金属箔カプセル封入
本発明は、電気化学素子の金属箔カプセル封入に関する。さらに、金属箔カプセルには電気化学素子の接触タブを設けることができる。また、本発明は、コンタクト部とセル構造との間に、選択的伝導性を有する結合層を含めることができる。本発明の一つの例示的実施形態は、第一電気コンタクトと、第一電気コンタクトに連結され、内蔵導体を有する結合層と、少なくとも一つのセル構造と、第二電気コンタクトとを有する電池を含み、結合層および少なくとも一つのセル構造は、第一電気コンタクト層と第二電気コンタクト層との間に挟まれている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
(関連出願)
本出願は、米国特許出願第60/782,792号(2006年3月16日出願)の米国特許法119条の利益を主張するものであり、米国特許出願第11/561,277号(2006年11月17日出願)の一部係属出願であって米国特許法120条の利益を主張するものであり、後者の出願は米国特許出願第60/737,613号(2005年11月17日出願)、米国特許出願第60/759,479号(2006年1月17日出願)、および米国特許出願第60/782,792号(2006年3月16日出願)の米国特許法119条の利益を主張するものであり、米国特許出願第11/209,536号(2005年8月23日出願)の米国特許法120条の利益を主張するものであり、この直前に示した出願は、米国仮特許出願第60/690,697号(2005年6月15日出願)からの変更である米国特許出願第11/374,282号の一部係属出願であって米国特許法120条の利益を主張するものであり、最後に示した出願は現在の米国特許第6,916,679号である米国特許出願第10/215,190号の一部係属出願であって米国特許法120条の利益を主張するものであり、これらの出願のすべては、その全体を参照により本明細書に援用される。
【0002】
(発明の分野)
本発明の分野は、電池を含む、固体状薄膜の二次側および一次側電気化学素子の、素子、構成、デポジット法、製作法であり、さらに具体的にはこれらのカプセル封入である。
【背景技術】
【0003】
(背景)
典型的な電気化学素子は、アノード、カソード、電解質、基材、電流コレクタなど複数の電気的に活性な層を含む。例えばリチウムを含むアノード層など、一部の層は非常に環境に敏感な材料から成る。このような電池には、こういった環境に敏感な材料を保護するためのカプセル封入が必要となる。金箔によるカプセル封入など、電気化学素子の敏感な層のカプセル封入に使われる一部のスキームは高価である。別のスキームでは、例えば金属とプラスチックとで作られたポーチを使い、素子の周囲をシールしてカプセル封入する。温度が変化すると、金属・プラスチック製のポーチ内の空気が膨張および/または収縮する。この膨張および/または収縮がシールを破裂させたり他の問題を生じさせたりして、ポーチによるカプセル封入の効果を失わせることがある。
【0004】
また、典型的な電気化学素子は基材から延び出たタブを有する。これらのタブは、電池の電気伝導コンタクト点となっている。これらのタブには脆弱なものがあり、外部から握られたり掴まれたりすると破損することがあり、タブ周りに適切なシールを維持したカプセル封入を設計しようとすると難題が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従って、当該分野において、公知のカプセル封入法よりも大幅に薄いカプセルを含め、より良好で低価格のカプセル封入へのアプローチ、および電気伝導コンタクトを設けるためのより良いアプローチへのニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一つの例示的実施形態は、第一電気コンタクトと、第一電気コンタクトに連結され、内蔵導体を有する結合層と、少なくとも一つのセル構造と、第二電気コンタクトとを有する電池を含み、該結合層および少なくとも一つのセル構造は、該第一電気コンタクト層と第二電気コンタクト層との間に挟まれている。結合層は、内蔵導体を通して選択的伝導性を持たせることができる。さらに、セル構造は、該内蔵導体を通して第一電気コンタクトと選択的に電気接続をさせることができる。
【0007】
第一電気コンタクトには、例えばカプセル用金属を含めることができる。第二電気コンタクトには、例えば基材を含めることができる。結合層は、接着材料、絶縁材料、プラスチック、ガラス、および/または繊維ガラスとすることができる。該導体は、タブ、ワイヤ、多線ワイヤ、ワイヤメッシュ、有孔金属、接着剤層に塗布された金属コーティング、または円板とすることができる。導体を結合層内に組み込むことができ、結合層にスリットを設け、その中に内蔵導体を組み込むことができる。結合層は、一つ以上の伝導部分を包含する接着材料とし、該伝導部分は、例えば、一つ以上の選定箇所に加えられた導電性の粉体、塊体、または粒体とすることができる。第一および第二電気コンタクトは、例えば、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、および/またはこれらの酸化物、窒化物、および合金などの導電材料で作製することができる。また、第一および/または第二コンタクトには絶縁層を含めることができる。該絶縁層は、例えばプラスチックとすることができる。セル構造には、アノード、電解質、カソード、および障壁層を含めることができる。カソードは、例えば、アニールしないか、高速熱アニール処理でアニールしたものとすることができる。
【0008】
本発明の別の例示的な実施形態は、薄膜電池を製造する方法を含み、該方法は、実施順序は特定しないが、選択的導電性を持つ結合層を生成するステップと、結合層を第一コンタクト層に連結するステップと、セル構造の第一面を第二コンタクト層に連結するステップと、セル構造の第二面を結合層に連結するステップとを有する。別のステップ群には、アノード、カソード、および電解質層を有するセル構造を生成するステップと、結合層内に導電体を埋め込むステップと、結合層を貫いて少なくとも一本の導電ワイヤを組み込み、該導電ワイヤの選定された部分が露出するようにする、ステップと、結合層を加熱し、結合層内に導体を圧入するステップと、絶縁材料を用いて電池を絶縁するステップとを含めることができる。また、結合層内には、KEVLAR(登録商標)、繊維ガラス、プラスチック、ガラス、または他の絶縁材料を含む、強化層を内蔵させることができる。この強化層は選択的導電性を有する。
【0009】
本発明の別の例示的実施形態は、少なくとも一つの切り込み部を持つ電気化学素子と、金属箔とを有する素子である。金属箔で電気化学素子をカプセル封入し、金属箔の一部を切り込み部の上に展延し、電気化学素子の切り込み部に延びた金属箔の上に電気接触タブを備えることができる。また、該接触域に穴を設けることができる。金属箔には一つ以上の開口を設けることができる。また、該素子には、第二の電気化学素子を備え、双方の電気化学素子を金属箔でカプセル封入することができる。さらに、いくつかの電気化学素子を備えそれらの間に金属箔を置くことができる。金属箔は、電気化学素子をカプセル封入するかないしはそれらに被せられる。
【0010】
金属箔には、電気化学素子のカソードエレメントをさらに含めることができる。電気化学素子には基材を備えることができ、また、金属箔を基材に導電可能に付着することができる。
【0011】
これら例示的実施形態のいずれにおいても、金属箔は、例えばステンレス鋼、または要求される導電度など必要な特性および属性を有する他の任意の金属物質とすることができる。また、素子には、例えば絶縁層を含めることができる。さらに、金属箔は、100ミクロン未満の厚さ、50ミクロン未満の厚さ、または25ミクロン未満の厚さとすることができる。
【0012】
本発明の別の例示的実施形態は、電気化学素子を製造する方法を含み、該方法は電気化学素子を作製するステップ群を包含し、該ステップ群には、基材を作製するステップ、および電気化学素子に切り込みを加えるステップを含めることができる。また、この例示的実施形態には、例えば、基材を金属箔でカプセル封入するステップも含めることができる。この実施形態では、例えば、切り込みを加えるステップにおいて、金属箔は切り込み部域上に展延され、導電可能に基材に結合される。また、この実施形態には、高速熱アニール処理により基材上にカソードを作製するステップも含めることができる。さらに、この実施形態にはカソード、アノード、電解質、電流コレクタ、障壁層、金属箔上の絶縁材料、および/または、金属箔にカプセル封入された第二電気化学素子を作製するステップを含めることができる。また、この実施形態には、金属箔に開口を設けるステップも含めることができる。これらの開口を金属箔に前加工しておくことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
図1Aは一つの例示的実施形態の上面図を示す。図1Bは、この実施形態の側面図を示す。図に示されるように、この実施形態は、電気化学素子130および金属カプセル層110を含む。電気化学素子130には、任意の数の材料または層を含めることができる。また、電気化学素子130には電池を含めることができる。例えば、電気化学素子130には、アノード、カソード、電解質、電流コレクタ、基材などを含めることができる。一部の材料には、例えば、リチウム、LiCoO2、LIPON、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、および/またはこれらの酸化物、窒化物および合金を含めることができる。さらに、電気化学素子130は、厚膜素子とすることができる。
【0014】
金属箔は、例えば、厚さを100ミクロンより薄くすることができる。別の実施形態では金属箔は50ミクロンより薄くでき、特定の実施形態では金属箔を25ミクロンより薄くすることができる。
【0015】
電気化学素子130には少なくとも一つの切り込み部131を含めることができる。図1A、1B、2A、および2Bに示された電気化学素子130は単一の切り込み部131を含み、カプセル層110も切り込み部111を含む。これらの切り込み部111、131は任意の形状およびサイズとすることができる。電気化学素子130またはカプセル層110には、任意の数の切り込みを設けることができる。金属カプセル層110は、電気化学素子130の切り込み部131の上に展延され、カプセルとの接触タブ112を提供する。この接触タブ112は、切り込み部131により形成される開口域上に展延する。接触タブ112は、素子に対する便利な電気伝導接触を提供することができる。同様に、電気化学素子は、金属カプセル層110の切り込み部111の下部に展延して接触タブ132を提供することができる。
【0016】
図2Aおよび図2Bは、図1Aおよび図1Bに示された実施形態の斜視図を示す。図2Aは、電気化学素子130、金属カプセル層110、電気化学素子130の切り込み部131、およびカプセル層110の接触タブ112を示す。図2Bは、電気化学素子130、金属カプセル層110、カプセル110の切り込み部111、および電気化学素子130の接触タブ132を示す。これらの図は、素子のコーナーにある切り込み部131、111を示しているが、これらは任意の場所に設けることができる。こういった一つの典型的構造が、素子の側面に設けられた切り込みとして図7Aに示されている。さらに、切り込み部が四角形である必要はない。例えば、図7Aに示された切り込み部は円形であり、一方、図1A、1B、2A、および2Bに示されたものは方形である。
【0017】
金属箔層110は、電気化学素子130をカプセル封入するようになっている。このカプセル封入によって、例えば、有害な環境的影響から電気化学素子130を保護することができる。例えば、多くの電気化学素子は、リチウムなどの環境に敏感な材料を含む。これらの材料は、空気および湿気との高い反応性を有し、こういった環境に曝されると劣化することがある。これらに対し、金属箔カプセル層110は、電気化学素子中の環境に敏感な材料を空気および/または湿気から保護することができる。
【0018】
本発明の例示的実施形態における金属箔カプセル層110は、電気化学素子130中の基材層上に配置することができる。電気化学素子には、例えば、基材、カソード、電解質、およびアノードなどいくつかの層を含めることができる。このような素子は、基材上に配置された金属箔を使ってカプセル封入することができ、これには接触タブを含めることができる。従って、金属箔は、確実で、耐久性があり、素子中の任意の場所に組み込み可能なコンタクトを提供することができる。このコンタクトは金属箔の一部なので、これらが破れて基板からせん断される可能性は低い。
【0019】
本発明のある例示的実施形態において、金属箔層にはカソードを含めることができる。
【0020】
図3Aおよび図3Bは、本発明のある例示的実施形態の上面図を示す。この実施形態では、金属箔カプセル110は開口部150を含む。これらの開口部150は、例えば、電気化学素子の中の層へのコンタクトおよびアクセスを提供することができる。例えば、これら開口部150は、電気化学素子中の基材への直接アクセスを提供することができる。これら開口部150は、任意のサイズまたは配置とすることができる。図に示されているのは、例示的な円形および楕円形の開口である。アプリケーションに応じて、複数の開口が必要なこともあれば単一の開口で十分なこともある。
【0021】
図9Aは、金属箔110の上に絶縁層180を有する、図2Aの実施形態を示し、図9Bは、金属箔110の上に絶縁層180を有する、図2Bの実施形態を示す。絶縁層180は、金属箔110を望ましくない電気接触から保護する。図9Aおよび図9Bでは、タブ112、132だけが、絶縁層180に覆われていない部分であり、タブ112、132にだけ電気接触が可能になっている。
【0022】
図4Aおよび図4Bは、本発明のある例示的実施形態を示す。この実施形態は、接触タブ132中に穴126を、カプセルタブ112中に穴125を含む。これにより、穴125、126は、例えば、さらに確実なコンタクト点を提供することができる。他の装置は、穴125、126を介してコンタクトを把持することができる。
【0023】
図5A、図5B、および図5Cは、本発明のある例示的実施形態を示す。この実施形態は、2素子の間に一層の金属箔カプセル層110を挟んだ2つの電気化学素子130,160を含む。この実施形態では、例えば、金属箔110には、双方の電気化学素子130、160に対するカソードを含めることができる。さらに、別の実施形態では、金属箔110を電気化学素子130、160の基材に電気伝導させることができる。また、この実施形態では、図5Bに示すように、電気化学素子160の上部にカプセル層161を含めることができる。図10では、第三の金属箔134も含まれている。
【0024】
図5Bは、第二カプセル層161を有する、図5Aの右側の斜視図である。示されるように、2つの電気化学素子130、160は、切り込み部131、141を有し、カプセル層110、113の展延タブ112がある。
【0025】
図5Cは、図5Aの左側の斜視図であり、カプセル110の切り込み部111および双方の電気化学素子のタブを示している。
【0026】
図6は、金属箔層110、161、171を間に挟み、最上部に金属カプセル181を有する、順に積層された複数の電気化学素子130、160、170、180を示す。この図は、4つの電気化学素子130、160、170、180を示しているが、本発明は積層可能な素子の数を限定しない。本発明から逸脱することなく任意の数の素子を積層することができる。また、この実施形態は、4つのカプセル層のタブ、112、122、173、183も示している。
【0027】
図7は、本発明のある例示的実施形態を示す。この実施形態において、電気化学素子130は切り込み部131およびタブ132を有する。電気化学素子の底部にはカプセル層110があり、これはタブ112および切り込み部111を含む。切り込み部111、131は円形で素子の同じ側に配置される。
【0028】
図8は、カプセル110および電気化学セル130の双方の円形切り込み部を有する、図7に示されたと同様な実施形態を示す。この例示的実施形態は第二の電気化学素子160および第二のカプセル層161を示している。
【0029】
本発明のある例示的実施形態において、金属箔を電気化学素子上に配置することができる。この金属箔は、電気化学素子をカプセル封入し、これを有害環境から保護する。また、該金属箔は、素子の基材部と導電可能にコンタクトされたタブを備える。
【0030】
本発明のある例示的実施形態において、電気化学素子はLiCoO2を含む。この実施形態では、素子は高速熱アニール処理される。例えば、素子は6分間をかけて約700℃にまで昇温される。その後、素子はこの温度に約5分間保持され次いで6分ほどで急速に室温に冷却される。急速熱アニール処理によりLiCoO2は結晶化され、障壁層を設けなくても使えるようになる。この処理時間は30分から10秒にまでもの間で変わることがある。
【0031】
図11Aは、本発明の例示的実施形態の側面図である。この実施形態において、第一コンタクト1101は、第一コンタクト1101の一部を結合層1110を越えて展延させながら結合層1110と連結している。また、結合層1110は、セル構造1115とも結合させることができる。第二コンタクト1105はセル構造1115の下側に配置される。例えば、障壁層を第二コンタクト1105とセル構造1115との間に配置することもできる。結合層1110内に導体1120が内蔵されているのが示されている。例えば、この導体1120は、結合層に選択的な伝導性を生成する。選択的伝導性を持つ結合層1110は、特定点において、セル構造1115から結合層1110を通って第一コンタクト1101への伝導を可能にしながら、第一コンタクト1101と第二コンタクト1105との間の絶縁性を保持する。
【0032】
導体1120は、種々の多くの方法で結合層1110内に配置することができる。例えば、金属タブ、金属ワイヤ、多線金属ワイヤ、金属ワイヤメッシュ、有孔金属箔、有孔金属、接着剤層に塗布された金属コーティング、金属円板、金属コートされた繊維ガラス、またはこれらの組合せを用いることができる。これらの例の各々について、導体1120が、セル構造1115と第一コンタクト1101との間に電気伝導を提供しながら、2つのコンタクト1101、1105の間の絶縁を保持することができる。一部の実施形態では、導体1120を結合層1110内に組み込むことができる。例えば、導体1115は、結合層1110に内蔵された円板とすることができる。一部の実施形態では、結合層1110内にスリットを設け、結合層1110を貫いて導体1120を組み込むかまたは配置することができる。さらに、例えば、穴または他の手段を使って、結合層1110を貫いて導体1120を配置することができる。
【0033】
ある例示的実施形態において、絶縁層内に強化層を配置することができる。例えば、絶縁層の一つの表面の半分を、層を通して組み込まれた繊維ガラス材料でカバーすることができ、さらに結合層の他の半分をカバーすることができる。こういった、導電性コーティングのない繊維ガラスの層は、間に配置された材料を絶縁することになろう。繊維ガラスは、その局部に導電材料を塗布することができる。こういった導電コーティングを、結合層の上面と底面との表面の繊維ガラス域に塗布することができる。このような実施形態では、例えば、繊維ガラスは、上側コンタクトとセルとの間を伝導できることになる。導電材料は、インクジェット、シルクスクリーン、プラズマ蒸着、電子ビーム蒸着、スプレーおよび/またはブラシ法で塗着することができる。繊維ガラスに換えて、例えば、KEVLAR(登録商標)、プラスチック、ガラス、または他の絶縁材料など、他の材料を使うことができる。
【0034】
本発明のある例示的実施形態は、結合層の穴を通して、第一コンタクトとセル構造との間での選択的コンタクトを提供する。このような実施形態において、結合層の穴は、第一コンタクトとセル構造とがコンタクトを保つことを可能にする。これらの層を、例えば、一緒にプレスしてコンタクトを生成することができる。あるいは、結合層の穴の中または近接部に導電接着剤またはインクを塗布して、層間のコンタクトを得ることができる。リチウムを導電材料として使うこともできる。
【0035】
導体1120は、例えば、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、またはこれらの酸化物、窒化物および合金で作製することができる。
【0036】
図11Bは、図11Aに示された例示的実施形態の上面図を示す。図11Bに示されるように、第一コンタクト1101は、結合層1110と第二コンタクト1105とをオーバーして展延している。同様に、例えば、第二コンタクト1105も、反対方向に結合層1115と第一コンタクト1101とをオーバーして展延している。
【0037】
図11Cおよび11Dは、第一コンタクトおよび第二コンタクト1101、1105からリードが形成される例示的実施形態を示す。図11Cに示されるように、第一コンタクト1101に第一部分カット1140aが施され、第二コンタクト1105には部分カット1140bが施される。これらの部分カット部はストリップを形成し、これを折り返して、電気化学素子から外側に延ばすことができる。例えば、図11Dは、コンタクト1101、1105の部分カットから得られたストリップ1142aおよび1142bが、図の下側方向に折り返された例を示す。なお、所望のアプリケーションまたは電気化学素子の方向付けに応じさまざまな方法で、コンタクト1101、1105の展延部分の一つだけまたは双方を部分的にカットしてリード部を形成することができる。
【0038】
図11A〜11Dに示された例示的実施形態を説明する目的で、図12A〜19Bに、この実施形態の個別の層および部分、さらに、それらがどのように一緒に連結または結合可能かを示す。これらの図は、本発明のどの実施形態に対しても、それを製造するための段階的工程を示す意味のものではない。これらの図は、各層がいかに相互作用するかの理解を助けるため提示するものである。図12A、13A、14A、15A、16A、17A、18A、および19Aは、例示的な電池のさまざまな部分の側面図を示し、図12B、13B、14B、15B、16B、17B、18B、および19Bは、その上面図を示す。
【0039】
図12Aは、本発明の一つの実施形態による導体1120の側面図を示す。図12Bには、3つの典型的導体の種類、ワイヤ1121、タブ1122、およびワイヤメッシュ1123が示されている。図13Aは、結合層1110内にカットされたスリット1130の側面図を示しており、図13Bはその上面図を示す。図14Aは、例えば結合層を貫いて組み込まれた、導体1120の側面図を示す。図14Bは、結合層1110を貫いて組み込まれたメッシュワイヤ導体1123の上面図を示す。図15Aは、結合層内に埋め込まれた導体1120を示す。導体1120は、例えば、結合層1110を、導体1120が結合層1110に圧入することが可能になる点まで加熱することによって、結合層1110の中に埋め込むことができる。この工程の後、望ましくは、導体1120および結合層1110の表出面をフラッシュするとよい。図15Bは、結合層内に埋め込まれたワイヤメッシュ導体1123の上面図を示す。
【0040】
図12A〜15Bからもたらされる結合層1110は、絶縁特性を有しながら、結合層1120の上面の部分と下面の部分との間に選択的伝導性を提供する結合層を示す。他の組合せによっても選択的伝導性を生成することができる。
【0041】
図16Aおよび図16Bは、第一コンタクト1101を示す。図17Aは、結合層1110と結合された第一コンタクト1101を示す。なお、この実施形態では、導体1120は、望ましくは、第一電気コンタクト1101と電気的接触を形成する。図17Bは、図17Aの上面図を示す。また、第一コンタクトは、電池をカプセル封入し、これにより、環境による劣化および損傷から電池を保護する。例えば、多くの電気化学素子は、リチウムなどの環境に敏感な材料を含む。これらの材料は、空気および湿気と高い反応性があり、そういった環境に曝されると劣化することがある。これらに対し、第一コンタクト1101は、電池をカプセル封入し、電池の電気化学素子中の環境に敏感な材料を空気および/または湿気から保護することができる。
【0042】
図18Aは、第二コンタクト1105に連結された単一のバッテリセル1115の例示的実施形態を示す。また、第二コンタクト1105は、セルを装着するための基材とすることができる。この実施形態におけるセル構造は、カソードと、アノードと、電解質とを含む。電解質には、LIPONを含めることができる。
【0043】
図19Aは、完成したセル構造を示す。図18Aの第二コンタクト1105およびセル構造1115が、17Aに示された第一コンタクト1101および結合層1110と連結されている。再度、どのように、導体1120が、選定された箇所において電気化学素子1115と望ましくは電気的に接触しているかに注目する。セルは、間に最小数の層を置いて外部のコンタクト1101および1105に結合されている。この実施形態において、第一および第二コンタクト1101および1105は、電気化学素子1115の面積をオーバーして展延している。
【0044】
この実施形態の第一および第二コンタクト1101、1105は,導電金属で作製することができる。例えば、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、またはこれらの酸化物、窒化物、および合金で、片方または両方のコンタクトを作製することができる。他の導電性材料を使うこともできる。
【0045】
なお、前の例では、図13bに示されるようなスリット1130など、結合層1110中の開口部に備えられた導電性材料1120〜1123が示されているが、セル構造1115と第一電気コンタクト1101との間の電気的コンタクトは、他の多くの方法で生成することができる。例えば、結合層1110を形成する接着剤内に導電パウダを埋め込むことによって、セル構造1115と第コンタクト1101との間の電気的伝導を生成することができる。例えば、金属粉(例、ニッケル粉)を、接着剤結合層1110内の一つ以上の選定箇所でコンタクト1101とセル構造1115との間の接着剤結合層1110中に埋め込むことができる。当業者は、導電ボール、スラグ、配線メッシュなど接着剤内に選択的に配置し、選択的伝導を生成できる他の導電材料を熟知していよう。セル構造1115と第一コンタクト1101との間に電気伝導を達成しつつ、2つのコンタクト1101、1105の間の絶縁を保持する方法は、本明細書で説明した例に限定されるものではない。
【0046】
前記で説明した実施形態は単に例示的なものである。当業者は、本明細書に特定的に記載された実施形態から変形案を認識することができようが、それらは本開示の範囲内として意図されている。しかして本発明は添付の請求項によってだけ限定される。従って、本発明の変形が、添付の請求項または同等内容の範囲内に入る場合、それらは本発明に包含されるものと意図されている。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1A】図1Aは、本発明の例示的実施形態による電気化学素子の上面図を示す。
【図1B】図1Bは、本発明の例示的実施形態による電気化学素子の側面図を示す。
【図2A】図2Aは、本発明の例示的実施形態による電気化学素子の、切り込み部のある電気化学素子の一つのコーナーの斜視図を示す。
【図2B】図2Bは、本発明の例示的実施形態による、カプセル層に切り込み部のある電気化学素子の一つのコーナーの斜視図を示す。
【図3A】図3Aは、本発明の例示的実施形態による、金属カプセルに穴の配置を有する電気化学素子の上面図を示す。
【図3B】図3Bは、本発明の例示的実施形態による、金属カプセルに別の穴配置を有する電気化学素子の上面図を示す。
【図4A】図4Aは、本発明の例示的実施形態による、接触域に穴を有する電気化学素子の上面図を示す。
【図4B】図4Bは、本発明の例示的実施形態による、接触域に穴を有する電気化学素子の側面図を示す。
【図5A】図5Aは、本発明の例示的実施形態による、金属フィルム・カプセルの両側に電気化学素子を有する電気化学素子の側面図を示す。
【図5B】図5Bは、本発明の例示的実施形態による、金属フィルム・カプセルの両側に電気化学素子を有する電気化学素子の斜視図を示す。
【図5C】図5Cは、本発明の例示的実施形態による、2つの素子の間に、切り込み部のある金属フィルム・カプセルを有する電気化学素子の斜視図を示す。
【図6】図6は、本発明の例示的実施形態による、間に金属箔を挟んで積層された複数の電気化学素子を示す。
【図7】図7は、本発明の例示的実施形態による、電気化学素子の側面に切り込み部とタブとを有する電気化学素子を示す。
【図8】図8は、本発明の例示的実施形態による、基材、カソード、電解質、アノード、および金属箔カプセルを有する電気化学素子を示す。
【図9A】図9Aは、本発明の例示的実施形態による、絶縁層を有する、図2Aの電気化学素子を示す。
【図9B】図9Bは、本発明の例示的実施形態による、絶縁層を有する、図2Bの電気化学素子を示す。
【図10】図10は、本発明の例示的実施形態による、3層の金属箔を備えた2つの電気化学素子を示す。
【図11A】図11Aは、本発明の例示的実施形態による、カプセルとしての電気コンタクト、および基材を有する電気化学素子の側面図を示す。
【図11B】図11Bは、本発明の例示的実施形態による、カプセルとしての電気コンタクト、および基材を有する電気化学素子の上面図を示す。
【図11C】図11Cは、本発明の例示的実施形態による、カプセルの一部をカットした、図11Bの電気化学素子の上面図を示す。
【図11D】図11Dは、本発明の例示的実施形態による、折り返して得られたストリップを有する、図11Cの電気化学素子の上面図を示す。
【図12A】図12Aは、本発明の例示的実施形態による、導体単体の側面図を示す。
【図12B】図12Bは、本発明の例示的実施形態による、導体単体の上面図を示す。
【図13A】図13Aは、本発明の例示的実施形態による、スリット・カットを有する結合層の側面図を示す。
【図13B】図13Bは、本発明の例示的実施形態による、スリット・カットを有する結合層の上面図を示す。
【図14A】図14Aは、本発明の例示的実施形態による、結合層を貫いて組み込まれた導体の側面図を示す。
【図14B】図14Bは、本発明の例示的実施形態による、結合層を貫いて組み込まれたメッシュワイヤ導体の上面図を示す。
【図15A】図15Aは、本発明の例示的実施形態による、結合層内に埋め込まれた導体の側面図を示す。
【図15B】図15Bは、本発明の例示的実施形態による、結合層内に埋め込まれたメッシュワイヤ導体の上面図を示す。
【図16A】図16Aは、本発明の例示的実施形態による、第一コンタクト層の側面図を示す。
【図16B】図16Bは、本発明の例示的実施形態による、第一コンタクト層の上面図を示す。
【図17A】図17Aは、本発明の例示的実施形態による、結合層と結合された第一コンタクト層の側面図を示す。
【図17B】図17Bは、本発明の例示的実施形態による、結合層と結合された第一コンタクト層の上面図を示す。
【図18A】図18Aは、本発明の例示的実施形態による、第二コンタクト層上のセル構造の側面図を示す。
【図18B】図18Bは、本発明の例示的実施形態による、第二コンタクト層上のセル構造の上面図を示す。
【図19A】図19Aは、本発明の例示的実施形態による、図18Aのセル構造および第二コンタクトに連結された、図17Aの第一コンタクトおよび結合層の側面図を示す。
【図19B】図19Bは、本発明の例示的実施形態による、図18Bのセル構造および第二コンタクトに連結された図17Bの第一コンタクトおよび結合層の側面図を示す。
【技術分野】
【0001】
(関連出願)
本出願は、米国特許出願第60/782,792号(2006年3月16日出願)の米国特許法119条の利益を主張するものであり、米国特許出願第11/561,277号(2006年11月17日出願)の一部係属出願であって米国特許法120条の利益を主張するものであり、後者の出願は米国特許出願第60/737,613号(2005年11月17日出願)、米国特許出願第60/759,479号(2006年1月17日出願)、および米国特許出願第60/782,792号(2006年3月16日出願)の米国特許法119条の利益を主張するものであり、米国特許出願第11/209,536号(2005年8月23日出願)の米国特許法120条の利益を主張するものであり、この直前に示した出願は、米国仮特許出願第60/690,697号(2005年6月15日出願)からの変更である米国特許出願第11/374,282号の一部係属出願であって米国特許法120条の利益を主張するものであり、最後に示した出願は現在の米国特許第6,916,679号である米国特許出願第10/215,190号の一部係属出願であって米国特許法120条の利益を主張するものであり、これらの出願のすべては、その全体を参照により本明細書に援用される。
【0002】
(発明の分野)
本発明の分野は、電池を含む、固体状薄膜の二次側および一次側電気化学素子の、素子、構成、デポジット法、製作法であり、さらに具体的にはこれらのカプセル封入である。
【背景技術】
【0003】
(背景)
典型的な電気化学素子は、アノード、カソード、電解質、基材、電流コレクタなど複数の電気的に活性な層を含む。例えばリチウムを含むアノード層など、一部の層は非常に環境に敏感な材料から成る。このような電池には、こういった環境に敏感な材料を保護するためのカプセル封入が必要となる。金箔によるカプセル封入など、電気化学素子の敏感な層のカプセル封入に使われる一部のスキームは高価である。別のスキームでは、例えば金属とプラスチックとで作られたポーチを使い、素子の周囲をシールしてカプセル封入する。温度が変化すると、金属・プラスチック製のポーチ内の空気が膨張および/または収縮する。この膨張および/または収縮がシールを破裂させたり他の問題を生じさせたりして、ポーチによるカプセル封入の効果を失わせることがある。
【0004】
また、典型的な電気化学素子は基材から延び出たタブを有する。これらのタブは、電池の電気伝導コンタクト点となっている。これらのタブには脆弱なものがあり、外部から握られたり掴まれたりすると破損することがあり、タブ周りに適切なシールを維持したカプセル封入を設計しようとすると難題が生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従って、当該分野において、公知のカプセル封入法よりも大幅に薄いカプセルを含め、より良好で低価格のカプセル封入へのアプローチ、および電気伝導コンタクトを設けるためのより良いアプローチへのニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一つの例示的実施形態は、第一電気コンタクトと、第一電気コンタクトに連結され、内蔵導体を有する結合層と、少なくとも一つのセル構造と、第二電気コンタクトとを有する電池を含み、該結合層および少なくとも一つのセル構造は、該第一電気コンタクト層と第二電気コンタクト層との間に挟まれている。結合層は、内蔵導体を通して選択的伝導性を持たせることができる。さらに、セル構造は、該内蔵導体を通して第一電気コンタクトと選択的に電気接続をさせることができる。
【0007】
第一電気コンタクトには、例えばカプセル用金属を含めることができる。第二電気コンタクトには、例えば基材を含めることができる。結合層は、接着材料、絶縁材料、プラスチック、ガラス、および/または繊維ガラスとすることができる。該導体は、タブ、ワイヤ、多線ワイヤ、ワイヤメッシュ、有孔金属、接着剤層に塗布された金属コーティング、または円板とすることができる。導体を結合層内に組み込むことができ、結合層にスリットを設け、その中に内蔵導体を組み込むことができる。結合層は、一つ以上の伝導部分を包含する接着材料とし、該伝導部分は、例えば、一つ以上の選定箇所に加えられた導電性の粉体、塊体、または粒体とすることができる。第一および第二電気コンタクトは、例えば、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、および/またはこれらの酸化物、窒化物、および合金などの導電材料で作製することができる。また、第一および/または第二コンタクトには絶縁層を含めることができる。該絶縁層は、例えばプラスチックとすることができる。セル構造には、アノード、電解質、カソード、および障壁層を含めることができる。カソードは、例えば、アニールしないか、高速熱アニール処理でアニールしたものとすることができる。
【0008】
本発明の別の例示的な実施形態は、薄膜電池を製造する方法を含み、該方法は、実施順序は特定しないが、選択的導電性を持つ結合層を生成するステップと、結合層を第一コンタクト層に連結するステップと、セル構造の第一面を第二コンタクト層に連結するステップと、セル構造の第二面を結合層に連結するステップとを有する。別のステップ群には、アノード、カソード、および電解質層を有するセル構造を生成するステップと、結合層内に導電体を埋め込むステップと、結合層を貫いて少なくとも一本の導電ワイヤを組み込み、該導電ワイヤの選定された部分が露出するようにする、ステップと、結合層を加熱し、結合層内に導体を圧入するステップと、絶縁材料を用いて電池を絶縁するステップとを含めることができる。また、結合層内には、KEVLAR(登録商標)、繊維ガラス、プラスチック、ガラス、または他の絶縁材料を含む、強化層を内蔵させることができる。この強化層は選択的導電性を有する。
【0009】
本発明の別の例示的実施形態は、少なくとも一つの切り込み部を持つ電気化学素子と、金属箔とを有する素子である。金属箔で電気化学素子をカプセル封入し、金属箔の一部を切り込み部の上に展延し、電気化学素子の切り込み部に延びた金属箔の上に電気接触タブを備えることができる。また、該接触域に穴を設けることができる。金属箔には一つ以上の開口を設けることができる。また、該素子には、第二の電気化学素子を備え、双方の電気化学素子を金属箔でカプセル封入することができる。さらに、いくつかの電気化学素子を備えそれらの間に金属箔を置くことができる。金属箔は、電気化学素子をカプセル封入するかないしはそれらに被せられる。
【0010】
金属箔には、電気化学素子のカソードエレメントをさらに含めることができる。電気化学素子には基材を備えることができ、また、金属箔を基材に導電可能に付着することができる。
【0011】
これら例示的実施形態のいずれにおいても、金属箔は、例えばステンレス鋼、または要求される導電度など必要な特性および属性を有する他の任意の金属物質とすることができる。また、素子には、例えば絶縁層を含めることができる。さらに、金属箔は、100ミクロン未満の厚さ、50ミクロン未満の厚さ、または25ミクロン未満の厚さとすることができる。
【0012】
本発明の別の例示的実施形態は、電気化学素子を製造する方法を含み、該方法は電気化学素子を作製するステップ群を包含し、該ステップ群には、基材を作製するステップ、および電気化学素子に切り込みを加えるステップを含めることができる。また、この例示的実施形態には、例えば、基材を金属箔でカプセル封入するステップも含めることができる。この実施形態では、例えば、切り込みを加えるステップにおいて、金属箔は切り込み部域上に展延され、導電可能に基材に結合される。また、この実施形態には、高速熱アニール処理により基材上にカソードを作製するステップも含めることができる。さらに、この実施形態にはカソード、アノード、電解質、電流コレクタ、障壁層、金属箔上の絶縁材料、および/または、金属箔にカプセル封入された第二電気化学素子を作製するステップを含めることができる。また、この実施形態には、金属箔に開口を設けるステップも含めることができる。これらの開口を金属箔に前加工しておくことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
図1Aは一つの例示的実施形態の上面図を示す。図1Bは、この実施形態の側面図を示す。図に示されるように、この実施形態は、電気化学素子130および金属カプセル層110を含む。電気化学素子130には、任意の数の材料または層を含めることができる。また、電気化学素子130には電池を含めることができる。例えば、電気化学素子130には、アノード、カソード、電解質、電流コレクタ、基材などを含めることができる。一部の材料には、例えば、リチウム、LiCoO2、LIPON、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、および/またはこれらの酸化物、窒化物および合金を含めることができる。さらに、電気化学素子130は、厚膜素子とすることができる。
【0014】
金属箔は、例えば、厚さを100ミクロンより薄くすることができる。別の実施形態では金属箔は50ミクロンより薄くでき、特定の実施形態では金属箔を25ミクロンより薄くすることができる。
【0015】
電気化学素子130には少なくとも一つの切り込み部131を含めることができる。図1A、1B、2A、および2Bに示された電気化学素子130は単一の切り込み部131を含み、カプセル層110も切り込み部111を含む。これらの切り込み部111、131は任意の形状およびサイズとすることができる。電気化学素子130またはカプセル層110には、任意の数の切り込みを設けることができる。金属カプセル層110は、電気化学素子130の切り込み部131の上に展延され、カプセルとの接触タブ112を提供する。この接触タブ112は、切り込み部131により形成される開口域上に展延する。接触タブ112は、素子に対する便利な電気伝導接触を提供することができる。同様に、電気化学素子は、金属カプセル層110の切り込み部111の下部に展延して接触タブ132を提供することができる。
【0016】
図2Aおよび図2Bは、図1Aおよび図1Bに示された実施形態の斜視図を示す。図2Aは、電気化学素子130、金属カプセル層110、電気化学素子130の切り込み部131、およびカプセル層110の接触タブ112を示す。図2Bは、電気化学素子130、金属カプセル層110、カプセル110の切り込み部111、および電気化学素子130の接触タブ132を示す。これらの図は、素子のコーナーにある切り込み部131、111を示しているが、これらは任意の場所に設けることができる。こういった一つの典型的構造が、素子の側面に設けられた切り込みとして図7Aに示されている。さらに、切り込み部が四角形である必要はない。例えば、図7Aに示された切り込み部は円形であり、一方、図1A、1B、2A、および2Bに示されたものは方形である。
【0017】
金属箔層110は、電気化学素子130をカプセル封入するようになっている。このカプセル封入によって、例えば、有害な環境的影響から電気化学素子130を保護することができる。例えば、多くの電気化学素子は、リチウムなどの環境に敏感な材料を含む。これらの材料は、空気および湿気との高い反応性を有し、こういった環境に曝されると劣化することがある。これらに対し、金属箔カプセル層110は、電気化学素子中の環境に敏感な材料を空気および/または湿気から保護することができる。
【0018】
本発明の例示的実施形態における金属箔カプセル層110は、電気化学素子130中の基材層上に配置することができる。電気化学素子には、例えば、基材、カソード、電解質、およびアノードなどいくつかの層を含めることができる。このような素子は、基材上に配置された金属箔を使ってカプセル封入することができ、これには接触タブを含めることができる。従って、金属箔は、確実で、耐久性があり、素子中の任意の場所に組み込み可能なコンタクトを提供することができる。このコンタクトは金属箔の一部なので、これらが破れて基板からせん断される可能性は低い。
【0019】
本発明のある例示的実施形態において、金属箔層にはカソードを含めることができる。
【0020】
図3Aおよび図3Bは、本発明のある例示的実施形態の上面図を示す。この実施形態では、金属箔カプセル110は開口部150を含む。これらの開口部150は、例えば、電気化学素子の中の層へのコンタクトおよびアクセスを提供することができる。例えば、これら開口部150は、電気化学素子中の基材への直接アクセスを提供することができる。これら開口部150は、任意のサイズまたは配置とすることができる。図に示されているのは、例示的な円形および楕円形の開口である。アプリケーションに応じて、複数の開口が必要なこともあれば単一の開口で十分なこともある。
【0021】
図9Aは、金属箔110の上に絶縁層180を有する、図2Aの実施形態を示し、図9Bは、金属箔110の上に絶縁層180を有する、図2Bの実施形態を示す。絶縁層180は、金属箔110を望ましくない電気接触から保護する。図9Aおよび図9Bでは、タブ112、132だけが、絶縁層180に覆われていない部分であり、タブ112、132にだけ電気接触が可能になっている。
【0022】
図4Aおよび図4Bは、本発明のある例示的実施形態を示す。この実施形態は、接触タブ132中に穴126を、カプセルタブ112中に穴125を含む。これにより、穴125、126は、例えば、さらに確実なコンタクト点を提供することができる。他の装置は、穴125、126を介してコンタクトを把持することができる。
【0023】
図5A、図5B、および図5Cは、本発明のある例示的実施形態を示す。この実施形態は、2素子の間に一層の金属箔カプセル層110を挟んだ2つの電気化学素子130,160を含む。この実施形態では、例えば、金属箔110には、双方の電気化学素子130、160に対するカソードを含めることができる。さらに、別の実施形態では、金属箔110を電気化学素子130、160の基材に電気伝導させることができる。また、この実施形態では、図5Bに示すように、電気化学素子160の上部にカプセル層161を含めることができる。図10では、第三の金属箔134も含まれている。
【0024】
図5Bは、第二カプセル層161を有する、図5Aの右側の斜視図である。示されるように、2つの電気化学素子130、160は、切り込み部131、141を有し、カプセル層110、113の展延タブ112がある。
【0025】
図5Cは、図5Aの左側の斜視図であり、カプセル110の切り込み部111および双方の電気化学素子のタブを示している。
【0026】
図6は、金属箔層110、161、171を間に挟み、最上部に金属カプセル181を有する、順に積層された複数の電気化学素子130、160、170、180を示す。この図は、4つの電気化学素子130、160、170、180を示しているが、本発明は積層可能な素子の数を限定しない。本発明から逸脱することなく任意の数の素子を積層することができる。また、この実施形態は、4つのカプセル層のタブ、112、122、173、183も示している。
【0027】
図7は、本発明のある例示的実施形態を示す。この実施形態において、電気化学素子130は切り込み部131およびタブ132を有する。電気化学素子の底部にはカプセル層110があり、これはタブ112および切り込み部111を含む。切り込み部111、131は円形で素子の同じ側に配置される。
【0028】
図8は、カプセル110および電気化学セル130の双方の円形切り込み部を有する、図7に示されたと同様な実施形態を示す。この例示的実施形態は第二の電気化学素子160および第二のカプセル層161を示している。
【0029】
本発明のある例示的実施形態において、金属箔を電気化学素子上に配置することができる。この金属箔は、電気化学素子をカプセル封入し、これを有害環境から保護する。また、該金属箔は、素子の基材部と導電可能にコンタクトされたタブを備える。
【0030】
本発明のある例示的実施形態において、電気化学素子はLiCoO2を含む。この実施形態では、素子は高速熱アニール処理される。例えば、素子は6分間をかけて約700℃にまで昇温される。その後、素子はこの温度に約5分間保持され次いで6分ほどで急速に室温に冷却される。急速熱アニール処理によりLiCoO2は結晶化され、障壁層を設けなくても使えるようになる。この処理時間は30分から10秒にまでもの間で変わることがある。
【0031】
図11Aは、本発明の例示的実施形態の側面図である。この実施形態において、第一コンタクト1101は、第一コンタクト1101の一部を結合層1110を越えて展延させながら結合層1110と連結している。また、結合層1110は、セル構造1115とも結合させることができる。第二コンタクト1105はセル構造1115の下側に配置される。例えば、障壁層を第二コンタクト1105とセル構造1115との間に配置することもできる。結合層1110内に導体1120が内蔵されているのが示されている。例えば、この導体1120は、結合層に選択的な伝導性を生成する。選択的伝導性を持つ結合層1110は、特定点において、セル構造1115から結合層1110を通って第一コンタクト1101への伝導を可能にしながら、第一コンタクト1101と第二コンタクト1105との間の絶縁性を保持する。
【0032】
導体1120は、種々の多くの方法で結合層1110内に配置することができる。例えば、金属タブ、金属ワイヤ、多線金属ワイヤ、金属ワイヤメッシュ、有孔金属箔、有孔金属、接着剤層に塗布された金属コーティング、金属円板、金属コートされた繊維ガラス、またはこれらの組合せを用いることができる。これらの例の各々について、導体1120が、セル構造1115と第一コンタクト1101との間に電気伝導を提供しながら、2つのコンタクト1101、1105の間の絶縁を保持することができる。一部の実施形態では、導体1120を結合層1110内に組み込むことができる。例えば、導体1115は、結合層1110に内蔵された円板とすることができる。一部の実施形態では、結合層1110内にスリットを設け、結合層1110を貫いて導体1120を組み込むかまたは配置することができる。さらに、例えば、穴または他の手段を使って、結合層1110を貫いて導体1120を配置することができる。
【0033】
ある例示的実施形態において、絶縁層内に強化層を配置することができる。例えば、絶縁層の一つの表面の半分を、層を通して組み込まれた繊維ガラス材料でカバーすることができ、さらに結合層の他の半分をカバーすることができる。こういった、導電性コーティングのない繊維ガラスの層は、間に配置された材料を絶縁することになろう。繊維ガラスは、その局部に導電材料を塗布することができる。こういった導電コーティングを、結合層の上面と底面との表面の繊維ガラス域に塗布することができる。このような実施形態では、例えば、繊維ガラスは、上側コンタクトとセルとの間を伝導できることになる。導電材料は、インクジェット、シルクスクリーン、プラズマ蒸着、電子ビーム蒸着、スプレーおよび/またはブラシ法で塗着することができる。繊維ガラスに換えて、例えば、KEVLAR(登録商標)、プラスチック、ガラス、または他の絶縁材料など、他の材料を使うことができる。
【0034】
本発明のある例示的実施形態は、結合層の穴を通して、第一コンタクトとセル構造との間での選択的コンタクトを提供する。このような実施形態において、結合層の穴は、第一コンタクトとセル構造とがコンタクトを保つことを可能にする。これらの層を、例えば、一緒にプレスしてコンタクトを生成することができる。あるいは、結合層の穴の中または近接部に導電接着剤またはインクを塗布して、層間のコンタクトを得ることができる。リチウムを導電材料として使うこともできる。
【0035】
導体1120は、例えば、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、またはこれらの酸化物、窒化物および合金で作製することができる。
【0036】
図11Bは、図11Aに示された例示的実施形態の上面図を示す。図11Bに示されるように、第一コンタクト1101は、結合層1110と第二コンタクト1105とをオーバーして展延している。同様に、例えば、第二コンタクト1105も、反対方向に結合層1115と第一コンタクト1101とをオーバーして展延している。
【0037】
図11Cおよび11Dは、第一コンタクトおよび第二コンタクト1101、1105からリードが形成される例示的実施形態を示す。図11Cに示されるように、第一コンタクト1101に第一部分カット1140aが施され、第二コンタクト1105には部分カット1140bが施される。これらの部分カット部はストリップを形成し、これを折り返して、電気化学素子から外側に延ばすことができる。例えば、図11Dは、コンタクト1101、1105の部分カットから得られたストリップ1142aおよび1142bが、図の下側方向に折り返された例を示す。なお、所望のアプリケーションまたは電気化学素子の方向付けに応じさまざまな方法で、コンタクト1101、1105の展延部分の一つだけまたは双方を部分的にカットしてリード部を形成することができる。
【0038】
図11A〜11Dに示された例示的実施形態を説明する目的で、図12A〜19Bに、この実施形態の個別の層および部分、さらに、それらがどのように一緒に連結または結合可能かを示す。これらの図は、本発明のどの実施形態に対しても、それを製造するための段階的工程を示す意味のものではない。これらの図は、各層がいかに相互作用するかの理解を助けるため提示するものである。図12A、13A、14A、15A、16A、17A、18A、および19Aは、例示的な電池のさまざまな部分の側面図を示し、図12B、13B、14B、15B、16B、17B、18B、および19Bは、その上面図を示す。
【0039】
図12Aは、本発明の一つの実施形態による導体1120の側面図を示す。図12Bには、3つの典型的導体の種類、ワイヤ1121、タブ1122、およびワイヤメッシュ1123が示されている。図13Aは、結合層1110内にカットされたスリット1130の側面図を示しており、図13Bはその上面図を示す。図14Aは、例えば結合層を貫いて組み込まれた、導体1120の側面図を示す。図14Bは、結合層1110を貫いて組み込まれたメッシュワイヤ導体1123の上面図を示す。図15Aは、結合層内に埋め込まれた導体1120を示す。導体1120は、例えば、結合層1110を、導体1120が結合層1110に圧入することが可能になる点まで加熱することによって、結合層1110の中に埋め込むことができる。この工程の後、望ましくは、導体1120および結合層1110の表出面をフラッシュするとよい。図15Bは、結合層内に埋め込まれたワイヤメッシュ導体1123の上面図を示す。
【0040】
図12A〜15Bからもたらされる結合層1110は、絶縁特性を有しながら、結合層1120の上面の部分と下面の部分との間に選択的伝導性を提供する結合層を示す。他の組合せによっても選択的伝導性を生成することができる。
【0041】
図16Aおよび図16Bは、第一コンタクト1101を示す。図17Aは、結合層1110と結合された第一コンタクト1101を示す。なお、この実施形態では、導体1120は、望ましくは、第一電気コンタクト1101と電気的接触を形成する。図17Bは、図17Aの上面図を示す。また、第一コンタクトは、電池をカプセル封入し、これにより、環境による劣化および損傷から電池を保護する。例えば、多くの電気化学素子は、リチウムなどの環境に敏感な材料を含む。これらの材料は、空気および湿気と高い反応性があり、そういった環境に曝されると劣化することがある。これらに対し、第一コンタクト1101は、電池をカプセル封入し、電池の電気化学素子中の環境に敏感な材料を空気および/または湿気から保護することができる。
【0042】
図18Aは、第二コンタクト1105に連結された単一のバッテリセル1115の例示的実施形態を示す。また、第二コンタクト1105は、セルを装着するための基材とすることができる。この実施形態におけるセル構造は、カソードと、アノードと、電解質とを含む。電解質には、LIPONを含めることができる。
【0043】
図19Aは、完成したセル構造を示す。図18Aの第二コンタクト1105およびセル構造1115が、17Aに示された第一コンタクト1101および結合層1110と連結されている。再度、どのように、導体1120が、選定された箇所において電気化学素子1115と望ましくは電気的に接触しているかに注目する。セルは、間に最小数の層を置いて外部のコンタクト1101および1105に結合されている。この実施形態において、第一および第二コンタクト1101および1105は、電気化学素子1115の面積をオーバーして展延している。
【0044】
この実施形態の第一および第二コンタクト1101、1105は,導電金属で作製することができる。例えば、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、またはこれらの酸化物、窒化物、および合金で、片方または両方のコンタクトを作製することができる。他の導電性材料を使うこともできる。
【0045】
なお、前の例では、図13bに示されるようなスリット1130など、結合層1110中の開口部に備えられた導電性材料1120〜1123が示されているが、セル構造1115と第一電気コンタクト1101との間の電気的コンタクトは、他の多くの方法で生成することができる。例えば、結合層1110を形成する接着剤内に導電パウダを埋め込むことによって、セル構造1115と第コンタクト1101との間の電気的伝導を生成することができる。例えば、金属粉(例、ニッケル粉)を、接着剤結合層1110内の一つ以上の選定箇所でコンタクト1101とセル構造1115との間の接着剤結合層1110中に埋め込むことができる。当業者は、導電ボール、スラグ、配線メッシュなど接着剤内に選択的に配置し、選択的伝導を生成できる他の導電材料を熟知していよう。セル構造1115と第一コンタクト1101との間に電気伝導を達成しつつ、2つのコンタクト1101、1105の間の絶縁を保持する方法は、本明細書で説明した例に限定されるものではない。
【0046】
前記で説明した実施形態は単に例示的なものである。当業者は、本明細書に特定的に記載された実施形態から変形案を認識することができようが、それらは本開示の範囲内として意図されている。しかして本発明は添付の請求項によってだけ限定される。従って、本発明の変形が、添付の請求項または同等内容の範囲内に入る場合、それらは本発明に包含されるものと意図されている。
【図面の簡単な説明】
【0047】
【図1A】図1Aは、本発明の例示的実施形態による電気化学素子の上面図を示す。
【図1B】図1Bは、本発明の例示的実施形態による電気化学素子の側面図を示す。
【図2A】図2Aは、本発明の例示的実施形態による電気化学素子の、切り込み部のある電気化学素子の一つのコーナーの斜視図を示す。
【図2B】図2Bは、本発明の例示的実施形態による、カプセル層に切り込み部のある電気化学素子の一つのコーナーの斜視図を示す。
【図3A】図3Aは、本発明の例示的実施形態による、金属カプセルに穴の配置を有する電気化学素子の上面図を示す。
【図3B】図3Bは、本発明の例示的実施形態による、金属カプセルに別の穴配置を有する電気化学素子の上面図を示す。
【図4A】図4Aは、本発明の例示的実施形態による、接触域に穴を有する電気化学素子の上面図を示す。
【図4B】図4Bは、本発明の例示的実施形態による、接触域に穴を有する電気化学素子の側面図を示す。
【図5A】図5Aは、本発明の例示的実施形態による、金属フィルム・カプセルの両側に電気化学素子を有する電気化学素子の側面図を示す。
【図5B】図5Bは、本発明の例示的実施形態による、金属フィルム・カプセルの両側に電気化学素子を有する電気化学素子の斜視図を示す。
【図5C】図5Cは、本発明の例示的実施形態による、2つの素子の間に、切り込み部のある金属フィルム・カプセルを有する電気化学素子の斜視図を示す。
【図6】図6は、本発明の例示的実施形態による、間に金属箔を挟んで積層された複数の電気化学素子を示す。
【図7】図7は、本発明の例示的実施形態による、電気化学素子の側面に切り込み部とタブとを有する電気化学素子を示す。
【図8】図8は、本発明の例示的実施形態による、基材、カソード、電解質、アノード、および金属箔カプセルを有する電気化学素子を示す。
【図9A】図9Aは、本発明の例示的実施形態による、絶縁層を有する、図2Aの電気化学素子を示す。
【図9B】図9Bは、本発明の例示的実施形態による、絶縁層を有する、図2Bの電気化学素子を示す。
【図10】図10は、本発明の例示的実施形態による、3層の金属箔を備えた2つの電気化学素子を示す。
【図11A】図11Aは、本発明の例示的実施形態による、カプセルとしての電気コンタクト、および基材を有する電気化学素子の側面図を示す。
【図11B】図11Bは、本発明の例示的実施形態による、カプセルとしての電気コンタクト、および基材を有する電気化学素子の上面図を示す。
【図11C】図11Cは、本発明の例示的実施形態による、カプセルの一部をカットした、図11Bの電気化学素子の上面図を示す。
【図11D】図11Dは、本発明の例示的実施形態による、折り返して得られたストリップを有する、図11Cの電気化学素子の上面図を示す。
【図12A】図12Aは、本発明の例示的実施形態による、導体単体の側面図を示す。
【図12B】図12Bは、本発明の例示的実施形態による、導体単体の上面図を示す。
【図13A】図13Aは、本発明の例示的実施形態による、スリット・カットを有する結合層の側面図を示す。
【図13B】図13Bは、本発明の例示的実施形態による、スリット・カットを有する結合層の上面図を示す。
【図14A】図14Aは、本発明の例示的実施形態による、結合層を貫いて組み込まれた導体の側面図を示す。
【図14B】図14Bは、本発明の例示的実施形態による、結合層を貫いて組み込まれたメッシュワイヤ導体の上面図を示す。
【図15A】図15Aは、本発明の例示的実施形態による、結合層内に埋め込まれた導体の側面図を示す。
【図15B】図15Bは、本発明の例示的実施形態による、結合層内に埋め込まれたメッシュワイヤ導体の上面図を示す。
【図16A】図16Aは、本発明の例示的実施形態による、第一コンタクト層の側面図を示す。
【図16B】図16Bは、本発明の例示的実施形態による、第一コンタクト層の上面図を示す。
【図17A】図17Aは、本発明の例示的実施形態による、結合層と結合された第一コンタクト層の側面図を示す。
【図17B】図17Bは、本発明の例示的実施形態による、結合層と結合された第一コンタクト層の上面図を示す。
【図18A】図18Aは、本発明の例示的実施形態による、第二コンタクト層上のセル構造の側面図を示す。
【図18B】図18Bは、本発明の例示的実施形態による、第二コンタクト層上のセル構造の上面図を示す。
【図19A】図19Aは、本発明の例示的実施形態による、図18Aのセル構造および第二コンタクトに連結された、図17Aの第一コンタクトおよび結合層の側面図を示す。
【図19B】図19Bは、本発明の例示的実施形態による、図18Bのセル構造および第二コンタクトに連結された図17Bの第一コンタクトおよび結合層の側面図を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第一電気コンタクトと、
該第一電気コンタクトに連結され、かつ内蔵導体を含む結合層と、
少なくとも一つのセル構造と、
第二電気コンタクトと
を含む電池であって、
該結合層および該少なくとも一つのセル構造は、該第一コンタクト層と該第二コンタクト層との間に挟まれている、電池。
【請求項2】
前記結合層は、前記内蔵導体を介して選択的伝導性を有する、請求項1に記載の電池。
【請求項3】
前記セル構造は、前記内蔵導体を介して前記第一電気コンタクトと選択的に電気接触している、請求項1に記載の電池。
【請求項4】
前記第一電気コンタクトはカプセル封入金属をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項5】
前記第二電気コンタクトは基材をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項6】
前記結合層は、接着材料、絶縁材料、プラスチック、ガラス、KEVLAR(登録商標)、強化材料、および繊維ガラスを包含する群から選定された材料を含む、請求項1に記載の電池。
【請求項7】
前記導体は、タブ、ワイヤ、多線ワイヤ、ワイヤメッシュ、有孔金属、接着材層に塗布された金属コーティング、および円板で成る群から選定される、請求項1に記載の電池。
【請求項8】
前記導体は前記結合層内に組み込まれる、請求項1に記載の電池。
【請求項9】
前記結合層は、内部に前記内蔵導体が組み込まれるスリットを含む、請求項8に記載の電池。
【請求項10】
前記第二コンタクトは、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、および、これらの酸化物、窒化物、および合金で成る群から選定された材料を含む、請求項1に記載の電池。
【請求項11】
前記導体は、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、および、これらの酸化物、窒化物、および合金で成る群から選定された材料を含む、請求項1に記載の電池。
【請求項12】
前記第一コンタクト上に絶縁層をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項13】
前記絶縁層はプラスチックを含む、請求項12に記載の電池。
【請求項14】
前記第二コンタクト上に絶縁層をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項15】
前記絶縁層はプラスチックを含む、請求項14に記載の電池。
【請求項16】
前記セル構造は、
アノードと、
電解質と、
カソードと
を含む、請求項1に記載の電池。
【請求項17】
前記カソードはアニールされない、請求項16に記載の電池。
【請求項18】
前記カソードは、高速熱アニール処理でアニールされる、請求項16に記載の電池。
【請求項19】
前記セル構造と前記第二コンタクトとの間に障壁層をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項20】
前記第一電気コンタクトの中に接触域をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項21】
前記第一電気コンタクト中の前記接触域は、該第一電気コンタクトから延び出るリードをさらに含む、請求項20に記載の電池。
【請求項22】
前記第二電気コンタクトの中に接触域をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項23】
前記第二電気コンタクト中の前記接触域は、該第二電気コンタクトから延び出るリードをさらに含む、請求項22に記載の電池。
【請求項24】
前記第一コンタクト中に少なくとも一つの開口をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項25】
前記第一コンタクトは金属箔を含む、請求項1に記載の電池。
【請求項26】
前記第二コンタクトは金属箔を含む、請求項1に記載の電池。
【請求項27】
前記第一コンタクト中に複数の開口をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項28】
第二セル構造をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項29】
前記金属箔は、さらに、少なくとも一つの切り込み部を有する前記第二セル構造をカプセル封入し、前記第一コンタクトの一部が該切り込み部の上に伸びており、該セル構造の切り込み部分上に延びる該第一コンタクト上に電気接触タブを備える、請求項28に記載の電池。
【請求項30】
前記第一コンタクトは、前記セル構造のカソードエレメントとして作用する、請求項1に記載の電池。
【請求項31】
前記第一コンタクトは、前記セル構造のアノードエレメントとして作用する、請求項1に記載の電池。
【請求項32】
各セル構造内に少なくとも一つの切り込み部を有し、かつ少なくとも一層の金属箔が各セル構造をカプセル封入し、順に重ねて積層された複数のセル構造をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項33】
複数のセル構造をさらに含む、請求項32に記載の電池。
【請求項34】
前記第一コンタクトは前記電気化学素子上にある、請求項1に記載の電池。
【請求項35】
前記第一コンタクトはステンレス鋼を含む、請求項1に記載の電池。
【請求項36】
前記第一コンタクトの前記一部は絶縁材料でコートされる、請求項1に記載の電池。
【請求項37】
前記第一コンタクトは厚さが約100ミクロンより薄い、請求項1に記載の電池。
【請求項38】
前記第一コンタクトは厚さが約50ミクロンより薄い、請求項1に記載の電池。
【請求項39】
前記第一コンタクトは厚さが約25ミクロンより薄い、請求項1に記載の電池。
【請求項40】
第一電気コンタクトと、
結合層であって、該結合層と該第一電気コンタクトとの間を伝導する手段を含む、結合層と、
少なくとも一つのセル構造と、
第二電気コンタクトと
を含み、
該結合層および該少なくとも一つのセル構造は、該第一コンタクト層と該第二コンタクト層との間に挟まれている、電池。
【請求項41】
前記伝導手段は選択的伝導性を有する、請求項40に記載の電池。
【請求項42】
前記セル構造は、前記伝導手段を介して、前記第一電気コンタクトと選択的に電気接触する、請求項40に記載の電池。
【請求項43】
前記第一電気コンタクトはカプセル封入金属をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項44】
前記第二電気コンタクトは基材をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項45】
前記結合層は、接着材料、絶縁材料、プラスチック、ガラス、KEVLAR(登録商標)、強化材料、および繊維ガラスを包含する群から選定された材料を含む、請求項40に記載の電池。
【請求項46】
前記伝導手段は、タブ、ワイヤ、多線ワイヤ、ワイヤメッシュ、有孔金属、前記接着材層に塗布された金属コーティング、および円板で成る群から選定される、請求項40に記載の電池。
【請求項47】
前記伝導手段は前記結合層内に組み込まれる、請求項40に記載の電池。
【請求項48】
前記結合層は、前記内蔵導体が組み込まれるスリットを含む、請求項47に記載の電池。
【請求項49】
前記第二コンタクトは、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、および、これらの酸化物、窒化物、および合金で成る群から選定された材料を含む、請求項40に記載の電池。
【請求項50】
前記伝導手段は、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、および、これらの酸化物、窒化物、および合金で成る群から選定された材料を含む、請求項40に記載の電池。
【請求項51】
前記第一コンタクト上に絶縁層をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項52】
前記絶縁層はプラスチックを含む、請求項51に記載の電池。
【請求項53】
前記第二コンタクト上に絶縁層をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項54】
前記絶縁層はプラスチックを含む、請求項53に記載の電池。
【請求項55】
前記セル構造は、
アノードと、
電解質と、
カソードと
を含む、請求項40に記載の電池。
【請求項56】
前記カソードはアニールされない、請求項55に記載の電池。
【請求項57】
前記カソードは、高速熱アニール処理でアニールされる、請求項55に記載の電池。
【請求項58】
前記セル構造と前記第二コンタクトとの間に障壁層をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項59】
前記セル構造と前記第二コンタクトとの間に障壁層をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項60】
前記第一電気コンタクトの中に接触域をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項61】
前記第一電気コンタクト中の前記接触域は、該第一電気コンタクトから延び出るリードをさらに含む、請求項60に記載の電池。
【請求項62】
前記第二電気コンタクトの中に接触域をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項63】
前記第二電気コンタクト中の前記接触域は、該第二電気コンタクトから延び出るリードをさらに含む、請求項62に記載の電池。
【請求項64】
第一コンタクト中に少なくとも一つの開口をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項65】
前記第一コンタクトは金属箔を含む、請求項40に記載の電池。
【請求項66】
前記第二コンタクトは金属箔を含む、請求項40に記載の電池。
【請求項67】
前記第一コンタクトの中に複数の開口をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項68】
第二セル構造をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項69】
前記金属箔は、さらに、少なくとも一つの切り込み部を有する前記第二セル構造をカプセル封入し、前記第一コンタクトの一部が前記切り込み部の上に延び、前記セル構造の切り込み部分上に延びる前記第一コンタクト上に電気接触タブを備える、請求項68に記載の電池。
【請求項70】
前記接触タブは、前記電池から延び出るリードである、請求項69に記載の電池。
【請求項71】
前記第一コンタクトは、前記セル構造のカソードエレメントとして作用する、請求項40に記載の電池。
【請求項72】
前記第一コンタクトは、前記セル構造のアノードエレメントとして作用する、請求項40に記載の電池。
【請求項73】
各セル構造内に少なくとも一つの切り込み部を有し、かつ少なくとも一層の金属箔が各セル構造をカプセル封入し、順に重ねて積層された複数のセル構造をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項74】
複数のセル構造をさらに含む、請求項73に記載の電池。
【請求項75】
前記第一コンタクトは前記電気化学素子上にある、請求項40に記載の電池。
【請求項76】
前記第一コンタクトはステンレス鋼を含む、請求項40に記載の電池。
【請求項77】
前記第一コンタクトの一部は絶縁材料でコートされる、請求項40に記載の電池。
【請求項78】
前記第一コンタクトは厚さが約100ミクロンより薄い、請求項40に記載の電池。
【請求項79】
前記第一コンタクトは厚さが約50ミクロンより薄い、請求項40に記載の電池。
【請求項80】
前記第一コンタクトは厚さが約25ミクロンより薄い、請求項40に記載の電池。
【請求項81】
少なくとも一つの切り込み部を有する電気化学素子と、
金属箔と
を含み、
該金属箔は該電気化学素子をカプセル封入し、該金属箔の一部が該切込み部に延びており、該電気化学素子の該切り込み部分の上方に延びる該金属箔の上に電気接触タブを備える、
素子。
【請求項82】
前記接触域に穴をさらに含む、請求項81に記載の素子。
【請求項83】
前記金属箔に少なくとも一つの開口をさらに含む、請求項81に記載の素子。
【請求項84】
前記金属箔に複数の開口をさらに含む、請求項81に記載の素子。
【請求項85】
前記接触タブは前記電気化学素子から延びるリードである、請求項81に記載の素子。
【請求項86】
第二電気化学素子をさらに含む、請求項81に記載の素子。
【請求項87】
前記金属箔は、さらに、少なくとも一つの切り込み部を有する前記第二電気化学素子をカプセル封入し、該金属箔の一部が該切り込み部の上に延び、該電気化学素子の該切り込み部分の上方に延びる該金属箔上に電気接触タブを備える、請求項86の素子。
【請求項88】
前記接触タブは、前記金属箔から延びるリードである、請求項87に記載の素子。
【請求項89】
前記金属箔は、前記電気化学素子のカソードエレメントとして作用する、請求項81に記載の素子。
【請求項90】
前記金属箔は、前記電気化学素子のアノードエレメントとして作用する、請求項81に記載の素子。
【請求項91】
各電気化学素子中に少なくとも一つの切り込み部を有し、かつ少なくとも一層の金属箔が各電気化学素子をカプセル封入し、順に重ねて積層された複数の電気化学素子をさらに含む、請求項81に記載の素子。
【請求項92】
複数のセル構造をさらに含む、請求項91に記載の素子。
【請求項93】
前記電気化学素子は基材を含み、前記金属箔は伝導可能に該基材に取り付けられている、請求項81に記載の素子。
【請求項94】
前記金属箔は前記電気化学素子上にある、請求項81に記載の素子。
【請求項95】
前記金属箔はステンレス鋼を含む、請求項81に記載の素子。
【請求項96】
前記金属箔の前記一部は絶縁材料でコートされる、請求項81に記載の素子。
【請求項97】
前記金属箔は厚さが約100ミクロンより薄い、請求項81に記載の素子。
【請求項98】
前記金属箔は厚さが約50ミクロンより薄い、請求項81に記載の素子。
【請求項99】
前記金属箔は厚さが約25ミクロンより薄い、請求項81に記載の電池。
【請求項100】
前記カソードはアニールされない、請求項81に記載の素子。
【請求項101】
前記カソードは高速熱アニール処理でアニールされる、請求項81に記載の素子。
【請求項102】
薄膜電池を製造する方法であって、
選択的伝導性を有する結合層を生成することと、
該結合層を第一コンタクト層に連結することと、
セル構造の第一面を第二コンタクト層に連結することと、
該セル構造の第二面を該結合層に連結することと
を含む、方法。
【請求項103】
アノード、カソード、および電解質層を有するセル構造を生成することを包含する、前記セル構造を生成することをさらに含む、請求項102に記載の方法。
【請求項104】
前記選択的伝導性を有する結合層を生成することは、該結合層内に導体を埋め込むことをさらに含む、請求項102に記載の方法。
【請求項105】
前記導体は、タブ、ワイヤ、多線ワイヤ、ワイヤメッシュ、有孔金属、接着剤層に塗布された金属コーティング、円板、およびこれらの組合せから成る群から選定された材料を含む、請求項102に記載の方法。
【請求項106】
選択的伝導性を有する結合層を生成することは、該結合層を貫く少なくとも一つの導電ワイヤを組み込むことを含み、該導電ワイヤの選択部分は露出している、請求項102に記載の方法。
【請求項107】
選択的伝導性を有する結合層を生成することは、該結合層を加熱して前記導体を該結合層内に圧入することによって、該導体を埋め込むことを含む、請求項102に記載の方法。
【請求項108】
前記電池を絶縁材料によって絶縁することをさらに含む、請求項102に記載の方法。
【請求項109】
電気化学素子を製造する方法であって、
基材を生成すること、および
該電気化学素子に切り込み部を設けること
を包含する電気化学素子を生成することと、
該基材を金属箔カプセル封入することであって、該金属箔は、切り込み部を設ける該ステップで切り込まれた箇所の上に延び、かつ該基材に伝導可能に結合される、ことと
を含む、方法。
【請求項110】
前記基材上にカソードを作製することと、高速熱アニール処理を使用することとをさらに含む、請求項109に記載の方法。
【請求項111】
カソードを生成するステップをさらに含む、請求項109に記載の方法。
【請求項112】
アノードを生成するステップをさらに含む、請求項109に記載の方法。
【請求項113】
電流コレクタを生成するステップをさらに含む、請求項109に記載の方法。
【請求項114】
電解質を生成するステップをさらに含む、請求項109に記載の方法。
【請求項115】
前記金属箔上に絶縁材料を生成するステップをさらに含む、請求項109に記載の方法。
【請求項116】
第二電気化学素子を生成するステップをさらに含み、該第二電気化学素子は前記金属箔によってカプセル封入される、請求項109に記載の方法。
【請求項117】
前記金属箔に開口を設けるステップをさらに含む、請求項109に記載の方法。
【請求項118】
障壁層を生成するステップをさらに含む、請求項109に記載の方法。
【請求項119】
前記金属箔からリードを形成するステップをさらに含む、請求項109に記載の方法。
【請求項120】
薄膜電池を製造する方法であって、
選択的伝導性を有する結合層を生成することと、
該結合層を第一コンタクト層に連結することと、
セル構造の第一面を第二コンタクト層に連結することと、
該セル構造の第二面を該結合層に連結することと
を含む、方法。
【請求項121】
アノード、カソード、および電解質層を有するセル構造を生成することを包含する、前記セル構造を生成することをさらに含む、請求項120に記載の方法。
【請求項122】
選択的伝導性を有する結合層を生成する前記ことは、該結合層内に導体を埋め込むことをさらに含む、請求項120に記載の方法。
【請求項123】
前記導体は、タブ、ワイヤ、多線ワイヤ、ワイヤメッシュ、有孔金属、接着剤層に塗布された金属コーティング、円板、およびこれらの組合せから成る群から選定された材料を含む、請求項120に記載の方法。
【請求項124】
選択的伝導性を有する結合層を生成することは、該結合層を貫く少なくとも一つの導電ワイヤを組み込むことを含み、該導電ワイヤの選択部分は露出している、請求項120に記載の方法。
【請求項125】
選択的伝導性を有する結合層を生成することは、該結合層を加熱して前記導体を該結合層内に圧入することによって、該導体を埋め込むことを含む、請求項120に記載の方法。
【請求項126】
絶縁材料を用いて前記電池を絶縁することをさらに含む、請求項120に記載の方法。
【請求項127】
高速熱アニール処理によってアニールすることをさらに含む、請求項120に記載の方法。
【請求項128】
前記セル構造の前記第一面からリードを形成することをさらに含む、請求項120に記載の方法。
【請求項129】
前記セル構造の前記第二面からリードを形成することをさらに含む、請求項120に記載の方法。
【請求項1】
第一電気コンタクトと、
該第一電気コンタクトに連結され、かつ内蔵導体を含む結合層と、
少なくとも一つのセル構造と、
第二電気コンタクトと
を含む電池であって、
該結合層および該少なくとも一つのセル構造は、該第一コンタクト層と該第二コンタクト層との間に挟まれている、電池。
【請求項2】
前記結合層は、前記内蔵導体を介して選択的伝導性を有する、請求項1に記載の電池。
【請求項3】
前記セル構造は、前記内蔵導体を介して前記第一電気コンタクトと選択的に電気接触している、請求項1に記載の電池。
【請求項4】
前記第一電気コンタクトはカプセル封入金属をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項5】
前記第二電気コンタクトは基材をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項6】
前記結合層は、接着材料、絶縁材料、プラスチック、ガラス、KEVLAR(登録商標)、強化材料、および繊維ガラスを包含する群から選定された材料を含む、請求項1に記載の電池。
【請求項7】
前記導体は、タブ、ワイヤ、多線ワイヤ、ワイヤメッシュ、有孔金属、接着材層に塗布された金属コーティング、および円板で成る群から選定される、請求項1に記載の電池。
【請求項8】
前記導体は前記結合層内に組み込まれる、請求項1に記載の電池。
【請求項9】
前記結合層は、内部に前記内蔵導体が組み込まれるスリットを含む、請求項8に記載の電池。
【請求項10】
前記第二コンタクトは、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、および、これらの酸化物、窒化物、および合金で成る群から選定された材料を含む、請求項1に記載の電池。
【請求項11】
前記導体は、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、および、これらの酸化物、窒化物、および合金で成る群から選定された材料を含む、請求項1に記載の電池。
【請求項12】
前記第一コンタクト上に絶縁層をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項13】
前記絶縁層はプラスチックを含む、請求項12に記載の電池。
【請求項14】
前記第二コンタクト上に絶縁層をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項15】
前記絶縁層はプラスチックを含む、請求項14に記載の電池。
【請求項16】
前記セル構造は、
アノードと、
電解質と、
カソードと
を含む、請求項1に記載の電池。
【請求項17】
前記カソードはアニールされない、請求項16に記載の電池。
【請求項18】
前記カソードは、高速熱アニール処理でアニールされる、請求項16に記載の電池。
【請求項19】
前記セル構造と前記第二コンタクトとの間に障壁層をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項20】
前記第一電気コンタクトの中に接触域をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項21】
前記第一電気コンタクト中の前記接触域は、該第一電気コンタクトから延び出るリードをさらに含む、請求項20に記載の電池。
【請求項22】
前記第二電気コンタクトの中に接触域をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項23】
前記第二電気コンタクト中の前記接触域は、該第二電気コンタクトから延び出るリードをさらに含む、請求項22に記載の電池。
【請求項24】
前記第一コンタクト中に少なくとも一つの開口をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項25】
前記第一コンタクトは金属箔を含む、請求項1に記載の電池。
【請求項26】
前記第二コンタクトは金属箔を含む、請求項1に記載の電池。
【請求項27】
前記第一コンタクト中に複数の開口をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項28】
第二セル構造をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項29】
前記金属箔は、さらに、少なくとも一つの切り込み部を有する前記第二セル構造をカプセル封入し、前記第一コンタクトの一部が該切り込み部の上に伸びており、該セル構造の切り込み部分上に延びる該第一コンタクト上に電気接触タブを備える、請求項28に記載の電池。
【請求項30】
前記第一コンタクトは、前記セル構造のカソードエレメントとして作用する、請求項1に記載の電池。
【請求項31】
前記第一コンタクトは、前記セル構造のアノードエレメントとして作用する、請求項1に記載の電池。
【請求項32】
各セル構造内に少なくとも一つの切り込み部を有し、かつ少なくとも一層の金属箔が各セル構造をカプセル封入し、順に重ねて積層された複数のセル構造をさらに含む、請求項1に記載の電池。
【請求項33】
複数のセル構造をさらに含む、請求項32に記載の電池。
【請求項34】
前記第一コンタクトは前記電気化学素子上にある、請求項1に記載の電池。
【請求項35】
前記第一コンタクトはステンレス鋼を含む、請求項1に記載の電池。
【請求項36】
前記第一コンタクトの前記一部は絶縁材料でコートされる、請求項1に記載の電池。
【請求項37】
前記第一コンタクトは厚さが約100ミクロンより薄い、請求項1に記載の電池。
【請求項38】
前記第一コンタクトは厚さが約50ミクロンより薄い、請求項1に記載の電池。
【請求項39】
前記第一コンタクトは厚さが約25ミクロンより薄い、請求項1に記載の電池。
【請求項40】
第一電気コンタクトと、
結合層であって、該結合層と該第一電気コンタクトとの間を伝導する手段を含む、結合層と、
少なくとも一つのセル構造と、
第二電気コンタクトと
を含み、
該結合層および該少なくとも一つのセル構造は、該第一コンタクト層と該第二コンタクト層との間に挟まれている、電池。
【請求項41】
前記伝導手段は選択的伝導性を有する、請求項40に記載の電池。
【請求項42】
前記セル構造は、前記伝導手段を介して、前記第一電気コンタクトと選択的に電気接触する、請求項40に記載の電池。
【請求項43】
前記第一電気コンタクトはカプセル封入金属をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項44】
前記第二電気コンタクトは基材をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項45】
前記結合層は、接着材料、絶縁材料、プラスチック、ガラス、KEVLAR(登録商標)、強化材料、および繊維ガラスを包含する群から選定された材料を含む、請求項40に記載の電池。
【請求項46】
前記伝導手段は、タブ、ワイヤ、多線ワイヤ、ワイヤメッシュ、有孔金属、前記接着材層に塗布された金属コーティング、および円板で成る群から選定される、請求項40に記載の電池。
【請求項47】
前記伝導手段は前記結合層内に組み込まれる、請求項40に記載の電池。
【請求項48】
前記結合層は、前記内蔵導体が組み込まれるスリットを含む、請求項47に記載の電池。
【請求項49】
前記第二コンタクトは、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、および、これらの酸化物、窒化物、および合金で成る群から選定された材料を含む、請求項40に記載の電池。
【請求項50】
前記伝導手段は、金、白金、ステンレス鋼、チタン、ジルコニウム、コバルト、アルミニウム、インジウム、ニッケル、銅、銀、カーボン、青銅、真ちゅう、ベリリウム、および、これらの酸化物、窒化物、および合金で成る群から選定された材料を含む、請求項40に記載の電池。
【請求項51】
前記第一コンタクト上に絶縁層をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項52】
前記絶縁層はプラスチックを含む、請求項51に記載の電池。
【請求項53】
前記第二コンタクト上に絶縁層をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項54】
前記絶縁層はプラスチックを含む、請求項53に記載の電池。
【請求項55】
前記セル構造は、
アノードと、
電解質と、
カソードと
を含む、請求項40に記載の電池。
【請求項56】
前記カソードはアニールされない、請求項55に記載の電池。
【請求項57】
前記カソードは、高速熱アニール処理でアニールされる、請求項55に記載の電池。
【請求項58】
前記セル構造と前記第二コンタクトとの間に障壁層をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項59】
前記セル構造と前記第二コンタクトとの間に障壁層をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項60】
前記第一電気コンタクトの中に接触域をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項61】
前記第一電気コンタクト中の前記接触域は、該第一電気コンタクトから延び出るリードをさらに含む、請求項60に記載の電池。
【請求項62】
前記第二電気コンタクトの中に接触域をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項63】
前記第二電気コンタクト中の前記接触域は、該第二電気コンタクトから延び出るリードをさらに含む、請求項62に記載の電池。
【請求項64】
第一コンタクト中に少なくとも一つの開口をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項65】
前記第一コンタクトは金属箔を含む、請求項40に記載の電池。
【請求項66】
前記第二コンタクトは金属箔を含む、請求項40に記載の電池。
【請求項67】
前記第一コンタクトの中に複数の開口をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項68】
第二セル構造をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項69】
前記金属箔は、さらに、少なくとも一つの切り込み部を有する前記第二セル構造をカプセル封入し、前記第一コンタクトの一部が前記切り込み部の上に延び、前記セル構造の切り込み部分上に延びる前記第一コンタクト上に電気接触タブを備える、請求項68に記載の電池。
【請求項70】
前記接触タブは、前記電池から延び出るリードである、請求項69に記載の電池。
【請求項71】
前記第一コンタクトは、前記セル構造のカソードエレメントとして作用する、請求項40に記載の電池。
【請求項72】
前記第一コンタクトは、前記セル構造のアノードエレメントとして作用する、請求項40に記載の電池。
【請求項73】
各セル構造内に少なくとも一つの切り込み部を有し、かつ少なくとも一層の金属箔が各セル構造をカプセル封入し、順に重ねて積層された複数のセル構造をさらに含む、請求項40に記載の電池。
【請求項74】
複数のセル構造をさらに含む、請求項73に記載の電池。
【請求項75】
前記第一コンタクトは前記電気化学素子上にある、請求項40に記載の電池。
【請求項76】
前記第一コンタクトはステンレス鋼を含む、請求項40に記載の電池。
【請求項77】
前記第一コンタクトの一部は絶縁材料でコートされる、請求項40に記載の電池。
【請求項78】
前記第一コンタクトは厚さが約100ミクロンより薄い、請求項40に記載の電池。
【請求項79】
前記第一コンタクトは厚さが約50ミクロンより薄い、請求項40に記載の電池。
【請求項80】
前記第一コンタクトは厚さが約25ミクロンより薄い、請求項40に記載の電池。
【請求項81】
少なくとも一つの切り込み部を有する電気化学素子と、
金属箔と
を含み、
該金属箔は該電気化学素子をカプセル封入し、該金属箔の一部が該切込み部に延びており、該電気化学素子の該切り込み部分の上方に延びる該金属箔の上に電気接触タブを備える、
素子。
【請求項82】
前記接触域に穴をさらに含む、請求項81に記載の素子。
【請求項83】
前記金属箔に少なくとも一つの開口をさらに含む、請求項81に記載の素子。
【請求項84】
前記金属箔に複数の開口をさらに含む、請求項81に記載の素子。
【請求項85】
前記接触タブは前記電気化学素子から延びるリードである、請求項81に記載の素子。
【請求項86】
第二電気化学素子をさらに含む、請求項81に記載の素子。
【請求項87】
前記金属箔は、さらに、少なくとも一つの切り込み部を有する前記第二電気化学素子をカプセル封入し、該金属箔の一部が該切り込み部の上に延び、該電気化学素子の該切り込み部分の上方に延びる該金属箔上に電気接触タブを備える、請求項86の素子。
【請求項88】
前記接触タブは、前記金属箔から延びるリードである、請求項87に記載の素子。
【請求項89】
前記金属箔は、前記電気化学素子のカソードエレメントとして作用する、請求項81に記載の素子。
【請求項90】
前記金属箔は、前記電気化学素子のアノードエレメントとして作用する、請求項81に記載の素子。
【請求項91】
各電気化学素子中に少なくとも一つの切り込み部を有し、かつ少なくとも一層の金属箔が各電気化学素子をカプセル封入し、順に重ねて積層された複数の電気化学素子をさらに含む、請求項81に記載の素子。
【請求項92】
複数のセル構造をさらに含む、請求項91に記載の素子。
【請求項93】
前記電気化学素子は基材を含み、前記金属箔は伝導可能に該基材に取り付けられている、請求項81に記載の素子。
【請求項94】
前記金属箔は前記電気化学素子上にある、請求項81に記載の素子。
【請求項95】
前記金属箔はステンレス鋼を含む、請求項81に記載の素子。
【請求項96】
前記金属箔の前記一部は絶縁材料でコートされる、請求項81に記載の素子。
【請求項97】
前記金属箔は厚さが約100ミクロンより薄い、請求項81に記載の素子。
【請求項98】
前記金属箔は厚さが約50ミクロンより薄い、請求項81に記載の素子。
【請求項99】
前記金属箔は厚さが約25ミクロンより薄い、請求項81に記載の電池。
【請求項100】
前記カソードはアニールされない、請求項81に記載の素子。
【請求項101】
前記カソードは高速熱アニール処理でアニールされる、請求項81に記載の素子。
【請求項102】
薄膜電池を製造する方法であって、
選択的伝導性を有する結合層を生成することと、
該結合層を第一コンタクト層に連結することと、
セル構造の第一面を第二コンタクト層に連結することと、
該セル構造の第二面を該結合層に連結することと
を含む、方法。
【請求項103】
アノード、カソード、および電解質層を有するセル構造を生成することを包含する、前記セル構造を生成することをさらに含む、請求項102に記載の方法。
【請求項104】
前記選択的伝導性を有する結合層を生成することは、該結合層内に導体を埋め込むことをさらに含む、請求項102に記載の方法。
【請求項105】
前記導体は、タブ、ワイヤ、多線ワイヤ、ワイヤメッシュ、有孔金属、接着剤層に塗布された金属コーティング、円板、およびこれらの組合せから成る群から選定された材料を含む、請求項102に記載の方法。
【請求項106】
選択的伝導性を有する結合層を生成することは、該結合層を貫く少なくとも一つの導電ワイヤを組み込むことを含み、該導電ワイヤの選択部分は露出している、請求項102に記載の方法。
【請求項107】
選択的伝導性を有する結合層を生成することは、該結合層を加熱して前記導体を該結合層内に圧入することによって、該導体を埋め込むことを含む、請求項102に記載の方法。
【請求項108】
前記電池を絶縁材料によって絶縁することをさらに含む、請求項102に記載の方法。
【請求項109】
電気化学素子を製造する方法であって、
基材を生成すること、および
該電気化学素子に切り込み部を設けること
を包含する電気化学素子を生成することと、
該基材を金属箔カプセル封入することであって、該金属箔は、切り込み部を設ける該ステップで切り込まれた箇所の上に延び、かつ該基材に伝導可能に結合される、ことと
を含む、方法。
【請求項110】
前記基材上にカソードを作製することと、高速熱アニール処理を使用することとをさらに含む、請求項109に記載の方法。
【請求項111】
カソードを生成するステップをさらに含む、請求項109に記載の方法。
【請求項112】
アノードを生成するステップをさらに含む、請求項109に記載の方法。
【請求項113】
電流コレクタを生成するステップをさらに含む、請求項109に記載の方法。
【請求項114】
電解質を生成するステップをさらに含む、請求項109に記載の方法。
【請求項115】
前記金属箔上に絶縁材料を生成するステップをさらに含む、請求項109に記載の方法。
【請求項116】
第二電気化学素子を生成するステップをさらに含み、該第二電気化学素子は前記金属箔によってカプセル封入される、請求項109に記載の方法。
【請求項117】
前記金属箔に開口を設けるステップをさらに含む、請求項109に記載の方法。
【請求項118】
障壁層を生成するステップをさらに含む、請求項109に記載の方法。
【請求項119】
前記金属箔からリードを形成するステップをさらに含む、請求項109に記載の方法。
【請求項120】
薄膜電池を製造する方法であって、
選択的伝導性を有する結合層を生成することと、
該結合層を第一コンタクト層に連結することと、
セル構造の第一面を第二コンタクト層に連結することと、
該セル構造の第二面を該結合層に連結することと
を含む、方法。
【請求項121】
アノード、カソード、および電解質層を有するセル構造を生成することを包含する、前記セル構造を生成することをさらに含む、請求項120に記載の方法。
【請求項122】
選択的伝導性を有する結合層を生成する前記ことは、該結合層内に導体を埋め込むことをさらに含む、請求項120に記載の方法。
【請求項123】
前記導体は、タブ、ワイヤ、多線ワイヤ、ワイヤメッシュ、有孔金属、接着剤層に塗布された金属コーティング、円板、およびこれらの組合せから成る群から選定された材料を含む、請求項120に記載の方法。
【請求項124】
選択的伝導性を有する結合層を生成することは、該結合層を貫く少なくとも一つの導電ワイヤを組み込むことを含み、該導電ワイヤの選択部分は露出している、請求項120に記載の方法。
【請求項125】
選択的伝導性を有する結合層を生成することは、該結合層を加熱して前記導体を該結合層内に圧入することによって、該導体を埋め込むことを含む、請求項120に記載の方法。
【請求項126】
絶縁材料を用いて前記電池を絶縁することをさらに含む、請求項120に記載の方法。
【請求項127】
高速熱アニール処理によってアニールすることをさらに含む、請求項120に記載の方法。
【請求項128】
前記セル構造の前記第一面からリードを形成することをさらに含む、請求項120に記載の方法。
【請求項129】
前記セル構造の前記第二面からリードを形成することをさらに含む、請求項120に記載の方法。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】
【図15A】
【図15B】
【図16A】
【図16B】
【図17A】
【図17B】
【図18A】
【図18B】
【図19A】
【図19B】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図11D】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図14A】
【図14B】
【図15A】
【図15B】
【図16A】
【図16B】
【図17A】
【図17B】
【図18A】
【図18B】
【図19A】
【図19B】
【公表番号】特表2009−530776(P2009−530776A)
【公表日】平成21年8月27日(2009.8.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−500617(P2009−500617)
【出願日】平成19年3月16日(2007.3.16)
【国際出願番号】PCT/US2007/064119
【国際公開番号】WO2007/106910
【国際公開日】平成19年9月20日(2007.9.20)
【出願人】(508147728)インフィニット パワー ソリューションズ, インコーポレイテッド (14)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成21年8月27日(2009.8.27)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年3月16日(2007.3.16)
【国際出願番号】PCT/US2007/064119
【国際公開番号】WO2007/106910
【国際公開日】平成19年9月20日(2007.9.20)
【出願人】(508147728)インフィニット パワー ソリューションズ, インコーポレイテッド (14)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]