(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-02-28
(54)【発明の名称】新しい封入システムを含む電池、特に薄膜電池
(51)【国際特許分類】
H01M 10/0585 20100101AFI20230220BHJP
H01M 50/103 20210101ALI20230220BHJP
H01M 50/547 20210101ALI20230220BHJP
H01M 50/562 20210101ALI20230220BHJP
H01M 10/052 20100101ALI20230220BHJP
H01M 50/117 20210101ALI20230220BHJP
H01M 50/121 20210101ALI20230220BHJP
H01M 50/126 20210101ALI20230220BHJP
【ＦＩ】
H01M10/0585
H01M50/103
H01M50/547
H01M50/562
H01M10/052
H01M50/117
H01M50/121
H01M50/126
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022538932
(86)(22)【出願日】2020-12-23
(85)【翻訳文提出日】2022-08-19
(86)【国際出願番号】 IB2020062400
(87)【国際公開番号】W WO2021130698
(87)【国際公開日】2021-07-01
(31)【優先権主張番号】1915544
(32)【優先日】2019-12-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(31)【優先権主張番号】1915566
(32)【優先日】2019-12-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】514110783
【氏名又は名称】アイ テン
(74)【代理人】
【識別番号】100121728
【弁理士】
【氏名又は名称】井関 勝守
(74)【代理人】
【識別番号】100165803
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 修平
(74)【代理人】
【識別番号】100170900
【弁理士】
【氏名又は名称】大西 渉
(72)【発明者】
【氏名】ギャバン，ファビアン
(72)【発明者】
【氏名】ケイルフルク，イアン
(72)【発明者】
【氏名】ソリアーノ，クレール
(72)【発明者】
【氏名】グリュエ，ダヴィド
【テーマコード（参考）】
5H011
5H029
5H043
【Ｆターム（参考）】
5H011AA02
5H011CC02
5H011CC05
5H011KK01
5H029AJ14
5H029AM07
5H029BJ12
5H029CJ03
5H029CJ04
5H029CJ13
5H029CJ22
5H029CJ24
5H029DJ02
5H029DJ05
5H029HJ01
5H029HJ04
5H029HJ07
5H029HJ12
5H029HJ14
5H029HJ19
5H043AA07
5H043AA19
5H043BA19
5H043BA20
5H043CA04
5H043CA13
5H043DA09
5H043DA11
5H043LA21D
(57)【要約】
本発明は、新しい封入システムを有する電池、特に薄膜電池に関する。
【選択図】なし
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電池であって、－ アノード集電基板、アノード層、電解質材料の層又は電解質を含浸させたセパレーターの層、カソード層、及びカソード集電基板を続けて含む、少なくとも１つの単位セルであって、前記電池が複数の単位セルを含む場合、第２のものが、示している層の順番で第１のものの上部に配置されるなどとなる、単位セルと、
－ 前記単位セル、又は、複数のものが存在する場合、すべての前記単位セルの外周部の少なくとも一部を覆い、
－ 任意で、好ましくはパリレン、パリレンＦ、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン、ポリアミド、ゾルゲルシリカ、有機シリカ、及び／又はそれらの混合物から選択され、前記電池に堆積させた、第１被覆層、
－ 任意で、電気絶縁材料からなり、前記電池又は前記第１被覆層に原子層堆積によって堆積させた、第２被覆層、を含む封入システムと、
－ 少なくとも前記単位セルと外部導電素子との電気的接触を行うために用いられる少なくとも１つのアノードコンタクト部材と、
－ 外部導電素子との電気的接触を行うために用いられる少なくとも１つのカソードコンタクト部材とを含み、
前記電池は少なくとも１つのアノード接続ゾーンを画定する第１コンタクト面を含み、
前記電池は少なくとも１つのカソード接続ゾーンを画定する第２コンタクト面を含み、
前記封入システムが、
－ １０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有し、セラミック材料及び／又は低融点ガラス、好ましくは６００℃より低い融点を有するガラスから作製され、前記電池又は前記第１被覆層の外周部に堆積させた、少なくとも第３不浸透被覆層をさらに含み、
前記第２被覆層が存在するとき、一連の前記第２被覆層と前記第３被覆層とは、ｚ回繰り返すことができ、ｚ≧１であり、少なくとも前記第３被覆層の外周部に堆積され、前記封入システムの最終層は、セラミック材料及び／又は低融点ガラスから作製された、１０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有する、前記不浸透被覆層である、電池。
【請求項2】
好ましくは１０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有する前記第３不浸透被覆層が、１μｍ～５０μｍ、より好ましくは１μｍ～１０μｍ、さらにより好ましくは１μｍ～５μｍの間に含まれる厚みを有する、請求項１に記載の電池。
【請求項3】
前記アノードコンタクト部材及び前記カソードコンタクト部材のそれぞれが、－ 少なくとも前記アノード接続ゾーン及び少なくとも前記カソード接続ゾーンに配置され、電気伝導性粒子を充填した材料、好ましくは、電気伝導性粒子を充填した、高分子樹脂及び／又はゾルゲル法により得られる材料、より好ましくは、グラファイトを充填した高分子樹脂を含む、第１電気接続層、
－ 電気伝導性粒子を充填した材料の前記第１層に配置した金属箔を含む第２電気接続層を含む、請求項１又は２に記載の電池。
【請求項4】
前記金属箔が、自立タイプのものであり、有利には前記第１電気接続層に付加される、請求項１～３のうちの１項に記載の電池。
【請求項5】
前記金属箔が、圧延又は電気めっきによって作製される、請求項１～４のうちの１項に記載の電池。
【請求項6】
前記金属箔の厚みが、５～２００マイクロメートルの間に含まれ、前記金属箔は、特に、ニッケル、ステンレス鋼、銅、モリブデン、タングステン、バナジウム、タンタル、チタン、アルミニウム、クロム、及びそれらを含む合金である材料の１つから作製される、請求項１～５のうちの１項に記載の電池。
【請求項7】
前記アノードコンタクト部材及び前記カソードコンタクト部材のそれぞれが、前記第２電気接続層に配置した導電性インクを含む第３層を含む、請求項１～６のうちの１項に記載の電池。
【請求項8】
－ 少なくとも部分的に導電性材料から作製され、単位セルの端面近傍に設けられる電気接続支持部、－ それぞれ電気接続経路を形成する、前記接続支持部の２つの離れた領域を、互いに絶縁することができる電気絶縁手段、
－ 各単位セルの第１側面を第１電気接続経路に電気接続することができる前記アノードコンタクト部材、及び各単位セルの第２側面を第２電気接続経路に電気接続することができる前記カソードコンタクト部材、をさらに含む、請求項１～７のうちの１項に記載の電池。
【請求項9】
前記電気接続支持部が、単一層タイプのもの、特に金属格子又はケイ素中間層である、請求項１～８のうちの１項に記載の電池。
【請求項10】
前記電気接続支持部が、上下に重ねて配置した複数の層を含み、特にプリント回路基板タイプのものである、請求項８に記載の電池。
【請求項11】
前記不浸透被覆層が、特にそれぞれの前記アノードコンタクト部材及び前記カソードコンタクト部材を覆わない、一次不浸透被覆層、並びに、特に前記コンタクト部材のすべて又は一部を覆うとともに、特に前記電気接続支持部を少なくとも部分的に覆うさらなる不浸透被覆層を含む、請求項８～１０のいずれか１項に記載の電池。
【請求項12】
リチウムイオン電池である、請求項１～１１のいずれかに記載の電池。
【請求項13】
固体リチウムイオン電池である、請求項１～１２のいずれかに記載の電池。
【請求項14】
１ｍＡｈ以下の容量を有するように設計及び形状づけられた、請求項１～１３のいずれかに記載の電池。
【請求項15】
１ｍＡｈを超える容量を有するように設計及び形状づけられた、請求項１～１４のいずれかに記載の電池。
【請求項16】
請求項１～１５のうちの１項に記載の電池を製造する方法であって、（ａ） アノード層でコーティングされ、及び任意で電解質材料の層又は電解質を含浸させたセパレーターの層でコーティングされ、以下アノード箔と呼ぶ、少なくとも１つのアノード集電基板箔を提供するステップ、
（ｂ） カソード層でコーティングされ、及び任意で電解質材料の層又は電解質を含浸させたセパレーターの層でコーティングされ、以下カソード箔と呼ぶ、少なくとも１つのカソード集電基板箔を提供するステップ、
（ｃ） 少なくとも１つのアノード集電基板、少なくとも１つのアノード層、電解質材料又は電解質を含浸させたセパレーターの少なくとも１つの層、少なくとも１つのカソード層、及び少なくとも１つのカソード集電基板を続けて得るように、少なくとも１つのアノード箔と少なくとも１つのカソード箔とを交互にしたスタック（Ｉ）を作製するステップ、
（ｄ） 統合したスタックを形成するように、ステップ（ｃ）において得られた交互の箔の前記スタックを熱処理及び／又は機械圧縮するステップ、
（ｅ） － 任意で、好ましくはパリレン、パリレンＦ、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン、ポリアミド、ゾルゲルシリカ、有機シリカ、及び／又はそれらの混合物から選択される、前記電池における少なくとも１つの第１被覆層、
－ 任意で、電気絶縁材料からなり、前記電池又は前記第１被覆層に原子層堆積によって堆積される、第２被覆層、並びに、
－ 好ましくは１０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有し、セラミック材料及び／又は低融点ガラス、好ましくは６００℃より低い融点を有するガラスから作製され、前記電池又は前記第１被覆層の外周部に堆積される、少なくとも第３不浸透被覆層を堆積させることによって、前記統合したスタックを封入するステップを行い、
少なくとも１つの第２被覆層と少なくとも１つの第３被覆層とのこのシーケンスは、ｚ回繰り返すことができ、ｚ≧１であり、少なくとも前記第３被覆層の外周部に堆積され、前記封入システムの最終層は、セラミック材料及び／又は低融点ガラスから作製された、１０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有する、前記不浸透被覆層である、ステップ、
（ｆ） 少なくとも前記アノード接続ゾーン及び前記カソード接続ゾーンを露出させる切断したスタックを形成するように、２つの切り抜き（Ｄｎ、Ｄ’ｎ）を作製するステップ、
（ｇ） アノードコンタクト部材及びカソードコンタクト部材を作製するステップを含む、方法。
【請求項17】
前記アノードコンタクト部材及び前記カソードコンタクト部材の作製は、－ 電気伝導性粒子を充填した材料から作製される、好ましくは電気伝導性粒子を充填した、高分子樹脂及び／又はゾルゲル法により得られる材料から作製される、第１電気接続層を、少なくとも前記アノード接続ゾーン及び少なくとも前記カソード接続ゾーンに、好ましくは少なくとも前記アノード接続ゾーンを含む少なくとも前記コンタクト面及び少なくとも前記カソード接続ゾーンを含む少なくとも前記コンタクト面に堆積させること、
－ 任意で、前記第１層が、電気伝導性粒子を充填した、高分子樹脂及び／又はゾルゲル法により得られる材料から作製されるとき、乾燥ステップ、その後に、前記高分子樹脂及び／又は前記ゾルゲル法により得られる材料を重合するステップ、
－ 好ましくは金属箔又は金属インクである、前記第１電気接続層に配置した第２電気接続層を、前記第１層に堆積させ、後者の場合、前記乾燥ステップをまた、前記第２電気接続層の堆積後に行うことができること、を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項18】
前記金属箔が圧延によって形成され、その後、そうして形成された前記金属箔を、前記第１電気接続層に付加する、請求項１６又は１７に記載の方法。
【請求項19】
前記金属箔が、前記第１金属接続層に対してｅｘ ｓｉｔｕ又はｉｎ ｓｉｔｕのいずれかで電気めっきによって直接形成される、請求項１６又は１７に記載の方法。
【請求項20】
前記方法が、ステップ（ｇ）の後、前記第１電気接続層及び前記第２電気接続層でコーティングした、前記電池の少なくとも前記アノード接続ゾーン及び前記カソード接続ゾーンにおいて、導電性インクを堆積させるステップ（ｈ）を含む、請求項１６～１９のうちの１項に記載の方法。
【請求項21】
前記低融点ガラスが、ＳｉＯ２－Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ－Ｂｉ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２－Ｖ２Ｏ５、及びＰｂＯ－ＳｉＯ２から選択される、請求項１６～２０のうちの１項に記載の方法。
【請求項22】
前記第２被覆層が、低温で、ＰＥＣＶＤによって、好ましくはＨＤＰＣＶＤ又はＩＣＰ ＣＶＤによって堆積される、請求項１６～２１のうちの１項に記載の方法。
【請求項23】
前記第２被覆層が、酸化物及び／又は窒化物及び／又はＴａ２Ｏ５及び／又は酸窒化物及び／又はＳｉｘＮｙ及び／又はＳｉＯ２及び／又はＳｉＯＮ及び／又は非晶質ケイ素及び／又はＳｉＣを含む、請求項１６～２２のうちの１項に記載の方法。
【請求項24】
前記不浸透密封手段が、前記電気接続支持部を前記単位スタックの第１端面近傍に配置した後にコーティングされる、請求項８～１５のうちの１項に記載の電池を作製するための請求項１６～２３のうちの１項に記載の方法。
【請求項25】
前記不浸透密封手段の少なくとも一部が、前記電気接続支持部を前記単位スタックの第１端面近傍に配置する前にコーティングされる、請求項８～１５のうちの１項に記載の電池を作製するための請求項１６～２３のうちの１項に記載の方法。
【請求項26】
少なくとも前記一次不浸透被覆層が、前記電気接続支持部を前記単位スタックの前記第１端面近傍に配置する前にコーティングされ、その後、前記さらなる不浸透被覆層が、前記電気接続支持部を前記第１端面近傍に配置した後にコーティングされる、請求項１１～１５のうちの１項に記載の電池を製造するための請求項１６～２５のうちの１項に記載の方法。
【請求項27】
－ 複数の支持部（５）を形成するために用いられるフレーム（１０５）を提供すること、－ 複数のライン及び／又は複数の行に配置した複数の単位スタックにおける第１端面近傍に前記フレームを配置すること、
－ 複数の電気化学デバイスを形成するように、前記スタックの長手方向及び／又は横方向に少なくとも１つの切り抜き、特に複数の切り抜きを作製すること、をさらに含む、請求項１６～２６のうちの１項に記載の方法。
【請求項28】
電気エネルギー消費デバイス（１０００）であって、本体（１００２）と、前記電気エネルギー消費デバイスに電気エネルギーを供給可能な、請求項１～１５のうちの１項に記載の電池とを含み、前記電池の前記電気接続支持部（５）が前記本体に固定される、電気エネルギー消費デバイス（１０００）。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は電池、特に薄膜電池、さらに具体的にはこれを保護する封入システムに関する。本発明は、より具体的に、この方法で封入可能なリチウムイオン電池の分野に関する。本発明は、自然放電率を特に低くするとともに寿命を長くする新しいアーキテクチャ及び封入部を有する薄膜電池を製造するための新しい方法にさらに関する。
【背景技術】
【0002】
いくつかの種類の電池、特にいくつかの種類の薄膜電池は、酸素や湿気がその劣化を引き起こすことから、長寿命となるように封入する必要がある。特に、リチウムイオン電池は極めて湿気に影響を受けやすい。市場では１０年を超える製品寿命が要求されていることから、この寿命を確保するように、封入を行う必要がある。
【0003】
薄膜リチウムイオン電池は、典型的に約１μｍ～約１０μｍ厚の電極及び電解質層を含む多層スタックである。これは、複数の単位セルのスタックを含み得る。この電池は、自然放電の影響を受けやすいと見られる。電極の位置、特に多層電池における電極の縁部の近接性、及び切断部の良好性に対応して、漏れ電流、すなわち電池性能を下げるクリープによるショートが端部に認められ得る。この現象は、電解質膜が極めて薄い場合に悪化する。
【0004】
この固体薄膜リチウムイオン電池は、通常、リチウム金属層を有するアノードを使用する。アノード材料の体積は、電池の充電及び放電サイクルにおいて大きく変化すると見られる。より具体的には、充電及び放電サイクルにおいて、リチウム金属の一部がリチウムイオンに変換され、これがカソード材料の構造に挿入され、アノードの体積の低下を伴う。この体積の周期的変化は、電極と電解質の層間の機械的及び電気的接触を劣化させ得る。これは、その寿命における電池性能を下げることとなる。
【0005】
また、アノード材料の体積の周期的変化は、電池セルの体積の周期的変化も誘導する。したがって、封入システムに周期的ストレスを生じさせ、これが、封入システムの不浸透性喪失（又はさらに完全性喪失）を引き起こす亀裂を起こしやくすさせる。この現象が、その寿命における電池性能低下のさらに他の原因となる。
【0006】
より具体的に、リチウムイオン電池の活性材料は、空気、及び特に湿気の影響を極めて受けやすい。移動するリチウムイオンは、微量の水と自然に反応してＬｉＯＨを形成し、電池のカレンダー劣化をもたらす。すべてのリチウムイオン伝導電解質及び挿入材料が、湿気に反応しないものである。一例として、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２は、大気又は微量の水と接触したとき、劣化しない。一方、Ｌｉ４＋ｘＴｉ５Ｏ１２（ｘ＞０）の形態のリチウムを充填するとすぐに、挿入したリチウム余剰分（ｘ）が大気に影響を受けやすくなり、微量の水と自然に反応してＬｉＯＨを形成する。したがって、反応したリチウムは、電気を蓄積するために利用できず、電池容量の損失につながる。
【0007】
リチウムイオン電池の活性材料を空気及び水に曝すことを防ぐため、及びこの種類のエージングを防ぐため、封入システムで保護する必要がある。薄膜電池のための数多くの封入システムが文献に記載されている。
【0008】
特許文献１は、なかでもアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、及び非晶質カーボンから選択される誘電性材料の第１層のスタック、並びに誘電性材料の第２層、並びに第２層上に配置されて電池全体を覆う不浸透密封層を含む、固体薄膜電池のための封入システムを記載している。
【0009】
特許文献２は、薄膜リチウムイオン電池を保護するための複数のシステムを記載している。提示される第１のシステムは、電池の活性成分に堆積させたアルミニウム膜で覆ったパリレン層を含む。しかしながら、空気及び水蒸気の拡散から保護するためのこのシステムは、約１か月のみ有効である。提示される第２のシステムは、パリレン（５００ｎｍ厚）と金属（約５０ｎｍ厚）との交互の層を含む。この文献は、電池が大気成分によって劣化する速さを遅くするため、この電池を紫外線硬化（ＵＶ硬化）エポキシコーティングで再度コーティングすることが好ましいと記載している。
【0010】
また、出願人は、特許文献３において、それぞれアノード及びカソードコンタクト部材を形成するために用いられる層の種々の例を提示している。第１の例では、第１薄層をＡＬＤによって堆積させ、該第１薄層は特に金属である。さらに、銀充填エポキシ樹脂の第２層を設ける。第２の例では、第１層はグラファイト充填材料である一方、第２層はナノ粒子充填インクから得た銅金属を含む。
【0011】
先行技術において、大部分のリチウムイオン電池は、電池セル周りを密閉してコネクタタブにおいてヒートシールした金属化ポリマー箔（「パウチ」と呼ばれる）に封入される。このパッケージが比較的可撓性であるので、電池の負及び正の接続部が、電池周りのパッケージを密封するために使用されるヒートシールされたポリマーに埋め込まれている。しかしながら、電池のヒートシールに使用するポリマーが大気ガスに対して比較的透過性であることから、ポリマー箔同士の間のこの溶着部は、大気ガスに対して完全に不浸透性ではない。透過性は温度とともに増加し、これがエージングを早めると見られる。
【0012】
しかしながら、この溶着部において大気に曝される表面積は極めて小さいものにとどまり、パッケージの残りの部分は、これらのポリマー箔同士の間に挟んだアルミニウム箔によって形成されている。一般に、２枚のアルミニウム箔を組み合わせて、各アルミニウム箔の欠陥となる孔がある影響を極力少なくしている。各ストリップにおける２つの欠陥がアライメントされる可能性を大幅に低減している。
【0013】
このパッケージ技術によって、通常の使用条件における、１０×２０ｃｍ２の表面積を有する１０Ａｈ電池における約１０年～１５年のカレンダー寿命を確保する。電池が高温に曝される場合、この寿命が５年未満に短縮され得、これは多くの用途において十分なものではない。同様の技術は、コンデンサー及び能動部品などの他の電子部品にも使用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0014】
【特許文献1】米国特許出願公開第２００２／００７１９８９号明細書
【特許文献2】米国特許第５５６１００４号明細書
【特許文献3】国際出願公開第２０１９／２１５４１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
したがって、空気、湿気、及び温度の影響から部品を保護する、薄膜電池及び他の電子部品を封入するためのシステム及び方法が求められている。封入システムは、不浸透性及び気密性である必要があり、部品又は電池を完全に密閉して覆う必要があり、また、任意のクリープによるショートを防ぐため、反対の極性の電極縁部を電気的に分離することを可能にする必要がある。
【0016】
本発明の１つの目的は、上述の先行技術における難点を少なくとも部分的に克服することである。
【0017】
本発明の他の目的は、極めて寿命が長く、自然放電率が低いリチウムイオン電池を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【0018】
本発明における封入システムは、有利には硬質タイプのものである。電池セルは、材料の初期選択により、硬質かつ寸法安定性である。したがって、本発明において得られる封入システムは効果的である。
【0019】
本発明は、真空内で有利に堆積することができる及び堆積される封入システムを作製することを提供する。本発明における電池はポリマーを含まないが、イオン性液体を含むことができる。より具体的には、これは、固体である又は「疑似固体」タイプのものであり、この場合ナノ制限（ｎａｎｏ－ｃｏｎｆｉｎｅｄ）イオン性液体系電解質を含む。電気化学的観点からは、このナノ制限液体電解質は、これによって伝導するカチオンに良好な移動性を提供する範囲で、液体のように作用する。構造的観点からは、このナノ制限液体電解質は、真空及び／又は高温において処理されるときでもナノ制限され、その拘束から逃れられないので、液体のように作用しない。
【0020】
したがって、ナノ制限イオン性液体系電解質を含む本発明における電池は、その封入のために真空並びに／又は真空及び高温処理を行うことができる。封入前に含浸を行うため、層の縁部を切断によって露出させ、含浸の後、これらの縁部は電気コンタクトを作製することによって封止する。また、本発明における方法は、メソ孔表面を覆うことに良好に適する。
【0021】
また、本発明における方法は、メソ孔表面を覆うことに良好に適する。
【0022】
以下に記載するような本発明にかかる対象物の少なくとも１つによって、上述の目的の少なくとも１つが達成される。
【0023】
本発明は、第１の対象物として電池を提供し、該電池は、
－ アノード集電基板、アノード層、電解質材料の層又は電解質を含浸させたセパレーターの層、カソード層、及びカソード集電基板を続けて含む、少なくとも１つの単位セルであって、上述の電池が複数の単位セルを含む場合、第２のものが、示している層の順番で第１のものの上部に配置されるなどとなる、少なくとも１つの単位セルと、
－ 上述の単位セル、又は、複数のものが存在する場合、すべての上述の単位セルの外周部の少なくとも一部を覆い、
－ 任意で、好ましくはパリレン、パリレンＦ、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン、ポリアミド、ゾルゲルシリカ、有機シリカ、及び／又はそれらの混合物から選択され、電池に堆積させた、第１被覆層、
－ 任意で、電気絶縁材料からなり、電池又は第１被覆層に原子層堆積によって堆積させた、第２被覆層、を含む封入システムと、
－ 少なくとも単位セルと外部導電素子との電気的接触を行うために用いられる少なくとも１つのアノードコンタクト部材と、
－ 外部導電素子との電気的接触を行うために用いられる少なくとも１つのカソードコンタクト部材とを含み、
該電池は少なくとも１つのアノード接続ゾーンを画定する第１コンタクト面を含み、
該電池は少なくとも１つのカソード接続ゾーンを画定する第２コンタクト面を含み、
該封入システムが、
－ １０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有し、セラミック材料及び／又は低融点ガラス、好ましくは６００℃より低い融点を有するガラスから作製され、電池又は第１被覆層の外周部に堆積させた、少なくとも第３不浸透被覆層をさらに含み、
上述の第２被覆層が存在するとき、一連の上述の第２被覆層と上述の第３被覆層とは、ｚ回繰り返すことができ、ｚ≧１であり、少なくとも第３被覆層の外周部に堆積され、封入システムの最終層は、セラミック材料及び／又は低融点ガラスから作製された、１０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有する、上述の不浸透被覆層である。
－ アノード集電基板、アノード層、電解質材料の層又は電解質を含浸させたセパレーターの層、カソード層、及びカソード集電基板を続けて含む、少なくとも１つの単位セルであって、上述の電池が複数の単位セルを含む場合、第２のものが、示している層の順番で第１のものの上部に配置されるなどとなる、少なくとも１つの単位セルと、
－ 上述の単位セル、又は、複数のものが存在する場合、すべての上述の単位セルの外周部の少なくとも一部を覆い、
－ 任意で、好ましくはパリレン、パリレンＦ、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン、ポリアミド、ゾルゲルシリカ、有機シリカ、及び／又はそれらの混合物から選択され、電池に堆積させた、第１被覆層、
－ 任意で、電気絶縁材料からなり、電池又は第１被覆層に原子層堆積によって堆積させた、第２被覆層、を含む封入システムと、
－ 少なくとも単位セルと外部導電素子との電気的接触を行うために用いられる少なくとも１つのアノードコンタクト部材と、
－ 外部導電素子との電気的接触を行うために用いられる少なくとも１つのカソードコンタクト部材とを含み、
該電池は少なくとも１つのアノード接続ゾーンを画定する第１コンタクト面を含み、
該電池は少なくとも１つのカソード接続ゾーンを画定する第２コンタクト面を含み、
該封入システムが、
－ １０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有し、セラミック材料及び／又は低融点ガラス、好ましくは６００℃より低い融点を有するガラスから作製され、電池又は第１被覆層の外周部に堆積させた、少なくとも第３不浸透被覆層をさらに含み、
上述の第２被覆層が存在するとき、一連の上述の第２被覆層と上述の第３被覆層とは、ｚ回繰り返すことができ、ｚ≧１であり、少なくとも第３被覆層の外周部に堆積され、封入システムの最終層は、セラミック材料及び／又は低融点ガラスから作製された、１０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有する、上述の不浸透被覆層である。
【0024】
個別に又は任意の技術的に適合する特徴に従って採用され得る、本発明における電池の他の特徴において、
－ 好ましくは１０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有する第３不浸透被覆層は、１μｍ～５０μｍ、より好ましくは１μｍ～１０μｍ、さらにより好ましくは１μｍ～５μｍの間に含まれる厚みを有し、
－ アノードコンタクト部材及びカソードコンタクト部材のそれぞれが、
－ 少なくともアノード接続ゾーン及び少なくともカソード接続ゾーンに配置され、電気伝導性粒子を充填した材料、好ましくは、電気伝導性粒子を充填した、高分子樹脂及び／又はゾルゲル法により得られる材料、より好ましくは、グラファイトを充填した高分子樹脂を含む、第１電気接続層、
－ 電気伝導性粒子を充填した材料の第１層に配置した金属箔を含む第２電気接続層を含み、
－ 金属箔が自立タイプのものであり、有利には上述の第１電気接続層に施され、
－ 金属箔が圧延又は電気めっきによって作製され、
－ 金属箔の厚みが、５～２００マイクロメートルの間に含まれ、この金属箔は、特に、ニッケル、ステンレス鋼、銅、モリブデン、タングステン、バナジウム、タンタル、チタン、アルミニウム、クロム、及びこれらを含む合金である材料の１つから作製され、
－ アノードコンタクト部材及びカソードコンタクト部材のそれぞれが、第２電気接続層に配置した導電性インクを含む第３層を含み、
－ この電池は、
－ 少なくとも部分的に導電性材料から作製され、単位セルの端面近傍に設けられる電気接続支持部、
－ それぞれ電気接続経路を形成する、前記接続支持部の２つの離れた領域を、互いに絶縁することができる電気絶縁手段、
－ 各単位セルの第１側面を第１電気接続経路に電気接続することができる上述のアノードコンタクト部材、及び各単位セルの第２側面を第２電気接続経路に電気接続することができる上述のカソードコンタクト部材、をさらに含み、
－ 電気接続支持部が、単一層タイプのもの、特に金属格子又はケイ素中間層であり、
－ 電気接続支持部が、上下に重ねて配置した複数の層を含み、特にプリント回路基板タイプのものであり、
－ 不浸透被覆層が、特にそれぞれのアノードコンタクト部材及びカソードコンタクト部材を覆わない、一次不浸透被覆層、並びに、特にコンタクト部材のすべて又は一部を覆うとともに、特に電気接続支持部を少なくとも部分的に覆うさらなる不浸透被覆層を含み、
－ 電池がリチウムイオン電池であり、
－ これが固体リチウムイオン電池であり、
－ これが１ｍＡｈ以下の容量を有するように設計及び形状づけられ、
－ これが１ｍＡｈを超える容量を有するように設計及び形状づけられる。
－ 好ましくは１０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有する第３不浸透被覆層は、１μｍ～５０μｍ、より好ましくは１μｍ～１０μｍ、さらにより好ましくは１μｍ～５μｍの間に含まれる厚みを有し、
－ アノードコンタクト部材及びカソードコンタクト部材のそれぞれが、
－ 少なくともアノード接続ゾーン及び少なくともカソード接続ゾーンに配置され、電気伝導性粒子を充填した材料、好ましくは、電気伝導性粒子を充填した、高分子樹脂及び／又はゾルゲル法により得られる材料、より好ましくは、グラファイトを充填した高分子樹脂を含む、第１電気接続層、
－ 電気伝導性粒子を充填した材料の第１層に配置した金属箔を含む第２電気接続層を含み、
－ 金属箔が自立タイプのものであり、有利には上述の第１電気接続層に施され、
－ 金属箔が圧延又は電気めっきによって作製され、
－ 金属箔の厚みが、５～２００マイクロメートルの間に含まれ、この金属箔は、特に、ニッケル、ステンレス鋼、銅、モリブデン、タングステン、バナジウム、タンタル、チタン、アルミニウム、クロム、及びこれらを含む合金である材料の１つから作製され、
－ アノードコンタクト部材及びカソードコンタクト部材のそれぞれが、第２電気接続層に配置した導電性インクを含む第３層を含み、
－ この電池は、
－ 少なくとも部分的に導電性材料から作製され、単位セルの端面近傍に設けられる電気接続支持部、
－ それぞれ電気接続経路を形成する、前記接続支持部の２つの離れた領域を、互いに絶縁することができる電気絶縁手段、
－ 各単位セルの第１側面を第１電気接続経路に電気接続することができる上述のアノードコンタクト部材、及び各単位セルの第２側面を第２電気接続経路に電気接続することができる上述のカソードコンタクト部材、をさらに含み、
－ 電気接続支持部が、単一層タイプのもの、特に金属格子又はケイ素中間層であり、
－ 電気接続支持部が、上下に重ねて配置した複数の層を含み、特にプリント回路基板タイプのものであり、
－ 不浸透被覆層が、特にそれぞれのアノードコンタクト部材及びカソードコンタクト部材を覆わない、一次不浸透被覆層、並びに、特にコンタクト部材のすべて又は一部を覆うとともに、特に電気接続支持部を少なくとも部分的に覆うさらなる不浸透被覆層を含み、
－ 電池がリチウムイオン電池であり、
－ これが固体リチウムイオン電池であり、
－ これが１ｍＡｈ以下の容量を有するように設計及び形状づけられ、
－ これが１ｍＡｈを超える容量を有するように設計及び形状づけられる。
【0025】
また、本発明は上述の電池の製造方法に関し、該製造方法は、
（ａ） アノード層でコーティングされ、及び任意で電解質材料の層又は電解質を含浸させたセパレーターの層でコーティングされ、以下アノード箔と呼ぶ、少なくとも１つのアノード集電基板箔を提供するステップ、
（ｂ） カソード層でコーティングされ、及び任意で電解質材料の層又は電解質を含浸させたセパレーターの層でコーティングされ、以下カソード箔と呼ぶ、少なくとも１つのカソード集電基板箔を提供するステップ、
（ｃ） 少なくとも１つのアノード集電基板、少なくとも１つのアノード層、電解質材料又は電解質を含浸させたセパレーターの少なくとも１つの層、少なくとも１つのカソード層、及び少なくとも１つのカソード集電基板を続けて得るように、少なくとも１つのアノード箔と少なくとも１つのカソード箔とを交互にしたスタック（Ｉ）を作製するステップ、
（ｄ） 統合したスタックを形成するように、ステップ（ｃ）において得られた交互の箔のスタックを熱処理及び／又は機械圧縮するステップ、
（ｅ） － 任意で、好ましくはパリレン、パリレンＦ、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン、ポリアミド、ゾルゲルシリカ、有機シリカ、及び／又はそれらの混合物から選択される、電池における少なくとも１つの第１被覆層、
－ 任意で、電気絶縁材料からなり、電池又は第１被覆層に原子層堆積によって堆積される、第２被覆層、並びに、
－ 好ましくは１０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有し、セラミック材料及び／又は低融点ガラス、好ましくは６００℃より低い融点を有するガラスから作製され、電池又は第１被覆層の外周部に堆積される、少なくとも第３不浸透被覆層を堆積させることによって、統合したスタックを封入するステップを行い、
少なくとも１つの第２被覆層と少なくとも１つの第３被覆層とのこのシーケンスは、ｚ回繰り返すことができ、ｚ≧１であり、少なくとも第３被覆層の外周部に堆積され、封入システムの最終層は、セラミック材料及び／又は低融点ガラスから作製された、１０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有する、上述の不浸透被覆層である、ステップ、
（ｆ） 少なくともアノード接続ゾーン及びカソード接続ゾーンを露出させる切断したスタックを形成するように、２つの切り抜き（Ｄｎ、Ｄ’ｎ）を作製するステップ、
（ｇ） アノードコンタクト部材及びカソードコンタクト部材を作製するステップを含む。
（ａ） アノード層でコーティングされ、及び任意で電解質材料の層又は電解質を含浸させたセパレーターの層でコーティングされ、以下アノード箔と呼ぶ、少なくとも１つのアノード集電基板箔を提供するステップ、
（ｂ） カソード層でコーティングされ、及び任意で電解質材料の層又は電解質を含浸させたセパレーターの層でコーティングされ、以下カソード箔と呼ぶ、少なくとも１つのカソード集電基板箔を提供するステップ、
（ｃ） 少なくとも１つのアノード集電基板、少なくとも１つのアノード層、電解質材料又は電解質を含浸させたセパレーターの少なくとも１つの層、少なくとも１つのカソード層、及び少なくとも１つのカソード集電基板を続けて得るように、少なくとも１つのアノード箔と少なくとも１つのカソード箔とを交互にしたスタック（Ｉ）を作製するステップ、
（ｄ） 統合したスタックを形成するように、ステップ（ｃ）において得られた交互の箔のスタックを熱処理及び／又は機械圧縮するステップ、
（ｅ） － 任意で、好ましくはパリレン、パリレンＦ、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン、ポリアミド、ゾルゲルシリカ、有機シリカ、及び／又はそれらの混合物から選択される、電池における少なくとも１つの第１被覆層、
－ 任意で、電気絶縁材料からなり、電池又は第１被覆層に原子層堆積によって堆積される、第２被覆層、並びに、
－ 好ましくは１０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有し、セラミック材料及び／又は低融点ガラス、好ましくは６００℃より低い融点を有するガラスから作製され、電池又は第１被覆層の外周部に堆積される、少なくとも第３不浸透被覆層を堆積させることによって、統合したスタックを封入するステップを行い、
少なくとも１つの第２被覆層と少なくとも１つの第３被覆層とのこのシーケンスは、ｚ回繰り返すことができ、ｚ≧１であり、少なくとも第３被覆層の外周部に堆積され、封入システムの最終層は、セラミック材料及び／又は低融点ガラスから作製された、１０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有する、上述の不浸透被覆層である、ステップ、
（ｆ） 少なくともアノード接続ゾーン及びカソード接続ゾーンを露出させる切断したスタックを形成するように、２つの切り抜き（Ｄｎ、Ｄ’ｎ）を作製するステップ、
（ｇ） アノードコンタクト部材及びカソードコンタクト部材を作製するステップを含む。
【0026】
個別に又は任意の技術的に適合する特徴に従って採用され得る、本発明におけるプロセスの他の特徴において、
－ アノードコンタクト部材及びカソードコンタクト部材の作製は、
－ 電気伝導性粒子を充填した材料から作製される、好ましくは電気伝導性粒子を充填した、高分子樹脂及び／又はゾルゲル法により得られる材料から作製される、第１電気接続層を、少なくともアノード接続ゾーン及び少なくともカソード接続ゾーンに、好ましくは少なくともアノード接続ゾーンを含む少なくともコンタクト面及び少なくともカソード接続ゾーンを含む少なくともコンタクト面に堆積させること、
－ 任意で、上述の第１層が、電気伝導性粒子を充填した、高分子樹脂及び／又はゾルゲル法により得られる材料から作製されるとき、乾燥ステップ、その後に、上述の高分子樹脂及び／又はゾルゲル法により得られる材料を重合するステップ、
－ 好ましくは金属箔又は金属インクである、第１電気接続層に配置した第２電気接続層を、第１層に堆積させ、後者の場合、上述の乾燥ステップをまた、上述の第２電気接続層の堆積後に行うことができること、を含み、
－ 金属箔が圧延によって形成され、その後、そうして形成されたこの金属箔を、第１電気接続層に付加し、
－ 金属箔が、第１金属接続層に対してｅｘ ｓｉｔｕ又はｉｎ ｓｉｔｕのいずれかで電気めっきによって直接形成され、
－ 上述の方法が、ステップ（ｇ）の後、第１電気接続層及び第２電気接続層でコーティングした、電池の少なくともアノード接続ゾーン及びカソード接続ゾーンにおいて、導電性インクを堆積させるステップ（ｈ）を含み、
－ 低融点ガラスが、ＳｉＯ２－Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ－Ｂｉ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２－Ｖ２Ｏ５、及びＰｂＯ－ＳｉＯ２から選択され、
－ 第２被覆層が、低温で、ＰＥＣＶＤによって、好ましくはＨＤＰＣＶＤによって又はＩＣＰ ＣＶＤによって堆積され、
－ 第２被覆層が、酸化物及び／又は窒化物及び／又はＴａ２Ｏ５及び／又は酸窒化物及び／又はＳｉｘＮｙ及び／又はＳｉＯ２及び／又はＳｉＯＮ及び／又は非晶質ケイ素及び／又はＳｉＣを含み、
－ 不浸透密封手段が、電気接続支持部を単位スタックの第１端面近傍に配置した後にコーティングされ、
－ 不浸透密封手段の少なくとも一部が、電気接続支持部を単位スタックの第１端面近傍に配置する前にコーティングされ、
－ 少なくとも一次不浸透被覆層が、電気接続支持部を単位スタックの第１端面近傍に配置する前にコーティングされ、その後、さらなる不浸透被覆層が、上述の電気接続支持部を上述の第１端面近傍に配置した後にコーティングされ、
－ － 複数の支持部（５）を形成するために用いられるフレーム（１０５）を設けること、
－ 複数のライン及び／又は複数の行に配置した複数の単位スタックにおける第１端面近傍に上述のフレームを配置すること、
－ 複数の電気化学デバイスを形成するように、これらのスタックの長手方向及び／又は横方向に少なくとも１つの切り抜き、特に複数の切り抜きを作製すること、をさらに提供する。
－ アノードコンタクト部材及びカソードコンタクト部材の作製は、
－ 電気伝導性粒子を充填した材料から作製される、好ましくは電気伝導性粒子を充填した、高分子樹脂及び／又はゾルゲル法により得られる材料から作製される、第１電気接続層を、少なくともアノード接続ゾーン及び少なくともカソード接続ゾーンに、好ましくは少なくともアノード接続ゾーンを含む少なくともコンタクト面及び少なくともカソード接続ゾーンを含む少なくともコンタクト面に堆積させること、
－ 任意で、上述の第１層が、電気伝導性粒子を充填した、高分子樹脂及び／又はゾルゲル法により得られる材料から作製されるとき、乾燥ステップ、その後に、上述の高分子樹脂及び／又はゾルゲル法により得られる材料を重合するステップ、
－ 好ましくは金属箔又は金属インクである、第１電気接続層に配置した第２電気接続層を、第１層に堆積させ、後者の場合、上述の乾燥ステップをまた、上述の第２電気接続層の堆積後に行うことができること、を含み、
－ 金属箔が圧延によって形成され、その後、そうして形成されたこの金属箔を、第１電気接続層に付加し、
－ 金属箔が、第１金属接続層に対してｅｘ ｓｉｔｕ又はｉｎ ｓｉｔｕのいずれかで電気めっきによって直接形成され、
－ 上述の方法が、ステップ（ｇ）の後、第１電気接続層及び第２電気接続層でコーティングした、電池の少なくともアノード接続ゾーン及びカソード接続ゾーンにおいて、導電性インクを堆積させるステップ（ｈ）を含み、
－ 低融点ガラスが、ＳｉＯ２－Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ－Ｂｉ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２－Ｖ２Ｏ５、及びＰｂＯ－ＳｉＯ２から選択され、
－ 第２被覆層が、低温で、ＰＥＣＶＤによって、好ましくはＨＤＰＣＶＤによって又はＩＣＰ ＣＶＤによって堆積され、
－ 第２被覆層が、酸化物及び／又は窒化物及び／又はＴａ２Ｏ５及び／又は酸窒化物及び／又はＳｉｘＮｙ及び／又はＳｉＯ２及び／又はＳｉＯＮ及び／又は非晶質ケイ素及び／又はＳｉＣを含み、
－ 不浸透密封手段が、電気接続支持部を単位スタックの第１端面近傍に配置した後にコーティングされ、
－ 不浸透密封手段の少なくとも一部が、電気接続支持部を単位スタックの第１端面近傍に配置する前にコーティングされ、
－ 少なくとも一次不浸透被覆層が、電気接続支持部を単位スタックの第１端面近傍に配置する前にコーティングされ、その後、さらなる不浸透被覆層が、上述の電気接続支持部を上述の第１端面近傍に配置した後にコーティングされ、
－ － 複数の支持部（５）を形成するために用いられるフレーム（１０５）を設けること、
－ 複数のライン及び／又は複数の行に配置した複数の単位スタックにおける第１端面近傍に上述のフレームを配置すること、
－ 複数の電気化学デバイスを形成するように、これらのスタックの長手方向及び／又は横方向に少なくとも１つの切り抜き、特に複数の切り抜きを作製すること、をさらに提供する。
【0027】
最後に、本発明は、本体と、電気エネルギー消費デバイスに電気エネルギーを供給可能な上述の電池とを含み、上述の電池の上述の電気接続支持部が上述の本体に固定される、電気エネルギー消費デバイスを対象物とする。
【0028】
出願人が不浸透性について先行技術の所定の難点を特定したことを認める必要があるということにまず留意する必要がある。特に、出願人は、封入システムとコンタクト部材との境界部が臨界ゾーンを形成することに注目した。実質的に、このゾーンが、適切な電極の動作を妨げ得る種々の成分、特に水分子の好ましいゲートウェイとなる。しかしながら、先行技術では、上述の境界部は、上述の成分に対して十分なバリアを形成しないことから、不浸透に関して満足できるものではない。
【0029】
一方で、本発明において、不浸透被覆層の存在により、先行技術の難点を克服している。より具体的には、この被覆層は、上述の有害な成分に対して特に有効なバリアを定める。さらに、この被覆層は、有利には、比較的厚みを有する。このように、例えばＡＬＤによって作製された堆積物に起こる機械的破損現象を防ぐことができる。このように、本発明は、特に水蒸気が封入システムとコンタクト部材との境界部を通過することを防ぐ硬質な不浸透封入部を得る。
【0030】
特に有利には、本発明における電池は、その第２電気接続層に金属箔を含む。本発明の範囲内で理解されるように、そうした金属箔は有利には「自立」構造を有する。換言すると、これはｅｘ ｓｉｔｕで作製され、その後、上術の第１層に近接させる。この金属箔は、例えば圧延によって得られ、この場合、圧延箔には、部分的又は全体的のいずれかで最終軟化焼きなましを行うことができる。
【0031】
また、本発明に使用する金属箔は、他の方法によって、特に電気化学堆積又は電気めっきによって得られる。そうした場合、これは、本明細書において上述するように、典型的にｅｘ ｓｉｔｕで行うことができる。あるいはまた、これは、ｉｎ ｓｉｔｕ、すなわち上述の第１層に直接行うことができる。
【0032】
いずれにしても、この金属箔は、作製すると、厚みが制御されたものとなる。
【0033】
本明細書に上述した特許文献３に記載される、ナノ粒子充填インクから得られる銅金属を含む層は、本発明の範囲内で理解されるような金属箔ではまったくないということに留意する必要がある。より具体的には、この先行技術文献に公開されている層は、上述の条件のいずれも満たさない。
【0034】
典型的には、この金属箔の厚みは、５～２００マイクロメートルの間に含まれる。さらに、この金属箔は有利には十分に緻密かつ電気伝導性である。非限定的な例として、この金属箔は、ニッケル、ステンレス鋼、銅、モリブデン、タングステン、バナジウム、タンタル、チタン、アルミニウム、クロム、及びそれらを含む合金である材料から作製することができる。
【0035】
被覆層と組み合わせたそうした金属箔の使用により、特に不浸透性に関して、上述の技術的効果を増強する。これに関して、そうした金属箔は、金属ナノ粒子の堆積によって得たものよりもはるかに高い不浸透性を有するということに留意する必要がある。より具体的には、焼結によって得られる膜は点欠陥をより含み、気密性がより低くなる。
【0036】
さらに、金属ナノ粒子の表面は、多くの場合、酸化物薄膜で覆われ、その特性はその電気伝導性を制限するものとなる。一方で、金属箔の使用は、気密性及び電気伝導性を向上させる。
【0037】
さらに、金属箔の使用によって、広範囲の材料を使用することができる。これは、それぞれアノード及びカソードと接触する化学組成が電気化学安定であることを確実にする。一方で、先行技術では、ナノ粒子の形成に利用可能な材料の選択が比較的限られている。
【0038】
添付の特許請求の範囲に記載する乾燥ステップは、特に、金属箔が、少なくともアノード接続ゾーン及び／又は少なくともカソード接続ゾーンに、好ましくは少なくともアノード接続ゾーンを含む少なくともコンタクト面及び／又は少なくともカソード接続ゾーンを含む少なくともコンタクト面に接着することを確実にする。
【0039】
添付の図面は、本発明の様々な実施形態において封入した多層電池を図式で示す。これらは、層の厚みに対して垂直の断面に相当する。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【発明を実施するための形態】
【0041】
本発明は、いわゆる電気化学単位セル、すなわちアノード集電体、アノード層、電解質材料の層又は電解質を含浸させたセパレーターの層、カソード層、及びカソード集電体を続けて含むスタックに適用する。上述の集電体はまた、「集電基板」、すなわちアノード集電基板及びカソード集電基板とも呼ばれる。
【0042】
本発明は、複数の単位セルのスタックを含む電池にさらに適用する。
【0043】
本発明における１つの主要な特徴に相当する封入部を、本明細書に記載する。
【0044】
電池を構成する層のスタックの作製の後、かつ、スタックの統合のためのその機械処理及び／又は熱処理ステップの後（この処理は、高圧及び高温を共に適用することを含む熱圧縮処理であり得る）、このスタックは、電池セルを大気から保護するため、封入システムを堆積させることで封入する。封入システムは、そのバリア層としての機能を満たすため、化学的に安定し、高温に耐えることができ、大気を通さない必要がある。
【0045】
スタックは、
－ 任意で、好ましくはパリレン、パリレンＦ、ポリイミド、エポキシ樹脂、アクリレート、フルオロポリマー、シリコーン、ポリアミド、ゾルゲルシリカ、有機シリカ、及び／又はそれらの混合物から選択され、アノード箔及びカソード箔のスタックに堆積させた、緻密で絶縁性の第１被覆層、並びに
－ 任意で、電気絶縁材料からなり、アノード箔及びカソード箔のスタック又は上述の第１被覆層に原子層堆積によって堆積させた、第２被覆層、並びに
－ 必須の特徴において、好ましくは１０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有し、セラミック材料及び／又は低融点ガラス、好ましくは６００℃より低い融点を有するガラスから作製され、アノード箔及びカソード箔のスタック又は第１被覆層の外周部に堆積させた、少なくとも第３不浸透被覆層を含む封入システムで覆うことができ、
少なくとも１つの第２被覆層と少なくとも１つの第３被覆層とのこのシーケンスは、ｚ回繰り返すことができ、ｚ≧１であり、少なくとも第３被覆層の外周部に堆積することができ、封入システムの最終層は、セラミック材料及び／又は低融点ガラスから作製された、好ましくは１０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有する、不浸透被覆層である。
－ 任意で、好ましくはパリレン、パリレンＦ、ポリイミド、エポキシ樹脂、アクリレート、フルオロポリマー、シリコーン、ポリアミド、ゾルゲルシリカ、有機シリカ、及び／又はそれらの混合物から選択され、アノード箔及びカソード箔のスタックに堆積させた、緻密で絶縁性の第１被覆層、並びに
－ 任意で、電気絶縁材料からなり、アノード箔及びカソード箔のスタック又は上述の第１被覆層に原子層堆積によって堆積させた、第２被覆層、並びに
－ 必須の特徴において、好ましくは１０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有し、セラミック材料及び／又は低融点ガラス、好ましくは６００℃より低い融点を有するガラスから作製され、アノード箔及びカソード箔のスタック又は第１被覆層の外周部に堆積させた、少なくとも第３不浸透被覆層を含む封入システムで覆うことができ、
少なくとも１つの第２被覆層と少なくとも１つの第３被覆層とのこのシーケンスは、ｚ回繰り返すことができ、ｚ≧１であり、少なくとも第３被覆層の外周部に堆積することができ、封入システムの最終層は、セラミック材料及び／又は低融点ガラスから作製された、好ましくは１０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有する、不浸透被覆層である。
【0046】
このシーケンスをｚ回繰り返すことができ、ｚ≧１である。これは、ｚの値が増加するにつれて増加するバリア効果を有する。
【0047】
水蒸気透過率は、米国特許第７，６２４，６２１号明細書の対象物であるとともに、Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ ６＋５５０ （２０１４） ８５－８９に掲載されている、Ａ．Ｍｏｒｔｉｅｒ他による記事「Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｃｕｒｅｄ ｐｏｌｙｓｉｌａｚａｎｅ ｇａｓ ｂａｒｒｉｅｒ ｌａｙｅｒｓ ｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ」にも記載されている方法を使用して測定することができる。
【0048】
典型的に、任意である第１被覆層は、シリコーン（例えば含浸によって若しくはヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）からプラズマ支援化学気相堆積によって堆積）、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリパラキシリレン（ポリ（ｐ－キシリレン）とも呼ばれるが、パリレンとしてよく知られている）、及び／又はそれらの混合物からなる群より選択される。第１被覆層は堆積させると、電池の感応成分をその環境から保護する。上述の第１被覆層の厚みは、好ましくは０．５μｍ～３μｍの間に含まれる。
【0049】
電池の電解質及び電極層が多孔性を有するとき、この第１被覆層は特に有用であり、バリア効果も有する平坦化層として作用する。一例として、この第１層は、アクセスを閉ざすように、層の表面において開放する微多孔性の表面をライニング可能である。
【0050】
この第１被覆層において、様々なパリレン変異体を使用することができる。パリレンＣ、パリレンＤ、パリレンＮ（ＣＡＳ１６３３－２２－３）、パリレンＦ、又はパリレンＣ、Ｄ、Ｎ、及び／若しくはＦの混合物を使用することができる。パリレンは、高い熱力学的安定性、溶媒に対する優れた耐性、及び極めて低い透過性を有する、誘電性で、透明、半結晶性の材料である。また、パリレンはバリア特性も有する。パリレンＦが、本発明の範囲内において好ましい。
【0051】
この第１被覆層は、有利には、電池のスタック表面に化学気相堆積（ＣＶＤ）によって堆積させたガス状モノマーを凝縮させることによって得られ、これは、スタックの利用可能な表面すべてにおいて、コンフォーマルで、薄く、均一の被覆部をもたらす。この第１被覆層は有利には硬質であり、可撓性面であるとは考えられない。
【0052】
これも任意である第２被覆層は、電気絶縁材料、好ましくは無機材料によって形成される。これは、これまでに第１被覆層で覆ったスタックの利用可能な表面すべてにおいてコンフォーマルな被覆部を得るように、原子層堆積（ＡＬＤ）、ＰＥＣＶＤ、ＨＤＰＣＶＤ（高密度プラズマ化学気相堆積）、又はＩＣＰ ＣＶＤ（誘導結合プラズマ化学気相堆積）によって堆積される。ＡＬＤによって堆積させた層は機械的に極めて脆弱であり、その保護的役割を果たすため硬質な支持面を必要とする。可撓性面に脆弱層を堆積させることで亀裂の形成をもたらし、この保護層の完全性を喪失させ得る。さらに、ＡＬＤによって堆積させた層の成長は基板の特性によって影響を受ける。様々な化学特性のゾーンを有する基板にＡＬＤによって堆積させた層は、不均質に成長することになり、この保護層の完全性を喪失させ得る。このため、この任意の第２層は、存在する場合、好ましくは上述の任意の第１層に当接し、これにより化学的に均質に成長させた基板を確保する。
【0053】
ＡＬＤ堆積技術は、完全に不浸透でコンフォーマルになるように、極めて粗い表面を覆うことに特に良好に適している。これは、穴などの欠陥のない（「ピンホールなし」層と呼ばれる）、コンフォーマルな層を作製可能にし、極めて良好なバリアに相当する。そのＷＶＴＲは極めて低い。ＷＶＴＲ（水蒸気透過率）は、封入システムの水蒸気透過性を評価するために使用される。ＷＶＴＲがより低いと、封入システムはより不浸透性である。この第２層の厚みは、有利には、ガスに対する所望のレベルの不浸透性の関数、すなわち所望のＷＶＴＲとして選択され、特にＡＬＤ、ＰＥＣＶＤ、ＨＤＰＣＶＤ、及びＩＣＰ ＣＶＤから選択される、使用する堆積技術によって決まる。
【0054】
上述の第２被覆層は、例えば、酸化物、Ａｌ２Ｏ３若しくはＴａ２Ｏ５型、窒化物、ホスフェート、酸窒化物、又はシロキサンの形態の、セラミック材料、ガラス状材料、又はガラスセラミック材料から作製することができる。この第２被覆層は、好ましくは、１０ｎｍ～１０μｍの間、好ましくは１０ｎｍ～５０ｎｍの間に含まれる厚みを有する。
【0055】
第１被覆層にＡＬＤ、ＰＥＣＶＤ、ＨＤＰＣＶＤ（高密度プラズマ化学気相堆積）、又はＩＣＰ ＣＶＤ（誘導結合プラズマ化学気相堆積）によって堆積されるこの第２被覆層は、まず、構造を不浸透にすること、すなわち、水の物体内への移動を防ぐことを可能にし、次に、その劣化を防ぐため、好ましくはパリレンＦから作製した第１被覆層を、大気から、特に空気や湿気から、及び熱暴露から保護することを可能にする。したがって、この第２被覆層は封入した電池の寿命を向上させる。
【0056】
また、上述の第２被覆層は、アノード箔及びカソード箔のスタックに直接、すなわち上述の第１被覆層を堆積していない場合、堆積することができる。
【0057】
第３被覆層は不浸透性である必要があり、これは、好ましくは１０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有することを意味する。この第３被覆層は、アノード箔及びカソード箔のスタック又は第１被覆層の外周部に堆積される、セラミック材料及び／又は低融点ガラス、好ましくは６００℃より低い融点を有するガラスによって形成される。この第３層に使用するセラミック及び／又はガラス材料は、有利には、
－ 低融点ガラス（典型的に６００℃未満）、好ましくはＳｉＯ２－Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ－Ｂｉ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２－Ｖ２Ｏ５、及びＰｂＯ－ＳｉＯ２、
－ 酸化物、窒化物、酸窒化物、ＳｉｘＮｙ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、アモルファスシリコン、又はＳｉＣ、から選択される。
－ 低融点ガラス（典型的に６００℃未満）、好ましくはＳｉＯ２－Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ－Ｂｉ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２－Ｖ２Ｏ５、及びＰｂＯ－ＳｉＯ２、
－ 酸化物、窒化物、酸窒化物、ＳｉｘＮｙ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、アモルファスシリコン、又はＳｉＣ、から選択される。
【0058】
これらのガラスは、成形又は浸漬コーティングによって堆積させることができる。
【0059】
セラミック材料は、有利には、低温で、ＰＥＣＶＤによって、又は好ましくはＨＤＰＣＶＤ又はＩＣＰ ＣＶＤによって堆積され、これらの方法により、良好な不浸透性を有する層を堆積させることができる。
【0060】
そして、このようにコーティングしたスタックは、アノード接続ゾーン及びカソード接続ゾーンを露出させて、単位電池を得るように、切断線Ｄ’ｎ及びＤｎに沿って任意の適切な手段によって切断される。
【0061】
カソード接続ゾーン及び対応するアノード接続ゾーンが現れているところにおいてコンタクト部材（電気コンタクト）を付加する。これらのコンタクトゾーンは、好ましくは、集電するため電池のスタックの対向する側部に配置される（側方集電体）。コンタクト部材は、少なくともカソード接続ゾーン及び少なくともアノード接続ゾーンに、好ましくは、少なくともカソード接続ゾーンを含むコーティングして切断したスタックの面、及び少なくともアノード接続ゾーンを含むコーティングして切断したスタックの面に、配置される。
【0062】
好ましくは、コンタクト部材は、電気伝導性粒子を充填した材料、好ましくは、電気伝導性粒子を充填した、高分子樹脂及び／又はゾルゲル法により得られる材料、より好ましくは、グラファイトを充填した高分子樹脂を含む、第１電気接続層と、第１層に配置された金属箔からなる第２層とを続けて含む層のスタックによって、カソード接続ゾーン及びアノード接続ゾーンに近接して、構成される。
【0063】
第１電気接続層は、電気回路が熱ストレス及び／又は振動ストレスを受けるときに電気的接続を中断することなく接続部に「可撓性」を与えながら、その後の第２電気接続層を固定することができる。
【0064】
第２電気接続層は、有利には金属箔である。この第２電気接続層は、湿気に対する永続的な保護を電池に与えるように使用される。一般に、所定の厚みの材料において、金属は、一般に水分子の通過に対してあまり不浸透性ではない、セラミック系膜より不浸透であり、ポリマー系膜よりさらに不浸透である、極めて不浸透性の膜を作製することを可能にする。これは、コンタクト部材においてＷＶＴＲを下げることによって電池のカレンダー寿命を長くするものである。
【0065】
典型的に、各第１層は、接着接合によって、それぞれアノード終端部又はカソード終端部に固定される。これを考慮すると、導電性接着層を使用することができる。特に、特性が互いに異なるものである、２つの導電性接着層を使用することができる。これらの層は「連続して」いる、すなわち第１層が終端部を覆う一方、第２層がこの第１層を覆っている。有利には、これらの２つの導電性接着剤は、異なる物理化学特性、特に異なるぬれ性を有することができる。
【0066】
典型的に、本明細書に上述する金属箔は、接着接合によって、より正確には、電極と接触するときに電気化学安定である必要がある導電性接着剤によって、第１層に固定される。導電性接着剤を使用して接合されるこの金属箔は、終端部の不浸透性を向上して、その電気抵抗を下げる。この技術的効果は、この箔を製造する方法に関わらず注目すべきものである。
【0067】
有利には、導電性インクを含む第３電気接続層を、第２電気接続層に堆積することができ、その目的はＷＶＴＲを下げて、電池の寿命を長くすることである。
【0068】
コンタクト部材は、電気接続を端部のそれぞれにおいて正と負との交互にすることができる。これらのコンタクト部材は、異なる電池素子同士の間で並列の電気接続をなすことができる。この目的で、カソード接続部のみが一端において突出し、アノード接続部が他端において利用可能である。
【0069】
【0070】
直交座標系ＸＹＺを使用し、
－ 軸ＸＸは第１水平軸である、すなわち、スタックを構成する様々な層の平面に含まれる。さらに、この軸ＸＸは横軸と呼ばれる、すなわち、箔に対して横方向に延びる。特に、これは、以下で本明細書に記載されるコンタクト部材の平面に対して垂直である。
－ 軸ＹＹは第２水平軸であり、スタックの層の平面にも含まれる。この軸ＹＹは矢状軸と呼ばれる、すなわち、箔の後ろから前に延びる。特に、これは、コンタクト部材の平面に対して平行である。
－ 最後に、軸ＺＺは、上述の軸のそれぞれに対して垂直でありながら、上下に延びる。これはまた、正面軸とも呼ばれる。
－ 軸ＸＸは第１水平軸である、すなわち、スタックを構成する様々な層の平面に含まれる。さらに、この軸ＸＸは横軸と呼ばれる、すなわち、箔に対して横方向に延びる。特に、これは、以下で本明細書に記載されるコンタクト部材の平面に対して垂直である。
－ 軸ＹＹは第２水平軸であり、スタックの層の平面にも含まれる。この軸ＹＹは矢状軸と呼ばれる、すなわち、箔の後ろから前に延びる。特に、これは、コンタクト部材の平面に対して平行である。
－ 最後に、軸ＺＺは、上述の軸のそれぞれに対して垂直でありながら、上下に延びる。これはまた、正面軸とも呼ばれる。
【0071】
図１は、本発明の第１実施形態における電池Ｉを示す。この電池は、単一の単位セル１を含む。より具体的には、単位セル１は、アノード層２、電解質層３、及びカソード層２’によって形成される。封入システム４は、本明細書に上述するような第１層１１、その後、本明細書に上述するような第２被覆層１２、及び最後に、本明細書に上述するような第３被覆層１３という、上下に重ねて配置した３つの異なる層を含む。
【0072】
ここで、この封入システムは、電池の６面のうちの４つを覆う（これが平行六面体に相当する場合）。好ましくは横方向に互いに対向する、封入システムによって覆われていない２面のそれぞれは、少なくとも１つの電気接続ゾーンを画定し、いずれのショートのリスクも防ぐように、封入システムによって覆われていない第１面はアノード接続ゾーンを画定し、封入システムによって覆われていない第２面はカソード接続ゾーンを画定する。
【0073】
この電池は、全体として各参照符号８、８’によって示されるコンタクト部材をさらに含む。本明細書に上述するように、各コンタクト部材は、第１電気接続層５又は５’及び第２電気接続層６又は６’を含む。
【0074】
図２は、本発明の第２実施形態における電池ＩＩを示す。この電池ＩＩは、４つの単位セル１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄのスタックを含む。封入システム４は、図１に関して説明したように３つの異なる層を含む。コンタクト部材８、８’は、図１に関して本明細書に上述するものと同様である。
【0075】
図３は、本発明の第３実施形態における電池ＩＩＩを示す。この電池は、図２に関して記載するような４つの単位セルのスタックを含む。封入システム４は、３つの一連の２つの異なる層、すなわち、本明細書に上述するような第２被覆層１２、及び本明細書に上述するような第３被覆層１３を含む。最後に、コンタクト部材８、８’は、図１に関して本明細書に上述するものと同様である。
【0076】
図１～図３における電池Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩが、本発明の主要な基準である不浸透性に関する条件を満たす必要があることに留意する必要がある。この目的で、コンタクト部材８、８’は、この不浸透性基準を満たす導電性材料から作製される。そうした材料は、例えば、特に金属粉末で充填した（例えばクロム、アルミニウム、銅、及び、電極の動作電位で電気化学安定である他の金属の粒子（及び好ましくはナノ粒子）で充填した）タイプの導電性ガラスである。
【0077】
有利には、それ自体は既知であるように、本明細書に上述するもののような複数の単位スタックを、共に作製することができる。これは、本発明における電池を製造する方法全体の効率を高める。特に、交互の一連のカソード階層及び対応するアノード階層又は箔によって形成される、大きな寸法を有するスタックを作製することができる。
【0078】
例えば本出願人が出願した仏国特許出願公開第３０９１０３６号において既知のタイプのものである、各アノード箔又はカソード箔の物理化学構造は、本発明の範囲に該当せず、簡単に記載されるのみである。各アノード箔又は対応するカソード箔は、アノード活性層又は対応するカソード活性層を含む。これらの活性層のそれぞれは固体とすることができる、すなわち緻密性又は多孔性とすることができる。さらに、２つの隣接する箔同士の間の電気的接触を防ぐため、電解質の層又は液体電解質を含浸させたセパレーターの層を、これらの２つの箔の少なくとも１つに、反対側の箔に接触させて、配置する。本発明を記載する図に示していない電解質層又は液体電解質を含浸させたセパレーターは、反対の極性の２つの箔の間、すなわちアノード箔とカソード箔との間に挟まれる。
【0079】
これらの階層は、別の最終電池同士の間の分離を可能とするいわゆる空きゾーンを画定するように窪んでいる。本発明の範囲内において、様々な形状をこの空きゾーンに適用することができる。仏国特許出願公開第３０９１０３６号において本出願人によって既に提示されているように、この空きゾーンはＨ字状とすることができる。添付の図４Ａは、アノード箔又は階層１１０１とカソード箔又は階層１１０２との間のスタック１１００を示す。この図面に示すように、上述のＨ字状のアノード空きゾーン１１０３及び対応するカソード空きゾーン１１０４を形成するため、切り抜きをこれらの様々な箔に行う。
【0080】
あるいは、これらの開放ゾーンはＩ字状とすることもできる。添付の図４Ｂは、アノード箔又は階層１２０１とカソード箔又は階層１２０２との間のスタック１２００を示す。図４Ｂに示すように、上述のＩ字状のアノード空きゾーン１２０３及び対応するカソード空きゾーン１２０４を形成するため、切り抜きをこれらの様々な箔に行う。
【0081】
好ましくは、別々の単位スタックの製造が完了すると、所定の電池の各アノード及び各カソードは、いずれの電極材料、電解質、及び／又は導電基板もない空間によって各２次本体から隔てられた各一次本体を含む。図示しない、さらなる別の実施形態において、空きゾーンは、その形状をＵ字形状などＨ字形状又はＩ字形状とは異なるように設けることができる。いずれにせよ、Ｈ字形状又はＩ字形状が好ましい。上述の空きゾーンは、製造方法を行う際、樹脂で充填することができる。
【0082】
図５及びそれ以下の図面は、上述の電池がさらに支持部を含む、さらなる有利な別の実施形態を示す。これらの図面は、スタック１、正面封入領域４０、４１、及びコンタクト部材８、８’を図式で示す。上述の支持部５０は、実質的に平面であり、典型的に３００μｍ未満、好ましくは１００μｍ未満の厚みを有する。この支持部は、有利には、金、ニッケル、及びスズの薄層によってその溶接特性を向上させるためにコーティングすることができる、電気伝導性材料、典型的には金属材料、特にアルミニウム、銅、又はステンレス鋼から作製される。支持部のいわゆる前面はそれぞれ参照符号５１を付与し、スタック９に面しており、対向する背面は参照符号５２を付与している。
【0083】
この支持部には孔が開いている、すなわち、中心ベースプレート５５と２つの反対の側方ストリップ５６、５７とを画定する空隙５３、５４を有する。したがって、この支持部の別々の領域５５、５６、及び５７は、互いに電気絶縁されている。特に、以下に見受けられるように、側方ストリップ５６、５７は、互いに電気絶縁されるとともに、電池に属するコンタクト部材と接続可能である領域を形成する。図示する例において、電気絶縁は、以下に見受けられるように硬化材料を充填した空き空隙５３、５４を設けることでなされる。あるいは、これらの空隙は、非導電性材料、例えばポリマー、セラミック、又はガラスを充填することができる。
【0084】
図示する例において、支持部とスタックとは、層６０によって互いに接続される。後者は、典型的に、特にエポキシ又はアクリレートタイプの非導電性接着剤によって形成される。あるいは、支持部とスタックとは、図示しない溶着によって互いに堅く固定することができる。この層６０の厚みは、典型的に５μｍ～１００μｍの間に含まれ、特に約５０μｍに等しい。支持部５０の主平面において、この層は、本明細書の以下に詳細に記載するようにアノードコンタクト部材及びカソードコンタクト部材を互いに絶縁するように、上述の空隙５３、５４を少なくとも部分的に覆う。さらに、導電性接着剤のパッド３０、３１は、電気的導通を確保しながら、コンタクト部材を支持部５に固定することができる。
【0085】
図５に示す実施形態に対応する第１の態様において、コンタクト部材８、８’を形成する材料は、上述の基準に従った不浸透密封機能を満たすことができる。この目的のため、この材料は、典型的に、最初の３つの図面の説明に関して本明細書に上述されるリストに属している。そうした場合、さらなる封入部を設ける必要はない。より具体的には、不浸透性のコンタクト部材及び封入部が存在することで、アノード及びカソードの単位スタックを、有害な可能性があるガスの侵入に対して保護する。
【0086】
図６に示す実施形態に対応する第２の態様において、コンタクト部材８、８’を形成する材料は、本発明の範囲内で理解されるように不浸透性ではない。そうした場合、電池は、有利には、図６に実線で示すさらなるいわゆる封入層４５を含む。このさらなる層は、スタックを「再封入」するようにして、スタックに所望の不浸透性を与える。有利には、この層４５の材料は、封入システムの最後の層と同じように規定される。したがって、この層４５は、有利には、セラミック材料及び／又は低融点ガラスから作製されながら、１０－５ｇ／ｍ２．ｄ未満の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）を有する。この実施形態において、このように、「不浸透被覆」層は、いわゆる一次不浸透被覆層をなす、最初の封入システムの最後の層、及びいわゆるさらなる不浸透被覆層をなす、さらなる層４５によって形成される。
【0087】
不浸透性に関する主要な基準を確実にするため、このさらなる封入層４５は、まずコンタクト部材８、８’を覆っている。さらに、これは、最初の封入層４１と支持部５０の対向する面との間にある中間の空間に延出する。最後に、これはまた、支持部の開放空間５３、５４に延出する。図６の底部において、参照符号４５をこれらの特定のゾーンに３つ付与している。したがって、電池の適切な機能に対して有害な成分が、アノード及びカソードの単位スタックにアクセスできなくなっている。換言すると、本発明は、この有害な成分に対して、いずれの可能性のある「ゲートウェイ」も阻止している。
【0088】
図示しない第３の態様において、導電性接着層を間に挟んで、単位スタックのみがまず支持部に配置される。その後、スタックの側面をコンタクト部材で覆う。これを考慮すると、封入システムなしでこれらのコンタクト部材を既に設けた単位スタックも、その支持部に配置することができる。最後に、封入システムを、本明細書に上述するように、全体の不浸透の確保に配慮しながら、堆積させる。
【0089】
最後に、本発明の有利な一実施形態において、電池はさらに硬化システムを備えることができる。これは、まず、不浸透性のコンタクト部材を有する図５に示すような電池に付加することができる。このように、この硬化システムは、全体として参照符号８０によって示す。そうした場合、硬化材料は、電池の上面及び側方のコンタクト部材を覆う。また、この硬化材料は、有利には、層４１と支持部５０との間の中間の空間、及び支持部の開放空間５３、５４を充填する。この充填を示すため、硬化材料が占める様々なゾーンにおいて、参照符号８０を複数使用している。
【0090】
また、硬化材料は、図示せずに、不浸透性でないコンタクト部材を有する図６の電池に付加することができる。そうした場合、硬化材料は、上縁及び側縁においてさらなる封入システム４５を覆う。この硬化材料は、開放空間５３、５４、及び層４１と支持部５０との間の中間の空間における封入材料４５に密接に接合できるということに留意する必要がある。
【0091】
この硬化システム８０は、この機械的硬化機能を与える任意の材料から作製することができる。これを考慮すると、例えば、単純なポリマー又は無機充填剤を充填したポリマーからなり得る樹脂を選択することができる。ポリマーマトリックスは、例えばエポキシ、アクリレート、又はフッ素化ポリマーのファミリーからのものであり得、充填剤は粒子、薄片、又はガラスファイバーによって形成することができる。
【0092】
有利には、この硬化システム８０は、さらなる湿気バリア機能を与えることができる。これを考慮すると、例えば、低融点のガラスを選択することで、機械的強度を確保して、さらなる湿気バリアを与えることができる。このガラスは、例えば、ＳｉＯ２－Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ－Ｂｉ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３、ＴｅＯ２－Ｖ２Ｏ５、又はＰｂＯ－ＳｉＯ２のファミリーからのものとすることができる。
【0093】
典型的に、硬化システム８０は、封入システムよりはるかに厚みがある。図５に関して、スタックの前面の被覆部におけるこの硬化システムの最小の厚みは、参照符号Ｅ８０によって示している。有利には、この厚みＥ８０は、２０～２５０μｍの間に含まれ、典型的に約１００μｍに等しい。さらなる硬化システムが存在することで、さらなる利点をもたらす。したがって、この硬化システムは、任意でさらなるガスバリア機能と組み合わせた、機械的及び化学的保護機能を与える。
【0094】
本明細書に上述するような、本発明における電池の支持部５０への統合は、各単位スタックをその支持部に個別に配置することによってなすことができる。いずれにせよ、有利には、複数の電池が、それぞれをそうした支持部を統合して、共に製造される。
【0095】
これを考慮して、そうした共に製造する方法を図７～図９に示す。この方法を行うため、複数の支持部５０を形成するために用いられる支持フレーム１０５を有利には使用する。図７において大縮尺で示すこのフレーム１０４は、周囲境界部１５０、及び、そのそれぞれにより、１つの電池をそれぞれ製造することができる複数の予備成形部１５１を有する。図示する例において、３つのライン及び４つの列に分けた、１２個の互いに同一の予備成形部が見てとれる。あるいは、様々な数のそうした予備成形部を有するフレームを使用することができる。
【0096】
各予備成形部は、ベースプレート５５を形成するために用いられる中心領域１５５、及びそれぞれストリップ５６、５７を形成するために用いられる２つの側方ブロック１５６、１５７を含む。領域及びブロックは、空隙５３、５４を形成するために用いられる溝部１５３、１５４によって互いに分離される。別々の予備成形部は、それぞれ別々の水平棒部１５８及び垂直棒部１５９によって、互いに対して及び周囲縁部に対しての両方において、固定される。
【0097】
この実施形態において、各予備成形部１５１は、図１に示すもののような既に封入した電池を受け入れる。製造方法において、非導電性接着剤の適用量１０６は、層６を形成するように各領域１５５に堆積され、導電性接着剤の適用量１３０、１３１は、パッド３０、３１を形成するように堆積される。その後、封入したスタックは、接着層６０及びパッド３０、３１を形成するように支持部と接触させて配置して、このスタックを支持部に互いに固定させる。
【0098】
最後に、図９に示すように、複数の電池の様々な部品を堆積したフレーム１５０に切り抜きを行う。様々な切断線を点線で示し、電池の長手方向寸法の切り抜きには参照符号Ｄ、及びその横方向寸法の切り抜きには参照符号Ｄ’を付与している。フレームの２つの寸法において、所定のゾーンＲ、Ｒ’は廃棄することを意図しているということに留意する必要がある。
【0099】
図示しない別の実施形態において、本発明における電気化学デバイスは、１つ以上のさらなる電子部品を含むことができる。そうした部品は、例えばＬＤＯ（「低ドロップアウトレギュレーター」）タイプのものであり得る。典型的に、複雑な電子機能を有するミニ回路の作製が想定され得る。これを考慮すると、ＲＴＣ（「リアルタイムクロック」）モジュール又はエネルギーハーベスティングモジュールを使用することができる。この実施形態において、有利には、単位スタックを保護するものと同じ封入システムによって、１つ以上の電子部品を覆う。
【0100】
動作の際、従来のように、電気エネルギーを単位スタックに蓄える。このエネルギーは、コンタクト部材及び導電性接着パッド３０、３１を介して支持部５０の導電領域５５、５６に伝達される。この導電領域は互いに絶縁されているので、ショートのリスクはない。そして、この電気エネルギーは、領域５６、５７から任意の適切なタイプのエネルギー消費デバイスに誘導される。
【0101】
図１０において、このエネルギー消費デバイスを図式で示し、参照符号１０００によって示す。これは、支持部の下面が載置される本体１００２を含む。この本体１００２と支持部５０とを、任意の適切な手段によって互いに固定する。図１０において、デバイス１０００は、そのコンタクト部材が不浸透性である、図５に示す電池を統合していることに留意する必要がある。図示しない別の実施形態において、図６の電池もまた、エネルギー消費デバイス１０００と組み合わせることができる。そうした場合、本明細書に上述するように、さらなる封入材料４５がアノード及びカソードの単位スタックを完全に不浸透性とすることを確実にする必要がある。これに関し、特に図６の参照符号４５の様々な位置に関する、本明細書における上述の記載が参照される。
【0102】
デバイス１０００は、エネルギー消費素子１００４、及びこの素子１００４に支持部５０の領域５６、５７を電気的に接続する接続ライン１００６、１００７をさらに含む。その制御は、電池自体の部品によって、及び／又は、デバイス１０００に属する、図示しない部品によって行うことができる。非限定的例として、そうしたエネルギー消費デバイスは、増幅型の電子回路、クロック型の電子回路（リアルタイムクロック（ＲＴＣ）部品など）、揮発性メモリ型の電子回路、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）型の電子回路、マイクロプロセッサー型の電子回路、ウォッチドッグタイマー型の電子回路、液晶ディスプレイ型の部品、ＬＥＤ（発光ダイオード）型の部品、電圧レギュレーター型（低ドロップアウトレギュレーター回路（ＬＤＯ）など）の電子回路、又はＣＰＵ（中央処理装置）型の電子部品とすることができる。
【0103】
ここで、導電性支持部７５０が単一層タイプのものである上述の支持部５０とは対照的に多層タイプのものである、別の実施形態を、図１１及び図１２に関して記載する。さらに、この支持部７５０は、孔が開いているタイプのものである、本明細書に上述する金属格子とは特に対照的な、固体タイプのものである。図１１に示すように、支持部７５０は、例えばポリマー材料から作製された層によって形成される。これらの層は上下に重なるように延出し、その主平面は、本明細書に上述するスタック１を形成する層の平面と実質的に平行となる。したがって、この支持部の構造は、プリント回路基板（ＰＣＢ）のものと同様である。
【0104】
図１１及び図１２は、上から下に、電池のスタックを堆積させる層７５６を示す。エポキシ樹脂などのポリマー材料から主に作製されるこの層７５６には、２つのインサート７５７が設けられる。これらは、導電性材料、特に金属材料から作製され、電池のアノードコンタクト及び対応するカソードコンタクトと共に動作するように設計されている。これらのインサート７５７は、層７５６のエポキシ樹脂によって互いに絶縁されているということに留意する必要がある。
【0105】
層７５６の直下は、これもエポキシ樹脂などのポリマー材料から作製された層７５８である。この層７５８には、第１のインサート７５７と電気的に接触する、導電性材料から作製された２つのインサート７５９が設けられる。これらのインサート７５９は、層７５６のように、互いに絶縁されている。
【0106】
そして、本明細書に上述する層７５６及び７５８とは著しく異なる中間層７６０が存在する。より具体的には、この層７６０は、典型的には、本明細書に上述するインサート７５７及び７５９を形成するものと同様の導電性材料から作製される。この層は、絶縁材料、特に本明細書に上述するようなエポキシ樹脂から作製された２つのリング状インサート７６１を備えている。これらのインサート７６１は、隣接する導電性のインサート７５９と接触して配置される、導電性材料から作製されたディスク７６２をその中空の中心部において受け入れる。これらの導電性のディスク７６２は、リング７６１を介して互いに絶縁されているということに留意する必要がある。
【0107】
最後に、それぞれが本明細書に上述する層７５８及び７５６と同一である図１１及び図１２の底層７６４及び７６６が存在する。層７６４は、ディスク７６２と接触する２つのインサート７６５を備える一方、底層７６６には、上述のインサート７６５と接触する２つのインサート７６７が設けられる。様々な、導電性のインサート７５７、７５９、７６２、７６５、及び７６７が、支持部７０５の対向する端面を電気的に接続する、参照符号７５３、７５４によって示す導電路を画定する。これらの通路は、層７５６、７５８、７６４、及び７６６によって、又はディスク７６１によって、互いに絶縁されている。
【0108】
この実施形態において、硬化システムは、第１の実施形態における硬化システム８０とは異なり得る。保護膜７８０は、特に積層ステップによって堆積させることができる。バリア特性を有するそうした膜は、例えば、無機多層を組み込むポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）から作製され、この用途に適し得るそうした製品は、Ｕｌｔｒａ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｆｉｌｍ ５１０又はＵｌｔｒａ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｓｏｌａｒ Ｆｉｌｍ ５１０－Ｆの参照名で３Ｍ社から市販されている。しかしながら、圧延によって得られる膜を使用するそうした硬化システムは、図１１に示すものに加えて他の用途に使用することができる。
【0109】
図１１は、支持部７０５、スタック７０２、導電性パッド７３０、７４０、封入部７０７、及び膜７０８の、エネルギー消費デバイス１０００への統合をさらに示す。第１の実施形態のように、スタック７０２において生成されたエネルギーは、コンタクト部材７３０、７４０を介して上側のインサート７５７に伝達される。その後、このエネルギーは、本明細書に上述する接続経路７５３、７５４に沿ってエネルギー消費デバイス１０００に伝達される。
【0110】
多層支持部は、その最も一般的な構造において、上下に重ねた、２つの別個の層のみから形成することができる。これらの層は、本明細書に上述する導電路７５３、７５４と同様の導電路を画定する。図１１に関して示すこの特定の実施形態には特定の利点がある。より具体的には、参照符号７５０によって示すものなどの多層支持部は、有利には１００μｍ未満の極めて小さい厚みを有する。この支持部は、さらに、可撓性電子回路にその統合を行うため、特に良好な曲げ強度の恩恵を受ける。
【0111】
本発明は、記載及び説明する例に限定されない。
【0112】
図示しない第１の別の実施形態において、各集電基板は孔が開いたものであり得る、すなわち少なくとも１つの貫通開口を有することができる。有利には、各穿孔（又は開口）の横方向寸法は、０．０２ｍｍ～１ｍｍの間に含まれる。さらに、孔が開いた各基板の空隙率は、１０％～３０％の間に含まれる。これは、この基板の所与の表面積において、該表面積の１０％～３０％を穿孔が占めているということを意味する。
【0113】
これらの穿孔又は開口の技術目的は、基板の２面のうちの一方に堆積させた第１層を、基板の２面のうちの他方に堆積させた第１層に対して、開口内で接合することである。これは、堆積の品質、特に基板に接触する層の接着を向上する。より具体的には、乾燥及び焼結動作時に、上述の層が、わずかに収縮する、すなわちその長手方向及び横方向の寸法がわずかに減少する一方、基板の寸法は実質的に変わらない。これにより、基板と各層との境界部においてせん断応力がかかりやすく、ゆえに接着の品質を低下させる。層の厚みが大きくなるにつれて、この応力は大きくなる。
【0114】
この条件下で、穴が開いた基板を設けることで、この接着の品質を著しく向上させる。実質的に、この基板の対向する面に位置する層は、様々な穿孔内において互いに溶着しやすい。これにより、焼きなまし後に有機結合剤を含まなくなっても、層の堆積厚さを大きくすることができる。また、この別の実施形態により、電池出力を増加させることができる。これは、厚いメソ孔タイプの超高出力電極と共に使用することに特に良好に適している。
【0115】
本発明における方法は、特に、固体電池、すなわち電極及び電解質が固体であり、固相に含浸させた液相すら含まない電池の製造に適合する。
【0116】
本発明における方法は、特に、電解質を含浸させた少なくとも１つのセパレーターを含む疑似固体とみなされる電池の製造に適合する。
【0117】
上述のセパレーターは、好ましくは、
－ ３０％を超える、好ましくは３５％～５０％の間に含まれる、より好ましくは４０％～５０％の間に含まれる気孔率、好ましくはメソ孔、
－ ５０ｎｍ未満の平均径Ｄ５０の孔を有する、多孔性無機層である。
－ ３０％を超える、好ましくは３５％～５０％の間に含まれる、より好ましくは４０％～５０％の間に含まれる気孔率、好ましくはメソ孔、
－ ５０ｎｍ未満の平均径Ｄ５０の孔を有する、多孔性無機層である。
【0118】
セパレーターは、多くの場合、電極同士の間に挟まれていると理解される。この例の実施形態において、これは、電池の固体組立体を作製するように電極の少なくとも一方に堆積させて焼結したセラミック又はガラスセラミックフィルターである。液体がこのセパレーター内でナノ圧縮されていることにより、最終電池に疑似固体特性を与える。
【0119】
セパレーターの厚みは、その特性を狭めることなく電池の最終厚を小さくするように、有利には、１０μｍ未満であり、好ましくは３μｍ～１６μｍの間、より好ましくは３μｍ～６μｍの間、さらにより好ましくは２．５μｍ～４．５μｍの間に含まれる。セパレーターの孔は、電解質、好ましくは、リチウム塩を含有する液体電解質又はイオン性液体などのリチウムイオン担持相を、含浸させる。孔、特にメソ孔において「ナノ制限した」又は「ナノ捕捉した」液体は脱出することができない。これは、本明細書において「メソ孔構造の吸収」と呼ぶ現象に従うものであり（リチウムイオン電池の文脈内では文献に記載されていると認められない）、セルを真空内に配置したときでも脱出することができない。したがって、そうした電池は疑似固体電池とみなされる。
【0120】
本発明における方法及び封入システムは、特に、任意のタイプの薄膜電池に、特に任意のタイプのリチウムイオン電池に適用することができる。
【0121】
このリチウムイオン電池は、固体多層リチウムイオン電池、疑似固体多層リチウムイオン電池とすることができ、特に固体多層リチウムイオンマイクロ電池とすることができる。より一般に、このリチウムイオン電池は、特に、マイクロ電池の範囲内において、国際公開第２０１３／０６４７７７号に記載するものなどの、アノード層、電解質層、及びカソード層、すなわち、この文献の請求項１３に記載の材料の１つ以上から作製されるアノード層、この文献の請求項１４に記載の材料の１つ以上から作製されるカソード層、及びこの文献の請求項１５に記載の材料の１つ以上から作製される電解質層、を使用することができる。
【0122】
本発明における電池は、リチウムイオンマイクロ電池、リチウムイオンミニ電池、又は高出力リチウムイオン電池とすることができる。特に、これは、約１ｍＡｈ以下の容量を有するように（「マイクロ電池」として一般に知られる）、約１ｍＡｈを超えて約１Ａｈ以下の出力を有するように（「ミニ電池」として一般に知られる）、又は約１Ａｈを超える容量を有するように（「高出力電池」として一般に知られる）、設計及び形成することができる。典型的に、マイクロ電池は、マイクロエレクトロニクス製造方法に適合するように設計される。
【0123】
これら３つの出力範囲のそれぞれにおける電池は、
－ 「固体」タイプの層、すなわち、含浸液相又はペースト相（該液相又はペースト相は、電解質として作用することができるリチウムイオン伝導媒体とすることができる）のない層、
－ 又は、この層を疑似固体とみなすことができるように、層に自発的に浸透するとともにそこから出られない、液相又はペースト相、典型的にリチウムイオン伝導媒体を含浸させた、メソ孔の「固体」タイプの層、
－ 又は、含浸多孔層（すなわち、この層に湿潤特性を与える液相又はペースト相を含浸可能である開放孔のネットワークを有する層）で作製することができる。
－ 「固体」タイプの層、すなわち、含浸液相又はペースト相（該液相又はペースト相は、電解質として作用することができるリチウムイオン伝導媒体とすることができる）のない層、
－ 又は、この層を疑似固体とみなすことができるように、層に自発的に浸透するとともにそこから出られない、液相又はペースト相、典型的にリチウムイオン伝導媒体を含浸させた、メソ孔の「固体」タイプの層、
－ 又は、含浸多孔層（すなわち、この層に湿潤特性を与える液相又はペースト相を含浸可能である開放孔のネットワークを有する層）で作製することができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【国際調査報告】