DE102010027699B4 - Batterie - Google Patents
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Abstract
Batterie mit einer Außendose, einer Elektrodengruppe, enthaltend eine Anode und eine Kathode, die in der Außendose untergebracht sind, und einem Deckel, der an einer Öffnung der Außendose angebracht ist, umfassend: Anoden- und Kathodenanschlussabschnitte, wobei zumindest einer der Anoden- und Kathodenanschlussabschnitte enthält: eine Durchgangsöffnung, die in dem Deckel geöffnet ist, eine Isolationsdichtung mit einem zylindrischen Abschnitt, der in die Durchgangsöffnung des Deckels eingesetzt ist, einen externen Isolator, der in einer externen Oberfläche des Deckels angeordnet ist und einen Absatzabschnitt aufweist, einen externen Anschluss mit einem Kopfabschnitt, der in dem Absatzabschnitt des externen Isolators angeordnet ist, und einem axialen Abschnitt, der sich von dem Kopfabschnitt erstreckt und in den zylindrischen Abschnitt der Isolationsdichtung eingesetzt ist, eine Leitung derselben Polarität wie der externe Anschluss, wobei die Leitung in der Außendose angeordnet ist und eine Anbringungsöffnung aufweist und der axiale Abschnitt des externen Anschlusses in die Anbringungsöffnung eingesetzt ist, und einen internen Isolator, der zwischen einer Innenseite des Deckels und der Leitung angeordnet ist, um zwischen diesen zu isolieren, und wobei der axiale Abschnitt des externen Anschlusses durch Verstemmen an der Durchgangsöffnung des Deckels und der Anbringungsöffnung der Leitung fixiert ist und die Isolationsdichtung aus einem Kunststoff gebildet ist, bei dem der Schmelzpunkt höher als der des internen Isolators und des externen Isolators ist.
Description
- GEBIET
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Akkumulator, bei dem ein externer Elektrodenanschluss durch Verstemmen an einem Deckel fixiert ist, so dass der externe Anschluss eine Isolationseigenschaft und eine hohe Luftdichtigkeit aufrechterhält.
- HINTERGRUND
- Bei wiederaufladbaren Sekundärbatterien oder Akkumulatoren (Akkus), die für viele Arten elektronischer Vorrichtungen verwendet werden, wurden Miniaturisierung und Gewichtsersparnis des Akkus mit dem Fortschritt der elektronischen Vorrichtungen, wie zum Beispiel eines Mobiltelefons und eines Personalcomputers, gefordert. Ein wiederaufladbarer Lithium-Ionen-Akku wird als der wiederaufladbare Akku mit hoher Energiedichte vertreten, der dieses Erfordernis erfüllen kann. Andererseits werden wiederaufladbare Akkus, wie zum Beispiel ein Bleiakkumulator und ein Nickelhydridakku als Leistungsquellen mit großer Kapazität für die elektronischen Vorrichtungen verwendet, die durch ein Elektrofahrzeug, ein Hybridauto, ein elektrisches Motorrad und ein Gabelstapler usw. vertreten werden. Heutzutage wurde jedoch eine Entwicklung in Richtung einer Annahme des wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Akkus mit hoher Energiedichte aktiv vorangetrieben. Um darauf zu reagieren, wird die Entwicklung des wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Akkus auf eine lange Lebensdauer und Sicherheit zum Erreichen größerer Größen und größerer Kapazitäten fokussiert.
- Große elektrische Antriebsleistung wird als Leistungszuführungsquelle der obigen elektronischen Vorrichtungen benötigt, wenn der wiederaufladbare Lithium-Ionen-Akku verwendet wird. Folglich wird ein Akkupack, der viele Akkus beinhaltet, die in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind, verwendet.
- Die Strommenge, die von jedem Akku ausgegeben wird, wird mit fortschreitender Größe in Abmessungen und Ausgabekapazität groß. Folglich ist es nötig, um die Joulewärme des externen Elektrodenanschlusses zu unterdrücken, einen Widerstand der externen Elektrode klein zu machen, was zu einer nicht überwindbaren Vergrößerung des externen Anschlusses führt.
- Darüber hinaus sind die externen Akkuanschlüsse einiger Akkus durch externe Leitungen in Reihe oder parallel verbunden. Daher kann Spannung direkt auf die externen Leitungen ausgeübt werden, was zu einer Rotation des Kathodenanschlusses oder eines Anodenanschlusses und ferner zu einem externen Kurzschluss wegen der Rotation führen kann.
- Die japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschriften Nummern (1)
JP 2003-45403 A JP 2003-115287 A JP 2003-151528 A JP 2000-113865 A - Seit kurzem werden häufiger, um eine hohe Luftdichtigkeit selbst beim Betrieb bei hohen Temperaturen aufrechtzuerhalten, teure Tetrafluorethylen-Perfluoroalkoxyethylenvinylether Copolymere (PFA) für das Material der Dichtung verwendet (z. B. offengelegte Patentanmeldungen (1)–(3)). Die Dichtung wird mit einem Anstieg in dem externen Elektrodenanschluss groß und die Menge des Kunststoffs, der darin verwendet wird, steigt an, was zu einem Problem steigender Kosten der Dichtung führt.
- Die
JP H11-162521 A JP 2000-048803 A - Darüber hinaus ist PFA unter den Kunststoffmaterialien eher weich, weshalb die Dichtung, wenn sich die externen Anschlüsse drehen, zerstört werden kann. Folglich ist damit, wenn ein Kopfabschnitt des externen Anschlusses in Kontakt mit dem Deckel tritt, das Risiko eines Kurzschlusses verbunden.
- KURZE FIGURENBESCHREIBUNG
- Die beiliegenden Zeichnungen illustrieren Ausführungsformen der Erfindung und dienen, zusammen mit der allgemeinen Beschreibung, die oben angegeben wurde, und der Detailbeschreibung der Ausführungsformen, die unten angegeben wird, dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erklären.
-
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die einen Akku gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. -
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Erscheinung des Akkus zeigt, der in1 gezeigt ist. -
3 ist eine Querschnittsansicht, die einen externen Elektrodenanschluss zeigt, aufgenommen entlang der Linie III-III, vor dem Fixieren durch Verstemmen. -
4 ist eine Querschnittsansicht, die einen externen Elektrodenanschluss zeigt, aufgenommen entlang der Linie III-III, nach dem Fixieren durch Verstemmen. -
5 ist eine vergrößerte schematische perspektivische Ansicht, die einen Hauptteil eines Deckels des Akkus, der in1 gezeigt ist, zeigt. -
6 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel der externen Anschlussstruktur eines herkömmlichen Akkus zeigt. - DETAILBESCHREIBUNG
- Ein Akku gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, wobei dieselben oder gleiche Bezugszeichen dieselben oder entsprechende Abschnitte über die verschiedenen Ansichten bezeichnen.
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthält eine Batterie oder ein Akku eine Außendose, eine Elektrodengruppe mit einer Anode und einer Kathode, die in der Außendose untergebracht sind, und einen Deckel, der an einer Öffnung der Außendose angebracht ist. Darüber hinaus enthält der Akku Anoden- und Kathodenanschlussabschnitte, wobei zumindest einer der Anoden- und Katenanschlussabschnitte enthält: Eine Durchgangsöffnung, die in dem Deckel geöffnet ist, eine Isolationsdichtung mit einem zylindrischen Abschnitt, der in die Durchgangsöffnung des Deckels eingesetzt ist, einen externen Isolator, der in einer externen Oberfläche des Deckels angeordnet ist und einen Absatzabschnitt aufweist, einen externen Anschluss mit einen Kopfabschnitt, der in dem Absatzabschnitt des externen Isolators angeordnet ist, und einen axialen Abschnitt, der sich von dem Kopfabschnitt erstreckt und in den zylindrischen Abschnitt der Isolationsdichtung eingesetzt ist, eine Leitung derselben Polarität wie der externe Anschluss, wobei die Leitung in der Außendose angeordnet ist und eine Anbringungsöffnung aufweist und wobei der axiale Abschnitt des externen Anschlusses in die Anbringungsöffnung eingesetzt ist, und einen internen Isolator, der zwischen einer Innenseite des Deckels und der Leitung angeordnet ist, um zwischen diesen zu isolieren, und wobei der axiale Abschnitt des externen Anschlusses an der Durchgangsöffnung des Deckels und der Anbringungsöffnung der Leitung durch Verstemmen fixiert ist, und wobei die Isolationsdichtung aus einem Kunststoff gebildet ist, bei dem der Schmelzpunkt höher als der interne Isolator und der externe Isolator ist.
- Hiernach wird der Akku gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen erklärt werden.
- Der in
1 gezeigte Akku ist eine Sekundärbatterie vom geschlossenen Typ, enthaltend ein nicht-wässriges Elektrolyt und einer quadratisch geformten Außendose1 mit einem Boden. Die Außendose1 ist zum Beispiel aus Metall, wie zum Beispiel Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Eisen oder Edelstahl gebildet. - Eine Elektrodengruppe
2 wird durch zunächst Einklemmen eines Separators mit einer blattförmigen Anode und Kathode, dann spiralförmiges Wickeln des Ganzen gebildet. Darüber hinaus wird die spiralförmig gewickelte Elektrodengruppe2 gepresst, um eine flache Form zu bilden. Die Anode (nicht gezeigt) weist einen Stromsammler und eine aktive positive Elektrodenmaterialschicht auf, die an eine Seite oder beide Seiten des Stromsammlers laminiert ist. Andererseits weist die Kathode (nicht gezeigt) einen Stromsammler und eine aktive Kathodenmaterialschicht auf, die an eine Seite oder beide Seiten des Stromsammlers laminiert ist. Ein Anodenstreifen3 ist durch ein Ultraschallverbindungsverfahren mit dem Anodenstromsammler der Elektrodengruppe2 verbunden und wird von einer oberen Endseite der Elektrodengruppe2 nach oben gezogen. Ähnlich ist ein Kathodenstreifen4 mit dem Kathodenstromsammler der Elektrodengruppe2 durch ein Ultraschallverbindungsverfahren verbunden und von der oberen Endseite der Elektrodengruppe2 nach oben gezogen. - Zusätzlich sind der Anodenstreifen
3 und der Kathodenstreifen4 nicht auf die obige Struktur begrenzt, wenn elektrische Energie aus der Anode und Kathode der Elektrodengruppe2 entnommen werden kann. D. h, der jeweilige Anodenstromsammler und Kathodenstromsammler können teilweise nach oben verlängert werden, um als der Anodenstreifen3 und der Kathodenstreifen4 benutzt zu werden. Die Elektrolytlösung (nicht gezeigt) ist in die Elektrodengruppe2 imprägniert. - Wie in
2 gezeigt ist, wird eine Schweißnaht des rechteckigen plattenförmigen Deckels5 an einer Öffnung der Außendose1 durch Lasern ausgeführt und der Laserschweißabschnitt6 wird in allen vier Kanten des Deckels5 ausgebildet. Der Deckel5 wird beispielsweise aus Metall, wie zum Beispiel Aluminium, Aluminiumlegierung, Eisen oder Edelstahl gebildet. Es wird bevorzugt, den Deckel5 und die Außendose1 unter Verwendung derselben Metallart zu bilden. Eine Gießöffnung7 für ein Elektrolyt wird in dem Deckel5 ausgebildet und mit einem Abdichtdeckel8 nach dem Eingießen des Elektrolyts abgedichtet. - Wie in
1 gezeigt ist, sind ein Anodenanschlussabschnitt9 von (+) und ein Kathodenanschlussabschnitt9 von (–) in dem Deckel5 ausgebildet. - Der entsprechende Anodenanschlussabschnitt
9 (+) und Kathodenanschlussabschnitt9 (–) enthält eine Leitung10 , einen internen Isolator11 , eine Isolationsdichtung12 , einen externen Isolator13 und einen externen Anschluss14 . - Zwei rechteckförmige konkave Abschnitte
15 sind in einer externen Oberfläche des Deckels5 ausgebildet und der externe Anodenanschluss14 ist in einem konkaven Abschnitt15 untergebracht und der externe Kathodenanschluss14 ist in dem anderen konkaven Abschnitt15 der Kathodenseite untergebracht. Eine Durchgangsöffnung16 ist in jedem konkaven Abschnitt15 ausgebildet. - Die Anoden- und Kathodenleitungen
10 sind jeweils in einer rechteckigen plattenförmigen Form mit einer Durchgangsöffnung10a zum Befestigen eines axialen Abschnitts des externen Anschlusses14 ausgebildet. Jede Leitung10 der Anode und Kathode ist in der Außendose1 angeordnet. Die Anodenleitung10 ist durch Schweißen mit dem Anodenstreifen3 verbunden. Ähnlich ist die Kathodenleitung10 durch Schweißen mit dem Kathodenstreifen4 verbunden. - Ein Paar interner Isolatoren
11 für die Anode und die Kathode ist in einer Form einer rechteckigen Platte hergestellt und enthält Durchgangsöffnungen11a , die jeweils mit den Durchgangsöffnungen16 in dem Deckel5 und Durchgangsöffnungen10a in der Leitung10 verbunden sind. Der interne Anodenisolator11 ist zwischen der Innenseite des Deckels5 und der Anodenleitung10 angeordnet, um den Deckel5 und die Leitung10 zu isolieren. Andererseits ist ein interner Kathodenisolator11 zwischen dem Inneren des Deckels5 und der Kathodenleitung10 angeordnet, um den Deckel5 und die Leitung10 zu isolieren. - Wie in
3 gezeigt ist, enthalten die Anoden- und Kathodenisolationsdichtungen12 jeweils einen zylindrischen Abschnitt12a und einen Flanschabschnitt12b , der an einem Öffnungsende des zylindrischen Abschnitts12a in einer Schwertschutzform angeformt ist. Der zylindrische Abschnitt12a der Anodenisolationsdichtung12 wird in die Durchgangsöffnung16 in dem konkaven Abschnitt15 des Deckels5 eingesetzt und auch in die Durchgangsöffnung11a des internen Anodenisolators11 eingesetzt. Der Flanschabschnitt12b der Isolationsdichtung12 bedeckt einen Umfang der Durchgangsöffnung16 in dem konkaven Abschnitt15 des Deckels5 . Andererseits wird der zylindrische Abschnitt12a der Kathodenisolationsdichtung12 in die Durchgangsöffnung16 des konkaven Abschnitts15 des Deckels5 eingesetzt und auch in die Durchgangsöffnung11a des internen Kathodenisolators11 eingesetzt. Der Flanschabschnitt12b der Kathodenisolationsdichtung12 bedeckt einen Umfang der Durchgangsöffnung16 in dem konkaven Abschnitt15 des Deckels5 . - Die jeweiligen externen Anoden- und Kathodenisolatoren
13 enthalten einen rechteckigen plattenförmigen Absatzabschnitt13b , der eine Durchgangsöffnung13a und einen Seitenwandabschnitt13c aufweist, der aus einer Umgebung des Absatzabschnitts13b zu dem oberen Abschnitt aufgebaut wurde. Der externe Isolator13 der Anode ist in dem konkaven Abschnitt15 des Deckels5 angeordnet und der Flanschabschnitt12b der Anodenisolationsdichtung12 wird in die Durchgangsöffnung13a des externen Anodenisolators13 eingesetzt. Auf der anderen Seite ist der externe Kathodenisolator13 in dem konkaven Abschnitt15 des Deckels5 angeordnet und der Flanschabschnitt12b der Kathodenisolationsdichtung12 wird in die Durchgangsöffnung13a des externen Kathodenisolators13 eingesetzt. - Die jeweiligen externen Anoden- und Kathodenanschlüsse
14 enthalten einen rechteckig geformten Kopf14a und einen axialen Abschnitt14b , der zu einem unteren Abschnitt von dem Kopfabschnitt14a erstreckt ist, wie in1 gezeigt ist. Wie in3 gezeigt ist, ist der Kopfabschnitt14a des externen Anodenanschlusses14 in einem Raum untergebracht, der durch den Flanschabschnitt12b der Anodenisolationsdichtung12 des Absatzabschnitts13b des externen Anodenisolators13 und den Seitenwandabschnitt13c umgeben ist. Der axiale Abschnitt14b des externen Anodenanschlusses14 wird in den zylindrischen Abschnitt12a der Anodenisolationsdichtung12 und die Durchgangsöffnung10a der Anodenleitung10 eingesetzt und das untere Ende des axialen Abschnitts14b steht von der Durchgangsöffnung10a vor. Auf der anderen Seite ist der Kopfabschnitt14a des externen Kathodenanschlusses14 in einem Raum untergebracht, der von einem Flanschabschnitt12b der Kathodenisolationsdichtung12 , dem Absatzabschnitt13b des externen Kathodenisolators13 und dem Seitenwandabschnitt13c umgeben ist. Der axiale Abschnitt14b des externen Kathodenanschlusses14 wird in den zylindrischen Abschnitt12a der Kathodenisolationsdichtung12 und der Durchgangsöffnung10a der Kathodenleitung10 eingesetzt und das untere Ende des axialen Abschnitts14b steht von der Durchgangsöffnung10a vor. - Bei den externen Anoden- und Kathodenanschlüssen
14 ist der axiale Abschnitt14b , wenn der axiale Abschnitt14b in einer Richtung der Achse unter Druck gesetzt wird, während die Position des Kopfabschnitts14a fixiert wird, deformiert, wie in4 gezeigt ist (Expansionsdeformation). Als Folge klebt die Isolationsdichtung12 , während die Isolationsdichtung12 , die zwischen dem axialen Abschnitt14b des externen Anschlusses14 und der Durchgangsöffnung16 des Deckels5 angeordnet ist, komprimiert wird, durch diese Kompression an dem internen Isolator11 und dem externen Isolator13 . Darüber hinaus klebt der axiale Abschnitt14b des externen Anschlusses14 an der Durchgangsöffnung10a der Leitung10 . D. h. der externe Anschluss14 ist durch ein Verstemmen des externen Isolators13 , der Isolationsdichtung12 und des internen Isolators11 an dem Deckel5 fixiert. Der externe Anschluss14 ist ebenfalls durch Verstemmen an der Leitung10 fixiert. Dadurch sind die externen Anoden- und Kathodenanschlüsse14 und der Deckel5 fixiert, wodurch Isolation und Luftdichtigkeit sichergestellt sind. Der externe Anodenanschluss14 und die Anodenleitung10 sind ebenfalls fixiert, wodurch eine elektrische Verbindung sichergestellt ist. Ähnlich sind auch der externe Kathodenanschluss14 und die Kathodenleitung10 fixiert, wodurch eine elektrische Verbindung sichergestellt ist. - Hier ist es in Bezug auf den externen Isolator
13 , die Isolationsdichtung12 und dem internen Isolator11 wünschenswert, dass jeder aus einem Gießharz oder Gießkunststoff gebildet ist und alle der drei Abschnitte durch Verstemmen des externen Anschlusses14 an dem Deckel5 fixiert sind. - Das wichtige Element, um die Luftdichtigkeit durch Fixierung unter Verwendung des Verstemmens zu erhalten, ist die Isolationsdichtung
12 . Die Dichtung12 ist aus einem gegossenen Artikel unter Verwendung eines Harzmaterials gebildet, bei dem der Schmelzpunkt höher als der des externen Isolators13 und des internen Isolators11 ist. Dadurch wird die Luftdichtigkeit während des Betriebs bei hohen Temperaturen (z. B. 100°C oder weniger) erreicht. Darüber hinaus kann, wenn ein härteres Material für den externen Isolator13 im Vergleich mit der Isolationsdichtung12 verwendet wird, der externe Isolator13 eine mechanische Festigkeit erhöhen und es wird möglich, eine niedrige Kurzschlussgefahr für den Zeitpunkt, wenn sich der externe Anschluss dreht, zu erreichen. -
6 zeigt eine externe Anschlussstruktur eines herkömmlichen Beispiels, die wie die oben genannten Patentanmeldungen zwei Elemente verwendet. Ein Flanschabschnitt23 wird in einem Öffnungsende eines Zylinderabschnitts22 einer Isolationsdichtung21 gebildet. Der Flanschabschnitt23 dient als ein Absatz eines externen Anschlusskopfs14a . Ein Seitenwandabschnitt24 wird aus vier Kanten des Flanschabschnitts23 gebildet. Ein Öffnungsende einer anderen Seite des Zylinderabschnitts22 der Isolationsdichtung21 wird in eine Durchgangsöffnung eines internen Isolators11 eingesetzt. Durch Durchführen einer Deformation eines axialen Abschnitts14b durch Verstemmen von der Achsenseite des externen Anschlusses14 , um den Radius zu dehnen, wird der Raum zwischen dem externen Anschluss14 und dem Deckel5 verloren und eine Isolation und Luftdichtigkeit sind sichergestellt. Ähnlich sind der Deckel und die Leitung10 fixiert, um eine Isolation sicherzustellen. Ferner ist eine elektrische Verbindung zwischen dem axialen Abschnitt14b des externen Anschlusses14 und der Dichtung10 sichergestellt. - Es leuchtet ein, dass eine, verglichen mit der Isolationsdichtung
21 , die in6 gezeigt ist, kleine Menge des Harzmaterials verwendet wird, um die Isolationsdichtung12 in dieser Ausführungsform zu bilden. Folglich wird es möglich, Materialkosten zu drücken, selbst wenn ein teures Harzmaterial, wie zum Beispiel PFA verwendet wird. Darüber hinaus wird es möglich, da die Isolationsdichtung12 gemäß dieser Ausführungsform in einer, verglichen mit der herkömmlichen Isolationsdichtung21 , kleinen Größe ausgebildet werden kann, gleichzeitig viele Dichtungen unter Verwendung einer metallischen Gussform herzustellen, was dazu führt, dass die Produktivität der Dichtung ansteigt und die Kosten der Dichtung beschnitten werden. - Es wird bevorzugt, einen gegossenen Artikel zu verwenden, der aus fluoriertem Kunststoff mit hohem Schmelzpunkt als Material für die Isolationsdichtung
12 gebildet wird, welches in der Toleranz gegenüber einer Elektrolytlösung exzellent ist, vertreten durch Tetrafluoroethylen-Perfluoralkoxyethylenvinylether Copolymere (hierin als PFA bezeichnet), mit dem Schmelzpunkt von 300–310°C. - In Bezug auf PFA wird für die Schmelzströmrate (hierin als MFR bezeichnet) bevorzugt, dass diese 5 g/10 Minuten oder weniger beträgt. Dadurch wird die Strömung von Kunststoff mit hoher Temperatur gestoppt und die Luftdichtigkeit weiter verbessert. MFR wird in einem Zustand der Temperatur 372°C und der Last 5 kg gemessen.
- Es wird bevorzugt, dass die Dicke des Flanschabschnitts
12b der Isolationsdichtung12 größer als die des Absatzabschnitts13b des externen Isolators13 ist. Dadurch wird der Flanschabschnitt12b der Isolationsdichtung12 , der für die Luftdichtigkeit wichtig ist, erst zum Zeitpunkt des Verstemmens eingedrückt. Dann wird der Flanschabschnitt12b während des Füllens des Raums zwischen dem Absatzabschnitt13b des externen Isolators13 und dem Flanschabschnitt12b zwischen dem Kopfabschnitt14a des externen Anschlusses14 und dem Deckel5 fixiert. Folglich geht der Raum zwischen der Isolationsdichtung12 und dem externen Isolator13 verloren und es wird möglich, eine Struktur zum Verhindern des Kurzschlusses während einer Wanderung herzustellen. - Obwohl der für den externen Isolator
13 verwendete Kunststoff nicht auf einen speziellen beschränkt ist, wird bevorzugt, ein Harz oder einen Kunststoff mit einem niedrigeren Schmelzpunkt und einer härteren Charakteristik als desjenigen zu verwenden, der für die Isolationsdichtung12 verwendet wird. Praktisch wird weiter bevorzugt, dass der Schmelzpunkt des externen Isolators13 niedriger als derjenige der Isolationsdichtung12 ist und dass die Rockwell-Härte größer als die der Isolationsdichtung12 ist. Dadurch wird es möglich, wenn ein Drehmoment in Richtung des externen Anschlusses14a arbeitet, wodurch der Verstemmabschnitt ein Mittelpunkt des Drehmoments wird, eine Zerstörung des externen Isolators13 durch die an den externen Anschlusskopf14a und den Deckel5 angelegte Leistung zu verhindern. Folglich kann der Kurzschluss wegen des Kontakts des externen Anschlusskopfabschnitts14a mit dem Deckel5 verhindert werden. - Da die Rockwell-Härte von PFA etwa R50 ist, wenn PFA für die Isolationsdichtung
12 verwendet wird, werden die folgenden Materialien mit einer größeren Rockwell-Härte für den externen Isolator13 verwendet, zum Beispiel Polypropylen (PP) (Härte: R85–110, Schmelzpunkt: 160–170°C), Polyethylenterephthalat (PET) (R110–120, 264°C) und Polyphenylensulfid (PPS) (R118–124, 280–290°C). Die Rockwell-Härte wird in „plastic-how to get hardness-part II: the Rockwell hardness” aus JIS K 7202-2 definiert. - Es wird bevorzugt, dass der externe Isolator
13 ein Spritzgussartikel ist. Bei dem PFA mit MFR von weniger als 5 g/10 Minuten ist Spritzgießen schwierig, obwohl MFR die Luftdichtigkeit bei hoher Temperatur sicherstellen kann. Während eine Flexibilität des Veränderns der Form durch Verwendung von Spritzgussartikeln für den externen Isolator13 ansteigt, wird es möglich, Polanzeigen wie „+” und „–” usw. zu bilden oder die externen Isolatoren13 in verschiedenen Farben herzustellen. Folglich wird es möglich, die Polarität jedes externen Isolators13 , der zum Verstemmen des Anodenanschlusses oder des Kathodenanschlusses verwendet wird, zu unterscheiden.5 zeigt ein Beispiel, welches das Zeichen „+” 20 an einer oberen Endseite des Seitenwandabschnitts13c des externen Anodenisolators13 anzeigt. PP, PET und PPS usw. werden als Harz oder Kunststoff verwendet, bei denen Spritzguss möglich ist. - Obwohl der für den internen Isolator
11 verwendete Kunststoff nicht begrenzt ist, ist bevorzugt, dass der Schmelzpunkt des Kunststoffs niedriger als der desjenigen ist, der für die Isolationsdichtung12 verwendet wird. Darüber hinaus ist der Kunststoff gewünscht, der für Spritzguss geeignet ist, weil die Flexibilität des Veränderns der Form unter Verwendung von Spritzguss ansteigt. Insbesondere PP, PET und PPS usw. können verwendet werden. - Hier wird ein typisches Material des externen Anschlusses erklärt. In einem Fall des wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Akkus, der ein Kohlenstoff-basiertes Material für ein aktives Kathodenelektrodenmaterial verwendet, wird Aluminium oder eine Aluminiumlegierung allgemein für den Anodenanschluss verwendet, und Metall, wie zum Beispiel Kupfer, Nickel und Eisen, das durch Nickel beschichtet ist, wird für den Kathodenanschluss verwendet. Darüber hinaus können, wenn Lithium-Titanat für das aktive Kathodenelektrodenmaterial verwendet wird, zusätzlich zu den obigen Materialien Aluminium oder Aluminiumlegierung für den Kathodenanschluss verwendet werden.
- Obwohl die Struktur, wo die externen Anschlüsse sowohl der Anode als auch der Kathode an dem Deckel durch Verstemmen fixiert sind, in
1 gezeigt ist, ist der externe Kathodenanschluss an dem Deckel durch Verstemmen fixiert und die Anodenleitung kann durch Schweißen an dem Deckel angebracht sein, wenn die Außendose aus Eisen oder Edelstahl gebildet ist, wobei der externe Anodenanschluss durch Verstemmen an dem Deckel fixiert ist, und die Kathodenleitung kann direkt durch Schweißen an dem Deckel angebracht werden. - Obwohl die Anoden- und Kathodenstreifen in
1 aus einer Endseite der Elektrodengruppe herausgezogen sind, kann der Anodenstreifen aus einer Endseite der Elektrodengruppe herausgezogen werden und der Kathodenstreifen kann aus der anderen Endseite herausgezogen werden. In diesem Fall werden die Stromsammler, in denen die aktiven Elektrodenmaterialien entfernt werden, jeweils beiden Endseiten der Elektrodengruppen zugänglich gemacht und jeder kann als der Anoden- oder Kathodenstreifen verwendet werden. In diesem Fall ist ein Paar Deckel an beiden Endseiten der Außendose ausgebildet. - Obwohl die flache spiralförmige Elektrodengruppe in
1 verwendet wird, ist die Struktur der Elektrodengruppe nicht begrenzt und es ist möglich, beispielsweise eine Elektrodengruppe vom laminierten Typ zu verwenden, bei der die Anode und Kathode durch Drehungen laminiert sind, während der Separator zwischen der Anode und Kathode eingreift. - Als nächstes werden die Anode, Kathode, der Separator und der Elektrolyt, die in
1 verwendet werden, erklärt. - Die Anode wird beispielsweise durch Beschichten einer Oberfläche eines Stromsammlers, der aus Aluminiumfolie oder Aluminiumlegierungsfolie besteht, mit einer Suspension, die ein aktives Anodenelektrodenmaterial enthält, ausgebildet. Insbesondere können als aktives Anodenelektrodenmaterial, wenn auch nicht beschränkend, ein Oxid, ein Sulfid und ein Polymer usw., die einen Einschluss und ein Freigeben des Lithiums durchführen können, verwendet werden. Ein Lithium-Mangan-Verbindungsoxid, ein Lithium-Nickel-Verbindungsoxid, ein Lithium-Kobalt-Verbindungsoxid und Lithium-Phosphorsäureeisen usw., bei denen ein hohes Anodenpotential erhalten wird, werden als bevorzugte aktive Anodenelektrodenmaterialien verwendet. Darüber hinaus wird die Kathode durch Bedecken einer Oberfläche des Stromsammlers, der aus Aluminiumfolie oder Aluminiumlegierungsfolie besteht, mit der Suspension, die ein aktives Kathodenelektrodenmaterial enthält, produziert. Besonders können als aktive Kathodenelektrodenmaterialien, wenn auch nicht beschränkend, ein Metalloxid, ein Metallsulfid, ein Metallnitrid, eine Legierung usw., die ein Einschließen und Freigeben des Lithiums durchführen, verwendet werden, und dabei ist das Einschlussentladepotential von Lithium-Ionen bevorzugt größer als 0,4 V in Bezug auf das Metall-Lithium-Potential. Da das aktive Kathodenmaterial, das ein solches Lithium-Ionen-Einschluss-Freigabepotential aufweist, eine Legierungsreaktion von Aluminium oder Aluminiumlegierung mit Lithium unterdrücken kann, ermöglicht es, Aluminium oder Aluminiumlegierung als den Stromsammler für die Kathode und mit der Kathode verbundene Komponenten zu verwenden. Zum Beispiel werden als aktive Kathodenmaterialien die folgenden Materialien, zum Beispiel Titanoxid, Lithium-Titan-Oxid, Wolframoxid, amorphes Zinnoxid, Zinnsiliziumoxid und Siliziumoxid usw. verwendet. Ein Lithium-Titan-Verbindungsoxid wird besonders bevorzugt. Als ein Separator kann eine Laminierung derselben Materialien oder verschiedener Materialien unter Filmen mit feiner Porosität, Textilien und Vliesstoffen verwendet werden. Als ein Material, das einen Separator bildet, kann Polyethylen, Polypropylen, Ethylen-propylen-Copolimerisationspolymer und Ethylen-buten-Copolymerisationspolymer usw. verwendet werden.
- Eine nicht-wässrige Elektrolytlösung, die durch Lösen eines Elektrolyts (z. B. Lithium-Salz) in einer nicht-wässrigen Lösung präpariert wird, wird als ein Elektrolyt verwendet. Eine nicht-wässrige Lösung, zum Beispiel Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), Butylencarbonat (BC), Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC), Ethylmethylcarbonat (EMC) gamma-Butyrolacton (γ-BL), Sulfolan, Azetonitril, 1,2-Dimethoxyethan, 1,3-Dimethoxypropan, Dimethylether, Tetrahydrofuran (THF) und 2-Methyl-Tetrahydrofuran usw. können verwendet werden. Die nicht-wässrige Lösung kann unabhängig verwendet werden oder zwei oder mehr Lösungen können gemischt werden. Als ein Elektrolyt können Lithium-Salze, wie zum Beispiel Lithium-Perchlorat (LiClO4), 6 Fluoridiertes-Perphosphorsäure-Lithium (LiPF6), 4 Fluoridiertes-Lithium-Borat (LiBF4), 6 Fluoridiertes-Arsen-Lithium (LiAsF6) und Trifluorometa-Sulfonsäure-Lithium (LiCF3SO3) verwendet werden. Der Elektrolyt kann unabhängig verwendet werden oder zwei oder mehr Elektrolyte können gemischt werden. Für die Elektrolytmenge von Lösungen für eine nicht-wässrige elektrolytische Lösung wird bevorzugt, die Menge auf 0,2 mol/L–3 mol/L einzustellen.
- Hiernach werden praktische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
- (Ausführungsform 1)
- PP wurde als das Kunststoffmaterial des externen Isolators
13 und des internen Isolators11 verwendet und PFA mit MFR von 2 g/10 Minuten (Markenname AP-230 von Daikin Industries, LTD.) wurde für die Isolationsdichtung12 verwendet. Eine Aluminiumlegierung wurde für den externen Anschluss14 und den Deckel5 verwendet. Wie in4 gezeigt ist, wurde der Deckel5 nach dem Durchführen des Verstemmens für eine Testprobe produziert. - (Ausführungsform 2)
- Der Deckel
5 wurde wie Ausführungsform 1 hergestellt, außer PFA mit MFR von 25 g/10 Minuten (Markenname AP-201SH von Daikin Industries, LTD.) für die Isolationsdichtung12 . - Ein Heliumlecktest wurde für die unter den obigen Bedingungen der Ausführungsformen 1 und 2 hergestellten Deckel durchgeführt. Der externe Anschlusskopf, der in jedem Deckel präpariert wurde, wurde heruntergedreht und durch ein Halteelement gehalten. Der Deckel, das Halteelement und ein Behälter bilden einen geschlossenen Behälter. Ein Heliumleckdetektor wurde verwendet, während das innere des geschlossenen Behälters unter Vakuum gesetzt wurde und eine Heliumleckdetektion wurde durchgeführt. Heliumgas wurde auf den Verbindungsabschnitt des axialen Abschnitts des externen Anschlusses mit der Leitung gesprüht und die Menge an Heliumgas, das in den geschlossenen Behälter im Vakuumzustand gelangte, wurde gemessen. Der Test wurde für fünf Stücke für jede Ausführungsform durchgeführt und der Durchschnitt des gemessenen Ergebnisses ist in der folgenden Tabelle 1 abgebildet.
- Wiederum werden die Deckel der Ausführungsformen 1 und 2 unter Verwendung der Deckel getestet, die in einem konstanten Temperaturbad von 130°C belassen wurden und dann über eine Stunde bei Raumtemperatur belassen wurden, nachdem sie aus dem Bad genommen wurden. Der Heliumlecktest wurde auf eine ähnliche Weise wie im obigen Fall durchgeführt. Der Test wurde für fünf Stücke für jede Ausführungsform durchgeführt und der Durchschnitt des gemessenen Ergebnisses ist in der folgenden Tabelle 1 abgebildet. [Tabelle 1]
MFR von PFR Vor dem Verlassen bei 130°C He: ausgelaufene Menge (Pa·m3/sec.) Nach dem Verlassen bei 130°C He: ausgelaufene Menge (Pa·m3/sec.) EMB.1 2 g/10 min. weniger 1 × 10–10 weniger 1 × 10–10 EMB.2 25 g/10 min. → weniger 1 × 10–10 mehr 1 × 10–8 - Wie aus der Tabelle 1 deutlich wird, wurde das Heliumleck bei dem Deckel gemäß der Ausführungsform 1, bei der die Dichtung PFA mit MFR verwendet (weniger als 5 g/PFA über 10 Minuten), nicht detektiert. Dies bedeutet, dass es keine Luftdichtigkeitsverschlechterung gibt, selbst wenn der Verstemmabschnitt in einer Umgebung mit einer hohen Temperatur von 130°C belassen wird.
- Darüber hinaus wurde jede Luftdichtigkeit der Ausführungsformen 1 und 2 mit der des Deckels der herkömmlichen Struktur, die in
6 gezeigt ist, die oben genannt wird, verglichen. In der Ausführungsform 1 wurde fast die gleiche Luftdichtigkeit wie die von Beispiel 1 erhalten, bei dem der Deckel die Dichtung21 und die interne Isolation11 , die in6 gezeigt ist, mit PFA desselben MFR-Werts wie die Ausführungsform 1 verwendet. Ähnlich wurde in der Ausführungsform 2 ebenfalls fast dieselbe Luftdichtigkeit gegenüber der von Beispiel 2 erhalten, bei dem der Deckel die Dichtung21 und den internen Isolator11 verwendet, der in6 gezeigt ist, mit PFA desselben MFR-Werts wie die Ausführungsform 2. In der Ausführungsform wird der Kunststoff-gegossene Artikel, der zum Verstemmen verwendet wird, durch drei Komponenten, den externen Isolator, die Isolationsdichtung und den internen Isolator, gebildet. Ferner wird ein Kunststoffmaterial mit einem höheren Schmelzpunkt als dem externen Isolator und dem internen Isolator für die Isolationsdichtung verwendet. Daher kann gemäß den Ausführungsformen die gleiche Luftdichtigkeit wie bei dem Fall erlangt werden, bei dem ein Kunststoffmaterial mit einem hohen Schmelzpunkt für die Dichtung21 und den internen Isolator11 wie in der herkömmlichen Struktur verwendet wird. Darüber hinaus ist es möglich, den Anstieg der Komponentenkosten zu unterdrücken und auch die Möglichkeit eines Kurzschlusses zu vermeiden, während die Luftdichtigkeit durch Verwendung eines härteren Kunststoffmaterials als der Isolationsdichtung für den externen Isolator sichergestellt wird. - Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung eines teuren Kunststoffmaterials für die Isolationsabschnitte unterdrückt, während die Luftdichtigkeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur während des Betriebs selbst dann sichergestellt ist, wenn der externe Anschluss wie oben angegeben vergrößert wird. Ferner kann ein Akkumulator mit hoher Sicherheit und Zuverlässigkeit angeboten werden, der das Risiko eines Kurzschlusses zum Zeitpunkt der Rotation des externen Anschlusses verringern kann.
Claims (15)
- Batterie mit einer Außendose, einer Elektrodengruppe, enthaltend eine Anode und eine Kathode, die in der Außendose untergebracht sind, und einem Deckel, der an einer Öffnung der Außendose angebracht ist, umfassend: Anoden- und Kathodenanschlussabschnitte, wobei zumindest einer der Anoden- und Kathodenanschlussabschnitte enthält: eine Durchgangsöffnung, die in dem Deckel geöffnet ist, eine Isolationsdichtung mit einem zylindrischen Abschnitt, der in die Durchgangsöffnung des Deckels eingesetzt ist, einen externen Isolator, der in einer externen Oberfläche des Deckels angeordnet ist und einen Absatzabschnitt aufweist, einen externen Anschluss mit einem Kopfabschnitt, der in dem Absatzabschnitt des externen Isolators angeordnet ist, und einem axialen Abschnitt, der sich von dem Kopfabschnitt erstreckt und in den zylindrischen Abschnitt der Isolationsdichtung eingesetzt ist, eine Leitung derselben Polarität wie der externe Anschluss, wobei die Leitung in der Außendose angeordnet ist und eine Anbringungsöffnung aufweist und der axiale Abschnitt des externen Anschlusses in die Anbringungsöffnung eingesetzt ist, und einen internen Isolator, der zwischen einer Innenseite des Deckels und der Leitung angeordnet ist, um zwischen diesen zu isolieren, und wobei der axiale Abschnitt des externen Anschlusses durch Verstemmen an der Durchgangsöffnung des Deckels und der Anbringungsöffnung der Leitung fixiert ist und die Isolationsdichtung aus einem Kunststoff gebildet ist, bei dem der Schmelzpunkt höher als der des internen Isolators und des externen Isolators ist.
- Batterie nach Anspruch 1, wobei die Rockwell-Härte des externen Isolators größer als die der Isolationsdichtung ist.
- Batterie nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Isolationsdichtung einen Flanschabschnitt enthält, der an einem Öffnungsende des zylindrischen Abschnitts ausgebildet und zwischen dem Kopfabschnitt des externen Anschlusses und der externen Oberfläche des Deckels angeordnet ist, und wobei die Dicke des Flanschabschnitts größer als die des Absatzabschnitts des externen Isolators ist.
- Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Isolationsdichtung aus Tetrafluorethylen-Perfluoralkoxyethylenvinylether Copolymeren (PFA) gebildet ist.
- Batterie nach Anspruch 4, wobei die Schmelzströmrate der Tetrafluorethylen-Perfluoralkoxyethylenvinylether Copolymere (PFA) kleiner oder gleich 5 g/10 Minuten ist.
- Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die entsprechenden Anoden- und Kathodenanschlussabschnitte externe Isolatoren enthalten und zumindest einer der externen Isolatoren der Anschlussabschnitte seine Polarität anzeigt.
- Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die entsprechenden Anoden- und Kathodenanschlussabschnitte externe Isolatoren enthalten und eine Farbe des externen Isolators des Anodenanschlusses unterschiedlich von der des externen Isolators der Kathode ist.
- Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Batterie eine rechteckige Sekundärbatterie vom geschlossenen Typ ist und die Außendose aus einem Metall gebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Aluminiumlegierung, Eisen und Edelstahl in einer Form eines Rechtecks mit einem Boden ausgebildet ist.
- Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der externe Isolator, die Isolationsdichtung und der interne Isolator jeweils aus geformtem Kunststoff gebildet sind.
- Batterie mit einer Außendose, einer Elektrodengruppe, enthaltend eine Anode und eine Kathode, die in der Außendose untergebracht sind, und einem Deckel, der an einer Öffnung der Außendose angebracht ist, umfassend: Anoden- und Kathodenanschlussabschnitte, die an beiden Enden des Deckels getrennt voneinander vorgesehen sind und wobei zumindest einer der Anschlussabschnitte enthält: eine Durchgangsöffnung, die in dem Deckel geöffnet ist, eine Isolationsdichtung mit einem zylindrischen Abschnitt, der in die Durchgangsöffnung des Deckels eingesetzt ist, einen externen Isolator, der in einer externen Oberfläche des Deckels angeordnet ist und einen Absatzabschnitt aufweist, einen externen Anschluss mit einem Kopfabschnitt, der in dem Absatzabschnitt des externen Isolators angeordnet ist, und einem axialen Abschnitt, der sich von dem Kopfabschnitt erstreckt und in den zylindrischen Abschnitt der Isolationsdichtung eingesetzt ist, eine Leitung derselben Polarität wie der externe Anschluss, wobei die Leitung in der Außendose angeordnet ist und eine Anbringungsöffnung aufweist, und wobei der axiale Abschnitt des externen Anschlusses in die Anbringungsöffnung eingesetzt ist, und einen internen Isolator, der zwischen einer Innenseite des Deckels und der Leitung angeordnet ist, um dazwischen zu isolieren, und wobei der axiale Abschnitt des externen Anschlusses durch Verstemmen an der Durchgangsöffnung des Deckels und der Anbringungsöffnung der Leitung fixiert ist und die Isolationsdichtung aus einem Kunststoff gebildet ist, bei dem der Schmelzpunkt höher als der des internen Isolators und des externen Isolators ist.
- Batterie nach Anspruch 10, wobei die Rockwell-Härte des externen Isolators größer als die der Isolationsdichtung ist, wobei die Dichtung einen Flanschabschnitt enthält, der an einem Öffnungsende des zylindrischen Abschnitts ausgebildet und zwischen dem Kopfabschnitt des externen Anschlusses und der externen Oberfläche des Deckels angeordnet ist, und wobei die Dicke des Flanschabschnitts größer als die des Absatzabschnitts des externen Isolators ist.
- Batterie nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Batterie eine rechteckige Sekundärbatterie vom geschlossenen Typ ist, und die Außendose aus einem Metall ausgebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Aluminium, einer Aluminiumlegierung, einem Eisen und einem Edelstahl besteht.
- Batterie mit einer Außendose, einer Elektrodengruppe, enthaltend eine Anode und eine Kathode, die in der Außendose untergebracht sind, und einem ersten und zweiten Deckel, die an Öffnungen angebracht sind, die an beiden gegenüberliegenden Enden der Außendose ausgebildet sind, umfassend: Anoden- und Kathodenanschlussabschnitte, die jeweils an dem ersten und zweiten Deckel angeordnet sind, wobei zumindest einer der Anoden- und Kathodenanschlussabschnitte enthält: eine Durchgangsöffnung, die in dem Deckel geöffnet ist, eine Isolationsdichtung mit einem zylindrischen Abschnitt, der in die Durchgangsöffnung des Deckels eingesetzt ist, einen externen Isolator, der an einer externen Oberfläche des Deckels angeordnet ist und einen Absatzabschnitt aufweist, einen externen Anschluss mit einem Kopfabschnitt, der in dem Absatzabschnitt des externen Isolators angeordnet ist, und einem axialen Abschnitt, der sich von dem Kopfabschnitt erstreckt und in den zylindrischen Abschnitt der Isolationsdichtung eingesetzt ist, eine Leitung derselben Polarität wie der externe Anschluss, wobei die Leitung in der Außendose angeordnet ist und eine Anbringungsöffnung aufweist und der axiale Abschnitt des externen Anschlusses in die Anbringungsöffnung eingesetzt ist, und einen internen Isolator, der zwischen einer Innenseite des Deckels und der Leitung angeorndet ist, um zwischen diesen zu isolieren, und wobei der axiale Abschnitt des externen Anschlusses durch Verstemmen an der Durchgangsöffnung des Deckels und der Anbringungsöffnung der Leitung fixiert ist und die Isolationsdichtung aus einem Kunststoff geformt ist, dessen Schmelzpunkt höher als der des internen Isolators und des externen Isolators ist.
- Batterie nach Anspruch 13, wobei die Rockwell-Härte des externen Isolators größer als die der Isolationsdichtung ist, wobei die Dichtung einen Flanschabschnitt enthält, der an einem Öffnungsende des zylindrischen Abschnitts ausgebildet und zwischen dem Kopfabschnitt des externen Anschlusses und der externen Oberfläche des Deckels angeordnet ist, und die Dicke des Flanschabschnitts größer als die des Absatzabschnitts des externen Isolators ist.
- Batterie nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Batterie eine rechteckige Sekundärbatterie vom geschlossenen Typ ist und die Außendose aus einem Metall ausgebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Aluminium, einer Aluminiumlegierung, einem Eisen und einem Edelstahl besteht.
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