JP2002329486A - 密封バッテリー端子貫通接続、充填および遮蔽構成のワンピースのヘッダ組立体 - Google Patents

密封バッテリー端子貫通接続、充填および遮蔽構成のワンピースのヘッダ組立体

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バッテリーの電気化学セルにおいて、ケーシ
ングのヘッダ（７０）に要求されるピースの数を減少さ
せ、溶接の数を減少させる。 【解決手段】 この発明によれば、ワンピースのヘッダ
（７０）が第１および第２ケーシング開口（７２）、
（７４）の少なくとも一方を通り、他方に収容される。
ヘッダ（７０）は第１および第２ケーシング開口（７
２）、（７４）の他方に小さい間隔を置いて配置される
関係をもって収容される。ヘッダ（７０）を収容しない
ケーシング開口に遮蔽体が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、バッテリーケー
ス、特に二枚貝の種類のものを製造することによって構
成される電気化学セルの改良に関するものである。二枚
貝セルのケーシングは包囲体を形成するよう嵌め合わさ
れる周囲リムを有する２つのプレート状の部材からな
る。特に、この発明は、端子貫通接続および電解質充填
ポートのためのガラスと金属のシール（ＧＴＭＳ）を含
むワンピースの蓋またはヘッダに関するものである。二
枚貝のケーシングの構成が特に適当であるが、このワン
ピースの蓋は他のケーシングの構造に使用することもで
きる。
【０００２】
【従来の技術】従来の製造ラインにおいて、電気化学セ
ルの構成は、端子ピン貫通接続および電解質充填および
遮蔽機構を提供する分離したフエルールまたは開口を備
えた蓋を含む。これらの機能のための構成は、半組立体
を形成するよう互いに溶接された蓋、ＧＴＭＳフェルー
ルおよび電解質充填フェルールからなる。この半組立体
は、フェルール内に挿入されたＧＴＭＳによって製造さ
れ、完成された組立体は種々の形状のバッテリーケース
内に溶接される。バッテリーに充填フェルールまたは領
域を介して電解質が充填され、充填機構が溶接される。
この実施例では、完成のための４つの溶接が要求される
蓋半組立体の３つの要素がある。
【０００３】他の従来の技術では、蓋はフェルールを設
けず、充填遮蔽体を直接蓋に装備し、ガラスで被覆する
に充分な厚さであることが要求される。しかしながら、
この方法は、全体の蓋に大きい厚さのものを使用せねば
ならず、セルの有効内部容量が減少するという他の欠点
をもつ。従来技術はこれらの種々の構成をもつ。
【０００４】例えば、特開平６−６８８６１号は、フェ
ルールがなく、セルの蓋に直接設けられた端子貫通接続
線、充填ポートおよびＧＴＭＳを有するリチウムバッテ
リーのための蓋を示す。バッテリーは、二枚貝のタイプ
のものではない。二枚貝の薄いケースの構成の場合、こ
の技術を適用することは極めて高価であり、他のバッテ
リーの構成に適用することもできない。
【０００５】ＷＯ９２／１０８５９号は、充填ポートお
よび端子貫通接続線を備えた電気化学セルの蓋を示す。
ＧＴＭＳにフェルールが設けられている。しかしなが
ら、充填ポートはフェルールを有するものではないが、
プラグを支持するための一体的に機械加工されたボス部
分がある。ケーシングは通常のプリズム状のものであ
り、二枚貝のタイプのものではない。このタイプの充填
構成は、二枚貝の構成のものに使用するに適したもので
はなく、この発明の必要性は示されていない。
【０００６】米国特許第５，３０６，５８１号は、ヘッ
ダの孔に溶接されたインシュレータを有する溶接端子貫
通接続線を備えたバッテリーに関するものである。充填
ポートはケーシングの内部に下方にのびる蓋の部分およ
び充填プラグを包囲する一体の直立リングを有する。こ
の構成のものを二枚貝のケースに適用することは困難で
あり、極めて高価である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
の蓋またはヘッダの構成の問題は、多数のピースを組み
立て、密封シールされたバッテリー端子貫通接続線およ
び充填ポートが生じるよう溶接せねばならないというこ
とである。この発明の構成は、ケーシングの蓋またはヘ
ッダに要求されるピースの数を３つから１つに減少さ
せ、要求される溶接の数を４つから２つに減少させる。
この新しい構成によってバッテリーの構成の大きい融通
性が得られ、セルの容積効率が高められる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】したがって、この発明
は、嵌め合わされた“二枚貝”のケーシング要素の内側
に収容されるプレート電極をもつ電気化学セルに関する
ものである。ワンピースの金属蓋またはヘッダの構成が
二枚貝のケーシングに使用され、蓋は端子リードおよび
充填ポートのための密封されたガラスと金属のシールを
含む。互いに嵌め合わされたとき、ケーシングの要素は
内部バッテリー構造に適合し、電気化学パッケージの全
体の大きさを減少させる。以下、この発明の実施例を説
明する。
【０００９】
【発明の実施の形態】図面を参照すると、図３、４Ａお
よび４Ｂにこの発明のワンピースのヘッダ組立体７０を
有する電気化学セル２０が示されている。ヘッダ組立体
７０の詳細を説明する。まず、セル２０は第１および第
２二枚貝部分２２、２４を有するステンレススチールな
どの金属の伝導ケーシング２３を有する。図４Ｂに示さ
れているように、二枚貝部分２２、２４が互いに嵌め合
わされ、その外周に沿ってシールされ、電極組立体２６
の密封包囲体が提供される。シールの好ましい方法は、
溶接およびろう付けである。
【００１０】特に、第１二枚貝２２は間隔を置いて配置
された端壁３２、３４にのび、それに連続する間隔を置
いて配置された側壁２８、３０からなる。側壁２８、３
０および端壁３２、３４は丸いコーナーで互いに連続
し、前壁３６にのび、前壁３６の反対側に側壁２８、３
０および端壁３２、３４の連続エッジ３８がある。
【００１１】第２二枚貝２４は間隔を置いて配置された
端壁４４、４６にのび、それに連結されている間隔を置
いて配置された側壁４０、４２からなる。側壁４０、４
２および端壁４４、４６は丸いコーナーで連続し、前壁
４８にのび、前壁の反対側に側壁４０、４２および端壁
４４、４６の連続エッジ５０がある。端壁４６は端壁４
４よりも長い。この場合、側壁４０は端壁４４からの
び、アングル側壁部分５４に達し、側壁部分５４は端壁
４６にのびる側壁４０の第２部分５６に連続する。
【００１２】図４Ｂに示されているこの発明の好ましい
実施例では、第２二枚貝２４は第１二枚貝２６の外周の
内側に間隔を置いて配置される関係をもって適合する大
きさである。これは側壁４２が側壁２８よりもいくらか
短く、端壁４６が端壁３２よりもいくらか短く、側壁４
０が側壁３０よりもいくらか短く、端壁４４は端壁３４
よりもいくらか短いということを意味する。側壁４０の
第１および第２部分５２、５６も、側壁３０の第１およ
び第２部分５８、６０の内側に収容される大きさであ
り、側壁４０の中間アングル側壁部分５４は、側壁３０
の中間アングル側壁部分６２の内側に整合し、収容され
る。
【００１３】図４Ｂに示されているこの発明の実施例で
は、第２二枚貝２４が第１二枚貝２２の内側に小さい間
隔を置いて配置される関係をもって収容され、座置され
る。これに関連し、この発明の嵌め合わされる二枚貝２
４、２２はシート金属から望ましい形状に鍛造される
か、またはその他の方法で形成される。
【００１４】図４Ａに示されているように、セル２６は
陽極６４を有する。陽極は陽極電流コレクタの両側に押
し付けられたリチウムなどの陽極活性物質からなる。陽
極電流コレクタはニッケルなどの金属の薄いシートで製
造されている。陽極６４はセパレータ材料の薄いシート
６８によって陰極プレート６６と接触する。セパレータ
は陰極ボディ６６を包囲し、陽極６４との直接の物理的
接触を防止する。
【００１５】図１、２、４Ａ、４Ｂに示されているよう
に、ケースは第１および第２開口７２、７４が設けられ
たこの発明のワンピースのヘッダまたは蓋組立体７０を
含む。第１開口７２は密封シールされたバッテリー端子
貫通接続線７８に使用され、第２開口７４は電解質（電
解液）充填開口に使用される。ケーシングに電解質が充
填された後、遮蔽部材８０（図５）をレーザ溶接（図示
せず）によってシールすることができる。
【００１６】図１および２において、ヘッダ組立体７０
の上面８２がステップ７１によって包囲されており、こ
れは湾曲壁８８にのび、それに連続する間隔を置いて配
置された側壁８４、８６に至る。側壁８４、８６は湾曲
壁９０にのび、それに連続する。側壁８４、８６および
湾曲壁８８、９０は下方向にのび、丸いエッジで下面９
２に連続する。側壁８４、８６および端壁８８、９０は
連続の楕円構造を形成する。ステップ７１の目的は、ワ
ンピースのヘッダ組立体７０を二枚貝部分２２の側面３
４内に位置決めすることである。組立体７０の下側部分
１０８は熱シンクとして作用し、二枚貝が半分部分２
２、２４の組立体７０の溶接またはろう付けによって生
じる熱を分散させる。溶接方法が図７に示されている。
当業者に明らかなように、バッテリーシステムの設計に
よってヘッダ組立体７０を第１または第２二枚貝半分部
分２２、２４またはその両方内に装備することができる
組立体の位置決めの多数の実施例が考えられる。
【００１７】バッテリーのタイプおよび性質、およびそ
れに使用されるケースによって、ステップ７１の寸法が
決定される。一般に、ステップの垂直寸法はバッテリー
ケースの厚さに等しい。前述したように、ステップ７１
は組立体をバッテリーケーシングの壁内に位置決めする
ためのものである。ステップ７１は組立体７０を適所に
維持し、組立体の上面８２は側壁３４の外面３３と同一
面内にあり、特定のバッテリー構成に必要な滑らかなト
ランジッションを生じさせる。
【００１８】組立体７０の第１開口７２は一定の半径の
連続の円筒状開口９４によって形成される。これに関連
し、開口７２は上面８２から下方向にのび、下面９２に
連続する。連続の円筒状開口はバッタリー端子貫通接続
に使用され、ガラスと金属のシール７６を含む。
【００１９】第２開口７４は頂面８２から下方向に頂面
８２と底面９２間のほぼ中間点にのびる半径ｒ1 の不連
続の円筒状孔９６によって形成され、開口はトランジッ
ション９５を通り、半径ｒ2 の円筒状開口９５（ここ
で、ｒ1 ＞ｒ2 ）にのび、下方向にのび、下面９２に連
続する。第１および第２開口７２、７４は同一軸であ
る。
【００２０】当業者に明らかなように、金属要素７０の
製造の種々の形式によって、種々の表面仕上げが得られ
るため、上側および下側面８２、９２の孔面９４、９
６、９８の接合部が丸いことは必要ではない。ワンピー
スのヘッダ組立体７０を機械加工、粉末冶金または鍛造
によって製造することができる。しかしながら、充填ポ
ートをスポットレーザ溶接（図示せず）によってシール
することができるため、シャープなトランジッションが
第２開口７４に必要であり、第１円筒状孔９６は第２円
筒状孔９８を縮小させる。他の遮蔽構造が米国特許第
５，７７６，６３２号および同第６，１１７，１５９号
に記載されている。
【００２１】セルが移植医療装置などの電源として使用
されるとき、問題のあるシールによって生じる電気化学
セルからの電解質およびガスの漏れは望ましくなく、致
命的であることもある。金属ケーシングを有する電気化
学セルにおいて、電解質充填開口などの密封シールを提
供する１つの手段は、シール部材８０をケーシング内に
溶接することである。しかしながら、溶接付近のケーシ
ングが熱をそれに含まれる電解質に伝達し、いくらかの
電解質の蒸発が例外なく生ずる。これらのガスがセルケ
ーシングから逃げるとき、それはガス放出副産物と呼ば
れ、逃げたガスが溶接のピンホールに残り。これによっ
て密封性が損なわれる。
【００２２】したがって、この発明は、シール８０のい
くつかの実施例によって充填孔７４が閉じられ、問題の
あるシールが防止される。第１実施例では、金属シール
部材１１０が第２開口内に挿入され（図８Ａ）、部材は
上面８０と同一面であるか、またはそれよりもわずかに
低く、電解質充填開口７４内に押し込まれ、シール整合
され、丸い金属部材１１０を充填孔７４の中間点のまわ
りでトランジッション９５にシールすることによって一
次シールが形成されるまで、二次シールが形成される。
【００２３】遮蔽体の第２実施例では、金属シール部材
１１２（図８Ｂ）が円筒状開口９８によって包囲された
充填孔の下側部分内に嵌め込まれる。第２層シール部材
１１４が開口７４の上側部分９６の半径ｒ1 よりもわず
かに小さい上側孔９６内に装備され、第２シール部材１
１４の外向き部分１１６は充填開口を包囲する側壁と同
一面であるか、またはわずかにへこんでいる。部材１１
６は組立体７６の上面８２にシールされる。
【００２４】遮蔽体の第３実施例では、金属シール部材
１１６（図８Ｃ）が円筒状開口９８によって包囲された
充填孔の下側部分内に嵌め込まれる。第２層シール部材
１２０が開口７４の上側部分９６の半径ｒ1 よりもわず
かに小さい上側孔９６内に装備され、第２シール部材１
２０の外向き部分１２２は充填開口を包囲する側壁と同
一面であるか、またはわずかにへこんでいる。部材１２
０は組立体７０の上面８２にシールされる。
【００２５】図５を参照すると、陰極電流コレクタ１０
０に接続された電気化学セル２０の端子リード７８が、
二枚貝２２の壁３４内に支持されたヘッダ組立体７０内
に嵌め込まれたガラスと金属のシール７６を貫通してい
る。リード７８は正電気端子であり、陰極６６に接続さ
れている。陽極６４は陽極の活性物質と二枚貝２２、２
４との直接の物理的接触によって伝導ケーシングと接触
する。
【００２６】代表的酸化リチウム／銀バナジウムのセル
の場合、陽極電流コレクタはチタニウムのもので、端子
リード７８はモリブデンであり、セパレータ６８はポリ
プロピレンである。活性化電解質は１，２−ジメトキシ
エタンと炭酸ポロピレンの容積比５０：５０の混合物内
のＬｉＡｓＦ６またはＬｉＰＦ６の１．０Ｍ〜１．４Ｍ
溶液である。ガラスシール７６はＴＡ−２３密封シール
ガラスであり、ケーシング二枚貝２２，２４はステンレ
ススチールまたは他の金属であってもよい。この電気化
学システムは一次セルタイプである。しかしながら、当
業者に明らかなように、この発明のケーシングは固体陰
極または液体陰極液タイプの一次電気化学システムまた
は炭素質負電極およ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二次セルを容易に収容す
ることができる。他の活性または非活性物質を他のセル
の化学反応に使用してもよい。
【００２７】２つの鍛造された金属要素を移植すること
ができるグレードのリチウム陽極ベースの電気化学セル
の製造に使用すると、移植医療装置の有効容量を最適利
用することができ、小さい装置で大きいパッケージ効率
が達成される。それによって得られるのは高い効率の電
源である。これまで、製造プロセスにおいて、移植する
ことができる密封シールされたセルを生じさせるには多
数の工程が要求されていた。この発明は製造コストを減
少させ、技術を高める。
【００２８】ケースを製造するには、適当なシート厚さ
の電導金属を使用し、鍛造または他の適宜の手段によっ
て各半分部分を取り出す必要がある。外周エッジをトリ
ミングし、溶接することができる連続周囲エッジを保証
する必要がある。端子リード７６とのガラスと金属のシ
ールがワンピースのヘッダ組立体７０の第１開口７２に
装備され、組立体は下側二枚貝半分部分２２に装備さ
れ、レーザ光１０４によって溶接される（図７）。電極
組立体はセル２２内に装備され、これが第２二枚貝２４
とはめ合わされる。はめ合わされた二枚貝２２，２４の
エッジが連続外周面を形成し、前述したように、それが
溶接によってシールされる。電極組立体を収容する組み
立てられたケーシングに電解液が充填され、第２充填開
口７４が遮蔽組立体８０で閉じられる。ワンピース組立
体７０の残りの部分が同時に溶接される。これによって
密封シールされた電気化学セル組立体が生じる。
【００２９】実用上、二枚貝半分部分はケーシングの内
側からのアクセスを提供し、ヘッダを上方に二枚貝の大
きい開口内に移動させることができる。これは二枚貝位
置の一方または他方またはその両方（図６）にヘッダの
ステップ７１を小さい間隔を置いて配置される関係をも
って収容することができる大きさの開口が設けられ、壁
２２，２４の一方または他方の下面に接触する側壁８
４，８６および湾曲壁８８，９０に近接するステップ７
１の部分が設けられることを意味する。この場合、ステ
ップ７１はヘッダをヘッダ開口内に精密に位置決めする
位置決め構造として作用する。さらに、ヘッダはＧＭＴ
Ｓおよび充填開口の遮蔽体を支持するに十分な厚さであ
る。
【００３０】ワンピースのヘッダ組立体を二枚貝のケー
シングの構成のものとして説明したが、この発明はヘッ
ダを収容する開口以外のケーシングの内側へのアクセス
を得るプリズム状、円筒状およびボタン状を含む種々の
ケーシングの構成に有効である。たとえば、米国特許第
５，４７４，８５９号明細書に底壁および上蓋またはカ
バーを有する円筒状ケーシング内に収容されたセルが記
載されている。この発明のヘッダはこのタイプの円筒状
ケーシングに使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のバッテリの蓋またはヘッダ組立体の
平面図である。
【図２】図１の線２−２に沿って切断した組立体の断面
図である。
【図３】バッテリケーシングの二枚貝半分部分の実施例
の斜視図である。
【図４】Ａは貫通接続組立体を含む下側部分をもつ二枚
貝バッテリケーシングの実施例の斜視図であり、Ｂは溶
接前の組み立てられたバッテリケースの斜視図である。
【図５】コレクションプレートへの陰極の接続を示す図
４Ａの線５−５に沿って切断したバッテリケーシングの
下半分の断面図である。
【図６】ヘッダ組立体を含むバッテリケースの実施例の
平面図である。
【図７】バッテリヘッダ組立体がレーザ源を使用する溶
接によって装備された二枚貝ケースの実施例の斜視図で
ある。
【図８】Ａは充填ポートのシール遮蔽体の第１実施例を
示し、Ｂは充填ポートのシール遮蔽体の第２実施例を示
し、Ｃは充填ポートのシール遮蔽体の第３実施例を示す
ものである。
【符号の説明】
７０ ヘッダ組立体 ７２ 第１開口 ７４ 第２開口 ８２ 上面 ８４、８６ 側壁 ８８、９０ 湾曲壁
フロントページの続き (72)発明者 ドミニク ジェイ、フラスタシ アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14221、 ウィリアムズヴィル、マラード ルースト 5328 (72)発明者 ケニス エル、グラブ アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14226、 スナイダー、オーダボン 196 (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 14031、 クラレンス、シマーヴィル ロード 4470 Ｆターム(参考） 5H011 AA03 AA17 BB03 EE04 FF04 GG05 HH09 JJ11 5H024 AA04 AA12 BB14 DD01 DD04 EE01 EE06

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ａ）陽極と、 ｂ）陰極と、 ｃ）前記陽極を前記陰極と電気化学関係をもって活性化
    する電解質と、 ｄ）第１開口および第２開口のある周囲側壁を有するケ
    ーシングと、 ｅ）前記第１および第２ケーシング開口の少なくとも一
    方を通り、前記第１および第２ケーシング開口の他方に
    収容される大きさのワンピースのヘッダとを備え、前記
    ヘッダは前記第１および第２ケーシング開口の他方に小
    さい間隔を置いて配置される関係をもって収容され、ス
    テップの一部が前記ケーシングの内面に接触し、さら
    に、 ｆ）前記ヘッダを収容しない前記第１および第２ケーシ
    ング開口の少なくとも一方の遮蔽体を備えたことを特徴
    とする電気化学セル。
  2. 【請求項２】 前記ケーシングは円筒状ケーシング、プ
    リズム状ケーシング、二枚貝のタイプのケーシング、お
    よびボタン状ケーシングから選定されることを特徴とす
    る請求項１に記載の電気化学セル。
  3. 【請求項３】 前記ヘッダはガラスと金属のシール開口
    および電解質充填開口を有することを特徴とする請求項
    １に記載の電気化学セル。
  4. 【請求項４】 前記ヘッダの上面が前記ヘッダを収容す
    る前記第１および第２開口の他方に近接した前記ケーシ
    ングの外面と同一面であることを特徴とする請求項１に
    記載の電気化学セル。
  5. 【請求項５】 ａ）陽極と、 ｂ）陰極と、 ｃ）前記陽極を前記陰極と電気化学関係をもって活性化
    する電解質と、 ｄ）前記陽極および前記陰極を収容するケーシングとを
    備え、前記ケーシングは、 平坦な第１主要面壁にのび、それに連続する第１周囲側
    壁を有する第１部分と、平坦な第２主要面壁にのび、そ
    れに連続する第２周囲側壁を有する第２部分と、ワンピ
    ースのヘッダ組立体とからなり、前記組立体は前記第１
    または第２部分またはその組合せの前記ケーシングの開
    口内にシールされていることを特徴とする電気化学セ
    ル。
  6. 【請求項６】 前記ヘッダ組立体は金属製であることを
    特徴とする請求項５に記載の電気化学セル。
  7. 【請求項７】 前記ヘッダは端子リードのためのガラス
    と金属のセル開口および電解質充填開口を有することを
    特徴とする請求項６に記載の電気化学セル。
  8. 【請求項８】 さらに、充填開口内に設けられたシール
    を備え、前記シールによって密封シールされたセルが得
    られるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の電
    気化学セル。
  9. 【請求項９】 前記組立体は溶接またはろう付けによっ
    て前記ケーシング内にシールされていることを特徴とす
    る請求項５に記載の電気化学セル。
  10. 【請求項１０】 一次または二次セルであることを特徴
    とする請求項５に記載の電気化学セル。
  11. 【請求項１１】 前記ケーシングの第１および第２部分
    は金属材料のものであることを特徴とする請求項５に記
    載の電気化学セル。
  12. 【請求項１２】 電気化学セルを提供する方法であっ
    て、 ａ）平坦な第１主要面壁にのび、それに連続する第１周
    囲側壁を有する第１部分、および平坦な第２主要面壁に
    のび、それに連続する第２周囲側壁を有する第２部分を
    形成する工程と、 ｂ）貫通接続組立体を前記第１または第２部分、または
    その組合せのケーシグの開口内にシールする工程と、 ｃ）陽極および陰極を前記第１部分および第２部分の一
    方内に位置決めする工程と、 ｄ）前記陽極および前記陰極を端子に接続する工程と、 ｅ）前記第１部分を前記第２部分に嵌め合わせ、前記第
    １周囲側壁が前記第２周囲側壁にシールされ、前記陽極
    および陰極がそれに収容されるようにする工程と、 ｆ）前記陽極および陰極を電解質で活性化する工程と、 ｇ）バッテリーをシールし、密封包囲体を提供する工程
    とからなる方法。
  13. 【請求項１３】 前記セルを一次または二次セルとして
    提供することを特徴とする請求項１２に記載の方法
  14. 【請求項１４】 金属材料のケーシングの前記第１およ
    び第２部分を提供することを特徴とする請求項１２に記
    載の方法。
  15. 【請求項１５】 シールの方法として溶接を使用するこ
    とを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 シールの方法としてろう付けを使用す
    ることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記二枚貝の第１部分を第２部分に溶
    接し、両者をシールすることを特徴とする請求項１２に
    記載の方法。
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