のための接続タブは、各セル・タイプの電極との接触を避けるように配置されなければならない。さまざまな実施形態において、２つのセルタイプは、共通の構造を有することができ、水平方位だけにおいて異なることができる。

[0057] 各々の第１および第２のセルタイプの電極は、セパレータを有する近位でアルミニウムのような金属フィルムで形成される。共通電極は、セパレータを有する近位で銅のような金属フィルムで形成される。第１のセルタイプ、第２のセルタイプおよび電池の内部において配置される共通電極の金属フィルムは、電気化学的に活性材料を有する両側でおおわれている。外面に配置される電極は、電池の内部の方へ電極の場所の一方の側に配置される電気化学的に活性材料を有する。示すように上の実施形態において、外側の電
極は、共通電極である。共通電極のための電気化学的に活性材料は黒鉛であり、第１および第２のセルタイプの電極のための電気化学的に活性材料はリチウム金属酸化物（リチウム・コバルト酸化物またはリチウム・マグネシウム酸化アルミニウム）である。

[0058] 各々の第１および第２のセルタイプの電極は、各々の第１および第２のセルタイプの各々の電極の間で配置される共通電極ではさまれる（ボックス815）。インターリ
ーブ電極のスタックはバッテリ装置を形成するために圧縮される（ボックス820）。イン
ターリーブ電極のバッテリ装置は格納容器シェルまたはポーチにおいて配置される（ボックス825）。格納容器シェルは、金属シェル（例えばステンレス鋼または非反応性プラス
チック）であってもよい。他の実施形態では、封止されるプラスチック・ポーチにおいて、電極のインターリーブスタックが配置される。格納容器シェルまたはポーチは、電極を浸漬するために電解質で満たされる。第１のセルタイプの電極の接続タブは一緒に接続され（ボックス830）、第２のセルタイプの電極の接続タブは一緒に接続される（ボックス835）。共通電極の接続タブは一緒に接続される（ボックス840）。各々の共通電極の接続
タブは、一緒に接続される。

[0059] 図9a-9cは、インターリーブ電極を有する多数のセル電池900と平行した構造の実施形態の概略図である。図9aは、各々のセルタイプ910および915のための共通の陽極912を有するバッテリセル構造900を示す。2種類の陰極913および918がある。図4aおよび4c
では、共通の陽極タイプ912は陽極510a、510bであり、2つの陰極タイプ913および918はカソード電極タイプ515および520である。共通の陽極タイプ912は、端子901に接続された図4aのタブ511を有する。端子901は、図4cの端子575と等しい。２つの陰極913および918は
、図4aの中でそれぞれタブ516および522を介して端子902および903に接続される。

[0060] 図9bは、各々のセルタイプ920および925のための共通の陰極922を有するバッ
テリセル構造905を示す。陽極923および918の2つのタイプがある。図4aおよび4bでは、共通の陰極タイプ912は、陽極510a、510bと類似し、２つの陽極タイプ923および928は、陰
極タイプ515および520と類似する。共通の陰極タイプ922は、端子906に接続される。２つの陰極923および928は、端子907および908に接続している。電極のスタック905の各々の
共通の陰極922の電極は、露出されたままであるタブを除くリチウム金属酸化物（リチウ
ム・コバルト酸化物およびリチウム・マグネシウム酸化アルミニウム）のような電気化学的に活性材料で被覆されるアルミニウムフィルムである。２つの陽極923および928は、露出されたままであるタブを除いて黒鉛のような電気化学的に活性材料で完全におおわれている銅フィルムである。

[0061] 図9cにおいて、バッテリセル構造930は、図9bの共通の陽極電池セル構造905で形成され、電流制限デバイス945aおよび945bは２つの種類のバッテリセルの陰極に接続している。電流制限デバイス945aおよび945は、出力端子に接続している。この構造は、バ
ッテリセル構造930aおよび930bのうちの2つが共通端子と並列に接続される並列バッテリ
構造935を使用可能にする。この組み合わされたバッテリセル構造935は、並列アプリケーションで最も簡単に使える。例えば、バッテリセル構造935は、直列接続は必要でないタ
ブレットおよびスマートフォンアプリケーションに最も適用できる。

[0062] 図10a-10bは、インターリーブ電極を有する多数のセル電池のハード直列およ
びソフト並列構造950および970の実施形態の概略図である。図10aにおいて、多数のセル
電池は、共通の陽極の組み合わされたセルバッテリ構造960と直列に接続された共通の陰
極の組み合わされたセル電池構造955を形成するハード直列およびソフト並列構造950を有する。電池構造955の共通の陰極は、端子951に接続される。電池構造960の共通の陽極は
、端子952に接続される。バッテリ構造955の２つの陽極の各々は、バッテリ構造960の２
つの陰極のうちの１つに接続している。陽極-陰極接続のうちの１つは、電流制限デバイ
ス965aに接続され、陽極-陰極接続のもう一方は、電流制限デバイス965bに接続する。

[0063] 図9bでは、ハード直列およびソフト並列構造950のうちの２つは、ハード直列
およびソフト並列構造970を形成するために結合される。この場合、バッテリ構造は、２
つの共通の陰極の組み合わされたバッテリ構造975aおよび975bを形成し、それぞれ、２つの共通の陽極の組み合わされたバッテリ構造980aおよび980bと直列に接続される。バッテリ構造975aおよび975bの共通の陰極は、端子971に接続している。バッテリ構造980aおよ
び980bの共通の陽極は、端子972に接続している。バッテリ構造975aおよび975bの４つの
陽極の各々は、バッテリ構造980aおよび980bの４つの陰極のうちの１つに接続している。陽極-陰極接続のうちの1つは、各々の電流制限デバイス990a、990b、990cおよび990dに接続している。多数のセルタイプが示すように組み合わされたバッテリ構造を形成するために共通のセルタイプによってはさまれる所で、上記の通りの各々の組み合わされたバッテリ構造は上記の通りに組み合わされたセル構造を使用する。

[0064] 図示した実施形態がリチウムイオン電池構造を例示すると共に、この種のコンデンサおよび他のバッテリセルタイプがそうすることができる他のチャージ蓄積装置は大きい短絡流を予防するためにはさまれる多数のセルタイプおよび共通電極を備えていて、熱暴走を予防するために熱消散を提供する。他のチャージアキュムレータは、本開示の原理を具現化する。

[0065] この開示が特に好ましい実施形態に関して図と共に記載されると共に、さまざまな形の変更および詳細が開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、作られることができることは当業者によって理解される。

[0021] ある実施形態では、共通電極は電極の１つの辺で第１の共通の場所の第１の接続タブに結合され、複数のセルタイプの各セルが、全ての他のセルタイプの接続タブ位置の接続タブ位置から分離した第１の極性の電極に関する一意的な接続タブ位置を有するような位置で共通に接続タブに結合される。

[0022] 他の実施形態では、１つのセルタイプのための第１の極性の電極は、多数の接続タブに連結され、少なくとも第２のセルタイプが、多数の接続タブの位置をシフトするために１つのセルタイプの表面を回転させることによって生成されるように、多数の接続タブは位置する。

[0023] さらに他の実施形態では、共通電極は、共通電極の１つのエッジの接続タブに連結され、少なくとも一つのセルタイプの第１の極性の電極は、対向するエッジで接続タブに連結される。接続タブは、少なくとも第２のセルタイプが、第１のセルタイプの第１の極性の電極の表面を回転させることによって生成されるように位置決めされる。

[0024] さまざまな実施形態では、各セルのタイプの第１の極性のインターリーブ電極および共通電極は、シェルまたはポーチに配置される。電解質は、セルを浸漬するためにシェルまたはポーチに配置される。シェルまたはポーチは、第1の極性のための端子に接続している各セルタイプの第１の極性の電極に関する接続タブと、共通端子に接続している共通電極のための接続タブによって封止される。

[0027] さまざまな実施形態では、目的のうちの少なくとも１つは、電極の間で短絡する領域を冷やすことによって熱暴走を予防するために構築される多数の組み合わせられたセルタイプを有する電池を形成する方法によって達成される。複数のセルタイプは、第１の極性の多数の電極を有する各セルタイプで形成されている。セルタイプの各々の複数の各々の電極は、ユニークな場所に配置される接続タブが形成されている。第２の極性の多数の共通電極は、ユニークな他の場所に配置される接続タブを有する各々の電極が形成されている。

[0041] 効果的にこの開示の原理を具現化する電池セルのアセンブリの電池および方法のセル構造のバッテリは、短絡電流を制限し、短絡回路の位置を冷やすためにヒートシンク容量を提供することによって熱暴走を防止する。これはスタックの少なくとも２つの異なるセルタイプを合併することによって達成され、１つの極性の電極を共有し、他の極性の電極をインターリーブする。バッテリセルタイプのスタックは、１つのタイプの共通電極を含み、陽性でも負電極でもよい。いくつかの実施形態では、共通電極は陽極であり、スタックは多数のタイプの負電極を更に含む。共通電極は、１つの場所に配置された接続タブを有し、各々の多数のタイプの電極は結合する電極に多数のタイプの電極および共通電極の他の接続タブから切り離される電極の各々のタイプのユニークな場所にある接続タブを有する。

[0042] 実施形態によっては、いくつかの電極は、低電気抵抗体およびより均一の電流分布を成し遂げるために複数の接続タブを有することができる。他方、限られたスペースのために、そして、製造の容易さのために、タブの数は、最小化されなければならない。さらに、時々ヒューズとして作用している陰極のアルミニウム・タブを有することは望ましい。この場合、陰極は１枚のラベルだけを有しそうである。電極の各々のタイプのタブの数に関係なく、それらが各々を妨げないように、異なる種類の電極のタブはなければならない。さまざまな実施形態において、電極のタイプのうちの１つが単なる回転によって他の種類の同じ極性の電極から形成されるように、接続タブは位置する。スタックの両方の端上の電極が各々に対称形で適合することを必要とするので、それらが一般のタイプの
中で好ましく、一般のタイプのそのタブは対称的に位置しなければならない。

[0043] 実施形態によっては、共通電極の接続タブは共通電極の１つのエッジにあり、電極の多数のタイプの接続タブは多数の電極の他のエッジ上の場所で形成される。さまざまな実施形態において、タブが共通電極の端子が一方の終わりにあるようなものは電池の中で終える共通電極の接続タブおよび多数の電極の端子の中で端で形成される接続タブは、電池の対向するエッジにある。

[0044] 図4a-4cは、本開示の原理を具現化する複数のインターリーブバッテリセルタイプ500の陽極および陰極を例示する。図4aにおいて、共通電極510aおよび510bは、銅のような金属フィルムで形成される。露出されたままのタブ511を除いて、銅フィルムは、完全に黒鉛のような電気化学的に活性材料で被覆される。電極500のスタックの端に存在する外側の電極510aは、タブを除いては再び電極のスタック500の内部に向かっている一方上の電気化学的に活性材料で被覆され、511は露出されたままである。これらの２つの表層は反対極性の電極516および520向きになっていなくて、電気化学反応に参加しないので、電極510aの外面はコーティングを必要としない。電極のスタック500の内部の中の電極510bは、各々の共通電極510bの2つの側で被覆されている。各々の共通電極510aおよび510bは、外部のターミナル580（図4bに図示せず）に、及び、一緒に接続タブを接続するのを容易にするために整列配置されるユニークな場所に配置される接続タブ511を有する。

[0045] 内部の共通電極510bの各々は、多数のセルタイプ（本実施形態ではタイプAおよびタイプB）の電極515, 520のうちの１つに隣接して配置され、図4cのセパレータ535で区切られる。セパレータ535は、一般に上記の通りのマクロ孔質（macroporous）フィルム（例えばポリエチレンまたはポリプロピレン）である。セルタイプA電極515およびセルタイプB電極520は、アルミニウムのような金属薄膜で形成される。露出されたままであるタブ516および521を除いて、アルミニウム薄膜は、リチウム金属酸化物（リチウム・コバルト酸化物およびリチウム・マグネシウムアルミニウム酸化物）のような電気化学的に活性材料で被覆される。セルタイプA電極515の各々は、一緒に接続タブ516を接続するのを容易にするために整列配置されるユニークな場所に、そして、外部のターミナルの（図示せず）に配置される接続タブ516を有する。同様に、各々のセルタイプB電極520は、整列配置されるユニークな場所に配置される接続タブ521を有し、外部のターミナル（図示せず）に、および、一緒に接続タブ521を接続するのを容易にする。

[0046] 共通電極510aおよび510bのスタック500、セルタイプA電極515およびセルタイプB電極520は、整列配置され、図4bおよび4cに示すように圧縮される。スタック500はコンパクト装置を形成する。スタック500は、金属容器525またはポーチに配置され、電解質はコンテナ525に配置され、コンテナ525は密閉される。接続タブ511、516および521は、コンテナ525を越えて伸びる。共通電極510aおよび510b、セルタイプA電極515およびセルタイプB電極520の端上の同じ場所で適合する接続タブ511、516および521は、（例えば、溶接、はんだ付け、圧着、ボルト、ネジなどを介して）一緒に接続される。次いで、スタック500は、３つの端子を有し、２つの組み合わされたセルタイプの電池として考慮されることができる。セルタイプAおよびセルタイプBの両者は、正極端子とセルタイプAを共有し、セルタイプBはそれ自身別の負極端子を有する。

[0047] 図4cは、図4bの共通端子511を介して切断され、電池575を形成するためにシェル内に配置されるような、図4bのスタック500の横断面である。スタック500を含むコンテナ525は、上記の通りに電気化学的に活性材料512で、各々おおわれている共通電極510aおよび510bを有する。インターリーブセルタイプA電極515およびセルタイプB電極520は、各々の共通電極510aおよび510bと隣接している。セルタイプA電極515およびセルタイプB電極520は、電気化学的に活性材料517および522で、それぞれ各々おおわれている。各々のおおわれている電極510a、510b、515および520の間には、セパレータ535がある。セパレータ535は、電極を越えて伸びる被覆電極510a、510b、515および520のエッジを越えて各々延長される。セパレータ535はまた、電極のスタックの周りに巻きつくことができる。共通電極510aおよび510bのタブ511の各々は、バッテリ・シェル575のシーリングを介して供給されるアルミニウム・アダプタ580に接続している。

[0051] 図5a-5cは、本開示の原理を具現化している共通電極610の接続タブ611、616a、616b、621a、621b、セルタイプA電極615、および、多数のインターリーブバッテリセルタイプのセルタイプB電極620の組織を例示する。図4a-4cでは、共通電極510aおよび510b、セルタイプA電極515およびセルタイプB電極520は、各々単一の接続タブ511、516および521を有する。図5a-5cを参照すると、図4a-4cの接続タブ511、516および521の近くで群がるのを妨げるために、多数のタブ616a、616b、621a、621bは、電極615および620のエッジにある。製造を容易にするために、電極615が電極620になるように水平に回転するように、タブ616aおよび616bは対称的に電極615に置かれる。接続タブ621aおよび621bはいま、電極615のタブ616aおよび616bから、電極620のエッジにユニークな場所にある。

[0052] 図６は、本開示の原理を具現化している多数のバッテリセルタイプの電極の実施形態の構造を例示する。図７は、スタッキングを例示し、多数のバッテリセルが図６の中で入力するシェルまたはポーチを圧縮することおよびパッケージが本開示の原理を具現化する。図６では、共通電極710はセパレータの近くに配置される銅のような金属フィルムで形成される。銅フィルムは、黒鉛のような電気化学的に活性材料で被覆される。電極のスタック700の内部の中の共通電極710は、電気化学的に活性材料を有する２つの側でおおわれている。各々の共通電極710は、共通電極710の第１のエッジでユニークな場所に配置される接続タブ711を有し、外部のターミナル（図示せず）に、および、一緒に接続タブを接続するのを容易にするために整列配置される。

[0053] 共通電極710の各々は、多数のセルタイプ（本実施形態におけるAおよびタイプB）の電極715a、715b、720aおよび720bのうちの１つに隣接して配置される。セルタイプA電極715aおよび715bおよびセルタイプB電極720aおよび720bは、セパレータを近位に有するアルミニウムのような金属薄膜で形成される。アルミニウムフィルムは、リチウム金属酸化物（リチウム・コバルト酸化物およびリチウム・マグネシウム酸化アルミニウム）のような電気化学的に活性材料で被覆される。各々のセルタイプA電極715aおよび715bは、一緒に接続タブ716を接続するのを容易にするために共通電極710の第１のエッジの反対側に、第２のエッジで整列配置されるユニークな場所、および、外部のターミナルの（図示せず）に配置される接続タブ716を有する。同様に、各々のセルタイプB電極720aおよび720bは、共通電極710の第１のエッジの反対側で、第２のエッジにユニークな場所に配置される接続タブ721を有して、外部のターミナル（図示せず）に、および、一緒に接続タブ721を接続するのを容易にするために整列配置される。電極700のスタックの外側の端に配置されたセルタイプB電極720bおよびセルタイプA電極715aは、電極のスタック700の内部の一方の側に向かって電気化学的活性材料で被覆される。セルタイプA電極715aおよびセルタイプB電極720bの外面は、コーティングを必要としない、なぜならこれらの2つの表層は反対極性の電極710向きになっておらず、電気化学反応に関係しない。電極のスタック700の内部のセルタイプA電極715bおよびセルタイプB電極720aは、各々の共通電極710bの2つの側でおおわれている。

[0054] いくつかの実施形態では、セルタイプA電極715aおよび715bの接続タブ716およびセルタイプB電極720aおよび720bの接続タブ721は、鏡像配置（mirroring location）に配置されてある。セルタイプA電極715aおよび715b並びにセルタイプB電極720aおよび720bは、セルタイプB電極720aと共通に製造され、720bはセルタイプA電極715aおよび715bであり、例示では水平に回転される。これによって、十分に分離された２つの接続タブ716および721が２つの別々のセル接続を有することができる。図７では、共通電極710のインターリーブスタック700、セルタイプA電極715aおよび715b並びに、セルタイプB電極720aおよび720bは、インターリーブスタック700の各々の電極の間で配置されるセパレータの近くに配置される。インターリーブスタック700は、圧縮され、コンテナ・シェルまたはポーチ725に配置される。コンテナ・シェルまたはポーチ725は、電解質で満たされて、封止される。接続タブ711、716および721は、それぞれ端子730、735および740に接続される。端子730、735および740によって、組み合わされたセル電池が、直列、並列またはハード直列/ソフト並列の構成で接続されることができる。

[0056] 方法が第１の極性の２つのセルタイプの電極を例示すると共に、第１の極性のいかなる数のセルタイプを形成することができる点に留意する必要がある。多数のセルタイプの各々の電極のための接続タブは、各セルタイプの電極との接触を避けるように配置されなければならない。さまざまな実施形態において、２つのセルタイプは、共通の構造を有することができ、水平方位だけにおいて異なることができる。

Claims (39)

1. 複数のセルタイプであって、複数のセルタイプの各々が第１の極性の複数の電極を有することを特徴とする複数のセルタイプと、
   各々少なくとも１つの電極が同じセルタイプの他の電極から分離され、複数の共通の電極の各々が熱暴走を防止するために複数のセルタイプの電極とインターリーブされるようにインターリーブされた複数の共通の電極と、
   を有し、
   複数のセルタイプおよび複数の共通セルタイプが組み合わされおよびインターリーブされ、その結果、組み合わされたセルタイプの電極が複数のセルタイプの電極のうちの少なくとも１つの短絡した領域の熱消散冷却を提供することを特徴とする蓄電池。
2. 共通電極が、共通電極の１つのエッジに第１の共通の位置で第１の接続タブに結合され、複数のセルタイプの各々の第１の極性の各電極が共通の位置を有する接続タブに結合され、
   複数のセルタイプの各セルが、全ての他のセルのタイプおよび共通電極の接続タブ位置の接続タブ位置から分離されている複数のセルタイプの各々の第１の極性の各電極に関して一意的な接続タブ位置を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電池。
3. １つのセルタイプに関する第１の極性の電極が、複数の接続タブに結合され、複数の接続タブは、少なくとも第２のセルタイプが複数の接続タブの位置をシフトするために１つのセルの表面を回転することにより生成されるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の蓄電池。
4. 共通電極が、共通電極の１つのエッジの接続タブに結合され、少なくとも１つのセルの第１の極性の電極が対向するエッジの接続タブに結合されることを特徴とする請求項１に記載の蓄電池。
5. 少なくとも第２のセルタイプが、第２のセルタイプの第１の極性の電極の表面を回転させることによって生成されるように、接続タブが配置されることを特徴とする請求項４に記載の蓄電池。
6. 蓄電池が、
   第１の極性の複数のセルタイプの各々の複数の電極と、第２の極性の複数の共通電極とをアセンブリするステップと、
   第１の極性の複数のセルタイプの各々の複数の電極の各々をインターリーブするステップと、
   第１の極性の複数のセルタイプの各々のインターリーブされた複数の電極の各々の間の複数の共通電極の一つをインターリーブするステップと、
   複数の共通電極の各々と、第１の極性の複数のセルタイプの複数の電極の各々との間にセパレータを配置するステップと、
   インターリーブされた電極のうちの１つに隣接して活性化電極材料を備えたインターリーブされた電極の第１の側で第１のハーフ電極をコーティングする活性化電極材料を備えた第１のハーフ電極を配置するステップと、
   別のインターリーブされた電極に隣接して活性化電極材料を備えたインターリーブされた電極の第２の側で第２のハーフ電極をコーティングする活性化電極材料を備えた第２のハーフ電極を配置するステップと、
   複数のセルタイプの各セルタイプの第１の極性のインターリーブされた電極と、複数の共通電極とを圧縮するステップと、
   複数のセルタイプの各セルタイプのインターリーブされた電極と、共通電極とをシェル又はポーチに配置するステップと、
   複数のセルタイプの各セルタイプのインターリーブされた電極および共通電極を浸すためにシェル又はポーチに電解質を配置するステップと、
   シェル又はポーチを密封するステップと、
   複数の端子のうちの１つに対して、複数のセルタイプの各々の第１の極性の各電極に関する接続タブを接続するステップと、
   共通電極に関する接続タブを共通端子に接続するステップと
   によって組み立てられることを特徴する請求項１に記載の蓄電池。
7. 複数のセルタイプの各々の第１の極性の電極が、セルタイプの間で異なる化学的性質を有することを特徴する請求項１に記載の蓄電池。
8. インターリーブされた複数のセルタイプが直列構成で接続されることを特徴する請求項１に記載の蓄電池。
9. インターリーブされた複数のセルタイプが並列構成で接続されることを特徴する請求項１に記載の蓄電池。
10. 組み合わされたセルタイプが直列-並列構成で接続されることを特徴する請求項１に記
    載の蓄電池。
11. インターリーブされた複数のセルタイプが電流制限デバイスによって保護されることを特徴とする請求項１に記載の蓄電池。
12. 前記電流制限デバイスが、ヒューズ、熱カットオフデバイス、ポジティブ熱伝導率デバイス、酸化金属半導体電界効果トランジスター（MOSFET）、または、複数のセルタイプの各セルタイプの第１の極性のインターリーブされた電極および過電流イベントにおける共通電極を介して過剰電流を制限することができる他のデバイスであることを特徴とする請求項１１に記載の蓄電池。
13. 複数のセルタイプであって、複数のセルタイプの各セルタイプが複数の電極の第１の極性を有することを特徴とする複数のセルタイプと、
    第１の極性の電極の各々が、第１の極性の隣接する電極を備えた共通電極の対を共有するように配置された第２の極性の複数の共通電極と、
    を有し、
    多数のセルタイプの電極および多数の共通電極がインターリーブされ、
    多数のセルタイプの電極のいくつかと、隣接する共通電極とを互いにショートするとき、ショートされたセル内の電流が、熱暴走を防止するのに十分小さく、第１の極性の他のセルのタイプの隣接するセルの電極とショート回路を備えていない第２の極性の共通電極とが、熱暴走を更に防止するためにショート回路によって生成された熱に関して熱消散を提供することを特徴とする
    組み合わされたバッテリセルスタック。
14. 共通電極が、共通電極の１つのエッジの第１の共通の場所で第１の接続タブに結合され、複数のセルタイプの各々の第１の極性の各電極が、共通の場所を備えた接続タブに結合され、
    複数のセルタイプの各セルが、全ての他のセルタイプおよび共通の電極の接続タブ位置の接続タブ位置から分離された複数のセルタイプの各々の第１の極性の各電極に関する一意的な接続タブ位置を有する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の組み合わされたバッテリセルスタック。
15. １つのセルに関する第１の極性の電極が、多数の接続タブに結合され、少なくとも第２のセルが、多数の接続タブの位置をシフトするように１つのセルの表面を回転することによって生成されるように配置される
    ことを特徴とする請求項１３に記載の組み合わされたバッテリセルスタック。
16. 共通電極が、共通電極の１つのエッジで接続タブに結合され、少なくとも１つのセルの第１の極性の電極が、対向するエッジで接続タブに結合されることを特徴とする請求項１３に記載の組み合わされたバッテリセルスタック。
17. 少なくとも第２のセルタイプが第１のセルタイプの第１の極性の電極の表面を回転することによって生成されるように接続タブが配置されることを特徴とする請求項１６に記載の組み合わされたバッテリセルスタック。
18. 第１の極性の複数のセルタイプの各々の複数の電極と、第２の極性の複数の共通電極とをアセンブリするステップと、
    第１の極性の複数のセルタイプの各々の複数の電極の各々をインターリーブするステップと、
    第１の極性の複数のセルの各々のインターリーブされた複数の電極の各々の間の複数の共通電極の１つをインターリーブするステップと、
    複数の共通電極の各々と、第１の極性の複数のセルタイプの複数の電極の各々との間にセパレータを配置するステップと、
    インターリーブされた電極のうちの１つに隣接する活性化電極材料で、インターリーブされた電極の第１の側に第１のハーフ電極をコーティングする活性化電極材料を備えた第１のハーフ電極を配置するステップと、
    別のインターリーブされた電極に隣接する活性化電極材料で、インターリーブされた電極の第２の側に第２のハーフ電極をコーティングする活性化電極材料を備えた第２のハーフ電極を配置するステップと、
    複数のセルタイプの各セルのインターリーブ電極と共通電極とを圧縮するステップと、
    複数のセルタイプの隠せるのインターリーブ電極と共通電極とをシェル又はポーチに配置するステップと、
    複数のセルタイプの隠せるの第１の極性のインターリーブされた電極と共通電極とを浸すためにシェル又はポーチに電解質を配置するステップと、
    シェル又はポーチを密封するステップと、
    複数のセルタイプの各々の第１の極性の各電極に関する接続タブを複数の端子のうちの１つに接続するステップと、
    共通電極に関する接続タブを共通端子に接続するステップと、
    によってバッテリを形成するように、組み合わせられたバッテリセルスタックが組み立てられることを特徴とする請求項１３に記載の組み合わされたバッテリセルスタック。
19. 複数のセルタイプの各々の第１の極性の電極が、セルタイプの間に異なる化学的性質を有することを特徴とする請求項１３に記載の組み合わされたバッテリセルスタック。
20. インターリーブされた複数のセルタイプが直列構成で接続されることを特徴とする請求項１３に記載の組み合わされたバッテリセルスタック。
21. インターリーブされた複数のセルタイプが並列構成で接続されることを特徴とする請求項１３に記載の組み合わされたバッテリセルスタック。
22. 組み合わされたセルタイプが、直列-並列構成で接続されることを特徴とする請求項１
    ３に記載の組み合わされたバッテリセルスタック。
23. インターリーブされた複数のセルタイプが、電流制限デバイスによって保護されることを特徴とする請求項１３に記載の組み合わされたバッテリセルスタック。
24. 前記電流制限デバイスが、ヒューズ、熱カットオフデバイス、ポジティブ熱伝導率デバイス、酸化金属半導体電界効果トランジスター（MOSFET）、または、複数のセルタイプの各セルタイプの第１の極性のインターリーブされた電極および過電流イベントにおける共通電極を介して過剰電流を制限することができる他のデバイスであることを特徴とする請求項２３に記載の組み合わされたバッテリセルスタック。
25. 電極の間のショートした領域を冷却することによって熱暴走を防止するように構成された多数の組み合わされたセルタイプを備えたバッテリを形成する方法であって、
    多数のセルタイプの各々に関して第１の極性の複数の電極を構成するステップと、
    多数のセルタイプの各セルタイプに関する複数の電極の各々の一意的な場所に配置された接続タブを形成するステップと、
    第２の極性の複数の共通電極を形成するステップと、
    多数のセルタイプの各々の接続タブから一意的な別の位置で各共通電極に接続タブを形成するステップと、
    多数のセルタイプの電極のいくつかと、隣接する共通電極とを互いにショートするとき、ショートされたセル内の電流が、熱暴走を防止するのに十分小さく、第１の極性の他のセルのタイプの隣接するセルの電極とショート回路を備えていない第２の極性の共通電極とが、熱暴走を更に防止するためにショート回路によって生成された熱に関して熱消散を提供するように、多数のセルタイプの組み合わされたスタックを形成するために多数の共通電極と多数のセルタイプの電極とをインターリーブするステップと
    を有することを特徴とする方法。
26. 多数のセルタイプの各セルタイプの電極を形成するステップ、および、共通電極を形成するステップが、
    多数のセルタイプの各セルタイプの電極の各々の形状に第１の金属フィルムを形成するステップと、
    共通電極の形状に第２の金属フィルムを形成するステップと、
    第１のセパレータの近位に多数のセルタイプの各セルタイプの電極の各々の第１の金属フィルムを配置するステップと、
    第２のセパレータの近位に共通電極の各々の第２の金属フィルムを配置するステップと、
    第１の電気化学的に活性な材料で両側に第１の金属フィルムをコーティングするステップと、
    第２の電気化学的に活性な材料で両側に第２の金属フィルムをコーティングするステップと、
    を有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
27. 第１の金属フィルムがアルミニウムであることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
28. 第２の金属フィルムが銅であることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
29. 第１の電気化学的に活性な材料がグラファイトであることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
30. 第２の電気化学的に活性な材料がリチウム金属酸化物であることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
31. 外部表面に配置された多数のセルタイプの各々に関して第１の極性の電極が、バッテリの内部に向かって配置された第１の金属フィルムの１つの側に配置された電気化学的に活性な材料を有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
32. 外部表面に配置された共通電極が、バッテリの内部に向かって配置された第２の金属フィルムの１つの側に配置された電気化学的に活性な材料を有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
33. 第１の極性の複数のセルタイプの各々の複数の電極の各々をインターリーブするステップと、
    第１の極性の複数のセルタイプの各々のインターリーブされた複数の電極の各々の間で複数の共通電極の１つをインターリーブするステップと、
    インターリーブされた電極の１つに隣接する活性化電極材料で、インターリーブされた電極の第１の側で第１のハーフ電極をコーティングする活性化電極材料を有する第１のハーフ電極を配置するステップと、
    インターリーブされた電極の他のものに隣接する活性化電極材料で、インターリーブされた電極の第２の側で第２のハーフ電極をコーティングする活性化電極材料を有する第２のハーフ電極を配置するステップと、
    多数のセルタイプの各セルの第１の極性のインターリーブされた電極と共通電極とを圧縮するステップと、
    多数のセルタイプの隠せるの第１の極性のインターリーブされた電極と共通電極とをシェル又はポーチに配置するステップと、
    複数のセルタイプの隠せるの第１の極性のインターリーブされた電極と共通電極とを浸すためにシェル又はポーチに電解質を配置するステップと、
    シェル又はポーチを密封するステップと、
    複数のセルタイプの各々の第１の極性の各電極に関する接続タブを複数の端子のうちの１つに接続するステップと、
    共通電極に関する接続タブを共通端子に接続するステップと、
    によってバッテリをアセンブリするステップを更に有することを特徴とする請求項２５に記載のバッテリを形成する方法。
34. 複数のセルタイプの各々の第１の極性の電極が、セルタイプの間に異なる化学的性質を有することを特徴とする請求項２５に記載のバッテリを形成する方法。
35. インターリーブされた複数のセルタイプを直列構成で接続するステップを更に有することを特徴とする請求項２５に記載のバッテリを形成する方法。
36. インターリーブされた複数のセルタイプを並列構成で接続するステップを更に有することを特徴とする請求項２５に記載のバッテリを形成する方法。
37. 組み合わされたセルタイプを直列-並列構成で接続するステップを更に有することを特
    徴とする請求項２５に記載のバッテリを形成する方法。
38. インターリーブされた複数のセルタイプを電流制限デバイスで保護するステップを更に有することを特徴とする請求項２５に記載のバッテリを形成する方法。
39. 前記電流制限デバイスが、ヒューズ、熱カットオフデバイス、ポジティブ熱伝導率デバ
    イス、酸化金属半導体電界効果トランジスター（MOSFET）、または、複数のセルタイプの各セルタイプの第１の極性のインターリーブされた電極および過電流イベントにおける共通電極を介して過剰電流を制限することができる他のデバイスであることを特徴とする請求項３８に記載のバッテリを形成する方法。

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