JP6389175B2 - フレキシブル・バッテリのための方法と装置 - Google Patents

Description

本願発明は、フレキシブル・バッテリに関し、より詳細には、フレキシブル・バッテリ形成要素に関するものである。

電子デバイスは、より複雑化し続けており、これらのデバイスは、機能や特徴の量を増やし、そして、加えて、これらのデバイスは、例えば、ダイナミックにフレキシブルなデバイス、または、機械的に適合したデバイスなど次々と異なる形になっている。電子デバイスの機能に対する消費者の要求が増加したので、頑健（ｒｏｂｕｓｔ）で信頼性のある製品コンフィギュレーションを維持しながら、能力を増強し、改善されたデバイスを提供する必要が存在する。

本願発明の例の種々の態様が、特許請求の範囲において述べられる。

本願発明の第１の態様にしたがう、装置が開示される。この装置は、単一バッテリ・リボンと真空包装とを含む。この単一バッテリ・リボンは、第１の部分、第２の部分、および、第１の部分と第２の部分との間の相互接続部分を備える。第１の部分は、第１のブロックを備える。第２の部分は、第２のブロックを備える。第１の部分、第２の部分、および、相互接続部分は、アノードとカソードとを備える連続単一層を形成する。真空包装は、単一バッテリ・リボンを囲む。この真空包装は、相互接続部分の第１の側、および、相互接続部分の第２の反対側に接触するように構成される中間接続部分を備える。

本願発明の第２の態様にしたがって、方法が、開示される。バッテリ・リボンは、機械式ローラーでつかまれる。バッテリ・リボン・セクションは、ローラーでロールされる。真空包装が、ロールされたバッテリ・リボン・セクションに適用される。ロールされたバッテリ・リボン・セクションを挟んで締め付ける。真空化プロセスは、真空包装で実行される。

本願発明の第３の態様にしたがって、方法が、開示される。第１の部分、第２の部分、および、第１の部分と第２の部分との間の相互接続部分を備える単一バッテリ・リボンが、提供される。第１の部分は、第１のロールされたブロックを備える。第２の部分は、第２のロールされたブロックを備える。第１の部分、第２の部分、および、相互接続部分は、アノードとカソードとを備える連続単一層を形成する。単一バッテリ・リボンを囲む真空包装が、提供される。この真空包装は、相互接続部分の第１の側、および、相互接続部分の第２の反対側に接触するように構成される中間接続部分を備える。

本願発明の例の実施形態のより完全な理解のために、次に、添付の図面に関する以下の記載を参照する。ここで、
図１は、本願発明の特徴を組み込んだフレキシブル・バッテリの側面図である。 図２は、図１に示されるフレキシブル・バッテリの「ロール・ケーキ」アーキテクチャを説明する図である。 図３は、図１に示されるフレキシブル・バッテリの「ロール・ケーキ」アーキテクチャの別の例を説明する図である。 図４は、図１に示されるフレキシブル・バッテリのロールされた構造の別の例を説明する図である。 図５は、図１に示されるフレキシブル・バッテリの単一リボンの平面図である。 図６は、「曲げられた」位置における、フレキシブル・バッテリの側面図である。 図７は、フレキシブル・バッテリを製造する例示的な方法を図示するものである。フレキシブル・バッテリを製造するための１つの例示的な方法が示されている。 図８は、図７に示される例示的な方法のブロック図である。 図９は、図１に示されるフレキシブル・バッテリの２つのロールの間のギャップを図示する部分図である。 図１０は、図１に示されるフレキシブル・バッテリに対するエネルギー・ストレッジ縮小の例示的なグラフである。 図１１は、図１に示されるフレキシブル・バッテリのスタックの別の例を説明する図である。 図１２は、図１に示されるフレキシブル・バッテリのスタックの別の例を説明する図である。 図１３は、図１に示されるフレキシブル・バッテリのスタックの別の例を説明する図である。 図１４は、図１に示されるフレキシブル・バッテリのスタックの別の例を説明する図である。 図１５は、図１に示されるフレキシブル・バッテリのスタックの別の例を説明する図である。 図１６は、図１に示されるフレキシブル・バッテリの別の例示的な方法のブロック図である。

本願発明の例示的実施形態、および、その潜在的利点は、図面の図１〜図１６を参照して、よく理解される。

図１を参照すると、本願発明の特徴を組み込んでいるフレキシブル・バッテリ１０の側面図が示される。本願発明が、図面に示される例示的な実施形態を参照して、記載されるけれども、本願発明は、実施形態の多くの代替的な形で具体化することができることが理解されるべきである。加えて、要素または材料のいかなる適切なサイズ、形状、または、タイプも使用することができる。

本願発明の１つの例にしたがって、フレキシブル・バッテリ１０を、多機能ポータブル電子デバイスにおいて使用することができる。しかしながら、代替的実施形態において、本願発明の種々の実施形態の特徴を、携帯電話、ゲーム・デバイス、音楽プレーヤー、ノート・パソコン、または、パーソナル・デジタル・アシスタントなどのポータブル電子デバイスのいかなる適切なタイプにおいても、使用することができる。加えて、当該技術領域では、知られているように、ポータブル電子デバイスは、カメラ、音楽プレーヤー、ゲーム・プレーヤー、または、インターネット・ブラウザーなどの複数の機能やアプリケーションを含むことができる。代替的実施形態において、ポータブル電子デバイスは、当該技術領域で知られている特徴のいかなる適切なタイプも有することができることに留意する。

フレキシブル・バッテリ１０は、電極スタック１２を含む。電極スタック１２は、一般に、アノード１６、セパレータ１８、および、カソード２０を有する単一バッテリ・リボン１４を備える。アノード１６およびカソード２０は、一般に、電流コレクタの働きをする（例えば、銅やアルミニウムの）薄い金属箔である。これらは、各々、（カーボンまたはリチウム金属酸化物などの）活性電極材料でおおわれている。スタック１２は、３つのロールされた構造２２を有する「ロール・ケーキ」アーキテクチャを備える。フレキシブル・バッテリは、スタック１２を囲む（真空包装に対する）パウチ・セル２４を更に備える。しかしながら、スタック１２は、３つのロールされた構造を有することを要求されるものではなく、また、代替的実施形態において、いかなる適切な数のロールされた構造でも、提供することができることに留意する。さらに本願発明の種々の例示的な実施形態は、電極材料の特定のセットに制限されるものでなく、いかなる適切なバッテリ化学に適用できる一般的なアーキテクチャのより多くのセットであることに留意する。

また、次に、図２を参照すると、真空パックする前のスタック１２の「ロール・ケーキ」アーキテクチャが示される。本願発明の１つの例にしたがって、「ロール・ケーキ」アーキテクチャは、従来のブロック・リチウムイオン電池構造と同様の構成を備える。しかし、さらに、リボン（または単一の層）１４の単一の厚みで結びつけられた複数のロール（または、ロールされた構造）２２から構成される。ロール２２を一緒に結びつけるリボン１４の単一の厚みは、ロール２２の間の単一リボン連結（または、リボン相互接続１５を形成する。リボン１４の単一層または単一の厚みは、一般に、アノード、セパレータおよびカソードの単一スタックという。図２に図示されるように、「複数ロール・ケーキ構造」は、連続アノード／セパレータ／カソード・スタックによって、フレキシブル・ポイントを有する複数のロールに形成される。これは、バッテリ（または、デバイス）の全体的な柔軟性のコントロールを可能にする。本願発明の種々の例示的な実施形態が、アノード、カソード、および、アノードとカソードの間のセパレータに関連して記述されてきたけれども、当業者には、確実に機械的にアノードとカソードを分離するための、カソードとアノードの間のいかなる適切なタイプの物理的セパレータも、提供することができたことは明らかである。

本願発明の種々の例示的な実施形態が、各々が一般的な円筒形の形状を有する３つのロールされた構造（またはブロック）に関連して、記述されてきたけれども、いかなる他の適切な数のロールされた構造をも、提供することができることに留意する。加えて、いかなる他の適切なロールされた構造のための形状をも、提供することができる。例えば、本願発明のいくつかの実施形態にしたがって、フレキシブル・バッテリは、図３に示されるように、４つのロールされた構造２２を有するスタックを含むことができる。例えば、本願発明のいくつかの実施形態にしたがって、フレキシブル・バッテリは、図４に示されるように、一般的な長方形の形状を持つ２つのロールされた構造２３を有するスタックを含むことができる。しかしながら、これらは、非限定的な例として提供される。そして、他のいかなる適切な形状および／または、いかなる数のロールされた構造をも、提供することができる。

ロールされた構造を相互接続する単一層は、その／それらのポイントで、機械的な屈曲を許す。これは、全体の構造に柔軟性を与える。巻きロールの各々の間の分離は、特定のデバイスの要求にフィットするように、（たとえば、２つのロール／折りたたみ部分が、中心が、曲がり、追加的コンポーネントにフィットすることを許すデバイスのどちらの端部に対しても分離される）調節することができる。相互接続層は、それが薄く、また、その結果、フル・スタックよりもあまりストレスを受けないので、より大きな屈曲を許容することができる。所定の層において受けるストレスは、その屈曲に結びついた中立平面からのその層の距離に依存することに留意する。一般に、フレキシブルな結合部は、互いに同一平面に位置する。これは、全体的な屈曲デバイスの中立平面を形成し、ストレスを最小化する。

本願発明の種々の例示的な実施形態が、バッテリ・ロール（またはロールされた構造）と同じ幅を持つ相互接続リボン（ロールされた構造の間のリボンの部分）１５に関して、記述されてきたけれども、これは、一般に、電極スタックのねじれの制限を課し、本願発明のいくつかの他の実施形態は、アプリケーションに依存したねじれの要求量を許容するように、幅を小さくした相互接続リボンを含むことができることに留意する。例えば、また、次に、図５を参照すると、バッテリ・ロール（またはロールされた構造）２２、２３の間で、曲げ、および、ねじりを許容するために、単一リボン（または、相互接続リボン）２６を相互接続している減少した幅を有する単一リボンの平面図が示される。

一般に、バッテリ・リボンの耐屈曲性が最も少ないパーツは、アノードとカソードの上へおおわれている活性材料である。これらの物質は、比較的もろく、また、屈曲を繰り返すと、金属電流コレクタから剥離する可能性がある。そして、これは、フレキシブル・バッテリの主な故障メカニズムである。これを軽減するために、バッテリのフレキシブルな（たとえば、減少した幅相互接続リボン２６の）領域におけるアノードおよびカソードは、活性コーティングなしで、しかし、間にセパレータを有する金属電流コレクタだけを含むことができる。これは、一般には、バッテリのストレージ容量に顕著な影響を及ぼさないが、しかし、耐屈曲性を増加する。

また、次に、図６を参照すると、「曲げられた」位置における、フレキシブル・バッテリ１０の側面図が示される。一般に、スタックは、外部の空気（湿気および酸素など）からスタックを保護するために、きつく詰められるので、パウチ・セル２４が、電極スタックを囲むために、真空包装に提供する。真空包装（またはポーチ・セル）２４は、また、内部抵抗を最小にするために電極を一緒に押圧されるように保つ圧力を提供する。真空包装２４は、図１に示されるように、２本のシリンダー２２の各々の中間で出会うように一緒に押圧された中間接続部分２８を含む。真空包装が、機械的な屈曲を許容するように、ロールされた構造２２間の「溝」が、真空包装によって作られる（これにより、真空包装が、シリンダーの周りの全体を実質的に囲むことができるような［バッテリ・リボンの相互接続部分１５を除いてシリンダーの周りの全体を囲むことによって、など］）方法で電極のスタックに適用される。これらの中間接続部分２８は、バッテリ・リボンと真空包装の間において大きなギャップが生じてしまう（包装が、なにも干渉がなくてもシリンダーのまわりにギャップを生じてしまうときなど）全体的なデバイスの柔軟性を減らす従来の方法における真空包装と比較したときに、（図６で示すように）パックされたデバイスの非常により良い柔軟性を可能にする。

また、次に、図７および８を参照すると、フレキシブル・バッテリ１０を製造する１つの例示的な方法が示される。バッテリ・リボンが、サイズにカットされ、そして、ロボット機械式ローラーによりつかまれる（図７の１０１、図８のブロック１０２を参照）。バッテリ・リボン・セクションは、ローラーを用いて同時にロールされ、テンションの下で一緒に引っ張られる（図７の１０３、図８のブロック１０４を参照）。真空包装が、デバイスに適用される（図７の１０５、図８のブロック１０６を参照）。バッテリと包装とが、最終的な長さにデバイスを引っ張るロールの間で機械的に締め付けられる（図７の１０７、図８のブロック１０８を参照）。真空包装の中間接続部分は、図７に図示されるように、相互接続部分１５の第１の側、および、相互接続部分１５の第２の反対側に接触するように構成される。包装は、真空にされて、準剛体デバイスを形成する（図７の１０９、図８のブロック１１０を参照）。用語「準剛体デバイス」は、非限定的な用語として提供され、また、本願発明のいくつかの例示的な実施形態にしたがって、個々のロール２２自体は、実質的に剛体になることができるが、一方、全体的なバッテリは、相互接続部分１５に近い領域において実質的にフレキシブルであることによってなどで、フレキシブルな構造であることを記述するために提供されることに留意する。

「バッテリ・リボン」を複数ロール構造にすることから生じる溝は、従来の構造化バッテリと比較して（すなわち、完全に複数ロール構造を囲む最小サイズの直方体と比較して）、エネルギー・ストレージに寄与しているボリュームにおいて結びついた縮小が存在することを意味する。複数ロール構造に対して、ボリューム縮小、および、可能な曲げ半径を推定するために、一般に、溝の幾何学的形状を考慮することが必要である。ロールの端が四角いことはありそうになく、（ノキアＢＬ−５Ｊバッテリのような従来のバッテリの端のように）それらが半円形状であることがもっとありそうである。この場合には、２つの側が互いの上に容易に回転して重なるので、非常に小さなギャップだけが、２つのロールの間に要求される（図９で示すように）。複数の隣接したロールを有する構造の採用は、一般に、必然的に、利用できる全体的なバッテリ・ボリュームの縮小が付随する溝構造に至ることに留意する。図９に示される（分離ギャップを有する２つのロールされたバッテリ・セクションの端部の［ｗ］）表現は、溝がその構造に追加されたときに、シールされたデバイスのボリュームの縮小の評価を可能にする。ボリュームの縮小は、保存することができるエネルギーにおける縮小に正比例していると考えることができる。図９は、２つのロールされたセクションの間の接合部を示す。溝毎のボリュームの縮小、Ｖｒ、は、したがって、下記の方程式（１）によって記述することができる。

Ｖｒ＝Ｌ（（４Ｒ^２−πＲ^２）＋２ＲＷ） （１）
ここで、Ｒ＝ロール（ｍ）の端部における半径、
Ｗ＝分離（ｍ）の幅、
Ｌ＝溝（ｍ）の長さ、である。

バッテリ・ボリュームの全体の変化は、次に、下記の方程式（２）から計算することができる。
％体積変化＝ １００×（Ｖ_１−Ｖ_２／Ｖ_１） （２）
Ｖ_２ ＝ＮＶ_ｒ （３）
ここで、Ｖ_１− ＝直方体バッテリの当初のボリューム、
Ｖ_２＝溝の追加後のボリューム、
Ｎ＝ロールの数。

また、次に、図１０を参照すると、フレキシブル・バッテリ１０に対するエネルギー・ストレージ縮小のグラフが示される。このグラフは、ロールされたセクションの間で異なる数の溝とスペーシングを有するバッテリに対するエネルギー・ストレージにおけるパーセント縮小の分析を含む。このセクションでは、溝の追加を通して、ロール・ケーキ・デザイン（たとえば、図２および図４に示されるロール・ケーキ構成）の両方のタイプのための丸い端部を有するバッテリに柔軟性を追加するための、エネルギー・ストレージ・ペナルティを、手短に評価する。本願発明の１つの例実施形態にしたがって、フレキシブル・バッテリ、または、デバイスのボリュームは、＝Ｔ（厚み）×Ｌ（長さ）×Ｗ（幅）＝６×５８×３７＝１２８７６ｍｍ^３である。図１０の中のグラフは、上のディメンジョンを有するバッテリの幅方向に置かれる溝の数に対するポテンシャル・エネルギー縮小を図示する。要求される溝の数は、全体的な携帯デバイスのデザインに大きく依存している。しかしながら、図３に示されるロール・ケーキ構成に対して、およそ９本の溝が要求され、（ｗ＝０、図１０から）およそ２０％のエネルギーの縮小という結果になる。しかしながら、もし、各々のロールが円状ではなく、むしろより平らにされるならば、剛体セクションの長さを増加させるが、縮小を最小にすることができる。全体的な柔軟性／エネルギー密度は、特定のデバイスの機能である。

本願発明のいくつかの実施形態にしたがって、図３に示される構成は、最適デザインを提供する。しかしながら、溝の数は、バッテリが配置される特に全体的なデバイス・デザインに依存し、

本願発明の種々の例示的な実施形態が、図１−４に、ロールされた構造（またはブロック）と結びつけて記述されたけれども、ロールされた構造のいかなる他の適切なタイプをも、提供することができることに留意する。例えば、バッテリ・リボンをロールする、または、折りたたむ種々の他の方法が、上述の真空包装方法と互換性を持つ。加えて、アノード／セパレータ／カソード・スタックを折りたたむ他の可能な方法も、また、剛体構造の内に機械的にフレキシブルなポイントを許容する。例えば、本願発明のいくつかの実施形態にしたがって、フレキシブル・バッテリは、図１１に示されるように折り重なる単一層を有するスタックを含むことができる。例えば、本願発明のいくつかの実施形態にしたがって、フレキシブル・バッテリは、図１２に示される中立平面の中で折り目があるスタックを含むことができる。例えば、本願発明のいくつかの実施形態にしたがって、フレキシブル・バッテリは、図１３で示すようにロールの上部において接続するロールされた構造を有するスタックを含むことができる。

加えて、本願発明のいくつかの他の実施形態にしたがって、さらに、ひねりを構成するバッテリ・リボンをロールする更なる方法が存在し、曲げと並んで、ねじりに対するストレスを最小にするために、それらに配置することができるアノード／セパレータ／カソード・スタックと溝／カットを折りたたむ更なる方法を提供する。ビーム分析を考慮すると、一般に、より狭い（またはより細い）断面は、より広い（またはより厚い）断面よりも、改善されたひねりを提供する。例えば、本願発明のいくつかの実施形態にしたがって、フレキシブル・バッテリは、図１４に図示されるように、ひねり能力を向上したより細い中央の断面図を提供するために、（ストレス緩和ホールを有する）角度をつけて切り出しセクションを有するスタックを含むことができる。例えば、本願発明のいくつかの実施形態にしたがって、フレキシブル・バッテリは、図１５に図示されるように、ひねり能力を向上したより細い中央の断面図を提供するために、側端部に平行な切り出しセクションを有するスタックを含むことができる。

図１６は、方法２００を図示する。方法２００は、第１の部分、第２の部分、および、第１の部分と第２の部分との間の相互接続部分を備える単一バッテリ・リボンを提供することを含む。ここで、第１の部分は、第１のロールされたブロックを備え、第２の部分は、第２のロールされたブロックを備え、第１の部分、第２の部分、および、相互接続部分は、アノードとカソードとを備える連続単一層を形成する（ブロック２０２において）。単一バッテリ・リボンを囲んでいる真空包装を提供する。ここで、真空包装は、相互接続部分の第１の側、および、相互接続部分の第２の反対側に接触するように構成される中間接続部分を備える（ブロック２０４において）。ブロックの特定の順序の図示が、ブロックの必要であるか、好適な順序が存在し、そして、ブロックの順序と配列は、変化することができることを必ずしも意味するというわけではなく、さらに、いくつかのブロックを省略することが可能でありえることに留意する。

下に現れる請求項の範囲、解釈、または、アプリケーションをどんな形であれ制限することなく、ここに開示される例の実施形態の１つ以上の技術的な効果は、バッテリの活性層にダメージを与えることなく、デバイスの曲げ、および、ねじれを許容するために、（たとえば、ロールされた構造など）いくつかの異なる剛体セクションを有する単一リボン・バッテリを提供することである。ここに開示される例の実施形態の１つ以上の別の技術的な効果は、バッテリ・リボンの連結したセクションにおいて、アノード、カソードおよびセパレータ材料は連続するが、しかしながら、活性材料を除去することができ、そして、誘電物質と入れ替えることができるような、バッテリを提供することである。ここに開示される例の実施形態の１つ以上の別の技術的な効果は、バッテリ・リボンの連結したセクションにおいて、アノード、カソードおよびセパレータ材料は連続するが、しかしながら、活性材料は、バッテリ・リボンの相互接続部分の（端から間隔を置いているような）中央部分だけに提供することができるような、バッテリを提供することである。ここに開示される例の実施形態の１つ以上の別の技術的な効果は、（アプリケーションにおいて要求されるならば）バッテリのねじりを可能にするように連結リボンの幅を減少することができることである。ここに開示される例の実施形態の１つ以上の別の技術的な効果は、パウチ・セルが、バッテリ・リボンを真空パックするのに用いられ、製造の間に、バッテリ・リボンの連結したセクションを、パウチ・セルの層とともに、屈曲とねじりに耐えることができるフィルムの薄い複合物を形成するように、排気下で一緒に圧縮することができることである。

１つ以上の例示的な実施形態のいずれの技術的な効果も、たとえば、フレキシブルなフレームに保存された複数のまるいセルを有する従来の構成と比較したときに、柔軟性を提供し、しかし、また、包装コストを減少する。加えて、従来のバッテリなどの従来のエネルギー蓄積デバイスの多くは、典型的には、容積エネルギー密度を最大にするために、きつく巻かれた電極層から成り、そして、これは必然的に、剛体ブロックの形を有するバッテリということになる。そのようなかさばった対象の収納は、新しいデバイスの形のデザインにおける顕著な制限であり、この伝統的なバッテリ（剛体ブロック）の形状要因が、許容できないような新しいアプリケーションが存在する。１つの特定の例は、全体的なデバイス屈曲に適合するために、エネルギー・ストレージがフレキシブルであることを要求されるようなダイナミックなフレキシブル・デバイスに関係するものである。個々の従来のバッテリの層は、それら自体が、一般に、比較的フレキシブルであるが、しかし、屈曲の間の層間の摩擦や層間の屈曲から生じるストレスは、全体的な構造の柔軟性を制限する。

加えて、従来のバッテリにおいて試みられたいくつかの改善は、薄く、フレキシブルなバッテリを生成したが、しかしながら、そのような柔軟性は、非常に薄い、単一層構造の結果であり、それは、非常に限られたストレージ容量（典型的には、数１０ｍＡｈ）という結果になる。これは、一般に、携帯電話の意味があるアプリケーションを作るのには十分ではない。

また、高い包装密度は、結果として生じるバッテリは依然として剛体であることを意味するのであるが、いくつかの従来のバッテリは、外側ケースをホイル膜と置き換え、バッテリの包装ボリュームを減らすパウチ・セル・バッテリ包装を含んでいた。

加えて、従来のバッテリにおいて、いくつかの他の試みられた改善は、柔軟性が以前に大幅に向上しなかったものであるが、電極スタックに向けられたものであった。例えば、いくつかの従来の構成は、折り重ねると、スタックを形成するように形づくられた個々のアノードおよびカソードを含む。しかしながら、第１に、アノードとカソードは、バッテリ・スタックを形成するために、個々に折りたたまれる。これは、製造の手続きを複雑にする。第２に、そして、より重要なことに、この方法から結果として生じるセルは、剛体ブロック・セルである。

別の従来のバッテリ例においては、個々のスタックが、ロールされるが、しかしながら、従来のデザインにおいては、これは剛体セルを形成する。

別の従来のバッテリ例においては、別々のノード（セル）のアレイは、必要となり得る出力の種々の組合せを得るために、直列あるいは並列に電気的に接続することができる。ある程度の機械的な柔軟性が提供されるが、この構造は、顕著なエネルギー密度損失を被る（７０％より大きいと見積もられる）。結果として、全体的なエネルギーは、携帯のアプリケーションに対しては、あまりに低い。

ここに開示される例の実施形態の１つ以上の技術的な効果は、１つの単一バッテリを含む単一ブロック・セルを提供することであるが、しかし、それが、高いエネルギーおよび機械的な柔軟性を有することが可能なようにデザインされていることである。ここに開示される例の実施形態の１つ以上の別の技術的な効果は、複数の剛体の、および、フレキシブルなパーツに分けられる単一な連続するセルを提供することである。ここに開示される例の実施形態の１つ以上の他の技術的な効果は、当該技術領域の技術水準の活性材料を使用可能にし、また、大きな歪みに耐えることができる材料に依存していないことである。たとえば、種々の例示的な実施形態は、最新の材料と互換性を持ち、そして、将来の材料とも互換性を持ち得るものである。特に、重ね板バネ構造は、剛体パーツを有さない全体的なフレキシブルなデバイスという結果になる。しかし、層の間にエラストマーを置く要求は、全体的なエネルギー密度を減らす。ロール・ケーキ構造は、この構造の大部分が屈曲の単一の、あるいは、複数のポイントを提供するが、剛体パーツにおいてエネルギー密度を維持することを可能にし、そして、依然、屈曲を許容する。これは、準剛体デバイスのデザインを許容するが、一方向における屈曲に限定される可能性がある。ひねりデザインは、固体ブロックの各々においてエネルギー密度を維持しながら、２つの方向での屈曲（すなわち、ねじれ）を許容する。

本願発明の種々の例示的な実施形態は、機械的な柔軟性を許容し、それゆえに、機械的に適合したデバイス・フォーム・ファクターにおいて、それらの使用を可能にする代替的なバッテリ・デザインを提供する。ここに開示される例の実施形態の１つ以上の技術的な効果は、標準的なバッテリ材料の機械デザインのバリエーションを介して機械的屈曲に耐えられるバッテリを提供することである。本願発明の種々の例示的な実施形態は、単一リボン・バッテリが、バッテリの活性層にダメージを与えることなく、そのデバイスが屈曲し、ねじれるのを許容するように、いくつかの異なる剛体セクションに形成されるようにする。

本願発明のコンポーネントは、動作上、結合し、接続することができ、間の要素のいかなる数または組合せも、存在することができる（間の要素が無い場合も含む）ことが理解されるべきである。接続は、直接でも、または、間接的でもあり得、そして、その上、コンポーネントの間に機能的関係があり得るだけである。

以下に、種々の非限定的な、例示的な実施形態のさらなる記載を提供する。後述の例示的な実施形態は、１つ以上の他の態様または例示的な実施形態とともに実施することができる。つまり、すぐ下で記述されるもののような本願発明の例示的な実施形態は、いかなる組合せででも（例えば、適切な、実行可能、および／または、妥当ないかなる組合せでも）、インプリメントし、実施し、あるいは、利用することができ、また、ここに記述される、および／または、添付の請求項に含まれるそれらの組合せだけに限られていない。

１つの例示的な実施形態において、第１の部分、第２の部分、および、第１の部分と第２の部分との間の相互接続部分を備える単一バッテリ・リボンを備える装置であって、前記第１の部分は、第１のブロックを備え、前記第２の部分は、第２のブロックを備え、第１の部分、第２の部分、および、相互接続部分は、アノードとカソードと前記単一バッテリ・リボンを囲む真空包装を備える連続単一層を形成し、真空包装は、相互接続部分の第１の側、および、相互接続部分の第２の反対側に接触するように構成される中間接続部分を備える、装置。

前記装置は、機械的屈曲耐性バッテリを備える、上記の装置。

前記単一バッテリ・リボンは、更に、前記アノードと前記カソードとの間のセパレータを備える、上記の装置。

前記相互接続部分は、いかなる活性材料をも有さない、上記の装置。

第１のブロックと第２のブロックの各々は、ロール・ケーキ構造を備える、上記の装置。

第１のブロックと第２のブロックの各々は、折りたたみスタック構造を備える、上記の装置。

前記単一バッテリ・リボンは、更に、前記連続単一層を形成する、Ｎ個のブロックおよびＮ−１個の相互接続部分を備える、上記の装置。

前記真空包装の前記中間接続部分は、真空化プロセスの下で、単一バッテリ・リボンの相互接続部分と一緒に圧縮されるように構成される、上記の装置。

前記相互接続部分は、前記第１のブロックおよびだ第２のブロックより、狭い幅を有する、上記の装置。

前記相互接続部分は、前記単一バッテリ・リボンの前記第１の部分および前記第２の部分より、小さな断面を有する、上記の装置。

前記ブロックは、一般的な円筒形の形状を有する、上記の装置。

前記ブロックは、一般的な長方形の形状を有する、上記の装置。

別の例示的である示的実施形態において、機械式ローラーでバッテリ・リボンをつかむステップと、ローラーでバッテリ・リボン・セクションをロールするステップと、ロールされたバッテリ・リボン・セクションに真空包装を適用するステップと、ロールされたバッテリ・リボン・セクションを挟んで締め付けるステップと、真空包装に真空化プロセスを実行するステップと、を含む方法。

前記バッテリ・リボン・セクションは、同時にロールされる、上記の方法。

前記締め付けるステップは、更に、ロールされたバッテリ・リボン・セクションを、機械的に締め付けることを含む、上記の方法。

前記真空化プロセスは、パウチ・セルから空気を排出する、上記の方法。

前記真空包装は、実質的に、ロールされたバッテリ・リボン・セクションの周りの全てを取り囲む、上記の方法。

別の例示的である示的実施形態において、第１の部分、第２の部分、および、第１の部分と第２の部分との間の相互接続部分を備える単一バッテリ・リボンを提供するステップであって、第１の部分は、第１のロールされたブロックを備え、第２の部分は、第２のロールされたブロックを備え、前記第１の部分、前記第２の部分、および、相互接続部分は、アノードとカソードとを備える連続単一層を形成する、ステップと、単一バッテリ・リボンを囲んでいる真空包装を提供するステップであって、該真空包装は、相互接続部分の第１の側、および、相互接続部分の第２の反対側に接触するように構成される中間接続部分を備える、ステップと、を含む方法。

前記単一バッテリ・リボンは、更に、第３の部分、および、前記第３の部分と前記第２の部分との間に別の相互接続部分を備え、前記第３の部分は、第３のロールされたブロックを備え、第１の部分、第２の部分、前記相互接続部分、前記第３の部分、および、前記別の相互接続部分は、前記連続単一層を形成する、上記の方法。

前記相互接続部分は、前記単一バッテリ・リボンの前記第１の部分および前記第２の部分より、小さな断面を有する、上記の方法。

別の例示的である示的実施形態において、機械的屈曲に耐えられるバッテリを提供する方法が、開示される。単一のリボン・バッテリが、バッテリの活性層にダメージを与えることなく、そのデバイスが屈曲し、ねじれるのを許容するように、いくつかの異なる剛体セクションに形成される。バッテリ・リボンの連結したセクションにおいて、アノード、カソードおよびセパレータ材料は連続するが、しかしながら、活性材料は、除去され、また、誘電物質と入れ替えることができる。連結リボンの幅は、バッテリのねじりを可能にするように、減少される。パウチ・セルが、バッテリ・リボンを真空パックするのに用いられる。バッテリ・リボンの連結したセクションは、パウチ・セルの層とともに、屈曲とねじりに耐えることができるフィルムの薄い複合物を形成するように、排気下で一緒に圧縮される。

必要に応じて、ここに議論される異なる機能を、互いに異なる順序、および／または、並行して実行することができる。また、必要に応じて、１つ以上の上記の機能は、オプションでありえ、あるいは、結合されることができる。

本願発明の種々の態様が、独立形式の請求項において述べられるけれども、本願発明の他の態様は、記載された実施形態、および／または、独立形式の請求項の特徴を有する従属形式の請求項からの特徴の他の組合せを含む。また、それは、請求項において明示的に述べられる組合せだけでない。

本願発明の例の実施形態を上で記述しているが、これらの記載は、限定的な意味で見てはならないことにも、また、留意する。むしろ、添付の請求項において定められる本願発明の範囲を逸脱することなく作ることができるいくつかの変形および変更が存在する。

Claims (12)

1. ３つ以上の部分と、相互に隣接する該部分の間の相互接続部分とを備える単一バッテリ・リボンを備える装置であって、
   前記３つ以上の部分の各々は、ブロックを備え、
   前記単一バッテリ・リボンは、活性電極材料で覆われたアノード及びカソードと、前記アノードと前記カソードとの間のセパレータとを備え、連続単一層を形成しており、
   前記ブロック、及び、前記相互接続部分を囲む真空包装を備え、
   前記真空包装は、前記相互接続部分の第１の側、及び、前記第１の側の反対側である前記相互接続部分の第２の側に接触するように構成される中間接続部分を備えた、
   装置。
2. 前記相互接続部分は、いかなる活性電極材料をも有さない、請求項１に記載の装置。
3. 前記ブロックの各々は、ロール・ケーキ構造を備える、請求項１又は２のいずれか１項に記載の装置。
4. 前記ブロックの各々は、折りたたみスタック構造を備える、請求項１又は２のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記単一バッテリ・リボンの前記相互接続部分は、前記単一バッテリ・リボンのいずれの前記ブロックより、狭い幅を有する、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記単一バッテリ・リボンの前記相互接続部分は、前記単一バッテリ・リボンのいずれの前記ブロックより、小さな断面を有する、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記ブロックは、いずれも円筒形の形状を有する、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記ブロックは、いずれも直方体の形状を有する、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の装置。
9. 活性電極材料で覆われたアノード及びカソードと、前記アノードと前記カソードとの間のセパレータとを備え、連続単一層を形成している単一バッテリ・リボンを準備するステップと、
   機械式ローラーで前記単一バッテリ・リボンをつかむステップと、
   前記機械式ローラーで前記単一バッテリ・リボンのバッテリ・リボン・セクションをロールして、３つ以上のブロックと、該ブロックの間の相互接続部分とを形成するステップと、
   前記ブロックと前記相互接続部分に真空包装用包装材料を適用するステップと、
   前記真空包装用包装材料を前記相互接続部分の第１の側、及び、前記第１の側の反対側である前記相互接続部分の第２の側に接触するように挟んで締め付けるステップと
   真空包装用包装材料に真空化プロセスにより真空包装を実行するステップと、
   を含み、
   前記ステップは記載の順に実行される、
   単一バッテリ・リボンを備える装置の製造方法。
10. 複数の前記バッテリ・リボン・セクションは、同時にロールされる、請求項９に記載の製造方法。
11. 前記真空化プロセスは、前記真空包装用包装材料が適用された前記ブロック及び前記相互接続部分から空気を排出する、請求項９又は１０のいずれか１項に記載の製造方法。
12. 前記真空包装は、前記ブロックの周りの全てを取り囲む、請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の製造方法。

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