JP4373673B2 - 電解液密封の可撓性バッテリを組み立てるための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリを製造するための装置及び方法に関する。より具体的には、本発明は、可撓性バッテリを組み立てるための装置及び方法と、得られる可撓性バッテリとに関する。

可撓性の積層体で作られた封入容器を有する可撓性バッテリは、薄くて軽量に作ることができ、それらが使用される装置の異なる大きさ及び形状のコンパートメントに適合することができる。すなわち、可撓性バッテリには、例えば携帯電話やビデオカメラのような多くの家庭用電子機器における有利な使用法がある。
可撓性バッテリの構成要素は、一般に、陽極、陰極、セパレータ材料、及び、可撓性バッテリの封入容器内に包含された電解液を含む。陽極、陰極、及び、セパレータ材料の組合せは、電極アセンブリとして知られている。電解液は、陽極及び陰極間のイオン伝導のための経路として役立つ媒体である。液体電解液は、水溶液、例えば、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムか、又は、溶解無機塩を含有する有機溶剤の非水溶液を含むことができる。

可撓性バッテリのバッテリ封入容器は、一般に、互いに接合されて積層体を生成する１つ又はそれ以上の可撓性シートで作られる。積層体の１つの種類は、例えば、電解液の蒸気がバッテリから逃げるのを防ぐと共に、外部ガスの侵入を防ぐ金属泊の層を含む。積層体はまた、金属泊の一体性を守る外側ポリマー層と、シートを互いに接合するための密封面を形成する内側ポリマー層とを含むことができる。個々の層を互いに結合する接着剤層つまり結合層が存在する場合もある。
可撓性バッテリは、電極アセンブリをバッテリ封入容器を作り上げる多層積層体の間に入れ、次に、バッテリ封入容器の周囲付近の積層体を接合することにより作ることができる。周囲密封面の一部分は、液体電解液をバッテリ封入容器内と電極アセンブリ付近とに分配することができるように開放されたままにされる。この開口部は、電解液が追加された後に密封される。

密封されたバッテリアセンブリは、１つ又はそれ以上の個別の袋を組み込むことができる。密封バッテリアセンブリが２つの袋を有する場合、例えば、電極袋である１つの袋は、電極アセンブリを固定し、ガス袋である第２の袋は、電極アセンブリにより形成されるか又は発生する場合があるあらゆるガスを収集するためのリザーバとして機能する。ガスは、エージング、貯蔵、予備放電、形成サイクリング、出荷、手作業、又は、それらの組合せの間に、電極アセンブリによって発生される場合がある。バッテリ封入容器の接続チャンネルは、２つの袋を接続し、その間のガスの自由な流れを可能にする。密封バッテリアセンブリの電極袋とガス袋の間の開口部を密封することができ、ガス袋を切り取って廃棄し、それによって可撓性バッテリを作り出すことができる。

しかし、可撓性バッテリの問題点は、バッテリ封入容器の密封面からの漏れが発生する可能性である。これは一つには、バッテリ封入容器を密封する前に密封面上に電解液が存在するためである。
従って、電解液がバッテリ封入容器の密封面と接触する可能性を最小にする装置及び方法を提供することが必要である。密封シールされて流体密封の可撓性バッテリを作り出すための装置及び方法を提供することが望まれている。

本発明は、可撓性バッテリの電解液漏れの問題が、部分的には、バッテリ封入容器を密封する前の組み立て中の電解液による密封面の汚染による可能性があるという認識と発見に基づいている。従って、本発明は、電解液がバッテリ封入容器内に導入される時に、これらの密封面への電解液の接触を低減するか又は排除することができる可撓性バッテリを製造するための装置及び方法を提供する。
本発明は、電解液密封の袋バッテリを組み立てるための装置を提供し、本装置は、電極袋を有する可撓性バッテリの封入容器を、電解液を収容するその電極袋の上部部分に充填開口部が位置するように支持するようになっている支持体を含む。本装置はまた、噴口を有する分配用部材を有し、この噴口は、分配用部材が充填位置にある時に電解液の流れを電極袋の内部に向ける。噴口は、バッテリ封入容器のその後に密封される開放部分から離れる方向に電解液の流れを向ける。充填開口部は、充填処理中に電極袋の内部に蓄積することができる電解液の自由電解液充填レベルよりも上方の電極袋の上部部分に位置する。

本発明の一実施形態では、電極袋は、その壁が垂直又はほぼ垂直に配置されるように充填前に方向付けされる。このようにして、重力は、充填処理を助け、充填後に互いに接合されることになる密封面から離れる方向に電解液を向ける。
本発明の別の態様では、本装置の支持体は、電極袋に集められた電解液の自由表面区域を最小化するような方法で、充填中にバッテリ封入容器を支持する。電解液のこの自由表面区域の最小化は、電解液が飛散したり、こぼれたり、又は、他の方法で電解液充填に必要な開口部を取り囲む密封面を汚染する可能性を低減する。この手法により、そのような開口部は、漏れを示すことなく確実に首尾一貫して密封することができる。

更に、本発明は、電極袋の充填開口部が電極袋の上部部分に方向付けされ、次いで電解液を分配用部材から電極袋の中に分配するようにバッテリ封入容器の電極袋を配置することにより、流体密封の可撓性バッテリを組み立てる方法を提供する。電解液は、汚染を回避するために充填開口部を取り囲んだ封入容器の密封面から離れる方向に分配される。充填後に充填開口部は密封され、密封可撓性バッテリが作り出される。

本発明の別の態様では、バッテリ封入容器の内部からバッテリ封入容器の外部区域まで延びる陽極タブ及び陰極タブは、充填開口部を通っては延びない。陽極タブ及び陰極タブを取り囲むバッテリ封入容器の部分は、電解液がバッテリ封入容器の中に導入される前に密封され、バッテリ封入容器内への電解液の漏れを更に最小化する。
本発明の上記及び他の態様及び利点は、添付図面を参照して以下に説明する好ましい実施形態から当業者には明らかであろう。
本発明は、いくつかの部分及び部分の構成において物理的形態をとることができ、本発明の方法は、以下において、本明細書で詳細に説明され、明細書の一部を形成する添付図面に図解される。

本発明による可撓性バッテリは、第１に、電極アセンブリを包含する可撓性バッテリ封入容器を生成し、次に、バッテリ封入容器の中に電解液を導入し、最後に、電解液密封の可撓性バッテリを生成するためにバッテリ封入容器を密封することによって作られる。本発明は、可撓性バッテリの電解液漏れの問題が、電解液が分配される時に開放され、その後に密封されるバッテリ封入容器の表面の電解液による汚染による可能性があるという発見に基づいている。電解液による汚染は、十分な密封を得ることを困難にするか又は不可能にする。従って、本発明は、電解液をバッテリ封入容器内に導入する間に電解液が密封面を汚染する可能性を最小限にする、密封可撓性バッテリを組み立てるための装置及び方法を提供する。

図１は、本発明の装置によって支持された時の、可撓性バッテリの構成要素を取り付けることができる方法を示す斜視図である。取付アセンブリ１０は、支持パレット１２の上部ピン１３及び１４と下部ピン１５及び１６とによって定位置に固定された積層体シート部材１７及び１９を有する。積層体シート１７及び１９は、可撓性バッテリ封入容器２８の対向する壁を形成する。バッテリ封入容器２８の対向する壁は、封入容器２８の周囲の一部分に沿って接合され、電極袋２０、ガス袋３０、及び、この２つの袋を結合する接続チャンネル３２を形成する。電極袋２０は、対向する壁が接合される垂直平面、又は、ほぼ垂直な平面に沿ってバッテリ封入容器２８の内部から外部に突出する陽極タブ２４及び陰極タブ２６を有する電極アセンブリ２２を包含する。ガス袋３０は空であり、電解液が導入されてバッテリが密封された後のバッテリのエージング、貯蔵、予備放電、形成サイクリング、出荷、手作業、又は、それらの組合せの間に発生することがあるあらゆるガスを収集するためのリザーバとして機能する。バッテリ封入容器２８の対向する壁１７及び１９は、充填開口部３３及びガス袋開口部３４が形成される位置では接合されない。ガス袋開口部及び充填開口部は、いずれも電極袋２０内に電解液を追加するアクセスを形成する。充填開口部３３及びガス袋開口部３４は、電解液が電極袋の中に分配される時は密封されず、その後に密封されて流体密封のシールを形成する。

取付アセンブリ１０は、第１に、開放区域の骨組みを構成するパレット１２の上部ピン１３及び１４と下部ピン１５及び１６上の定位置に積層体シート１９を固定することによって生成される。次に、積層体シートは、例えば冷間成型又は真空延伸によって形成され、窪んだ袋（電極袋２０及びガス袋３０）、及び、接続チャンネル３２を生成することができる。電極袋２０には、電極袋に入るような電極アセンブリ２２の一般的な大きさと形状に適合するように凹部を設けることができる。電極アセンブリ２２は、次に、電極袋２０に入れられ、積層体シート１９は、積層体シート１７と接合されて、バッテリ封入容器２８の対向する壁を形成する。窪んだ袋を生成するためのシートの形成は必要ない。例えば、電極アセンブリは、代替的に、電極袋と、任意選択的に、１つ又はそれ以上のガス袋と、ガス袋及び電極袋間の流体連通をもたらす接合チャンネルとを形成するために部分的に密封することができる２つの実質的に平坦な積層体シートの間に配置することができる。積層体間の密封パターンを変更することにより、バッテリ封入容器のいくつかの大きさ、形状、及び、構成を得ることができる。

バッテリ封入容器２８の対向する壁は、同じか又は異なる２つの別々の積層体シートを使用するか、又は、単一シートの延長部分をそれ自体の上に折り畳み、窪んだ袋と接続チャンネルとを覆うことによって作り出すことができる。例えば、図１は、積層体シート１７が積層体シート１９の延長部分であり、折畳み縁部１８の存在が、バッテリ封入容器２８をその縁部の少なくとも１つに沿って密封する必要性を排除することを示す。そのような場合、このアセンブリは、バッテリ封入容器をその全周囲に沿って密封することによって生成された可撓性バッテリよりも内部容積が大きい可撓性バッテリを作り出すことになる。

バッテリ封入容器２８の対向する壁１７及び１９は、電極袋、ガス袋、及び、接続チャンネルの周囲にほぼ沿って密封され、対向する壁の一部分は、液体電解液を電極袋内に分配することができるように、例えば充填開口部３３及びガス袋開口部３４においては密封されない。好ましくは、電極タブ２４及び２６がバッテリ封入容器の内部からバッテリ封入容器の外部に延びる場合、それらは、充填開口部３３又はガス袋開口部３４の何れかを通って延びないように配置される。従って、それらのタブに適合する密封は、電解液が電極袋内に導入される前に完了される。タブ周辺の密封は特に漏れ易いので、この手順は、漏れないバッテリを提供するのに役立つ。

積層体シートは、密封可能な内側層と外側の保護層との間に挟まれた、金属泊層を有する多層積層体シートとすることができる。そのような場合、バッテリ封入容器は、積層体シート１７の密封可能な層が積層体シート１９の密封可能な層に面するように形成される。例えば、積層体シートの密封可能な層は、熱及び圧力が加えられた時に溶解し、冷却すると結合するポリエチレンやポリプロピレンのようなヒートシール可能なポリマーとすることができる。当業技術で公知の代替的な密封方法には、超音波溶着や高周波溶着がある。

一方の側面を保護ポリマー、反対の側面をヒートシール可能なポリエチレン又はポリプロピレンによって囲まれた金属泊で構成された積層体は、一般的に利用可能である。このような積層体は、例えば、米国ケンタッキー州シェルビービル所在のファーマ・センター・シェルビービル・インコーポレーテッド製の製品番号９７０３１、日本の東京所在の大日本印刷製の製品番号Ｄ−ＥＬ４０Ｅ、及び、日本の東京所在の住友電気工業製の製品番号Ｌ−ＮＹ−Ａ１−ＴＲＰＰ−Ｌの下で入手可能である。エチレンアクリル酸（ＥＡＡ）ヒートシール可能層を有する積層体は、ファーマ・センター・シェルビービル・インコーポレーテッド製の製品番号９５０１４から入手可能である。代替的に、エチレンメタクリル酸又はポリエチレンメタクリル酸のヒートシール可能層を有する積層体は、米国ルイジアナ州ホーマー所在のルドロー・コーテッド・プロダクツによって製造されている。適切な積層体及び密封層は、当業技術で公知のように、様々な要素の中でもとりわけ、使用される電解液の種類に基づいて選択されることになる。不浸透性の金属泊は、例えば、アルミニウム、ニッケル、銅、及び、ステンレス鋼のような任意の種類の金属とすることができる。

本発明の一実施形態において、可撓性バッテリを組み立てるための装置を図２を参照して説明することができる。図２は、可撓性バッテリを組み立てるための装置４０を一部断面で示す側面図である。装置４０は、バッテリ封入容器を支持するようになっている支持体７０と、電解液をバッテリ封入容器２８の中に分配するための分配用部材５０とを有する。バッテリ封入容器２８の側面図は、支持体７０の前部ツール４２と後部ツール４４との間に配置されたパレット１２と共に図２に示されている。支持体７０は、パレット１２で示されているような任意の適切な支持アセンブリを通じてバッテリ封入容器を支持するようになっているか、又は、代替的に、支持体７０は、バッテリ封入容器２８が支持体７０によって直接支持されるような方法に適合されることができる。

図２に示すように、バッテリ封入容器２８は、垂直又はほぼ垂直な平面で装置に配置された、積層体１７及び１９で作られた対向する壁を有する。対向する壁の一部分は、ガス袋開口部３４、充填開口部３３、及び、ガス袋と電極袋との間を走る接続チャンネル３２において密封されないままである。バッテリ封入容器は、電極袋２０がガス袋３０と接続チャンネル３２との下に垂直に配置され、充填開口部３３が接続チャンネル３２の基部又はその近くで電極袋２０の上部部分に位置するように支持される。すなわち、組み立て中に電解液が電極袋２０の中に分配される時、電解液には重力が作用して、電解液がバッテリ封入容器の最も低い部分に向かって電解液アセンブリを通って流れるようにする。好ましくは、支持体は、任意の非拘束自由電解液、つまり封入容器の表面と接触していない未吸収電解液の表面積を最小にするようにバッテリ封入容器を支持する。そのような構成は、開口部３２、３３、及び、３４を取り囲む非密封表面上に自由電解液がこぼれたり飛散する可能性を低減する。

電極袋の中に分配された大部分又は全ての電解液は、電極アセンブリによって吸収される。高い電解液分配速度は、電極アセンブリのセパレータ及び電極材料の吸収速度を超えることができ、自由電解液は、電極袋に蓄積することができる。自由電解液の充填レベルは、分配速度と、組み立てられる可撓性バッテリの大きさ、構造、及び、構成とに基づいて予め判断することができる。すなわち、本発明の装置４０の支持体７０は、電極袋２０の上部部分に位置して電極袋に蓄積することができる自由電解液の所定の充填レベル上方にある充填開口部３３を有するバッテリ封入容器を支持する。
支持体は、充填開口部より下の電極袋の内部容積が充填開口部上方の電極袋の内部容積よりも大きくなるようにバッテリ封入容器を支持する。好ましくは、充填開口部より下の電極袋の容積は、電極袋の全内部容積の少なくとも７５％であり、より好ましくは、充填開口部は、電極袋の最上面に沿って位置し、電極アセンブリの上方に垂直に配置される。

本発明の装置４０はまた、噴口５１を有する分配用部材５０を含む。分配用部材５０は、後退位置と充填位置との間で移動可能である。図２は、支持体７０の後部ツール４４上の取付プレート５４に結合する静止接続金具４３上方に垂直に位置した後退位置にある分配用部材５０を示す。分配用部材５０は、それをバッテリ封入容器２８の対向する壁を形成する積層体１７及び１９の間に挿入することができるような大きさ及び形状になっている。例えば、分配用部材は、長くて細い、開口部３２、３３、及び、３４を通して挿入することができる皮下注射針のような中空チューブを含むことができる。パレット１２は、ガス袋開口部３４を形成する密封されていない対向する壁の間で分配用部材５０を案内するために、ガス袋開口部３４に隣接したテーパ付きの壁を有する。好ましくは、ガス袋開口部３４は、パレット１２のテーパ付きの壁に適合する図２に示すようなテーパ付きの形状で形成され、分配用部材５０をバッテリ封入容器２８の中に案内するのを助ける。分配用部材が後退位置から充填位置に移動される時、分配用部材は、電極袋の充填開口部に向かって移動可能である。噴口５１は、分配用部材が後退位置にある時は、バッテリ封入容器２８の垂直方向上方に位置し、ガス袋開口部３４及び接続チャンネル３２を通って、電極袋の充填開口部３３まで下方に移動することができる。

本発明の別の実施形態では、可撓性バッテリを製造するための装置はまた、その相互作用する可動構成要素を制御する手段を提供する。電解液供給装置（図示しない）からの電解液は、分配用部材５０を通して重力で供給することができる。代替的には、例えばポンプ５６である圧力供給装置を使用して、電解液に一定圧力をもたらすことができる。別の実施形態では、本装置は、電解液供給装置又は圧力供給装置、又は、その両方に作動可能に結合され、電極袋の中に吐出された電解液の量を調節する制御システムを更に含む。

図３は、図２の装置４０の正面図及び断面図であり、分配用部材５０と、充填位置のバッテリ封入容器２８の中に挿入された噴口５１とを示す。バッテリ封入容器２８の周囲は、折畳み縁部１８と密封された壁表面８０とに沿って閉じられ、ガス袋開口部３４で開放されている。分配用部材５０が充填位置にある時には、噴口５１は、充填開口部３３又はその下に位置する。噴口は、電解液の流れを電極袋２０の中に、また、電極袋の充填開口部３３を取り囲んで後で密封されるバッテリ封入容器の密封面から離れる方向に向ける。電解液の流れをバッテリ封入容器の非密封部分から離れる方向に向けるということは、重力、又は、充填開口部を取り囲んで後で密封される壁表面の非密封部分に電解液の流れが到達するのを妨げる何らかの外力が電解液の流れに勝る限り、電解液の流れを任意の角度で分配することができることを意味する。図３では、噴口５１は、分配用部材５０の先端にあり、電極袋２０の内部に位置する。電解液の流れは、下方方向に誘導される。
噴口の形状によって、電解液が電極袋内に流れる方法を制御することができる。例えば、噴口は、噴射又は流れを生じるように、また、流れの方向を制御するようにも成形することができる。噴口は、電解液の流れが後で密封される非密封表面から離れるように成形、配置、又は、方向付けされる。

装置４０は、充填開口部３３が接続チャンネル３２の基部に位置し、ガス袋開口部３４と垂直方向に一線になるようにバッテリ封入容器２８を支持する。この開口部の整列は、分配用部材が電極袋に直接かつ容易にアクセスすることを可能にする。しかし、開口部の整列は、本発明を実施するのに必要ではない。図４は、充填開口部３３と接続チャンネル３２とを電極袋２０の別々の位置に有するバッテリ封入容器２８を支持する装置４０を示す。分配用部材５０は、電解液充填処理中は接続チャンネル３２を通過しない。接続チャンネル及び充填開口部は、電極袋に２つの個別の開口部を作り出す。そのような場合、本発明の装置４０は、接続チャンネルと充填開口部との両方が、電解液と密封される非密封表面との間の接触を避け、ガス袋３０内へのいかなる自由電解液の流れをも避けるように配置されるように、バッテリ封入容器を支持するようになっている。分配用部材の噴口は、それが充填位置にある時には、電解液の流れを充填開口部と接続チャンネルとを取り囲む電極袋の非密封つまり開放面から離れる方向に誘導する。更に別の実施形態（図示しない）では、充填開口部３３及び接続チャンネル３２は、分配用部材５０が接続チャンネル３２を通過しないように、ここでもまた電極袋２０の別々の場所に位置し、電極袋とガス袋との間のガスの通過を可能にする開口部とは別個の電解液を導入するための電極袋の開口部がある。しかし、この実施形態では、接続チャンネル３２は、分配用部材５０が動く方向と平行に走る。いずれの場合も、接続チャンネル及び充填開口部は、電解液と密封される非密封表面との間の接触を避けるために、また、ガス袋３０内への自由電解液の流れを避けるために所定の電解液充填レベルの上方に位置する。

図４に示すような分配用部材の噴口５１は、重力、又は、電解液の流れを非密封表面に到達するのを妨げ、自由電解液のガス袋３０内への導入もまた妨げる外力が電解液の流れに勝る限り、電解液の流れを上方、水平方向、又は、下方に向けることができる。例えば、電解液の流れは、電極袋２０の密封部分５３に向けて上方方向に誘導することができる。そのような場合、電解液の流れは、バッテリ封入容器の閉じた壁に向かって誘導され、接触するとすぐに下方位置に方向転換される。

本発明の別の実施形態では、噴口は、充填中に電極袋に蓄積する電解液との接触を避けるために、分配用部材が充填位置にある時は、電極袋内の所定の電解液充填レベルの上方に配置することができる。これにより、分配用部材が充填位置と後退位置との間を動いている間に、分配用部材の外部表面がバッテリ封入容器の非密封表面を汚染しないことが保証される。また、電極袋内の電極アセンブリが分配された電解液を吸収するので、分配用部材は、それが充填位置にある時に電極アセンブリとの接触を避けるように配置又は成形することができる。

本装置の分配用部材は、電極袋内のガス袋開口部と充填開口部とを形成する対向する壁の部分に接触することなく、後退位置から充填位置まで移動するような大きさ及び形状にすることができる。これは、電解液密封又は流体密封の可撓性バッテリを生成するために後で密封される対向する壁の部分に分配用部材の表面にあるいかなる残留電解液も接触しないことを確実にするのを助ける。更に、分配用部材には、分配用部材の引き込みを始める前に、噴口５１又はその周辺のあらゆる残留電解液を取り除く吸入機能を組み込むことができる。この吸入機能は、電解液の充填が完了した後で分配用部材を開口部３２、３３、及び、３４を通じてその後退位置までの引き込む間の密封されていない密封面の汚染を避けるのに役立つ。

本発明の別の実施形態では、図２に示す装置４０の支持体７０はまた、電極袋２０が電解液で満たされた時に、バッテリ封入容器上に低減された圧力、すなわち、１気圧又は７６０トルよりも少ない圧力を付与する真空チャンバである。真空ポート７２は、真空供給装置（図示しない）との流体連通を形成する。真空チャンバの圧力減少は、電極袋の中に分配される電解液の充填速度を改善、すなわち増加させることができる。得られた電極アセンブリ２２内の排気により、電解液は、電極アセンブリの間隙を急速に充填することができる。

本発明の別の実施形態において、装置４０は、電解液が分配されて電解液分配用部材が後退した後に、ガス袋開口部３４においてバッテリ封入容器２８を密封するヒートシールアセンブリを更に含む。充填開口部３３及び接続チャンネル３２は、開いたままである。図５に示す装置４０は、加熱プレート６２と、ヒートダム６３と、冷却プレート６４と、密封ツール６５と、シャフト６８とを含むヒートシールアセンブリ６０を示す。加熱プレート６２、ヒートダム６３、及び、冷却プレート６４は、一緒に作動して密封ツール６５の温度を制御する。ヒートシールアセンブリ６０は、シャフト６６に沿って動くことができる。図５は、密封位置に係合されたヒートシールアセンブリ６０を示す。密封ツール６５は、支持プレート６８と一線に並べて水平に配置される。ヒートシールアセンブリが密封位置に係合されると、ガス袋開口部３４を形成するバッテリ封入容器の壁は、密封ツール及び支持プレート間で絞られる。密封ツールと対向する壁との間に熱と圧力が加えられると、対向する壁の密封可能層を軟化させて互いに結合させる。密封ツール６５は、バッテリ封入容器の目標とする密封寸法を作り出す大きさにすることができる。

図６は、密封バッテリアセンブリ８５を支持する装置４０の正面図及び断面図である。以前にガス袋開口部を形成したバッテリ封入容器の部分は、密封面８０に沿って密封して８２で表示されている。密封バッテリアセンブリは、その周囲に沿って完全に密封されるが、同時に電極袋２０とガス袋３０との間の接続チャンネル３２は開いたままである。エージング、貯蔵、予備放電、形成サイクリング、出荷、手作業、又は、それらの組合せの間に発生するガスは、接続チャンネルを通って自由に流れ、ガス袋３０に蓄積することができる。これらの蓄積ガスは、ガス袋に開口部を作ることによってガス袋から除去することができる。代替的に、ガス袋３０は、ガス袋３０と電極袋２０との間の開口部が密封された後で、電極袋から分離又は切断することができる。その結果は、図７に示す可撓性バッテリ９０である。

電極アセンブリと充填開口部とを包含するバッテリ封入容器から可撓性バッテリを組み立てる方法は、充填開口部がバッテリ封入容器の上部部分に向けられるようにバッテリ封入容器を配置する段階と、電解液を電極袋の中に分配する段階とを含む。電極袋の開口部は、所定の自由電解液充填レベルの上方にある。電解液は、充填開口部から離れる方向で電極袋の内部に分配される。重力、又は、電解液の流れが電極袋の充填開口部の密封面に到達するのを妨げる抗力が電解液の流れに勝っている限り、電解液を任意の角度で分配することができる。

本発明の別の実施形態において、電極袋及びガス袋、及び、この２つの袋の間の接続チャンネルを有する可撓性バッテリ封入容器を充填する方法は、電極袋の充填開口部及び接続チャンネルの両方が電極袋の上部部分にあるようにバッテリ封入容器を配置する段階と、次に、電解液を電極袋の中に分配する段階とを含む。
本発明の別の実施形態では、バッテリ封入容器が真空チャンバ内に支持され、電解液がバッテリ封入容器の中に導入される前にチャンバ内が真空にされる。

本発明の別の実施形態によれば、袋バッテリを組み立てる方法は、分配用部材をバッテリ封入容器から移動させる段階と、ガス袋開口部３４を形成する対向する壁を密封する段階とを更に含む。対向する壁がヒートシール可能な層を有する多くの多層積層体の１つで作られた場合、ガス袋開口部を取り囲む対向する壁の部分は、熱又は熱と圧力の組合せを付加することによって互いに結合させることができる。図５で対向する壁１７に接触するように示された密封ツールプレート６５の表面温度は、約１６０℃から約１９０℃の範囲であり、好ましくは、最大１８０℃である。対向する壁１７及び１９は、接触するように配置される。ツールプレート６５と支持プレート６８との間で対向する壁１７及び１９に加えられる圧力は、約５０ポンド／平方インチから約３０００ポンド／平方インチの範囲であり、好ましくは、約３００から約１５００ポンド／平方インチである。対向する壁のヒートシール可能層を結合するための保持時間は、約０．５秒から約５秒の範囲とすることができ、好ましくは、約１．５から３秒である。
ガス袋開口部が密封された後に、図６の得られた電解液密封の密封バッテリアセンブリ８５は、上述のように放出ガスを除去するために充電及び放電され、充填開口部３３を密封することができる。バッテリ封入容器のガス袋及び接続チャンネルが電極袋から分離され、図７に示す電解液密封の可撓性バッテリを生成することができる。

陰極、陽極、及び、セパレータから成る電極アセンブリが構成された。黄鉄鉱、導体、及び、結合剤を含有する陰極は、アルミニウム箔の上に断続的に圧延コーティングされる。アルミニウム接触タブが、箔の塊のない区域上に超音波溶着された。陽極は、冷間溶着されたニッケル接触タブを有するリチウム泊から成り、セパレータは、米国ノースカロライナ州シャーロット所在のセルガード・インコーポレーテッド製の「セルガード２４００」として公知のポリプロピレンフィルムであった。陽極、陰極、及び、セパレータは、巻かれて４３．６ミリメートル×４０．０ミリメートル×３．５ミリメートルの概略寸法を有する柱状ジェリーロール電極アセンブリにされた。このアセンブリは、大日本印刷製の製品番号Ｄ−ＥＬ４０Ｅとして入手可能な厚さ約１１５ミクロンの積層体で形成された電極袋に入れられた。タブがヒートシールを受ける区域では、それらは、大日本印刷製の「ＰＥａ」ストリップとして入手可能な酸で変性されたポリエチレンストリップで包まれた。バッテリ封入容器は、次に、積層体シートを電極袋を覆って折り畳み、ガス袋開口部と充填開口部とを除いて電極袋及びガス袋の周囲の回りをヒートシールすることにより形成された。ヒートシールは、温度１８０℃、及び、１．５秒間の３１６ポンド／平方インチの圧力で行われた。電極袋の内部容積は、６．０７立方センチメートルで、全空隙容積（固形分を差し引いた）は、１．８２立方センチメートルであった。

取付アセンブリは、真空チャンバに垂直に入れられ、バッテリ封入容器の対向する壁を垂直な向きに配置した。分配用部材が充填位置に移動され、３００トルの真空が作られた。９．１４重量％のＬｉＩ、６３．０５重量％の１、３ジオキソラン、２７．６３重量％の１、２ジメトキシエタン、及び、０．１８重量％の３、５ジメチルイソキサゾールを含有する１．４７立方センチメートルの電解液が、バッテリコンパートメントの中に３秒間で分配され、０．３５立方センチメートルの正味の空隙容積になった。この正味の空隙容積は、バッテリの寿命の間に温度上昇に曝された場合の電解液の膨張の可能性に対処するために残される。分配用部材が引っ込められ、ガス袋開口部は、１．５秒間の圧力７０９ポンド／平方インチと温度１８０℃とを加えて密封された。
密封されたバッテリアセンブリは一晩寝かされた。１．５秒間の圧力３３３ポンド／平方インチと温度１８０℃とを加えて、充填開口部上に最終密封が確立された。ガス袋は電極袋から分離され、バッテリの最終寸法が、５３ミリメートル×５０．８ミリメートル×３．８ミリメートルになった。

本発明のいくつかの実施形態のみが説明されたが、当然のことながら本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、多くの変更を為し得ることが認められる。例えば、可撓性バッテリを組み立てる装置及び方法に関する上述の説明は、電極袋を有するバッテリ封入容器と、電極袋及びガス袋を有するバッテリ封入容器とに関連して為されたが、本発明は２つよりも多い袋を有する可撓性バッテリのアセンブリにも適用されることが認められるべきである。本明細書は、修正及び変更が特許請求の範囲又はその均等物の範囲に含まれる限りにおいて、それらを含むように意図されている。

本発明の一実施形態に従って、本発明の装置により支持された時の、可撓性バッテリの構成要素を取り付けることができる方法を示す斜視図である。 本発明の一実施形態により可撓性バッテリを組み立てるための装置を一部断面で示す概略側面図である。 本発明の一実施形態により電極袋に電解液が追加される時の充填位置にある分配用部材を示す、図２の装置の正面図及び断面図である。 本発明の別の実施形態により電極袋に電解液が追加される時の充填位置にある分配用部材を示す、本発明の装置の断面図である。 本発明の別の実施形態によりバッテリ封入容器を密封する間に密封位置に係合されたヒートシールアセンブリを示す、図２の装置の概略側面図である。 本発明の別の実施形態により密封バッテリ封入容器の密封された表面を示す、可撓性バッテリ組立装置の正面図及び断面図である。 本発明により得られた電解液密封の可撓性バッテリの斜視図である。

符号の説明

１０ 取付アセンブリ
１２ 支持パレット
２０ 電極袋
２２ 電極アセンブリ
２４ 陽極タブ
２６ 陰極タブ
２８ バッテリ封入容器
３０ ガス袋
３２ 接続チャンネル
３３ 充填開口部
３４ ガス袋開口部

Claims (24)

1. 電解液が電極袋の中に導入される時は開放される充填開口部と、後で密封される非密封面とを有する電極袋を含むバッテリ封入容器を備えた、可撓性バッテリを組み立てるための装置であって、
   電極袋の上部部分に位置する充填開口部を有するバッテリ封入容器を支持するようになっている支持体と、
   電解液の流れを前記電極袋の中に、かつ前記充填開口部を取り囲む非密封面から離れる方向に誘導する噴口を有する、電解液を前記バッテリ封入容器の中に導入するための分配用部材と、
   を含み、
   前記分配用部材は、電解液導入の後で可撓性バッテリから引込み可能であり、
   前記バッテリ封入容器は、この封入容器の周囲の少なくとも一部分に沿って接合された対向する壁を有し、
   前記支持体は、電解液が前記電極袋の中に導入される間は、前記接合された壁が垂直に向けられるように前記バッテリ封入容器を支持するようになっており、
   前記バッテリ封入容器は、ガス袋、及び、このガス袋と前記電極袋との間の接続チャンネルを更に含んでおり、
   前記分配用部材は、
   後退位置と充填位置との間を垂直に移動し、
   それが充填位置にある時には、前記電極アセンブリの垂直方向上方に位置するようになっており、
   前記分配用部材は、前記後退位置から前記充填位置まで移動する時に、前記ガス袋及び前記接続チャンネルを通って延びることを特徴とする装置。
2. 前記バッテリ封入容器は、この封入容器の周囲の少なくとも一部分に沿って接合された対向する壁を有し、
   前記支持体は、電解液が前記電極袋の中に導入される間は、前記接合された壁が垂直に向けられるように前記バッテリ封入容器を支持する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記支持体は、前記電極袋の上部部分の前記充填開口部が所定の電解液充填レベルの上方に位置するように前記バッテリ封入容器を支持することを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 真空ポートと、前記バッテリ封入容器を取り囲み、チャンバ内に減圧を付与する真空チャンバとを更に含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記充填開口部は、前記接合された壁の間の境界線にある開口部によって形成されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
6. 電解液は、それが前記電極袋の中に導入される間、重力により下方方向に流されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記支持体は、前記充填開口部が前記電極アセンブリの垂直方向上方に位置するように前記バッテリ封入容器を支持することを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記分配用部材は、前記後退位置から前記充填位置まで前記バッテリ封入容器の前記充填開口部を取り囲む部分に接触することなく移動するような大きさにされることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記バッテリ封入容器は、ガス袋、及び、このガス袋と前記電極袋との間の接続チャンネルを更に含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
10. 前記分配用部材は、前記後退位置から前記充填位置まで移動する時に、前記ガス袋及び前記接続チャンネルを通って延びることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記充填開口部を閉じるシールアセンブリを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
12. 前記分配用部材又は前記電極袋、又は、その両方に作動可能に結合された制御システムと、
    前記充填開口部に対する前記分配用部材の相対的な位置決め配置を行うためのプログラム可能プラットフォームと、
    を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
13. 前記分配用部材と流体連通した電解液供給装置と、
    前記電解液供給装置に圧力を加え、電解液を前記分配用部材に流す圧力供給装置と、
    前記電解液供給装置又は前記圧力供給装置、又は、その両方に作動可能に結合され、前記電極袋の中に吐出される電解液の量を調節する制御システムと、
    を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
14. 電解液を前記分配用部材の噴口から除去するための吸入部材を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
15. 前記電極袋は、前記対向する壁の間の前記充填開口部以外の位置で前記電極袋の内部から前記電極袋の外部まで延びる陽極タブ及び陰極タブを有する電極アセンブリを含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
16. 電極アセンブリと、後で密封される非密封面と、電解液充填開口部と、
    ガス袋開口部を備えたガス袋と、前記電極袋と前記ガス袋とを前記充填開口部で接続する接続チャンネルとを備えた電極袋を含むバッテリ封入容器から可撓性バッテリを組み立てる方法であって、
    バッテリ封入容器を、充填開口部がこのバッテリ封入容器の上部部分にあるように配置する段階と、
    電解液を、後で密封される非密封面に電解液が接触しないように引き込み可能な分配用部材を通し、かつ前記充填開口部を通して電極袋の中に導入する段階と、および、
    前記バッテリ封入容器を、電解液が分配された後に、前記電極袋開口部と前記充填開口部の一方で密封すること、
    を含むことを特徴とする方法。
17. 前記バッテリ封入容器は、この封入容器の周囲の少なくとも一部分に沿って接合された対向する壁を有し、
    電解液を前記電極袋の中に導入する間、前記接合された壁が垂直に向くように前記バッテリ封入容器を支持する段階、
    を更に含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記バッテリ封入容器を取り囲む真空チャンバを設ける段階と、
    電解液を導入する間、前記チャンバ内に真空を付加する段階と、
    を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記対向する壁の間の前記封入容器の接合された境界線にある開口部から前記電解液充填開口部を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
20. 電解液の前記電極袋内への導入に続いて前記充填開口部を密封する段階を更に含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記対向する壁の間の前記充填開口部以外の位置で前記電極袋の内部から前記電極袋の外部まで延びる陽極タブ及び陰極タブを設ける段階を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 前記電極袋と流体連通したガス袋を設ける段階を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
23. 請求項１７に記載の方法によって製造されたことを特徴とするバッテリ。
24. バッテリ周囲の少なくとも一部分に関して互いに接合された可撓性の対向する壁と、
    電解液充填開口部を有しかつ電極アセンブリと電解液を含む電極袋と、ガス袋開口部を備えたガス袋と、前記電極袋と前記ガス袋とを接続する接続チャンネルと、
    前記対向する壁の間の前記充填開口部の位置以外の場所でバッテリ内部からバッテリ外部まで延びる１つ又はそれ以上の電極タブと、を含むことを特徴とするバッテリ。

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