JP5489464B2 - 電気化学バッテリー及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電気化学（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ：ＥＣ）バッテリーに係り、特に、電気化学（ＥＣ）バンドルをつなぐために利用する電流収集端子に関する。また、本発明は、バッテリーを製造するために、この電流収集端子を利用してＥＣバンドルを接続する方法に関する。
近年、電気化学装置の分野、特にエネルギー蓄積デバイス（すなわちバッテリー）の分野は一般的に、ある種の活気を有するという特徴がある。実際には、これまでの需要、研究及び開発の増加及び発展、及び市場における競争の激化は、この分野における多くの革新に貢献する全ての要因である。さらには、ＥＣデバイスの製造業者及び利用者は、これらの生成品が、代替及び多様化するアプリケーションであることも想定している。
例えば、現在自動車産業は、数十年の間、実行可能な電気自動車を商用化しようとしている。このような車の重要な要素は、そのバッテリーである。このバッテリーは、必要なレベルのエネルギー生成を提供するだけでなく、耐久性のあるものでなければならない。さらなる例として、電気通信産業もまた、信頼性のある常時電源を提供するための比較的耐久性のある及び高性能なバッテリーを要求している。
そのために、金属水素化物（例えばＮｉ−ＭＨ）、リチウム―イオン、及びリチウムポリマーのセル技術のような数多くの進歩したバッテリー技術が開発されており、多くの商用の消費者向けアプリケーションに対して、必要なレベルのエネルギー生成及び安全マージンを提供するとされている。しかしながら、このような進歩したバッテリー技術はしばしば製造業者に対して課題を与える特徴を示す。従来のバッテリー設計においては、個々のセルは組み立てられ、バッテリーの正極及び負極電力端子に配線で接続されている。しかしながら、このような進歩した複雑なバッテリーは、比較的その製造が困難かつ高価である。例えば、ＥＣバンドルを形成するために（通常、バッテリーは1つまたはそれ以上のＥＣバンドルを備える）、通常、バッテリーの中心を形成する個々のＥＣセルは、電流収集端子上にそれぞれの部材（すなわち電極など）を溶接することにより、通常、互いに接続されている。面倒さに加え、このような方法は時間を要し、大きな労働力を要し、及び高価である。
この背景を考慮し、この産業において、ＥＣバンドル及び電池製品を形成するための単純かつより費用効果のあるＥＣセルを接続する方法を開発する必要があることは明らかである。
第１の広義の側面において、本発明は複数の電気化学（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ：ＥＣ）バンドル及び少なくとも1つの電流収集端子を備えたバッテリーを提供する。複数の電気化学バンドルのそれぞれは、複数の電気化学セル（Ｅｃｓ）を備える。それぞれの電気化学セルは、電気化学セルの第１の端部から伸ばされた突出部を有するシート状の正電極、電気化学セルの第２の端部から伸ばされた突出部を有するシート状の負電極及び電極の間の電解質を備える。少なくとも1つの電流収集端子のそれぞれは第１の端部、第２の端部、第１の端部から第２の端部に伸びる第１の導電部材及び第２の導電部材を有する。電流収集端子は、第１のＥＣバンドルの複数の電気化学セルの1つの端部から伸びたシート状電極の突出部を機械的及び電気的に接続し、及び第２のＥＣバンドルの複数の電気化学セルの1つの端部から伸びたシート状電極の突出部を機械的及び電気的に接続する。第２のＥＣバンドルは第１のＥＣバンドルと近接しており、これは電流収集端子が第１のＥＣバンドルと第２のＥＣバンドルとを電気的に接続するためである。
制限しない実施形態によれば、電流収集端子は延性金属材料によって作られ、及びクリンピング方法及び／または溶接、リベット打ち、はんだまたは接着剤によってシート状の電流収集電極に機械的に接続される。
第２の広義の側面において、本発明はバッテリーを製造する方法を提供する。この方法は、複数の電気化学セル（ＥＣ）バンドルの提供を含む。それぞれのＥＣバンドルは複数の電気化学セル（ＥＣｓ）を備え、それぞれの電気化学セルは、電気化学セルの第１の端部から伸びる突出部を有するシート状の正電極、電気化学セルの第２の端部から伸びる突出部及び電極間の電解質を有するシート状の負電極を備える。この方法は、第１の端部及び第２の端部を有する電流収集端子を提供し、電流収集端子の第１の端部によって、第１のＥＣバンドルの複数の電気化学セルの1つの端部から伸びるシート状の電極の突出部を電気的に接続することをさらに備える。この方法は、第１のＥＣバンドル及び第２のＥＣバンドルを一緒に接続させるために、電流収集端子の第２の端部によって第２のＥＣバンドルの複数の電気化学セルの1つの端部から伸びるシート状の電極の突出部を電気的に接続し、及び次に、第１のＥＣバンドル及び第２のＥＣバンドルを並んだ関係に配置させるために、電流収集端子を曲げることをさらに含む。
第３の広義の側面において、本発明は電気化学バッテリーに利用するための電流収集端子を提供する。電気化学バッテリーは、複数のセルをそれぞれ有する複数の電気化学バンドルを備える。それぞれのセルは、一組のシート状の電極、電極間の電解質、及び少なくとも1つのシート状電極と電気的に繋がっており、及びこの電極から突出しているシート状の電流収集要素を備える。また電流収集要素は、ほぼ向かい合った一組の主要面を有する。電流収集端子は、複数のＥＣバンドルのうちの一組のＥＣバンドルを電気的に接続する。電流収集端子は第１の端部、第２の端部を有し、及び第１の導電部材及び第２の導電部材を備える。電流収集端子の第１の端部において、第１の導電部材及び第２の導電部材のそれぞれは、複数のＥＣバンドルのうちの第１のＥＣバンドルのそれぞれのシート状の電流収集要素の主要面と重なる。第１の導電部材及び第２の導電部材は第１のＥＣバンドルと電気的に繋がっている。第２の端部において、第１の導電部材及び第２の導電部材のそれぞれは、複数のＥＣバンドルのうちの第２のＥＣバンドルのそれぞれのシート状の電流収集要素の主要面と重なる。第１の導電部材及び第２の導電部材は第２のＥＣバンドルと電気的に繋がっている。
第４の広義の側面において、本発明は複数の電気化学（ＥＣ）バンドルを備えたバッテリーを提供する。それぞれのＥＣバンドルは複数のセルを備え、それぞれのセルは一組のシート状の電極、電極間の電解質及び少なくとも1つのシート状電極と電気的に繋がっており、及びこの電極から突出しているシート状の電流収集要素を備える。電流収集要素は、ほぼ向かい合った一組の主要面を有する。少なくとも1つの電流収集端子は、複数のＥＣバンドルのうちの一組のＥＣバンドルを電気的に接続する。電流収集端子は第１の端部、第２の端部を有し、及び第１の導電部材及び第２の導電部材を備える。第１の端部において、第１の導電部材及び第２の導電部材のそれぞれは、複数のＥＣバンドルのうちの第１のＥＣバンドルのそれぞれのシート状の電流収集要素の主要面と重なる。第１の導電部材及び第２の導電部材は第１のＥＣバンドルと電気的に繋がっている。第２の端部において、第１の導電部材及び第２の導電部材のそれぞれは、複数のＥＣバンドルのうちの第２のＥＣバンドルのそれぞれのシート状の電流収集要素の主要面と重なる。第１の導電部材及び第２の導電部材は第２のＥＣバンドルと電気的に繋がっている。
本発明の実施例の詳細な記述を、添付の図を参照し以下に示す。図において、本発明の実施形態を一例として説明する。記述及び図は、説明目的及び理解補助のためだけのものであり、及び本発明の限定の定義付けを目的としないことが明確に理解される。
図１Ａを参照して、単一面構造における標準的な電気化学（ＥＣ）セル２０の例を示す。図のように、ＥＣセル２０はシート状の負電極２２（通常アノードといわれる）、シート状の正電極２４（通常カソードといわれる）、及び負電極と正電極との間に配置される電解質２６を備える。加えて、シート状のカソード電流収集要素２８がカソード２４に近接して配置される。単一面構造において、電流収集要素２８の1つの面のみがカソード２４によって覆われる。図のように、アノード２２は電流収集要素２８に対してオフセットされる。この製造方法において、電気的接続のために、アノード２２及びカソード電流収集要素２８を露出させるように、アノード２２はＥＣセル２０の第１の端部３０から伸び、一方カソード電流収集要素２８はＥＣセル２０の第２の端部３２から伸びる。それぞれの上記部材について、以下より詳細に記述する。
好ましい実施形態においては、アノード２２はリチウムまたはリチウム金属合金シートまたはホイルであり、陽イオン源及び電流収集の両方の役割を果たす。アノード２２は、活性アノード材料（図示しない）とは異なるアノード電流収集要素を備えてもよい。例えば、アノード２２は、望ましくは薄い銅シート、ポリマー、電子伝導性フィラー、及びインサーションまたはインターカレーション材料から作られるアノード電流収集要素を含む複合物であってよい。電子伝導性フィラーの例には、導電性カーボン、カーボンブラック、グラファイト、グラファイトファイバー、及びグラファイトペーパーが含まれるが、これらに制限するものではない。当業者に知られているアノードインサーション材料はいずれも利用してよく、特に、カーボン、活性炭、グラファイト、石油コークス、リチウム合金、ニッケル粉、及びリチウムインターカレーション化合物からなる群から選択してよい。アノードはさらにリチウム塩を含んでよい。また一方、アノード２２を形成するために他の材料を利用することも可能である。図１Ａでは、構造的に明らかな電流収集要素を含むものとしてアノード２２を描いていないが、このような特徴を有するアノードは本発明の範囲に含まれると明確に理解されるべきである。アノードに対する明らかな電流収集要素は通常は銅によって作られる。
通常カソード２４は、ポリマー、リチウム塩、及び電気化学活物質の化合物を含む。適当な電気化学活物質の例には、ＬｉｘＶｙＯｚ、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉｘＭｎｙＯｚ、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＶｘＯｙ、ＭｎｙＯｚ、Ｆｅ（ＰＯ４）３、またはＬｉｘＴｉｙＯｚが含まれる。好ましい実施形態においては、望ましくは、カソード２４はリチウム化バナジウム酸化物（ＬｉｘＶｙＯｚ）を含む。また一方、カソード２４を形成するために他の適当な活物質を利用することが出来る。
電解質２６は、望ましくは、必須ではないが、リチウム塩と混合したポリマーから作られる固体またはゲルであり、アノード２２をカソード２４から物理的に分離及び電子的に絶縁し、アノード２２とカソード２４の間におけるイオン輸送媒質としての役割を果たす。
電流収集要素２８は、カソード２４の活物質とバッテリー（図示しない）の端子の間における電子の流れを伝導する第１の機能を果たし、標準的には、銅、ニッケル、アルミニウム、及びこれと同様な材料によって作られる。好ましい実施形態においては、カソード２４のための電流収集要素２８は、カーボンまたはグラファイトのような電子伝導性の要素を有する薄い保護層によって覆われたアルミニウムシートまたはホイルを備える。この保護層は、カソード化合物と接触した場合における電流収集要素の劣化を防ぐ。
図１Ｂに、二面構造における標準的な電気化学ＥＣセル２１の例を示し、ここにおいて、電流収集要素２８の両面はカソード材料２４によってコーティングされている。二面構造は、２つの単純なセル用として１つの電流収集要素２８を利用し、この結果ＥＣセルの組立体の全体的な重さを十分に減少させる。図１Ｂに示すように、二面ＥＣセル２１は、ＥＣセル２１の第１の端部３２から伸びる中央のシート状の電流収集要素２８、中央の電流収集要素２８のそれぞれの側面上に堆積されたカソード材料２４の層、カソード材料２４のそれぞれの層を覆い及び近接するアノードリチウムホイル２２からカソード材料２４の層を分離する電解質層２６を備える。近接するアノードリチウムホイル２２は、それぞれの電解質層２６上に堆積され及びＥＣセル２１の反対の端部３０から伸びる。二面ＥＣセル２１構造は高いエネルギー密度を提供し、並んだ関係に組立てられた場合、または積層された場合において、二面ＥＣセル２１の間の絶縁フィルムを必要としない。これは、近接するセルのアノード２２は結局互いに接触し、同様なアノードはショートが起こりえないためである。これにより、絶縁フィルム部材を排除し、及びさらにＥＣセル２１の組立体の全体のエネルギー密度を高める。
エネルギー蓄積デバイスは、バッテリーとしてより一般に知られており、図１Ａ及び図１Ｂに示すような複数のＥＣセル、またはバッテリーを形成するために巻線状またはロール状である場合、代わりとして同じＥＣセルの複数の層を含む。ＥＣセルの正極及び負極端部は、バッテリー用の１つまたはそれ以上のＥＣバンドルを形成するために、通常一緒にグループ化され及び電気的に接続される。
図２に、本発明によるＥＣバンドル７０の明確な実施形態を描く。図に示すように、ＥＣバンドル７０は、並んだ関係に配置される複数の個々のＥＣセル７２を含む。個々のＥＣセル７２のそれぞれは、他の部材との間に、ＥＣバンドル７０の１つの端部７８から伸びるアノード電流収集要素７４、及びＥＣバンドル７０の他の端部８０から伸びるカソード電流収集要素７６を含む。ここで留意すべきは、前述したように、構造的にアノード電流収集要素は、対応する電極と一体とするまたはこれと区別することが出来るということである。個々のＥＣセル７２のアノード電流収集要素７４はバンドル７０の一側７８上に全てグループ化され、一方カソード電流収集要素７６は同じバンドル７０の一側８０上にグループ化される。単一面構造において、バンドルの個々のＥＣセルは、個々のセル７２間のショートを防ぐためにポリプロピレンのようなプラスチック材料の薄い絶縁フィルム（図示しない）によって分離される。しかしながら、二面構造においては、近接するセルのアノード２２は他のアノード２２と接触し、前述したように同様なアノード間ではショートが起こりえないため、バンドルの個々のＥＣセルは、絶縁フィルムなしで並んで組立てられる。
さらに図２に示されるように、アノード電流収集要素７４は１点に集まり、それぞれの主要面によって互いに電気的に接続する。これはルーズな物理的な接触である。同様に、カソード電流収集要素７６は１点に集まり、それぞれの主要面によって互いに電気的に接続する。これはルーズな物理的な接触である。
図２には、ＥＣバンドル７０は６つの個々のＥＣセル７２を備えることが図式的に示されるが、ＥＣバンドルが個々のＥＣセル７２をいくつ備える場合であっても、本発明の範囲内であると明確に理解される。
図３Ａに、本発明の制限しない実施形態による電流収集端子８２が示される。電流収集端子８２は、２つの電気化学バンドル７０Ａ及び７０Ｂを電気的に直列に接続する。図に示すように、電流収集端子８２は、第１のＥＣバンドル７０Ａのアノード電流収集要素７４を第２のＥＣバンドル７０Ｂのカソード電流収集要素７６に電気的に接続する。代案の実施形態として、電流収集端子８２は、２つのＥＣバンドル７０Ａと７０Ｂを並列に電気的に接続すると理解されるべきである。このような状況においては、電流収集端子８２は、第１のＥＣバンドル７０Ａのアノード電流収集要素７４を第２のＥＣバンドル７０Ｂのアノード電流収集要素７４に接続し、またはその代わりに、第１のＥＣバンドル７０Ａのカソード電流収集要素７６を第２のＥＣバンドル７０Ｂのカソード電流収集要素７６に電気的に接続する。
図３Ａに示される実施形態では、電流収集端子８２は第１の端部８８及び第２の端部９０を有し、さらに第１の導電部材８４及び第２の導電部材８６を含む。第１の導電部材８４及び第２の導電部材８６の両方は、電流収集端子の第１の端部８８から第２の端部９０に伸びる。一方、電流収集端子８２の第１及び第２導電部材８４及び８６は望ましくは銅から作られるが、本発明の精神からそれることなく、黄銅、金、銀、アルミニウム、及びこれらの合金のような他の延性及び導電性材料によって作られることも出来る。
２つのＥＣバンドル７０Ａと７０Ｂを接続するために、電流収集端子８２は、第１の導電部材８４と第２の導電部材８６の間において、第１及び第２のＥＣバンドル７０Ａ及び７０Ｂの電流収集要素を受け入れる。さらに明確には、その第１の端部８８において、電流収集端子８２は、その第１及び第２導電部材８４及び８６の間に第１のＥＣバンドル７０Ａの電流収集要素７４を受け入れる。このように、導電部材８４及び８６のそれぞれは、ＥＣバンドル７０Ａのそれぞれの電流収集要素７４の主要面の少なくとも一部に重なる。示された実施形態において、第１及び第２の導電部材８４及び８６は、第１のＥＣバンドル７０Ａの最も外に配置された２つの電流収集要素の主要面の一部に重なる。このように、電流収集端子８２は、第１の電気化学バンドル７０Ａのアノード電流収集要素７４と電気的に繋がっている。
第２の端部９０において、電流収集端子８２は、その第１及び第２導電部材８４及び８６の間に第２のＥＣバンドル７０Ｂの電流収集要素７６を受け入れる。このように、導電部材８４及び８６のそれぞれは、第２のＥＣバンドル７０Ｂのそれぞれの電流収集要素７６の主要面の少なくとも一部に重なる。示された実施形態において、第１及び第２の導電部材８４及び８６は、第２のＥＣバンドル７０Ｂの最も外に配置された２つの電流収集要素の主要面の一部に重なる。このように、電流収集端子８２は、第２の電気化学バンドル７０Ｂのカソード電流収集要素７６と電気的に繋がっている。
第１の導電部材８４及び第２の導電部材８６は、電流収集要素７４及び７６のそれぞれの主要面と重なるが、第１及び第２の導電部材８４及び８６は、これらの電流収集要素７４及び７６と直接接触している必要はないと理解されるべきである。例えば、導電材料のシートが、電流収集要素と第１及び第２の導電部材８４及び８６の間に配置されてもよい。
さらに図３Ａに示されるように、第１及び第２の導電部材８４及び８６の先端であって、第１の端部８８に絶縁ブーツまたはテープ９１が配置されてもよく、第１及び第２の導電部材８４の先端であって、第２の端部９０に絶縁ブーツまたはテープ９３が配置されてもよい。これらの絶縁ブーツ９１及び９３は、第１及び第２の導電部材８４及び８６の尖った先端による電流収集要素７４及び７６への潜在的ダメージを防ぎ、このようなダメージによって生じるいずれのショートを防ぐ役割を果たす。
図２及び図３Ａに示された制限しない実施形態では、電流収集端子８２の第１及び第２の導電部材８４及び８６は２つの別個の部材である。しかしながら、本発明の精神からそれることなく、他の実施形態が可能であると理解されるべきである。例えば、図３Ｂに、代案となる実施形態による、電流収集端子８５を示す。電流収集端子８５は１つの部材であり、２つのＥＣバンドル７０を相互に接続することが出来る。電流収集端子８５は導電材料の１つのシートから形成され、通常Ｕ−形状部材に作られる。このように、電流収集端子８５は、２つのＥＣバンドル７０Ａ及び７０Ｂの電流収集要素の間に第１の導電部材８３及び第２の導電部材８８を画定する。
図３Ｂに示されるように、Ｕ−形状電流収集端子８５の基部８７は、第１の導電部材８３及び第２の導電部材８８を結合し、２つのＥＣバンドル７０の電流収集要素の側面に向って配置される。望ましくは、電流収集端子８５の基部８７は、電流収集端子８５の折り畳みまたは曲げを促進するために、電流収集端子８５の中央部において切り取った隙間５５を備える。以下さらに詳細に記述する。
電流収集端子８５は望ましくは銅から形成されるが、本発明の精神からそれることなく、黄銅、金、銀、アルミニウム、及びこれらの合金のような他の延性及び導電性材料によって作られることも出来る。
簡単にするために、以下本明細書では、電流収集端子８２を記述する。しかしながら、電流収集端子８２に関する本明細書の以下のいずれの記述は、電流収集端子８５にも当てはまると理解されるべきである。
図４に、電流収集端子８２によってＥＣバンドル７０を接続するための製造方法の概略図を示す。示された制限しない実施形態において、ＥＣバンドル７０は直列に接続されている。さらに明確には、ＥＣバンドル７０は、互いに向き合うアノード電流収集要素７４とカソード電流収集要素７６とが間隙を介した関係に配置される。その結果、これらの間隙を介したＥＣバンドル７０は、端子アプリケーションデバイス１００に入れられる。この端子アプリケーションデバイス１００は、ＥＣバンドル７０の電流収集要素に接する電流収集端子８２の第１及び第２の導電部材８４及び８６の位置に合わされる。制限しない実施形態において、第１及び第２の導電部材８４及び８６が、２つのＥＣバンドル７０の電流収集要素７４と７６との機械的な接続を形成するために、次に端子アプリケーションデバイス１００は、第１及び第２の導電部材８４及び８６に圧力をかける。望ましくは、電流収集端子８２と電流収集要素７４と７６との間に強力な機械的な接続を生成するために、この圧力は、パンチまたはクリンピングツールを用いて加えられる。通常、クリンピング圧力のみであっても、電流収集端子とそれらと関連する電流収集要素とを結合し、及び電流収集要素を結合するのに十分である。しかしながら、ある環境下においては、全ての様々な部材間における機械的な接続ひいては電気的な接続を改善するために、付加的なまたは他の結合手段（例えば、超音波溶接、リベット打ち、レーザー溶接、アーク溶接、加圧溶接、はんだ付け、接着剤、等）が、必要とされてもよい。
電流収集端子８２が、２つのＥＣバンドル７０の正及び負電流収集要素７４及び７６とがしっかりと接続されると、電流収集端子は、切れ目なく２つのＥＣバンドル７０の間に連続的に伸びる。接続されると、次に端子アプリケーションデバイス１００が、電流収集端子８２をそれに続く一組のＥＣバンドル７０の正及び負電流収集要素７４及び７６と結合させることが出来るように、このＥＣバンドル７０は、前方へ移動する。この方法において、図４に描いたように、ＥＣバンドル１０２のストリングは形成される。上述したこの製造方法の利点は、その単純さにあり、オートメーション化が容易である。
図４は、端子アプリケーションデバイス１００により、直列して相互接続されるＥＣバンドル７０を示すが、端子アプリケーションデバイス１００は、ＥＣバンドル７０を並列に相互接続することも出来ると理解すべきである。ＥＣバンドル７０が並列に接続された場合、ＥＣバンドル７０は、アノード電流収集要素７４と互いに向き合い、及びカソード電流収集要素７６と互いに向き合い、間隙を介した関係で配置される。
図４に描く配置に言及を戻すと、複数のＥＣバンドル７０が、電流収集端子８２によって互いに接続されると、その結果、これらは、バッテリーのようなエネルギー蓄積デバイス内への利用に適した構造に形成される。さらに明確には、図５に示すように、電流収集端子８２は、曲げられまたは折り畳まれる。電流収集端子８２を約１８０度に折り畳むことにより、ＥＣバンドル７０は並んだ関係に配置され、例えば電気化学バッテリー内におけるそれらの配置を容易にする。ＥＣバンドル７０を分離し及び絶縁するために、絶縁フィルム（図示しない）は、ＥＣバンドル７０の間に配置される。図５に示すこの方法において、電流収集端子８２を折り畳む方法は、製造を簡略化するために、容易にオートメーション化されることが出来ると理解されるべきである。
制限しない実施例において、第１の導電部材８４及び第２の導電部材８６は、異なる長さである。例えば、図５に示す制限しない実施形態において、第２の導電部材８６は、第１の導電部材８４よりも長い。これにより、引き伸ばすまたは２つのＥＣバンドル７０の電流収集要素７４と７６との接続に損傷を与えることなく、第２の導電部材８６を、第１の導電部材８４に折り畳むことが可能になる。図５は、第２の導電部材８６が、第１の導電部材８４よりも長いものとして示すが、第１の導電部材８４を、第２の導電部材８６よりも長くすることも可能である。
電流収集端子８２によって、複数のＥＣバンドル７０を直列に接続する制限しない例を図６に示す。ＥＣバンドル７０は、連続するＥＣバンドル７０を電流収集端子８２において折り畳み形のまたはジグザグ形の構造に折り畳むまたは曲げることによって、バッテリーまたはエネルギー貯蔵デバイスに組み込まれている。図に示すように、直列に接続されたＥＣバンドル７０の途切れない連鎖を形成するために、電流収集端子８２は、１つのＥＣバンドル７０のアノード電流収集要素７４及び他のＥＣバンドルのカソード電流収集要素７６にそれぞれ接続されている。図示したように、ＥＣバンドル７０８は、コンパクトなパッケージの中にきちんと折り畳まれている。
ＥＣバンドル７０の全体のパックが直列に接続されるように、ＥＣバンドル７０の負に帯電された電流収集要素７４は、近接するＥＣバンドル７０の正に帯電された電流収集要素７６と電気的に接続されている。電流収集端子８２を用いて複数のＥＣバンドル７０を直列に接続することに関連する利点は、高い電流密度を必要とする高電力アプリケーションに対するものであり、高い電流密度をサポートする面倒な高ゲージ電気ケーブルによってそれぞれのＥＣバンドルを接続する必要性を取り除く。実際には、電流収集端子８２は、高い電流密度を運び及び高ゲージ電気ケーブルを交換することを必要とする必要な表面領域を提供する。結果として生じるＥＣバンドル７０の組立体は、通常曲げることが困難な重いケーブルを通して直列に接続されたそれぞれのＥＣバンドル７０よりも、はるかにコンパクトである。電流収集端子８２は、体積あたり高い電流送電力を有する。スタックの第１のＥＣバンドル７０Ａのカソード収集要素７６、及びスタックの最後のＥＣバンドル７０Ｂのアノード収集要素７４に接続される電気的なリードの単一系列の群を通して、ＥＣバンドル７０のパックは、バッテリーの主要な正及び負電気端子に接続される。次に、これらの電気端子は、バッテリー端子に送られる。
電流収集端子８２の利用は、電流収集要素７４及び７６をクリンピングし、複数のＥＣバンドル７０を直列に組立て及び接続し、及び高出力アプリケーションに対して十分に適合されるコンパクトなバッテリーに組立体をパッケージングする十分な手段を提供する。
さらに明確には、第１のＥＣバンドル７０Ａのカソード収集要素７６において、電流収集端子８２Ａは配置される。電流収集端子８２Ａの第１の端部８８は、カソード収集要素７６の周囲で圧縮され、第２の端部９０は開いたままである。その結果、第２の端部９０は、ＥＣバンドル７０を正のバッテリー電極または端子に接続する電気リードに対し、適当な接続点を提供する。同様に、電流収集端子８２Ｂは、最後のＥＣバンドル７０Ｂのアノード収集要素７４の周囲に配置される。このように、電流収集端子８２Ｂの第１の端部８８は、アノード収集要素７４の周囲で圧縮され、及び第２の端部９０は開いたままであり、その結果、ＥＣバンドル７０を負のバッテリー電極または端子に接続する電気リードに対し、適当な接続点を提供する。ＥＣバンドルをバッテリー電極または端子に接続するための電気リードは、他の手段によって、端のＥＣバンドル７０Ａ及び７０Ｂの電流収集要素に直接接続させることが出来ると理解されるべきである。このような状況において、電流収集端子８２Ａ及び８２Ｂは存在しない。
大きなゲージワイヤー（図示しない）は、ＥＣバンドル７０を電気化学バッテリーの正及び負の端子（図示しない）に接続することが出来る。図示しないが、それぞれの一組のＥＣバンドルは、絶縁フィルムによって分離される。また、図示しないが、最適なレベルにＥＣバンドル７０の組立体の温度を上げまたは維持するために、シート状の加熱要素は、選択された一組のＥＣバンドル７０の間に挿入されてもよい。
図６には、５つのＥＣバンドル７０のみを示すが、本発明の精神からそれることなく、バッテリーまたはエネルギー貯蔵デバイスに利用される場合、図６に示す方法において、多かれ少なかれＥＣバンドル７０は一緒に接続されることが出来ると理解されるべきである。
図７には、複数のＥＣバンドル７０が、並列に接続される制限しない例を示す。前と同じように、これらのＥＣバンドル７０は、折り畳み式の構造における電流収集端子８２において、連続するＥＣバンドル７０を折り畳むまたは曲げることにより、バッテリーまたはエネルギー貯蔵デバイスに適した構造に組み立てられている。図に示すように、代替の方法において、電流収集端子８２は、２つのＥＣバンドル７０のカソード電流収集要素７６に接続され、及び２つのＥＣバンドル７０のアノード電流収集要素７４に接続されている。
図７に示す方法において、ＥＣバンドル７０のスタックを、電気化学バッテリーの正及び負の端子に並列に接続するために、電気リード８１は、ＥＣバンドル７０の正の端部に接続された全ての電流収集端子８２を相互接続する必要がある。次に、リード８１は、電気化学バッテリーの正の端子に接続される。同様に、ＥＣバンドル７０の負の端部に接続された全ての電流収集端子８２は、電気リード８１によって一緒に接続される。次に、電気リードは、電気化学バッテリーの負の端子に接続される。電気リード８１は、それぞれの電流収集端子８２上にはんだ付けされた電気ワイヤーであることが出来る。例えば、正のバッテリー端子に通じる母線に接続されるＥＣバンドル７０の正の端部に接続される全ての電流収集端子８２、及び負のバッテリー端子に通じる母線に接続されるＥＣバンドル７０の負の端部に接続される全ての電流収集端子８２有するような、多様な変形も可能である。
図７に示す並列に接続されるＥＣバンドル組立体は、バッテリーを形成するために当業者に知られているいずれの方法によって、ＥＣバンドル組立体を並列に接続するさらなる付加的な段階を備えた電流収集端子８２の利用の結果生じる製造及び組立ての容易さを十分に利用することが出来る。
図７には、５つのＥＣバンドル７０のみを示すが、本発明の精神からそれることなく、バッテリーまたはエネルギー貯蔵デバイスに利用される場合、多かれ少なかれＥＣバンドル７０は一緒に接続されることが出来ると理解されるべきである。
さらに、本発明の範囲及び精神からそれることなく、上述した電流収集端子の様々な構造を利用した直列及び並列の接続の組合せを検討されることが出来ると理解されるべきである。
図８には、上述したような電流収集端子８２によって直列に接続されるＥＣバンドル７０のスタックを備えた電気化学バッテリー２００の制限しない例を示す。
様々な実施形態を示したが、これは記述を目的としたものであり、本発明を制限しない。当業者によって、様々な変更が明らかになり、及びこれは本発明の範囲内であり、添付の特許請求の範囲によってさらに詳しく定義される。
２０、２１ 電気化学（ＥＣ）セル
２２ 負電極
２４ 正電極
２６ 電解質
２８ 電流収集要素
３０、３２ 端部
２２ 負電極
２４ 正電極
２６ 電解質
２８ 電流収集要素
３０、３２ 端部
Claims (19)
- バッテリーであって、前記バッテリーは、
− 複数の電気化学セル（ＥＣ）バンドルであって、それぞれの前記ＥＣバンドルは、
１）複数の電気化学セル（ＥＣｓ）を備え、それぞれの前記電気化学セルは、
ａ）前記電気化学セルの第１の端部から伸びる突出部を有するシート状の正電極と、
ｂ）前記電気化学セルの第２の端部から伸びる突出部を有するシート状の負電極と、
ｃ）前記電極の間の電解質と、を備える、
前記電気化学セル（ＥＣ）バンドルと、
− 第１の端部及び第２の端部を有する少なくとも１つの電流収集端子であって、前記電流収集端子は、いずれも前記第１の端部から前記第２の端部に伸びる第１の導電部材及び第２の導電部材をさらに有し、
ここで、少なくとも１つの前記電流収集端子は、前記第１のＥＣバンドルの複数の前記電気化学セルの１つの前記端部から伸びるシート状の前記電極の前記突出部を機械的及び電気的に接続し、及び前記第２のＥＣバンドルの複数の前記電気化学セルの１つの前記端部から伸びるシート状の前記電極の前記突出部を機械的及び電気的に接続し、
少なくとも１つの前記電流収集端子が、前記第１のＥＣバンドル及び前記第２のＥＣバンドルを接続するように、前記第２のＥＣバンドルは、前記第１のＥＣバンドルと近接している、
前記電流収集端子と、
を備え、
前記第１の端部において、前記第１のＥＣバンドルの１つの端部から突出した前記シート状の電極は、前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材の間に受け入れられ、
前記第２の端部において、前記第２のＥＣバンドルの１つの端部から突出した前記シート状の電極は、前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材の間に受け入れられることを特徴とするバッテリー。 - 前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材は、前記第１のＥＣバンドル及び前記第２のＥＣバンドルの前記シート状の電極に対して機械的にクリンピングされることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー。
- 前記電流収集端子は、前記第１のＥＣバンドル及び前記第２のＥＣバンドルの前記シート状の電極に溶接されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー。
- 前記第１のＥＣバンドル及び前記第２のＥＣバンドルが並んだ関係に配置するように、前記少なくとも１つの電流収集端子は折り畳まれることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー。
- 前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材は、別個の部材であることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー。
- 前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材は、接続されることを特徴とする請求項１に記載のバッテリー。
- 前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材は、長さが同じではなく、前記第１の導電部材は、前記第２の導電部材よりも長いことを特徴とする請求項４に記載のバッテリー。
- バッテリーの製造方法であって、前記方法は、
− 複数の電気化学セル（ＥＣ）バンドルを提供する段階であって、ぞれぞれの前記ＥＣバンドルは、
１）複数の電気化学セル（ＥＣｓ）を備え、それぞれの前記電気化学セルは、
ａ）前記電気化学セルの第１の端部から伸びる突出部を有するシート状の正電極と、
ｂ）前記電気化学セルの第２の端部から伸びる突出部を有するシート状の負電極と、
ｃ）前記電極の間の電解質と、
を備える、段階と、
− 第１の端部及び第２の端部を有する電流収集端子を提供する段階と、
− 前記電流収集端子の前記第１の端部によって、前記第１のＥＣバンドルの複数の前記電気化学セルの１つの前記端部から伸びるシート状の前記電極の前記突出部を、電気的に接続する段階と、
− 前記第１のＥＣバンドル及び前記第２のＥＣバンドルが、電気的に接続されるように、前記電流収集端子の前記第２の端部によって、前記第２のＥＣバンドルの複数の前記電気化学セルの１つの前記端部から伸びるシート状の前記電極の前記突出部を、電気的に接続する段階と、
− 前記第１のＥＣバンドル及び前記第２のＥＣバンドルが、並んだ関係に配置されるように、前記電流収集端子を曲げる段階と、
を備え、
前記電流収集端子は、いずれも前記第１の端部から前記第２の端部に伸びる第１の導電部材及び第２の導電部材を有し、
前記第１の端部において、前記第１のＥＣバンドルの１つの端部から突出した前記シート状の電極は、前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材の間に受け入れられ、
前記第２の端部において、前記第２のＥＣバンドルの１つの端部から突出した前記シート状の電極は、前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材の間に受け入れられることを特徴とするバッテリーの製造方法。 - 前記複数のＥＣバンドルは、間隙を介した関係で組み立てられ及び電気的に接続され、その後、前記ＥＣバンドルは、並んだ関係に折り畳まれることを特徴とする請求項８に記載のバッテリーの製造方法。
- 前記複数のＥＣバンドルは、電気的に直列に接続されることを特徴とする請求項９に記載のバッテリーの製造方法。
- 前記複数のＥＣバンドルは、電気的に並列に接続されることを特徴とする請求項９に記載のバッテリーの製造方法。
- 前記第１のＥＣバンドルの複数の前記電気化学セルの１つの前記端部から伸びるシート状の前記電極の前記突出部を、電気的に接続する段階は、前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材を、前記第１のＥＣバンドルの前記シート状の電極に対して、機械的にクリンピングする段階を備え、
前記第２のＥＣバンドルの複数の前記電気化学セルの１つの前記端部から伸びるシート状の前記電極の前記突出部を、電気的に接続する段階は、前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材を、前記第２のＥＣバンドルの前記シート状の電極に対して、機械的にクリンピングする段階を備えることを特徴とする請求項８に記載のバッテリーの製造方法。 - 前記第１のＥＣバンドルの複数の前記電気化学セルの１つの前記端部から伸びるシート状の前記電極の前記突出部を、電気的に接続する段階は、前記電流収集端子を、前記第１のＥＣバンドルの前記シート状の電極に溶接する段階を備え、
前記第２のＥＣバンドルの複数の前記電気化学セルの１つの前記端部から伸びるシート状の前記電極の前記突出部を、電気的に接続する段階は、前記電流収集端子を、前記第２のＥＣバンドルの前記シート状の電極に溶接する段階を備えることを特徴とする請求項８に記載のバッテリーの製造方法。 - 前記電流収集端子の前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材は、別個の部材であることを特徴とする請求項９に記載のバッテリーの製造方法。
- バッテリー用に適した電気化学セル（ＥＣ）バンドル組立体であって、前記ＥＣバンドル組立体は、複数の電気化学セル（ＥＣ）バンドルと電流収集端子とを備え、それぞれの前記ＥＣバンドルは複数のセルを備え、ここで、それぞれの前記セルは、一組のシート状の電極、前記電極の間の電解質、及び、少なくとも１つのシート状の前記電極と電気的な繋がりを有し、且つ少なくとも１つの前記シート状の前記電極から突出したシート状の電流収集要素を備え、前記電流収集要素は、ほぼ向かい合った一組の主要面を有し、前記電流収集端子は、
− 第１の端部及び第２の端部と、及び
− 第１の導電部材及び第２の導電部材と、を備え、
１）前記第１の端部において、前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材は、複数の前記ＥＣバンドルのうちの前記第１のＥＣバンドルのそれぞれのシート状の前記電流収集要素の前記主要面とそれぞれ重なり、前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材は、前記第１のＥＣバンドルと電気的な繋がりを有し、及び
２）前記第２の端部において、前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材は、複数の前記ＥＣバンドルのうちの前記第２のＥＣバンドルのそれぞれのシート状の前記電流収集要素の前記主要面とそれぞれ重なり、前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材は、前記第２のＥＣバンドルと電気的な繋がりを有し、
前記電流収集端子の前記第１の端部において、前記第１のＥＣバンドルの前記シート状の電流収集要素は、前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材の間に受け入れられ、及び前記電流収集端子の前記第２の端部において、前記第２のＥＣバンドルの前記シート状の電流収集要素は、前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材の間に受け入れられることを特徴とする、ＥＣバンドル組立体。 - 前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材は、前記第１のＥＣバンドル及び前記第２のＥＣバンドルの前記シート状の電流収集要素に対して、機械的にクリンピングされることを特徴とする請求項１５に記載のＥＣバンドル組立体。
- 前記第１のＥＣバンドル及び前記第２のＥＣバンドルが並んだ関係に配置されるように、前記電流収集端子は、折り畳まれることを特徴とする請求項１５に記載のＥＣバンドル組立体。
- 前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材は、別個の部材であることを特徴とする請求項１５に記載のＥＣバンドル組立体。
- バッテリーであって、前記バッテリーは、
− 複数の電気化学セル（ＥＣ）バンドルであって、それぞれの前記ＥＣバンドルは、
１）複数のセルであって、それぞれの前記セルは、
ａ）一組のシート状の電極と、
ｂ）前記電極の間の電解質と、
ｃ）少なくとも１つのシート状の前記電極と電気的な繋がりを有し、少なくとも１つのシート状の前記電極から突出したシート状の電流収集要素であって、ほぼ向かい合った一組の主要面を有する前記電流収集要素と、を備える、
前記セルを備える前記電気化学セル（ＥＣ）バンドルと、
− 複数の前記ＥＣバンドルのうちの一組の前記ＥＣバンドルと電気的に接続する少なくとも１つの電流収集端子であって、少なくとも１つの前記電流収集端子は、第１の端部及び第２の端部を有し、及び第１の導電部材及び第２の導電部材を備え、ここで、
１）前記第１の端部において、前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材は、複数の前記ＥＣバンドルのうちの前記第１のＥＣバンドルのそれぞれのシート状の前記電流収集要素の前記主要面と、それぞれ重なり、前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材は、前記第１のＥＣバンドルと電気的な繋がりを有し、及び
２）前記第２の端部において、前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材は、複数の前記ＥＣバンドルのうちの前記第２のＥＣバンドルのそれぞれのシート状の前記電流収集要素の前記主要面と、それぞれ重なり、前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材は、前記第２のＥＣバンドルと電気的な繋がりを有する、
前記電流収集端子と、
を備え、
前記電流収集端子の前記第１の端部において、前記第１のＥＣバンドルの前記シート状の電流収集要素は、前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材の間に受け入れられ、及び前記電流収集端子の前記第２の端部において、前記第２のＥＣバンドルの前記シート状の電流収集要素は、前記第１の導電部材及び前記第２の導電部材の間に受け入れられることを特徴とするバッテリー。
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