JP2012524974A - 耐久性の高いリチウムイオンセルのための集電ポストの封止 - Google Patents
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Abstract
Description
a.電池の中へのまたは電池の外への気体および/または液体の拡散路の増加。
b.電池の集電ポストにおける金属とポリマーとの界面の強化。
図1(a)は、電池容器の上部開口部用のカバーの上面図である。本発明の方法を明白に記載するために、カバーの段階的な組立ては、側面図の形で図1(b)〜図1(f)に示される。
1.射出成形された第1のポリマー体と、上部および下部のフランジとの接触および融着を確実にする。
2.射出成形された第1のポリマー体と、集電ポストとの接触および融着を確実にする。セルは常に高出力動作を受けているので、ポリマーと集電ポストとの接着の低下を引き起こす恐れがあることから、これは非常に重要である。
a.集電ポストを含むカバーモノリスを作製するための射出成形。
b.上部および底部のフランジを互いに押し付け合うことによる、カバーモノリスの圧縮。
c.各底部フランジの底面を被覆する絶縁材料。
d.上部フランジと集電ポストとの間のレーザー溶接。
e.上部フランジの縁と射出成形された第1のポリマー体との間で起こり得る浸透を防ぐために、射出成形された第1のポリマー体の上部に第2のポリマーの充填。
1.射出成形工程は、第1のポリマー体と容器カバーとの間で良好な界面の一体性を有するカバーモノリスが容易に作製できることから、本発明において適しており、また好ましい。射出成形工程は高圧工程であるので、容器カバーの上面に配置されるポリマーは、好ましいポリマーの結晶配向を有する「テクスチャ」の特性を示し得、これは容器カバーの上部にポリマーを配置する他の手段とは区別され得る。利用されている射出成形工程および「カバー/ポリマーモノリス」の構造は、界面の一体性を確実なものにする。ゆえにこの工程は、本発明を新規なものにするには必須である。
2.集電ポストと射出成形された第1のポリマー体との間の界面を強化する。これは、上部および底部のフランジをポリマー材料に融着させる際に、両フランジを互いに押し付け合うことで達成される。また本発明は、射出成形された第1のポリマー体に融着する上部および底部のフランジを用いることにより、拡散路を増加することも意図する。上部および底部のフランジを使用しない場合には、拡散路が短くなることから、集電ポストと射出成形された第1のポリマー体との間の界面で、漏出がより容易に起こり得る。
3.関連するその他の工程は、上部および底部のフランジを用いる一方で新たな界面が作り出されることを防ぐために必須である。これらの工程は底部フランジの底面を被覆する絶縁材料(図1(d)に示すように、集電ポストの界面を通して生じ得る電池の中へのまたは電池の外への漏出により生じる浸透を遅らせる);上部フランジと集電ポストとの間でのレーザー溶接(図1(e)に示すように、上部フランジと集電ポストとの界面を通しての漏出を防ぐ);および上部フランジの縁を保護する1つ以上のポリマー被覆層(図1(f)に示すように、上部フランジの縁における界面を通しての漏出を防ぐ)を含む。
図2(a)〜図2(c)を参照すると、集電ポスト、上部フランジ、底部フランジおよびカバーが機械的な組立てまたは溶接を介して予め組立てられている。集電ポスト、上部フランジおよび底部フランジは、図2(a)に示す構成において、モールドを用いてカバーに対して取り付けられ、ポリマーの射出成形がアセンブリ全体に行われる。そうしてできたカバーは、図2(b)に示すようなモノリスとなる。上部フランジはその後集電ポストに封止され、続いて図2(c)に示すように、第2のポリマー体が射出成形された第1のポリマー体の上部に充填される。この射出成形の工程中は高圧力が用いられるので、上述した第1の組み立て方法における、上部および底部のフランジを互いに押し付け合うことと同様の状態が、この射出成形工程を通じて達成され得る。例えばレーザー溶接による、上部フランジと集電ポストとの間の封止は、射出成形工程の前に行われてもよい点に留意されたい。さらに、集電ポスト、上部フランジおよび底部フランジのアセンブリは、金属ブロック、鋳物または金属の押し出し物を機械加工することによって別個に作製された2つの部品(2つの部品の内の1つは、集電ポストおよび上部フランジを組み合わせたアセンブリまたは集電ポストおよび底部フランジを組み合わせたアセンブリのいずれかである)を組立てることによっても作製され得る。
セルカバーは、正および負の集電ポストのための開口部だけでなく、電解液の充填または安全な通気のための付加的な開口部も含んでいてもよい。ここで記載されるもう1つの実施例は、集電ポスト、電解液を充填する開口部および安全ベントを含むセルカバーを作製するためのデザインおよび方法を記すためのものである。
Claims (23)
- リチウムイオン電池の容器のためのカバーアセンブリであって、
電池容器の上部開口部を封止するためのカバーであって、集電ポストのために1つ以上の開口部を規定しているカバーと、
各開口部を通って延伸し、前記カバーとの間に隙間を有する集電ポストと、
各集電ポストを取り囲む上部フランジであって、前記カバーの上面と対向し、かつ、離れて配置され、さらに、開口部の縁を超えるよう、集電ポストから放射状に外側に延伸している上部フランジと、
各集電ポストを取り囲む底部フランジであって、前記カバーの底面と対向し、かつ、離れて配置され、開口部の縁を超えるよう、集電ポストから放射状に外側に延伸している底部フランジと、
各集電ポストのための第1のポリマー体とを含み、
前記第1のポリマー体は連続的で、カバー、集電ポスト、上部フランジおよび底部フランジの間の全ての隙間を充填するよう広がっており、また、
前記第1のポリマー体はカバー、集電ポスト、上部フランジおよび底部フランジに接触しているところで融着している
リチウムイオン電池の容器のためのカバーアセンブリ。 - 電池の他の構成要素から各底部フランジを電気的に絶縁するために、各底部フランジの底面に絶縁材料をさらに含む請求項1記載のカバーアセンブリ。
- 各集電ポストとその上部フランジとの間での溶接封止をさらに含む請求項1記載のカバーアセンブリ。
- 前記第1のポリマー体と上部フランジとの接合界面を含む、前記第1のポリマー体および前記上部フランジの表面に被覆され融着されている第2のポリマー体をさらに含む請求項1記載のカバーアセンブリ。
- 前記カバー、上部フランジおよび底部フランジの少なくとも1つの表面に、該表面の前記第1のポリマー体への融着を促進するための下地層が設けられている請求項1記載のカバーアセンブリ。
- 前記下地層がスチレン・ブタジエンゴム、接着剤および前記下地層が設けられる材料の陽極酸化処理された層である請求項5記載のカバーアセンブリ。
- 第1のポリマー体のそれぞれが、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、PU、ナイロン、PET、ABS、FEP、ポリイミド、ポリアクリル、エポキシ樹脂またはこれらを組み合わせたもので形成される請求項1記載のカバーアセンブリ。
- 上部フランジのそれぞれが、高い導電率を有する金属から作製される請求項1記載のカバーアセンブリ。
- 上部フランジおよび底部フランジのそれぞれが、その開口部の縁を少なくとも0.5cm超えて外側に放射状に延伸する請求項1記載のカバーアセンブリ。
- 第2のポリマー体のそれぞれが、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、PU、ナイロン、PET、ABS、FEP、ポリイミド、ポリアクリル、エポキシ樹脂またはこれらを組み合わせたもので形成される請求項4記載のカバーアセンブリ。
- 前記カバーが電解液の充填開口部および安全ベント手段の少なくとも1つをさらに含み、前記第1のポリマー体がそこに融着されている請求項1記載のカバーアセンブリ。
- リチウムイオン電池の容器のためのカバーアセンブリであって、
電池容器の上部開口部を封止するためのカバーであって、集電ポストの1つ以上の開口部を規定しているカバーと、
各開口部を通って延伸し、前記カバーとの間に隙間を有する集電ポストと、
各集電ポストを取り囲む上部フランジであって、前記カバーの上面と対向し、かつ、離れて配置され、開口部の縁を超えるよう、集電ポストから放射状に外側に延伸している上部フランジと、
各集電ポストを取り囲む底部フランジであって、前記カバーの底面と対向し、かつ、離れて配置され、開口部の縁を超えるよう、集電ポストから放射状に外側に延伸している底部フランジと、
各集電ポストのための第1のポリマー体であって、連続的で、カバー、集電ポスト、上部フランジおよび下部フランジの間の全ての隙間を充填するよう広がっており、またカバー、集電ポスト、上部フランジおよび底部フランジに接触しているところで融着している第1のポリマー体と、
電池の他の構成要素から各底部フランジを電気的に絶縁するために、各底部フランジの底面にある絶縁材料と、
前記第1のポリマー体と上部フランジとの接合界面を含む、前記第1のポリマー体および前記上部フランジの表面に被覆され融着されている第2のポリマー体と
を含むリチウムイオン電池の容器のためのカバーアセンブリ。 - リチウムイオン電池の容器のためのカバーアセンブリを組み立てる方法であって、
電池容器の上部開口部を封止するためのカバーであって、集電ポストの1つ以上の開口部を規定しているカバーを提供する工程と、
各開口部を通って延伸し、前記カバーとの間に隙間を有する集電ポストを提供する工程と、
前記隙間の両方を充填し、集電ポストを取り囲むカバーの部分でカバーの上面および底面にポリマーで被覆するためにポリマーを射出成形することによって設けられる第1のポリマー体であって、前記カバーおよび集電ポストに接触しているところで融着している第1のポリマー体を提供する工程と、
各集電ポストを取り囲み、前記集電ポストから前記開口部の縁を超えて外側に向かって放射状に延伸する上部フランジであって、前記カバーの上面で前記第1のポリマー体と接触して配置されている上部フランジを提供する工程と、
各集電ポストを取り囲み、前記集電ポストから前記開口部の縁を超えて外側に向かって放射状に延伸する底部フランジであって、前記カバーの底面で前記第1のポリマー体と接触して配置されている底部フランジを提供する工程と、
前記各集電ポストの上部フランジおよび底部フランジに圧力を加えて、各フランジを前記第1のポリマー体に融着する工程と
を含む方法。 - 各フランジを前記第1のポリマー体に融着させるために圧力を加える前に、各フランジおよび各第1のポリマー体が加熱されている請求項13記載の方法。
- リチウムイオン電池の容器のためのカバーアセンブリを組み立てる方法であって、
電池容器の上部開口部を封止するためのカバーであって、集電ポストの1つ以上の開口部を規定しているカバーを提供する工程と、
各開口部を通って延伸し、前記カバーとの間に隙間を有する集電ポストを提供する工程と、
各集電ポストを取り囲み、前記集電ポストから前記開口部の縁を超えて外側に向かって放射状に延伸する上部フランジであって、前記カバーの上面で前記第1のポリマー体と接触して配置されている上部フランジを提供する工程と、
各集電ポストを取り囲み、前記カバーの底面と対向し、かつ、離れて配置される底部フランジであって、前記集電ポストから前記開口部の縁を超えて外側に向かって放射状に延伸する底部フランジを提供する工程と、
射出成形によって各集電ポストをモールドする第1のポリマー体を提供する工程と
を含み、
前記第1のポリマー体は連続的で、カバー、集電ポスト、上部フランジおよび底部フランジの間の全ての隙間を充填するよう延伸しており、またカバー、集電ポスト、上部フランジおよび底部フランジに接触しているところで融着していることを特徴とする方法。 - 前記電池の他の構成要素から各底部フランジを電気的に絶縁するために、各底部フランジの底面を絶縁材料で被覆することをさらに含む請求項13または15記載の組み立て方法。
- 前記第1のポリマー体と上部フランジとの接合界面を含む、前記第1のポリマー体および前記上部フランジの表面に被覆され融着されている第2のポリマー体をさらに含む請求項13または15記載の組み立て方法。
- 前記第1のポリマー体に融着される構成要素の表面に、該表面の前記第1のポリマー体への融着を促進するために下地層を設けることをさらに含む請求項13または15記載の組み立て方法。
- 前記下地層が、スチレン・ブタジエンゴム、接着剤および前記下地層に用いられている材料の陽極酸化処理された層の少なくとも1つで構成される請求項18記載の組み立て方法。
- 前記第1のポリマー体のそれぞれが、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、PU、ナイロン、PET、ABS、FEP、ポリイミド、ポリアクリル、エポキシ樹脂またはこれらを組み合わせたもので形成される請求項13または15記載の組み立て方法。
- 前記上部フランジのそれぞれが、金属またはポリマーから作製され、前記底部フランジのそれぞれが、高い導電率を有する金属で作製される請求項13または15記載の組み立て方法。
- 前記上部フランジおよび底部フランジのそれぞれが、その開口部を縁少なくとも0.5cm超えて外側に放射状に延伸する請求項13または15記載の組み立て方法。
- 前記第2のポリマー体のそれぞれが、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、PU、ナイロン、PET、ABS、FEP、ポリイミド、ポリアクリル、エポキシ樹脂またはこれらを組み合わせたもので形成される請求項17記載の組み立て方法。
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