JP2001102015A - 新規なヘッダー集合体を有する電気化学電池 - Google Patents
新規なヘッダー集合体を有する電気化学電池Info
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 温度および圧力を上げて使用でき、しかも、
エネルギー密度が増加した電気化学電池を提供すること
を課題とする。 【解決手段】 上記の課題は、ａ）アノード、ｂ）カソ
ード、ｃ）アノードおよびカソードを活性化する電解
液、ｄ）活性化されたアノードおよびカソードを収容す
るケース（ここで、ケースは、アノードおよびカソード
の一方のための第１の端子としての役割を果たし、ケー
スから絶縁されたリード（１６）は、アノードおよびカ
ソードの他方のための第２の端子としての役割を果た
す）、およびｅ）ケースから絶縁されたリードを囲むケ
ース内に設けられた溝（７４）（この溝は、ケースの内
側表面からケースの厚さ方向のある部分にまで広がって
いる）からなる電気化学電池とすることによって解決さ
れる。
エネルギー密度が増加した電気化学電池を提供すること
を課題とする。 【解決手段】 上記の課題は、ａ）アノード、ｂ）カソ
ード、ｃ）アノードおよびカソードを活性化する電解
液、ｄ）活性化されたアノードおよびカソードを収容す
るケース（ここで、ケースは、アノードおよびカソード
の一方のための第１の端子としての役割を果たし、ケー
スから絶縁されたリード（１６）は、アノードおよびカ
ソードの他方のための第２の端子としての役割を果た
す）、およびｅ）ケースから絶縁されたリードを囲むケ
ース内に設けられた溝（７４）（この溝は、ケースの内
側表面からケースの厚さ方向のある部分にまで広がって
いる）からなる電気化学電池とすることによって解決さ
れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学エネルギーを
電気エネルギーに変換することに関し、特に、圧力およ
び温度を上げて放電できるアルカリ金属電気化学電池、
またはリチウムイオン再充電可能電気化学電池に関す
る。
電気エネルギーに変換することに関し、特に、圧力およ
び温度を上げて放電できるアルカリ金属電気化学電池、
またはリチウムイオン再充電可能電気化学電池に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】リチウム電気化学電池の有用な操作温度
領域は、リチウムの融点である１８０．５４℃を越えて
約２００℃に及ぶことが知られている。この操作温度
は、リチウム‐マグネシウム合金などのリチウム合金の
アノードを設けることによって、部分的には増加され
る。そのような高温度利用のために製造された機能的な
従来のリチウム電池は、重大な欠点を示す。特に、従来
のリチウム電池のエネルギー密度は、ヘッダー集合体に
含まれる継手（ｆｅｒｒｕｌｅ）を使用しているために
減少する。この継手は、ヘッダーアッセンブリの内部の
端子リードの電気的な孤立化を維持するために必要であ
り、電池が漏れるのを防止する。
領域は、リチウムの融点である１８０．５４℃を越えて
約２００℃に及ぶことが知られている。この操作温度
は、リチウム‐マグネシウム合金などのリチウム合金の
アノードを設けることによって、部分的には増加され
る。そのような高温度利用のために製造された機能的な
従来のリチウム電池は、重大な欠点を示す。特に、従来
のリチウム電池のエネルギー密度は、ヘッダー集合体に
含まれる継手（ｆｅｒｒｕｌｅ）を使用しているために
減少する。この継手は、ヘッダーアッセンブリの内部の
端子リードの電気的な孤立化を維持するために必要であ
り、電池が漏れるのを防止する。
【０００３】本発明によると、圧力および温度を上げて
使用することが意図された一次および二次の電気化学電
池のエネルギー密度が、継手の使用を省略した新規なヘ
ッダーアッセンブリを使用することによって顕著に改良
されることを見出した。
使用することが意図された一次および二次の電気化学電
池のエネルギー密度が、継手の使用を省略した新規なヘ
ッダーアッセンブリを使用することによって顕著に改良
されることを見出した。
【０００４】本発明は、改良されたヘッダーアッセンブ
リに関する。このヘッダーアッセンブリは、電池が温度
を上げて高率で放電されたとき、密閉状態を維持し、同
時に更なる電気化学的活成分の含有が可能となるので、
電池のエネルギー密度が増加する。約２００℃までの温
度で放電する際に、一次および二次の化学系のリチウム
電池は、ガス状生成物を生成して電池内部の圧力を増加
する。それ故、ガラス金属シールを含むヘッダー集合体
は、すべての使用条件において、密閉を維持しながら、
この増加圧力に耐えなければならない。密閉が維持でき
ない場合には、この電池は、操作できず、割れたり爆発
したりする。
リに関する。このヘッダーアッセンブリは、電池が温度
を上げて高率で放電されたとき、密閉状態を維持し、同
時に更なる電気化学的活成分の含有が可能となるので、
電池のエネルギー密度が増加する。約２００℃までの温
度で放電する際に、一次および二次の化学系のリチウム
電池は、ガス状生成物を生成して電池内部の圧力を増加
する。それ故、ガラス金属シールを含むヘッダー集合体
は、すべての使用条件において、密閉を維持しながら、
この増加圧力に耐えなければならない。密閉が維持でき
ない場合には、この電池は、操作できず、割れたり爆発
したりする。
【０００５】先に記述したように、従来のリチウム電池
は、一般的にガラス金属シールを支持する継手を有して
いる。この継手は、ヘッダー集合体の歪みを最小化する
役割を果たすとともに、ガラス金属シール上の内部のス
トレスおよび力を減少する役割を果たす。従来の継手構
造は、リチウム電池が約２００℃までの温度で操作でき
るようなっているが、それには、幾つかの欠点があっ
た。まず、従来の継手は、リングの形状になっており、
一般にヘッダー集合体に溶接されていた。それ故、継手
を単純に有するものは、ヘッダー集合体およびこれによ
って得られる電池のコストを増加する。次に、継手のリ
ングは、蓋体の厚さの２〜６倍あり、電池の下方に突き
出し、電気化学活物質のための有用な高さを減少する。
これによって、電池のエネルギー密度を減少することに
なる。
は、一般的にガラス金属シールを支持する継手を有して
いる。この継手は、ヘッダー集合体の歪みを最小化する
役割を果たすとともに、ガラス金属シール上の内部のス
トレスおよび力を減少する役割を果たす。従来の継手構
造は、リチウム電池が約２００℃までの温度で操作でき
るようなっているが、それには、幾つかの欠点があっ
た。まず、従来の継手は、リングの形状になっており、
一般にヘッダー集合体に溶接されていた。それ故、継手
を単純に有するものは、ヘッダー集合体およびこれによ
って得られる電池のコストを増加する。次に、継手のリ
ングは、蓋体の厚さの２〜６倍あり、電池の下方に突き
出し、電気化学活物質のための有用な高さを減少する。
これによって、電池のエネルギー密度を減少することに
なる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明による新規なヘ
ッダー集合体は、継手の使用を省略する。ヘッダー集合
体の蓋体は、固定された幅および深さの同心円の溝を有
するように改良されている。この溝は、ガラス金属シー
ルの端部から半径方向に所定距離のところに配置され
る。蓋体の厚さおよびその配置、幅および深さは、他の
パラメータの中でも電池を活性化するために使用される
特定の電解液、電池のサイズおよび放電速度や温度に依
存する。本発明のヘッダー集合体は、高温度のリチウム
電池に特に有用であり、更なる電気化学的活成分を含む
ことによって、電池のエネルギー密度を顕著に増加す
る。約２００℃までの温度で放電されたとき、このヘッ
ダーは、密閉のままである。
ッダー集合体は、継手の使用を省略する。ヘッダー集合
体の蓋体は、固定された幅および深さの同心円の溝を有
するように改良されている。この溝は、ガラス金属シー
ルの端部から半径方向に所定距離のところに配置され
る。蓋体の厚さおよびその配置、幅および深さは、他の
パラメータの中でも電池を活性化するために使用される
特定の電解液、電池のサイズおよび放電速度や温度に依
存する。本発明のヘッダー集合体は、高温度のリチウム
電池に特に有用であり、更なる電気化学的活成分を含む
ことによって、電池のエネルギー密度を顕著に増加す
る。約２００℃までの温度で放電されたとき、このヘッ
ダーは、密閉のままである。
【０００７】本発明の目的は、次の記述と添付する図面
によって当業者にさらに明らかとなる。
によって当業者にさらに明らかとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１〜３に示すものは、本発明に
よるプリズム状電気化学電池である。電池１０は、端子
リード１６に接続された集電体１４を有するカソード電
極１２を含んでいる。カソード電極１２は、改変を加え
ることなく、固体カソードおよび液体電気化学電池の両
方のタイプのアルカリ金属／固体カソードまたはアルカ
リ金属／オキシハライド電気化学電池に容易に組み込ま
れる。
よるプリズム状電気化学電池である。電池１０は、端子
リード１６に接続された集電体１４を有するカソード電
極１２を含んでいる。カソード電極１２は、改変を加え
ることなく、固体カソードおよび液体電気化学電池の両
方のタイプのアルカリ金属／固体カソードまたはアルカ
リ金属／オキシハライド電気化学電池に容易に組み込ま
れる。
【０００９】例示される電池１０は、導電性ケース１８
の内部に収容された固体カソードの実施例である。ケー
ス１８は、間をあけた略平面的な前側面２０および後側
面２２を有しており、それぞれは、上部平面端部２４を
有する半円形になっている。この側面２０、２２は、半
円形の中間の末端壁２６によって接続されており、これ
は、完全に半径状の周縁部に沿って会合するように湾曲
している。ケース１８の開口した上部は、蓋体２８によ
って閉じられる。ケース１０は、ニッケル、アルミニウ
ム、ステンレス鋼、軟鋼、タンタルおよびチタンからな
る群から選択される好適な導電性金属からなる。外部の
電池の電気的接続は、端子リード１６と、端子リード１
６から絶縁された蓋体２８または完全に導電性のケース
１８からなる接触領域とによって提供される。
の内部に収容された固体カソードの実施例である。ケー
ス１８は、間をあけた略平面的な前側面２０および後側
面２２を有しており、それぞれは、上部平面端部２４を
有する半円形になっている。この側面２０、２２は、半
円形の中間の末端壁２６によって接続されており、これ
は、完全に半径状の周縁部に沿って会合するように湾曲
している。ケース１８の開口した上部は、蓋体２８によ
って閉じられる。ケース１０は、ニッケル、アルミニウ
ム、ステンレス鋼、軟鋼、タンタルおよびチタンからな
る群から選択される好適な導電性金属からなる。外部の
電池の電気的接続は、端子リード１６と、端子リード１
６から絶縁された蓋体２８または完全に導電性のケース
１８からなる接触領域とによって提供される。
【００１０】カソード電極１２は、固体カソード材料か
らなるボディを有しており、これはカソード集電体１４
にプレスまたはカレンダーされた活物質からなるカソー
ドプレート３０、３２の形態になっている。カソード電
極１２は、ステップ３６（図２）の近傍からのびて、ケ
ースの中間の末端壁２６の半径状の湾曲に続いていて、
電解液充填孔４２に設けられた電池の封鎖体４０のため
の絶縁構造３８の近傍の位置に続く完全に半径方向に広
がる端部３４を備えている。この構成は、ケース１８の
内部容積と同じだけの量のカソード活物質と、これと電
気化学的に関連付けられるアノードとを収容することが
できる。
らなるボディを有しており、これはカソード集電体１４
にプレスまたはカレンダーされた活物質からなるカソー
ドプレート３０、３２の形態になっている。カソード電
極１２は、ステップ３６（図２）の近傍からのびて、ケ
ースの中間の末端壁２６の半径状の湾曲に続いていて、
電解液充填孔４２に設けられた電池の封鎖体４０のため
の絶縁構造３８の近傍の位置に続く完全に半径方向に広
がる端部３４を備えている。この構成は、ケース１８の
内部容積と同じだけの量のカソード活物質と、これと電
気化学的に関連付けられるアノードとを収容することが
できる。
【００１１】カソード集電体１４は、穴の開いたグリッ
ド４４と、グリッド４４と共通平面でこれによって３方
向が囲まれた形状の内部接続タブ４６と、一体型の外部
接続タブ４８とからなる。外部接続タブ４８は、内部タ
ブ４６の外側にのびる連続体である。この端子リード１
６は、図２においては、外部タブ４８に接続されるよう
に示されているが、内部タブ４６および外部タブ４８の
いずれかの接続部分においてカソード集電体１４に直接
接続されればよい。この構成は、Ｐａｕｌｏｔ等の米国
特許第５，７５０，２８６号に完全に記載されている。
なお、この特許は、本発明の譲受人に譲り受けられてお
り、ここに参照として組み込まれる。
ド４４と、グリッド４４と共通平面でこれによって３方
向が囲まれた形状の内部接続タブ４６と、一体型の外部
接続タブ４８とからなる。外部接続タブ４８は、内部タ
ブ４６の外側にのびる連続体である。この端子リード１
６は、図２においては、外部タブ４８に接続されるよう
に示されているが、内部タブ４６および外部タブ４８の
いずれかの接続部分においてカソード集電体１４に直接
接続されればよい。この構成は、Ｐａｕｌｏｔ等の米国
特許第５，７５０，２８６号に完全に記載されている。
なお、この特許は、本発明の譲受人に譲り受けられてお
り、ここに参照として組み込まれる。
【００１２】カソード集電体１４の好適な材料は、ＡＳ
ＴＭ Ｂ−１６２明細書のタイプ２００または２０１の
シリーズのニッケルスクリーンである。使用する前にこ
のスクリーンは、洗浄されて、すべてのグリースや工程
オイルが取り除かれ。このスクリーンは、好ましくは、
アニールされている。
ＴＭ Ｂ−１６２明細書のタイプ２００または２０１の
シリーズのニッケルスクリーンである。使用する前にこ
のスクリーンは、洗浄されて、すべてのグリースや工程
オイルが取り除かれ。このスクリーンは、好ましくは、
アニールされている。
【００１３】さらに、電池１０は、例えば、５０で示さ
れるような、アルカリ金属アノード電極のようなアノー
ド電極を有している。このアノード電極５０は、集電体
としての役割を果たす単一の導電性部材からなり、好ま
しくは、ニッケルからなる薄いシート状金属から作製さ
れ、中間織物部５６によって接続された一対の翼状部５
２、５４を有している。アノード集電体は、好ましくは
アニールされており、延伸された形状である。
れるような、アルカリ金属アノード電極のようなアノー
ド電極を有している。このアノード電極５０は、集電体
としての役割を果たす単一の導電性部材からなり、好ま
しくは、ニッケルからなる薄いシート状金属から作製さ
れ、中間織物部５６によって接続された一対の翼状部５
２、５４を有している。アノード集電体は、好ましくは
アニールされており、延伸された形状である。
【００１４】アノードのための好適なアルカリ金属は、
リチウムまたはリチウム合金である。リチウムアノード
プレート５８および６０は、集電体の翼状部５２および
５４のそれぞれと対応するものと圧力結合されて接触保
持されている。この翼状部５２および５４は、メッシュ
形状であり、リチウムアノード部５８、６０と接触して
いる。このリチウウムアノード部５８、６０は、対応す
る翼状部５２、５４と同様の形状および配置になってい
るが、わずかに大きな寸法または表面を有しており、各
集電体の翼状部の周縁部を囲う縁もしくは周縁の延長部
もしくは境界を規定している。すなわち、リチウムアノ
ード部５８および６０のそれぞれの長さおよび幅は、対
応する翼状部５２および５４の長さおよび幅よりもわず
かに大きくなっており、このアノード部は、電極織物部
５６から近いところで末端部をむかえる。
リチウムまたはリチウム合金である。リチウムアノード
プレート５８および６０は、集電体の翼状部５２および
５４のそれぞれと対応するものと圧力結合されて接触保
持されている。この翼状部５２および５４は、メッシュ
形状であり、リチウムアノード部５８、６０と接触して
いる。このリチウウムアノード部５８、６０は、対応す
る翼状部５２、５４と同様の形状および配置になってい
るが、わずかに大きな寸法または表面を有しており、各
集電体の翼状部の周縁部を囲う縁もしくは周縁の延長部
もしくは境界を規定している。すなわち、リチウムアノ
ード部５８および６０のそれぞれの長さおよび幅は、対
応する翼状部５２および５４の長さおよび幅よりもわず
かに大きくなっており、このアノード部は、電極織物部
５６から近いところで末端部をむかえる。
【００１５】アノード‐カソードのサブアッセンブリを
構成するために、固体カソード活物質からなるカソード
プレート３０および３２は、カソード集電体１４に、ま
ずプレス接触されている。カソード活物質は、好ましく
は、酸化バナジウム銀や酸化バナジウム銀銅などの混合
金属酸化物、フッ化炭素材料、またはオキシハライド電
池の場合には、炭素質材料からなる。カソード集電体１
４は、コバルト‐ニッケル合金、クロムフエライト（ｃ
ｈｒｏｍｉｕｍ ｆｅｒｒｉｔｉｃ）、ニッケル合金、
アルミニウム、ステンレス鋼、軟鋼およびチタンからな
る群から選択される薄い金属製シートから作製される
が、チタンが好ましい。
構成するために、固体カソード活物質からなるカソード
プレート３０および３２は、カソード集電体１４に、ま
ずプレス接触されている。カソード活物質は、好ましく
は、酸化バナジウム銀や酸化バナジウム銀銅などの混合
金属酸化物、フッ化炭素材料、またはオキシハライド電
池の場合には、炭素質材料からなる。カソード集電体１
４は、コバルト‐ニッケル合金、クロムフエライト（ｃ
ｈｒｏｍｉｕｍ ｆｅｒｒｉｔｉｃ）、ニッケル合金、
アルミニウム、ステンレス鋼、軟鋼およびチタンからな
る群から選択される薄い金属製シートから作製される
が、チタンが好ましい。
【００１６】関連付けられたアノードリチウム部５８、
６０とアノード翼状部５２、５４は、次に織物部５６に
関して互いの方向に巻回されて、集電体１４のいずれか
の側に共に接合されたカソードプレート３０および３２
の反対側の主面と作動的に接触するようにリチウムアノ
ード部５８、６０を配置する。封鎖し絶縁するシート
（図示せず）が、織物５６とカソード電極の間に配置さ
れる。
６０とアノード翼状部５２、５４は、次に織物部５６に
関して互いの方向に巻回されて、集電体１４のいずれか
の側に共に接合されたカソードプレート３０および３２
の反対側の主面と作動的に接触するようにリチウムアノ
ード部５８、６０を配置する。封鎖し絶縁するシート
（図示せず）が、織物５６とカソード電極の間に配置さ
れる。
【００１７】特に、リチウムアノード部５８は、セパレ
ーター材料６２の部分によってカソードプレート３０と
作動的に接触している。同様に、リチウムアノード部６
０は、セパレーター６２のもう一方の部分によって、カ
ソードプレート３２と作動的に接触しており、このセパ
レーターは、カソード体を囲んで包囲してアノードとの
直接的物理的接触を回避している。端子リード１６は次
に、蓋体２８に嵌合される新規なガラス金属シール６４
からなるヘッダー集合体を通ってのびるカソード集電体
１４に接触している。
ーター材料６２の部分によってカソードプレート３０と
作動的に接触している。同様に、リチウムアノード部６
０は、セパレーター６２のもう一方の部分によって、カ
ソードプレート３２と作動的に接触しており、このセパ
レーターは、カソード体を囲んで包囲してアノードとの
直接的物理的接触を回避している。端子リード１６は次
に、蓋体２８に嵌合される新規なガラス金属シール６４
からなるヘッダー集合体を通ってのびるカソード集電体
１４に接触している。
【００１８】図４に示すように、本発明のガラス金属シ
ール６４は、蓋体内に設けられ、その上部平面６８およ
び下部平面７０の間の円筒型壁６６からなる。この円筒
型壁６６は、上部平面６８および下部平面７０に垂直な
縦軸を有しており、ガラス材料７２を支持する表面の間
の十分な厚さを有する蓋体を提供している。この蓋体２
８は、好ましくは、約０．０５インチ〜約０．２インチ
の厚さになっている。ガラス材料７２は、端子リード１
６および円筒型壁６６を間で密閉シールしている。端子
リード１６は、円筒型壁６６の縦軸に存在している。
ール６４は、蓋体内に設けられ、その上部平面６８およ
び下部平面７０の間の円筒型壁６６からなる。この円筒
型壁６６は、上部平面６８および下部平面７０に垂直な
縦軸を有しており、ガラス材料７２を支持する表面の間
の十分な厚さを有する蓋体を提供している。この蓋体２
８は、好ましくは、約０．０５インチ〜約０．２インチ
の厚さになっている。ガラス材料７２は、端子リード１
６および円筒型壁６６を間で密閉シールしている。端子
リード１６は、円筒型壁６６の縦軸に存在している。
【００１９】本発明の一実施例によると、環状溝７４
が、蓋体に設けられており、これは円筒型壁６６および
端子ピン１６を囲んでいる。この溝７４は、蓋体の下部
表面７０からのびており、チャネルの形状を有してお
り、内側壁７６および外側壁７８を有していて、これら
は中間壁８２で会合している。側壁７６および７８は、
好ましくは、端子リード１６に関して同心円になってお
り、中間壁は好ましくは、蓋体の上部表面５８および下
部表面７０と平行になっている。一般的に、同心円の溝
７４は、リード１６から蓋体２８の端部までの距離の約
１０〜９０％の所定の半径距離のところに配置されてい
る。溝７４の深さは、蓋体２８の厚さの約１０〜９０％
の間で変化し、溝７４の幅は蓋体２８のリード１６と端
部との間の所定の半径距離の約１〜５０％の間で変化す
る。
が、蓋体に設けられており、これは円筒型壁６６および
端子ピン１６を囲んでいる。この溝７４は、蓋体の下部
表面７０からのびており、チャネルの形状を有してお
り、内側壁７６および外側壁７８を有していて、これら
は中間壁８２で会合している。側壁７６および７８は、
好ましくは、端子リード１６に関して同心円になってお
り、中間壁は好ましくは、蓋体の上部表面５８および下
部表面７０と平行になっている。一般的に、同心円の溝
７４は、リード１６から蓋体２８の端部までの距離の約
１０〜９０％の所定の半径距離のところに配置されてい
る。溝７４の深さは、蓋体２８の厚さの約１０〜９０％
の間で変化し、溝７４の幅は蓋体２８のリード１６と端
部との間の所定の半径距離の約１〜５０％の間で変化す
る。
【００２０】本発明の改良されたヘッダー集合体は、特
に、次のようにして密閉を保持すると考えられる。電池
１０内に発生した内部圧力は、電池放電中に発生する内
部熱および外部熱や上昇した環境温度によるガス状の放
電生成物の結果として増加すると、これによる内部スト
レスや力は、同心円の溝７４の近傍において、蓋体２８
の歪みを生ずる。蓋体２８は、この領域において影響し
て、ガラス金属シールに適用されるストレスや力を減少
する。
に、次のようにして密閉を保持すると考えられる。電池
１０内に発生した内部圧力は、電池放電中に発生する内
部熱および外部熱や上昇した環境温度によるガス状の放
電生成物の結果として増加すると、これによる内部スト
レスや力は、同心円の溝７４の近傍において、蓋体２８
の歪みを生ずる。蓋体２８は、この領域において影響し
て、ガラス金属シールに適用されるストレスや力を減少
する。
【００２１】すなわち、蓋体２８およびガラス金属シー
ル６４を含む本発明のヘッダー集合体は、従来設計で使
用される継手リングを省略することによって、電池のエ
ネルギー密度を増加すると考えられる。継手リングを取
り除くと、電極集合体の高さおよびケース１８内の電気
化学活物質の量は増加する。また、これによって、電池
のエネルギー密度は増加する。この点に関して、電池１
０内の更なる空隙の量は、アノードおよびカソード活物
質の量を増加するのに有用であり、電池内に発生する内
部圧力を減少するのを助ける。アノード／カソード電極
集合体が、電池１８内に配置され、蓋体２８が溶接する
などしてケースに密閉シールされた後に、電池１０は、
固体カソード電池の場合には、非水性電解液によって完
了する。オキシハライド電池の場合には、液体減極材が
電池１８内に設けられ、その中で密封されて、封止材４
０が開口部４２に溶接されて、ケース１０を密閉封鎖す
る。リード１６は、カソード体電極１２に接続された正
電極端子である。アノード電極５０は、それと電気的に
接触しているアノード集電体の織物部５６によって導電
性ケース１８と作動的に接触しており、本発明の電池１
０は、ケースが負極の電気的配置である。
ル６４を含む本発明のヘッダー集合体は、従来設計で使
用される継手リングを省略することによって、電池のエ
ネルギー密度を増加すると考えられる。継手リングを取
り除くと、電極集合体の高さおよびケース１８内の電気
化学活物質の量は増加する。また、これによって、電池
のエネルギー密度は増加する。この点に関して、電池１
０内の更なる空隙の量は、アノードおよびカソード活物
質の量を増加するのに有用であり、電池内に発生する内
部圧力を減少するのを助ける。アノード／カソード電極
集合体が、電池１８内に配置され、蓋体２８が溶接する
などしてケースに密閉シールされた後に、電池１０は、
固体カソード電池の場合には、非水性電解液によって完
了する。オキシハライド電池の場合には、液体減極材が
電池１８内に設けられ、その中で密封されて、封止材４
０が開口部４２に溶接されて、ケース１０を密閉封鎖す
る。リード１６は、カソード体電極１２に接続された正
電極端子である。アノード電極５０は、それと電気的に
接触しているアノード集電体の織物部５６によって導電
性ケース１８と作動的に接触しており、本発明の電池１
０は、ケースが負極の電気的配置である。
【００２２】カソード集電体１４は、好ましくはチタン
からなる。蓋体は、好ましくはステンレス鋼からなり、
リチウムオキシハライド電池のガラス金属シール６４の
ための好適なガラスは、ＧＢＣ６１４Ｕであり、好適な
端子ピン材料は、５２合金である。ガラスシール７２の
ための好適な他の材料としては、ＣＡＢＡＬ １２、Ｔ
Ａ−２３、ＦＵＳＩＴＥ−４２５またはＦＵＳＩＴＥ−
４３５の密閉シールガラスが挙げられ、電池の封止材４
０は、ステンレス鋼、チタンまたはニッケルからなる。
からなる。蓋体は、好ましくはステンレス鋼からなり、
リチウムオキシハライド電池のガラス金属シール６４の
ための好適なガラスは、ＧＢＣ６１４Ｕであり、好適な
端子ピン材料は、５２合金である。ガラスシール７２の
ための好適な他の材料としては、ＣＡＢＡＬ １２、Ｔ
Ａ−２３、ＦＵＳＩＴＥ−４２５またはＦＵＳＩＴＥ−
４３５の密閉シールガラスが挙げられ、電池の封止材４
０は、ステンレス鋼、チタンまたはニッケルからなる。
【００２３】金属製ケースは、ステンレス鋼、軟鋼、ニ
ッケルメッキ軟鋼、チタン、タンタルまたはアルミニウ
ムからなるが、金属製材料が電池の成分と化学変化を起
こさない限り、これに限定されるわけではない。ステン
レス鋼製の蓋体の場合、ケースは、好ましくはステンレ
ス鋼である。
ッケルメッキ軟鋼、チタン、タンタルまたはアルミニウ
ムからなるが、金属製材料が電池の成分と化学変化を起
こさない限り、これに限定されるわけではない。ステン
レス鋼製の蓋体の場合、ケースは、好ましくはステンレ
ス鋼である。
【００２４】本発明の電気化学電池１０は、導電性電池
ケース１８と接触するカソード部を配置することによっ
て、ケースが正極の電気的配置を有するように構成され
てもよい。特に、図２および３のアノード‐カソードの
サブアッセンブリに示すように、ケースが正極の電気的
配置は、リチウムアノード部５８、６０を電極の翼状部
５２、５４のカソードプレート３０、３２と置き換える
ことによって提供される。したがって、カソード電極１
２は、リチウムアノード部５８、６０の一対と置き換え
られ、それぞれアノード集電体としての役割を果たす穴
の開いたグリッド４０に共に挟んで、またこれは、少な
くとも１つの内部接続タブ４６および外部接続タブ４８
との電気的接触によって端子ピンと接触されて、リード
１６は、ガラス金属シール５２によって蓋体２８から絶
縁されている。電極翼状部５２、５４と接触し、電池ケ
ース１８と接触している電極織物部５６を有するカソー
ドプレート３０、３２の場合、電池は、ケースが正極の
電気的配置になっている。他の全ての点に関して、ケー
スが正極の配置のアノード電極は、ケースが負極の配置
を有する電池に関して先に記載したものと同様である。
ケース１８と接触するカソード部を配置することによっ
て、ケースが正極の電気的配置を有するように構成され
てもよい。特に、図２および３のアノード‐カソードの
サブアッセンブリに示すように、ケースが正極の電気的
配置は、リチウムアノード部５８、６０を電極の翼状部
５２、５４のカソードプレート３０、３２と置き換える
ことによって提供される。したがって、カソード電極１
２は、リチウムアノード部５８、６０の一対と置き換え
られ、それぞれアノード集電体としての役割を果たす穴
の開いたグリッド４０に共に挟んで、またこれは、少な
くとも１つの内部接続タブ４６および外部接続タブ４８
との電気的接触によって端子ピンと接触されて、リード
１６は、ガラス金属シール５２によって蓋体２８から絶
縁されている。電極翼状部５２、５４と接触し、電池ケ
ース１８と接触している電極織物部５６を有するカソー
ドプレート３０、３２の場合、電池は、ケースが正極の
電気的配置になっている。他の全ての点に関して、ケー
スが正極の配置のアノード電極は、ケースが負極の配置
を有する電池に関して先に記載したものと同様である。
【００２５】溝７４は、端子リード１６と同心円である
と記載されているが、これは、すべての電池の構成にと
って好ましいわけではない。本発明の他の実施例による
と、溝８２（図５）は、リード１６の縦軸に関してずれ
ていてもよい。ここに示すように、溝８２およびリード
１６の間の距離８４は、距離８６よりも小さい。さら
に、溝８８は、必ずしも円形状にはなっておらず、正方
形、矩形、六角形（図６）、もしくは他の複数の側面を
有する形状になっていてもよい。また、溝９０は、図７
に示すように、不規則な形状であってもよい。実際に
は、溝の形状は、当業者の創造と特定の電池の利用のた
めの必要性によってのみに限定される。
と記載されているが、これは、すべての電池の構成にと
って好ましいわけではない。本発明の他の実施例による
と、溝８２（図５）は、リード１６の縦軸に関してずれ
ていてもよい。ここに示すように、溝８２およびリード
１６の間の距離８４は、距離８６よりも小さい。さら
に、溝８８は、必ずしも円形状にはなっておらず、正方
形、矩形、六角形（図６）、もしくは他の複数の側面を
有する形状になっていてもよい。また、溝９０は、図７
に示すように、不規則な形状であってもよい。実際に
は、溝の形状は、当業者の創造と特定の電池の利用のた
めの必要性によってのみに限定される。
【００２６】当業者は、図４〜７に示す本発明のヘッダ
ー集合体が、プリズム状電池に関して記載されており、
例示にすぎないことを容易に認識することができる。溝
およびヘッダー集合体は、螺旋巻回電池、ボタン型電
池、コイン型電池などの幅広い電池構成に容易に適用で
きる。例えば、図８は、ケース１０２に収容される螺旋
巻回電気化学電池１００を示す。ケース１０２は、底壁
１０６によってその下方端部を封止し、ヘッダー１０８
によってその上部を封止する円筒型側壁１０４を有して
いる。ヘッダー１０８は、ガラス金属シール（図示せ
ず）を有しており、これは、リードを囲む内部溝を有す
る図４〜７に示す集合体のいずれかによって、ケース１
０２の残りの部分から端子リード１１０を電気的に絶縁
している。
ー集合体が、プリズム状電池に関して記載されており、
例示にすぎないことを容易に認識することができる。溝
およびヘッダー集合体は、螺旋巻回電池、ボタン型電
池、コイン型電池などの幅広い電池構成に容易に適用で
きる。例えば、図８は、ケース１０２に収容される螺旋
巻回電気化学電池１００を示す。ケース１０２は、底壁
１０６によってその下方端部を封止し、ヘッダー１０８
によってその上部を封止する円筒型側壁１０４を有して
いる。ヘッダー１０８は、ガラス金属シール（図示せ
ず）を有しており、これは、リードを囲む内部溝を有す
る図４〜７に示す集合体のいずれかによって、ケース１
０２の残りの部分から端子リード１１０を電気的に絶縁
している。
【００２７】ここに記載する本発明の概念に種々の改良
を加えることは、添付する請求の範囲によって限定規定
される本発明の精神と概念から離れることなく、当業者
に明らかであると考えられる。
を加えることは、添付する請求の範囲によって限定規定
される本発明の精神と概念から離れることなく、当業者
に明らかであると考えられる。
【図１】本発明のプリズム状電気化学電池１０の斜視図
である。
である。
【図２】本発明の電池１０の側面断面図である。
【図３】図２の３−３線における断面図である。
【図４】図１の４−４線における断面図である。
【図５】本発明による端子リード１６を囲む溝の他の実
施例である。
施例である。
【図６】本発明による端子リード１６を囲む溝の他の実
施例である。
施例である。
【図７】本発明による端子リード１６を囲む溝の他の実
施例である。
施例である。
【図８】円筒型ケース１０２に収容された螺旋巻回電池
１００の側面立面図である。
１００の側面立面図である。
１０ プリズム状電気化学電池 １２ カソード電極 １４ カソード集電体 １６ 端子リード １８ 導電性ケース ２０ 前側面 ２２ 後ろ側面 ２４ 上部平面端部 ２６ 末端壁 ２８ 蓋体 ３０、３２ カソードプレート ３４ 半径状の端部 ３８ 絶縁構造 ４０ 封鎖体 ４２ 電解液充填孔 ４４ グリッド ４６ 内部接続タブ ４８ 外部接続タブ ５０ アノード電極 ５２、５４ 翼状部 ５６ 中間織物部 ５８、６０ リチウムアノード部 ６２ セパレーター材料 ６４ ガラス金属シール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 2/04 Ｈ０１Ｍ 2/04 Ｇ 2/30 2/30 Ｂ 6/16 6/16 Ｂ Ｃ Ｄ Ｚ (72)発明者 クリスティーン エイ、フライズ アメリカ合衆国、コネチカット州 06776、 ニュー ミルフォード、リトル ベアー ヒル ロード 39 (72)発明者 ハーヴィー エイ、ホーナン ザ セカン ド アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14731、 クラレンス、シャイマーヴィル ロード 4470 (72)発明者 エスター エス、タケウチ アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14051、 イースト アムハースト、サン ラファエ ル コート 38
Claims (21)
- 【請求項１】 ａ）アノード、 ｂ）カソード、 ｃ）前記アノードおよび前記カソードを活性化する電解
液、 ｄ）活性化された前記アノードおよび前記カソードを収
容するケース（ここで、前記ケースは、前記アノードお
よび前記カソードの一方のための第１の端子としての役
割を果たし、前記ケースから絶縁されたリードは、前記
アノードおよび前記カソードの他方のための第２の端子
としての役割を果たす）、および ｅ）前記ケースから絶縁された前記リードを囲む前記ケ
ース内に設けられた溝（前記溝は、前記ケースの内側表
面から前記ケースの厚さ方向のある部分にまで広がって
いる）からなる電気化学電池。 - 【請求項２】 前記溝は、チャネル形状であることを特
徴とする請求項１に記載の電気化学電池。 - 【請求項３】 前記溝は、前記リードと同心円であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。 - 【請求項４】 前記ケースは、蓋体によって閉じられる
開口端部を有する容器からなり、前記溝は、前記リード
から半径方向に、前記リードから前記容器を閉じている
前記蓋体の端部までの距離の約１０〜９０％のところに
配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気
化学電池。 - 【請求項５】 前記溝は、前記ケースの厚さ方向にその
約１０〜９０％広がっていることを特徴とする請求項１
に記載の電気化学電池。 - 【請求項６】 前記ケースは、蓋体によって閉じられた
開口端部を有する容器からなり、前記チャネル形状の溝
は、前記リードから前記容器を閉じている前記蓋体の端
部までの距離の約１０〜５０％の幅を有することを特徴
とする請求項２に記載の電気化学電池。 - 【請求項７】 前記溝は、前記リードに対してずれてい
ることを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。 - 【請求項８】 前記溝は、多数の側面を有することを特
徴とする請求項１に記載の電気化学電池。 - 【請求項９】 前記溝は、不規則形状であることを特徴
とする請求項１に記載の電気化学電池。 - 【請求項１０】 リチウムまたはリチウム合金のアノー
ドを有する一次電池であることを特徴とする請求項１に
記載の電気化学電池。 - 【請求項１１】 前記電池は、プリズム状電池、円筒型
ケースに収容された螺旋巻回電池、ボタン型電池および
コイン型電池からなる群から選択されることを特徴とす
る請求項１に記載の電気化学電池。 - 【請求項１２】 ａ）アノードを用意する工程、 ｂ）カソードを用意する工程、 ｃ）前記アノードおよび前記カソードをケース内に収容
する工程（ここで、前記ケースは、前記アノードおよび
前記カソードの一方のための第１の端子としての役割を
果たし、前記ケースから絶縁されたリードは、前記アノ
ードおよび前記カソードの他方のための第２の端子とし
ての役割を果たす）、 ｄ）前記アノードおよび前記カソードを電解液で活性化
する工程、および ｅ）前記ケース内において、前記ケースから絶縁された
前記リードを囲う溝を設ける工程（ここで、前記溝は、
前記ケースの内側表面から前記ケースの厚さの方向のあ
る部分まで広がっている）からなる電気化学電池の製造
方法。 - 【請求項１３】 前記溝は、チャネル形状であることを
特徴とする請求項１２に記載の方法。 - 【請求項１４】 前記溝は、前記リードと同心円である
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記ケースは、蓋体によって閉じられ
た開口端部を有する容器からなり、前記溝は、前記リー
ドから半径方向に、前記リードから前記容器を閉じてい
る前記蓋体の端部までの距離の約１０〜９０％のところ
に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の
方法。 - 【請求項１６】 前記溝は、前記ケースの厚さ方向にそ
の約１０〜９０％広がっていることを特徴とする請求項
１２に記載の方法。 - 【請求項１７】 前記ケースは、蓋体によって閉じられ
た開口端部を有する容器からなり、前記チャネル形状の
溝は、前記リードから前記容器を閉じている前記蓋体の
端部までの距離の約１０〜５０％の幅を有することを特
徴とする請求項１２に記載の方法。 - 【請求項１８】 前記溝は、前記リードに対してずれて
いることを特徴とする請求項１２に記載の方法。 - 【請求項１９】 前記溝は、多数の側面を有することを
特徴とする請求項１２に記載の方法。 - 【請求項２０】 前記溝は、不規則形状であることを特
徴とする請求項１２に記載の方法。 - 【請求項２１】 リチウムまたはリチウム合金のアノー
ドを有する一次電池であることを特徴とする請求項１２
に記載の方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US13254999P | 1999-05-05 | 1999-05-05 | |
| US09/564,401 US6569562B1 (en) | 1999-05-05 | 2000-05-01 | Electrochemical cell with novel header assembly |
| US09/564401 | 2000-05-01 | ||
| US60/132549 | 2000-05-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001102015A true JP2001102015A (ja) | 2001-04-13 |
Family
ID=26830477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000172769A Pending JP2001102015A (ja) | 1999-05-05 | 2000-05-02 | 新規なヘッダー集合体を有する電気化学電池 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6569562B1 (ja) |
| EP (1) | EP1050912B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001102015A (ja) |
| AT (1) | ATE360264T1 (ja) |
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