KR101899419B1 - 밀봉 쌍극형 배터리 어셈블리 - Google Patents

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다니엘 무모
콜린 무이
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그리드텐셜 에너지, 아이엔씨.
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Abstract

본 발명은 예를 들면, 밀봉 쌍극형 배터리 어셈블리를 포함할 수 있는 장치 및 기술에 관한 것이다. 예를 들면, 본 발명의 배터리 어셈블리는 2개 이상의 밀봉 기술을 사용하여 예를 들면, 액밀 어셈블리를 제공할 수 있다. 밀봉 집전체 어셈블리는 예를 들면, 집전체의 한 면 또는 앙 면에 압축성 플라스틱 씰을 피팅시킴으로써 제공될 수 있다. 접착제 씰은 집전체의 가장자리 또는 둘레에 도포될 수 있다. 플라스틱 씰 어셈블리를 사용하여 씰을 고정하거나 전해질이 소수성 플라스틱 씰 하에 침지되어야 하는 경우 추가의 누출 보호 층을 제공할 수 있다. 적층 가능한 케이싱 프레임을 포함하는 집전체 어셈블리는 어셈블링되어 경질 케이싱을 제공할 수 있다. 이러한 케이싱 어셈블리는 서로 적층되어 배터리 어셈블리를 포함하는 쌍극형 셀을 형성할 수 있다.

Description

밀봉 쌍극형 배터리 어셈블리{SEALED BIPOLAR BATTERY ASSEMBLY}
우선권 주장
본원은 2013년 12월 30일자로 출원된, "밀봉 쌍극형 배터리 어셈블리"를 발명의 명칭으로 하는 미국 가특허원 일련 번호 제61/921,919호(Moomaw et al.)(대리인 사건 번호 3601.005PRV)의 우선권의 이익을 주장하고; 본원은 (2) 2013년 12월 30일자로 출원된, "하이브리드 쌍극형 납 축전지"를 발명의 명칭으로 하는 미국 가특허원 일련 번호 제61/921,871호(Mui et al.)(대리인 사건 번호 3601.006PRV)의 우선권의 이익을 주장하고; 본원은 (3) 2014년 9월 2일자로 출원된, "기계적으로 밀봉된 쌍극형 배터리 어셈블리"를 발명의 명칭으로 하는, 미국 가특허원 일련 번호 제62/044,601호(Moomaw et al.)(대리인 사건 번호 3601.005PV2)의 우선권의 이익을 주장하고; 본원은 (4) 2014년 12월 3일자로 출원된, "쌍극형 하이브리드 에너지 저장 장치"를 발명의 명칭으로 하는, 미국 가특허원 일련 번호 제62/087,024호(Mui et al.)(대리인 사건 번호 3601.006PV2)의 우선권의 이익을 주장하며, 이들은 각각 그 전체로서 원용에 의해 본원에 포함된다.
단극형 배터리 구조(configuration)는 일반적으로 일 극성의 전극을 가지며, 각각의 전극은 양성 또는 음성이다. 보다 구체적으로, 단극형 배터리에서, 배터리는 일반적으로 양극 다음에 음극이 존재하고 그 다음에 또 다른 양극 등이 존재하도록 배열된다. 각각의 양극 및 음극은 셀을 포함한다. 일반적으로, 단극형 배터리에서, 이들 셀은 각각 병렬로 연결된다. 이로 인해, 병렬 연결 전체를 달성하는 데 필요한 배선 때문에 상당히 복잡해 지게 된다.
개관
쌍극형 배터리는 최근 수십년간 상당한 연구 및 개발의 주제가 되어 왔지만, 상업적으로 실행 가능한 구조는 아직 달성되지 않은 상태이다. 쌍극형 형태와 관련된 무수한 난제가 존재하지만, 이점도 또한 존재한다. 예를 들면, 쌍극형 형태는 특히 전극 사이와 셀 사이의 상호 연결과 관련하여, 적어도 부분적으로는 배터리 내부 구조의 단순화로 인하여 높은 에너지 및 전력 밀도(power dencity)를 제공할 수 있다. 쌍극형 배터리 구조는 예를 들면, 그것의 셀들을 통한, 셀 사이의 직렬 연결에 의하여 제공되는 전도 경로를 포함하는, 활성 물질에 일반적으로 수직으로 위치하는 특히 짧은 전류 경로를 가질 수 있다. 반면, 일반적으로 이용 가능한 단극형 배터리 구조는 보다 우회하는 병렬 연결을 사용한다. 쌍극형 구조로 사용될 수 있는 직접 직렬 경로는 불필요한 물질(mass)의 제거를 가능하게 하고 또한 저항을 감소시킬 수 있다. 이것은, 단극형 구조와 대조적으로, 다량의 전류를 커다란 손실 없이 더 잘 전달할 수 있고 보다 가벼운 쌍극형 배터리를 제조하는 데 사용될 수 있다.
하나의 접근 방법에서, 예를 들면, 활성 물질 너머로 연장되어 플랜지를 생성하는 부분을 포함하는, 쌍극형 배터리 플레이트 구조가 제공되어("바이플레이트" 또는 "양극자"라고 함), 예를 들면, 또 다른 바이플레이트 또는 배터리 어셈블리의 다른 부분과 메이팅(mating)할 수 있다. 수직 균일성(vertical uniformity)은 외부 배터리 하우징에 의하여 유지될 수 있다. 이러한 유형의 구조는 케이싱의 횡단면 외형과 관련하여 "컵"이라고 지칭될 수 있다. 이러한 플랜지는 용접되고 부착되거나, 압입(press fit)될 수 있다. 이러한 플랜지는 일반적으로 컵이 수직으로의 약간의 이동 자유성을 가질 수 있으므로 압축에 대한 셀의 이동을 허용한다. 플랜지는 일반적으로 전해질 누출을 방지한다. 그러나, 이러한 예는 일반적으로 적합한 형상 및 가요성을 수득하기 위해서는 금속 바이플레이트의 사용에 의존한다. 본 발명자들은 특히, 시간이 경과함에 따라 금속 집전체가 배터리 수명을 크게 감소시키는 부식으로 인한 문제를 가지고 있다는 것을 인지하였다.
또 다른 접근 방법에서는, 쌍극형 배터리 구조의 제조공정은 탈륨 또는 기타 소수성 물질로 제조된 비투과성 전해질 벽의 사용 또는 생성을 포함할 수 있다. 이러한 벽은 집전체를 따라 활성 물질의 둘레를 따라 배열될 수 있고 배터리 하우징에 상향 만곡부로 종결될 수 있다. 이러한 상향 만곡은 전해질이 케이싱의 가장자리를 파괴(breaching)하여 그 다음 셀로 누출되는 것을 방지할 수 있다. 또 다른 유사한 접근 방법에서, 상향 만곡은 추가적으로 전해질 크리프(creep)를 방지하는 소수성 물질로 제조된 스폰지-층과 결합될 수 있다. 이러한 접근 방법은 여전히 문제로 남아 있다. 예를 들면, 이러한 접근 방법은 배터리가 특정 배향으로 유지됨을 가정한다. 배터리를 옆으로 또는 심지어 거꾸로 세팅하면 씰이 그 기능성을 상실하게 될 것이다. 이는 "밀봉된" 댐 배터리의 이점들 중의 하나를 제거한다.
또 다른 접근 방법에서, 케이싱 자체를 캐스킷 물질로 제조함으로써 강한 씰이 달성될 수 있다. 보다 구체적으로, 집전체는 쌍극형 셀 케이싱의 형태를 형성하는 복수 개의 내산성 개스킷 사이에 유지될 수 있다. 이러한 개스킷은 가요성일 수 있어, 이는 배터리에 대한 가변성 압축력을 허용하고, 또한 이의 횡단면을 통한 배기를 허용한다. 가요성 개스킷은, 말단 캡에 일부 유형의 스프링 연결을 사용함으로써, 배터리가 노화함에 따라 변동하는 원하는 수준으로 압축되어 명시된 압축력을 유지시키고 배터리 수명을 연장시킬 수 있다. 이러한 접근 방법은 일반적으로 보호용의 추가적인 경질 외부 하우징을 포함한다. 이러한 외부 하우징은 충격 보호성을 제공할 정도로 매우 강하지만, 장치에 대한 전체 에너지 밀도를 저하시키는 문제가 있다.
개스킷은 쌍극형 배터리를 밀봉하는 데 사용될 수 있지만, 위의 예에서, 케이싱 자체는 경질 물질로 제조되고, 개스킷은 일반적으로 개별적인 프레임 사이에서 압축되어 씰을 생성한다. 개스킷은 고무 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 비부식성 물질을 포함할 수 있다. 압축으로, 신뢰성 있는 씰을 수득하는 것이 가능할 수 있다. 그러나, 압축 수준은 어떤 양극자 물질의 파쇄를 유발할 수 있고 배터리의 사용 수명 동안 유지하는 것이 곤란할 수 있다. 표면 제조가 일반적으로 주의 깊게 제공되거나 양극자와 개스킷 사이에 미세공극이 나타날 수 있다.
개스킷만을 포함하는 접근 방법과는 대조적으로, 접착제가 사용될 수 있다. 예를 들면, 액체 상태의 접착제는 양극자 또는 케이싱 프레임내 공극을 충전시켜, 이온 누출 가능성을 감소시킬 수 있다. 또한, 접착제는 거의 모든 형상의 케이싱에 적용 가능하여, 가요성을 증가시킨다. 접착제 분배 장치가 접착제의 자동화된 적용을 제공하여, 고 품질 및 일관적인 씰을 수득하도록 할 수 있다. 불행하게도, 접착제는 비용이 많이 드는 경향이 있다.
다수의 접착제는 산성 용액에 의하여 쉽게 공격받고, 장시간 노출 시 점차적으로 분해될 수 있다. 이러한 분해로 장치의 노화로 인한 밀봉 실패 가능성이 발생한다. 접착제는 일반적으로 액체 형태로 도포되어 유동하는 경향이 있다. 보다 구체적으로, 접착제는 통상적으로 압축 시 접합부 자체로부터 주위로 밀려난다. 이는 상업적 제품의 사용자들에게 외양적으로 허용될 수 없는 정도의 시각적으로 보기 좋지 않은 씰을 만들게 낼 수 있다.
또 다른 접근 방법에서, 금속 와이어가 쌍극형 어셈블리 내 케이싱 프레임들 사이에, 또한 양극자와 케이싱 사이에 위치할 수 있다. 그런 다음, 어셈블리는 압축되고 유도 챔버 (inductive chamber) 또는 코일 내부에 위치할 수 있다. 코일을 통전시킴으로써, 자기장이 생성되어 어셈블리 내에 위치한 금속 와이어 내에 열을 발생시킬 수 있다. 이러한 열은 주위 케이싱 물질이 용융되도록 하여, 예를 들면, 밀폐형 씰(hermetic seal)을 제공하는 데 도움을 준다. "컵"-형 형상은 각각의 양극자 주위의 케이싱 프레임에 제공될 수 있다. 일반적으로, 유도 용접(induction welding)이 다른 비관련 적용에 사용되어 매우 신뢰성 있는 접합부를 생성하는 것으로 입증된 바 있다. 그러나, 유도 용접을 수행하는 전문화된 장비는 고가일 수 있고 유도 용접 와이어 용으로 사용되는 금속은 일반적으로 오염에 대하여 보호하기 위해 배터리 화학과의 혼화성을 가지는 것으로 정해진다. 더욱이, 이러한 용접 접근 방식은 일반적으로 프레임과 유사한 융점을 갖는 양극자 물질의 사용을 포함하고, 그렇지 않으면 씰은 수득되지 않을 것이다.
본 발명자들은 특히, 위에서 언급된 접근 방법들 중 하나 이상의 방법의 조합이 일반적으로 밀봉 공정을 생성하는 데 사용될 수 있고, 또한 배터리 어셈블리 공정을 단순화시키는 데도 사용될 수 있음을 인지하였다. 예를 들면, 본 발명자들은 특히, 밀봉된 쌍극형 배터리를 제공하는 데 사용될 수 있는 제작 기술 및 구조 형태를 개발하였다.
이러한 개관은 본 특허출원의 주제에 대한 개관을 제공하려는 것이다. 이는 본 발명의 배타적이거나 완전한 설명을 제공하려는 것이 아니다. 하기 상세한 설명이 본 특허출원에 대한 추가의 정보를 제공하기 위해 기술된다.
도면에서, 반드시 일정한 축적으로 도시된 것은 아니며, 복수 개의 도면에서 유사한 번호는 유사한 부품을 설명할 수 있다. 문자 접미사가 상이한 유사한 번호들은 유사한 부품의 상이한 예들을 나타낼 수 있다. 도면은 일반적으로, 제한하려는 것은 아닌, 예로써, 본 명세서에 논의된 다양한 양태를 나타낸다.
도 1a 및 1b는 단극형 배터리 구조 및 쌍극형 배터리 구조의 구현예를 일반적으로 나타낸다.
도 2는 쌍극형 배터리 플레이트 또는 "바이플레이트"를 포함하는 구현예의 단면도를 일반적으로 나타낸다.
도 3은 바이플레이트 및 압축성 플라스틱 씰을 포함할 수 있는 구현예의 단면도를 일반적으로 나타낸다.
도 4는 집전체, 플라스틱 씰 및 접착제 씰을 포함하는 단일 셀 쌍극형 배터리를 포함할 수 있는 구현예의 단면도를 일반적으로 나타낸다.
도 5는 플라스틱 케이싱 프레임을 포함할 수 있는 구현예의 도면을 일반적으로 나타낸다.
도 6은 6-셀 쌍극형 배터리 어셈블리를 포함할 수 있는 구현예의 도면을 일반적으로 나타낸다.
도 7a 및 7b는 케이싱 프레임이 어떻게 함께 적층될 수 있는지를 보여주는, 도 7a의 어셈블링된 6-셀 쌍극형 배터리를 포함할 수 있는 구현예의 도면을 도 7b의 분해도와 함께 일반적으로 나타낸다.
도 8은 예를 들면, 용접 공정에 사용될 수 있는, 오목한 접합부(recessed joint)를 포함할 수 있는 세부적인 도면의 예시를 일반적으로 나타낸다.
도 9는 둘레 주변의 금속화 프레임 및 집전체를 포함할 수 있는 구현예의 도면을 일반적으로 나타낸다.
도 10은 집전체 및 금속화 융합 씰을 포함하는 어셈블링된 6-셀 쌍극형 배터리 스택을 포함할 수 있는 구현예의 단면도를 일반적으로 나타낸다.
도 11a 및 11b는 금속 씰 케이싱 프레임을 포함할 수 있는 구현예의 도면을 일반적으로 나타낸다.
도 12는 7개의 집전체 어셈블리를 포함하는 6-셀 쌍극형 배터리를 포함할 수 있는 구현예의 단면도를 일반적으로 나타낸다.
도 13은 금속화 융합 씰보다 용융 씰을 사용한 6-셀을 포함할 수 있는 구현예의 단면도를 일반적으로 나타낸다.
도 14는 나이프-에지형 접합부(knife-edged joint)를 포함하는 배터리 스택을 포함할 수 있는 구현예의 단면도를 일반적으로 나타낸다.
도 15는 예를 들면, 비대칭성 "컵" 형태를 포함하는, 플라스틱 케이싱 프레임의 변화를 포함할 수 있는 구현예의 도면을 일반적으로 나타낸다.
도 16은 집전체 및 케이싱 프레임 어셈블리를 포함할 수 있는 구현예의 단면도를 일반적으로 나타낸다.
도 17은 용접 구조의 도면을 일반적으로 나타낸다.
도 18은 핫-플레이트 용접 구조의 측면도를 일반적으로 나타낸다.
도 1a 및 1b는 단극형 배터리 구조(102) 및 쌍극형 배터리 구조(202)의 예를 일반적으로 나타낸다. 단극형 구조에서, 집전체는 일반적으로 예를 들면, 페이스트 형태의 활성 물질의 도포를 포함하는, 집전체의 양면(예: 대향면)에 도포된 단일 극성(예: 양성 또는 음성)의 활성 물질을 포함한다. 예를 들면, 전도성 실리콘 웨이퍼는 배터리 플레이트(120A) 어셈블리용 기판을 제공하여, 예를 들면, 집전체를 제공할 수 있다. 전도성 실리콘 웨이퍼(104)는 금속 규화물 등의, 옴 접촉 층을 포함하여, 활성 물질과 전도성 실리콘 웨이퍼 사이에 전도성을 강화시킬 수 있다. 이러한 규화물은 니켈, 코발트, 티탄, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴 또는 이들의 배합물 등의 금속 화학종을 포함할 수 있다. 일례에서, 접착층이 또한 포함되어, 예를 들면, 접착을 촉진시키거나, 전해질 영역(114)에 전해질과의 혼화성을 제공하는 것중 하나 이상의 기능을 제공할 수 있다. 하우징(122)이 제공될 수 있고, 다른 플레이트들 사이의 다른 전해질 영역들로부터 전해질 영역을 유체 분리할 수 있다(그러나 반드시 그럴 필요는 없다).
도 1a에 예시적으로 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 제1 극성 활성 물질을 갖는 제1 플레이트(120A) 및 반대되는 제2 극성 활성 물질을 갖는 제2 플레이트(120B)를 포함하는 양성-음성 쌍이 형성되어, 전해질(114)에 전기화학 셀을 형성할 수 있다. 납 축전지 예에서, 이러한 단일 셀 전압은 약 2.1V일 수 있다. 다수의 셀은 스택(132A)으로서 병렬 형태로 전기적으로 배열될 수 있다. 개별적인 스택(132A) 내지 (132N)은 직렬 연결되어 전압이 Ns*V셀(여기서, Ns는 스택 수를 나타낼 수 있고, V셀은 셀 전압을 나타낼 수 있음)로 나타날 수 있도록 배터리 팩(102)을 어셈블링할 수 있다.
도 1a에서, 제1 단자(130A)는 제1 극성을 제공할 수 있고, 제2 단자(130B)는 반대되는 제2 극성을 제공할 수 있다. 제1 및 제2 단자는 제1 스택(132A) 및 최후 스택(132N)에 각각 커플링될 수 있고, 스택은 제1 버스(124A) 내지 "N번째" 버스(124N)를 사용하여 직렬로 함께 커플링될 수 있다. 도 1a와 대조적으로, 쌍극형 플레이트 구조를 사용하는 배터리 구조(202)는 디자인 단순성을 제공할 수 있다. 각각의 양성 및 음성 활성 물질은 예를 들면, 페이스팅을 통하여, 집전체의 양 면에 도포되어 쌍극형 플레이트를 형성할 수 있다.
도 1b는 하나 이상의 쌍극형 배터리 플레이트, 예를 들면, 쌍극형 플레이트(121A), (121B) 및 (121C)를 갖는 배터리 팩(202)을 포함할 수 있는 예를 일반적으로 나타낸다. 이러한 쌍극형 플레이트는 예를 들면, 영역(116A) 및 (116B)에서 전해질과 샌드위치되어, 밀봉 셀을 형성할 수 있다. 일례에서, 영역(116A)내 전해질은 유체 분리형(fluidically isolated) 또는 기밀하게 밀봉형 중 하나 이상일 수 있어서 전해질이 쌍극형 플레이트(121A)를 우회하여 전해질 영역(116B) 등의 인접 영역에 이를 수 없게 되어 있다. 도 1b에 예시적으로 나타낸 바와 같이, 셀은 직렬 형태로 배치될 수 있다. 셀은 정렬되어 스택(131A)을 형성할 수 있다.
쌍극형 구조에서, 집전체(예: 예를 들면, 쌍극형 플레이트(121A)의 일부로서 포함된 실리콘 웨이퍼)는 한 셀의 음극과 그 다음 셀의 양극 사이에 공유될 수 있다. 제1 버스(124A)는 각각의 스택(131A) 내지 (131N)에서 제1 전극에 연결될 수 있고, 제2 버스(124B)는 각각의 스택(131A) 내지 (131N)에서 반대 전극에 연결될 수 있다. 도 1a와 대조적으로, 스택(131A) 내지 (131N)은 각각 화살표로 나타낸 바와 같은 대부분의 전도성 실리콘 웨이퍼를 통하여 직렬 연결을 제공할 수 있다. 이러한 방식으로, 스택(131A) 내지 (131N) 외부의 상호연결 버스의 총 수는 단극형 플레이트를 사용하는 구조와 비교하여 감소될 수 있다.
하나 이상의 스택(131A) 내지 (131N)을 상호 연결하는 다른 구조들이 사용될 수 있다. 예를 들면, 쌍극형 스택(131A) 내지 (131N)은 보다 낮은 전압 인가를 위하여 병렬로 연결되어 예를 들면, 보다 낮은 전압 배터리 팩을 어셈블링할 수 있다. 대안적으로, 다수의 셀을 갖는 단일 쌍극형 스택은 보다 높은 전압 팩을 형성할 수 있다. 어느 경우에나, 배터리 팩의 전압은 (Np-1)*V셀(여기서, Np는 각각의 스택에 집전체 플레이트의 수를 나타낼 수 있고, V셀은 셀 전압을 나타낼 수 있음)일 수 있다.
도 2는 쌍극형 배터리 플레이트(121A)("바이플레이트" 또는 "양극자") 및 상응하는 쌍극형 배터리 구조를 포함하는 구현예의 단면도를 일반적으로 나타낸다. 제1 쌍극형 배터리 플레이트(121A)는 집전체로서 전도성 실리콘 웨이퍼(104)를 포함할 수 있다. 쌍극형 배터리 플레이트(121A)는 전도성 실리콘 웨이퍼(104)의 제1 표면 또는 그 부근에 위치한 옴 접촉층(106A) 및 접착층(108A)중 하나 이상을 포함할 수 있다. 활성 물질(112A)은 기계적 지지체(110A)에 의하여 제작되는 동안 또는 그 후에 예를 들면, 지지된, 제1 극성을 포함할 수 있다. 제2 옴 접촉층(106B)은 제1 표면에 대향하는 전도성 실리콘 웨이퍼(104)의 제2 표면에 포함될 수 있다. 제2 옴 접촉층(106B)은 제1 옴 접촉층(106A)과 동일한 물질 또는 상이한 물질을 포함하여, 예를 들면, 배터리 어셈블리의 다른 부분에 연결하기 위한 전극을 제공하거나, 내부식성 층을 제공하거나, 전도성 실리콘 웨이퍼(104)의 제1 표면과 유사한 적층(stack-up)을 갖는 거울상 형태를 제공할 수 있다. 제2 접착층(108B)이 또한 포함될 수 있다. 예를 들면, 제1 활성 물질(112A)과 반대되는 극성을 갖는, 제2 활성 물질(112B)이 포함될 수 있다. 제1 전해질 영역(116A)은 배터리 플레이트(121A)를 인접하는 배터리 플레이트(121C)와 분리하고, 제2 전해질 영역(116B)은 배터리 플레이트(121A)를 또 다른 인접한 배터리 플레이트(121B)와 분리할 수 있다. 전해질 영역(116A) 및 (116B)은 세퍼레이터를 포함하여, 예를 들면, 배터리 플레이트 사이에 정해진 분리를 유지시키는 데 도움을 줄 수 있다. 전해질 영역(116A) 및 (116B)은 일반적으로 서로 유체 분리되어, 벌크 형태의 전도성 실리콘 웨이퍼(104)를 통하여 전도가 연속적으로 발생하게 된다. 유체 분리를 포함하여, 밀봉 하우징(122)을 제공하기 위한 장치 및 기술을 아래에 설명한다.
일례에서, 양극자를 지지하는 데 사용될 수 있는 케이싱 프레임의 구조는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 등의 강한, 내산성 플라스틱, 또는 하나 이상의 폴리프로필렌 또는 폴리비닐 클로라이드(PVC) 등의 다른 물질로 제조되거나 이를 포함할 수 있다. 케이싱 부분들은 서로 적층되거나 그 내부에 서로 적층되도록 사이징되거나 성형되어, "컵"을 형성할 수 있다. 예를 들면, 케이싱은 메이팅 피쳐(feature)(예: 또 다른 케이싱으로부터 돌출된 상응하는 피쳐와 메이팅되거나 정렬되는 형상의 하나 이상의 공동(cavity) 영역)을 포함하여, 예를 들면, 용이하게 스케일링(scaling) 가능한 구조를 생성할 수 있다. 본 발명자들은 특히, 이러한 컵 형상의 이점이 충격 시 배터리 어셈블리를 지지하는 응력이 적어도 부분적으로 집전체(예: 취성 또는 얇은 집전체)로부터 케이싱 물질(예: 플라스틱)로 이동할 수 있다는 것을 인식하였다. 이러한 방식으로, 집전체는 보다 얇거나 및/또는 보다 가볍게 제조될 수 있다.
일례에서, 케이싱 프레임은 이의 중심선 둘레로 대칭적인 형상일 수 있다. 예를 들면, 케이싱은 집전체를 따르는, 예를 들면, 중심 공동의 측면상 이의 둘레를 따라 전해질을 수용하는 형상일 수 있다. 그러나, 이러한 구조에서, 집전체의 가장자리는 배터리의 외부 환경에 노출될 수 있다. 연장된 플랜지를 사용하여 전해질 공동의 벽을 생성하여, 예를 들면, 집전체 가장자리에 의하여 기저에 결합된, 하나의 케이싱 프레임의 플랜지와 그 다음 것 사이에 공극을 제공할 수 있을 것이다. 플라스틱 소자를 설치하여 집전체를 보호하여 배터리 외부의 환경에의 노출을 억제할 수 있다.
하나 이상의 씰이 설치되거나, 바이플레이트 어셈블리의 일부로서 제공되어, 예를 들면, 케이싱의 일부에 설치되거나 포함될 수 있다. 일례에서, 변형 가능한 내산성 씰, 내산성 접착제, 플라스틱 케이싱 및 용접 기술의 조합을 사용하여 예를 들면, 주액전지(inter-cell) 누출을 감소시키거나 억제하는 형태의, 액밀(liquid-tight) 어셈블리를 제조할 수 있다. 씰은 예를 들면, 집전체보다 약간 큰 크기의 집전체의 외부 둘레를 따르는 형상일 수 있다. 씰은 예를 들면, 다양한 기계적 하중하에 명시된 변형에 대해 충분한 밀봉 면적을 제공하도록 명시된 폭을 가질 수 있다. 씰은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 같은 소수성 물질로부터 제조될 수 있다. 이러한 소수성 물질은, 수성 전해질이 소수성 씰의 표면에 닿는 경우 볼-업(ball-up)하는 경향이 있기 때문에, 적어도 부분적으로 추가의 누출 억제 또는 방지를 제공할 수 있다. 이러한 씰은 매우 변형 가능하여 집전체의 표면 결함을 수용할 수 있다.
배터리 어셈블리의 제작에 사용되는 접착제는 에폭시와 같은 구조 접착제를 포함하여, 예를 들면, 광범위한 화학 물질에 대한 내성을 제공할 수 있다. 그러나, 다수의 내화학성 접착제가 배터리 전해질의 구성 및 적용에 따라 사용될 수 있다. 일례에서, 접착제는, 씰을 우회하도록 해야 하는 경우, 변형 가능한 플라스틱 씰과 바이폴 사이에서 사용되어, 예를 들면, 변형 가능한 씰을 앵커링(anchoring)하고 전해질이 투과할 수 없는 벽을 제공할 수 있다. 이러한 용도는 수 마이크론 정도의 접착제로도 충분히 달성되므로, 제작 시 사용되는 접착제의 양을 감소시킴으로써 비용을 절감할 수 있다. 접착제는 본원에 기재된 예에서 하나 이상의 목적을 제공할 수 있다. 예를 들면, 변형 가능한 씰은 산 배리어로서 구성될 수 있다. 접착제의 부식 또는 침식은 따라서 감소되거나 최소화될 수 있다.
또 다른 접근 방법에서, 접착제의 사용은 예를 들면, 기계적 접착 방법을 사용하여 전체적으로 제거되거나 감소될 수 있다. 기본 케이싱 형상은 위에 기재된 접근 방법과 비교하여 이러한 예에서 변화시킬 필요는 없다. 예를 들면, 이전의 예와 유사한 얇은 변형 가능한 씰이 사용될 수 있다. 예를 들면, 베터리 케이싱은 "나이프-에지형" 프레임을 갖는, 예를 들면, 집전체와 동일한(또는 대략 동일한) 둘레를 갖는 피쳐를 포함하도록 형성될 수 있다.
나이프 에지형 씰을 사용하여 밀폐형 씰을 제공할 수 있으며, 이러한 씰 형태는 고압하에서도 밀봉 특성을 유지시킬 수 있다. 일반적으로 나이프-에지 형태는 경질 나이프-에지 및 내부로 나이프-에지가 가압되는(또는 그 반대) 변형 가능한 물질을 포함한다. 예리한 가장자리와 변형 가능한 부품 사이의 상호 작용은 일반적으로 액체 파괴를 억제하거나 방지할 수 있는 계면(interface)에서 응력 집중을 발생시킨다. 다양한 예에서, 쌍극형 배터리는 경질(rigid)인 집전체를 포함할 수 있고, 그러므로 케이싱을 집전체 자체로 가압하여 씰을 발생시키는 것은 일반적으로 가능하지 않다. 그러나, 예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 하나 이상의 기타 탄성 물질을 포함하는, 얇은 변형 가능한 씰이 사용될 수 있다. 이러한 얇은 변형 가능한 씰은 집전체 둘레 위에 위치시켜 나이프 에지와 상호 접촉(interfacing)할 수 있다. 변형 가능한 씰은 예를 들면, 용융 공정을 사용하거나, 에폭시 등의 접착제를 통해 집전체에 접착시킬 수 있다. 이러한 구현예의 변형예는 예리한 가장자리를 집전체의 둘레 위로 금속화하는 것을 포함할 수 있는데, 이는 또한 후면으로부터의 변형 가능한 씰과 상호 접촉할 것이다.
또 다른 예에서, 본 발명자들은 금속화 공정 및 납땜 접합부의 사용을 포함하여 밀봉 배터리 어셈블리를 제공하는 데 도움이 되는 기술 및 장치를 개발하였다. 이는 변형 가능한 씰 및 접착제에 추가하여 사용되거나, 또는 그 대신 사용될 수 있다. 일례에서, 집전체의 둘레를 (예를 들면, 집전체의 가장자리와 같은, 활성 물질 대향 표면에 직각인 하나 이상의 표면 상에) 금속화하고, 집전체와 메이팅하는 플라스틱 케이싱의 메이팅 표면을 또한 금속화할 수 있다. 집전체는 예를 들면, 플라스틱 케이싱이 "컵" 형상을 포함하고, 집전체가 컵의 기저를 형성할 수 있는, 플라스틱 케이싱의 피쳐에 맞출 수 있다. 두 부품(예: 집전체 및 케이싱)의 금속화는 예를 들면, 전기도금 또는 무전해 도금을 통하여 달성될 수 있다.
플라스틱 부품은 일반적으로 초기에 니켈로 피복될 수 있지만, 오염 우려 또는 다른 기준에 따라, 다른 금속을 니켈 대신 또는 니켈 도금 후에 표면 위에 피복(deposition)시킬 수 있을 것이다. 수득한 금속화 프레임 어셈블리는 집전체의 가장자리 둘레로, 예를 들면, 땜납, 소결 또는 용접 공정을 사용하여 함께 융합될 수 있다. 이는 균일한 씰을 제공할 수 있지만, 이러한 씰은 화학 공격에 대한 장기 노출로 인하여 약화될 수 있다. 납땜 접합부가 가공된 후, 예를 들면, 플라스틱 피스를 포함하는, 추가의 배리어를 접합부 둘레로 위치시켜 물리적 또는 화학적 손상으로부터 이를 보호할 수 있다..
또 다른 예에서, 본 발명자들은 사출 성형 또는 플라스틱 용융 작업을 사용함을 포함할 수 있어, 예를 들면, 추가의 부품 또는 씰을 제거할 수 있는 기술 및 장치를 개발하였다. 보다 구체적으로, 배터리용 플라스틱 케이싱 또는 하우징은 집전체 둘레로 직접 형성(예: 성형)될 수 있다. 이는 다양한 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들면, 집전체는 사출 성형 다이 내부에 위치시킬 수 있고, 플라스틱 케이싱은 이 주위에 직접 주입될 것이다. 그 다음, 케이싱을 냉각시키고 씰을 생성할 수 있다.
또 다른 예에서, 집전체 및 플라스틱 케이싱을 독립적으로 제작하고 예를 들면, 초음파 용접에 의하여, 함께 접합할 수 있다. 예를 들면, 집전체는 플라스틱 케이싱 프레임에 대하여 압축하고 제 위치에 단단히 고정시킬 수 있다. 프레임과 평행하게 허용된 이동으로 우수한 씰을 수득하지 못하게 될 수 있다. 압축 어셈블리는 미시적으로 평평한 금속 표면(예: 모루)의 상부에 위치시킬 수 있다. 모루는 씰이 용융 동안 평면에서 벗어나 변형되지 않도록 보장할 수 있다. 팁 또는 소노트로드(sonotrode)를 프레임과 상호 접촉하는 양극자의 표면에 대하여 낮출 수 있다. 소노트로드는 변환기에 연결될 수 있고, 예를 들면, 약 ~20킬로헤르츠(kHz) 저진폭 초음파를 사용하여, 여기된다. 이러한 집중된 초음파 에너지는 접합부의 두 표면을 가열하고 이들을 수 천분의 1초만에 함께 융합시킨다. 바이플레이트의 상호 접촉 표면은 피라미드로 형성될 수 있다. 이는 "에너지 디렉터"라고 할 수 있고, 플라스틱 프레임보다 융점이 높을 수 있는, 바이플레이트가 소노트로드로부터의 에너지에 집중하도록 한다. 양극자 및 케이싱 프레임의 완성된 어셈블리는 그 다음, 이러한 블록의 스택을 포함하는 배터리 어셈블리에 대한 빌딩 블록이 될 수 있다.
용접 공정은, 예를 들면, 케이싱, 씰 및 바이플레이트를 어셈블링하고, 그 어셈블리를 적층시켜 명시된 배터리 전압을 제공한 후, 수행할 수 있다. 이러한 용접 공정은 액체가 주변 환경으로 빠져나갈 수 없음을 보장하는 이의 인터페이스 지점에서 함께 케이싱을 융합시킨다. 이러한 구조는 배터리에 대한 외부 케이싱에 추가적으로, 또는 그 대신에 사용될 수 있다. 용융 플라스틱 케이싱은 개별적인 외부 케이싱을 필요로 하지 않고 어셈블리에 대한 충분한 구조적인 보호를 제공할 수 있다. 플라스틱 케이싱 프레임은 명시된 형상을 포함하는 구조여서, 예를 들면, 밀봉 기술의 조합을 수용할 수 있다. 용접 기술은 본원에서의 다른 예와 조합될 수 있다.
용접 공정은 배터리 어셈블리를 제공하기 위하여 핫-플레이트 용접 기술을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 플라스틱 케이싱은 케이싱의 외부 둘레를 그립(grip)하는 클램프(clamp)에 의하여 단단히 고정될 수 있다. 클램프는 표면이 용융될 때까지 가열된 압반에 대하여 케이싱 프레임(예: 접합부의 각 측면)을 가압하는 데 사용될 수 있다. 가열된 압반은 그 다음, 신속하게 당겨지고, 클램프는 그 다음, 두 프레임을 서로에 대하여 틈입할 수 있다. 압축은 플라스틱이 냉각되고 씰이 완전히 형성될 때까지 유지시킨다. 일반적으로, 이러한 핫-플레이트 공정은 유사한 물질에 대하여 신속하고 확실하게 수행한다. 추가로, 접합부의 가시적 품질은 예를 들면, 가열된 압반의 온도를 조절하거나, 메이팅 케이싱 프레임 위의 접합 표면의 형태를 조절함으로써, 다양한 적용에 대하여 맞출 수 있다. 클램프가 프레임 위에 갖는 단단한 고정으로 인하여, 존재하는 활성 물질을 갖는 양극자를 포함하는 케이싱 프레임 어셈블리를 사용하여 핫 플레이트 작업을 수행하는 것이 가능하다. 이와 같이, 핫-플레이트 용접 공정은 배터리 제조 공정에서 늦게 배치될 수 있고, 예를 들면, 전해질로 충전될 준비가 된 수용 단위를 포함하는 배터리 어셈블리를 제공할 수 있다.
도 3은 바이플레이트(321) 및 압축성 플라스틱 씰(361A) 및 (361B)을 포함할 수 있는 구현예(300)의 단면도를 일반적으로 나타낸다. 씰(361A) 및 (361B)의 가장자리는 바이플레이트(321)의 가장자리 너머로 연장되어, 바이플레이트(321)의 가장자리에 접착제(303)가 위치되도록 하여(예: 침착, 분배 또는 도포), 예를 들면, 전해질이 씰(361A) 및 (361B)을 파괴해야 하는 경우, 씰을 앵커링하고 누출을 방지할 수 있다. 일례에서, 접착제(303)는 씰(361A) 또는 (361B)의 전폭을 연장시켜, 바이플레이트(321)와 씰(361A) 또는 (361B) 중의 하나 이상의 사이에 접착층을 생성할 수 있다. 이러한 예는, 예를 들면, 바이플레이트(321) 표면이 특히 거칠고 씰(361A) 또는 (361B)이 바이플레이트(321)의 표면 피쳐를 충전시킬 수 없는(또는 충전시키도록 명시되지 않는) 경우, 사용될 수 있다. 이러한 예에서, 접착제(303)는 제1 씰을 제공하는 한편, 씰(361A) 또는 (361B)은 쇼크 보호 및 바이플레이트(321)에 대한 가변적 압축성을 제공할 수 있다.
본 발명자들은 특히, 두개의 매우 압축성인 플라스틱 씰(361A) 및 (361B) 사이에서 집전체 바이플레이트를 샌드위치하면, 집전체가 경질 플라스틱 케이싱에 직접 부착되는 경우에는 제공되지 않는 집전체에 대한 어느 정도의 쇼크 보호를 제공할 수 있음을 인지하였다. 이는 취성 물질(예: 실리콘 웨이퍼)이라도 바이플레이트로서 사용될 수 있도록 함으로써, 배터리에 더 얇은 바이플레이트 및 더 가벼운 중량을 허용한다.
주로, 배터리가 노화되고 압축력이 플라스틱 씰(361A) 및 (361B)에서 변화함에 따라, 마이크로 누출을 허용할 정도의 충분히 넓은 공동이 집전체 바이플레이트(321)와 씰(361A) 및 (361B) 사이에서 생길 수 있다. 집전체 바이플레이트(321)의 가장자리에 접착제(303)을 도포하면, 전해질이 바이플레이트(321) 주위를 감쌀 수 없게 되고 반대 극성의 바이플레이트와 단락이 일어나지 않게 될 수 있다. 유사하게, 접착제 씰은 플라스틱 씰(361A) 또는 (361B)과 플라스틱 케이싱 프레임 사이에 위치하여 이들 두 부품 사이에 항상 밀접한 접촉이 유지될 수 있다. 바이플레이트-플라스틱 씰과 프라스틱 씰-플라스틱 케이싱 프레임 둘 모두의 견고성(robustness)은 강화된 신뢰성을 제공할 수 있다.
도 4는 집전체(421A) 및 (421B), 플라스틱 씰(461A), (461B), (461C) 및 (461D), 및 접착제 씰(463A) 및 (463B)을 포함하는 단일-셀 쌍극형 배터리 어셈블리를 포함할 수 있는 예(400)의 단면도를 일반적으로 나타낸다. 도 4에 나타낸 예시적인 구현예에서, 각각의 집전체(421A) 및 (421B)의 표면에 배터리(421A) 및 (421B)의 활성 물질이 각각 부착되어 있다. 이 구현예에서, 이들 활성 물질 층(412A) 및 (412B)은 일부 유형의 불활성 세퍼레이터(414)와 분리된다. 세퍼레이터(404)는 추가적으로 쇼크 보호를 제공할 수 있고, 배터리가 상이한 배향으로 위치함에 따라 활성 물질(412A) 및 (412B)의 부족을 일반적으로 방지한다. 집전체(421A) 및 (421B), 플라스틱 씰(461A), (461B), (461C) 및 (461D), 및 접착제 씰(463A) 및 (463B)은 케이싱 프레임(464) 내에 위치시킬 수 있다. 일례에서, 케이싱 프레임(464)은 ABS 플라스틱을 포함한다. 배터리 어셈블리의 최상부 및 기저는 각각 2개의 말단 캡(422A) 및 (422B)과 결합될 수 있고, 이는 플라스틱 케이싱 프레임(464)과 메이팅하는 형상일 수 있다. 말단 캡(422A) 및 (422B)은, 케이싱 프레임(464)을 따라, 함께 융합되어 밀봉된 어셈블리를 제공할 수 있다.
예를 들면, 핫-플레이트 용접 또는 기타 용접 기술이 사용될 수 있다. 이러한 용접은 도 4에 예시적으로 나타낸 바와 같이 용접 접합부(411A) 및 (411B)를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 보다 큰 전압의 배터리의 경우에는, 추가의 셀이 예를 들면, 베이스 케이싱 프레임(464) 상에, 적층될 수 있고, 그 다음 적층 어셈블리는 예를 들면, 도 6에 예시적으로 나타낸, 말단 캡(422A) 및 (422B)으로 캡핑시킬 수 있다. 그런 다음, 전체 배터리는 압축될 수 있고, 씰(463A) 및 (463B)과 유사한 접착제 씰을 경화시킬 수 있다.
도 5는 플라스틱 케이싱 프레임(464)을 포함할 수 있는 구현예(500)의 도면을 일반적으로 나타낸다. 케이싱 프레임(464)은 적층 가능하여, 예를 들면, 다른 유사한 형상의 케이싱 프레임, 또는 하나 이상의 말단 캡과 메이팅할 수 있다. 케이싱 프레임 및 상응하는 바이플레이트의 스택을 사용하여 밀봉 배터리 어셈블리를 제공할 수 있다. 예를 들면, 케이싱 프레임(464)에는 수소 또는 산소 재조합을 포함하는 배터리용 배기구의 설치를 허용하는 배기 채널(468)이 장착될 수 있다. 완전히 밀봉된 장치의 경우에, 배기 채널(468)은 캡핑되거나 생략될 수 있다. 도 5에 나타낸 예에서, 케이싱 프레임(464)은 접합부(411)를 포함하여, 예를 들면, 플라스틱 용접 공정을 용이하게 할 수 있다. 도 5에서, 접합부(411)는 오목한 접합부를 포함한다.
도 6은 6-셀 쌍극형 배터리 어셈블리를 포함할 수 있는 예(600)의 도면을 일반적으로 나타낸다. 도 6에 예시적으로 나타낸 예에서, 예를 들면, 도 2 또는 3의 예와 관련하여 예시적으로 나타내고 기재된 바이플레이트와 유사한 형태인, 7개의 집전체 어셈블리(621A), (621B), (621C), (621D), (621E), (621F) 및 (621G)가 포함된다. 이와는 다른 갯수의 집전체 수가 포함되어, 예를 들면, 명시된 출력 단자 전압을 제공할 수 있다.
도 6에서, 6개의 케이싱 프레임(664A), (664B), (664C), (664D), (664E) 및 (664)이 나타나 있다. 프레임(664A) 내지 (664F)의 스택은 말단 캡(622A) 내지 (622B)를 사용하여 각각 캡핑된다. 본원에 기재된 다른 예에서와 같이, 집전체는 하나 이상의 면에, 예를 들면, 집전체(621A) 및 (621G)의 위치에서의 한 면에, 그리고 집전체(621B) 내지 (621F)의 위치에서의 다른 곳에서의 양 면에, 활성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 중간 개수인 5개의 집전체 어셈블리(621B) 내지 (621F)는 집전체의 양쪽 표면에 상이한 극성을 갖는 활성 물질을 포함하여, 적층시 쌍극형 배터리 구조를 제공할 수 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 씰을 각각의 집전체 어셈블리(621A) 내지 (621G)에 관하여 제공할 수 있다. 도 6에서, 각각의 플라스틱 케이싱 프레임(664A) 내지 (664F)은 케이싱 프레임(664A) 내지 (664F)의 가장자리에 또는 그 둘레를 따라 그 다음의 케이싱 프레임상으로 용융시킬 수 있다. 예를 들면, 각각의 링(ring)은, 예를 들면, 전해질이 어셈블리 주위의 환경으로 누출하는 것을 억제하거나 방지하기 위하여, 용융 접합부(611)를 포함할 수 있다.
또 다른 제작 기술의 예에서, 각각의 케이싱 프레임(664A) 내지 (664F)와 상응하는 집전체 어셈블리는 각각 개별적으로 제작될 수 있다. 그 다음, 배터리 어셈블리는, 예를 들면, 씰의 적절한 경화를 위해 집전체 어셈블리에 압축력을 인가하는 작업 등을 포함하여, 나중에 완성될 수 있다.
도 7a 및 7b는 도 7a의 6-셀 쌍극형 배터리 어셈블리(700A)를 도 7b의 분해도(700B)와 함께 포함할 수 있는 예의 도면을 일반적으로 나타내어 케이싱 프레임이 어떻게 함께 적층될 수 있는지를 보여준다. 어셈블리(700B)는 경질 플라스틱 케이싱 프레임(764A), (764B), (764C), (764D), (764E) 및 (764F)을 포함할 수 있다. 케이싱 프레임은 예를 들면, 본원의 다른 부분에서 나타내고 설명한 바와 같은, 개별 씰 및 용접 씰의 조합을 사용하여, 함께 어셈블링될 수 있다. 케이싱 프레임(764A) 내지 (764F)의 조합은, 용접 및 개별 씰과 함께, 집전체 및 활성 물질(712)을 쇼크 및 충격으로부터 보호하는 한편, 각각의 셀 상의 일정한 압력를 유지시키는 액밀 구조를 형성할 수 있다.
배터리 어셈블리(700A)를 제공하기 위한 어셈블리 공정은 압축성 플라스틱 씰을 집전체의 각 면에 도포하여 배터리 스택을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 이들 씰은 PTFE를 포함할 수 있지만, 다른 소수성 또는 화학적으로 내성인 씰이 또한 사용될 수도 있다. 씰은 일반적으로 예를 들면, 둘레 주위로 접착제 씰을 도포하여, 집전체에 앵커링된다. 플라스틱 씰은 예를 들면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 집전체의 가장자리 너머로 연장될 수 있다. 이는 에폭시 등의, 접착제를 주입하는 채널을 생성할 수 있다. 이러한 접착제 씰은 케이싱 프레임(예: 프레임(764A) 내지 (764F))의 스택을 고정하고 함께 엔드캡핑(endcapping)시키기에 충분할 수 있다. 그러나, 용접 씰은 또한 주위에 사용되어, 예를 들면, 누출에 대한 추가된 보호를 제공할 수 있다.
도 8은 오목한 접합부(411A) 및 (411B)를 포함하여, 용접 공정에 사용되어 예를 들면, 도 4 또는 6에 나타낸 배터리 어셈블리를 제공할 수 있는, 또는 본원에 기재된 기타 예와 관련한, 상세한 도면의 예시적인 예(800)를 일반적으로 나타낸다. 다양한 접합부 형태가 가능하지만, 오목한 접합부(411A) 및 (411B)가 사용되어 외관이 양호한 용접 결합을 제공하는 한편, 집전체 바이플레이트(821A) 및 (821B)를 포함하는 배터리 어셈블리에 대하여 명시된 강도 및 밀폐 품질을 유지시킬 수 있다. 오목한 접합부(411A) 또는 (411B) 중 하나 이상은 용융 또는 압축 동안, 예를 들면, 어셈블리 동안 발생되는 유동 물질을 함유하는 영역을 제공하는 데 도움을 줄 수 있는 플래쉬 트랩(809A) 또는 (809B)에 의하여 둘러싸일 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 비용 또는 분해 우려가 있는 경우, 다양한 기술 및 구조 형태가 사용되어 접착제 또는 개스킷을 사용할 필요 없이 쌍극형 배터리 어셈블리에 수밀 씰을 제공할 수 있다. 본원에 기재된 다양한 예는 다음과 같은 것을 포함한다: 도 10에 나타낸 바와 같은 금속화 표면 씰, 도 13에 나타낸 바와 같은 용융 수축-씰, 도 15 또는 16에 나타낸 바와 같은 나이프-에지형 씰, 또는 도 17에 나타낸 바와 같은 초음파 용접 씰. 이러한 견고한 밀봉 기술은 배터리 수명 전체에 걸쳐 활성 물질 및 집전체에 대한 일정한 압력을 보장하는 데 도움을 주어, 예를 들면, 싸이클 수명을 개선시킬 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 각각의 배터리 셀은 순차적으로 어셈블링될 수 있다. 말단 캡은 베이스를 형성할 수 있고, 다른 셀은 명시된 직류 전압이 배터리 어셈블리에 대하여 획득될 때까지 말단 캡 상에 적층될 수 있다. 그 다음, 어셈블리는, 예를 들면, 모든 케이싱 프레임이 서로 밀착될 때까지 압축될 수 있다. 용접 씰은, 예를 들면, 용접 접합부를 사용하여, 배터리가 제조되면서 둘레 주위에 도포될 수 있다.
도 9는 예를 들면, 둘레 주위로 금속화 프레임(941)을 갖는, 집전체(921)를 포함할 수 있는 예(900)의 도면을 일반적으로 나타낸다. 금속화 프레임(941)은 외부로, 예를 들면, 집전체(921)의 가장자리로, 그리고 내부로, 예를 들면, 활성 물질 층의 가장자리 쪽으로 연장될 수 있다.
도 10은 집전체를 포함하는 어셈블링된 6-셀 쌍극형 배터리 스택(예: 금속화 융합 씰(1041A) 및 (1041B)을 따라, 활성 물질층(1012A) 및 (1012B)을 갖는 바이플레이트(1004))을 포함할 수 있는 예(1000)의 단면도를 일반적으로 나타낸다. 도 10에서, 케이싱 프레임(1064) 등의 플라스틱 케이싱 프레임이 적층될 수 있고, 플라스틱 말단 캡(1022A) 및 (1022B)이 제공되어, 예를 들면, 밀봉 쌍극형 배터리 어셈블리를 제공할 수 있다.
인접한 바이플레이트의 활성 물질층은 불활성 세퍼레이터(1014)와 분리될 수 있다. 예를 들면, 세퍼레이터(1014)는 쇼크 보호를 제공할 수 있고, 배터리가 상이한 배향으로 위치함에 따라 활성 물질의 단락(shorting)을 방지할 수 있다. 각각의 집전체 및 금속화 씰 어셈블리는 바이플레이트(1004)를 따라, 케이싱 프레임(1064)의 결합에 의하여 도시된 바와 같이, 케이싱 "컵"의 기저에 융합될 수 있다. 케이싱 프레임(1064)은 환 형상일 수 있고, ABS 플라스틱을 포함할 수 있다. 배터리의 최상부 및 기저부는 2개의 말단 캡(1022A) 및 (1022B)와 각각 결합될 수 있고, 이는 플라스틱 케이싱 프레임의 스택과 메이팅하는 형상이다.
도 11a 및 11b는 금속 씰 케이싱 프레임을 포함할 수 있는 구현예의 도면(1100A) 및 (1100B)을 일반적으로 나타낸다. 도 10에 관하여 위에서 언급한 바와 같이, 금속 씰 케이싱 프레임(1164)은 플라스틱일 수 있다. 예를 들면, 각각의 케이싱 프레임(1164)은 수소 또는 산소 재조합을 포함하는 배터리용 배기구의 설치를 감안한, 배기 채널(1168)을 포함할 수 있다. 완전히 밀봉된 장치의 경우에, 배기 채널(1168)은 캡핑되거나 생략될 수 있다. 도 11a 및 11b의 예시적인 예에서, 케이싱 프레임(1164)은 양 표면에 "컵" 형상이 거울상으로 있고, 중심선을 중심으로 대칭성이다. 이러한 "컵"은 프레임(1164)으로부터 표면(1113)을 연장시켜 형성될 수 있다. 이러한 연장된 표면(1113)은 적어도 부분적으로 금속화되어, 예를 들면, 집전체 바이플레이트와의 접착을 촉진시킬 수 있다. 집전체 보호를 제공하기 위하여, 플랜지(1123)을 둘레 주위의 외부로 연장시킬 수 있다.
도 11a 및 11b에 예시적으로 나타낸 예에서, 케이싱 프레임(1164)의 내부는 예를 들면, 집전체의 크기보다 약간 작은, 중공 채널을 포함할 수 있다. 이는 보다 큰 용적의 활성 물질을 허용할 수 있다. 집전체는 예를 들면, 외주를 따라 케이싱 프레임(1164)의 최상부와 기저에 융합될 수 있다. 어셈블링된 융합 구조 내에 설치된 중심 채널은 도 3에 나타낸 바와 같은 세퍼레이터 및 활성 물질로 충전될 수 있다. 이러한 형상은 금속화 씰에 특히 적합하지만, 다수의 밀봉 방법이 사용될 수 있다. 금속화 씰의 예에서, 금속 부품을 함께 융합한 후, 도 12에 나타낸 인케이스먼트 링(encasement ring)이 씰의 외부 둘레로 설치되어, 예를 들면, 환경적 공격을 억제하거나 방지할 수 있다. 이러한 인케이스먼트 링은 또한 이의 둘레를 따라 집전체를 접촉시킴으로서 배터리로부터 열을 끌어 당기는 씽크(sink)를 제공할 수도 있다. 이러한 구조는 쌍극형 배터리의 사이클링과 관련된 난제들 중의 하나인, 셀내 열 축적을 제거하는 데 도움을 줄 수 있다.
도 12는 7개의 집전체 어셈블리(1221A), (1221B), (1221C), (1221D), (1221E), (1221F) 및 (1221G)를 포함하는 6-셀 쌍극형 배터리를 포함할 수 있는 예(1200)의 단면도를 일반적으로 나타낸다. 집전체 어셈블리(1221A) 내지 (1221G) 각각은 본원에서 다른 예에 관하여 언급한 바와 같이, 집전체의 하나 이상의 표면에 활성 물질을 포함할 수 있다. 중간 개수인 5개의 어셈블리(1221B) 내지 (1221F)는 쌍극형 배터리 어셈블리를 제공하는 데 사용하기 위하여, 집전체의 양 표면에 서로 반대되는 극성을 갖는 활성 물질을 포함할 수 있다. 도 9 내지 11에 관하여 언급한 바와 같은 각각의 집전체 어셈블리 내 금속화 씰에 추가하여, 각각의 플라스틱 케이싱 부품은 접합부(1211) 등의 접합부들을 통하여 그 다음 부품에 용융되고, 예를 들면, 핫 플레이트 용접 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 10에 나타낸 노출 융합 씰은 인케이싱 프레임(1264A), (1264B), (1264C), (1264D) 및 (1264E)을 사용하여 보호되고, 예를 들면, 금속화 융합 씰을 포함하는 납땜 또는 접착된 접합부를 보호할 수 있다.
도 9 내지 11의 구현예에 대하여 위에서 언급한 바와 같이, 일 구현예는 집전체에 납땜되거나 용접되거나 융합될 수 있는 플라스틱 케이싱 프레임상 금속 피막의 사용을 포함할 수 있다. ABS 등의 플라스틱은 크롬산 욕 중에서 처리되어 이의 표면을 전기적으로 활성화시킬 수 있고, 그 다음 활성화 표면은 무전해 도금 욕에 노출(예: 침지)시킬 수 있다. 교반, 열 부가 또는 자발적 반응 중의 하나 이상을 통하여, 금속은 표면에 증착된다. 니켈은, 높은 활성으로 인하여 베이스 층으로서 사용할 수 있다. 니켈 오염에 대한 우려는 니켈 층 위에 보다 불활성인(예: 덜 반응성인) 금속을 전기도금함으로써 피할 수 있다. 예를 들면, 납 축전지에서, 납 금속의 스트라이크가 니켈 위에 위치하여 부식 우려를 제거할 수 있다.
일반적으로, 사용되는 금속은 배터리 어셈블리 내에서 전해질에 대한 내성이 있는 것으로 선택되며, 그렇지 않으면, 씰이 조기에 실패할 수 있을 것이다. 공정은 배터리 케이싱에 추가하여 집전체에 대하여 수행될 수 있다. 일단 두 부품 모두 목적하는 금속으로 피복되면, 이는 둘레를 따라 납땜, 용접, 용융 또는 기타 복합적인 공정을 통하여 접착될 수 있다. 이들 접착의 화학적 특성으로 인하여, 강한 씰이 제공될 수 있다
도 13은 금속화 융합 씰보다는, 씰(1366) 등의 용융 씰을 사용하는 6-셀을 포함할 수 있는 예(1300)의 단면도를 일반적으로 나타낸다. 도 13의 예의 형태는 다른 예와 유사할 수 있지만, 도 13은 용융형 씰과 사용될 수 있는 덜 대칭인 케이싱 프레임(1364) 구조를 일반적으로 나타낸다. 예를 들면, 집전체(예: 바이플레이트(1304))를 케이싱 프레임(1364)의 최상부 또는 기저 부근에 위치시키면, 배기 장치의 결합을 용이하게 할 수 있다. 이 장치에 대한 말단 캡(1322)은 유사한 구조적 역할을 맡으므로, 다른 예와 유사한 형상이다. 용융 씰(1366)은 집전체(1304)의 가장자리의 형상을 정확하게 따라서, 예를 들면, 씰을 손상시키는 것을 피할 수 있다.
집전체(1304)의 재료(예를 들면, 집전체 어셈블리의 양 면에 서로 반대되는 극성을 갖는 활성 물질(1312A) 및 (1312B)을 포함하는)에 따라, 본원에 기재된 다른 예의 금속화 씰 대신 간단한 용융 작업을 사용하여 배터리 부품들을 함께 융합시키는 것이 가능하다. 일례에서, 케이싱 프레임(1364)은 집전체(1304)에 직접 성형될 수 있다. 예를 들면, 집전체(1304)는 사출 성형 공구의 다이에 수용될 수 있다. 그 다음, 플라스틱 케이싱 프레임(1364)을 집전체(1304) 둘레로 주입할 수 있다. 둘 다 약간 용융되고, 액체에 의하여 파괴되지 않을 수 있는 완전히 융합된 어셈블리가 생성될 수 있다.
유사하게, 또 다른 예에서, 예비 제조된 케이싱 프레임(1364)은 기존의 집전체(1304)에, 예를 들면, 스폿 용접, 또는 또 다른 공정을 사용하여 용융될 수 있다. 이는 저 중량 및 유리한 내부식성을 갖는 씰 구조를 제공할 수 있다. 그러나, 집전체의 용융 온도가 케이싱 링보다 현저히 높은 경우, 이러한 기술은 집전체 위에 저융점 온도 피막을 사용하는 것을 포함할 수 있다.
금속화 씰을 필요로 하지 않거나, 메이팅 피스가 용융 작업에 대하여 지나치게 상이한 경우, 또 다른 예는 나이프-에지형 씰의 사용을 포함할 수 있다. 이러한 나이프-에지형 형태는 주로 기계적일 수 있으며, 예를 들면, 변형 가능한 메이팅 표면으로 예리한 가장자리를 가압시키는 것을 포함한다. 계면에서 발달하는 응력 농도는 에너지가 높으므로, 액체를 방출시킬 수 있다. 쌍극형 배터리에서, 이러한 유형의 씰은 작은 규모로 달성될 수 있다. 도 14는 나이프-에지형 접합부를 포함하는 배터리 스택을 포함할 수 있는, 예를 들면, 접합부(1417)를 포함할 수 있는 예의 단면도를 일반적으로 나타낸다. 플라스틱 케이싱 프레임(1464)은 하나 이상의 표면에 나이프 에지를 제공하는 형상일 수 있고, 케이싱 프레임(1464)은 씰(1461B) 등의, 변형 가능한 플라스틱 씰로 가압된다. 씰(1461B)(또는 씰(1461A) 등의 기타 씰)은 예를 들면, 접착제, 프레스 핏(press fit), 금속화, 용융, 또는 집전체 기판의 표면 피쳐로서 유사한 나이프-에지를 형성하는 방법에 의하여, 집전체(1421)에 부착될 수 있다. 씰(1461A) 또는 (1461B)중 하나 이상은 소수성 PTFE 또는 하나 이상의 기타 플라스틱을 포함할 수 있고, 고무 물질이 사용될 수 있다.
쌍극형 배터리 구조는 예를 들면, 본원에 기재된 다른 예와 유사한, 불활성 세퍼레이터(1414)에 의하여 분리된 활성 물질(1412A) 및 (1412B)을 사용하여, 제공될 수 있다. 밀봉 가장자리를 활성 물질에 근접하게 위치시키면, 전해질이 배터리 활성 물질과 일정한 접촉 상태로 유지되고 집전체를 드러나지 않게 된다.
밀봉 방법과 관계 없이, 다양한 형상이 케이싱 프레임에 대하여 사용되어, 예를 들면, 집전체 기계적 보호를 강화시키는 것을 돕는 한편, 예를 들면, 또한 다른 접근 방법과 비교하여, 전체 질량을 감소시킬 수 있다. 또 다른 케이싱 링 형태는 도 5 및 도 15에 나타낸 바와 같은 비대칭 "컵" 형상을 포함할 수 있다. 도 15는 예를 들면, 비대칭 "컵" 형태를 포함하는, 플라스틱 케이싱 프레임(1564)의 변형을 포함할 수 있는 예(1500)의 도면을 일반적으로 나타낸다. 나이프-에지(1517)는 "컵"의 내부 표면에 생성될 수 있고, 예를 들면, 집전체와 직접 접촉하게 위치시킬 수 있다. 케이싱의 기저면은 주요 프레임으로부터 연장될 수 있고, 집전체와 매칭되도록 사이징될 수 있다. 최상면은 부근의 프레임(예: 스택내 그 다음 프레임)의 기저 상에 연장되는 표면과 메이팅되는 컷아웃(cutout)을 포함할 수 있다. 특히, 컷아웃은 집전체와 동일한 둘레를 포함할 수 있다. 이는 집전체가 이러한 컷아웃에 의하여 생성된 선반에 위치할 수 있는, 용이하게 적층 가능한 배열을 생성한다. 이러한 형상의 이점은 집전체에 제공되는 이의 견고성이다. "컵" 형상은 특히 대칭 컵 형태와 비교하여, 강도를 제공할 수 있고, 집전체가 갖는 기계적 하중량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 이러한 비대칭 예는 보다 얇고 보다 가벼운 집전체와 사용될 수 있다.
배터리 어셈블리에 대한 말단 캡 또한 변형된 "컵" 형태의 특징을 이루어, 예를 들면, 케이싱 프레임(1564)과 메이팅될 수 있다. 이러한 말단 캡은 배터리 단자 및 말단 접촉부를 수용하고, 이러한 말단 캡은 배터리 스택에 대한 주요 구조를 제공할 필요가 없어서 중량 절감이 실현될 수 있다.
도 16은 집전체(1621)를 포함할 수 있는, 예를 들면, 음향(예: 초음파) 용접 작업에서 사용하기 위한 에너지 디렉터(1618)를 포함할 수 있는, 예(1600)의 단면도를 일반적으로 나타낸다. 다양한 예에 따르면, 집전체 및 케이싱 프레임은 동일한 물질일 필요는 없다(일반적으로 동일한 물질이 아닐 것이다). 고 처리량 밀봉 기술은 초음파 용접을 사용함을 포함하여, 예를 들면, 상이한 물질을 결합시킬 수 있다.
도 16의 예시적인 예에서, 케이싱 프레임(1664)은 또한 하나 이상의 에너지 디렉터(1619A), (1619B) 및 (1619C)를 포함하여, 예를 들면, 소노트로드로부터 에너지를 집중시키는 것을 도울 수 있다. 예를 들면, 밀폐 접합부가 예를 들면, 에너지 디렉터(1619A) 내지 (1619C)에 실질적으로 직각으로(예: 수직으로) 배향된 에너지 디렉터(1618)를 사용하여 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 액밀 씰이 집전체(1621)와 케이싱 프레임(1664) 사이의 계면에 제공될 수 있다.
도 17은 용접 구조(1700)의 도면을 일반적으로 나타낸다. 소노트로드(1770)("혼(horn)"이라고도 함)는 변환기에 의하여 저진폭 파로 통전될 수 있다. 이러한 에너지는 소노트로드(1770)가 초당 수 천 회 진동하도록 할 수 있다. 변환기는 소노트로드(1770)와 커플링되어 저진폭 파를 제공하여, 소노트로드가 약 20kHz로 진동하고, 이러한 진동이 첨단(tip)을 통하여 접합되는 표면으로 커플링되도록 할 수 있다. 변환기로부터의 주파수를 조절하면 소노트로드(1770)가 진동하는 속도를 변화시킬 수 있다. 주파수가 높아지면 일반적으로 더 빠른 운동을 유발하여 접착 표면을 보다 빠르게 가열한다. 그러나, 너무 높은 주파수는 부분 파쇄 및 번-인(burn-in)까지도 유발할 수 있다. 따라서, 소노트로드(1770)는 적합한 명시된 주파수로 조정될 수 있다.
소노트로드(1770)가 케이싱 프레임(1764)에 대하여 집전체(1721)를 압축하면, 에너지 디렉터(1718) 및 (1719)는 신속하게 이의 각각의 융점에 이를 수 있다. 소노트로드(1770)로부터의 압축은 이로써 프레임(1764) 및 집전체를 접합시켜, 예를 들면, 씰을 생성할 수 있다.
일례에서, 용접 공정 동안, 소노트로드(1770)는 양극자 집전체(1721)의 표면에 도포될 수 있다. 소노트로드(1770)는 압축력을 가하여 양극자 집전체(1721)를 케이싱 프레임(1764)으로 가압할 수 있다. 케이싱 프레임은 모루에 의하여 하부에 지지될 수 있다. 변환기는 상부에 스위칭될 수 있고, 소노트로드(1770)는 자신의 마이크로 진동을 개시한다. 이러한 빠른 운동은 에너지를 양극자 집전체(1770) 상의 에너지 디렉터(1718)를 통하여 케이싱 프레임(1764) 상의 에너지 디렉터(1719) 아래로 이동시킨다.
이러한 계면에서의 작은 접촉 면적으로 인하여, 온도는 신속하게 축적된다. 소노트로드(1770)는 예를 들면, 예시적인 예에 따라 수 초 내에 회전을 완료하는, 양극자 집전체(1721)의 전체 둘레 주위로 이동하는 형태일 수 있다.
이러한 운동은 국소화 영역이 신속하게 융점에 이르도록 하고, 그 다음 영역은 소노트로드(1770)가 이동함에 따라 신속하게 냉각될 수 있다. 이는 상이한 물질들의 융합을 허용하고, 탁월한 밀폐형 씰을 발생시킨다. 에너지 디렉터의 배치는 용접되는 둘레 영역 전체 주위로 균일하게 배열되어야 하지만, 용접 전 초기 접촉 영역은 최소화될 수 있다. 에너지 디렉터(1718) 및 (1719)의 피라미드 형상은 초기 접촉 면적의 제한을 용이하게 하는 한편, 또한 채널은 용접 작업 동안 또는 그 후 플래슁을 위한 유지시킨다.
고 용융 온도 물질이 저 용융 온도 물질과 융합하는 경우, 예를 들면, 소노트로드(1770)에 접촉하는 어셈블리 일부는, 전체 진동 효과를 수득하고 있으므로, 일반적으로 가장 온도에 이르기 때문에, 일반적으로 보다 높은 용융 온도 피스는 소노트로드(1770)에 직접 접촉하는 위치에 위치할 수 있다.
메이팅 표면의 용융 온도들 사이에 큰 차이가 존재하는 경우, 에너지 디렉터는 최상부 부품에 독점적으로 위치하는 한편, 기저 메이팅 표면을 평평한 상태로 둘 수 있다(도 17에 나타낸 배향에 따라). 평평한 표면은 일반적으로 큰 표면적을 갖고, 따라서 일반적으로 용융하는 데 보다 많은 에너지를 사용한다. 2개의 에너지 디렉터(예를 들면, 도 17에 예시적으로 나타낸 용융되는 접합부 각각의 표면상 에너지 디렉터)의 사용은 활성 물질 공동으로의 과도한 플래쉬 돌출을 억제하거나 억제하는 데 도움이 될 수 있지만, 기타의 변형이 가능하다.
도 18은 핫-플레이트 용접 형태를 포함할 수 있는 예(1800)의 측면도를 일반적으로 나타낸다. 각각의 케이싱 프레임(1864A) 및 (1864B)이 어셈블링되는 경우, 이는 그 다음 프레임의 최상부에 적층되어 이와 융합될 수 있다. 하나의 접근에서, 핫 플레이트 용접 기술이 사용될 수 있다. 이러한 접합부는 이의 수명 동안 함께 배터리 어셈블리를 고정하고, 환경으로의 전해질 누출을 방지할 수 있다. 핫-플레이트 용접에서, 접합부는 케이싱 프레임(1864A) 및 (1864B)을 물리적으로 함께 용융 및 융합시킴을 포함할 수 있다.
도 18의 예에서, 케이싱 프레임(1864A) 및 (1864B)은 가열 압반(1821)과 접촉시켜, 둘레를 따라 명시된 용융 영역에서 케이싱 프레임(1864A) 및 (1864B)의 표면을 용융시킬 수 있다. 케이싱 프레임(1864A) 및 (1864B)은 예를 들면, 클램프(1832A) 및 (1832B)를 사용하여 적소에 단단히 고정될 수 있다. 클램프는 부품이 압반(1821)의 명시된 영역에 압반(1821)을 접촉시키는 것을 보장하는 데 도움을 주는 정렬 피쳐를 포함할 수 있다. 클램프(1832A) 및 (1832B)는 그 다음 예를 들면, 압반(1821)이 제거된 후, 가열 후 함게 접합부를 가압하는 데 사용되어 용접부를 발생시킬 수 있다.
도 8을 다시 참조하면, 도 8은 오목한 접합부(411A) 및 (411B)을 포함하는 제1 접근을 나타내지만, 다양한 버트(butt) 및 플랜지 접합부가 사용될 수 있다. 오목한 접합부의 이점은 용접 공정 동안 생성된 어떠한 과량의 물질이라도 함유하는 플래쉬 트랩(809A) 및 (809B)의 존재이다. 이러한 트랩은 용접 접합부의 장식적 외형을 개선시킬 수 있고, 유동하는 물질에 대한 공간을 제공하여, 기포의 형성 가능성을 감소시키거나 억제하고 밀폐형 씰을 발생시킬 수 있다. 핫-플레이트 용접은 예를 들면, 도 18의 형태를 사용하여, 즉시 큰 면적을 용접할 수 있는 신속한 공정이다.
예를 들면, 함께 접착되는 2개의 피스, 이 예에서는 케이싱 프레임(1864A) 및 (1864B)은 클램프(1832A) 및 (1832B)에 각각 커플링되어, 클램프가 프레임(1864A) 및 (1864B)을 적소에 단단히 고정하도록 할 수 있다. 이러한 클램프(1832A) 및 (1832B)는 그 다음 프레임(1864A) 및 (1864B)을 가열 압반(1821)과 접촉시킬 수 있으며, 이의 표면은 구체적으로 프레임(1864A) 및 (1864B) 상의 접합부를 매칭시키는 형태일 수 있다. 일반적으로 프레임(1864A) 및 (1864B)의 전체 표면을 가열할 필요는 없다. 그 대신, 사실상 함께 용접될 접합부를 포함하거나 그 부근의 명시된 용융 영역만이 가열 압반(1821)과 접촉하도록 배열된다. 이러한 접근은 밀페 접합부를 제공하는 한편, 배터리 케이싱 어셈블리의 가시적인 매력을 유지할 수 있다. 프레임(1864A) 및 (1864B)은 접합부 표면이 용융되기 시작할 때가지 압반(1821)과 접촉 상태로 고정될 수 있다. 압반(1821)은 그 다음 프레임(1864A) 및 (1864B)에서 비켜서 신속하게 당겨질 수 있다. 클램프(1832A) 및 (1832)를 그 다음 사용하여 용융 접합부 표면을 함께 둘 수 있다. 신속한 냉각이 발생하여 프레임(1864A) 및 (1864B)을 함께 융합시켜 밀폐형 씰을 제공한다.
오목한 접합부(예를 들면, 도 8에서와 같은)에서, 대향 표면상 플라스틱의 돌출 구획은 가열 압반(1821)과 접촉하도록 배열될 수 있다. 예시적인 예에 따라, 이러한 표면들은 이의 최종 길이 예비 용접부의 약 125%로 연장할 수 있다. 과량의 물질은 그 다음 접합부내 플래쉬 트랩으로 밀어넣어, 용접부의 강도를 증가시킬 수 있다. 플랜지-접합부 등의 비-오목한 접합부는 일반적으로 용접부를 적합하게 형성하기 위한 과량의 물질을 포함하지만, 과량의 플래쉬가 부품의 외부로 밀려, 가시적으로 덜 호소력있는 본드가 생성될 수 있다. 가열 압반(1821)의 온도는 플래쉬의 분포를 조절하도록 조절될 수 있지만, 접합부 표면을 용융시키는 온도는 일반적으로 최소 온도로 명시될 수 있다. 핫-플레이트 용접이 유사한 물질을 접착시키는 데 일반적으로 만족스럽다.
다양한 기록 및 실시예
실시예 1은 주제(예를 들면, 기구, 방법, 동작을 수행하기 위한 수단, 또는 장치에 의하여 수행시, 장치가 동작을 수행하도록 할 수 있는, 설명서를 포함한 장치 판독 가능 매체)를 포함하거나 사용할 수 있으며, 예를 들면, 제1 적층 가능 케이싱 프레임, 상부에 위치한 제1 활성 물질 전도형을 갖는 하나 이상의 표면을 포함하는 제1 경질 집전체, 상부에 위치한 제2 활성 물질 전도형을 갖는 하나 이상의 표면을 포함하는 제2 경질 집전체, 제1 활성 물질 전도형에 대향하는 배터리 전극 극성에 상응하는 제2 활성 물질 전도형, 적층 가능한 케이싱 프레임 및 제1 및 제2 경질 집전체에 의하여 적어도 부분적으로 한정된 제1 전해질 영역, 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져(liquid-tight enclosure)를 제공하는 형태의, 압축성 플라스틱 씰, 접착제 씰, 금속화 씰, 용융 씰, 나이프-에지형 씰 또는 용접 씰 중의 하나 이상을 포함하는, 쌍극형 배터리 어셈블리를 포함하거나 사용할 수 있다.
실시예 2는 실시예 1의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 제1 표면에 제1 활성 물질 유형을 갖고, 제1 표면에 대향하는 표면에 제2 활성 물질 유형을 갖는 쌍극형 배터리 플레이트를 포함하는 제1 또는 제2 경질 집전체들 중의 하나 이상을 임의로 포함할 수 있다.
실시예 3은 실시예 1 또는 2중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 실리콘 웨이퍼 기판을 포함하는 경질 집전체를 임의로 포함할 수 있다.
실시예 4는 실시예 1 내지 3중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 제2 적층 가능한 케이싱 프레임 및 제3 경질 집전체를 임의로 포함할 수 있으며,
여기서, 청구항 1의 쌍극형 배터리 어셈블리는 제1, 제2 및 제3 경질 집전체에 의하여 한정된 셀의 연속 배열을 포함하고, 당해 연속 배열은 적층 가능한 케이싱 프레임을 물리적으로 적층시켜 적어도 부분적으로 달성되고;
제2 및 제3 경질 집전체는 제2 적층 가능한 케이싱 프레임을 따라, 제2 전해질 영역을 한정하고, 당해 제2 전해질 영역은 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하는 형태의 압축성 플라스틱 씰, 접착제 씰, 금속화 씰, 용융 씰, 나이프-에지형 씰 또는 용접 씰중 하나 이상에 의하여 적어도 부분적으로 제1 전해질 영역으로부터 유체 분리된다.
실시예 5는 실시예 1 내지 4중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 적층 가능한 케이싱 프레임의 외부 둘레를 따라 함께 융합된 적층 가능한 케이싱 프레임을 임의로 포함할 수 있다.
실시예 6은 실시예 1 내지 5중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 집전체의 둘레를 따르도록 하는 형상의, 집전체의 가장자리를 따라 도포된 접착제를 사용하여 집전체에 앵커링된 압축성 플라스틱 씰을 임의로 포함하여, 제1 전해질 영역에 위치한 전해질에 대한 배리어를 제공할 수 있다.
실시예 7은 실시예 1 내지 6중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하는 형태의 압축성 플라스틱 씰 및 접착제 씰을 임의로 포함할 수 있고, 당해 압축성 플라스틱 씰 및 결합된 접착제 씰은 밀봉된 쌍극형 배터리 어셈블리의 배터리 화학과의 혼화성에 대하여 명시된 물질을 포함한다.
실시예 8은 실시예 1 내지 7중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하는 형태의 금속화 씰을 임의로 포함할 수 있고, 당해 금속화 씰은 밀봉된 쌍극형 배터리 어셈블리의 배터리 화학에 의하여 실질적으로 부식되지 않는 물질을 포함한다.
실시예 9는 실시예 1 내지 8중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하는 형태의 금속화 씰을 임의로 포함할 수 있고, 당해 금속화 씰은 활성 물질 및 집전체의 둘레에 의하여 경계짓는다.
실시예 10은 실시예 1 내지 9중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하는 형태의 용융 씰을 임의로 포함할 수 있고, 당해 용융 씰은 집전체의 일부 및 적층 가능한 케이싱 프레임의 일부를 포함하는 용융 영역을 포함하고, 당해 용융 영역은 밀봉 배터리 어셈블리내 인접한 셀을 서로로부터 및 밀봉 배터리 어셈블리 주위의 환경으로부터 분리한다.
실시예 11은 실시예 1 내지 10중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하는 형태의 나이프-에지형 씰을 임의로 포함할 수 있고, 당해 나이프-에지형 씰은 집전체의 일부 및 압축성 플라스틱 씰을 포함한다.
실시예 12는 실시예 1 내지 11중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 초음파 용접을 사용하여 적층 가능한 케이싱 프레임과 융합된 제1 및 제2 집전체를 임의로 포함할 수 있다.
실시예 13은 실시예 1 내지 12중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 적어도 한 축 둘레의 횡단면에서 대칭인 케이싱 프레임을 임의로 포함할 수 있다.
실시예 14는 실시예 1 내지 12중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 적어도 한 축 둘레의 횡단면에서 비대칭인 형태의 케이싱 프레임을 임의로 포함하여 비대칭 컵 형태를 한정할 수 있다.
실시예 15는 실시예 1 내지 14중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 집전체 중의 하나의 외부 둘레를 따르는 형태이고 적어도 한 표면으로부터 연장하는 플랜지를 포함하는 케이싱 프레임을 임의로 포함할 수 있다.
실시예 16은 실시예 1 내지 15중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 주제(예를 들면, 기구, 방법, 동작을 수행하기 위한 수단, 또는 기계에 의하여 수행시, 기계가 동작을 수행하도록 할 수 있는 설명서를 포함한 기계 판독 가능 매체)를 포함할 수 있으며, 예를 들면, 제1 적층 가능 케이싱 프레임, 상부에 위치한 제1 활성 물질 전도형을 갖는 하나 이상의 표면을 포함하는 제1 실리콘 웨이퍼 집전체, 상부에 위치한 제2 활성 물질 전도형을 갖는 하나 이상의 표면을 포함하는 제2 실리콘 웨이퍼 집전체, 제1 활성 물질 전도형에 대향하는 배터리 전극 극성에 상응하는 제2 활성 물질 전도형, 적층 가능한 케이싱 프레임, 제1 및 제2 경질 집전체에 의하여 적어도 부분적으로 한정된 제1 전해질 영역, 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하는 형태의, 압축성 플라스틱 씰, 접착제 씰, 금속화 씰, 용융 씰, 나이프-에지형 씰 또는 용접 씰 중의 하나 이상을 포함하는, 쌍극형 배터리 어셈블리를 포함할 수 있다.
실시예 17은 실시예 1 내지 16중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 주제(예를 들면, 기구, 방법, 동작을 수행하기 위한 수단, 또는 기계에 의하여 수행시, 기계가 동작을 수행하도록 할 수 있는 설명서를 포함한 기계 판독 가능 매체)를 포함할 수 있으며, 예를 들면, 쌍극형 배터리 플레이트 및 상부에 제1 활성 물질 전도형을 갖는 하나 이상의 표면을 포함하는 제1 경질 집전체에 커플링된 제1 적층 가능한 케이싱 프레임을 포함하는 케이싱 어셈블리를 형성함을 포함할 수 있고, 제1 적층 가능한 케이싱 프레임 및 제1 경질 집전체가 제2 적층 가능한 케이싱 프레임 및 제2 경질 집전체와 적층되는 경우, 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하는 형태의, 압축성 플라스틱 씰, 접착제 씰, 금속화 씰, 용융 씰, 나이프-에지형 씰 또는 용접 씰 중의 하나 이상을 형성함을 포함하고; 당해 전해질 영역은 제1 경질 집전체, 제2 경질 집전체 및 제1 적층 가능한 케이싱 프레임에 의하여 적어도 부분적으로 한정된다.
실시예 18은 실시예 17의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 제2 적층 가능한 케이싱 프레임 및 제3 경질 집전체를 포함하는 배터리 어셈블리를 형성함을 임의로 포함할 수 있고, 당해 형성은 제1 및 제2 적층 가능한 케이싱 프레임을 물리적으로 적층시켜 제1, 제2 및 제3 경질 집전체에 의하여 한정된 셀의 연속 배열을 제공함을 포함한다. 실시예 17에서, 제2 및 제3 경질 집전체는, 제2 적층 가능한 케이싱 프레임을 따라, 제2 전해질 영역을 한정하고, 당해 제2 전해질 영역은 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하는 형태의 압축성 플라스틱 씰, 접착제 씰, 금속화 씰, 용융 씰, 나이프-에지형 씰 또는 용접 씰 중의 하나 이상에 의하여 적어도 부분적으로 제1 전해질 영역과 유체 분리된다.
실시예 19는 실시예 18의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 제1 및 제2 적층 가능한 케이싱 프레임을 외부 둘레를 따라 함께 융합시킴을 임의로 포함할 수 있다.
실시예 20은 실시예 17 내지 19중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 집전체의 둘레를 따르는 형상이고 집전체의 가장자리를 따라 도포된 접착제를 사용하여 집전체에 앵커링된 압축성 플라스틱 씰을 형성함을 임의로 포함하여 제1 전해질 영역에 위치한 전해질에 대한 배리어를 제공할 수 있다.
실시예 21은 실시예 17 내지 20중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하는 형태의 압축성 플라스틱 씰 및 접착제 씰을 형성함을 임의로 포함할 수 있고, 당해 압축성 플라스틱 씰 및 결합된 접착제 씰은 밀봉 쌍극형 배터리 어셈블리의 배터리 화학과의 혼화성에 대하여 명시된 물질을 포함한다.
실시예 22는 실시예 17 내지 21중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하는 형태의 금속화 씰을 형성함을 임의로 포함할 수 있고, 당해 금속화 씰은 밀봉 쌍극형 배터리 어셈블리의 배터리 화학에 의하여 실질적으로 부식되지 않는 물질을 포함한다.
실시예 23은 실시예 17 내지 22중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하는 형태의 금속화 씰을 형성함을 임의로 포함할 수 있고, 당해 금속화 씰은 활성 물질 및 집전체의 둘레에 의하여 경계지은 금속화 씰을 포함한다.
실시예 24는 실시예 17 내지 23중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하는 형태의 용융 씰을 형성함을 임의로 포함할 수 있고, 당해 용융 씰은 집전체 일부 및 적층 가능한 케이싱 프레임의 일부를 포함하는 용융 영역을 포함하고, 당해 용융 영역은 제1 적층 가능한 케이싱 프레임이 또 다른 케이싱 프레임과 적층시, 밀봉 배터리 어셈블리내 인접한 셀들을 서로로부터 그리고 밀봉 배터리 어셈블리 주변 환경으로부터 분리한다.
실시예 25는 실시예 17 내지 24중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하는 형태의 나이프-에지형 씰을 형성함을 임의로 포함할 수 있고, 당해 나이프-에지형 씰은 집전체 일부와 압축성 플라스틱 씰을 포함한다.
실시예 26은 실시예 17 내지 25중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 초음파 용접을 사용하여 제1 집전체를 적층 가능한 케이싱 프레임과 융합시킴을 임의로 포함할 수 있다.
실시예 27은 실시예 17 내지 26중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어, 용접 씰을 형성하여 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공함을 임의로 포함할 수 있다.
실시예 28은 실시예 17 내지 27중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어 핫-플레이트 용접을 사용하여 용접 씰을 형성함을 임의로 포함할 수 있다.
실시예 29는 실시예 17 내지 28중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어 적층 가능한 케이싱 프레임을 성형함을 포함하여 적층 가능한 케이싱 프레임을 형성함을 임의로 포함할 수 있다.
실시예 30은 실시예 17 내지 29중 하나 또는 어느 조합의 주제를 포함하거나 임의로 이와 결합되어 제1 경질 집전체 주위에 적층 가능한 케이싱 프레임을 사출 성형함을 포함하여 적층 가능한 케이싱 프레임을 형성함을 임의로 포함할 수 있다.
이들 비제한적인 실시예 각각은 독립적일 수 있거나, 다양한 순열 또는 기타 실시예중 하나 이상과의 조합으로 결합될 수 있다.
위의 상세한 설명은 첨부한 도면에 대한 참조를 포함하고, 이는 상세한 설명의 일부를 형성한다. 도면은, 예로써, 본 발명이 실시되는 특정한 양태를 나타낸다. 이러한 양태는 또한 본원에서 "실시예"로 언급한다. 이러한 예는 나타내거나 설명한 것 이외의 구성 요소를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명자들은 또한 나타내거나 설명된 구성 요소들만이 제공되는 실시예를 고려한다. 더욱이, 본 발명자들은 또한 특정한 실시예(또는 하나 이상의 이의 측면)에 관하여, 또는 본원에 나타내거나 설명된 기타 실시예(또는 하나 이상의 이의 측면)에 관하여, 나타내거나 설명된 구성 요소들(또는 하나 이상의 이의 측면)의 어떠한 조합 또는 순열을 사용한 실시예를 고려한다.
본 문서와 참조로 인용된 어떠한 문서 사이에 불일치하는 사용의 경우, 본 문서에서의 사용이 우선한다.
본 문서에서, 단수 용어("a" 또는 "an")는 특허 문서에서 일반적인 것과 같이 사용되어, "적어도 하나" 또는 "하나 이상"의 어느 다른 예 또는 사용과 독립적인, 하나 이상을 포함한다. 본 문서에서, 용어 "또는"은 비배타적임을 나타내는 데 사용되거나, 달리 지시되지 않는 한, "A 또는 B"가 "A이지만 B는 아닌", "B이지만 A는 아닌", 및 "A 및 B"를 포함하도록 한다. 본 문서에서, 용어 "포함하는(including)" 및 "여기서(in which)"는 각각의 용어 "포함하는(comprising)" 및 "여기서(wherein)"의 일반 영어 동의어로서 사용된다. 또한, 다음 청구항에서, 용어 "포함하는(including 및 comprising)"은 제한이 없으며, 즉 청구항내 이러한 용어 후 열거된 것 이외의 구성 요소를 포함하는 시스템, 장치, 제품, 조성물, 제형 또는 공정이 청구의 범위내에 속하는 것으로 간주된다. 더욱이, 다음의 청구항에서, 용어 "제1", "제2" 및 "제3" 등은, 단지 라벨로서 사용되고, 이의 대상에 대하여 수치 요건을 부과하려는 것은 아니다.
본원에 기재된 방법 예는 적어도 부부적으로는 기계 또는 컴퓨터 실행될 수 있다. 일부 예는 위의 예에 기재된 바와 같은 방법을 수행하는 전자 장치를 구성하는 실시가 가능한 설명서로 인코딩된 컴퓨터 판독 가능한 매체 또는 기계 판독 가능한 매체를 포함한다. 이러한 방법의 실행은 코드, 예를 들면, 마이크로코드, 어셈블리 언어 코드, 보다 높은 수준의 언어 코드 등을 포함할 수 있다. 이러한 코드는 다양한 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 판독 가능한 설명서를 포함할 수 있다. 당해 코드는 컴퓨터 프로그램 제품의 일부를 형성할 수 있다. 추가로, 예에서, 당해 코드는 예를 들면, 실행 동안 또는 다른 때에, 하나 이상의 휘발성, 비일시적, 또는 비휘발성 유형 컴퓨터 판독 가능 매체에 명백히 저장될 수 있다. 이러한 유형의 컴퓨터 판독 가능 매체의 예는 이들로 제한되지는 않지만, 하드 디스크, 이동식 자기 디스크, 이동식 광 디스크(예: 컴팩트 디스크 및 디지털 비디오 디스크), 자기 카세트, 메모리 카드 또는 스틱, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 읽기 전용 메모리(ROM) 등을 포함할 수 있다.
위의 설명은 예시적인 것이고, 제한적인 것은 아닌 것으로 의도된다. 예를 들면, 위에서 설명된 예(또는 하나 이상의 이의 측면)는 서로와 함께 사용될 수 있다. 예를 들면, 당업자가 위의 설명을 검토시, 기타 양태가 사용될 수 있다. 37 C.F.R. §1.72(b)를 준수하는 요약서가 제공되어, 독자가 기술적 개시 내용의 특성을 재빨리 확인하도록 한다. 이는 청구항의 범위 또는 의미를 해석하거나 제한하는 데 사용되지 않는다는 이해로 제출된다. 또한, 위의 상세한 설명에서, 다양한 특징들이 함께 그룹화되어 개시 내용을 간소화시킬 수 있다. 이는 청구하지 않은 비공개 특징이 어떠한 청구항에서도 필수적임을 의도하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 그보다는, 본 발명의 주제는 특정한 개시된 양태의 모든 특징보다 적게 위치할 수 있다. 따라서, 다음 청구항은 이로써 예 또는 양태로서 상세한 설명으로 포함되며, 각각의 청구항은 개별적인 양태로서 독립적이고, 이러한 양태는 다양한 조합 또는 순열에서 서로 결합될 수 있음을 고려한다. 본 발명의 영역은 첨부한 청구항이 부여하는 동등물의 전 범위와 함께, 이러한 청구항을 참조하여 결정되어야 한다.

Claims (30)

  1. 제1 적층 가능한 케이싱 프레임;
    전도성 물질을 포함하는 제1 경질(rigid) 쌍극형 배터리 플레이트로서, 그 상부에 제1 활성 물질을 갖는 하나 이상의 표면을 포함하는 제1 경질 쌍극형 배터리 플레이트;
    전도성 물질을 포함하는 제2 경질 쌍극형 배터리 플레이트로서, 제1 활성 물질 전도형에 반대되는 배터리 전극 극성에 상응하는 제2 활성 물질을 상부에 갖는 하나 이상의 표면을 포함하는 제2 경질 쌍극형 배터리 플레이트;
    상기 적층 가능한 케이싱 프레임과 상기 제1 및 제2 경질 쌍극형 배터리 플레이트에 의하여 적어도 부분적으로 한정되는 제1 전해질 영역; 및
    상기 제1 활성 물질 주변의 둘레에 상기 제1 경질 쌍극형 배터리 플레이트의 표면을 따라 위치되는 제1 씰과 상기 제2 활성 물질 주변의 둘레 상기 제2 경질 쌍극형 배터리 플레이트의 표면을 따라 위치되는 제2 씰로서, 상기 제1 씰 및 제2 씰은 상기 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하도록 구성된, 제1 씰 및 제2 씰을 포함하는, 쌍극형 배터리 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경질 쌍극형 배터리 플레이트가 실리콘 웨이퍼 기판을 포함하는, 쌍극형 배터리 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    제2 적층 가능한 케이싱 프레임 및 제3 경질 쌍극형 배터리 플레이트를 포함하며,
    상기 쌍극형 배터리 어셈블리가 상기 제1, 제2 및 제3 경질 쌍극형 배터리 플레이트에 의하여 한정되는 셀의 직렬 배열(series arrangement)을 포함하고, 상기 직렬 배열이 상기 적층 가능한 케이싱 프레임을 물리적으로 적층시킴으로써 적어도 부분적으로 달성되고,
    상기 제2 및 제3 경질 쌍극형 배터리 플레이트가, 상기 제2 적층 가능한 케이싱 프레임을 따라, 제2 전해질 영역을 한정하고, 상기 제2 전해질 영역이 상기 제1 씰 및 제2 씰 중 하나 이상에 의하여 적어도 부분적으로 상기 제1 전해질 영역과 유체 분리(fluididical isolation)되는, 쌍극형 배터리 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적층 가능한 케이싱 프레임들이 상기 적층 가능한 케이싱 프레임들의 외부 둘레를 따라 함께 융합되는, 쌍극형 배터리 어셈블리.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 씰 및 제2 씰은 압축성 플라스틱 씰을 포함하고, 상기 압축성 플라스틱 씰은 상기 경질 쌍극형 배터리 플레이트의 둘레를 따르는 형태이고 상기 경질 쌍극형 배터리 플레이트의 가장자리를 따라 도포된 접착제를 사용하여 상기 경질 쌍극형 배터리 플레이트에 고정되어 상기 제1 전해질 영역에 위치한 전해질에 대한 배리어를 제공하는, 쌍극형 배터리 어셈블리.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 씰 및 제2 씰은 상기 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하는 형태의 압축성 플라스틱 씰 및 접착제 씰을 포함하며,
    상기 압축성 플라스틱 씰 및 결합된 접착제 씰이 상기 제1 활성 물질, 상기 제2 활성 물질, 및 상기 쌍극형 배터리 어셈블리의 제1 전해질 영역에 위치한 전해질과 화학적으로 혼화되는 물질을 포함하는, 쌍극형 배터리 어셈블리.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 씰 및 제2 씰은 상기 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하는 형태의 금속화 씰을 포함하고, 상기 금속화 씰이 상기 활성 물질 및 상기 경질 쌍극형 배터리 플레이트의 둘레에 의하여 경계지어지는, 쌍극형 배터리 어셈블리.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 씰 및 제2 씰은 상기 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하는 형태의 용융 씰을 포함하고, 상기 용융 씰이 상기 경질 쌍극형 배터리 플레이트의 일부 및 상기 적층 가능한 케이싱 프레임의 일부를 포함하는 용융 영역을 포함하고, 상기 용융 영역이 상기 쌍극형 배터리 어셈블리 내 인접 셀들을 서로 분리하고 상기 쌍극형 배터리 어셈블리 주위 환경과 분리하는, 쌍극형 배터리 어셈블리.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 씰 및 제2 씰은 상기 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하는 형태의 나이프-에지형 씰을 포함하고, 상기 나이프-에지형 씰이 상기 경질 쌍극형 배터리 플레이트 일부 및 압축성 플라스틱 씰을 포함하는, 쌍극형 배터리 어셈블리.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 경질 쌍극형 배터리 플레이트가 초음파 용접을 사용하여 상기 적층 가능한 케이싱 프레임과 융합되는, 쌍극형 배터리 어셈블리.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이싱 프레임이 적어도 한 축 둘레로 횡단면에서 비대칭성이어서 비대칭 컵 형태를 한정하는, 쌍극형 배터리 어셈블리.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이싱 프레임이, 상기 경질 쌍극형 배터리 플레이트들 중 하나의 외부 둘레를 따르는 형태이고, 하나 이상의 표면으로부터 연장되는 플랜지를 포함하는, 쌍극형 배터리 어셈블리.
  13. 전도성 물질을 포함하는 제1 경질 쌍극형 배터리 플레이트에 커플링된 제1 적층 가능한 케이싱 프레임을 형성하는 단계로서, 상기 제1 경질 쌍극형 배터리 플레이트는 제1 활성 물질이 상부에 위치된 하나 이상의 표면을 포함하는, 제1 적층 가능한 케이싱 프레임을 형성하는 단계을 포함하고,
    상기 제1 적층 가능한 케이싱 프레임을 형성하는 단계는 상기 제1 활성 물질 주변의 둘레에 상기 제1 경질 쌍극형 배터리 플레이트의 표면을 따라 위치되는 제1 씰을 형성하는 것을 포함하고,
    상기 제1 씰은 상기 제1 적층 가능한 케이싱 프레임 및 상기 제1 경질 쌍극형 배터리 플레이트가 제2 적층 가능한 케이싱 프레임 및 제2 경질 쌍극형 배터리 플레이트와 적층시 제1 전해질 영역에 대한 액밀 엔클로져를 제공하는 형태이고, 상기 전해질 영역이 상기 제1 경질 쌍극형 배터리 플레이트, 상기 제2 경질 쌍극형 배터리 플레이트 및 상기 제1 적층 가능한 케이싱 프레임에 의하여 적어도 부분적으로 한정되는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    제2 적층 가능한 케이싱 프레임 및 제3 경질 쌍극형 배터리 플레이트를 포함하는 배터리 어셈블리를 형성하는 단계로서, 상기 제1 및 제2 적층 가능한 케이싱 프레임을 물리적으로 적층시켜 상기 제1, 제2 및 제3 경질 쌍극형 배터리 플레이트에 의하여 한정되는 셀의 직렬 배열을 제공하는 것을 포함하는, 배터리 어셈블리를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 및 제3 경질 쌍극형 배터리 플레이트가, 상기 제2 적층 가능한 케이싱 프레임을 따라, 제2 전해질 영역을 한정하고, 상기 제2 전해질 영역이 제2 활성 물질 주변의 둘레에 상기 제2 경질 쌍극형 배터리 플레이트의 표면을 따라 위치되는 제2 씰에 의해 적어도 부분적으로 상기 제1 전해질 영역과 유체 분리되는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 적층 가능한 케이싱 프레임을 외부 둘레를 따라 함께 융합하는 단계를 포함하는, 방법.
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