JP5972872B2 - 電気化学セル用集電端子 - Google Patents

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Description

相互参照
本願は、２０１０年７月２２日出願の米国仮特許出願第６１／３６６６２８号の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本明細書に組み込む。
本発明は、電気化学セル電池に関し、より詳細には、安全装置として働く集電端子を有する電気化学セル電池に関する。
自動車産業では、この数十年の間、実用的、かつ安全な電気車両の商業化が模索されてきている。かかる車両の重要な要素は、その電池である。電池は、必要レベルのエネルギーを供給し、相応の自動制御性を実現し、かつ耐久性があるだけでなく、過充電、過放電、内部短絡および外部短絡、ならびに過熱を防止するための安全装置を含むか、または装備していなければならない。
電池用の安全装置は、典型的には、電池の電圧、電流、および温度を監視し、問題が検出されると電池をシャットダウンする電子監視システムの形である。こうした電子システムは、通常の状況下では上手く機能するが、電池を構成している一連の電気化学セル内で内部短絡が生じた状況では、電池への損傷を防止することができないことがある。内部短絡は、稀にしか起こらないが、内部短絡によって、電池の温度が、その電池に永続的な損傷を招く危険なレベルまで上昇する可能性があり、また、内部短絡を起こした電池の近傍にある様々な構成要素に損傷が生じ得る。
米国特許第６０９９９８６号は、電気化学セルと電池極との各接続部間にヒューズを含めることによって、かかる内部短絡が生じ得る問題に対する一解決策を提供している。このヒューズのシステムは、内部短絡を起こした特定の電気化学セルによって生じる過剰な電流を、他のセルから遮断し、それにより、内部短絡によって生じる損傷をその特定の電気化学セルだけに制限している。しかし、このシステムでは、各ヒューズを各電気化学セルに接続するために多数のはんだが必要となるため、複雑かつ煩雑であり、また、複数のヒューズを収容するための空間が余分に必要となる。
したがって、従来技術ほど複雑かつ煩雑でなく、内部短絡を起こした電池の損傷を防止するように適合された安全装置が求められている。
米国特許第６０９９９８６号明細書 米国特許第７５４１１１２号明細書
本発明の目的は、従来技術に見られる不都合の少なくとも幾つかを改善することである。
一態様では、本発明は、直列または並列に接続された複数の電気化学セルを備える電池であって、各電気化学セルが、それぞれが負極、正極、および負極と正極との間に挿置された電解質を含む一連の主積層体と、主積層体の片側から延在する正極集電体と、主積層体の反対側から延在する負極集電体とを備え、各電気化学セルが、正極集電体を一体に接続する集電端子と、負極集電体を一体に接続する集電端子とを有し、集電端子がそれぞれ、隣接する２つの電気化学セルを電気的に互いに接続するための折返し延長アームを有し、集電端子の少なくとも１つが、隣接する２つの電気化学セル間の電気接続を開閉するためのＰＴＣ材料層を有する、電池を提供する。
本発明の実施形態はそれぞれ、上述の態様の少なくとも１つを有するが、必ずしもそれらの全てを有するわけではない。上述の目的を達成しようと試みた結果得られた本発明のいくつかの態様は、これらの目的を満たし得ないことがあり、かつ／または本明細書に特に記載していない他の目的を満たし得ることを理解されたい。
本発明の実施形態の追加および／または代替の特徴、態様、および利点が、以下の説明、付随の図面、および添付の特許請求の範囲から明白となるであろう。
本発明、ならびに本発明の他の態様、およびさらなる特徴をより良く理解するために、以下の説明を付随の図面と共に用いながら参照する。
集電端子を用いて直列に接続して電池を形成している電気化学セルのスタックの一部分の概略斜視図である。 図１に示す電気化学セルのスタックの一部分の概略正面図である。 本発明の一実施形態に従って、図１に示す２つの電気化学セルを、集電端子を介して互いに接続した一部分を示す概略正面図である。 本発明の別の実施形態に従って、図１に示す２つの電気化学セルを、集電端子を介して互いに接続した一部分を示す概略正面図である。 本発明の別の実施形態に従って、図１に示す２つの電気化学セルを、集電端子を介して互いに接続した一部分を示す概略正面図である。 本発明の別の実施形態に従って、図１に示す２つの電気化学セルを、集電端子を介して互いに接続した一部分を示す概略正面図である。 本発明の別の実施形態に従って、図１に示す２つの電気化学セルを、集電端子を介して互いに接続した一部分を示す概略正面図である。 本発明の別の実施形態に従って、図１に示す２つの電気化学セルを、集電端子を介して互いに接続した一部分を示す概略正面図である。 本発明の別の実施形態に従って、図１に示す２つの電気化学セルを、集電端子を介して互いに接続した一部分を示す概略正面図である。 本発明の別の実施形態に従って、図１に示す２つの電気化学セルを、集電端子を介して互いに接続した一部分を示す概略正面図である。 本発明の別の実施形態に従って、図１に示す２つの電気化学セルを、集電端子を介して互いに接続した一部分を示す概略正面図である。 本発明の別の実施形態に従って、図１に示す２つの電気化学セルを、集電端子を介して互いに接続した一部分を示す概略正面図である。
図１を参照すると、電池を形成している電気化学セル２０のスタックの例が示されている。各電気化学セル２０は、それぞれがシート状の負極、シート状の正極、および負極と正極との間に挿置された電解質膜を含む一連の主積層体を備える。さらに、シート状の集電体が正極を支持しており、典型的にはシートの形のペースト状材料である。本発明の例では、負極は、リチウムまたはリチウム合金金属のシートまたは箔であり、カチオン源として、また集電体としての両働きをする。しかし、負極はまた、活性の負極材料とは異なる集電体シートを備えることもできる。例えば、負極は、好ましくは、銅、ポリマー、電子導電性フィラー、およびインターカレーション材料で作成された集電体シートを備える複合体でよい。
当業者に既知のアノードインターカレーション材料を負極に使用することができ、特に、炭素、活性炭、黒鉛、石油コークス、リチウム合金、ニッケル粉末、チタン酸リチウムなどからなる群から選択することができる。
正極シートに関しては、正極シートは典型的にはポリマー、リチウム塩、および電気化学的に活性な材料の化合物を含む。電気化学的に活性な材料の適切な例には、ＬｉｘＶｙＯｚ、ＬｉＣＯＯ２、ＬｉｘＭｎｙＯｚ、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、ＶｘＯｙ、ＭｎｙＯｚ、Ｆｅ（ＰＯ４）３、およびＬｉｘＴｉｙＯｚが含まれる。好ましい実施形態では、カソード２４は、好ましくはＬｉＦｅＰＯ４を含む。
電解質膜に関しては、電解質膜は好ましくは固体であり、リチウム塩との混合ポリマーで作成され、負極と正極とを物理的に分離し、また、イオン輸送膜として働く。
電極の活性材料と電池の端子（図示せず）との間で、電子の流れを導通する主な機能を担う集電体シートは、典型的には、銅、ニッケル、またはアルミニウムのシートで構築される。好ましい実施形態では、正極の集電体は、薄い保護層で被覆されたアルミニウムシートまたは箔を備える。この保護層は、集電体シートが正極材料と接触したときの集電体シートの劣化を防止する。
電気化学セル２０の各積層体は、正極の集電体シートが電気化学セル２０の片側から延在し、負極の集電体として働くリチウム金属箔が電気化学セル２０の反対側から延在するように設計されている。図１に示すように、電気化学セル２０の全ての正極の全ての集電体を電気的に一体に接続するために、電気化学セル２０の全ての正極の集電体の延長部が、米国特許第７５４１１１２号に記載されているものと同様の集電端子２２によってまとめられ、一体に圧着されており、同特許を参照により本明細書に組み込む。電気化学セル２０の全ての負極のリチウム金属箔の全ての延長部を電気的に一体に接続するために、電気化学セル２０の全ての負極のリチウム金属箔の延長部も同様に、集電端子２３によってまとめられ、一体に圧着されている。
図１に示すように、集電端子２２および２３は、電気化学セル２０の全長にわたって延在し、集電端子２２と２３との電気接続部が高電流に対処することができるように、正極の集電体、および負極のリチウム箔の延長部の広い表面積をそれぞれ電気的に接続している。
図２を参照すると、図１に示す電気化学セル２０のスタックの正面部分を示す正面図であり、電気化学セル２０は、集電端子２２と２３を介して電気的に直列に互いに接続されており、負極集電端子２３が正極集電端子２２に接続され、それによってそれぞれの電気化学セル２０が直列に接続されて加えられていくことに伴って、電気化学セル２０のスタックの電圧が増大していく。
集電端子２２および２３は、折返し延長アーム２６を特徴とし、これらのアームは、典型的には、電気化学セル２０のスタックをまとめ、電気的に互いに接続する際、暗色トレース２８によって図示するように一体に溶接される。図１に示すように、折返し延長アームは、それらの全長にわたって一体に溶接されている。折返し延長アーム２６は折り曲げられており、したがって電気化学セル２０のスタックを電気的に直列または並列に接続する際、隣接する２つの集電端子２２と２３の折返しアーム２６同士が並んで位置し、一体に溶接またははんだ付けすることによって良好な電気接点が確実に得られるようになっている。隣接する２つの集電端子２２と２３の折返し延長アーム２６は、それらの全長にわたって溶接され、それによって、高い電流負荷に対処できるように、隣接する集電端子２２と２３との間の接触表面積が広くなっている。
図２に示すように、スタックの個々の電気化学セル２０は、個々の電気化学セル２０間が直接接触し、短絡する可能性を防止するために、ポリプロピレンなどのプラスチック材料の絶縁フィルム３０によって分離されている。
複数の電気化学セル２０を有する電池内で、２つ以上の電気化学セル２０間で内部短絡が生じた場合、電池の温度、具体的には内部短絡を起こした電気化学セル２０の温度が、安全でないレベルまで急激に上昇することになる。電池の１つまたは複数の電気化学セルが、過充電または過放電状態にある場合もやはり、電気化学セルの急激な温度上昇が生じることがある。電池を破壊し得る急激な温度上昇、および熱暴走の可能性を防止するために、集電端子２２と２３との間の接続レベルにＰＴＣ（正の温度係数）材料が使用されている。ポリマー複合材料（ポリマーおよび炭素）や、チタン酸バリウムベースの化合物などのＰＴＣ材料は、特定の所定の温度に達するとその電気抵抗を劇的に増大させる能力を有し、したがってＰＴＣ材料は、特定の温度よりも低い温度では電流を導通し、その特定の温度を超えると電子の流れに対して極めて抵抗性になる。ＰＴＣ材料を電気化学セル２０の接続レベルに戦略的に配置することによって、電気化学セル２０の温度が一旦特定の温度に達すると、２つ以上の電気化学セル２０間で生じた短絡が切断または開かれることになり、それによって熱暴走が防止される。ＰＴＣ材料は、電気抵抗における変動が完全に可逆性であるという利点を有し、したがって電気化学セルの温度がＰＴＣ材料の転移温度を下回るまで降下して戻ると、ＰＴＣ材料は、その導電状態に戻り、それによって電気回路が閉じられる。
リチウム箔、またはリチウム合金箔を負極として有する電気化学セルでは、好ましいＰＴＣ材料は、ＨＤＰＥおよび炭素からなるポリマー複合材料である。このＰＴＣ材料の転移温度は約１２５℃であり、この温度は、リチウムの溶融温度約１８０℃よりも十分低く、したがって、電気化学セルの温度が、リチウムの溶融温度に近い温度に達することになり、リチウム箔またはリチウム合金箔が溶解し得るという問題が回避される。
図３は、２つの電気化学セル２０間の接続レベルに配置されたＰＴＣ材料の実装形態の第１の例を示す。２つの導電性金属箔４２と４３との間に挟まれたＰＴＣ材料層４０が、隣接する集電端子２２と２３の折返し延長アーム２６間に配置されている。図示のように、導電性金属箔４２および４３は、それらの間に挟まれたＰＴＣ材料層を越えて延在しており、したがって金属箔４２を、接続領域５２で集電端子２２の折返し延長アーム２６に個別に接続し、金属箔４３を、接続領域５３で集電端子２３の折返し延長アーム２６に個別に接続することができる。金属箔４２および４３の、それぞれの折返しアーム２６との接続は、溶接、機械的圧着によって、または導電性接着剤を用いて行うことができる。この特定のアセンブリでは、ＰＴＣ材料層４０は、集電端子２２と２３との間の一体型電気接続部片である。短絡、または過充電状態、または過放電状態が生じると、電気化学セル２０の温度が急激に上昇することになり、ＰＴＣ材料層４０は、最終的にはその電気抵抗が急激に増大して事実上非導電性になるその転移温度に達することになり、それによって電気回路が開かれ、さらなる温度上昇、および高温に伴う損傷の可能性が防止される。温度上昇を招いた状況がなくなると、電気化学セル２０の温度は低下することになり、温度がＰＴＣ材料の転移温度を下回るまで降下すると、ＰＴＣ材料層４０は、その導電状態に戻ることになり、それによって電気回路が閉じられる。
図４は、２つの電気化学セル２０間の接続レベルに配置されたＰＴＣ材料の実装形態の第２の例を示す。この例では、ＰＴＣ材料層４０が、隣接する集電端子２２と２３の折返し延長アーム２６の両表面上に直接広げられ、導電性接着剤を用いて接続されている。ＰＴＣ材料層４０は、集電端子２２と２３との間の一体型電気接続部片であり、短絡、または過充電状態、または過放電状態が生じると、電気化学セル２０の温度が急激に上昇することになり、ＰＴＣ材料層４０は、最終的にはそのＰＴＣ材料層の抵抗が急激に増大して事実上非導電性になるその転移温度に達することになり、それによって電気回路が開かれ、さらなる温度上昇、および高温に伴う損傷の可能性が防止される。温度上昇を招いた状況が元に戻ると、電気化学セル２０の温度は低下することになり、温度がＰＴＣ材料の転移温度を下回るまで降下すると、ＰＴＣ材料層４０は、その導電状態に戻ることになり、それによって電気回路が閉じられる。
図５は、２つの電気化学セル２０間の接続レベルに配置されたＰＴＣ材料の実装形態の別の例を示す。この例では、２つ導電性金属箔４２と４３との間に挟まれたＰＴＣ材料層４０が、隣接する集電端子２２と２３の折返し延長アーム２６間に配置されている。金属箔４２は、接続領域５４で、導電性接着剤、または好ましくはＳｎが６０％、およびＰｂが４０％からなる溶接化合物を用いた溶接によって集電端子２２の折返し延長アーム２６に接続されており、金属箔４３は、接続領域５５で、導電性接着剤、または好ましくはＳｎが６０％、およびＰｂが４０％からなる溶接化合物を用いた溶接によって集電端子２３の折返し延長アーム２６に個別に接続されている。ＰＴＣ材料層４０は、集電端子２２と２３との間の一体型電気接続部片であり、短絡、または過充電状態、または過放電状態が生じると、電気化学セル２０の温度が急激に上昇することになり、ＰＴＣ材料層４０は、最終的にはそのＰＴＣ材料層の抵抗が急激に増大して事実上非導電性になるその転移温度に達することになり、それによって電気回路が開かれ、さらなる温度上昇、および高温に伴う損傷の可能性が防止される。温度上昇を招いた状況が元に戻ると、電気化学セル２０の温度は低下することになり、温度がＰＴＣ材料の転移温度を下回るまで降下すると、ＰＴＣ材料層４０は、その導電状態に戻ることになり、それによって電気回路が閉じられる。
図６は、２つの電気化学セル２０間の接続レベルに配置されたＰＴＣ材料の実装形態の別の例を示す。この例では、集電端子２２が改変されており、短くなった折返し延長アーム３６を特徴とする。ＰＴＣ材料層４０が、短くなった折返し延長アーム３６の表面上に広げられ、導電性金属箔４５が、ＰＴＣ材料層４０の上に、そのＰＴＣ材料層４０を越えて延在するように配置されている。したがって、ＰＴＣ材料層４０は、導電性金属箔４５と、短くなった折返し延長アーム３６との間に挟まれている。導電性金属箔４５は、集電端子２３の折返し延長アーム２６に隣接し、この導電性金属箔４５の延長部が、接続領域５６で集電端子２３の折返し延長アーム２６に溶接されて、２つの電気化学セル２０を電気的に接続している。ＰＴＣ材料層４０は、集電端子２２と２３との間の一体型電気接続部片であり、短絡、または過充電状態、または過放電状態が生じると、電気化学セル２０の温度が急激に上昇することになり、ＰＴＣ材料層４０は、最終的にはそのＰＴＣ材料層の抵抗が急激に増大して事実上非導電性になるその転移温度に達することになり、それによって電気回路が開かれ、さらなる温度上昇、および高温に伴う損傷の可能性が防止される。温度上昇を招いた状況が元に戻ると、電気化学セル２０の温度は低下することになり、温度がＰＴＣ材料の転移温度を下回るまで降下すると、ＰＴＣ材料層４０は、その導電状態に戻ることになり、それによって電気回路が閉じられる。
図７は、図６の実装形態の例の変形例を示し、ここでは、集電端子２２は、短くなった折返し延長アーム３６を特徴とし、この折返し延長アーム３６の表面上にはＰＴＣ材料層４０が広げられ、このＰＴＣ材料層４０は第１の金属箔４６によって挟まれている。電気化学セル２０から外方に延在する第２の金属箔４７が、導電性接着剤、または好ましくはＳｎが６０％、およびＰｂが４０％からなる溶接化合物を用いた溶接によって第１の金属箔４６に接続され、集電端子２３の折返し延長アーム２６に隣接して配置され、第２の金属箔４７の延長部が、接続領域５７で集電端子２３の折返し延長アーム２６に溶接されて、２つの電気化学セル２０を電気的に接続している。ＰＴＣ材料層４０は、集電端子２２と２３との間の一体型電気接続部片であり、短絡、または過充電状態、または過放電状態が生じると、電気化学セル２０の温度が急激に上昇することになり、ＰＴＣ材料層４０は、最終的にはそのＰＴＣ材料層の抵抗が急激に増大して事実上非導電性になるその転移温度に達することになり、それによって電気回路が開かれ、さらなる温度上昇、および高温に伴う損傷の可能性が防止される。温度上昇を招いた状況が元に戻ると、電気化学セル２０の温度は低下することになり、温度がＰＴＣ材料の転移温度を下回るまで降下すると、ＰＴＣ材料層４０は、その導電状態に戻ることになり、それによって電気回路が閉じられる。
図８は、図６の実装形態の例の別の変形例を示し、ここでは、集電端子２２は、短くなった折返し延長アーム３６を特徴とし、２枚の導電性金属箔４８と４９との間に挟まれたＰＴＣ材料層４０のアセンブリが、導電性接着剤、または好ましくはＳｎが６０％、およびＰｂが４０％からなる溶接化合物を用いた溶接によって、短くなった折返し延長アーム３６に接続されている。電気化学セル２０から外方に延在する追加の金属箔６１が、導電性接着剤、または好ましくはＳｎが６０％、およびＰｂが４０％からなる溶接化合物を用いた溶接によって、導電性金属箔４９に接続され、集電端子２３の折返し延長アーム２６に隣接して配置されている。追加の金属箔６１の延長部が、接続領域５８で集電端子２３の折返し延長アーム２６に溶接されて、２つの電気化学セル２０を電気的に接続している。ＰＴＣ材料層４０は、集電端子２２と２３との間の一体型電気接続部片であり、短絡、または過充電状態、または過放電状態が生じると、電気化学セル２０の温度が急激に上昇することになり、ＰＴＣ材料層４０は、最終的にはそのＰＴＣ材料層の抵抗が急激に増大して事実上非導電性になるその転移温度に達することになり、それによって電気回路が開かれ、さらなる温度上昇、および高温に伴う損傷の可能性が防止される。温度上昇を招いた状況が元に戻ると、電気化学セル２０の温度は低下することになり、温度がＰＴＣ材料の転移温度を下回るまで降下すると、ＰＴＣ材料層４０は、その導電状態に戻ることになり、それによって電気回路が閉じられる。
図９は、図３の実装形態の例の変形例を示し、ここでは、２枚の導電性金属箔６２と６３との間に挟まれたＰＴＣ材料層４０のアセンブリが、導電性接着剤、または好ましくはＳｎが６０％、およびＰｂが４０％からなる溶接化合物を用いた溶接によって、電気化学セル２０から外方に延在する１対の追加の金属箔６４および６５に予め接続されている。追加の金属箔６４および６５の延長部が、接続領域５９および６０で、集電端子２２と２３の折返し延長アーム２６に溶接されて、２つの電気化学セル２０を電気的に接続している。ＰＴＣ材料層４０は、集電端子２２と２３との間の一体型電気接続部片であり、短絡、または過充電状態、または過放電状態が生じると、電気化学セル２０の温度が急激に上昇することになり、ＰＴＣ材料層４０は、最終的にはそのＰＴＣ材料層の抵抗が急激に増大して事実上非導電性になるその転移温度に達することになり、それによって電気回路が開かれ、さらなる温度上昇、および高温に伴う損傷の可能性が防止される。温度上昇を招いた状況が元に戻ると、電気化学セル２０の温度は低下することになり、温度がＰＴＣ材料の転移温度を下回るまで降下すると、ＰＴＣ材料層４０は、その導電状態に戻ることになり、それによって電気回路が閉じられる。
図１０は、２つの電気化学セル２０間の接続レベルに配置されたＰＴＣ材料の実装形態の別の例を示す。この例では、ＰＴＣ材料層７０が、集電端子２３の圧着部分の内側に配置されている。ＰＴＣ材料層７０は、集電端子２３の内面と、導電性金属箔７２との間に挟まれている。図１および２を参照しながら先に説明したように、電気化学セル２０の全ての負極のリチウム金属箔の全ての延長部を電気的に互いに接続するために、電気化学セル２０の全ての負極のリチウム金属箔の延長部は、集電端子２３によってまとめられ、一体に圧着されている。この特定の例では、全ての負極のリチウム金属箔の延長部も同様に、集電端子２３によってまとめられ、一体に圧着されているが、ＰＴＣ材料層７０および導電性金属箔７２が、負極のリチウム金属箔の延長部と、集電端子２３との間に挿置されており、したがってＰＴＣ材料層７０は集電端子２２と２３との間の一体型電気接続部片であり、ＰＴＣ材料層７０がその転移温度に達すると、電流の流れが防止されることになる。図示のように、集電端子２２と２３とは、接続領域８０で溶接することによって、それぞれの折返し延長アーム２６を介して互いに接続されている。短絡、または過充電状態、または過放電状態が生じると、電気化学セル２０の温度が急激に上昇することになり、ＰＴＣ材料層７０は、最終的にはそのＰＴＣ材料層の抵抗が急激に増大して事実上非導電性になるその転移温度に達することになり、それによって電気回路が開かれ、さらなる温度上昇、および高温に伴う損傷の可能性が防止される。温度上昇を招いた状況が元に戻ると、電気化学セル２０の温度は低下することになり、温度がＰＴＣ材料の転移温度を下回るまで降下すると、ＰＴＣ材料層７０は、その導電状態に戻ることになり、それによって電気回路が閉じられる。
図１１は、図１０の実装形態の例の変形例を示し、ここでは、ＰＴＣ材料層７０が、集電端子２３の圧着部分の内側に配置されているが、ＰＴＣ材料層７０を挾む追加の金属箔７２がない。この特定の例では、全ての負極のリチウム金属箔の延長部が、集電端子２３によってまとめられ一体に圧着され、ＰＴＣ材料層７０は、負極のリチウム金属箔の延長部と直接接触している。この場合もやはりＰＴＣ材料層７０は、負極のリチウム金属箔の延長部と、集電端子２３との間に挿置されており、したがってＰＴＣ材料層７０は集電端子２２と２３との間の一体型電気接続部片であり、ＰＴＣ材料層７０がその転移温度に達すると、電流の流れが防止されることになる。図示のように、集電端子２２と２３とは、接続領域８１で溶接することによって、それぞれの折返し延長アーム２６を介して互いに接続されている。短絡、または過充電状態、または過放電状態が生じると、電気化学セル２０の温度が急激に上昇することになり、ＰＴＣ材料層７０は、最終的にはそのＰＴＣ材料層の抵抗が急激に増大して事実上非導電性になるその転移温度に達することになり、それによって電気回路が開かれ、さらなる温度上昇、および高温に伴う損傷の可能性が防止される。温度上昇を招いた状況が元に戻ると、電気化学セル２０の温度は低下することになり、温度がＰＴＣ材料の転移温度を下回るまで降下すると、ＰＴＣ材料層７０は、その導電状態に戻ることになり、それによって電気回路が閉じられる。
図１１および１２を参照すると、全ての負極のリチウム金属箔の延長部はまた、まずまとめ、その後、ＰＴＣ材料層７０を含む集電端子２３を、その予めまとめておいた負極のリチウム金属箔の延長部上に圧着することができる。
図１２は、２つの電気化学セル２０間の接続レベルに配置されたＰＴＣ材料の実装形態の別の例を示す。この例では、ＰＴＣ材料層７４が、集電端子２２の圧着部分の内側に配置されている。電気化学セル２０の全ての正極の集電体の延長部がまとめられ、一体に溶接され、その後、集電端子２２が、その予め溶接しておいた正極の集電体の延長部上に、ＰＴＣ材料層７４が正極の集電体の延長部と直接接触した状態で圧着されている。したがってＰＴＣ材料層７４は、正極の集電体の延長部と、集電端子２２との間に挿置されており、ＰＴＣ材料層７４は、集電端子２２と２３との間の一体型電気接続部片であり、ＰＴＣ材料層７４がその転移温度に達すると、電流の流れが防止されることになる。図示のように、集電端子２２と２３とは、接続領域８２で溶接することによって、それぞれの折返し延長アーム２６を介して互いに接続されている。短絡、または過充電状態、または過放電状態が生じると、電気化学セル２０の温度が急激に上昇することになり、ＰＴＣ材料層７４は、最終的にはそのＰＴＣ材料層の抵抗が急激に増大して事実上非導電性になるその転移温度に達することになり、それによって電気回路が開かれ、さらなる温度上昇、および高温に伴う損傷の可能性が防止される。温度上昇を招いた状況が元に戻ると、電気化学セル２０の温度は低下することになり、温度がＰＴＣ材料の転移温度を下回るまで降下すると、ＰＴＣ材料層７４は、その導電状態に戻ることになり、それによって電気回路が閉じられる。
先に説明した例を２つ以上組み合わせることが可能であることは自明である。また、先に説明した例は、電気化学セル２０を形成する積層プリズムアセンブリ（ｐｒｉｓｍａｔｉｃ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｏｆ ｌａｍｉｎａｔｅ）に特定した例であるが、集電端子２２および２３は、平坦な電気化学セルを形成する平坦な巻上げ積層アセンブリ（ｆｌａｔ ｒｏｌｌｅｄ ｌａｍｉｎａｔｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）を接続するために使用することもできる。
本発明の上述の実施形態に対する改変および改良は、当業者には明白であろう。前述の説明は、限定するものではなく、例示的なものである。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ、限定されるものである。
２０ 電気化学セル
２２ 正極集電端子
２３ 負極集電端子
２４ カソード
２６ 折返し延長アーム
２８ 暗色トレース
３０ 絶縁フィルム
３６ 短くなった折返し延長アーム
４０、７０、７４ ＰＴＣ材料層
４２、４３、４５、４６、４７、４８、４９、６１、６２、６３、６４、６５、７２ 導電性金属箔
５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、８０、８１、８２ 接続領域

Claims (4)

  1. 直列に接続された複数の電気化学セルを備える電池であって、各電気化学セルが、それぞれがリチウム箔またはリチウム合金箔からなる負極、正極、および前記負極と前記正極との間に挿置された電解質を含む一連の主積層体と、前記主積層体の片側から延在する正極集電体と、前記主積層体の反対側から延在する負極集電体とを備え、各電気化学セルが、前記正極集電体を一体に接続する集電端子と、前記負極集電体を一体に接続する集電端子とを有し、前記集電端子が前記電気化学セルの全長にわたって延在し、それぞれ、隣接する２つの電気化学セルを電気的に互いに接続するための折返し延長アームを有し、所定の温度で前記隣接する２つの電気化学セル間の電気接続を開閉するために、ＰＴＣ材料層が、前記折返し延長アームの全長にわたって、隣接する集電端子の前記折返し延長アームの表面に直接設けられている、電池。
  2. 前記ＰＴＣ材料層が、ポリマー炭素複合材料である、請求項１に記載の電池。
  3. 前記ＰＴＣ材料層が、チタン酸バリウムベースの化合物である、請求項１に記載の電池。
  4. 前記所定の温度が、１２５℃である、請求項１に記載の電池。
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