An aerosol generating device with a high energy density rechargeable power source

Abstract

There is provided an aerosol-generating system comprising a cylindrical rechargeable cell (300), the cylindrical rechargeable cell (300) comprising: a cylindrical shell (325) having a first end wall (350), a second end wall (355) and a side wall (365) between the first end wall (350) and the second end wall (355), wherein the side wall (365) has a uniform cross-section, the first end wall (350) providing a negative terminal (335) of the rechargeable cell (300); a cathode-anode unit (330) within the shell (325); a positive terminal (310) at a first end of the cylindrical shell (300) adjacent the first end wall (350); a first insulating layer (315), separating the positive terminal (310) from the first end wall (350).

Description

AN AEROSOL GENERATING DEVICE WITH A HIGH ENERGY DENSITY RECHARGEABLE POWER SOURCE

[0001] The present disclosure relates to an aerosol-generating device having a rechargeable power source. In particular, it relates to a handheld or portable aerosol-generating device having a rechargeable cell with a high energy density.

[0002] A typical handheld aerosol-generating system is a two-part system comprising an aerosol-generating device and an aerosol-generating article or cartridge, which comprises an aerosol-generating substrate. Alternatively, the system may be a one-piece system, in which an aerosol-generating substrate is included as part of an aerosol-generating device. An aerosol-generating system may also comprise an electrically powered companion device, such as charging case or a charger, for use with the aerosol-generating system.

[0003] The aerosol-generating device typically comprises a power source in the form of a rechargeable battery, control electronics and an electric heating element, powered by the rechargeable battery, for heating the aerosol-generating substrate.

[0004] In such portable aerosol-generating devices, the size of the battery is a significant factor in the overall size of the system. In order that sufficient energy can be supplied for one or more sessions of use of the system before recharging is required, the battery often takes up more than half of the internal volume of the system. It would be desirable to maximise the energy density of the rechargeable battery so that the required energy for operating the device can be provided in as small a battery as possible.

[0005] According to this disclosure, there is provided a cylindrical rechargeable cell for an aerosol-generating system. The cylindrical rechargeable cell may comprise a cylindrical shell having a first end wall, a second end wall and a side wall between the first end wall and the second end wall. The sidewall may have a uniform cross-section between the first end wall and the second end wall. The first end wall may provide a negative terminal of the cylindrical rechargeable cell. The cylindrical rechargeable cell may comprise a cathode-anode unit within the cylindrical shell. The cylindrical rechargeable cell may comprise a positive terminal at a first end wall. The cylindrical rechargeable cell may comprise a first insulating layer, separating the positive terminal from the first end wall.

[0006] Thus, according to a first aspect of this disclosure, an aerosol-generating system comprising a cylindrical rechargeable cell, the cylindrical rechargeable cell comprising: a cylindrical shell having a first end wall, a second end wall and a side wall between the first end wall and the second end wall, wherein the side wall has a uniform cross-section between the first end wall and the second end wall, the first end wall providing a negative terminal of the rechargeable cell; a cathode-anode unit within the shell; a positive terminal at a first end of the cylindrical shell adjacent to the first end wall; and a first insulating layer, separating the positive terminal from the first end wall.

[0007] Advantageously, the capacity of the cylindrical rechargeable cell is increased for a given cell volume and aspect ratio compared with prior rechargeable cell designs. The cathode-anode unit may be cylindrical. An external diameter of the cathode-anode unit may match an internal diameter of the shell. With a design in accordance with the present disclosure, the cathode anode-unit is retained with in the shell, with minimal dead space within the shell. Dead space in this context refers to space within the shell that is not use for energy storage. In particular, the absence of a narrowed section of the shell to secure the cathode-anode unit reduces dead space.

[0008] Advantageously, the cylindrical rechargeable cell may be able to receive a higher charge current than prior rechargeable cells of the same volume. This means that the aerosol-generating system can be charged in a shorter amount of time.

[0009] As used herein, the terms cell and battery are used interchangeably.

[0010] The cylindrical rechargeable cell may comprise a second insulating layer at least partially within the cylindrical shell and separating the cathode-anode unit from the first end wall of the shell. Advantageously, the second insulating layer reduce the likelihood of a short circuit occurring.

[0011] The second insulating layer may separate the shell from the positive terminal. This may reduce the likelihood of a short circuit occurring.

[0012] The second insulating layer may be in contact with an internal surface of the first end wall.

[0013] The second insulating layer may be substantially planar. The second insulating layer may comprise a first portion and a second portion. The first portion may be parallel to the first end wall. The second portion may be parallel to the side wall. The second portion may be adjacent to the positive terminal. The first portion may separate the cathode-anode unit from the first end wall and the second portion may separate the positive terminal from the first end wall. The second insulating layer may contact the first insulating layer. The second insulating layer may be disc shaped. The second insulating layer may be substantially annular. The second insulating layer may be formed from an insulating material. The second insulating layer may be formed from a plastics material.

[0014] The first insulating layer may be outside the shell. The first insulating layer may have a first face in contact with an external surface of the first end wall. The first insulating layer may have a second face in contact with the positive terminal. An inner portion of the second face may be in contact with and covered by the positive terminal. An outer portion of the second face may be exposed.

[0015] The first insulating layer may be annular with a central opening through which a portion of the positive terminal extends. The first insulating layer may have a central opening through which the positive terminal extends. The positive terminal may extend through the central opening of the first insulating layer so that an exposed surface of the positive terminal and an exposed surface of the first insulating layer are coplanar. The positive terminal may extend beyond an the exposed surface of the first insulting layer.

[0016] The first insulating layer may be substantially planar. The first insulating layer may be disc shaped.

[0017] The first insulating layer may be coplanar with the positive terminal. An external surface of the first insulating layer may be coplanar with an external surface of the positive terminal. The first insulating layer may be formed from an insulating material. The first insulating layer may be formed from a plastics material.

[0018] The first insulating layer may be integrally formed with the second insulating layer.

[0019] The cathode-anode unit may be retained between the second end wall and the second insulating layer. Advantageously, the cathode-anode may be simply retained by the second end wall and the second insulating layer. This reduces the mechanical complexity of the cylindrical rechargeable battery. Advantageously, this configuration may mean that the sidewall of the shell is not required to be shaped specifically to retain the cathode-anode unit. This may in turn make the manufacturing process of the cylindrical rechargeable cell less complicated.

[0020] The cylindrical shell may be a right circular cylinder.

[0021] The first end wall may be welded to the side wall. The first end wall may be welded to the side wall using arc welding, resistance welding, friction welding, laser beam welding, or any other suitable form of welding.

[0022] The first end wall may be annular. The first end wall may have a central opening through which the positive terminal extends. The first end wall may have a central opening through which the positive terminal partially extends. The positive terminal may extend through the central opening of the first end wall so that an exposed surface of the positive terminal and an exposed surface of the first end wall are coplanar. The positive terminal may extend beyond an exposed surface of the first end wall.

[0023] The cylindrical rechargeable cell may comprise a vent formed in the second end wall or the side wall of the shell. The vent may be a weakened point formed in the second end wall or the side wall of the shell. The vent may be a series of weakened points in the second end wall or the side wall of the shell. Advantageously, the vent may assist in release of one or more of gases and liquids from the cylindrical rechargeable cell. A vent reduces the internal pressure inside the battery, allowing one or more of gases and liquids to discharge from the battery. For example, a vent may be a weakened point in the second end wall of the shell which is mechanically frangible when a force of a certain magnitude is imposed on it. This force could be produced from a rise in internal pressure within the cell. The vent opens under this force, allowing liquid and gas to escape. In this way, a vent may enhance the overall safety of the aerosol-generating system.

[0024] The series of weakened points may be arranged circumferentially around the side wall of the shell. The series of weakened points may be arranged in a circle on the second end wall of the shell. Advantageously, the series of weakened points being arranged in a circular fashion may promote equal material and pressure release from the cell.

[0025] The vent may be formed by mechanical stamping. The vent may be formed by laser cutting.

[0026] The cylindrical rechargeable cell may comprise a positive tab connecting the cathode of the cathode-anode unit to the positive terminal. The positive tab may be located at a first end of the cathode-anode unit. The first end of the cathode-anode unit may be adjacent to the first end wall. The positive tab may be electrically isolated from the first end wall. The positive tab may be electrically isolated from the shell. The positive tab may contact the second insulating layer.

[0027] As used herein, a component that is “electrically isolated” from another is a component that is not in direct physical contact with another component and not in contact through an electrical conductor, so direct charge transfer is mitigated.

[0028] The cylindrical rechargeable cell may comprise a negative tab connecting the anode of the cathode-anode unit to the negative terminal. The negative tab may be located at a second end of the cathode-anode unit. The second end of the cathode-anode unit may be adjacent to the second end wall.

[0029] A portion of the first end wall of the shell may be exposed to provide a negative terminal connection surface. The first end wall may be electrically connected to the second end wall. The sidewall may electrically connect the first end wall and the second end wall.

[0030] Preferably, the cathode-anode unit comprises a jelly roll or Swiss roll design. A jelly roll may be formed by laying down an insulating sheet, then placing an anode layer on top of the insulating sheet, then placing a separating layer on top of the anode layer, then placing a cathode layer on top of the separating layer to form a stack of layers. The stack of layers are then rolled into a cylinder shape to form a plurality of windings. The cathode and anode of the cathode-anode unit may be wound around a longitudinal axis to form the jelly roll. The jelly roll may have a cylindrical shape.

[0031] The plurality of windings may have a height of in between 11 millimetres and 110 millimetres, preferably in between 25 millimetres to 45 millimetres, in particular in between 37 millimetres to 39 millimetres.

[0032] The plurality of windings may have a diameter of 5 millimetres to 20 millimetres, in particular in between 8 millimetres to 13 millimetres, in particular less than 10.5 millimetres.

[0033] The aerosol-generating system may comprise a protection circuit module (PCM) . The PCM may monitor the cell’s voltage, current, and temperature. The PCM may be configured to disconnect the load from the battery if short-circuit or over-discharge conditions occur. Advantageously, this may prevent damage to electrical components of the aerosol-generating system, which may overheat when an excess current passes through them. For example, the PCM may be configured to detect whether the current from the cell exceeds a pre-determined threshold. If the current passes the pre-determined threshold, the PCM may disconnect the cell from the circuit.

[0034] The PCM may be configured to control part of the charging process of the cylindrical rechargeable cell. The PCM may be configured to detect if the voltage entering the cell exceeds a pre-determined threshold. If the voltage entering the cell exceeds a pre-determined threshold, the PCM may interrupt the charging current, for example, by increasing resistance or disconnecting the cell from the circuit. Advantageously, this increases the safety of the aerosol-generating system because there is a lower risk of the cell overheating during charging. Advantageously, cell overcharging is mitigated. This may increase the life of the aerosol-generating system.

[0035] The aerosol-generating system may, in addition, or alternatively, comprise a printed circuit board assembly.

[0036] The PCM may be connected to the positive terminal and the negative terminal of the cylindrical rechargeable cell. The positive terminal may be arranged adjacent to the negative terminal. Advantageously, this may allow for a compact construction. For example, the positive terminal may extend through a central portion of an annular negative terminal and be separate from it by the first and / or second insulating layer. Since both the positive terminal and the negative terminal are proximate to one another, a small and compact PCM can be used to connect to both terminals. In particular, there is no need for a connector to extend the length of the cell outside of the sidewall of the shell to connect to the negative terminal. This can allow for a reduced overall diameter of the battery assembly comprising the rechargeable cell and the PCM when compared to prior designs.

[0037] The PCM may comprise a protective circuit, a positive connection tab, a negative connection tab and a tab insulator separating the positive connection tab from the negative connection tab. The positive connection tab is connected to the positive terminal of the cell and the negative connection tab is connected to the negative terminal of the cell. The negative connection tab may be connected to the first end wall of the shell. The positive tab may have a shape corresponding to the shape of the positive terminal of the rechargeable cell. The protective circuit may comprise a circuit board. The circuit board may have a shape corresponding to the shape of the first end wall of the rechargeable cell. The positive tab may connect to a central connector of the protective circuit. The negative connection tab may have a shape corresponding to all or part of the negative terminal of the rechargeable cell. For example, the negative terminal may have a shape corresponding to a part of an annular negative terminal. The negative connection tab may connect to a peripheral connector of the protective circuit. The tab insulator may cover a portion of the negative terminal of the rechargeable cell that is not covered by the negative connection tab. The positive connection tab may extend through a central connection slot in the circuit board. The negative connection tab may extend through a peripheral connection slot in the circuit board.

[0038] The cylindrical rechargeable cell may be a Lithium Ion cell.

[0039] The aerosol-generating system may comprises an aerosol-generating device and / or a companion device, such as a charger. The aerosol-generating device or companion device may comprise a cylindrical rechargeable cell in accordance with the disclosure.

[0040] For the purpose of the present description and of the appended claims, except where otherwise indicated, all numbers expressing amounts, quantities, percentages, and so forth, are to be understood as being modified in all instances by the term "about" . Also, all ranges include the maximum and minimum points disclosed and include any intermediate ranges therein, which may or may not be specifically enumerated herein. In this context, therefore, a number A is understood as A ± 10%of A. Within this context, a number A may be considered to include numerical values that are within general standard error for the measurement of the property that the number A modifies. The number A, in some instances as used in the appended claims, may deviate by the percentages enumerated above provided that the amount by which A deviates does not materially affect the basic and novel characteristics of the claimed invention. Also, all ranges include the maximum and minimum points disclosed and include any intermediate ranges therein, which may or may not be specifically enumerated herein.

[0041] The invention is defined in the claims. However, below there is provided a non-exhaustive list of non-limiting examples. Any one or more of the features of these examples may be combined with any one or more features of another example, embodiment, or aspect described herein.

[0042] Example Ex1: An aerosol-generating system comprising a cylindrical rechargeable cell, the cylindrical rechargeable cell comprising:

[0043] a cylindrical shell having a first end wall, a second end wall and a side wall between the first end wall and the second end wall, wherein the side wall has a constant cross-section, the first end wall providing a negative terminal of the rechargeable cell;

[0044] a cathode-anode unit within the shell;

[0045] a positive terminal at a first end of the cylindrical shell adjacent the first end wall;

[0046] a first insulating layer, separating the positive terminal from the first end wall.

[0047] Example Ex2: An aerosol-generating system according to Example Ex1, wherein the cylindrical rechargeable shell comprises a second insulating layer at least partially within the shell and separating the cathode-anode unit from the first end wall of the shell.

[0048] Example Ex3: An aerosol-generating system according to Example Ex2, wherein the second insulating layer separates the shell from the positive terminal.

[0049] Example Ex4: An aerosol-generating system according to Example Ex2 or Ex3, wherein the cathode-anode unit is retained between the second end wall and the second insulating layer.

[0050] Example Ex5: An aerosol-generating system according to Example Ex2, Ex3 or Ex4, wherein the second insulating layer is in contact with the internal surface of the first end wall.

[0051] Example Ex6: An aerosol-generating system according to any preceding Example, wherein first insulating layer is annular with a central opening through which a portion of the positive terminal extends and has a first face in contact with the external surface of the first end wall and a second face in contact with the positive terminal.

[0052] Example Ex7: An aerosol-generating system according to any preceding example, wherein the positive terminal extends through the opening of the first end wall so that an exposed surface of the positive terminal and an exposed surface of the first end wall are coplanar.

[0053] Example Ex8: An aerosol-generating system according to any preceding example, wherein the cathode-anode unit is cylindrical.

[0054] Example Ex9: An aerosol-generating system according to Example Ex8, wherein an external diameter of the cathode-anode unit matches an internal diameter of the shell.

[0055] Example Ex10: An aerosol-generating system according to any one of Examples Ex2 to Ex9, wherein the second insulating layer is substantially planar.

[0056] Example Ex11: An aerosol-generating system according to any one of Examples Ex2 to Ex10, wherein the second insulating layer comprises a first portion parallel to the first end wall, and a second portion parallel to the side wall.

[0057] Example Ex12: An aerosol-generating system according to any one of Examples Ex2 to Ex11, wherein the second insulating layer is substantially annular.

[0058] Example Ex13: An aerosol-generating system according to any preceding Example, wherein the first layer is outside the shell.

[0059] Example Ex14: An aerosol-generating system according to any preceding Example, wherein the first insulating layer is substantially planar.

[0060] Example Ex15: An aerosol-generating system according to any preceding Example, wherein the first insulating layer is substantially annular.

[0061] Example Ex16: An aerosol-generating system according to any preceding Example, wherein the first insulating layer comprises a first face in contact with an external surface of the first end wall and a second surface in contact with the positive terminal.

[0062] Example Ex17: An aerosol-generating system according to any one of Examples Ex2 to Ex16, wherein the first insulating layer is integrally formed with the second insulating layer.

[0063] Example Ex18: An aerosol-generating system according to any preceding Example, wherein the cylindrical shell is a right circular cylinder.

[0064] Example Ex19: An aerosol-generating system according to any one of Examples Ex6 to Ex17, wherein an inner portion of the second face is in contact with and covered by the positive terminal and an outer portion of the second face is exposed.

[0065] Example Ex20: An aerosol-generating system according to any preceding Example, wherein the first end wall is welded to the side wall.

[0066] Example Ex21: An aerosol-generating system according to any preceding Example, wherein the first end wall has a central opening through which the positive terminal extends.

[0067] Example Ex22: An aerosol-generating system according to any preceding Example, comprising a vent formed in the second end wall or the side wall of the shell.

[0068] Example Ex23: An aerosol-generating system according to Example Ex22, wherein the vent is a weakened point or a series of weakened points formed in the second wall or side wall of the shell.

[0069] Example Ex24: An aerosol-generating system according to any preceding Example, comprising a positive tab connecting the cathode of the cathode-anode unit to the positive terminal.

[0070] Example Ex25: An aerosol-generating system according to Example Ex24, wherein the positive tab is located at the first end of the cathode anode unit.

[0071] Example Ex26: An aerosol-generating system according to any preceding Example, comprising a negative tab connecting the anode of the cathode-anode unit to the positive terminal.

[0072] Example Ex27: An aerosol-generating system according to Example Ex25, wherein the negative tab is located at the second end of the cathode anode unit.

[0073] Example Ex28: An aerosol-generating system according to any one of the preceding Examples wherein the cathode anode unit comprises a jelly roll.

[0074] Example Ex29: An aerosol-generating system according to any one of the preceding Examples, wherein a portion of the first end wall of the shell is exposed to provide a negative terminal connection surface.

[0075] Example Ex30: An aerosol-generating system according to any one of the preceding Examples, further comprising a protection circuit module connected to the positive terminal and the negative terminal of the cell.

[0076] Example Ex31: An aerosol-generating system according to Example Ex30, wherein the protection circuit module comprises a protective circuit, a positive connection tab, a negative connection tab and a tab insulator separating the positive connection tab from the negative connection tab, wherein the positive connection tab is connected to the positive terminal of the cell and the negative connection tab is connected to the negative terminal of the cell.

[0077] Example Ex32: An aerosol-generating system according to Example Ex31, wherein the negative connection tab is connected to the first end wall of the shell.

[0078] Example Ex33: An aerosol-generating system according to either Example Ex31 or Ex32, wherein the positive tab has a shape corresponding to the shape of the positive terminal.

[0079] Example Ex34: An aerosol-generating system according to any one of Examples Ex31 to Ex33, wherein the negative connection tab has a shape corresponding to all or part of the negative terminal.

[0080] Example Ex35: An aerosol-generating system according to any one of Examples Ex31 to Ex34, wherein the protective circuit comprises a circuit board having a shape corresponding to the shape of the first end wall.

[0081] Example Ex36: An aerosol-generating system according to any one of Examples Ex31 to Ex35, wherein the negative connection tab connects to a peripheral connector of the protective circuit.

[0082] Example Ex37: An aerosol-generating system according to any one of Examples Ex31 to Ex36, wherein the positive connection tab connects to a central connector of the protective circuit.

[0083] Example Ex38: An aerosol-generating system according to any one of Examples Ex31 to Ex37, wherein the protection circuit module further comprises a tab insulator configured to cover a portion of the negative terminal that is not covered by the negative connection tab.

[0084] Example Ex39: An aerosol-generating system according to any one of the preceding Examples, wherein the rechargeable cell is a Lithium Ion cell.

[0085] Example Ex40: An aerosol-generating system according to any one of the preceding Examples, wherein the system comprises an aerosol-generating device and / or a companion device, such as a charger, the aerosol-generating device or companion device comprising the cylindrical rechargeable cell.

[0086] Embodiments of the disclosure will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, in which:

[0087] Figure 1 is a schematic illustration of an aerosol-generating system in accordance with an embodiment the present disclosure;

[0088] Figure 2 is a schematic illustration of an existing rechargeable cell for an aerosol-generating device;

[0089] Figure 3 is a schematic exploded view of an existing protection circuit module assembly with the existing rechargeable cell of Figure 2;

[0090] Figure 4 is a schematic illustration of a cylindrical rechargeable cell according to the present disclosure;

[0091] Figure 5 is a schematic exploded view of a protection circuit module assembly with the cylindrical rechargeable cell from Figure 4;

[0092] Figure 6 is a schematic illustration of a rechargeable cell vent; and

[0093] Figure 7 is a schematic illustration of another embodiment of a cylindrical rechargeable cell according to the present disclosure.

[0094] Figure 1 is a schematic illustration of an aerosol-generating system 10 in accordance with an embodiment of the present disclosure The aerosol-generating system 10 comprises an aerosol-generating device 100 and an aerosol-generating article 150.

[0095] The aerosol-generating device 100 is configured to receive the aerosol-generating article 150 in cavity 113. The aerosol-generating device 100 includes an aerosol-generating element 119 that heats or otherwise atomises a portion of the aerosol-generating article 150 to generate an aerosol for inhalation through a mouthpiece of the aerosol-generating article. The aerosol-generating element is powered by a rechargeable cell or battery 107 within the aerosol-generating device.

[0096] The aerosol-generating device 100 comprises a housing 101 having a proximal portion 103 and a body portion 105. The aerosol-generating device 100 extends along a longitudinal axis between a proximal end 131 and a distal end 132.

[0097] In the body portion 105, there is provided the battery 107, in the form of a cylindrical rechargeable cell 107, a protection circuit module (PCM) 137 and control circuitry 109.

[0098] In the proximate portion 103, there is provided the substrate-receiving cavity 113 configured to receive at least a portion of the aerosol-generating article 150. The substrate-receiving cavity 113 extends in the longitudinal direction from the proximal end 131 of the aerosol-generating device 100. The aerosol-generating device 103 comprises an aerosol-generating element 119, in the form of a rod, which extends longitudinally through the substrate receiving cavity 113, from a cavity base 161. The aerosol-generating element 119 is a resistive heating element 119 configured to penetrate a substrate inside the aerosol-generating article 150 when it is at least partially received in the substrate receiving cavity 113. In other embodiments, the aerosol-generating element could be a tubular resistive heating element arranged circumferentially around an inner wall of the substrate receiving cavity. In other embodiments, the aerosol-generating element could be inductor coils which inductively head a susceptor which forms part of the device, located in the cavity or as part of the article, located amongst the rod of substrate.

[0099] The aerosol-generating element 119 is connected to control circuity 109 via electrical connections (not shown) . The battery 107 is electrically connected to the aerosol-generating element 119 to supply power to the aerosol-generating element 119.

[0100] The housing 101 defines an airflow passage, extending from an air inlet 123 to an air outlet 125. The air inlet 123 is located on a side portion of the housing 101. The air outlet 125 is located at the proximal end 131 of the aerosol-generating device 100. The air outlet 125 has a diameter substantially equal to the diameter of the aerosol-generating article 150 –the air outlet diameter has been widened in Figure 1 to better illustrate the substrate receiving cavity 113. The housing 101 comprises an aerosol-generating chamber 127. At least a portion of the aerosol-generating chamber 127 is defined by the substrate-receiving cavity 113. Part of the airflow passage extends through the aerosol-generating chamber 127 and is in fluid communication with the aerosol-generating article 150 when it is at least partially received in the substrate receiving cavity 150. The aerosol-generating article 150 defines at least a portion of the airflow path when it is received in the substrate receiving cavity 113. When the aerosol-generating article 150 is received in the substrate receiving cavity 113, at least a portion of the aerosol-generating article 150 extends out from the aerosol-generating device 100 and may be drawn on by a user in a similar way to a conventional cigarette.

[0101] Many aerosol-generating articles could be used in this system. However, a brief overview of the article 150 of this embodiment is described below.

[0102] The article 250 comprises: a front plug 151 at an upstream end of the article, a rod of an aerosol-generating substrate 152 abutting a downstream end of the front plug 151, a support element 154 abutting a downstream end of the rod of aerosol-generating substrate 152, an aerosol-cooling element 155 abutting a downstream end of the support element 154, and a mouthpiece element 156 at a downstream end of the article 150 and abutting the downstream end of the aerosol-cooling element 155, all circumscribed by a paper wrapper 157 of the article 150.

[0103] The front plug 151 is a cylindrical plug of cellulose acetate with a length of about 5 millimetres, an external diameter of about 7.25 millimetres, and a resistance to draw of about 30 millimetres H2O.

[0104] The rod of aerosol-generating substrate 152 has an external diameter of about 7.25 millimetres and a length of about 12 millimetres. The aerosol-generating substrate 152 in this embodiment comprises, on a dry weight basis, around 76 weight percent tobacco, around 18 weight percent glycerin, around 4 weight percent cellulose fibres, and around 2 weight percent guar gum. The rod of substrate 152 is made using a conventional process comprising forming a slurry with the substrate ingredients and water, casting the slurry, drying the slurry to form a sheet, gathering the sheet to form a long rod, then cutting the long rod to provide the rod of substrate 152.

[0105] The support element 254 is a hollow cylindrical tube of cellulose acetate and does not substantially contribute to the overall resistance to draw of the article. In other words, the resistance to draw of the support element 154 is substantially 0 millimetres H2O. The support element 154 has a length of about 8 millimetres, an external diameter of about 7.25 millimetres, and an internal diameter of about 1.9 millimetres.

[0106] The aerosol-cooling element 155 is a hollow cylindrical tube of cellulose acetate and does not substantially contribute to the overall resistance to draw of the article. In other words, the resistance to draw of the support element is substantially 0 millimetres H2O. The aerosol-cooling element 155 has a length of about 8 millimetres, an external diameter of about 7.25 millimetres, and an internal diameter of about 3.25 millimetres.

[0107] The mouthpiece element 156 is a cylindrical plug of low-density cellulose acetate with a length of about 12 millimetres and an external diameter of about 7.25 millimetres. The resistance to draw of the mouthpiece element 156 is about 12 millimetres H2O.

[0108] In use, the user puffs on the aerosol-generating article 150 when the aerosol-generating article 150 is at least partially received in the substrate receiving cavity 113, and ambient air is drawn through the air inlet 123. The puff is detected or sensed by the puff sensor 111, which sends a signal to the controller 110, via the control circuitry 109. The battery 107 supplies an alternating current to the aerosol-generating element 119, which resistively heats, thereby heating the aerosol-generating substrate 152 in close thermal contact with the aerosol-generating element 119. At least a portion of the aerosol-generating substrate 152 is vaporized to create a vapour. The vapour is entrained by air travelling in the airflow path and condenses to form an inhalable aerosol.

[0109] The controller 110 is programmable and has embedded software or firmware to control the power supplied to the aerosol-generating element 119. This affects the temperature profile of the susceptor element 153. This, in turn, affects the amount of aerosol produced.

[0110] The PCM 137 is connected to the battery 107. The PCM 137 is configured to monitor the battery 107 voltage, current, and temperature. An exemplary PCM 137 will be described in further detail in the description of Figure 5.

[0111] Figure 2 shows a schematic illustration of a known rechargeable cell 200 for an aerosol-generating device. The rechargeable cell 200 comprises a shell 225 which defines an internal space for a cathode-anode unit 230 and a cap 270.

[0112] The shell 225 comprises a first end wall 250, a second end wall 255 and a side wall 265 extending between the first end wall 250 and the second end wall 255. The shell 225 extends in a longitudinal direction between the first end wall 250 and the second end wall 255The shell 225 defines an open space into which the cathode-anode unit 230 is inserted. The first end wall 250 is annular with a central opening through which the cap 270 extends. The portion of the cap 270 which extends through the annular gap of the first end wall 250 comprises an external cap face 275. The external cap face 275 is raised from the first end wall 250 and extends in a plane parallel to the first end wall 250.

[0113] The cathode-anode unit 230 is in the form of a jelly roll 230. The jelly roll 230 is formed from an insulating sheet, an anode material, a separator layer, and a cathode material layered on each other respectively, the layers are then rolled to form a cylindrical shape. The cathode-anode unit 230 may comprise any suitable rechargeable battery material, for example, nickel-cadmium, nickel-metal hydride, and lithium ion.

[0114] A negative tab 260 is connected to the anode of the jelly roll 230. The negative tab 260 extends from the anode of the jelly roll 230 and connects to the second end wall 255. The negative tab 260 is connected to the second end wall 255 by any suitable means to form an electrical connection, for example welding. The second end wall 255 is the negative terminal 235 of the rechargeable cell 200. The negative tab 260 is formed from copper.

[0115] A positive tab 220 is connected to the cathode of the jelly roll 230. The positive tab 220 extends from the cathode of the jelly roll 230 and connects to the cap 270. The positive tab 220 is connected to the cap 270 by any suitable means to form an electrical connection, for example welding. The external cap face 275, which forms part of the cap 270, is the positive terminal 210 of the rechargeable cell 200. The positive tab 220 is formed from aluminium.

[0116] The cap 270 is retained in a first insulator 215. The first insulator 215 is formed from a plastic which is moulded around the portion of the cap 270 located inside the shell 225. The first insulator 215 is configured to separate the cap 270 from the shell 225. The negative terminal 235 is the second end wall 255 of the shell 225. The first end wall 250 is electrically connected to the second end wall 235 of the shell 225 through the side wall 265. The first end wall is 250 is adjacent to the positive terminal 210 of the cap 270, so to mitigate short-circuit conditions, the first insulator 215 separates the cap 270 from the shell 225.

[0117] The side wall 265 of the shell 225 comprises an indent 245 located between the jelly-roll 230 and the cap 270 in the longitudinal direction. When the jelly roll 230 is loaded into the shell 225, the side wall 265 of the shell 225 is indented to secure the position of the jelly-roll 230. The indent 245 result in a dead space inside the shell 225 that adds to the overall volume of the cell without adding to energy storage capacity.

[0118] A second insulator 240 is located between and configured to separate the cathode-anode unit 230 and the indented shell 245. This is to mitigate short-circuit conditions. The rechargeable cell 200 is configured so only the positive tab 220 and negative tab 260 carry charge from the cathode-anode unit 230. The first insulator 215 and second insulator 240 are generally configured to prevent other components of the rechargeable cell 200 from shorting the circuit.

[0119] Figure 3 shows a schematic exploded view of an existing protection circuit module assembly 290 with the existing rechargeable cell 200 of Figure 2. The protection circuit module assembly 290 comprises a protection circuit module (PCM) 281. The PCM 281 is configured to form part of a circuit with the rechargeable cell 200. The PCM 281 comprises a positive connecting portion 285a and a negative connecting portion 286a.

[0120] An end wall insulator 280 is located between the rechargeable cell 200 and the PCM 281. The end wall insulator 280 is annular and approximates the shape of the exposed portion of first end wall 250. The end wall insulator is configured to be layered on top of the first end wall 250 so only the positive terminal 250 is exposed. The end wall insulator has a thickness approximately equal to the distance in which the positive terminal 210 extends from the first end face 250 of the shell 225.

[0121] A positive connector 283 is layered on top of the end wall insulator 280 and contacts the positive terminal 210. The positive connector 283 is folded so it has two layers. The positive connector 283 comprises an electrically conductive material. A portion of the first positive connector layer 287 abuts the positive terminal 210. The second layer of the positive connector 285 is comprised of a second positive connector portion 285 configured to contact the positive connecting portion 285a of the PCM 281. The PCM 281 is configured to be retained between the first positive connector layer 287 and the second positive connector layer 285.

[0122] A negative connector 284 extends in the longitudinal direction, and is approximately the same length as the rechargeable cell 200. The negative connector 284 comprises a first negative connector portion 286 and a second negative connector portion 288 located at either end. The second negative connector portion 288 is configured to connect to the negative terminal 235, which is the second end wall 255 of the rechargeable cell 200. The second negative connector portion 286 is configured to connect to the negative connecting portion 286a of the PCM 281. The second negative connector portion 286 connects to the same side of the PCM 281 as the second positive connector layer 285, that is, the opposite side to the first positive connector layer 287.

[0123] A PCM insulator 282 is covers the side of the PCM 281 where the second positive connector layer 285 and the second negative connector 286 contact their respective connecting portions 285a, 286a. The PCM insulator 282 comprises barley paper.

[0124] The PCM insulator 282, the PCM 281, and the end wall insulator 280 all have a diameter equal to, or substantially equal to the diameter of the first end wall 250.

[0125] The rechargeable cell 200 is housed in an electrically insulating sleeve (not shown in Figure 3) . The negative connector 284 is arranged outside of the sleeve. The protection circuit module connection forms a combined unit 295 when combined with the rechargeable cell 200 and the sleeve. This increases the overall diameter of the combined unit 295 compared with the diameter of the rechargeable cell and sleeve alone.

[0126] Figure 4 shows a schematic illustration of a cylindrical rechargeable cell 300 according to the present disclosure. The cylindrical rechargeable cell 300 comprises a shell 325 defining an internal space in which a cathode-anode unit 330 is received. The cylindrical rechargeable cell 300 further comprises a cap 370 that is electrically connected to the cathode-anode 330.

[0127] The shell 325 comprises a first end wall 350, a second end wall 355 and a side wall 365 extending between the first end wall 350 and the second end wall 355. The diameter of the first end wall 350 is equal to the diameter of the second end wall 355. The first end wall 350 and the second end wall 355 have a diameter of around 11.43 millimetres. The first end wall 350 and the second end wall 355 and the side wall 365 have a thickness of around 0.2 millimetres. The shell 325 extends in a longitudinal direction with a uniform cross-section between the first end wall 350 and the second wall 355. The shell 325 defines an open space into which the cathode-anode unit 330 is inserted. In contrast to the rechargeable cell 200 in Figure 3, the cylindrical rechargeable cell 300 of Figure 4 is free from any indentation to the sidewall 325. Therefore, the cylindrical rechargeable cell 300 has less dead space that the cell illustrated in Figure 2. The shell 325 is formed from an electrically conductive metal, for example, aluminium or steel. The first end wall 350 and the second end wall 355 are welded to the side wall 365. This means that the first end wall 350, the second end wall 355, and the side wall 365 can provide an electrically conductive flow path. The shell 325 comprises 316 stainless steel SU316L 1 / 2H. The shell 325 is around 39.6 millimetres in length.

[0128] The first wall 350 is annular with a central opening through which the cap 370 extends. The portion of the cap 370 which extends through the annular gap of the first end wall 350 comprises an external cap face 375. The external cap face 375 is raised from the first end wall 350 and extends in a plane parallel to the first end wall 350. The cap 370 comprises aluminium alloy AL 6063. The external cap face 375 has a diameter of around 4.4 millimetres. The cap 370 has a height of around 1.4 millimetres.

[0129] The cathode-anode unit 330 is in the form of a jelly roll 330. The jelly roll 330 is formed from an insulating sheet, an anode material, a separator layer, and a cathode material layered on each other to form a stack. The stack is then rolled to form a cylindrical shape. A cylindrical gap 305 is occupies the centre of the jelly roll 330. The cylindrical gap 305 is the space not taken up along the central axis once the jelly roll 330 is rolled. The cathode-anode unit 330 may be of any suitable rechargeable battery type, for example, nickel-cadmium, nickel-metal hydride, and lithium ion. The jelly roll 330 has a height of around 37.5 millimetres. The jelly roll has a diameter of around 11.0 millimetres.

[0130] A negative tab 360 is connected to the anode of the jelly roll 330. The negative tab 360 extends from the anode of the jelly roll 330 and connects to the second end wall 355. The negative tab 360 is connected to the second end wall 355 by any suitable means to form an electrical connection, for example welding. The second end wall 355 is electrically connected to the first end wall 350 through the side wall. The first end wall 350 acts as the negative terminal 335 of the cylindrical rechargeable battery 300. The negative tab 360 is formed from nickel.

[0131] The positive tab 320 is connected to the cathode of the jelly roll 330. The positive tab 320 extends from the cathode of the jelly roll 330 and connects to the cap 370. The positive tab 320 is connected to the cap 370 by any suitable means to from an electrical connection with the cap 370; for example welding. The external cap face 375, which forms part of the cap 370, is the positive terminal 310 of the rechargeable cell 300. The positive tab 320 is formed from aluminium or an aluminium nickel alloy.

[0132] The cap 370 is separated from the first end wall 350 by a first insulating layer 315. The first insulating layer 315 is annular in shape, allowing a portion of the cap 370 to extend through a central opening. The first insulating layer 315 is located outside of the shell 325. A portion of the first insulating layer 315 is in contact with an external surface of the first end wall 350. The first end wall 350 acts as the negative terminal 335, so the first insulating layer 315 is configured to mitigate short-circuit conditions. The first insulating layer 315 comprises polyvinylidene fluoride or polyvinylidene difluoride.

[0133] A second insulating layer 340 is located between, and configured to separate the cathode-anode unit 330 and the first end wall 350. The first end wall 350 acts as the negative terminal 335, so the second insulating layer 340 is configured to mitigate short-circuit conditions. The second insulating layer 340 is planar and abuts both the cathode-anode unit 330 and an internal side of the first end wall 350. This abutment stabilises the position of the cathode-anode unit 330. The second insulating layer 340 comprises polyvinylidene fluoride or polyvinylidene difluoride.

[0134] The rechargeable cell 300 is configured so only the positive tab 320 and negative tab 360 carry charge from the cathode-anode unit 330.

[0135] The configuration of the cylindrical rechargeable shell 300 shown in Figure 4 allows the shell 325 to comprise a side wall 365 with a uniform cross-section extending from the first end wall 350 to the second end wall 355. This means that the volumetric capacity of the cylindrical rechargeable shell 300 is greater than the rechargeable shell 200 of Figure 3. Therefore, the cylindrical rechargeable shell 300 can contain a larger cathode-anode unit for a given size.

[0136] Below is a table comparing a rechargeable cell of Figure 4 with a rechargeable cell of Figure 2 with both cells having the same diameter and height.

[0137] There is approximately a 10%improvement in the capacity and energy of the rechargeable cell of Figure 4 compared to the rechargeable cell of Figure 2. This means that the Figure 4 rechargeable cell can be charged and discharged with higher current. This means that the rechargeable cell of Figure 4 can be recharged more quickly than the rechargeable cell of Figure 2, which comprises more dead space.

[0138] Figure 5 shows an schematic exploded view of a protection circuit module assembly 390 designed for use with the cylindrical rechargeable cell 300 from Figure 4. The protection circuit module connection 390 comprises a protection circuit module (PCM) 381. The PCM 381 is configured to be form a part of a circuit with the rechargeable cell 300. The PCM 381 comprises a positive connecting portion 385a and a negative connecting portion 386a. The positive connecting portion 385a and the negative connecting portions 386a comprise slots or openings which allow a connecting component to fit through. The PCM 381 has a diameter equal to, or substantially equal to, the diameter of the cylindrical rechargeable cell 300.

[0139] A negative connector 384 is configured to contact the negative terminal 335 of the cylindrical rechargeable cell 300. The negative terminal 335 of the cylindrical rechargeable cell 300 is the first end wall 350. The negative connector 384 contacts a portion of the first end wall 350. The negative connector 384 comprises a negative connector portion 386 which extends in the longitudinal direction. The negative connector portion 386 is configured to connect to the negative connecting portion 386a of the PCM 381 by extending through the opening of the negative connecting portion 386a and contacting the internal periphery of the opening. The negative connector 384 comprises nickel.

[0140] A positive connector 383 is configured to contact the positive terminal 310 of the cylindrical rechargeable cell 300, that is, the external surface of the cap 370. The positive connector 383 comprises a positive connector portion 385 which extends in the longitudinal direction. The positive connector portion 385 is configured to connect to the positive connecting portion 385a of the PCM 381 by extending through the opening of the positive connecting portion 385a and contacting the internal periphery of the opening. The positive connector 383 comprises nickel.

[0141] A connector insulator 380 is configured to separate the positive connector 383 and the negative connector 384. The connector insulator 380 is substantially annular and is configured to surround the cap 370. The connector insulator 380 prevents the negative connector 384 from contacting the cap 370. The connector insulator 380 prevents the positive connector 383 from contacting the first end wall 350. The connector insulator 380 is formed from a plastic and reduces the chance of a short-circuit occurring by separating positive and negative charge carrying components.

[0142] The cylindrical rechargeable cell 300 is housed in a sleeve (not shown) . The protection circuit module assembly 390 forms a combined unit 395 with the rechargeable cell 300 and the sleeve. The circuit module connection 390 components are arranged at one end of the cell and has a lateral extend within, or equal to, the lateral extent of the cylindrical rechargeable cell 300. So the protection circuit module does not increase the lateral extent of the combined unit and the maximum diameter of the combined unit 395 is defined by the sleeve which houses the rechargeable cell 300.

[0143] Figure 6 shows a schematic illustration of a rechargeable cell vent 356. The vent 356 is configured to allow for a in reduction of pressure inside the battery by allowing one or more gases and liquids to discharge from the cylindrical rechargeable cell 300.

[0144] The vent 356 is formed in the second end wall 355. The vent 356 is a series of weakened points arranged in the form of a circle. This configuration promotes equal material and pressure release from the cylindrical rechargeable cell 300. The vent 356 is formed by mechanical stamping.

[0145] The vent 356 is mechanically frangible and so breaks when a pressure of a certain magnitude, typically around 100 kPa, is imposed on it. This can happen when there is a pressure build-up inside of the battery.

[0146] Alternatively or in addition, a vent may be formed in the sidewall. There may be other embodiments where the vent is a singular weakened point.

[0147] Figure 7 is a schematic cross section of another embodiment of a cylindrical rechargeable cell 400 according to the present disclosure. The embodiment of Figure 7 is similar to the embodiment of Figure 4, so features will be described with respect to their differences only.

[0148] The shell 425 comprises a first end wall 450, a second end wall (not shown) and a side wall 465 extending between the first end wall 450 and the second end wall.

[0149] The first wall 450 is annular, with a central opening through which the cap 470 extends. The portion of the cap 470 which extends through the annular gap of the first end wall 450 comprises an external cap face 475. The external cap face 475 is coplanar with an external face of the first end wall 450.

[0150] A positive tab 420 is connected to the cathode of the jelly roll 430. The positive tab 420 extends from the cathode of the jelly roll 430 and connects to the cap 470. The positive tab 420 is connected to the cap 470 by any suitable means to from an electrical connection with the cap 470; for example welding. The external cap face 475, which forms part of the cap 470, is the positive terminal 410 of the rechargeable cell 400.

[0151] The cap 470 is separated from the first end wall 450 by a first insulating layer 415. The first insulator layer 415 is annular in shape, allowing a portion of the cap 470 to extend through a central opening. The first insulating layer 415 is coplanar with the first end wall 450. A portion of the first insulating layer 415 is in contact with an external surface of the first end wall 450. The first end wall 450 acts as the negative terminal 435, so the first insulating layer 415 is configured to mitigate short-circuit conditions.

[0152] A second insulating layer 440 is located between, and configured to separate, the cathode-anode unit 430 and the first end wall 450. The first end wall 450 acts as the negative terminal 435, so the second insulating layer 440 is configured to mitigate short-circuit conditions. The second insulating layer 440 is planar and abuts both the cathode-anode unit 430 and an internal side of the first end wall 450. This abutment stabilises the position of the cathode-anode unit 430.

[0153] The cylindrical rechargeable cells described with reference to Figures 1 to 7 could also be used in another component of an aerosol-generating system, such as a portable charger. It is also desirable for portable chargers to be compact and so the described rechargeable cell designs would be beneficial.

[0154] For the purpose of the present description and of the appended claims, except where otherwise indicated, all numbers expressing amounts, quantities, percentages, and so forth, are to be understood as being modified in all instances by the term "about". Also, all ranges include the maximum and minimum points disclosed and include any intermediate ranges therein, which may or may not be specifically enumerated herein. In this context, therefore, a number A is understood as A ± 10 %of A. Within this context, a number A may be considered to include numerical values that are within general standard error for the measurement of the property that the number A modifies. The number A, in some instances as used in the appended claims, may deviate by the percentages enumerated above provided that the amount by which A deviates does not materially affect the basic and novel characteristics of the claimed invention. Also, all ranges include the maximum and minimum points disclosed and include any intermediate ranges therein, which may or may not be specifically enumerated herein.

Claims

1.An aerosol-generating system comprising a cylindrical rechargeable cell, the cylindrical rechargeable cell comprising:a cylindrical shell having a first end wall, a second end wall and a side wall between the first end wall and the second end wall, wherein the side wall has a uniform cross-section between the first end wall and the second end wall, the first end wall providing a negative terminal of the rechargeable cell;a cathode-anode unit within the shell;a positive terminal at a first end of the cylindrical shell adjacent the first end wall; anda first insulating layer, separating the positive terminal from the first end wall.2.An aerosol-generating system according to claim 1, wherein the cylindrical rechargeable shell comprises a second insulating layer at least partially within the shell and separating the cathode-anode unit from the first end wall of the shell.3.An aerosol-generating system according to claim 2, wherein the second insulating layer separates the shell from the positive terminal.4.An aerosol-generating system according to claim 2 or 3, wherein the second insulating layer is in contact with the internal surface of the first end wall.5.An aerosol-generating system according to any one of the preceding claims, wherein first insulating layer is annular with a central opening through which a portion of the positive terminal extends and has a first face in contact with the external surface of the first end wall and a second face in contact with the positive terminal.6.An aerosol-generating system according to claim 5, wherein an inner portion of the second face is in contact with and covered by the positive terminal and an outer portion of the second face is exposed.7.An aerosol-generating system according to any one of the preceding claims, comprising a vent formed in the second end wall or the side wall of the shell.8.An aerosol-generating system according to any one of the preceding claims, comprising a positive tab connecting the cathode of the cathode-anode unit to the positive terminal.9.An aerosol-generating system according to claim 8, wherein the positive tab is located at the first end of the cathode anode unit.10.An aerosol-generating system according to any one of the preceding claims, comprising a negative tab connecting the anode of the cathode-anode unit to the positive terminal.11.An aerosol-generating system according to any one of the preceding claims, wherein a portion of the first end wall of the shell is exposed to provide a negative terminal connection surface.12.An aerosol-generating system according to any one of the preceding claims, further comprising a protection circuit module connected to the positive terminal and the negative terminal of the cell.13.An aerosol-generating system according to claim 12, wherein the protection circuit module comprises a protective circuit, a positive connection tab, a negative connection tab and a tab insulator separating the positive connection tab from the negative connection tab, wherein the positive connection tab is connected to the positive terminal of the cell and the negative connection tab is connected to the negative terminal of the cell.14.An aerosol-generating system according to claim 13, wherein the negative connection tab is connected to the first end wall of the shell.15.An aerosol-generating system according to any one of the preceding claims, wherein the system comprises an aerosol-generating device and / or a companion device, the aerosol-generating device or companion device comprising the cylindrical rechargeable cell.

Images