特許 6789938 シングルパウチバッテリセル及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6789938

(24)【登録日】2020年11月6日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】シングルパウチバッテリセル及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20201116BHJP

   H01M 2/02 20060101ALI20201116BHJP

   H01M 2/16 20060101ALI20201116BHJP

   H01M 2/18 20060101ALI20201116BHJP

   H01M 4/64 20060101ALI20201116BHJP

   H01M 4/02 20060101ALI20201116BHJP

   H01M 2/10 20060101ALI20201116BHJP

   H01G 11/82 20130101ALI20201116BHJP

   H01G 11/70 20130101ALI20201116BHJP

   H01G 11/84 20130101ALI20201116BHJP

   H01G 11/10 20130101ALI20201116BHJP

   H01M 10/0585 20100101ALN20201116BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/04 Z

   H01M2/02 K

   H01M2/16 P

   H01M2/18 Z

   H01M4/64 A

   H01M4/02 Z

   H01M2/10 E

   H01G11/82

   H01G11/70

   H01G11/84

   H01G11/10

   !H01M10/0585

【請求項の数】30

【全頁数】59

(21)【出願番号】特願2017-526929(P2017-526929)

(86)(22)【出願日】2016年6月17日

(65)【公表番号】特表2018-524759(P2018-524759A)

(43)【公表日】2018年8月30日

(86)【国際出願番号】US2016038098

(87)【国際公開番号】WO2016205663

(87)【国際公開日】20161222

【審査請求日】2019年6月17日

(31)【優先権主張番号】62/181,385

(32)【優先日】2015年6月18日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】511242269

【氏名又は名称】２４エム・テクノロジーズ・インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】２４Ｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ， Ｉｎｃ．

(73)【特許権者】

【識別番号】517156746

【氏名又は名称】福島 孝明

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】福島 孝明

(72)【発明者】

【氏名】オオタ，ナオキ

(72)【発明者】

【氏名】バッツァレッラ，リカルド

(72)【発明者】

【氏名】タン，タイソン

【審査官】 冨士 美香

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／０７７７０７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０６−１８７９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１２３８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第８５／０００２４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−０７１６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１４５６４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ １０／０４

Ｈ０１Ｇ １１／１０

Ｈ０１Ｇ １１／７０

Ｈ０１Ｇ １１／８２

Ｈ０１Ｇ １１／８４

Ｈ０１Ｍ ２／０２

Ｈ０１Ｍ ２／１０

Ｈ０１Ｍ ２／１６

Ｈ０１Ｍ ２／１８

Ｈ０１Ｍ ４／０２

Ｈ０１Ｍ ４／６４

Ｈ０１Ｍ １０／０５８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

個々の電気化学的セルであって、
パウチの第１の部分に結合され、第１の電極材料がその上に配置された第１の集電体と、
前記パウチの第２の部分に結合され、第２の電極材料がその上に配置された第２の集電体と、
前記第１の電極材料と前記第２の電極材料の間に配置されたセパレータとを備え、
前記個々の電気化学的セルを形成するために、前記パウチの前記第１の部分が前記パウチの前記第２の部分に結合され、
前記第１の電極材料及び前記第２の電極材料の少なくとも一つが、非水液体電解質中に活性材料及び導電性材料を有する半固体スラリを含み、
前記第１の集電体及び前記第２の集電体の少なくとも一つが、前記パウチに積層されている、個々の電気化学的セル。

【請求項2】

前記パウチが、前記パウチの前記第１の部分と前記第２の部分の間の折り畳み線に沿って折り畳まれて、前記セパレータが前記第１の電極材料と前記第２の電極材料の間に配置されている、請求項１に記載の電気化学的セル。

【請求項3】

前記セパレータが、前記第１の電極材料及び前記第２の電極材料のうちの少なくとも１つより大きい、請求項１に記載の電気化学的セル。

【請求項4】

前記セパレータが、前記パウチの前記第１の部分と前記第２の部分の間に密封される、請求項３に記載の電気化学的セル。

【請求項5】

前記第１の集電体及び前記第２の集電体のうちの少なくとも１つが、前記パウチ上に配置される、請求項１に記載の電気化学的セル。

【請求項6】

前記第１の集電体及び前記第２の集電体のうちの少なくとも１つが、物理蒸着、化学蒸着、メッキ、電気メッキ、及び電着のうちの少なくとも１つを使用して堆積される、請求項５に記載の電気化学的セル。

【請求項7】

前記第１の電極材料及び前記第２の電極材料のうちの少なくとも１つが、約２５０μｍから約２０００μｍの範囲の厚さである、請求項１に記載の電気化学的セル。

【請求項8】

前記第１の電極材料及び前記第２の電極材料のうちの少なくとも１つが、約２５０μｍから約５００μｍの範囲の厚さである、請求項７に記載の電気化学的セル。

【請求項9】

前記第１の集電体及び前記第２の集電体のうちの少なくとも１つが、約２０μｍ未満の厚さである、請求項１に記載の電気化学的セル。

【請求項10】

前記第１の集電体及び前記第２の集電体のうちの少なくとも１つが、約１２μｍ未満の厚さである、請求項９に記載の電気化学的セル。

【請求項11】

前記第１の集電体及び前記第２の集電体のうちの少なくとも１つが、約５μｍ未満の厚さである、請求項１０に記載の電気化学的セル。

【請求項12】

前記第１の集電体の厚さに対する前記第１の電極材料の厚さの比が、少なくとも１２：１より大きい、請求項１に記載の電気化学的セル。

【請求項13】

前記第１の集電体の厚さに対する前記第１の電極材料の前記厚さの比が、少なくとも２０：１より大きい、請求項１２に記載の電気化学的セル。

【請求項14】

前記第２の集電体の厚さに対する前記第２の電極材料の厚さの比が、少なくとも１２：１より大きい、請求項１に記載の電気化学的セル。

【請求項15】

前記第２の集電体の厚さに対する前記第２の電極材料の前記厚さの比が、少なくとも２０：１より大きい、請求項１４に記載の電気化学的セル。

【請求項16】

エネルギー容量が、約０．１Ａｈから約４０Ａｈである、請求項１に記載の電気化学的セル。

【請求項17】

個々の電気化学的セルであって、
パウチの第１の部分に結合された第１の電極と、
前記パウチの第２の部分に結合された第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極の間に配置され、前記第１の電極及び前記第２の電極のうちの少なくとも１つよりも実質的に大きいセパレータとを備え、
前記セパレータが、前記パウチの前記第１の部分と前記第２の部分の間で密封され、前記電気化学的セルを封入する密封領域を形成し、
前記第１の電極及び前記第２の電極の少なくとも一つが、非水液体電解質中に活性材料及び導電性材料を有する半固体スラリを含み、
前記第１の電極が前記パウチの前記第１の部分に積層されること、及び／又は、前記第２の電極が前記パウチの前記第２の部分に積層されていることがなされている、個々の電気化学的セル。

【請求項18】

前記パウチが、約２０μｍ未満の厚さである、請求項１７に記載の電気化学的セル。

【請求項19】

前記密封領域が、約１０μｍから約１０ｍｍの範囲の幅である、請求項１７に記載の電気化学的セル。

【請求項20】

前記密封領域が、前記パウチの外側縁部から約１０μｍから約２０ｍｍのところに存在する、請求項１７に記載の電気化学的セル。

【請求項21】

個々の電気化学的セルを製造する方法であって、
パウチ材料の第１の部分上に第１の集電体を配置する工程と、
前記第１の集電体上に第１の電極材料を配置する工程と、
前記パウチ材料の第２の部分上に第２の集電体を配置する工程と、
前記第２の集電体上に第２の電極材料を配置する工程と、
前記第１の電極材料及び前記第２の電極材料のうちの少なくとも１つの上にセパレータを配置する工程と、
前記パウチ材料を、前記パウチ材料の前記第１の部分と前記第２の部分の間の折り畳み線に沿って折り畳む工程と、
前記パウチ材料を密封して、前記電気化学的セルが収納されるパウチを形成する工程とを含み、
前記パウチ材料の前記第１の部分上に前記第１の集電体を配置する工程は、前記パウチ材料の前記第１の部分に前記第１の集電体を積層することを含み、及び／又は、前記パウチ材料の前記第２の部分上に前記第２の集電体を配置する工程は、前記パウチ材料の前記第２の部分に前記第２の集電体を積層することを含み、
前記第１の電極材料及び前記第２の電極材料の少なくとも一つが、非水液体電解質中に活性材料及び導電性材料を有する半固体スラリを含む、方法。

【請求項22】

前記パウチ材料の前記第１の部分上に前記第１の集電体を配置する工程が、前記パウチ材料の前記第１の部分に前記第１の集電体を積層する工程を含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項23】

前記パウチ材料の前記第２の部分上に前記第２の集電体を配置する工程が、前記パウチ材料の前記第２の部分に前記第２の集電体を積層する工程を含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項24】

前記パウチ材料の前記第１の部分上に前記第１の集電体を配置する工程が、物理蒸着を使用して前記パウチ材料の前記第１の部分に前記第１の集電体を堆積させる工程を含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項25】

前記パウチ材料の前記第１の部分上に前記第１の集電体を配置する工程が、化学蒸着を使用して前記パウチ材料の前記第１の部分に前記第１の集電体を堆積させる工程を含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項26】

前記パウチ材料の前記第１の部分上に前記第１の集電体を配置する工程が、メッキを使用して前記パウチ材料の前記第１の部分に前記第１の集電体を堆積させる工程を含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項27】

前記パウチ材料の前記第１の部分上に前記第１の集電体を配置する工程が、電気メッキを使用して前記パウチ材料の前記第１の部分に前記第１の集電体を堆積させる工程を含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項28】

前記パウチ材料の前記第１の部分上に前記第１の集電体を配置する工程が、電着を使用して前記パウチ材料の前記第１の部分に前記第１の集電体を堆積させる工程を含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項29】

前記パウチ材料に開口を作成して、前記第１の集電体及び前記第２の集電体のうちの少なくとも１つとの電気的接続を可能にする工程をさらに含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項30】

バッテリラックであって、
第１のバッテリモジュールと、
前記第１のバッテリモジュール上に配置された第２のバッテリモジュールであって、前記第１のバッテリモジュールの上部寸法に実質的に適合する底部寸法を有する第２のバッテリモジュールとを備え、
前記第１のバッテリモジュールが、
第１の容器と、
前記第１の容器を実質的に密封する蓋とを備え、前記第１の容器が請求項１〜２０のいずれか一つに係る複数の電気化学的セルを有し、
前記第２のバッテリモジュールが、前記蓋によって実質的に密封された前記第１のバッテリモジュール上に配置されたときに、十分なスタッキング圧力を提供する、バッテリラック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
[1001] 本願は、２０１５年６月１８日出願の「Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｕｃｈ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｅｌｌｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」と題する米国仮特許出願第６２／１８１３８５号の優先権及び利益を主張するものであり、その開示された内容の全体が参照されることにより本明細書に組み込まれる。

【0002】

[1002] 本明細書に記載する実施形態は、一般に、バッテリセルの製造に関するものであり、さらに詳細には、バッテリモジュールのシングルパウチバッテリセルを製造して使用するシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0003】

[1003] リチウムイオン電気化学（バッテリ）セルは、通常は、セパレータによって分離されるアノード層とカソード層とを交互に含む。１つのアノード及び１つのカソードとそれらを分離する１つのセパレータとの組合せは、１スタックと呼ばれることがある。複数のスタックが、通常は並列に接続され、パウチ内に挿入されて、バッテリセルを形成する。バッテリセル内の（したがってパウチ内の）スタック数は、通常は、容量を大きくするために比較的多い（例えば２０より多い）。パウチは、電解質（例えば有機溶剤及び溶解リチウム塩）も含み、電解質は、通常は綿密に制御された環境内で導入され、リチウムイオン輸送のための媒体となる。パウチ内の電解質の量は、パウチ内のスタック数に比例させる、すなわちスタックが多い場合には電解質を増やすことができる。

【0004】

[1004] 製造においては、バッテリセルは、電極層を交互に積み重ねることによって（典型的な高性能角型セル）、又は長い電極ストリップを「ジェリーロール」形状に巻き付けることによって（典型的な円筒型セル）、構築することができる。電極のスタック又はロールは、ガスケットで密封された硬質ケース内に挿入すること（ほとんどの市販の円筒型セル）、レーザ溶接された硬質ケースに挿入すること、又は継ぎ目が熱で密閉された箔パウチに封入する（一般にリチウムイオンポリマーセルと呼ばれる）ことができる。

【0005】

[1005] リチウムイオンバッテリセルの１つの有望な応用先は、所望の出力及び容量の必要を満たすために通常多数のバッテリセルを含み、ときには数百、さらには数千ものバッテリセルを含むこともある自動車用バッテリパックである。各バッテリセルが、複数のスタック（すなわちアノード、カソード及びセパレータ）と、電極リード（すなわちタブ）とをさらに含むこともできる。通常、いくつかのセルは、バッテリタブ及びバスバー（すなわち相互接続ユニット）を介し連結して、１つのモジュールを形成する。通常のバッテリパックは、このようなモジュールを数十個含むことができる。その結果として、１つのバッテリパックで所望の量の出力及び容量を出力するためには、通常は相当量の溶接などの接合が必要になる。

【発明の概要】

【0006】

[1006] 本明細書に記載する装置、システム、及び方法は、シングルパウチバッテリセルの製造及び使用に関する。いくつかの実施形態では、電気化学的セルは、パウチの第１の部分に結合された第１の集電体であり、第１の電極材料がその上に配置された第１の集電体と、パウチの第２の部分に結合された第２の集電体であり、第２の電極材料がその上に配置された第２の集電体と、第１の電極材料と第２の電極材料の間に配置されたセパレータとを備える。パウチの第１の部分がパウチの第２の部分に結合されて、電気化学的セルを封入する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1A】[1007]一つの実施形態による、バッテリセルを示す概略図である。

【図1B】[1008]いくつかの実施形態による別のタイプのバッテリセルを示す概略図である。

【図1C】[1009]図１Ｂに示すバッテリセルの上面図である。

【図1D】[1010]いくつかの実施形態による、別のバッテリセルを示す上面図である。

【図1E】[1011]いくつかの実施形態による、自己融着の概念を使用して作成されるタイプのバッテリセルを示す概略図である。

【図1F】[1012]図１Ｅに示すバッテリセルの縁部の写真である。

【図2】[1013]いくつかの実施形態による、複数のシングルパウチバッテリセルを含むバッテリモジュールを示す概略図である。

【図3】[1014]１実施形態による、図２に示す複数のバッテリモジュールを含むバッテリパックを示す概略図である。

【図4A】[1015]いくつかの実施形態による、シングルパウチバッテリセルの各構成要素の相対寸法を示す概略図である。

【図4B】[1016]図４Ａに示すシングルパウチバッテリセルの角部を示す拡大図である。

【図5】[1017]いくつかの実施形態による、金属ケース内に封入されたシングルパウチバッテリセルを含むバッテリモジュールを示す概略図である。

【図6A】[1018]いくつかの実施形態による、金属ケース内に封入されたシングルパウチバッテリセルを含むバッテリモジュール（蓋が開いている状態）を示す側面図である。

【図6B】[1019]蓋を閉じた後の、図６Ａに示すバッテリモジュールを示す側面図である。

【図7A】[1020]いくつかの実施形態による、プラスチックフレーム内に封入された複数のシングルパウチバッテリセルを含むバッテリモジュールを示す上面図である。

【図7B】[1021]上部及び底部の蓋を示す、図７Ａに示すバッテリモジュールの側面図である。

【図8A】[1022]いくつかの実施形態による、複数のシングルパウチバッテリセルを含むバッテリモジュールで利用されるタブ設計を示す図である。

【図8B】[1023]図８Ａに示すバッテリモジュールのタブ接続領域を含むタブ設計のスペーサを示す図である。

【図8C】[1024]図８Ａに示すバッテリモジュールのコネクタ部分を示す図である。

【図9】[1025]いくつかの実施形態による、シングルパウチバッテリセル及びモジュールの製造方法を示すフローチャートである。

【図10A】[1026]いくつかの実施形態による、パウチフィルム上に配置された複数のアノードを含むアノードアセンブリのレイアウトを示す図である。

【図10B】[1027]図１０Ａに示すアノードアセンブリの断面図である。

【図11A】[1028]いくつかの実施形態による、パウチフィルム上に配置された複数のカソードを含むカソードアセンブリのレイアウトを示す図である。

【図11B】[1029]図１１Ａに示すカソードアセンブリの断面図である。

【図12】[1030]いくつかの実施形態による、カソードアセンブリ及びアノードアセンブリを含む電極アセンブリを示す上面図である。

【図13A】[1031]いくつかの実施形態による、複数のユニットセルを含むユニットセルアセンブリのレイアウトを示す図である。

【図13B】[1032]図１３Ａに示すユニットセルアセンブリの断面図である。

【図14】[1033]いくつかの実施形態による、個別のパウチ内にユニットセルを製造する方法を示す図である。

【図15A】[1034]いくつかの実施形態による、ユニットセルスタックを製造する方法を示す図である。

【図15B】いくつかの実施形態による、ユニットセルスタックを製造する方法を示す図である。

【図16A】[1035]図１５Ａ〜図１５Ｂに示す方法で準備したユニットセルスタックの上面図である。

【図16B】図１５Ａ〜図１５Ｂに示す方法で準備したユニットセルスタックの断面図である。

【図17A】[1036]いくつかの実施形態による、シングルパウチバッテリセルの製造中にガス抜き、再密封及び除去を行うための追加部分を有するパウチセルを示す図である。

【図17B】いくつかの実施形態による、シングルパウチバッテリセルの製造中にガス抜き、再密封及び除去を行うための追加部分を有するパウチセルを示す図である。

【図18】[1037]いくつかの実施形態による、シングルパウチバッテリセルの例示的なタブ構成を示す図である。

【図19A】[1038]いくつかの実施形態による、シングルパウチバッテリセルを準備する例示的な製造方法を示す図である。

【図19B】いくつかの実施形態による、シングルパウチバッテリセルを製造するための例示的な製造方法を示す図である。

【図19C】[1039]いくつかの実施形態による、円筒型構成のバッテリセルを製造する例示的な製造方法を示す図である。

【図19D】いくつかの実施形態による、円筒型構成のバッテリセルを製造する例示的な製造方法を示す図である。

【図19E】[1040]いくつかの実施形態による、角型構成のバッテリセルを準備する例示的な製造方法を示す図である。

【図19F】いくつかの実施形態による、角型構成のバッテリセルを準備する例示的な製造方法を示す図である。

【図19G】いくつかの実施形態による、角型構成のバッテリセルを準備する例示的な製造方法を示す図である。

【図20】[1041]いくつかの実施形態によるシングルパウチバッテリセルを示す図である。

【図21】[1042]上述の方法を使用して製造したバッテリセルの容量保持率曲線を示す図である。

【図22】[1043]いくつかの実施形態による、シングルパウチバッテリセルの配列を含むバッテリモジュールを示す概略図である。

【図23A】[1044]いくつかの実施形態による、金属ケース内に封入された複数のシングルパウチバッテリモジュールを含むバッテリモジュールの展開図である。

【図23B】いくつかの実施形態による、金属ケース内に封入された複数のシングルパウチバッテリモジュールを含むバッテリモジュールの完成図である。

【図24A】[1045]いくつかの実施形態による、プラスチックケース内に封入された複数のシングルパウチバッテリモジュールを含むバッテリモジュールの展開図である。

【図24B】いくつかの実施形態による、プラスチックケース内に封入された複数のシングルパウチバッテリモジュールを含むバッテリモジュールの完成図である。

【図25】[1046]いくつかの実施形態による、バッテリモジュールの２次元配列を含むバッテリパックを示す図である。

【図26】[1047]いくつかの実施形態による、バッテリモジュールの１次元配列を含むバッテリパックを示す図である。

【図27A】[1048]いくつかの実施形態による、バッテリモジュールの積み重ね及び連結の特徴を示す、バッテリパックの概略図である。

【図27B】いくつかの実施形態による、バッテリモジュールの積み重ね及び連結の特徴を示す、バッテリパックの概略図である。

【図27C】いくつかの実施形態による、バッテリモジュールの積み重ね及び連結の特徴を示す、バッテリパックの概略図である。

【図28A】[1049]いくつかの実施形態による、ラック構成に配置された複数のシングルパウチバッテリモジュールを含むバッテリラックの完成図である。

【図28B】いくつかの実施形態による、ラック構成に配置された複数のシングルパウチバッテリモジュールを含むバッテリラックを示す展開図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

[1050] 本明細書に記載する実施形態は、一般にシングルパウチバッテリセルに関し、さらに詳細には、バッテリモジュール又はバッテリパックのシングルパウチバッテリセルを製造及び使用するシステム及び方法に関する。いくつかの実施形態では、シングルパウチバッテリセルは、アノードと、カソードと、それらの間に配置されたセパレータと、アノード、カソード及びセパレータを収容してシングルパウチバッテリセルを形成するパウチとを含む。いくつかの実施形態では、アノード及び／又はカソードは、半固体電極材料を含む。

【0009】

[1051] バッテリセル内の非電気化学的活性材料の量を減少させることにより、所与のバッテリセルのエネルギー密度を高めることができる。集電体の厚さは、通常は、電流密度を考慮するより、取扱いが容易になるように、かつ／又は電極の機械的支持を提供するように、選択される。換言すれば、集電体は、一般に、バッテリ内の電気化学的反応によって生成される高い電流密度に対応するために必要な厚さよりも厚いが、集電体が薄くなると（すなわち電流密度のために最適化されると）非常に脆くなる可能性があり、製造プロセス中に容易に破れるおそれがある。例えば、いくつかの従来のバッテリで現在使用されている厚さ２０μｍの集電体は、従来のバッテリで生成される量の電流を容易に取り扱うことができるが、その電子を往復させるために必要なのは、わずか数μｍの集電体である。

【0010】

[1052] 本明細書に記載するように、シングルパウチセルは、バッテリセル構造の他の点を改善しながら、より薄い集電体を使用できるようにすることができる。例えば、集電体をパウチに結合して、パウチが集電体の物理的支持を提供し、取扱いを改善することができるようにして、パウチを使用しながら電気伝導のためにより薄い集電体を使用することができるようにすることができる。この手法のいくつかの追加の利点は、これらに限定されるわけではないが、（ｉ）１つのバッテリセルから隣接する１つ又は複数のバッテリセルへの欠陥伝搬の軽減又は解消、（ｉｉ）従来のバッテリの大量の可燃性電解質によって引き起こされる火災危険またその他の熱的危険の低減、（ｉｉｉ）従来のバッテリの製造における溶接プロセス中に電極材料に混入する可能性があり、バッテリ内の内部短絡を引き起こすことによってバッテリの性能を損なうおそれがある、金属による汚染の低減又は解消、（ｉｖ）複数のシングルパウチバッテリセルを積み重ねてバッテリモジュール又はバッテリパックにする際の個々のパウチの取扱いの容易化、（ｖ）マルチパウチ又はマルチスタックバッテリを製造する際の個々のパウチの選別及び排除の利便性による製造歩留まりの向上（容量、厚さ、インピーダンス、重量などによる）、（ｖｉ）バッテリ又は電極の製造中に半固体電極材料を支持する手段の提供と、それによる電極材料の均一な分布（例えば均一な厚さ）の実現及びバッテリセルからの電極材料の漏出の回避、ならびに（ｖｉｉ）溶接火花が、通常可燃性である電解質に点火する可能性がある溶接プロセスにおける、濡れた電極の火災危険の低減又は解消を含む。シングルパウチバッテリセルの手法は、全ての溶接プロセスを、個々のバッテリセルがパウチ内に収容された後で実行することができるので、溶接火花が電解質に到達して点火することを防止することができ、このような火災危険を低減又は解消することができる。本明細書で使用する「半固体」という用語は、例えば粒子懸濁液、コロイド懸濁液、乳濁液、ゲル、又はミセルなど、液相と固相が混合した材料を指している。

【0011】

[1053] 本明細書で使用する「シングルパウチバッテリセル」という用語は、１つのアノード、１つのカソード、及び１つのセパレータを含む１つのユニットセルアセンブリを通常は収容するパウチを含むバッテリセル（本明細書では電気化学的セルとも呼ぶ）を指している。いくつかの場合には、本明細書に明示的に述べるように、シングルパウチバッテリセルは、ユニットセルアセンブリを２つ含むこともできる。

【0012】

[1054] 本明細書で使用する「約」及び「およそ」という用語は、一般に、述べられている値のプラスマイナス１０％を含む。例えば、「約５」であれば、４．５〜５．５を含み、「およそ１０」であれば９〜１１を含み、「約１００」であれば９０〜１１０を含むことになる。

【0013】

[1055] 通常のバッテリ製造では、複雑で費用のかかるプロセスを多数連続して実行する必要があり、そのそれぞれで歩留まりの損失が生じ、機器の資本経費を生じ、エネルギー消費及び消耗材料の営業経費を伴う。バッテリ製造工程は、最初に、通常は電気化学的に活性なイオン貯蔵化合物と、導電性添加物と、ポリマー結合材との混合物である別個のアノード混合物／カソード混合物（「スラリ」とも呼ぶ）を準備することを含む。次いで、この混合物で可撓性金属箔の表面を被覆して電極（アノード及びカソード）を形成する。形成された電極を、通常は高圧下で圧縮して、密度を高め、厚さを調整する。これらの圧縮した電極／箔複合体を、次いで、製造するバッテリの特定の形状係数に適したサイズ及び／又は形状に切断する。

【0014】

[1056] １つのアノード、１つのカソード、及び１つのセパレータを積み重ねて、ユニットセルアセンブリを形成することができる。各ユニットセルアセンブリは、通常は、電極を外部回路に結合する導電性タブ（リードとも呼ぶ）も含む。次いで、複数のユニットセルアセンブリを積み重ね、又は配列して、バッテリセルを形成する。１つのバッテリセル内のユニットセルアセンブリの数は、例えば得られるバッテリセルの所望の容量及び／又は厚さに応じて様々であってよい。これらの積み重ねたユニットセルアセンブリは電気的に並列であり、各ユニットセルアセンブリのタブ同士は、通常は特に抵抗溶接、レーザ溶接、超音波溶接、シーム溶接、及び電気ビーム溶接などの溶接プロセスによって溶接される。次いで、真空パウチ密封工程を実行して、バッテリセルを形成することができる。真空パウチ密封中に、通常は積み重ねたユニットセルアセンブリ中に電解質を注入し、このユニットセルアセンブリと電解質とをパウチ内に密封する。

【0015】

[1057] 次いで、密封したバッテリセルに形成プロセスを施す。このプロセスで、初期充電動作を実行して、電極／電解質界面を不動態化して副反応を防止することができる、安定した固体電解質界面（SEI）を作成することができる。さらに、通常はバッテリの数サイクルの充電及び放電も実行して、バッテリの容量が所要の仕様を満たすことを保証する。通常は、ガス抜き工程を実行して、事前充電工程と呼ばれる初期充電ステージ中、又はバッテリ形成工程における電気化学的反応中に導入されるガスを放出する。電極中に閉じ込められたガスが存在すると、一般に、電極の導電性及び密度が低下し、バッテリセル中に配置することができる活性の電気化学的材料の量が制限され、さらに、サイクル寿命や全体の安全性能といったバッテリの性能を低下させるリチウム樹枝状結晶が生じるおそれがある。閉じ込められたガスを解放した後で、再密封工程を行ってバッテリセルを再度密封することができる。

【0016】

[1058] 上述の製造プロセス及びそれにより得られるバッテリには、いくつかの問題がある。第１の問題は、バッテリの製造中又は動作中の欠陥伝搬である。さらに詳細には、製造中に、１つのユニットセルアセンブリに問題がある場合に、通常複数のユニットセルアセンブリを含むセル全体が欠陥状態になる可能性がある。したがって、１つのユニットセルアセンブリの欠陥が伝搬して、同じバッテリセル内の複数のユニットセルアセンブリが破棄されることになり、それにより製造歩留まりに影響が出るおそれがある。さらに、バッテリの動作中にも、欠陥が１つのユニットセルアセンブリから隣接する１つ又は複数のユニットセルアセンブリに伝搬するおそれがある。例えば、バッテリの代表的な欠陥は熱暴走であり、熱暴走時には、温度の上昇がより活発な電気化学的反応を引き起こし、これがさらに温度を上昇させることにより、ポジティブフィードバックのループと、場合によってはサイクルの破壊とをもたらす可能性がある。バッテリセル内の１つのユニットセルアセンブリで熱暴走反応が生じた場合には、それが、ケース間の直接接触、高温の通気ガスの衝突、又は燃えている通気ガスの衝突など様々な熱伝達機構を介して隣接するユニットセルアセンブリでも熱暴走を引き起こす可能性が高い。連鎖反応が発生して、数秒で、又は各セルを使用している数時間のうちにパックが破壊されるおそれがある。

【0017】

[1059] 従来のバッテリ製造における第２の問題としては、各バッテリセル内の大量の電解質によってもたらされる火災危険が挙げられる。リチウムイオンバッテリでは、一般的に電解質は炭化水素系であり、通常は可燃性である。リチウムイオンセルにおいて炭化水素系電解質であるということは、火災状態では、これらのセルが、水性電解質を含む鉛蓄電池、ＮｉＭＨ又はＮｉＣｄセルとは異なる挙動をする可能性があるということである。さらに詳細には、リチウムイオンセルの漏れ又は通気により、可燃性蒸気が解放されるおそれがある。水性電解質を含むセルに火が触れた場合には、セル内の水が熱を吸収することにより、火が放出する熱全体を減少させ、危険を軽減することができる。これに対して、リチウムイオンセルに火が触れると、可燃性電解質の解放を引き起こし、これにより火が放出する熱全体を増大させ、火災危険を悪化させることになる。バッテリセル内の電解質の量は、同バッテリセル内の電極材料の量にほぼ比例する。複数のユニットセルアセンブリ（すなわち複数のアノード／カソードのスタック）を含む従来のバッテリセルは、通常、それに相応する大量の電解質を含む。したがって、各バッテリセル内の大量の電解質が、火災危険の増大をもたらす可能性がある。

【0018】

[1060] 従来のバッテリ製造における第３の問題としては、溶接プロセス中に生じる金属汚染が挙げられる。溶接は、通常、複数の電極スタックを含むバッテリセル全体をパウチ内に密封する前に実行されるので、電極は、溶接部分から飛び散る金属粒子に曝される。これらの金属粒子が溶接部分の近傍に付着すると、電気的短絡が発生する可能性がある。さらに、これらの金属粒子は、溶接中に電極材料内に分散し、内部短絡を引き起こす可能性もある。このセル内の汚染金属は、金属の樹枝状結晶を生じるおそれがあり、これが短絡を生じる。例えば、カソード領域への溶接中の銅汚染物質が、バッテリサイクル中にアノード側に電気化学的に堆積する可能性があり、これにより、銅がカソード材料のほとんどの電圧で不安定であるために内部短絡を生じる可能性がある。銅の樹枝状結晶は、リチウムの樹枝状結晶と比較して、融点が高いためにより頑健である。

【0019】

シングルパウチバッテリセル及びバッテリモジュール
[1061] 図１Ａは、従来のバッテリ製造の前述の問題に少なくとも部分的には対処することができるバッテリセルを示す概略図である。バッテリセル１００は、アノード集電体１５０（本明細書では「ACC150」とも呼ぶ）上に配置されたアノード材料１１１を含むアノード１１０、カソード集電体１６０（本明細書では「CCC160」とも呼ぶ）上に配置されたカソード材料１２１を含むカソード１２０、及びアノード１１０とカソード１２０との間に配置されたセパレータ１３０とを含む。アノード１１０、カソード１２０及びセパレータ１３０のアセンブリは、実質的にパウチ１４０内に収容され、パウチ１４０は、バッテリセル１００をバッテリモジュール若しくはパック内の隣接する１つ又は複数のセルから分離することにより、故意でない電気化学的反応を個々のセル内に限定することによって、欠陥伝搬（例えば火災危険）を軽減することができる。任意選択で、ＡＣＣ１５０及びＣＣＣ１６０は、アノード１１０、カソード１２０、又はバッテリセル１００を組み立てる前にパウチ１４０の内側に配置することもできる。パウチを使用することにより、電極（すなわちアノード１１０及びカソード１２０）がバッテリセルを短絡させる可能性がある金属粒子又は任意のその他の物質からパウチ１４０によって保護されるので、バッテリモジュール／パックの構築時の溶接プロセス中の電極における金属汚染を軽減又は解消することもできる。任意選択で、いくつかの実施形態では、ＡＣＣ１５０及びＣＣＣ１６０のうちの少なくとも一方が、１つ又は複数の外部電気回路に接続するための電気的リード（又は接続点）として作用するタブ又はタブ接続部（図示せず）を含むこともできる。

【0020】

[1062] いくつかの実施形態では、ＡＣＣ１５０及びＣＣＣ１６０（本明細書ではまとめて「集電体」と呼ぶ）は、基板、シート、又は箔の形態で、あるいはその他の任意の形状係数で、導電性材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、集電体は、アルミニウム、銅、リチウム、ニッケル、ステンレス鋼、タンタル、チタン、タングステン、バナジウム、あるいはそれらの混合物、組合せ、又は合金を含むことができる。他の実施形態では、集電体は、炭素、カーボンナノチューブ、又は金属酸化物（例えばＴｉＮ、ＴｉＢ_２、ＭｏＳｉ_２、ｎ−ＢａＴｉＯ_３、Ｔｉ_２Ｏ_３、ＲｅＯ_３、ＲｕＯ_２、ＩｒＯ_２など）などの非金属材料を含むこともできる。いくつかの実施形態では、集電体は、前述の金属材料及び非金属材料のうちのいずれかの上に配置された導電性コーティングを含むことができる。いくつかの実施形態では、導電性コーティングは、複合体又は層状物質などの、炭素系材料、導電性金属、及び／又は非金属材料を含み得る。

【0021】

[1063] いくつかの実施形態では、集電体は、集電体の機械的性質、熱的性質、化学的性質、又は電気的性質を改善するような１つ又は複数の表面コーティングを有するベース基板を含む。１つの例では、集電体の１つ又は複数のコーティングは、腐食を軽減し、接着特性を改変するように構成することができる（例えばそれぞれ親水性コーティング又は疎水性コーティング）。別の例では、集電体の１つ又は複数のコーティングは、ベース基板の全体的な電荷輸送を改善するために高い導電性を有する材料を含むことができる。さらに別の例では、コーティングは、ベース基板の熱放散を促進し、バッテリを過熱から保護するために高い熱伝導率を有する材料を含むことができる。さらに別の例では、コーティングは、バッテリの火災危険を防止するために耐熱性又は難燃性の材料を含むことができる。さらに別の例では、コーティングは、表面積を増大し、かつ／又は電極材料（例えばアノード材料１１１及びカソード材料１２１）との接着性を高めるように、粗く構成することができる。さらに別の例では、コーティングは、電極材料との良好な接着性又は糊付け性を有する材料を含むことができる。

【0022】

[1064] いくつかの実施形態では、集電体は、電極材料と集電体の間の機械的接触、電気的接触及び熱的接触を改善するように粗面化された表面を有する導電性の基板、シート又は箔を含む。集電体の粗面化された表面は、電極材料と集電体の間の物理的接触面積を増大させることにより、集電体に対する電極材料の接着性を高めることができる。このように物理的接触面積を増大させることによっても、集電体と電極材料の間の電気的及び熱的接触を改善する（例えば電気抵抗及び熱抵抗を低下させる）ことができる。

【0023】

[1065] いくつかの実施形態では、集電体は、金網など、多孔性集電体を含む。金網（本明細書ではメッシュとも呼ぶ）は、ウィービング、ブレイディング、ニッティングなどによって作製される一定のパターン又は構造、あるいはワイヤを無作為に分布させ、それらを溶接、接着又はその他の適当な技術によって連結することによって作製されるより無作為なパターン又は構造など、適当なプロセスを使用して様々な構成に組み上げることができる任意数のフィラメントワイヤを含むことができる。さらに、網を含むワイヤは、任意の適当な材料とすることができる。例えば、いくつかの実施形態では、ワイヤは、鋼、アルミニウム、銅、チタン又はその他の任意の適当な金属など、金属である。他の実施形態では、ワイヤは、例えばカーボンナノファイバ又はその他の任意の適当な材料など、導電性の非金属材料とすることができる。いくつかの実施形態では、ワイヤは、コーティングを含むことができる。例えば、コーティングは、腐食を軽減し、接着特性を向上又は低下させる（例えばそれぞれ親水性コーティング又は疎水性コーティング）ように構成することができる。多孔性集電体の例は、参照によりその開示の全体を本明細書に組み込む、「Ｓｅｍｉ−Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｃｅｌｌ Ｈａｖｉｎｇ Ａ Ｐｏｒｏｕｓ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」と題する米国特許公開第ＵＳ２０１３／００６５１２２号、及び「Ｓｅｍｉ−Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｗｉｔｈ Ｐｏｒｏｕｓ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」と題する米国特許出願第ＵＳ１５／０９７８３８号に記載されている。

【0024】

[1066] いくつかの実施形態では、集電体は、これらに限定されるわけではないが、化学蒸着（CVD）（イニシエートCVD、ホットワイヤCVD、プラズマ強化CVD、及びその他の携帯のCVDなど）、物理蒸着、スパッタ堆積、マグネトロンスパッタリング、高周波スパッタリング、原子層堆積、パルスレーザ堆積、メッキ、電気メッキ、浸漬被覆、ブラッシング、スプレー被覆、ゾルゲル法（浸漬被覆、ブラッシング又はスプレー被覆による）、静電スプレー被覆、３Ｄ印刷、スピンコーティング、電着、粉体被覆、焼結、自己集合法及びそれらの技術の任意の組合せなどの被覆又は堆積技術のうちのいずれかによって作製することができる。

【0025】

[1067] いくつかの実施形態では、堆積又は被覆によって形成される集電体の性質を、堆積中に堆積パラメータを変化させることによって最適化することができる。例えばコーティングのテクスチャ、コーティングの厚さ、厚さの均一性、ならびに表面粗さ、多孔性、また破壊靱性、延性、及び引張り強さなどの一般的機械的性質などの表面形態といった物理的特性は、堆積パラメータの微調整によって最適化することができる。同様に、例えば電解質及び塩に対する耐薬品性及び耐腐食性、並びに特別な反応性、接着性及び親和性などの化学的性質は、堆積パラメータを変化させることによって最適化して、機能性集電体を作製することができる。いくつかの実施形態では、堆積又は被覆によって形成される集電体の様々な物理的及び化学的性質は、堆積後に、アニーリング又は急熱（フラッシュ）アニーリング、あるいは電気化学研磨などの後続の表面処理又は温度処理によって、またこれらの技術の任意の組合せを使用して、さらに改善又は修正することができる。

【0026】

[1068] いくつかの実施形態では、アノード集電体１５０は、約１μｍ〜約２０μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＡＣＣ１５０は、約１μｍ〜約１８μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＡＣＣ１５０は、約１μｍ〜約１７μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＡＣＣ１５０は、約１μｍ〜約１６μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＡＣＣ１５０は、約１μｍ〜約１５μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＡＣＣ１５０は、約１μｍ〜約１４μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＡＣＣ１５０は、約１μｍ〜約１３μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＡＣＣ１５０は、約１μｍ〜約１２μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＡＣＣ１５０は、約２μｍ〜約１１μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＡＣＣ１５０は、約３μｍ〜約１０μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＡＣＣ１５０は、約４μｍ〜約９μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＡＣＣ１５０は、約５μｍ〜約８μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＡＣＣ１５０は、約６μｍ〜約７μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＡＣＣ１５０は、以下の値の間の厚さも全て含めて、約１μｍ未満、約２μｍ未満、約３μｍ未満、約４μｍ未満、約５μｍ未満、約６μｍ未満、約７μｍ未満、約８μｍ未満、約９μｍ未満、約１０μｍ未満、約１１μｍ未満、約１２μｍ未満、約１３μｍ未満、約１４μｍ未満、約１５μｍ未満、約１６μｍ未満、約１７μｍ未満、約１８μｍ未満、約１９μｍ未満、及び約２０μｍ未満の厚さを有することができる。

【0027】

[1069] アノード材料１１１は、様々な材料から選択することができる。いくつかの実施形態では、アノード材料１１１は、これらに限定されるわけではないが、硬質炭素、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバ、多孔性カーボン、及びグラフェンなどの炭素系材料を含む。いくつかの実施形態では、アノード材料１１１は、これらに限定されるわけではないが、スピネルＬｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２（LTO）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２、チタニア）などのチタン系酸化物を含む。いくつかの実施形態では、アノード材料１１１は、これらに限定されるわけではないが、ケイ素、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）、ゲルマニウム、酸化スズ（ＳｎＯ_２）などの合金又は脱合金材料を含む。いくつかの実施形態では、アノード材料１１１は、遷移金属化合物（例えば酸化物、リン化物、硫化物、窒化物など）を含む。遷移化合物の一般式は、Ｍ_ｘＮ_ｙと書くことができ、ここで、Ｍは鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）、及びニッケル（Ｎｉ）から選択することができ、Ｎは、酸素（Ｏ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、及び窒素（Ｎ）から選択することができる。

【0028】

[1070] いくつかの実施形態では、アノード材料１１１は、非晶質炭素、無秩序炭素、黒鉛状炭素、あるいは金属被覆又は金属装飾された炭素、グラファイト、非黒鉛状炭素、メソカーボンマイクロビーズ、ホウ素炭素合金、硬質又は無秩序炭素、リチウムチタンスピネル、あるいは例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ａｌ、任意のその他の適当な金属合金、メタロイド合金又はそれらの組合せなど、リチウムと反応して電子化合物を形成する固体金属又は金属合金又はメタロイド又はメタロイド合金、あるいはＬｉＡｌ、Ｌｉ_９Ａｌ_４、Ｌｉ_３Ａｌ、ＬｉＺｎ、ＬｉＡｇ、Ｌｉ_１０Ａｇ_３、Ｌｉ_５Ｂ_４、Ｌｉ_７Ｂ_６、Ｌｉ_１２Ｓｉ_７、Ｌｉ_２１Ｓｉ_８、Ｌｉ_１３Ｓｉ_４、Ｌｉ_２１Ｓｉ_５、Ｌｉ_５Ｓｎ_２、Ｌｉ_１３Ｓｎ_５、Ｌｉ_７Ｓｎ_２、Ｌｉ_２２Ｓｎ_５、Ｌｉ_２Ｓｂ、Ｌｉ_３Ｓｂ、ＬｉＢｉ、又はＬｉ_３Ｂｉなどの化合物のようなリチウム化金属又は金属合金、あるいはリチウム化又は非リチウム化組成物、任意のその他の材料又はそれらの合金の非晶質金属合金、あるいはそれらの任意のその他の組合せからなる一群から選択される固体を含むことができる。

【0029】

[1071] いくつかの実施形態では、アノード材料１１１は、電子化合物を含む。電子化合物は、化学式ＭＭ’を基本とすることができるが、ここでＭは１つの金属元素、Ｍ’は異なる金属元素である。電子化合物は、２種類を超える金属元素を含むこともできる。電子化合物のＭ原子は、例えばＣｕ、Ｌｉ、及びＭｎとすることができ、電子化合物のＭ’元素は、例えばＳｂとすることができる。例示的な電子化合物は、特に、Ｃｕ_２Ｓｂ、Ｌｉ_２ＣｕＳｂ、及びＬｉ_３Ｓｂである。１つの例では、アノード材料１１１の電子化合物は、Ｍ又はＭ’原子が無作為に配列される完全無秩序構造を有することができる。別の例では、アノード材料１１１の電子化合物は、結晶格子中のＭ又はＭ’原子が非無秩序に配列される部分無秩序構造を有する。

【0030】

[1072] いくつかの実施形態では、アノード材料１１１は、表面積を増大させ、得られる電極のリチウムインターカレーション速度を高めるように、多孔性にすることができる。１つの例では、アノード材料１１１は、例えばＭｎＣＯ_３小球体の熱分解によって準備することができる多孔性Ｍｎ_２Ｏ_３を含む。別の例では、アノード材料１１１は、例えばポリアクリロニトリルとポリ（１−ラクチド）の混合溶液を電界紡糸した後に炭化を行うことによって準備される多孔性カーボンファイバを含む。いくつかの実施形態では、アノード材料１１１の多孔性は、多孔性集電体を使用することによって実現する、又は高めることができる。例えば、アノード材料１１１は、特定の多孔度を有するように、多孔性発泡構造上にコンフォーマルに堆積させたＣｕ_２Ｓｂを含むことができる。

【0031】

[1073] いくつかの実施形態では、アノード材料１１１の厚さは、以下の値の間の厚さも全て含めて、約２５０μｍ〜約２０００μｍの範囲内、約３００μｍ〜約２０００μｍの範囲内、約３５０μｍ〜約２０００μｍの範囲内、約４００μｍ〜約２０００μｍの範囲内、約４５０μｍ〜約２０００μｍの範囲内、約５００μｍ〜約２０００μｍの範囲内、約２５０μｍ〜約１５００μｍの範囲内、約３００μｍ〜約１５００μｍの範囲内、約３５０μｍ〜約１５００μｍの範囲内、約４００μｍ〜約１５００μｍの範囲内、約４５０μｍ〜約１５００μｍの範囲内、約５００μｍ〜約１５００μｍの範囲内、約２５０μｍ〜約１０００μｍの範囲内、約３００μｍ〜約１０００μｍの範囲内、約３５０μｍ〜約１０００μｍの範囲内、約４００μｍ〜約１０００μｍの範囲内、約４５０μｍ〜約１０００μｍの範囲内、約５００μｍ〜約１０００μｍの範囲内、約２５０μｍ〜約７５０μｍの範囲内、約３００μｍ〜約７５０μｍの範囲内、約３５０μｍ〜約７５０μｍの範囲内、約４００μｍ〜約７５０μｍの範囲内、約４５０μｍ〜約７５０μｍの範囲内、約５００μｍ〜約７５０μｍの範囲内、約２５０μｍ〜約７００μｍの範囲内、約３００μｍ〜約７００μｍの範囲内、約３５０μｍ〜約７００μｍの範囲内、約４００μｍ〜約７００μｍの範囲内、約４５０μｍ〜約７００μｍの範囲内、約５００μｍ〜約７００μｍの範囲内、約２５０μｍ〜約６５０μｍの範囲内、約３００μｍ〜約６５０μｍの範囲内、約３５０μｍ〜約６５０μｍの範囲内、約４００μｍ〜約６５０μｍの範囲内、約４５０μｍ〜約６５０μｍの範囲内、約５００μｍ〜約６５０μｍの範囲内、約２５０μｍ〜約６００μｍの範囲内、約３００μｍ〜約６００μｍの範囲内、約３５０μｍ〜約６００μｍの範囲内、約４００μｍ〜約６００μｍの範囲内、約４５０μｍ〜約６００μｍの範囲内、約５００μｍ〜約６００μｍの範囲内、約２５０μｍ〜約５５０μｍの範囲内、約３００μｍ〜約５５０μｍの範囲内、約３５０μｍ〜約５５０μｍの範囲内、約４００μｍ〜約５５０μｍの範囲内、約４５０μｍ〜約５５０μｍの範囲内、又は約５００μｍ〜約５５０μｍの範囲内とすることができる。

【0032】

[1074] いくつかの実施形態では、カソード１２０は、カソード集電体１６０及びカソード材料１２１を含む。カソード１２０のカソード集電体１６０は、上述したアノード１１０のアノード集電体１５０と実質的に同じであり、したがって、アノード集電体１５０の堆積及び／又は被覆技術に関連して述べたのと同じ技術が、カソード集電体１６０の作製にも適用可能であることがある。いくつかの実施形態では、カソード集電体１６０は、約１μｍ〜約４０μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＣＣＣ１６０は、約２μｍ〜約３８μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＣＣＣ１６０は、約２μｍ〜約３６μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＣＣＣ１６０は、約２μｍ〜約３４μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＣＣＣ１６０は、約２μｍ〜約３２μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＣＣＣ１６０は、約２μｍ〜約３０μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＣＣＣ１６０は、約２μｍ〜約２８μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＣＣＣ１６０は、約２μｍ〜約２６μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＣＣＣ１６０は、約２μｍ〜約２４μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＣＣＣ１６０は、約２μｍ〜約２２μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＣＣＣ１６０は、約２μｍ〜約２０μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＣＣＣ１６０は、約２μｍ〜約１８μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＣＣＣ１６０は、約３μｍ〜約１６μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＣＣＣ１６０は、約４μｍ〜約１４μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＣＣＣ１６０は、約５μｍ〜約１２μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＣＣＣ１６０は、約６μｍ〜約１０μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＣＣＣ１６０は、約７μｍ〜約８μｍの範囲の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＣＣＣ１６０は、以下の値の間の厚さも全て含めて、約１μｍ未満、約２μｍ未満、約３μｍ未満、約４μｍ未満、約５μｍ未満、約６μｍ未満、約７μｍ未満、約８μｍ未満、約９μｍ未満、約１０μｍ未満、約１１μｍ未満、約１２μｍ未満、約１３μｍ未満、約１４μｍ未満、約１５μｍ未満、約１６μｍ未満、約１７μｍ未満、約１８μｍ未満、約１９μｍ未満、約２０μｍ未満、約２１μｍ未満、約２２μｍ未満、約２３μｍ未満、約２４μｍ未満、約２５μｍ未満、約２６μｍ未満、約２７μｍ未満、約２８μｍ未満、約２９μｍ未満、約３０μｍ未満、約３１μｍ未満、約３２μｍ未満、約３３μｍ未満、約３４μｍ未満、約３５μｍ未満、約３６μｍ未満、約３７μｍ未満、約３８μｍ未満、約３９μｍ未満、及び約４０μｍ未満の厚さを有することができる。

【0033】

[1075] カソード１２０のカソード材料１２１は、例えば、ニッケルコバルトアルミニウム（NCA）、コアシェルグラジエント（CSG）、スピネル系リチウムイオン（LMO）、リン酸鉄リチウム（LFP）、コバルト系リチウムイオン（LCO）及びニッケルコバルトマンガン（NCM）とすることができる。いくつかの実施形態では、カソード材料１２１は、ニッケル水素（ＮｉＭＨ）バッテリ及びニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）バッテリで使用されるような、当業者には既知の固体化合物を含むことができる。いくつかの実施形態では、カソード材料１２１は、Ｄ−ＮａＦｅＯ_２（いわゆる「層状化合物」）又は斜方ＬｉＭｎＯ_２構造型を有するもの、あるいは異なる結晶対称性、原子秩序又は金属もしくは酸素の部分置換を有するそれらの誘導体など、秩序岩塩化合物ＬｉＭＯ_２の一般族を含むことができる。Ｍは、少なくとも１つの第１列遷移金属を含むが、これらに限定されるわけではないがＡｌ、Ｃａ、Ｍｇ又はＺｒなどの非遷移金属を含むこともある。このような化合物の例は、ＬｉＣｏＯ_２、ＭｇがドープされたＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、Ｌｉ（Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ）Ｏ_２（「NCA」と呼ばれる）及びＬｉ（Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ）Ｏ_２（「ＮＭＣ」又は「ＮＣＭ」と呼ばれる）を含む。他の族の例示的なカソード材料１２１は、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４及びその誘導体などスピネル構造を有するもの、その構造が秩序岩塩及びスピネル秩序を有するナノスコピック領域を含むいわゆる「層状スピネルナノ複合体」、カンラン石ＬｉＭＰＯ_４（ＭはＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ又はＮｉのうちの１つ又は複数を含む）及びその誘導体、ＬｉＶＰＯ_４Ｆなどの部分フッ化化合物、以下に述べるその他の「ポリアニオン」化合物、ならびにＶ_２Ｏ_５及びＶ_６Ｏ_１１などの酸化バナジウムＶ_ｘＯ_ｙを含むことができる。

【0034】

[1076] いくつかの実施形態では、カソード材料１２１は、例えば米国特許第７３３８７３４号に記載されるような遷移金属ポリアニオン化合物を含む。いくつかの実施形態では、カソード材料１２１は、アルカリ金属遷移金属酸化物又はリン酸塩を含み、例えば、この化合物は、Ａ_ｘ（Ｍ’_１−ａＭ”_ａ）_ｙ（ＸＤ_４）_ｚ、Ａ_ｘ（Ｍ’_１−ａＭ”_ａ）_ｙ（ＤＸＤ_４）_ｚ又はＡ_ｘ（Ｍ’_１−ａＭ”_ａ）_ｙ（Ｘ_２Ｄ_７）_ｚという組成を有し、ｘ＋ｙ（１−ａ）×（Ｍ’の１つ又は複数の形式原子価）＋ｙａ×（Ｍ”の１つ又は複数の形式原子価）が、ｚ×（ＸＤ_４、Ｘ_２Ｄ_７又はＤＸＤ_４族の形式原子価）に等しくなるような値を有する、あるいはこの化合物は、（Ａ_１−ａＭ”_ａ）_ｘＭ’_ｙ（ＸＤ_４）_ｚ、（Ａ_１−ａＭ”_ａ）_ｘＭ’_ｙ（ＤＸＤ_４）_ｚ又は（Ａ_１−ａＭ”_ａ）_ｘＭ’_ｙ（Ｘ_２Ｄ_７）_ｚという組成を有し、（１−ａ）ｘ＋（量ａｘ）×（Ｍ”の１つ又は複数の形式原子価）＋ｙ×（Ｍ’の１つ又は複数の形式原子価）が、ｚ×（ＸＤ_４、Ｘ_２Ｄ_７又はＤＸＤ_４族の形式原子価）に等しくなるような値を有する。この化合物において、Ａは、アルカリ金属及び水素のうちの少なくとも１つであり、Ｍ’は、第１列遷移金属であり、Ｘは、リン、硫黄、ヒ素、モリブデン及びタングステンのうちの少なくとも１つであり、Ｍ”は、ＩＩＡ族、ＩＩＩＡ族、ＩＶＡ族、ＶＡ族、ＶＩＡ族、ＶＩＩＡ族、ＶＩＩＩＡ族、ＩＢ族、ＩＩＢ族、ＩＩＩＢ族、ＩＶＢ族、ＶＢ族、及びＶＩＢ族金属のうちのいずれかであり、Ｄは、酸素、窒素、炭素又はハロゲンのうちの少なくとも１つである。カソード材料１２１は、カンラン石構造化合物ＬｉＭＰＯ４とすることができ、ここで、Ｍは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉのうちの１つ又は複数であり、この化合物は、任意選択で、Ｌｉ、Ｍ又はＯの位置でドープされる。Ｌｉ位置における欠陥は、金属又はメタロイドの添加によって補償され、Ｏ位置における欠陥は、ハロゲンの添加によって補償される。いくつかの実施形態では、カソード材料１２１は、カンラン石構造と化学式（Ｌｉ_１−ｘＺ_ｘ）ＭＰＯ_４を有する、熱的に安定な遷移金属ドープリチウム遷移金属リン酸塩を含む。ここで、Ｍは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉのうちの１つ又は複数であり、Ｚは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ又はＭｇのうちの１つ又は複数などの非アルカリ金属ドーパントであり、ｘは、０．００５〜０．０５の範囲である。

【0035】

[1077] 他の実施形態では、リチウム遷移金属リン酸塩材料は、Ｌｉ_{１−ｘ−ｚ}Ｍ_１＋ｚＰＯ_４という全体の組成を有し、ここで、Ｍは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる一群から選択される少なくとも１つの第１列遷移金属であり、ｘは、０〜１であり、ｚは、正でも負でもよい。ＭはＦｅを含み、ｚは、約０．１５〜０．１５の間である。この材料は、０＜ｘ＜０．１５の組成範囲の固溶体を呈することができる、又は０から少なくとも約０．０５の間のｘの組成範囲で、安定した固溶体を呈することができる、又は室温（22〜25℃）で０から少なくとも０．０７の間のｘの組成範囲で安定した固溶体を呈することができる。この材料は、例えばｘ≧０．８、又はｘ≧０．９、又はｘ≧０．９５など、リチウムの乏しいレジームで固溶体を呈することもある。

【0036】

[1078] いくつかの実施形態では、カソード材料１２１は、置換又は変換反応を受けることによってアルカリイオンを貯蔵する金属塩を含む。このような化合物の例は、Ｌｉと反応すると置換又は変換反応を起こして、Ｌｉ_２Ｏと、より還元された酸化物の形態又はその金属の形態の金属成分との混合物を形成し、リチウムバッテリでは通常は不電極として使用される、ＣｏＯ、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、ＣｕＯ及びＭｎＯなどの金属酸化物を含む。他の例は、置換又は変換反応を起こしてＬｉＦ及び還元された金属成分を形成する、ＣｕＦ_２、ＦｅＦ_２、ＦｅＦ_３、ＢｉＦ_３、ＣｏＦ_２及びＮｉＦ_２などの金属フッ化物を含む。このようなフッ化物は、リチウムバッテリでは、正電極として使用することができる。他の実施形態では、カソード材料１２１は、一フッ化炭素又はその誘導体を含む。いくつかの実施形態では、置換又は変換反応を起こすカソード材料１２１は、１００ナノメートル以下の平均寸法を有する粒子の形態をしている。いくつかの実施形態では、置換又は変換反応を起こすカソード材料１２１は、これらに限定されるわけではないが、炭素、又は金属、又は金属硫化物のような導電性で比較的延性のある化合物などの不活性ホストと混合したカソード材料１２１のナノ複合物を含む。ＦｅＳ_２及びＦｅＦ_３も、非水又は水性のリチウム系で安価な導電性のカソード材料１２１として使用することができる。いくつかの実施形態では、ＣＦ_ｘ電極、ＦｅＳ_２電極、又はＭｎＯ_２電極が、リチウムバッテリを作製するためにリチウム金属の負電極と共に使用される正カソード材料である。いくつかの実施形態では、このようなバッテリは、一次電池である。いくつかの実施形態では、このようなバッテリは、蓄電池である。

【0037】

[1079] いくつかの実施形態では、カソード材料１２１で働く動作イオンは、Ｌｉ^＋、Ｎａ^＋、Ｈ^＋、Ｍｇ^２＋、Ａｌ^３＋、又はＣａ^２＋からなる一群から選択される。いくつかの実施形態では、動作イオンは、Ｌｉ^＋又はＮａ^＋からなる一群から選択される。いくつかの実施形態では、カソード材料１２１は、イオン貯蔵化合物などの固体を含む。いくつかの実施形態では、このイオンは、陽子又はヒドロキシルイオンであり、カソード材料１２１は、ニッケルカドミウムバッテリ又はニッケル水素バッテリで使用されるそれらのイオンを含む。いくつかの実施形態では、このイオンは、リチウムであり、カソード材料１２１は、ＣｕＦ_２、ＦｅＦ_２、ＦｅＦ_３、ＢｉＦ_３、ＣｏＦ_２、及びＮｉＦ_２などの金属フッ化物からなる一群から選択される。

【0038】

[1080] いくつかの実施形態では、このイオンは、リチウムであり、カソード材料１２１は、ＣｏＯ、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、ＣｕＯ、及びＭｎＯなどの金属酸化物からなる一群から選択される。

【0039】

[1081] いくつかの実施形態では、このイオンは、リチウムであり、カソード材料１２１は、化学式（Ｌｉ_１−ｘＺ_ｘ）ＭＰＯ_４を有する化合物から選択される層間化合物を含む。ここで、Ｍは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉのうちの１つ又は複数であり、Ｚは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、又はＭｇのうちの１つ又は複数などの非アルカリ金属ドーパントであり、ｘは、０．００５〜０．０５の範囲である。

【0040】

[1082] いくつかの実施形態では、イオンは、リチウムであり、カソード材料１２１は、化学式ＬｉＭＰＯ_４を有する化合物から選択される層間化合物を含む。ここで、Ｍは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉのうちの１つ又は複数であり、この化合物は、任意選択でＬｉ、Ｍ又はＯの位置でドープされる。

【0041】

[1083] いくつかの実施形態では、イオンは、リチウムであり、カソード材料１２１は、Ａ_ｘ（Ｍ’_１−ａＭ”_ａ）_ｙ（ＸＤ_４）_ｚ、Ａ_ｘ（Ｍ’_１−ａＭ”_ａ）_ｙ（ＤＸＤ_４）_ｚ、及びＡ_ｘ（Ｍ’_１−ａＭ”_ａ）_ｙ（Ｘ_２Ｄ_７）_ｚからなる一群から選択される層間化合物を含む。ここで、ｘ＋ｙ（１−ａ）×（Ｍ’の１つ又は複数の形式原子価）＋ｙａ×（Ｍ”の１つ又は複数の形式原子価）は、ｚ×（ＸＤ_４、Ｘ_２Ｄ_７又はＤＸＤ_４族の形式原子価）に等しく、Ａは、アルカリ金属及び水素のうちの少なくとも１つであり、Ｍ’は、第１列遷移金属であり、Ｘは、リン、硫黄、ヒ素、モリブデン及びタングステンのうちの少なくとも１つであり、Ｍ”は、ＩＩＡ族、ＩＩＩＡ族、ＩＶＡ族、ＶＡ族、ＶＩＡ族、ＶＩＩＡ族、ＶＩＩＩＡ族、ＩＢ族、ＩＩＢ族、ＩＩＩＢ族、ＩＶＢ族、ＶＢ族、及びＶＩＢ族金属のうちのいずれかであり、Ｄは、酸素、窒素、炭素又はハロゲンのうちの少なくとも１つである。

【0042】

[1084] いくつかの実施形態では、このイオンは、リチウムであり、カソード材料１２１は、（Ａ_１−ａＭ”_ａ）_ｘＭ’_ｙ（ＸＤ_４）_ｚ、（Ａ_１−ａＭ”_ａ）_ｘＭ’_ｙ（ＤＸＤ_４）_ｚ及び（Ａ_１−ａＭ”_ａ）_ｘＭ’_ｙ（Ｘ_２Ｄ_７）_ｚからなる一群から選択される層間化合物を含む。ここで、（１−ａ）ｘ＋（量ａｘ）×（Ｍ”の１つ又は複数の形式原子価）＋ｙ×（Ｍ’の１つ又は複数の形式原子価）は、ｚ×（ＸＤ_４、Ｘ_２Ｄ_７又はＤＸＤ_４族の形式原子価）に等しく、Ａは、アルカリ金属及び水素のうちの少なくとも１つであり、Ｍ’は、第１列遷移金属であり、Ｘは、リン、硫黄、ヒ素、モリブデン及びタングステンのうちの少なくとも１つであり、Ｍ”は、ＩＩＡ族、ＩＩＩＡ族、ＩＶＡ族、ＶＡ族、ＶＩＡ族、ＶＩＩＡ族、ＶＩＩＩＡ族、ＩＢ族、ＩＩＢ族、ＩＩＩＢ族、ＩＶＢ族、ＶＢ族、及びＶＩＢ族金属のうちのいずれかであり、Ｄは、酸素、窒素、炭素又はハロゲンのうちの少なくとも１つである。

【0043】

[1085] いくつかの実施形態では、このイオンは、リチウムであり、カソード材料１２１は、α−ＮａＦｅＯ_２及び斜方ＬｉＭｎＯ_２構造型を有するもの、あるいは異なる結晶対称性、原子秩序又は金属もしくは酸素の部分置換を有するそれらの誘導体などの秩序岩塩化合物ＬｉＭＯ_２からなる一群から選択される層間化合物を含む。ここで、Ｍは、少なくとも１つの第１列遷移金属を含むが、これらに限定されるわけではないがＡｌ、Ｃａ、Ｍｇ又はＺｒなどの非遷移金属を含むこともある。

【0044】

[1086] いくつかの実施形態では、カソード材料１２１は、非晶質炭素、無秩序炭素、黒鉛状炭素、あるいは金属被覆又は金属装飾された炭素などの固体を含む。

【0045】

[1087] いくつかの実施形態では、カソード材料１２１は、例えばナノワイヤ、ナノロッド及びナノテトラポッドなどのナノ構造を含む固体を含むことができる。

【0046】

[1088] いくつかの実施形態では、カソード材料１２１は、有機レドックス化合物などの固体を含む。

【0047】

[1089] いくつかの実施形態では、カソード材料１２１は、α−ＮａＦｅＯ_２及び斜方ＬｉＭｎＯ_２構造型を有するもの、あるいは異なる結晶対称性、原子秩序又は金属もしくは酸素の部分置換を有するそれらの誘導体などの秩序岩塩化合物ＬｉＭＯ_２からなる一群から選択される固体を含む。ここで、Ｍは、少なくとも１つの第１列遷移金属を含むが、これらに限定されるわけではないがＡｌ、Ｃａ、Ｍｇ又はＺｒなどの非遷移金属を含むこともある。

【0048】

[1090] いくつかの実施形態では、カソード材料１２１は、Ａ_ｘ（Ｍ’_１−ａＭ”_ａ）_ｙ（ＸＤ_４）_ｚ、Ａ_ｘ（Ｍ’_１−ａＭ”_ａ）_ｙ（ＤＸＤ_４）_ｚ、及びＡ_ｘ（Ｍ’_１−ａＭ”_ａ）_ｙ（Ｘ_２Ｄ_７）_ｚからなる一群から選択される固体を含むことができる。ここで、ｘ＋ｙ（１−ａ）×（Ｍ’の１つ又は複数の形式原子価）＋ｙａ×（Ｍ”の１つ又は複数の形式原子価）は、ｚ×（ＸＤ_４、Ｘ_２Ｄ_７又はＤＸＤ_４族の形式原子価）に等しく、Ａは、アルカリ金属及び水素のうちの少なくとも１つであり、Ｍ’は、第１列遷移金属であり、Ｘは、リン、硫黄、ヒ素、モリブデン及びタングステンのうちの少なくとも１つであり、Ｍ”は、ＩＩＡ族、ＩＩＩＡ族、ＩＶＡ族、ＶＡ族、ＶＩＡ族、ＶＩＩＡ族、ＶＩＩＩＡ族、ＩＢ族、ＩＩＢ族、ＩＩＩＢ族、ＩＶＢ族、ＶＢ族、及びＶＩＢ族金属のうちのいずれかであり、Ｄは、酸素、窒素、炭素又はハロゲンのうちの少なくとも１つである。

【0049】

[1091] いくつかの実施形態では、カソード材料１２１は、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４及びその誘導体、その構造が秩序岩塩及びスピネル秩序を有するナノスコピック領域を含む層状スピネルナノ複合体、これに限定されるわけではないがＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_１．５Ｏ_４など、４．３Ｖを超える電位（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋）を有するいわゆる「高電圧スピネル」、カンラン石ＬｉＭＰＯ_４（ＭはＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ又はＮｉのうちの１つ又は複数を含む）及びその誘導体、ＬｉＶＰＯ_４Ｆなどの部分フッ化化合物、その他の「ポリアニオン」化合物、ならびにＶ_２Ｏ_５及びＶ_６Ｏ_１１などの酸化バナジウムＶ_ｘＯ_ｙからなる一群から選択される化合物を含むことができる。

【0050】

[1092] いくつかの実施形態では、カソード材料１２１の厚さは、以下の値の間の全ての範囲又はその他の任意の距離も全て含めて、約２５０μｍ〜約２０００μｍの範囲内、約３００μｍ〜約２０００μｍの範囲内、約３５０μｍ〜約２０００μｍの範囲内、約４００μｍ〜約２０００μｍの範囲内、約４５０μｍ〜約２０００μｍの範囲内、約５００μｍ〜約２０００μｍの範囲内、約２５０μｍ〜約１５００μｍの範囲内、約３００μｍ〜約１５００μｍの範囲内、約３５０μｍ〜約１５００μｍの範囲内、約４００μｍ〜約１５００μｍの範囲内、約４５０μｍ〜約１５００μｍの範囲内、約５００μｍ〜約１５００μｍの範囲内、約２５０μｍ〜約１０００μｍの範囲内、約３００μｍ〜約１０００μｍの範囲内、約３５０μｍ〜約１０００μｍの範囲内、約４００μｍ〜約１０００μｍの範囲内、約４５０μｍ〜約１０００μｍの範囲内、約５００μｍ〜約１０００μｍの範囲内、約２５０μｍ〜約７５０μｍの範囲内、約３００μｍ〜約７５０μｍの範囲内、約３５０μｍ〜約７５０μｍの範囲内、約４００μｍ〜約７５０μｍの範囲内、約４５０μｍ〜約７５０μｍの範囲内、約５００μｍ〜約７５０μｍの範囲内、約２５０μｍ〜約７００μｍの範囲内、約３００μｍ〜約７００μｍの範囲内、約３５０μｍ〜約７００μｍの範囲内、約４００μｍ〜約７００μｍの範囲内、約４５０μｍ〜約７００μｍの範囲内、約５００μｍ〜約７００μｍの範囲内、約２５０μｍ〜約６５０μｍの範囲内、約３００μｍ〜約６５０μｍの範囲内、約３５０μｍ〜約６５０μｍの範囲内、約４００μｍ〜約６５０μｍの範囲内、約４５０μｍ〜約６５０μｍの範囲内、約５００μｍ〜約６５０μｍの範囲内、約２５０μｍ〜約６００μｍの範囲内、約３００μｍ〜約６００μｍの範囲内、約３５０μｍ〜約６００μｍの範囲内、約４００μｍ〜約６００μｍの範囲内、約４５０μｍ〜約６００μｍの範囲内、約５００μｍ〜約６００μｍの範囲内、約２５０μｍ〜約５５０μｍの範囲内、約３００μｍ〜約５５０μｍの範囲内、約３５０μｍ〜約５５０μｍの範囲内、約４００μｍ〜約５５０μｍの範囲内、約４５０μｍ〜約５５０μｍの範囲内、又は約５００μｍ〜約５５０μｍの範囲内とすることができる。

【0051】

[1093] いくつかの実施形態では、アノード材料又はカソード材料のうちの少なくとも一方は、半固体、又は濃縮イオン貯蔵液体反応物質を含む。「半固体」は、その材料が、例えば半固体の粒子懸濁液、コロイド懸濁液、乳濁液、ゲル又はミセルなど、液相と固相の混合物であることを意味する。「濃縮イオン貯蔵液体」又は「濃縮液体」は、その液体が、水性フローセルのカソード液又はアノード液の場合のような単なる溶剤ではなく、その液体自体がレドックス活性を有することを意味する。このような液体形態は、希釈液又は溶剤である別の非レドックス活性液体によって希釈すること、又はそれと混合することができ、例えばこのような希釈液と混合して、イオン貯蔵液体など、より低融点の液相、乳濁液又はミセルを形成することもできる。カソード又はアノード材料は、流動性のある半固体又は濃縮液体組成物とすることができる。流動性のアノードの半固体（本明細書では「アノード液」と呼ぶ）及び／又は流動性のカソードの半固体（「カソード液」）は、電気化学的に活性な作用物質（アノード粒子及び／又はカソード粒子）及び任意選択で導電性粒子の懸濁液で構成される。カソード粒子及び導電性粒子は、電解質内で共に懸濁して、カソード液の半固体を生成する。アノード粒子及び導電性粒子は、電解質内で共に懸濁して、アノード液の半固体を生成する。これらの半固体は、印加圧力、重力、又はその他の半固体に力を及ぼす場によって、また任意選択で機械的振動の助けにより、流れることができる。半固体懸濁液を利用するバッテリアーキテクチャの例は、参照によりその開示の全体を本明細書に組み込む、「Ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ、 Ｆｌｕｉｄ Ｒｅｄｏｘ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ」と題する国際特許公開ＷＯ２０１２／０２４４９９、及び「Ｓｅｍｉ−Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｌｅｄ Ｂａｔｔｅｒｙ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」と題する国際特許公開ＷＯ２０１２／０８８４４２に記載されている。

【0052】

[1094] いくつかの実施形態では、セパレータ１３０は、カソード１２０をアノード１１０から電気的に分離するが、放電及び充電中に２つの電極の間で孔を通してイオンを通過させることはできる、薄い微孔性膜とすることができる。いくつかの実施形態では、セパレータ１３０は、特にポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ナイロン、フルオロカーボン、及びポリスチレンなどの熱可塑性ポリマーを含む。いくつかの実施形態では、セパレータ１３０は、例えばポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリメチルペンテン、ポリイソプレン、それらの共重合体、及びそれらの組合せを含むポリオレフィン材料を含む。例示的な組合せは、これらに限定されるわけではないが、ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、及びポリプロピレンのうちの２つ以上を含む混合物、ならびに上記のものとエチレンブテン共重合体及びエチレンヘキセン共重合体などの共重合体との混合物を含み得る。

【0053】

[1095] いくつかの実施形態では、バッテリ１００は、実質的にパウチ１４０内に収容される電解質（図１Ａには図示せず）をさらに含む。電解質は、溶剤中のリチウム塩（リチウムイオンバッテリの場合）又はナトリウム塩（ナトリウムイオンバッテリの場合）などの非水電解質を含むことができる。例示的なリチウム塩は、特にＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、及びＬｉＣｌＯ_４を含み得る。例示的なナトリウム塩は、ＮａＣｌＯ_４、ＮａＰＦ_６及びビス（トリフルオロメタンスルホンイミド）ナトリウム（Na-TFSI）を含む。例示的な溶剤は、炭酸プロピレン（PC）、炭酸エチレン（EC）、炭酸ジメチル（DMC）、ジメトキシエタン（DME）、炭酸ジエチル（DEC）、テトラヒドロフラン（THF）、及びトリエチレングリコールジメチルエーテル（Ｔｒｉｇｌｙｍｅ）を含む。

【0054】

[1096] 図１Ａに示すバッテリセル１００のパウチ１４０は、実質的に、アノード１１０、カソード１２０、セパレータ１３０、及び電解質（図示せず）を収容する。パウチ１４０は、バッテリセル１００を隣接するセルから物理的に分離して、欠陥伝搬を軽減又は解消し、バッテリ製造中のバッテリセル１００の取扱いを容易にすることができる。パウチ１４０は、火花を生じることがあるバッテリ製造において行われ得る溶接プロセス中の可燃性電解質の点火の可能性を低下させることもできる。

【0055】

[1097] いくつかの実施形態では、アノード１１０、カソード１２０、セパレータ１３０及び電解質（図示せず）は、（例えば真空密封によって）パウチ１４０内に完全に密封される。いくつかの実施形態では、パウチ１４０は、部分的にしか密封されない、又は全く密封されないこともある。いくつかの実施形態では、パウチ１４０の周囲を密封して、アノード１１０、カソード１２０、セパレータ１３０及び電解質を封入することもできる。いくつかの実施形態では、パウチ１４０のシールは、アノード１１０、カソード１２０、セパレータ１３０及び電解質を実質的に封入することができる。いくつかの実施形態では、パウチ１４０のシールは、密封領域を有し、この密封領域は、以下の値の間の全ての幅及び幅範囲を含めて、約１０μｍ〜約１０ｍｍの範囲、約１０μｍ〜約９ｍｍの範囲、約１０μｍ〜約８ｍｍの範囲、約１０μｍ〜約７ｍｍの範囲、約１０μｍ〜約６ｍｍの範囲、約１０μｍ〜約５ｍｍの範囲、約１０μｍ〜約４ｍｍの範囲、約１０μｍ〜約３ｍｍの範囲、約１０μｍ〜約２ｍｍの範囲、約１０μｍ〜約１ｍｍの範囲、約１０μｍ〜約９００μｍの範囲、約１０μｍ〜約８００μｍの範囲、約１０μｍ〜約７００μｍの範囲、約１０μｍ〜約６００μｍの範囲、約１０μｍ〜約５００μｍの範囲、約１０μｍ〜約４００μｍの範囲、約１０μｍ〜約３００μｍの範囲、約１０μｍ〜約２００μｍの範囲、約１０μｍ〜約１００μｍの範囲、及び約１０μｍ〜約５０μｍの範囲の幅を有する。

【0056】

[1098] いくつかの実施形態では、パウチ１４０の密封領域は、パウチ１４０の外側縁部から特定の距離のところにある。いくつかの実施形態では、密封領域と外側縁部の間の距離は、以下の値の間の全ての距離及び距離範囲を含めて、約１０μｍ〜約２０ｍｍ、約１０μｍ〜約１５ｍｍ、約１０μｍ〜約１０ｍｍ、約１０μｍ〜約５ｍｍ、約１０μｍ〜約４ｍｍ、約１０μｍ〜約３ｍｍ、約１０μｍ〜約２ｍｍ、約１０μｍ〜約１ｍｍ、約１０μｍ〜約９００μｍ、約１０μｍ〜約８００μｍ、約１０μｍ〜約７００μｍ、約１０μｍ〜約６００μｍ、約１０μｍ〜約５００μｍ、約１０μｍ〜約４００μｍ、約１０μｍ〜約３００μｍ、約１０μｍ〜約２００μｍ、約１０μｍ〜約１００μｍ、及び約１０μｍ〜約５０μｍとすることができる。

【0057】

[1099] いくつかの実施形態では、パウチ１４０の密封領域は、アノード１１０及びカソード１２０のうちの少なくとも一方の最外縁部から特定の距離のところにある。いくつかの実施形態では、密封領域とアノード１１０及びカソード１２０のうちの少なくとも一方の最外縁部との間の距離は、以下の値の間の全ての距離及び距離範囲を含めて、約１μｍ〜約１０ｍｍ、約１μｍ〜約９ｍｍ、約１μｍ〜約８ｍｍ、約１μｍ〜約７ｍｍ、約１μｍ〜約６ｍｍ、約１μｍ〜約５ｍｍ、約１μｍ〜約４ｍｍ、約１μｍ〜約３ｍｍ、約１μｍ〜約２ｍｍ、約１μｍ〜約１ｍｍ、約１μｍ〜約９００μｍ、約１μｍ〜約８００μｍ、約１μｍ〜約７００μｍ、約１μｍ〜約６００μｍ、約１μｍ〜約５００μｍ、約１μｍ〜約４００μｍ、約１μｍ〜約３００μｍ、約１μｍ〜約２００μｍ、約１μｍ〜約１００μｍ、及び約１μｍ〜約５０μｍとすることができる。

【0058】

[1100] いくつかの実施形態では、セパレータ１３０は、アノード１１０及びカソード１２０のうちの少なくとも一方より大きい。いくつかの実施形態では、セパレータ１３０は、アノード集電体１５０及びカソード集電体１６０のうちの少なくとも一方より大きい。いくつかの実施形態では、セパレータ１３０は、アノード材料１１１及びカソード材料１２１のうちの少なくとも一方より大きい。いくつかの実施形態では、セパレータ１３０は、アノード１１０、カソード１２０、アノード材料１１１、カソード材料１２１、ＡＣＣ１５０及びＣＣＣ１６０のうちの少なくとも１つを超えて延び、したがって、パウチ１４０で密封領域の内側で密封することができる。換言すれば、セパレータ１３０は、パウチ１４０の密封領域の中まで延び、アノード１１０とカソード１２０とを効果的に分離する。いくつかの実施形態では、セパレータ１３０は、パウチ１４０の密封領域の中まで延び、アノード１１０とカソード１２０とを完全に分離する。いくつかの実施形態では、セパレータ１３０は、パウチ１４０の密封領域の中に部分的に延び、アノード１１０とカソード１２０とを部分的に分離する。いくつかの実施形態では、セパレータ１３０は、パウチ１４０の密封領域の複数の位置まで延び、それらの位置でアノード１１０とカソード１２０とを効果的に分離する。例えば、アノード１１０及びカソード１２０のうちの少なくとも一方が外部電気接続を行うためのタブ接続を有する場合には、セパレータ１３０は、パウチ１４０のタブ接続部の周りの位置及び領域までは延びないことがある。いくつかの実施形態では、パウチ１４０の密封領域内に延びるセパレータ１３０が到達する複数の位置及び領域のうちの１つ又は複数を使用して、シングルパウチバッテリセル１００に機能的目的のための１つ又は複数の構造を形成することができる。例えば、機能的目的は、過充電、ガス生成、又はある形態の電気化学的誤動作による圧力発生時の圧力解放又は圧力軽減の形態であることもある。同様に、いくつかの実施形態では、パウチ１４０の密封領域内でセパレータ１３０が到達しない複数の位置又は領域のうちの１つ又は複数を使用して、シングルパウチバッテリセル１００内に機能的目的のための１つ又は複数の構造を形成することもできる。

【0059】

[1101] これらの実施形態では、パウチ１４０は、電解質に点火するおそれがある（例えば溶接プロセスによる）火花の発生に曝される可能性を依然として低下させる、又は解消することができる。溶接プロセスの後で、最終密封工程を実行して、１つ又は複数のシングルパウチバッテリセルを外部パウチ又はパッケージ内に密封することができ、この場合には、外部パウチ又はパッケージは、湿気制御の機能を果たすことができる。いくつかの実施形態では、パウチ１４０は、カソード１２０及び／又はアノード１１０に機械的に取り付けられる。いくつかの実施形態では、パウチ１４０は、例えばヒートシール、糊付け、又は当業者で既知のその他の任意の方法によって、カソード１２０の集電体及び／又はアノード１１０の集電体に取り付けられる。

【0060】

[1102] いくつかの実施形態では、パウチ１４０は、３層構造を含む、すなわち外側層と内側層によって挟まれた中間層を含み、内側層は、電極及び電解質と接触している。例えば、外側層は、ナイロン系ポリマーフィルムを含むことができる。内側層は、酸又はその他の電解質に対して耐腐食性に、かつ電解質溶剤に不溶性にすることができるポリプロピレン（PP）ポリマーフィルムを含むことができる。中間層は、アルミニウム（Ａｌ）箔を含むことができる。この構造により、パウチは、高い機械的可撓性及び強度を両方とも有することができる。

【0061】

[1103] いくつかの実施形態では、パウチ１４０の外側層は、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリブチレンテレフタレート（PBT）、ナイロン、高密度ポリエチレン（HDPＥ）、配向ポリプロピレン（o-PP）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリイミド（PI）、ポリスルホン（PSU）及びそれらの任意の組合せなどのポリマー材料を含む。

【0062】

[1104] いくつかの実施形態では、パウチ１４０の中間層は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス鋼（SUS）、及びそれらの合金、又はそれらの任意の組合せから構成される金属層（箔、基板、フィルムなど）を含む。

【0063】

[1105] いくつかの実施形態では、パウチ１４０の内側層は、キャストポリプロピレン（c-PP）、ポリエチレン（PE）、エチレン酢酸ビニル（EVA）、ＰＥＴ、ポリ酢酸ビニル（PVA）、ポリアミド（PA）、アクリル接着剤、紫外線（UV）／電子ビーム（EB）／赤外線（IR）硬化性樹脂、及びそれらの任意の組合せなどの材料を含む。

【0064】

[1106] いくつかの実施形態では、パウチ１４０は、例えばポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリエチレンナフタレート（PEN）、ポリエーテルスルフォン（PES）、ＰＩ、ポリフェニレンスルファイド（PPS）、ポリフェニレンオキシド（PPO）、及びそれらの任意の組合せなどの不燃性材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、パウチ１４０は、難燃性ＰＥＴなど、難燃性添加材料のコーティング又はフィルムを含むことができる。

【0065】

[1107] いくつかの実施形態では、パウチ１４０は、２層構造を含む、すなわち外側層及び内側層を含む。いくつかの実施形態では、外側層は、上述のＰＥＴ、ＰＢＴ又はその他の材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、内側層は、上述のＰＰ、ＰＥ又はその他の材料を含むことができる。

【0066】

[1108] いくつかの実施形態では、パウチ１４０は、水遮断層及び／又は気体遮断層を含むことができる。いくつかの実施形態では、遮断層は、金属層及び／又は酸化物層を含むことができる。いくつかの実施形態では、酸化物層は絶縁性である傾向があり、バッテリ内の短絡を防止することができるので、酸化物層を含むと有利であることがある。

【0067】

[1109] いくつかの実施形態では、パウチ１４０内には１つ（又は２つ）しかユニットセルアセンブリがないことがあり、パウチ１４０は、実質的に、マルチスタックバッテリセルで一般に使用されるパウチより大幅に薄くすることができる。例えば、パウチ１４０は、２００μｍ未満、１５０μｍ未満、１００μｍ未満、５０μｍ未満、４５μｍ未満、４０μｍ未満、３５μｍ未満、３０μｍ未満、２５μｍ未満、２０μｍ未満、１８μｍ未満、１６μｍ未満、１４μｍ未満、１２μｍ未満、１０μｍ未満、９μｍ未満、８μｍ未満、７μｍ未満、６μｍ未満、５μｍ未満、４μｍ未満、３μｍ未満、２μｍ未満、又は１μｍ未満の厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、パウチ１４０の厚さは、少なくとも２つの側面によって決まることがある。１つの側面では、得られるセルにおいて高エネルギー密度を実現することが望ましいことがあり、この場合には、より薄いパウチの方が、バッテリセル内の空間のより大きな部分を電極材料用に確保することができるので、有用である可能性がある。別の側面では、パウチ１４０の安全性の利点を維持する、又は向上させることが望ましいことがある。この場合には、より厚いパウチ及び／又は不燃性パウチの方が、例えば火災危険を低減するために有用である可能性がある。いくつかの実施形態では、パウチの厚さは、バッテリセルの全体積に対するパウチの材料が占める体積の比として定量化することができる。

【0068】

[1110] いくつかの実施形態では、集電体及び／又はパウチ１４０などの非電極材料に対する電極材料（例えばアノード材料１１１及び／又はカソード材料１２１）の比は、それらの厚さの比で定義することができる。いくつかの実施形態では、集電体に対する電極材料の比は、以下の値の間の全ての厚さの比も含めて、約１２：１、約１４：１、約１６：１、約１８：１、約２０：１、約２２：１、約２４：１、約２６：１、約２８：１、約３０：１、約３２：１、約３４：１、約３６：１、約３８：１、約４０：１、約４２：１、約４４：１、約４６：１、約４８：１、約５０：１、約５２：１、約５４：１、約５６：１、約５８：１、約６０：１、約６２：１、約６４：１、約６６：１、約６８：１、約７０：１、約７２：１、約７４：１、約７６：１、約７８：１、約８０：１、約８２：１、約８４：１、約８６：１、約８８：１、約９０：１、約９２：１、約９４：１、約９６：１、約９８：１、約１００：１、約１１０：１、約１１２：１、約１１４：１、約１１６：１、約１１８：１、約１２０：１、約１２２：１、約１２４：１、約１２６：１、約１２８：１、約１３０：１、約１３２：１、約１３４：１、約１３６：１、約１３８：１、約１４０：１、約１４２：１、約１４４：１、約１４６：１、約１４８：１、約１５０：１、約１５２：１、約１５４：１、約１５６：１、約１５８：１、約１６０：１、約１６２：１、約１６４：１、約１６６：１、約１６８：１、約１７０：１、約１７２：１、約１７４：１、約１７６：１、約１７８：１、約１８０：１、約１８２：１、約１８４：１、約１８６：１、約１８８：１、約１９０：１、約１９２：１、約１９４：１、約１９６：１、約１９８：１、約２００：１、約３００：１、約４００：１、約５００：１、約６００：１、約７００：１、約８００：１、約９００：１、約１０００：１、及び約２０００：１より大きくすることができる。

【0069】

[1111] いくつかの実施形態では、集電体でパウチ１４０を被覆して、結合厚さを形成することができる。これらの実施形態では、電極材料と集電体及びパウチ１４０の結合厚さとの間の比は、以下の値の間の全ての厚さの比も含めて、約１２：１、約１４：１、約１６：１、約１８：１、約２０：１、約２２：１、約２４：１、約２６：１、約２８：１、約３０：１、約３２：１、約３４：１、約３６：１、約３８：１、約４０：１、約４２：１、約４４：１、約４６：１、約４８：１、約５０：１、約５２：１、約５４：１、約５６：１、約５８：１、約６０：１、約６２：１、約６４：１、約６６：１、約６８：１、約７０：１、約７２：１、約７４：１、約７６：１、約７８：１、約８０：１、約８２：１、約８４：１、約８６：１、約８８：１、約９０：１、約９２：１、約９４：１、約９６：１、約９８：１、約１００：１、約１１０：１、約１１２：１、約１１４：１、約１１６：１、約１１８：１、約１２０：１、約１２２：１、約１２４：１、約１２６：１、約１２８：１、約１３０：１、約１３２：１、約１３４：１、約１３６：１、約１３８：１、約１４０：１、約１４２：１、約１４４：１、約１４６：１、約１４８：１、約１５０：１、約１５２：１、約１５４：１、約１５６：１、約１５８：１、約１６０：１、約１６２：１、約１６４：１、約１６６：１、約１６８：１、約１７０：１、約１７２：１、約１７４：１、約１７６：１、約１７８：１、約１８０：１、約１８２：１、約１８４：１、約１８６：１、約１８８：１、約１９０：１、約１９２：１、約１９４：１、約１９６：１、約１９８：１、約２００：１、約３００：１、約４００：１、約５００：１、約６００：１、約７００：１、約８００：１、約９００：１、約１０００：１、及び約２０００：１とすることができる。

【0070】

[1112] いくつかの実施形態では、パウチ１４０は、より薄いより低コストの材料の層を１つ含む。例えば、これらの材料は、ポリプロピレン、あるいは熱又は圧力（例えば熱溶融又は真空密封）を使用して共に密封することができる複数のポリオレフィンの組合せとすることができる。

【0071】

[1113] いくつかの実施形態では、パウチ１４０は、１つのシングルパウチバッテリセルから別のシングルパウチバッテリセルへの火災危険の伝搬を防止するように難燃性材料の層を１つ含む。いくつかの実施形態では、パウチ１４０は、１つのシングルパウチバッテリセルから解放されるガスの別のシングルパウチバッテリセルへの伝搬を防止し、それにより欠陥伝搬を低減させる、気密材料を含む。

【0072】

[1114] 実際には、バッテリ１００は、いくつかの利点を有することができる。例えば、このシングルパウチバッテリセル手法（個別パッケージセル手法とも呼ぶ）は、半固体電極を含むバッテリの製造に統合することができるので好都合である。個別パッケージセルを使用することにより、個々のスタックの取扱い及び処理が容易になる。また、電極スタックをパッケージングするときに発生する可能性がある変形から個々のスタックを保護する方法も提供される。

【0073】

[1115] １つスタックについて１つのパウチを使用することの別の利点としては、電極材料又は電解質の金属汚染が回避されることが挙げられる。各シングルパウチバッテリセルのパウチは、金属汚染物質（又はその他のタイプの汚染物質）が電極材料及び電解質に進入するのを防止することができる。

【0074】

[1116] いくつかの実施形態では、１つのパウチは、本明細書では「パッケージサイズ」とも呼ぶエネルギー容量を有することができる。いくつかの実施形態では、パッケージサイズは、約０．１Ａｈ〜約４０Ａｈのエネルギー容量を含む。いくつかの実施形態では、パッケージサイズは、約０．５Ａｈ〜約３５Ａｈのエネルギー容量を含む。いくつかの実施形態では、パッケージサイズは、約１Ａｈ〜約３０Ａｈのエネルギー容量を含む。いくつかの実施形態では、パッケージサイズは、約１．５Ａｈ〜約２５Ａｈのエネルギー容量を含む。いくつかの実施形態では、パッケージサイズは、約２Ａｈ〜約２０Ａｈのエネルギー容量を含む。いくつかの実施形態では、パッケージサイズは、約２．５Ａｈ〜約１５Ａｈのエネルギー容量を含む。いくつかの実施形態では、パッケージサイズは、約３Ａｈ〜約１０Ａｈのエネルギー容量を含む。いくつかの実施形態では、パッケージサイズは、約３Ａｈ〜約８Ａｈのエネルギー容量を含む。いくつかの実施形態では、パッケージサイズは、約３Ａｈ〜約６Ａｈのエネルギー容量を含む。いくつかの実施形態では、パッケージサイズは、約３Ａｈ〜約５Ａｈのエネルギー容量を含む。いくつかの実施形態では、パッケージサイズは、約０．１Ａｈ〜約５Ａｈのエネルギー容量を含む。いくつかの実施形態では、パッケージサイズは、約０．１Ａｈ〜約４Ａｈのエネルギー容量を含む。いくつかの実施形態では、パッケージサイズは、約０．１Ａｈ〜約３Ａｈのエネルギー容量を含む。いくつかの実施形態では、パッケージサイズは、約０．１Ａｈ〜約２Ａｈのエネルギー容量を含む。いくつかの実施形態では、パッケージサイズは、約０．１Ａｈ〜約１Ａｈのエネルギー容量を含む。いくつかの実施形態では、パッケージサイズは、以下の値の間の全てのエネルギー容量及び容量範囲を含めて、約０．１Ａｈ、約０．２Ａｈ、約０．３Ａｈ、約０．４Ａｈ、約０．５Ａｈ、約０．６Ａｈ、約０．７Ａｈ、約０．８Ａｈ、約０．９Ａｈ、約１Ａｈ、約１．２Ａｈ、約１．４Ａｈ、約１．６Ａｈ、約１．８Ａｈ、約２Ａｈ、約２．２Ａｈ、約２．４Ａｈ、約２．６Ａｈ、約２．８Ａｈ、約３Ａｈ、約３．２Ａｈ、約３．４Ａｈ、約３．６Ａｈ、約３．８Ａｈ、約４Ａｈ、約４．２Ａｈ、約４．４Ａｈ、約４．６Ａｈ、約４．８Ａｈ、約５Ａｈ、約５．５Ａｈ、約６Ａｈ、約６．５Ａｈ、約７Ａｈ、約７．５Ａｈ、約８Ａｈ、約８．５Ａｈ、約９Ａｈ、約９．５Ａｈ、約１０Ａｈ、約１１Ａｈ、約１２Ａｈ、約１３Ａｈ、約１４Ａｈ、約１５Ａｈ、約１６Ａｈ、約１７Ａｈ、約１８Ａｈ、約１９Ａｈ、約２０Ａｈ、約２２Ａｈ、約２４Ａｈ、約２６Ａｈ、約２８Ａｈ、約３０Ａｈ、約３２Ａｈ、約３４Ａｈ、約３６Ａｈ、約３８Ａｈ、及び約４０Ａｈのエネルギー容量を含む。

【0075】

[1117] さらに、単純なシングルパウチ材料を使用して１つのスタックを密封することにより、従来のバッテリ製造におけるパウチの材料及び密封方法の厳しい要件を緩和することもできる。各パウチは通常１つ又は２つのユニットセルアセンブリしか収容せず、したがって従来のマルチスタックバッテリセルと比較して少ない電極材料及び電解質しか収容しないので、パウチ材料は、多層構造ではなく１層のポリマー層にするなど、より多くの選択肢を有することができる。パウチの厚さは、さらに小さく（例えば＜１００μｍ）にすることもでき、密封方法も柔軟にすることができる（例えば圧力封止、ヒートシール、及び／又はUVシールなど）。

【0076】

[1118] いくつかの実施形態では、セパレータ１３０は、パウチ１４０と共に配置して密封できるだけの大きさにすることができる。いくつかの実施形態では、パウチ１４０は、積層シートを含むことができ、この積層シートは、パウチを接合してシールを形成することができるようにセパレータ１３０の周囲を超えて延びる周囲部分を含むことができる。いくつかの実施形態では、パウチの内側層は、それぞれそれ自体に熱接着可能な材料で形成して、２枚の積層シートを接合したときに、２つの内側層がそれらの周囲で接合され、互いに熱接着されて気密シールを形成することができるようになっている。さらなる例は、参照によりその開示の全体を本明細書に組み込む、「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ」と題する国際特許公開ＷＯ２０１３／１７３６８９に記載されている。

【0077】

[1119] いくつかの実施形態では、タブ（電気リード）は、パウチが密封されたときに、タブがパウチ外に露出して、バッテリセルを電気的に接続するために使用することができるだけの長さにすることができる。例えば、ＡＣＣ１５０の第１のタブ及びＣＣＣ１６０の第２のタブを使用して、外部回路の負端子及び正端子のうちの少なくとも１つに接続することができる。いくつかの実施形態では、タブをパウチ内に密封することができ、その場合には、パウチに穴を開けて、ＡＣＣ１５０及びＣＣＣ１６０のうちの少なくとも１つと外部接点又は電気回路との間の電気的接続を可能にすることができる。パウチの任意の位置に１つ又は複数の穴を配置することができるが、ＡＣＣ１５０及びＣＣＣ１６０にそれぞれ隣接する位置が好ましい。

【0078】

[1120] 図１Ｂは、「バイセル」と呼ばれることがある本発明の、様々な他の実施形態によるバッテリセル１０１を示す概略図である。バッテリセル１０１では、アノード集電体１５１は、２つのアノード材料１１１ａと１１１ｂ（まとめて「アノード材料111」と呼ぶ）の間に挟まれる。各アノード材料１１１ａ及び１１１ｂの上に、それぞれセパレータ１３１ａ及び１３１ｂ（まとめて「セパレータ131」と呼ぶ）が配置される。１対のカソード材料１２１ａ及び１２１ｂ（まとめて「カソード材料121」と呼ぶ）が、それぞれセパレータ１３１ａ及び１３１ｂの上に配置される。各カソード材料１２１ａ及び１２１ｂの上に、対応するカソード集電体１６１ａ及び１６１ｂ（まとめて「カソード集電体161」と呼ぶ）が配置される。アノード材料１１１、アノード集電体１５１、カソード材料１２１、カソード集電体１６１、及びセパレータ１３１は、図１Ａに関連して上述したものと実質的に同じものとすることができる。１つの例では、アノード集電体１５１及びカソード集電体１６１は、実質的に同じ材料を含む。別の例では、アノード集電体１５１は第１の金属材料（例えば銅）を含み、カソード集電体１６１は第２の金属材料（例えばアルミニウム）を含む。バッテリセル１０１は、パウチ（図示せず）に実質的に密封されて、シングルパウチバッテリセルを形成する。

【0079】

[1121] 図１Ｂに示すバッテリセル１０１は、両面アノード（アノード集電体１５１ならびにアノード材料１１１ａ及び１１１ｂの対を含む）と、両面アノードのそれぞれの側に配置された２つの片面カソード（第１のカソード集電体１６１ａ上に配置された第１のカソード材料１２１ａ及び第２のカソード集電体１６１ｂ上に配置された第２のカソード材料１２１ｂを含む）とを含むバイセルの例示的な実施形態の断面図である。いくつかの他の実施形態では、バッテリ１０１は、両面カソードと、このカソードのそれぞれの側に配置された２つの片面アノードとを含むこともできる。本明細書に記載するように、バッテリセル１０１は、単独でパウチ内にパッケージングすることもできるし、あるいは複数の「バイセル」と共にパウチ内にパッケージングすることもできる。

【0080】

[1122] 図１Ｃは、図１Ｂに示すバッテリセル１０１を示す上面図である。この上面図から、カソード集電体１６１ａと１６１ｂが、バイセル内で位置がずれている、又は互い違いになっていることが分かる。いくつかの実施形態では、アノード集電体１５１及びカソード集電体１６１は、バッテリセル１０１の異なる側に位置する。いくつかの実施形態では、アノード集電体１５１及びカソード集電体１６１は、バッテリセル１０１の反対側に位置する。いくつかの実施形態では、アノード集電体１５１及びカソード集電体１６１は、バッテリセル１０１の同じ側に位置する。

【0081】

[1123] 図１Ｄは、バッテリセル１０２の別の実施形態を示す図である。この実施形態では、バッテリセル１０２は、２つの両面アノードを含む２つのバイセルを含む。いくつかの実施形態では、バッテリセル１０２は、２つの両面カソードを含む２つのバイセルを含むこともできる。この図に示すように、カソード集電体１６１ｃ、１６１ｄ、１６１ｅ及び１６１ｆ（本明細書ではまとめて「カソード集電体161x」と呼ぶ）は、バッテリセル１０２内で位置がずれている、又は互い違いになっていることが分かる。同様に、アノード集電体１５１ａ及び１５１ｂ（本明細書ではまとめて「アノード集電体151x」と呼ぶ）も、バッテリセル１０２内で位置がずれている、又は互い違いになっていることが分かる。いくつかの実施形態では、アノード集電体１５１ｘ及びカソード集電体１６１ｘは、バッテリセル１０２の異なる側に位置する。いくつかの実施形態では、アノード集電体１５１ｘ及びカソード集電体１６１ｘは、バッテリセル１０２の反対側に位置する。いくつかの実施形態では、アノード集電体１５１ｘ及びカソード集電体１６１ｘは、バッテリセル１０２の同じ側に位置する。

【0082】

[1124] いくつかの実施形態では、集電体の位置がずれている、又は互い違いになっていることにより、シングルパウチセル内で集電体を様々に相互接続することが可能になる。いくつかの実施形態では、例えば延長タブを使用し所望の集電体同士を接続することによって、外部電気接続用に、シングルパウチセルの密封領域内に延びるように１つの延長タブを使用することができる。これにより、シングルパウチセルの外部で電気接点を溶接することによる電極又はバッテリの汚染を防止することができる。

【0083】

[1125] 図１Ｅは、自己融着の概念を使用するシングルパウチバッテリセルを示す概略図である。図１Ｅには、１つの電極（アノード又はカソード）だけが示してあり、バッテリセル内のセパレータ及びその他の電極は、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ又は図１Ｄのいずれかに示す実施形態に従って追加することができる。バッテリセル１０３は、バッテリセル１０３を他のバッテリセル又は外部電気接点に結合するためのタブ１１２と、電極材料を収容する複数のスラリポケット１４２を含む箔１２２と、複数のスラリポケット１４２を互いに電気的に結合する複数の箔ブリッジ１５２と、スラリポケット１４２及び箔ブリッジ１５２で覆われていない箔の部分を満たすエポキシ部分１３２とを含む。図１Ｆは、バッテリセル１０３の一部分の写真である。

【0084】

[1126] 図２は、いくつかの実施形態による、複数のシングルパウチバッテリセルを含むバッテリモジュール２００を示す図である。図示のように、バッテリモジュール２００は、モジュールケース２６０に封入された複数のシングルパウチバッテリセル２０１、２０２及び２０３を含む。このバッテリモジュールは、各シングルパウチバッテリセル２０１〜２０３のタブを外部タブ２５２に結合するタブ接続部２５０も含み、この外部タブ２５２が、その後、バッテリモジュール２００を外部回路に電気的に接続する。

【0085】

[1127] いくつかの実施形態では、各シングルパウチバッテリモジュール２０１〜２０３のタブは、それぞれの集電体の一部とすることができる。例えば、シングルパウチバッテリセル２０１〜２０３の各集電体は、タブとして電極部分（すなわち電極材料と共に配置される部分）の外に延びるリード部分を有することができる。いくつかの実施形態では、各シングルパウチバッテリセル２０１〜２０３のタブは、それぞれの集電体又は電極材料に電気的に結合された追加の独立した構成要素とすることができる。例えば、各タブは、半田付け、溶接、糊付け、又は当技術分野で既知のその他の手段によって集電体に取り付けられた金属ストリップとすることもできる。

【0086】

[1128] いくつかの実施形態では、タブ接続部２５０と外部タブ２５２の間の結合は、例えば、溶接点、リベット、ねじ、又は当技術分野で既知のその他の手段によって実現することができる。なお、溶接を使用してタブ接続部２５０と外部タブ２５２とを結合するときには、金属粒子が電極材料に到達するのを阻止することができるそれぞれのパウチ内に、各シングルパウチバッテリセル２０１〜２０３を密封した後で溶接を実行することができるので、依然として電極材料の金属汚染を実質的に回避することができる。

【0087】

[1129] いくつかの実施形態では、モジュールケース２６０は、シングルパウチバッテリセル２０１〜２０３のスタックに力を印加してバッテリモジュール２００にスタック圧力を加えることができる。いくつかの実施形態では、モジュールケース２６０は、ステンレス鋼などの金属材料を含む。いくつかの実施形態では、モジュールケース２６０は、プラスチック又はポリマー材料を含む。いくつかの実施形態では、モジュールケース２６０は、各シングルパウチバッテリセル２０１〜２０３内のパウチを構成するのと実質的に同じ材料を含む。これらの実施形態では、モジュールケース２６０は、欠陥伝搬、火災危険、及び金属汚染をさらに軽減することができる追加パウチと見なすことができる。

【0088】

[1130] いくつかの実施形態では、シングルパウチバッテリセル２０１〜２０３は、糊付け、接着剤の塗布、又は熱かしめによって積み重ねて接着することができる。例えば、熱の印加又は接着剤の塗布は、順番に１つずつ糊を塗布して行ってもよいし、全てのシングルパウチバッテリセルに同時に糊を塗布することによって行ってもよい。いくつかの実施形態では、積み重ねプロセスは、非接触加熱手法を含むことができる。例えば、活性化させると熱、ＵＶ又はＩＲなどの光、あるいは超音波もしくは音波、無線周波もしくはマイクロ波、又はそれらの任意の組合せなどの機械的又は電気的動揺が加えられたときに接着剤として作用することができる材料の層又は部分で、各シングルパウチバッテリセルを被覆することができる。

【0089】

[1131] 図２に示すバッテリモジュール２００は、３つのシングルパウチバッテリセル２０１〜２０３を含む。ただし、実際には、モジュール内のシングルパウチバッテリセルの数は、所望の出力容量、厚さの要件、又はその他の仕様に応じて、３つより多くても３つより少なくてもよい。

【0090】

[1132] 図３は、いくつかの実施形態による、複数のバッテリモジュールを含むバッテリパックを示す概略図である。バッテリパック３００は、第１のバッテリモジュール３１０、第２のバッテリモジュール３２０、及び第３のバッテリモジュール３３０を含む。複数のバッテリモジュール３１０〜３３０の各バッテリモジュールは、図２に示すバッテリモジュール２００と実質的に同じものとすることができる。複数のバッテリモジュール３１０〜３３０の各バッテリモジュールは、それぞれ外部タブ３１２、３２２、及び３３２を含み、これらは外部バスバー３５２に結合される。外部タブ３１２〜３３２と外部バスバー３５２の間の結合は、例えば溶接、半田付け、リベット締め、ねじ締め、又は当技術分野で既知のその他の手段によって実現することができる。

【0091】

[1133] 複数のバッテリモジュール３１０〜３３０の各バッテリモジュールのモジュラ設計により、適用時に実際の需要を満たすことができるバッテリを好都合に構築することができる。いくつかの実施形態では、複数のバッテリモジュール３１０〜３３０は、図３に示すように直列に接続して、より高い出力電圧を得るようにすることができる。いくつかの実施形態では、複数のバッテリモジュール３１０〜３３０を並列に接続して、より高い出力電流を得るようにすることができる。いくつかの実施形態では、複数のバッテリモジュール３１０〜３３０を図３に示すように垂直方向に積み重ねて、特定の厚さ又は形状の要件を満たすことができる。いくつかの実施形態では、複数のバッテリモジュール３１０〜３３０を水平方向に分散させて、特定の形状係数を得るようにすることができる（例えば特別仕様の厚さを有するバッテリパックのシートが望ましいときなど）。

【0092】

[1134] 図３に示すバッテリパック３００は、３つのバッテリモジュール３１０〜３３０を含む。ただし、実際には、バッテリパック内のバッテリモジュールの数は、所望の出力容量、厚さの要件、又はその他の仕様に応じて、３つより多くても３つより少なくてもよい。

【0093】

シングルパウチバッテリセル及びモジュールのタブ接続
[1135] 図４Ａ〜図４Ｂは、バッテリセルを外部回路、近接するバッテリセル、又は適用分野におけるその他の電気構成要素に結合する導電性タブを含むシングルパウチバッテリを示す斜視図である。図４Ａに示すシングルパウチバッテリセル４００は、アノード４１０、セパレータ４３０、及びカソード４２０（セパレータ４３０の奥にあり、図４Ｂに示してある）を含み、これらは上述のように互いに積み重ねられる。パウチ４４０は、アノード４１０、カソード４２０、及びセパレータ４３０のスタックを実質的に収容する。アノード４１０は、タブとして集電体（図示せず）の電極部分（すなわちアノード材料で覆われる部分）の外に延びるアノードリード部分４１２を有する。同様に、カソードも、タブとして集電体の電極部分（すなわちカソード材料で覆われる部分）の外に延びるカソードリード部分４２２を有する。いくつかの実施形態では、図４Ａに示すリード部分４１２及び４２２は、金属ストリップである。いくつかの実施形態では、アノード４１０及びカソード４２０で使用される集電体は、メッシュ集電体とすることができ、対応するリード部分４１２及び４２２は、例えば金属ワイヤ、金属ワイヤの束、金属ワイヤの編組、又は金属ワイヤのアレイとすることができる。いくつかの実施形態では、金属ワイヤは、メッシュ集電体を構成するワイヤと実質的に同じものとすることができる。いくつかの実施形態では、金属ワイヤは、メッシュ集電体で使用される金属材料とは異なる導電性材料を含むことができる。

【0094】

[1136] 図４Ａは、シングルパウチバッテリセルの各構成要素の相対寸法の一例も示している。図４Ａに示すように、アノード４１０及びカソード４２０は両方ともセパレータ４３０より小さく、アノード４１０とカソード４２０とが電気的に接触しないようになっている。パウチ４４０は、アノード４１０及びカソード４２０の電極部分ならびにセパレータ４３０より大きく、バッテリセルを密封し、かつ／又は電極材料及び電解質の漏れを回避するようになっている。２つのタブ４１２及び４２２は、パウチ４４０の外に延び、バッテリセル４００を他のバッテリセルなどの外部要素に電気的に結合するようになっている。

【0095】

[1137] 図４Ｂは、上述の各要素の相対寸法をより明白に示す、シングルパウチバッテリセル４００の角部の拡大図である。図４Ｂでは、カソード４２０は、アノード４１０よりわずかに小さく、したがって、カソード４２０は、アノード４１０によってこの図では「隠れて」いる。いくつかの実施形態では、セパレータ４３０の少なくとも一部分は、パウチ４４０内でヒートシールされて、アノード４１０とカソード４２０の間のいかなる接触も防止している。いくつかの実施形態では、カソード４２０は、アノード４１０と実質的に同じサイズとすることができる。

【0096】

[1138] パウチ４４０が相対的に大きいサイズであることにより、バッテリ製造中に電極材料、特に半固体電極材料を支持する手段が得られる。すなわち、パウチ４４０は、アノード材料及びカソード材料を保持することができる。パウチ４４０は、電極スタックをパッケージングするときに発生する可能性がある、特に電極の縁部における変形を電極が起こさないようにすることもできる。

【0097】

[1139] シングルパウチバッテリセル４００の各要素の例示的な寸法は、以下のようにすることができる。すなわち、アノード４１０及びカソード４２０は、２０２ｍｍ×１５０ｍｍの寸法を有することができ、セパレータ４３０は、各方向に３ｍｍだけ大きくする、すなわち２０５ｍｍ×１５３ｍｍにすることができ、パウチ４４０は、各方向にアノード４１０及びカソード４２０より１２ｍｍ大きい、２１４ｍｍ×１６２ｍｍの寸法にすることができる。各電極（アノード４１０及びカソード４２０）の厚さは、例えば、１５０μｍより大きくする、２００μｍより大きくする、又は３００μｍより大きくすることができる。シングルパウチバッテリの全体の厚さは、例えば、６００μｍより大きくする、８００μｍより大きくする、又は１ｍｍより大きくすることができる。

【0098】

[1140] 図５は、金属ケースに封入された複数のシングルパウチバッテリセルを含むバッテリモジュールを示す上面図である。バッテリモジュール５００は、複数のシングルパウチバッテリセル（図５にはシングルパウチバッテリセルを１つだけ示す）を実質的に封入する金属ケース５６０を含む。各シングルパウチバッテリセルは、アノード５１０、セパレータ５３０、及びカソード（セパレータ５３０の奥にあり、図５には示していない）を含み、これらは全てパウチ５４０内に収容され、密封されている。アノード５１０は、アノードタブとして電極部分の外に延びるリード部分５１２を有する集電体を有する。同様に、カソードも、カソードタブとして電極部分の外に延びるリード部分５２２を有する集電体を有する。複数のアノードタブ５１２及びカソードタブ５２２は互いに結合され、結合されたタブ５２１及び５２２は、さらに外部電気コネクタ５１４及び５２４に結合される。さらに詳細には、アノードタブ５１２は、バッテリモジュール５００のアノードコネクタ５１４に結合され、カソードタブ５２２は、バッテリモジュール５００のカソードコネクタ５２４に結合される。

【0099】

[1141] アノードコネクタ５１４は、導電性要素５１５を含み、導電性要素５１５は、一端でアノードタブ５１２に結合され、他端で他のバッテリ又はユーティリティなどの外部要素に結合される。導電性要素５１５は、金属ケース５６０の壁面を通して配置され、アノードコネクタカプラ５１６によって金属ケース５６０の壁面から電気的に分離され、アノードコネクタカプラ５１６は、また導電性要素５１５を実質的に保持し、導電性要素５１５の滑動を防止している。同様に、カソードコネクタ５２４は、一端でカソードタブ５２２に結合され、他端で外部要素に結合される導電性要素５２５を含む。カソードコネクタカプラ５２６は、導電性要素５２５を金属ケース５６０の壁面から電気的に絶縁し、導電性要素５２５を実質的に保持するように構成される。いくつかの実施形態では、導電性要素５１５又は５２５のうちの１つを、絶縁せずに直接金属ケース５６０に接続することができる。これらの実施形態では、金属ケース５６０は、金属ケース５６０に直接接続された導電性要素（すなわち５１５又は５２５）の極性と同じ極性を有することができる。

【0100】

[1142] いくつかの実施形態では、アノードコネクタカプラ５１６及び／又はカソードコネクタカプラ５２６は、１対のファスナ（例えばねじ又はボルト）及びナットとすることができ、これらのファスナ及びナットは、非導電性材料で構成される、又は非導電性材料で被覆され、互いに、また金属ケース５６０の壁面と機械的に結合される。いくつかの実施形態では、アノードコネクタカプラ５１６及び／又はカソードコネクタカプラ５２６は、磁力によって互いに結合される１対の磁気カプラとすることができる。いくつかの実施形態では、アノードコネクタカプラ５１６及び／又はカソードコネクタカプラ５２６は、金属ケース５６０の壁面に共に糊付けし、その壁面を通して配置することができる。

【0101】

[1143] いくつかの実施形態では、金属ケース５６０は、金属ケース５６０内のバッテリセルを保護するために実質的に剛性である。いくつかの実施形態では、金属ケース５６０は、より高い耐衝撃性になるように特定の機械的可撓性を有する。いくつかの実施形態では、金属ケース５６０は、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、あるいはそれらの組合せ又は合金などの材料を含む。いくつかの実施形態では、金属ケース５６０は、約０．２ｍｍ〜２ｍｍ、又は０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ、又は０．８ｍｍ〜１ｍｍの厚さを有する。いくつかの実施形態では、金属ケース５６０は、パウチ５４０よりわずかに大きくすることができる。１つの例では、パウチ５４０は、２１４ｍｍ×１６２ｍｍの寸法を有し、金属ケース５６０は、２３２ｍｍ×１６５ｍｍの寸法を有する。したがって、シングルパウチバッテリセルは、自由に動くことなく、金属ケース内で実質的に固定されるものと予想される。

【0102】

[1144] いくつかの実施形態では、バッテリモジュール５００は、アノードコネクタ５１４及びカソードコネクタ５２４を介して電力を提供する独立したバッテリとして機能する。いくつかの実施形態では、バッテリモジュール５００を同種又は異種の他のバッテリモジュールに結合して、特定の仕様（例えば容量、電圧、電流、サイズ、形状など）を有するバッテリパックを形成することができる。

【0103】

[1145] 図６Ａ〜図６Ｂは、金属ケース内に封入されたシングルパウチバッテリセルを含むバッテリモジュールを示す側面図である。図６は、協働して金属ケースを形成して複数のシングルパウチバッテリセル６０１を収容する金属カン６６０及び蓋６６２を含むバッテリモジュール６００を示す図である。このバッテリモジュールは、アノードコネクタ又はカソードコネクタのいずれかとすることができる電極コネクタ６１４も含む。図６Ａには電極コネクタを１つしか示していないが、他の電極コネクタが、図示のコネクタの奥にあり、したがって見えていない可能性がある。

【0104】

[1146] 実際には、複数のシングルパウチバッテリセルを金属カン６６０内に配置することができ、その後に、蓋６６２を金属カン６６０の上部に配置して密閉して、バッテリモジュール６００を形成することができる。完成したバッテリモジュール６００が、図６Ｂに示してある。

【0105】

[1147] いくつかの実施形態では、蓋６６２及び金属カン６６０は、特にステンレス鋼、銅、及びアルミニウムなど、実質的に同じ材料を含むことができる。いくつかの実施形態では、蓋６６２は、金属カン６６０の材料とは異なる材料を含む。例えば、金属カン６６０は、ステンレス鋼で構成され、蓋６６２は、金属カン６６０により容易に溶接することができるアルミニウム箔又はスズ箔を含む。いくつかの実施形態では、蓋６６２は、レーザ溶接、シーム溶接、クリンピングなどの機械的方法、又は当技術分野で既知のその他の任意の方法によって金属カン６６０に取り付けることができる。

【0106】

[1148] 図７Ａは、プラスチックフレームに封入された複数のシングルパウチバッテリセルを含むバッテリモジュールを示す上面図である。バッテリモジュール７００は、複数のシングルパウチバッテリセル（図７Ａにはシングルパウチバッテリセルを１つしか示していない）の周囲（側面）を実質的に収容するプラスチックフレーム７６０を含む。各シングルパウチバッテリセルは、アノード７１０、セパレータ７３０、及びカソード（セパレータ７３０の奥にあり、図７には示していない）を含み、これらは全てパウチ７４０内に収容され、密封されている。アノード７１０は、アノードタブとして電極部分の外に延びるリード部分７１２を含む集電体を有する。同様に、カソードも、カソードタブとして電極部分の外に延びるリード部分７２２を含む集電体を有する。複数のアノードタブ７１２及びカソードタブ７２２は互いに結合され、これらの結合されたタブは、さらに外部電気コネクタに結合される。さらに詳細には、アノードタブ７１２は、バッテリモジュール７００のアノードコネクタ７１４に結合され、カソードタブ７２２は、バッテリモジュール７００のカソードコネクタ７２４に結合される。

【0107】

[1149] いくつかの実施形態では、アノードコネクタ７１４及びカソードコネクタ７２４は、プラスチックフレーム７６０が絶縁性であるので、プラスチックフレーム７６０の壁面と直接接触する。いくつかの実施形態では、図５に示すカプラ５１６及び５２６などの追加のカプラを利用して、アノードコネクタ７１４及びカソードコネクタ７２４を機械的に保持することもできる。

【0108】

[1150] いくつかの実施形態では、プラスチックフレーム７６０は、十分な剛性を実現し、プラスチックフレーム７６０内のシングルパウチバッテリを保護するように、約２ｍｍ〜約１０ｍｍの厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、プラスチックフレーム７６０の厚さは、約３ｍｍ〜約７ｍｍ、又は約４ｍｍ〜約６ｍｍとすることができる。いくつかの実施形態では、プラスチックフレーム７６０は、特に、ナイロン、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル（PVC）、ｕＰＶＣ、ポリテン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ベークライト、エポキシ樹脂、及びメラミンなどの材料を含む。いくつかの実施形態では、プラスチックフレーム７６０は、外側表面上、内側上面上、又はプラスチックフレーム７６０内に、薄い金属板又は箔を含み、ガス又は水の浸透を防止することができる。いくつかの実施形態では、プラスチックフレーム７６０は、表面コーティングを含むことができる。いくつかの実施形態では、表面コーティングは、水及びガスの浸透を軽減することができる。

【0109】

[1151] 図７Ｂは、図７Ａに示すバッテリモジュール７００を示す側面図である。図７Ｂから分かるように、バッテリモジュール７００は、プラスチックフレーム７６０のそれぞれの側（上部及び底部）に配置された１対の蓋７６２ａ及び７６２ｂも含み、シングルパウチバッテリセルを実質的に収容する容器全体を形成している。いくつかの実施形態では、蓋７６２ａ及び７６２ｂは、プラスチックフレーム７６０に熱融着することができるポリマー箔を含む。いくつかの実施形態では、蓋７６２ａ及び７６２ｂは、プラスチックフレーム７６０に真空密封することができるポリマー又はその他のプラスチックの箔を含む。いくつかの実施形態では、蓋７６２ａ及び７６２ｂは、プラスチックフレーム７６０に糊付けすることができる箔を含む。いくつかの実施形態では、蓋７６２ａ及び７６２ｂのうちの一方又は両方は、プラスチック又は金属とすることができる板を含む。いくつかの実施形態では、このプラスチック板は、外側表面又は内側表面上に配置された金属箔を含むことができる。いくつかの実施形態では、この板は、表面コーティングを有することができる。

【0110】

[1152] 図８Ａ〜図８Ｃは、金属ケースに封入された複数のシングルパウチバッテリセルを含むバッテリモジュールのタブ設計及び対応するタブ接続領域を示す図である。図８Ａは、複数のシングルパウチバッテリセル８０１を実質的に収容する金属ケース８６０（図８Ａにはケース全体の一部分のみを示す）を含むバッテリモジュール８００を示す側面図であり、各シングルパウチバッテリセル８０１は、そのシングルパウチバッテリセルを複数のスペーサ８７１を介してバッテリモジュール８００内の残りのバッテリセルに結合するタブ８１２を有する。スペーサカプラ８７２は、スペーサ８７１及びタブ８１２を端部片８７６に電気的に結合し、端部片８７６は、電極コネクタ８１４（アノードコネクタ又はカソードコネクタ）に電気的に結合される。電極コネクタ８１４は、金属ケース８６０の壁面を貫通する導電性部片８１５と、導電性部片８１５を金属ケース８６０の壁面から電気的に絶縁するコネクタカプラ８１６とをさらに含む。バッテリモジュール８００は、電極コネクタ８１４を通してユーティリティに電力を提供することができる。いくつかの実施形態では、導電性部片８１５は、同軸コネクタである。いくつかの実施形態では、導電性部片８１５は、スナップコネクタである。いくつかの実施形態では、導電性部片８１５は、ピンコネクタ、又は当技術分野で既知のその他の任意の電気コネクタである。

【0111】

[1153] 図８Ｂは、図８Ａに示すスペーサ８７１のうちの１つを示す側面図である。スペーサ８７１は、ブリッジ部分８７４及び端部部分８７５を含む。各スペーサ８７１のブリッジ部分８７４は、シングルパウチバッテリセル８０１のタブ８１２に押圧される。したがって、これら複数のタブを、複数のスペーサに電気的に結合することができ、またそれらのスペーサは、それらのタブを適所に機械的に保持している。端部部分８７５は、スペーサカプラ８７２を受けることができる穴を有する。いくつかの実施形態では、スペーサカプラ８７２は、リベット、ねじ、ボルト、又はその他の任意の導電性部片である。

【0112】

[1154] 図８Ｃは、タブの設計を説明するための、タブ８１２及び電極コネクタ８１４の近傍のバッテリモジュール８００のコネクタ部分８７０を示す図である。スペーサカプラ８７２（例えばリベット）が固定されると、各タブ８１２は、スペーサ８７１のブリッジ部分８７４と物理的かつ電気的に接触することができる。ブリッジ部分８７４は、さらに端部部分８７５に電気的に結合され、端部部分８７５は、スペーサカプラ８７２を介して端部部片８７６に電気的に結合される。電極コネクタ８１４は、端部部片８７６に接続し、外部ユーティリティに電力を提供する、又は外部電源から電力を受け取る（例えばバッテリを充電する）。いくつかの実施形態では、スペーサ８７１のブリッジ部分８７４及び端部部分８７５を両方とも導電性にして、シングルパウチバッテリセル８０１から電極コネクタ８１４までの導電性経路を形成することができる。いくつかの実施形態では、ブリッジ部分８７４の一部分のみ（例えばタブ８１２と接触する部分）が導電性である。

【0113】

[1155] いくつかの実施形態では、スペーサ８７１は、金属材料（例えばステンレス鋼、銅、アルミニウム、銀など）を含む。いくつかの実施形態では、スペーサ８７１は、バッテリモジュール８００の重量又はコストを低下させるように、導電性材料（例えば金属、炭素、導電性金属酸化物など）で被覆した非導電性基材（例えばプラスチック）を含む。いくつかの実施形態では、いくつかのタブ８１２を共にスペーサ８７１ではなく延長タブに接続することができ、この場合には、いくつかの延長タブが、端部部分８７６に接続される。いくつかの実施形態では、全てのタブをまとめて、一度に端部部片８７６に接続する。

【0114】

[1156] いくつかの実施形態では、金属ケース８６０及び／又はバッテリモジュール８００は、バッテリの安全性を助長するシリコン油又は任意の液体を含むことができる。このような液体やシリコン油などは、金属ケース８６０内の圧力（例えばスタック圧力）を維持する助けとなり得る。いくつかの実施形態では、このような液体を使用することにより、金属ケース８６０及び／又はバッテリモジュール８００内への水の浸透を防止する助けにもなり得る。

【0115】

シングルパウチバッテリセル及びモジュールを製造する方法
[1157] 図９は、いくつかの実施形態による、シングルパウチバッテリセル及びモジュールを製造する方法を示す流れ図である。この方法９００は、工程９１０の電極スラリ準備から始まり、この工程では、アノードスラリ及びカソードスラリを別個に準備することができる。

【0116】

[1158] いくつかの実施形態では、電極スラリは、電気化学的に活性イオン貯蔵化合物、導電性添加物、及びポリマー結合材の混合物を含む。

【0117】

[1159] いくつかの実施形態では、アノードスラリ及びカソードスラリのうちの少なくとも一方は、非水液体電解質中の活性材料及び導電性材料の懸濁液を含む半固体電極材料を含む。半固体電極材料の例は、参照によりその開示の全体を本名史書に組み込む、「Ｓｅｍｉ−ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｃｅｌｌ Ｈａｖｉｎｇ Ａ Ｐｏｒｏｕｓ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ」と題する米国特許公開第ＵＳ２０１３／００６５１２２Ａ１に記載されている。

【0118】

[1160] 次いで、工程９２０で、準備した電極スラリを、集電体（例えば箔、メッシュ、多孔性導電性発泡体）上に配置して（例えば塗布又は被覆して）、電極を形成する。電極スラリで被覆された集電体を高圧で圧縮する追加の圧縮工程を実行して、密度を高め、厚さを制御することができる。

【0119】

[1161] いくつかの実施形態では、スラリ準備工程９１０及び電極形成工程９２０を結合して、スラリ電極の混合及び形成と呼ばれる１つのステップにすることもでき、この工程は、一般に、（ｉ）原材料の搬送及び／又は供給、（ｉｉ）混合、（ｉｉｉ）混合スラリの搬送、（ｉｖ）調合及び／又は押出し、ならびに（ｖ）形成を含む。いくつかの実施形態では、このプロセス中の複数の工程を、同時に、かつ／又は同じ機器を使用して、実行することもできる。例えば、スラリの混合及び搬送を、押出機を用いて同時に実行することもできる。このプロセス中の各工程は、１つ又は複数の可能な実施形態を含み得る。例えば、このプロセスの各工程は、手作業で実行してもよいし、あるいは様々なプロセス機器によって実行してもよい。各工程は、１つ又は複数のサブプロセスを含む可能性があり、任意選択で、プロセスの品質を監視する検査工程を含むこともできる。

【0120】

[1162] 原材料の搬送及び／又は供給は、自然供給による材料のバッチ式手計量（例えばミキサが外力なしで材料を受けて混合物にすることができるようにする）、ピストン機構又はねじ式「サイドスタッファ」による強制供給による材料のバッチ式手計量、自然供給による（例えばミキサが自然に材料を受け取ることができる速度で供給する）重量分析スクリューソリッドフィーダ、強制供給による重量分析スクリューソリッドフィーダ（例えばBrabender社製の装置をピストン機構又はねじ式「サイドスタッファ」と組み合わせたもの）、ならびに／又はその他の任意の適当な搬送及び／もしくは供給方法、ならびに／あるいはそれらの任意の適当な組合せを含み得る。

【0121】

[1163] いくつかの実施形態では、スラリは、Ｂａｎｂｕｒｒｙ（登録商標）型バッチミキサ、２軸スクリュー押出機の混合部、遠心遊星型ミキサ、及び／又は遊星型ミキサを使用して混合することができる。いくつかの実施形態では、スラリは、混合後にサンプリング及び／又は監視して、均質性、レオロジー、導電率、粘度、及び／又は密度を測定及び／又は評価することができる。

【0122】

[1164] いくつかの実施形態では、例えば混合後に、例えばピストンポンプ、蠕動ポンプ、ギア／ローブポンプ、１軸ねじポンプ、単軸スクリュー押出機、２軸スクリュー押出機の混合部、及び又はその他の任意の適当な搬送デバイスを使用して、スラリを搬送及び／又は加圧することができる。いくつかの実施形態では、搬送デバイスのトルク及び／又は出力、搬送デバイスの出口における圧力、流量、ならびに／あるいは温度は、搬送及び／又は加圧中に測定、監視、及び／又は制御することができる。

【0123】

[1165] いくつかの実施形態では、例えば搬送及び／又は加圧後に、スラリを調合及び／又は押し出すことができる。スラリは、例えば「ハンガーダイ」シート押出ダイ、「ウィンターマニフォルド」シート押出ダイ、プロフィルスタイルシート押出ダイ、材料の連続流を基板に塗布するように動作可能な任意のノズル、正しいサイズ及び形状の型への注入（例えばポケットへの材料の充填）、及び／又はその他の任意の適当な調合デバイスを使用して、調合及び／又は押し出すことができる。

【0124】

[1166] いくつかの実施形態では、調合後に、スラリを最終的な電極に形成することができる。例えば、スラリは、カレンダーロール形成する、打抜き加工及び／又はプレス加工する、振動セトリングを施す、かつ／又は個別部分に切断することができる。さらに、いくつかの実施形態では、材料の不要部分を除去し（例えばマスキング及び洗浄）、任意選択でスラリ製造プロセスにリサイクルすることができる。

【0125】

[1167] 電極（アノード及びカソード）を形成した後で、工程９３０で、ユニットセルを組み立てることができる。いくつかの実施形態では、各ユニットセルアセンブリは、例えば図１Ａに示して上述したように、アノード、カソード、及びアノードとカソードの間に配置されてそれらを電気的に絶縁するセパレータを含むことができる。いくつかの実施形態では、各ユニットセルアセンブリは、図１Ｂに示して上述したように、両面アノードと、２つの片面カソードと、２つのセパレータとを含むことができる。

【0126】

[1168] 工程９４０で、各組み立てたユニットセルを、パウチ内に密封する。いくつかの実施形態では、パウチは、３層構造を含む、例えば、ナイロン系ポリマーフィルムを含む外側層と、ポリプロピレン（PP）ポリマーフィルムを含む内側層と、アルミニウム（Ａｌ）箔を含む中間層とを含む。このタイプのパウチは、例えば、ＭＴＩ社製のＭＳＫ−１４０コンパクトヒートシーラーを使用したヒートシールによって密封することができる。シール温度は、例えば、５０°〜２００°とすることができ、シール圧力は、例えば、０〜０．７ＭＰａとすることができる。いくつかの実施形態では、パウチは、より薄いより低コストの材料の層を１つ含むことができる。例えば、これらの材料は、ポリプロピレン、樹脂、あるいは熱又は圧力を使用して互いに密封することができる複数のポリオレフィンの組合せとすることができる。いくつかの実施形態では、個々のパウチをそれぞれ密封する前に、ユニットセルに対して事前充電工程を実行することができる。事前充電工程は、パウチ密封前にガスを生成することができるので、従来バッテリ形成後に実行されていたガス抜きプロセスの必要をなくすことができる。

【0127】

[1169] いくつかの実施形態では、電極スラリは、半固体電極材料であり、準備した電極及びその後のユニットセルアセンブリは、電極材料中に既に電解質を含んでおり、この場合には、パウチは、ユニットセルアセンブリを準備した直後に密封することができる。いくつかの実施形態では、密封前に別の電解質（すなわち液体電解質）がパウチに導入される。

【0128】

[1170] パウチの密封後に、工程９５０で、各ユニットセルアセンブリについてタブを準備して、バッテリモジュール、バッテリパック、又はその他の応用物の構築を容易にする。いくつかの実施形態では、タブは、集電体の一部とすることができる。例えば、集電体は、電極部分（例えば図４Ａに示す４１２及び４２２）の外に延びるリード部分を有することができる。いくつかの実施形態では、タブは、電極に電気的に結合された別個の要素（例えば金属ストリップ又はワイヤ）とすることができる。この結合は、集電体との結合であっても、電極材料（すなわち電極スラリ）との結合であってもよく、溶接、糊付け、ステープル、又は当技術分野で既知のその他の手段によって実現することができる。

【0129】

[1171] 各ユニットセルアセンブリの準備に続いて、工程９６０で、複数のユニットセルアセンブリを互いに結合して、基本バッテリモジュールを形成する。この工程では、複数のユニットセルアセンブリは、実際の適用分野に応じて、垂直方向に互いに積み重ねてもよいし、水平方向に配列してもよいし、あるいはその両方であってもよい。また、この工程では、通常は、全てのカソードタブをまとめて結合して、カソードコネクタにさらに結合することができる１つの接続点にする。同様に、通常は、全てのアノードタブをまとめて結合して、アノードコネクタにさらに結合することができる１つの接続点にする。いくつかの実施形態では、これらのタブ（アノードタブ又はカソードタブあるいはその両方）は、溶接、半田付け、又は糊付けによって結合される。いくつかの実施形態では、これらのタブは、（例えば図８Ａ〜図８Ｃに示すように）スペーサ及びリベットを使用することによって結合される。いくつかの実施形態では、これらのタブは、ねじによって結合される。

【0130】

[1172] 工程９７０で、基本バッテリモジュールを、ケース内に封入する。いくつかの実施形態では、（例えば図５に示すように）このケースは金属である。これらの実施形態では、基本バッテリモジュールは、最初に金属カン内に配置し、その後に各シングルパウチバッテリセルのタブをアノードコネクタ及びカソードコネクタに結合することができる。次いで、金属蓋を金属カンの上に配置して、基本バッテリモジュールの完成した筐体を形成することができる。金属蓋は、例えば溶接、半田付け、又は機械的手段によって金属カンに結合することができる。いくつかの実施形態では、ケースは、（例えば図７Ａ〜図７Ｂに示すように）側面のプラスチックフレームと、上部及び底部の２枚の箔と含む。これらの実施形態では、最初にタブをアノードコネクタ及びカソードコネクタに接続することによって基本モジュールをプラスチックフレームに結合することができ、その後に、２枚の箔を、例えば熱融着又は圧力封止によってプラスチックフレームに結合することができる。

【0131】

[1173] 次いで、工程９８０で、封入されたバッテリモジュールに形成プロセスを施し、初期充電動作を実行して、電極／電解質界面を不動態化して副反応を防止することができる、安定した固体電解質界面（SEI）を作成することができる。さらに、通常はバッテリの数サイクルの充電及び放電も実行して、バッテリの容量が所要の仕様を満たすことを保証する。

【0132】

[1174] 図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれ、いくつかの実施形態による複数のアノードを含むアノードアセンブリレイアウトを示す上面図及び側面図である。図１０Ａは、アノード１００１ａ、１００１ｂ、１００１ｃ及び１００１ｄがその上に配置される、得られるバッテリセルを収容するパウチを構成することができるパウチフィルム１０４０（例えばPE／PPフィルム）を含むアノードアセンブリ１０００を示している。例えば、第１のアノード１００１ａは、パウチフィルム１０４０上に配置されたアノード集電体１０２０ａ上にさらに配置されたアノード材料１０１０ａを含む。第１のアノード１００１ａは、第１のアノード１００１ａが外部回路に結合するように、アノード集電体１０２０ａに電気的に結合されるアノードタブ１０２２ａをさらに含む。同様に、第２のアノード１００１ｂは、タブ１０２２ｂと、アノード集電体１０２０ｂ上に配置されたアノード材料１０１０ｂとを含む。各アノード（１００１ａ〜１００１ｄ）は、アノードアセンブリ１０００内の別のアノードから（例えば物理的分離によって）電気的に絶縁されている。

【0133】

[1175] タブ（１０２２ａ、１０２２ｂなど）は、それぞれの集電体に対する位置が交互になるように配置される。より詳細には、１つのタブ（例えば１０２２ａ）が関連する集電体（１０２０ａ）の右側に配置される場合には、それに隣接するタブ（例えば１０２２ｂ）は、関連する集電体（１０２０ｂ）の左側に配置される。また、その逆もある。このようにタブを交互に構成することにより、シングルパウチセルの製造における後続の工程で、ユニットセルを好都合に組み立てることが可能になる。

【0134】

[1176] 図１０Ａに示すアノードアセンブリ１０００は、４つのアノード１００１ａ〜１００１ｄを含むが、これは例示のみを目的としたものである。実際には、パウチフィルム１０４０上に配置されるアノードの数は、４つより多くても少なくてもよい。

【0135】

[1177] 図１０Ｂは、上から下に向かって、アノード材料１０１０、アノード集電体１０２０、及びパウチフィルム１０４０を含むアノードアセンブリ１０００を示す断面図（図１０Ａに示す１０Ｂ−１０Ｂに沿ってとった断面図）である。図１０Ａ〜図１０Ｂから分かるように、アノード材料１０１０は、アノード集電体１０２０と比較してサイズが小さく、アノード集電体１０２０は、パウチフィルム１０４０と比較してさらにサイズが小さい。このピラミッド構造により、実際に、製造中にアノードを好都合に取り扱うことが可能になる。さらに詳細には、パウチフィルム１０４０が相対的に大きなサイズであることにより、バッテリ製造中に電極材料、特に半固体電極材料を支持する手段を得ることができる。すなわち、パウチフィルムが電極材料を保持することができる。パウチフィルム１０４０は、電極スタックのパッケージング時に起こる可能性がある、特に電極の縁部における変形を起こさないように電極を保護することもできる。さらに、パウチフィルム１０４０は、パウチフィルム１０４０が画定する空間内に電極材料を収容することによって、バッテリ製造時に起こり得る電極材料の漏出及び他の構成要素の汚染を防止することもできる。

【0136】

[1178] 図１０Ａ〜図１０Ｂに示すアノードアセンブリ１０００を準備する方法は、パウチフィルムから開始することができる。次いで、上述のようにタブが交互に構成されるようにして、複数のアノード集電体をパウチフィルム上に（例えば接着剤を用いて）積層することができる。複数のアノード集電体は、後のユニットバッテリセルの組立てが容易になるように、周期構造で配列することができる。いくつかの実施形態では、（例えば図１０Ａに示すように）アノード集電体を、１次元アレイで配置する。いくつかの実施形態では、アノード集電体は、２次元アレイで配置することができる。パウチフィルムとアノード集電体とを互いに接着した後で、アノード材料を各アノード集電体上に配置して、アノードアセンブリ１０００を形成することができる。

【0137】

[1179] いくつかの実施形態では、複数のアノード集電体は、これらに限定されるわけではないが、化学蒸着（CVD）（イニシエートCVD、ホットワイヤCVD、プラズマ強化CVD、及びその他の形態のCVDなど）、物理蒸着、スパッタ堆積、マグネトロンスパッタリング、無線周波スパッタリング、原子層堆積、パルスレーザ堆積、メッキ、電気メッキ、浸漬被覆、ブラッシング、スプレー被覆、ゾルゲル法（浸漬被覆、ブラッシング又はスプレー被覆による）、静電スプレー被覆、３Ｄ印刷、スピンコーティング、電着、粉体被覆、焼結、自己集合法、及びそれらの技術の任意の組合せなどの被覆又は堆積技術のうちのいずれかによってパウチ上に堆積させられることができる。

【0138】

[1180] いくつかの実施形態では、堆積させたアノード集電体の性質は、堆積中に堆積パラメータを変化させることによって最適化することができる。例えばコーティングのテクスチャ、コーティングの厚さ、厚さの均一性、ならびに表面粗さ、多孔性、また破壊靱性、延性、及び引張り強さなどといった一般的機械的性質などを含む表面モフォロジなどの物理的特性は、堆積パラメータの微調整によって最適化することができる。同様に、例えば電解質及び塩に対する耐薬品性及び耐腐食性、ならびに比反応性、接着性及び親和性などのその他の化学的性質などの化学的性質は、堆積パラメータを変化させることによって最適化して、機能性集電体を作製することができる。いくつかの実施形態では、堆積又は被覆によって形成される集電体の様々な物理的及び化学的性質は、堆積後に、アニーリング又は急熱（フラッシュ）アニーリング、あるいは電気化学研磨などの後続の表面処理又は温度処理によって、またこれらの技術の任意の組合せを使用して、さらに改善又は修正することができる。

【0139】

[1181] 図１１Ａは、いくつかの実施形態による複数のアノードを含むカソードアセンブリレイアウトを示す上面図であり、図１１Ｂは、そのカソードアセンブリレイアウトの（図１１Ａの１１Ｂ−１１Ｂに沿ってとった）断面図である。カソードアセンブリ１１００は、パウチフィルム１１４０上に配置された複数のカソード１１０１ａ、１１０１ｂ、１１０１ｃ及び１１０１ｄを含む。各カソード（１１０１ａ〜１１０１ｄ）は、パウチフィルム１１４０上に積層されたカソード集電体１１２０ａ上に配置されたカソード材料１１１０ａ（第１のカソードを例にとった場合）を含む。各カソードは、電気結合のためのタブ１１２２ａをさらに含む。図１１Ｂは、上から下に向かって、カソード材料１１１０、カソード集電体１１２０、及びパウチフィルム１１４０を含むカソードアセンブリ１１００を示す断面図である。

【0140】

[1182] カソードアセンブリ１１００を準備する方法は、上述のアノードアセンブリ１０００を準備する方法と実質的に同じにすることができる。この方法は、複数のカソード集電体をアレイ状にパウチフィルム上に積層することから開始することができる。次いで、各カソード集電体上にカソード材料を配置して、カソードアセンブリを形成することができる。

【0141】

[1183] いくつかの実施形態では、図１０Ａ〜図１０Ｂに示すアノードアセンブリ１０００と図１１Ａ〜図１１Ｂに示すカソードアセンブリとを、同じパウチフィルム（１０４０又は１１４０）上に準備することができる。いくつかの実施形態では、アノードアセンブリ１０００とカソードアセンブリ１１００とを、別個のパウチフィルム上に準備することができる。

【0142】

[1184] 同様に、複数のカソード集電体は、図１０Ａ〜図１０Ｂに関連して上述したいくつかの堆積又は被覆技術によってパウチフィルム上に堆積させることもできる。また、堆積させたカソード集電体の性質は、上述の最適化技術によって最適化することができる。

【0143】

[1185] 図１２は、アノードアセンブリ１２０１及びカソードアセンブリ１２０２を両方とも含み、それらが共通のパウチフィルム１２４０上に配置されている電極アセンブリレイアウト１２００を示す上面図である。アノードアセンブリ１２０１及びカソードアセンブリ１２０２は、図１０Ａのアノードアセンブリ１０００及び図１０Ｂのカソードアセンブリ１１００とそれぞれ実質的に同様のものとすることができるので、ここではそれらについて詳細には説明しない。アノードアセンブリ１２０１とカソードアセンブリ１２０２とは、電極アセンブリ１２００が中央の破線１０に沿って折り畳まれたときにアノードアセンブリ１２０１の各アノードがカソードアセンブリ１２０２の対応するカソードに重なるように位置合わせされる。さらに、アノードアセンブリのタブ１２２１及びカソードアセンブリのタブ１２２２は、相補的に配列される。さらに詳細には、破線１０に沿って折り畳まれたときに、各アノードタブ１２２１は、それぞれの集電体の一方の側にあり、各カソードタブ１２２２は、各集電体の反対側にある。換言すれば、電極アセンブリ１２００を破線１０に沿って折り畳んだときに、アノードタブ１２２１はカソードタブ１２２２と接触しない。

【0144】

[1186] いくつかの実施形態では、パウチフィルムは、熱の印加、又はその他の任意の適当な折り畳み状態の喪失を防止する方法によって長期間折り畳んだ状態に保つことができる。いくつかの実施形態では、熱の印加、又は折り畳み状態を長持ちさせるその他の任意の適当な方法は、集電体をパウチフィルムに積層する前に実行することができる。いくつかの実施形態では、熱の印加、又は折り畳み状態を長持ちさせるその他の任意の適当な方法は、集電体をパウチフィルムに積層した後で実行することができる。同様に、いくつかの実施形態では、熱の印加、又は折り畳み状態を長持ちさせるその他の任意の適当な方法は、集電体をパウチフィルムに堆積させる、又は集電体でパウチフィルムを被覆する前に実行することができる。いくつかの実施形態では、熱の印加、又は折り畳み状態を長持ちさせるその他の任意の適当な方法は、集電体をパウチフィルムに堆積させる、又は集電体でパウチフィルムを被覆した後で実行することができる。電極アセンブリ１２００は、図１０Ａ〜図１０Ｂ及び図１１Ａ〜図１１Ｂに関連して説明したのと同様の方法で準備することができる。ただし、上記の方法の工程（例えば集電体の積層、電極材料の堆積など）は、様々な順序で配列して、電極アセンブリ１２００を準備することができる。いくつかの実施形態では、電極アセンブリ１２００を準備する方法は、パウチフィルムから開始され、その後にアノード集電体及びカソード集電体を別個に積層する。その後、各アノード集電体上にアノード材料を配置し、各カソード集電体上にカソード材料を配置すればよい。

【0145】

[1187] いくつかの実施形態では、電極アセンブリ１２００を準備する方法は、アノード集電体をパウチフィルム上に積層することから開始され、その後に各アノード集電体上にアノード材料を配置する。その後、この方法は、カソード集電体の積層と、各カソード集電体上へのカソード材料の配置とに進む。

【0146】

[1188] いくつかの実施形態では、アノード集電体及び／又はカソード集電体は、本明細書に記載するいくつかの堆積又は被覆技術によって、順番にパウチフィルム上に堆積させることができる。堆積させたアノード集電体及び／又はカソード集電体の性質も、前述の最適化技術又は手法によって上述したように最適化することができる。

【0147】

[1189] いくつかの実施形態では、集電体は、交互にパウチフィルム上に積層することができる。さらに詳細には、一方のタイプ（アノード又はカソード）の集電体をパウチフィルム上に積層するたびに、他方のタイプ（カソード又はアノード）の集電体を、反対のタイプの集電体と位置合わせして積層する。ここで述べたこれらの実施形態は、例示のみを目的としたものである。当業者なら、様々な他の順序を実施して、電極アセンブリ１２００を準備することができることを理解するであろう。

【0148】

[1190] セパレータは、電極アセンブリ１２００の準備中又は準備後に、電極アセンブリの各電極（アノード又はカソード）上に配置することができる。いくつかの実施形態では、セパレータは、各アノード材料上に配置される。いくつかの実施形態では、セパレータは、各カソード材料上に配置される。いくつかの実施形態では、セパレータは、電極アセンブリ１２００を準備した後で、電極材料上に配置される。いくつかの実施形態では、セパレータは、電極アセンブリの準備中に、電極材料上に配置される。例えば、セパレータは、アノードアセンブリ１２０１を準備した後、カソードアセンブリ１２０２を準備する前に、アノード材料上に配置することができる。当業者なら、様々な他の工程順序を実施して、セパレータを電極材料上に配置することができることを理解するであろう。

【0149】

[1191] セパレータ（又は１枚の大きなセパレータのシート）を電極アセンブリ１２００（アノードアセンブリ１２０１、又はカソードアセンブリ１２０２）上に配置した後で、電極アセンブリ１２００を中央の線１０に沿って折り畳んで、図１３Ａ〜図１３Ｂに示すようにユニットセルアセンブリ１３００を形成する。ユニットセルアセンブリ１３００は、複数のユニットセル１３０１ａ、１３０１ｂ、１３０１ｃ及び１３０１ｄを含む。パウチフィルム１３４０は、外部構成要素との電気的結合を可能にするためにパウチフィルム１３４０から突出するタブ１３２１及び１３２２を除いて、この複数のユニットセル１３０１ａ〜１３０１ｄを実質的に収容する。図１３Ａには、４つのユニットセルが示してあるが、これは例示のみを目的としたものである。実際には、ユニットセルアセンブリ内のユニットセルの数は、製造の指定に応じて、４つより多くても少なくてもよい。

【0150】

[1192] ユニットセルアセンブリの各ユニットセル（第１のユニットセル１３０１ａを例にとる）は、ユニットセルの片側にカソードタブ１３２１を含み、ユニットセルの反対側にアノードタブ１３２２を含む。ユニットセルアセンブリ１３００内の隣接するユニットセルは、タブ１３２１及び１３２２の構成が反対になっている。第１のユニットセル１３０１ａ及び第２のユニットセル１３０１ｂを例にとる。第１のユニットセル１３０１ａでは、カソードタブ１３２１が、ユニットセルの左側にあり、アノードタブ１３２２が、右側にある。一方、第２のユニットセル１３０１ｂでは、カソードタブ１３２１がユニットセルの右側にあり、アノードタブ１３２２が、左側にある。このタブの交互構成により、以下で詳細に述べるように、後続の工程において好都合にセルを組み立て、バッテリを製造することが可能になる。

【0151】

[1193] 図１３Ｂは、上から下に向かって第１のパウチフィルム１３４０ａ、カソード集電体１３１０、カソード材料１３２０、セパレータ１３３０、アノード材料１３３０、アノード集電体１３５０、及び第２のパウチフィルム１３４０ｂを含むユニットセルアセンブリ１３００を示す断面図（図１３Ａの１３Ｂ−１３Ｂに沿ってとったもの）である。いくつかの実施形態では、第１のパウチフィルム１３４０ａと第２のパウチフィルム１３４０ｂとは、例えば図１２に示すように、同じフィルムの異なる部分とすることができる。いくつかの実施形態では、第１のパウチフィルム１３４０ａと第２のパウチフィルム１３４０ｂとを異なるパウチフィルムとすることもでき、アノードアセンブリ及びカソードアセンブリはそれらの上にそれぞれ配置される。

【0152】

[1194] 図１３Ａ〜図１３Ｂに示すユニットセルアセンブリ１３００に対して密封工程を実行して、それぞれパウチに収容された個々のユニットセル、すなわちシングルパウチユニットセルを形成することができる。図１４は、ユニットセルアセンブリ１３００と実質的に同様のものとすることができるユニットセルアセンブリ１４００の密封方式を示す図である。ユニットセルアセンブリ１４００は、パウチフィルム１４４０に実質的に収容される、複数のユニットセル１４０１ａ〜１４０１ｄを含む。破線２０は、例えば真空密封又はヒートシールとすることができる密封の位置を示している。

【0153】

[1195] いくつかの実施形態では、密封工程は、最初に２本の水平方向の線（１本はユニットセルアセンブリ１４００の上部に、もう１本は底部にある）に沿って実行し、その後に、各垂直方向の線に沿って行うことができる。いくつかの実施形態は、上記の順序を逆にする、すなわち垂直方向の密封を先に行い、その後に水平方向の密封を行うこともできる。いくつかの実施形態では、垂直方向の密封及び水平方向の密封の両方を、所定の密封線２０に沿って同時に実行することもできる。

【0154】

[1196] 図１５Ａ〜図１５Ｂは、いくつかの実施形態による、各ユニットセルをパウチ内に密封した後でユニットセルを積み重ねる手続きを示す図である。図１５Ａは、図１４に示す密封されたユニットセルアセンブリ１４００と実質的に同様のユニットセルアセンブリ１５００である。ユニットセルアセンブリ１５００は、複数のユニットセル１５０１ａ〜１５０１ｄを含む。密封は、破線２０に沿って行われる。垂直方向の一点鎖線３０は、ユニットセルスタックを形成するためにユニットセルアセンブリ１５００をそれに沿って折り畳む線の位置を示している。折り畳んだ後、アノードタブは、得られたスタックの一方の縁部にあり、カソードタブは、得られたスタックの他方の縁部にあって、アノードタブがカソードタブから電気的に絶縁されるようになっている。

【0155】

[1197] いくつかの実施形態では、複数のユニットセル１５０１ａ〜１５０１ｄは、丸めるように折り畳む。例えば、ユニットセル１５０１ｄは、半時計回り方向にユニットセル１５０１ｃの上に折り畳むことができ、次いで、その結果得られる１５０１ｃ及び１５０１ｄのスタックも、半時計回り方向にユニットセル１５０１ｂの上に折り畳むことができる。この丸めプロセスを、アセンブリ中の最後のユニットセル（又は丸め始めたユニットセルによっては最初のユニットセル）まで続けることができる。

【0156】

[1198] いくつかの実施形態では、図１５Ｂに示すように、複数のユニットセル１５０１ａ〜１５０１ｄは、ジグザグに折り畳まれる。例えば、ユニットセル１５０１ａと１５０１ｂとを半時計回り方向に折り畳むことができる。しかし、ユニットセル１５０１ｃと１５０１ｄとは、時計回り方向に折り畳むことができる。１５０１ａ及び１５０１ｂのスタックは、半時計回り方向又は時計回り方向のいずれかに、１５０１ｃ及び１５０１ｄのスタックとともに折り畳むことができる。換言すれば、折り畳み方向は、ユニットセルアセンブリ１５００内のユニットセルごとに異なっていてよい。

【0157】

[1199] いくつかの実施形態では、複数のユニットセル１５０１ａ〜１５０１ｄの折り畳みを、同時に実行することができる。例えば、ユニットセルアセンブリの左側及び右側の両方から力を印加して、ユニットセルを押して、窓エアコンのサイドパネルと同様に、互いに積み重ねることもできる。

【0158】

[1200] いくつかの実施形態では、複数のユニットセル１５０１ａ〜１５０１ｄの折り畳み状態は、熱の印加、又はその他の任意の適当な折り畳み状態の喪失を防止する方法によって長期間保つことができる。いくつかの実施形態では、熱の印加、又は折り畳み状態を長持ちさせるその他の任意の適当な方法は、半時計回りの折り畳み方向に折り畳んだ後、時計回りの折り畳み方向に折り畳んだ後、ジグザグの折り畳み方向に折り畳んだ後、又はこれらの折り畳み方向の任意の組合せで、実行することができる。いくつかの実施形態では、複数のユニットセル１５０１ａ〜１５０１ｄの折り畳み状態は、複数のセルを折り畳む前に、熱の印加、又はその他の任意の適当な方法によって長期間保つことができる。いくつかの実施形態では、複数のユニットセル１５０１ａ〜１５０１ｄの折り畳み状態は、複数のセルのそれぞれを折り畳むたびに、熱の印加、又はその他の任意の適当な方法によって長期間保つことができる。いくつかの実施形態では、複数のユニットセル１５０１ａ〜１５０１ｄの折り畳み状態は、複数のセルを全て折り畳んだ後で、熱の印加、又はその他の任意の適当な方法によって長期間保つことができる。

【0159】

[1201] 図１６Ａは、図１５Ａ〜図１５Ｂに示す方法で準備したユニットセルスタックを示す上面図であり、図１６Ｂは、そのユニットセルスタックの断面図（図１６Ａに示す線１６Ｂ−１６Ｂに沿ってとったもの）である。ユニットセルスタック１６００は、複数のユニットセル１６０１ａ〜１６０１ｄ（まとめてユニットセル１６０１と呼ぶ）を含む。各ユニットセルは、パウチ１６４０内に密封されている。カソードタブ１６２１は、ユニットセルスタック１６００の左側縁部に位置合わせされ、アノードタブ１６２２は、ユニットセルスタック１６００の右側縁部に位置合わせされる。カソードタブ１６２１及びアノードタブ１６２２は、両方ともパウチ１６４０から突出して、他のセルスタック、ユーティリティ、又はコネクタなど、システム中の他の構成要素との電気的結合を可能にしている。

【0160】

[1202] 図１７Ａ〜図１７Ｂは、いくつかの実施形態による、シングルパウチバッテリセルの製造中にガス抜きを実行する例示的な方法を示す、ガス生成及び再密封に対応する追加部分を備えたパウチセルを示す図である。図１７Ａは、密封線２０に沿ってそれぞれのパウチに密封されるユニットセル１７０１ａ、１７０１ｂ、１７０１ｃ、及び１７０１ｄを含むユニットセルアセンブリ１７００を示す上面図である。各ユニットセル１７０１ａ〜１７０１ｄは、本明細書ではガス抜き部分１７６１ａ〜１７６１ｄとも呼ぶ、セルの形成中に生成されるガスを収容する部分をさらに含む。ガス抜き部分１７６１ａ〜１７６１ｄは、ユニットセルの電極部分から延び、空のパウチ空間を含む。ガス抜き工程中に生成されるガスは、これらのガス抜き部分１７６１ａ〜１７６１ｄに収容することができる。ガス抜き工程が完了した後で、ガス抜き部分１７６１ａ〜１７６１ｄを、図１７Ｂに示す白い点線に沿って切開して収容したガスを解放し、ユニットセルアセンブリ１７００から除去することができる。次いで、ガス抜き済みのユニットセルアセンブリ１７００を、新たな密封線２５に沿って再密封して、さらに処理する再密封済みのユニットセルアセンブリ（例えば図１５Ａ〜図１５Ｂに示すユニットセルスタック）を形成することができる。いくつかの実施形態では、ガス抜き工程は、いくつかの積み重ねたパウチ材料を一度に密封することによってユニットセルを積み重ねた後で行うことができる。この手法では、作製をより効果的にすることができる。

【0161】

[1203] いくつかの実施形態では、各ユニットセルにガス抜き部分を含むユニットセルアセンブリ１７００は、より大きなサイズのパウチフィルムを使用することを除けば、図１２に関連して上述したのと実質的に同様の方法で準備することができる。さらに詳細には、図１２の中央の線１０の両側の領域を拡大して、電極アセンブリを中央の線１０に沿って折り畳んだときにガス抜き部分を形成できるようにすることができる。

【0162】

[1204] いくつかの実施形態では、カソードアセンブリとアノードアセンブリとを、追加のフィルムがそれぞれのアセンブリの底部に位置するようにして、別個のパウチフィルム上に準備することができる。次いで、この２つのアセンブリを互いに積み重ねて、図１７Ａに示すように破線２０に沿って密封して、ユニットセルアセンブリ１７００を形成することができる。

【0163】

[1205] 図１０Ａ〜図１７Ｂは、アノードタブ及びカソードタブの両方を得られるユニットセルアセンブリの同じ側に有するユニットセルアセンブリを準備する方法を示している。いくつかの実施形態では、図１８に示すように、アノードタブ１８２１とカソードタブ１８２２とがユニットセルアセンブリ１８００の反対側にある。この例では、ユニットセル１８０１ａ〜１８０１ｄのアノードタブ１８２１及びカソードタブ１８２２は、集電体のより大きな利用可能な幅を利用することができる。すなわち、タブを幅広にすることができる。タブの幅を大きくすることにより、タブの電気抵抗を低下させることができ、それにより得られるバッテリの性能を改善することができる。より大きな幅を有するタブの方が、腐食しにくい、壊れにくい、あるいはその他の形で物理的及び／又は化学的な理由で損なわれにくいので、幅が大きくなることで、得られるバッテリの機械的及び電気的安定性も改善することができる。

【0164】

[1206] ユニットセルアセンブリ１８００は、アノードアセンブリ（例えばタブを幅広にした図１０Ａに示す１０００）を裏返しにしたカソードアセンブリ（例えばタブを幅広にした図１１Ａに示す１１００）の上に積み重ねて、カソードタブとアノードタブを得られるユニットセルアセンブリの反対側に構成するようにすることによって準備することができる。次いで、得られたユニットセルアセンブリ１８００を密封線２０に沿って密封して、個々にパッケージングされたシングルパウチバッテリセルを形成することができる。

【0165】

[1207] 図１９Ａ〜図１９Ｂは、電極アセンブリがアノード及びカソードの両方を同じ列内に含むシングルパウチバッテリセルを準備する例示的な製造方法を示す図である。例示のみを目的として、図１９Ａは、同じパウチフィルム１９４０上に配置され、同じ順序で交互に配列された、２つのアノード（１９０１ａ及び１９０１ｃ）及び２つのカソード（１９０１ｂ及び１９０１ｄ）を含む電極アセンブリ１９００を示している。第１のアノード１９０１ａと第１のカソード１９０１ｂとが、第１の一点鎖線５０に沿って折り畳まれたときに第１のユニットセル１９０１を形成する。第２のアノード１９０１ｃと第２のカソード１９０１ｄとが、第２の一点鎖線５５に沿って折り畳まれたときに第２のユニットセル１９０２を形成する。いくつかの実施形態では、この２つのユニットセル１９０１及び１９０２を実線４０に沿ってさらに折り畳んで、単純なユニットセルスタックを形成する。いくつかの実施形態では、複数のユニットセル１９０１及び１９０２の実線４０に沿った折り畳み状態は、熱の印加、又はその他の任意の適当な折り畳み状態の喪失を防止する方法によって長期間折り畳んだ状態に保つことができる。いくつかの実施形態では、この２つのユニットセル１９０１及び１９０２を実線に沿って切断して、２つの個別の独立したユニットセルを形成して、さらに処理（例えば積み重ね、密封など）を行う。

【0166】

[1208] 図１９Ｂは、カソード集電体１９１０上に配置されたカソード材料１９２０と、アノード集電体１９６０上に配置されたアノード材料１９５０と、アノード材料１９５０とカソード材料１９２０の間に配置されたセパレータ１９３０とを、３つの方向（底部、上部、及び右側）から実質的に収容するパウチフィルム１９０４を含む、第１のユニットセル１９０１の折り畳み領域を示す断面図である。いくつかの実施形態では、パウチフィルム１９４０の接続部分１９４２でより長いパウチフィルムを使用して、ガス抜き部分を形成することもできる。

【0167】

[1209] 図１９Ｃ〜図１９Ｄは、いくつかの実施形態による、円筒型構成のバッテリセルを準備する例示的な製造方法を示す図である。図１９Ｃは、複数の電極スタックを含む円筒型バッテリセル１９０３を示す上面図である。各電極スタックは、カソード１９１３と、アノード１９２３と、カソード１９１３とアノード１９２３の間に配置されたセパレータ１９３３とをさらに含む。隣接する電極スタック同士は、パウチ層１９４３によって分離される。図１９Ｄは、円筒型バッテリセル１９０３を示す概略図である。

【0168】

[1210] 図１９Ｅ〜図１９Ｇは、いくつかの実施形態による、角型構成のバッテリセルを準備する例示的な製造方法を示す図である。図１９Ｅは、角型バッテリセル１９０５の全体上面図である図１９Ｆの円で囲んだ部分の詳細構造を示す、角型バッテリセル１９０５を示す部分上面図である。角型バッテリセル１９０５は、複数の電極スタックを含み、各電極スタックは、カソード１９１５と、アノード１９２５と、カソード１９１５とアノード１９２５の間に配置されたセパレータ１９３５とをさらに含む。隣接する電極スタック同士は、パウチ層１９４５によって分離される。図１９Ｇは、角型バッテリセル１９０５を示す概略図である。

【0169】

[1211] 円筒型バッテリセル１９０３及び角型バッテリセル１９０５は両方とも、下記に記載した方法によって準備することができる。いくつかの実施形態では、カソード（１９１３又は１９１５）とアノード（１９２３又は１９２５）とを、別個に準備することができる。例えば、カソードは、カソード集電体上にカソード材料を配置することによって準備することができ、アノードは、アノード集電体上にアノード材料を配置することによって準備することができる。次いで、セパレータを、アノード材料又はカソード材料の上に配置することができる。次いで、この準備したカソード及びアノードを互いに積み重ねて電極スタックを形成することができ、その後、この電極スタックの一方の側（アノード側又はカソード側）にパウチ層を配置する。次いで、電極スタックをパウチ層と共に丸めて、円筒型バッテリセル又は角型バッテリセルにすることができる。いくつかの実施形態では、パウチ層は、２つの電極を互いに積み重ねる前に、それらの電極のうちの一方の上に配置して、電極の準備を容易にすることもできる。

【0170】

[1212] いくつかの実施形態では、電極スタック（パウチ層を含む）は、層ごとに準備することができる。例えば、この製造は、アノード集電体をパウチ層の上に配置することから開始することができ、その後にアノード集電体上にアノード材料を配置する。次いで、アノード材料上にセパレータを配置することができ、その上にカソード材料を配置し、その後にカソード集電体を配置する。この層ごとの手続きの後で、得られた電極スタックを丸めて、円筒型構成又は角型構成のバッテリセルにすることができる。いくつかの実施形態では、パウチ層は、電極スタックの形成後に配置することができる。

【0171】

[1213] いくつかの実施形態では、電極スタックを丸めてバッテリセルにする前に、切断工程を実行して、丸めた後に得られるバッテリセルの所望の形状係数を実現することができる。

【0172】

[1214] いくつかの実施形態では、図１９Ｃ〜図１９Ｆに示すバッテリセルを、さらに外部パウチ又はパッケージ内に密封することができる。外部パウチ又はパッケージを使用して、例えば周囲環境の湿気又は化学物質によって引き起こされる腐食を軽減することができる。

【0173】

[1215] 図１９Ｃ〜図１９Ｆは、個々のバッテリセル１９０３又は１９０５内にパウチ層を１つしか示していないが、実際には、複数のパウチ層を使用することもできる。いくつかの実施形態では、２つのパウチ層を使用することができる。一方のパウチ層はアノード集電体上に配置し、他方のパウチ層はカソード集電体上に配置して、電極の準備を容易にすることができる（例えば電極材料の漏出又は変形を回避する）。

【0174】

[1216] 図２０は、上述の方法に従って製造されるシングルパウチバッテリセルを示す図である。バッテリセル２０００は、アノード２０１０と、カソードと、セパレータとを収容するパウチ２０４０を含む。カソード及びセパレータはアノード２０１０の奥にあり、参照番号が付されていない。このバッテリセルは、銅で構成されたアノードタブ２０１０、及びアルミニウムで構成されたカソードタブ２０１４も含む。図２０から分かるように、パウチ２０４０は、電極部分を実質的に収容し、タブ２０１２及び２０１４は、外部接続のためにパウチの外に延びている。

【0175】

[1217] 図２１は、３つのグループのシングルパウチバッテリセルの容量保持率曲線を示す図である。対照グループとも呼ばれる第１のグループは、容量保持率を検査する前にガス抜き工程を施されたシングルパウチバッテリセルを含む。「非ガス抜き」グループとも呼ばれる第２のグループは、検査前にいかなるガス抜きも実行していないシングルパウチバッテリセルを含む。「事前充電」グループとも呼ばれる第３のグループのシングルパウチバッテリセルは、パウチの密封前に事前充電工程が施されている。事前充電は、約１時間にわたってＣ／１０のレートで実行される。第３のグループのバッテリには、ガス抜き工程を実行しない。

【0176】

[1218] 全てのグループのバッテリセルは、スピードミキサで混合されたリン酸鉄リチウム５０体積％及び炭素添加物０．９３６体積％を含むカソードスラリを有する。いくつかの実施形態では、カソードスラリを混合する手順は、６５０ＲＰＭでの３分間の混合を２回繰り返すことと、その後に１２５０ＲＰＭでの１分間の混合を行うこととを含む。バッテリセルで使用されるアノードは、やはりミキサで混合された、黒鉛粉末５０体積％及び炭素添加物２体積％を含む。いくつかの実施形態では、アノードスラリを混合する手順は、６５０ＲＰＭでの６分間の混合を行うことを含む。アノードは、約２６５μｍの厚さを有する。これらのバッテリセルで使用される電解質は、５０／５０の炭酸エチレン／γ−ブチロラクトン（GBL）の溶剤と、この溶媒中に溶解した１ＭのＬｉＴＦＳＩとを含む。この電解質は、炭酸ビニレン（VC）２％などの添加物をさらに含む。バッテリセルの全体の厚さは、約９００μｍである。

【0177】

[1219] 図２１に示すように、事前充電グループのバッテリセルは、対照グループのバッテリセルと比較して実質的に同じ容量保持率を示す。さらに、非ガス抜きグループのバッテリセルは、最初の１５〜２０サイクルで容量の増加を示しており、これは、非ガス抜きグループのバッテリセルの全容量がそれらのサイクル中には得られないことを示している。容量保持率の比較により、事前充電プロセスをシングルパウチセルに対して実行すると、ガス抜き工程を不要にし、さらに従来のバッテリ製造の再密封工程を省略することができることが分かる。

【0178】

シングルパウチバッテリセルを含む例示的なバッテリモジュール及びバッテリパック
[1220] 図２２は、ケース２２２０内に封入された、シングルパウチバッテリセル２２１０（１）〜２２１０（８）（まとめてバッテリセル２２１０と呼ぶ）のアレイを含むバッテリモジュール２２００を示す上面図である。各バッテリセル２２１０は、バッテリセルを他のバッテリセルに結合するために使用することができる、アノードタブ２２１２及びカソードタブ２２１４を含む。図２２に示すバッテリモジュール２２００は、８個のシングルパウチバッテリセルを含むが、これは例示のみを目的としたものである。実際には、バッテリモジュール内のシングルパウチバッテリセルの数は、例えば所望のバッテリ仕様に応じて、８個より多くても少なくてもよい。

【0179】

[1221] さらに、この複数のバッテリセル２２１０は、２次元アレイで配置されているが、これも例示のみを目的としたものである。いくつかの実施形態では、複数のバッテリセル２２１０は、一列に（すなわち１次元アレイで）配置される。いくつかの実施形態では、複数のバッテリセル２２１０は、バッテリモジュール２２００が円筒型構成を有することができるように、共通の中心点に向かって放射状に配置される。

【0180】

[1222] さらに、図２２は、バッテリモジュールを１層しか示していないが、これも例示のみを目的としたものである。実際には、バッテリモジュール２２００と同様の１つ又は複数のバッテリモジュールを互いに結合して、容量、電圧又は電流など、所望の出力仕様を実現することができる。

【0181】

[1223] 図２３Ａ〜図２３Ｂは、それぞれ、金属ケース内に封入された複数のシングルパウチバッテリモジュールを含むバッテリモジュールを示す展開図及び完成図である。図２３Ａに示すように、バッテリモジュール２３００は、上部カバー２３１０と、上部発泡体２３２０と、セルスタック２３３０と、セルスタックを収容する一体型ケース２３４０とを含む。

【0182】

[1224] セルスタック２３３０は、アノードタブ２３３４及びカソードタブ２３３２をさらに含む。アノードタブ２３３４は、セルスタック２３３０内のバッテリセルの各アノードと電気連絡しており、カソードタブ２３３２は、セルスタック２３３０内のバッテリセルの各カソードと電気連絡している。一体型ケース２３４０は、アノードコネクタ２３４４及びカソードコネクタ２３４２をさらに含む。セルスタック２３３０が一体型ケース２３４０内に適切に配置されると、アノードタブ２３３４は、アノードコネクタ２３４４に電気的に結合され、カソードタブ２３３２は、カソードコネクタ２３４２に電気的に結合されて、バッテリモジュール２３００がアノードコネクタ２３４４及びカソードコネクタ２３４２を介して電力を提供する（放電中）、又は電力を受け取る（受電中）することができる。

【0183】

[1225] いくつかの実施形態では、上部カバー２３１０は、一体型ケース２３４０に使用されるのと同じ金属材料（例えばステンレス鋼、アルミニウム、銅など）を含む。いくつかの実施形態では、上部カバー２３１０は、上部カバー２３１０の取外し及び再設置を容易にするように、軽量の材料（例えばポリマー、プラスチック、軽金属など）を含む。

【0184】

[1226] いくつかの実施形態では、上部発泡体２３２０は、衝撃時にセルスタック２３３０が損傷する可能性を低下させるように軟らかい（例えばクッション発泡体）。いくつかの実施形態では、上部発泡体２３２０は、特に合成発泡体、水成膜形成発泡体、耐アルコール性発泡体、及びタンパク質発泡体など、難燃性発泡体を含む。

【0185】

[1227] 図２４Ａ〜図２４Ｂは、それぞれ、プラスチックケース内に封入された複数のシングルパウチバッテリモジュールを含むバッテリモジュールを示す展開図及び完成図である。図２４Ａに示すように、バッテリモジュール２４００は、上部カバー２４１０と、上部発泡体２４２０と、セルスタック２４３０と、内側ライナ２４５０と、セルスタックを収容する一体型ケース２４４０とを含む。上部カバー２４１０、上部発泡体２４２０、及びセルスタック２４３０は、図２３Ａに示して上述した上部カバー２３１０、上部発泡体２３２０、及びセルスタック２３３０と実質的に同じとすることができる。一体型ケース２４４０は、例えばバッテリモジュール２４００の重量を削減するために、プラスチック材料を含む。

【0186】

[1228] いくつかの実施形態では、内側ライナ２４５０は、衝撃時にセルスタック２４３０が損傷する可能性を低下させるように軟材料（例えばプラスチック、ポリマー、ゴムなど）を含む。いくつかの実施形態では、内側ライナ２４５０は、火災危険を低下させるために、難燃性材料を含む。いくつかの実施形態では、内側ライナ２４５０は、長鎖脂肪族アミン（任意選択でエトキシル化されたもの）及びアミド、第四級アンモニウム塩（例えば塩化ベヘントリモニウム又はコカミドプロピルベタミン）、リン酸エステル、ポリエチレングリコールエステル、又はポリオールをベースとする材料などの帯電防止材料を含む。いくつかの実施形態では、内側ライン２４５０は、湿気によって引き起こされるセルスタック２４３０内の短絡を防止するように、耐湿性材料を含む。いくつかの実施形態では、内側ライナ２４５０は、複合材料を含む。例えば、内側ライン２４５０は、火災危険を低下させるために難燃性材料で被覆された、緩衝用の軟材料を含むことができる。

【0187】

[1229] 一般にバッテリモジュールと呼ぶ図２３Ａ〜図２３Ｂに示すバッテリモジュール２３００及び図２４Ａ〜図２４Ｂに示すバッテリモジュール２４００は、実際の適用を容易にすることができる特徴をいくつか有することができる。いくつかの実施形態では、バッテリモジュールは、特定の所望の仕様（例えば電圧、電流、容量など）を有するバッテリパックを好都合に構築できるように、モジュール間インタロックを可能にすることができる。いくつかの実施形態では、バッテリモジュールは、個々の適用分野において、各バッテリモジュールが電源として独立して機能することも、他の構成要素と協働することもできるように、モジュラ設計を含む。

【0188】

[1230] いくつかの実施形態では、バッテリモジュールは、以下の仕様を有することができる。すなわち、出力電圧３．２Ｖ、セル容量２８０Ａｈ、セル重量４．５ｋｇ、総エネルギー０．８９６ｋＷｈ、セル体積４．１４Ｌ、容積エネルギー密度２１６Ｗｈ／Ｌ、及び比エネルギー密度２００Ｗｈ／ｋｇである。この仕様は、例示のみを目的としたものである。実際には、適用分野における様々な実際の要件を満たすように、様々な仕様を利用することができる。

【0189】

[1231] 図２５は、まとめてバッテリモジュール２５１０と呼ぶ、複数のバッテリモジュール２５１０（１）〜２５１０（４）を含むバッテリパック２５００を示す概略図である。バッテリモジュール２５１０は、図２３Ａ〜図２３Ｂに示すバッテリモジュール２３００、又は図２４Ａ〜図２４Ｂに示すバッテリモジュール２４００と実質的に同じとすることができる。図２５に示すバッテリパック２５００は、２次元アレイに配置された４つのバッテリモジュール２５１０を含むが、これは例示のみを目的としたものである。実際には、バッテリパック内のバッテリモジュールの数は、例えば所望の仕様に応じて様々であってよい。このアレイ構成も、変化することができる。例えば、図２６は、例えば特定の空間要件に適合するように１次元の並びに配置された４つのバッテリモジュール２６１０（１）〜２６１０（４）のアレイを含むバッテリモジュール２６００を示している。

【0190】

[1232] 図２７Ａ〜図２７Ｃは、バッテリパックのインタロック機構を説明するための、垂直方向に積み重ねられたバッテリモジュールを含むバッテリパック、及び積み重ねられたモジュールの拡大部分を示す概略図である。図２７Ａに示すバッテリパック２７００は、互いに垂直方向に積み重ねられた、第１のバッテリモジュール２７１０ａ及び第２のバッテリモジュール２７１０ｂを含む。第１のバッテリモジュール２７１０ａの重量によって、第２のバッテリモジュール２７１０ｂにスタック圧力を印加することができる。いくつかの実施形態では、２８個のモジュールを順番に積み重ねた場合には、最も上のバッテリモジュールと最も下のバッテリモジュールの間の圧力差を約５ＰＳＩとすることができる。

【0191】

[1233] バッテリパック２７００は、２つのバッテリモジュールの間に左接点部分２７１２ａ及び右接点部分２７１２ｂを含む。２つの接点部分２７１２ａ及び２７１２ｂは、それぞれ図２７Ｂ及び図２７Ｃに示してある。図２７Ｂ及び図２７Ｃは、下側のバッテリモジュール２７１０ｂの上部を、上側のバッテリモジュール２７１０ａの底部を受けるように構成することができることを示している。この構成により、複数のバッテリモジュールを好都合に互いに結合して、所望の仕様を有するバッテリパックを形成することができる。

【0192】

[1234] 図２８Ａ〜図２８Ｂは、ラック構成（すなわち２次元縦型アレイ）に配置された複数のバッテリモジュール２８５０（例えばバッテリモジュール２３００及び／又は２４００）を含むバッテリラック２８００を示す完成図及び展開図である。複数の支持フレーム２８４０が、複数のバッテリモジュール２８５０の４つの縁部に配置されて、バッテリモジュール２８５０を合わせて保持している。支持フレーム２８４０は、複数のボルト２８７０によってバッテリモジュール２８５０に機械的に結合される。上部端板２８１０及び底部端板２８８０が、それぞれ上及び下から複数のバッテリモジュール２８５０を囲んでいる。複数の圧縮板２８３０と、その上に配置された複数の圧縮バネ２８２０とを、衝撃緩衝のために、上部端板２８１０と複数のバッテリモジュール２８５０との間に配置することができる。各バッテリモジュールは、そのバッテリモジュールと他のバッテリモジュールの間の電気的結合を容易にするためにバッテリケーブル２８６０を含む。得られたバッテリラック２８００の完成図を、図２８Ａに示す。

【0193】

[1235] バッテリラック２８００の１つの例示的な仕様は、以下のようにすることができる。すなわち、出力電圧７１６Ｖ、セル容量２８０Ａｈ、セル重量１１５０ｋｇ、総エネルギー２００ｋＷｈ、ラック寸法６００ｍｍ×７６０ｍｍ×２１００ｍｍ、容積エネルギー密度２１０Ｗｈ／Ｌ、及び比エネルギー密度１７５Ｗｈ／ｋｇである。この仕様は、例示のみを目的としたものである。実際には、適用分野における様々な実際の要件を満たすように、様々な仕様を利用することができる。

【0194】

[1236] 以上、様々な実施形態について説明したが、それらは例示のみを目的として提示したものであり、限定を目的としたものではないことを理解されたい。例えば、本明細書の実施形態は、例えばリチウムイオンバッテリなどの電気化学的デバイスを説明しているが、本明細書に記載するシステム、方法及び原理は、電気化学的に活性な媒体を含む全てのデバイスに適用することができる。換言すれば、例えばバッテリ、コンデンサ、電気二重層キャパシタ（例えばウルトラキャパシタ）、リチウムイオンキャパシタ（ハイブリッドキャパシタ）、擬似キャパシタなど、少なくとも活性材料（電荷担体のソース又はシンク）、導電性添加物、及びイオン伝導性媒体（電解質）を含む任意の電極及びデバイスは、本開示の範囲に含まれる。さらに、上記の実施形態は、非水及び／又は水性電解質バッテリ化学物質と共に使用することができる。

【0195】

[1237] 上述の方法及び工程は、特定の事象が特定の順序で起こるものとして示しているが、本開示の特典を有する当業者なら、特定の工程の順序を修正することができること、及びこのような修正が本発明の変形形態によるものであることを認識するであろう。さらに、これらの工程のうちの特定の工程は、可能である場合には並列プロセスで同時に実行することもできるし、また上述のように順番に実行することもできる。さらに、特定の工程は、部分的に完了したところで後続の工程に進む、かつ／又は省略して後続の工程に進むこともできる。

【0196】

[1238] 様々な実施形態を具体的に図示して説明したが、様々な変更を形態及び細部に加えることができる。例えば、特定の特徴及び／又は構成要素の組合せを有するものとして様々な実施形態を説明したが、本明細書に記載する実施形態のうちのいずれかの、任意の特徴及び／又は構成要素の任意の組合せ又は部分的な組合せを有する他の実施形態も可能である。これら様々な構成要素の具体的な構成も、変化させることができる。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図1E】

【図1F】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11A】

【図11B】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図14】

【図15A】

【図15B】

【図16A】

【図16B】

【図17A】

【図17B】

【図18】

【図19A】

【図19B】

【図19C】

【図19D】

【図19E】

【図19F】

【図19G】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23A】

【図23B】

【図24A】

【図24B】

【図25】

【図26】

【図27A】

【図27B】

【図27C】

【図28A】

【図28B】