JP2001313007A - エネルギー密度を改善したセル構造 - Google Patents
エネルギー密度を改善したセル構造Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 セル設計の自由度とエネルギー密度を改善し
たセル構造を提供しようとする。 【解決手段】 アノード71と、カソード33と、前記
カソードと電気化学的に連動してアノードを活性化する
電解液、及び、前記アノードとカソードを包囲するケー
シングを備え、このケーシングが、実質的に平坦な第1
の主面壁まで延びてそれに連接する第1の包囲側壁を有
する第1部分12と、実質的に平坦な第2の主面壁まで
延びてこれに連接する第2の包囲側壁を有する第2部分
12とからなり、前記ケーシングの第1部分及び第2部
分は、前記アノード、カソード及び電解液を収容すべ
く、前記第1の包囲側壁を前記第2の包囲側壁にシール
接続62するように互いに連結されたものである。
たセル構造を提供しようとする。 【解決手段】 アノード71と、カソード33と、前記
カソードと電気化学的に連動してアノードを活性化する
電解液、及び、前記アノードとカソードを包囲するケー
シングを備え、このケーシングが、実質的に平坦な第1
の主面壁まで延びてそれに連接する第1の包囲側壁を有
する第1部分12と、実質的に平坦な第2の主面壁まで
延びてこれに連接する第2の包囲側壁を有する第2部分
12とからなり、前記ケーシングの第1部分及び第2部
分は、前記アノード、カソード及び電解液を収容すべ
く、前記第1の包囲側壁を前記第2の包囲側壁にシール
接続62するように互いに連結されたものである。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、互いに係合及び連
結する少なくとも2個の型打ち金属要素からなる角柱型
ケースを形成することによりセルサイズを縮小し、これ
によってエネルギー密度を改善すべく設計された電気化
学セルに関するものである。より特定すれば、本発明
は、互いに係合する一対の型打ち金属半部からなるケー
ス素子の少なくとも一方の本体に凹部を形成してなる前
記ケース中に包囲された電気化学セルに関するものであ
る。
結する少なくとも2個の型打ち金属要素からなる角柱型
ケースを形成することによりセルサイズを縮小し、これ
によってエネルギー密度を改善すべく設計された電気化
学セルに関するものである。より特定すれば、本発明
は、互いに係合する一対の型打ち金属半部からなるケー
ス素子の少なくとも一方の本体に凹部を形成してなる前
記ケース中に包囲された電気化学セルに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】植え込み型医療装置に用いられる銀バナ
ジウムオキサイドなどのリチウムアノード型電気化学セ
ルは、典型的には、円柱型又は角柱型ケーシング中に包
囲される。これら2形式のハウジング設計は、2個の主
要素、すなわち蓋と深底容器ケースとからなっている。
ジウムオキサイドなどのリチウムアノード型電気化学セ
ルは、典型的には、円柱型又は角柱型ケーシング中に包
囲される。これら2形式のハウジング設計は、2個の主
要素、すなわち蓋と深底容器ケースとからなっている。
【0003】例えば、先行技術の1つとして、マフォレ
ット、その他に与えられ、本発明の出願人に譲渡された
米国特許第6,004,962号があり、ここでは、そ
の米国特許明細書に記載されたリチウム電気化学セル用
の角柱型ケースに包囲されたセルを参照する。このセル
は、連結された蓋により閉じられる開放端面を有する深
底型の導電性ケースを備えている。蓋は負荷への電気接
続を形成するリード手段となる端子ピンを備えている。
ケーシング自体もそのセルの他方の端子を装備してい
る。前記マフォレット特許における、概して角柱型また
は直方体形状のケーシングはケーシング側壁にギザギザ
又は凹部を設け、同時に、効率的な方法でそのケース中
にセルスタックを挿入することが不可能ではないにして
も、極めて困難である。そのような凹部は、セルによっ
て電力供給される装置の諸要素を入れ子状に組み立てる
のに有用である。
ット、その他に与えられ、本発明の出願人に譲渡された
米国特許第6,004,962号があり、ここでは、そ
の米国特許明細書に記載されたリチウム電気化学セル用
の角柱型ケースに包囲されたセルを参照する。このセル
は、連結された蓋により閉じられる開放端面を有する深
底型の導電性ケースを備えている。蓋は負荷への電気接
続を形成するリード手段となる端子ピンを備えている。
ケーシング自体もそのセルの他方の端子を装備してい
る。前記マフォレット特許における、概して角柱型また
は直方体形状のケーシングはケーシング側壁にギザギザ
又は凹部を設け、同時に、効率的な方法でそのケース中
にセルスタックを挿入することが不可能ではないにして
も、極めて困難である。そのような凹部は、セルによっ
て電力供給される装置の諸要素を入れ子状に組み立てる
のに有用である。
【0004】樹脂材料から形成されたケーシング両半部
を使用することは、従来より周知されている。例えば、
スズキ、その他に与えられた米国特許第4,659,6
36号のものは、合成樹脂から成形されたケーシング両
半部内に挿入され、シールされた蓄電セルに関連する。
適当な合成樹脂材料は、ABS及びポリカーボネート樹
脂をブレンドしたものを含む混合物である。
を使用することは、従来より周知されている。例えば、
スズキ、その他に与えられた米国特許第4,659,6
36号のものは、合成樹脂から成形されたケーシング両
半部内に挿入され、シールされた蓄電セルに関連する。
適当な合成樹脂材料は、ABS及びポリカーボネート樹
脂をブレンドしたものを含む混合物である。
【0005】さらに、液状の熱可塑性カプセル化材料中
にバッテリー素子を浸漬することもまた、従来技術にお
いて記載されている。例えば、バウマン三世に与えられ
た米国特許第5,270,133号は、電極素子がカプ
セル化材料内に包囲されるようにしたケースレスバッテ
リーを記載している。電極素子は、空気又は熱変態性の
熱可塑性材料中にそれらを浸漬することにより、カプセ
ル包囲される。
にバッテリー素子を浸漬することもまた、従来技術にお
いて記載されている。例えば、バウマン三世に与えられ
た米国特許第5,270,133号は、電極素子がカプ
セル化材料内に包囲されるようにしたケースレスバッテ
リーを記載している。電極素子は、空気又は熱変態性の
熱可塑性材料中にそれらを浸漬することにより、カプセ
ル包囲される。
【0006】さらに、非水性電解液バッテリーにおい
て、シールバッグを使用することもよく知られている。
例えば、フクダ、その他に与えられた米国特許第6,4
04,693号は、周縁部が熱融着されたシールバッグ
中に電極素子容器を有する非水性電解液セルを記載して
いる。シールバッグは、金属層(金属箔)と電解液絶縁
バリヤー層を含む多層構造からなるフィルムより形成さ
れる。
て、シールバッグを使用することもよく知られている。
例えば、フクダ、その他に与えられた米国特許第6,4
04,693号は、周縁部が熱融着されたシールバッグ
中に電極素子容器を有する非水性電解液セルを記載して
いる。シールバッグは、金属層(金属箔)と電解液絶縁
バリヤー層を含む多層構造からなるフィルムより形成さ
れる。
【0007】
【発明を解決しようとする課題】従来技術の構造に伴う
問題は、合成樹脂材料で密封包囲を形成すること、特
に、植え込み型医療装置に電力供給すべき電気化学セル
のために密封包囲することが、適当に行えないことであ
る。また、角柱型あるいは円筒状ケーシングは、あらゆ
る使用形態に対応できるものではない。例えば、その医
療装置の諸要素を入れ子状にするために、ケーシング本
体に凹部を必要とするようなバッテリー給電式植え込み
型医療装置などへの適用は困難である。そこに必要とさ
れるのは、従来の設計で得られていた以上のパッケージ
形状の自由度を実現するために、型打ち形成された金属
素子からなる新たなケーシング構造である。これらのバ
ッテリーケースは、セル設計のより大きい自由度を実現
するとともに、極めて大きいエネルギー密度を目指す設
計を可能にするものである。
問題は、合成樹脂材料で密封包囲を形成すること、特
に、植え込み型医療装置に電力供給すべき電気化学セル
のために密封包囲することが、適当に行えないことであ
る。また、角柱型あるいは円筒状ケーシングは、あらゆ
る使用形態に対応できるものではない。例えば、その医
療装置の諸要素を入れ子状にするために、ケーシング本
体に凹部を必要とするようなバッテリー給電式植え込み
型医療装置などへの適用は困難である。そこに必要とさ
れるのは、従来の設計で得られていた以上のパッケージ
形状の自由度を実現するために、型打ち形成された金属
素子からなる新たなケーシング構造である。これらのバ
ッテリーケースは、セル設計のより大きい自由度を実現
するとともに、極めて大きいエネルギー密度を目指す設
計を可能にするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明は、
いわばつがい連結型“貝殻状”ケーシング素子の内側に
包囲された電極構造を有する電気化学セルを指向するも
のである。さらに、本発明のケーシング設計は、型打ち
された金属部分により、ケーシング素子中に凹部構造を
形成するものである。この設計によれば、これらの凹部
構造の幾つかには、従来の円筒状及び角柱状ケーシング
設計では達成されなかったものが含まれる。ケーシング
素子は、つがい連結あるいは係合状態となるとき、内部
バッテリー構造に関して形状適合性を有し、電気化学パ
ッケージの全体サイズを縮小することができる。これは
セルの単位サイズ当りのエネルギー量を最大化するのに
役立つ。
いわばつがい連結型“貝殻状”ケーシング素子の内側に
包囲された電極構造を有する電気化学セルを指向するも
のである。さらに、本発明のケーシング設計は、型打ち
された金属部分により、ケーシング素子中に凹部構造を
形成するものである。この設計によれば、これらの凹部
構造の幾つかには、従来の円筒状及び角柱状ケーシング
設計では達成されなかったものが含まれる。ケーシング
素子は、つがい連結あるいは係合状態となるとき、内部
バッテリー構造に関して形状適合性を有し、電気化学パ
ッケージの全体サイズを縮小することができる。これは
セルの単位サイズ当りのエネルギー量を最大化するのに
役立つ。
【0009】以上述べ、又は追加すべき本発明の利点及
び特徴的構造は、図面を参照して行う以下の説明により
明らかになるであろう。
び特徴的構造は、図面を参照して行う以下の説明により
明らかになるであろう。
【0010】
【発明の実施の形態】図1〜図3Bを参照すると、本発
明による電気化学セル10が示されている。セル10は
第1及び第2の貝殻状に合せられる殻状半部12及び1
4を有するステンレス鋼などの導電性金属ケーシングを
備えている。図3Bに示す通り、殻状半部12及び14
は互いに係合し、かつ電極アセンブリ16(図2及び3
B)のための密封包囲体を形成するため、それらの周縁
を互いにシールされる。
明による電気化学セル10が示されている。セル10は
第1及び第2の貝殻状に合せられる殻状半部12及び1
4を有するステンレス鋼などの導電性金属ケーシングを
備えている。図3Bに示す通り、殻状半部12及び14
は互いに係合し、かつ電極アセンブリ16(図2及び3
B)のための密封包囲体を形成するため、それらの周縁
を互いにシールされる。
【0011】特に、第1の殻状半部12は互いに隔たっ
た側壁18及び20を有し、これらの側壁は、互いに隔
たった両端壁22及び24と連接している。側壁18、
20及び端壁22、24は互いに丸み付けした隅部にお
いて連接し、すべて正面壁26と接している。正面壁2
6の反対側には、側壁18、20及び端壁22、24の
連続端縁28が存在する。
た側壁18及び20を有し、これらの側壁は、互いに隔
たった両端壁22及び24と連接している。側壁18、
20及び端壁22、24は互いに丸み付けした隅部にお
いて連接し、すべて正面壁26と接している。正面壁2
6の反対側には、側壁18、20及び端壁22、24の
連続端縁28が存在する。
【0012】端壁24は端壁22より長く形成されてい
る。これらの端壁間の寸法差は、複数の段部30及び3
2の存在に基づくものである。この態様において、側壁
20は端壁22から延びる第1部分34を含み、ここか
ら角度側壁部36を形成し、この側壁部36が連接する
第2部分38が端壁24まで延長している。連続端縁2
8以下の凹所において、側壁20の角度側壁36及び第
2部分38により区分される領域は、第1段面30の主
面であり、その主面は第2段面32に連なる。第2段面
32の主面は、第1段面30の主面より連続端縁28ら
深い位置にある。第2段面32は正面壁26において終
わっている。第1殻状半部12の段部は、側壁20の第
1部分34からの延長部40により終了している。この
延長部40は、段面30及び32の段差形状と同一の形
状を有し、正面壁で終わっている。
る。これらの端壁間の寸法差は、複数の段部30及び3
2の存在に基づくものである。この態様において、側壁
20は端壁22から延びる第1部分34を含み、ここか
ら角度側壁部36を形成し、この側壁部36が連接する
第2部分38が端壁24まで延長している。連続端縁2
8以下の凹所において、側壁20の角度側壁36及び第
2部分38により区分される領域は、第1段面30の主
面であり、その主面は第2段面32に連なる。第2段面
32の主面は、第1段面30の主面より連続端縁28ら
深い位置にある。第2段面32は正面壁26において終
わっている。第1殻状半部12の段部は、側壁20の第
1部分34からの延長部40により終了している。この
延長部40は、段面30及び32の段差形状と同一の形
状を有し、正面壁で終わっている。
【0013】第2殻状半部14は、互いに隔たった側壁
49及び50を有し、これらの側壁は、互いに隔たった
端壁42及び44と連なっている。側壁49及び50と
端壁52及び44は、丸み付けされた隅部において連接
し、何れも正面壁47に連接している。正面壁の反対側
には、側壁49及び50と端壁42及び44の連続端縁
51が形成される。端壁44は端壁42より長い寸法を
有する。この態様において、側壁49は端壁42からの
びる第1部分55を有するとともに、第1部分55の終
端に角度側壁部54を形成する。この角度側壁部54
は、側壁49の第2部分56に連なり、この第2部分5
6は、端壁44まで延びている。
49及び50を有し、これらの側壁は、互いに隔たった
端壁42及び44と連なっている。側壁49及び50と
端壁52及び44は、丸み付けされた隅部において連接
し、何れも正面壁47に連接している。正面壁の反対側
には、側壁49及び50と端壁42及び44の連続端縁
51が形成される。端壁44は端壁42より長い寸法を
有する。この態様において、側壁49は端壁42からの
びる第1部分55を有するとともに、第1部分55の終
端に角度側壁部54を形成する。この角度側壁部54
は、側壁49の第2部分56に連なり、この第2部分5
6は、端壁44まで延びている。
【0014】図3A、3B及び5に示した本発明の一実
施例において、第1殻状半部12は、第2殻状半部14
の周縁の内側に近接して嵌合するようにサイズ設計され
ている。これは側壁18が側壁50より幾分短く、端壁
22が端壁42よりも幾分短く、側壁20が側壁49よ
り幾分短く、さらに、端壁24が端壁44よりも幾分短
いということを意味している。さらに、側壁20の第1
部分34及び第2部分38は、側壁49の第1部分55
及び第2部分56の内側に受け入れられるように寸法設
計される。この場合、側壁20の中間における角度側壁
部36は、側壁49の中間における角度側壁部54と整
列し、かつその内側に受け入れられるようにしなければ
ならない。
施例において、第1殻状半部12は、第2殻状半部14
の周縁の内側に近接して嵌合するようにサイズ設計され
ている。これは側壁18が側壁50より幾分短く、端壁
22が端壁42よりも幾分短く、側壁20が側壁49よ
り幾分短く、さらに、端壁24が端壁44よりも幾分短
いということを意味している。さらに、側壁20の第1
部分34及び第2部分38は、側壁49の第1部分55
及び第2部分56の内側に受け入れられるように寸法設
計される。この場合、側壁20の中間における角度側壁
部36は、側壁49の中間における角度側壁部54と整
列し、かつその内側に受け入れられるようにしなければ
ならない。
【0015】図3Aに示した本発明の実施例において、
第1殻状半部12は、第2殻状半部14の内側に近接し
た状態で入れ子状に受け入れられる。この図は、第1段
面30及び第2段面32が第1殻状半部12の正面壁2
6に向かって段落していることをよく示している。特
に、第1段面30は、側壁20の角度側壁36、第2部
分38、第2段面32に導かれる段差部43、及び延長
部40に包囲され、かつ区画形成される。
第1殻状半部12は、第2殻状半部14の内側に近接し
た状態で入れ子状に受け入れられる。この図は、第1段
面30及び第2段面32が第1殻状半部12の正面壁2
6に向かって段落していることをよく示している。特
に、第1段面30は、側壁20の角度側壁36、第2部
分38、第2段面32に導かれる段差部43、及び延長
部40に包囲され、かつ区画形成される。
【0016】図示の実施例において、凹部における第1
段面30及び第2断面32は、概して正面壁26の主面
と平行している。しかしながら、これは本発明の実施に
とって不可欠な要件ではない。その代わり、凹部は壁面
18、20、22及び24を含む殻状半部12の本体に
制限されるものである限り、如何なる形状をとることも
できる。この関連において、第1段面30を包囲する壁
面36、38、43及び40と、第2段面32を包囲す
る壁面37、38、39及び40は、これらの段面及び
殻状半部12の正面壁26に対して直角である必要はな
い。したがって、それらは鈍角か又は直角と鈍角の組み
合わせであってもよい。
段面30及び第2断面32は、概して正面壁26の主面
と平行している。しかしながら、これは本発明の実施に
とって不可欠な要件ではない。その代わり、凹部は壁面
18、20、22及び24を含む殻状半部12の本体に
制限されるものである限り、如何なる形状をとることも
できる。この関連において、第1段面30を包囲する壁
面36、38、43及び40と、第2段面32を包囲す
る壁面37、38、39及び40は、これらの段面及び
殻状半部12の正面壁26に対して直角である必要はな
い。したがって、それらは鈍角か又は直角と鈍角の組み
合わせであってもよい。
【0017】したがつて、段面30及び32は、第1の
殻状半部12の正面壁26に向かって段落するととも
に、それらの全側面が壁面によって境界されることにな
る。段面30及び32は、ケーシングの内側に包囲され
る電気化学セルにより電力供給されるべき装置の素子
(図示せず)を受け入れるために、第1の殻状半部12
の正面壁26内に形成される。従来技術においてよく知
られたケーシング構造は、このような凹部構造をとるも
のではない。従来の円筒状ケース及び角柱状ケースは、
深底容器状であるが、それらは深底容器の完全一体性を
達成するための凹部構造を形成するものではない。当業
者にとっては自明であるが、本発明の他の実施例では、
型打ちされた金属の係合両半分の一方又は両方におい
て、凹部を形成することなく実施することが可能であ
る。
殻状半部12の正面壁26に向かって段落するととも
に、それらの全側面が壁面によって境界されることにな
る。段面30及び32は、ケーシングの内側に包囲され
る電気化学セルにより電力供給されるべき装置の素子
(図示せず)を受け入れるために、第1の殻状半部12
の正面壁26内に形成される。従来技術においてよく知
られたケーシング構造は、このような凹部構造をとるも
のではない。従来の円筒状ケース及び角柱状ケースは、
深底容器状であるが、それらは深底容器の完全一体性を
達成するための凹部構造を形成するものではない。当業
者にとっては自明であるが、本発明の他の実施例では、
型打ちされた金属の係合両半分の一方又は両方におい
て、凹部を形成することなく実施することが可能であ
る。
【0018】この関連において、本発明の共同殻状半部
12及び14は、金属シートから型打ち成形もしくはそ
の他の方法で形成される。この構造化技術は第1の殻状
半部の主正面壁26に凹部構造を容易に形成できるよう
にする。しかしながら、当業者であれば、ここに説明し
た第1の殻状半部における凹部段面30及び32の形
状、寸法及び正確な位置付け等は、単なる一例にすぎな
いことが容易に了解されるであろう。より広い観点にお
いて、第1及び第2の殻状半部12及び14の各1つ
は、それらの各主正面壁26及び47の表面のいずれか
の範囲において、複数の凹部を有することができる。こ
れは、セルケーシングを特定の利用に適合させるための
大きな自由度を与えるものである。例えば、セルが植え
込み型医療装置に電力供給すべく意図され、製造者が装
置の所定の素子を殻状半部12及び14の1つにおける
主面内に入れ子状に収納しようとする場合、本発明の凹
部構造は、そのような要求を満たすことができる。
12及び14は、金属シートから型打ち成形もしくはそ
の他の方法で形成される。この構造化技術は第1の殻状
半部の主正面壁26に凹部構造を容易に形成できるよう
にする。しかしながら、当業者であれば、ここに説明し
た第1の殻状半部における凹部段面30及び32の形
状、寸法及び正確な位置付け等は、単なる一例にすぎな
いことが容易に了解されるであろう。より広い観点にお
いて、第1及び第2の殻状半部12及び14の各1つ
は、それらの各主正面壁26及び47の表面のいずれか
の範囲において、複数の凹部を有することができる。こ
れは、セルケーシングを特定の利用に適合させるための
大きな自由度を与えるものである。例えば、セルが植え
込み型医療装置に電力供給すべく意図され、製造者が装
置の所定の素子を殻状半部12及び14の1つにおける
主面内に入れ子状に収納しようとする場合、本発明の凹
部構造は、そのような要求を満たすことができる。
【0019】図5は、連続端縁28及び51をつがい状
に構造化することにより形成された、周縁継目62にお
ける殻状半部12及び14の溶接構造を示している。溶
接部63は、溶接用レーザー光源60からのレーザー6
1により形成される。
に構造化することにより形成された、周縁継目62にお
ける殻状半部12及び14の溶接構造を示している。溶
接部63は、溶接用レーザー光源60からのレーザー6
1により形成される。
【0020】図6において、周縁継目62は、溶接部6
3のために同一面配置において殻状半部14の連続端縁
51を殻状半部12の連続端縁28と整合させることに
より、形成される。
3のために同一面配置において殻状半部14の連続端縁
51を殻状半部12の連続端縁28と整合させることに
より、形成される。
【0021】図7において、殻状半部14は、その殻部
の周囲接合用の連続端縁51において、外向きに突出す
る段差部45を有する。この段差寸法は、連続端縁28
を形成する壁体18、20、22及び24の厚さに等し
い。ケーシングの構造化中において、殻状半部12は、
殻状半部14の内側に部分的に位置する。溶接部63
は、そこで連続端縁51を殻状半部12の上面59と接
触させることにより生ずる継目62の部分に形成され
る。
の周囲接合用の連続端縁51において、外向きに突出す
る段差部45を有する。この段差寸法は、連続端縁28
を形成する壁体18、20、22及び24の厚さに等し
い。ケーシングの構造化中において、殻状半部12は、
殻状半部14の内側に部分的に位置する。溶接部63
は、そこで連続端縁51を殻状半部12の上面59と接
触させることにより生ずる継目62の部分に形成され
る。
【0022】図8において、殻状半部14は周囲接合用
の連続端縁51上の外向きの連続段差部45を含み、殻
状半部12は周囲近接端縁28の内向きに突出した連続
段差部46を含んでいる。これらの段差寸法は、連続端
縁28及び51を形成する種々の壁体の厚さの半分に等
しい。殻状半部12及び14がつがい連結構造にされる
と、背反方向に突出する段差部45及び46は、殻状半
部12を非同一面配置において殻状半部14の内側に部
分的に位置せしめる。溶接部63は、ここで、連続端縁
51を殻状半部12の上面59と接触させることによ
り、生じた継目62において形成され、これによって連
続した密封シールを提供する。
の連続端縁51上の外向きの連続段差部45を含み、殻
状半部12は周囲近接端縁28の内向きに突出した連続
段差部46を含んでいる。これらの段差寸法は、連続端
縁28及び51を形成する種々の壁体の厚さの半分に等
しい。殻状半部12及び14がつがい連結構造にされる
と、背反方向に突出する段差部45及び46は、殻状半
部12を非同一面配置において殻状半部14の内側に部
分的に位置せしめる。溶接部63は、ここで、連続端縁
51を殻状半部12の上面59と接触させることによ
り、生じた継目62において形成され、これによって連
続した密封シールを提供する。
【0023】図9において、殻状半部12は、その殻状
部の周囲接合用の連続端縁28において、内向きに突出
した段差部46を有する。この段差寸法は、連続端縁5
1を形成する壁体42、44、49及び50の厚さに等
しい。ケーシングの構造化中において、殻状半部12
は、殻状半部14の内側に部分的に位置せしめられる。
この構造により、殻状半部14の連続端縁51は、殻状
半部12と突き合わせられ、殻状半部12の上面59と
連続端縁51との間に密封シールを構成する。
部の周囲接合用の連続端縁28において、内向きに突出
した段差部46を有する。この段差寸法は、連続端縁5
1を形成する壁体42、44、49及び50の厚さに等
しい。ケーシングの構造化中において、殻状半部12
は、殻状半部14の内側に部分的に位置せしめられる。
この構造により、殻状半部14の連続端縁51は、殻状
半部12と突き合わせられ、殻状半部12の上面59と
連続端縁51との間に密封シールを構成する。
【0024】図10において、周縁継目62は、殻状半
部14の連続端縁51を殻状半部12の連続端縁28上
に重ねる(ラップ形成する)ことにより生ずる。この実
施例において、殻状半部12は、非同一面配置において
殻状半部14の内側に部分的に位置する。この場合も、
殻状半部12の上面59とつがい連結構造をなす端縁5
1の部分において、形成された連続継目62の部分にお
いて溶接部63が形成され、密封シールを提供する。
部14の連続端縁51を殻状半部12の連続端縁28上
に重ねる(ラップ形成する)ことにより生ずる。この実
施例において、殻状半部12は、非同一面配置において
殻状半部14の内側に部分的に位置する。この場合も、
殻状半部12の上面59とつがい連結構造をなす端縁5
1の部分において、形成された連続継目62の部分にお
いて溶接部63が形成され、密封シールを提供する。
【0025】本発明のケーシングは、固体カソード型及
び液体カソード型双方のアルカリ金属/固体カソード又
はアルカリ金属/ハロゲン酸化物電気化学セルのような
種々の形式の電気化学的素子を包囲するために、特に適
している。本発明のケーシングに包囲された典型的な電
気化学セル16は、共に挟圧されたプレート39を形成
する固体カソード材料の本体33を有するカソード電極
からなり、カソード集電体に対して接合された液状電解
液型のものである。カソード活物質は、好ましくは金
属、金属酸化物、混合された金属酸化物又は硫化金属か
らなり、カソード集電体は、薄い金属シートから形成さ
れる。集電体としてふさわしい物質は、ニッケル、アル
ミニウム、ステンレス鋼、軟鋼及びチタン等が挙げられ
る。
び液体カソード型双方のアルカリ金属/固体カソード又
はアルカリ金属/ハロゲン酸化物電気化学セルのような
種々の形式の電気化学的素子を包囲するために、特に適
している。本発明のケーシングに包囲された典型的な電
気化学セル16は、共に挟圧されたプレート39を形成
する固体カソード材料の本体33を有するカソード電極
からなり、カソード集電体に対して接合された液状電解
液型のものである。カソード活物質は、好ましくは金
属、金属酸化物、混合された金属酸化物又は硫化金属か
らなり、カソード集電体は、薄い金属シートから形成さ
れる。集電体としてふさわしい物質は、ニッケル、アル
ミニウム、ステンレス鋼、軟鋼及びチタン等が挙げられ
る。
【0026】本発明のケーシングのつがい連結式殻状半
部12及び14へのラップ接合構造を有する利点は、レ
ーザービーム61がケーシングの内側に包囲されたセル
素子を損傷しないというものである。図6に示した構造
によれば、殻状半部12及び14を互いに溶接するレー
ザービームが、周囲端縁51の接合部を通って包囲され
た電極アセンブリ内に浸入することを容易にする。これ
は、電極アセンブリの脆弱化につながる。このため、図
6のケーシング構造の溶接においては、典型的な背当て
リング(図示せず)が用いられる。
部12及び14へのラップ接合構造を有する利点は、レ
ーザービーム61がケーシングの内側に包囲されたセル
素子を損傷しないというものである。図6に示した構造
によれば、殻状半部12及び14を互いに溶接するレー
ザービームが、周囲端縁51の接合部を通って包囲され
た電極アセンブリ内に浸入することを容易にする。これ
は、電極アセンブリの脆弱化につながる。このため、図
6のケーシング構造の溶接においては、典型的な背当て
リング(図示せず)が用いられる。
【0027】図2及び3Bに図解した実施例は、側壁4
2内に形成された電解液注入用開口52、ガラス‐対‐
金属シール53及び金属端子リード70を示している。
2内に形成された電解液注入用開口52、ガラス‐対‐
金属シール53及び金属端子リード70を示している。
【0028】セル18はさらに、総じて71で示すアノ
ード電極を有する。このアノード電極は、アノード集電
体の両側に圧接するリチウムなどのようなアノード活物
質を含んでいる。アノード集電体は、ニッケルなどの薄
い金属から形成される。
ード電極を有する。このアノード電極は、アノード集電
体の両側に圧接するリチウムなどのようなアノード活物
質を含んでいる。アノード集電体は、ニッケルなどの薄
い金属から形成される。
【0029】アノード電極71は、薄シート材料からな
るセパレータ72を介してカソード板32と動作的に接
触する。このセパレータは、カソード本体33を包囲し
て、それがアノード71と物理的に直接触することを阻
止するものである。
るセパレータ72を介してカソード板32と動作的に接
触する。このセパレータは、カソード本体33を包囲し
て、それがアノード71と物理的に直接触することを阻
止するものである。
【0030】カソード集電体に接続された端子リード7
0は、殻状半部14の端壁42に適合配置されたガラス
‐対‐金属シール53からなるヘッダーアセンブリを通
じて突出している。端子リード70は、カソード電極3
3に接続された正電気端子である。アノード電極71
は、アノード活物質が貝殻状半部12、14と物理的に
直接触することにより、導電性ケーシングと動作的に接
触する。カソード集電体はチタンからなり、端子リード
70はモリブデンからなり、セパレータ72及び73は
ポリプロピレンからなる。活性を有する電解液は、1,
2‐ジメトキシエタン及びプロピレンカーボネートの重
量比50:50混合物中におけるLiAsF 6 又はLi
PF6 の1.0M〜1.4M溶液である。ガラスシール
53は、TA‐23ハーメチックシール用ガラスであ
り、ケーシング用殻状半部12、14はステンレス鋼か
らなっている。
0は、殻状半部14の端壁42に適合配置されたガラス
‐対‐金属シール53からなるヘッダーアセンブリを通
じて突出している。端子リード70は、カソード電極3
3に接続された正電気端子である。アノード電極71
は、アノード活物質が貝殻状半部12、14と物理的に
直接触することにより、導電性ケーシングと動作的に接
触する。カソード集電体はチタンからなり、端子リード
70はモリブデンからなり、セパレータ72及び73は
ポリプロピレンからなる。活性を有する電解液は、1,
2‐ジメトキシエタン及びプロピレンカーボネートの重
量比50:50混合物中におけるLiAsF 6 又はLi
PF6 の1.0M〜1.4M溶液である。ガラスシール
53は、TA‐23ハーメチックシール用ガラスであ
り、ケーシング用殻状半部12、14はステンレス鋼か
らなっている。
【0031】この電気化学システムは、一次セル型であ
る。しかしながら、当業者は、本発明のケーシングを固
体カソード又は液体カソード型の何れにおける一次電気
化学システム、又は炭素型負電極及び酸化リチウムコバ
ルト正電極を有するリチウムイオンセルなどのような、
二次セルの面を包囲するためにも用い得ることが容易に
認識されるであろう。
る。しかしながら、当業者は、本発明のケーシングを固
体カソード又は液体カソード型の何れにおける一次電気
化学システム、又は炭素型負電極及び酸化リチウムコバ
ルト正電極を有するリチウムイオンセルなどのような、
二次セルの面を包囲するためにも用い得ることが容易に
認識されるであろう。
【0032】ケーシングが方形断面を有する必要はな
い。例えば、図4Bは六角形断面の実施例を示してい
る。ここでは、六角形状を示したが、種々の幾何学的形
状の断面構造を採用し得ることはもちろんであり、図示
の六角形は、説明の便宜上採用したにすぎないものであ
る。
い。例えば、図4Bは六角形断面の実施例を示してい
る。ここでは、六角形状を示したが、種々の幾何学的形
状の断面構造を採用し得ることはもちろんであり、図示
の六角形は、説明の便宜上採用したにすぎないものであ
る。
【0033】この実施例において、殻状半部92は、水
平軸のまわりにおいて殻状半部94と同一面をなし、こ
れによって殻状部92が殻状半部94の周縁部内に嵌合
するようになっている。したがって、側壁77及び79
は、側壁76及び78よりも幾分短く、側壁74及び7
5は、側壁82及び83よりも幾分短くしてある。
平軸のまわりにおいて殻状半部94と同一面をなし、こ
れによって殻状部92が殻状半部94の周縁部内に嵌合
するようになっている。したがって、側壁77及び79
は、側壁76及び78よりも幾分短く、側壁74及び7
5は、側壁82及び83よりも幾分短くしてある。
【0034】さらに、六角形断面を有する殻状半部の壁
体は、丸み付けられた縁において会合する側壁により区
分される等間隔の端壁で終了している。特に、殻状半部
94は、等しい長さで互いに鋭角60°だけ曲げられた
壁体76及び78により形成される。これらの壁体は、
それぞれ60°曲がった壁体82及び83と丸み付けら
れた縁において会合している。壁体82及び83は、そ
れぞれ壁面85及び84から等しい長さだけ突出して、
端壁86及び87と側壁82及び83との接合部により
形成される連続端縁51まで延びている。殻状半部92
は、互いに等しい長さであり、鋭角60°だけ曲がって
それぞれ壁体74及び75まで延び、かつそれらと連接
する壁体77及び79によって形成される。各壁体の連
接部は、60°で丸み付けされている。壁体74及び7
5は互いに等しい長さであり、壁面88及び89から連
続端縁28まで延びている。この連続端縁28は、側壁
74及び75と端壁90及び91との接合部において形
成される(図4A)。
体は、丸み付けられた縁において会合する側壁により区
分される等間隔の端壁で終了している。特に、殻状半部
94は、等しい長さで互いに鋭角60°だけ曲げられた
壁体76及び78により形成される。これらの壁体は、
それぞれ60°曲がった壁体82及び83と丸み付けら
れた縁において会合している。壁体82及び83は、そ
れぞれ壁面85及び84から等しい長さだけ突出して、
端壁86及び87と側壁82及び83との接合部により
形成される連続端縁51まで延びている。殻状半部92
は、互いに等しい長さであり、鋭角60°だけ曲がって
それぞれ壁体74及び75まで延び、かつそれらと連接
する壁体77及び79によって形成される。各壁体の連
接部は、60°で丸み付けされている。壁体74及び7
5は互いに等しい長さであり、壁面88及び89から連
続端縁28まで延びている。この連続端縁28は、側壁
74及び75と端壁90及び91との接合部において形
成される(図4A)。
【0035】ケースを製造するためには、適正な厚さの
導電性金属シートから型打ち、または他の適当な手段に
より各殻状半部を形成する必要がある。それらの周縁
は、微調整することにより、溶接可能な連続周縁とする
ことが必要である。端子リード70へのガラス‐金属シ
ールは、下部金属半部である貝殻状半部14内に形成さ
れる。電極アセンブリは、殻状半部14中に装備され、
この半部14はさらに、第1の殻状半部12と連結され
る。連結された貝殻状半部12、14の端縁は、連続周
縁を形成する。これは、図6〜図10に関してすでに述
べたように、溶接によってシールされた密封シール型電
気化学セルを形成するものである。
導電性金属シートから型打ち、または他の適当な手段に
より各殻状半部を形成する必要がある。それらの周縁
は、微調整することにより、溶接可能な連続周縁とする
ことが必要である。端子リード70へのガラス‐金属シ
ールは、下部金属半部である貝殻状半部14内に形成さ
れる。電極アセンブリは、殻状半部14中に装備され、
この半部14はさらに、第1の殻状半部12と連結され
る。連結された貝殻状半部12、14の端縁は、連続周
縁を形成する。これは、図6〜図10に関してすでに述
べたように、溶接によってシールされた密封シール型電
気化学セルを形成するものである。
【0036】植え込み可能なリチウムアノード型電気化
学セルの製造のために、2個の型打ちされた金属素子形
状を用いることは、植え込み型医療装置における体積の
最適利用を可能にし、より小さい装置においてより大き
いパッケージ効率を達成するものである。その結果、高
効率電力装置が提供される。すでに述べた通り、従来の
製造工程は、植え込み可能な密封シール状セルを製造す
るために、多くの工程を必要とするものである。本発明
は、製造コストの減少により、この産業分野に寄与する
ものである。
学セルの製造のために、2個の型打ちされた金属素子形
状を用いることは、植え込み型医療装置における体積の
最適利用を可能にし、より小さい装置においてより大き
いパッケージ効率を達成するものである。その結果、高
効率電力装置が提供される。すでに述べた通り、従来の
製造工程は、植え込み可能な密封シール状セルを製造す
るために、多くの工程を必要とするものである。本発明
は、製造コストの減少により、この産業分野に寄与する
ものである。
【図1】電気化学セルケーシングの2半部の実施例を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図2】下部に電極アセンブリを収容したセルケーシン
グの実施例を示す図である。
グの実施例を示す図である。
【図3】本発明の第1の実施例における電気化学セルの
組立形状(A)及び型打ち形成された金属製2半部の組
立状態の垂直断面(B)を示す図である。
組立形状(A)及び型打ち形成された金属製2半部の組
立状態の垂直断面(B)を示す図である。
【図4】本発明の第2の実施例における電気化学セルの
組立形状(A)及び型打ち形成された金属製2半部の組
立状態の垂直断面(B)を示す図である。
組立形状(A)及び型打ち形成された金属製2半部の組
立状態の垂直断面(B)を示す図である。
【図5】実施例における殻状半部の周縁溶接用の継目構
造を示す図である。
造を示す図である。
【図6】本発明の一実施例における、連続した周縁溶接
用の継目の詳細を示す図である。
用の継目の詳細を示す図である。
【図7】本発明の別の実施例における、連続した周縁溶
接用の継目の詳細を示す図である。
接用の継目の詳細を示す図である。
【図8】本発明の別の実施例における、連続した周縁溶
接用の継目の詳細を示す図である。
接用の継目の詳細を示す図である。
【図9】本発明の別の実施例における、連続した周縁溶
接用の継目の詳細を示す図である。
接用の継目の詳細を示す図である。
【図10】本発明の他の実施例における、連続した周縁
溶接用の継目詳細を示す図である。
溶接用の継目詳細を示す図である。
12 第1の殻状半部 14 第2の殻状半部 18、20 第1の殻状半部の側壁 22、24 第1の殻状半部の端壁 26 第1の殻状半部の正面壁 28 第1の殻状半部の連続端縁 30、32 第1の殻状半部の段部(段面) 34 第1の殻状半部の第1部分 36 第1の殻状半部の角度側壁 38 第1の殻状半部の第2部分 40 第1の殻状半部の延長部 42、44 第2の殻状半部の端壁 47 第2の殻状半部の正面壁 49、50 第2の殻状半部の側壁 51 第2の殻状半部の連続端縁 52 電解液注入用開口 53 ガラス‐対‐金属シール 54 第2の殻状半部の角度側壁部 55 第2の殻状半部の第1部分 56 第2の殻状半部の第2部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケニス グラブ アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14226、 スナイダー、オードゥボン 196 (72)発明者 ポール ハリファックス アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14067、 ガスポート、デール ロード 8414 (72)発明者 ウィリアム エム、ポーロット アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14086、 ランカスター、シーバート ロード 131
Claims (32)
- 【請求項1】 a)アノードと、 b)カソードと、 c)前記カソードと電気化学的に連動してアノードを活
性化する電解液、及び、 d)前記アノードとカソードを包囲するケーシングを備
え、このケーシングが、実質的に平坦な第1の主面壁ま
で延びてそれに連接する第1の包囲側壁を有する第1部
分と、実質的に平坦な第2の主面壁まで延びてこれに連
接する第2の包囲側壁を有する第2部分とからなり、前
記ケーシングの第1部分及び第2部分は、前記アノー
ド、カソード及び電解液を収容すべく、前記第1の包囲
側壁を前記第2の包囲側壁にシール接続するように互い
に連結されたものであることを特徴とする電気化学セ
ル。 - 【請求項2】 前記第1の包囲側壁が前記第1の主面壁
に対して角度を有し、前記第2の包囲側壁が前記第2の
主面壁に対して角度を有するものであることを特徴とす
る請求項1記載の電気化学セル。 - 【請求項3】 前記平坦な第1及び第2の主面壁の少な
くとも一方において、少なくとも1個の凹部を形成した
ことを特徴とする請求項1記載の電気化学セル。 - 【請求項4】 前記少なくとも1個の凹部が、前記平坦
な第1及び第2の主面壁の少なくとも一方における平面
に鈍角又は直角をなす1つの包囲側壁まで延び、かつそ
れと連続する凹部壁を含むことを特徴とする請求項1記
載の電気化学セル。 - 【請求項5】 前記少なくとも1個の凹部が、前記第1
及び第2部分における前記第1及び第2の包囲側壁の一
方により、部分的に形成された包囲側壁まで延び、かつ
これと連続する凹部壁を含むことを特徴とする請求項1
記載の電気化学セル。 - 【請求項6】 前記ケーシングの第1及び第2部分にお
ける前記平坦な第1及び第2主面壁が互いに平行してい
るとともに、前記ケーシングの第1及び第2部分が互い
に連結されたものであることを特徴とする請求項1記載
の電気化学セル。 - 【請求項7】 前記ケーシングの前記第1及び第2部分
における前記平坦な第1主面壁及び第2主面壁が互いに
角度を有するものであることを特徴とする請求項1記載
の電気化学セル。 - 【請求項8】 一次セル又は二次セルとして形成された
ものであることを特徴とする請求項1記載の電気化学セ
ル。 - 【請求項9】 前記ケーシングの第1及び第2部分が金
属材料からなることを特徴とする請求項1記載の電気化
学セル。 - 【請求項10】 前記ケーシングの第1及び第2部分の
各々において、少なくとも1個の凹部を有することを特
徴とする請求項1記載の電気化学セル。 - 【請求項11】 前記電気化学セルがさらに、前記セル
の第1部分の側壁を前記セルの第2部分の側壁と同一面
をなすように整列配置することにより形成された溶接用
の継目を含むことを特徴とする請求項1記載の電気化学
セル。 - 【請求項12】 前記第2の部分側壁がさらに、外向き
に突出した段差部を有し、前記段差部が溶接用継目を形
成する前記第1部分の側壁と連接したものであることを
特徴とする請求項1記載の電気化学セル。 - 【請求項13】 前記セルの第1部分の側壁がさらに、
内向きに突出した段差部を含み、前記セルの第2部分が
さらに、外向きに突出した段差部を含むものであり、前
記セルの第1部分における前記内向き段差部が、前記セ
ルの第2部分における外向き段差部と連接して溶接用継
目を形成することを特徴とする請求項1記載の電気化学
セル。 - 【請求項14】 前記セルの第1部分の側壁がさらに、
前記セルの第2部分における側壁と連接した内向き段差
を備えたことにより溶接用継目を形成することを特徴と
する請求項1記載の電気化学セル。 - 【請求項15】 電気化学セルがさらに、前記セルの第
1部分の側壁が前記セルの第2部分の側壁の範囲内にお
いて非同一面配置となるように、前記セルの第1部分を
前記セルの第2部分内に位置付けることにより形成され
た溶接用継目を含む事を特徴とする請求項1記載の電気
化学セル。 - 【請求項16】 前記第1部分及び第2部分がレーザー
ビームを用いて互いにシール接続されたものであること
を特徴とする請求項1記載の電気化学セル。 - 【請求項17】 a)実質上平坦な第1の主面壁まで延
びてこれに連接する第1の包囲側壁を有する第1部分
と、実質上平坦な第2の主面壁まで延びてこれと連接す
る第2の包囲側壁を有する第2部分とを形成する工程
と、 b)前記第1部分及び第2部分の一方において、アノー
ド及びカソードを配置する工程と、 c)前記アノード及びカソードを各端子に接続する工程
と、 d)前記第1の包囲側壁を前記第2の包囲側壁にシール
接続することにより、前記第1部分を第2部分と連続さ
せて前記アノードおよびカソードをその内部に包囲する
工程、及び、 e)前記アノード及びカソードを電解液で活性化する工
程とからなることを特徴とする電気化学セルの製造方
法。 - 【請求項18】 前記方法が、前記第1の包囲側壁を前
記第1の主面壁に関して角度を有するように設定する工
程と、前記第2の包囲側壁を前記第2の主面壁に関して
角度を有するように設定する工程を含むことを特徴とす
る請求項17記載の方法。 - 【請求項19】 前記平坦な第1及び第2の主面壁の少
なくとも一方において、少なくとも1個の凹部を形成す
る工程を含むことを特徴とする請求項17記載の方法。 - 【請求項20】 前記平坦な第1及び第2の主面壁の少
なくとも一方に対して鈍角又は直角に配置された包囲側
壁まで延び、かつそれと連続する凹部壁を備えた少なく
とも1個の凹部を形成する工程を含むことを特徴とする
請求項17記載の方法。 - 【請求項21】 前記第1及び第2の部分における前記
第1及び第2の包囲側壁の1つにより、部分的に形成さ
れる包囲側壁まで延び、かつそれと連接する凹部壁を含
む少なくとも1個の凹部を形成することを特徴とする請
求項17記載の方法。 - 【請求項22】 前記ケーシングの第1及び第2部分
が、互いに連結された状態において互いに平行に配置さ
れたケーシングの第1部分及び第2部分における平坦な
第1及び第2主面壁を形成する工程を含むことを特徴と
する請求項17記載の方法。 - 【請求項23】 前記ケーシングの第1及び第2部分に
おける平坦な第1及び第2の主面壁を互いに角度をもた
せて配置する工程を含むことを特徴とする請求項17記
載の方法。 - 【請求項24】 セルを一次電気化学セル又は二次電気
化学セルとして構成することを特徴とする請求項17記
載の方法。 - 【請求項25】 金属材料からなるケーシングの第1及
び第2部分を形成することを特徴とする請求項17記載
の方法。 - 【請求項26】 ケーシングの前記第1及び第2部分の
各々において少なくとも1個の凹部を形成する工程を含
むことを特徴とする請求項17記載の方法。 - 【請求項27】 前記セルの第1部分における側壁を前
記セルの第2部分における側壁と同一面上に整列配置す
ることにより形成される溶接用継目を提供する工程を含
むことを特徴とする請求項17記載の方法。 - 【請求項28】 前記第2部分側壁がさらに、外向きに
突出した段差を有し、その段差部を前記第1部分の側壁
と連接させることにより溶接用継目を形成する工程を含
むことを特徴とする請求項17記載の方法。 - 【請求項29】 前記セルの第1部分の側壁がさらに、
内向きに突出した段差部を有し、前記セルの第2部分が
さらに、外向きに突出した段差部を有するものであり、
前記セルの第1部分の内向き突出段差を前記セルの第2
部分の外向き突出段差に溶接して溶接継目を形成する工
程を含むことを特徴とする請求項17記載の方法。 - 【請求項30】 前記セルの第1部分の側壁がさらに、
前記セルの第2部分における側壁と連接した内向きに突
出する段差を有し、これによって溶接用継目を形成する
ことを特徴とする請求項17記載の方法。 - 【請求項31】 前記セルの第1部分の側壁を前記セル
の第2部分の側壁の範囲内において、非同一面上に位置
させるように前記セルの第1部分を前記セルの第2部分
の範囲内に位置付けることにより溶接用継目を形成する
ことを特徴とする請求項17記載の方法。 - 【請求項32】 前記方法がさらに、前記第1部分を第
2部分に溶接してそれらをシール接続することを特徴と
する請求項17に記載の方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US19500700P | 2000-04-06 | 2000-04-06 | |
US09/757232 | 2001-01-09 | ||
US60/195007 | 2001-01-09 | ||
US09/757,232 US6613474B2 (en) | 2000-04-06 | 2001-01-09 | Electrochemical cell having a casing of mating portions |
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---|---|
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