KR20210145099A - 보강형 2극 배터리 조립체 - Google Patents
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Abstract
물품은 (a) 복수의 전극 판의 하나 이상의 적층체로서: (i) 하나의 표면 상의 애노드 및 대향 표면 상의 캐소드를 가지는 기재를 가지는 하나 이상의 2극 판; (ii) 각각의 전극 판 사이에 위치된 분리부 및 액체 전해질을 포함하는, 복수의 전극 판의 하나 이상의 적층체; (b) 하나 이상의 적층체의 단부에 부착된, 제1 단부 판 내부 보강 구조물을 가지는 제1 단부 판; (c) 제1 단부 판에 대향되는 하나 이상의 적층체의 단부에 부착된, 제2 단부 판 내부 보강 구조물을 가지는 제2 단부 판을 가지고; 제1 단부 판 및 제2 단부 판은 충전 사이클, 방전 사이클, 또는 충전 사이클 및 방전 사이클 모두 중에, 복수의 전극 판을 보강한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 2016년 11월 21일자로 출원된 미국 가출원 제62/424,809호의 우선권을 주장하고, 본원은, 2011년 10월 24일자로 출원된 미국 가출원 제61/550,657호의 우선권을 주장하는 2012년 4월 16일자로 출원된 특허협력조약 출원 제PCT/US2012/033744호의 국내 단계 출원으로 2014년 3월 17일자로 출원된 미국 제14/345,321호의 부분 계속 출원인, 2016년 3월 15일자로 출원되어 공통-계류중인 미국 출원 제15/070,117호의 부분 계속 출원이다.
본 개시 내용은 일반적으로 2극 배터리 조립체에 관한 것이고, 구체적으로 2극 배터리 조립체를 위한 보강형 단부 판에 관한 것이다. 본 개시 내용은 조립체의 진공 충진 및 동작 중의 2극 배터리 조립체의 보강에서 특히 그 용도를 찾을 수 있다.
통상적으로, 본원에서 참조로 포함되는 미국 공개 제2009/0042099호에서 교시된 바와 같은 2극 배터리 조립체는, 분리부들 사이에 위치된 전극판의 적층체(stack) 내의 전해질 및 전극 판을 포함한다. 전해질은 전자 및 이온이 전극 판의 캐소드 및 애노드 재료 사이에서 흐를 수 있게 한다. 전극 적층체로부터 또는 적층체의 채널 내로 누출되지 않는 전극을 제공하기 위해서, 고체 전해질을 이용하여 배터리 조립체 내에서 밀봉 부재들을 분리할 필요성을 감소시킬 수 있다.
비록 고체 전해질의 이용이 전해질의 누출을 방지하는데 있어서 유용할 수 있으나, 배터리 조립체를 진공 하에서 액체 전해질로 충진하는 것이 유리할 수 있다. 배터리 조립체의 전극 판의 쌍이 전기화학적 셀을 형성할 수 있다. 배터리 조립체를 밀봉하고 진공 하에서 충진하는 것에 의해서, 전해질이 개별적인 전기화학적 셀 내로 견인될 수 있다. 진공 하에서, 상업적으로 용인 가능한 충진 속도를 허용하도록 전해질 충진 속도가 향상될 수 있고; 배터리 조립체의 층들 사이에 공기 포켓 또는 기포가 형성되는 것이 방지될 수 있고; 그리고 전기화학적 셀이 전해질로 균일하게 충진될 수 있다. 전체가 모든 목적을 위해서 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 제4,861,686호; 제5,470,679호; 제5,682,671호; 유럽 특허 제0402265호; 및 PCT 공개 제WO 1994/007272호는 진공 하에서 배터리 조립체를 충진하는 것의 장점을 설명한다. 전체가 모든 목적을 위해서 본원에 참조로 포함되는 미국 공개 제2014/0349147호는, 액체 전해질의 누출을 방지하기 위한 누출 방지 밀봉부를 생성하기 위해서 상호 결속 구성요소를 이용하면서, 액체 전해질로 배터리 조립체를 충진하기 위한 훌륭한 해결책을 교시한다. 전술한 내용에도 불구하고, 전해질이 배터리 조립체로부터 또는 그 내부에서 누출되는 것을 방지하기 위한 복잡한 밀봉 구성의 필요성을 제거하면서, 액체 전해질을 배터리 조립체 내로 포함시키는 것이 여전히 필요하다.
배터리 조립체로부터 진공을 견인하기 위해서, 배터리 조립체가 진공 챔버 내에 배치되어 배터리의 셀 내로 전해질의 견인을 활성화시킬 수 있다. 진공 챔버의 대안으로서 또는 그와 함께, 배터리 조립체 내의 별개의 개구부를 이용하여 진공을 견이하고 조립체를 전해질로 충진할 수 있다. 진공을 견인하고 배터리 조립체를 충진하기 위한 별개의 포트를 가지는 것과 연관된 단점에는, 별개의 포트를 위한 부가적인 구성요소 및 제조 비용 그리고 대량 생산 환경에서의 조립 중에 복수의 포트를 연결하고 밀봉하는데 따른 증가된 시간 및 어려움이 포함된다. 미국 공개 제2014/0349147호는 별개의 진공 챔버에 대한 필요성을 어떻게 극복하는지 그리고 단일 포트를 진공 퍼지 포트 및 전해질 충진 포트로서 어떻게 이용하는지를 교시한다. 전술한 것에도 불구하고, 각각의 전기화학적 셀을 적절하고 균일하게 충진하는 것을 보장하면서 배터리 조립체를 전해질로 신속하게 충진할 필요성이 여전히 존재한다.
일반적으로, 배터리 조립체는 2극 배터리 조립체의 동작 중에 외향 팽출을 저지하여 배터리 조립체 주위의 그리고 그 내부의 밀봉을 적절히 유지하도록 설계된 단부 판을 포함한다. 외향 팽출은 외부 압력(즉, 대기압)에 대비한 동작 중 배터리 조립체의 내측에서 발생되는 더 높은 압력 사이의 양의 압력차의 결과이다. 미국 공개 제2014/0349147에서 교시된 바와 같이, 외부 밀봉부를 생성하고 임의 액체 또는 기체가 배터리 조립체를 빠져 나오는 것을 방지하는 배터리 조립체 내의 내부 구조물을 이용하는 것에 의해서, 무거운 단부 판의 이용을 방지할 수 있다. 전체적인 시스템 중량이 고려되는 많은 시스템 내에 배터리 조립체가 통합될 수 있도록 경량 배터리 조립체를 제공하기 위해서, 부피가 크거나 무거운 단부 판을 피하는 것이 유리할 수 있다. 배터리 조립체 내의 내부 진공을 생성하기 위해서 그리고 배터리 조립체를 충진하기 위해서 단일 포트가 이용될 때 직면하는 문제는, 진공의 생성 중에 배터리 조립체의 내부에서 내부 힘이 생성된다는 것이다.
배터리 조립체 내에 내부 진공을 생성하기 위해서 그리고 배터리 조립체를 충진하기 위해서 단일 포트가 이용될 때, 배터리 조립체의 내부에서 내부 힘이 생성된다. 이러한 내부 힘은 진공으로 인한 배터리 조립체 내부 내의 극히 낮은 압력과의 음의 압력차의 결과이다. 단부 판의 쌍 및/또는 상호 결속된 전극 판들을 가지는 전극 판의 적층체는 배터리 조립체의 동작 중에 양의 압력차로부터의 외향 변형을 견딜 수 있을 정도로 충분히 강성적이지만, 전형적인 전극 판 및 단부 판은 내부 진공으로부터의 내향 변형을 저지하지 못할 수 있다. 내향 변형은 전극 판의 내향 굽힘 또는 붕괴로서 형성될 수 있다. 일반적으로, 단부 판이 주변부의 적어도 일부 주위에서만 인접 전극 판에 부착됨에 따라, 단부 판은 인접한 전극 판의 내향 변형을 방지하지 못한다. 전극 판의 이러한 내향 변형은 전해질의 충전 이전에 배터리 조립체의 내부 부피의 감소를 초래할 수 있고, 이는 불균일하고 부적절한 전해질의 셀 내로의 충진을 유발할 수 있다. 부가적으로, US 2014/0349147에서 개시된 바와 같이, 전극 판의 적층체는 억지 끼워맞춤(interference fit)을 통해서 그 연부 주위에서 및/또는 적층체를 통해서 형성된 채널의 길이를 따라 밀봉될 수 있다. 전극 판의 내향 변형은 억지 끼워맞춤의 파괴를 초래하여, 밀봉을 파괴할 수 있고 그리고 배터리 조립체 외측으로의 및/또는 하나 이상의 채널 내로의 전해질 누출을 유발할 수 있으며, 변형된 전극 판은 균열되거나 달리 영구적으로 변형될 수 있다.
액체 전해질 주위의 밀봉을 유지하는, 내부 진공 하에서 액체 전해질을 배터리 조립체 내로 통합시킬 수 있는 배터리 조립체가 요구된다. 배터리 조립체 내측에서 진공을 견인하기 위한 그리고 액체 전해질로 배터리 조립체를 균일하게 충진하기 위한 단일 포트를 가지는 배터리 조립체가 요구된다. 동작 중에 생성되는 온도 및 압력으로부터 초래되는 전극 판의 외향 변형 및 내부 진공의 생성으로부터 초래되는 전극 판의 내향 변형을 저지할 수 있는 경량 배터리 조립체가 요구된다. 경량의 외부 지지 구조물이 요구된다.
본 개시 내용은 물품에 관한 것으로서, 그러한 물품은: (a) 복수의 전극 판의 하나 이상의 적층체로서: (i) 하나의 표면 상의 애노드 및 대향 표면 상의 캐소드를 가지는 기재를 포함하는 하나 이상의 2극 판; (ii) 각각의 전극 판 사이에 위치된 분리부 및 액체 전해질을 포함하는, 복수의 전극 판의 하나 이상의 적층체; (b) 하나 이상의 적층체의 단부에 부착된, 제1 단부 판 내부 보강 구조물을 가지는 제1 단부 판; (c) 제1 단부 판에 대향되는 하나 이상의 적층체의 단부에 부착된, 제2 단부 판 내부 보강 구조물을 가지는 제2 단부 판을 포함하고; 제1 단부 판 및 제2 단부 판은 충전 사이클(charge cycle), 방전 사이클, 또는 충전 사이클 및 방전 사이클 모두 중에, 복수의 전극 판을 보강한다.
본 개시 내용은 물품에 관한 것이고, 그러한 물품은: (a) 복수의 전극 판의 하나 이상의 적층체로서: (i) 하나의 표면 상의 애노드 및 대향 표면 상의 캐소드를 가지는 기재를 포함하는 하나 이상의 2극 판; (ii) 하나 이상의 적층체의 단부에 위치된 하나의 표면 상에 피착된(deposited) 캐소드를 가지는 제1 단극 판; (iii) 제1 단극 판에 대향되는 하나 이상의 적층체의 단부에 위치된 하나의 표면 상에 피착된 애노드를 가지는 제2 단극 판; (iv) 각각의 전극 판 사이에 위치된 분리부 및 액체 전해질을 포함하는, 복수의 전극 판의 하나 이상의 적층체; (b) 제1 단극 판의 주변부 및 내부의 외부 표면적 모두의 주위에 부착된, 제1 단부 판 내부 보강 구조물을 가지는 제1 단부 판으로서; 제1 단부 판 내부 보강 구조물은 약 400 ksi 이상의 경직도(stiffness)를 가지는 제1 단부 판을 초래하는, 제1 단부 판; (c) 제2 단극 판의 주변부 및 내부의 외부 표면적 모두의 주위에 부착된, 제2 단부 판 내부 보강 구조물을 가지는 제2 단부 판으로서; 제2 단부 판 내부 보강 구조물은 약 400 ksi 이상의 경직도를 가지는 제2 단부 판을 초래하는, 제2 단부 판을 포함하고; 제1 단부 판 및 제2 단부 판은 충전 사이클, 방전 사이클, 또는 충전 사이클 및 방전 사이클 모두 중에, 복수의 전극 판을 보강하고; 제1 단부 판은 제1 단극 판으로부터 분리되고 그에 부착되며, 제2 단부 판은 제2 단극 판으로부터 분리되고 그에 부착된다.
제1 단부 판 내부 보강 구조물은 제1 단부 판에 부착될 수 있다. 제2 단부 판 내부 보강 구조물은 제2 단부 판에 부착될 수 있다. 내부 보강 구조물은, 그러한 구조물을 판에 부착하는 임의 방법에 의해서, 단부 판에 부착될 수 있고, 이는 그러한 구조물이 본원에서 설명된 바와 같이 구조물을 적절하게 보강하는 것을 돕는다. 내부 보강 구조물은 접착제, 몰딩, 용융 결합, 진동 용접, 레이저 용접, 패스너 등, 또는 그 임의 조합에 의해서 부착될 수 있다. 복수의 전극 판은, 하나의 표면 상에 피착된 캐소드를 가질 수 있는 제1 단극 판 및/또는 하나의 표면 상에 피착된 애노드를 가질 수 있는 제2 단극 판을 포함할 수 있다. 제1 단극 판은 하나 이상의 적층체의 단부에 위치될 수 있다. 제2 단극 판은 제1 단극 판에 대향되는 하나 이상의 적층체의 단부에 위치될 수 있다. 제1 단부 판은 제1 단극 판의 주변부 주위 및 그러한 주변부 내의 내부 표면에 부착될 수 있다. 제2 단부 판은 제2 단극 판의 주변부 주위 및 그러한 주변부 내의 내부 표면에 부착될 수 있다. 제1 단부 판 및 제2 단부 판은, 액체 전해질로 충진하기 전에, 약 15 psi (약 103 kPa)의 배기(evacuation) 중에 복수의 전극 판을 보강할 수 있다. 제1 단부 판은 제1 단극 판에 부착될 수 있고 제2 단부 판은 제2 단극 판에 부착될 수 있으며, 그에 따라, 물품이 충전 사이클 중에 진공-충진될 때, 제1 단극 판 및 제2 단극 판의 변형이 실질적으로 방지된다. 제1 단부 판 내부 보강 구조물은 제1 단부 판에 부착될 수 있다. 제2 단부 판 내부 보강 구조물은 제2 단부 판 내로 부착될 수 있다. 제1 단부 판, 제2 단부 판, 또는 그 모두는 접착 재료, 테이프, 히트 스테이크(heat stake), 기계적 패스너, 또는 그 임의 조합으로 제1 단극 판 및/또는 제2 단극 판에 부착될 수 있다. 내부 보강 구조물은 하나 이상의 리브 구조물을 포함할 수 있다. 히트 스테이크, 기계적 패스너, 또는 그 조합이 적어도 둘 이상의 리브 구조물 사이에 배치될 수 있다. 기계적 패스너, 히트 스테이크, 또는 그 모두가 내부 표면에서 제1 단부 판을 제1 단극 판에 부착할 수 있고 하나 이상의 2극 판 내로 연장되지 않을 수 있다. 기계적 패스너, 히트 스테이크, 또는 그 모두가 내부 표면에서 제2 단부 판을 제2 단극 판에 부착할 수 있고 하나 이상의 2극 판 내로 연장되지 않을 수 있다.
개시 내용의 물품은, 액체 전해질 주위에서 밀봉을 유지하면서, 액체 전해질을 균일하게 분산하기 위해서 견인된 내부 진공을 가질 수 있다. 개시 내용의 물품은 내부 진공의 연긴 및 액체 전해질의 충진 모두를 위해서 단일 포트를 사용할 수 있게 한다. 개시 내용의 물품은 전극 적층체의 대향 단부들 상에서 적어도 2개의 단부 판을 포함할 수 있고, 이는 동작 중의 전극 판의 외향 변형 및 내부 진공의 생성 중에 발생되는 음압으로부터의 전극 판의 내향 변형 모두를 저지하는 경량 해결책을 제공할 수 있다. 단부 판은, 주변부 및/또는 내부 주위에 부착되는 것에 의해서 그리고 내부 진공의 음압으로부터 초래되는 내부 부하를 분산시킬 수 있는 내부 보강 구조물을 가지는 것에 의해서, 전극 판의 내향 변형을 저지할 수 있다. 단부 판은, 약 5 psi 내지 약 30 psi로 배터리 조립체의 내부 압력을 견인할 때, 전극 판의 변형을 저지할 수 있다.
도 1은 내부 보강 구조물을 가지는 단부 판의 정면도이다.
도 2는 도 1의 단부 판 및 주변부 주위에 배치된 박막을 가지는 배터리 조립체의 사시도이다.
도 3은 내부 보강 구조물과 함께 제1 및 제2 단부 판을 가지는 전극 판의 부분 분해된 적층체를 도시한다.
도 4는 부분적인 배터리 조립체의 도 1에 도시된 바와 같은 단면 A-A을 따른 횡단면도를 도시한다.
도 5는 부분적인 배터리 조립체의 도 1에 도시된 바와 같은 단면 B-B을 따른 횡단면도를 도시한다.
도 6은 배터리 조립체의 도 1에 도시된 바와 같은 단면 C-C를 따른 횡단면도를 도시한다.
도 2는 도 1의 단부 판 및 주변부 주위에 배치된 박막을 가지는 배터리 조립체의 사시도이다.
도 3은 내부 보강 구조물과 함께 제1 및 제2 단부 판을 가지는 전극 판의 부분 분해된 적층체를 도시한다.
도 4는 부분적인 배터리 조립체의 도 1에 도시된 바와 같은 단면 A-A을 따른 횡단면도를 도시한다.
도 5는 부분적인 배터리 조립체의 도 1에 도시된 바와 같은 단면 B-B을 따른 횡단면도를 도시한다.
도 6은 배터리 조립체의 도 1에 도시된 바와 같은 단면 C-C를 따른 횡단면도를 도시한다.
본원에서 제시되는 설명 및 도시는 본 교시 내용, 그 원리, 및 그 실제적 적용예를 당업자에게 알리기 위한 것이다. 기술된 바와 같은 본 교시 내용의 구체적인 실시예는 본 교시 내용을 포괄하거나 제한하기 위한 것이 아니다. 본 교시 내용의 범위는, 첨부된 청구범위에 의해서 부여되는 전체 균등 범위와 함께, 첨부된 청구항을 참조하여 결정되어야 할 것이다. 모든 물품, 그리고 특허출원 및 공개를 포함하는 인용에 관한 개시 내용은 모든 목적을 위해서 참조로 포함된다. 이하의 청구항으로부터 얻어질 다른 조합이 또한 가능하고, 이는 또한 본 개재 설명에 참조로 포함된다.
개시 내용의 물품은 일반적으로 배터리 조립체에 관한 것이고, 2극 배터리 조립체로서의 특별한 용도를 발견할 수 있을 것이다. 배터리 조립체는 복수의 전극 판의 하나 이상의 적층체를 포함한다. 복수의 전극 판은 하나 이상의 2극 판을 포함한다. 하나 이상의 2극 판은 하나의 표면 상의 애노드 및 대향 표면 상의 캐소드를 가지는 기재를 포함한다. 복수의 전극 판은, 하나 이상의 적층체의 대향 단부들에 위치되는 하나 이상의 단극 판을 포함할 수 있다. 단극 판은 표면 상에 피착된 애노드 또는 캐소드 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 적층체는 각각의 전극 판 사이에 위치된 분리부 및 전해질을 포함한다. 배터리 조립체는, 제1 단부 판 및 제2 판과 같은 하나 이상의 단부 판을 포함한다. 하나 이상의 단부 판은 적층체의 하나 이상의 단부에 부착된다. 예를 들어, 제1 단부 판은 제2 단부 판과 대향되는 적층체의 단부에 부착될 수 있다. 하나 이상의 단부 판은 배터리 조립체 내의 진공의 견인, 배터리 조립체의 충진 중에, 배터리 조립체의 충전 사이클 및/또는 방전 사이클에서의 동작 중에, 또는 그 임의 조합 중에, 하나 이상의 전극 판을 보강하는데 있어서 특히 유용할 수 있다.
개시 내용의 물품은 이하에서 나열되는 특징의 하나 이상의 임의 조합을 더 포함할 수 있다: 제1 단부 판 내부 보강 구조물은 약 400 ksi 이상의 경직도를 가지는 제1 단부 판을 초래할 수 있고; 제2 단부 판 내부 보강 구조물은 약 400 ksi 이상의 경직도를 가지는 제2 단부 판을 초래할 수 있고; 제1 단부 판 및 제2 단부 판은 액체 전해질로 충진되기 이전에 약 5 psi 내지 약 30 psi의 배기 동안 복수의 전극 판을 보강할 수 있으며; 제1 단부 판 및 제2 단부 판은 액체 전해질로 충진되기 이전에 배기 동안 복수의 전극 판을 보강하여, 복수의 전극 판의 내향 변형을 방지할 수 있고; 제1 단부 판 내부 보강 구조물은 제1 단부 판 내로 몰딩될 수 있으며; 제2 단부 판 내부 보강 구조물은 제2 단부 판 내로 몰딩될 수 있고; 제1 단극 판은 하나의 표면 상에 피착된 캐소드를 가질 수 있고; 제1 단극 판은 하나 이상의 적층체의 단부에 위치될 수 있으며; 제2 단극 판은 하나의 표면 상에 피착된 애노드를 가질 수 있고; 제2 단극 판은 제1 단극 판에 대향되는 하나 이상의 적층체의 단부에 위치될 수 있으며; 제1 단부 판은 제1 단극 판의 주변부 및 그 주변부 내의 내부 표면 주위에 부착될 수 있고; 제2 단부 판은 제2 단극 판의 주변부 및 그 주변부 내의 내부 표면 주위에 부착될 수 있으며; 제1 단부 판, 제2 단부 판, 또는 제1 단부 판 및 제2 단부 판 모두가 접착 재료, 테이프, 히트 스테이크, 기계적 패스너, 또는 그 조합으로 제1 단극 판 및 제2 단극 판에 부착될 수 있고; 접착 재료는 에폭시, 아크릴, 우레탄, 또는 그 조합일 수 있고; 히트 스테이크, 기계적 패스너, 또는 그 조합은 적어도 두 개의 리브 사이에 배치될 수 있으며; 제1 단극 판, 제2 단극 판, 또는 제1 단극 판 및 제2 단극 판 모두는, 하나 이상의 기계적 패스너를 수용할 수 있는 하나 이상의 너트를 포함할 수 있고; 기계적 패스너, 히트 스테이크, 또는 그 조합은 내부 표면에서 제1 단부 판을 제1 단극 판에 부착할 수 있고 하나 이상의 2극 판 중 임의의 2극 판 내로 연장되지 않을 수 있고; 기계적 패스너, 히트 스테이크, 또는 그 조합은 내부 표면에서 제2 단부 판을 제2 단극 판에 부착할 수 있고 하나 이상의 2극 판 중 임의의 2극 판 내로 연장되지 않을 수 있으며; 제1 단부 판은 제1 단극 판에 부착될 수 있고 제2 단부 판은 제2 단극 판에 부착될 수 있으며, 그에 따라, 물품이 충전 사이클 중에 진공-충진될 때, 제1 단극 판 및 제2 단극 판의 변형이 실질적으로 방지될 수 있으며; 제1 단부 판은 하나의 표면 상에 피착된 캐소드를 가지는 제1 단극 판일 수 있고; 제2 단부 판은 하나의 표면 상에 피착된 애노드를 가지는 제2 단극 판일 수 있고; 제1 단부 판 내부 보강 구조물, 제2 단부 판 내부 보강 구조물, 또는 그 모두가 둘 이상의 리브를 포함할 수 있으며; 분리부, 액체 전해질, 및 판들의 대향 표면들이 전기화학적 셀일 수 있고; 물품은 전기화학적 셀과 연통되는 하나 이상의 분출 홀과 연통되는 통합된 채널을 포함할 수 있으며; 통합된 채널은, 통합된 채널을 형성하기 위해서 정렬된, 분리부 및 전극 판 내의 개구부를 포함할 수 있고; 하나 이상의 개구부는 하나 이상의 단부 판, 복수의 전극 판, 및 분리부를 통과할 수 있고; 하나 이상의 개구부는 횡방향으로 서로 정렬될 수 있으며; 하나 이상의 개구부는 내부에 배치된 또는 통합된 삽입체를 포함할 수 있고; 삽입체는 통합된 채널을 형성하도록 구성될 수 있으며; 삽입체는 전기화학적 셀과 연통되는 분출 홀을 가질 수 있으며; 통합된 채널은 하나 이상의 밸브로 종료될 수 있으며; 통합된 채널은 2개의 장소에서 적층체의 외측과 연통될 수 있으며; 통합된 채널은 전해질로 전기화학적 셀을 충진하도록 및/또는 전기화학적 셀의 분출을 위해서 구성될 수 있으며; 전극 판의 적층체는 캐소드 및/또는 애노드가 피착된 전극 판의 일부를 통해서 횡방향으로 통과되는 복수의 채널을 가질 수 있으며; 기둥이 하나 이상의 채널 내에 위치될 수 있고; 기둥은 중합체 재료를 포함할 수 있고; 복수의 채널은 하나 이상의 단부 판, 배터리 판, 및 분리부 내의 일련의 합치된 삽입체에 의해서 형성될 수 있으며; 삽입체가 각각의 채널의 주변부 주위에 위치되어 액체 전해질이 채널 내로 누출되는 것을 방지할 수 있고; 복수의 기둥은 하나 이상의 채널 내에 위치될 수 있고; 기둥은, 채널의 개구부에 인접하여 단부 판의 외측에서 채널 및 밀봉 표면을 덮는 중첩 부분을 각각의 단부에서 가질 수 있고, 단부 판의 밀봉 표면에 압력을 인가할 수 있으며; 복수의 채널은 물품의 동작 중에 생성되는 압축력을 확산시키도록 이격될 수 있으며; 채널보다 적은 기둥이 존재할 수 있고; 기둥이 없는 채널이 냉각 채널, 충진 채널, 및/또는 분출 채널로서 이용될 수 있다.
개시 내용의 물품은 하나 이상의 단부 판을 포함한다. 하나 이상의 단부 판은 하나 이상의 전극 판을 보강하기 위한, 외부 분위기에 대비되는 배터리 조립체 내의 압력 차로 인한 하나 이상의 전극 판의 외향 및 내향 변형 모두를 저지하거나 방지하기 위한, 하나 이상의 전극 판의 반-영구적 또는 영구적 손상을 방지하기 위한, 밀봉을 유지하는 상호 결속된 구성요소가 밀봉되게 보장하기 위한, 또는 그 임의 조합을 위한 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 단부 판은 하나 이상의 전극 판을 보강하기 위한, 외부 분위기에 대비되는 배터리 조립체 내의 압력 차로 인한 하나 이상의 전극 판의 외향 및 내향 변형 모두를 저지하거나 방지하기 위한, 하나 이상의 전극 판의 반-영구적 또는 영구적 손상을 방지하기 위한, 밀봉을 유지하는 상호 결속된 구성요소가 밀봉되게 보장하기 위한, 또는 그 임의 조합을 위한 임의 크기, 형상 및/또는 구성을 가질 수 있다. 하나 이상의 단부 판은 전극 판일 수 있거나 전극 판이 아닐 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 단부 판은 하나 이상의 단극 판일 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 단부 판은, 단극 판과 같은, 하나 이상의 전극 판에 인접할 수 있다. 하나 이상의 단부 판은, 적층체의 대향 단부에서 하나 이상의 전극 판에 부착될 수 있다. 예를 들어, 적층체는, 제2 단부 판에 대향되는 적층체의 단부에서 제1 단부 판을 포함할 수 있다. 하나 이상의 단부 판은 동작 중에 배터리 조립체 내의 온도 및 압력에 의해서 생성되는 외향 팽출을 저지하기에, 배터리 조립체 내측의 진공 당김 중의 내향 굽힘을 저지하기에, 또는 그 모두를 저지하기에 충분한 강성을 가질 수 있다. 단부 판은 기부, 내부 보강 구조물, 하나 이상의 개구부, 하나 이상의 상승된 삽입체, 하나 이상의 부착 메커니즘, 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있다.
하나 이상의 단부 판은 기부를 포함할 수 있다. 기부는 단부 판을 하나 이상의 전극 판에 부착하기 위한, 하나 이상의 전극 판에 보강을 제공하기 위한, 변형 부하를 하나 이상의 전극 판에 분산시키기 위한, 내부 보강 구조물을 위한 지지체로서의 역할을 하기 위한, 또는 그 임의 조합을 위한 기능을 할 수 있다. 기부는 희망 기능의 임의 조합을 달성하기 위한 임의 크기, 형상, 및/또는 구성을 가질 수 있다. 기부는, 그러한 기부가 위치될 수 있는 배터리 조립체의 단부의 일반적인 횡단면 형상을 취할 수 있다. 기부는 일반적으로 입방체, 직사각형 각기둥, 원통형, 원뿔형, 피라미드, 구체, 기타, 또는 그 임의 조합과 같은 형상일 수 있다. 예를 들어, 기부는 일반적으로 입방체 및/또는 직사각형 각기둥 형상을 가질 수 있다. 기부는 하나 이상의 전극 판과 실질적으로 유사한 형상 및/또는 횡단면을 가질 수 있다. 기부는 일반적으로 평면형 및/또는 비-평면형 표면을 포함할 수 있다. 기부는 일반적으로 균일하거나 불균일한 두께를 가질 수 있다. 기부는 단극 판과 같은 전극 판에 인접될 수 있다. 기부는 인접 전극 판으로부터 거리를 두고 및/또는 접촉될 수 있다. 기부는 기재와 같은 전극 판의 일부일 수 있다. 내부 보강 구조물에 대향되는 기부의 실질적으로 평면형인 표면, 또는 내부 보강 구조물이, 캐소드 또는 애노드 재료를 가지지 않는 표면과 같은, 전극 판의 표면에 대면될 수 있다. 기부는, 변형 부하를 하나 이상의 전극 판에 걸쳐 분산시켜 인접 전극 판의 외향 팽출 및 내향 굽힘을 방지하기 위해서 내부 보강 구조물과 협력할 수 있는 충분한 두께를 가질 수 있다. 기부의 두께는 배터리 조립체의 길이방향 축에 실질적으로 수직인 기부의 2개의 대향 표면 사이의 거리일 수 있다. 길이방향 축은 복수의 전극 판의 하나 이상의 캐소드 및/또는 애노드 지탱 표면과 수직으로 교차될 수 있다. 내부 보강 구조물, 주변부 및 내부 모두 주위의 인접 전극 판에 대한 기부의 부착, 및 복수의 전극 판의 밀봉 구조물은 기부가, 부피가 큰 단부 판에 비해서, 작은 두께를 가지게 할 수 있다. 보강 구조물을 가지는 단부 판은, 내부 보강 구조물을 가지지 않는 통상적인 단부 판 보다, 약 80% 이하, 약 70% 이하, 또는 심지어 60% 이하의 두께를 가질 수 있다. 보강 구조물을 가지는 단부 판은, 내부 보강 구조물을 가지지 않는 통상적인 단부 판 보다, 약 25% 이상, 약 35% 이상, 또는 심지어 45% 이상의 두께를 가질 수 있다. 복수의 전극 판의 밀봉 구조물은 하나 이상의 삽입체, 돌기, 프레임, 상승된 연부, 또는 본원에서 설명된 바와 같은 임의의 다른 밀봉부를 포함할 수 있다. 기부는 약 1 mm 이상, 약 3 mm 이상, 또는 심지어 약 5 mm 이상의 두께를 가질 수 있다. 기부는 약 15 mm 이하, 약 10 mm 이하, 또는 심지어 약 8 mm 이하의 두께를 가질 수 있다. 기부는 내부 보강 구조물, 하나 이상의 개구부, 하나 이상의 삽입체, 하나 이상의 부착 메커니즘, 하나 이상의 밀봉 표면, 하나 이상의 함몰 부분, 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있다.
하나 이상의 단부 판은 내부 보강 구조물을 포함할 수 있다. 내부 보강 구조물은 단부 판, 전극 판, 또는 그 임의 조합의 부가적인 강도를 제공하기 위한, 변형 부하를 분산시키기 위한, 내구성 증가를 위한, 두께 감소를 위한, 중량 감소를 위한, 또는 그 임의 조합을 위한 기능을 할 수 있다. 내부 보강 구조물은 희망 특징의 임의 조합을 제공하기 위한 임의 크기, 형상, 및/또는 구성을 가질 수 있다. 내부 보강 구조물은 약 200 ksi 이상, 약 400 ksi 이상, 또는 심지어 약 500 ksi 이상의 경직도를 가지는 하나 이상의 단부 판을 초래할 수 있다. 내부 보강부는 약 1500 ksi 이하, 약 1200 ksi 이하, 또는 심지어 약 1000 ksi 이하의 경직도를 가지는 하나 이상의 단부 판을 초래할 수 있다. 내부 보강 구조물은 하나 이상의 전극 판으로부터 기부에 의해서 수용되는 변형 부하를 분산시킬 수 있다. 변형 부하는, 예를 들어 진공이 배터리 조립체 내에서 당겨지는 경우에 및/또는 동작 중에 배터리 조립체 내에서 발생되는 압력에 의해서, 하나 이상의 전극 판에서 발생되는 힘으로서 이해될 수 있다. 내부 보강 구조물은 변형 부하를 기부에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분산시킬 수 있다. 변형 부하를 분산시키는 것에 의해서, 내부 보강 구조물은 단부 판의 외향 팽출 또는 내향 굽힘을 저지할 수 있고, 이는 부착으로 인해서 단부 판에 인접되는 전극 판의 외향 팽출 또는 내향 굽힘을 저지하는 결과를 초래할 수 있다. 대향 단극 판들과 같은, 하나 이상의 단부 판에 인접되는 하나 이상의 전극 판이 변형을 저지하기 때문에, 그 사이에 위치된 하나 이상의 전극 판은 변형이 방지된다. 내부 보강 구조물은 기부의 표면에 걸쳐 분산될 수 있거나, 기부의 표면의 영역 내에서 국소화될 수 있거나, 그 모두가 이루어질 수 있다. 내부 보강 구조물은 복수의 내부 보강 구조물과 같은 하나 이상의 내부 보강 구조물을 포함할 수 있다. 예시적인 내부 보강 구조물은 하나 이상의 리브 구조물, 하나 이상의 셀, 하나 이상의 삽입체, 하나 이상의 개구부, 하나 이상의 부착 메커니즘, 기타, 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있다. 내부 보강 구조물은 단부 판에 보강을 제공하기 위한 하나 이상의 강화 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 강화 재료는 섬유, 복합 재료, 기타, 또는 그 모두와 같은, 첨가물을 포함할 수 있다.
내부 보강 구조물은 하나 이상의 리브 구조물을 포함할 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 단부 판 전체를 통해서 하나 이상의 변형 부하를 분산시키기 위한, 단부 판의 기부에 경량 보강을 제공하기 위한, 하나 이상의 삽입체, 개구부 및/또는 채널, 또는 그 임의 조합에 보강을 제공하기 위한, 또는 그 임의 조합을 위한 기능을 가질 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 전술한 기능 중 하나 이상을 제공하기 위한 임의 크기, 형상, 및/또는 구성을 가질 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 단부 판의 기부와 일체일 수 있거나 그에 부착될 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 압축 형성, 인장 형성, 몰딩, 또는 기타, 또는 그 임의 조합을 통해서 일체로 형성될 수 있다. 압축 형성은 다이 형성, 압출, 압입(indenting), 기타, 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있다. 몰딩은 사출 몰딩을 포함할 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 접착, 용융 결합, 또는 기타에 의해서 단부 판의 기부에 부착될 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은, 변형 부하의 적어도 일부를 분산 또는 흡수할 수 있는, 하나 이상의 리브, 하나 이상의 이음판(gusset), 하나 이상의 돌출부, 하나 이상의 기둥, 기타, 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 평면형, 비평면형, 또는 그 모두의 조합일 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 단부 판의 기부의 임의 표면 상에 위치될 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 배터리 조립체의 길이방향 축에 실질적으로 수직인 기부의 표면 상에 위치될 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 기부의 표면으로부터 돌출될 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물이 수직 각도 및/또는 직각으로 돌출될 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 기부의 주변부, 기부의 내부, 또는 그 모두 주위에 위치될 수 있다. 예를 들어, 외부 보강 리브는 기부의 표면으로부터 돌출될 수 있고 기부의 주변 연부의 적어도 일부 주위에 위치될 수 있다. 외부 보강 리브는 단부 판 또는 기부의 주변부 및/또는 내부를 형성할 수 있다. 단부 판 또는 기부의 주변부는 외부 보강 리브를 포함하는 단부 판의 외부 연부일 수 있다. 단부 판 또는 기부의 내부는 주변부 내에 위치된 단부 판 또는 기부의 일부로서 형성될 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 기부의 표면 상에서 반복적인 패턴을 형성할 수 있거나, 엇갈릴 수 있거나, 오프셋될 수 있거나, 그 임의 조합일 수 있다. 예를 들어, 복수의 리브 구조물은 기부의 표면에 걸쳐 격자, 망, 및/또는 벌집형 구조물과 같은, 교차 패턴을 형성할 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 기부 내부에서 패턴을 형성할 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 하나 이상의 다른 리브 구조물, 외부 보강 구조물의 일부, 또는 그 모두와 실질적으로 평행할 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 하나 이상의 다른 리브 구조물, 삽입체, 및/또는 개구부와 실질적으로 수직으로 및/또는 비스듬하게 교차 및/또는 통합될 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 하나 이상의 횡방향 리브 구조물, 길이방향 리브 구조물, 또는 그 모두를 포함할 수 있다. 횡방향 및 길이방향 리브 구조물은 서로 실질적으로 수직으로 교차되는 리브 구조물로서 형성될 수 있다.
하나 이상의 리브 구조물은 높이, 폭, 및 두께를 가질 수 있다. 리브 구조물의 높이는 기부에 인접한 리브 구조물의 단부로부터 리브 구조물의 대향 단부까지 거리를 가질 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 하나 이상의 다른 리브 구조물과 동일한 또는 상이한 높이를 가질 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 그 길이를 따라서 실질적으로 균일한 높이 또는 불균일한 높이를 가질 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 약 1 mm 이상, 약 3 mm 이상, 또는 심지어 약 5 mm 이상의 높이를 가질 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 약 15 mm 이하, 약 12 mm 이하, 또는 심지어 약 10 mm 이하의 높이를 가질 수 있다. 리브 구조물의 길이는 다른 리브 구조물에 부착된 리브 구조물의 일 단부로부터 리브 구조물의 대향 단부까지 존재할 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 하나 이상의 다른 리브 구조물과 실질적으로 동일한 또는 상이한 길이를 가질 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 대략적으로 단부 판의 기부의 길이 또는 폭 보다 짧은, 동일한, 또는 긴 길이를 가질 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 주변 연부에서 기부의 길이 또는 폭과 대략적으로 동일한 길이를 가질 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 기부의 내부 길이 또는 폭과 대략적으로 동일한 길이를 가질 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 하나의 리브 구조물, 삽입체, 또는 개구부로부터 다른 리브 구조물, 삽입체, 개구부까지 연장되는 길이를 가질 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 약 1 mm 이상, 약 10 mm 이상, 또는 심지어 약 25 mm 이상의 길이를 가질 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 약 300 mm 이하, 약 250 mm 이하, 또는 심지어 약 150 mm 이하의 길이를 가질 수 있다. 리브 구조물의 두께는 리브 구조물의 2개의 평면형 표면의 사이, 다른 리브 구조물과 대면되는 리브 구조물의 2개의 표면의 사이, 인접 셀에 대면되는 리브 구조물의 2개의 표면의 사이의 거리, 또는 그 임의 조합일 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 하나 이상의 다른 리브 구조물과 동일한 또는 상이한 두께를 가질 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 그 길이를 따라서 실질적으로 균일한 두께 또는 불균일한 두께를 가질 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 약 0.5 mm 이상, 약 1 mm 이상, 또는 심지어 약 3 mm 이상의 두께를 가질 수 있다. 하나 이상의 리브 구조물은 약 15 mm 이하, 약 12 mm 이하, 또는 심지어 약 10 mm 이하의 두께를 가질 수 있다. 표면의 특정 백분율이 하나 이상의 리브 구조물을 포함하도록, 하나 이상의 리브 구조물이 기부의 표면의 밀도를 덮을 수 있다. 기부 표면적의 약 5% 이상, 약 10% 이상, 또는 심지어 약 20% 이상이 하나 이상의 리브 구조물을 포함할 수 있다. 기부 표면적의 약 80% 이하, 약 70% 이하, 또는 심지어 약 50% 이하가 하나 이상의 리브 구조물을 포함할 수 있다.
하나 이상의 리브 구조물은 하나 이상의 셀을 형성할 수 있다. 하나 이상의 셀은, 부피가 큰 보강 구조물이 없는, 보강형 단부 판을 제공하기 위한 기능을 가질 수 있다. 하나 이상의 셀이 형성될 수 있고, 복수의 리브 구조물이 서로 인접하거나 서로 일체화되어 연속적인 벽을 형성할 수 있다. 예를 들어, 2개의 길이방향 리브 구조물 및 2개의 측방향 리브 구조물이 서로 교차 및/또는 인접되어 연속적인 벽을 가지는 셀을 형성할 수 있다. 예를 들어, 외부 보강 리브 구조물 및 복수의 측방향 또는 길이방향 리브 구조물이 서로 교차 및/또는 인접되어 연속적인 벽을 가지는 셀을 형성할 수 있다. 하나 이상의 셀은, 하나 이상의 리브 구조물이 돌출되는 표면과 같은, 기부의 표면을 노출시킬 수 있다. 하나 이상의 셀은 단부 판의 내부 내에 위치될 수 있다. 하나 이상의 셀은 횡단면적을 가질 수 있다. 횡단면적은 복수의 리브 구조물 사이에 형성된 면적으로서 규정될 수 있다. 횡단면적은 연속적인 벽 내에 형성된 면적으로서 규정될 수 있다. 횡단면적은 하나 이상의 리브 구조물이 돌출되는 기부의 표면에 실질적으로 평행한 셀의 횡단면일 수 있다. 하나 이상의 셀은 하나 이상의 다른 셀 보다 작은, 같은, 또는 큰 횡단면적을 가질 수 있다. 횡단면적은 약 10 mm2 이상, 약 50 mm2 이상, 또는 심지어 약 150 mm2 이상일 수 있다. 횡단면적은 약 1000 mm2 이하, 약 750 mm2 이하, 또는 심지어 약 650 mm2 이하일 수 있다. 하나 이상의 셀은 하나 이상의 개구부, 하나 이상의 부착 메커니즘, 또는 그 모두를 포함할 수 있다.
하나 이상의 단부 판은 하나 이상의 개구부를 포함할 수 있다. 하나 이상의 개구부는 부착 메커니즘의 통과를 위한 개구부를 제공하기 위한; 채널의 일부를 형성하기 위해서 하나 이상의 전극 판 및/또는 삽입체와 협력하기 위한; 배터리 조립체의 진공 당김, 충진, 및/또는 분출을 허용하기 위한; 또는 그 임의 조합을 위한 기능을 가질 수 있다. 하나 이상의 개구부는 원하는 기능의 임의 조합을 제공하기 위한 임의 크기, 형상, 및/또는 구성을 가질 수 있다. 하나 이상의 개구부는 하나 이상의 전극 판 및/또는 기재 내에 개구부 및/또는 홀에 대해서 설명된 바와 같은 특징부의 임의 조합을 가질 수 있다. 하나 이상의 단부 판의 하나 이상의 개구부는 하나 이상의 전극 판 및/또는 분리부의 하나 이상의 개구부와 정렬되어(즉, 동심적이 되어) 하나 이상의 채널을 형성할 수 있다. 하나 이상의 개구부는 단부 판에 인접한 전극 판의 하나 이상의 개구부와 유사한 형상 또는 크기를 가질 수 있다. 하나 이상의 개구부는, 부착 메커니즘을 수용하기 위한, 기둥을 수용하기 위한, 삽입체와 협력하기 위한, 또는 개구부의 희망 기능의 임의 조합을 위한 기능을 하는 횡단면 형상을 가질 수 있고, 대체로 직사각형, 원형, 삼각형, 타원형, 계란형, 또는 그 임의 조합일 수 있다. 하나 이상의 개구부는 하나 이상의 부착 메커니즘, 하나 이상의 기둥, 하나 이상의 밸브, 또는 그 임의 조합을 수용하기에 충분한 횡단면 폭을 가질 수 있다. 하나 이상의 개구부는 동일한 단부 판 및/또는 인접 전극 판 내에 형성된 하나 이상의 개구부의 직경보다 좁은, 동일한, 또는 넓은 횡단면 폭을 가질 수 있다. 하나 이상의 개구부의 횡단면 폭은 개구부의 길이를 따라서 연속적일 수 있거나, 테이퍼형일 수 있거나, 확장될 수 있다. 하나 이상의 개구부는 약 1 mm 이상, 약 3 mm 이상, 또는 심지어 약 5 mm 이상의 횡단면 폭을 가질 수 있다. 하나 이상의 개구부는 약 30 mm 이하, 약 25 mm 이하, 또는 심지어 약 20 mm 이하의 횡단면 폭을 가질 수 있다. 하나 이상의 개구부에는 삽입체, 기부, 보강 구조물, 리브 구조물, 또는 그 임의 조합이 부분적으로 또는 완전히 통과될 수 있다. 하나 이상의 개구부는 단부 판의 주변부 주위나 그에 인접하여, 내부 내에, 또는 그 모두로 위치될 수 있다. 하나 이상의 개구부는 하나 이상의 리브 구조물에 인접하여, 둘 이상의 리브 구조물 사이에, 셀 내에, 하나 이상의 삽입체에 인접하여, 또는 그 임의 조합으로 위치될 수 있다. 하나 이상의 개구부는 반복 패턴을 형성할 수 있거나, 하나 이상의 다른 개구부와 정렬될 수 있거나, 하나 이상의 다른 개구부와 엇갈리거나 그로부터 오프셋될 수 있거나, 그 임의 조합일 수 있다. 하나 이상의 개구부는 하나 이상의 주변 개구부, 하나 이상의 내부 개구부, 하나 이상의 채널 개구부, 기타, 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있다.
하나 이상의 개구부는 하나 이상의 주변 개구부를 포함할 수 있다. 하나 이상의 주변 개구부는 하나 이상의 부착 메커니즘을 수용하고 그와 협력하는 기능을 하여, 단부 판의 주변부의 적어도 일부를 전극 판의 주변부의 적어도 일부에 고정할 수 있다. 인접 전극 판에 대한 단부 판의 주변부의 적어도 일부 주위의 부착은 하나 이상의 전극 판의 주변부 주위에 압축력을 인가할 수 있다. 배터리의 동작 중에 주변부 주위의 압축력은 하나 이상의 전극 판의 외향 팽출을 저지할 수 있다. 배터리 내에서 진공을 견인하는 동안 주변부 주위의 압축력은 하나 이상의 전극 판의 내향 굽힘을 저지할 수 있고, 이는 전극 판의 적층체의 하나 이상의 연부 주위에서 하나 이상의 밀봉부를 유지할 수 있다. 하나 이상의 주변 개구부는 외부 보강 리브 구조물에 인접하여, 단부 판의 내부 내에, 셀 내에, 또는 그의 임의의 조합에 위치될 수 있다. 하나 이상의 주변 개구부는 하나 이상의 다른 개구부와 정렬되거나 그로부터 오프셋될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 주변 개구부는 하나 이상의 리브 구조물에 실질적으로 평행한 선을 따라 하나 이상의 다른 주변 개구부와 정렬될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 주변 개구부는 정렬된 복수의 내부 개구부 및/또는 채널 개구부로부터 오프셋될 수 있다. 하나 이상의 주변 개구부는, 부착 메커니즘이 인접 전극 판으로 또는 그로부터 통과할 수 있는 임의의 횡단면 폭 또는 직경을 가질 수 있다. 하나 이상의 주변 개구부는 하나 이상의 다른 개구부보다 작거나, 같거나, 클 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 주변 개구부는 하나 이상의 채널 개구부 보다 작을 수 있다.
하나 이상의 개구부는 하나 이상의 내부 개구부를 포함할 수 있다. 하나 이상의 내부 개구부는 하나 이상의 부착 메커니즘을 수용하고 그와 협력하는 기능을 하여, 단부 판의 내부의 적어도 일부를 전극 판의 내부의 적어도 일부에 고정할 수 있다. 전극 판의 내부는 전극 판의 상승된 연부 또는 프레임 사이에 위치된 전극 판 또는 전극 판의 기재의 일부로서 규정될 수 있다. 인접 전극 판에 대한 단부 판의 내부의 적어도 일부 주위의 부착은 하나 이상의 전극 판의 내부 주위에 압축력을 인가할 수 있다. 배터리의 동작 중에 전극 판의 내부 내의 압축력은 하나 이상의 전극 판의 외향 팽출을 저지할 수 있다. 배터리 내에서 진공을 견인하는 동안 전극 판의 내부 내의 압축력은 하나 이상의 전극 판의 내향 팽출을 저지할 수 있다. 하나 이상의 내부 개구부는 하나 이상의 보강 리브 구조물에 인접하거나 이격되어, 단부 판의 내부 내에, 셀 내에, 또는 그 임의 조합에 위치될 수 있다. 하나 이상의 내부 개구부는 하나 이상의 다른 개구부와 정렬되거나 그로부터 오프셋될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 내부 개구부는 하나 이상의 리브 구조물에 실질적으로 평행한 선을 따라 하나 이상의 다른 내부 개구부와 정렬될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 내부 개구부는 정렬된 복수의 내부 개구부 및/또는 채널 개구부로부터 오프셋될 수 있다. 하나 이상의 내부 개구부는, 부착 메커니즘이 인접 전극 판으로 또는 그로부터 통과할 수 있는 있는 임의의 횡단면 폭 또는 직경을 가질 수 있다. 하나 이상의 내부 개구부는 하나 이상의 다른 개구부보다 작거나, 같거나, 클 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 내부 개구부는 하나 이상의 채널 개구부 보다 작을 수 있다.
하나 이상의 개구부는 하나 이상의 채널 개구부를 포함할 수 있다. 하나 이상의 채널 개구부는 하나 이상의 채널을 형성하기 위해서 하나 이상의 전극 판의 하나 이상의 개구부와 정렬되기 위한; 배터리 조립체의 분출, 충진, 및/또는 분출을 위한 개구부를 제공하기 위한; 하나 이상의 밸브와 협력하거나, 전극 판의 적층체를 압축하기 위해서 하나 이상의 기둥을 수용하기 위한; 또는 그 임의 조합을 위한 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 채널 개구부는 횡방향으로 하나 이상의 전극 판 및/또는 분리부의 하나 이상의 개구부 및/또는 홀과 정렬되어(즉, 동심적으로 정렬되어) 하나 이상의 채널을 적층체를 통해 형성할 수 있다. 하나 이상의 채널 개구부는 하나 이상의 전극 판 및/또는 분리부의 하나 이상의 홀과 실질적으로 같은 크기를 가질 수 있다. 하나 이상의 채널 개구부는, 하나 이상의 기둥이 통과할 수 있는 임의의 크기를 가질 수 있다. 하나 이상의 채널 개구부는 하나 이상의 다른 채널 개구부보다 작은, 같은, 또는 큰 횡단면 폭 또는 면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 배터리의 충진, 분출, 및/또는 냉각을 허용하기 위해서, 하나의 채널 개구부가 하나 이상의 다른 채널 개구부보다 큰 직경을 가질 수 있다. 하나 이상의 채널 개구부는 하나 이상의 밸브에 연결되거나 그와 연통될 수 있다. 예를 들어, 다른 채널 개구부보다 큰 직경을 가지는 채널 개구부가 밸브에 연결될 수 있다. 하나 이상의 채널 개구부 부근의 및/또는 그에 인접한 기부의 표면은 밀봉 표면일 수 있다.
하나 이상의 단부 판은 밀봉 표면을 포함할 수 있다. 밀봉 표면이 하나 이상의 기둥과 협력하여 전극 판의 적층체를 압축 및 밀봉하는 기능을 할 수 있다. 밀봉 표면은 단부 판의 하나 이상의 개구부에 인접한 단부 판의 표면, 채널에 인접한 단부 판의 표면, 삽입체와 개구부 사이의 단부 판의 표면, 삽입체의 표면, 또는 그 임의 조합일 수 있다. 밀봉 표면은 중첩 부분과 같은 기둥의 일부와 직접적으로 접촉되는 단부 판의 표면일 수 있다. 밀봉 표면은 단극 판에 대면되는 및/또는 접촉되는 단부 판의 표면에 대향될 수 있다. 기둥에 의해서 압축이 인가될 때 밀봉을 개선하기 위해서 판의 밀봉 표면이 수정될 수 있다. 밀봉 표면은 평활화, 윤곽화, 조질화, 또는 표면 처리될 수 있다. 평활 표면은 큰 접촉 면적을 가질 것이고, 그에 의해서 액체 유동을 허용하는 결함이 없는 전해질 누출 방지 밀봉부가 만들어질 것이다. 동심적인 링(들), 융기부(들), 또는 파동부와 같은 윤곽은 고압 접촉 지역 또는 "링"이 액체 전해질의 유동을 저지하게 한다. 융기부는 액체 밀봉을 돕기 위한 변형 가능한 편평한 시트 또는 O-링과 같은 가스켓 재료로 충진될 수 있다. 변형 가능 재료의 거친 밀봉 표면이 압축되어 신뢰 가능한 액체 전해질 밀봉부를 형성할 수 있다. 액체 전해질에 의한 습윤이 발생되지 않게 하기 위한 밀봉 표면의 표면 처리는 액체 전해질이 채널 내로 유동되는 것을 방지할 것이다. 만약 친수성 전해질이 사용된다면, 밀봉 표면을 소수성으로 만들 수 있다. 유사하게, 만약 소수성 전해질이 사용된다면, 밀봉 표면은 친수성이어야 한다.
하나 이상의 단부 판은 하나 이상의 삽입체를 포함할 수 있다. 하나 이상의 삽입체는 전극 판의 하나 이상의 삽입체와 상호 결속되기 위한, 적층체를 통과하는 하나 이상의 채널의 일부를 형성하기 위한, 하나 이상의 채널을 따라 누출 방지 밀봉부를 형성하기 위한, 하나 이상의 밸브와 협력하기 위한, 또는 그 임의 조합을 위한 기능을 가질 수 있다. 하나 이상의 삽입체는 전극 판의 하나 이상의 삽입체와 상호 결속되기 위한, 채널의 일부를 형성하기 위한, 하나 이상의 채널을 따라 누출 방지 밀봉부를 형성하기 위한, 하나 이상의 밸브와 협력하기 위한, 또는 그 임의 조합을 위한 임의 크기 및/또는 형상을 가질 수 있다. 하나 이상의 삽입체는 하나 이상의 리브 구조물을 형성 또는 부착하는데 적합한 임의 방식으로 단부 판의 기부에 형성되거나 부착될 수 있다. 하나 이상의 삽입체가 단부 판의 표면으로부터 돌출하여 하나 이상의 상승된 삽입체를 형성할 수 있다. 하나 이상의 삽입체는 단부 판의 기부로부터 돌출될 수 있다. 하나 이상의 삽입체는 하나 이상의 리브 구조물과 동일하거나 대향되는 방향으로 기부로부터 돌출될 수 있다. 하나 이상의 삽입체는 하나 이상의 리브 구조물과 동일한 높이 및/또는 두께를 가질 수 있다. 하나 이상의 삽입체는 기부의 표면으로부터 실질적으로 직각으로 또는 비스듬하게 돌출될 수 있다. 하나 이상의 삽입체는 단부 판의 일부에 부착되거나 그와 일체일 수 있다. 단부 판의 일부와 일체이고 단부 판의 표면으로부터 돌출되는 삽입체가 돌기로서 형성될 수 있다. 하나 이상의 삽입체는 하나 이상의 관통 개구부를 가질 수 있다. 하나 이상의 삽입체는 동심적일 수 있고 하나 이상의 개구부 주위에 형성될 수 있다. 하나 이상의 삽입체는 개구부의 길이로 연장될 수 있다. 밀봉 표면은 하나 이상의 개구부의 외경 및 하나 이상의 삽입체의 내부 사이에 형성될 수 있다. 예를 들어, 삽입체와 개구부 사이에 위치된 배터리의 길이방향 축에 실질적으로 수직인 기부의 표면이 밀봉 표면일 수 있다. 하나 이상의 삽입체가 인접한 전극 판의 하나 이상의 삽입체와 상호 결속되어 채널 주위에 누출 방지 밀봉부를 형성할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 단부 판은, 인접 전극 판의 돌기, 삽입체, 슬리브, 또는 부싱을 위한 합치 압입부를 포함하도록 삽입체와 대향되는 표면 상에서 가공되거나 형성될 수 있다.
하나 이상의 단부 판은 하나 이상의 단부 판 재료로 이루어질 수 있다. 단부 판 재료는, 진공을 당기는 동안, 배터리 조립체를 충진하는 동안 및/또는 배터리 조립체의 동작 동안, 변형을 저지하기 위한 그리고 하나 이상의 전극 판에 보강을 제공하기 위한 충분한 강성도를 하나 이상의 단부 판에 제공하는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 단부 판 재료는 희망 기능의 임의 조합을 충족시킬 수 있는 임의 재료 또는 재료의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 단부 판 재료는 약 200 ksi(1,379 MPa) 이상, 약 400 ksi(2,758 MPa) 이상, 또는 심지어 약 500 ksi(3,447 MPa) 이상의 경직도를 가질 수 있다. 하나 이상의 단부 판 재료는 약 1,500 ksi(10,342 MPa) 이하, 약 1,200 ksi(8,274 MPa) 이하, 또는 심지어 약 1,000 ksi(6,895 MPa) 이하의 경직도를 가질 수 있다. 하나 이상의 단부 판 재료는 약 20 MPa 이상, 약 40 MPa 이상, 또는 심지어 약 60 MPa 이상의 압축 강도를 가질 수 있다. 하나 이상의 단부 판 재료는 약 1,300 MPa 이하, 약 1,200 MPa 이하, 또는 심지어 약 1,000 MPa 이하의 압축 강도를 가질 수 있다. 하나 이상의 단부 판 재료는 약 300 MPa 이상, 약 400 MPa 이상, 또는 심지어 약 500 MPa 이상의 인장 강도를 가질 수 있다. 하나 이상의 단부 판 재료는 약 2,000 MPa 이하, 약 1,900 MPa 이하, 또는 심지어 약 1,800 MPa 이하의 인장 강도를 가질 수 있다. 하나 이상의 단부 판 재료는 기부의 일부, 보강 구조물, 하나 이상의 리브 구조물, 하나 이상의 삽입체, 또는 그 임의의 조합일 수 있다. 하나 이상의 단부 판 재료는, 기재의 재료와 같은, 전극 판에 적합한 임의 재료를 포함할 수 있다. 하나 이상의 단부 판 재료는 금속, 중합체 재료, 또는 그 모두를 포함할 수 있다. 금속은 주철, 강, 스테인리스 강, 티타늄, 알루미늄, 탄소강, 기타, 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있다. 중합체 재료는 몰딩될 수 있는 임의 재료일 수 있다. 예를 들어, 중합체 재료가 사출 몰딩될 수 있다. 중합체 재료는 열경화성 중합체, 열가소성 중합체, 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 중합체 재료는 중합체와 함께 이용하기 위한 것으로 공지된, 임의의 공지된 보강 재료로 보강될 수 있다. 보강 재료는 섬유, 미세구, 비드, 기포, 또는 기타, 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있다. 보강 재료는 유리, 중합체, 세라믹 또는 탄소, 기타, 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있다.
하나 이상의 단부 판은 하나 이상의 부착 메커니즘을 포함할 수 있다. 하나 이상의 부착 메커니즘은 하나 이상의 단부 판을 하나 이상의 전극 판, 전극 판의 적층체, 또는 그 모두에 부착하는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 전극 판 또는 하나 이상의 단부 판에 부착된 단부 판은, 배터리의 동작 이전, 도중 및/또는 이후의 하나 이상의 전기화학적 셀의 진공 견인, 충진, 분출, 냉각, 충전 및/또는 방전 동안 하나 이상의 전극 판의 변형을 방지할 수 있다. 하나 이상의 단부 판은, 배터리의 동작 이전, 이후, 또는 도중에 변형력을 견딜 수 있는 임의 유형의 부착 메커니즘을 통해서, 하나 이상의 전극 판, 전극 판의 적층체, 또는 그 모두에 부착될 수 있다. 하나 이상의 부착 메커니즘은 단부 판의 주변부의 적어도 일부 주위에서 하나 이상의 단부 판을 전극 판에 부착할 수 있고, 단부 판의 내부의 적어도 일부를 전극 판에 부착할 수 있고, 또는 그 모두를 할 수 있다. 하나 이상의 부착 메커니즘은 플라스틱 대 금속, 플라스틱 대 플라스틱, 금속 대 금속, 또는 그 임의 조합을 상호 결속할 수 있는 임의의 부착 메커니즘일 수 있다. 하나 이상의 부착 메커니즘은 단부 판 및/또는 전극 판과 일체이거나 그와 별개일 수 있다. 하나 이상의 부착 메커니즘은 전극 판의 외부 표면에 부착될 수 있고, 하나 이상의 전극 판을 통해서 적어도 부분적으로 통과될 수 있고, 단부 판으로부터 전극 판을 향해서 및/또는 전극 판 내로 돌출될 수 있으며, 전극 판으로부터 단부 판을 향해서 및/또는 단부 판 내로 돌출될 수 있고, 또는 그 임의 조합일 수 있다. 하나 이상의 부착 메커니즘은 단부 판의 개구부, 전극 판의 개구부, 또는 그 모두 내에 수용될 수 있다. 하나 이상의 부착 메커니즘은 하나 이상의 접착 재료, 기계적 패스너, 몰딩된 패스너, 기타, 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있다. 기계적 패스너는 나사산형 패스너, 클립, 스테이플, 기타, 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있다. 나사산형 패스너는 나사, 볼트, 스터드, 너트, 기타, 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있다. 접착 재료는 접착제, 실런트, 테이프, 기타, 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있다. 접착제는 에폭시, 아크릴, 유레탄, 기타, 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있다. 테이프는 매우 큰 결합의 테이프, 양면형 테이프, 기타, 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있다. 몰딩된 패스너는 히트 스테이크, 용접, 기타, 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있다. 클립은 스냅-핏, 억지 끼워맞춤, 외팔보형 클립, 후크 면을 가지는 클립을 포함할 수 있다.
기부는 하나 이상의 함몰 부분을 가질 수 있다. 하나 이상의 함몰 부분은 하나 이상의 전극 판의 하나 이상의 부분을 수용하기 위한, 하나 이상의 전극 판의 주변부와 상호 결속되기 위한, 또는 그 모두를 위한 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 함몰 부분은 하나 이상의 전극 판의 하나 이상의 부분을 수용하기 위한, 하나 이상의 전극 판의 주변부와 상호 결속되기 위한, 또는 그 모두를 위한 임의의 크기, 형상, 및/또는 구성을 가질 수 있다. 하나 이상의 함몰 부분은 프레임 및/또는 상승된 연부와 같은 하나 이상의 전극 판의 일부와 실질적으로 유사한, 역방향인, 및/또는 반대인 형상을 가질 수 있다. 하나 이상의 함몰 부분은 기부의 외부 및/또는 내부 주위에 위치될 수 있다. 하나 이상의 함몰 부분은 기부의 주변부 주위에 위치될 수 있다. 하나 이상의 함몰 부분은, 하나 이상의 전극 판과 접촉되는 표면 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 함몰 부분은, 내부 보강 구조물을 가지는 표면에 대향되는 기부의 주변 연부 주위에 형성될 수 있다. 하나 이상의 함몰 부분은 하나 이상의 상승된 연부 또는 프레임과 정렬되고 그와 상호 결속될 수 있다. 하나 이상의 함몰 부분은 전극 판 또는 분리부의 프레임 또는 상승된 연부와 유사하게 설계될 수 있다.
물품은 복수의 전극 판을 포함할 수 있다. 복수의 전극 판은 배터리 조립체 내에서 전류(즉, 이온 및 전자의 흐름)를 전도하는 기능을 할 수 있다. 복수의 전극 판은 하나 이상의 전기화학적 셀을 형성할 수 있다. 예를 들어, 분리부를 사이에 가질 수 있는 전극 판의 쌍이 전기화학적 셀을 형성할 수 있다. 복수의 전극 판은 임의의 희망 횡단면 형상을 가질 수 있고, 횡단면 형상은 사용 환경에서 이용 가능한 패키징 공간에 맞춰지도록 설계될 수 있다. 횡단면 형상은 시트의 면의 관점에서 판의 형상을 지칭한다. 탄력적인 횡단면 형상 및 크기는, 배터리가 사용되는 시스템의 전압 및 크기 요건을 수용하기 위한 개시된 물품의 제조를 가능하게 한다. 대향 단부 판들이 복수의 전극 판을 그 사이에 개재할 수 있다. 복수의 전극 판은 하나 이상의 단극 판, 하나 이상의 2극 판, 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있다.
복수의 전극 판은 하나 이상의 2극 판을 포함한다. 하나 이상의 2극 판은 복수의 2극 판을 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같은 복수는, 하나 초과의 판이 존재한다는 것을 의미한다. 2극 판은 2개의 대향 면을 가지는 시트 형태의 기재를 포함한다. 대향 면들 상에는 캐소드 및 애노드가 위치된다. 일부 실시예에서, 2극 판은 물품 내에서 적층체로 배열되고, 그에 따라 하나의 2극 판의 캐소드는 다른 2극 판 또는 단극 판의 애노드와 대면되고, 각각의 2극 판의 애노드는 2극 판 또는 단극 판의 캐소드와 대면된다. 물품에서, 공간이 인접 전극 판의 인접 애노드 및 캐소드 사이에 형성될 수 있다. 전극 판 사이의 공간은 분리부 및/또는 전해질을 포함할 수 있다. 존재하는 전극 판의 수는 배터리의 희망 전압을 제공하도록 선택될 수 있다. 2극 배터리 설계는 생산될 수 있는 전압의 탄력성을 제공한다.
복수의 전극 판은 하나 이상의 단극 판을 포함한다. 하나 이상의 단극 판은 복수의 단극 판을 포함할 수 있다. 하나 이상의 단극 판은 복수의 전극 판의 각각의 대향 단부에 위치되는 단극 판을 포함할 수 있다. 대향되는 단극 판들은 그 사이에 위치된 하나 이상의 2극 판을 포함할 수 있다. 하나 이상의 단극 판은 하나 이상의 단부 판에 인접하여 위치될 수 있거나, 그 일부일 수 있거나, 하나 이상의 단부 판일 수 있다. 예를 들어, 단극 판의 각각은 인접 단부 판과 인접 2극 판 사이에 위치될 수 있다. 하나 이상의 단극 판은 하나 이상의 단부 판에 부착될 수 있다. 하나 이상의 단극 단부 판은 주변부 주위, 내부, 또는 모두에서 하나 이상의 단부 판에 부착될 수 있다. 하나 이상의 단극 판은 하나 이상의 2극 판에서 이용되는 것과 동일한 기재 및 애노드 및 캐소드로 제조될 수 있다. 애노드 또는 캐소드에 대향되는 및/또는 단부 판에 대면되는 단극 판의 표면 또는 측면은 기재의 노출 표면일 수 있다.
하나 이상의 전극 판은 하나 이상의 기재를 포함할 수 있다. 하나 이상의 기재는; 인접하는 전기화학적 셀들 사이의 전해질의 유동을 방지하기 위한 셀 구획부로서; 배터리의 외측 표면 상에 있을 수 있는 2극 판의 연부 주위에 전해질-누출 방지 밀봉부를 형성하기 위해서 다른 배터리 구성요소와 협력하는; 그리고 일부 실시예에서 하나의 표면으로부터 다른 표면으로 전자를 전달하기 위한, 캐소드 및/또는 애노드를 위한 구조적 지지부를 제공하는 기능을 한다. 기재는 기능 또는 배터리 화학물질에 따라 다양한 재료로 형성될 수 있다. 기재는 희망 2극성 전극 판의 백본(backbone)을 제공하기 위한 충분히 구조적 강건성을 가지고, 배터리 구성에서 이용되는 임의의 전도성 재료의 융점을 초과하는 온도를 견딜 수 있으며, 기재가 전해질과의 접촉시에 열화(劣化)되지 않도록 전해질(예를 들어, 황산 용액)과 접촉하는 동안 높은 화학적 안정성을 가지는 재료로 형성될 수 있다. 기재는 적절한 재료로 형성될 수 있고 및/또는 기재의 하나의 표면으로부터 대향 기재 표면으로 전기를 전달할 수 있게 하는 방식으로 구성될 수 있다. 기재 판은 전기 전도성 재료, 예를 들어 금속 재료로 형성될 수 있거나, 전기 비전도성 재료로 형성될 수 있다. 예시적인 비전도성 재료는; 열경화성 중합체, 탄성중합체, 또는 열가소성 중합체, 또는 그 임의 조합과 같은 중합체를 포함한다. 비전도성 기재는 내부에 또는 그 상부에 구성되는 전기 전도성 특징부를 가질 수 있다. 이용될 수 있는 중합체 재료의 예에는 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리에틸렌(폴리에틸렌 테레프탈레이트, 고밀도 폴리에틸렌 및 저밀도 폴리에틸렌 포함), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 바이오-기반 플라스틱/생체중합체(예를 들어, 폴리락트산), 실리콘, 아크릴로 니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 또는 PC/ABS(폴리카보네이트와 아크릴로 니트릴 부타디엔 스티렌의 혼합물)와 같은 그 임의의 조합이 포함될 수 있다. 복합 기재가 이용될 수 있고, 복합체는 당업계에 일반적으로 공지된 섬유 또는 충진재와 같은 보강 재료, 열경화성 코어 및 열경화성 중합체의 주변부 주위의 열가소성 외피 또는 열가소성 연부와 같은 2개의 상이한 중합체 재료, 또는 비전도성 중합체 내에 배치된 전도성 재료를 포함할 수 있다. 기재는, 결합 가능한, 바람직하게 용융 결합 가능한 열가소성 재료를 판의 연부에 포함하거나 가질 수 있다.
하나 이상의 기재는 전극 판의 적층 및 전기화학적 셀의 형성을 돕기 위해서 주변부 주위에 상승 연부를 가질 수 있다. 본 문맥에서 사용된 바와 같은 상승 연부는, 판의 2개의 대향 표면 중 적어도 하나 상의 상승 연부를 의미한다. 상승 연부는 다른 기재 재료 주위에 형성된 열가소성 연부 부분을 포함할 수 있다. 상승 연부는 본원에서 설명된 바와 같은 분리부 판으로서 기능할 수 있다. 기재 또는 기재의 주변부는 비전도성 재료일 수 있고, 열가소성 재료일 수 있다. 하나 이상의 기재는 프레임을 포함할 수 있다. 프레임은 상승 연부를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 기재 주위의 또는 기재에 통합된 프레임은 열가소성 재료와 같은 비전도성 재료로 이루어질 수 있다. 비전도성 재료의 이용은 배터리 적층체 외측의 밀봉을 향상시킨다.
하나 이상의 전극 판은 전술한 바와 같은 하나 이상의 부착 메커니즘을 포함할 수 있다.
전극 판의 하나 이상이 캐소드를 포함할 수 있다. 캐소드는, 배터리 내에서 캐소드로서 기능할 수 있는 임의 재료일 수 있고, 배터리 내에서 일반적으로 사용되는 임의 형태일 수 있다. 2극 판은, 애노드가 피착된 표면에 대향되고 다른 2극 판 또는 단극 판의 애노드에 대향되는 표면 상에서, 캐소드를 포함할 수 있다. 단극 판은, 캐소드 또는 애노드가 없는 표면에 대향되는 표면, 단부 판에 인접한 표면에 대향되는 표면, 또는 그 모두에 피착된 캐소드를 가질 수 있다. 캐소드는 또한 양의 활성 재료로 지칭될 수 있다. 양의 활성 재료는 리튬 이온, 니켈 금속 수소화물 또는 납산 이차전지에서 일반적으로 사용되는 리튬, 납, 탄소 또는 전이 금속의 복합 산화물, 황산염 화합물 또는 인산 화합물을 포함할 수 있다. 복합 산화물의 예에는 LiCoO2와 같은 Li/Co계 복합 산화물, LiNiO2와 같은 Li/Ni계 복합 산화물, 스피넬 LiMn2O4와 같은 Li/Mn계 복합 산화물, 및 LiFeO2와 같은 Li/Fe계 복합 재료가 포함된다. 전이 금속 및 리튬의 예시적인 인산염 화합물 및 황산염 화합물은 LiFePO4, V2O5, MnO2, TiS2, MoS2, MoO3, PbO2, AgO, NiOOH 및 기타를 포함한다. 캐소드 재료는, 캐소드 재료가 전기화학적 셀 내에서 캐소드로서 기능할 수 있게 하는 임의 형태일 수 있다. 예시적인 형태는 형성된 부분, 페이스트 형태, 미리-제조된 시트 또는 막을 포함한다. 납산 배터리의 경우에, 바람직한 캐소드 재료는 이산화납(PbO2)이다.
하나 이상의 전극 판이 애노드를 포함할 수 있다. 애노드는, 배터리 내에서 애노드로서 기능할 수 있는 임의 재료일 수 있고, 배터리 내에서 일반적으로 사용되는 임의 형태일 수 있다. 2극 판은, 캐소드가 피착된 표면에 대향되고 다른 2극 판 또는 단극 판의 캐소드에 대향되는 표면 상에서, 애노드를 포함할 수 있다. 단극 판은, 캐소드 또는 애노드가 없는 표면에 대향되는 표면, 단부 판에 인접한 표면에 대향되는 표면, 또는 그 모두에 피착된 애노드를 가질 수 있다. 애노드는 또한 음의 활성 재료로 지칭될 수 있다. 애노드 재료는, 납산, 니켈 금속 수소화물 및 리튬 이온 배터리를 포함하는 이차전지에서 이용되는 임의 재료를 포함할 수 있다. 애노드 구축에 유용한 예시적인 재료는 납, (티타늄 산화물 또는 티타늄 및 리튬의 복합 산화물과 같은) 탄소 또는 리튬 및 전이 금속의 복합 산화물, 및 기타를 포함한다. 납산 배터리를 위한 애노드 재료는 스펀지 납일 수 있다. 캐소드 재료는, 캐소드 재료가 전기화학적 셀 내에서 캐소드로서 기능할 수 있게 하는 임의 형태일 수 있다. 예시적인 형태는 형성된 부분, 페이스트 형태, 미리-제조된 시트 또는 막을 포함한다. 페이스트 조성물은, 보강을 위한 플록(floc) 또는 유리 섬유, 페이스트 안정성을 위한 다양한 리가노-유기 화합물(ligano-organic compound), 및 특히 음의 활성 재료를 위한 탄소와 같은 전도성 첨가제를 포함하는 많은 수의 유리한 첨가제를 포함할 수 있다. 납산 배터리의 경우에, 애노드 재료의 바람직한 형태는 스펀지 납이다. 애노드 및 캐소드는, 셀을 포함하는 회로가 일단 형성되면, 함께 작용하여 전기화학적 셀로서 기능하도록 선택된다.
물품은 하나 이상의 전기화학적 셀을 포함할 수 있다. 전기화학적 셀은 대향 애노드 및 캐소드 쌍을 사이에 가지는 대향 전극 판의 쌍에 의해서 형성될 수 있다. 하나 이상의 전기화학적 셀이 밀봉될 수 있다. 전기화학적 셀의 (즉, 대향 애노드 및 캐소드 쌍 사이의) 공간이 전해질을 포함할 수 있다. 전기화학적 셀은, 폐쇄된 전기화학적 셀을 형성할 수 있는, 하나 이상의 채널, 전극 판의 하나 이상의 연부, 또는 그 모두의 주위에 형성된 하나 이상의 밀봉부를 통해서 밀봉될 수 있다. 폐쇄된 전기화학적 셀은 셀의 누출 및 단락을 방지하기 위해서 주변 분위기로부터 밀봉될 수 있다.
물품이 전해질을 포함할 수 있다. 전해질은 전자 및 이온이 애노드와 캐소드 사이에서 유동하게 할 수 있다. 전해질은 전기화학적 셀 내에 위치될 수 있다. 하나 이상의 전기화학적 셀이 밀봉될 수 있음에 따라, 전해질이 액체 전해질일 수 있다. 전해질은, 애노드 및 캐소드의 이용으로 전기화학적 반응을 촉진하는 임의의 액체 전해질일 수 있다. 전해질은 수계 또는 유기계일 수 있다. 본원에서 유용한 유기계 전해질은 유기 용매 내에 용해된 전해질 염을 포함한다. 리튬 이온 이차전지에서, 리튬이 전해질 염 내에 포함될 것이 요구된다. 리튬-함유 전해질 염의 경우에, 예를 들어, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiSO3CF3 및 LiN(CF3SO2)2가 이용될 수 있다. 이러한 전해질 염은 단독으로 또는 둘 이상이 조합되어 이용될 수 있다. 유기 용매는 분리부, 캐소드 및 애노드, 그리고 전해질 염과 양립될 수 있어야 한다. 고전압이 인가될 때에도 분해되지 않는 유기 용매를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트 및 에틸 메틸 카보네이트와 같은 카보네이트; 테트라히드로푸란(THF) 및 2-메틸테트라히드로푸란과 같은 환상 에테르; 1,3-디옥솔란 및 4-메틸디옥솔란과 같은 환상 에스테르; γ-부티로락톤과 같은 락톤; 술포란; 3-메틸술폴란; 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 에톡시메톡시메탄 및 에틸디글림을 이용하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 용매는 단독으로 또는 둘 이상이 조합되어 이용될 수 있다. 액체 전해질 내의 전해질의 농도는 바람직하게 0.3 내지 5 mol/l 이어야 한다. 일반적으로, 전해질은 1 mol/l 부근에서 가장 큰 전도도를 나타낸다. 액체 전해질은 바람직하게 전해질의 30 내지 70 중량%, 및 특히 40 내지 60 중량%에 상당하여야 한다. 수성 전해질은 셀의 기능을 향상시키는 산 또는 염을 물 내에 포함한다. 바람직한 염 및 산은 황산, 황산 나트륨 또는 황산 칼륨 염을 포함한다. 염 및 산은 셀의 동작을 돕기 위한 충분한 양으로 존재한다. 농도는 전해질의 중량을 기초로 약 0.5 중량% 이상, 약 1.0 중량% 이상 또는 약 1.5 중량% 이상일 수 있다. 납산 배터리 내의 바람직한 전해질은 물 내의 황산이다. 전해질은 전기화학적 셀의 분리부를 통과할 수 있다.
물품은 하나 이상의 분리부를 포함할 수 있다. 하나 이상의 분리부는 전기화학적 셀을 구획하기 위한(즉, 전기화학적 셀의 캐소드를 전기화학적 셀의 애노드로부터 분리하기 위한); 수지상 형상으로 인한 셀의 단락을 방지하기 위한; 액체 전해질, 이온, 전자 또는 이러한 요소의 임의 조합이 통과할 수 있게 하는 기능을 위한; 또는 그 임의 조합을 위한 기능을 할 수 있다. 인용된 기능의 하나 이상을 실시하는 임의의 공지된 배터리 분리부는 본 발명의 조립체 내에서 이용될 수 있다. 하나 이상의 분리부는 전기화학적 셀의 애노드와 캐소드 사이에 위치될 수 있다. 하나 이상의 분리부는, 2극 판들 사이 또는 2극 판과 단극 판 사이를 포함하는, 인접 전극 판들의 쌍 사이에 위치될 수 있다. 분리부는 다공성 중합체 막, 유리 매트, 다공성 고무, 이온적으로 전도적인 겔 또는 목재와 같은 천연 재료, 및 기타와 같은 비전도성 재료로 제조될 수 있다. 분리부는, 전해질, 이온, 전자 또는 그 조합이 분리부를 통과할 수 있게 하는, 분리부를 통한 기공 또는 구불구불한 경로를 포함할 수 있다. 분리부로서 유용한 예시적인 재료들 중에는 흡수성 유리 매트, 및 다공성 초고분자량 폴리올레핀 박막, 및 기타가 있다. 분리부는 그 주변부 주위 및/또는 내부에서 하나 이상의 단부 판, 전극 판, 다른 분리부, 또는 그 임의 조합에 부착될 수 있다. 분리부는 하나 이상의 부착 메커니즘, 기둥, 또는 그 모두를 수용할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 단부 판의 적층체, 하나 이상의 전극 판, 및/또는 하나 이상의 분리부를 통해서 연장되는 하나 이상의 부착 메커니즘 및/또는 기둥이 복수의 전극 판의 적층체 및 하나 이상의 분리부를 함께 유지할 수 있다. 하나 이상의 부착 메커니즘은 분리부의 주변부 주위에, 분리부의 프레임에 바로 인접하여, 프레임과 분리부의 개구부 사이에, 또는 그 임의 조합에 위치될 수 있다. 분리부는 인접한 캐소드 및 애노드의 면적 보다 큰 면적을 가질 수 있다. 분리부는 셀의 캐소드 부분을 셀의 애노드 부분으로부터 완전히 분리할 수 있다. 셀의 애노드 부분을 셀의 캐소드 부분으로부터 완전히 분리하기 위해서, 분리부의 연부는, 애노드 또는 캐소드가 배치되지 않을 수 있는 인접한 전극 판의 주변 연부와 접촉될 수 있다.
하나 이상의 분리부는 프레임을 포함할 수 있다. 프레임은 인접한 전극 판의 연부 또는 프레임과 합치되도록 그리고 전기화학적 셀과 배터리의 외측 사이에 밀봉을 형성하도록 기능할 수 있다. 프레임은 분리부에 부착되거나 그와 일체일 수 있다. 프레임은, 분리부를 프레임에 결합시키고 전해질 용액에의 노출을 견딜 수 있는 임의 수단을 이용하여, 분리부를 형성하는 시트의 주변부 주위에서 분리부에 부착될 수 있다. 예를 들어, 프레임은, 그러한 프레임을 분리부의 주변부 주위에서 접착 결합, 용융 결합 또는 몰딩하는 것에 의해서 부착될 수 있다. 프레임은 임의의 공지된 몰딩 기술, 예를 들어, 열형성, 사출 몰딩, 로토 몰딩(roto molding), 취입 몰딩, 압축 몰딩 및 기타에 의해서 제 위치에서 몰딩될 수 있다. 프레임은 사출 몰딩에 의해서 분리부 시트 주위에 형성될 수 있다. 프레임은, 전극 판을 위한 기재의 주변부 주위에 배치된 상승 연부에 합치되도록 구성된 상승 연부를 포함할 수 있다. 전극 판 기재 및 분리부의 프레임 중 하나 또는 그 모두 내의 상승 연부들이 합치되어, 배터리 적층체를 위한 공통 연부를 형성할 수 있고 전기화학적 셀과 배터리 외측 사이의 밀봉을 향상시킬 수 있다. 복수의 전극 판 및 하나 이상의 분리부의 연부 주위를 밀봉하여, 전기화학적 셀로부터의 전해질 및 방출 기체의 누출을 방지하기 위해서, 단락 방지를 위해 전기화학적 셀을 격리시키기 위해서, 물품은, 본 출원인이 소유하고 전체가 참조로 포함되는 미국 특허 공개 제2010/0183920호, 제2014/0349147호, 제2015/0140376호, 및 제2016/0197373호에서 개시된 바와 같은 내골격 또는 외골격 밀봉 시스템을 이용하여 밀봉될 수 있다.
분리부는 하나 이상의 삽입체 및/또는 돌기를 가질 수 있다. 삽입체 및/또는 돌기가 분리부 내로 통합될 수 있다. 하나 이상의 삽입체 및/또는 돌기가 하나 이상의 전극 판, 단부 판, 또는 그 모두의 하나 이상의 삽입체 및/또는 돌기와 정렬될 수 있다. 하나 이상의 삽입체 및/또는 돌기가 하나 이상의 전극 판, 단부 판, 및/또는 분리부를 통과하는 (즉, 적층체를 통과하는) 하나 이상의 채널을 형성할 수 있다. 하나 이상의 삽입체 및/또는 돌기는 임의의 공지된 수단에 의해서 형성될 수 있고, 바람직하게 사출 몰딩에 의해서, 바람직하게 제 위치에서 몰딩된다. 분리부가 삽입체 및/또는 돌기 그리고 프레임 모두를 가지는 경우에, 예를 들어 사출 몰딩에 의해서, 그 부분들이 하나의 단계에서 몰딩될 수 있다. 하나 이상의 분리부의 삽입체 및/또는 돌기가 하나 이상의 분출 홀을 포함할 수 있다. 하나 이상의 분출 홀은 선택된 유체가 하나 이상의 전기화학적 셀로부터 하나 이상의 채널로 연통될 수 있게 한다. 각각의 전기화학적 셀이 독립적으로 전기화학적으로 형성될 수 있다.
복수의 전극 판 및/또는 분리부는 하나 이상의 개구부를 포함할 수 있다. 개구부는 하나 이상의 채널을 형성하기 위한, 하나 이상의 밀봉부를 수용하기 위한, 하나 이상의 전극 판을 하나 이상의 단부 판에 부착하기 위한, 또는 그 임의 조합 위한 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 개구부는 전극 판 및 분리부 내에 형성될 수 있다. 전극 판의 하나 이상의 개구부는 하나 이상의 단부 판, 하나 이상의 다른 전극 판, 기재, 또는 그 임의 조합의 하나 이상의 개구부와 정렬될 수 있다(즉, 실질적으로 동심적일 수 있다). 하나 이상의 개구부는 물품의 길이를 가로질러 횡방향으로 정렬될 수 있다. 횡방향은 물품의 길이방향 축에 실질적으로 평행할 수 있다. 횡방향은, 캐소드 및/또는 애노드가 피착될 수 있는 기재의 대향 표면들에 실질적으로 수직일 수 있다. 개구부는 가공될 수 있고(예를 들어, 밀링될 수 있고), (예를 들어, 몰딩 또는 성형 작업에 의해서) 기재의 제조 중에 형성될 수 있고, 또는 달리 제조될 수 있다. 개구부는 직선형 및/또는 매끄러운 내부 벽 또는 표면을 가질 수 있다. 기재 내에 형성된 개구부의 크기 및 빈도수는 배터리의 비저항에 영향을 미칠 수 있다. 하나 이상의 개구부는 기둥을 관통 수용할 수 있는 직경을 가질 수 있다. 개구부는 약 0.2 mm 이상, 약 1 mm 이상, 약 2 mm 이상, 또는 심지어 약 5 mm 이상의 직경을 가질 수 있다. 개구부는 약 30 mm 이하, 약 25 mm 이하, 또는 심지어 약 20 mm 이하의 직경을 가질 수 있다. 전극 판 및/또는 기재의 하나 이상의 개구부는 동일한 전극 판 및/또는 기재의 하나 이상의 다른 개구부 보다 큰 직경을 가질 수 있다. 하나의 개구부가 다른 개구부보다 대략적으로 적어도 약 1.5배, 적어도 약 2배, 또는 심지어 적어도 약 2.5배 더 클 수 있다. 하나의 개구부가 다른 개구부보다 약 4배 이하, 약 3.5배 이하, 또는 심지어 약 3배 이하로 더 클 수 있다. 개구부는 적어도 cm2당 약 0.02개의 개구부의 밀도를 가지도록 형성될 수 있다. 개구부는 cm2당 약 4개 미만의 개구부의 밀도를 가지도록 형성될 수 있다. 개구부는 cm2당 2.0개의 개구부 내지 cm2당 약 2.8개의 개구부의 밀도를 가지도록 형성될 수 있다.
하나 이상의 단부 판, 전극 판, 및/또는 기재의 하나 이상의 개구부는 전기 전도성 재료, 예를 들어 금속-함유 재료로 충진될 수 있다. 전기 전도성 재료는 기재의 열적 열화 온도 미만의 온도에서 상 변태가 이루어지는 재료일 수 있고, 그에 따라, 상 변태 온도 미만인 배터리 조립체의 동작 온도에서, 유전체 기재가 기재의 제1 표면과 제2 표면 사이에서 재료 혼합물을 통한 전기 전도성 경로를 갖는다. 또한, 상 변태 온도 초과의 온도에서, 전기 전도성 재료 혼합물은 상 변태를 겪고, 그러한 상 변태는 전기 전도성 경로를 통한 전기 전도를 불가능하게 한다. 예를 들어, 전기 전도성 재료는, 예를 들어 납, 주석, 니켈, 아연, 리튬, 안티몬, 구리, 비스무트, 인듐 또는 은의 적어도 하나 또는 임의의 둘 이상의 혼합물을 포함하는, 땜납 재료일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 전기 전도성 재료는 어떠한 납도 실질적으로 포함하지 않을 수 있거나(즉, 기껏해야 미량의 납을 포함할 수 있거나), 기능적으로 동작하는 양의 납을 포함할 수 있다. 재료는 납 및 주석의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 대부분의 주석 및 적은 부분의 납(예를 들어, 약 55 내지 약 65 중량부(parts by weight)의 주석 및 약 35 내지 약 45 중량부의 납)을 포함할 수 있다. 재료는, 약 240 ℃ 미만, 약 230 ℃ 미만, 약 220 ℃ 미만, 약 210 ℃ 미만, 또는 심지어 약 200 ℃ 미만(예를 들어, 약 180 내지 약 190 ℃ 범위 이내)의 용융 온도를 나타낼 수 있다. 재료는 공정 혼합물을 포함할 수 있다. 개구부를 충진하기 위한 전기 전도성 재료로서 땜납을 이용하는 것의 특징은, 연속적인 배터리 동작에 안전하지 않을 수 있는 온도에서 용융되도록, 사용되는 땜납의 유형에 따라, 재단될 수 있는 규정된 용융 온도를 땜납이 갖는다는 것이다. 땜납이 용융되면, 용융된 땜납을 포함하는 기재 개구부는 더 이상 전기 전도적이 아니고 전극 판 내에서 개방 회로가 초래된다. 개방 회로는 2극 판 배터리 내의 저항을 크기 증가시키도록 동작될 수 있고, 그에 의해서 추가적인 전기 흐름을 중단시키고 배터리 내의 안전하지 못한 반응을 차단한다. 따라서, 개구부를 충진하기 위해서 선택된 전기 전도성 재료의 유형은, 배터리 내에서 그러한 내부 차단 메커니즘을 포함할 것이 요구되는지의 여부, 및 그러한 것이 요구되는 경우에 그러한 내부 차단의 실시가 어떠한 온도에서 요구되는지에 따라 달라질 수 있다. 미리 결정된 조건을 초과하는 동작 조건의 경우에, 기재를 통한 전기 전도를 방해하는 것에 의해서 기재가 배터리의 동작을 불가능하게 만드는 기능을 하도록 기재가 구성될 것이다. 예를 들어, 유전체 기재 내의 전기 전도성 재료 충진 홀에서 상 변태를 발생될 것이고(예를 들어, 용융될 것이고), 그에 따라 기재에 걸친 전기 전도가 중단된다. 그러한 중단의 정도는 기재를 통한 전기 전도의 기능을 부분적으로 또는 심지어 전체적으로 불가능하게 하는 것일 수 있다.
물품은 하나 이상의 채널을 포함할 수 있다. 하나 이상의 채널은 하나 이상의 분출, 충진 및/또는 냉각 채널로서 기능할 수 있고; 하나 이상의 기둥을 수용하고, 하나 이상의 기둥을 배터리 조립체의 내부 전체를 통해서 분산시킬 수 있으며; 액체 전해질이 하나 이상의 기둥 또는 다른 구성요소와 접촉되지 않게 할 수 있고; 또는 그 임의 조합일 수 있다. 하나 이상의 채널은 정렬된 하나 이상의 단부 판, 전극 판, 및/또는 분리부의 하나 이상의 개구부에 의해서 형성될 수 있다. 하나 이상의 채널은 하나 이상의 통합된 채널로서 지칭될 수 있다. 하나 이상의 채널은 하나 이상의 전기화학적 셀을 통과할 수 있고, 또한 액체 전해질을 통과하는 것을 포함할 수 있다. 채널은 전해질 및 동작 중에 발생되는 기체가 채널에 진입하는 것을 방지하기 위해서 밀봉될 수 있다. 이러한 목적을 달성하는 임의 밀봉 방법이 이용될 수 있다. 하나 이상의 단부 판, 전극 판, 및 분리부의, 삽입체 및/또는 돌기와 같은, 하나 이상의 밀봉부가 하나 이상의 채널과 상호 결속되고 둘러싸서 액체 전해질이 하나 이상의 채널 내로 누출되는 것을 방지할 수 있다. 하나 이상의 채널이 횡방향으로 물품을 통과하여 하나 이상의 횡방향 채널을 형성할 수 있다. 채널의 크기 및 형상은, 하나 이상의 기둥을 수용할 수 있게 하는 임의 크기 또는 형상일 수 있다. 채널의 형상은 둥근형, 타원형 또는 다각형, 예를 들어 정사각형, 직사각형, 육각형, 그리고 기타일 수 있다. 하나 이상의 기둥을 수용하는 채널의 크기는 사용되는 기둥을 수용하도록 선택된다. 채널의 직경은 하나 이상의 채널을 형성하기 위해서 정렬되는 개구부들의 직경과 같을 수 있다. 하나 이상의 채널은, 형성된 채널 내에 기둥이 배치될 수 있도록, 유체가 냉각을 위해서, 및/또는 분출 및 충진을 위해서 채널을 통해서 전달될 수 있도록 배열되는 구성요소 내의 일련의 개구부를 포함한다. 전해질 및 동작 중에 발생되는 기체의 누출을 방지하기 위해서 그리고 동작 중에 발생되는 압축력이 개별적인 전기화학적 셀을 위한 구성요소 및 밀봉을 손상시키는 것을 방지하기 위해서, 단부 판 및 단부 판의 연부, 전극 판, 및 기재를 지지하도록 채널의 수가 선택된다. 동작 중에 발생되는 압축력을 분산시키기 위해서, 복수의 채널이 존재할 수 있다. 채널의 수 및 설계는 밀봉부의 피로 강도를 초과하는 연부-응력 힘을 최소화하기에 충분하다. 동작 중에 발생되는 압축력을 분산시키기 위해서, 복수의 채널의 위치가 선택된다. 채널은 보다 양호한 응력 관리를 위해서 적층체를 통해서 균일하게 분포될 수 있다. 복수의 채널은 약 2 mm 이상, 약 4 mm 이상 또는 약 6 mm 이상의 횡단면 크기를 가질 수 있다. 채널의 횡단면 크기의 상한선은 실용적인 것이며, 크기가 너무 크면 조립체의 효율이 감소된다. 채널은 약 30 mm 이하, 약 25 mm 이하, 또는 심지어 약 20 mm 이하의 횡단면 크기를 가질 수 있다.
물품은 하나 이상의 채널과 하나 이상의 기둥 사이에 밀봉부를 포함할 수 있다. 하나 이상의 밀봉부는 채널 내, 채널의 외부 주위 및/또는 기둥의 주위에 위치될 수 있다. 밀봉부는, 전해질 및 동작 중에 발생되는 기체가 전기화학적 셀로부터 누출되는 것을 방지하는, 임의 재료를 포함 또는 형성할 수 있다. 밀봉부는 단부 판, 전극 판, 및/또는 분리부 내의 또는 채널 내에 삽입된 박막, 슬리브 또는 일련의 합치된 삽입체 및/또는 돌기일 수 있다. 박막이 탄성중합체일 수 있다. 채널은 판 및/또는 분리부 내로 삽입되거나 통합된, 일련의 슬리브, 부싱, 삽입체 및/또는 돌기에 의해서 형성될 수 있다. 삽입체 및/또는 돌기는 압축되거나 서로 상호 결속되어 채널을 따른 누출 방지 밀봉부를 형성할 수 있다. 삽입체 및/또는 돌기는, 예를 들어 제 위치에 몰딩하는 것에 의해서, 전극 판 및/또는 분리부 내의 제 위치에 형성될 수 있다. 삽입체 및/또는 돌기가 사출 몰딩에 의해서 제 위치에 몰딩될 수 있다. 밀봉부는, 전해질에의 노출, 전기화학적 셀의 동작 조건, 및 기둥을 삽입하는 것에 의해서 또는 채널 내의 기둥에 의해서 가해지는 힘을 견딜 수 있는 임의 재료로 제조될 수 있다. 바람직한 중합체 재료는 기둥 및 기재에 유용한 것으로 설명된 것이다. 밀봉부는 2극 판 및 단극 판 사이에 배치된 슬리브, 삽입체, 또는 부싱에 의해서 형성될 수 있다. 슬리브 또는 삽입체는 비교적 강성일 수 있고, 부싱은 일반적으로 탄성중합체일 것이다. 삽입체, 돌기, 슬리브 및/또는 부싱은 2극 판 및 단극 판 및/또는 분리부 내의 만입부 내에 끼워맞춤되도록 또는 하나 이상의 채널을 생성하는 판의 개구부 내로 삽입되는 단부를 가지도록 구성될 수 있다. 돌기, 삽입체, 슬리브 및/또는 부싱을 위한 합치 만입부를 포함하도록 이중 극, 2극 및 단극 판이 형성되거나 가공될 수 있다. 돌기, 삽입체, 슬리브, 또는 부싱을 가지는 판의 적층체의 조립체가 억지 끼워맞춤을 생성하여 채널을 효과적으로 밀봉할 수 있다. 대안적으로, 돌기, 삽입체, 슬리브 및/또는 부싱이 판에 용융 결합되거나 접착 결합되어 접합부에서 밀봉부를 형성할 수 있다. 대안적으로, 돌기, 삽입체, 슬리브 및/또는 부싱은, 채널을 밀봉하는 기능을 하는 코팅으로 내측에 코팅될 수 있다. 전술한 기둥은 채널을 밀봉하는 기능을 할 수 있다. 이러한 밀봉 해결책의 조합이 단일 채널 내에서 또는 상이한 채널들 내에서 이용될 수 있는 것으로 생각된다. 이중 극, 단극 판 및 2극 판을 포함하는, 판의 적층체의 구성요소는 바람직하게 동일한 형상 및 공통 연부를 갖는다. 이는 연부의 밀봉을 돕는다. 분리부가 존재하는 경우에, 횡방향 채널의 형성 또는 생성을 수용하기 위해서, 분리부는 일반적으로 전극 판과 유사한 구조를 갖는다. 다른 실시예에서, 밀봉부는 볼트와 횡방향 채널 사이에 주입된, 에폭시, 폴리우레탄, 또는 아크릴 중합체와 같은, 열경화성 중합체일 수 있다. 하나 이상의 채널은, 하나 이상의 전극 판 및/또는 하나 이상의 분리부 내의 개구부에 결합되고, 개구부 내에 결합되며 및/또는 개구부와 일체인, 삽입체, 돌기, 슬리브 및/또는 부싱에 의해서 형성될 수 있다. 하나 이상의 채널 내의 하나 이상의 기둥은, 밀봉된 통로를 형성하기 위해서 삽입체, 홀, 돌기, 슬리브 및/또는 부싱을 제 위치에서 유지하기에 충분한 압력을 인가할 수 있다. 하나 이상의 채널은 하나 이상의 전극 판 및 하나 이상의 분리부에 결합되고 및/또는 통합된 삽입체 및/또는 돌기로 형성될 수 있다. 하나 이상의 기둥은, 접착 결합에 의해서 또는 열가소성 중합체의 융합에 의해서 또는 그 모두에 의해서, 배터리의 하나 이상의 삽입체, 돌기 및/또는 기재에 결합될 수 있다. 삽입체 및/또는 돌기는 억지 끼워맞춤에 의해서 하나 이상의 전극 판 및/또는 분리부에 삽입될 수 있거나 접착제에 의해서 제 위치에 결합될 수 있다. 하나 이상의 분리부 내의 삽입체 및/또는 돌기는, 하나 이상의 전기화학적 셀 및 하나 이상의 채널 사이의 연통을 허용할 수 있는 하나 이상의 분출 홀을 포함할 수 있다. 하나 이상의 분출 홀은 하나 이상의 전기화학적 셀로부터 하나 이상의 채널로 기체가 전달되게 할 수 있고 하나 이상의 액체(즉, 전해질)가 하나 이상의 전기화학적 셀로부터 하나 이상의 채널로 전달되는 것을 방지할 수 있다.
물품이 박막을 포함할 수 있다. 박막은 하나 이상의 단부 판, 복수의 전극 판, 하나 이상의 분리부, 하나 이상의 채널, 또는 그 임의 조합의 연부 주위를 밀봉하는 기능을 할 수 있다. 박막은, 단부 판, 전극 판, 및 분리부의 연부를 밀봉하고 하나 이상의 전기화학적 셀을 격리시키는 임의 수단에 의해서 하나 이상의 단부 판, 복수의 전극 판, 및/또는 하나 이상의 분리부의 연부에 결합될 수 있다. 예시적인 결합 방법은 접착 결합, 용융 결합, 진동 용접, RF 용접, 및 마이크로파 용접 등을 포함한다. 박막은 중합체 재료의 시트일 수 있고, 그러한 재료는 단부 판, 단극 판, 및 2극 판의 연부를 밀봉할 수 있고, 전해질에의 노출 및 배터리 조립체가 내부적 및 외부적으로 노출되는 조건을 견딜 수 있다. 전극 판의 기재에 유용한 동일한 재료가 박막을 위해서 이용될 수 있다. 박막은, 단극 판 및 2극 판의 기재 주위에 용융 결합될 수 있고, 진동 용접될 수 있고, 또는 몰딩될 수 있는 열가소성 중합체일 수 있다. 동일한 열가소성 중합체가 단극 및 2극 기재 및 박막을 위해서 이용될 수 있다. 예시적인 재료는 폴리우레탄, 폴리프로필렌, ABS, 및 폴리에스테르이고, ABS가 가장 바람직하다. 박막은 그러한 박막이 결합되는 적층체의 측면의 크기를 가질 수 있고, 박막은 적층체의 각각의 측면에 결합된다. 인접 박막들의 연부가 밀봉될 수 있다. 연부는 접착제, 용융 결합, 또는 몰딩 프로세스를 이용하여 밀봉될 수 있다. 박막은 적층체의 전체 주변부 주위를 감싸는 하나의 단일 시트를 포함할 수 있다. 박막의 선행 연부, 적층체와 접촉되는 제1 연부, 및 적층체의 후행 연부, 적용된 박막 시트의 단부가 서로 결합되어 밀봉부를 완성할 수 있다. 이는 접착제의 이용, 용융 결합 또는 몰딩 프로세스에 의해서 실시될 수 있다. 용융 결합에서, 박막의 표면 및/또는 적층체의 연부는, 하나의 또는 2개 모두의 표면이 용융되는 조건에 노출되고 이어서 표면이 용융되는 동안 박막 및 적층체의 연부가 접촉된다. 박막 및 적층체의 연부는 표면이 응고됨에 따라 결합되어, 구성요소를 함께 밀봉할 수 있는 결합을 형성한다. 박막은 박막 재료의 연속적인 시트로부터 취해지고 희망 길이로 절단될 수 있다. 박막의 폭은 단극 판 및 2극 판의 적층체의 높이와 합치될 수 있다. 박막은 단극 및 2극 시트의 적층체의 연부를 밀봉하여 셀들을 격리하기에 충분한 두께를 갖는다. 박막은 또한 적층체의 연부를 둘러싸는 보호 케이스로서 기능할 수 있다. 박막은 약 1 mm 이상, 약 1.6 mm 이상 또는 약 2 mm 이상의 두께를 가질 수 있다. 박막은 약 5 mm 이하, 약 4 mm 이하 또는 약 2.5 mm 이하의 두께를 가질 수 있다. 박막이 적층체의 연부에 결합될 때, 전해질에의 노출 및 셀의 동작 조건을 견딜 수 있는 임의 접착제가 이용될 수 있다. 예시적인 접착제는 플라스틱 시멘트, 에폭시, 시아노아크릴레이트 접착제 또는 아크릴레이트 수지이다. 대안적으로, 박막은 열가소성 또는 열경화성 재료를 전극 판의 적층체의 일부 또는 전부 주위에 몰딩하는 것에 의해서 형성될 수 있다. 열형성, 반응 사출 몰딩, 사출 몰딩, 로토 몰딩, 취입 몰딩, 및 압축 몰딩 등 포함하는 임의의 공지된 몰딩 방법이 이용될 수 있다. 박막은 전극 판의 적층체의 일부 또는 전부 주위에 박막을 사출 몰딩하는 것에 의해서 형성될 수 있다. 박막이 판의 적층체의 일부 주위에 형성되는 경우에, 박막은 전극 판의 연부 또는 및 분리부의 연부 주위에 형성될 수 있다.
물품은 하나 이상의 기둥을 포함할 수 있다. 하나 이상의 기둥은, 구성요소의 손상 또는 적층체의 구성요소의 연부들 사이의 밀봉의 파괴가 방지되도록 하는 방식으로 구성요소의 적층체를 함께 유지하는 기능, 분리부 재료에 걸친 균일한 압축을 보장하는 기능, 및 분리부 재료의 균일한 두께를 보장하는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 기둥은, 각각의 단부 판의 밀봉 표면과 같은, 대향 단부 판들의 외측 표면과 결합되는 중첩 부분을 각각의 단부에서 가질 수 있다. 중첩 부분은, 구성요소의 손상 또는 적층체의 구성요소의 연부들 사이의 밀봉의 파괴가 방지되도록 하는 방식으로 대향 단부 판들의 외측 표면 상에 압력을 인가하는 기능, 및 배터리 동작 중에 적층체의 팽출 또는 다른 변위를 방지하는 기능을 할 수 있다. 중첩 부분은 단부 판의 밀봉 표면과 접촉될 수 있다. 적층체는 단극 단부판 위에서 별개의 구조적 또는 보호용 단부-단편을 가질 수 있고, 중첩 부분은 구조적 또는 보호 단부-단편의 외측 표면과 접촉될 것이다. 중첩 부분은, 기둥과 함께 구성요소의 손상 또는 적층체의 구성요소의 연부들 사이의 밀봉의 파괴를 방지하는 임의 구조물일 수 있다. 예시적인 중첩 부분은 볼트 헤드, 너트, 몰딩된 헤드, 머리가 없는 못, 코터 핀(cotter pin), 샤프트 칼라, 및 기타를 포함한다. 기둥은 전체 적층체를 통과하기 위한 길이를 가지고, 그러한 길이는 배터리의 희망 용량을 기초로 변경된다. 기둥은 채널을 충진하기 위한 횡단면 형상 및 크기를 나타낼 수 있다. 기둥이 하나 이상의 채널과 억지 끼워맞춤을 형성하도록, 기둥은 하나 이상의 채널의 횡단면 크기보다 큰 횡단면 크기를 가질 수 있다. 전해질 및 동작 중에 발생되는 기체의 누출을 방지하기 위해서 그리고 동작 중에 발생되는 압축력이 개별적인 전기화학적 셀을 위한 구성요소 및 밀봉을 손상시키는 것을 방지하기 위해서, 그리고 밀봉부의 피로 강도를 초과하는 연부-응력 힘을 최소화하기 위해서, 단부 판 및 기재의 연부를 지지하는 기둥의 수가 선택된다. 동작 중에 발생되는 압축력을 분산시키기 위해서, 복수의 기둥이 존재할 수 있다. 하나 이상의 채널이 냉각 채널 또는 분출/충진 채널로서 이용되는 경우에, 기둥은 채널 보다 적을 수 있다. 예를 들어, 3개의 채널의 내부에 기둥이 위치된 4개의 채널이 있을 수 있고, 하나의 채널은 냉각, 분출, 및/또는 충진 채널로서 이용될 수 있다. 기둥은 필요 기능을 실시하는 임의 재료를 포함할 수 있다. 만약 기둥이 채널을 밀봉하기 위해서 이용된다면, 사용되는 재료는 셀의 동작 조건을 견디고, 전해질에 노출될 때 부식되지 않고, 셀의 동작 중에 발생되는 온도 및 압력을 견딜 수 있게 선택된다. 기둥이 밀봉 기능을 실시하는 경우에, 기둥은, 인용된 조건을 견딜 수 있는 중합체 또는 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 재료는 셀의 단락을 방지하기 위해서 비전도성이어야 한다. 기둥은 열경화성 중합체와 같은 중합체 재료 또는 열가소성 재료를 포함할 수 있다. 기둥은 열가소성 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 열가소성 재료는 ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체), 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 열가소성 폴리우레탄, 폴리올레핀, 합성 열가소성 수지, 폴리카보네이트, 및 기타를 포함한다. ABS가 가장 바람직하다. 채널이 별개로 밀봉되는 경우에, 기둥은, 희망 기능을 실시하기 위한 구조적 무결성을 가지는 임의 재료를 포함할 수 있다. 앞서서 인용된 중합체 재료, 세라믹 및 금속이 이용될 수 있다. 적합한 금속은 강, 알루미늄 황동, 구리 및 기타일 수 있다. 기둥은 몰딩된 기둥, 나사산형 기둥, 또는 하나 이상의 단부 부착부를 가지는 기둥을 포함할 수 있다. 기둥은 적층체의 일부, 예를 들어 기재, 채널 내의 삽입체 또는 돌기, 및 기타에 결합될 수 있다. 결합은 열가소성 재료와 같은 중합체 재료의 융합 또는 접착으로 형성될 수 있다. 그러한 부분이 나사 결합되는 경우에, 나사산형 기둥을 수용하도록 적층체의 구조적 부분이 나사 가공된다. 기둥은 일 단부 상에 헤드를 그리고 타 단부 상에 머리가 없는 못 또는 코터 핀을 위한 너트, 홀을 가질 수 있거나, 양 단부에서 머리가 없는 못 또는 코너 핀을 위한 너트, 홀을 가질 수 있다. 이는 일반적으로 비-몰딩형 기둥의 경우이다. 단축을 허용하나 연장은 허용하지 않는 일방향 래쳇팅 장치(ratcheting device)가 되게 하는 방식으로 기둥이 구성될 수 있다. 그러한 기둥은 제 위치에 놓일 수 있고, 이어서 적층체가 압축됨에 따라, 기둥이 단축되고 그에 따라 기둥은 적층체 상의 압력을 유지한다. 이러한 실시예에서, 기둥은, 그러한 기둥이 집 타이(zip tie) 유사 구조물의 일부로서 기능할 수 있게 하기 위한 래쳇팅을 돕는 융기부를 가질 수 있다. 합치 너트 및/또는 와셔가 기둥과 함께 이용되어, 제 위치에 있을 때 인접하는 판들을 압축할 수 있다. 너트 및/또는 와셔는 일 방향으로 기둥 위에서 진행되고, 융기부는 너트 및/또는 와셔가 기둥을 따라서 다른 방향으로 이동하는 것을 방지하기 위해서 존재할 수 있다. 사용 시에, 기둥 내의 홀은 인용된 기능을 실시하기 위해서 적절한 머리가 없는 못, 코터 핀, 및 기타를 가질 것이다. 만약 기둥이 몰딩된다면, 기둥은 별개로 또는 제 위치에 몰딩될 수 있다. 현장에서, 제 위치에 몰딩된다면, 용융된 플라스틱을 제 위치에서 유지하기 위해서, 밀봉부가 채널 내에 존재할 필요가 있다. 나사 결합되는 비전도성 기둥이 이용될 수 있고 필요 밀봉을 제공할 수 있다. 대안적으로, 미리-몰딩된 비전도성 중합체 기둥이, 채널을 밀봉하기 위한 방식으로 채널 내에서 억지 끼워맞춤을 형성하도록, 설계될 수 있다. 기둥은 몰딩에 의해서, 예를 들어 사출 몰딩에 의해서 제 위치에 형성될 수 있다.
물품은 하나 이상의 밸브를 포함할 수 있다. 하나 이상의 밸브는 배터리 조립체의 내부로부터 진공을 견인하기 위한, 배터리 조립체에 전해질을 충진하기 위한, 및/또는 동작 중에 배터리 조립체를 분출하기 위한 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 밸브는 압력 방출 밸브, 체크 밸브, 충진 밸브, 팝 밸브, 및 기타, 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 밸브는 단부 판, 전극 판, 분리부, 또는 그 임의 조합의 하나 이상의 개구부에 의해서 형성된 하나 이상의 채널에 연결될 수 있고 및/또는 그와 연통될 수 있다. 하나 이상의 밸브는, 관통 기둥을 가지는 또는 기둥이 없는 채널과 같은, 채널과 연통될 수 있다. 그러한 물품은 본원에서 참조로 포함된 US 2014/0349147에서 설명된 바와 같은 하나 이상의 밸브를 포함할 수 있다.
물품은 하나 이상의 단자를 포함할 수 있다. 하나 이상의 단자는 전기화학적 셀 내에서 생성된 전자를, 생성 전자를 이용하는 시스템에 전기 형태로 전달하는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 단자는 하나 이상의 단부 판, 하나 이상의 전극 판, 박막, 및/또는 케이스를 통과할 수 있다. 하나 이상의 단자는 단부 판으로부터 외측부까지 전극 판을 통과할 수 있거나, 단부 판의 평면에 본질적으로 평행한 조립체 주위의 케이스 또는 박막의 측면을 통과할 수 있다. 단자는 단극 판의 애노드 또는 캐소드의 극성에 합치된다. 단극 판의 캐소드 및 캐소드 전류 수집기를 가지는 하나 이상의 2극 판의 캐소드가 독립적인 양의 단자에 연결될 수 있다. 단극 판의 애노드 및 애노드 전류 수집기를 가지는 하나 이상의 2극 판의 애노드가 독립적인 음의 단자에 연결될 수 있다. 캐소드 전류 수집기들이 연결될 수 있고, 애노드 전류 수집기들이 병렬로 연결될 수 있다. 개별적인 단자가 박막으로 덮여 하나의 연결된 양의 단자 및 하나의 연결된 음의 단자 만을 노출시킬 수 있다.
조립체는 하나 이상의 전도성 단자의 쌍을 포함할 수 있고, 그러한 각각의 쌍은 양의 단자 및 음의 단자에 연결된다. 단자는 각각의 배터리 적층체를, 셀 내에서 생성된 전기를 이용하는 부하, 즉 본질적으로 시스템에 연결하도록 구성된다. 단자는 조립체 내의 전도성 도관과 접촉된다. 조립체는, 셀이 위험한 내부 압력에 도달하는 경우에 압력을 방출하기 위해서, 하나 이상의 셀을 위한 압력 방출 밸브를 포함할 수 있다. 압력 방출 밸브는, 배터리와 함께 사용되는 시스템을 손상시키는 방식의 재난적인 고장을 방지하도록 설계된다. 압력 방출 밸브가 일단 방출되면, 배터리는 더 이상 기능하지 않는다. 개시된 조립체는, 위험 압력에 도달할 때 또는 그 전에, 전체 조립체로부터 압력을 방출하는 단일 체크 밸브를 포함할 수 있다.
형성된 배터리를 보호하기 위해서, 밀봉된 적층체가 케이스 내에 배치될 수 있다. 대안적으로, 박막은 적층체의 단부의 단극 판 위의 보호 커버링과 함께 배터리를 위한 케이스로서 이용될 수 있다. 단극 판은 애노드 또는 캐소드에 대향되는 표면에 부착 또는 결합된 적절한 보호 커버를 가질 수 있다. 커버는 박막과 동일한 재료 또는 박막에 접착 결합되거나 용융 결합될 수 있는 재료일 수 있고, 박막에 대해서 인용된 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 만약 판의 단부에 부착된다면, 커버는 중첩 부분을 가지는 기둥을 포함하는 임의의 기계적인 부착으로 부착될 수 있다. 케이스는 전극 판의 적층체 및/또는 단극 판의 대향 측면들 주위에 박막을 몰딩하는 것에 의해서 형성될 수 있다.
개시된 조립체는 부하(load)에 부착되고, 셀을 포함하는 회로가 형성된다. 전자는 단자로 그리고 전기를 이용하는 부하, 즉 시스템으로 흐른다. 이러한 흐름은 셀이 전기를 생산할 수 있는 동안 유지된다. 만약 셀의 적층체가 완전히 방전된다면, 배터리는 부가적인 사용에 앞서서 충전 단계를 거칠 필요가 있다. 만약 2극 판을 위한 기재가 상 변태 온도 보다 낮은 배터리 조립체의 동작 온도에서 전기 전도성 재료 혼합물을 포함한다면, 기재는, 기재의 제1 표면 및 대향되는 제2 표면 사이에서, 재료 혼합물을 통한 전기 전도성 경로를 가지며, 전도성 재료 혼합물의 상 변태 온도 보다 높은 온도에서, 전기 전도성 재료 혼합물은, 전기 전도성 경로를 통한 전기 전도를 불가능하게 하는 상 변태를 겪는다. 이는 원치 않는 결과가 발생되기 전에 배터리가 불능이 될 수 있게 한다. 배터리가 방전되면, 배터리는 전자 공급원을 가지는 회로를 형성하는 것에 의해서 재충전될 수 있다. 충전하는 동안, 전극은 기능을 변화시키고, 방전 중에 애노드가 캐소드가 되며 방전 중에 캐소드는 애노드가 된다. 본질적으로, 전기화학적 셀은 전자 및 이온을 방전과 반대되는 방향으로 흐르게 한다.
물품은, 하나 이상의 단부 판으로부터의 보강으로 인해서, 변형, 왜곡, 누출, 또는 균열이 없이, 내부 진공을 견인하는 동안 또는 그 이후에, 내부 압력을 견딜 수 있을 것이다. 내부 진공을 견인하는 동안 또는 그 이후에, 전해질의 충진 이전에, 및/또는 물품의 동작 이전에, 내부 압력은 약 5 psi 이상, 약 10 psi 이상, 또는 심지어 약 15 psi 이상의 배기를 포함할 수 있다. 내부 진공을 견인하는 동안 또는 그 이후에, 전해질의 충진 이전에, 및/또는 물품의 동작 이전에, 내부 압력은 약 30 psi 이하, 약 25 psi 이하, 또는 심지어 약 20 psi 이하의 배기를 포함할 수 있다. 물품은, 약 20 psi 이상, 약 50 psi 이상 및 약 100 psi 이하의 내부 압력으로 인한 누출이나 왜곡이 없이, 약 10 psi 이상의 동작 중의 내부 압력을 견딜 수 있다. 조립체는 동작 중에 약 6 내지 약 10 psi의 내부 압력을 견딜 수 있다. 조립체는 킬로그램당 약 34 와트시, 킬로그램당 약 40 와트시 또는 킬로그램당 약 50 와트시의 에너지 밀도를 제공할 수 있다. 본 발명의 조립체는 6, 12, 24, 48 또는 96 볼트와 같은 임의의 희망 전압을 생성할 수 있다. 약 200 볼트가 실질적인 상한선이나, 전압은 그보다 더 높을 수 있다.
개시 내용의 물품은, 전체가 참조로 본원에서 포함된 미국 공개 제2014/0349147호, 제2015/0140376호, 제2016/0197373호에서 설명된 임의의 특징을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예
이하의 도면에 관한 설명은 본원의 교시 내용을 설명하기 위해서 제공된 것이나, 그 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. 임의의 일 실시예의 특징이 다른 실시예에서 이용될 수 있다.
도 1은 단부 판(10)을 도시한다. 단부 판(10)은 내부 보강 구조물(12)을 포함한다. 내부 보강 구조물(12)은 기부(15)로부터 돌출되는 복수의 리브(14)를 포함한다. 복수의 리브(14)는 단부 판(10)의 주변부 주위의 외부 보강 리브(16)를 포함한다. 복수의 리브(14)는 복수의 횡방향 리브(18) 및 길이방향 리브(20)를 포함한다. 횡방향 리브(18)는 길이방향 리브(20)에 실질적으로 수직이다. 복수의 리브(14)는, 리브들(14) 사이에서 기부(15)를 노출시키는 복수의 셀(22)을 형성한다. 단부 판(10)은 복수의 개구부(24)를 포함한다. 복수의 개구부(24)는 복수의 주변 개구부(26)를 포함한다. 각각의 주변 개구부(26)는 단부 판(10)의 기부(15)로부터 돌출되는 상승된 돌기(27)에 의해서 적어도 부분적으로 둘러싸인다. 주변 개구부(26)는 외부 보강 리브(16)와 횡방향 및/또는 길이방향 리브(18, 20) 사이에 위치된다. 복수의 개구부(24)는 복수의 내부 개구부(28)를 더 포함한다. 내부 개구부(28)는 복수의 리브들(14) 사이에 형성된 셀(22) 내에 배치된다. 내부 개구부(28)는 기부(15)를 통해서 연장된다. 복수의 개구부(24)는 복수의 채널 개구부(30)를 포함한다. 각각의 채널 개구부(30)는 단부 판(10)의 기부(15)로부터 돌출되는 삽입체(32)에 의해서 부분적으로 둘러싸인다.
도 2는 전극 판(50)의 적층체의 연부 주위의 박막(52) 도포를 도시한다. 전극 판(50)의 적층체의 대향 단부들(54)에는 2개의 단부 판(10)이 위치된다. 2개의 단부 판(10)은 제2 단부 판(58)에 대향되는 전극 판(50)의 적층체의 단부(54)에 위치된 제1 단부 판(56)을 포함한다. 각각의 단부 판(10)은 기부(15)를 포함하고, 그러한 기부로부터 복수의 리브(14)가 돌출되어 내부 보강 구조물(12)을 형성한다. 전극 판(50) 주위에 프레임(60)이 배치된다. 개별적인 전극 판들(50) 사이에 분리부(62)가 개재된다. 각각의 분리부(62) 주위에 분리부를 위한 프레임(64)이 배치된다. 분리부를 위한 프레임(64)은 전극 판(50)을 위한 프레임들(60) 사이에 위치된다. 박막(52)을 전극 판(50)의 적층체의 연부 및 프레임(60, 64)에 밀봉하도록, 열원(66) 및 압력(68)을 이용하여 박막(52)을 프레임(60, 64)에 도포한다.
도 3은 전극 판(50)의 부분적으로 분해된 적층체를 도시한다. 제1 단부 판(56)인 단부 판(10)이 도시되어 있다. 제1 단부 판(56)은 내부 보강 구조물(12)을 포함한다. 단부 판(10)은 복수의 채널 개구부(30)를 포함한다. 각각의 채널 개구부(30)는 단부 판(10)의 기부(15)로부터 돌출되는 상승 삽입체(32)에 의해서 부분적으로 둘러싸인다. 단극 판(68)이 제1 단부 판(10, 56)에 인접된다. 단극 판(68)은 기재(69) 및 프레임(60)을 포함한다. 프레임(60)은 기재(69)의 주변부 주위의 상승된 연부를 형성한다. 단극 판(68)은 기재(69) 내에서 복수의 채널 개구부(70)를 포함한다. 각각의 채널 개구부(70)는 단극 판(68)의 기재(69)로부터 돌출되는 상승된 삽입체(72)에 의해서 부분적으로 둘러싸인다. 단극 판(68)이 분리부(62)에 인접된다. 분리부(62)는 프레임(64)을 포함한다. 프레임(64)은 분리부(62)의 주변부 주위에 상승 연부를 형성한다. 분리부(62)는 내부 내에 위치되고 프레임(64)에 인접하는 유리 매트(74)를 더 포함한다. 분리부는 복수의 채널 개구부(76)를 더 포함한다. 각각의 채널 개구부(76)는 분리부(64)로부터 돌출되는 상승 삽입체(78)에 의해서 부분적으로 둘러싸인다. 분리부(64)는 2극 판(80)에 인접된다. 2극 판(80)은 기재(69) 및 프레임(60)을 포함한다. 프레임(60)은 2극 판(80)의 기재(69)의 주변부 주위에 상승 연부를 형성한다. 2극 판(80)은 복수의 채널 개구부(84)를 포함한다. 각각의 채널 개구부(84)는 2극 판(80)의 기재(69)로부터 돌출되는 상승 삽입체(86)에 의해서 부분적으로 둘러싸인다. 상승 삽입체(72, 78, 86) 및 채널 개구부(70, 76, 84)가 정렬되고 상호 결속되어 하나 이상의 횡방향 채널(88)을 전극 판(50)의 적층체 및 대향 단부 판들(56, 58)을 통해서 형성한다. 하나 이상의 기둥(96)(미도시)이 하나 이상의 횡방향 채널(88)을 통해서 연장되도록, 하나 이상의 횡방향 채널(88)은 US 2014/0349147에 개시된 바와 같은 하나 이상의 기둥(96)(미도시)을 수용할 수 있다.
도 4는, 2개의 주변 개구부(26)를 통한, 도 1에 도시된 평면 A-A를 따른 단부 판(10)의 절개도를 도시한다. 단부 판(10)은, 예를 들어 단부 판(10)이 전극 판(50)(미도시)의 적층체의 단부에 조립될 때, 단극 판(68)인 전극 판(50)에 부착된다. 단부 판(10)은 기부(15)의 주변부 주위의 함몰 연부(13)를 포함한다. 함몰 연부(13)는 복수의 리브(14)에 대향되는 기부(15)의 표면 상에 위치된다. 함몰 연부(13)는 단극 판(68)의 프레임(60)을 수용한다. 단극 판(68)은 기재(69) 및 애노드(92)를 포함한다. 애노드(92)는 단부 판(10)에 대면되는 표면에 대향되는 표면 상에서 기재(69) 상에 피착된다. 단부 판(10)은 복수의 주변 개구부(26)를 포함한다. 각각의 주변 개구부(26)는 외부 보강 리브(16)에 인접되어 위치되고 상승 돌기(27)에 의해서 부분적으로 둘러싸인다. 나사산형 패스너(34)가 각각의 주변 개구부(26)를 통해서 연장된다. 나사산형 패스너(34)는 단극 판(68)의 기재(69) 내에 매립된 너트(36) 내에 수용된다. 나사산형 패스너(34)가 너트(36)와 협력하여 단부 판(10)을 그 단부 판(10)의 주변부 주위에서 단극 판(68)에 고정한다.
도 5는, 복수의 내부 개구부(28)를 통한, 도 1의 평면 B-B를 따른 단부 판(10)의 절개도를 도시한다. 단부 판(10)은, 예를 들어 전극 판(50)(미도시)의 적층체에 조립될 때, 단극 판(68)에 부착된다. 단극 판(68)은 기재(69) 및 애노드(92)를 포함한다. 애노드(92)는 단부 판(10)에 대면되는 표면에 대향되는 표면 상에서 기재(69) 상에 피착된다. 단부 판(10)은 복수의 내부 개구부(28)를 포함한다. 각각의 내부 개구부(28)는 셀(22) 내에서 개별적인 리브들(14) 사이에 위치된다. 내부 개구부(28)는 기부(15)를 통해서 연장된다. 복수의 히트 스테이크(38)가 단극 판(68)의 기재(69)로부터 그리고 내부 개구부(28)를 통해서 돌출된다. 히트 스테이크(38)는 단극 판(68)으로부터 돌출되는 돌기(39)로서 형성된다. 돌기(39)는 내부 개구부(28) 내에 수용된다. 돌기(39)는 열로 변형되어 히트 스테이크(38) 상에 헤드(40)를 형성한다. 히트 스테이크(38)는 단부 판(10)과 단극 판(68)을 상호 결속시킨다.
도 6은, 채널 개구부(30)에 의해서 형성된 횡방향 채널(88)을 통한, 선 C-C에 의해서 도시된 평면을 따른 절개도를 도시한다. 기재(69)를 가지는 단극 판(68) 및 기재(69)의 단부에서 프레임(60)을 가지는 캐소드(94)가 도시되어 있다. 각각의 단부에서 프레임(64)을 가지는 분리부(62)가 단극 판(68) 상의 캐소드(94)에 인접된다. 2극 판(80)이 분리부(62)에 인접된다. 2극 판(80)은 분리부(62)에 인접되는 기재(69) 상에 배치된 애노드(92)를 포함한다. 기재(69)는 애노드(92)에 대향되는 표면 상에 배치된 캐소드(94)를 포함한다. 2극 판(80)은 각각의 단부 상에서 프레임(60)을 포함한다. 이러한 도면에서, 전술한 바와 같이 배열된 많은 수의 2극 판(80)이 있다. 2극 판들(80) 사이에 분리부(62)가 위치된다. 적층체의 대향 단부에는 기재(69)를 가지는 단극 판(68)이 위치되고, 이러한 도면에서 프레임(60)이 단부에 도시되어 있으며, 애노드(92)는 인접 분리부(62)에 대면된다. 전극 판(50)의 적층체는 셀 내에 분리부(62)가 위치된 전기화학적 셀을 형성한다. 또한 횡방향 채널(88)이 도시되어 있다. 기둥(96)은 횡방향 채널(88) 내에 배치된다. 기둥(96)은, 횡방향 채널(88)을 밀봉하는 각각의 단부에 형성된 중첩 부분(98)을 포함한다.
[부호의 설명]
10
단부 판
12
단부 판의 내부 보강 구조물
14
내부 보강 구조물의 복수의 리브
15
단부 판의 기부
16
외부 보강 리브
18
횡방향 리브
20
길이방향 리브
22
셀
24
복수의 개구부
26
주변 개구부
27
상승 돌기
28
내부 개구부
30
채널 개구부
32
채널 개구부를 위한 상승된 삽입체
34
나사산형 패스너
36
너트
38
히트 스테이크
40
히트 스테이크의 헤드
50
전극 판의 적층체
52
박막
54
전극 판의 적층체의 대향 단부들
56
제1 단부 판
58
제2 단부 판
60
전극 판을 위한 프레임
62
분리부
64
분리부를 위한 프레임
68
단극 판
69
단극 판 기재
70
단극 판 내의 채널 개구부
72
단극 판의 상승 삽입체
74
유리 매트
76
분리부 내의 채널 개구부
78
분리부의 상승된 삽입체
80
2극 판
82
2극 판의 프레임
84
2극 판 내의 채널 개구부
86
2극 판의 상승 삽입체
88
횡방향 채널
90
단극 판의 기재
92
애노드
94
캐소드
상기 출원에서 인용된 임의의 수치 값은 임의의 낮은 값과 임의의 높은 값 사이에 적어도 2 유닛의 분리가 존재하는 경우 하나의 유닛의 증분의 낮은 값으로부터 높은 값까지 모든 값을 포함한다. 이것들은 단지 특별히 의도된 예이며 가장 낮은 값과 열거된 가장 높은 값 사이의 가능한 수치 값의 모든 조합은 본 출원에서 유사한 방식으로 명시적으로 언급된 것으로 간주되어야 한다. 달리 언급되지 않는 한, 모든 범위는 양쪽 종말점 및 종말점들 사이의 모든 수를 포함한다. 조합을 기술하기 위한 "본질적으로 이루어진"이라는 용어는 식별된 요소, 성분, 구성요소 또는 단계, 및 조합의 기본 그리고 신규한 특성에 실질적으로 영향을 주지 않는 그러한 다른 요소, 성분, 구성요소 또는 단계를 포함할 수 있다. 여기에서 요소, 성분, 구성요소, 또는 단계의 조합을 기술하기 위한 "포함하는" 또는 "갖는" 이라는 용어의 사용은 필수적으로 요소, 성분, 구성요소, 또는 단계로 이루어진 실시예를 또한 고려한다.
복수의 요소, 성분, 구성요소, 또는 단계는 단일의 통합된 요소, 성분, 구성요소, 또는 단계에 의해 제공될 수 있다. 대안적으로, 단일의 통합된 요소, 성분, 구성요소, 또는 단계는 별개의 복수의 요소, 성분, 구성요소, 또는 단계로 분할될 수 있다. 요소, 성분, 구성요소, 또는 단계를 기술하기 위한 "부정관사(a)" 또는 "하나(one)"의 개시는 추가 요소, 성분, 구성요소, 또는 단계를 배제하려는 것은 아니다.
Claims (15)
- 배터리 조립체이며;
a) 하나의 표면상의 애노드 및 대향 표면상의 캐소드를 가지는 기재를 포함하는 하나 이상의 2극 판을 포함하는, 복수의 전극 판의 하나 이상의 적층체와,
b) 일체형 구조물인 기부를 갖는 제1 단부 판과,
c) 일체형 구조물인 기부를 갖는 제2 단부 판과,
d) 하나 이상의 전기화학적 셀 내에 위치하는 액체 전해질과,
e) 하나 이상의 전기화학적 셀의 애노드 및 캐소드 쌍의 사이에 위치하는 하나 이상의 분리부를 포함하는 배터리 조립체로서,
제1 단부 판과 제2 단부 판은 각각 내부 보강 구조물을 포함하고,
제1 단부 판과 제2 단부 판 양자 모두의 내부 보강 구조물은 복수의 리브 구조물을 포함하며,
복수의 리브 구조물은 교차 패턴을 형성하고,
제1 단부 판의 내부 보강 구조물은 제1 단부 판의 기부와 일체이고, 제2 단부 판의 내부 보강 구조물은 제2 단부 판의 기부와 일체인, 배터리 조립체. - 제1항에 있어서,
복수의 전극 판의 하나 이상의 적층체는,
i) 하나의 표면상에 피착된 캐소드를 가지는 제1 기재를 가지는 제1 단극 판으로서, 하나 이상의 적층체의 단부에 위치하는, 제1 단극 판과,
ii) 하나의 표면상에 피착된 애노드를 가지는 제2 기재를 가지는 제2 단극 판으로서, 하나 이상의 적층체의 제1 단극 판에 대향되는 단부에 위치하는, 제2 단극 판을 포함하는, 배터리 조립체. - 제2항에 있어서,
제1 단부 판은 제1 단극 판에 부착되고 제2 단부 판은 제2 단극 판에 부착되어, 배터리 조립체가 충전 사이클 중에 진공-충진될 때, 변형이 방지되는, 배터리 조립체. - 제1항에 있어서,
제1 단부 판은 하나의 표면상에 피착된 캐소드를 가지는 제1 기재를 가지는 제1 단극 판이고,
제2 단부 판은 하나의 표면상에 피착된 애노드를 가지는 제2 기재를 가지는 제2 단극 판인, 배터리 조립체. - 제4항에 있어서,
제1 단부 판의 기부는 제1 기재이고, 제2 단부 판의 기부는 제2 기재인, 배터리 조립체. - 제1항에 있어서,
제1 단부 판의 내부 보강 구조물은 제1 단부 판의 기부 내로 몰딩되며,
제2 단부 판의 내부 보강 구조물은 제2 단부 판의 기부 내로 몰딩되는, 배터리 조립체. - 제1항에 있어서,
제1 단부 판과 제2 단부 판은 충전 사이클 및 방전 사이클 중에 복수의 전극 판을 보강하는, 배터리 조립체. - 제1항에 있어서,
제1 단부 판 및 제2 단부 판은, 복수의 전극 판의 내향 변형을 방지하기 위해 액체 전해질로 충진하기 전에 5 psi 내지 30 psi의 배기 중에, 복수의 전극 판을 보강하는, 배터리 조립체. - 제1항에 있어서,
제1 단부 판과 제2 단부 판은 각각 400 ksi 이상의 경직도를 갖는, 배터리 조립체. - 제2항 또는 제4항에 있어서,
제1 기재 및 제2 기재는 열가소성 중합체, 탄성 중합체, 열경화성 중합체 또는 그 조합으로 이루어지는, 배터리 조립체. - 제1항에 있어서,
복수의 리브 구조물은 제1 단부 판의 기부 및 제2 단부 판의 기부로부터 돌출되며,
하나 이상의 리브 구조물은 각각의 기부의 주변부, 각각의 기부의 내부, 또는 양자 모두의 주위에 위치되는, 배터리 조립체. - 제1항에 있어서,
교차 패턴은 격자 패턴, 망 패턴, 벌집형 패턴, 또는 그 조합을 포함하는, 배터리 조립체. - 제1항에 있어서,
배터리 조립체는 하나 이상의 2극 판, 제1 단부 판, 제2 단부 판, 그리고 하나 이상의 분리부 각각에 하나 이상의 개구부를 포함하고,
하나 이상의 개구부는 배터리 조립체의 길이를 가로질러 횡방향으로 서로 정렬되며,
하나 이상의 개구부는 하나 이상의 채널을 형성하는, 배터리 조립체. - 제13항에 있어서,
복수의 리브 구조물 중 하나 이상은 제1 단부 판 및 제2 단부 판의 하나 이상의 개구부, 하나 이상의 개구부 내의 하나 이상의 삽입체, 또는 양자 모두와 교차되거나, 통합되거나, 또는 교차 및 통합되는, 배터리 조립체. - 제13항에 있어서,
하나 이상의 2극 판과, 제1 단부 판과, 제2 단부 판의 하나 이상의 개구부는 그 내부에 몰딩된 하나 이상의 삽입체를 포함하며, 그리고
복수의 삽입체는 액체 전해질이 하나 이상의 채널 내부로 누출되는 것을 방지하기 위해 하나 이상의 채널과 상호 결속되고 하나 이상의 채널을 둘러싸는, 배터리 조립체.
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