JP2018147894A - フレキシブル・バッテリのための方法と装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】フレキシブル・バッテリ形成要素。【解決手段】本願発明の例示的実施形態にしたがって、装置が開示される。この装置は、単一バッテリ・リボンと真空包装とを含む。単一バッテリ・リボンは、第1の部分、第2の部分、および、第1の部分と第2の部分との間の相互接続部分を含む。第1の部分は、第1のブロックを含む。第2の部分は、第2のブロックを含む。第1の部分、第2の部分、および、相互接続部分は、アノードおよびカソードを含む連続単一層を形成する。真空包装は、単一バッテリ・リボンを囲む。真空包装は、相互接続部分の第1の側、および、相互接続部分の第2の反対側に接触するように構成される中間接続部分を含む。【選択図】図2
Description
本願発明は、フレキシブル・バッテリに関し、より詳細には、フレキシブル・バッテリ形成要素に関するものである。
電子デバイスは、より複雑化し続けており、これらのデバイスは、機能や特徴の量を増やし、そして、加えて、これらのデバイスは、例えば、ダイナミックにフレキシブルなデバイス、または、機械的に適合したデバイスなど次々と異なる形になっている。電子デバイスの機能に対する消費者の要求が増加したので、頑健(robust)で信頼性のある製品コンフィギュレーションを維持しながら、能力を増強し、改善されたデバイスを提供する必要が存在する。
本願発明の例の種々の態様が、特許請求の範囲において述べられる。
本願発明の第1の態様にしたがう、装置が開示される。この装置は、単一バッテリ・リボンと真空包装とを含む。この単一バッテリ・リボンは、第1の部分、第2の部分、および、第1の部分と第2の部分との間の相互接続部分を備える。第1の部分は、第1のブロックを備える。第2の部分は、第2のブロックを備える。第1の部分、第2の部分、および、相互接続部分は、アノードとカソードとを備える連続単一層を形成する。真空包装は、単一バッテリ・リボンを囲む。この真空包装は、相互接続部分の第1の側、および、相互接続部分の第2の反対側に接触するように構成される中間接続部分を備える。
本願発明の第2の態様にしたがって、方法が、開示される。バッテリ・リボンは、機械式ローラーでつかまれる。バッテリ・リボン・セクションは、ローラーでロールされる。真空包装が、ロールされたバッテリ・リボン・セクションに適用される。ロールされたバッテリ・リボン・セクションを挟んで締め付ける。真空化プロセスは、真空包装で実行される。
本願発明の第3の態様にしたがって、方法が、開示される。第1の部分、第2の部分、および、第1の部分と第2の部分との間の相互接続部分を備える単一バッテリ・リボンが、提供される。第1の部分は、第1のロールされたブロックを備える。第2の部分は、第2のロールされたブロックを備える。第1の部分、第2の部分、および、相互接続部分は、アノードとカソードとを備える連続単一層を形成する。単一バッテリ・リボンを囲む真空包装が、提供される。この真空包装は、相互接続部分の第1の側、および、相互接続部分の第2の反対側に接触するように構成される中間接続部分を備える。
本願発明の例の実施形態のより完全な理解のために、次に、添付の図面に関する以下の記載を参照する。ここで、
図1は、本願発明の特徴を組み込んだフレキシブル・バッテリの側面図である。
図2は、図1に示されるフレキシブル・バッテリの「ロール・ケーキ」アーキテクチャを説明する図である。
図3は、図1に示されるフレキシブル・バッテリの「ロール・ケーキ」アーキテクチャの別の例を説明する図である。
図4は、図1に示されるフレキシブル・バッテリのロールされた構造の別の例を説明する図である。
図5は、図1に示されるフレキシブル・バッテリの単一リボンの平面図である。
図6は、「曲げられた」位置における、フレキシブル・バッテリの側面図である。
図7は、フレキシブル・バッテリを製造する例示的な方法を図示するものである。フレキシブル・バッテリを製造するための1つの例示的な方法が示されている。
図8は、図7に示される例示的な方法のブロック図である。
図9は、図1に示されるフレキシブル・バッテリの2つのロールの間のギャップを図示する部分図である。
図10は、図1に示されるフレキシブル・バッテリに対するエネルギー・ストレッジ縮小の例示的なグラフである。
図11は、図1に示されるフレキシブル・バッテリのスタックの別の例を説明する図である。
図12は、図1に示されるフレキシブル・バッテリのスタックの別の例を説明する図である。
図13は、図1に示されるフレキシブル・バッテリのスタックの別の例を説明する図である。
図14は、図1に示されるフレキシブル・バッテリのスタックの別の例を説明する図である。
図15は、図1に示されるフレキシブル・バッテリのスタックの別の例を説明する図である。
図16は、図1に示されるフレキシブル・バッテリの別の例示的な方法のブロック図である。
本願発明の例示的実施形態、および、その潜在的利点は、図面の図1〜図16を参照して、よく理解される。
図1を参照すると、本願発明の特徴を組み込んでいるフレキシブル・バッテリ10の側面図が示される。本願発明が、図面に示される例示的な実施形態を参照して、記載されるけれども、本願発明は、実施形態の多くの代替的な形で具体化することができることが理解されるべきである。加えて、要素または材料のいかなる適切なサイズ、形状、または、タイプも使用することができる。
本願発明の1つの例にしたがって、フレキシブル・バッテリ10を、多機能ポータブル電子デバイスにおいて使用することができる。しかしながら、代替的実施形態において、本願発明の種々の実施形態の特徴を、携帯電話、ゲーム・デバイス、音楽プレーヤー、ノート・パソコン、または、パーソナル・デジタル・アシスタントなどのポータブル電子デバイスのいかなる適切なタイプにおいても、使用することができる。加えて、当該技術領域では、知られているように、ポータブル電子デバイスは、カメラ、音楽プレーヤー、ゲーム・プレーヤー、または、インターネット・ブラウザーなどの複数の機能やアプリケーションを含むことができる。代替的実施形態において、ポータブル電子デバイスは、当該技術領域で知られている特徴のいかなる適切なタイプも有することができることに留意する。
フレキシブル・バッテリ10は、電極スタック12を含む。電極スタック12は、一般に、アノード16、セパレータ18、および、カソード20を有する単一バッテリ・リボン14を備える。アノード16およびカソード20は、一般に、電流コレクタの働きをする(例えば、銅やアルミニウムの)薄い金属箔である。これらは、各々、(カーボンまたはリチウム金属酸化物などの)活性電極材料でおおわれている。スタック12は、3つのロールされた構造22を有する「ロール・ケーキ」アーキテクチャを備える。フレキシブル・バッテリは、スタック12を囲む(真空包装に対する)パウチ・セル24を更に備える。しかしながら、スタック12は、3つのロールされた構造を有することを要求されるものではなく、また、代替的実施形態において、いかなる適切な数のロールされた構造でも、提供することができることに留意する。さらに本願発明の種々の例示的な実施形態は、電極材料の特定のセットに制限されるものでなく、いかなる適切なバッテリ化学に適用できる一般的なアーキテクチャのより多くのセットであることに留意する。
また、次に、図2を参照すると、真空パックする前のスタック12の「ロール・ケーキ」アーキテクチャが示される。本願発明の1つの例にしたがって、「ロール・ケーキ」アーキテクチャは、従来のブロック・リチウムイオン電池構造と同様の構成を備える。しかし、さらに、リボン(または単一の層)14の単一の厚みで結びつけられた複数のロール(または、ロールされた構造)22から構成される。ロール22を一緒に結びつけるリボン14の単一の厚みは、ロール22の間の単一リボン連結(または、リボン相互接続15を形成する。リボン14の単一層または単一の厚みは、一般に、アノード、セパレータおよびカソードの単一スタックという。図2に図示されるように、「複数ロール・ケーキ構造」は、連続アノード/セパレータ/カソード・スタックによって、フレキシブル・ポイントを有する複数のロールに形成される。これは、バッテリ(または、デバイス)の全体的な柔軟性のコントロールを可能にする。本願発明の種々の例示的な実施形態が、アノード、カソード、および、アノードとカソードの間のセパレータに関連して記述されてきたけれども、当業者には、確実に機械的にアノードとカソードを分離するための、カソードとアノードの間のいかなる適切なタイプの物理的セパレータも、提供することができたことは明らかである。
本願発明の種々の例示的な実施形態が、各々が一般的な円筒形の形状を有する3つのロールされた構造(またはブロック)に関連して、記述されてきたけれども、いかなる他の適切な数のロールされた構造をも、提供することができることに留意する。加えて、いかなる他の適切なロールされた構造のための形状をも、提供することができる。例えば、本願発明のいくつかの実施形態にしたがって、フレキシブル・バッテリは、図3に示されるように、4つのロールされた構造22を有するスタックを含むことができる。例えば、本願発明のいくつかの実施形態にしたがって、フレキシブル・バッテリは、図4に示されるように、一般的な長方形の形状を持つ2つのロールされた構造23を有するスタックを含むことができる。しかしながら、これらは、非限定的な例として提供される。そして、他のいかなる適切な形状および/または、いかなる数のロールされた構造をも、提供することができる。
ロールされた構造を相互接続する単一層は、その/それらのポイントで、機械的な屈曲を許す。これは、全体の構造に柔軟性を与える。巻きロールの各々の間の分離は、特定のデバイスの要求にフィットするように、(たとえば、2つのロール/折りたたみ部分が、中心が、曲がり、追加的コンポーネントにフィットすることを許すデバイスのどちらの端部に対しても分離される)調節することができる。相互接続層は、それが薄く、また、その結果、フル・スタックよりもあまりストレスを受けないので、より大きな屈曲を許容することができる。所定の層において受けるストレスは、その屈曲に結びついた中立平面からのその層の距離に依存することに留意する。一般に、フレキシブルな結合部は、互いに同一平面に位置する。これは、全体的な屈曲デバイスの中立平面を形成し、ストレスを最小化する。
本願発明の種々の例示的な実施形態が、バッテリ・ロール(またはロールされた構造)と同じ幅を持つ相互接続リボン(ロールされた構造の間のリボンの部分)15に関して、記述されてきたけれども、これは、一般に、電極スタックのねじれの制限を課し、本願発明のいくつかの他の実施形態は、アプリケーションに依存したねじれの要求量を許容するように、幅を小さくした相互接続リボンを含むことができることに留意する。例えば、また、次に、図5を参照すると、バッテリ・ロール(またはロールされた構造)22、23の間で、曲げ、および、ねじりを許容するために、単一リボン(または、相互接続リボン)26を相互接続している減少した幅を有する単一リボンの平面図が示される。
一般に、バッテリ・リボンの耐屈曲性が最も少ないパーツは、アノードとカソードの上へおおわれている活性材料である。これらの物質は、比較的もろく、また、屈曲を繰り返すと、金属電流コレクタから剥離する可能性がある。そして、これは、フレキシブル・バッテリの主な故障メカニズムである。これを軽減するために、バッテリのフレキシブルな(たとえば、減少した幅相互接続リボン26の)領域におけるアノードおよびカソードは、活性コーティングなしで、しかし、間にセパレータを有する金属電流コレクタだけを含むことができる。これは、一般には、バッテリのストレージ容量に顕著な影響を及ぼさないが、しかし、耐屈曲性を増加する。
また、次に、図6を参照すると、「曲げられた」位置における、フレキシブル・バッテリ10の側面図が示される。一般に、スタックは、外部の空気(湿気および酸素など)からスタックを保護するために、きつく詰められるので、パウチ・セル24が、電極スタックを囲むために、真空包装に提供する。真空包装(またはポーチ・セル)24は、また、内部抵抗を最小にするために電極を一緒に押圧されるように保つ圧力を提供する。真空包装24は、図1に示されるように、2本のシリンダー22の各々の中間で出会うように一緒に押圧された中間接続部分28を含む。真空包装が、機械的な屈曲を許容するように、ロールされた構造22間の「溝」が、真空包装によって作られる(これにより、真空包装が、シリンダーの周りの全体を実質的に囲むことができるような[バッテリ・リボンの相互接続部分15を除いてシリンダーの周りの全体を囲むことによって、など])方法で電極のスタックに適用される。これらの中間接続部分28は、バッテリ・リボンと真空包装の間において大きなギャップが生じてしまう(包装が、なにも干渉がなくてもシリンダーのまわりにギャップを生じてしまうときなど)全体的なデバイスの柔軟性を減らす従来の方法における真空包装と比較したときに、(図6で示すように)パックされたデバイスの非常により良い柔軟性を可能にする。
また、次に、図7および8を参照すると、フレキシブル・バッテリ10を製造する1つの例示的な方法が示される。バッテリ・リボンが、サイズにカットされ、そして、ロボット機械式ローラーによりつかまれる(図7の101、図8のブロック102を参照)。バッテリ・リボン・セクションは、ローラーを用いて同時にロールされ、テンションの下で一緒に引っ張られる(図7の103、図8のブロック104を参照)。真空包装が、デバイスに適用される(図7の105、図8のブロック106を参照)。バッテリと包装とが、最終的な長さにデバイスを引っ張るロールの間で機械的に締め付けられる(図7の107、図8のブロック108を参照)。真空包装の中間接続部分は、図7に図示されるように、相互接続部分15の第1の側、および、相互接続部分15の第2の反対側に接触するように構成される。包装は、真空にされて、準剛体デバイスを形成する(図7の109、図8のブロック110を参照)。用語「準剛体デバイス」は、非限定的な用語として提供され、また、本願発明のいくつかの例示的な実施形態にしたがって、個々のロール22自体は、実質的に剛体になることができるが、一方、全体的なバッテリは、相互接続部分15に近い領域において実質的にフレキシブルであることによってなどで、フレキシブルな構造であることを記述するために提供されることに留意する。
「バッテリ・リボン」を複数ロール構造にすることから生じる溝は、従来の構造化バッテリと比較して(すなわち、完全に複数ロール構造を囲む最小サイズの直方体と比較して)、エネルギー・ストレージに寄与しているボリュームにおいて結びついた縮小が存在することを意味する。複数ロール構造に対して、ボリューム縮小、および、可能な曲げ半径を推定するために、一般に、溝の幾何学的形状を考慮することが必要である。ロールの端が四角いことはありそうになく、(ノキアBL−5Jバッテリのような従来のバッテリの端のように)それらが半円形状であることがもっとありそうである。この場合には、2つの側が互いの上に容易に回転して重なるので、非常に小さなギャップだけが、2つのロールの間に要求される(図9で示すように)。複数の隣接したロールを有する構造の採用は、一般に、必然的に、利用できる全体的なバッテリ・ボリュームの縮小が付随する溝構造に至ることに留意する。図9に示される(分離ギャップを有する2つのロールされたバッテリ・セクションの端部の[w])表現は、溝がその構造に追加されたときに、シールされたデバイスのボリュームの縮小の評価を可能にする。ボリュームの縮小は、保存することができるエネルギーにおける縮小に正比例していると考えることができる。図9は、2つのロールされたセクションの間の接合部を示す。溝毎のボリュームの縮小、Vr、は、したがって、下記の方程式(1)によって記述することができる。
Vr=L((4R2−πR2)+2RW) (1)
ここで、R=ロール(m)の端部における半径、
W=分離(m)の幅、
L=溝(m)の長さ、である。
ここで、R=ロール(m)の端部における半径、
W=分離(m)の幅、
L=溝(m)の長さ、である。
バッテリ・ボリュームの全体の変化は、次に、下記の方程式(2)から計算することができる。
%体積変化= 100×(V1−V2/V1) (2)
V2 =NVr (3)
ここで、V1− =直方体バッテリの当初のボリューム、
V2=溝の追加後のボリューム、
N=ロールの数。
%体積変化= 100×(V1−V2/V1) (2)
V2 =NVr (3)
ここで、V1− =直方体バッテリの当初のボリューム、
V2=溝の追加後のボリューム、
N=ロールの数。
また、次に、図10を参照すると、フレキシブル・バッテリ10に対するエネルギー・ストレージ縮小のグラフが示される。このグラフは、ロールされたセクションの間で異なる数の溝とスペーシングを有するバッテリに対するエネルギー・ストレージにおけるパーセント縮小の分析を含む。このセクションでは、溝の追加を通して、ロール・ケーキ・デザイン(たとえば、図2および図4に示されるロール・ケーキ構成)の両方のタイプのための丸い端部を有するバッテリに柔軟性を追加するための、エネルギー・ストレージ・ペナルティを、手短に評価する。本願発明の1つの例実施形態にしたがって、フレキシブル・バッテリ、または、デバイスのボリュームは、=T(厚み)×L(長さ)×W(幅)=6×58×37=12876mm3である。図10の中のグラフは、上のディメンジョンを有するバッテリの幅方向に置かれる溝の数に対するポテンシャル・エネルギー縮小を図示する。要求される溝の数は、全体的な携帯デバイスのデザインに大きく依存している。しかしながら、図3に示されるロール・ケーキ構成に対して、およそ9本の溝が要求され、(w=0、図10から)およそ20%のエネルギーの縮小という結果になる。しかしながら、もし、各々のロールが円状ではなく、むしろより平らにされるならば、剛体セクションの長さを増加させるが、縮小を最小にすることができる。全体的な柔軟性/エネルギー密度は、特定のデバイスの機能である。
本願発明のいくつかの実施形態にしたがって、図3に示される構成は、最適デザインを提供する。しかしながら、溝の数は、バッテリが配置される特に全体的なデバイス・デザインに依存し、
本願発明の種々の例示的な実施形態が、図1−4に、ロールされた構造(またはブロック)と結びつけて記述されたけれども、ロールされた構造のいかなる他の適切なタイプをも、提供することができることに留意する。例えば、バッテリ・リボンをロールする、または、折りたたむ種々の他の方法が、上述の真空包装方法と互換性を持つ。加えて、アノード/セパレータ/カソード・スタックを折りたたむ他の可能な方法も、また、剛体構造の内に機械的にフレキシブルなポイントを許容する。例えば、本願発明のいくつかの実施形態にしたがって、フレキシブル・バッテリは、図11に示されるように折り重なる単一層を有するスタックを含むことができる。例えば、本願発明のいくつかの実施形態にしたがって、フレキシブル・バッテリは、図12に示される中立平面の中で折り目があるスタックを含むことができる。例えば、本願発明のいくつかの実施形態にしたがって、フレキシブル・バッテリは、図13で示すようにロールの上部において接続するロールされた構造を有するスタックを含むことができる。
加えて、本願発明のいくつかの他の実施形態にしたがって、さらに、ひねりを構成するバッテリ・リボンをロールする更なる方法が存在し、曲げと並んで、ねじりに対するストレスを最小にするために、それらに配置することができるアノード/セパレータ/カソード・スタックと溝/カットを折りたたむ更なる方法を提供する。ビーム分析を考慮すると、一般に、より狭い(またはより細い)断面は、より広い(またはより厚い)断面よりも、改善されたひねりを提供する。例えば、本願発明のいくつかの実施形態にしたがって、フレキシブル・バッテリは、図14に図示されるように、ひねり能力を向上したより細い中央の断面図を提供するために、(ストレス緩和ホールを有する)角度をつけて切り出しセクションを有するスタックを含むことができる。例えば、本願発明のいくつかの実施形態にしたがって、フレキシブル・バッテリは、図15に図示されるように、ひねり能力を向上したより細い中央の断面図を提供するために、側端部に平行な切り出しセクションを有するスタックを含むことができる。
図16は、方法200を図示する。方法200は、第1の部分、第2の部分、および、第1の部分と第2の部分との間の相互接続部分を備える単一バッテリ・リボンを提供することを含む。ここで、第1の部分は、第1のロールされたブロックを備え、第2の部分は、第2のロールされたブロックを備え、第1の部分、第2の部分、および、相互接続部分は、アノードとカソードとを備える連続単一層を形成する(ブロック202において)。単一バッテリ・リボンを囲んでいる真空包装を提供する。ここで、真空包装は、相互接続部分の第1の側、および、相互接続部分の第2の反対側に接触するように構成される中間接続部分を備える(ブロック204において)。ブロックの特定の順序の図示が、ブロックの必要であるか、好適な順序が存在し、そして、ブロックの順序と配列は、変化することができることを必ずしも意味するというわけではなく、さらに、いくつかのブロックを省略することが可能でありえることに留意する。
下に現れる請求項の範囲、解釈、または、アプリケーションをどんな形であれ制限することなく、ここに開示される例の実施形態の1つ以上の技術的な効果は、バッテリの活性層にダメージを与えることなく、デバイスの曲げ、および、ねじれを許容するために、(たとえば、ロールされた構造など)いくつかの異なる剛体セクションを有する単一リボン・バッテリを提供することである。ここに開示される例の実施形態の1つ以上の別の技術的な効果は、バッテリ・リボンの連結したセクションにおいて、アノード、カソードおよびセパレータ材料は連続するが、しかしながら、活性材料を除去することができ、そして、誘電物質と入れ替えることができるような、バッテリを提供することである。ここに開示される例の実施形態の1つ以上の別の技術的な効果は、バッテリ・リボンの連結したセクションにおいて、アノード、カソードおよびセパレータ材料は連続するが、しかしながら、活性材料は、バッテリ・リボンの相互接続部分の(端から間隔を置いているような)中央部分だけに提供することができるような、バッテリを提供することである。ここに開示される例の実施形態の1つ以上の別の技術的な効果は、(アプリケーションにおいて要求されるならば)バッテリのねじりを可能にするように連結リボンの幅を減少することができることである。ここに開示される例の実施形態の1つ以上の別の技術的な効果は、パウチ・セルが、バッテリ・リボンを真空パックするのに用いられ、製造の間に、バッテリ・リボンの連結したセクションを、パウチ・セルの層とともに、屈曲とねじりに耐えることができるフィルムの薄い複合物を形成するように、排気下で一緒に圧縮することができることである。
1つ以上の例示的な実施形態のいずれの技術的な効果も、たとえば、フレキシブルなフレームに保存された複数のまるいセルを有する従来の構成と比較したときに、柔軟性を提供し、しかし、また、包装コストを減少する。加えて、従来のバッテリなどの従来のエネルギー蓄積デバイスの多くは、典型的には、容積エネルギー密度を最大にするために、きつく巻かれた電極層から成り、そして、これは必然的に、剛体ブロックの形を有するバッテリということになる。そのようなかさばった対象の収納は、新しいデバイスの形のデザインにおける顕著な制限であり、この伝統的なバッテリ(剛体ブロック)の形状要因が、許容できないような新しいアプリケーションが存在する。1つの特定の例は、全体的なデバイス屈曲に適合するために、エネルギー・ストレージがフレキシブルであることを要求されるようなダイナミックなフレキシブル・デバイスに関係するものである。個々の従来のバッテリの層は、それら自体が、一般に、比較的フレキシブルであるが、しかし、屈曲の間の層間の摩擦や層間の屈曲から生じるストレスは、全体的な構造の柔軟性を制限する。
加えて、従来のバッテリにおいて試みられたいくつかの改善は、薄く、フレキシブルなバッテリを生成したが、しかしながら、そのような柔軟性は、非常に薄い、単一層構造の結果であり、それは、非常に限られたストレージ容量(典型的には、数10mAh)という結果になる。これは、一般に、携帯電話の意味があるアプリケーションを作るのには十分ではない。
また、高い包装密度は、結果として生じるバッテリは依然として剛体であることを意味するのであるが、いくつかの従来のバッテリは、外側ケースをホイル膜と置き換え、バッテリの包装ボリュームを減らすパウチ・セル・バッテリ包装を含んでいた。
加えて、従来のバッテリにおいて、いくつかの他の試みられた改善は、柔軟性が以前に大幅に向上しなかったものであるが、電極スタックに向けられたものであった。例えば、いくつかの従来の構成は、折り重ねると、スタックを形成するように形づくられた個々のアノードおよびカソードを含む。しかしながら、第1に、アノードとカソードは、バッテリ・スタックを形成するために、個々に折りたたまれる。これは、製造の手続きを複雑にする。第2に、そして、より重要なことに、この方法から結果として生じるセルは、剛体ブロック・セルである。
別の従来のバッテリ例においては、個々のスタックが、ロールされるが、しかしながら、従来のデザインにおいては、これは剛体セルを形成する。
別の従来のバッテリ例においては、別々のノード(セル)のアレイは、必要となり得る出力の種々の組合せを得るために、直列あるいは並列に電気的に接続することができる。ある程度の機械的な柔軟性が提供されるが、この構造は、顕著なエネルギー密度損失を被る(70%より大きいと見積もられる)。結果として、全体的なエネルギーは、携帯のアプリケーションに対しては、あまりに低い。
ここに開示される例の実施形態の1つ以上の技術的な効果は、1つの単一バッテリを含む単一ブロック・セルを提供することであるが、しかし、それが、高いエネルギーおよび機械的な柔軟性を有することが可能なようにデザインされていることである。ここに開示される例の実施形態の1つ以上の別の技術的な効果は、複数の剛体の、および、フレキシブルなパーツに分けられる単一な連続するセルを提供することである。ここに開示される例の実施形態の1つ以上の他の技術的な効果は、当該技術領域の技術水準の活性材料を使用可能にし、また、大きな歪みに耐えることができる材料に依存していないことである。たとえば、種々の例示的な実施形態は、最新の材料と互換性を持ち、そして、将来の材料とも互換性を持ち得るものである。特に、重ね板バネ構造は、剛体パーツを有さない全体的なフレキシブルなデバイスという結果になる。しかし、層の間にエラストマーを置く要求は、全体的なエネルギー密度を減らす。ロール・ケーキ構造は、この構造の大部分が屈曲の単一の、あるいは、複数のポイントを提供するが、剛体パーツにおいてエネルギー密度を維持することを可能にし、そして、依然、屈曲を許容する。これは、準剛体デバイスのデザインを許容するが、一方向における屈曲に限定される可能性がある。ひねりデザインは、固体ブロックの各々においてエネルギー密度を維持しながら、2つの方向での屈曲(すなわち、ねじれ)を許容する。
本願発明の種々の例示的な実施形態は、機械的な柔軟性を許容し、それゆえに、機械的に適合したデバイス・フォーム・ファクターにおいて、それらの使用を可能にする代替的なバッテリ・デザインを提供する。ここに開示される例の実施形態の1つ以上の技術的な効果は、標準的なバッテリ材料の機械デザインのバリエーションを介して機械的屈曲に耐えられるバッテリを提供することである。本願発明の種々の例示的な実施形態は、単一リボン・バッテリが、バッテリの活性層にダメージを与えることなく、そのデバイスが屈曲し、ねじれるのを許容するように、いくつかの異なる剛体セクションに形成されるようにする。
本願発明のコンポーネントは、動作上、結合し、接続することができ、間の要素のいかなる数または組合せも、存在することができる(間の要素が無い場合も含む)ことが理解されるべきである。接続は、直接でも、または、間接的でもあり得、そして、その上、コンポーネントの間に機能的関係があり得るだけである。
以下に、種々の非限定的な、例示的な実施形態のさらなる記載を提供する。後述の例示的な実施形態は、1つ以上の他の態様または例示的な実施形態とともに実施することができる。つまり、すぐ下で記述されるもののような本願発明の例示的な実施形態は、いかなる組合せででも(例えば、適切な、実行可能、および/または、妥当ないかなる組合せでも)、インプリメントし、実施し、あるいは、利用することができ、また、ここに記述される、および/または、添付の請求項に含まれるそれらの組合せだけに限られていない。
1つの例示的な実施形態において、第1の部分、第2の部分、および、第1の部分と第2の部分との間の相互接続部分を備える単一バッテリ・リボンを備える装置であって、前記第1の部分は、第1のブロックを備え、前記第2の部分は、第2のブロックを備え、第1の部分、第2の部分、および、相互接続部分は、アノードとカソードと前記単一バッテリ・リボンを囲む真空包装を備える連続単一層を形成し、真空包装は、相互接続部分の第1の側、および、相互接続部分の第2の反対側に接触するように構成される中間接続部分を備える、装置。
前記装置は、機械的屈曲耐性バッテリを備える、上記の装置。
前記単一バッテリ・リボンは、更に、前記アノードと前記カソードとの間のセパレータを備える、上記の装置。
前記相互接続部分は、いかなる活性材料をも有さない、上記の装置。
第1のブロックと第2のブロックの各々は、ロール・ケーキ構造を備える、上記の装置。
第1のブロックと第2のブロックの各々は、折りたたみスタック構造を備える、上記の装置。
前記単一バッテリ・リボンは、更に、前記連続単一層を形成する、N個のブロックおよびN−1個の相互接続部分を備える、上記の装置。
前記真空包装の前記中間接続部分は、真空化プロセスの下で、単一バッテリ・リボンの相互接続部分と一緒に圧縮されるように構成される、上記の装置。
前記相互接続部分は、前記第1のブロックおよびだ第2のブロックより、狭い幅を有する、上記の装置。
前記相互接続部分は、前記単一バッテリ・リボンの前記第1の部分および前記第2の部分より、小さな断面を有する、上記の装置。
前記ブロックは、一般的な円筒形の形状を有する、上記の装置。
前記ブロックは、一般的な長方形の形状を有する、上記の装置。
別の例示的である示的実施形態において、機械式ローラーでバッテリ・リボンをつかむステップと、ローラーでバッテリ・リボン・セクションをロールするステップと、ロールされたバッテリ・リボン・セクションに真空包装を適用するステップと、ロールされたバッテリ・リボン・セクションを挟んで締め付けるステップと、真空包装に真空化プロセスを実行するステップと、を含む方法。
前記バッテリ・リボン・セクションは、同時にロールされる、上記の方法。
前記締め付けるステップは、更に、ロールされたバッテリ・リボン・セクションを、機械的に締め付けることを含む、上記の方法。
前記真空化プロセスは、パウチ・セルから空気を排出する、上記の方法。
前記真空包装は、実質的に、ロールされたバッテリ・リボン・セクションの周りの全てを取り囲む、上記の方法。
別の例示的である示的実施形態において、第1の部分、第2の部分、および、第1の部分と第2の部分との間の相互接続部分を備える単一バッテリ・リボンを提供するステップであって、第1の部分は、第1のロールされたブロックを備え、第2の部分は、第2のロールされたブロックを備え、前記第1の部分、前記第2の部分、および、相互接続部分は、アノードとカソードとを備える連続単一層を形成する、ステップと、単一バッテリ・リボンを囲んでいる真空包装を提供するステップであって、該真空包装は、相互接続部分の第1の側、および、相互接続部分の第2の反対側に接触するように構成される中間接続部分を備える、ステップと、を含む方法。
前記単一バッテリ・リボンは、更に、第3の部分、および、前記第3の部分と前記第2の部分との間に別の相互接続部分を備え、前記第3の部分は、第3のロールされたブロックを備え、第1の部分、第2の部分、前記相互接続部分、前記第3の部分、および、前記別の相互接続部分は、前記連続単一層を形成する、上記の方法。
前記相互接続部分は、前記単一バッテリ・リボンの前記第1の部分および前記第2の部分より、小さな断面を有する、上記の方法。
別の例示的である示的実施形態において、機械的屈曲に耐えられるバッテリを提供する方法が、開示される。単一のリボン・バッテリが、バッテリの活性層にダメージを与えることなく、そのデバイスが屈曲し、ねじれるのを許容するように、いくつかの異なる剛体セクションに形成される。バッテリ・リボンの連結したセクションにおいて、アノード、カソードおよびセパレータ材料は連続するが、しかしながら、活性材料は、除去され、また、誘電物質と入れ替えることができる。連結リボンの幅は、バッテリのねじりを可能にするように、減少される。パウチ・セルが、バッテリ・リボンを真空パックするのに用いられる。バッテリ・リボンの連結したセクションは、パウチ・セルの層とともに、屈曲とねじりに耐えることができるフィルムの薄い複合物を形成するように、排気下で一緒に圧縮される。
必要に応じて、ここに議論される異なる機能を、互いに異なる順序、および/または、並行して実行することができる。また、必要に応じて、1つ以上の上記の機能は、オプションでありえ、あるいは、結合されることができる。
本願発明の種々の態様が、独立形式の請求項において述べられるけれども、本願発明の他の態様は、記載された実施形態、および/または、独立形式の請求項の特徴を有する従属形式の請求項からの特徴の他の組合せを含む。また、それは、請求項において明示的に述べられる組合せだけでない。
本願発明の例の実施形態を上で記述しているが、これらの記載は、限定的な意味で見てはならないことにも、また、留意する。むしろ、添付の請求項において定められる本願発明の範囲を逸脱することなく作ることができるいくつかの変形および変更が存在する。
Claims (20)
- 第1の部分、第2の部分、および、第1の部分と第2の部分との間の相互接続部分を備える単一バッテリ・リボンを備える装置であって、
前記第1の部分は、第1のブロックを備え、
前記第2の部分は、第2のブロックを備え、
前記第1の部分、前記第2の部分、および、相互接続部分は、アノードとカソードと、前記単一バッテリ・リボンを囲む真空包装を備える連続単一層を形成し、
該真空包装は、前記相互接続部分の第1の側、および、前記相互接続部分の第2の反対側に接触するように構成される中間接続部分を備える、装置。 - 前記装置は、機械的屈曲耐性バッテリを備える、請求項1に記載の装置。
- 前記単一バッテリ・リボンは、更に、前記アノードと前記カソードとの間のセパレータを備える、請求項1または請求項2に記載の装置。
- 前記相互接続部分は、いかなる活性材料をも有さない、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の装置。
- 第1のブロックと第2のブロックの各々は、ロール・ケーキ構造を備える、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の装置。
- 第1のブロックと第2のブロックの各々は、折りたたみスタック構造を備える、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の装置。
- 前記単一バッテリ・リボンは、更に、前記連続単一層を形成する、N個のブロックおよびN−1個の相互接続部分を備える、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の装置。
- 前記真空包装の前記中間接続部分は、真空化プロセスの下で、前記単一バッテリ・リボンの前記相互接続部分において、一緒に圧縮されるように構成される、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の装置。
- 前記相互接続部分は、前記第1のブロックおよび第2のブロックより、狭い幅を有する、請求項1ないし8のいずれか1項に記載の装置。
- 前記相互接続部分は、前記単一バッテリ・リボンの前記第1の部分および前記第2の部分より、小さな断面を有する、請求項1ないし9のいずれか1項に記載の装置。
- 前記ブロックは、一般的な円筒形の形状を有する、請求項1ないし9のいずれか1項に記載の装置。
- 前記ブロックは、一般的な長方形の形状を有する、請求項1ないし9のいずれか1項に記載の装置。
- 機械式ローラーでバッテリ・リボンをつかむステップと、ローラーでバッテリ・リボン・セクションをロールするステップと、
ロールされたバッテリ・リボン・セクションに真空包装を適用するステップと、ロールされたバッテリ・リボン・セクションを挟んで締め付けるステップと、
真空包装に真空化プロセスを実行するステップと、
を含む方法。 - 前記バッテリ・リボン・セクションは、同時にロールされる、請求項13に記載の方法。
- 前記締め付けるステップは、更に、ロールされたバッテリ・リボン・セクションを、機械的に締め付けることを含む、請求項13または請求項14に記載の方法。
- 前記真空化プロセスは、パウチ・セルから空気を排出する、請求項13ないし15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記真空包装は、実質的に、ロールされたバッテリ・リボン・セクションの周りの全てを取り囲む、請求項13ないし16のいずれか1項に記載の方法。
- 第1の部分、第2の部分、および、第1の部分と第2の部分との間の相互接続部分を備える単一バッテリ・リボンを提供するステップであって、
前記第1の部分は、第1のロールされたブロックを備え、
前記第2の部分は、第2のロールされたブロックを備え、
前記第1の部分、前記第2の部分、および、前記相互接続部分は、アノードとカソードとを備える連続単一層を形成する、ステップと、
単一バッテリ・リボンを囲んでいる真空包装を提供するステップであって、該真空包装は、前記相互接続部分の第1の側、および、前記相互接続部分の第2の反対側に接触するように構成される中間接続部分を備える、ステップと、
を含む方法。 - 前記単一バッテリ・リボンは、更に、第3の部分、および、前記第3の部分と前記第2の部分との間に別の相互接続部分を備え、
前記第3の部分は、第3のロールされたブロックを備え、
前記第1の部分、前記第2の部分、前記相互接続部分、前記第3の部分、および、前記別の相互接続部分は、前記連続単一層を形成する、
請求項18に記載の方法。 - 前記相互接続部分は、前記単一バッテリ・リボンの前記第1の部分および前記第2の部分より、小さな断面を有する、請求項18または請求項19に記載の方法。
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