KR20100074085A

KR20100074085A - 전기화학적 배터리의 적층 구조

Info

Publication number: KR20100074085A
Application number: KR1020097018573A
Authority: KR
Inventors: 랜디 오그; 마틴 패트릭 히긴스
Original assignee: 랜디 오그; 히긴스 에일린 머로우
Priority date: 2007-02-12
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2010-07-01
Also published as: CN101743653B; JP2010518580A; EP2521200A1; EP2521200B1; EP2122711A2; WO2008100533A3; US20130095366A1; US20130101882A1; EP2122711B1; KR20150021107A; PT2518790E; JP5902650B2; CN105185929A; EP2521201A1; JP5714820B2; US20130101890A1; EP2518790B1; ES2400625T3; CN101743653A; DK2518790T3

Abstract

스택형 배터리(20)는 스택 상태로 배치된 적어도 2개의 셀 세그먼트(2)를 구비한다. 각각의 셀 세그먼트(2)는 제1 활성 물질 전극을 갖는 제1 전극 유닛, 제2 활성 물질 전극을 갖는 제2 전극 유닛, 및 이들 활성 물질 전극 사이의 전해질층(10)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 가스켓(60)이 각 셀 세그먼트(2) 내에 포함되어, 셀 세그먼트 내에 전해질(10)을 밀봉할 수 있다.

배터리, 셀, 전극, 전해질, 누설, 가스켓, 모노폴라, 바이폴라

Description

전기화학적 배터리의 적층 구조{STACKED CONSTRUCTIONS FOR ELECTROCHEMICAL BATTERIES}

본 발명은 일반적으로는 배터리에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전기화학적 배터리의 적층 구조를 개선시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래의 배터리는 단지 2개의 전극만을 갖고 있고 권취형 셀 배터리(wound cell battery)나, 평행한 많은 수의 플레이트 세트를 갖는 표준 프리즘형 셀 배터리(prismatic cell battery)로서 제조되어 왔다. 이러한 두 형태 모두에 있어서, 전해질은 배터리 내의 도처에 분배될 수 있다. 권취형 셀 및 각형 셀 구조는 직렬 구성에서 하나의 셀에서 바로 다음의 셀까지의 완전한 회로를 커버하도록 하기 위해 그들의 전기적 경로가 복수의 연결부를 가로질러야 하는 한편, 상당히 긴 거리에 걸쳐 연장해야 하기 때문에 전기 저항이 높게 된다.

최근 들어, 표준적인 권취형 또는 프리즘형 배터리보다 높은 방전 속도와 외부 커넥터들 간의 높은 전압 전위를 제공할 수 있어 특정 용례에 대해 수요가 커지고 있는 스택 형태로 밀봉된 셀들을 갖는 다양한 형태의 배터리가 개발되었다. 스택 형태로 밀봉된 셀을 갖는 배터리 중 특정 형태의 경우, 대체로 개별적으로 밀봉된 모노폴라 전극 유닛(monopolar electrode units : MPU)의 쌍들의 스택을 포함하 도록 발전되었다. 이러한 MPU 각각에는 전류 콜렉터의 제1 면에 코팅된 양극 활성 물질 전극층 또는 음극 활성 전극층이 마련될 수 있다(예를 들면, 전체적으로 본 명세서에 참조로서 인용되는 1995년 2월 28일자로 허여된 Klein의 미국 특허 제5,393,617호 참조). 양극 활성 물질 전극층을 갖는 MPU(즉, 양극 MPU) 및 음극 활성 물질 전극층을 갖는 MPU(즉, 음극 MPU)는 이들 두 MPU의 전류 콜렉터를 전기적으로 절연시키도록 그들 사이에 전해질층을 구비할 수 있다. 이러한 한쌍의 양극 MPU와 음극 MPU의 전류 컬렉터는, 활성 물질 전극층 및 그 사이의 전해질과 함께 단일 셀 또는 셀 세그먼트로서 밀봉될 수 있다. 양극 MPU와 음극 MPU를 각각 구비한 그러한 셀들의 스택을 포함하는 배터리를 본 명세서에서는 "스택형 모노폴라" 배터리로 칭할 것이다.

제1 셀에서의 전극층이 코팅되지 않은 양극 MPU의 전류 콜렉터의 면은 제2 셀에서의 전극층이 코팅되지 않은 음극 MPU의 전류 콜렉터의 면에 전기적으로 연결되어, 제1 셀과 제2 셀이 스택 형태로 된다. 스택 내에서 이러한 셀 세그먼트들의 직렬 구성은 전류 콜렉터들 간에 전압 전위가 달라지게 할 수 있다. 그러나, 특정 셀의 전류 콜렉터들이 서로 접촉하거나, 특정 셀에서의 2개의 MPU의 공용의 전해질이 스택 내의 임의의 추가적인 MPU에 의해 공유되는 경우, 배터리의 전압 및 에너지는 급속하게 약해져(즉, 방전되어) 0으로 될 것이다. 그러므로, 스택형 모노폴라 배터리는 이 배터리의 셀 각각의 전해질을 다른 셀의 전해질로부터 개별적으로 밀봉하는 것이 바람직하다. 따라서, 인접한 셀들 간에 전해질의 밀봉을 개선한 스택형 모노폴라 배터리를 제공하는 것이 유리할 것이다.

스택 형태로 밀봉된 셀들을 갖는 배터리의 다른 형태의 경우에는 대체로 일련의 스택된 바이폴라 전극 유닛(bi-polar electrode units : BPU)을 포함하도록 발전되었다. 이러한 BPU 각각에는 전류 콜렉터의 양면에 코팅된 양극 활성 물질 전극층 및 음극 활성 물질 전극층이 마련될 수 있다(예를 들면, 전체적으로 본 명세서에 참조로서 인용되는 2004년 8월 19일자로 공개된 Fukuzawa 등의 미국 특허 출원 공개 공보 제2004/0161667 A1호 참조). 임의의 2개의 BPU는 이들 두 BPU의 전류 콜렉터를 전기적으로 절연시키도록 하나의 BPU의 양극 활성 물질 전극층과 다른 BPU의 음극 활성 물질 전극층 사이에 전해질층이 마련된 상태로 아래위로 적층될 수 있다. 임의의 2개의 인접한 BPU의 전류 콜렉터들은 활성 물질 전극층들 및 그 사이의 전해질과 함께 역시 밀봉된 단일 셀 또는 셀 세그먼트를 이룰 수 있다. 제1 BPU의 일부분과 제2 BPU의 일부분을 각각 구비하는 그러한 셀들의 스택을 포함하는 배터리를 본 명세서에서는 "스택형 바이폴라" 배터리로서 칭할 것이다.

제1 BPU의 양극면과 제2 BPU의 음극면이 제1 셀을 형성하는 한편, 제2 BPU의 양극면이 마찬가지로 예를 들면 제3 BPU의 음극면이나 음극 MPU의 음극면과 함께 제2 셀을 형성할 수 있다. 따라서, 개개의 BPU는 스택형 바이폴라 배터리의 2개의 상이한 셀 내에 포함될 수 있다. 스택에서의 그러한 셀의 직렬 구성은 전류 콜렉터들 간에 전압 전위가 달라지게 할 수 있게 있다. 그러나, 특정 셀의 전류 콜렉터들이 서로 접촉하나, 제1 셀 내의 두 BPU의 공용의 전해질이 스택 내의 임의의 다른 셀에 의해 공유되는 경우, 배터리의 전압 및 에너지는 급속하게 약해져(즉, 방전되어) 0으로 될 것이다. 그러므로, 스택형 바이폴라 배터리는 이 배터리의 셀 각각의 전해질을 다른 셀의 전해질로부터 개별적으로 밀봉하는 것이 바람직하다. 따라서, 인접한 셀들 간에 전해질의 밀봉을 개선한 스택형 바이폴라 배터리를 제공하는 것이 또한 유리할 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은, 인접한 셀들 간의 전해질의 밀봉을 개선한 스택형 배터리를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 스택 방향으로 복수의 전극 유닛의 스택을 포함하는 배터리가 제공된다. 이 스택은 제1 전극 유닛, 스택 방향으로 제1 전극 유닛 위에 스택된 제2 전극 유닛, 및 이들 제1 전극 유닛과 제2 전극 유닛 사이에 마련된 제1 전해질층을 포함한다. 배터리는 또한 내면 및 외면을 갖는 제1 가스켓을 포함하고, 이 제1 가스켓은 제1 전해질층 주위에 배치되며, 제1 전해질층은 제1 가스켓의 내면과 제1 및 제2 전극 유닛에 의해 밀봉되고, 제1 전극 유닛의 적어도 제1 부분은 제1 가스켓의 외면의 일부분을 따라 연장한다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 배터리는 스택 방향으로 복수의 전극 유닛의 스택을 포함한다. 이 스택은 제1 전극 유닛, 스택 방향으로 제1 전극 유닛 위에 스택된 제2 전극 유닛, 및 이들 제1 전극 유닛과 제2 전극 유닛 사이에 마련된 제1 전해질층을 포함한다. 제1 전극 유닛은 제1 전극 기판 및 이 제1 전극 기판의 제1 면 상의 제1 활성층을 포함한다. 제1 활성층은 적어도 제1 면의 제1 부분 상의 제1 활성 부분과 제1 면의 제2 부분 상의 제2 활성 부분을 포함하며, 제1 활성층의 제1 활성 부분은 제1 전극 기판의 제1 면 위의 제1 높이로 연장하고 제1 활성층의 제2 활성 부분은 제1 전극 기판의 제1 면 위의 제2 높이로 연장하며, 제1 높이와 제2 높이는 다르다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 배터리는 스택 방향으로 복수의 전극 유닛의 스택을 포함한다. 이 스택은 제1 전극 유닛, 스택 방향으로 제1 전극 유닛 위에 스택된 제2 전극 유닛, 이들 제1 전극 유닛과 제2 전극 유닛 사이에 마련된 제1 전해질층, 스택 방향으로 제2 전극 유닛 위에 스택된 제3 전극 유닛, 및 이들 제2 전극 유닛과 제3 전극 유닛 사이에 마련된 제2 전해질층을 포함한다. 제1 전극 유닛은 제2 전극 유닛으로부터 스택 방향으로 제1 간격만큼 떨어져 있고, 제2 전극 유닛은 제3 전극 유닛으로부터 스택 방향으로 제2 간격만큼 떨어져 있으며, 제1 간격은 제2 간격과 다르다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 배터리는 스택 방향으로 복수의 전극 유닛의 스택을 포함한다. 이 스택은 제1 전극 유닛, 스택 방향으로 제1 전극 유닛 위에 스택된 제2 전극 유닛, 및 이들 제1 전극 유닛과 제2 전극 유닛 사이에 마련된 제1 전해질층을 포함한다. 배터리는 또한 제1 전해질층 주위에 배치되는 제1 가스켓을 포함한다. 제1 전해질층은 제1 가스켓과 제1 및 제2 전극 유닛에 의해 밀봉된다. 제1 가스켓은 제1 가스켓 부재와 제2 가스켓 부재를 포함하며, 제2 가스켓 부재는 압축될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 배터리는 스택 방향으로 복수의 전극 유닛의 스택을 포함한다. 이 스택은 제1 전극 유닛, 스택 방향으로 제1 전극 유닛 위에 스택된 제2 전극 유닛, 및 이들 제1 전극 유닛과 제2 전극 유닛 사이에 마련된 제1 전해질층을 포함한다. 배터리는 또한 제1 전극 유닛 주위에 배치되는 제1 가스켓 및 제2 전극 유닛 주위에 배치되는 제2 가스켓을 포함한다. 제1 가스켓 부분은 전해질층 주위에서 제2 가스켓 부분에 결합되어, 제1 전해질층이 제1 가스켓, 제2 가스켓, 제1 전극 유닛 및 제2 전극 유닛에 의해 밀봉된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 배터리는 스택 방향으로 복수의 전극 유닛의 스택을 포함한다. 이 스택은 제1 전극 유닛, 스택 방향으로 제1 전극 유닛 위에 스택된 제2 전극 유닛, 및 이들 제1 전극 유닛과 제2 전극 유닛 사이에 마련된 제1 전해질층을 포함한다. 배터리는 또한 제1 전해질층 주위에 배치되는 제1 가스켓을 포함한다. 제1 가스켓은 열 융착 및 초음파 용접 중 적어도 하나에 의해 제1 전극 유닛에 접합된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 배터리는 스택 방향으로 복수의 전극 유닛의 스택을 포함한다. 이 스택은 제1 전극 유닛, 스택 방향으로 제1 전극 유닛 위에 스택된 제2 전극 유닛, 및 이들 제1 전극 유닛과 제2 전극 유닛 사이에 마련된 제1 전해질층을 포함한다. 배터리는 또한 제1 전해질층 주위에 배치되는 제1 가스켓을 포함한다. 제1 전해질층은 제1 가스켓과 제1 및 제2 전극 유닛에 의해 밀봉된다. 제1 전극 유닛의 모노폴라 전극 유닛이고 제2 전극 유닛은 모노폴라 전극 유닛이다.

본 발명의 전술한 이점 및 기타 이점은 첨부 도면과 함께 다음의 상세한 설명을 고려할 때에 보다 명백해질 것이며, 첨부 도면에서 동일한 도면 부호는 전체 적으로 동일한 부품을 지칭한다.

도 1은 본 발명에 따른 바이폴라 전극 유닛(BPU)의 기본 구조의 개략적 단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 도 1의 BPU의 스택의 기본 구조의 개략적 단면도이며,

도 3은 본 발명에 따른 도 2의 BPU의 스택으로 이루어진 스택형 바이폴라 배터리의 기본 구조의 개략적 단면도이고,

도 3a는 도 3의 바이폴라 배터리의 기본 구성의 개략적 회로도이며,

도 4는 도 3의 단면선 IV-IV에서 취한 도 3의 바이폴라 배터리의 개략적 평면도이고,

도 4a는 도 3의 단면선 IVA-IVA에서 취한 도 3 및 도 4의 바이폴라 배터리의 개략적 평면도이며,

도 4b는 도 4a의 단면선 IVB-IVB에서 취한 도 3 내지 도 4a의 바이폴라 배터리의 개략적 평면도이고,

도 5는 도 3 내지 도 4b의 바이폴라 배터리의 특정 부분의 개략적 상세 단면도이며,

도 5a는 도 5의 단면선 VA-VA에서 취한 도 3 내지 도 5의 바이폴라 배터리의 개략적 저면도이고,

도 5b는 도 5의 단면선 VB-VB에서 취한 도 3 내지 도 5a의 바이폴라 배터리의 개략적 평면도이며,

도 5c는 도 5의 단면선 VC-VC에서 취한 도 3 내지 도 5b의 바이폴라 배터리의 개략적 평면도이고,

도 6은 도 3 내지 도 5c의 바이폴라 배터리의 특정 부분의 개략적 상세 단면도이며,

도 7은 도 6의 단면선 VII-VII에서 취한 도 3 내지 도 6의 바이폴라 배터리의 개략적 평면도이고,

도 8은 도 6의 단면선 VIII-VIII에서 취한 도 3 내지 도 7의 바이폴라 배터리의 개략적 평면도이며,

도 9는 도 6의 단면선 IX-IX에서 취한 도 3 내지 도 8의 바이폴라 배터리의 개략적 평면도이며,

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 스택형 바이폴라 배터리를 형성하는 방법의 제1 단계에서 소정 요소들의 개략적 단면도이고,

도 11은 도 10의 단면선 XI-XI에서 취한 도 10의 배터리의 개략적 평면도이며,

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 도 10 및 도 11의 스택형 바이폴라 배터리를 형성하는 방법의 제2 단계에서 소정 요소들의 개략적 단면도이고,

도 13은 도 12의 단면선 XIII-XIII에서 취한 도 10 내지 도 12의 배터리의 개략적 평면도이며,

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 도 10 내지 도 13의 스택형 바이폴라 배터리를 형성하는 방법의 제3 단계에서 소정 요소들의 개략적 단면도이고,

도 15는 도 14의 단면선 XV-XV에서 취한 도 10 내지 도 14의 배터리의 개략적 평면도이며,

도 16은 본 발명의 실시예에 따른 도 10 내지 도 15의 스택형 바이폴라 배터리를 형성하는 방법의 제4 단계에서 소정 요소들의 개략적 단면도이고,

도 17은 도 16의 단면선 XVII-XVII에서 취한 도 10 내지 도 16의 배터리의 개략적 평면도이며,

도 18은 본 발명의 실시예에 따른 도 10 내지 도 17의 스택형 바이폴라 배터리를 형성하는 방법의 제5 단계에서 소정 요소들의 개략적 단면도이고,

도 19는 본 발명의 실시예에 따른 도 10 내지 도 18의 스택형 바이폴라 배터리를 형성하는 방법의 제6 단계에서 소정 요소들의 개략적 단면도이며,

도 20은 도 19의 단면선 XX-XX에서 취한 도 10 내지 도 19의 배터리의 개략적 평면도이고,

도 21은 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 스택형 바이폴라 배터리를 형성하는 방법의 도 19와 유사한 제6 단계에서 소정 요소들의 개략적 단면도이며,

도 22는 도 21의 단면선 XXII-XXII에서 취한 도 21의 배터리의 개략적 평면도이고,

도 23은 본 발명의 다른 대안적인 실시예에 따른 스택형 바이폴라 배터리를 형성하는 방법의 도 14와 유사한 제3 단계에서 소정 요소들의 개략적 단면도이며,

도 24는 본 발명의 또 다른 대안적인 실시예에 따른 도 23의 스택형 바이폴라 배터리를 형성하는 방법의 도 16과 유사한 제4 단계에서 소정 요소들의 개략적 단면도이고,

도 25는 본 발명의 또 다른 대안적인 실시예에 따른 도 23 및 도 24의 스택형 바이폴라 배터리를 형성하는 방법의 도 19와 유사한 제6 단계에서 소정 요소들의 개략적 단면도이며,

도 26은 본 발명의 또 다른 대안적인 실시예에 따른 스택형 바이폴라 배터리를 형성하는 방법의 도 16 및 도 24와 유사한 제4 단계에서 소정 요소들의 개략적 단면도이고,

도 27은 본 발명의 또 다른 대안적인 실시예에 따른 도 26의 스택형 바이폴라 배터리를 형성하는 방법의 도 19 및 도 25와 유사한 제6 단계에서 소정 요소들의 개략적 단면도이며,

도 28은 본 발명의 또 다른 대안적인 실시예에 따른 스택형 바이폴라 배터리를 형성하는 방법의 도 16, 도 24 및 도 26과 유사한 제4 단계에서 소정 요소들의 개략적 단면도이고,

도 29는 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 스택형 바이폴라 배터리의 개략적 평면도이며,

도 30은 도 29의 단면선 XXX-XXX에서 취한 도 29의 바이폴라 배터리의 개략적 단면도이고,

도 31은 본 발명의 다른 대안적인 실시예에 따른 스택형 바이폴라 배터리의 개략적 평면도이며,

도 32는 도 31의 단면선 XXXII-XXXII에서 취한 도 31의 바이폴라 배터리의 개략적 단면도이고,

도 33은 본 발명에 따른 스택형 모노폴라 배터리의 기본 구조의 개략적 단면도이며,

도 34a는 본 발명의 실시예에 따라 연결된 단일 화학적 성질의 배터리 셀의 기본 구조의 개략도이고,

도 34b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 연결된 단일 화학적 성질의 배터리 셀의 기본 구조의 개략도이다.

인접한 셀들 간의 전해질의 밀봉을 개선한 스택형 배터리를 위한 장치 및 방법을 제공하며 이들 대해 도 1 내지 도 34b를 참조하여 아래에서 설명한다.

도 1에서는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 예시적인 바이폴라 유닛, 즉 BPU(2)를 도시하고 있다. BPU(2)는 불침투성 전도성 기판, 즉 전류 콜렉터(6)의 제1 면에 마련될 수 있는 양극 활성 물질 전극층(4)과, 불침투성 전도성 기판(6)의 다른 면에 마련될 수 있는 음극 활성 물질 전극층(8)을 포함할 수 있다.

예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이, 하나의 BPU(2)의 양전극층(4)이 전해질층(10)을 매개로 인접한 BPU(2)의 음전극층(8)에 대향하게 되도록 복수의 BPU(2)가 2개의 인접한 BPU(2)들 사이에 전해질층(10)이 마련된 상태로 수직으로 스택되어 스택(20)을 이룰 수 있다. 각각의 전해질층(10)은 전해질(11)(예를 들면 도 6 참조)을 유지할 수 있는 분리판(9)을 포함할 수 있다. 이 분리판(9)은 양전극층(4)과 이에 인접한 음전극층(8)을 전기적으로 분리시키는 한편, 아래에서 보다 상세하 게 설명하는 바와 같이 전극 유닛들 간에 이온 전달을 허용한다.

예를 들어 도 2의 스택된 상태의 BPU(2)를 계속하여 참조하면, 제1 BPU(2)의 양전극층(4)과 기판(6), 제1 BPU(2)에 인접한 제2 BPU(2)의 음전극층(8)과 기판(6), 및 제1 BPU(2)와 제2 BPU(2) 사이의 전해질층(10)에 포함되는 구성 요소들을 본 명세서에서는 단일 "셀" 또는 "셀 세그먼트"(22)로 칭할 것이다. 각 셀 세그먼트(22)의 불침투성 기판(6)은 적용될 수 있는 인접한 셀 세그먼트(22)에 의해 공유될 수 있다.

예를 들어 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 양극 및 음극 단자가 하나 이상의 BPU(2)의 스택(20)과 함께 마련되어 본 발명의 하나의 실시예에 따른 스택형 바이폴라 배터리(50)를 구성한다. 불침투성 전도성 기판(16)의 일면에 마련된 양극 활성 물질 전극층(14)을 포함할 수 있는 양극 모노폴라 전극 유닛, 즉 MPU(12)가 스택(20)의 제1 단부에서 그 사이에 전해질층[즉, 전해질층(10e)]이 마련된 상태로 배치되어, 양극 MPU(12)의 양전극층(14)이 스택(20)의 제1 단부의 BPU[즉, BPU(2d)]의 음전극층[즉, 음전극층(8d)]에 전해질층(10e)을 매개로 대향하게 될 수 있다. 불침투성 전도성 기판(36)의 일면에 마련된 음극 활성 물질 전극층(38)을 포함할 수 있는 음극 모노폴라 전극 유닛, 즉 MPU(32)가 스택(20)의 제2 단부에서 그 사이에 전해질층[즉, 전해질층(10a)]이 제공된 상태로 배치되어, 음극 MPU(32)의 음전극층(38)이 스택(20)의 제2 단부의 BPU[즉, BPU(2a)]의 양전극층[즉, 양전극층(4a)]에 전해질층(10a)을 매개로 대향하게 될 수 있다. MPU(12, 32)에는 대응하는 양전극 도선(13) 및 음전극 도선(33)이 각각 마련될 수 있다.

각각의 MPU의 기판과 전극층이 예를 들면 도 3에 도시한 바와 같이 인접한 BPU(2)의 기판과 전극층 및 전해질층(10)과 함께 셀 세그먼트(22)를 형성할 수 있음을 유념해야 할 것이다[예를 들면, 셀 세그먼트(22a, 22e) 참조]. 스택(20) 내의 스택된 BPU(2)의 개수는 하나 이상일 수 있고, 배터리(50)에 대해 원하는 전압에 상응하도록 적절히 결정할 수 있다. 각 BPU(2)는 배터리(50)에 대해 원하는 전압이 각각의 구성 BPU(2)에 의해 제공되는 전위들을 유효하게 더함으로써 달성될 수 있도록 임의의 원하는 전위를 제공할 수 있다.

하나의 적절한 실시예에서, 바이폴라 배터리(50)는 BPU 스택(20) 및 각각의 양극 MPU(12)와 음극 MPU(32)가 감압 상태에서 배터리 케이스 또는 포장재(40) 내에 적어도 부분적으로 캡슐화(즉, 기밀 밀봉)될 수 있도록 구성될 수 있다. MPU의 전도성 기판(16, 36)[또는 이들 각각의 전극 도선(13, 33)]이 배터리 케이스(40) 밖으로 인출되어, 예를 들어 사용시에 외부로부터 충격을 완화하고 환경적 열화를 방지할 수 있다. MPU(12, 32)에는 로우 프로파일 케이싱(low profile casing) 및 편평한 표면을 위해 만입부(42)가 마련될 수 있다.

제1 세그먼트의 전해질[예를 들면, 도 6의 셀 세그먼트(22a)의 전해질(11a) 참조]이 다른 셀 세그먼트의 전해질[예를 들면, 도 6a의 셀 세그먼트(22b)의 전해질(11b) 참조]와 합쳐지는 것을 방지하기 위해, 특정 셀 세그먼트 내의 전해질을 밀봉하도록 인접한 전극 유닛들 사이에서 전해질층과 함께 가스켓 또는 밀봉 수단이 스택될 수 있다. 가스켓 또는 밀봉 수단은 특정 셀의 인접한 전극 유닛들과 상호 작용하여 그 사이에 전해질을 밀봉할 수 있도록 예를 들면 임의의 적절한 압축 성 또는 비압축성의 고체, 점성 재료 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 하나의 적절한 구성에 있어서, 예를 들면 도 3 내지 도 4b에 도시한 바와 같이 본 발명의 바이폴라 배터리는 각 셀 세그먼트(22)의 전해질층(10) 및 활성 물질 전극층(4, 14; 8, 38) 주위에 배리어로서 배치될 수 있는 가스켓 또는 시일(60)을 포함할 수 있다. 이러한 가스켓 또는 밀봉 수단은 연속하고 닫힌 구조를 갖는 것으로, 가스켓과 해당 셀의 인접한 전극 유닛(즉, 가스켓 또는 시일에 인접한 BPU들이나, BPU와 MPU)들 사이에 전해질을 밀봉할 수 있다. 가스켓 또는 밀봉 수단은 예를 들면 해당 셀의 인접한 전극 유닛들 사이에 적절한 간격을 제공할 수 있다.

아래에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 하나의 적절한 기법에서, 예를 들면 도 3 내지 도 4b에 도시한 밀봉된 형태로 셀 세그먼트(22)와 가스켓(60)을 압박 유지하도록 화살표(P1, P2) 방향으로 케이스(40)의 상부 및 저부에 압력을 가할 수 있다. 또 다른 적절한 기법에서, 예를 들면 도 3 내지 도 4b에 도시한 밀봉된 형태로 셀 세그먼트(22)와 가스켓(60)을 압박 유지하도록 화살표(P3, P4) 방향으로 케이스(40)의 측부에 압력을 가할 수도 있다. 또 다른 적절한 기법에서는 예를 들면 도 3 내지 도 4b에 도시한 밀봉된 형태로 셀 세그먼트(22)와 가스켓(60)을 압박 유지하도록 케이스(40)의 상부 및 저부에 압력을 가하고 또한 케이스(40)의 측부에도 압력을 가할 수 있다. 이러한 바이폴라 배터리(50)는 원하는 전압을 제공하도록 도 3a에 도시한 바와 같이 스택되어 직렬 연결된 복수의 셀 세그먼트(22)를 포함할 수 있다.

이제 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리(50)의 2개의 특정한 셀 세그먼트(22)의 분해도가 도시되어 있다. 셀 세그먼트(22a)는 MPU(32)의 기판(36)과 음전극층(38), 전해질층(10a) 및 BPU(2a)의 양전극층(4a)과 기판(6a)을 포함할 수 있다. 셀 세그먼트(22b)는 BPU(2a)의 기판(6a)과 음전극층(8a), 전해질층(10b) 및 BPU(2b)의 양전극층(4b)과 기판(6b)을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 각 전해질층(10)은 분리판(9) 및 전해질(110을 포함할 수 있다. 각 셀 세그먼트(22)의 전해질층(10)의 주위에는 밀봉 수단 또는 가스켓(60)이 마련되어, 해당 셀 세그먼트의 분리판(9) 및 전해질(11)을 가스켓(60)과 해당 특정 셀 세그먼트의 인접하는 전극 유닛들에 의해 획정된 공간 내에 밀봉할 수 있다.

예를 들어 도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 가스켓(60a)이 전해질층(10a)을 에워쌈으로써, 그 분리판(9a) 및 전해질(11a)을 가스켓(60a)과 셀 세그먼트(22a)의 MPU(32) 및 BPU(2a)에 의해 획정되는 공간 내에 완전히 밀봉할 수 있다. 마찬가지로, 예를 들어 도 6, 8 및 도 9에 도시한 바와 같이 가스켓(60b)이 전해질층(10b)을 에워쌈으로써 그 분리판(9b) 및 전해질(11b)을 가스켓(60b)과 셀 세그먼트(22b)의 BPU(2a) 및 BPU(2b)에 의해 획정되는 공간 내에 완전히 밀봉할 수 있다.

각 셀 세그먼트의 가스켓 또는 밀봉 수단은 전해질을 밀봉하도록 셀의 전극 유닛의 여러 부분과 함께 밀봉부를 형성할 수 있다. 예를 들어 도 6 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 가스켓은 기판의 상부 또는 저부와 함께 밀봉부를 형성한다[예를 들면, 기판(36)의 저면 및 기판(6a)의 상면과 접촉하는 가스켓(60a) 참조]. 추가로, 가스켓은 기판의 외면, 즉 가장자리의 일부분과 함께 밀봉부를 형성할 수 있 다[예를 들면, 기판(6a)의 외부 가장자리와 접촉하는 가스켓(60a)의 부분(60aa) 참조]. 마찬가지로, 가스켓의 외면 또는 가장자리가 기판의 일부분과 함께 밀봉부를 형성할 수 있다[에를 들면, 기판(6b)의 부분(6bb)과 접촉하는 가스켓(60b)의 외부 가장자리 및 기판(6b)의 부분(6bc)와 접촉하는 가스켓(60c)의 외부 가장자리 참조]. 게다가, 가스켓이 활성 물질 전극층의 일부분과 함께 밀봉부를 형성할 수 있다[예를 들면, 전극층(38)의 일부분 및 전극층(4a)의 일부분과 접촉하는 가스켓(60a) 참조].

기판의 일부분이 그 기판에 의해 획정되는 셀 세그먼트 중 적어도 하나의 밀봉된 부분과 가스켓을 지나 연장하는 실시예[예를 들면, 셀 세그먼트(22b, 22c)의 기판 부분(6bb, 6bc) 및 셀 세그먼트(22a)의 가스켓(60a)의 외부 가장자리를 지나 연장하는 기판(36)의 부분]에서, 기판의 그러한 부분들은 하나 이상의 인접한 셀 세그먼트를 위한 냉각핀일 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 인접한 셀 세그먼트의 밀봉된 부분의 외부의 그러한 기판 부분은 셀 스택의 주변 환경에 노출되거나, (예를 들면 도 6에 도시한 바와 같은) 셀 스택의 포장재 또는 케이스에 접촉할 수 있다. 주변 환경 및/또는 포장재는 셀 세그먼트의 밀봉된 부분보다는 차가울 수 있다. 이러한 차가움은 기판을 통해 인접한 셀 세그먼트들의 밀봉된 부분 외부의 부분에서부터 밀봉된 부분 자체로 전달될 수 있다.

본 발명의 특정 실시예에서, 보다 양호한 밀봉부를 생성하기 위해, 서로 접촉하는 가스켓의 표면 영역과 인접한 전극 유닛의 표면 영역의 하나 이상의 부분이 상보적으로 또는 서로 대응하게 홈 가공되거나, 챔퍼(chamfer) 가공되거나, 또는 성형될 수 있다. 가스켓의 표면의 적어도 일부분이 전극 유닛의 표면의 적어도 일부분에 대응하는 형상으로 되어 두 표면이 서로 맞물림으로써, 예를 들면 배터리의 제조 중에 두 표면들 간의 소정 형태의 상대 운동을 억제하는 한편 가스켓과 전극 유닛을 자체 정렬시킬 수 있다. 예를 들어 도 6 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 멈춤 수단 또는 홈 수단(70)이 서로 맞물려 접촉하는 가스켓과 기판의 해당 영역에서의 가스켓과 기판의 대응하거나 상보적인 형상을 갖는 부분을 따라 또는 이들 부분에 의해 형성될 수 있다. 이에 의해, 예를 들면 가스켓과 이에 인접하는 기판의 상보적 형상을 갖는 부분들의 맞물림에 의해 형성된 홈 또는 멈춤 수단은 가스켓과 기판이 서로 맞물리는 접촉 영역의 크기를 증가시켜, 임의의 유체(예를 들면, 전해질)가 가스켓과 기판의 서로 맞물린 접촉 영역 사이에 생성된 밀봉부를 뚫고 나가려하는 것을 방지하는 긴 경로를 제공할 수 있다.

가스켓과 이에 인접한 기판에서 대응하는 형상을 갖는 부분들 간의 홈의 수직 방향 단면 형상[예를 들면, 수직 스택(20)의 방향과 실질적으로 일치하는 방향에서의 서로 맞물리는 가스켓과 기판의 표면의 형상]은 임의의 적절한 형상으로 될 수 있다. 예를 들면, 홈의 수직 방향 단면 형상은 예를 들면 사인곡선형[예를 들면, 도 6에서 기판(36)과 가스켓(60a) 사이의 홈(70a) 참조], V형[예를 들면, 도 6에서 가스켓(60a)과 기판(6a) 사이의 홈(70b) 참조], 직사각형[예를 들면, 도 6에서 가스켓(60b)과 기판(6b) 사이의 홈(70c) 참조], 또는 이들의 조합일 수 있고, 이에 한정되진 않는다. 수직 스택의 방향과 일치하는 방향으로의 홈들의 그러한 수직 방향 단면 형상은 밀봉부에 보다 큰 표면적을 제공할 수 있다. 게다가, 홈의 그러한 수직 방향 단면 형상은 밀봉부에 수직면(vertical aspect)을 제공하여, 셀 세그먼트 내부의 압력이 증가하여 가스켓에 대해 힘을 가할 때에 가스켓과 이에 인접한 전극들의 홈 형상 부분들 간의 밀봉력이 또한 증가되게 할 수 있다.

또한, 관련 기판의 전극층 주위에서 가스켓과 이에 인접한 기판의 대응하는 형상의 표면 부분들 사이의 홈의 수평 방향 단면 형상 또는 경로[예를 들면, 수직 스택(20)의 방향에 대해 실질적으로 직교하는 방향에서의 서로 맞물린 가스켓과 기판 표면 부분들의 형상 또는 경로]는 임의의 적절한 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 홈의 수평 방향 단면 경로는 관련 기판의 전극층의 주위에서 연속하고 그로부터 실질적으로 등거리에서 위치할 수 있다[예를 들면, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 가스켓(60a)과 기판(36)의 서로 맞물린 표면 부분들에서 전극층(38)의 주위에서 연속하고 그로부터 모든 지점들이 동일한 간격을 두고 떨어져 있는 홈(70a) 참조]. 대안적으로, 홈의 수평 방향 단면 경로는 관련 기판의 전극층의 주위에서 연속하지만 등거리에 위치하진 않을 수 있다[예를 들면, 도 6 및 도 8에 도시한 바와 같이 가스켓(60a)과 기판(6a)의 서로 맞물린 표면 부분들에서 전극층(4a, 8a)의 주위에서 연속하지만 그로부터 모든 지점이 동일한 간격을 두고 배치되진 않을 수 있는 홈(70b) 참조]. 또 다른 실시예에서, 예를 들면 홈의 수평 방향 단면 경로가 관련 기판의 전극층 주위에서 불연속적이거나 분단될 수 있다[예를 들면, 도 6 및 도 9에 도시한 바와 같이 가스켓(60b)과 기판(6b)의 서로 맞물린 표면 부분들에서 전극층(4b, 8b)의 일부분의 주위에서만 연장할 수 있는 홈(70c) 참조].

본 명세서에서 설명하는 서로 인접하는 가스켓과 전극 유닛들의 대응하는 형상을 갖는 표면 부분들에 의해 제공되는 홈의 형상, 크기 및 경로는 단지 예시적인 것으로, 임의의 다양한 적절한 크기, 형상 및 경로 구조가 그러한 홈을 생성하는 데에 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 특정 실시예에 따르면 가스켓과 이에 인접한 전극 유닛 사이에 어떠한 홈도 생성되지 않아 서로 접촉하는 가스켓의 표면 영역과 이에 인접한 전극 유닛의 표면 영역이 모두 실질적으로 편평, 즉 평면으로 될 수 있다.

본 발명의 전극 유닛을 형성하는 데에 이용되는 기판[예를 들면, 기판(6, 16, 36)]은, 예를 들면 비천공 금속 호일, 알루미늄 호일, 스테인레스강 호일, 니켈 및 알루미늄을 포함한 클래딩 재료, 구리 및 알루미늄을 포함한 클래딩 재료, 니켈 도금강, 니켈 도금 구리, 니켈 도금 알루미늄, 금, 은, 또는 이들의 조합을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 임의의 전도성 및 불침투성 재료로 이루어질 수 있다. 각 기판은 특정 실시예에서는 서로 접합된 금속 호일의 2개 이상의 시트로 이루어질 수 있다. 각 BPU의 기판은 통상 1㎜ 내지 5㎜의 두께를 가질 수 있는 한편, 각 MPU의 기판은 5㎜ 내지 10㎜의 두께를 가져 예를 들면 배터리에 대한 단자로서 기능을 할 수 있다. 예를 들면, 금속화 포옴이 예를 들면 편평한 금속 막 또는 호일 형태의 임의의 적절한 기판 재료와 조합되어, 전극에 걸쳐 전도성 매트릭스를 발포시킴으로써 셀 세그먼트의 활성 물질들 간의 저항을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 전극 유닛을 형성하도록 그러한 기판에 마련되는 양전극층[예를 들면, 양전극층(4, 14)]은 예를 들면 수산화니켈(Ni(OH)₂), 아연(Zn) 또는 이들의 조합을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 임의의 적절한 활성 물질로 이루어질 수 있다. 양극 활성 물질은 전도성 매트릭스에 소결 및 함침되거나, 적절한 수성 바인더에 의해 코팅되고 압착되거나, 유기 바인더에 의해 코팅되고 압착되거나, 양극 활성 물질을 다른 담지 화학 물질(supporting chemicals)을 사용하여 수용시키는 기타 임의의 적절한 방법에 의해 수용될 수 있다. 전극 유닛의 양전극층은 예를 들면 팽출(swelling)을 감소시키도록 매트릭스 내에 주입된 금속수소화물(MH), Pd, Ag 또는 이들의 조합을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 입자를 구비할 수 있다. 이는 예를 들면 사이클 수명을 증가시키고, 재결합(recombination)을 개선시키며, 그리고 셀 세그먼트 내의 압력을 감소시킬 수 있다. MH와 같은 그러한 입자는 또한 전극 내에서의 전기 전도성을 개선시키고 재결합을 지원하도록 Ni(OH)₂와 같은 활성 물질 페이스트의 접합에 이용될 수도 있다.

본 발명의 전극 유닛을 형성하도록 기판에 마련되는 음극 전극층[예를 들면, 음극 전극층(8, 38)]은 예를 들면 MH, Cd, Mn, Ag 또는 이들의 조합을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 임의의 적절한 활성 물질로 형성될 수 있다. 음극 활성 물질은 예를 들면 전도성 매트릭스에 소결되거나, 수정 바인더에 의해 코팅되고 압착되거나, 유기 바인더에 의해 코팅되고 압착되거나, 음극 활성 물질을 다른 담지 화학 물질을 사용하여 수용시키는 임의의 기타 적절한 방법에 수용될 수 있다. 음전극측은 예를 들면 구조를 안정시키고 산화를 감소시키며 사이클 수명을 연장시키도록 음전극 재료 매트릭스 내에 주입되는 예를 들면 Ni, Zn, Al 또는 이들의 조합을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 화학 물질을 구비할 수 있다.

활성 물질층을 그들의 기판에 유지하도록 예를 들면 유기 CMC 바인더, Creyton 고무, PTFE(테플론), 또는 이들의 조합을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 다양한 적절한 바인더가 활성 물질층과 혼합될 수 있다. 200 ppi 니켈 포옴과 같은 울트라 스틸 바인더(ultra-still binder)도 본 발명의 스택형 배터리 구조에 이용될 수 있다.

본 발명의 배터리의 각 전해질층의 분리판[예를 들면, 각 전해질층(10)의 분리판(9)]은 2개의 인접한 전극 유닛들을 전기적으로 격리시키면서 이들 전극 유닛들 간에 이온의 전달은 허용하는 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있다. 분리판은 전해질의 충전을 개선시키고 전해질의 저장조로서 기능을 하여 사이클 수명을 증가시키도록 셀룰로오스계 초흡수제를 함유할 수 있는 데, 이러한 분리판은 예를 들면 다흡수성 기저귀 재료(polyabsorb diaper material)로 이루어질 수 있다. 이에 의해, 분리판은 배터리에 전하가 인가되는 경우에 이전에 흡수한 전해질을 방출할 수 있다. 특정 실시예에서, 분리판이 통상의 셀보다 밀도가 낮고 더 두껍게 이루어져, 전극간 간격(Inter-Electrode-Spacing : IES)이 통상의 간격보다 크게 시작하고 지속적으로 감소함에 따라 배터리의 수명에 걸쳐 배터리의 C-rate와 용량을 유지할 뿐만 아니라 배터리의 수명을 연장시킬 수 있다.

분리판은 전극 유닛 상의 활성 물질의 표면에 접합되는 통상의 재료보다 더 얇은 재료로 이루어져 단락을 감소시키고 재결합을 개선시킬 수 있다. 이러한 분 리판의 재료는 예를 들면 분사되거나, 코팅되거나, 압착될 수 있다. 특정 실시예에서 분리판은 이에 부착된 재결합제(recombination agent)를 구비할 수 있다. 이 재결합제는 예를 들면 분리판의 조직 내에 주입되거나[예를 들면, 이는 PVA를 이용하는 습식 공정(wet process)에서 재결합제를 물리적으로 가두어 재결합제를 분리판 섬유에 결합함으로써 행해지거나, 재결합제가 전착(elctro-deposition)에 의해 그 내에 함침될 수 있음], 기상 증착에 의해 표면 상에 적층될 수 있다. 분리판은 재결합을 효율적으로 지지하는 예를 들면 Pb, Ag, 또는 이들의 조합을 비롯하여 이에 한정되지 않는 임의의 적절한 재료 또는 작용제로 이루어질 수 있다. 셀의 기판이 서로를 향해 이동하는 경우에 분리판이 저항을 제공할 수 있지만, 편향되지 않기에 충분한 강성을 갖는 기판을 이용할 수 있는 본 발명의 특정 실시예에서 분리판이 마련되지 않을 수 있다.

본 발명의 배터리의 각 전해질층의 전해질[예를 들면, 각 전해질층(10)의 전해질(11)]은 용해 또는 용융되는 경우에 이온화하여 전기 전도성 매체를 생성할 수 있는 임의의 적절한 화합물로 이루어질 수 있다. 전해질은 예를 들면 NiMH를 비롯하여 이에 한정되지 않는 임의의 적절한 화학 물질의 표준 전해질일 수 있다. 전해질은 예를 들면 수산화리륨(LiOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼슘(CaOH), 수산화칼륨(KOH) 또는 이들의 조합을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 추가적인 화학 물질을 함유할 수 있다. 전해질을 또한 재결합을 개선시키도록 예를 들면 Ag(OH)₂를 비롯하여 이에 한정되지 않는 첨가제를 함유할 수 있다. 전해질을 또한 저온 성능 을 개선시키도록 예를 들면 RbOH를 함유할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 전해질[예를 들면, 전해질(11)]은 분리판[예를 들면, 분리판(9)] 내에 동결되고, 그 후에 배터리가 완전히 조립된 다음에 해동될 수 있다. 이는 가스켓이 이에 인접한 전극 유닛과 함께 실질적으로 유밀 밀봉(fluid tight seal)을 형성하기 전에 특정 점도의 전해질을 배터리의 전극 유닛 스택 내로 삽입할 수 있게 한다.

본 발명의 배터리의 시일 또는 가스켓[예를 들면, 가스켓(60)]은 가스켓과 이에 인접한 전극 유닛에 의해 형성되는 공간 내에 전해질을 효율적으로 밀봉할 수 있는 임의의 적절한 재료 또는 이 재료의 조합으로 이루어질 수 있다. 특정 실시예에서, 가스켓은, 예를 들면 나일론, 폴리프로필렌, 셀 가드(cell gard), 고무, PVOH 또는 이들의 조합을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 임의의 적절한 비전도성 재료로 이루어질 수 있는 고체 밀봉 배리어 또는 루프, 혹은 이러한 고체 밀봉 루프를 형성할 수 있는 복수의 루프 부분으로 형성될 수 있다. 고체 밀봉 배리어로 형성된 가스켓은 인접하는 전극의 일부분과 접촉하여 그 사이에 밀봉부를 생성할 수 있다.

대안적으로, 가스켓은 예를 들면, 에폭시, 브레아 타르(brea tar), 전해질(예를 들면, KOH) 불침투성 접착제, 압축성 접착제[예를 들면, 실리콘, 아크릴, 및/또는 섬유 보강 플라스틱(FRP)으로 형성되고 전해질에 불침투성일 수 있는 Henkel Corporation사에서 시판하는 Loctite(등록 상표)란 상품명의 접착제와 같은 2액형 폴리머(two-part polymers)], 또는 이들의 조합을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 임의의 적절한 점성 재료 또는 페이스트로 형성될 수 있다. 점성 재료로 형성된 가스켓은 이에 인접한 전극의 일부분과 접촉하여 그 사이에 밀봉부를 형성할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 가스켓은 고체 밀봉 루프와 점성 재료의 조합에 의해 형성되어, 점성 재료가 고체 밀봉 루프와 이에 인접한 전극 유닛 간의 밀봉을 개선시킬 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 전극 유닛 자체를 점성 재료로 처리한 후에, 이에 예를 들면 고체 밀봉 루프, 추가적인 점성 재료가 처리된 고체 밀봉 루프, 인접하는 전극 유닛, 추가적인 점성 재료로 처리된 인접하는 전극 유닛이 밀봉될 수 있다.

특정 실시예에서, 아래에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이 고체 밀봉 루프 및/또는 점성 페이스트에 의해 형성된 가스켓은 밀봉을 개선하도록 압축성을 가질 수 있다. 특정 실시예에서 그 압축은 약 5%일 수 있지만, 양호한 밀봉을 보장하는 데에 필요한 어떠한 탄력성으로도 이루어질 수 있다.

게다가, 특정 실시예에서, 인접한 전극들 사이의 가스켓 또는 밀봉 수단에는 특정 종류의 유체(즉, 특정 액체 또는 가스)가 빠져나갈 수 있게 하는 하나 이상의 약화 지점이 마련될 수 있다(예를 들면, 해당 가스켓에 의해 획정되는 셀 세그먼트 내의 내부 압력이 특정 한계를 지나 상승하는 경우). 일단 소정량의 유체가 빠져나가거나 내부 압력이 감소한 후에 약화 지점은 다시 밀봉될 것이다. 브라이(brai)와 같은 특정 종료의 적절한 점성 재료 또는 페이스트로 적어도 부분적으로 형성된 가스켓은 특정 유체는 통과하도록 구성 또는 마련되고 다른 유체는 통과하지 못하도록 구성 또는 마련될 수 있다. 이러한 가스켓은 임의의 전해질이 두 셀 세그먼트 간에 공유되어 배터리의 전압 및 에너지가 급속하게 약해져(즉, 방전 되어) 0으로 되게 하는 것을 방지할 수 있다.

전술한 바와 같이, 스택 형태의 밀봉된 셀로 구성된 배터리[예를 들면, 바이폴라 배터리(50)]를 이용하는 것의 하나의 이점은 배터리의 방전 속도를 증가시킬 수 있다는 점이다. 이러한 증가된 방전 속도는, 각형 또는 권취형 배터리 구조에서는 불가능하였던 특정 저부식성 전해질[예를 들면, 전해질의 웨팅 성분(whetting components), 전도성 향상 성분 및/또는 화학적 반응성 성분을 제거 또는 감소시킴으로써]의 사용을 가능하게 할 수 있다. 저부식성 전해질을 이용하도록 스택형 배터리 구조에 의해 제공될 수 있는 그러한 유통성은 보다 고부식성의 전해질에 의해 부식될 수 있었던 특정 에폭시(예를 들면, J-B Weld 에폭시)를 가스켓과 함께 밀봉부를 형성하는 경우에 이용하게 수 있다.

본 발명의 배터리의 케이스 또는 포장재[예를 들면, 케이스(40)]는 단자 전극 유닛[예를 들면, MPU(12, 32)]에 이들의 전도성 기판[예를 들면, 기판(16, 36)] 또는 관련 도선[즉, 도선(13, 33)]은 노출시키도록 밀봉될 수 있는 임의의 적절한 비전도성 재료로 형성될 수 있다. 포장재는 가스켓과 이에 인접한 전극 유닛 사이에 밀봉부를 생성, 지지 및/또는 유지하여 해당 셀 세그먼트 내의 전해질을 격리시키도록 형성될 수 있다. 포장재는 그러한 밀봉부에 필요한 지지력을 생성 및/또는 유지하여, 셀 세그먼트 내의 내부 압력이 상승할 때에 밀봉부가 배터리의 팽창을 견디도록 할 수 있다. 포장재는 예를 들면 나일론, 보강 복합재 또는 수축성 포장재(shrink wrap material)를 비롯한 임의의 기타 폴리머 또는 탄성 재료, 에나멜 코팅 강 또는 기타 금속과 같은 임의의 강성 재료, 또는 이들의 조합을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 임의의 적절한 재료로 이루어질 수 있다. 특정 실시예에서, 포장재는 스택된 셀의 밀봉부에 지속적인 압력을 유지할 수 있는 예를 들면 탄성 클립의 외골격(exoskeleton)으로 이루어질 수 있다. 비전도성 배리어가 스택과 포장재 사이에 마련되어 배터리의 단락을 방지할 수 있다.

예를 들어 도 3을 계속하여 참조하면, 본 발명의 바이폴라 배터리(50)는 MPU(12, 32)와 이들 사이의 하나의 이상의 BPU[예를 들면, BPU(2a 내지 2d)]의 스택에 의해 형성된 복수의 셀 세그먼트[예를 들면, 셀 세그먼트(22a 내지 22e)]를 포함할 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에 있어서, 기판[예를 들면, 기판(6a 내지 6d, 16, 32)], 전극층[예를 들면, 양전극층(4a 내지 4d, 14) 및 음전극층(8a 내지 8d, 38)], 전해질층[예를 들면, 전해질층(10a 내지 10e)], 및 가스켓[예를 들면, 가스켓(60a 내지 60e)] 각각의 두께 및 재료는 셀 세그먼트들 간에 뿐만 아니라 특정 셀 세그먼트 내에서도 서로 다를 수 있다. 스텍 레벨에서뿐만 아니라 개개의 셀 레벨에서의 그러한 기하학적 형상 및 화학성질의 변화는 수많은 상이한 이점 및 성능 특성을 갖는 배터리를 생성할 수 있다.

예를 들면, 특정 전극 유닛의 특정 기판의 특정 면은 그 상이한 부분들을 따라 다양한 활성 물질들로 코팅되어 양극 활성 물질 전극층을 형성할 수 있다. 예를 들면 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, BPU(2a)의 기판(6a)의 한쪽 면에는 양극 활성 물질 전극층(4a)을 형성하는 최외측 부분(4a'), 중간 부분(4a"), 및 최내측 부분(4a"')을 포함할 수 있다. 이들 각각의 부분(4a' 내지 4a"')은 예를 들면 상이한 활성 물질로 코팅되거나, 상이한 두께로 이루어지거나[예를 들면, 두 께(4at', 4at", 4at'")], 및/또는 상이한 높이[예를 들면, 높이(4ah', 4ah", 4ah"')]로 이루어질 수 있다.

배터리가 다양한 작동 파라미터에 대해 최적의 성능을 제공할 필요가 있는 경우, 자신의 강점과 약점을 각각 갖고 있는 2개의 별개의 배터리를 동시에 작동시켜 그 사용을 제어하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들면, 전기 자동차(EV)와 하이브리드 전기 자동차(HEV)의 경우에, 장거리 여행을 위해 특히 적합한 에너지 저장 능력을 제공할 뿐만 아니라, 개방 도로(open road)에서 안전하게 가감속하기 위해 특히 적합한 충전 및 방전 속도를 제공하는 배터리 시스템이 필요하다. 강건한 에너지 저장 능력으로 유명한 아연 망간 배터리는 예를 들면 높은 충전/방전 속도 능력으로 유명한 니켈 금속수화물 배터리와 제휴하여 제어되어 임의의 전기 자동차를 위해 적합한 배터리 시스템을 제공할 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에 따르면, 예를 들어 셀 세그먼트(22b) 및 도 5 내지 도 5c에 대해 아래에서 설명하는 바와 같이, 다양한 화학적 성질 및 기하학적 형상이 배터리의 특정 셀 세그먼트 내에서 이용되어, 에너지 저장, 긴 저장 수명 동안의 자체 방전 조절, 및 높은 충전/방전 속도와 같은 다수의 기능에 대해 배터리를 최적화할 수 있다.

도시한 바와 같이, BPU(2a)의 기판(6a)의 한쪽 면에는 음극 활성 물질 전극층(8a)을 형성하는 최외측 부분(8a') 및 최내측 부분(8a")을 포함할 수 있다. 예를 들면, 최외측 부분(8a')은 최외측 음극 물질로 이루어져 최외측 두께[예를 들면, 최외측 두께(8at')] 및 최외측 높이[예를 들면, 최외측 높이(8ah')]을 가질 수 있는 한편, 최내측 부분(8a")은 최내측 음극 물질로 이루어져 최내측 두께[예를 들 면, 최내측 두께(8at")] 및 최내측 높이[예를 들면, 최내측 높이(8ah")]을 가질 수 있다. 예를 들면, 최외측 부분(8a')의 기하학적 형상[예를 들면, 높이(8ah') 및 두께(8at')]은 음전극층(8a)의 음극 활성 물질의 80%를 구성할 수 있는 한편, 최내측 부분(8a")의 기하학적 형상[예를 들면, 높이(8ah") 및 두께(8at")]은 음전극층(8a)의 음극 활성 물질의 20%를 구성할 수 있다.

마찬가지로, BPU(2b)의 기판(6b)의 한쪽 면에는 양극 활성 물질 전극층(4b)을 형성하는 최외측 부분(4b') 및 최내측 부분(4b")을 포함할 수 있다. 예를 들면, 최외측 부분(4b')은 최외측 양극 물질로 이루어져 최외측 두께[예를 들면, 최외측 두께(4bt')] 및 최외측 높이[예를 들면, 최외측 높이(4bh')]을 가질 수 있는 한편, 최내측 부분(4b")은 최내측 양극 물질로 이루어져 최내측 두께[예를 들면, 최내측 두께(4bt")] 및 최내측 높이[예를 들면, 최내측 높이(4bh")]을 가질 수 있다. 예를 들면, 최외측 부분(4b')의 기하학적 형상[예를 들면, 높이(4bh') 및 두께(4bt')]은 양전극층(4b)의 양극 활성 물질의 80%를 구성할 수 있는 한편, 최내측 부분(4b")의 기하학적 형상[예를 들면, 높이(4bh") 및 두께(4bt")]은 음전극층(4b)의 양극 활성 물질의 20%를 구성할 수 있다.

게다가, 전극(2a) 및 전극(2b)은 그 다양한 부분을 따라 다양한 기하학적 형상 및 다양한 분리판 재료에 의해 분리될 수 있다. 일단 배터리가 스택되고 밀봉되어 예를 들어 포장재(40)에 의해 유지된 후에, 예를 들면 최외측 부분(8a')과 최외측 부분(4b')은 이들의 기하학적 형상[예를 들면, 높이(8ah') 및 높이(4bh')]으로 인해 최외측 간격(od)만큼 분리될 수 있는 한편, 최내측 부분(8a")과 최내측 부 분(4b")은 최내측 간격(id)만큼만 분리될 수 있다.

분리판(9b)의 2개의 분리판 부분[예를 들면, 최외측 분리판 부분(9b') 및 최내측 분리판 부분(9b")]이 셀 세그먼트(22b)의 전해질층(10b)에 마련될 수 있다. 최외측 분리판 부분과 최내측 분리판 부분의 높이[예를 들면, 최외측 분리판 높이(9bh') 및 최내측 분리판 높이(9bh")]는 서로 다를 수 있다. 이들 높이는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 서로 상이한 최외측 전극 부분(8a', 4b') 간의 간격[예를 들면, 최외측 간격(od)]과 최내측 전극 부분(8a", 4b") 간의 간격[예를 들면, 최내측 간격(id)]에 각각 상응하거나 그렇지 않을 수 있다. 예를 들면, 특정 실시예에서, 전극층의 특정 부분들 간의 간격은 전극층의 다른 특정 부분들 간의 간격보다 클 수 있다. 예를 들면, 최외측 전극 부분(8a', 4b')들 간의 최외측 간격(od)은 약 5㎜일 수 있는 한편, 최내측 전극 부분(8a", 4b")들 간의 최내측 간격(id)은 약 1㎜일 수 있다.

게다가, 최외측 및 최내측 분리판 부분(9b', 9b")들은 각각 상이한 분리판 재료로 이루어져, 각각의 분리판 부분이 상이한 화학적 성질을 가질 수 있는 해당 전극 부분[예를 들면, 최외측 부분(8a', 4b') 및 최내측 부분(8a", 4b")]에 생성될 수 있는 특정 수지상(dendrites)을 제어하도록 구성될 수 있다. 셀의 다양한 부분 각각의 활성 물질은 상이한 밀도를 가질 수 있다. 셀의 다양한 분리판 부분은 각각 상이한 재료로 이루어지거나 및/또는 예를 들면 그 자신의 독특한 표면 처리, 다공도, 인장 특성 및/또는 압축 특성이 제공될 수 있다. 또한, 특정 실시예에서, 셀 세그먼트는 예를 들면 상이한 웨팅제(whetting agents) 또는 처리를 이용하여 전해질의 분산도 및 농도를 달리할 수 있다. 따라서, 하나 이상의 농도 구역이 분리판의 특정 부분[예를 들면, 부분(9b', 9b")] 내에 생성되어, 그를 통한 이온 전달을 보다 양호하게 할 수 있다(예를 들면, 셀 내에서 출력 또는 열 전달을 보다 양호하게 하거나, 전기화학적 효율을 보다 양호하게 하거나, 또는 가스의 재결합을 보다 양호하게 한다). 마찬가지로, 예를 들어 CMC, Crayton, 금속 포옴, PTFE 및 PVOH와 같은 다양한 바인더 시스템이 예를 들면 셀의 출력, 에너지 밀도, 및/또는 사이클 수명의 밸런싱을 달성할 수 있도록 다중 화학적 성질의 셀 세그먼트의 기판에 다양한 활성 물질 전극 부분 각각을 도포하는 데에 이용될 수 있다.

예를 들어 전기 자동차 분야에 대해 전술한 바와 같이 특히 적합한 에너지 저장 능력뿐만 아니라 특히 적합한 충전 및 방전 속도를 제공할 수 있는 배터리가 필요한 경우, 음극 활성 물질 전극층(8a) 및 양극 활성 물질 전극층(4b) 각각의 기하학적 형상 및 화학적 성질이 셀 세그먼트(22b) 내에서 다를 수 있다. 예를 들면, 각각의 기하학적 형상이 해당 전극층의 활성 물질의 80%를 구성하는 최외측 부분(4b') 및 최외측 부분(8b')은 실질적으로 아연 망간(ZnMn)으로 이루어져, 에너지 저장을 주된 기능으로 하는 셀(22b)의 제1 요소로서 기능할 수 있다. 반면, 각각의 기하학적 형상이 해당 전극층의 활성 물질의 20%를 구성하는 최내측 부분(4b") 및 최내측 부분(8b")은 실질적으로 니켈 금속수화물(NiMH)로 이루어져, 신속한 충전/방전 속도를 주된 기능으로 하는 셀(22b)의 제2 요소로서 기능을 할 수 있다.

이러한 조합된 화학적 성질의 거동으로 인해, 그들은 단일 셀 세그먼트 내에서 서로 보완할 수 있다. 예를 들면, 셀의 NiMH 부분은 ZnMn 부분이 수지상을 형 성하는 저전압으로 되게 하지 않을 수 있기 때문에 펄스 방전 하에서 ZnMn 부분의 과방전을 제한하여 ZnMn 부분의 사이클 수명을 연장시킨다. 마찬가지로, 셀의 ZnMn 부분은 셀의 NiMH를 높은 충전 상태로 유지함으로써 NiMH 부분의 저장 수명을 연장시키고 자체 방전(self-discharge)을 감소시킬 수 있다. 이는 자체 방전에 의해 MH 전극이 낮은 충전 상태에서 부식하여 NiMH의 수명을 감소시키게 되는 NiMH 셀의 자연적인 경향에 반대된다. 따라서, 셀 세그먼트 내에 제공되는 2이상의 다양한 화학적 성질은 다양한 화학적 성질의 기능들 간의 제어기로서 기능을 할 수 있다.

또 다른 예로서, 동일한 셀에서 복수의 전기화학적 성질의 조합은 셀의 온도를 조절하도록 가열 및 냉각에 대한 다양한 전기화학적 특성의 이점이 있을 수 있다. 하나의 실시예에서 예를 들면 셀 세그먼트의 활성 물질의 제1 부분은 니켈 카드뮴(NiCad)으로 이루어지고 제2 부분은 아연 망간으로 이루어질 수 있다. 이러한 셀의 방전 시에, NiCad 부분은 발열 반응을 하여, 저온 상태의 셀의 다른 부분[예를 들면, ZnMn 부분]을 가온할 수 있다. 충전시에, 셀의 NiCad 부분은 흡열 반응을 하여, 열을 흡수함으로써 셀의 다른 부분의 온도를 낮출 수 있다. 이와 같이, NiCad 화학적 성질 부분은, 방전의 종료시에 통상 고온으로 될 수 있는 셀의 다른 화학적 성질 부분을 냉각시키는 데에 도움을 주어, 열응력을 감소시킴으로써 셀의 사이클 수명을 연장시키고 충전 속도를 증가시킬 수 있다. 셀의 다양한 화학적 성질 부분은, 열을 보다 용이하게 제거할 수 있는 셀의 가장자리에 냉각용 화학적 성질 부분을 배치하는 것과는 대조적으로 냉각용 화학적 성질 물질[예를 들면, NiCad]이 셀의 중앙에 또는 적어도 냉각을 필요로 하는 셀의 다른 화학적 성질 부분보다 내측에 있도록 배치될 수 있다.

추가로, 전술한 바와 같이(예를 들면, 도 4 내지 도 5c 참조), 특정 셀 내에서 기판, 전극층, 전해질층 또는 가스켓의 재료 및 기하학적 형상을 변화시키는 것 외에도, 기판, 전극층, 전해질층 및 가스켓의 재료 및 기하학적 형상은 스택의 높이에 따라 셀들 간에 변화시킬 수 있다. 예를 들어 도 3을 더 참조하면, 배터리(50)의 전해질층(10) 각각에 이용된 전해질(11)은 해당 셀 세그먼트(22)가 셀 세그먼트들의 스택의 중앙에 얼마나 근접하느냐에 기초하여 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 최내측 셀 세그먼트(22c)[즉, 배터리(50)의 5개의 셀 세그먼트 중 중앙의 셀 세그먼트]는 제1 전해질로 형성된 전해질층[즉, 전해질층(10c)]을 포함할 수 있는 한편, 중간 셀 세그먼트(22b, 22d)[즉, 배터리(50)의 말단 셀 세그먼트들에 인접한 셀 세그먼트]는 제2 전해질로 각각 이루어진 전해질층[즉, 전해질층(10b, 10d)]을 각각 포함할 수 있는 한편, 최외측 셀 세그먼트(22a, 22e)[즉, 배터리(50)의 최외측 셀 세그먼트]는 제3 전해질로 각각 이루어진 전해질층[즉, 전해질층(10a, 10e)]을 각각 포함할 수 있다. 내부 스택에 보다 높은 전도성의 전해질을 이용함으로써, 저항을 낮추어 생성되는 열을 적게 할 수 있다. 이는 외부적 냉각 방식 대신에 그 구조에 의해 배터리에 대해 열을 제어할 수 있다.

또 다른 예로서, 배터리(50)의 각 셀 세그먼트에서 전극층으로서 이용되는 활성 물질을 해당 셀 세그먼트(22)가 셀 세그먼트들의 스택의 중앙에 얼마나 근접하느냐에 따라 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 최내측 셀 세그먼트(22c)는 제1 온 도 및/또는 속도 성능을 갖는 제1 형태의 활성 물질로 이루어진 전극층[즉, 전극층(8b, 4c)]을 포함할 수 있는 한편, 중간 셀 세그먼트(22b, 22d)는 제2 온도 및/또는 속도 성능을 갖는 제2 형태의 활성 물질로 이루어진 전극층[즉, 전극층(8a, 4b) 및 전극층(8c, 4d)]을 포함할 수 있는 한편, 최외측 셀 세그먼트(22a, 22e)는 제3 온도 및/또는 속도 성능을 갖는 제3 형태의 활성 물질로 이루어진 전극층[즉, 전극층(38, 4a) 및 전극층(8d, 14)]을 포함할 수 있다. 하나의 예로서, 배터리 스택은 예를 들면 열을 더 잘 흡수할 수 있는 니켈 카드뮴 전극으로 최내측 셀 세그먼트를 구성하는 한편, 최외측 셀 세그먼트에는 온도를 낮출 필요가 있을 수 있는 니켈 금속수화물 전극을 마련함으로써 열이 관리될 수 있다. 대안적으로, 배터리의 화학적 성질 또는 기하학적 형상이 비대칭적으로 이루어져, 스택의 일단부의 셀 세그먼트는 제1 활성 물질 및 제1 높이로 이루어지는 한편, 스택의 다른쪽 단부의 셀 세그먼트는 제2 활성 물질 및 제2 높이로 이루어질 수 있다.

게다가, 배터리(50)의 각각의 셀 세그먼트의 기하학적 형상은 셀 세그먼트의 스택을 따라 변화시킬 수 있다. 특정 셀 세그먼트 내의 활성 물질들 간의 간격을 변화시키는 것 외에도[예를 들면 도 5의 간격(id, od) 참조], 소정 셀 세그먼트(22)가 그 셀 세그먼트의 활성 물질들 간에 제1 간격[예를 들면, 도 5의 간격(id 또는 od)]을 갖는 한편, 다른 셀 세그먼트는 그 셀 세그먼트의 활성 물질들 간에 제2 간격을 가질 수 있다. 어떠한 경우든, 활성 물질 전극층들 간에 보다 작은 간격을 갖는 셀 세그먼트 또는 그 부분은 예를 들면 보다 높은 출력을 가질 수 있는 한편, 활성 물질 전극층들 간에 보다 큰 간격을 갖는 셀 세그먼트 또는 그 부분은 예를 들면, 수지상 성장에 대한 보다 많은 공간, 보다 긴 사이클 수명, 및/또는 보다 많은 전해질 저장 능력을 가질 수 있다. 활성 물질 전극층들 간의 간격이 보다 큰 부분들은 배터리의 충전 허용 여부를 조절하여 예를 들면 활성 물질 전극층들 간의 간격이 작은 부분들이 먼저 충전될 수 있도록 보장할 수 있다.

특정 실시예에서, 특정 셀 세그먼트 내에서 제1 및 제2 화학적 성질 부분이 공통의 전해질을 공유하도록 조합되고 밸런싱되는 경우에 제1 화학적 성질 부분의 전압 범위는 제2 화학적 성질 부분의 전압 범위 내에서 전기적으로 작동할 수 있다. 예를 들면, NiMH는 약 1.50VDC 내지 약 0.80VDC의 전압 범위를 갖는 한편, ZnMn은 약 1.75VDC 내지 0.60VDC의 전압 범위를 가질 수 있다. 따라서, 단일 셀 내에서 복수의 전기화학적 성질 부분은 용량을 매칭시킴으로써 밸런싱될 수 있다. 이러한 조합된 화학적 성질은 또한 예를 들면 단일 화학적 성실의 배터리 팩 내에서 통상적으로 행해지는 셀 밸런싱 방식과 유사하게 제어 전자 장치에 의해 전기화학적 밸런싱을 수행함으로서 전기적으로 매칭될 수 있다. 2개 이상의 전기화학적 성질 부분들 간의 전압차는 예를 들면 그들의 완전 방전 및 충전 프로파일에 걸쳐 연속식 또는 펄스식으로 조절될 수 있다.

그러나, 셀들 간에 상이한 구조가 이용되는 경우, 셀들 간에 저항이 다를 수 있어, 전압 밸런싱이 또한 요구될 수 있다. 상이한 구조의 다양한 셀을 밸런싱하는 경우, 외부적 용량 밸런싱은 특정 개수의 단일 셀들을 병렬로 배치하여 행하는 한편, 외부적 전압 밸런싱은 특정 개수의 단일 셀들을 직렬로 배치하여 행할 수 있다. 임의의 형태의 배터리 셀은 다른 전기화학적 성질을 갖는 임의의 다른 형태의 배터리 셀과 조합되어, 혼합된 전기화학적 성질의 배터리 팩을 형성할 수 있다. 예를 들면 도 34a 및 도 34b에 도시한 바와 같이, 제1 전기화학적 성질을 갖는 다수의 제1 배터리 셀(850)이 제2 전기화학적 성질을 갖는 다수의 제2 배터리 셀(950)과 다양한 방식으로 연결되어, 혼합된 전기화학적 성질의 배터리 팩을 형성할 수 있다. 배터리 셀(850, 950)들은 각각 각형 배터리 셀, 권취형 배터리 셀, MPU 배터리 셀, 또는 BPU 배터리 셀을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 다양한 형태의 배터리 셀 중 임의의 배터리 셀일 수 있다. 예를 들어 도 34a에서, 배터리 팩(900)이 링크(875)를 통해 3개의 1.2V NiMH 더블 A형 배터리 셀(850)을 2개의 1.5V ZnMn 더블 A형 배터리 셀(950)과 직렬로 외부적으로 연결함으로써 형성되어 밸런싱될 수 있다. 반면, 예를 들어 도 34b에서는 배터리 팩(900')이 링크(875)를 통해 3개의 1.2V NiMH 더블 A형 배터리 셀(850)을 2개의 1.5V ZnMn 더블 A형 배터리 셀(950)과 병렬로 외부적으로 연결함으로써 형성되어 밸런싱될 수 있다.

단일 셀 내에서의 다수 화학적 성질에 대해 전술하거나(예를 들면, 도 1 내지 도 9 참조), 단일 화학적 성질의 셀 다수개를 다른 단일 화학적 성질의 셀 다수개와 연결하는 것에 대해 전술한 바와 같은(예를 들면, 도 34a 및 도 34b 참조), 다수의 전기화학적 성질을 하나의 배터리 내로 조합하는 것의 수많은 이점 중 하나는 그 배터리의 화성처리(formation) 또는 하전 단계를 건너뛸 수 있다는 점이다. 예를 들면, 활성 물질 전극의 제1 부분이 ZnMn으로 이루어지고 다른 부분이 NiMH로 이루어질 수 있는 도 5 내지 도 5c의 셀 세그먼트(22b)와 관련하여, ZnMn 부분은 셀 세그먼트의 기판에 마련될 때에 그 본래의 상태에서 이미 하전되어 있을 수 있 는 반면, NiMH 부분은 일단 기판에 마련된 후에 화성처리 또는 하전될 필요가 있다. 그러한 셀의 혼합된 화학적 성질로 인해, 셀 세그먼트의 ZnMn 부분이 자연적인 충전기로 기능을 하여, 셀의 NiMH 부분을 화성처리할 수 있어, 그 셀이 통상의 하전 단계 없이도 표준적인 충전/방전에 사용하도록 될 수 있다. 따라서, 하나의 셀 내에 또는 배터리의 상이한 셀들 간에 특정 전기화학적 성질을 다른 전기화학적 성질과 함께 제공하여 및 이들을 조합으로써, 배터리 내의 다수의 전기화학적 성질 부분 중 하나 이상이 배터리 내의 다른 전기화학적 성질 부분을 자연적으로 하전시킬 수 있어, 배터리 제조에 있어서 통상의 복잡한 셀 화성처리/하전 단계를 건너뛸 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 바이폴라 배터리를 제조하는 방법은 일반적으로, MPU를 마련하는 단계, 전해질층 및 가스켓을 사이에 배치한 상태로 그 상에 하나 이상의 BPU를 스택하는 단계, 그리고 최종적으로 반대 극성의 다른 MPU를 갖고 스택을 최종적으로 완성하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 스택형 바이폴라 배터리(1050)를 제조하는 방법을 도 10 내지 도 20을 참조하여 설명한다. 예를 들면, 도 10 및 도 11에 있어서, 우선 음극 MPU(1032)를 불침투성 전도성 기판(1036) 및 이에 코팅된 음극 활성 물질 전극층(1038)에 의해 마련할 수 있다. 기판(1036)에는 음극 전극층(1038)의 주위에 적어도 부분적으로 홈 형상 부분(1071)이 마련될 수 있다.

이어서, 가스켓(1060)을 기판(1036) 상에서 전극층(1038) 주위에 스택할 수 있다(예를 들면, 도 12 및 도 13 참조). 기판(1036)과 접촉하는 가스켓(1060)의 면에 홈 형상 부분(1061)이 챔퍼 가공되어, 홈 형상 부분(1061, 1071)들이 가스켓과 기판 사이에 홈형 접촉면 영역 또는 홈(1070)을 생성하도록 정렬될 수 있다. 이러한 상보적인 홈 형상 부분은 가스켓이 MPU 상에 스택될 때에 MPU에 대해 가스켓을 자체 정렬시키는 데에 도움을 주어, 그 제조 단계를 단순화시킬 수 있다. 가스켓 및 MPU의 표면에 있는 그러한 상보적인 홈 형상 부분은 또한 서로 맞물려 두 표면 간의 특정 형태의 상대 이동을 억제할 수 있다. 예를 들면, 홈 형상 부분(1061, 1071)의 서로 맞물리는 상호 작용 및 이에 따라 얻어지는 홈형 접촉면 영역 또는 홈(1070)은 가스켓(1060) 및 MPU(1032)가 수직 스택의 방향에 대해 실질적으로 직교하는 방향으로 서로에 대해 이동하는 것을 억제할 수 있다[즉, 홈(1070)은 가스켓(1060) 및 MPU(1032)가 수직으로 스택된 경우에 서로 정렬되지 않게 수평으로 이동하는 것을 방지할 수 있다].

일단 가스켓(1060)이 MPU(1032) 위에 스택되면, 실질적으로 유밀한 컵 형상 수용부[예를 들면, 공간(1080) 참조]가 가스켓(1060)의 내부 측벽들과 이들 사이의 MPU(1032) 부분에 의해 획정될 수 있다. 가스켓의 내부 측벽들과 이들 사이의 전극 유닛의 부분 간에 형성되는 각도[예를 들면, 가스켓(1060)의 내부 측벽들과 이들 사이의 MPU(1032)의 부분 간의 각도(1078)]는 직각, 둔각, 또는 예각을 비롯하는 임의 적절한 각도를 이룰 수 있다.

이어서, 분리판(1009) 및 전해질(1011)이 음전극층(1038) 위에서 가스켓(1060)의 내벽 내에 배치되어 공간(1080) 내에 전해질층(1010)을 형성할 수 있다(예를 들면, 도 14 및 도 15 참조). 이용되는 전해질이 점성이 상당히 큰 경우 에, 가스켓과 MPU 간에 생성되는 밀봉부는 전해질이 누설 없이 공간(1080) 내로 용이하게 주입되게 할 수 있다. 스택 내로 주입시에 전해질이 점성이 없는 경우[예를 들면, 전해질이 분리판 내에 동결 상태로 있는 실시예의 경우], 전해질층은 MPU 상에 가스켓이 설치되기 전에 MPU 상에 스택될 수 있다는 점을 이해할 것이다.

전해질층(1010)의 분리판(1009) 및 전해질(1011)이 일단 가스켓(1060) 및 MPU(1032)에 의해 형성된 공간(1080) 내에 배치되면, 그 위에 제1 BPU(1102)가 스택된다[예를 들면 도 16 및 도 17 참조]. 도 16에 도시한 바와 같이, BPU(1102)는 양전극층(1104) 및 음전극층(1108)이 양면에 코팅되어 있는 불침투성 전도성 기판(1106)을 포함할 수 있다. 기판(1106)에는 그 한쪽 면에서 BPU(1102)의 양전극층(1104) 및/또는 음전극층(1108) 주위에 적어도 부분적으로 홈 형상 부분(1171)이 마련될 수 있다. BPU(1102)의 양전극층(1104)이 MPU(1032)의 음전극층(1038)을 향해 아래쪽으로 향하게 한 상태로 BPU(1102)가 가스켓(1060) 위에 스택됨으로써, 가스켓(1060)의 상부에 마련된 홈 형상 부분(1161)과 기판(1106)의 홈 형상 부분(1171)이 정렬되어 가스켓과 기판 사이에 홈형 접촉면 영역 또는 홈(1170)을 생성할 수 있다. 이러한 상보적인 홈 형상 부분들은 BPU가 가스켓 상에 스택될 때에 가스켓, 나아가서는 MPU에 대한 BPU의 자체 정렬에 도움을 주어, 그 제조 단계를 단순화시킬 수 있다. BPU(1102)가 일단 가스켓(1060), 나아가서는 MPU(1032) 위에 스택되면, 제1 셀 세그먼트(1022)가 생성될 수 있다. 게다가, 실질적으로 유밀한 밀봉부가 기판(1106), 기판(1036) 및 가스켓(1060)에 의해 전해질층(1010)[나아가서는 전해질(1011)] 주위에 형성될 수 있다.

가스켓(1060)의 상부의 홈 형상 부분(1161)[이에 따라 기판(1106)의 저부의 홈 형상 부분(1171)도]이 가스켓(1060)의 저부의 홈 형상 부분(1061)과 동일한 크기, 형상, 및 형태(예를 들면, 수평 및 수직 단면 모두에서)로 이루어질 수 있지만, 예를 들면 도 16에 도시한 바와 같이 가스켓의 상부와 저부의 홈 형상 부분들이 서로 다를 수 있음을 유념해야 할 것이다. 마찬가지로, 전극 유닛의 각각의 기판의 상부와 저부에 마련되는 홈 형상 부분들도 서로 다를 수 있다[예를 들면, 도 16에서의 BPU(1102)의 홈 형상 부분(1171, 1271) 참조].

도 10 내지 도 17에 대해 전술한 바와 같이 MPU(1032) 상에 가스켓(1060), 전해질층(1010) 및 BPU(1102)를 스택함으로써 일단 제1 셀 세그먼트(1022)가 생성되면, 원하는 경우 그 위에 유사한 방식으로 추가적인 BPU를 스택할 수 있다. 바이폴라 배터리를 위해 원하는 수의 BPU가 일단 스택되면, 제2 MPU가 그 위에 스택될 수 있다. 도 18을 참조하면, 양극 MPU(1012)가 최상층 BPU(도시한 실시예에서 단지 하나의 BPU만이 제공되어 있고 이에 따라 BPU(1102)가 최상측 BPU임) 위에 스택될 수 있다. 그러나, MPU(1012)를 BPU(1102) 상에 스택하기 전에, 추가적인 가스켓[즉, 저부 홈 형상 부분(1261) 및 상부 홈 형상 부분(1361)을 갖는 가스켓(1160)]과 전해질층[즉, 분리판(1109) 및 전해질(1111)을 갖는 전해질층(1110)]이 가스켓(1060) 및 전해질층(1010)에 대해 전술한 바와 같이 마련될 수 있다. 예를 들면, 홈 형상 부분(1261, 1271)이 정렬되어 가스켓(1160)과 기판(1106) 사이에 홈형 접촉면 영역 또는 홈(1270)을 생성할 수 있다. 이러한 상보적인 홈 형상 부분들은 가스켓(1160)이 BPU(1102) 상에 스택될 때에 BPU(1102)에 대한 가스 켓(1160)의 자체 정렬에 도움을 주어 그 제조 단계를 단순화시킬 수 있다.

양극 MPU(1012)는 불침투성 전도성 기판(1016) 및 이에 코팅된 양극 활성 물질 전극층(1014)에 의해 마련될 수 있다. 기판(1016)에는 양전극층(1014) 주위에 적어도 부분적으로 홈 형상 부분(1371)이 마련될 수 있다. MPU(1012)의 양전극층(1014)이 BPU(1102)의 음전극층(1108)을 향해 아래쪽으로 향한 상태로 MPU(1012)을 가스켓(1160) 상에 스택함으로써, 가스켓(1160)의 상부에 마련된 홈 형상 부분(1361)과 기판(1016)의 홈 형상 부분(1371)이 정렬되어 가스켓과 기판 사이에 홈형 접촉면 영역 또는 홈(1370)을 생성할 수 있다. 이러한 상보적인 홈 형상 부분들은 양극 MPU(1012)를 가스켓(1160) 상에 스택할 때에 가스켓(1160), 나아가서는 BPU(1102), 가스켓(1060) 및 음극 MPU(1032)에 대한 양극 MPU(1012)의 자체 정렬에 도움을 줄 수 있다. 이러한 본 발명의 바이폴라 배터리의 자체 정렬 특징은 그 제조 단계를 현저히 단순화시킬 수 있다. MPU(1012)가 일단 가스켓(1160), 나아가서는 BPU(1102) 위에 확실하게 스택되면, 제2 셀 세그먼트[즉, 셀 세그먼트(1122)]가 생성될 수 있다. 게다가, 실질적으로 유밀한 밀봉부가 기판(1016), 기판(1106) 및 가스켓(1160)에 의해 전해질층(1110)[나아가서는 전해질(1111)] 주위에 형성될 수 있다.

예를 들면 도 10 내지 도 18에 대해 전술한 바와 같이 양극 MPU, 음극 MPU, 및 이들 사이의 적어도 하나의 BPU를 포함하게 스택을 제조하여 셀 세그먼트들의 스택을 형성하면, 본 발명의 기능적 스택형 바이폴라 배터리를 형성하는 스택의 내용물을 밀봉하도록 케이스 또는 포장재가 제공될 수 있다. 제1 실시예에서, 도 19 및 도 20에 도시한 바와 같이, 포장재(1040)는, 단자 전극층[즉, 양전극층(1014) 및 음전극층(1038)]이 노출[예를 들면, 각각 전도성 기판(1016, 1036)의 적어도 일부분을 매개로 노출됨]될 수 있게 하는 한편, 포장재에 의해 스택의 내용물 주위에 C형 클램핑 구조가 마련되어 스택형 바이폴라 배터리(1050)를 형성할 수 있도록 셀 세그먼트의 스택[즉, 셀 세그먼트(1022, 1122)] 주위에 마련될 수 있다.

예를 들면, MPU(1012)의 기판(1016) 상에 화살표(P_D) 방향으로 아래쪽으로 뿐만 아니라, MPU(1032)의 기판(1036) 상에 화살표(P_U) 방향으로 위쪽으로 포장재에 의해 압력을 가할 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에서, 화살표(P_U, P_D) 각각의 방향으로 포장재에 의해 가해진 압력은 배터리의 셀 세그먼트들의 수직 스택 방향과 실질적으로 일치하거나 평행할 수 있다. 게다가, 포장재에 의해 가해지는 클램핑 압력은 스택의 전극 유닛들의 활성 물질[예를 들면, 전극층(1014, 1104, 1108, 1038)] 중 임의의 활성 물질에 대해 일렬로 가해지기보다는 실질적으로 각각의 활성 물질의 둘레 또는 외측에서 가해져, 화살표(P_D, P_U) 방향의 클램핑 압력이 셀 세그먼트의 음극 및 양극 활성 물질 전극층들을 서로를 향해 가압하여 배터리를 잠재적으로 단락시키는 일이 없도록 할 수 있다.

또한, 포장재에 의해 가해지는 클래핑 압력은 예를 들면 스택 내의 적어도 하나의 가스켓의 적어도 일부분과 실질적으로 일렬로 될 수 있다(예를 들어, 도 19 참조). 이러한 압력은 스택 내의 각각의 가스켓과 이에 인접한 전극 유닛 간의 밀봉 관계를 유지하여 각각의 전해질층 주위에 실질적으로 유밀한 배리어를 생성할 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에 따라 전술한 바와 같이 가스켓 및 이에 인접한 해당 전극 유닛에 형성된 홈 형상 부분들의 맞물림은 실질적으로 유밀한 밀봉부를 생성하기 위해 화살표(P_D, P_U) 각각의 방향으로 가해질 필요가 있는 클램핑 압력의 크기를 감소시킬 수 있음을 유념해야 할 것이다. 그러한 홈 형상 부분이 없으면, 가스켓과 이에 인접한 전극 유닛 사이의 밀봉부는 편평하여, 예를 들면 내부 셀 압력으로 인해 미끄러지기(예를 들면, 수평 방향, 즉 수직 스택 방향에 대해 직각 방향으로) 쉽고, 이에 의해 어떠한 미끄러지는 경향도 상쇄시키도록 클램핑 압력을 증가시킬 필요가 있다.

도 21 및 도 22에 도시한 바와 같은 다른 실시예에서, 밀봉 랩(seal wrap), 수축성 랩, 밀봉 테이프 또는 임의의 기타 적절한 변형 가능 재료로 이루어진 포장재(1040')가 셀 세그먼트들의 스택[즉, 셀 세그먼트(1022, 1122)] 주위에 마련될 수 있다. 포장재(1040')는, 단자 전극층[즉, 양전극층(1014) 및 음전극층(1038)]이 노출[예를 들면, 각각 전도성 기판(1016, 1036)의 적어도 일부분을 매개로 노출됨]될 수 있게 하는 한편, 포장재를 스택의 내용물 주위에 감쌈으로써 외부 가장자리만을 클램핑하는 구조가 마련되어 스택형 바이폴라 배터리(1050')를 형성할 수 있도록 셀 세그먼트의 스택[즉, 셀 세그먼트(1022, 1122)] 주위에 마련될 수 있다.

포장재(1040')에 싸인 셀 세그먼트의 스택은 이 싸인 스택과 유사한 형상이지만 크기가 다소 클 수 있는 단면적을 갖는 컨테이너(1060') 내부에 배치될 수 있다. 싸인 스택이 일단 컨테이너(1060')의 내부에 배치되면, 가압되는 경우에 팽창 될 수 있는 예를 들면 공기, 물, 또는 포옴과 같은 임의의 적절한 유체(1070')가 컨테이너(1060') 내의 포장재(1040') 주위에 채워질 수 있다. 이 컨테이너는 이어서 밀봉될 수 있고, 그 밀폐된 유체(1070')가 가압되어 팽창함으로써, 셀 세그먼트들의 수직 스택 방향에 대해 실질적으로 직교할 수 있는 화살표(P_S) 방향으로 내향하는 압력을 포장재(1040')의 표면 영역 주위에 제공하여 셀 세그먼트의 스택의 주위에 포장재(1040')을 밀착시킬 수 있다.

그러한 압력은 스택 내의 각각의 가스켓과 이에 인접한 전극 유닛 간에 밀봉 관계를 유지하여, 배터리(1050')의 각각의 전해질층 주위에 실질적으로 유밀한 배리어를 생성할 수 있으며, 그 배터리는 후에 컨테이너(1060')으로부터 제거될 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에 따라 전술한 바와 같이 가스켓 및 이에 인접한 해당 전극 유닛에 형성된 홈 형상 부분들의 맞물림은 실질적으로 유밀한 밀봉부를 형성하도록 화살표(P_S) 방향으로 가해지는 측방향 압력의 크기를 감소시킬 수 있음을 유념해야 할 것이다. 이러한 측방향 압력은 화살표(P_S) 방향으로 제1 홈 형상 부분의 적어도 일부분이 해당 제2 홈 형상 부분의 적어도 일부분에 맞닿게 하여 이들 홈 형상 부분 사이에 생성된 홈형 접촉면 영역 또는 홈[예를 들면, 홈(1070, 1170, 1270, 또는 1370)]에서 밀봉부의 기밀성을 더욱 증가시킬 수 있다.

예를 들면, 가스켓이 화살표(P_S) 방향의 측방향 압력(예를 들면, 포장재나 셀 내부의 압력에 인한 측방향 압력)에 의해 측방향 또는 수평 방향으로 눌려질 때에, 가스켓의 홈 형상 부분의 기하학적 형상은 그 가스켓 위의 전극 유닛의 상보적 인 홈 형상 부분의 기하학적 형상과 상호 작용하여, 측방향 압력의 적어도 일부를 수직 방향 압력으로 변환하여 가스켓을 전극 유닛 내로 압박하고, 이에 의해 측방향 압력을 보다 큰 표면적에 걸쳐 소산시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 포장재는 스택의 상부 및 저부[예를 들면 도 19 및 도 20의 화살표(P_D, P_U) 방향으로]에 클램핑 압력을 제공할 뿐만 아니라, 스택의 측부[예를 들면, 도 21 및 도 22의 화살표(P_S) 방향으로]에 측방향 압력을 제공하도록 스택의 주위에 마련될 수 있다.

전해질이 점성이 아주 크거나, 아주 작거나 심지어는 분리판 내에서 동결 상태로 있는 가에 관계없이, 특정 셀 내에 넣어질 수 있는 전해질의 양은 가스켓의 높이와 그 사이의 전극 유닛들의 치수에 의해 획정되는 공간에 의해 제한될 수 있다. 예를 들면, 도 12 내지 도 16에 대해 전술한 바와 같이, 음전극층(1038) 위의 가스켓(1060)의 내벽 내에 배치될 수 있는 전해질(1011)의 양은 공간(1080), 나아가서는 가스켓(1060)의 높이에 의해 제한될 수 있음을 유념해야 할 것이다. 전해질의 일부가 셀 세그먼트의 전극 유닛의 활성 물질[예를 들면, 활성 물질 전극층(1038, 1104)]에 의해 흡수되는 경우, 전극층들 사이의 공간 내의 분리판과 함께 있도록 존재하는 전해질이 보다 적을 수 있다. 제조 과정 중에 셀 세그먼트 내에 넣어질 수 있는 전해질의 양을 증가시켜, 일단 전해질이 하전되고 배터리가 화성 처리된 후에 각 셀 세그먼트가 전해질로 실질적으로 채워져 있을 수 있게 하는 것이 바람직하다.

제조 중에 셀 세그먼트 내에 보다 많은 양의 전해질을 넣을 수 있도록 도 10 내지 도 20의 배터리(1050)와 유사한 배터리를 제조하는 다른 실시예의 방법을 이하에서 예를 들면 도 23 내지 도 26에 대해 설명한다. 예를 들면, 도 23에 도시한 바와 같이, 먼저 음극 MPU(2032)를 불침투성 전도성 기판(2036) 및 이에 코팅된 음극 활성 물질 전극층(2038)에 의해 마련할 수 있다. 기판(2036)에는 음전극층(2038) 주위에 적어도 부분적으로 홈 형상 부분(2071)이 마련될 수 있다. 기판(2036) 상에서 전극층(2038) 주위에 실질적으로 비압축성의 가스켓(2060)이 스택될 수 있다. 기판(2036)과 접촉하는 가스켓(2060)의 면에는 홈 형상 부분(2061)이 챔퍼 가공되어, 홈 형상 부분(2061, 2071)들이 가스켓과 기판 사이에 홈형 접촉면 영역 또는 홈(2070)을 생성하도록 정렬될 수 있다. 이러한 상보적인 홈 형상 부분들은 가스켓을 MPU 상에 스택할 때에 MPU에 대한 가스켓의 자체 정렬에 도움을 주어, 제조 단계를 단순화시킬 수 있다. 가스켓과 MPU의 표면에 있는 그러한 상보적인 홈 형상 부분들은 또한 함께 맞물려, 두 표면 간의 특정 형태의 상대 이동을 억제할 수 있다.

추가로, 높이(H)를 갖는 실질적으로 비압축성의 가스켓(2060)과 함께, 높이(H')을 갖는 압축성 가스켓(2060')이 또한 기판(2036) 상에서 전극층(2038) 주위에 가스켓(2060)의 외부나 내부에 스택될 수 있다. 압축성 가스켓(2060')이 일단 MPU(2032) 위에 스택되면, 실질적으로 유밀한 컵 형상 수용부[예를 들면, 공간(2080') 참조]가 압축성 가스켓(2060')의 내부 측벽과 그 사이의 MPU(2032) 부분에 의해 형성될 수 있다. 전극 유닛(2032)의 홈 형상 부분(2071) 및 가스켓(2061)의 홈 형상 부분(2061)과 유사한 상보적인 홈 형상 부분들이 기판(2036) 및 압축성 가스켓(2060') 내로 챔퍼 가공되어, 이들 홈 형상 부분들이 압축성 가스켓(2060')과 기판(2036) 사이의 홈형 접촉면 영역 또는 홈(2070')을 생성하도록 정렬될 수 있다. 이러한 상보적인 홈 형상 부분은 압축성 가스켓(2060')이 MPU(2032) 상에 스택될 때에 MPU(2032)에 대한 압축성 가스켓(2060')의 자체 정렬에 도움을 줄 수 있다.

이어서, 분리판(2009) 및 전해질(2011)이 음전극층(2038) 위의 가스켓(2060')의 내벽 내에 넣어져, 공간(2080') 내에 전해질층(2010)을 형성할 수 있다. 이용되는 전해질이 점성이 상당히 큰 경우에, 가스켓과 MPU 간에 생성되는 밀봉부는 전해질이 누설 없이 공간(2080) 내로 용이하게 주입되게 할 수 있다. 스택 내로 주입시에 전해질이 점성이 없는 경우[예를 들면, 전해질이 분리판 내에 동결 상태로 있는 실시예의 경우], 전해질층은 MPU 상에 가스켓이 설치되기 전에 MPU 상에 스택될 수 있다는 점을 이해할 것이다.

압축성 가스켓(2060')은 예를 들면 도 23의 원래의 미압축 상태에서 높이(H')를 가질 수 있다. 압축성 가스켓(2060')의 미압축 높이(H')는 비압축성 가스켓(2060)의 높이(H)보다 더 커서, 압축성 가스켓(2060')과 MPU(2032)에 의해 형성되는 공간(2080')(예를 들면, 도 23 참조)이 비압축성 가스켓(2060)과 MPU(2032)에 의해 형성되는 공간(2080)(예를 들면, 도 25 참조)보다 클 수 있다. 전해질을 위해 공간(2080)보다 큰 공간(2080')을 제공함으로써 압축성 가스켓(2060')은 제조 중에 셀 세그먼트[예를 들면 도 24의 셀 세그먼트(2022)] 내에 넣어지는 전해질(2011)의 양을 증가시킬 수 있다.

전해질층(2010)의 분리판(2009) 및 전해질(2011)이 일단 압축성 가스켓(2060') 및 MPU(2032)에 의해 형성된 공간(2080') 내에 넣어지면, 그 위에 제1 BPU(2102)가 스택될 수 있다(예를 들면, 도 24 참조). 예를 들면, 도 24에 도시한 바와 같이, BPU(2102)는 양전극층(2104) 및 음전극층(2108)이 양면에 코팅되어 있는 불침투성 전도성 기판(2106)을 포함할 수 있다. BPU(2102)의 양전극층(2104)이 MPU(2032)의 음전극층(2038)을 향해 아래쪽으로 향하게 한 상태로 BPU(2102)가 압축성 가스켓(2060') 위에 스택될 수 있다. 상보적인 홈 형상 부분들이 기판(2106) 및 압축성 가스켓(2060') 내로 형성되어, 이들 홈 형상 부분이 압축성 가스켓(2060')과 기판(2106) 사이의 홈형 접촉면 영역 또는 홈(2170')을 생성하도록 정렬될 수 있다. 이러한 상보적인 홈 형상 부분들은 BPU가 가스켓 상에 스택될 때에 압축성 가스켓(2060'), 나아가서는 MPU(2032)에 대한 BPU(2102)의 자체 정렬에 도움을 줄 수 있다.

BPU(2102)가 일단 압축성 가스켓(2060'), 나아가서는 MPU(2032) 위에 스택되면, 제1 셀 세그먼트(2022)가 생성될 될 수 있다. 게다가, 실질적으로 유밀한 밀봉부가 기판(2106), 기판(2036) 및 압축성 가스켓(2060')에 의해 전해질층(2010)[나아가서는 전해질(2011)] 주위에 형성될 수 있다. 셀 세그먼트(2022)의 전극층(2038, 2104)의 활성 물질뿐만 아니라 분리판(2009)이 전해질(2011)을 빨아들일 수, 즉 흡수할 수 있고, 그 셀 세그먼트는 하전될 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이 특정 실시예에서는 셀 세그먼트를 하전시킬 필요가 없을 수 있다[예를 들면, 셀 세그먼트의 ZnMn 부분이 그 셀 세그먼트의 NiMH를 위한 자연적인 충전기 로서 기능을 할 수 있는 경우].

일단 전극층 및 분리판이 소정 전해질을 흡수하고 셀 세그먼트(2022)가 자연적으로든 다른 방식으로든 하전되면, 배터리(1050)에 대해 전술한 바와 같이 추가적인 셀 세그먼트를 형성하여 셀 세그먼트들의 스택을 완성하고, 이어서 케이스 또는 포장재를 제공하여 스택의 내용물을 밀봉함으로써 본 발명의 기능적 스택형 바이폴라 배터리를 형성할 수 있다. 예를 들면, 도 19의 포장재(1040)와 유사한 포장재(도시 생략)가 셀 세그먼트(2022)를 포함하는 셀 세그먼트의 스택의 위아래에서 화살표(P_U, P_D) 방향(예를 들면, 도 25 참조)으로 클램핑 압력을 가하여 배터리(2050)를 형성할 수 있다.

화살표(P_U, P_D) 방향으로의 포장재 또는 케이스의 클램핑 압력이 셀 세그먼트(2022)의 압축성 가스켓(2060')을 압축하여, 압축성 가스켓(2060')을 비압축성 가스켓(2060)의 높이(H)와 실질적으로 동일한 높이(H")을 갖는 압축 상태로 감소시킬 수 있다. 따라서, 비압축성 가스켓(2060)의 높이(H)가 셀 세그먼트(2022)의 높이를 정하고, 이에 따른 셀 세그먼트의 활성 물질 전극층[즉, 전극층(2038, 2104)]들 사이의 밀봉된 간격(D)을 정할 수 있다. 따라서, 가스켓(2060, 2060') 및 전극 유닛(2032, 2102)에 의한 셀 세그먼트(2022) 내에 전해질(2011)의 밀봉은 배터리(2050)의 최종 형태에서는 실질적으로 비압축성일 수 있다.

예를 들면, 도 25에 도시한 바와 같이, 기판(2106)에는 또한 그 한쪽 면에서 BPU(2102)의 양전극층(2104) 및/또는 음전극층(2108) 주위에 적어도 부분적으로 홈 형상 부분(2171)이 마련될 수 있다. 화살표(P_U, P_D) 방향으로의 포장재의 클램핑 압력이 압축성 가스켓(2060')을 압축함에 따라, BPU(2102)는 실질적으로 비압축성의 가스켓(2060)에 맞닿게 압박됨으로써, 가스켓(2060)의 상부에 마련된 홈 형상 부분(2161)과 기판(2106)의 홈 형상 부분(2171)이 정렬되어 가스켓(2060)과 기판(2106)사이에 홈형 접촉면 영역 또는 홈(2170)을 생성할 수 있다. 이러한 상보적인 홈 형상 부분들은 포장재를 압착하여 배터리(2050)의 셀 세그먼트(2022)의 내용물을 밀봉할 때에 가스켓(2060), 나아가서는 MPU(2032)에 대한 BPU(2102)의 자체 정렬에 도움을 주어 그 제조 단계를 단순화시킬 수 있다.

압축성 가스켓(2060')의 도 23 및 도 24의 원래의 미압축 높이(H')에서 도 25의 압축 높이(H')로의 압축은 마찬가지로 셀 세그먼트(2022) 내의 전해질(2011)을 위한 공간을 도 23 및 도 24의 미압축 공간(2080')의 미압축 상태의 크기에서 도 25의 압축 공간(2080)의 압축 상태의 크기로 감소시킬 수 있다. 따라서, 전극 유닛(2032, 2102)의 활성 물질 및 분리판(2009)에 의해 흡수된 일부의 전해질(2011)에 의해 비워질 수 있는 미압축 공간(2080')의 임의의 부분이 미압축 공간(2080')의 압축 공간(2080)으로의 감소로 인해 제거되어, 압축 공간(2080) 전체가 전해질(2011) 또는 분리판(2009)으로 채워질 수 있다. 따라서, 본 발명의 배터리의 셀 세그먼트에는 셀 세그먼트의 제조 중에 증가된 양의 전해질이 제공되어, 그 배터리를 완전히 압축하여 밀봉하는 경우에 하전된 셀 세그먼트는 화성처리 후에 전해질로 완전히 채워질 수 있다.

몇몇 실시예에서, 압축성 가스켓(2060')은 적어도 부분적으로는 전해질(2011)을 막거나 흡수할 수 있는 재료로 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 압축성 가스켓(2060')은 적어도 부분적으로는 셀 세그먼트의 전극 유닛 중 하나 또는 둘 모두의 활성 물질을 보호할 수 있는 재료로 이루어질 수 있다. 압축성 가스켓은 예를 들면 폴리머로 이루어질 수 있으며, 이 폴리머는 시간이 경과함에 따라 (예를 들면, 전기 또는 열 사이클링에 의해) 폴리머에서 전해질 내로 침출됨으로써 셀 내의 양극 활성 물질이나 음극 활성 물질에 마이크로 코팅을 제공하거나, 및/또는 셀의 활성 물질의 산화를 지연시킬 수 있는 물질(예를 들면, 금속 및/또는 산화물)을 함유할 수 있다. 침출 물질은 활성 물질보다 낮은 반응적 상태에서 산화함으로써, 예를 들면 셀이 산화하여 그 용량이 약해지는 것일 방지할 수 있다. 그러한 침출 물질을 갖는 압축성 가스켓의 형태는, 과충전 또는 과방전과 같은 극단적인 조건을 위해 맞춤 제작될 수 있으며, 수지상의 성장을 허용하여 배터리의 단락을 야기할 수 있었던 통로를 봉쇄하는 데에 이용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 압축성 가스켓(2060')은 기판(2036)의 일부분으로 형성되어 기판(2036)에 연장부로서 일체로 됨으로써, 그 사이에 어떠한 유체 통로도 존재하지 않도록 될 수 있다. 이러한 압축성 가스켓은 예를 들면 압축성 금속으로 이루어질 수 있다. 게다가, 기판에는 이에 일체로 되지만 압축성은 갖지 않는 연장부가 마련될 수도 있다. 대신에, 그러한 기판 연장부는 셀 세그먼트의 가스켓과 동일하거나 보다 짧아, 기판의 연장부가 가스켓이 제공되기 전에도 놓이게 될 전해질을 위한 본래부터 밀봉된 공간을 생성할 수 있다.

대안적인 실시예에서, 배터리(2050)의 셀 세그먼트(2022)에 대해 전술한 바와 같이 압축성 가스켓과 비압축성 가스켓을 나란히 제공하는 것과 달리, 셀의 형성 중에 전해질로 가득채워질 수 있는 셀 세그먼트를 제조하도록 적어도 하나의 압축성 부분을 갖는 하나의 가스켓이 제공될 수 있다. 예를 들면, 도 26 및 도 27에 도시한 바와 같이, 가스켓(3060)이 셀 세그먼트(3022) 내의 전해질(3011)을 밀봉하기 위해 BPU(3102)와 MPU(3032) 사이에 마련될 수 있다. 가스켓(3060)은 원래의 미압축 높이(H')을 갖는 압축성 가스켓 부분(3060') 및 높이(H)를 갖는 실질적으로 비압축성의 가스켓 부분(3060")을 포함할 수 있다.

전해질(3011)이 셀 세그먼트(3022)의 미압축 공간(3080') 내에 넣어진 후에, 포장재 또는 케이스(도시 생략)의 화살표(P_U, P_D) 방향으로의 클램핑 압력이 셀 세그먼트(3022)의 압축성 가스켓 부분(3060')을 압축시켜, 압축성 가스켓 부분(3060')을 높이(H')보다 작은 높이(H")을 갖는 압축 상태로 감소시킬 수 있다. 따라서, 비압축성 가스켓 부분(3060")의 높이(H)는 압축 높이(H")와 함께 셀 세그먼트(3022)의 높이(H"')을, 나아가서는 셀 세그먼트의 활성 물질 전극층[즉, 전극층(3038, 3104)]들 간의 밀봉 간격(D)을 획정할 수 있다. 따라서, 가스켓(3060)의 가스켓 부분(3060', 3060")과 전극 유닛(3032, 3102)에 의한 셀 세그먼트(3022) 내의 전해질(3011)의 밀봉은 배터리(3050)의 최종 형태에서는 비압축성일 수 있다.

압축성 가스켓 부분(3060')의 도 26의 원래의 미압축 높이(H')에서 도 27의 압축 높이(H")로의 압축은 마찬가지로 셀 세그먼트(3022) 내의 전해질(3011)을 위 한 공간을, 도 26의 미압축 공간(3080')의 미압축 상태의 크기에서 도 27의 압축 공간(3080)의 압축 상태의 크기로 감소시킬 수 있다. 따라서, 전극 유닛(3032, 3102)의 활성 물질에 의해 흡수된 전해질(3011)의 일부분에 의해 비워질 수 있는 미압축 공간(3080')의 임의의 부분이 미압축 공간(3080')의 압축 공간(3080)으로의 감소로 인해 제거되어, 압축 공간(3080) 전체가 전해질(3011) 또는 분리판(3009)에 의해 채워질 수 있다.

가스켓(3060)은 예를 들면 도 26 및 도 27에 도시한 바와 같이 하나의 이상의 구분된 압축성 및 비압축성 부분을 포함할 수 있다. 대안적으로, 가스켓(3060)은 미압축 높이[예를 들면, 높이(H+H')]를 갖는 원래의 미압축 상태에서 압축 높이[예를 들면, 높이(H")]을 갖는 압축 상태로 전체적으로 실질적으로 압축될 수 있다. 실질적으로 압축성의 가스켓(3060)의 압축 높이는 배터리의 포장재에 의해 가해지는 힘의 크기 및/또는 가스켓(3060)의 성분에 의해 결정될 수 있다. 배터리(3050)가 완전히 밀봉되고 그 포장재에 의해 압축된 경우, 가스켓(3060)의 압축 높이는 셀 세그먼트의 활성 물질 전극층들 간의 밀봉 간격(D)을 획정할 수 있다.

전술한 바와 같이, 보다 양호한 밀봉부를 생성하기 위해, 서로 접촉하게 되는 가스켓의 표면 영역과 이에 인접한 전극 유닛의 표면 영역의 하나 이상의 부분이 각각 상보적으로 또는 대응적으로 홈 가공되거나, 챔퍼 가공되거나, 성형될 수 있다[예를 들면, 홈(예컨대, 도 6의 홈(70) 참조)을 형성하도록 가공됨]. 이들 홈은, 예를 들면 고체 밀봉 루프와 점성 물질의 상보적 형상부, 고체 밀봉 루프와 전극층의 상보적 형상부, 제1 점성 재료와 제2 점성 재료의 상보적 형상부, 제1 고체 밀봉 루프와 제2 고체 밀봉 루프의 상보적 형상부, 또는 이들의 조합을 비롯하여 이들에 한정되지 않는, 셀 세그먼트에서 밀봉부를 생성하는 다양한 요소들의 대응적 또는 상보적 형상부를 따라 또는 이들에 의해 형성될 수 있다.

스택형 배터리의 앞서 설명하고 도시한 실시예들 각각이 내부에 전해질을 밀봉하도록 제1 및 제2 전극 유닛 각각에 밀봉된 가스켓을 포함하는 셀 세그먼트를 나타내고 있지만, 셀 세그먼트의 각각의 전극 유닛은 그 자신의 가스켓에 밀봉될 수 있고, 이어서 2개의 인접한 전극 유닛의 가스켓들이 서로에 밀봉되어 밀봉된 셀 세그먼트를 생성할 수도 있다는 점을 유념해야 할 것이다. 예를 들면, 도 28에 도시한 바와 같이, 배터리(4050)의 셀 세그먼트(4022)는 MPU(4032) 및 BPU(4102)를 포함할 수 있다.

제1 가스켓(4060)이 MPU(4032)의 음극 활성 물질 전극층(4038)의 주위에서 그 기판(4036)의 외부 가장자리를 완전히 둘러싸도록 마련될 수 있다. 전극층(4038) 주위의 기판(4036)의 상부와 가스켓(4060)의 일부분 사이에 홈(4070)이 마련되어 기판과 가스켓의 접촉 표면의 밀봉에 도움을 줄 수 있다. 마찬가지로, 제2 가스켓(4160)이 BPU(4102)의 양극 활성 물질 전극층(4104) 및 음극 활성 물질 전극층(4108)의 주위에서 그 기판(4106)의 외부 가장자리를 완전히 둘러싸도록 마련될 수 있다. 제1 홈(4170)이 전극층(4104) 주위의 기판 저부와 가스켓(4160)의 제1 부분 사이에 마련되는 한편, 제2 홈(4270)이 전극층(4108) 주위의 기판(4106)의 상부와 가스켓(4160)의 제2 부분 사이에 마련될 수 있다. 홈(4170, 4270)은 각각 기판(4106)과 가스켓(4160)의 접촉 표면을 밀봉하는 데에 도움을 줄 수 있다. 게다가, 홈(4370)이 전극층(4038, 4104) 주위에서 가스켓(4060)의 상부와 가스켓(4160)의 저부 사이에 마련되어, 가스켓(4060)과 가스켓(4160)의 접촉 표면을 밀봉하는 데에 도움을 줄 수 있다. 이러한 형태의 밀봉은 각 셀 내에서의 밀봉 표면의 개수를 2개에서 1개로 감소시킬 수 있는 한편, 가스켓의 재료에 의존하여 셀의 각각의 기판의 가장자리에 밀봉부를 형성할 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다.

특정 실시예에서, 가스켓이 전극 유닛 또는 다른 가스켓에 주입 성형되어, 이들이 함께 융착됨으로써 밀봉부를 형성할 수 있다. 특정 실시예에서, 가스켓은 전극 유닛 또는 다른 가스켓에 초음파 용접되어, 이들이 함께 밀봉부를 형성할 수 있다. 다른 실시예에서, 가스켓은 전극 또는 다른 가스켓에 열 융착될 수 있거나, 열 흐름을 통해 가스켓 또는 전극 유닛이 가열되어 다른 가스켓 또는 전극 유닛 내로 용융될 수 있다. 게다가, 특정 실시예에서, 밀봉부를 생성하기 위해 가스켓 및/또는 전극 유닛의 표면에 홈 형상 부분을 생성하는 대신에 또는 이에 추가하여, 가스켓 및/또는 전극 유닛이 천공되거나 그 하나 이상의 부분들을 관통하는 하나 이상의 구멍을 구비할 수 있다. 예를 들면, 도 21에 도시한 바와 같이, BPU(1102)의 기판(1106)의 일부분을 통과해 구멍, 통로 또는 천공부(1175)가 마련되어 가스켓(1060) 및/또는 가스켓(1160)의 일부분이 기판(1106) 내로 성형되어 그를 통과할 수 있다. 이는 가스켓의 재료가 기판을 통과하게 유동하여, 고압의 취급이 보다 양호해지도록 기판의 파지를 보다 양호하게 할 수 있다. 대안적으로, 구멍, 통로 또는 천공부가 가스켓의 일부분을 통과해 마련되어, 전극 유닛의 일부분(예를 들면, 기판)이 가스켓 내로 성형되어 가스켓을 통과할 수 있다. 또 다른 실시예에 서, 구멍은 가스켓 및 전극 유닛 모두를 통과해 마련되어, 예를 들면 가스켓과 전극 유닛 각각이 예를 들면 가스켓과 전극 유닛 중 다른 하나의 내로 성형되어 그를 통과할 수 있다.

스택형 배터리의 앞서 설명하고 도시한 실시예들 각각이 둥근 기판을 원통형 배터리로 스택함으로써 형성된 배터리를 나타내고 있지만, 본 발명의 스택형 배터리의 기판을 형성하는 데에 광범위한 각종 형상 중 임의의 형상이 이용될 수 있다는 점을 유념해야할 것이다. 예를 들면, 본 발명의 스택형 배터리는 장방형 단면적[예를 들면, 휴대용 랩탑 컴퓨터의 디스플레이 스크린의 뒤에 배치하기에 적합할 수 있는 도 29 및 도 30의 포장재(5040'), BPU(5102) 및 MPU(5012, 5032)을 구비하는 장방형 배터리 참조], 삼각형 단면적, 육각형 단면적 또는 임의의 기타 예상 가능한 형상 또는 그 조합을 갖는 기판을 구비한 전극 유닛을 스택함으로써 형성될 수 있다. 게다가, 그러한 형상에는 "8자형"과 같이 평면 내에 하나 이상의 빈 공간을 갖는 형상이 포함될 수 있다[예를 들면, 도 31 및 도 32의 포장재(6040'), BPU(6102), 및 MPU(6012, 6032)을 구비하는 배터리(6050) 참조]. 예를 들면, 2개의 구분된 원형 부분을 갖는 그러한 "8자형" 구조는, 상이한 활성 물질의 화학적 성질을 위해 개별 영역들이 요구되는 이중 화학적 성질 셀(dual-chemistry cell)에 적합하여, 수지상으로 인한 교차 오염을 방지하도록 영역들 간에 얼마간의 물리적 분리가 존재하지만, 그 영역들이 공통의 기판을 가로질러 연결되게 할 수 있다. 또한, 그러한 중공 부분들이 관통하고 있는 그러한 "8자형" 배터리 구조는 예를 들면 전기 모터와 같은 기타 장치를 배터리의 구조의 중공 부분 내에 배치하게 할 수 있다.

게다가, 스택형 배터리의 앞서 설명하고 도시한 실시예들 각각이 2개의 인접한 BPU로 이루어지거나 하나의 BPU와 이에 인접한 MPU로 이루어진 셀 세그먼트를 스택함으로써 형성된 스택형 바이폴라 배터리를 나타내고 있지만, 스택형 모노폴라 배터리와 같은 다른 형태의 스택형 배터리도 본 발명의 임의의 방법에 의해 형성되거나 임의의 장치를 포함할 수 있음을 유념해야 할 것이다. 예를 들면, 도 33에 도시한 바와 같이, 본 발명의 스택형 모노폴라 배터리(750)는 도 1 내지 도 32에 대해 전술한 바와 같은 본 발명의 임의의 방법에 의해 형성되거나 본 발명의 임의의 장치를 포함할 수 있다.

예를 들면, 도 33에서는 스택 형태로 된 복수의 셀 세그먼트(722)를 도시하고 있다. 각 셀 세그먼트(722)는 양극 모노폴라 전극 유닛, 즉 양극 MPU(712), 음극 모노폴라 전극 유닛, 즉 음극 MPU(732), 및 이들 사이의 전해질층(710)을 포함할 수 있다. 각 셀 세그먼트(722)의 양극 MPU(712)의 양전극층(714)은 해당 셀 세그먼트의 음극 MPU(732)의 음전극층(738)에 해당 셀 세그먼트의 전해질층(710)을 매개로 대향할 수 있다. 제1 셀 세그먼트(722)의 양극 MPU(712)의 기판(716)은 그 제1 표면 상에 양극 활성 물질 전극층(712)이 형성되어 있는 것 외에도, 인접한 셀 세그먼트(722)의 인접한 음극 MPU(732)의 기판(736)의 제2 표면에 전기적으로 연결될 수 있는 제2 표면도 구비할 수 있다.

예를 들어 도 33을 계속 참조하면, 음극 및 양극 단자[예를 들면, 음극 MPU(732a) 및 양극 MPU(712e)]가 2개의 이상의 셀 세그먼트(722)의 스택의 각 단부 에 포함되어, 본 발명에 따른 스택형 모노폴라 배터리(750)를 구성할 수 있다. MPU(712e, 732a)에는 상응하는 양극 전극 도선(713) 및 음극 전극 도선(733)이 각각 마련될 수 있다.

스택되는 셀 세그먼트(722)의 개수는 2개 이상일 수 있고, 그 배터리(750)에 대한 원하는 전압에 상응하도록 적절히 결정될 수 있다. 각각의 셀 세그먼트(722)는 임의의 원하는 전위를 제공하여, 배터리(750)에 대한 원하는 전압을 각 셀 세그먼트(722)에 의해 제공되는 전위들을 유효하게 더함으로서 달성할 수 있다. 각각의 셀(722)이 동일한 전위를 제공할 필요는 없다는 점을 이해할 것이다.

하나의 적절한 실시예에서, 스택형 모노폴라 배터리(750)는 셀 세그먼트(722)의 스택이 감압 상태에서 배터리 케이스 또는 포장재(740) 내에 적어도 부분적으로 봉입(예를 들면, 기밀하게 밀봉)되도록 구성될 수 있다. MPU의 전도성 기판(716e, 736a)[또는 적어도 이들 각각의 전극 도선[713, 733)]이 배터리 케이스(740) 밖으로 인출되어, 예를 들면 사용시에 외부로부터의 충격을 완화시키는 한편, 환경적 열화를 방지하도록 될 수 있다. MPU(712e, 732a)에는 로우 프로파일 케이싱 및 편평한 표면을 위해 만입부(742)가 마련될 수 있다.

제1 셀 세그먼트의 전해질이 다른 셀 세그먼트의 전해질과 썩이는 것을 방지하기 위해, 가스켓 또는 밀봉 수단이 인접하는 전극 유닛들 사이에서 전해질층과 함께 스택되어, 특정 셀 세그먼트 내에 전해질을 밀봉할 수 있다. 예를 들면, 도 33에 도시한 바와 같이, 본 발명의 스택형 모노폴라 배터리는 각 셀 세그먼트(722)의 전해질층(710)과 활성 물질 전극층(714, 738) 주위에 배리어로서 배치될 수 있 는 가스켓 또는 시일(760)을 포함할 수 있다. 이러한 가스켓 또는 밀봉 수단은 예를 들면 도 1 내지 도 32에 대해 전술한 가스켓 또는 밀봉 수단 중 임의의 것과 유사할 수 있는 것으로, 가스켓과 해당 셀의 인접한 전극 유닛들 사이에 전해질을 밀봉할 수 있다. 가스켓 또는 밀봉 수단은 또한 예를 들면 해당 셀의 인접하는 전극 유닛들 사이에 적절한 간격을 제공할 수 있다.

예를 들면, 도 1 내지 도 32에 대해 전술한 바와 같이, 하나의 적절한 기법에서는 셀 세그먼트(722) 및 가스켓(760)을 예를 들면 도 33에 도시한 밀봉 형태로 압박 유지하도록 화살표(P1, P2) 방향으로 케이스(740)의 상부 및 저부에 압력을 가할 수 있다. 다른 적절한 기법에서는 셀 세그먼트(722) 및 가스켓(760)을 예를 들면 도 33에 도시한 밀봉 형태로 압박 유지하도록 화살표(P3, P4) 방향으로 케이스(740)의 측부에 압력을 가할 수 있다. 또 다른 적절한 기법에서는 셀 세그먼트(722) 및 가스켓(760)을 예를 들면 도 33에 도시한 밀봉 형태로 압박 유지하도록 케이스(740)의 상부 및 저부에 압력을 가하고 또한 케이스(740)의 측부에 압력을 가할 수 있다.

예를 들면 인접한 셀들 간에 전해질의 밀봉을 개선한 스택형 배터리에 대해 설명하였지만, 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 수많은 변형이 이루어질 수 있다는 점을 이해할 것이다. 또한, "수평", "수직", "상부", "저부", "측부", "길이", "폭", "높이", "두께", "내부", "외부", "내측" 및 "외측" 등과 같은 다양한 방향 및 위치 관련 표현은 본 명세서에서 단지 편의상 사용된 것이지 이러한 표현의 사용에 의해 정해지거나 절대적으로 되는 방향 및 위치를 한정하고자 하 는 것은 아니라는 점을 이해할 것이다. 예를 들면, 본 발명의 장치 및 그 개별 구성 요소들은 임의의 원하는 방향성을 가질 수 있다. 방향성이 새로이 조정되는 경우, 본 명세서에서 방향 및 위치에 관련한 다른 표현이 사용되어야하지만, 이것이 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함되는 근본적인 특징을 변경하진 않을 것이다. 당업자라면, 한정이 아니라 예시를 위해 제시한 전술한 실시예들 이외로 본 발명이 실시될 수 있으며, 본 발명은 첨부된 청구의 범위에 의해서만 한정된다는 점을 이해할 것이다.

Claims

스택 방향으로 복수의 전극 유닛의 스택, 및

내면 및 외면을 갖는 제1 가스켓

을 포함하며, 상기 스택은

제1 전극 유닛;

상기 스택 방향으로 제1 전극 유닛 위에 스택된 제2 전극 유닛; 및

상기 제1 전극 유닛과 제2 전극 유닛 사이에 마련된 제1 전해질층

을 포함하며, 상기 제1 가스켓은 제1 전해질층 주위에 배치되며, 상기 제1 전해질층은 제1 전해질층은 제1 가스켓의 내면과 제1 및 제2 전극 유닛에 의해 밀봉되고, 제1 전극 유닛의 적어도 제1 부분은 제1 가스켓의 외면의 일부분을 따라 연장하는 것인 배터리.
제1항에 있어서, 상기 제1 전극의 제1 부분은 제1 전극의 제2 부분을 냉각시키도록 구성되는 것인 배터리.
제2항에 있어서, 상기 제2 부분은 제1 전해질층에 노출되는 것인 배터리.
제2항에 있어서, 상기 제1 전극 유닛은,

제1 면 및 제2 면을 갖는 제1 전극층; 및

상기 제1 전극층의 제1 면 상의 제1 활성 물질

을 포함하고, 상기 제1 전극 유닛의 제1 부분은 제1 활성 물질의 적어도 일부분을 냉각시키도록 구성되는 것인 배터리.
제1항에 있어서, 상기 제1 전극 유닛은 모노폴라 전극 유닛이고, 상기 제2 전극 유닛은 모노폴라 전극 유닛인 것인 배터리.
스택 방향으로 복수의 전극 유닛의 스택

을 포함하며, 상기 스택은,

제1 전극 유닛;

상기 스택 방향으로 제1 전극 유닛 위에 스택된 제2 전극 유닛; 및

상기 제1 전극 유닛과 제2 전극 유닛 사이에 마련된 제1 전해질층

을 포함하며, 상기 제1 전극 유닛은,

제1 전극 기판; 및

상기 제1 전극 기판의 제1 면 상의 제1 활성층

을 포함하며, 상기 제1 활성층은 적어도 제1 면의 제1 부분 상의 제1 활성 부분과 제1 면의 제2 부분 상의 제2 활성 부분을 포함하며, 상기 제1 활성층의 제1 활성 부분은 제1 전극 기판의 제1 면 위의 제1 높이로 연장하고 상기 제1 활성층의 제2 활성 부분은 제1 전극 기판의 제1 면 위의 제2 높이로 연장하며, 제1 높이와 제2 높이는 다른 것인 배터리.
제6항에 있어서, 상기 제2 전극 유닛은,

제2 전극 기판; 및

상기 제2 전극 기판의 제2 면 상의 제2 활성층

을 포함하며, 상기 제2 활성층은 적어도 제2 면의 제1 부분 상의 제3 활성 부분과 제2 면의 제2 부분 상의 제4 활성 부분을 포함하는 것인 배터리.
제7항에 있어서, 상기 제2 활성층의 제3 활성 부분은 제2 전극 기판의 제2 면 아래로 제3 높이로 연장하고 상기 제2 활성층의 제4 활성 부분은 제2 전극 기판의 제2 면 아래로 제4 높이로 연장하며, 제3 높이와 제4 높이는 다른 것인 배터리.
제8항에 있어서, 상기 제1 높이는 제3 높이와 동일한 것인 배터리.
제9항에 있어서, 상기 제2 높이는 제4 높이와 동일한 것인 배터리.
제9항에 있어서, 상기 제2 높이는 제4 높이와 다른 것인 배터리.
제8항에 있어서, 상기 제1 활성층의 제1 활성 부분은 제2 활성층의 제3 활성 부분으로부터 스택 방향으로 제1 간격만큼 떨어져 있고, 상기 제1 활성층의 제2 활성 부분은 제2 활성층의 제4 활성 부분으로부터 스택 방향으로 제2 간격만큼 떨어 져 있는 것인 배터리.
제12항에 있어서, 상기 제1 간격은 제2 간격과 동일한 것인 배터리.
제12항에 있어서, 상기 제1 간격은 제2 간격과 다른 것인 배터리.
제12항에 있어서, 상기 제1 전해질층은,

전해질 물질; 및

상기 제1 전극 유닛의 제1 활성층과 제2 전극 유닛의 제2 활성층 사이에 배치된 배리어를 포함하는 것인 배터리.
제15항에 있어서, 상기 배리어는 제1 배리어 높이를 갖는 제1 배리어 부분과 제2 배리어 높이를 갖는 제2 배리어 부분을 포함하며, 제1 배리어 높이와 제2 배리어 높이는 다른 것인 배터리.
제6항에 있어서, 상기 제1 활성층의 제1 활성 부분은 적어도 제1 활성 물질을 포함하고, 상기 제1 활성층의 제2 활성 부분은 적어도 제2 활성 물질을 포함하며, 제1 활성 물질과 제2 활성 물질은 다른 것인 배터리.
제17항에 있어서, 상기 제1 활성 물질은 제1 전압 범위를 가지며, 상기 제2 활성 물질은 제2 전압 범위를 가지며, 제1 전압 범위는 제2 전압 범위 내에서 전기적으로 작동하는 것인 배터리.
제6항에 있어서, 상기 제1 활성층의 제1 활성 부분은 제1 전극 기판의 제1 면을 따라 제1 두께를 가지며 상기 제1 활성층의 제2 활성 부분은 제1 전극 기판의 제1 면을 따라 제2 두께를 가지며, 제1 두께와 제2 두께는 다른 것인 배터리.
제6항에 있어서, 상기 제1 전해지질 주위에 배치된 제1 가스켓을 더 포함하며, 상기 제1 전해질층은 제1 가스켓과 제1 및 제2 전극 유닛에 의해 밀봉되는 것인 배터리.
제6항에 있어서, 상기 제1 전극 유닛은 모노폴라 전극 유닛이고, 상기 제2 전극 유닛은 모노폴라 전극 유닛인 것인 배터리.
스택 방향으로 복수의 전극 유닛의 스택

을 포함하며, 상기 스택은,

제1 전극 유닛;

상기 스택 방향으로 제1 전극 유닛 위에 스택된 제2 전극 유닛;

상기 제1 전극 유닛과 제2 전극 유닛 사이에 마련된 제1 전해질층

상기 스택 방향으로 제2 전극 유닛 위에 스택된 제3 전극 유닛; 및

상기 제2 전극 유닛과 제3 전극 유닛 사이에 마련된 제2 전해질층

을 포함하며, 상기 제1 전극 유닛은 제2 전극 유닛으로부터 스택 방향으로 제1 간격만큼 떨어져 있고, 상기 제2 전극 유닛은 제3 전극 유닛으로부터 스택 방향으로 제2 간격만큼 떨어져 있으며, 제1 간격과 제2 간격은 다른 것인 배터리.
제22항에 있어서, 상기 제1 전극 유닛은 모노폴라 전극 유닛이고 상기 제2 전극 유닛은 모노폴라 전극 유닛인 것인 배터리.
제23항에 있어서, 상기 제3 전극 유닛은 모노폴라 전극 유닛인 것인 배터리.
제23항에 있어서, 상기 제3 전극 유닛은 바이폴라 전극 유닛인 것인 배터리.
스택 방향으로 복수의 전극 유닛의 스택; 및

제1 가스켓

을 포함하며, 상기 스택은,

제1 전극 유닛;

상기 스택 방향으로 제1 전극 유닛 위에 스택된 제2 전극 유닛; 및

상기 제1 전극 유닛과 제2 전극 유닛 사이에 마련된 제1 전해질층

을 포함하며, 상기 제1 가스켓은 제1 전해질층 주위에 배치되고, 상기 제1 전해질층은 제1 가스켓과 제1 및 제2 전극 유닛에 의해 밀봉되며, 상기 제1 가스켓 은 제1 가스켓 부재와 제2 가스켓 부재를 포함하며, 제2 가스켓 부재는 압축될 수 있는 것인 배터리.
제26항에 있어서, 상기 제2 가스켓 부재는 스택 방향으로 제1 가스켓 부재의 위에 스택되는 것인 배터리.
제26항에 있어서, 상기 제2 가스켓 부재는 제1 전해질층 주위에 배치되고, 상기 제1 가스켓 부재는 제2 가스켓 부재 주위에 배치되는 것인 배터리.
제26항에 있어서, 상기 제2 가스켓 부재의 높이는 전해질층이 제1 가스켓과 제1 및 제2 전극 유닛에 의해 밀봉되는 경우에 제1 길이에서 제2 길이로 감소하도록 구성되는 것인 배터리.
제26항에 있어서, 상기 제1 가스켓과 제1 및 제2 전극 유닛에 의해 형성되는 공간은 전해질층이 제1 가스켓과 제1 및 제2 전극 유닛에 의해 밀봉되는 경우에 제1 부피에서 제2 부피로 감소하도록 구성되는 것인 배터리.
제30항에 있어서, 상기 제1 전해질층은 제1 부피와 동일한 부피를 갖는 전해질 물질을 포함하는 것인 배터리.
제30항에 있어서, 상기 제1 전해질층은 제2 부피보다 큰 부피를 갖는 전해질 물질을 포함하는 것인 배터리.
제26항에 있어서, 상기 제1 전극 유닛은 모노폴라 전극 유닛이고, 상기 제2 전극 유닛은 모노폴라 전극 유닛인 것인 배터리.
스택 방향으로 복수의 전극 유닛의 스택;

제1 가스켓; 및

제2 가스켓

을 포함하며, 상기 스택은,

제1 전극 유닛;

상기 스택 방향으로 제1 전극 유닛 위에 스택된 제2 전극 유닛; 및

상기 제1 전극 유닛과 제2 전극 유닛 사이에 마련된 제1 전해질층

을 포함하며, 상기 제1 가스켓은 제1 전극 유닛 주위에 배치되고 상기 제2 가스켓은 제2 전극 유닛 주위에 배치되며, 제1 가스켓 부분은 전해질층 주위에서 제2 가스켓 부분에 결합되어, 상기 제1 전해질층은 제1 가스켓, 제2 가스켓, 제1 전극 유닛 및 제2 전극 유닛에 의해 밀봉되는 것인 배터리.
제34항에 있어서, 상기 제1 가스켓은 상면을 갖는 제1 본체부를 포함하고 상기 제2 가스켓은 저면을 갖는 제2 본체부를 포함하며, 상기 제1 본체부는 상면에 상부 홈을 구비하고, 상기 제2 본체부는 저면에 저부 홈을 구비하고, 저부 홈은 상부 홈과 맞물려 제1 전해질층을 밀봉하는 것인 배터리.
제34항에 있어서, 상기 제1 가스켓은 제2 가스켓에 열 융착되는 것인 배터리.
제34항에 있어서, 상기 제1 가스켓은 제2 가스켓에 초음파 용접되는 것인 배터리.
제34항에 있어서, 상기 제1 전극 유닛은 모노폴라 전극 유닛이고, 상기 제2 전극 유닛은 모노폴라 전극 유닛인 것인 배터리.
스택 방향으로 복수의 전극 유닛의 스택; 및

제1 가스켓

을 포함하며, 상기 스택은,

제1 전극 유닛;

상기 스택 방향으로 제1 전극 유닛 위에 스택된 제2 전극 유닛; 및

상기 제1 전극 유닛과 제2 전극 유닛 사이에 마련된 제1 전해질층

을 포함하며, 상기 제1 가스켓은 제1 전해질층 주위에 배치되는 한편, 열 융착 및 초음파 용접 중 적어도 하나에 의해 제1 전극 유닛에 접합되는 것인 배터리.
제39항에 있어서, 상기 제1 전해질층은 제1 가스켓과 제1 및 제2 전극 유닛에 의해 밀봉되는 것인 배터리.
제39항에 있어서, 상기 제1 전극 유닛은 모노폴라 전극 유닛이고 제2 전극 유닛은 모노폴라 전극 유닛인 것인 배터리.
스택 방향으로 복수의 전극 유닛의 스택; 및

제1 가스켓

을 포함하며, 상기 스택은,

제1 전극 유닛;

상기 스택 방향으로 제1 전극 유닛 위에 스택된 제2 전극 유닛; 및

상기 제1 전극 유닛과 제2 전극 유닛 사이에 마련된 제1 전해질층

을 포함하고, 상기 제1 가스켓은 제1 전해질층 주위에 배치되며, 상기 제1 전해질층은 제1 가스켓과 제1 및 제2 전극 유닛에 의해 밀봉되며, 상기 제1 전극 유닛의 모노폴라 전극 유닛이고 제2 전극 유닛은 모노폴라 전극 유닛인 것인 배터리.