JP5714820B2 - 電気化学バッテリの積層構成 - Google Patents

Description

本願は、米国仮特許出願第６０／９０１，０４６号（２００７年２月１２日出願）に基づく優先権を主張する。この仮出願の全体は、参照により本明細書に援用される。

（発明の分野）
本発明は、概して、バッテリに関し、より具体的には、電気化学バッテリの積層構造を向上させるための装置および方法に関し得る。

従来のバッテリは、電極を２つしか持たない巻型電池バッテリ、または多くのプレートセットを並列して有する標準的角柱電池バッテリのいずれかとして製造されてきた。これらの種類の両方において、バッテリ内のあらゆる場所で電解質を共有することができる。巻型電池および角柱電池構造には、電気経路が複数の接続を交差し、有意に長い距離にまたがって、直列構成における１つの電池から次の電池まで完全な回路を網羅しなければならないことによる、高電気抵抗の問題がある。

近年、標準的な巻型または角柱バッテリよりも、高い放電率および外部コネクタ間の高い電位差を提供することが可能であり、したがって、ある用途で需要が高い、積層構成の密封電池を伴う種々の種類のバッテリが開発されている。積層構成の密封電池を伴う、ある種類のこれらのバッテリは、単極電極ユニット（ＭＰＵ）の独立して密封されたペアの積層を概して含むように、開発されている。これらのＭＰＵのそれぞれには、電流コレクタの第１の側面上で被覆される、正の活性材料電極層または負の活性材料電極層のいずれかが提供され得る（例えば、その全体として参照することにより本明細書に組み込まれる、１９９５年２月２８日に発行された、Ｋｌｅｉｎの特許文献１を参照）。正の活性材料電極層を伴うＭＰＵ（すなわち、正のＭＰＵ）および負の活性材料電極層を伴うＭＰＵ（すなわち、負のＭＰＵ）は、これら２つのＭＰＵの電流コレクタを電気的に絶縁するために、その間に電解質層を有し得る。この一対の正および負のＭＰＵの電流コレクタは、その間の活性材料電極層および電解質層とともに、単一の電池または電池セグメントとして密封され得る。正のＭＰＵおよび負のＭＰＵをそれぞれ有する、そのような電池の積層を含むバッテリは、本明細書では、「積層単極」バッテリと呼ばれるものとする。

第１および第２の電池が積層構成であるように、第１の電池における電解質層で被覆されていない正のＭＰＵの電流コレクタの側面は、第２の電池における電解質層で被覆されていない負のＭＰＵの電流コレクタの側面に電気的に連結され得る。積層中のこれらの電池セグメントの直列構成により、電位差が電流コレクタ間で異なり得る。しかしながら、特定の電池の電流コレクタが互いに接触した場合、または特定の電池における２つのＭＰＵの共通電解質が積層中の任意の付加的なＭＰＵと共有される場合、バッテリの電圧およびエネルギーは、急速にゼロまで弱まる（すなわち、放電する）。したがって、積層単極バッテリは、そのうちの他の電池のそれぞれから、その電池のそれぞれの電解質を独立して密封することが望ましい。したがって、隣接する電池の間の電解質の向上した密封を伴う、積層単極バッテリを提供できることが有利となるであろう。

積層構成の密封電池を伴う、他の種類のこれらのバッテリは、一連の積層双極電極ユニット（ＢＰＵ）を概して含むように、開発されている。これらのＢＰＵのそれぞれには、電流コレクタの両側面上で被覆される、正の活性材料電極層および負の活性材料電極層が提供され得る（例えば、その全体として参照することにより本明細書に組み込まれる、２００４年８月１９日に発行された、Ｆｕｋｕｚａｗａらの特許文献２を参照）。２つのＢＰＵの電流コレクタを電気的に絶縁するために、ＢＰＵのうちの１つの正の活性材料電極層とＢＰＵのうちのもう１つの負の活性材料電極層との間に提供される、電解質層を伴って、任意の２つのＢＰＵが、互いの上に積層され得る。任意の２つの隣接するＢＰＵの電流コレクタはまた、活性材料電極層およびその間の電解質層とともに、密封された単一の電池または電池セグメントであり得る。第１のＢＰＵの一部分および第２のＢＰＵの一部分をそれぞれ有する、そのような電池の積層を含むバッテリは、本明細書では、「積層双極」バッテリと呼ばれるものとする。

第１のＢＰＵの正の側面および第２のＢＰＵの負の側面が第１の電池を形成し得る一方で、例えば、第３のＢＰＵの負の側面または負のＭＰＵの負の側面を伴う、第２の電池を同様に形成し得る。したがって、個々のＢＰＵは、積層双極バッテリの２つの異なる電池に含まれ得る。層中のこれらの電池セグメントの直列構成により、電位差が電流コレクタ間で異なり得る。しかしながら、特定の電池の電流コレクタが互いに接触した場合、または第１の電池における２つのＢＰＵの共通電解質が積層中の任意の他のＢＰＵと共有される場合、バッテリの電圧およびエネルギーは、急速にゼロまで弱まる（すなわち、放電する）。したがって、積層双極バッテリは、そのうちの他の電池のそれぞれから、その電池のそれぞれの電解質を独立して密封することが望ましい。したがって、隣接する電池の間の電解質の向上した密封を伴う、積層双極バッテリを提供できることもまた、有利となるであろう。

米国特許第５，３９３，６１７号明細書 米国特許出願公開第２００４／０１６１６６７号明細書

したがって、隣接する電池間の電解質の向上した密封を伴う、積層バッテリを提供することが、本発明の目的である。

本発明の一実施形態によれば、積層方向における複数の電極ユニットの積層を含む、バッテリが提供される。積層は、第１の電極ユニットと、積層方向で第１の電極ユニットの上部に積層される第２の電極ユニットと、第１の電極ユニットと第２の電極ユニットとの間に提供される第１の電解質層とを含む。バッテリは、内面および外面を有する第１のガスケットをさらに含み、第１のガスケットは、第１の電解質層の周囲に位置付けられ、第１の電解質層は、第１のガスケットの内面ならびに第１および第２の電極ユニットによって密封され、第１の電極ユニットの少なくとも第１の部分は、第１のガスケットの外面の一部分に沿って延在する。

本発明の別の実施形態によれば、バッテリは、積層方向における複数の電極ユニットの積層を含む。積層は、第１の電極ユニットと、積層方向で第１の電極ユニットの上部に積層される第２の電極ユニットと、第１の電極ユニットと第２の電極ユニットとの間に提供される第１の電解質層とを含む。第１の電極ユニットは、第１の電極基板と、第１の電極基板の第１の側面上の第１の活性層とを含む。第１の活性層は、少なくとも、第１の側面の第１の部分上の第１の活性部分と、第１の側面の第２の部分上の第２の活性部分とを含み、第１の活性層の第１の活性部分は、第１の電極基板の第１の側面より上の第１の高さまで延在し、第１の活性層の第２の活性部分は、第１の電極基板の第１の側面より上の第２の高さまで延在し、第１の高さは、第２の高さとは異なる。

本発明の別の実施形態によれば、バッテリは、積層方向における複数の電極ユニットの積層を含む。積層は、第１の電極ユニットと、積層方向で第１の電極ユニットの上部に積層される第２の電極ユニットと、第１の電極ユニットと第２の電極ユニットとの間に提供される第１の電解質層と、積層方向で第２の電極ユニットの上部に積層される第３の電極ユニットと、第２の電極ユニットと第３の電極ユニットとの間に提供される第２の電解質層とを含む。第１の電極ユニットは、積層方向で第１の距離だけ、第２の電極ユニットから分離され、第２の電極ユニットは、積層方向で第２の距離だけ、第３の電極ユニットから分離され、第１の距離は、第２の距離とは異なる。

本発明の別の実施形態によれば、バッテリは、積層方向における複数の電極ユニットの積層を含む。積層は、第１の電極ユニットと、積層方向で第１の電極ユニットの上部に積層される第２の電極ユニットと、第１の電極ユニットと第２の電極ユニットとの間に提供される第１の電解質層とを含む。バッテリはまた、第１の電解質層の周囲に位置付けられる第１のガスケットも含む。第１の電解質層は、第１のガスケットならびに第１および第２の電極ユニットによって密封される。第１のガスケットは、第１のガスケット部材と、第２のガスケット部材とを含み、第２のガスケット部材は、圧縮性である。

本発明の別の実施形態によれば、バッテリは、積層方向における複数の電極ユニットの積層を含む。積層は、第１の電極ユニットと、積層方向で第１の電極ユニットの上部に積層される第２の電極ユニットと、第１の電極ユニットと第２の電極ユニットとの間に提供される第１の電解質層とを含む。バッテリはまた、第１の電極ユニットの周囲に位置付けられる第１のガスケットと、第２の電極ユニットの周囲に位置付けられる第２のガスケットとを含む。第１のガスケット部分は、電解質層の周囲で第２のガスケット部分に連結され、第１の電解質層は、第１のガスケット、第２のガスケット、第１の電極ユニット、および第２の電極ユニットによって密封される。

本発明の別の実施形態によれば、バッテリは、積層方向における複数の電極ユニットの積層を含む。積層は、第１の電極ユニットと、積層方向で第１の電極ユニットの上部に積層される第２の電極ユニットと、第１の電極ユニットと第２の電極ユニットとの間に提供される第１の電解質層とを含む。バッテリはまた、第１の電解質層の周囲に位置付けられる第１のガスケットも含む。第１のガスケットは、第１の電極ユニットに熱的に融合される、および超音波で溶接される、のうちの少なくとも一方である。

本発明の別の実施形態によれば、バッテリは、積層方向における複数の電極ユニットの積層を含む。積層は、第１の電極ユニットと、積層方向で第１の電極ユニットの上部に積層される第２の電極ユニットと、第１の電極ユニットと第２の電極ユニットとの間に提供される第１の電解質層とを含む。バッテリはまた、第１の電解質層の周囲に位置付けられる第１のガスケットも含む。第１の電解質層は、第１のガスケットならびに第１および第２の電極ユニットによって密封される。第１の電極ユニットは、単極電極ユニットであり、第２の電極ユニットは、単極電極ユニットである。

本明細書は例えば以下の項目も提供する。
（項目１）
積層方向における複数の電極ユニットの積層であって、
第１の電極ユニットと、
該積層方向において、該第１の電極ユニットの上部に積層される第２の電極ユニットと、
該第１の電極ユニットと該第２の電極ユニットとの間に提供される第１の電解質層と
を備える、積層方向における複数の電極ユニットの積層
を備え、
内面および外面を有する第１のガスケットであって、
該第１のガスケットは、該第１の電解質層の周囲に位置付けられ、該第１の電解質層は、該第１のガスケットの該内面ならびに該第１および第２の電極ユニットによって密封され、該第１の電極ユニットの少なくとも第１の部分は、該第１のガスケットの該外面の一部分に沿って延在する、第１のガスケット
をさらに備える、
バッテリ。
（項目２）
前記第１の電極ユニットの前記第１の部分は、該第１の電極ユニットの第２の部分を冷却するように構成される、項目１に記載のバッテリ。
（項目３）
前記第２の部分は、前記第１の電解質層に晒される、項目２に記載のバッテリ。
（項目４）
前記第１の電極ユニットは、
第１の側面および第２の側面を有する第１の電極層と、
該第１の電極層の該第１の側面上の第１の活性材料と
を備え、該第１の電極ユニットの前記第１の部分は、該第１の活性材料の少なくとも一部分を冷却するように構成される、項目２に記載のバッテリ。
（項目５）
前記第１の電極ユニットは、単極電極ユニットであり、前記第２の電極ユニットは、単極電極ユニットである、項目１に記載のバッテリ。
（項目６）
積層方向における複数の電極ユニットの積層であって、
第１の電極ユニットと、
該積層方向において、該第１の電極ユニットの上部に積層される第２の電極ユニットと、
該第１の電極ユニットと該第２の電極ユニットとの間に提供される第１の電解質層と
を備える、積層方向における複数の電極ユニットの積層
を備え、
該第１の電極ユニットは、第１の電極基板と、該第１の電極基板の第１の側面上の第１の活性層とを備え、
該第１の活性層は、少なくとも、該第１の側面の第１の部分上の第１の活性部分と、該第１の側面の第２の部分上の第２の活性部分とを含み、
該第１の活性層の該第１の活性部分は、該第１の電極基板の該第１の側面より上の第１の高さまで延在し、該第１の活性層の該第２の活性部分は、該第１の電極基板の該第１の側面より上の第２の高さまで延在し、該第１の高さは、該第２の高さとは異なる、
バッテリ。
（項目７）
前記第２の電極ユニットは、
第２の電極基板と、
該第２の電極基板の第２の側面上の第２の活性層と、
を備え、
該第２の活性層は、少なくとも、該第２の側面の第１の部分上の第３の活性部分と、該第２の側面の第２の部分上の第４の活性部分とを含む、項目６に記載のバッテリ。
（項目８）
前記第２の活性層の前記第３の活性部分は、前記第２の電極基板の前記第２の側面より下の第３の高さまで延在し、該第２の活性層の前記第４の活性部分は、該第２の電極基板の該第２の側面より下の第４の高さまで延在し、該第３の高さは、該第４の高さとは異なる、項目７に記載のバッテリ。
（項目９）
前記第１の高さは、前記第３の高さと同じである、項目８に記載のバッテリ。
（項目１０）
前記第２の高さは、前記第４の高さと同じである、項目９に記載のバッテリ。
（項目１１）
前記第２の高さは、前記第４の高さとは異なる、項目９に記載のバッテリ。
（項目１２）
前記第１の活性層の前記第１の活性部分は、前記積層方向において、第１の距離だけ、前記第２の活性層の前記第３の活性部分から離れ、該第１の活性層の前記第２の活性部分は、該積層方向において、第２の距離だけ、該第２の活性層の前記第４の活性部分から離れている、項目８に記載のバッテリ。
（項目１３）
前記第１の距離は、前記第２の距離と同じである、項目１２に記載のバッテリ。
（項目１４）
前記第１の距離は、前記第２の距離とは異なる、項目１２に記載のバッテリ。
（項目１５）
前記第１の電解質層は、
電解質材料と、
前記第１の電極ユニットの前記第１の活性層と前記第２の電極ユニットの前記第２の活性層との間に位置付けられる障壁と
を備える、項目１２に記載のバッテリ。
（項目１６）
前記障壁は、第１の障壁高さを有する第１の障壁部分と、第２の障壁高さを有する第２の障壁部分とを含み、該第１の障壁の高さは、該第２の障壁の高さとは異なる、項目１５に記載のバッテリ。
（項目１７）
前記第１の活性層の前記第１の活性部分は、少なくとも第１の活性材料を備え、該第１の活性層の前記第２の活性部分は、少なくとも第２の活性材料を備え、該第１の活性材料は、該第２の活性材料とは異なる、項目６に記載のバッテリ。
（項目１８）
前記第１の活性材料は、第１の電圧範囲を有し、前記第２の活性材料は、第２の電圧範囲を有し、該第１の電圧範囲は、該第２の電圧範囲内で電気的に動作する、項目１７に記載のバッテリ。
（項目１９）
前記第１の活性層の前記第１の活性部分は、前記第１の電極基板の前記第１の側面に沿って第１の厚さを有し、該第１の活性層の前記第２の活性部分は、該第１の電極基板の該第１の側面に沿って第２の厚さを有し、該第１の厚さは、該第２の厚さとは異なる、項目６に記載のバッテリ。
（項目２０）
前記第１の電解質層の周囲に位置付けられる、第１のガスケットをさらに備え、該第１の電解質層は、該第１のガスケットならびに前記第１および第２の電極ユニットによって密封される、項目６に記載のバッテリ。
（項目２１）
前記第１の電極ユニットは、単極電極ユニットであり、前記第２の電極ユニットは、単極電極ユニットである、項目６に記載のバッテリ。
（項目２２）
積層方向における複数の電極ユニットの積層であって、
第１の電極ユニットと、
該積層方向において、該第１の電極ユニットの上部に積層される第２の電極ユニットと、
該第１の電極ユニットと該第２の電極ユニットとの間に提供される第１の電解質層と、
該積層方向において、該第２の電極ユニットの上部に積層される第３の電極ユニットと、
該第２の電極ユニットと該第３の電極ユニットとの間に提供される第２の電解質層と
を備える、積層方向における複数の電極ユニットの積層
を備え、
該第１の電極ユニットは、該積層方向において、第１の距離だけ、該第２の電極ユニットから離れ、該第２の電極ユニットは、該積層方向において、第２の距離だけ、該第３の電極ユニットから分離され、該第１の距離は、該第２の距離とは異なる、
バッテリ。
（項目２３）
前記第１の電極ユニットは、単極電極ユニットであり、前記第２の電極ユニットは、単極電極ユニットである、項目２２に記載のバッテリ。
（項目２４）
前記第３の電極ユニットは、単極電極ユニットである、項目２３に記載のバッテリ。
（項目２５）
前記第３の電極ユニットは、双極電極ユニットである、項目２３に記載のバッテリ。
（項目２６）
積層方向における複数の電極ユニットの積層であって、
第１の電極ユニットと、
該積層方向において、該第１の電極ユニットの上部に積層される第２の電極ユニットと、
該第１の電極ユニットと該第２の電極ユニットとの間に提供される第１の電解質層と
を備える、積層方向における複数の電極ユニットの積層と
を備え、
該第１の電解質層の周囲に位置付けられる第１のガスケットであって、
該第１の電解質層は、該第１のガスケットならびに該第１および第２の電極ユニットによって密封され、該第１のガスケットは、第１のガスケット部材と、第２のガスケット部材とを含み、該第２のガスケット部材は、圧縮性である、第１のガスケット
をさらに備える、
バッテリ。
（項目２７）
前記第２のガスケット部材は、前記積層方向において、前記第１のガスケット部材の上部に積層される、項目２６に記載のバッテリ。
（項目２８）
前記第２のガスケット部材は、前記第１の電解質層の周囲に位置付けられ、前記第１のガスケット部材は、該第２のガスケット部材の周囲に位置付けられる、項目２６に記載のバッテリ。
（項目２９）
前記第２のガスケット部材の前記高さは、前記電解質層が前記第１のガスケットならびに前記第１および第２の電極ユニットによって密封されたとき、第１の長さから第２の長さまで減少するように構成される、項目２６に記載のバッテリ。
（項目３０）
前記第１のガスケットならびに前記第１および第２の電極ユニットによって画定される空間は、前記電解質層が前記第１のガスケットならびに該第１および第２の電極ユニットによって密封されたとき、第１の体積から第２の体積まで減少するように構成される、項目２６に記載のバッテリ。
（項目３１）
前記第１の電解質層は、前記第１の体積に等しい体積を有する電解質材料を備える、項目３０に記載のバッテリ。
（項目３２）
前記第１の電解質層は、前記第２の体積よりも大きい体積を有する電解質材料を備える、項目３０に記載のバッテリ。
（項目３３）
前記第１の電極ユニットは、単極電極ユニットであり、前記第２の電極ユニットは、単極電極ユニットである、項目２６に記載のバッテリ。
（項目３４）
積層方向における複数の電極ユニットの積層であって、
第１の電極ユニットと、
該積層方向において、該第１の電極ユニットの上部に積層される第２の電極ユニットと、
該第１の電極ユニットと該第２の電極ユニットとの間に提供される第１の電解質層と
を備える、積層方向における複数の電極ユニットの積層と
を備え、
該第１の電極ユニットの周囲に位置付けられる第１のガスケットと、
該第２の電極ユニットの周囲に位置付けられる第２のガスケットと
をさらに備え、
該第１のガスケット部分は、該電解質層の周囲で該第２のガスケット部分に連結され、該第１の電解質層は、該第１のガスケット、該第２のガスケット、該第１の電極ユニット、および該第２の電極ユニットによって密封される、
バッテリ。
（項目３５）
前記第１のガスケットは、頂面を有する第１の本体部分を備え、前記第２のガスケットは、底面を有する第２の本体部分を備え、該第１の本体部分は、該頂面上に上部溝を有し、該第２の本体部分は、該底面上に底部溝を有し、該底部溝は、該上部溝と嵌合して前記第１の電解質層を密封する、項目３４に記載のバッテリ。
（項目３６）
前記第１のガスケットは、前記第２のガスケットに熱的に融合される、項目３４に記載のバッテリ。
（項目３７）
前記第１のガスケットは、前記第２のガスケットに超音波で溶接される、項目３４に記載のバッテリ。
（項目３８）
前記第１の電極ユニットは、単極電極ユニットであり、前記第２の電極ユニットは、単極電極ユニットである、項目３４に記載のバッテリ。
（項目３９）
積層方向における複数の電極ユニットの積層であって、
第１の電極ユニットと、
該積層方向で該第１の電極ユニットの上部に積層される第２の電極ユニットと、
該第１の電極ユニットと該第２の電極ユニットとの間に提供される第１の電解質層と
を備える、積層方向における複数の電極ユニットの積層
を備え、
該第１の電解質層の周囲に位置付けられる第１のガスケットであって、
該第１のガスケットは、該第１の電極ユニットに、熱的に融合される、および超音波で溶接される、のうちの少なくとも一方である、第１のガスケット
をさらに備える、
バッテリ。
（項目４０）
前記第１の電解質層は、前記第１のガスケットならびに前記第１の電極ユニットおよび第２の電極ユニットによって密封される、項目３９に記載のバッテリ。
（項目４１）
前記第１の電極ユニットは、単極電極ユニットであり、前記第２の電極ユニットは、単極電極ユニットである、項目３９に記載のバッテリ。
（項目４２）
積層方向における複数の電極ユニットの積層であって、
第１の電極ユニットと、
該積層方向において、該第１の電極ユニットの上部に積層される第２の電極ユニットと、
該第１の電極ユニットと該第２の電極ユニットとの間に提供される第１の電解質層と
を備える、積層方向における複数の電極ユニットの積層
を備え、
該第１の電解質層の周囲に位置付けられる第１のガスケットであって、
該第１の電解質層は、該第１のガスケットならびに該第１の電極ユニットおよび第２の電極ユニットによって密封され、該第１の電極ユニットは、単極電極ユニットであり、該第２の電極ユニットは、単極電極ユニットである、第１のガスケット
をさらに備える、
バッテリ。
本発明の上記および他の利点は、添付図面と併せて理解される、以下の発明を実施するための形態を考慮することによって、より明白となるであろう。図中、類似参照文字は、全体を通して類似部品を指す。

図１は、本発明による双極電極ユニット（ＢＰＵ）の基本構造の概略断面図である。 図２は、本発明による図１のＢＰＵの積層の基本構造の概略断面図である。 図３は、本発明による図２のＢＰＵの積層を実装する、積層双極バッテリの基本構造の概略断面図である。 図３Ａは、図３の双極バッテリの基本構造の回路図である。 図４は、図３の線ＩＶ−ＩＶから得られた、図３の双極バッテリの概略上面図である。 図４Ａは、図３の線ＩＶＡ−ＩＶＡから得られた、図３および４の双極バッテリの概略上面図である。 図４Ｂは、図４Ａの線ＩＶＢ−ＩＶＢから得られた、図３−４Ａの双極バッテリの概略断面図である。 図５は、図３−４Ｂの双極バッテリの特定部分の詳細概略断面図である。 図５Ａは、図５の線ＶＡ−ＶＡから得られた、図３−５の双極バッテリの概略底面図である。 図５Ｂは、図５の線ＶＢ−ＶＢから得られた、図３−５Ａの双極バッテリの概略上面図である。 図５Ｃは、図５の線ＶＣ−ＶＣから得られた、図３−５Ｂの双極バッテリの概略上面図である。 図６は、図３−５Ｃの双極バッテリの特定部分の詳細概略断面図である。 図７は、図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩから得られた、図３−６の双極バッテリの概略上面図である。 図８は、図６の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩから得られた、図３−７の双極バッテリの概略上面図である。 図９は、図６の線ＩＸ−ＩＸから得られた、図３−８の双極バッテリの概略上面図である。 図１０は、本発明の一実施形態による、積層双極バッテリを形成するための方法の第１段階における、ある要素の概略断面図である。 図１１は、図１０の線ＸＩ−ＸＩから得られた、図１０のバッテリの概略上面図である。 図１２は、本発明の一実施形態による、図１０および１１の積層双極バッテリを形成するための方法の第２段階における、ある要素の概略断面図である。 図１３は、図１２の線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩから得られた、図１０−１２のバッテリの概略上面図である。 図１４は、本発明の一実施形態による、図１０−１３の積層双極バッテリを形成するための方法の第３段階における、ある要素の概略断面図である。 図１５は、図１４の線ＸＶ−ＸＶから得られた、図１０−１４のバッテリの概略上面図である。 図１６は、本発明の一実施形態による、図１０−１５の積層双極バッテリを形成するための方法の第４段階における、ある要素の概略断面図である。 図１７は、図１６の線ＸＶＩＩ−ＸＶＩＩから得られた、図１０−１６のバッテリの概略上面図である。 図１８は、本発明の一実施形態による、図１０−１７の積層双極バッテリを形成するための方法の第５段階における、ある要素の概略断面図である。 図１９は、本発明の一実施形態による、図１０−１８の積層双極バッテリを形成するための方法の第６段階における、ある要素の概略断面図である。 図２０は、図１９の線ＸＸ−ＸＸから得られた、図１０−１９のバッテリの概略上面図である。 図２１は、本発明の代替的実施形態による、積層双極バッテリを形成するための方法の図１９と同様な第６段階における、ある要素の概略断面図である。 図２２は、図２１の線ＸＸＩＩ−ＸＸＩＩから得られた、図２１のバッテリの概略上面図である。 図２３は、本発明のさらに別の代替的実施形態による、積層双極バッテリを形成するための方法の図１４と同様な第３段階における、ある要素の概略断面図である。 図２４は、本発明のさらに別の代替的実施形態による、図２３の積層双極バッテリを形成するための方法の図１６と同様な第４段階における、ある要素の概略断面図である。 図２５は、本発明のさらに別の代替的実施形態による、図２３および２４の積層双極バッテリを形成するための方法の図１９と同様な第６段階における、ある要素の概略断面図である。 図２６は、本発明のさらに別の代替的実施形態による、積層双極バッテリを形成するための方法の図１６および２４と同様な第４段階における、ある要素の概略断面図である。 図２７は、本発明のさらに別の代替的実施形態による、図２６の積層双極バッテリを形成するための方法の図１９および２５と同様な第６段階における、ある要素の概略断面図である。 図２８は、本発明のさらに別の代替的実施形態による、積層双極バッテリを形成するための方法の図１６、２４および２６と同様な第４段階における、ある要素の概略断面図である。 図２９は、本発明の代替的実施形態による積層双極バッテリの概略上面図である。 図３０は、図２９の線ＸＸＸ−ＸＸＸから得られた、図２９の双極バッテリの概略断面図である。 図３１は、本発明の別の代替的実施形態による積層双極バッテリの概略上面図である。 図３２は、図３１の線ＸＸＸＩＩ−ＸＸＸＩＩから得られた、図３１の双極バッテリの概略断面図である。 図３３は、本発明による積層単極バッテリの基本構造の概略断面図である。 図３４Ａは、本発明の一実施形態によって連係された、単一化学バッテリ電池の基本構造の概略図である。 図３４Ｂは、本発明の一実施形態によって連係された、単一化学バッテリ電池の基本構造の概略図である。

隣接する電池間の電解質の向上した密封を伴う積層バッテリのために、装置および方法を提供し、図１−３４Ｂを参照して下記に記載する。

図１は、本発明の一実施形態による、例証的な双極ユニットまたはＢＰＵ２を示す。ＢＰＵ２は、不透過性導電基板または電流コレクタ６の第１の側面上に提供され得る、正の活性材料電極層４と、不透過性導電基板６の他方の側面上に提供され得る、負の活性材料電極層８とを含むことができる。

例えば、図２に示されるように、複数のＢＰＵ２は、２つの隣接するＢＰＵ２の間に提供され得る電解質層１０を伴って、積層２０に実質的に垂直に積層され得るため、ＢＰＵ２の正の電極層４は、電解質層１０を介して、隣接するＢＰＵ２の負の電極層８と対向し得る。各電解質層１０は、電解質１１（例えば、図６参照）を保持し得る、分離帯９を含むことができる。分離帯９は、正の電極層４およびそれに隣接する負の電極層８を電気的に分離することができる一方で、以下でより詳細に記載されるように、電極ユニット間のイオン移動を可能にする。

例えば、図２のＢＰＵ２の積層状態を引き続き参照すると、第１のＢＰＵ２の正の電極層４および基板６、第１のＢＰＵ２に隣接する第２のＢＰＵ２の負の電極層８および基板６、ならびに第１および第２のＢＰＵ２の間の電解質層１０に含まれる構成要素は、本明細書では、単一の「電池」または「電池セグメント」２２と呼ばれるものとする。各電池セグメント２２の各不透過性基板６は、適用可能な隣接する電池セグメント２２によって共有することができる。

例えば、図３および４に示されるように、本発明の一実施形態による積層双極バッテリ５０を構成するように、１つ以上のＢＰＵ２の積層２０とともに、正および負の端子が提供され得る。不透過性導電基板１６の一側面上に提供される正の活性材料電極層１４を含むことができる、正の単極電極ユニットまたはＭＰＵ１２は、その間に提供される電解質層（すなわち、電解質層１０ｅ）を伴って、積層２０の第１の端に位置付けられ得、正のＭＰＵ１２の正の電極層１４は、電解質層１０ｅを介して、積層２０のその第１の端において、ＢＰＵ（すなわち、ＢＰＵ２ｄ）の負の電極層（すなわち、層８ｄ）と対向し得る。不透過性導電基板３６の一側面上に提供される負の活性材料電極層３８を含むことができる、負の単極電極ユニットまたはＭＰＵ３２は、その間に提供される電解質層（すなわち、電解質層１０ａ）を伴って、積層２０の第２の端に位置付けられ得、負のＭＰＵ３２の負の電極層３８は、電解質層１０ａを介して、積層２０のその第２の端において、ＢＰＵ（すなわち、ＢＰＵ２ａ）の正の電極層（すなわち、層４ａ）と対向し得る。ＭＰＵ１２および３２には、それぞれ、対応する正および負の電極リード１３および３３が提供され得る。

各ＭＰＵの基板および電極層は、例えば、図３に示されるように、その隣接するＢＰＵ２の基板および電極層、およびその間の電解質層１０を伴って、電池セグメント２２を形成し得ることに留意されたい（例えば、セグメント２２ａおよび２２ｅを参照）。積層２０中の積層ＢＰＵ２の数は、１以上となり得て、バッテリ５０に対する所望の電圧に対応するために、適切に決定され得る。各ＢＰＵ２は、任意の所望の電位を提供することができ、バッテリ５０に対する所望の電圧は、各構成要素ＢＰＵ２によって提供される電位を効果的に追加することによって達成され得る。各ＢＰＵ２は、同一電位を提供する必要がないことが理解されるであろう。

１つの好適な実施形態では、双極バッテリ５０は、ＢＰＵ積層２０ならびにそのそれぞれの正および負のＭＰＵ１２および３２が、減圧下でバッテリケースまたは包装材４０に少なくとも部分的に封入（例えば、密閉）され得るように、構造化することができる。ＭＰＵ導電基板１６および３６（または、少なくともそれらの各電極リード１３および３３）は、例えば、使用時に外部からの衝撃を軽減するよう、および環境悪化を防止するように、バッテリケース４０から引き出され得る。薄型ケーシングおよび平坦な表面のために、くぼみ４２がＭＰＵ１２および３２に提供され得る。

第１の電池セグメントの電解質（例えば、図６の電池セグメント２２ａの電解質１１ａ）が別の電池セグメントの電解質（例えば、図６Ａの電池セグメント２２ｂの電解質１１ｂ）と結合することを防止するために、隣接する電極ユニットの間の電解質層とともに、ガスケットまたは密封手段を積層して、その特定の電池セグメント内に電解質を密封することができる。ガスケット手段または密封手段は、例えば、特定の電池の隣接する電極ユニットと相互作用して、その間の電解質を密封することができる、任意の好適な圧縮性または非圧縮性の固体または粘性材料、あるいはそれらの組み合わせとなり得る。例えば、図３−４Ｂに示されるような、１つの好適な構成では、本発明の双極バッテリは、各電池セグメント２２の電解質層１０ならびに活性材料電極層４／１４および８／３８の周囲に障壁として位置付けられ得る、ガスケットまたはシール６０を含むことができる。ガスケットまたは密封手段は、連続的で閉鎖され得、その電池のガスケットと隣接する電極ユニット（すなわち、そのガスケットまたはシールに隣接する、複数のＢＰＵまたはＢＰＵおよびＭＰＵ）との間で電解質を密封し得る。ガスケットまたは密封手段は、例えば、その電池の隣接する電極ユニット間に適切な間隔を提供することができる。

以下でより詳細に記載されるように、１つの好適なアプローチでは、例えば、図３−４Ｂに示された密封構成で電池セグメント２２およびガスケット６０を圧縮して保持するために、矢印Ｐ１およびＰ２の方向に、ケース４０の上部および底部に圧力を加えることができる。別の好適なアプローチでは、例えば、図３−４Ｂに示された密封構成で電池セグメント２２およびガスケット６０を圧縮して保持するために、矢印Ｐ３およびＰ４の方向に、ケース４０の側面に圧力を加えることができる。さらに別の好適なアプローチでは、例えば、図３−４Ｂに示された密封構成で電池セグメント２２およびガスケット６０を圧縮して保持するために、ケース４０の上部および底部に圧力を加えることができ、ケース４０の側面に圧力を加えることができる。そのような双極バッテリ５０は、所望の電圧を提供するように、図３Ａに示されるように積層および直列接続される、複数の電池セグメント２２を含み得る。

ここで図６を参照すると、本発明の一実施形態による、バッテリ５０の２つの特定の電池セグメント２２の分解図が示されている。電池セグメント２２ａは、ＭＰＵ３２の基板３６および負の電極層３８、電解質層１０ａ、ならびにＢＰＵ２ａの正の電極層４ａおよび基板６ａを含むことができる。電池セグメント２２ｂは、ＢＰＵ２ａの基板６ａおよび負の電極層８ａ、電解質層１０ｂ、ならびにＢＰＵ２ｂの正の電極層４ｂおよび基板６ｂを含むことができる。上記のように、各電解質層１０は、分離帯９および電解質１１を含むことができる。各電池セグメントの分離帯９および電解質１１が、ガスケット６０およびその特定の電池セグメントの隣接する電極ユニットによって画定される空間内で密封され得るように、密封手段またはガスケット６０が、そのセグメント２２の電解質層１０の周囲に提供されることができる。

例えば、図６−８に示されるように、ガスケット６０ａは、その分離帯９ａおよび電解質１１ａが、電池セグメント２２ａのガスケット６０ａ、ＭＰＵ３２、およびＢＰＵ２ａによって画定される空間内で完全に密封され得るように、電解質層１０ａを包囲することができる。同様に、例えば、図６、８、および９に示されるように、ガスケット６０ｂは、その分離帯９ｂおよび電解質１１ｂが、電池セグメント２２ｂのガスケット６０ｂ、ＢＰＵ２ａ、およびＢＰＵ２ｂによって画定される空間内で完全に密封され得るように、電解質層１０ｂを包囲することができる。

各電池セグメントの密封またはガスケット手段は、その電解質を密封するために、電池の電極ユニットの種々の部分とともにシールを形成する。例えば、図６−９に示されるように、ガスケットは、基板の最上部および底部の一部分とともにシールを形成し得る（例えば、基板３６の底側および基板６ａの上部側に接触するガスケット６０ａを参照）。加えて、ガスケットは、基板の外面または縁の一部分とともにシールを形成し得る（例えば、基板６ａの外縁に接触するガスケット６０ａの部分６０ａａを参照）。同様に、ガスケットの外面または縁は、基板の一部分とともにシールを形成し得る（例えば、基板６ｂの部分６ｂｂに接触するガスケット６０ｂの外縁、および基板６ｂの部分６ｂｃに接触するガスケット６０ｃの外縁を参照）。さらに、ガスケットは、活性材料電極層の一部分とともにシールを形成し得る（例えば、電極層３８の一部分および電極層４ａの一部分に接触するガスケット６０ａを参照）。

基板の一部分が、ガスケットおよび基板によって画定される電池セグメントのうちの少なくとも１つの密封部分を越えて延在する実施形態では（例えば、電池セグメント２２ｂおよび２２ｃの基板部分６ｂｂおよび６ｂｃ、ならびに電池セグメント２２ａのガスケット６０ａの外縁を越えて延在する基板３６の部分）、基板のその部分は、その１つ以上の隣接する電池セグメントのための冷却フィンであり得る。例えば、その１つ以上の隣接する電池セグメントの密封部分の外部にある、そのような基板部分は、電池積層の周囲の環境に暴露され得、または電池積層の包装材またはケースに接触し得る（例えば、図６に示されるように）。周囲環境および／または包装材は、電池セグメントの密封部分よりも大幅に冷たいことがある。この冷たさは、基板を通って、隣接する電池セグメントの密封部分の外部にあるその部分から、これらの密封部分自体へと伝達され得る。

本発明のある実施形態では、より良好なシールを生成するために、互いに接触し得る、ガスケットの表面域および隣接する電極ユニットの表面域の１つ以上の部分は、それぞれ、相互に、または対応して、溝を付けられ、面取りされ、または形作られ得る。ガスケットの表面の少なくとも一部分は、電極ユニットの表面の少なくとも一部分に対応して形作られ得るため、２つの表面は、ともに嵌合して、２つの表面の間のある種類の相対運動を制限し、かつ、例えば、バッテリの製造中に、ガスケットおよび電極ユニットを自己整列させることができる。例えば、図６−９に示されるように、戻り止め手段または溝手段７０は、互いとの嵌合接触の各領域において、ガスケットおよび基板の、対応して、または相互に形作られた部分に沿って、形成することができる。例えば、ガスケットおよび隣接基板の相互に形作られた部分の嵌合によって形成される、この溝または戻り止め手段は、それにより、嵌合接触域のサイズを増加させることができ、かつ、それにより、ガスケットおよび基板の嵌合接触域の間に生成されるシールを破ろうとする任意の流体（例えば、電解質）に対するより大きい抵抗経路を提供することができる。

ガスケットおよび隣接する基板の、対応して形作られた部分の間の溝の縦断面形状（例えば、垂直積層２０の方向と実質的に沿う、嵌合したガスケットおよび基板表面部分の形状）は、任意の適切な形状であり得る。例えば、溝の縦断面形状は、例えば、正弦曲線（例えば、図６の基板３６とガスケット６０ａとの間の溝７０ａを参照）、Ｖ字形（例えば、図６のガスケット６０ａと基板６ａとの間の溝７０ｂを参照）、長方形（例えば、図６のガスケット６０ｂと基板６ｂとの間の溝７０ｃ）、またはそれらの組み合わせであり得るが、それらに限定されない。垂直積層の方向に実質的に沿う、溝のこれらの縦断面形状は、シールに対するより大きな表面域を提供し得る。さらに、電池セグメントの内部の圧力が増加し、ガスケットに対して力を及ぼすにつれて、ガスケットおよび隣接する電極の溝形状部分の間の密封力もまた、増加し得るように、溝のこれらの縦断面形状は、シールに垂直な面を提供し得る。

さらに、それが関連する基板の１つまたは複数の電極層の周囲にある、ガスケットおよび隣接する基板の、対応して形作られた表面部分の間の溝の水平断面の形状または経路（例えば、垂直積層２０の方向に実質的に垂直である、嵌合したガスケットおよび基板表面部分の形状または経路）は、任意の適切な設計であり得る。例えば、溝の水平断面経路は、それが関連する基板の１つまたは複数の電極層の周囲で連続的であり、かつそこから等距離にあり得る（例えば、図６および７に示されるような、ガスケット６０ａおよび基板３６の嵌合表面部分の全ての点において、電極層３８の周囲で連続的であり、かつそこから均一に離間し得る、溝７０ａを参照）。代替として、溝の水平断面経路は、それが関連する基板の１つまたは複数の電極層の周囲で連続的であり得るが、そこから等距離になくてもよい（例えば、図６および８に示されるような、ガスケット６０ａおよび基板６ａの嵌合表面部分の全ての点において、電極層４ａおよび８ａの周囲で連続的であり得るが、そこから均一に離間しなくてもよい、溝７０ｂを参照）。さらに別の実施形態では、溝の水平断面経路は、例えば、それが関連する基板の１つまたは複数の電極層の周囲で非連続的であるか、または分節され得る（例えば、図６および９に示されるような、ガスケット６０ｂおよび基板６ｂの嵌合表面部分において、電極層４ａおよび８ａの一部分の周囲で延在するのみであり得る、溝７０ｃを参照）。

本明細書に記載の隣接するガスケットおよび電極ユニットの、対応して形作られた表面部分によって提供される、溝の形状、サイズ、および経路は、例示的にすぎず、そのような溝を生成するために、任意の種々の好適なサイズ、形状、および経路設計を使用できることを理解されたい。さらに、本発明のある実施形態によれば、互いに接触する、ガスケットの表面域および隣接する電極ユニットの表面域は、両方とも実質的に平坦または平面であり得るように、ガスケットと電極ユニットとの間には溝が生成されないことがある。

本発明の電極ユニットを形成するために使用される基板（例えば、基板６、１６、および３６）は、例えば、非有孔金属箔、アルミニウム箔、ステンレス鋼箔、ニッケルおよびアルミニウムを含むクラッド材料、銅およびアルミニウムを含むクラッド材料、ニッケルめっきを施した鋼、ニッケルめっきを施した銅、ニッケルめっきを施したアルミニウム、金、銀、またはそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない、任意の適切な導電性および不透過性材料で形成され得る。各基板は、ある実施形態では、互いに接着される２枚以上の金属箔で作られ得る。各ＢＰＵの基板は、典型的には１〜５ミリメートルの間の厚さであり得る一方で、各ＭＰＵの基板は、５〜１０ミリメートルの間の厚さであり、例えば、バッテリに対する端子の役割を果たし得る。例えば、電池セグメントの活性材料の間の抵抗は、電極の全体を通して導電性マトリクスを拡張することによって低減することができるように、例えば、金属発泡体を、平坦な金属膜または箔において任意の適切な基板材料と結合し得る。

本発明の電極ユニットを形成するように、これらの基板上に提供される正の電極層（例えば、正の電極層４および１４）は、例えば、水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）_２）、亜鉛（Ｚｎ）、およびそれらの組み合わせを含む、任意の好適な活性材料で形成され得る。正の活性材料は、焼結し含浸され、水性バインダーで被覆されて押圧され、有機バインダーで被覆されて押圧され、または、導電性マトリクス中で他の支持化学物質とともに正の活性材料を含有する任意の他の好適な方法によって、含有され得る。電極ユニットの正の電極層は、例えば、膨張を低減するようにそのマトリクスに注入される、金属水素化物（ＭＨ）、Ｐｄ、Ａｇ、またはそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない、粒子を有し得る。このことは、例えば、サイクル寿命を増加させ、再結合を向上させ、電池セグメント内の圧力を低減することができる。ＭＨ等の、これらの粒子はまた、電極内の電気伝導度を増加させるように、および再結合を支持するように、Ｎｉ（ＯＨ）_２等の活性材料ペーストの結合の中に存在し得る。

本発明の電極ユニットを形成するように、これらの基板上に提供される負の電極層（例えば、負の電極層８および３８）は、例えば、ＭＨ、Ｃｄ、Ｍｎ、Ａｇ、またはそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない、任意の好適な活性材料で形成され得る。負の活性材料は、例えば、焼結され、水性バインダーで被覆されて押圧され、有機バインダーで被覆されて押圧され、または、導電性マトリクス中で他の支持化学物質とともに負の活性材料を含有する任意の他の好適な方法によって、含有され得る。負の電極側面は、例えば、構造を安定化させ、酸化を低減し、サイクル寿命を延長するように、負の電極材料のマトリクス内に注入される、Ｎｉ、Ｚｎ、Ａｌ、またはそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない、化学物質を有し得る。

例えば、有機ＣＭＣバインダー、Ｃｒｅｙｔｏｎゴム、ＰＴＦＥ（Ｔｅｆｌｏｎ）、またはそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない、種々の適切なバインダーは、それらの基板に層を保持するように、活性材料層と混合され得る。２００ｐｐｉニッケル発泡体等の超静止（ｕｌｔｒａ−ｓｔｉｌｌ）バインダーもまた、本発明の積層バッテリ構造とともに使用され得る。

本発明のバッテリの各電解質層の分離帯（例えば、各電解質層１０の分離帯９）は、２つの隣接する電極ユニットを電気的に絶縁する一方で、これらの電極ユニット間のイオン移動を可能にする、任意の好適な材料で形成され得る。分離帯は、セルロース超吸収体を含有して充填を向上させ、電解質容器の役割を果たしてサイクル寿命を増加させ得、分離帯は、例えば、ポリ吸収ダイアパー材料で作られ得る。それにより、分離帯は、電荷がバッテリに印加されると、以前に吸収された電解質を放出し得る。ある実施形態では、電極間の間隔（Ｉｎｔｅｒ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ｓｐａｃｉｎｇ；ＩＥＳ）が通常よりも高く開始し、継続的に低減されて、その寿命にわたってバッテリのＣ率および容量を維持し、ならびにバッテリの寿命を延長することができるように、分離帯は、通常の電池よりも低い密度で、より厚くてもよい。

分離帯は、短絡を低減し、および再結合を向上させるように、電極ユニット上の活性材料の表面に結合される、通常の材料よりも薄いものであり得る。この分離帯材料は、例えば、噴射、被覆、または押圧され得る。分離帯は、ある実施形態では、それに付着される再結合作用物質を有し得る。この作用物質は、分離帯の構造内に注入することができ（例えば、このことは、作用物質を分離帯繊維に結合するためにＰＶＡを使用する湿潤工程において、作用物質を物理的に捕捉することによって行うことができ、または、作用物質は、電気メッキによってその中に入れることができる）、または、例えば、蒸着によって、表面上で層状にすることができる。分離帯は、例えば、Ｐｂ、Ａｇ、またはそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない、再結合を効果的に支持する任意の材料または作用物質で作られ得る。電池の基板が互いに向かって移動する場合には、分離帯が抵抗を提示し得るが、たわまないように十分に堅い基板を利用し得る本発明のある実施形態では、分離帯が提供されなくてもよい。

本発明のバッテリの各電解質層の電解質（例えば、各電解質層１０の電解質１１）は、導電性媒体を生産するように溶解または融解されるときイオン化することができる、任意の好適な化合物で形成され得る。電解質は、例えば、ＮｉＭＨ等であるが、それに限定されない、任意の適切な化学物質の標準的な電解質であり得る。電解質は、例えば、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カルシウム（ＣａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、またはそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない、付加的な化学物質を含有し得る。電解質は、例えば、再結合を向上させるように、Ａｇ（ＯＨ）_２等であるが、それに限定されない、添加剤を含有し得る。電解質はまた、例えば、低温性能を向上させるように、ＲｂＯＨを含有し得る。本発明のいくつかの実施形態では、電解質（例えば、電解質１１）は、分離帯（例えば、分離帯９）内で凍結され、次いで、バッテリが完全に組み立てられた後に解凍され得る。このことは、特に粘性の電解質が、ガスケットがそれに隣接する電極ユニットとともに実質的に流体密封のシールを形成する前に、バッテリの電極ユニット積層に挿入されることを可能する。

本発明のバッテリのシールまたはガスケット（例えば、ガスケット６０）は、ガスケットおよびそれに隣接する電極ユニットによって画定される空間内で電解質を効果的に密封し得る、任意の好適な材料または材料の組み合わせで形成され得る。ある実施形態では、ガスケットは、例えば、ナイロン、ポリプロピレン、セルガード、ゴム、ＰＶＯＨ、またはそれらの組み合わせを含むが、任意の好適な非導電材料で作られ得る、固体シール障壁または固体シールループ、あるいは固体シールループを形成することが可能な複数のループ部分から形成することができる。固体シール障壁から形成されるガスケットは、隣接する電極の一部分に接触して、その間にシールを生成し得る。

代替として、ガスケットは、例えば、エポキシ、ブレアタール、電解質（例えば、ＫＯＨ）不浸透性糊、圧縮性接着剤（例えば、シリコン、アクリル、および／または繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）から形成され得、電解質に対して不浸透性であり得る、Ｈｅｎｋｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎで入手可能なＬｏｃｔｉｔｅ（登録商標）ブランド接着剤等の、２部ポリマー）、またはそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない、任意の好適な粘性材料またはペーストから形成され得る。粘性材料から形成されるガスケットは、隣接する電極の一部分に接触して、その間にシールを生成し得る。さらに他の実施形態では、ガスケットは、粘性材料は、固体シールループと隣接する電極ユニットとの間の密封を向上させ得るように、固体シールループおよび粘性材料の組み合わせによって形成することができる。代替として、または加えて、例えば、固体シールループ、付加的な粘性材料で処理された固体シールループ、または付加的な粘性材料で処理された隣接する電極ユニットがそれに密封される前に、電極ユニット自体は、粘性材料で処理されることができる。

ある実施形態では、以下でより詳細に記載されるように、固体シールループおよび／または粘性ペーストによって形成されるガスケットは、密封を向上させるように圧縮性であり得る。圧縮は、ある実施形態では約５％であり得るが、良好なシールを保証するために必要とされるどのような弾性ででもあり得る。

さらに、ある実施形態では、隣接する電極ユニット間のガスケットまたは密封手段には、ある種類の流体（すなわち、ある液体または気体）がそれを通って逃げることを可能にできる（例えば、そのガスケットによって画定される電池セグメント中の内圧が、ある閾値を過ぎて増加する場合）、１つ以上の弱点が提供され得る。いったん、ある量の流体が逃げるか、または内圧が減少すると、弱点は再密封し得る。ブライ（ｂｒａｉ）等のある種類の好適な粘性材料またはペーストによって少なくとも部分的に形成される、ガスケットは、ある流体がそれを通過することを可能にするように構成または調製され、かつ、他のある流体がそれを通過することを防止するように構成または調製され得る。そのようなガスケットは、バッテリの電圧エネルギーを急速にゼロまで弱め（すなわち、放電）させ得る、任意の電解質が２つの電池セグメント間で共有されることを防止し得る。

上記のように、積層構成の密封電池を用い設計されたバッテリ（例えば、双極バッテリ５０）を利用することの１つの有益性は、バッテリの増加した放電率であり得る。この増加した放電率は、そうでなければ角柱または巻型バッテリ設計で実現可能ではないかもしれない、ある低腐食性電解質の使用を可能にすることができる（例えば、刺激性（ｗｈｅｔｔｉｎｇ）、伝導度の増大、および／または電解質の１つまたは複数の化学反応性成分を除去または低減することによって）。低腐食性電解質を使用するために積層バッテリ設計によって提供され得る、この余地は、そうでなければ高腐食性電解質によって腐食され得るあるガスケットを用いたシールを形成する時に、あるエポキシ（例えば、Ｊ-Ｂ Ｗｅｌｄエポキシ）が利用されることを可能にする。

本発明のバッテリのケースまたは包装材（例えば、ケース４０）は、それらの導電基板（例えば、基板１６および３６）またはそれらの関連リード（すなわち、リード１３および３３）を露出するために、末端電極ユニット（例えば、ＭＰＵ１２および３２）に対して密封することができる、任意の好適な非導電材料で形成することができる。包装材はまた、各電池セグメント内で電解質を隔離するために、ガスケットとそれに隣接する電極ユニットとの間でシールを生成、支持、および／または維持するように形成することもできる。電池セグメント中の内圧が増加するにつれて、シールがバッテリの拡張に抵抗することができるように、包装材は、これらのシールに必要とされる支持を生成および／または維持することができる。包装材は、ナイロン、任意の他のポリマーまたは、例えば、強化複合材料または収縮包装材料を含む弾性材料、または、エナメル被覆鋼あるいは任意の他の金属を含む、任意の硬質材料、またはそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない、任意の好適な材料で作られ得る。ある実施形態では、包装材は、例えば、積層電池のシール上で継続的な圧力を維持し得る、張力クリップの外骨格によって形成され得る。バッテリが短絡することを防止するように、積層と包装材との間に非導電性障壁が提供され得る。

例えば、図３を引き続き参照すると、本発明の双極バッテリ５０は、ＭＰＵ１２および３２、ならびにその間の１つ以上のＢＰＵ２（例えば、ＢＰＵ２ａ−２ｄ）の積層によって形成される、複数の電池セグメント（例えば、電池セグメント２２ａ−２２ｅ）を含むことができる。本発明のある実施形態によれば、基板（例えば、基板６ａ−６ｄ、１６、および３６）、電極層（例えば、正の層４ａ−ｄおよび１４、ならびに負の層８ａ−８ｄおよび３８）、電解質層（例えば、層１０ａ−１０ｅ）、およびガスケット（例えば、ガスケット６０ａ−６０ｅ）のそれぞれの厚さおよび材料は、電池セグメントによるだけでなく、電池セグメント内でも、互いと異なり得る。積層レベルだけでなく、個別電池レベルでも、この形状および化学的性質の変動は、多量の異なる有益性および性能特性を伴うバッテリを生成することができる。

例えば、特定の電極ユニットの特定の基板の特定の側面は、正の活性材料電極層を形成するために、その異なる部分に沿って、種々の活性材料で被覆され得る。例えば、図４Ａおよび４Ｂに示されるように、ＢＰＵ２ａの基板６ａの一側面は、正の活性材料電極層４ａを形成するために、最外部分４ａ’、中央部分４ａ’’、および最内部分４ａ’’’を含み得る。部分４ａ’−４ａ’’’のそれぞれ１つは、例えば、異なる活性材料によって被覆され得、異なる厚さ（例えば、厚さ４ａｔ’、４ａｔ’’、および４ａｔ’’’）であり得、および／または異なる高さ（例えば、高さ４ａｈ’、４ａｈ’’、および４ａｈ’’’）であり得る。

種々の動作パラメータに関して最適な性能を提供するバッテリシステムの必要性が存在する時には、それぞれ独自の強さおよび弱さを有する、２つの独立したバッテリの使用を同時に動作および制御することが有益であり得る。例えば、電気自動車（ＥＶ）およびハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の場合、長距離移動のために特に適正なエネルギー貯蔵能力を提供するだけでなく、一般道で安全に加速および減速するために特に適正な充電および放電率も提供する、バッテリシステムの必要性がある。そのロバストなエネルギー貯蔵能力で知られている、亜鉛マンガンバッテリは、例えば、任意の電気自動車のための適正なバッテリシステムを提供するように、その高い充電／放電率能力で知られている、ニッケル水素バッテリと連携して制御され得る。本発明のある実施形態によれば、例えば、電池セグメント２２ｂおよび図５−５Ｃに関してこれから記載されるように、エネルギー貯蔵、長期保存のための自己放電の調節、および高充電／放電率等の、複数の機能についてそのバッテリを最適化するために、種々の化学的性質および形状が、バッテリの特定の電池セグメント内で使用され得る。

図示されるように、ＢＰＵ２ａの基板６ａの一側面は、負の活性材料電極層８ａを形成するために、最外部分８ａ’および最内部分８ａ’’を含み得る。例えば、最外部分８ａ’は、負の最外材料で作られてもよく、最外厚さ（例えば、最外厚さ８ａｔ’）を有し得、最外高さ（例えば、最外高さ８ａｈ’）を有し得る一方で、最内部分８ａ’’は、負の最内材料で作られてもよく、最内厚さ（例えば、最内厚さ８ａｔ’’）を有し得、最内高さ（例えば、最内高さ８ａｈ’’）を有し得る。例えば、最外部分８ａ’の形状（例えば、高さ８ａｈ’および厚さ８ａｔ’）は、負の電極層８ａの負の活性材料の８０％を構成し得る一方で、最内部分８ａ’’の形状（例えば、高さ８ａｈ’’および厚さ８ａｔ’’）は、負の電極層８ａの負の活性材料の２０％を構成し得る。

同様に、ＢＰＵ２ｂの基板６ｂの一側面は、正の活性材料電極層４ｂを形成するために、最外部分４ｂ’および最内部分４ｂ’’を含み得る。例えば、最外部分４ｂ’は、正の最外材料で作られてもよく、最外厚さ（例えば、最外厚さ４ｂｔ’）を有し得、最外高さ（例えば、最外高さ４ｂｈ’）を有し得る一方で、最内部分４ｂ’’は、正の最内材料で作られてもよく、最内厚さ（例えば、最内厚さ４ｂｔ’’）を有し得、最内高さ（例えば、最内高さ４ｂｈ’’）を有し得る。例えば、最外部分４ｂ’の形状（例えば、高さ４ｂｈ’および厚さ４ｂｔ’）は、正の電極層４ｂの負の活性材料の８０％を構成し得る一方で、最内部分４ｂ’’の形状（例えば、高さ４ｂｈ’’および厚さ４ｂｔ’’）の形状は、正の電極層４ｂの負の活性材料の２０％を構成し得る。

さらに、電極２ａおよび電極２ｂは、種々の形状によって、およびその種々の部分に沿った種々の分離帯材料によって、分離され得る。例えば、最外部分８ａ’および最外部分４ｂ’は、それらの形状（例えば、高さ８ａｈ’および高さ４ｂｈ’）のため、最外距離ｏｄによって分離され得るが、最内部分８ａ’’および最内部分４ｂ’’は、例えば、いったんバッテリが積層され、密封され、包装材４０によって保持されると、最内距離ｉｄによって分離されるのみであり得る。

分離帯９ｂの２つの分離帯部分（例えば、最外分離帯部分９ｂ’および最内分離帯部分９ｂ’’）が、電池セグメント２２ｂの電解質層１０ｂに提供され得る。これらの最外および最内分離帯部分は、異なる高さ（例えば、最外分離帯高さ９ｂｈ’および最内分離帯高さ９ｂｈ’’）を有し得る。これらの高さは、本発明の異なる実施形態によれば、それぞれ、最外電極部分８ａ’および４ｂ’（例えば、最外距離ｏｄ）、ならびに最内電極部分８ａ’’および４ｂ’’（例えば、最内距離ｉｄ）の間の異なる距離に対応してもしなくてもよい。例えば、ある実施形態では、電極層のある部分の間の距離は、電極層のある他の部分の間の距離より大きくてもよい。例えば、最外電極部分８ａ’および４ｂ’の間の最外距離ｏｄは、約５ミリメートルであり得る一方で、最内電極部分８ａ’’および４ｂ’’の間の最内距離ｉｄは、約１ミリメートルであり得る。

さらに、それら自体が異なる化学的性質を有し得る、その各電極部分（例えば、最外部分８ａ’／４ｂ’および最内部分８ａ’’／４ｂ’’）上に生成することができる、特定のデンドライトを制御するように、各分離帯部分が設計され得るように、最外および最内分離帯部分９ｂ’および９ｂ’’のそれぞれ１つは、異なる分離帯材料で作られ得る。電池の種々の部分のそれぞれの活性材料は、異なる密度を有し得る。電池の種々の分離帯部分のそれぞれは、異なる材料で作られてもよく、および／または、それぞれ、例えば、独自の独特な表面処理、多孔率、引張特性、および／または圧縮特性が提供され得る。また、ある実施形態では、電池セグメントは、例えば、分離帯上で異なる刺激剤（ｗｈｅｔｔｉｎｇ ａｇｅｎｔ）または処理を使用することによって、電解質の分散および集中を区別することができる。したがって、それを通るより良好なイオン移動のために（例えば、より良好な電力または熱移動、またはより良好な電気化学効率、または電池内のより良好な気体再結合のために）、１つ以上の集中域が分離帯（例えば、部分９ｂ’または９ｂ’’）のある部分に生成され得る。同様に、例えば、電力の平衡、エネルギー密度、および／または電池のサイクル寿命を達成するために、複数の化学電池セグメントの基板に種々の活性材料電極部分のそれぞれを塗布するために、例えば、ＣＭＣ、Ｃｒａｙｔｏｎ、金属発泡体、ＰＴＦＥ、およびＰＶＯＨ等の種々のバインダーシステムが使用され得る。

電気自動車の分野に関して上記のように、特に適正なエネルギー貯蔵能力ならびに特に適正な充電および放電率を提供することができる、バッテリの必要性がある時に、例えば、負の活性材料電極層８ａおよび正の活性材料電極層４ｂのそれぞれの形状および化学的性質は、電池セグメント２２ｂ内で変動され得る。例えば、その形状のそれぞれが、その各電極層の活性材料の８０％を構成し得る、最外部分４ｂ’および最外部分８ａ’は、亜鉛マンガン（ＺｎＭｎ）で実質的に作られてもよく、主にエネルギー貯蔵を対象とする、電池２２ｂの第１の構成要素として機能し得る。一方で、その形状のそれぞれが、その各電極層の活性材料の２０％を構成し得る、最内部分４ｂ’’および最内部分８ａ’’は、例えば、ニッケル水素（ＮｉＭＨ）で実質的に作られてもよく、主に急速充電／放電率を対象とする、電池２２ｂの第２の構成要素として機能し得る。

これらの複合化学的性質の挙動により、これらは、単一電池セグメント中で互いを補完し得る。例えば、電池のＮｉＭＨ部分は、パルス放電下でＺｎＭｎ部分の過放電を制限し得、したがって、ＺｎＭｎ部分がデンドライトを形成する低電圧に駆動されなくてもよいため、ＺｎＭｎ部分のサイクル寿命を延長し得る。同様に、電池のＺｎＭｎ部分は、保存期間を延長し得、ＮｉＭｈ部分を高荷電状態で保持することによって、電池のＮｉＭｈ部分の自己放電を低減し得る。これは、ＮｉＭＨ電池が自己放電する自然な傾向により、ＭＨ電極が低荷電状態で腐食し、ＮｉＭｈの寿命を短縮することとは対照的である。したがって、電池セグメント内で提供される、２つ以上の異なる化学的性質は、種々の化学的性質の機能の間で、コントローラの役割を果たすことができる。

別の実施例として、同じ電池における複数の電気化学的性質の組み合わせは、加熱および冷却の種々の電気化学的特性を活用して、電池温度を調節し得る。一実施形態では、例えば、電池セグメントの活性材料の第１の部分は、ニッケルカドミウム（ＮｉＣａｄ）で作られ、第２の部分は、亜鉛マンガンで作られ得る。そのような電池の放電時に、ＮｉＣａｄ部分は、発熱性であり得、低温状態の電池の他の部分（例えば、ＺｎＭｎ部分）を暖め得る。再充電時に、電池のＮｉＣａｄ部分は、吸熱性であり得、熱を吸収することによって他の電池部分を冷却し得る。したがって、ＮｉＣａｄ化学性質部分は、放電の終了時に典型的には熱い、電池の他の１つまたは複数の化学性質部分を冷却するのに役立ち、それにより、再充電率を増加させ、熱応力を低減することによって電池のサイクル寿命を延長する。１つまたは複数の冷却化学的性質部分を、より熱を除去し易い電池の縁に配置することとは対照的に、１つまたは複数の冷却化学的性質（例えばＮｉＣａｄ）が、電池の中心に、または冷却を必要とする電池の他の化学的性質の少なくとも内側にあり得るように、電池の種々の化学的性質は、位置付けられ得る。

加えて、上記のような（例えば、図４−５Ｃ参照）、特定の電池セグメント内での基板、電極層、電解質層、またはガスケットの様々な材料および形状の変動のほかに、基板、電極層、電解質層、およびガスケットの材料および形状は、電池セグメントによって、積層の高さに沿って変動することができる。例えば、図３をさらに参照すると、バッテリ５０の電解質層１０のそれぞれで使用される電解質１１は、その各電池セグメント２２が電池セグメントの積層の中央にどれだけ近いかに基づいて変動し得る。例えば、最内電池セグメント２２ｃ（すなわち、バッテリ５０の５つのセグメント２２の中央電池セグメント）が、第１の電解質で形成される電解質層（すなわち、電解質層１０ｃ）を含み得る一方で、中央電池セグメント２２ｂおよび２２ｄ（すなわち、バッテリ５０の末端電池セグメントに隣接する電池セグメント）は、それぞれ第２の電解質で形成される電解質層（すなわち、それぞれ電解質層１０ｂおよび１０ｄ）を含んでもよく、一方で、最外電池セグメント２２ａおよび２２ｅ（すなわち、バッテリ５０の最外電池セグメント）は、それぞれ第３の電解質で形成される電解質層（すなわち、それぞれ電解質層１０ａおよび１０ｅ）を含み得る。内部積層においてより高い伝導度の電解質を使用することによって、生成される熱がより少なくなり得るように、抵抗は、より低くなり得る。このことは、外部冷却方法による代わりに、設計によって、バッテリに熱制御を提供し得る。

別の実施例として、バッテリ５０の電池セグメントのそれぞれで電極層として使用される活性材料もまた、その各電池セグメント２２が電池セグメントの積層の中央にどれだけ近いかに基づいて変動し得る。例えば、最内電池セグメント２２ｃが、第１の温度および／または速度性能を有する第１の種類の活性材料で形成される、電極層（すなわち、層８ｂおよび４ｃ）を含み得る一方で、中央電池セグメント２２ｂおよび２２ｄは、第２の温度および／または速度性能を有する第２の種類の活性材料で形成される、電極層（すなわち、層８ａ／４ｂおよび層８ｃ／４ｄ）を含んでもよく、一方で、最外電池セグメント２２ａおよび２２ｅは、第３の温度および／または速度性能を有する第３の種類の活性材料で形成される、電極層（すなわち、層３８／４ａおよび層８ｄ／１４）を含み得る。一例として、バッテリ積層は、より良好に熱を帯びることができる、ニッケルカドミウムの電極で最内電池セグメントを構築することによって、熱的に管理され得る一方で、最外電池セグメントには、例えば、より低温である必要があり得る、ニッケル水素の電極が提供され得る。代替として、バッテリの化学的性質または形状は、非対称であり得、その場合、積層の一端における電池セグメントは、第１の活性材料および第１の高さで作ることができる一方で、積層の他方の端における電池セグメントは、第２の活性材料および第２の高さで作ることができる。

さらに、バッテリ５０の電池セグメントのそれぞれの形状もまた、電池セグメントの積層に沿って変動し得る。特定の電池セグメント内の活性材料の間の様々な距離（例えば、図５の距離ｉｄおよびｏｄを参照）のほかに、ある電池セグメント２２は、これらのセグメントの活性材料の間に第１の距離（例えば、図５の距離ｉｄおよびｏｄを参照）を有し得る一方で、他の電池セグメントは、これらのセグメントの活性材料の間に第２の距離を有し得る。いずれにしても、活性材料電極層の間により小さい距離を有する、電池セグメントまたはそれらの部分は、例えば、より高い電力を有し得る一方で、活性材料電極層の間により大きい距離を有する、電池セグメントまたはそれらの部分は、例えば、デンドライト成長のためのさらなる余地、より長いサイクル寿命、および／またはさらに多くの電解質貯蔵量を有し得る。活性材料電極層の間により大きい距離を伴う、これらの部分は、バッテリの電荷受容性を調節し、例えば、活性材料電極層の間により小さい距離を伴う部分が最初に帯電できることを確実にし得る。

ある実施形態では、第１および第２の化学的性質が、共通電解質を共有する特定の電池セグメント中で結合され、平衡を保たれるものであると、第１の化学性質の電圧範囲は、第２の化学性質の電圧範囲内で電気的に動作することができる。例えば、ＮｉＭＨは、約１．５０ＶＤＣ〜約０．８０ＶＤＣの間の電圧範囲を有し得る一方で、ＺｎＭｎは、約１．７５ＶＤＣ〜約０．６０ＶＤＣの間の電圧範囲を有し得る。したがって、単一電池内の複数の電気化学的性質は、容量を一致させることによって平衡を保たれ得る。混合化学的性質はまた、例えば、電池平衡が単一バッテリ化学パック内で一般的に行われる方法と同様に、制御電子機器で電気化学的平衡を行うことによって、電子的に一致させられ得る。２つ以上の電気化学的性質の間の電圧差は、例えば、それらの放電および再充電プロファイル全体にわたって、連続的に、またはパルスによって、調整され得る。

しかしながら、電池によって異なる設計が使用される時には、抵抗は、電池の間で異なり得、電圧平衡もまた、必要とされ得る。異なる設計の種々の電池の平衡を保つ時に、ある数の単一の電池を並列に配置することによって、外部容量平衡が行われ得る一方で、ある数の単一の電池を直列に配置することによって、外部電圧平衡が行われ得る。例えば、混合電気化学バッテリパックを形成するように、任意の種類のバッテリ電池が、異なる電気化学性質の任意の他の種類のバッテリ電池と結合され得る。例えば、図３４Ａおよび３４Ｂに図示されるように、第１の電気化学性質の多数の第１のバッテリ電池８５０は、混合電気化学バッテリパックを形成するように、第２の電気化学性質の多数の第２のバッテリ電池９５０と、種々の方法で連係され得る。バッテリ電池８５０および９５０はそれぞれ、角柱バッテリ電池、巻型バッテリ電池、ＭＰＵバッテリ電池、またはＢＰＵバッテリ電池を含むが、それらに限定されない、種々の種類のバッテリ電池のうちのいずれかであり得る。例えば、図３４Ａでは、バッテリパック９００は、リンク８７５を介して、３個の１．２Ｖ ＮｉＭＨ単３（ｄｏｕｂｌｅ−Ａ）バッテリ電池８５０を２個の１．５Ｖ ＺｎＭｎ単３バッテリ電池９５０と直列に外部連係することによって、形成され、平衡を保たれ得る。一方で、例えば、図３４Ｂでは、バッテリパック９００’は、リンク８７５を介して、３個の１．２Ｖ ＮｉＭＨ単３バッテリ電池８５０を２個の１．５Ｖ ＺｎＭｎ単３バッテリ電池９５０と並列に外部連係することによって、形成され、平衡を保たれ得る。

複数の電気化学的性質をバッテリに結合することの多くの利点のうちの１つは、単一の電池内の複数の化学的性質に関する上記のように（例えば、図１−９参照）、または他の複数の単一化学性質電池に連係される複数の単一化学性質電池に関する上記のように（例えば、図３４Ａおよび３４Ｂ参照）、バッテリの形成または充電ステップが省略され得ることである。例えば、活性材料電極の第１の部分がＺｎＭｎであり得、別の部分がＮｉＭＨであり得る、図５−５Ｃの電池セグメント２２ｂに関して、その自然な状態でのＺｎＭｎ部分は、電池セグメントの基板上に提供されるときに、すでに充電されている一方で、ＮｉＭＨ部分は、いったん基板上に提供されると、形成または充電される必要があり得る。そのような電池の混合化学的性質のため、電池セグメントのＺｎＭｎ部分は、自然な充電器の役割を果たし得、従来の充電ステップを必要とすることなく、標準的な充電／放電使用の準備ができた状態となり得るように、その電池のＮｉＭＨ部分を形成し得る。したがって、電池内またはバッテリ中の異なる電池の間のいずれかで、ある電気化学的性質を他の電気的化学的性質とともに提供および混合することによって、バッテリを製造するステップの従来の複雑な電池形成／充電ステップが省略され得るように、複数の電気化学的性質のうちの１つ以上は、バッテリ中の他の電気化学的性質のうちの１つ以上を自然に充電することが可能であり得る。

上記のように、本発明の双極バッテリを生産する方法は、ＭＰＵを提供するステップと、反対の極性の別のＭＰＵを伴う積層を最終的に完成させる前に、その間に電解質層およびガスケットを伴って、その上に１つ以上のＢＰＵを積層するステップとを、概して含み得る。例えば、本発明による積層双極バッテリ１０５０を生産する方法を、図１０−２０に関して記載する。例えば、図１０および１１に関して、負のＭＰＵ１０３２には、最初に、不透過性導電基板１０３６、およびその上に被覆される負の活性材料電極層１０３８が提供され得る。基板１０３６には、負の層１０３８の少なくとも周囲で、溝形状部分１０７１が提供され得る。

次に、ガスケット１０６０を、電極層１０３８の周囲で基板１０３６上に積層することができる（例えば、図１２および１３参照）。溝形状部分１０６１が、溝形状部分１０６１および１０７１が整列して、ガスケットと基板との間に溝付き接触表面域または溝１０７０を生成し得るように、基板１０３６に接触するガスケット１０６０の側面に面取りされ得る。これらの相互溝形状部分は、その上に積層される際にＭＰＵに対するガスケットの自己整列を補助し得、それにより、この生産ステップを単純化する。ガスケットおよびＭＰＵの表面における、これらの相互溝形状部分はまた、ともに嵌合して、２つの表面の間のある種類の相対運動を制限し得る。例えば、溝形状部分１０６１および１０７１の嵌合相互作用、したがって、得られる溝付き接触表面域または溝１０７０は、ガスケット１０６０およびＭＰＵ１０３２が、垂直積層の方向と実質的に垂直な方向に、互いに対して移動することを制限し得る（すなわち、溝１０７０は、ガスケット１０６０およびＭＰＵ１０３２が、垂直に積層された時に、互いからずれて水平に移動することを防止し得る）。

いったんガスケット１０６０がＭＰＵ１０３２の上部に積層されると、実質的に流体密封のカップ状レセプタクル（例えば、空間１０８０を参照）が、ガスケット１０６０の内部側壁およびその間のＭＰＵ１０３２の部分によって、画定され得る。ガスケットの内部側壁およびその間の電極ユニットの部分との間に形成される角度（例えば、図１３のガスケット１０６０の内部側壁およびその間のＭＰＵ１０３２の部分との間の角度１０７８）は、直角、鈍角、または鋭角を含む、任意の好適な角度であり得る。

次に、空間１０８０内で電解質層１０１０を画定するように、分離帯１００９および電解質１０１１が、負の電極層１０３８の上部でガスケット１０６０の内壁の内側に堆積され得る（例えば、図１４および１５参照）。使用される電解質がかなり粘性である時に、ガスケットとＭＰＵとの間に生成されるシールは、漏出の機会なしで、電解質が空間１０８０に容易に注入されることを可能にし得る。積層への挿入時に、電解質が粘性ではない場合（例えば、電解質が分離帯内で凍結される実施形態では）、電解質層は、ガスケットがその上に嵌入される前にＭＰＵ上に積層され得ることを理解されたい。

いったん電解質層１０１０の分離帯１００９および電解質１０１１が、ガスケット１０６０およびＭＰＵ１０３２によって画定される空間１０８０内に堆積されると、第１のＢＰＵ１１０２が、その上に積層され得る（図１６および１７参照）。図１６に示されるように、ＢＰＵ１１０２は、正の電極層１１０４、およびその反対側で被覆される負の電極層１１０８を有する、不透過性導電基板１１０６を含むことができる。基板１１０６には、ＢＰＵ１１０２の正の電極層１１０４および／または電極層１１０８の部分的に周囲で、その側面のうちの一方に溝形状部分１１７１を提供することができる。ガスケット１０６０の上部に提供される溝形状部分１１６１、および基板１１０６の溝形状部分１１７１が、整列して、ガスケットと基板との間に溝付き接触表面域または溝１１７０を生成し得るように、ＢＰＵ１１０２が、ＢＰＵ１１０２の正の電極層１１０４を、ＭＰＵ１０３２の負の電極層１０３８に向かって下向きにして、ガスケット１０６０上に積層され得る。これらの相互溝形状部分は、ＢＰＵがガスケット上に積層されるにつれて、ガスケット、したがってＭＰＵに対するＢＰＵの自己整列を補助し得、それにより、この生産ステップを単純化する。いったんＢＰＵ１１０２がガスケット１０６０、したがってＭＰＵ１０３２の上部に積層されると、第１の電池セグメント１０２２が存在し得る。さらに、それにより、実質的に流体密封のシールが、電解質層１０１０（したがって、電解質１０１１）の周囲で基板１１０６、基板１０３６、およびガスケット１０６０によって画定され得る。

ガスケット１０６０の上部の溝形状部分１１６１（したがって、基板１１０６の底部の溝形状部分１１７１）は、ガスケット１０６０の底部の溝形状部分１０６１と同じサイズ、形状、および形態であり得る（例えば、水平断面および縦断面の両方で）一方で、ガスケットの上部および底部の溝形状部分は、例えば、図１６に示されるように、互いに異なり得ることを留意されたい。同様に、電極ユニットの各基板の上部および底部に提供される溝形状部分は、互いに対して異なり得る（例えば、図１６のＢＰＵ１１０２の溝形状部分１１７１および１２７１を参照）。

図１０−１７に関して上記のように、ＭＰＵ１０３２の上部にガスケット１０６０、電解質層１０１０、およびＢＰＵ１１０２を積層することによって、いったんこの第１の電池セグメント１０２２が生成されると、所望であれば、同様の様式で、付加的なＢＰＵがその上に積層され得る。いったん所望量のＢＰＵが双極バッテリのために積層されると、第２のＭＰＵをその上に積層することができる。図１８に関して、正のＭＰＵ１０１２は、最上ＢＰＵの上部に積層され得る（この実施形態では、１つのＢＰＵしか提供されていないため、ＢＰＵ１１０２がその最上ＢＰＵである）。しかしながら、ＭＰＵ１０１２がＢＰＵ１１０２上に積層される前に、ガスケット１０６０および電解質層１０１０に関して上記のように、付加的なガスケット（すなわち、底部溝形状部分１２６１および上部溝形状部分１３６１を伴うガスケット１１６０）、および電解質層（すなわち、分離帯１１０９および電解質１１１１を伴う電解質層１１１０）が提供され得る。例えば、溝形状部分１２６１および１２７１は、整列して、ガスケット１１６０と基板１１０６との間に溝付き接触表面域または溝１２７０を生成し得る。これらの相互溝形状部分は、その上に積層される際にＢＰＵ１１０２に対するガスケット１１６０の自己整列を補助し得、それにより、この生産ステップを単純化する。

正のＭＰＵ１０１２には、不透過性導電基板１０１６、およびその上に被覆される正の活性材料電極層１０１４を提供することができる。基板１０１６には、正の層１０１４の少なくとも部分的に周囲で、溝形状部分１３７１を提供することができる。ガスケット１１６０の上部に提供される溝形状部分１３６１、および基板１０１６の溝形状部分１３７１が、整列して、ガスケットと基板との間に溝付き接触表面域または溝１３７０を生成し得るように、ＭＰＵ１０１２の正の電極層１０１４を、ＢＰＵ１１０２の負の電極層１１０８に向かって下向きにして、ＭＰＵ１０１２をガスケット１１６０上に積層することができる。これらの相互溝形状部分は、その上に積層されるにつれて、ガスケット１１６０、したがって、ＢＰＵ１１０２、ガスケット１０６０、および負のＭＰＵ１０３２に対する正のＭＰＵ１０１２の自己整列を補助し得る。この本発明の双極バッテリの自己整列特徴は、この生産ステップを有意に単純化し得る。いったんＭＰＵ１０１２がガスケット１１６０、したがってＢＰＵ１１０２の上部に堅固に積層されると、第２の電池セグメント（すなわち、セグメント１１２２）が存在し得る。さらに、それにより、流体密封のシールが、電解質層１１１０（したがって電解質１１１１）の周囲で基板１０１６、基板１１０６、およびガスケット１１６０によって画定され得る。

正のＭＰＵ、負のＭＰＵ、およびその間の少なくとも１つのＢＰＵを含むように、いったん積層が製造され、それにより、図１０−１８に関する上記のように、電位セグメントの積層を形成すると、例えば、本発明の機能的な積層双極バッテリを形成するために積層の内容物を密封するように、ケースまたは包装材が提供され得る。図１９および２０に示されるような、第１の実施形態では、末端電極層（すなわち、正の電極層１０１４および負の電極層１０３８）が、露出され（例えば、それぞれ導電基板１０１６および１０３６の少なくとも一部分を介して）、積層双極バッテリ１０５０を提供するように、積層の内容物の周囲の包装材によってＣ字形締め付け構成が提供され得るように、包装材１０４０が、電池セグメント（すなわち、電池セグメント１０２２および１１２２）の積層の周囲に提供されることができる。

例えば、矢印Ｐ_Ｄの方向でＭＰＵ１０１２の基板１０１６上へ下向き、ならびに矢印Ｐ_Ｕの方向でＭＰＵ１０３２の基板１０３６上へ上向きの両方で、包装材によって圧力を及ぼすことができる。本発明のある実施形態では、矢印Ｐ_ＵおよびＰ_Ｄのそれぞれの方向で包装材によって及ぼされる圧力は、バッテリの電池セグメントの垂直積層方向に実質的に沿う、または並列となり得る。さらに、包装材によって及ぼされる締め付け圧力は、矢印Ｐ_ＵおよびＰ_Ｄの方向における締め付け圧力が、電池セグメントの負および正の活性材料電極層を互いに向かって強制的に押し進めること（それは、バッテリを潜在的に短絡し得る）がないように、活性材料のいずれかと一直線であるよりもむしろ、積層の電極ユニット（例えば、電極層１０１４、１１０４、１１０８、および１０３８）の活性材料のそれぞれの実質的に周辺または外部であり得る。

さらに、包装材によって及ぼされる締め付け圧力は、例えば、積層中のガスケットのうちの少なくとも１つの少なくとも一部分と実質的に一直線であり得る（例えば、図１９に示されるように）。この圧力は、各電解質層の周囲で実質的に流体密封の障壁を生成するために、各ガスケットとそれに隣接する電極ユニットとの間の密封関係を維持することができる。本発明のある実施形態にしたがって上記のように、ガスケットおよびそれらの各隣接する電極ユニットに形成される溝形状部分の嵌合が、実質的に流体密封のシールを生成するように矢印Ｐ_ＵおよびＰ_Ｄのそれぞれの方向で及ぼされる必要のある締め付け圧力の量を減少できることに留意されたい。そのような溝形状部分がないと、ガスケットと隣接する電極ユニットとの間の密封部分は、平坦となり、例えば、内部電池圧力による滑り（例えば、水平に、または垂直積層の方向と垂直に）の影響を受け易くなり、それにより、任意の滑り傾向を無効にするために増加した締め付け圧力を必要とする。

別の実施形態では、図２１および２２に示されるように、シール包装、収縮包装、シールテープ、または任意の他の好適な変形可能材料で作られ得る、包装材１０４０’を、電池セグメント（すなわち、電池セグメント１０２２および１１２２）の積層の周囲に提供することができる。包装材１０４０’は、末端電極層（すなわち、正の電極層１０１４および負の電極層１０３８）は、露出され得（例えば、それぞれ導電基板１０１６および１０３６の少なくとも一部分を介して）、かつ、積層双極バッテリ１０５０’を提供するように、積層の内容物を包装材で包装することによって単独の外縁締め付け構成が提供され得るように、積層の周囲に提供され得る。

電池セグメントの積層は、包装材１０４０’によって包装されると、その断面積が形状は同様であるが、包装された積層よりも多少大きくてもよい、コンテナ１０６０’の内側に配置することができる。いったん包装された積層がコンテナ１０６０’の内側に配置されると、例えば、空気、水、または発泡体等の、圧力下にあると拡張することができる任意の好適な流体１０７０’が、包装材１０４０’の周囲のコンテナ１０６０’の中へ充填され得る。次いで、コンテナは、密封され得、その封鎖流体１０７０’は、電池セグメントの積層の周囲で包装材１０４０’を引き締めるために、拡張して、電池セグメントの積層の垂直方向と実質的に垂直であり得る、矢印Ｐ_Ｓの方向に、包装材１０４０’の表面域の周囲で内側に向けて圧力を提供することができるように、加圧され得る。

この圧力は、後にコンテナ１０６０’から実質的に除去され得る、バッテリ１０５０’の各電解質層の周囲で実質的に流体密封の障壁を生成するために、各ガスケットとそれに隣接する電極ユニットとの間の密封関係を維持することができる。本発明のある実施形態にしたがって上記のように、ガスケットおよびそれらの各隣接する電極ユニットに形成される溝形状部分の嵌合が、実質的に流体密封のシールを生成するために矢印Ｐ_Ｓの方向に及ぼされる必要のある、横の圧力の量を減少できることに留意されたい。横の圧力は、矢印Ｐ_Ｓの方向で、各第２の溝形状部分の少なくとも一部分に対して第１の溝形状部分の少なくとも一部分を強制的に押し進め、これらの溝形状部分の間に生成される、溝付き接触表面域または溝（例えば、溝１０７０、１１７０、１２７０、または１３７０）におけるシールの緊密性をさらに増加させ得る。

例えば、ガスケットが矢印Ｐ_Ｓの方向に横の圧力によって、横方向または水平に押されると（例えば、包装材または電池の内部の圧力のいずれかによって）、ガスケットの溝形状部分の形状は、ガスケットの上部の電極ユニットの相互溝形状部分の形状と相互作用し、横の圧力の少なくとも一部を垂直方向の圧力に転換し得、それにより、ガスケットを電極ユニット内へ強制的に押し進め、それにより、より大きな表面域にわたって横の圧力を消散させる。他の実施形態では、積層の最上部および底部上に締め付け圧力を提供するように（例えば、図１９および２０の矢印Ｐ_ＵおよびＰ_Ｄの方向で）、ならびに、積層の側面上に横からの力を提供するように（例えば、図２１および２２の矢印Ｐ_Ｓの方向で）、積層の周囲に包装材が提供され得る。

電解質が非常に粘性である、非常に薄い、または分離帯内で凍結されるかどうかにかかわらず、特定の電池内に堆積され得る電解質の量は、ガスケットの高さ、およびその間の１つまたは複数の電極ユニットの寸法によって画定される空間によって、制限され得る。例えば、図１２−１６に関して上記のように、例えば、負の電極層１０３８の上部のガスケット１０６０の内壁の内側に堆積させることができる電解質１０１１の量は、空間１０８０、したがって、ガスケット１０６０の高さによって制限され得ることを留意することができる。電解質の一部が電池セグメントの電極ユニットの活性材料（例えば、活性材料電極層１０３８および１１０４）によって吸収されると、電極層の間の空間中で分離帯とともに存在する電解質が少なくなり得る。電解質が充電されてバッテリが形成されると、各電池セグメントが電解質で実質的に充填され得るように、その製造中にバッテリの電池セグメント内に堆積され得る電解質の量を増やすことが望ましいことがある。

例えば、その形成中に、より多量の電解質が電池セグメント内に堆積され得るように、図１０−２０のバッテリ１０５０と同様なバッテリを生産する方法の別の実施形態を、ここで図２３−２６に関して記載する。例えば、図２３に示されるように、負のＭＰＵ２０３２には、最初に、不透過性導電基板２０３６、およびその上に被覆される負の活性材料電極層２０３８が提供され得る。基板２０３６には、負の層２０３８の少なくとも周囲で、溝形状部分２０７１が提供され得る。実質的に非圧縮性のガスケット２０６０は、電極層２０３８の周囲で基板２０３６上に積層されることができる。溝形状部分２０６１は、溝形状部分２０６１および２０７１が整列して、ガスケットと基板との間に溝付き接触表面域または溝２０７０を生成し得るように、ガスケット２０６０の、基板２０３６に接触する側面に面取りされ得る。これらの相互溝形状部分は、その上に積層される際にＭＰＵに対するガスケットの自己整列を補助し得、それにより、この生産ステップを単純化する。ガスケットおよびＭＰＵの表面における、これらの相互溝形状部分はまた、ともに嵌合して、２つの表面の間のある種類の相対運動を制限し得る。

加えて、高さＨを有する実質的に非圧縮性のガスケット２０６０とともに、高さＨ’を有する圧縮性ガスケット２０６０’もまた、ガスケット２０６０の内部または外部のいずれかで、電極層２０３８の周囲で基板２０３６上に積層することができる。いったん圧縮性ガスケット２０６０’がＭＰＵ２０３２の上部に積層されると、実質的に流体密封のカップ状レセプタクル（例えば、空間２０８０’を参照）が、圧縮性ガスケット２０６０’の内部側壁とその間のＭＰＵ２０３２の部分とによって画定され得る。電極ユニット２０３２の溝形状部分２０７１およびガスケット２０６０の溝形状部分２０６１と同様な、溝形状部分が、溝形状部分は、整列して、圧縮性ガスケット２０６０’と基板２０３６との間に溝付き接触表面域または溝２０７０’を生成し得るように、基板２０３６および圧縮性ガスケット２０６０’に面取りされ得る。これらの相互溝形状部分は、その上に積層される際にＭＰＵ２０３２に対する圧縮性ガスケット２０６０’の自己整列を補助し得る。

次に、空間２０８０’内で電解質層２０１０を画定するように、分離帯２００９および電解質２０１１が、負の電極層２０３８の上部でガスケット２０６０’の内壁の内側に堆積され得る。使用される電解質がかなり粘性であるときには、ガスケットとＭＰＵとの間に生成されるシールは、漏出の機会なしで、電解質が空間２０８０に容易に注入されることを可能にし得る。積層への挿入時に、電解質が粘性ではない場合（例えば、電解質が分離帯内で凍結される実施形態で）、電解質層は、ガスケットがその上に嵌入される前にＭＰＵ上に積層され得ることを理解されたい。

圧縮性ガスケット２０６０’は、例えば、図２３の元の非圧縮構成で、高さＨ’を有し得る。圧縮性ガスケット２０６０’およびＭＰＵ２０３２によって画定される空間２０８０’（例えば、図２３を参照）が、非圧縮性ガスケット２０６０およびＭＰＵ２０３２によって画定される空間２０８０（例えば、図２５を参照）よりも大きいものであり得るように、圧縮性ガスケット２０６０’のこの非圧縮高さＨ’は、非圧縮性ガスケット２０６０の高さＨよりも大きなものであり得る。空間２０８０よりも大きい電解質のための空間２０８０’を提供することによって、圧縮性ガスケット２０６０’は、その製造中に、増加した量の電解質２０１１が電池セグメント（例えば、図２４の電池セグメント２０２２）内に堆積されることを可能にし得る。

電解質層２０１０の分離帯２００９および電解質２０１１が、圧縮性ガスケット２０６０’およびＭＰＵ２０３２によって画定される空間２０８０’内に堆積されると、第１のＢＰＵ２１０２が、その上に積層され得る（図２４参照）。例えば、図２４に示されるように、ＢＰＵ２１０２は、正の電極層２１０４、およびその反対側で被覆される負の電極層２１０８を有する、不透過性導電基板２１０６を含むことができる。ＢＰＵ２１０２の正の電極層２１０４を、ＭＰＵ２０３２の負の電極層２０３８に向かって下向きにして、ＢＰＵ２１０２を圧縮性ガスケット２０６０’上に積層することができる。相互溝形状部分が、溝形状部分が整列して、圧縮性ガスケット２０６０’と基板２１０６との間に溝付き接触表面域または溝２１７０’を生成し得るように、基板２１０６および圧縮性ガスケット２０６０’に形成され得る。これらの相互溝形状部分は、ＢＰＵがガスケット上に積層されるにつれて、圧縮性ガスケット２０６０’、したがってＭＰＵ２０３２に対するＢＰＵ２１０２の自己整列を補助し得、それにより、この生産ステップを単純化する。

ＢＰＵ２１０２が圧縮性ガスケット２０６０’、したがって、ＭＰＵ２０３２の上部に積層されると、第１の電池セグメント２０２２が存在し得る。さらに、それにより、実質的に流体密封のシールが、電解質層２０１０（したがって、電解質２０１１）の周囲で基板２１０６、基板２０３６、およびガスケット２０６０’によって画定され得る。電極層２０３８および２１０４の活性材料、ならびに電池セグメント２０２２の分離帯２００９は、電解質２０１１を吸上または吸収することが可能であり得、電池セグメントは、充電され得る。しかしながら、上記のように、ある実施形態では、電池セグメントは、充電される必要がなくてもよい（例えば、電池セグメントのＺｎＭｎ部分は、電池セグメントのＮｉＭＨ部分に対する自然の充電器の役割を果たし得る）。

電極層および分離帯が任意の電解質を吸収し、電池セグメント２０２２が充電されると、当然に、または別の方法で、電池セグメントの積層を完成するように付加的な電池セグメントが形成され得、次いで、バッテリ１０５０に関して上記のように、本発明の機能的な積層双極バッテリを形成するために積層の内容物を密封するように、ケースまたは包装材が提供され得る。例えば、図１９の包装材１０４０と同様な包装材（図示せず）が、矢印Ｐ_ＵおよびＰ_Ｄ（例えば、図２５を参照）の方向に、電池セグメント２０２２を含む電池セグメントの積層の最上部および底部に締め付け圧力を及ぼして、バッテリ２０５０を形成し得る。

圧縮性ガスケット２０６０’が、圧縮性ガスケット２０６０の高さＨと実質的に平等な高さＨ’’を有する圧縮構成まで縮小されるように、矢印Ｐ_ＵおよびＰ_Ｄの方向における包装材またはケースの締め付け圧力が、電池セグメント２０２２の圧縮性ガスケット２０６０’を圧縮し得る。したがって、圧縮性ガスケット２０６０の高さＨは、電池セグメント２０２２の高さ、したがって、電池セグメントの活性材料電極層（すなわち、層２０３８および２１０４）の間の密封距離Ｄを画定し得る。したがって、ガスケット２０６０および２０６０’ならびに電極ユニット２０３２および２１０２による、電池セグメント２０２２内の電解質２０１１の密封は、バッテリ２０５０の最終形態で実質的に非圧縮性であり得る。

例えば、図２５に示されるように、基板２１０６にはまた、その側面のうちの一方で、ＢＰＵ２１０２の正の電極層２１０４および／または電極層２１０８の少なくとも部分的に周囲に溝形状部分２１７１を提供することができる。矢印Ｐ_ＵおよびＰ_Ｄの方向における包装材の締め付け圧力が圧縮性ガスケット２０６０’を圧縮し得るので、ガスケット２０６０の最上部に提供される溝形状部分２１６１、および基板２１０６の溝形状部分２１７１が整列して、ガスケット２０６０と基板２１０６との間に溝付き接触表面域または溝２１７０を生成し得るように、実質的に非圧縮性ガスケット２０６０に対してＢＰＵ２１０２を強制的に押し進めることができる。これらの相互溝形状部分は、包装材がバッテリ２０５０の電池セグメント２０２２の内容物を圧縮し、密封するにつれて、ガスケット２０６０、したがってＭＰＵ２０３２に対するＢＰＵ２１０２の自己整列を補助し得、それにより、この生産ステップを単純化する。

図２３および２４の元の非圧縮高さＨ’から図２５の圧縮高さＨ’’までの圧縮性ガスケット２０６０’の圧縮は、図２３および２４の非圧縮空間２０８０’の非圧縮サイズから図２５の圧縮空間２０８０の圧縮サイズまで、電池セグメント２０２２内の電解質２０１１のための空間を同様に縮小し得る。したがって、電極ユニット２０３２および２１０２の活性材料および分離帯２００９によって吸収されている電解質２０１１の一部によって空きができて得る、非圧縮空間２０８０’の任意の部分は、非圧縮空間２０８０’の圧縮空間２０８０への縮小によって排除され得るため、圧縮空間２０８０の全ては、電解質２０１１または分離帯２００９で充填され得る。したがって、バッテリが完全に圧縮および密封されたとき、充電された電池セグメントが形成後に電解質で完全に充填され得るように、本発明のバッテリの電池セグメントには、電池セグメントの形成中に増加した量の電解質が提供され得る。

いくつかの実施形態では、圧縮性ガスケット２０６０’は、電解質２０１１を堰き止めるかまたは吸収することができる材料で、少なくとも部分的に作られ得る。いくつかの実施形態では、圧縮性ガスケット２０６０’は、電池セグメントの電極ユニットの一方または両方の活性材料を保護し得る材料で、少なくとも部分的に作られ得る。圧縮性ガスケットは、例えば、経時的にポリマーから電解質内へ浸出して（例えば、電気または熱サイクリングによって）、電池中の正または負の活性材料のいずれかの上に微小被覆を提供し、および／または電池の活性材料の酸化を減速し得る材料（例えば、金属および／または酸化物）を含む、ポリマーで作ることができる。浸出材料は、活性材料よりも低い反応状態で酸化して、例えば、電池が酸化し、その容量を喪失することから保護し得る。浸出材料を伴う、この種類の圧縮性ガスケットは、過充電および過放電等の極端な状態に合わせて調整され得、デンドライト成長を可能にし、したがって、バッテリを短絡させる、経路を遮断するために使用され得る。さらに他の実施形態では、圧縮性ガスケット２０６０’は、基板２０３６の一部分によって形成され、その延長部として基板２０３６と一体であり得、その間には流体通路が全く存在しない。そのような圧縮性ガスケットは、例えば、圧縮性金属によって形成され得る。さらに、基板には、それと一体であるそのような延長部が提供され得るが、それらは圧縮性ではない。その代わり、そのような基板延長部は、基板の延長部が、ガスケットが提供される前に堆積される電解質のために、本質的に密封された空間を生成し得るように、電池セグメントのガスケットと等しいか、またはより短いものであり得る。

代替的実施形態では、バッテリ２０５０の電池セグメント２０２２に関して上記のように、圧縮性ガスケットおよび非圧縮性ガスケットを並んで提供することとは対照的に、電池の形成中に電解質で過剰充填され得る電池セグメントを製造するために、少なくとも１つの圧縮性部分を有する１つのガスケットが提供され得る。図２６および２７に示されるように、例えば、電池セグメント３０２２に電解質３０１１を密封するために、ガスケット３０６０が、ＢＰＵ３１０２とＭＰＵ３０３２との間に提供され得る。ガスケット３０６０は、元の非圧縮高さＨ’を有する圧縮性ガスケット部分３０６０’’、および高さＨを有する実質的に非圧縮性のガスケット部分３０６０’’を含み得る。

電解質３０１１が電池セグメント３０２２の非圧縮空間３０８０’に堆積された後、圧縮性ガスケット部分３０６０’が、高さＨ’よりも小さい高さＨ’’を有する圧縮構成まで縮小されるように、矢印Ｐ_ＵおよびＰ_Ｄの方向における包装材またはケース（図示せず）の締め付け圧力が、電池セグメント３０２２の圧縮性ガスケット３０６０’を圧縮し得る。したがって、圧縮高さＨ’’とともに、圧縮性ガスケット部分３０６０’’の高さＨは、電池セグメント３０２２の高さＨ’’’、したがって電池セグメントの活性材料電極層（すなわち、層３０３８および３１０４）の間の密封距離Ｄを画定し得る。したがって、ガスケット３０６０のガスケット部分３０６０’および３０６０’’ならびに電極ユニット３０３２および３１０２による、電池セグメント３０２２内の電解質３０１１の密封は、バッテリ３０５０の最終形態で実質的に非圧縮性であり得る。

図２６の元の非圧縮高さＨ’から図２７の圧縮高さＨ’’までの圧縮性ガスケット部分３０６０’の圧縮は、図２６の非圧縮空間３０８０’の非圧縮サイズから図２７の圧縮空間３０８０の圧縮サイズまで、電池セグメント３０２２内の電解質３０１１のための空間を同様に縮小し得る。したがって、電極ユニット３０３２および３１０２の活性材料によって吸収されている電解質３０１１の一部によって空きができ得る、非圧縮空間３０８０’の任意の部分は、非圧縮空間３０８０’の圧縮空間３０８０への縮小によって排除され得るため、圧縮空間３０８０の全ては、電解質３０１１または分離帯３００９で充填され得る。

ガスケット３０６０は、例えば、図２６および２７に示されるように、１つ以上の別個の圧縮性および非圧縮性部分を含み得る。代替として、ガスケット３０６０は、非圧縮高さ（例えば、高さＨを加えたＨ’）を有する元の非圧縮構成から圧縮高さ（例えば、高さＨ’’’）を有する圧縮構成まで、その全体を通して実質的に圧縮性であり得る。実質的に圧縮性のガスケット３０６０の圧縮高さは、バッテリの包装材によって及ぼされる力の大きさ、および／またはガスケット３０６０の組成によって決定され得る。バッテリ３０５０がその包装材によって完全に密封され、圧縮されると、ガスケット３０６０の圧縮高さは、電池セグメントの活性材料電極層間の密封距離Ｄを画定し得る。

上記のように、より良好なシールを生成するために、互いに接触する、ガスケットの表面域および隣接する電極ユニットの表面域の１つ以上の部分は、それぞれ、相互に、または対応して、溝を付けられ、面取りされ、または形作られ得る（例えば、溝を形成するように（例えば、図６の溝７０を参照））。これらの溝は、例えば、固体シールループおよび粘性材料の相互に形作られた部分、固体シールループおよび電極層の相互に形作られた部分、第１の粘性材料および第２の粘性材料の相互に形作られた部分、第１の固体シールループおよび第２の固体シールループの相互に形作られた部分、およびそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されない、電池セグメントにシールを生成する種々の要素の、対応して、または相互に形作られた部分によって、またはそれらに沿って、形成され得る。

積層バッテリの上記および図示した実施形態のそれぞれは、その中に電解質を密封するために第１および第２の電極ユニットのそれぞれに密封されるガスケットを含む、電池セグメントを示すが、電池セグメントの各電極ユニットは、独自のガスケットに密封され得、次いで、２つの隣接する電極のガスケットは、密封電池セグメントを生成するために互いに密封され得ることを留意されたい。例えば、図２８に示されるように、例えば、バッテリ４０５０の電池セグメント４０２２は、ＭＰＵ４０３２およびＢＰＵ４１０２を含み得る。

その負の活性材料電極層４０３８の周囲でＭＰＵ４０３２の基板４０３６の外縁を完全に包囲するように、第１のガスケット４０６０が提供され得る。基板およびガスケットの接触面を密封するのを補助するように、電極層４０３８の周囲の基板４０３６の上部とガスケット４０６０の一部分との間に、溝４０７０が提供され得る。同様に、その正の活性材料電極層４１０４およびその負の活性材料電極層４１０８の周囲でＢＰＵ４１０２の基板４１０６の外縁を完全に包囲するように、第２のガスケット４１６０が提供され得る。電極層４１０４の周囲の基板４１０６の底部とガスケット４１６０の第１の部分との間に、第１の溝４１７０が提供され得る一方で、電極層４１０８の周囲の基板４１０６の上部とガスケット４１６０の第２の部分との間に、第２の溝４２７０が提供され得る。溝４１７０および４２７０のそれぞれは、基板４１０６およびガスケット４１６０の接触面を密封するのを補助し得る。さらに、ガスケット４０６０およびガスケット４１６０の接触面を密封するのを補助するように、電極層４０３８および４１０４の周囲で、ガスケット４０６０の上部とガスケット４１６０の底部との間に、溝４３７０が提供され得る。この種類の密封は、各電池内の密封面の数を２から１に削減し得、電池の各基板の縁においてシールを形成するのにガスケットの材料に依存し得ることを留意されたい。

ある実施形態では、ガスケットは、ともに融合されてシールを生成し得るように、電極ユニットまたは別のガスケットに射出成形され得る。ある実施形態では、ガスケットは、ともにシールを生成し得るように、電極ユニットまたは別のガスケットに超音波で溶接され得る。他の実施形態では、ガスケットは、電極ユニットまたは別のガスケットに熱的に融合され得、または熱流を通して、それにより、ガスケットまたは電極ユニットは、他のガスケットまたは電極ユニットに融解するように加熱され得る。さらに、ある実施形態では、ガスケットおよび／または電極ユニットの表面に溝形状部分を生成してシールを生成する代わりに、またはそれに加えて、ガスケットおよび／または電極ユニットは、穿孔されるか、またはその１つ以上の部分を通り抜ける１つ以上の穴を有し得る。例えば、図２１に示されるように、ガスケット１０６０および／またはガスケット１１６０の一部分が基板１１０６へと、およびそれを通って成形し得るように、ＢＰＵ１１０２の基板１１０６の一部分を通って、穴または通路または穿孔１１７５が提供され得る。このことは、ガスケットの材料が、基板を通って流れ、高圧力のより良好な対処のために基板をより良好に把持することを可能にし得る。代替として、電極ユニットの一部分（例えば、基板）がガスケットへと、およびそれを通って成形し得るように、ガスケットの一部分を通って、穴または通路または穿孔が提供され得る。さらに他の実施形態では、ガスケットおよび電極ユニットの両方を通って穴が作られ得るため、ガスケットおよび電極ユニットのそれぞれは、例えば、ガスケットおよび電極ユニットの他方へと、およびそれを通って成形し得る。

積層バッテリの上記および図示した実施形態のそれぞれは、円筒形バッテリへの丸い基板を積層することによって形成されるバッテリを示すが、本発明の積層バッテリの基板を形成するために、多種多様な形状のいずれかが利用され得ることを留意されたい。例えば、本発明の積層バッテリは、長方形（例えば、携帯型ラップトップコンピュータのディスプレイ画面の背後に配置されるために適し得る、図２９および３０の包装材５０４０’、ＢＰＵ５１０２、ならびにＭＰＵ５０１２および５０３２を有する、例えば、長方形バッテリ５０５０を参照）、三角形、六角形、または任意の他の考え得る形状、またはそれらの組み合わせである断面領域を伴う、基板を有する電極ユニットを積層することによって、形成され得る。さらに、そのような形状は、「８の字形」等の、平面内で１つ以上の空隙を伴う形状を含み得る（例えば、図３１および３２の包装材６０４０’、ＢＰＵ６１０２、ならびにＭＰＵ６０１２および６０３２を有するバッテリ６０５０を参照）。例えば、２つの別個の円形部分を有する、そのような「８の字形」設計は、異なる活性材料化学的性質が別個の領域に所望される、二重化学性質電池に好適であり得るため、デンドライトからの交差汚染を防止するように、領域の間になんらかの物理的分離があり得るが、それは共通基板をまたがって接続され得る。また、それを通る中空部分を有する、そのような「８の字形」バッテリ設計は、例えば、電子モータ等の他のデバイスが、バッテリ構造の空洞内に配置されることを可能にし得る。

さらに、積層バッテリの上記および図示した実施形態のそれぞれは、２つの隣接するＢＰＵまたは１つのＢＰＵおよび隣接するＭＰＵでできている電池セグメントを積層することによって形成される、積層双極バッテリを示すが、積層単極バッテリ等の、他の種類の積層バッテリが任意の方法によって形成され得、または本発明の任意の装置を含み得ることを留意されたい。例えば、図３３に示されるように、本発明の積層単極バッテリ７５０は、任意の方法によって形成され得、または、図１−３２に関して上記のように、本発明の任意の装置を含み得る。

例えば、図３３は、積層構成の複数の電池セグメント７２２を示す。各電池セグメント７２２は、正の単極電極ユニットまたはＭＰＵ７１２、負の単極電極ユニットまたはＭＰＵ７３２、およびその間の電解質層７１０を含み得る。各電池セグメント７２２の正のＭＰＵ７１２の正の電極層７１４は、その電池セグメントの電解質層７１０を介して、その電池セグメントの負のＭＰＵ７３２の負の電極層７３８に対向し得る。その第１の表面上に形成される正の活性材料電極層７１２を有する代わりに、第１の電池セグメント７２２の正のＭＰＵ７１２の基板７１６はまた、隣接する電池セグメント７２２の隣接する負のＭＰＵ７３２の基板７３６の第２の表面に電気的に連結され得る、第２の表面を有し得る。

例えば、図３３を引き続き参照すると、本発明による積層単極バッテリ７５０を構成するように、負および正の端子（例えば、負のＭＰＵ７３２ａおよび正のＭＰＵ７１２ｅ）が、２つ以上の電池セグメント７２２の積層の各端において含まれ得る。ＭＰＵ７１２ｅおよび７３２ａには、それぞれ、対応する正および負の電極リード７１３および７３３が提供され得る。

積層電池セグメント７２２の数は、２つ以上となり得、バッテリ７５０の所望の電圧に対応するために、適切に決定され得る。各電池セグメント７２２は、バッテリ７５０の所望の電圧が、各電池セグメント７２２によって提供される電位を効果的に追加することによって達成され得るように、任意の所望の電位を提供し得る。各電池７２２が同一の電位を提供する必要はないことが理解されるであろう。

１つの好適な実施形態では、積層単極バッテリ７５０は、電池セグメント７２２の積層が、減圧下でバッテリケースまたは包装材７４０に少なくとも部分的に封入（例えば、密閉）され得るように、構造化することができる。ＭＰＵ導電基板７１６ｅおよび７３６ａ（または、少なくともそれらの各電極リード７１３および７３３）は、例えば、使用時に外部からの衝撃を軽減するよう、および環境悪化を防止するように、バッテリケース７４０から引き出されてもよい。薄型ケーシングおよび平面のために、くぼみ７４２がＭＰＵ７１２ｅおよび７３２ａに提供され得る。

第１の電池セグメントの電解質が別の電池セグメントの電解質と結合することを防止するために、隣接する電極ユニットの間の電解質層とともに、ガスケットまたは密封手段を積層して、その特定の電池セグメント内に電解質を密封することができる。例えば、図３３に示されるように、本発明の積層単極バッテリは、各電池セグメント７２２の電解質層７１０ならびに活性材料電極層７１４および７３８の周囲に障壁として位置付けられ得る、ガスケットまたはシール７６０を含むことができる。ガスケットまたは密封手段は、例えば、図１−３２に関して上記に記載されるガスケットまたは密封手段のいずれかと同様であり得、その電池のガスケットと隣接する電極ユニットとの間で電解質を密封することができる。ガスケットまたは密封手段はまた、例えば、その電池の隣接する電極ユニット間に適切な間隔を提供することもできる。

例えば、図１−３２に関する上記のように、１つの好適なアプローチでは、例えば、図３３に示された密封構成で電池セグメント７２２およびガスケット７６０を圧縮および密封するために、矢印Ｐ１およびＰ２の方向にケース７４０の最上部および底部に圧力を加えることができる。別の好適なアプローチでは、例えば、図３３に示された密封構成で電池セグメント７２２およびガスケット７６０を圧縮および密封するために、矢印Ｐ３およびＰ４の方向にケース７４０の側面に圧力を加えることができる。さらに別の好適なアプローチでは、例えば、図３３に示された密封構成で電池セグメント７２２およびガスケット７６０を圧縮および密封するために、ケース７４０の最上部および底部に圧力を加えることができ、ケース７４０の側面に圧力を加えることもできる。

例えば、隣接する電池の間の電解質の向上した密封を伴う、積層バッテリを説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに変更を行ってもよいことを理解されたい。また、「水平」および「垂直」、「上部」および「底部」および「側面」、「長さ」および「幅」および「高さ」および「厚さ」、「内側」および「外側」、「内部」および「外部」、および同等物等の、種々の方向性および配向性用語は、本明細書では便宜上使用されるのみであり、これらの言葉の使用によって、固定した、または絶対的な方向性または配向性限定が意図されないことも理解されるであろう。例えば、本発明のデバイス、ならびにそれらの個々の構成要素は、任意の所望の配向を有することができる。再配向された場合、異なる方向性または配向性用語が、説明において使用される必要があり得るが、それは、本発明の範囲および精神内の基本的性質を改変しない。当業者であれば、本発明は、限定よりもむしろ例証の目的で提示される、記載された実施形態以外によって、実践することができ、本発明は、以下の請求項によってのみ限定されることを理解するであろう。

Claims (10)

1. 積層方向における複数の電極ユニットの積層であって、それぞれの電極ユニットは、それぞれの基板を有し、該積層は、
   第１の基板を含む第１の電極ユニットと、
   該積層方向において、該第１の電極ユニットの上部に積層される第２の電極ユニットであって、該第２の電極ユニットは、第２の基板を含む、第２の電極ユニットと、
   該第１の電極ユニットと該第２の電極ユニットとの間に提供される第１の電解質層と
   を備える、積層方向における複数の電極ユニットの積層
   を備え、
   内面および外面を有する第１のガスケットであって、
   該第１のガスケットは、該第１の電解質層の周囲に位置付けられ、該第１の電解質層は、該第１のガスケットの該内面ならびに該第１および第２の電極ユニットによって密封され、該第１の基板の少なくとも一部分は、該第１のガスケットの該外面の一部分を超えて延在する、第１のガスケット
   をさらに備え、
   該第１の基板の該一部分は、該第１のガスケットの該外面に沿って、該積層方向に実質的に平行な方向に延在する、
   バッテリ。
2. 前記第１の基板の前記一部分は、該第１の電極ユニットの一部分であって、前記第１の電解質層に晒される一部分を冷却するように構成される、請求項１に記載のバッテリ。
3. 前記第１の電極ユニットは、第１の活性材料を備えた第１の電極層を備え、該第１の活性材料は、該第１の電極層内に配置されており、前記第１の基板の前記一部分は、該第１の電極層の少なくとも一部分を冷却するように構成され、該第１の電極層は、該第１の基板上に提供される、請求項２に記載のバッテリ。
4. 前記第１の電極ユニットは、単極電極ユニットであり、前記第２の電極ユニットは、単極電極ユニットである、請求項１に記載のバッテリ。
5. 内面および外面を有する第２のガスケットであって、該第２のガスケットは、前記積層方向とは反対で前記第１の電極ユニットの下に提供される、第２のガスケットをさらに備える、請求項１に記載のバッテリ。
6. 積層方向における複数の電極ユニットの積層であって、それぞれの電極ユニットは、それぞれの基板を有し、該積層は、
   第１の基板を含む第１の電極ユニットと、
   該積層方向において、該第１の電極ユニットの上部に積層される第２の電極ユニットであって、該第２の電極ユニットは、第２の基板を含む、第２の電極ユニットと、
   該第１の電極ユニットと該第２の電極ユニットとの間に提供される第１の電解質層と
   を備える、積層方向における複数の電極ユニットの積層
   を備え、
   内面および外面を有する第１のガスケットであって、
   該第１のガスケットは、該第１の電解質層の周囲に位置付けられ、該第１の電解質層は、該第１のガスケットの該内面ならびに該第１および第２の電極ユニットによって密封され、該第１の基板の少なくとも一部分は、該第１のガスケットの該外面の一部分を超えて延在する、第１のガスケットと、
   内面および外面を有する第２のガスケットであって、該第２のガスケットは、該積層方向とは反対で該第１の電極ユニットの下に提供される、第２のガスケットと
   をさらに備え、
   該第１の基板の該一部分は、該第２のガスケットの該外面の一部分に沿って延在する、バッテリ。
7. 前記密封された第１の電解質層の外部にある前記第２の電極ユニットの前記第２の基板の一部分は、電池積層の周囲の環境に暴露されている、請求項１に記載のバッテリ。
8. 前記密封された第１の電解質層の外部にある前記第１の基板の一部分は、前記バッテリの包装材またはケースに接触する、請求項１に記載のバッテリ。
9. 前記第１のガスケットの表面域の１つ以上の部分は、前記第１の基板の表面域の１つ以上の部分に対応して溝付けされ、面取りされ、あるいは成形される、請求項１に記載のバッテリ。
10. 前記第１の電極ユニットは双極電極ユニットであり、前記第２の電極ユニットは単極電極ユニットである、請求項１に記載のバッテリ。

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