JP2018525793A - 電気化学セルのガスケットおよびダイアフラム - Google Patents

電気化学セルのガスケットおよびダイアフラム Download PDF

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Abstract

電気化学セルは、電気化学セルの一つの電気接点として機能するように構成されており活物質を含んでいる缶と、電気化学セルの反対の電気接点として機能するように構成されているダイアフラムと、初期にはほぼ円筒形状であるガスケットであって、ダイアフラムが缶の開口内でガスケットの内側に位置合わせされているガスケットと、を含んでいる。缶の外縁はガスケット上へ圧着されており、ガスケットが缶の内側に内周を有しておりかつ缶の外側に外周を有しており、ガスケットの外周は、圧着後にダイアフラムの外面に沿って延在するリーフ部を備えている。
【選択図】図２Ａ

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年８月２４日に提出された「Ｇａｓｋｅｔ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌ」と題する米国暫定出願第６２／２０９，１４５号明細書、２０１５年８月２４日に提出された「Ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌ」と題する米国暫定出願第６２／２０９，１６３号明細書および２０１６年８月２３日に提出された「Ｇａｓｋｅｔ Ａｎｄ Ｄｉａｐｈｒａｇｍ Ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｅｌｌ」と題する米国実用特許出願第１５／２４４，６６３号明細書に対する優先権を主張するものであり、これらの出願は全て、参照によりその全体が開示に含まれ、かつあらゆる目的で本明細書の一部を構成する。
合衆国政府の助成による研究または開発に関する陳述
なし。
コンパクトディスクによる提出材料の参照による援用
なし。
本発明の技術分野
本発明は、概して電池に関し、より具体的には、電気化学電池セル（セル）の構造および構成要素に関する。
関連技術の記載
リチウムイオンセル（Ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｏｎ ｃｅｌｌ）は、電気化学セルの１つの類型である。リチウムイオンセルは、概して、活物質（アノード（ａｎｏｄｅ）およびカソード（ｃａｔｈｏｄｅ））と電解質とを含む。これらの材料は、場合によって円筒形でありかつ缶と呼ばれることもあるハウジング内に封入される。缶は、トップキャップ（ｔｏｐ ｃａｐ）と呼ばれることもあるキャップ（蓋、口金）で閉じられる開口を有する。キャップは、ガスケットを用いて密封することができる。
これらのセル（ｃｅｌｌ、電池）の構造物は、耐久性がありかつ費用効果の高いものでなければならない。電気自動車用等の用途によっては、何千ものセルが１つのアレイに形成され、車両を推進するための電気エネルギーを合同で提供する。このようなアレイにおけるセルの数に起因して、セルは、生産費用が安価であって、そのサイズおよび重量で可能な限り多くの電気貯蔵容量を提供しなければならず、かつ長い寿命を支える耐久性がなければならない。
セルの重量、コスト、サイズおよび貯蔵容量の段階的改善が、他の用途の中でもとりわけ電気自動車にとって大きな利点を提供する。
図１は、セルのキャップの一例を示す。 図２は、セルの第１の例の断面を示す。 図２Ａは、図２のセルの一部分を示す斜視図である。 図３は、図２のセルの構成要素の例を示す。 図４Ａは、図３のガスケットの一部分の断面の一例を示す。 図４Ｂは、図３のガスケットの断面の別の例を示す。 図５は、セルの第２の例の断面を示す。 図５Ａは、図５のセルの一部分を示す斜視図である。 図６は、図５のセルの構成要素の例を示す。 図７は、図６のガスケットの断面を示す。 図８は、図１のセルの電気相互接続部の一例を示す。 図９は、セルを構成する方法のフローチャートを示す。 図１０Ａは、セルの別の例の断面を示す。 図１０Ｂは、図１０のセルの一部分を示す斜視図である。 図１１は、製造中のダイアフラムの一例を示す斜視図である。 図１２は、図１１のダイアフラムの断面を示す。 図１３は、セルを構成する別の方法のフローチャートを示す。
本文書は、改良された電気化学セルおよびその構成要素の例について記述する。幾つかの実施形態において、電気化学セルは、そのトップキャップを密封するガスケットを有し、このガスケットは、設置後は通常プラス接点が付着される場所であるセルの上側の中心面上に拡がっているリーフ部（ｌｅａｆ）または他の延設部を有する冠のような外観を有する。例えば、前記設置が、マイナス接点もまた、缶材上であってトップキャップ上ではないにしてもセルの上部に付着されるように行われる場合、このようなガスケットは、マイナス接点とプラス端子との短絡の可能性を減らすという利点を提供することができる。
セルのトップキャップ内に形成されるダイアフラムは、電流遮断デバイス（ＣＩＤｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）機能の一部として働き、また、過熱または他のタイプのセル不良に起因して内部圧力が著しく上昇する場合に通気を促進する材料脆弱化も有する。ダイアフラムは、効果的には、単一の材料片から製造されてもよく、かつ数回の操作で最終形状に形成されてもよい。このようなダイアフラムは、その周縁に圧着（ｃｒｉｍｐｉｎｇ、かしめ、クリンピング）に耐えるに足る厚さを提供し、一方で材料脆弱化を比較的容易に形成できるようにするという利点を有することが可能である。
実施形態（ｓｏｍｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ、実装）によっては、キャップは、セルのプラス端子として機能するように設計される。したがって、ダイアフラムは、導電材料から製造されるのに対して、ガスケットは、絶縁材料から製造されることが可能である。ダイアフラムは、次に、直接または間接的に、セルの活物質におけるカソードへ接続されることが可能である。例えば、１つまたは複数の電気相互接続部には、セルとの間にプラス接続を確立するためにダイアフラムの外面に作成され得るワイヤボンドが含まれてもよいが、これに限定されない。
本明細書本文は、リチウムイオンセルが含まれ得る、但しこれに限定されない電気化学セルに関する。概して、このようなセルは、活物質を保持するためのハウジング（缶形式である場合もある）を有し、ハウジングは、通常トップキャップと称されるものによって閉鎖される。しかしながら、電気化学セルの上部、底部および側面は、通常、幾分任意に画定されてもよい。したがって、本明細書は、缶内の開口を閉じるキャップを広義に参照し、開口がセル上のどこに位置決めされるかを限定していない。こうした理由により、本明細書における上部または底部の言及は、単に例示的なものである。同様に、円筒形の形状因子がしばしば使用されるが、実施形態によっては、他の形状のセルハウジング（ｃｅｌｌ ｈｏｕｓｉｎｇ、電池の筐体）が使用されてもよい。
図１は、セルのキャップの一例１００を示す。キャップは、ダイアフラム１０４の外縁を包囲するガスケット１０２を有する。他の構成要素がキャップの一部である可能性もあるが、ここでは単純化を期して図示または説明しない。キャップは、電気化学セルの缶または他のハウジングの開口を閉鎖するように設計される。このような閉鎖は、流体が（例えば、電解液の漏れとして）セルから出ること、または（例えば、汚染物質として）セルに進入することを防止または抑止するシールを提供する。
また、図示されているキャップの構成は、圧着動作後のキャップの形状を表すことができる。このような圧着は、キャップが缶の開口内に配置されると行うことができるが、ここでは明確を期して缶を示していない。実施形態によっては、キャップは、セルのプラス端子として機能するように設計される。したがって、ダイアフラムは、導電材料から製造されるのに対して、ガスケットは、絶縁材料から製造されることが可能である。ダイアフラムは、次に、直接または間接的に、セルの活物質におけるカソードへ接続されることが可能である。例えば、１つまたは複数の電気相互接続部（不図示）には、セルとの間にプラス接続を確立するためにダイアフラムの外面に作成され得るワイヤボンドが含まれるが、これに限定されない。
ガスケットは、ここではリーフ部（ｌｅａｆ、薄片部、箔部）１０６を有する。実施形態によっては、リーフ部１０６は、ガスケット製造の一部として作成される。リーフ部は、スロット１０８により分離されている。実施形態によっては、リーフ部１０６は、圧着後に隣接するリーフ部１０６同士が略平行な縁により形成されるスロットによって分離されるように成形される。例えば、圧着の前、およびガスケットがその現在の外観をとる前に、スロット１０８は、異なる形状を有してもよい。
リーフ部およびリーフ部間のスロットの目的は、ガスケットがダイアフラムの上面に載る際の表面をより平坦にすることにあり得る。例えば、ガスケットの皺および折り皺は回避されるべきである。これは、リーフ部１０６の外縁の長さとダイアフラムの露出面との関係式として表すことができる。例えば、
ＩＤ×π≧Ｌ１＋Ｌ２＋・・・＋ＬＮ
であり、ここで、
ＩＤ＝ダイアフラム露出領域の内径、
Ｌｉ＝リーフ部ｉの外縁の長さ、
（ｉ＝１，２，．．．，Ｎ、Ｎは、リーフ部１０６の数）、である。
図２は、セル２００の第１の例の断面を示す。セルは、缶２０２を有し、缶２０２は、ここでは明確を期してその一部しか示されていないが、内部にセルの活物質を保持するように構成される。例えば、これは、アノードおよびカソード基板の所謂ゼリーロールと、液体電解質とを含んでもよい。缶は、円筒形状を含む、但しこれに限定されない任意の適切な形状を有してもよい。缶２０２は、電気端子の１つ、例えばセルのマイナス端子として機能するように意図されてもよい。
缶２０２は、その一方の端の近くにショルダ２０４を有する。実施形態によっては、ショルダ２０４は、セルの内部を外側から封鎖するように、セルの端を圧着する工程の一部として作製される。ここでは、圧着後に略円形の開口２０６が存在し、開口は、缶材料の縁２０８によって画定される。実施形態によっては、ショルダ２０４は、電気端子をセルに取り付ける予定の場所である。
セルは、略円形エレメント（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｅｌｅｍｅｎｔ）等のダイアフラム２１０を有する。実施形態によっては、ダイアフラム２１０は、圧着部分２１０Ａと、中心部位２１０Ｂと、少なくとも部分的にダイアフラム２１０の周りを延びるスコア２１０Ｃとを有する。ダイアフラム２１０は、セル動作に関わる１つまたは複数の目的を果たすことができる。第１に、先に述べたように、ダイアフラムは、セル用電気端子の一部であってもよい。例えば、缶２０２がマイナス端子として機能する場合、ダイアフラム２１０は、プラスの電気端子であってもよい。第２に、ダイアフラム２１０は、漏れおよび汚染を防止するために缶２０２の内部を閉鎖するように機能してもよい。第３に、内部圧力が増加する場合、ダイアフラム２１０は、持ち上がり、これによってＣＩＤ動作を促進してもよい。第４に、例えばセル内に熱暴走等の望ましくない反応が生じた場合に缶２０２の内部で圧力が増加すれば、ダイアフラム２１０は、破裂することによって流体がセルから逃げられるようにし、事実上、セルの換気を促進することができる。例えば、スコア２１０Ｃまたは別の材料の脆弱化は、ダイアフラムの破裂を促進することができる。
セルは、ダイアフラム２１０へ直に付着させることができる破裂板（ｒｕｐｔｕｒｅ ｐｌａｔｅ）２１２を有する。破裂板２１２は、ダイアフラム２１０の破裂（ｒｕｐｔｕｒｅ、破断）を円滑に行うことにおいて１つまたは複数の目的を果たす。例えば、破裂板２１２は、圧力上昇の間にダイアフラム２１０の内側にかかる荷重を制御し、これにより、破裂が生じる時間および破裂のパターンを制御してもよい。ここでのセルは、少なくとも部分的に破裂板２１２とダイアフラム２１０との間に位置合わせされる絶縁体２１４を有する。実施形態によっては、絶縁体２１４は、略円形のエレメントであってもよい。
セルは、キャップを適所に保持し、缶２０２の内容物を密封しかつ製造プロセス中の短絡を低減する、またはなくすように機能するガスケット２１６を有する。例えば、ガスケット２１６は、ダイアフラム２１０と缶２０２の開口との間を密封する。別の例として、ガスケット２１６は、相互接続溶接中の短絡を防ぐ。ガスケット２１６は、圧着後にダイアフラム２１０上に位置合わせされる幾つかのリーフ部２１８を有する。リーフ部２１８は、セルが圧着された後のガスケット材料の望ましくない蓄積を防止することができる。例えば、リーフ部２１８は、そうでなければ圧着プロセスにおいてダイアフラム上のガスケット材料が圧縮されるにつれて生じる場合もある望ましくないウェーブ、折り重なりまたは束状物（ｂｕｎｃｈｉｎｇ）の発生を減らすことができる。
図２Ａは、図２におけるセル２００の一部分２００´を示す斜視図である。ここでは、明確を期して缶を省略している。したがって、本図は、ダイアフラム２１０の圧着部分２１０Ａを覆うガスケット２１６と、ダイアフラム２１０の上面の一部上に延在するリーフ部２１８と、ダイアフラム２１０と破裂板２１２との間の絶縁体２１４とを示す。具体的には、圧着部２１０Ａは、その場所でダイアフラム２１０の厚さを略２倍にする折り返し部分を含む。例えば、この缶２０２は、圧着および／またはシーリングをより効果的にするように機能する。また、この設計は、ガスケット２１６とは別個の部分である絶縁体２１４を有するが、これは、絶縁体２１４が別に製造され、ガスケット２１６とは異なるプロセス段階で設置され得ることを意味する。
図３は、図２におけるセル２００の構成要素の例３００を示す。構成要素は、明確を期して分離して示されている。すなわち、この例は、構成要素の一部がセルのキャップ内へと最終的に組み立てられる前にどのように見えるかを示している。例えば、ここでは強調のために一番上に示されているガスケット２１６は、これらの４構成要素の最下部であることが可能であって、他の３つのエレメント（２１０、２１４、２１２）は、次にガスケット２１６内へ上方から挿入可能である。このような組み立て工程の間、構成要素のうちの１つまたはそれ以上は、例えば本明細書で説明するように外観を変えることができる。別の例として、構成要素のうちの１つまたはそれ以上は、図示された外観をとる前に、ダイアフラムの外縁を折り畳んで圧着部分２１０Ａを形成し得るように処理されていてもよい。
本例におけるガスケット２１６は、略円筒体として形成されている。本例のガスケット２１６は、実施形態によっては、ガスケット２１６の本体の周りに延びる縁である第１の周縁３０２を有する。第１の周縁３０２は、組み立て後、缶の内側にあることが意図されている。一方で、ガスケット２１６の第２の周縁３０４は、セルの製造後、缶２０２の外側にあることが意図されている。ここで、リーフ部２１８は、組み立て後の短絡（ｓｈｏｒｔ、ショート）に対する防護として機能するように、第２の周縁に形成されている。例えば、リーフ部は、第２の周縁に沿って互いに等距離で間隔をおいて配置することが可能である。
本例における各リーフ部２１８は、上縁３０８により分離される一対の側縁３０６を含む。実施形態によっては、側縁３０６は、上縁３０８に向かって内側に傾斜される。例えば、この設計の目的は、圧着後に、隣接するリーフ部２１８同士が、互いに略平行である対向する側縁により形成されるスロットによって分離されることを保証することであり得る。別の例として、圧着の前に、上縁３０８は、第１の周縁３０２と略平行であってもよい。ガスケット２１６は、先に述べたように、上縁３０８がダイアフラムの露出領域（ｅｘｐｏｓｅｄ ａｒｅａ）の内径との関係式を満たすように設計されることが可能である。
ガスケット２１６は、任意の適切な材料から製造されてもよい。実施形態によっては、ガスケットは、射出成形によって形成される。例えば、ガスケットは、ポリプロピレンを含む、但しこれに限定されないプラスチック材料で製造されることが可能である。
ダイアフラム２１０は、設置時にガスケット２１６の内部に嵌合するように設計される。実施形態によっては、ダイアフラム２１０は、金属シートから切断されて、図２に示すもののように、中央部に所望されるプロファイルを生成するように型押しされる。例えば、圧着部分２１０Ａ（図２Ａ）の下部は、当初主要部分に対して垂直であって、次に、下部は、図２Ａに示す形を略とるように、ダイアフラムの主要部の下へ湾曲（ｂｅｎｔ）または折り畳まれる（ｆｏｌｄ）ことが可能である。ダイアフラム２１０は、アルミニウムを含む、但しこれに限定されない任意の適切な導電材料から製造されることが可能である。
絶縁体２１４は、破裂板２１２の一部とダイアフラム２１０の一部との間に嵌まることができる。実施形態によっては、別個の絶縁体エレメントが使用される。例えば、絶縁体２１４は、略Ｌ字形断面を有する略環状の形式を有することができる。絶縁体２１４は、ポリプロピレンを含む、但しこれに限定されないプラスチック材料等の任意の適切な材料で製造されることが可能である。
破裂板２１２は、ダイアフラムの内面に面するように位置合わせされる。実施形態によっては、破裂板２１２は、１つまたは複数の開口を有する。例えば、破裂板２１２は、各々が特定の半径を有する円形セグメントとして形成される孔を有してもよい。破裂板２１２上には、トップキャップアセンブリ（例えば、ダイアフラム）を缶２０２内部の活物質へ電気接続するためのタブ（不図示）を取り付けることができる。例えば、タブは、カソード層を破裂板２１２へ接続する。ダイアフラム２１０は、著しい内部圧力によって跳ね上がると、このタブまたは活物質との他の電気接続を切断することができる。
図４Ａは、図３におけるガスケット２１６の一部の断面の一例４００を示す。本例において、ガスケット２１６の略円筒形状は、部分４０２および４０４を含む外形を有する。部分４０２は、当初、缶の長さに略整合され、かつ部分４０４は、当初、部分４０２に対して略垂直である。
部分４０２は、本例では内向きである少なくとも１つの第１の環状突起４０６ａを含む。部分４０２は、第２の環状突起４０８も含む。例えば、突起４０８は、ダイアフラムを保持するように構成されることが可能である。突起４０６ａは、突起４０８より第２の周縁３０４の近くに位置合わせされることが可能である。ダイアフラムが圧着部分２１０Ａ（図２Ａ）の終端場所のすぐ内側により厚い部分を有する場合、突起４０６ａは、圧着時に、圧着部位からより厚い部分へと至る傾斜部分に当接してもよい。突起４０６ａは、単に２例を挙げれば、多角形または丸められた形状を有してもよい。圧着プロセスにおいて、突起４０６ａは、ショルダ２０４（図２）の縁２０８（図２）に最も近い部分が過度に圧着された（ｃｒｉｍｐ）状態となって非平坦かつ／または非水平の表面を生成する傾向を低減またはなくすことができる。例えば、セルショルダ上へ電気相互接続部（例えば、マイナス端子）を生成すべきであれば、非平坦または非水平の表面は、取付けプロセスを複雑にする可能性がある。したがって、突起４０６ａは、このような問題を低減またはなくすことができる。
図４Ｂは、ガスケット断面の別の例を示す。ここで、断面４００は、ガスケット１６が部分４０４、４０４と、突起４０８とを有すること、および、リーフ部が第２の周縁３０４を形成することを示している。しかしながら、本例におけるガスケットは、突起４０８とは反対側にある環状突起４０６ｂを有する。突起４０６ｂは、単に２例を挙げれば、多角形または丸められた形状を有することが可能である。例えば、突起４０８ｂは、圧着後に缶の圧着部分（例えば、ショルダ）を平坦に保つ手助けをすることができる。
図５は、セルの第２の例５００の断面を示す。上述の第１の例（例えば、図２）と比較したセル５００の１つの特徴は、セル５００が絶縁体５０４と一体化されたガスケット５０２を有することにある。セル５００の明示されていない他の構成要素は、先に述べたものと同一または略同様であり得る。したがって、例えば、本例におけるセル５００は、缶２０２を有し、缶は、ショルダ２０４と、縁２０８により画定される開口２０６とを有することが可能であり、セルは、圧着部分２１０Ａと、中心部位２１０Ｂと、スコア２１０Ｃとを有するダイアフラム２１０を有し、セルは、破裂板２１２を有し、かつガスケット５０２は、リーフ部２１８を有する。
図５Ａは、図５におけるセルの一部分５００´を示す斜視図である。圧着プロセスの間、圧着力は、ガスケットおよび、圧着部分２１０Ａにおける、または圧着部分２１０Ａに近いダイアフラムに加わる。この力は、矢印５０６が略示するように、缶に対して略軸方向である成分を有することが可能である。この力は、矢印５０８が略示するように、缶に対して略半径方向である成分も有することが可能である。
圧着力（例えば、半径方向の矢印５０８）に起因して、絶縁体５０４が、圧着プロセスにおいて、その意図された位置から変位し、かつ／またはその意図された形状から変形することになる、という事態が生じる可能性もある。しかし、ガスケットは、変位／変形の発生を減らす、またはなくすことを目的とする１つまたは複数の機能を有することが可能である。したがって、ガスケットは、衝撃吸収機能と考えられるものを備えることができる。実施形態によっては、絶縁体５０４とガスケット本体との間に湾曲部分を設けることができる。例えば、部分５１０を用いて、このような変位／変形に対抗してもよい。
絶縁体５０４は、隆起部分５１２を有することができる。例えば、隆起部分は、破裂板２１２とダイアフラム２１０の主要部分との間に軸方向の絶縁が確実に存在することを目的として設計されてもよい。別の例として、隆起部分は、破裂板と圧着部分２１０Ａとの間に半径方向の絶縁が確実に存在することを目的として設計されてもよい。
図６は、図５におけるセルの構成要素の例６００を示す。本例において、構成要素には、絶縁体を組み込んでいるガスケット５０２と、ダイアフラム２１０と、破裂板２１２とが含まれる。したがって、本例では、別個の絶縁体が示されていない。図３に関して先に述べたことと同様に、ガスケット５０２は、本例においてこれら３つの構成要素の最下部であることが可能であって、他の２つのエレメント（２１０、２１２）は、次に、ガスケット内へと上から挿入されることが可能である。
図７は、図６におけるガスケット５０２の断面７００を示す。ガスケットの明示されていない幾つかの態様は、先に述べたものと同一または略同様であり得る。したがって、例えば、本例におけるガスケット５０２は、周縁３０４と、リーフ部２１８と、突起４０６および４０８と、主要部分４０２および４０４とを有する。さらに、本例におけるガスケットは、部分５１０と、隆起部分５１２とを有する。
図８は、セル８０２の電気相互接続部の一例８００を示す。セル８０２は、リーフ部１０６を有するガスケットの付いたキャップを含む。実施形態によっては、ガスケットは、（例えば、図５におけるセル５００の場合のように）一体化された絶縁体を有し、他の実装において、ガスケットは、（例えば、図２におけるセル２００の場合のように）一体化された絶縁体を持たない。セル８０２は、上にショルダ８０６が形成された缶８０４を有する。缶８０４は、セル８０２の電気端子の１つ（例えば、マイナス端子）として機能する。セル８０２は、他の電気端子（例えば、プラス端子）として機能するダイアフラム８０８も有する。セル８０２は、ダイアフラム上へ延びるリーフ部８１０を有するガスケットを有する。
図８は、セルの電気相互接続部が、例えば、円筒形セルの反対側の両端ではなく、セル上で互いの近くに形成される構成例を示す。実施形態によっては、多くのセルが１つのモジュールまたは他のハウジング内に集められて電池（電池パックと呼ばれることもある）を形成する。そこでは、個々のセルグループを直列または並列に接続して、モジュールから所望の電力出力を提供することができる。モジュールにおいて、各セルは、電気的接触用にその個々の相互接続部を有する。各ハウジング内部には幾つかのセルが存在し、かつ（モジュールを用いる特定のシステムの生産要求を満たす等のためには）多くのハウジングを組み立てる必要があることから、電気相互接続部の作製は、何千個もの（またはそれ以上の）相互接続部が理想的には短時間で作製される大量製造プロセスの形態を取る可能性がある。プロセスの少なくとも一部は、ロボット溶接等によって自動化することが好ましい場合がある。こうした状況では、例えば、個々の電気端子がセル上で、かつおそらくはその同じ側で互いの近くに作製されれば効果的であり得る。
例えば、セル８０２において、電気相互接続部８００をショルダ８０６上またはその近くに作製することが有利であるのに対して、別の相互接続部（不図示）は、ダイアフラム８０８上に作製される。しかしながら、ショルダ上に取り付けられる相互接続部８００は、ダイアフラム（即ち、反対側の電気端子）の近くになる可能性がある。これにより、短絡のリスクが高まる可能性がある。したがって、セル８０２のキャップには、リーフ部８１０を有するガスケットが装備される。リーフ部８１０は、ダイアフラム８０８の表面に沿って延在し、よって、相互接続部８００を反対側の電気端子から分離する。例えば、これは、短絡の可能性を減らすことができる。別の例として、これは、そうでなければそうなる可能性があるものとは異なるタイプの量産組み立て技術を適用することを可能にし得る。
図示されている相互接続部８００のサイズおよび形状は、単なる例である。実施形態によっては、異なるタイプの相互接続部を用いることができる。ダイアフラムが有する相互接続部は、相互接続部８００と同じタイプであっても、異なるタイプであってもよい。
図９は、方法９００の一例のフローチャートを示す。まずは、（例えば、図２におけるセル２００の場合のような）一体型の絶縁体を有していないガスケットの例について述べる。９１０では、絶縁体とダイアフラムとが合わせられて組み立てられる。接着剤を塗布することを含む、但しこれに限定されない任意の適切な技術が使用されてもよい。９２０では、破裂板が絶縁体／ダイアフラムアセンブリへ組み合わされる。溶接または接着剤塗布を含む、但しこれらに限定されない任意の適切な技術が使用されてもよい。９３０では、ガスケットが、破裂板／絶縁体／ダイアフラムアセンブリに組み合わされる。先行のアセンブリがガスケットの内部に密着し、よって定位置に保持されることを含む、但しこれに限定されない任意の適切な技術が使用されてもよい。このステップにおけるアセンブリは、時としてセルのキャップと称されるものを、製造することができる。
９４０では、キャップが缶の開口の内側に配置される（例えば、上部開口、所謂トップキャップ）。キャップ付きの缶は、次に、圧着によってキャップを缶上に固定され、セルが密封される。圧着により、缶上にショルダが作製されてもよい。９５０では、セル上に少なくとも１つの電気相互接続部が作製される。これには、ダイアフラムに近いセルのショルダ上に相互接続部を作製することが含まれてもよい。実施形態によっては、相互接続部は、缶上へ溶接される。例えば、レーザ溶接の使用が可能である。
他の実装では、ステップを適宜変更することができる。例えば、別個の絶縁体が使用されない場合、ステップ９１０を省略することができる。一方で、絶縁体がガスケットと一体化されていれば、一体化された絶縁体の他の構成要素に対する提案者の位置合わせも達成するように、別のステップが変更されてもよい。あるいは、別の例として、このような動作は、他の動作の中における別のステップであってもよい。動作は、手動で、かつ／または（例えば、ロボット操作による）自動化動作によって実行されてもよい。
セル製造において必要であることもある幾つかのステップは、明確を期して上記では省略されている。例えば、ある方法は、活物質（例えば、ゼリーロール）を調製するステップ、ゼリーロール上に底部絶縁体を設けるステップ、ゼリーロールを缶に挿入するステップ、上部絶縁体を設けるステップ、缶に溝を付けるステップ、ゼリーロールと缶との間にマイナス電気コネクタを作製するステップ、電気コネクタの長さを調整するステップ、缶内に電解質を加えるステップ、初充電を実行するステップ、缶を清浄化するステップ、セル重量を測定して、必要であれば電解質の量を調整するステップ、缶開口にシーリング材を塗布するステップ、キャップとゼリーロールとの間に電気接続部を作製するステップ、プレ圧着を実行するステップ、セルを圧着するステップ、および／または組み立てられたセルを清浄化するステップ、のうちの１つまたはそれ以上を含んでもよい。したがって、ある方法は、図示されているものより多いまたは少ないステップを有してもよい。別の例として、２つ以上のステップは、異なる順序で実行されてもよい。
図１０Ａは、セルの第１の例１０００の断面を示す。セルは、缶１００２を有し、缶１００２は、ここでは明確を期してその一部しか示されていないが、内部にセルの活物質を保持するように構成される。例えば、これは、アノードおよびカソード基板の所謂ゼリーロールと、液体電解質とを含んでもよい。缶１００２は、円筒形状を含む、但しこれに限定されない任意の適切な形状を有してもよい。缶１００２は、電気端子の１つ、例えばセルのマイナス端子として機能するように意図されてもよい。
缶１００２は、その一方の端の近くにショルダ１００４を有する。実施形態によっては、ショルダ１００４は、セルの内部を外側から封鎖するように、セルの端を圧着する工程の一部として作製される。ここでは、圧着後に略円形の開口１００６が存在し、開口は、缶材料の縁１００８によって画定される。実施形態によっては、ショルダ１００４は、電気端子をセルに取り付ける予定の場所である。
セル１０００は、略円形エレメント等のダイアフラム１１００を有する。実施形態によっては、ダイアフラムは、圧着部分１１００Ａと、中心部位１１００Ｂと、少なくとも部分的にダイアフラムの周りを延びるスコア１１００Ｃと、中心部位と圧着部分との間のより薄い部分１１００Ｄとを有する。ダイアフラム１１００は、セル動作に関わる１つまたは複数の目的を果たすことができる。第１に、先に述べたように、ダイアフラム１１００は、セル用電気端子の一部であってもよい。例えば、缶１００２がマイナス端子として機能する場合、ダイアフラム１１００は、プラスの電気端子であってもよい。第２に、ダイアフラム１１００は、漏れおよび汚染を防止するために缶１００２の内部を閉鎖するように機能してもよい。第３に、内部圧力が増加する場合、ダイアフラム１１００は、持ち上がり、これによってＣＩＤ動作を促進することができる。第４に、例えばセル内に熱暴走等の望ましくない反応が生じた場合に缶１００２の内部でしきい値を上回る圧力上昇が生じれば、ダイアフラムは、破裂することによって流体がセルから逃げられるようにし、事実上、セルの換気を促進することができる。例えば、スコア１１００Ｃまたは別の材料脆弱化は、ダイアフラムの破裂を促進することができる。
セルは、ダイアフラムへ直に付着することができる破裂板１０１２を有する。破裂板１０１２は、ダイアフラム１１００の破裂を円滑に行うこと（ｆａｃｉｌｉｔａｔｅ）において１つまたは複数の目的を果たすことができる。例えば、破裂板１０１２は、圧力上昇の間にダイアフラム１１００の内側にかかる荷重を制御し、これにより、破裂が生じる時間および破裂のパターンを制御することができる。ここでのセルは、少なくとも部分的に破裂板１０１２とダイアフラム１１００との間に位置合わせされる絶縁体１０１４を有する。実施形態によっては、絶縁体１０１４は、略円形のエレメントであってもよい。
セルは、キャップを適所に保持し、缶１００２の内容物を密封しかつ製造プロセス中の短絡を低減する、またはなくすように機能するガスケット１０１６を有する。例えば、ガスケット１０１６は、ダイアフラム１１００と缶１００２の開口との間を密封している。ガスケット１０１６は、その時点で、即ち圧着後に、ダイアフラム２１０上に位置合わせされる幾つかのリーフ部１１０８を有する。
図１０Ｂは、図１０Ａにおけるセル１０００の一部分１０００´を示す斜視図である。ここでは、明確を期して缶１００２を省略している。したがって、本図は、ダイアフラム１１００の圧着部分１１００Ａを覆うガスケット１０１６と、ダイアフラム１１００の上面の一部上に延在するリーフ部１１０８と、ダイアフラム１１００と破裂板１０１２との間の絶縁体１０１４とを示す。圧着部１１００Ａは、その場所でダイアフラム１１００の厚さを略２倍にする折り返し部分を含んでもよい。ここで、圧着部分１１００Ａは、折り畳み部（ｆｏｌｄ）１０２０と、曲げ部（ｔｕｒｎ）１０２２と、折り返し部１０２４とを含む。 例えば、この厚さが増大した缶は、圧着および／またはシーリングをより効果的にするように機能することができる。同時に、公称的に折り返し部分の厚さの半分を有するダイアフラムの残りの部分は、スコア１１００Ｃまたはより薄い部分１１００Ｄ等のダイアフラム上の他の機能の形成を過度に複雑にしない。
ここで、曲げ部１０２２は、もともとダイアフラムの外面から遠位のダイアフラムの外周であった折り畳み部１０２０を折り畳むことによって作製される（例えば、折り畳みは、下向きに行われるが、これは、缶の内部が位置決めされる場所に向かうことを意味する）。しかしながら、他の実装では、ダイアフラム１１００は、反対方向に折り畳まれてもよく、よって、折り畳み部１０２０は、ダイアフラム１１００の上側部分上に位置合わせされる。
実施形態によっては、ガスケット１０１６は、設置後、部分的にダイアフラム１１００を横切って延びるリーフ部１０１８を有する。例えば、電気相互接続部が缶のショルダへ付着される実装において、リーフ部１０１８は、その相互接続部とダイアフラムとの短絡を防止または低減し得る。しかしながら、他の実装では、ガスケットは、リーフ部を有していない。線１０２６は、この場合にガスケット１０１６がダイアフラム１１００の外面上のどこで終わり得るかを略示している。例えば、このガスケット１１００は、電気相互接続部が缶のショルダ上ではなく、どちらかと言えばハウジングの他の場所（例えば、円筒缶の底部）に取り付けられる実装において用いることができる。
図１１は、製造中のダイアフラムの一例１１００を示す斜視図である。ダイアフラムは、１つまたは複数の機能が装備される上面１１１０を有する。実施形態によっては、ダイアフラム１１００は、当初均一な厚さを有し、次に、１つまたは複数の部位が薄くされる。例えば、ダイアフラム１１００は、ＣＩＤ操作のためのポップアップ動作を促進すること等のために、型押しによりテーパ外形を有してもよい。別の例として、ダイアフラムを破裂させて通気を促進すること等のために、１つまたは複数のスコアが形成されてもよい。
ダイアフラムは、この時点では上面に対して略直角に配向されている表面１１２０も有する。ダイアフラムは、当初平らな円板であってもよく、次に、表面１１２０は、中間段階においてその現在の位置に折り畳まれている。例えば、表面１１２０の現行の向きは、型押しおよび／またはスコアリングを実行する際にダイアフラムを保持する場合等、ダイアフラムの取り扱いまたは処理において有用であり得る。
図１２は、図１１におけるダイアフラム１１００の断面を示す。この場合、上面１１１０は、平坦な中心部分１１１０Ａと、テーパ部分１１１０Ｂと、折り返し部１１１０Ｃと、内面１１１０Ｄとを含む。例えば、表面１１２０の一部は、後に折り返し部１１１０Ｃに向かって折り畳まれてもよい。
図１３は、方法の一例のフローチャートを示す。１３１０では、ダイアフラムプレートが形成され、例えば、金属（例えば、アルミニウム）シートからブランクが切断される。１３２０では、ダイアフラムプレートが所望の形状に型押しされる。ある実施形態では、テーパ部分１１１０Ｂ（図１２）および／またはスコア１１００Ｃ（図１０Ａおよび図１０Ｂ）が作製される。ダイアフラムは、１３２０における動作実行時にはその初期形状を有していてもよく、または表面１１２０（図１１）を折り畳むこと等による何らかの方法で作製されていてもよい。１３３０では、ダイアフラムがその最終形状に折り畳まれる。例えば、折り畳み部１０２０（図１０Ｂ）は、曲げ部１０２２を生成するように折り返し部１０２４へ向かって折り畳まれてもよい。１３４０では、絶縁体とダイアフラムとが合わされて組み立てられる。接着剤を塗布することを含む、但しこれに限定されない任意の適切な技術が使用されてもよい。
１３５０では、破裂板が絶縁体／ダイアフラムアセンブリへ組み合わされる。溶接または接着剤塗布を含む、但しこれらに限定されない任意の適切な技術が使用されてもよい。１３６０では、ガスケットが、破裂板／絶縁体／ダイアフラムアセンブリに組み合わされる。先行のアセンブリがガスケットの内部に密着し、よって定位置に保持されることを含む、但しこれに限定されない任意の適切な技術が使用されてもよい。このステップにおけるアセンブリ（組み立て）は、時としてセルのキャップと称されるものを、製造することができる。
１３７０では、キャップが缶の開口の内側に配置される（例えば、上部開口、所謂トップキャップ）。キャップ付きの缶は、次に、圧着によってキャップを缶上に固定され、セルが密封される。圧着により、缶上にショルダが作製されてもよい。例えば、厚さは、外周をセルの中心に向かって折り畳むことにより生成される。
１３８０では、セル上に少なくとも１つの電気相互接続部が作製される。これには、ダイアフラムに近いセルのショルダ上に相互接続部を作製することが含まれてもよい。実施形態によっては、相互接続部は、缶上へ溶接される。例えば、レーザ溶接の使用が可能である。
他の実装では、ステップを適宜変更することができる。例えば、別個の絶縁体が使用されない場合、ステップ１３４０は、省略されてもよい。一方で、絶縁体がガスケットと一体化されていれば、一体化された絶縁体の他の構成要素に対する提案者の位置合わせも達成するように、別のステップが変更されてもよい。あるいは、別の例として、このような動作は、他の動作の中における別のステップであってもよい。動作は、手動で、かつ／または（例えば、ロボット操作による）自動化動作によって実行されてもよい。
セル製造において必要であることもある幾つかのステップは、明確を期して上記では省略されている。例えば、ある方法は、活物質（例えば、ゼリーロール）を調製するステップ、ゼリーロール上に底部絶縁体を設けるステップ、ゼリーロールを缶に挿入するステップ、上部絶縁体を設けるステップ、缶に溝を付けるステップ、ゼリーロールと缶との間にマイナス電気コネクタを作製するステップ、電気コネクタの長さを調整するステップ、缶内に電解質を加えるステップ、初充電を実行するステップ、缶を清浄化するステップ、セル重量を測定して、必要であれば電解質の量を調整するステップ、缶開口にシーリング材を塗布するステップ、キャップとゼリーロールとの間に電気接続部を作製するステップ、プレ圧着を実行するステップ、セルを圧着するステップ、および／または組み立てられたセルを清浄化するステップ、のうちの１つまたはそれ以上を含んでもよい。したがって、ある方法は、図示されているものより多いまたは少ないステップを有してもよい。別の例として、２つ以上のステップは、異なる順序で実行されてもよい。幾つかの実装は、例として説明したものである。
以上、１つまたは複数の実施形態を、特定の機能の実行およびその関係性を示す方法ステップを用いて記述した。本明細書における、これらの機能的構成ブロックおよび方法ステップの境界および順序は、説明の便宜上任意に規定したものである。明記された機能および関係性が適正に実行される限り、代替の境界および順序が規定されてもよい。したがって、このような代替の境界または順序は何れも、クレームの精神および範囲に含まれる。さらに、これらの機能的構成ブロックの境界は、説明の便宜上任意に規定したものである。所定の重要な機能が適正に実行される限り、代替の境界が規定される可能性もある。同様に、本明細書においては、フロー図のブロックも、所定の重要な機能性を示すために任意に規定されたものであり得る。
使用される範囲において、フロー図のブロックの境界および順序は、別段で規定されていた可能性もあり、しかもなお、所定の重要な機能を実行し得る。したがって、機能的構成ブロックおよびフロー図ブロックおよび順序の双方のこのような代替的規定は、クレームの精神および範囲に含まれる。一般的な当業者の一人であれば、本明細書に記載した機能的構成ブロックおよび他の例示的なブロック、モジュールおよび構成要素が、例示された通りに、または、離散的な構成要素、特定用途向け集積回路、適切なソフトウェアを実行するプロセッサおよびこれらに類似するもの、またはこれらの任意の組合せによって実装可能であることも認識するであろう。
本明細書では、１つまたは複数の実施形態を用いて、１つまたは複数の態様、１つまたは複数の特徴、１つまたは複数の概念および／または１つまたは複数の実施例を例示している。装置、製品、機械および／またはプロセスの物理的な実施形態には、本明細書で論じている実施形態のうちの１つまたはそれ以上に関連して記述されている態様、特徴、概念、実施例、他のうちの１つまたはそれ以上が含まれてもよい。さらに、図ごとに、実施形態は、同一または異なる参照数字を使用し得る同一または同様の名称の機能、ステップ、モジュール、他を組み込む場合があり、よって、これらの機能、ステップ、モジュール、他は、同一または同様の機能、ステップ、モジュール、他であっても、異なるものであってもよい。
本明細書では、１つまたは複数の実施形態の様々な機能および特徴の具体的な組合せを明示しているが、これらの特徴および機能の他の組合せも同様に可能である。本開示は、本明細書に開示した具体的な例に限定されず、これらの他の組合せを明示的に組み込むものである。

Claims (20)

  1. 電気化学セルであって、
    前記電気化学セルの一つの電気接点として機能するように構成された缶であって、活物質を含む缶と、
    前記電気化学セルの反対の電気接点として機能するように構成されたダイアフラムと、
    初期にほぼ円筒形状であるガスケットであって、前記ダイアフラムが前記缶の開口内で前記ガスケットの内側に位置合わせされるガスケットと、を備えており、前記缶の外縁が前記ガスケット上へ圧着されており、前記ガスケットが前記缶の内側に内周を有しており且つ前記缶の外側に外周を有しており、前記外周が圧着後に前記ダイアフラムの外面に沿って延在するリーフ部を備えていることを特徴とする電気化学セル。
  2. 前記リーフ部は、前記圧着の後に、前記ダイアフラムの前記外面に対して略平坦に位置していることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
  3. 前記リーフ部は、前記外周に沿って等距離で間隔をおいて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
  4. 前記リーフ部は、前記圧着の後に、隣接するリーフ部同士が略平行な縁によって形成されたスロットによって分離されるように成形されていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
  5. 前記リーフ部の側縁は、各々が、前記リーフ部の上縁に向かって内側へ傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
  6. 各リーフ部の上縁は、前記圧着の前に、前記内周に対して略平行となっていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
  7. 前記ガスケット上に第一の環状突起をさらに備えており、前記第一の環状突起は、前記ダイアフラムを保持するように構成される第二の環状突起よりも前記外周の近くに位置合わせされていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
  8. 前記第一の環状突起は、前記ガスケット上で内向きであることを特徴とする請求項７に記載の電気化学セル。
  9. 前記第一の環状突起は、前記ガスケット上で外向きであることを特徴とする請求項７に記載の電気化学セル。
  10. 前記缶の内部の破裂板と、前記破裂板と前記ダイアフラムとの間の絶縁体と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
  11. 前記絶縁体は、前記ガスケットと一体化されていることを特徴とする請求項１０に記載の電気化学セル。
  12. 前記絶縁体と前記ガスケットの本体との間の湾曲部分をさらに備えていることを特徴とする請求項１１に記載の電気化学セル。
  13. 前記絶縁体上に前記ダイアフラムの凹部分の内側に嵌合する隆起部分をさらに備えていることを特徴とする請求項１１に記載の電気化学セル。
  14. 電気化学セルであって、
    前記電気化学セルの一つの電気接点として機能するように構成された缶であって、活物質を含む缶と、
    前記電気化学セルの反対の電気接点として機能するように構成されたダイアフラムと、
    前記ダイアフラムと前記缶の開口との間を密封し、かつ相互接続溶接の間の短絡を防ぐための手段と、を備えていることを特徴とする電気化学セル。
  15. 電気化学セルを製造する方法であって、
    活物質を含む缶の開口上へキャップを取り付けることであって、前記缶が、前記電気化学セルの電気接点として機能するように構成されており、前記缶が、ｉ）前記電気化学セルの反対の電気接点として機能するように構成されているダイアフラムと、ｉｉ）初期に、ほぼ円筒形状であるガスケットであって、前記ダイアフラムが前記缶の前記開口内で前記ガスケットの内側に位置合わせされるガスケットと、を備えており、
    前記缶上にショルダを生成するために前記缶の外縁を前記ガスケット上へ圧着することであって、前記ガスケットが、前記缶の内側に内周を有し、かつ前記缶の外側に外周を有しており、前記外周が圧着後に前記ダイアフラムの外面に沿って延在するリーフ部を備えており、
    前記ダイアフラムの外面に第１の電気相互接続部を作製し、かつ前記缶の前記ショルダに第２の電気相互接続部を作製することと、を含み、前記外面に沿って延びる前記リーフ部は、前記第１および第２の電気相互接続部の作製における短絡を防止することを特徴とする方法。
  16. 破裂板を、少なくとも前記ダイアフラムに組み合わせ、かつその後、前記ダイアフラムと破裂板のアセンブリと前記ガスケットとを合わせて組み合わせることをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
  17. 絶縁体は、前記ガスケットと一体化されており、かつ前記ガスケットと前記ダイアフラム破裂板アセンブリとを合わせて組み立てることが、前記絶縁体を前記破裂板と前記ダイアフラムとの間に位置合わせすることを含んでいることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  18. 前記破裂板を少なくとも前記ダイアフラムへ組み合わせる前に、絶縁体を前記ダイアフラムへ組み合わせることをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  19. 前記破裂板を少なくとも前記ダイアフラムへ溶接することをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  20. 前記溶接は、レーザ溶接であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
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