JP5269774B2 - 密閉通気シール及びアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、電気化学セルのための密閉アセンブリに関し、より詳細には、非水性電気化学セルに用いるようになった破裂可能通気シール及び装置に関する。

電子機器のための電源として用いられるバッテリは、大量のエネルギを貯蔵する必要がある。このようなバッテリは、１つ又はそれよりも多くの電気化学セルを収容することができる。各セル内部の圧力は、内部温度の変化、放電中の電極の内部容積の増大、及び／又はセル充電（２次バッテリの場合）及び／又はセルの放電中に発生するガスにより増大する場合がある。従って、バッテリは、典型的には、ガスをセルから解放又は放出して内部圧力の蓄積を制限するための機構を含む。

一部の電気化学バッテリセルのデザインは、電気化学バッテリセルを密閉するために容器の開放端に配置された開放端容器及びコレクタアセンブリを有する。このような場合には、コレクタアセンブリ（時に、ヘッダアセンブリとも呼ばれる）は、通常は、過剰な圧力を放出する安全圧力放出通気機構を含む。

リチウム金属及びリチウム挿入材料を含有する電極を備えたセルのような非水性電解質を有する１次及び２次電気化学セルは、典型的には、蒸気透過性を最小にする薄肉プラスチックシール部材と非常に迅速に内部圧力を低減することができる圧力逃し通気口とを備えたコレクタアセンブリを有する。苛性水性電解質溶液に関する問題は、比較的十分に説明されているが、このようなセルに使用される特定の化学物質に必要とされる様々な非水性電解質及び塩の多様性、揮発性、及び反応性は、材料及び設計仕様などに関してセル設計者に独特な組の難問を課している。

電気化学セルには、様々なコレクタアセンブリ及び圧力放出通気口の設計が用いられている。例えば、再密封可能圧力逃し通気口は、ニッケル−カドミウム及びニッケル−金属水素化物電池のような再充電可能水性電解質電池に見出すことができる。アルカリ亜鉛−二酸化マンガン電池のような１次（再充電不能）水性セルは、内部圧力が所定の限界を超えると破裂することができる脆弱区域を収容する比較的表面積が大きいプラスチックシールを備えたコレクタアセンブリを用いている。

図１は、従来技術の典型的な電気化学バッテリセル１００の上部部分の断面図を示している。電気化学バッテリセル１００は、容器１０４の上部部分及び底部部分を分離するビーズ１０７、及びコレクタアセンブリ１０６により密閉される開放端を有する容器１０４を含むハウジング１０２を含む。コレクタアセンブリ１０６は、容器１０４の開放端の密閉機構として働き、１つ又はそれよりも多くの通気孔１３０を有する正の接触端子１１６と、ガスケット１２４と、正の温度係数（ＰＴＣ）デバイス１２６と、セルカバー１４４と、ブッシング１４６と、通気ボール１４８と、容器１０４の底部部分の電極アセンブリ（図示せず）から延びる電流コレクタ１３６と物理的に接触する接触バネ１２２とを含む。電流コレクタ１３６は、そうでなければ、絶縁体１３８により容器１０４から物理的に分離される。セルカバー１４４は、正の接触端子１１６から電気化学バッテリセル１００の内側に下方に突出する通気ウェル１５０を有する。通気ウェル１５０には、ブッシング１４６が通気ボール１４８と通気ウェル１５０の垂直壁との間で圧縮されるように通気ウェル１５０に配置されると、通気ボール１４８及び通気ブッシング１４６により密封される通気孔１５２が形成される。電気化学バッテリセル１００の内部圧力が所定のレベルを超えると、通気ボール１４８、場合によってはブッシング１４６及び通気ボール１４８の両方は、通気孔１５２から、及び少なくとも部分的に通気ウェル１５０から押しやられ、電気化学バッテリセル１００の通気開口１５２及び通気孔１３０を通って加圧ガスを放出する。

従来のコレクタアセンブリ及び圧力放出通気口設計の他の例は、米国特許第４、９６３、４４６号（１９９０年１０月１６日にＲｏｅｌｓ他に付与された）、第５、０１５、５４２号（１９９１年５月１４日にＣｈａｎｅｙ、Ｊｒ．他に付与された）、第５、１５６、９３０号（１９９２年１０月２０日にＤａｉｏ他に付与された）、第５、６０９、９７２号（１９９７年５月１１日にＫａｓｃｈｍｉｔｔｅｒ他に付与された）、第５、６７７、０７６号（１９９７年１０月１４日にＳａｔｏ他に付与された）、第５、７４１、６０６号（１９９８年４月２１日にＭａｙｅｒ他に付与された）、及び第５、７６６、７９０号（１９９８年６月１６日にＫａｍｅｉｓｈｉ他に付与された）に見出すことができる。これらの例の各々は、活性原料又はいくつかの成分に対するセル内の内部容積を限定する大きなコレクタアセンブリ容積又は寸法制約を有しており、セルを製造することが更に高価になり困難になる。実際、当業技術の殆どのコレクタ及び密閉アセンブリは、セルの高さに関して（より詳細には、円筒形セルでは、軸線方向高さに関して）相当な量の空間が必要であり、従って、セルに封入される可能性がある電気化学的反応性を有する材料の全体的な量が減少する。更に、複数の及び／又は比較的大きな大きさのガスケットへの依存性は、ガスケット材料の蒸気透過性によりセルがその電解質を維持する機能を更に制限する場合がある。

市販の１次電池の大部分の容器は、標準寸法の大きさにされるべきであるから（例えば、「ＡＡ」サイズ又はＡＮＳＩ命名によれば、Ｒ６サイズ容器）、セル内の容積的に最大の電気化学反応性材料の機能は、特に小さな標準サイズ（例えば、「ＡＡＡ」サイズ又はＡＮＳＩ命名によればＲ３サイズ容器）に関して最も重要である。更に、多くのリチウムベースのシステム（及び特に１．５Ｖプラットフォームに適合させたもの）は、放電中に膨張する傾向があるために、リチウム電極を組み入れた電気化学システムでは、容積的問題に特に関心が寄せられている。

密閉アセンブリの容積を特にそのプロフィール（すなわち、円筒形セルで必要な軸線方向高さの量）に関して低減することによって容積的機能を最大にするという要望にも関わらず、セル密閉システムは、依然として、腐食に抵抗性であり、かつ放電の前又は後の両方でセル内に収容されたあらゆる揮発性電解質又は他の流体の漏れ及び／又は蒸気透過を確実に防止する長持ちするシールを提供すべきである。セル全体の可能な容積及び重量は、標準電池サイズでは容積的機能が減少するので、蒸気が透過することができる表面領域（すなわち、ヘッダアセンブリ）よりも有意に減少するために、より小さな標準電池サイズ（例えば、特に、Ｒ３及び／又は「ＡＡＡＡ」サイズ又はＡＮＳＩ命名によればＲ６１サイズ電池）では、重量減少の懸念は更に大きい。

また、セル密閉システムは、セルが破局的に故障しないように、放電中に揮発性流体を緊急通気させることができるべきである。通気機構がなければ、セルは、放電中に膨らみ、漏れ又は分解が起こる場合がある。

米国特許第４、９６３、４４６号 米国特許第５、０１５、５４２号 米国特許第５、１５６、９３０号 米国特許第５、６０９、９７２号 米国特許第５、６７７、０７６号 米国特許第５、７４１、６０６号 米国特許第５、７６６、７９０号 米国特許第５、２９０、４１４号 米国特許第５、５１４、４９１号 米国特許第６、８４９、３６０号

本発明の目的の１つは、以前から公知のシステムによって提供される耐用寿命又は安全性のいずれも放棄することなく、セルの容積的機能を最適化するセル密閉アセンブリを提供することである。本発明の更に別の目的は、特に、ある一定の積層体ホイル及び／又は熱活性化密封材料／工程に関して、部品を排除するか又は製造段階を低減することにより、製造手順を簡略化する標準セルの大きさで組み込むことができる通気シールを提供することである。本発明は、広い温度範囲にわたって作動することが可能な電気化学セルシステム、特に、非水性セル及び特にリチウム−二硫化鉄ベースシステムのような１次非水性セルに関して特に適用性があると期待される。しかし、上述の目的は単なる例であることに注意すべきであり、当業者は、以下の実施形態及びその全ての様々な派生物及び均等物の説明に従って組み込むことができ、かつ全てが本発明の開示の一部として明示的に考慮されている多くの利点及び代替物を容易に認めるであろう。

第１の実施形態では、電気化学セル容器のための通気口密閉シールを提供する。密閉部は、セルのための破裂可能シールとして働くことを可能にするように形成された平面部材を含む。更に、この部材は、その周囲に沿って形成された１つ又はそれよりも多くの突出部分を有し、これらの突起は、その周囲に沿う非突出部分を超えて半径方向に延びている。

別の実施形態では、電気化学セルを作って密封する方法を考える。ここでは、突出周囲部分、内側ヘッダリング、及びセル容器を備えた破裂可能通気部材を提供する。次に、セル密閉部は、通気部材にしわを寄せることなく内側ヘッダリングに沿って通気部材の突出部分を圧着することによって形成され、その後、セル密閉部は、セル容器に連結されて密封され、容器とセル電極の１つとの間に電気接触を生成し、それによって電気化学セルを形成する。

更に別の実施形態は、ヘッダアセンブリ（好ましくは、２つの部分を有する）と、通気口／ヘッダアセンブリの外周を超えて半径方向に延びるいくつかの突出部分を除きヘッダアセンブリと同じ形状を有する破裂可能通気口とが設けられる電気化学セルを作って密封する方法に関わるものである。ここでもまた、突出部分は、圧着された後にその突出部分のいずれもが重ならないようにヘッダアセンブリの周り又はその間で圧着されてセル密閉部を形成し、次に、密閉部を用いて電気化学セルの構成要素（例えば、アノード、カソード、電解質）をセル容器内に密封する。

更に別の実施形態は、密閉カップと、所定の周囲形状を有する電気接触機構と、及び密閉カップのものとは異なる周囲形状を備えた破裂可能通気口とを有する電気化学セル容器のための通気口密閉シールアセンブリを提唱する。通気口は、密閉カップと電気接触機構の間で固定されており、通気口の周囲形状の直径は、電気接触機構の共通中心点と交差する所定の平面軸線に沿う電気接触機構の対応する直径に等しいか又は少なくとも１つの事例ではそれよりも大きいことが必要であることに注意されたい。

更に別の実施形態は、電気化学反応ガスの所定の圧力に露出されると選択的に破裂することになる材料から構成された円形ディスクを含む電気化学セル容器のための通気口密閉シールを考える。ディスクはまた、この円形ディスクから半径方向外向きに延びる、円周に沿って一体化された少なくとも１つの突起を有する。

本発明は、以下の図面を参照して理解することができる。図面の構成要素は、必ずしも一定の縮尺でない。更に、図面では、同じ参照番号は、いくつかの図を通して対応する部分を表している。

従来技術の電気化学バッテリセル及びコレクタアセンブリの上部部分の断面図である。 本発明の一実施形態による電気化学バッテリセルの断面図である。 本発明の別の実施形態によるヘッダアセンブリの断面図である。 本発明の第３の実施形態によるヘッダアセンブリの断面図である。 「蒸気透過率（ＶＴＲ）」試験に用いられる試験膜の断面図である。 本発明の一実施形態による通気部材の上面図である。

図２は、本発明の一実施形態による円筒形の電気化学バッテリセル２００を示している。本発明の電気化学バッテリセル２００は、容器２０４及びコレクタアセンブリ２０６を含むハウジング２０２を有する。容器２０４は、密閉底部と、コレクタアセンブリ２０６により密閉される開放上端とを有する。更に、容器２０４は、容器２０４の上部部分及び底部部分を分離するビーズ２０７も有する。容器２０４の底部部分内には、負の電極又はアノード２１０と、正の電極又はカソード２１２と、アノード２１０とカソード２１２の間に配置されたセパレータ２１４とを含む電極アセンブリ２０８が配置される。図２に示す例示的実施形態では、アノード２１０、カソード２１２、及びセパレータ２１４の各々は、共に螺旋に巻かれる薄いシートであり、これは、「ゼリーロール」デザインとしても公知である。電気化学バッテリセル２００は、円筒形であるが、当業者は、本発明の別の実施形態では、他の形状のセル及び電極を含むこともできることを認めることができる。容器２０４は、これらの容器の開放端に対する通気部材の形状に関する教示に従うという条件で、開放端容器に対するいくつかの幾何学形状（例えば、プリズム及び矩形）の１つとすることができる。それにも関わらず、開放端を有する円筒形セルの密封法が、そのシールを生成するのに必要な半径方向及び軸線方向の力に関して独自の困難な問題を示す限り、通気部材２２０を組み込んだコレクタアセンブリ２０６は、円筒形容器に特に適用可能性があると期待される。

電気化学バッテリセルがリチウム電気化学バッテリセルである場合には、アノード２１０は、シート又はホイルの形とすることができるリチウム金属又は合金リチウム金属を含む。リチウム電池に対するカソード２１２は、通常、粒子の形態で１つ又はそれよりも多くの活物質を含むことができる。あらゆる適切な活性カソード材料を用いることができ、例えば、ＦｅＳ₂、ＭｎＯ₂、ＣＦ_x、及び（ＣＦ）_nを含むことができる。適切なセパレータ材料は、電気的に非導電性であるが、電解質にイオン透過性である。リチウム電気化学バッテリセルに用いられる電解質は、典型的には有機溶媒を含み、これは、腐食性が強く、アルカリ又は水性セルに通常用いられる多くの材料、及び対応する塩及び／又は共溶媒と不適合である傾向がある。リチウム及び様々な他の電気化学バッテリセルのアノード２１０、カソード２１２、セパレータ２１４、及び電解質に用いられる材料成分に関する詳細は、以下に更に説明するが、付加的な情報は、米国特許第５、２９０、４１４号、第５、５１４、４９１号、及び第６、８４９、３６０号にも見出すことができ、これら全ては、引用により本明細書に組み込まれている。

容器２０４は、一体化密閉底部を備えた金属缶とすることができるが、最初に両端が開放されている金属管を用いることもできる。セル容器２０４は、任意的に、例えば、ニッケルで少なくとも外側をメッキされ、容器２０４の外側が腐食するのを防止するか又は望ましい外観を生成した鋼鉄とすることができる。更に、鋼鉄の種類は、部分的には、容器２０４が形成される方式に依存する可能性がある。例えば、延伸工程を用いて作られる容器は、粒径がＡＳＴＭの９から１１及び等軸から僅かに細長いまでの粒子形状の拡散焼鈍しした低炭素のアルミニウムキルド「ＳＡＥ ２００６」又は同等の鋼鉄で作ることができる。特定の必要性を満たすために、他の金属を用いることもできる。例えば、容器２０４がカソード２１２と電気接触するか、電池の開回路電圧が約３ボルト又はそれよりも高いか、又は電池が再充電可能である電気化学バッテリセル２００では、鋼鉄より腐食耐性が高い容器材料が望ましい可能性がある。このような材料には、以下に限定されるものではないが、ステンレス鋼、ニッケルメッキステンレス鋼、ニッケル被覆又はニッケルメッキステンレス鋼、アルミニウム、及びその合金が含まれる。

ハウジング２０２の上部部分に配置されるコレクタアセンブリ２０６は、正の接触端子２１６、開口部を形成するリテーナ２１８、圧力放出通気部材２２０、開口部を形成する接触バネ２２２、及びこれらの構成要素と容器２０４の間に位置決めされるガスケット２２４を含むことができる。コレクタアセンブリ２０６は、任意的に、正の温度係数（ＰＴＣ）デバイス２２６を含むことができ、これは、開口部を形成し、リテーナ２１８と正の接触端子２１６の間に配置される。容器２０４の上に突出する正の接触端子２１６は、容器２０４の内向きに圧着された上縁２２８及びガスケット２２４により所定位置に保持される。

電極アセンブリ２０８のカソード２１２は、接触バネ２２２によりコレクタアセンブリ２０６に電気的に接続される。接触バネ２２２は、電極アセンブリ２０８の上部に配置される電流コレクタ２３６の上側縁部に対してバイアスされた少なくとも１つのタブ２３４を有することができる。電流コレクタ２３６は、その上にカソード材料が配置され、カソード材料及びセパレータ２１４を超えて延びる導電性基板、例えば、金属基板である。電流コレクタ２３６は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、及び電池の内部で安定であり、かつそれに配置される材料と適合性がある限り他の金属で作ることができる。電流コレクタ２３６は、薄いシート、ホイル、スクリーン、又は展伸金属の形態とすることができる。接触バネ２２２は、好ましくは、バネ状特性を有する１つ又はそれよりも多くの導電材料（例えば、形状記憶合金又はバイメタル材料）で作ることができるが、電池内部構造と十分に電気接触させてそれを維持するあらゆる手段で十分であることになる。

組み立て中にコレクタアセンブリ２０６が容器２０４内に配置されると、力に対して弾力がある構成を有する電流コレクタ２３６は、接触バネ２２２のタブ２３４に対して押し付けることができる。これは、タブ２３４と電流コレクタ２３６との間を確実に接触させるのに役立つ。接触バネ２２２は、電流コレクタ２３６に接触するために２つ又はそれよりも多くのタブ２３４を有することができる。一部の実施形態では、タブ２３４と電流コレクタの間の電気接触は、電流コレクタ２３６に対してタブ２３４により与えられるバネ状の力により維持される。他の実施形態では、タブ２３４は、電流コレクタ２３６に溶接することができる。更に別の実施形態では、タブ２３４は、タブ２３４及び電流コレクタ２３６の両方に溶接された細い金属ストリップ又はワイヤのような導電性の鉛で電流コレクタ２３６に接続される。溶接接続は、特に極端な取り扱い、保存、及び使用条件下では、時に信頼性が高いとすることができるが、圧力接続は、付加的な組み立て作業及び機器を必要としない。

アノード２１０は、金属アノード鉛（図示せず）により容器２０４の内面に電気的に接続し、電極アセンブリ２０８は、そうでなければ、セパレータ２１４の外側ラップ及び電極アセンブリ２０８の上部の周囲部分の周りに配置される絶縁体２３８により容器２０４から物理的に分離され、電流コレクタ２３６が容器２０４と接触しないようにする。カソード２１２の底部縁部と容器２０４の底部との間の接触は、セパレータ２１４の内向きに折り畳まれた延長部及び容器２０４の底部に位置決めされた電気的に分離する底部（図示せず）により防止される。

電気化学バッテリセル２００の通常の作動中に、電気デバイス（図示せず）は、一端でコレクタアセンブリ２０６の正の接触端子２１６に接触することができ、容器２０４の密閉端では、負の接触端子に接触することができる。従って、負の端子又は容器２０４から、アノードリード線を通り、電極アセンブリ２０８を通り、電流コレクタ２３６を通り、コレクタアセンブリ２０６までの間に導電経路が確立される。コレクタアセンブリ２０６を通る電流路は、接触バネ２２２のタブ２３４を通り、リテーナ２１８を横切り、圧力放出通気部材２２０を周り、正の接触端子２１６までである。リテーナ２１８は、金属、バイメタル、及び３層積層材料のような１つ又はそれよりも多くの導電材料で作ることができる。例えば、リテーナ２１８は、ニッケルメッキ鋼、ニッケルメッキステンレス鋼、ニッケル被覆鋼、ニッケル被覆ステンレス鋼及び／又は鋼鉄、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、ニッケル、及びその合金のあらゆる組合せのような金属とすることができる。

正の接触端子２１６は、周囲環境中の水による腐食に良好な耐性を有し、並びに良好な導電性を有するべきである。正の接触端子２１６は、ニッケルメッキ冷延鋼、ニッケルメッキ冷延ステンレス鋼、接触端子が形成された後にニッケルメッキされた鋼鉄、アルミニウム、及び銅などのような導電材料で作ることができる。更に、用いる材料は、正の接触端子２１６の形状の複雑さに応じて判断することができる。正の接触端子２１６が複雑な形状を有する場合には、例えば、ＡＳＴＭの８から９の粒径の３０４型の軟焼鈍しステンレス鋼を用いて、金属形成を容易にする望ましい腐食耐性を与えることができる。形成された状態で、正の接触端子２１６は、ニッケル、アルミニウム、銅、及び合金などのような様々な金属でメッキ又は被覆することができる。

ガスケット２２４は、容器２０４の上部部分に対してコレクタアセンブリ２０６のためのシールを提供する。ガスケット２２４は、ビーズ２０７の下の容器２０４の下部部分から電流コレクタ２３６を物理的に分離する絶縁体２３８から容器２０４の上部部分の縁部２２８まで延びることができる。容器２０４の上部部分の外形は、コレクタアセンブリ２０６のための台座表面２４０を設けるビーズ２０７を含む。ガスケット２２４は、コレクタアセンブリ２０６の導電性構成要素を容器２０４の上部部分から物理的に分離すると共に、コレクタアセンブリ２０６の構成要素の周縁を密封し、これらの構成要素間に電解質が腐食又は漏れを起こさないようにする。ガスケット２２４は、コレクタアセンブリ２０６が容器２０４に挿入されて容器２０４及びガスケット２２４の上縁２２８を圧着すると、ガスケット２２４が圧縮されて、ガスケット２２４と容器２０４の間、及びガスケット２２４とコレクタアセンブリ２０６の他の構成要素の界面との間にシールを生成する大きさにされる。

ガスケット２２４は、水の電池への流入及び電気化学バッテリセル２００からの電解質の損失を最小にするために、圧縮シールを形成することができ、低蒸気透過率（ＶＴＲ）も有する材料組成物で作ることができる。ガスケット２２４は、ポリマー組成物、例えば、熱可塑又は熱硬化ポリマーで作ることができ、その組成は、電気化学バッテリセル２００に用いるアノード２１０、カソード２１２、及び電解質の化学的適合性に基づいている。リチウム又はリチウムイオン電池のような非水性セルのガスケット２２４に用いることができる材料の例には、以下に限定されるものではないが、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、４フッ化−ペルフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、エチレンテトラフルオロエチレン、ポリフタルアミド、及びその配合物が含まれる。用いることができる適切なポリプロピレンは、米国デラウェア州ウィルミントン所在の「Ｂａｓｅｌｌ Ｐｏｌｙｏｌｅｐｈｉｎｓ」の「ＰＲＯ−ＦＡＸ（登録商標）６５２４」である。適切なポリフェニレンスルフィドは、米国テキサス州シャイナー所在の「Ｂｏｅｄｅｋｅｒ Ｐｌａｓｔｉｃｓ、Ｉｎｃ．」から「ＴＥＣＨＴＲＯＮ（登録商標）ＰＰＳ」として入手可能である。適切なポリフタルアミドは、ジョージア州アファレッタ所在の「Ｓｏｌｖａｙ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ」から「Ａｍｏｄｅｌ（登録商標）ＥＴ １００１ Ｌ」として入手可能である。更に、ポリマーは、ガラス繊維のようなベース樹脂に加えて、補強無機充填剤及び有機化合物を含むこともできる。

電気化学バッテリセル２００の圧力放出チャンネル２４２は、リテーナ２１８の開口部及び接触バネ２２２の開口部によって形成される。電気化学バッテリセル２００及び圧力放出チャンネル２４２の密閉は、リテーナ２１８及び接触バネ２２２の開口部にわたって配置された圧力放出通気部材２２０により完成される。シールは、圧力放出通気部材２２０の周囲部分とリテーナ２１８及び接触バネ２２２の少なくとも一方との間に形成される。このシールは、界面で密着圧力接触する結果とすることができ、これは、実施形態によっては、圧力放出通気部材２２０の周囲部分を圧縮することによって促進することができる。任意的に、界面には、以下に説明するように、接着剤又はシーラントを付加することができる。更に、リテーナ２１８又は接触バネ２２２の少なくとも１つの周囲部分は、容器２０４及びガスケット２２４の上縁が圧着される時にガスケット２２４及びコレクタアセンブリ２０６の他の構成要素の周囲部分に軸線方向に力がかかる結果として、シール界面に対して圧力放出通気部材２２０の周囲部分をバイアスにするのにも役立つ可能性がある。

電気化学バッテリセル２００の通常の作動中に、化学的反応により電池内でガスが発生し、ある一定の事例では、温度のような環境的条件により発生又は増大する。電気化学バッテリセル２００内に内部圧力が蓄積される時、その内容物は、圧力放出通気部材２２０により実質的に電気化学バッテリセル２００内に閉じ込められる。内部圧力が蓄積すると、圧力放出通気部材２２０は変形する可能性があるが、上述のように、容器２０４によりコレクタアセンブリ２０６に及ぼされる軸線方向圧縮力により、圧力放出通気部材２２０が実質的に所定位置に留まり、ガス及び電池内容物がリテーナ２１８の開口部を通って逃げないようにすることができる。コレクタアセンブリ２０６が電気化学バッテリセル２００内に圧縮されているために、圧力放出通気部材２２０は、少なくとも、電池圧力が所定の放出圧力未満である場合は、リテーナ２１８の開口部と接触バネ２２２の開口部との間に圧力放出チャンネル２４２の開口部を形成する程まで内向きにクリーピングしないようにすることができる。

しかし、電気化学バッテリセル２００内の圧力が、少なくとも所定の放出圧力程に高い場合は、圧力放出通気部材２２０が破裂し、セル内のガス又は液体又はその両方の形態の物質がリテーナ２１８の開口部を通って逃げるようにすることができる。セル内の物質は、正の接触端子２１６の１つ又はそれよりも多くの通気孔２３０を通って逃げることができる。所定の放出圧力は、安全及び環境要件の観点からみて、化学型及び電気化学型バッテリセル２００の一体性に応じて変化させることができ、好ましい下限は、通常の取り扱い又は極端な周囲環境による偽通気を避けることになる圧力であり、好ましい上限は、容器材料及びヘッダアセンブリに加えられる密封力に基づいて、電池の分解を避けるように選択される。例えば、ＡＡサイズリチウムバッテリでは、所定の放出圧力、すなわち、圧力放出通気部材２２０が、例えば破裂を通じて開口部を生成する圧力は、約１０．５ｋｇ／ｃｍ²（１５０ｌｂｓ／ｉｎ²）〜約１１２．６ｋｇ／ｃｍ²（１６００ｌｂｓ／ｉｎ²）の範囲とすることができ、一部の実施形態では、室温で約１４．１ｋｇ／ｃｍ²（２００ｌｂｓ／ｉｎ²）〜約５６．３ｋｇ／ｃｍ²（８００ｌｂｓ／ｉｎ²）の範囲とすることができる。圧力放出通気部材が破裂する圧力は、例えば、容器に開けた穴を通して電池を加圧することによって判断することができる。

上述のように、電気化学バッテリセル２００は、任意的に、ＰＴＣデバイス２２６を含むことができ、これは、開口部を形成し、リテーナ２１８と正の接触端子２１６の間に配置される。電気化学バッテリセル２００の通常の作動中に、ＰＴＣデバイス２２６を通って電流は流れる。電気化学バッテリセル２００の温度が異常に高いレベルに達すると、ＰＴＣデバイス２２６の電気抵抗が増大し、電流の流れが減少する。ＰＴＣデバイス２２６は、外部短絡、異常荷電、及び強制重放電のような電気的酷使のためにセルが連続的に内部加熱及び圧力蓄積するのを遅延又は防止することができる。しかし、所定の放出圧力まで内部圧力が連続して蓄積する場合には、圧力放出通気部材２２０は、破裂して内部圧力を緩和する。

リテーナ２１８と接触バネ２２２の間に配置された圧力放出通気部材２２０は、金属、ポリマー、又はその混合物の組成物の少なくとも１つの層を含む。更に、圧力放出通気部材２２０は、異なる材料組成物の２つ又はそれよりも多くの層を含むことができる可能性もある。例えば、圧力放出通気部材２２０をリテーナ２１８又は接触バネ２２２に結合するために、第１の層と異なる組成を有する第２の層を用いることができる。別の例では、第１の層と異なる組成を有する第２及び第３の層を用いて、圧力放出通気部材２２０をリテーナ２１８及び接触バネ２２２の両方に結合することができる。更に、２つ又はそれよりも多くの組成を有する複数の層は、性能特性、例えば、圧力放出通気部材２２０の強度及び可撓性を個別の要求に適応させることができるように用いることができる。理想的には、別々の層は、電解質との適合性、蒸気透過性を防止する機能、及び／又はコレクタアセンブリ２０６内の通気部材２２０の密封特性を改善する機能に基づいて設けられることになる。例えば、通気部材２２０をコレクタアセンブリ２０６内に結合するために、通気部材２２０の層としてポリマー、又は本明細書に開示された要素と適合する接着剤の分野で公知のあらゆる他の材料のような圧力、超音波、及び／又は熱により活性化される接着剤を設けることができると考えられる。

圧力放出通気部材２２０に用いるのが適切な組成物には、以下に限定されるものではないが、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼、及びその合金のような金属と、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、エチレンアクリル酸、エチレンメタクリル酸、ポリエチレンメタクリル酸、及びその混合物のようなポリマー材料とを含むことができる。更に、圧力放出通気部材２２０の組成物は、金属で補強されたポリマー、及び金属又はポリマー又はその両方の単層又は多層積層体を含むことができる。例えば、単層は、水、二酸化炭素、及び電解質に実質的に不透過性の金属ホイル、好ましくは、アルミニウムホイルとすることができ、例えば、ＳｉＯ_x又はＡｌ₂Ｏ_xのような蒸気透過を防止する酸化材料の層で被覆したポリマーの非金属フィルムとすることができる。圧力放出通気部材２２０は、更に、接触結合材料、例えば、ポリウレタン、又は熱、圧力、及び／又は超音波活物質、例えば、低密度ポリオレフィンを含有する粘着層を含むことができる。代替的に、コレクタアセンブリ内の密封を高めるために、これら又は他の接着剤又はシーラント材料は、圧力放出通気部材の一部（例えば、リテーナ２１８及び／又はバネ２２２と接触することになる外周）、リテーナ２１８、バネ２２２、又はそのあらゆる組合せに別々に付加することができる。好ましい層状通気口構成は、配向ポリプロピレン、ポリエチレン、アルミニウムホイル、及び低密度ポリエチレンから成る４つの層を有することになる。

組成物に関係なく、圧力放出通気部材２２０は、セル２００に含有される電解質に化学的に耐性がある必要があり、広い範囲の周囲温度にわたってセル２００の重量損失率が低くなるような蒸気透過率（ＶＴＲ）が低い必要がある。例えば、圧力放出通気部材２２０が、蒸気透過に抵抗性の金属である場合には、圧力放出部材２２０の厚みを通るＶＴＲは、実質的にゼロである。しかし、圧力放出通気部材２２０は、上述のように、例えば、圧力放出通気部材２２０とリテーナ２１８及び接触バネ２２２の少なくとも一方との間に密封を達成する接着剤又はエラストマー層として機能する蒸気浸透性材料、例えば、ポリマー材料の少なくとも１つの層を含むことができる。

本発明の例示的実施形態による７５℃で測定した圧力放出通気部材２２０の層のＶＴＲは、約１１．８１ｇ・ｍｍ／（日・ｍｍ²）｛３０００ｇ・ｍｉｌ／（日・ｉｎ²）｝未満とすることができ、一部の実施形態では、約０．１９６９ｇ・ｍｍ／（日・ｍｍ²）｛５０ｇ・ｍｉｌ／（日・ｉｎ²）｝〜約０．１１８Ｉｇ・ｍｍ／（日・ｍｍ²）｛３０００ｇ・ｍｉｌ／（日・ｉｎ²）｝の範囲とすることができ、一部の実施形態では、約０．００１９６９ｇ・ｍｍ／（日・ｍｍ²）｛５０ｇ・ｍｉｌ／（日・ｉｎ²）｝〜約０．１１８１ｇ／ｍｍ／（日・ｍｍ²）｛３０００ｇ・ｍｉｌ／（日・ｉｎ²）｝、別の実施形態では、約０．００３５４３ｇ・ｍｍ／（日・ｍｍ²）｛９０ｇ・ｍｉｌ／（日・ｉｎ²）｝〜約０．０９８４ｇ・ｍｍ／（日・ｍｍ²）｛２５００ｇ・ｍｉｌ／（日・ｉｎ²）｝の範囲とすることができ、更に別の実施形態では、約０．００３５４３ｇ・ｍｍ／（日・ｍｍ²）｛９０ｇ・ｍｉｌ／（日・ｉｎ²）｝〜約０．０５９ｇ・ｍｍ／（日・ｍｍ²）｛１５００ｇ・ｍｉｌ／（日・ｉｎ²）｝の範囲とすることができる。ＶＴＲは、ＶＴＲが望ましい限界に含まれるように選択することができる圧力放出通気部材２２０の蒸気浸透性層の組成物に加えて、電気化学バッテリセル２００に含有される電解質の組成物により変動する可能性がある。データは、７５℃でＶＴＲを測定して得られるが、ＶＴＲは、温度依存性であり、本発明の原理から逸脱することなく他のＶＴＲ値が可能であることは理解されるものとする。材料の２つ又はそれよりも多くの層を有する圧力放出通気部材及びＶＴＲを計算するための試験手順は、以下でより詳細に説明する。

所定の放出圧力又は圧力放出通気部材２２０が破裂することが意図される圧力は、物理的特性（例えば、強度）、物理的寸法（例えば、厚み）、及びリテーナ２１８によって形成される開口部及びＰＴＣデバイス２２６によって形成される開口部の面積のいずれか小さい方の関数である。リテーナ２１８及びＰＴＣデバイス２２６により圧力放出通気部材２２０の露出面積が大きくなると、電気化学バッテリセル２００の内部ガスにより及ぼされる集約した力が大きくなるために、所定の放出圧力は小さくなることになる。その結果、コレクタアセンブリ及び通気部材を巧みに処理するために、本発明の原理から逸脱することなく、これらの変数のいずれにも調節を行うことができる。

リテーナ２１８によって形成される開口部に対する通気部材２２０の露出面積に応じて、圧力放出通気部材２２０の厚みは、約０．２５４ｍｍ（０．０１０インチ）未満とすることができ、一部の実施形態では、約０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）〜約０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）の範囲とすることができ、更に別の実施形態では、厚みは、約０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）〜約０．０５ｍｍ（０．００２インチ）の範囲とすることができる。圧力放出通気部材２２０の組成物及び厚みは、当業者が、蒸気透過率（ＶＴＲ）及び所定の放出圧力の要件を考慮して判断することができる。

圧力放出通気部材は、金属、ポリマー、及びその混合物を含有する組成物の少なくとも１つの層を含むことができる。圧力放出通気部材に用いることができる適切な３層積層体は、米国ウィスコンシン州オシュコシュ所在のＣｕｒｗｏｏｄから「Ｌ１ＱＵＩＦＬＥＸ（登録商標）等級０５３９６ ３５Ｃ−５０１Ｃ」として入手可能なＰＥＴ／アルミニウム／ＥＡＡコポリマーである。配向ＰＰ／ＰＥ／アルミニウム／ＬＤＰＥの適切な４層材料は、米国ニュージャージー州プリンストン所在の「Ｔｙｃｏ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、Ｌｔｄ．」全額出資である米国ジョージア州コロンブス所在の「Ｌｕｄｌｏｗ Ｃｏａｔｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ」のＦＲ−２１７５である。適切な５層積層体は、これも米国ジョージア州コロンブス所在の「Ｌｕｄｌｏｗ Ｃｏａｔｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ」からＢＦ−４８として入手可能なＰＥＴ／ＰＥ／アルミニウム／ＰＥ／ＬＬＤＰＥである。しかし、上述のように、蒸気透過を防止する酸化材料（例えば、ＳｉＯ_x又はＡｌ₂Ｏ_x）の層で被覆したポリプロピレン、ポリエチレン、非金属ポリマーフィルムの積層体のあらゆる組合せ、及び／又はアルミニウム系ホイルが特に考えられている。

上に説明するような圧力放出通気部材２２０（図１）、３２０（図３）、及び４２０（図４）のいずれの浸透性層のＶＴＲの範囲も、「ＡＳＴＭ Ｅ９６−８０」（材料の水蒸気透過性の標準試験法）から適応させた方法を用いて判断することができる。圧力放出通気部材、例えば、圧力放出通気部材２２０、３２０、４２０の浸透性層の組成物を有する試験膜５０１（図５）は、２５ｍｍ直径×５４ｍｍ高さであり、セルに用いることになっている８ｍｌの電解質を含有する１５ｍｌビン（例えば、「ウィートン血清ビン」、２５ｍｍ直径×５４ｍｍ高さ、カタログ番号０６−４０６Ｄ）の上部を覆って配置される。通気口膜５０１は、壁５０３、ハブ５０５、及びビンを密封する大きさにされた試験表面５０７を有する。壁５０３の外径は１９．５６ｍｍであり、壁５０３の内径は１４．３３である。ハブ５０５の直径は３．２３ｍｍであり、試験表面５０７の下の長さは１．９１ｍｍである。試験表面５０７の厚みは０．５０８ｍｍであり、壁５０３とハブ５０５の間の環状領域である試験表面積は、１．５２９ｃｍ²である。ビンのリップ部に真空グリースを付加し、１５．８８ｍｍ直径の中心穴を有するシール（例えば、「ウィートンアルミニウムシール」、カタログ番号０６０４０５−１５）を試験膜を覆って配置し、試験膜５０１が試験の間ビンに密封されたままになるように確実にビンに圧着する。シールビンの重さを量って７５℃で保存し、所定の試験期間にわたって規則的な間隔で重さを量る（例えば、６ヶ月間毎月、２週間毎日など）。重さの変化は、試験期間にわたって判断し、第１の実験的ＶＴＲを計算する。

上述のように密封された空のビンに同じ試験を行い、重さの変化は、同じ規則的な間隔で試験期間にわたって判断し、第２の実験的ＶＴＲを計算する。第１及び第２の実験的ＶＴＲの各々は、平均総重量損失を用いて計算する。最後に、空のビンに行った試験で計算した第２の実験的ＶＴＲを電解質を収容するビンに行った試験で計算した第１の実験的ＶＴＲから差し引き、試験膜のＶＴＲを得る。

ＶＴＲは、上の方法に従ってあらゆる温度で計算することができることに注意されたい。選択した温度は、電池及び／又は試験方法に用いられる材料を有意にバイアスしたり悪影響を与えることなくＶＴＲ計算の正確性及び信頼性を最適化することになることが好ましい。

電気化学バッテリセル２００は、あらゆる適切な工程により組み立てることができる。例えば、図２の電気化学バッテリセル２００は、電極アセンブリ２０８及び絶縁体２３８をセル容器２０４に挿入し、その後、電解質を容器２０４に計量分配することによって作ることができる。容器２０４の開放端に、ガスケット２２４、接触バネ２２２、リテーナ２１８、圧力放出通気部材２２０、及び任意的にＰＴＣデバイス２２６が配置される。容器２０４は、ビーズ２０７で支持され、ガスケット２２４及び正の接触端子２１６を含むコレクタアセンブリ２０６は、ビーズ２０７の台座部分２４０に対して下向きに押し付けられ、容器２０４の圧着された上縁２２８は、内向きに折り曲げられ、容器２０４の圧着された上縁がガスケット２２４に対して機械的に圧縮されてハウジングの開放端のシールを完成させるようにする。コレット又は他の適切な工具で圧着するか、スエージ加工するか、又は再絞りすることによって容器２０４を変形させるなどのあらゆる適切な方法を用いて、電気化学バッテリセル２００を密封することができる。以下でより詳細に説明するように、通気部材２２０の独自の形状により、半径方向及び軸線方向の両方に並外れた機械的強度が可能になる。

別の実施形態では、圧力放出通気部材２２０は、ホットメルト、超音波溶接、接着剤付加、又はこれらのあらゆる組合せのような１つ又はそれよりも多くのいくつかの方法によりリテーナ２１８に結合することができる。上述のように、圧力放出通気部材２２０は、単層、又は材料の２つ又はそれよりも多くの層の積層体とすることができる。このような場合には、圧力放出通気部材２２０は、リテーナ２１８に結合してサブアセンブリを形成することができ、それが、次に、ガスケット２２４及び接触バネ２２２に従って容器２０４に挿入される。ＰＴＣデバイス２２６及び正の接触端子２１６は、次に、容器２０４の開放端に配置されて電気化学バッテリセル２００を密封する。代替的に、圧力放出通気口２２０は、上述の方法の１つにより、接触バネ２２２及びリテーナ２１８の両方に結合することができる。

電気化学バッテリセル３００の例示的実施形態（図３）は、圧力放出通気部材３２０をリテーナ３１８に配置し、接触バネ３２２を圧力放出通気部材３２０に配置し、次に、接触バネ３１０の折り畳んだ縁部３３２に接触してサブアセンブリを作るようにリテーナ３１８の縁部３１９を曲げることによって形成される圧着されたリテーナ３１８を含む。通気部材２２０に突起（以下に説明する）があるとすると、通気部材２２０は、リテーナ３１８とバネ３２２の間で軸線方向及び半径方向の両方に機械的に圧縮される。圧力放出通気部材３２０は、任意的に、リテーナ３１８に、又は接触バネ３２２に、又はリテーナ及び接触バネの両方に結合することができる。

電気化学バッテリセル４００（図４）に用いるために同様のサブアセンブリを形成することができる。接触バネ３２２及び４２２が折り畳み縁部３３２及び４３２をそれぞれ含む場合には、接触バネ３２２及び４２２の周囲フランジは、接触バネを用いてサブアセンブリを形成する前に、Ｖ溝又は折り畳み縁部などの可能性がある多くのプロフィールの１つを備えた環状又は多角形などの可能性がある多くの幾何学形状の１つを形成する形状にされる。図２〜図４を通して、これらの図を互いに対応させるために参照番号の下２桁を用いることに気を付けた（一方、図２〜図４の参照番号の最初の桁は、図の番号自体に対応する）ことに注意されたい。

通気部材２２０は、蒸気放出チャンネル２４２にわたって完全な蒸気障壁をもたらすべきである。通気口が機械的に圧縮される範囲まで、通気部材２２０は、チャンネル２４２を遮断し、コレクタアセンブリ２０６を含む部品を良好に密封するのに十分に過剰な表面を可能にするような大きさにすることが重要である。しかし、通気部材２２０にしわを寄せるか又は折り畳むと、望ましくないことには、電解質の電池からの漏れが起こる可能性があるために、そのようにしわを寄せたり折り畳んだりしてはならない。

従って、通気部材は、それに応じた形状にすべきである。図６に示す円筒形セルに特に適切な一実施形態では、通気部材６２０は、本体６６０の円周周囲に沿って形成された一連の突起６６２を備えた本質的に丸いか又はディスク形状本体６６０を有する。円形本体６６０は、破線６６４で示すように、圧力逃しチャンネルの大きさに対応する大きさにされることに注意されたい。本体の形状及び破線６６４が缶の開放端の形状に一致する限り、通気部材６２０に対する代替設計も可能であるが、突起６６２により生成された通気部材６２０の全体的なプロフィールは、破線６６４に対して異なる形状を有する（形状という用語は、実質的に異なる幾何学形状を意味することに注意されたい）。通気部材２２０の大量生産中に原材料の無駄を最小にする突起、例えば、造形通気部材２２０に本質的に四角形又は六角形を生成する突起のようなものが特に有用であると考えられる。

セルの組立て中に、突起６６２は、ガスケットとコレクタアセンブリの間で少なくとも部分的に折り返されて圧縮的に保持されることになる。より詳細には、突起６６２は、バネ１２２とリテーナ１１８の間（図２に示す）、バネ周囲折り畳み縁部３３２とリテーナ３１８の間（図３に示す）、及びバネ周囲折り畳み縁部４３２とリテーナ４１８の間（図４に示す）で圧着するか又は他の方法で圧縮することができる。いずれの場合でも、圧着は、通気部材６２０にしわ又は折れを生成することなく達成される。圧着により、通気部材は、少なくとも２つの個別の空間的平面、好ましくは、容器の半径方向及び軸線方向に平行な平面に接触することになることが好ましいが、他の構成も可能である。

リテーナ２１８、３１８、４１８は、外側ヘッダリング又はセル２００、３００、４００の開放端の内側に適合する大きさにされた内側ヘッダリングとして形作ることができる。代替的に、リテーナ２１８、３１８、４１８は、それを通ってガスが流れるように底部に開口が形成された密閉カップのような形状にすることができる。いずれの場合でも、リテーナは、通気部材及びバネと協働してセル密閉部を形成し、それが、次に、セル容器の開放端に適合する。更に、バネの一端又は両端でリテーナの内部に同心円状に適合するガスケットを用いて、通気部材をコレクタアセンブリ内に機械的に密封する圧縮力を更に高めることができる。

通気部材６２０の突起６６２は、その最も外側の縁部に沿って周囲形状が形成されている。この形状は、各個々の突起で同じとすることができ（図６に示す）、突起は、様々な形状を有することができる。適切な形状には、以下に限定されるものではないが、図６に示すような三角形又は鋸歯構成、凹面放物線、凸面放物線、又は多辺多角形（例えば、四角形、五角形など）が含まれる。突起の形状により、通気部材６２０に非円形半径方向プロフィールを付与することができることに注意されたい。形状又は形状の組合せのいずれも、通気部材６２０が組み立て工程中にしわが寄らない限り許容可能である。

突起の半径方向長さは、密閉カップ又は内側ヘッダリングの軸線方向側壁の対応する長さに一致する大きさにすることができる。理想的には、密閉カップ／ヘッダリングの側壁は、軸線方向高さであることになり、突起６６２は、最も好ましくは、この側壁の軸線方向高さの２分の１である距離だけ破線６６４を超えて半径方向に延びることになる。本明細書で用いる場合、「半径方向」という用語は、通気部材６２０の主要空間平面（すなわち、幅）を意味し、「軸線方向」とは、通気部材６２０の厚みに平行な空間平面を意味する。

通気部材の突起には他の構成も可能である。上述のように、通気口の重要な特徴は、密閉工程中にしわ又は折れを回避する機能である。本質的に、これは、突起が通気部材の周囲に沿って離間し、突起が通気口の共通中心に向って少なくとも部分的に折り返される時に突起がいずれも重なったり物理的に接触しないことを意味する。

図２に示すコレクタアセンブリ２０６は、図１の従来技術のコレクタアセンブリ１０６よりも費やす垂直方向高さ又は肩の高さが低く、従って、電気化学バッテリセル２００の容器２０４の上部部分で、活性電極材料を収容するための容積を大きくすることができる。実質的に平坦である圧力放出通気部材２２０（図２）は、通気ウェル１５０（図１）を有するセルカバー１４４よりも費やす垂直方向空間が小さい。その結果、従来のＡＡサイズリチウム／ＦｅＳ₂電気化学バッテリセル１００の肩の高さｈ２は、約３．１７５ｍｍ（０．１２５インチ）であり、ＡＡサイズリチウム／ＦｅＳ₂電気化学２００の上部部分の肩の高さｈ１は、本発明の例示的実施形態では、約２．６６７ｍｍ（０．１０５インチ）又はそれ未満とすることができる。ヘッダアセンブリの高さをこのように低減すると、更に多くの電気化学的活物質を電池に挿入することができ、それによって使用寿命が改善される。更に、コレクタアセンブリ２０６（図２）は、従来技術のコレクタアセンブリ１０６（図１）よりも部品が少ないために、組み立て及び製造が容易で柔軟になり、それによって費用を低減することができる。

本明細書を通して用いる時に、リテーナ及びバネの組合せは、互換的に、コレクタアセンブリ又はヘッダアセンブリと呼ばれることは理解されるものとする。更に、本発明の特定的な実施形態は、実際のバネ又は電気接触部を一体化したり用いたりすることは必ずしも必要でない場合があり、ヘッダアセンブリを形成するのに、本発明の原理から逸脱することなく、簡単な内部リテーナリング又は何らかの一体化部品（例えば、ＰＴＣ）を用いることができる。従って、この要素は、総称的に接触機構と呼ぶことができる。

上述の実施形態を含むがそれに限定されない本発明の実施形態の電極アセンブリ及び電解質に用いることができる材料には、以下のいずれかが含まれる。

リチウム電気化学バッテリセルのアノードは、多くの場合にシート又はホイルの形態のリチウム金属を含む。リチウムの組成物は、様々とすることができるが、純度は常に高い。リチウムは、アルミニウムのような他の金属と合金にし、望ましい電池の電気的性能を得ることができる。リチウムイオン電池のアノードは、１つ又はそれよりも多くのリチウム挿入可能材料を含む。挿入可能材料とは、材料がその結晶構造にリチウムイオンを挿入及び除去することができることを意味する。適切な材料の例には、以下に限定されるものではないが、グラファイト状、中間相、及び／又は非晶質炭素のような炭素、ニッケル、コバルト及びマンガンのような遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、例えば、鉄、モリブデン、銅及びチタン硫化物、及び非晶質金属酸化物、例えば、シリコーン及びスズを含有するものが含まれる。これらの材料は、一般的に、粒子材料であり、望ましい形状に形成される。

リチウム電池のためのカソードは、通常、粒子の形態で１つ又はそれよりも多くの活物質を含む。あらゆる適切な活性カソード材料を用いることができ、これには、例えば、ＦｅＳ₂、ＭｎＯ₂、ＣＦ_x、及び（ＣＦ）_nを含むことができる。リチウムイオン電池のためのカソードは、通常、粒子の形態で１つ又はそれよりも多くのリチウム挿入又はリチウム挿入可能材料を含む。例には、バナジウム及びタングステンのような金属酸化物、ニッケル、コバルト及びマンガンのようなリチウム化遷移金属酸化物、鉄、モリブデン、銅及びチタンの硫化物のようなリチウム化金属硫化物、リチウム化炭素が含まれる。カソード材料の選択は、化学的適合性及び全体的な電池性能の両方に関して最適な電解質に直接影響を及ぼすことになるために、ヘッダアセンブリは、選択した材料に対して特に巧みに処理する必要があることに注意されたい。

適切なセパレータ材料は、イオン透過性であり、電気的に非導電性である。適切なセパレータの例には、ポリプロピレン、ポリエチレン、及び超高分子量ポリエチレンのような材料で作られた微孔性膜が含まれる。Ｌｉ／ＦｅＳ₂電池に対する適切なセパレータ材料は、米国ノースカロライナ州シャーロット所在の「Ｃｅｌｇａｒｄ Ｉｎｃ．」から入手可能な「ＣＥＬＧＡＲＤ（登録商標）２４００」微孔性ポリプロピレン膜、及び米国ニューヨーク州マセドニア所在の「Ｅｘｘｏｎ Ｍｏｂｉｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ」から入手可能な「Ｓｅｔｅｌｌａ Ｆ２０ＤＨＩ」微孔性ポリエチレン膜である。更に、固体電解質又はポリマー電解質の層をセパレータとして用いることができる。

リチウム及びリチウムイオン電池に対する電解質は、非水性電解質であり、汚染物として極少量、例えば、重量で約５００ｐｐｍ未満の水のみを含む。適切な非水性電解質は、有機溶媒に溶解された１つ又はそれよりも多くの電解質塩を含む。アノード及びカソード活物質及び望ましい電池性能に応じて、あらゆる適切な塩を用いることができる。例には、臭化リチウム、過塩素酸リチウム、ヘキサフルオロリン酸リチウム、ヘキサフルオロリン酸カリウム、ヘキサフルオロアルソン酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム及びヨウ化リチウムが含まれる。適切な有機溶媒には、以下のもの、すなわち、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸ジプロピル、炭酸メチルエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸１、２−ブチレン、炭酸２、３−ブチレン、メタホルマート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、アセトニトリル、３、５−ジメチルイソキサゾール、ｎ、ｎ−ジメチルホルムアミド、及びエーテルのうちの１つ又はそれよりも多くが含まれる。塩及び溶媒の組合せは、望ましい温度範囲にわたって十分な電解質及び導電性を生じて電池放電要件を満たす必要がある。溶媒にエーテルを用いる場合には、一般的に、粘性が低くなり、濡れ性が良好になり、低温放電性能が良好になり、高率放電性能が得られる。適切なエーテルには、以下に限定されるものではないが、アクリルエーテル、例えば、１、２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）；１、２−ジエトキシエタン；ジ（メトキシエチル）エーテル；トリグリム、テトラグリム及びジエチルエーテル；環状エーテル、例えば、１、３−ジオキソラン（ＤＩＯＸ）、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン及び３−メチル−２−オキサゾリジノン；及びその混合物が含まれる。

本発明は、非水性セルに最も適するが、リチウム及びリチウムイオン電池以外の他の電気化学バッテリセルにも適用可能である。例には、亜鉛／ＭｎＯ₂、亜鉛／ＮｉＯＯＨ、ニッケル／カドミウム、及びニッケル／金属水素化物アルカリ電池のような水性電解質を備えた１次及び再充電可能電池の両方が含まれる。これらの種類の電池は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、及びその混合物のような溶質を備えたアルカリ電解質を有することができる。そのような場合にコレクタアセンブリに好ましい材料は、適切な化学的適合性を保証し、原材料に関する費用を最低にするために依然として最適化すべきである。例えば、ナイロンガスケットを（上述の材料の代わりに）用いると、水性電解質と組み合わせて十分な性能を生じることになる。当業者には、他の可能な代替物は明らかであろう。

以上の発明は、理解を明瞭にするためにある程度詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱することなくある一定の変更及び修正を実施することができることは明らかであろう。例えば、本明細書は、主にリチウム及びリチウムイオン電池を説明したが、本発明は、他の電池タイプに適用することができる。更に、上述の実施形態は、放電時にカソードに接続される正の接触端子に関連する圧力放出通気部材を示すが、同じ放出機構は、負の電池端子に用いることができると考えられる。従って、この実施形態は、例示的であって限定的なものと見なされないものとし、本発明は、本明細書に挙げた詳細に限定されないものとし、かつ修正されることもあり、特許請求の範囲によってのみ制限されるものである。

２００ 電気化学バッテリセル
２０２ ハウジング
２０６ コレクタアセンブリ
２１０ アノード
２１２ カソード

Claims (20)

1. 電気化学セルを製造及び密封する方法であって、
   通気部材（２２０）と、内側ヘッダリングと、開放端を備えた円筒形電気化学セル容器（２０４）とを準備する段階、
   を含み、
   前記電気化学セル容器（２０４）は、アノード（２１０）、カソード（２１２）、及び電解質を保持するように構成され、前記内側ヘッダリングは、所定のヘッダ直径及び成形された開口を有するように選択され、前記通気部材（２２０）は、蒸気透過を防止するように該成形開口に適合する周囲と、非突出部分を超えて半径方向に延びる少なくとも１つの突出部分とを有し、
   前記内側ヘッダリングを前記通気部材の近くに位置決めし、該通気部材（２１０）にしわを寄せることなく前記突出部分を圧着して前記開口を密封することによってセル密閉部を作り出す段階、
   前記セル密閉部を前記開放端の近くに位置決めし、該セル密閉部と前記アノード（２１０）又は前記カソード（２１２）の一方との間に電気接触を作り出す段階、及び
   前記セル密閉部を前記電気化学セル容器（２０４）に対して密封する段階、
   を更に含むことを特徴とする方法。
2. 前記内側ヘッダリングに適合するように選択された外側ヘッダリングを準備する段階を更に含み、
   前記セル密閉部を作り出す段階は、前記突出部分が前記内側及び外側ヘッダリング間で圧着されるように通気部材を位置決めする段階を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記セル密閉部及び電気化学セル容器を密封する段階は、熱、圧力、及び超音波エネルギのうちの少なくとも１つを前記外側ヘッダリングに印加する段階を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記外側ヘッダリングは、所定の長さの側壁を含み、
   前記突出部分は、前記側壁の前記所定の長さの半分を超えない距離にわたって前記通気部材の非突出部分を超えて半径方向に延びている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 少なくとも１つのガスケット（２２４）を準備する段階を更に含み、
   前記セル密閉部を作り出す段階は、前記ガスケット（２２４）を前記内側ヘッダリングと前記外側ヘッダリングの間に位置決めする段階を含む、
   ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 前記セル密閉部及び電気化学セル容器を密封する段階は、熱、圧力、及び超音波エネルギのうちの少なくとも１つを印加する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記セル密閉部及び電気化学セル容器を密封する段階は、該セル密閉部及び該電気化学セル容器を機械的に圧縮する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. ガスケット（２２４）を準備する段階を更に含み、
   前記セル密閉部を作り出す段階は、前記セル密閉部を密封する段階中の前記機械的に圧縮する段階を強化するために、前記ガスケット（２２４）を前記内側ヘッダリングの近くに位置決めする段階を含む、
   ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 電気化学セル容器のための通気口密閉シールアセンブリであって、
   電気化学反応ガスが通過して流れることを可能にする開口を有する密閉カップと、
   所定の周囲形状を有する接触部材と、
   前記接触部材の前記所定の周囲形状と同じでない周囲形状を有し、前記密閉カップと該接触部材の間に固定されて、前記アセンブリを通る前記電気化学反応ガスの流れを選択的に制御する破裂可能通気口（６２０）と、
   を含み、
   前記破裂可能通気口（６２０）の第１の直径は、第１の共通平面軸に沿った前記接触部材の前記所定の周囲形状の対応する第１の直径に等しく、
   前記破裂可能通気口（６２０）の第２の直径は、第２の共通平面軸に沿った前記接触部材の前記所定の周囲形状の対応する第２の直径よりも大きく、
   前記第１及び第２の共通平面軸は、前記接触部材の中心点で交差しており、
   前記破裂可能通気口（６２０）は機械的圧縮により前記密閉カップ内に保持されており前記機械的圧縮が前記破裂可能通気口（６２０）が少なくとも２つの隔置した平面において前記接触部材と密封接触を形成するように構成されていることを特徴とするアセンブリ。
10. 前記通気口の形状は、矩形ではなく、複数の平面突起（６６２）が、前記破裂可能通気口（６２０）の周縁に沿って一体化されていることを特徴とする請求項９に記載のアセンブリ。
11. 前記平面突起（６６２）は、同じ大きさ及び形状を有し、前記密閉カップは、所定の長さの側壁を含み、該平面突起は、該側壁の該所定の長さの半分を超えない距離にわたって前記破裂可能通気口（６２０）の非突出部分を超えて半径方向に延びていることを特徴とする請求項１０に記載のアセンブリ。
12. 前記破裂可能通気口（６２０）は、前記密閉カップ内に粘着的に保持されることを特徴とする請求項９に記載のアセンブリ。
13. 前記破裂可能通気口（６２０）はまた、機械的圧縮によって前記密閉カップ内に保持されることを特徴とする請求項１２に記載のアセンブリ。
14. 前記機械的圧縮は、少なくとも２つの空間平面において前記破裂可能通気口に前記接触部材との密封接触を含むことを特徴とする請求項１３に記載のアセンブリ。
15. 前記破裂可能通気口（６２０）は、金属ホイル、接着剤、及びポリマー材料を含む積層体であることを特徴とする請求項９に記載のアセンブリ。
16. 前記層は、前記ポリマー材料が、前記接触部材の近くにあり、かつ前記金属ホイルが、該ポリマー材料と前記接着剤の間に配置されるように配列されることを特徴とする請求項１５に記載のアセンブリ。
17. 前記破裂可能通気口（６２０）は、アルミニウムを含むことを特徴とする請求項９に記載のアセンブリ。
18. 前記破裂可能通気口（６２０）は、接着剤を含むことを特徴とする請求項９に記載のアセンブリ。
19. 前記破裂可能通気口（６２０）は、ポリマーを含むことを特徴とする請求項９に記載のアセンブリ。
20. 前記接触部材の近くに位置決めされたガスケットを更に含むことを特徴とする請求項９に記載のアセンブリ。

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