JP2003142113A - 電気化学電池のための絶縁コンポーネント - Google Patents
電気化学電池のための絶縁コンポーネントInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ケース−電極電池構造における異極性電極間
の短絡防止用絶縁リングを提供する。 【解決手段】 一般的なリチウム／酸化バナジウム銀電
池を、ケーシングが負電極として機能するケース−負極
設計で調製する。カソードは、絶縁端子ピンに接続され
ている。一般的な電池構造の場合、電極アセンブリは、
ケーシング内側へ格納される前に、電極セパレータ包被
に加えて絶縁バッグ内に封入されている。絶縁バッグは
カソード電極とケーシングとの接触短絡が起こらないこ
とを保証するものである。本発明において、絶縁バッグ
は、絶縁リングに取って代わられ、接触短絡に対して脆
弱な電極アセンブリの一部分のみを保護する。
の短絡防止用絶縁リングを提供する。 【解決手段】 一般的なリチウム／酸化バナジウム銀電
池を、ケーシングが負電極として機能するケース−負極
設計で調製する。カソードは、絶縁端子ピンに接続され
ている。一般的な電池構造の場合、電極アセンブリは、
ケーシング内側へ格納される前に、電極セパレータ包被
に加えて絶縁バッグ内に封入されている。絶縁バッグは
カソード電極とケーシングとの接触短絡が起こらないこ
とを保証するものである。本発明において、絶縁バッグ
は、絶縁リングに取って代わられ、接触短絡に対して脆
弱な電極アセンブリの一部分のみを保護する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に化学エネ
ルギーから電気エネルギーへの変換に関するものであ
る。さらに詳しくは、本発明は、アノード及びカソード
電極を包むセパレータとは別個の高分子封入容器内に、
セルスタックが収容されていない電極アセンブリに関す
るものである。従来の高分子封入容器の一部を除去する
と言うことは、一定体積のケーシング中により多くの活
性物質を供給し得ると言うことを意味する。その結果、
個々のケーシングにおける電池の体積効率を向上させ得
る。
ルギーから電気エネルギーへの変換に関するものであ
る。さらに詳しくは、本発明は、アノード及びカソード
電極を包むセパレータとは別個の高分子封入容器内に、
セルスタックが収容されていない電極アセンブリに関す
るものである。従来の高分子封入容器の一部を除去する
と言うことは、一定体積のケーシング中により多くの活
性物質を供給し得ると言うことを意味する。その結果、
個々のケーシングにおける電池の体積効率を向上させ得
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の電池は、アノード活性物質とカソ
ード活性物質の組み合わせにより製造されていた。例え
ば、リチウム／酸化バナジウム銀（Ｌｉ／ＳＶＯ）電池
は、心臓除細動器、及びこれに類似するもののような植
え込み型医療装置の電源に一般的に使用されているもの
である。この電気化学系の組み合わせは、アノード及び
カソード電極を、これら自身のセパレータバッグ又は包
被内に格納することによって構成される。専用のセパレ
ータは、万一、セパレータバッグが破けたり、また機械
的に傷んだりして電極間が接触短絡することに対して、
冗長性ある保護を与える。
ード活性物質の組み合わせにより製造されていた。例え
ば、リチウム／酸化バナジウム銀（Ｌｉ／ＳＶＯ）電池
は、心臓除細動器、及びこれに類似するもののような植
え込み型医療装置の電源に一般的に使用されているもの
である。この電気化学系の組み合わせは、アノード及び
カソード電極を、これら自身のセパレータバッグ又は包
被内に格納することによって構成される。専用のセパレ
ータは、万一、セパレータバッグが破けたり、また機械
的に傷んだりして電極間が接触短絡することに対して、
冗長性ある保護を与える。
【０００３】個々の電極は、ケイスター（Keister）他
の米国特許第４，９６４，８７７号に開示されている如
く、蛇状（serpentine）のアノードにカソード板を差し
挟んだものからなる、「ゼリーロール」タイプの様な電
極アセンブリのかたちで供給される。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。電極アセンブリがケーシング内に格納され
る前に、この電極アセンブリはエチレンテトラフルオロ
エチレン（ＥＴＦＥ）を熱成形したようなものからなる
高分子”バッグ”内へ挿入される。絶縁バッグは、電極
アセンブリの縁部とケーシング側壁との間の電気的絶縁
をもたらす。典型的なＬｉ／ＳＶＯ電池では、ケーシン
グはリチウムアノードに接続された負電極として機能す
る一方、絶縁された端子ピンは、カソード電極に接続さ
れた正電極として機能する。リチウム電極はケーシング
と電気的に接続されるので、これは、ケーシングとの接
触より保護されている必要は無く、またケーシングと絶
縁されている必要も無い。従って、アノード電極とケー
スとの間の電気的な絶縁障壁は必要とされない。
の米国特許第４，９６４，８７７号に開示されている如
く、蛇状（serpentine）のアノードにカソード板を差し
挟んだものからなる、「ゼリーロール」タイプの様な電
極アセンブリのかたちで供給される。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。電極アセンブリがケーシング内に格納され
る前に、この電極アセンブリはエチレンテトラフルオロ
エチレン（ＥＴＦＥ）を熱成形したようなものからなる
高分子”バッグ”内へ挿入される。絶縁バッグは、電極
アセンブリの縁部とケーシング側壁との間の電気的絶縁
をもたらす。典型的なＬｉ／ＳＶＯ電池では、ケーシン
グはリチウムアノードに接続された負電極として機能す
る一方、絶縁された端子ピンは、カソード電極に接続さ
れた正電極として機能する。リチウム電極はケーシング
と電気的に接続されるので、これは、ケーシングとの接
触より保護されている必要は無く、またケーシングと絶
縁されている必要も無い。従って、アノード電極とケー
スとの間の電気的な絶縁障壁は必要とされない。
【０００４】他方、端子ピンに電気的に接続されたカソ
ード電極は、ケーシングより絶縁される。アノード電極
と直接対向していないカソード電極の部分を、ケーシン
グとの接触から保護するのは、短絡状態を予防する上で
重要である。
ード電極は、ケーシングより絶縁される。アノード電極
と直接対向していないカソード電極の部分を、ケーシン
グとの接触から保護するのは、短絡状態を予防する上で
重要である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、電極ア
センブリは、アノード電極と直接対向していないカソー
ド電極の部分のみを覆っている、包囲絶縁リングを有す
るケーシング内に備えられる。対電極の板を差し挟んだ
蛇状電極から構成された電極アセンブリ、或いは「ゼリ
ーロール」巻きにされた電極アセンブリにおいて、絶縁
リングは、対電極の露出した縁部を覆っている。ケース
−負極の電極構造では、アノード電極には、ケーシング
がその端子として用いられ、正電極の縁部は、絶縁リン
グにより、ケーシングとの接触から保護されている。ケ
ース−正極構造ではその逆である。絶縁リングが、アノ
ード及びカソード電極のそれぞれのセパレータ包被に加
えて更に備えられるという点は重要である。
センブリは、アノード電極と直接対向していないカソー
ド電極の部分のみを覆っている、包囲絶縁リングを有す
るケーシング内に備えられる。対電極の板を差し挟んだ
蛇状電極から構成された電極アセンブリ、或いは「ゼリ
ーロール」巻きにされた電極アセンブリにおいて、絶縁
リングは、対電極の露出した縁部を覆っている。ケース
−負極の電極構造では、アノード電極には、ケーシング
がその端子として用いられ、正電極の縁部は、絶縁リン
グにより、ケーシングとの接触から保護されている。ケ
ース−正極構造ではその逆である。絶縁リングが、アノ
ード及びカソード電極のそれぞれのセパレータ包被に加
えて更に備えられるという点は重要である。
【０００６】上述した、及びこれに追加の利点、並びに
本発明の特徴付けられた要点は、添付図面と共に以下の
詳細な説明を参照することで、より明らかとなる。
本発明の特徴付けられた要点は、添付図面と共に以下の
詳細な説明を参照することで、より明らかとなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、ケーシング１４内に格納
された、電極アセンブリ１２を含む電気化学電池１０の
一般的な、又は従来例による構造を示すものである。電
池ケーシング１４は、対向する右及び左の端部壁２０及
び２２へ延び、かつ接している、隔離された第１及び第
２の主側壁１６及び１８を有する、角柱状（prismati
c）の、深絞り加工を施したタイプ（deep drawn type）
のものである。側壁１６、１８、及び端部壁２０、２２
は、湾曲したかどの部分で接しており、また底壁へと延
びている（図示せず）。この構造では、ケーシング１４
において、電極アセンブリ１２を受け入れるための開口
部２４が設けられる。
された、電極アセンブリ１２を含む電気化学電池１０の
一般的な、又は従来例による構造を示すものである。電
池ケーシング１４は、対向する右及び左の端部壁２０及
び２２へ延び、かつ接している、隔離された第１及び第
２の主側壁１６及び１８を有する、角柱状（prismati
c）の、深絞り加工を施したタイプ（deep drawn type）
のものである。側壁１６、１８、及び端部壁２０、２２
は、湾曲したかどの部分で接しており、また底壁へと延
びている（図示せず）。この構造では、ケーシング１４
において、電極アセンブリ１２を受け入れるための開口
部２４が設けられる。
【０００８】電極アセンブリ１２は、蛇状構造体に折り
重ねられた、比較的細長いアノード電極２６からなって
おり、複数のカソード板２８Ａ乃至２８Ｇが折重ね体の
間に交互に差し挟まれている。リチウム電気化学電池の
場合、アノードは金属リチウム又はその合金からなる相
対したシート２６Ａ及び２６Ｂからなっており、ケーシ
ングの側壁１６及び１８にそれぞれ直ちに隣接する２箇
所の部分３２Ａ及び３２Ｂを除いて、導電性集電体３０
の対向する面にプレスされている。それら３２Ａ及び３
２Ｂに直接対向する部分にはカソード活性物質は存在し
ないので、アノード集電体３０における、側壁１６、１
８と接している面側には、アノード活性物質は存在しな
い。又ケーシングに接続されたアノードを有するケース
−負極構造の電池を調製することを目的としているた
め、アノードの一部分３２Ａ、３２Ｂにおけるアノード
集電体がケーシング１４に直接接触することによって回
路短絡が起きる危険は無い。好適なアノード集電体物質
には、導電性物質の箔又はスクリーンとして供給された
ニッケル及び銅が挙げられる。
重ねられた、比較的細長いアノード電極２６からなって
おり、複数のカソード板２８Ａ乃至２８Ｇが折重ね体の
間に交互に差し挟まれている。リチウム電気化学電池の
場合、アノードは金属リチウム又はその合金からなる相
対したシート２６Ａ及び２６Ｂからなっており、ケーシ
ングの側壁１６及び１８にそれぞれ直ちに隣接する２箇
所の部分３２Ａ及び３２Ｂを除いて、導電性集電体３０
の対向する面にプレスされている。それら３２Ａ及び３
２Ｂに直接対向する部分にはカソード活性物質は存在し
ないので、アノード集電体３０における、側壁１６、１
８と接している面側には、アノード活性物質は存在しな
い。又ケーシングに接続されたアノードを有するケース
−負極構造の電池を調製することを目的としているた
め、アノードの一部分３２Ａ、３２Ｂにおけるアノード
集電体がケーシング１４に直接接触することによって回
路短絡が起きる危険は無い。好適なアノード集電体物質
には、導電性物質の箔又はスクリーンとして供給された
ニッケル及び銅が挙げられる。
【０００９】このようにして構築されたアノード電極
は、次に高分子物質からなるセパレータ包被内に備えら
れる。高分子物質は、好ましくはポリビニリデンフルオ
ライド（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（Ｐ
ＴＦＥ）、又はポリエチレンクロロトリフルオロエチレ
ンのようなフッ素ポリマー物質のようなものである。他
の好適な物質にはポリエチレン及びポリプロピレンが挙
げられる。セパレータは、好ましくは布帛又は織布の態
をなしており、アノード全体を覆っている。
は、次に高分子物質からなるセパレータ包被内に備えら
れる。高分子物質は、好ましくはポリビニリデンフルオ
ライド（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（Ｐ
ＴＦＥ）、又はポリエチレンクロロトリフルオロエチレ
ンのようなフッ素ポリマー物質のようなものである。他
の好適な物質にはポリエチレン及びポリプロピレンが挙
げられる。セパレータは、好ましくは布帛又は織布の態
をなしており、アノード全体を覆っている。
【００１０】各カソード板２８Ａ乃至２８Ｇは、カソー
ド活性物質がカソード集電体（図示せず）の相対した面
に接触しているカソード電極よりなる。酸化バナジウム
銀をカソード活性物質とした場合、好適な集電体はアル
ミニウム、チタン、又はステンレス鋼である。シート状
のＳＶＯを得るための好適な方法は、タケウチ他による
米国特許第５，４３５，８７４号に示唆されており、活
性体シートを集電体の対向する面にプレス接触させるこ
とによる。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。一方、カソー
ド活性混合物は、ペレット又は粉末状の態で得られ、集
電体へプレスされる。Ｌｉ／ＳＶＯ電池にとって、好適
なカソード活性混合物は、９４重量％のＳＶＯ、約３重
量％のＰＴＦＥバインダー、及び約３重量％の粉末状の
グラファイト又はカーボンブラックのような炭素質導電
性希釈剤である。
ド活性物質がカソード集電体（図示せず）の相対した面
に接触しているカソード電極よりなる。酸化バナジウム
銀をカソード活性物質とした場合、好適な集電体はアル
ミニウム、チタン、又はステンレス鋼である。シート状
のＳＶＯを得るための好適な方法は、タケウチ他による
米国特許第５，４３５，８７４号に示唆されており、活
性体シートを集電体の対向する面にプレス接触させるこ
とによる。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。一方、カソー
ド活性混合物は、ペレット又は粉末状の態で得られ、集
電体へプレスされる。Ｌｉ／ＳＶＯ電池にとって、好適
なカソード活性混合物は、９４重量％のＳＶＯ、約３重
量％のＰＴＦＥバインダー、及び約３重量％の粉末状の
グラファイト又はカーボンブラックのような炭素質導電
性希釈剤である。
【００１１】図１には示されていないが、各カソード板
２８Ａ〜２８Ｂは、アノード折重ね体の間へ差し挟まれ
る前に、セパレータ包被内に差し込まれている。各カソ
ード集電体は、少なくとも１つの導体タブ３４を含んで
いる。導体タブは２つあって、それぞれが集電体の各端
にあるのが、好適な構成である。タブ３４は、バス（図
示せず）に接続された後、端子ピン（図示せず）へと接
続される。端子ピンは、ガラス−対−金属シール（図示
せず）によりケーシングと絶縁されたカソード端子とし
て機能するものである。
２８Ａ〜２８Ｂは、アノード折重ね体の間へ差し挟まれ
る前に、セパレータ包被内に差し込まれている。各カソ
ード集電体は、少なくとも１つの導体タブ３４を含んで
いる。導体タブは２つあって、それぞれが集電体の各端
にあるのが、好適な構成である。タブ３４は、バス（図
示せず）に接続された後、端子ピン（図示せず）へと接
続される。端子ピンは、ガラス−対−金属シール（図示
せず）によりケーシングと絶縁されたカソード端子とし
て機能するものである。
【００１２】ケーシング１４内へ挿入される前に、電極
アセンブリ１２は、布帛又は織布の態をなしている、フ
ッ素ポリマー化合物のような高分子物質からなる絶縁バ
ッグ３６内に備えられる。絶縁バッグ３６は、電極アセ
ンブリの全ての面を覆い、万一、一次セパレータが破れ
たり、或いはその他機械的に弱められたりした場合にお
ける、カソード板２８Ａ乃至２８Ｇとケーシングとの間
の直接接触を防止するための二次構造体の様を呈する。
アセンブリ１２は、布帛又は織布の態をなしている、フ
ッ素ポリマー化合物のような高分子物質からなる絶縁バ
ッグ３６内に備えられる。絶縁バッグ３６は、電極アセ
ンブリの全ての面を覆い、万一、一次セパレータが破れ
たり、或いはその他機械的に弱められたりした場合にお
ける、カソード板２８Ａ乃至２８Ｇとケーシングとの間
の直接接触を防止するための二次構造体の様を呈する。
【００１３】絶縁バッグ３６は、万一、いずれかの一次
カソードセパレータが破れたり、或いはその他機械的に
弱められたりした場合における、カソード板２８Ａ乃至
２８Ｇの端部とケーシング端部壁２０及び２２との間の
直接接触を防止するのに有益である一方、アノードの一
部分３２Ａ及び３２Ｂに隣接する部分におけるその存在
は必ずしも必要でないという問題がある。電池はケース
−負極構造で調製されているので、アノード集電体とケ
ーシング１４とがアノードの一部分３２Ａ及び３２Ｂ付
近で直接接触しても短絡は起こり得ない。従って、アノ
ードの一部分３２Ａ及び３２Ｂを覆っている絶縁バッグ
の一部分だけは、電池の体積効率が低下していることに
なる。
カソードセパレータが破れたり、或いはその他機械的に
弱められたりした場合における、カソード板２８Ａ乃至
２８Ｇの端部とケーシング端部壁２０及び２２との間の
直接接触を防止するのに有益である一方、アノードの一
部分３２Ａ及び３２Ｂに隣接する部分におけるその存在
は必ずしも必要でないという問題がある。電池はケース
−負極構造で調製されているので、アノード集電体とケ
ーシング１４とがアノードの一部分３２Ａ及び３２Ｂ付
近で直接接触しても短絡は起こり得ない。従って、アノ
ードの一部分３２Ａ及び３２Ｂを覆っている絶縁バッグ
の一部分だけは、電池の体積効率が低下していることに
なる。
【００１４】次に、図２には、本発明による電極アセン
ブリ５０の一実施例が示されている。図中において、電
極アセンブリは、図１で説明した角柱状のケーシング１
４内部に格納されている。電極アセンブリは、カソード
電極と電気的に関連付けられたアノード電極５２からな
っている。アノード及びカソード電極は前述した従来例
の図１のアノード及びカソード電極と同様の手法で調製
される。特に、アノード電極５２は、２つの比較的細長
いアノードシート５２Ａ及び５２Ｂを含んでいる。アノ
ードシート５２Ａ及び５２Ｂは、ケーシングの側壁１６
及び１８に直ちに隣接している一部分５８Ａ及び５８Ｂ
を除いて、アノード集電体５６の対向する面と接触して
いる。ケーシング側壁に接しているアノード集電体の側
面には、アノード活性物質は存在しない。その後アノー
ド電極５２はセパレータ包被内に備えられる。
ブリ５０の一実施例が示されている。図中において、電
極アセンブリは、図１で説明した角柱状のケーシング１
４内部に格納されている。電極アセンブリは、カソード
電極と電気的に関連付けられたアノード電極５２からな
っている。アノード及びカソード電極は前述した従来例
の図１のアノード及びカソード電極と同様の手法で調製
される。特に、アノード電極５２は、２つの比較的細長
いアノードシート５２Ａ及び５２Ｂを含んでいる。アノ
ードシート５２Ａ及び５２Ｂは、ケーシングの側壁１６
及び１８に直ちに隣接している一部分５８Ａ及び５８Ｂ
を除いて、アノード集電体５６の対向する面と接触して
いる。ケーシング側壁に接しているアノード集電体の側
面には、アノード活性物質は存在しない。その後アノー
ド電極５２はセパレータ包被内に備えられる。
【００１５】同様に、カソード電極は複数のカソード板
５４Ａ乃至５４Ｈからなり、それぞれのカソード活性混
合物はカソード集電体（図示せず）の対向する面と接触
している。それぞれのカソード集電体は、バス（図示せ
ず）に接続された集電体タブ６０を含み、端子ピン（図
示せず）へと接続されている。図示されていないが、ア
ノード折重ね体の間へ差し挟まれる前に、各カソード板
５４Ａ乃至５４Ｈは、高分子物質、好ましくはフッ素ポ
リマーからなるセパレータ包被内に備えられる。尚、本
発明の電極アセンブリ５０の構造は、図１に示す従来例
の電池と同様である。
５４Ａ乃至５４Ｈからなり、それぞれのカソード活性混
合物はカソード集電体（図示せず）の対向する面と接触
している。それぞれのカソード集電体は、バス（図示せ
ず）に接続された集電体タブ６０を含み、端子ピン（図
示せず）へと接続されている。図示されていないが、ア
ノード折重ね体の間へ差し挟まれる前に、各カソード板
５４Ａ乃至５４Ｈは、高分子物質、好ましくはフッ素ポ
リマーからなるセパレータ包被内に備えられる。尚、本
発明の電極アセンブリ５０の構造は、図１に示す従来例
の電池と同様である。
【００１６】本発明によれば、ケース−負極構造の電池
においては、アノード電極５２はケーシング１４に接続
されているので、ケーシング側壁１６及び１８に隣接し
て配置されたアノードの一部分５８Ａ及び５８Ｂを覆
う、従来例の設備である絶縁バッグ３６は、電池の体積
効率を低下させるだけである。これに鑑み、従来の電池
設計における絶縁バッグに代えて絶縁リングが備えられ
る。絶縁リング６２は、ポリプロピレン、ポリエチレ
ン、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ、及びポリエチレンクロロトリ
フルオロエチレンのような非多孔質の高分子物質からな
り、電極アセンブリ５０を包囲し、カソード板５８Ａか
ら５８Ｂの対向する縁部又は端部５０Ａ及び５０Ｂと隣
接している。その際、カソード板をケーシング端部壁２
０及び２２へ移動させ、これらを接触させることが可能
である。万一、カソード板を含んでいるセパレータ包被
が破れたり又は機械的に傷付いたりした場合には、回路
短絡が生じるが、絶縁リング６２はその様な直接接触が
発生するのを防止する。
においては、アノード電極５２はケーシング１４に接続
されているので、ケーシング側壁１６及び１８に隣接し
て配置されたアノードの一部分５８Ａ及び５８Ｂを覆
う、従来例の設備である絶縁バッグ３６は、電池の体積
効率を低下させるだけである。これに鑑み、従来の電池
設計における絶縁バッグに代えて絶縁リングが備えられ
る。絶縁リング６２は、ポリプロピレン、ポリエチレ
ン、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥ、及びポリエチレンクロロトリ
フルオロエチレンのような非多孔質の高分子物質からな
り、電極アセンブリ５０を包囲し、カソード板５８Ａか
ら５８Ｂの対向する縁部又は端部５０Ａ及び５０Ｂと隣
接している。その際、カソード板をケーシング端部壁２
０及び２２へ移動させ、これらを接触させることが可能
である。万一、カソード板を含んでいるセパレータ包被
が破れたり又は機械的に傷付いたりした場合には、回路
短絡が生じるが、絶縁リング６２はその様な直接接触が
発生するのを防止する。
【００１７】図１に示す従来の電池１０における絶縁バ
ッグ３６を排除し、これを絶縁リング６２へ換えること
により、ケーシング端部壁２０と２２とに隣接した、電
極アセンブリ５０の幅広い面に沿ってバッグのために割
当てられていた空間は、活性物質を配置するために利用
される。例えば、電池容量の約４％の増加は、内部体積
がおよそ７ｃｃある電池内の絶縁バッグを除去すること
により実現される。
ッグ３６を排除し、これを絶縁リング６２へ換えること
により、ケーシング端部壁２０と２２とに隣接した、電
極アセンブリ５０の幅広い面に沿ってバッグのために割
当てられていた空間は、活性物質を配置するために利用
される。例えば、電池容量の約４％の増加は、内部体積
がおよそ７ｃｃある電池内の絶縁バッグを除去すること
により実現される。
【００１８】図３は、本発明の電気化学電池７０の更な
る別の実施例を示している。電極アセンブリ５０は、図
２に示すような角柱状のケーシング内へ入れられる代わ
りに、互いに嵌め合い可能かつ密閉容器を得るためにこ
れらの周囲を封止可能になっている、第１及び第２のク
ラムシェル（二枚貝）部７４及び７６とからなるケーシ
ング７２内に格納されている。第１のクラムシェル７４
は、相対した端部壁（図示せず）へと延びかつ接してい
る、空間的に隔たっている側壁７８及び８０とからなる
周囲壁を有している。側壁７８、８０及び端部壁は前壁
８２へと延びている。前壁８２の反対側は、側壁７８、
８０及び端部壁の連続縁部８４になっている。
る別の実施例を示している。電極アセンブリ５０は、図
２に示すような角柱状のケーシング内へ入れられる代わ
りに、互いに嵌め合い可能かつ密閉容器を得るためにこ
れらの周囲を封止可能になっている、第１及び第２のク
ラムシェル（二枚貝）部７４及び７６とからなるケーシ
ング７２内に格納されている。第１のクラムシェル７４
は、相対した端部壁（図示せず）へと延びかつ接してい
る、空間的に隔たっている側壁７８及び８０とからなる
周囲壁を有している。側壁７８、８０及び端部壁は前壁
８２へと延びている。前壁８２の反対側は、側壁７８、
８０及び端部壁の連続縁部８４になっている。
【００１９】第２のクラムシェル７６は、空間的に隔た
っている端部壁（図示せず）へと延びかつ接している、
空間的に隔たっている側壁８６及び８８とからなる周囲
壁を有している。側壁８６、８８及び端部壁は後壁９０
へと延びている。後壁９０の反対側は、側壁８６、８８
及び端部壁の連続縁部９２になっている。
っている端部壁（図示せず）へと延びかつ接している、
空間的に隔たっている側壁８６及び８８とからなる周囲
壁を有している。側壁８６、８８及び端部壁は後壁９０
へと延びている。後壁９０の反対側は、側壁８６、８８
及び端部壁の連続縁部９２になっている。
【００２０】シェル７４の側壁及び端部壁は、内側へ向
けられたリップ９４を含んでおり、クラムシェル７４内
に、電極アセンブリ５０が組み合わされた後、他方のク
ラムシェルがこれに嵌め合わされる。このとき、クラム
シェル７４の側壁と端部壁は、部分的にクラムシェル７
６の側壁と端部壁によってカバーされる、間隔的に密接
した関係が認められる。クラムシェル７６の連続縁部９
２は、溶接等によってクラムシェル７４の側壁及び端部
壁に固着される。これにより、ケーシング用の密閉容器
が得られる。図示されないが、ケーシング７２は電解液
充填用開口部を含んでおり、栓部材及びカソード電極用
の端子ピンのガラス−対−金属シールにより密閉封止さ
れている。
けられたリップ９４を含んでおり、クラムシェル７４内
に、電極アセンブリ５０が組み合わされた後、他方のク
ラムシェルがこれに嵌め合わされる。このとき、クラム
シェル７４の側壁と端部壁は、部分的にクラムシェル７
６の側壁と端部壁によってカバーされる、間隔的に密接
した関係が認められる。クラムシェル７６の連続縁部９
２は、溶接等によってクラムシェル７４の側壁及び端部
壁に固着される。これにより、ケーシング用の密閉容器
が得られる。図示されないが、ケーシング７２は電解液
充填用開口部を含んでおり、栓部材及びカソード電極用
の端子ピンのガラス−対−金属シールにより密閉封止さ
れている。
【００２１】図２の電池では、本実施例における電極ア
センブリ５０は、絶縁リング９６によって、ケーシング
との接触から保護されている。高分子絶縁リング９６
は、カソード板５４Ａから５４Ｈの相対した縁部又は端
部９８Ａ及び９８Ｂへ配置され、カソード板５４Ａから
５４Ｈはクラムシェル７４の側壁７８、８０及びクラム
シェル７６の側壁８６、８８との物理的な直接接触から
保護される。また、セパレータに加えて、絶縁リング
は、各カソード板を包囲している。
センブリ５０は、絶縁リング９６によって、ケーシング
との接触から保護されている。高分子絶縁リング９６
は、カソード板５４Ａから５４Ｈの相対した縁部又は端
部９８Ａ及び９８Ｂへ配置され、カソード板５４Ａから
５４Ｈはクラムシェル７４の側壁７８、８０及びクラム
シェル７６の側壁８６、８８との物理的な直接接触から
保護される。また、セパレータに加えて、絶縁リング
は、各カソード板を包囲している。
【００２２】図４は、二次絶縁リング１００を示してお
り、一次絶縁リングの代わりに、またこれと共同して用
いられるものである。絶縁リング１００は、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ＥＴＦＥ、ＰＴＦＥ、又はポリエ
チレンクロロトリフルオロエチレンのような非多孔質の
高分子物質からなっている。リング１００は、底壁１０
２と対向する頂部壁１０４を含んでいる。相対した端部
壁１０６及び１０８は、底壁１０２及び頂部壁１０４に
接続されている。頂部壁１０４はまた、一対の垂直壁１
１４及び１１６の間にある、開口部を設けた上部壁１１
２を有する張出し部分１１０を含んでいる。張出し部分
１１０の頂部にある開口部１１８及び１２０は、端子ピ
ン構造体及びその類似物（図示せず）を、ケーシング側
壁にある、対応する開口部へ貫通させる為にある。
り、一次絶縁リングの代わりに、またこれと共同して用
いられるものである。絶縁リング１００は、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ＥＴＦＥ、ＰＴＦＥ、又はポリエ
チレンクロロトリフルオロエチレンのような非多孔質の
高分子物質からなっている。リング１００は、底壁１０
２と対向する頂部壁１０４を含んでいる。相対した端部
壁１０６及び１０８は、底壁１０２及び頂部壁１０４に
接続されている。頂部壁１０４はまた、一対の垂直壁１
１４及び１１６の間にある、開口部を設けた上部壁１１
２を有する張出し部分１１０を含んでいる。張出し部分
１１０の頂部にある開口部１１８及び１２０は、端子ピ
ン構造体及びその類似物（図示せず）を、ケーシング側
壁にある、対応する開口部へ貫通させる為にある。
【００２３】頂部壁１０４、底壁１０２、及び相対する
端部壁１０６及び１０８には、縁部１２４付近から別の
縁部１２６に向けて延びる膨出リブ１２２が設けられ
る。膨出リブは、丸味付けられた山１２８をもち、一定
間隔を空けて設けられている。平坦部分１３０は、互い
に隣り合ったリブ１２２の間に位置している。
端部壁１０６及び１０８には、縁部１２４付近から別の
縁部１２６に向けて延びる膨出リブ１２２が設けられ
る。膨出リブは、丸味付けられた山１２８をもち、一定
間隔を空けて設けられている。平坦部分１３０は、互い
に隣り合ったリブ１２２の間に位置している。
【００２４】図５に示すように、二次絶縁リング１００
は、特にクラムシェルケーシング内において、一次絶縁
リング９６と共同して用いられる。ケーシング１３２
は、第１のクラムシェル１３４からなる。第１のクラム
シェル１３４は、相対した端部壁（図示せず）へ延び
る、間隔の空けられた側壁１３６及び１３８からなる、
周囲側壁を有している。側壁１３６、１３８及び端部壁
は、周囲側壁の縁部１４２と対向する前壁１４０へと延
びている。
は、特にクラムシェルケーシング内において、一次絶縁
リング９６と共同して用いられる。ケーシング１３２
は、第１のクラムシェル１３４からなる。第１のクラム
シェル１３４は、相対した端部壁（図示せず）へ延び
る、間隔の空けられた側壁１３６及び１３８からなる、
周囲側壁を有している。側壁１３６、１３８及び端部壁
は、周囲側壁の縁部１４２と対向する前壁１４０へと延
びている。
【００２５】同様に、もう一方のクラムシェル１４４
は、相対した端部壁（図示せず）へと延びる、間隔の空
けられた側壁１４６及び１４８を含む周囲側壁からな
る。側壁１４６、１４８及び端部壁は、周囲側壁の縁部
１５２と対向する後壁１５０へと延びている。
は、相対した端部壁（図示せず）へと延びる、間隔の空
けられた側壁１４６及び１４８を含む周囲側壁からな
る。側壁１４６、１４８及び端部壁は、周囲側壁の縁部
１５２と対向する後壁１５０へと延びている。
【００２６】電極アセンブリ５０は、二次絶縁リング１
００の内側に位置している一次絶縁リング９６内側に配
置される。このとき、二次絶縁リング１００の平坦部分
１３０は、一次絶縁リング９６と接触している。
００の内側に位置している一次絶縁リング９６内側に配
置される。このとき、二次絶縁リング１００の平坦部分
１３０は、一次絶縁リング９６と接触している。
【００２７】この様な組み立て品がクラムシェル１３４
又は１４４のいずれかの中に組み合わされた後、別のク
ラムシェルがこれに嵌め合わされる。これにより、クラ
ムシェル１３４の縁部１４２は、クラムシェル１４４の
縁部１５２に突合わされる。このとき、二次絶縁リング
１００における膨出リブ１２２の山１２８は、嵌め合わ
されたクラムシェル１３４、１４４の間の突合わせ接合
の合わせ目１５４と接している。これにより、各膨出リ
ブ１２２において、絶縁リング９６と１００の間に空気
ポケットが得られる。これは、アノード及びカソード電
極より達する、合わせ目１５４を溶接している間に発生
する熱を妨げるのを助ける。内部の熱が過大な場合は特
に、リチウムアノードが反応して激しい爆発を引き起こ
すことになる。内部の過熱はまた、電極セパレータを傷
めることにもなり得る。これに鑑み、空気ポケットは、
一次絶縁リング９６と二次絶縁リング１００の膨出リブ
１２２との間に設けられ、導電経路ではなく、比較的少
ない熱を電極アセンブリへと伝達する対流経路を形成す
る。
又は１４４のいずれかの中に組み合わされた後、別のク
ラムシェルがこれに嵌め合わされる。これにより、クラ
ムシェル１３４の縁部１４２は、クラムシェル１４４の
縁部１５２に突合わされる。このとき、二次絶縁リング
１００における膨出リブ１２２の山１２８は、嵌め合わ
されたクラムシェル１３４、１４４の間の突合わせ接合
の合わせ目１５４と接している。これにより、各膨出リ
ブ１２２において、絶縁リング９６と１００の間に空気
ポケットが得られる。これは、アノード及びカソード電
極より達する、合わせ目１５４を溶接している間に発生
する熱を妨げるのを助ける。内部の熱が過大な場合は特
に、リチウムアノードが反応して激しい爆発を引き起こ
すことになる。内部の過熱はまた、電極セパレータを傷
めることにもなり得る。これに鑑み、空気ポケットは、
一次絶縁リング９６と二次絶縁リング１００の膨出リブ
１２２との間に設けられ、導電経路ではなく、比較的少
ない熱を電極アセンブリへと伝達する対流経路を形成す
る。
【００２８】従って、一次絶縁リング９６と二次絶縁リ
ング１００の組み合わせは、電極アセンブリを損傷させ
る熱を妨げる働きをする。これは、クラムシェルケーシ
ングにおいては特に重要であるが、しかしながら角柱状
や円柱状の様な他タイプのケーシングであってもこの様
なアセンブリによる利益を享受し得る。絶縁リング９６
及び１００はまた、カソード板５４Ａから５４Ｇとクラ
ムシェル側壁との間の接触による回路短絡を防止する。
ング１００の組み合わせは、電極アセンブリを損傷させ
る熱を妨げる働きをする。これは、クラムシェルケーシ
ングにおいては特に重要であるが、しかしながら角柱状
や円柱状の様な他タイプのケーシングであってもこの様
なアセンブリによる利益を享受し得る。絶縁リング９６
及び１００はまた、カソード板５４Ａから５４Ｇとクラ
ムシェル側壁との間の接触による回路短絡を防止する。
【００２９】電池は、一次化学系であっても、二次化学
系であっても、本発明の範囲内である。一次電池の場
合、好ましいアノード活性物質はリチウムであり、また
適当なカソード活性物質は、酸化バナジウム銀、酸化バ
ナジウム銀銅、二酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニ
ッケル、酸化銅、二硫化チタン、硫化銅、硫化鉄、二硫
化鉄、酸化バナジウム銅、炭素、及びフッ化炭素、並び
にこれらの混合物より選択される。最も好適な組み合わ
せは、リチウム／酸化バナジウム銀電池であり、体積比
５０：５０のプロピレンカーボネートとジメトキシエタ
ンの混合物の様な非水性電解液で活性化される。
系であっても、本発明の範囲内である。一次電池の場
合、好ましいアノード活性物質はリチウムであり、また
適当なカソード活性物質は、酸化バナジウム銀、酸化バ
ナジウム銀銅、二酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニ
ッケル、酸化銅、二硫化チタン、硫化銅、硫化鉄、二硫
化鉄、酸化バナジウム銅、炭素、及びフッ化炭素、並び
にこれらの混合物より選択される。最も好適な組み合わ
せは、リチウム／酸化バナジウム銀電池であり、体積比
５０：５０のプロピレンカーボネートとジメトキシエタ
ンの混合物の様な非水性電解液で活性化される。
【００３０】本発明による二次電池は、グラファイト、
コークス、カーボンブラック、メソカーボンミクロビー
ズ、アセチレンブラック、ガラス状炭素、及びこれらと
同種物のような炭素質アノードからなる。好適なカソー
ド活性物質は、バナジウム、チタン、クロム、銅、モリ
ブデン、ニオブ、鉄、ニッケル、コバルト、及びマンガ
ン、並びにこれらの混合物から選択される群のリチウム
化された酸化物、リチウム化された硫化物、リチウム化
されたセレン化物、及びリチウム化されたテルル化物か
ら選択されるものである。好適な二次電池は、炭素質物
質／ＬｉＣｏＯ ２の組み合わせからなり、米国特許第０
９／６６９，６３６に開示される様な電解液で活性化さ
れる。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。
コークス、カーボンブラック、メソカーボンミクロビー
ズ、アセチレンブラック、ガラス状炭素、及びこれらと
同種物のような炭素質アノードからなる。好適なカソー
ド活性物質は、バナジウム、チタン、クロム、銅、モリ
ブデン、ニオブ、鉄、ニッケル、コバルト、及びマンガ
ン、並びにこれらの混合物から選択される群のリチウム
化された酸化物、リチウム化された硫化物、リチウム化
されたセレン化物、及びリチウム化されたテルル化物か
ら選択されるものである。好適な二次電池は、炭素質物
質／ＬｉＣｏＯ ２の組み合わせからなり、米国特許第０
９／６６９，６３６に開示される様な電解液で活性化さ
れる。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。
【００３１】又電池は、ケース−正極構造であっても本
発明の範囲内である。この場合、カソードは蛇状構造体
になっており、その端子としてのケーシングに接続され
ている。アノード電極は、カソードの折重ね体の中へ差
し挟まれた板からなり、ケーシングより絶縁された端子
ピンへと接続されている。
発明の範囲内である。この場合、カソードは蛇状構造体
になっており、その端子としてのケーシングに接続され
ている。アノード電極は、カソードの折重ね体の中へ差
し挟まれた板からなり、ケーシングより絶縁された端子
ピンへと接続されている。
【００３２】個々に記載された本発明の概念についての
種々の改良が、ここに添付された請求の範囲により規定
された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、当
業者には明らかであることが理解される。
種々の改良が、ここに添付された請求の範囲により規定
された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、当
業者には明らかであることが理解される。
【図１】 角柱状のケーシング１４内に格納された、従
来例による電極アセンブリ１２の断面図である。
来例による電極アセンブリ１２の断面図である。
【図２】 角柱状のケーシング内に格納された、本発明
による絶縁リング６２を含む電極アセンブリ５０の断面
図である。
による絶縁リング６２を含む電極アセンブリ５０の断面
図である。
【図３】 嵌め合いクラムシェルタイプのケーシング７
２内に格納された、絶縁リング９６を含む電極アセンブ
リ５０の別の実施例の断面図である。
２内に格納された、絶縁リング９６を含む電極アセンブ
リ５０の別の実施例の断面図である。
【図４】 本発明の二次絶縁リング１００の斜視図であ
る。
る。
【図５】 嵌め合いクラムシェルタイプのケーシング１
３２内に格納された、一次及び二次の絶縁リング９６及
び１００を含む電極アセンブリ５０の別の実施例の断面
図である。
３２内に格納された、一次及び二次の絶縁リング９６及
び１００を含む電極アセンブリ５０の別の実施例の断面
図である。
─────────────────────────────────────────────────────
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 10/40 Ｈ０１Ｍ 10/40 Ｚ
(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 ゲアリー フライタグ
アメリカ合衆国、ニューヨーク州 14052、
イースト オーローラ、グローヴァー ロ
ード 350
(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
Ｆターム(参考） 5H011 AA13 BB04 CC06 DD05 DD15
5H024 AA01 AA02 AA03 AA04 AA07
AA11 AA12 BB05 BB14 CC02
DD01 DD10 EE09 FF11
5H028 AA01 AA08 BB01 BB04 CC11
EE06
5H029 AJ12 AK02 AK03 AK04 AK05
AK06 AK18 AL06 AL12 AM02
AM07 BJ02 CJ03 CJ05 DJ02
DJ04 EJ12 HJ12
5H050 AA15 BA01 BA06 BA16 BA17
CA02 CA03 CA05 CA07 CA10
CA11 CA14 CB07 CB12 FA06
GA03 GA07 GA08
Claims (12)
- 【請求項１】 電気化学電池であって、 ａ）ケーシングと、 ｂ）前記ケーシング内部に格納された、第１の極性の第
１の電極と対電極である第２の極性の第２の電極からな
る電極アセンブリであって、前記第１の電極が、その端
子としての前記ケーシングへ電気的に接続されており、
前記第２の電極は、前記第１の電極によって実質的に覆
われた、被覆部分と、前記第１の電極と直接対向してい
ない、非被覆部分とを有しているものと、 ｃ）前記電極アセンブリを取り囲み、前記第２の電極の
前記非被覆部分を前記ケーシングとの接触から保護する
一次絶縁リングと、および、 ｄ）前記ケーシング内へ供給され、前記電極アセンブリ
を活性化する電解液、とを有していることを特徴とする
電気化学電池。 - 【請求項２】 前記ケーシングは、深絞り加工を施した
角柱状タイプ、又は嵌め合いクラムシェルからなってい
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３】 前記第１の電極は、比較的細長形状をし
ており、かつ蛇状にして供給され、前記第２の電極の板
は前記蛇状の折重ね体の間に差し挟まれていることを特
徴とする請求項１に記載の電気化学電池。 - 【請求項４】 前記第２の電極の前記板の相対した端部
は、前記蛇状の第１の電極の折り目に隣接して配置さ
れ、前記一次絶縁リングは、前記電極アセンブリを取り
囲み、前記第２の電極の相対した端部を覆っていること
を特徴とする請求項３に記載の電気化学電池。 - 【請求項５】 前記一次絶縁リングを取り囲む二次絶縁
リングを含む請求項１に記載の電気化学電池であって、
前記二次絶縁リングは、平坦部の間に複数の膨出リブを
有しており、前記膨出リブの山は、前記ケーシングと接
触しており、前記平坦部は前記一次絶縁リングと接触し
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】 前記ケーシングは嵌め合いクラムシェル
からなり、前記膨出リブの前記山は、前記クラムシェル
が互いに接触する合わせ目と接触していることを特徴と
する請求項５に記載の電気化学電池。 - 【請求項７】 前記第１の電極はアノードであり、前記
第２の電極はカソード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８】 前記電気化学電池はケース−負極構造で
調製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９】 前記第１の電極がリチウムからなること
を特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。 - 【請求項１０】 前記第２の電極は、酸化バナジウム
銀、酸化バナジウム銀銅、二酸化マンガン、酸化コバル
ト、酸化ニッケル、酸化銅、二硫化チタン、硫化銅、硫
化鉄、二硫化鉄、酸化バナジウム銅、炭素、及びフッ化
炭素、並びにこれらの混合物からなる群より選択される
カソード活性物質からな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】 前記電気化学電池は、一次又は二次電
気化学系のいずれか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１２】 前記アノードは炭素質物質からなり、
前記カソードはバナジウム、チタン、クロム、銅、モリ
ブデン、ニオブ、鉄、ニッケル、コバルト、及びマンガ
ン、並びにこれらの混合物から選択される群のリチウム
化された酸化物、リチウム化された硫化物、リチウム化
されたセレン化物、及びリチウム化されたテルル化物か
らなる群より選択される活性物質からなることを特徴と
する請求項１に記載の電気化学電池。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US30664601P | 2001-07-19 | 2001-07-19 | |
| US60/306646 | 2001-07-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003142113A true JP2003142113A (ja) | 2003-05-16 |
Family
ID=23186222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002242674A Pending JP2003142113A (ja) | 2001-07-19 | 2002-07-19 | 電気化学電池のための絶縁コンポーネント |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6933074B2 (ja) |
| EP (1) | EP1278253B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003142113A (ja) |
| CA (1) | CA2394410A1 (ja) |
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- 2002-07-19 EP EP02255076.8A patent/EP1278253B1/en not_active Expired - Lifetime
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