JP5753317B2 - カバーアセンブリおよびそれを備えるバッテリ - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本出願は、以下の出願の優先権および利益を主張する。
１）２０１１年６月２８日に中華人民共和国国家知識産権局に提出された中国特許出願第２０１１１０１７５９３７．９号
２）２０１２年４月２０日に中華人民共和国国家知識産権局に提出された中国特許出願第２０１２１０１１７６９０．Ｘ号

上記出願の全内容が、ここでの言及によって本明細書に援用される。

本出願は、バッテリの分野に関し、さらに詳しくは、改善されたカバーアセンブリおよびそれを備えるバッテリに関する。

リチウムイオンバッテリは、無公害、低コスト、大容量、長寿命、などといった利点ゆえに、現代の車両にとって理想的な動力源である。リチウムイオンバッテリは、陽極板、セパレータ、および陰極板を順に巻き、あるいは積層することによって電気コアを形成し、この電気コアをシェルとカバー板とによって形成される部室に配置し、この部室に電解質を注入し、シェルの開口端を封じ、次いで形成を行なうことによって形成されることができる。したがって、リチウムイオンバッテリにおいては、シェルのシール性能を保証するために、カバー板がきわめて重要である。シェルのシール性能が良好であるか否かが、リチウムイオンバッテリの安全性、シール性能、経年劣化に対する抵抗力、および絶縁性能に、影響を及ぼす可能性がある。さらに、カバー板が、リチウムイオンバッテリの総コストの特定の割合を占める可能性があり、したがってカバー板の製造効率および歩留まりを高めることで、コストを大いに下げることが可能である。

現時点において、リチウムイオンバッテリのシールおよび絶縁は、主としてプラスチックを射出成形することによって実現されている。一方で、セラミックのシール部材も、カバー板の絶縁およびシールに使用されている。カバー板が、セラミックのシール部材に溶接され、正の引出電極および負の引出電極が、セラミックのシール部材にそれぞれ溶接され、カバー板が絶縁され、シールされる。しかしながら、カバー板をセラミックのシール部材に溶接する温度が高く、カバー板の材料に影響が及ぶ可能性がある。それゆえ、カバー板が柔らかくなり、強度および製造効率が低下する可能性がある。さらに、カバー板は、種々の取り付け部材を備えて形成される大型の部材である。したがって、カバー板の変形が、カバー板の性能を大きく左右し、とりわけ後のカバー板とシェルとの間の気密の接続に影響が及び、結果としてシェルが取り付けられたカバーアセンブリの製造が難しくなり、バッテリの歩留まりが下がり、バッテリの実際の応用および開発に影響が及ぶ可能性がある。

本発明の実施の形態は、現時点において存在する技術的課題のうちの少なくとも１つを少なくとも或る程度まで解決しようとし、とくにはバッテリの歩留まりが低いという問題およびセラミックのシール部材を有するカバーアセンブリの製造が難しいという事実を、解決しようとする。したがって、製造が容易かつ大量生産が容易なカバーアセンブリは、提供される必要がある。さらに、製造の際に、カバーアセンブリが変形してはならない一方で、カバーアセンブリの歩留まりが高くなければならない。さらに、このカバーアセンブリを備えるバッテリは、提供される必要がある。

本発明の第１の態様によれば、カバーアッセンブリが提供されることができる。カバーアセンブリは、自身を貫通するヴィアホールを少なくとも１つ有して形成されるカバー板本体と、前記ヴィアホールにおいて前記カバー板本体に気密に接続され、電極収容穴を有して形成されるカバー板接続部材と、電流を導き出すために前記カバー板接続部材に気密に接続されかつ前記カバー板接続部材から絶縁されるように、前記電極収容穴を貫通している電極端子と、を備えることができる。

本発明の第２の態様によれば、バッテリが提供されることができる。バッテリは、少なくとも１つの開口端を有するシェルと、前記開口端を封止するための本発明の第１の態様によるカバーアセンブリと、前記シェルと前記カバーアセンブリとによって形成された密閉空間に収容される電気コアおよび電解質と、を備えることができ、前記電極端子は、前記電気コアに電気的に接続される。

本発明の実施の形態によるカバーアセンブリにおいては、電極端子がカバー板接続部材に気密に接続され、カバー板接続部材から絶縁された後で、電極端子がカバー板接続部材を介してカバー板本体に接続される。カバー板接続部材を小さな部材とすることができるため、カバー板接続部材とセラミックのシール部材との間の高温溶接の際に、カバー板接続部材は変形することが難しく、カバー板接続部材は、焼結後に好都合かつ容易に洗浄されることができる。次いで、カバー板接続部材がカバー板本体に溶接され、したがってバッテリの性能が改善される。カバー板接続部材の主たる機能は、セラミックのシール部材、電極端子、およびカバー板本体を一体に気密に接続することにあり、したがってカバー板接続部材の形状に制約は存在しない。さらに、カバー板接続部材は、小さい体積を有してもよいが、特殊な部品でなくてもよい。さらに、カバー板接続部材は、高い温度に耐えることができる。したがって、高い温度において、カバー板接続部材の変形が小さくでき、したがってバッテリの封止に悪影響が及ぶ可能性がなく、カバー板本体の材料と同一の材料で製作されるカバー板接続部材が、カバー板本体に溶接され、したがって溶接をカバー板本体の強度に影響を及ぼすことなく容易に達成することができる。本発明の実施の形態によるカバーアセンブリによれば、製造コストが下げられ、とくにはバッテリの歩留まりが高めることができる。さらに、バッテリの安全性が改善され、カバーアセンブリの構造の接続が安定であり、カバーアセンブリが良好なシール性能を有するため、セラミックで封止されるバッテリの実際の応用および開発のための基盤が築かれる。

本発明の実施の形態のさらなる態様および利点が、一部は以下の説明に提示され、一部は以下の説明から明らかになり、あるいは本発明の実施の形態を実施することによって習得される。

本発明の実施の形態のこれらの態様および利点ならびに他の態様および利点が、添付の図面を参照しつつ行なわれる以下の説明から明らかになり、より容易に理解されるであろう。

本発明の実施の形態によるカバーアセンブリの概略の断面図である。 本発明の実施の形態によるカバーアセンブリの概略の断面図である。 電極接続片が接続された本発明の実施の形態によるカバーアセンブリの概略の断面図である。 本発明の実施の形態によるカバー板接続部材の斜視図である。 本発明の実施の形態による電極端子の斜視図である。 本発明の実施の形態によるセラミックのシール部材の斜視図である。 本発明の実施の形態によるカバー板本体の断面図である。 本発明の実施の形態によるカバー板本体の上面図である。 本発明の実施の形態によるリチウムイオンバッテリの斜視図である。 本発明の別の実施の形態によるリチウムイオンバッテリの斜視図である。

本発明の実施の形態を詳しく参照する。図面を参照して本明細書において説明される実施の形態は、説明用であり、例示にすぎず、本発明の大まかな理解のために用いられる。これらの実施の形態を、本発明を限定するものとして解釈してはならない。同じまたは類似の構成要素ならびに同じまたは類似の機能を有する構成要素は、説明の全体を通して、類似の参照番号によって指し示される。

説明において、とくに指定または限定されない限り、装置または構成要素の向きに関して本明細書において使用される表現および用語（例えば、「上」、「下」、などの用語など）を、本発明の説明を簡単にするためにそこで説明されており、あるいは検討中の図面に示されている向きを指すと理解すべきであり、それだけでは当該装置または構成要素が特定の向きを有さなければならないことを指示または意味しているわけではないことを、理解すべきである。さらに、本発明を特定の向きにて構成または動作させる必要はない。

本発明の実施の形態によるカバーアセンブリは、バッテリを封止するために使用され、主にはリチウムイオンバッテリを封止するために使用され、とりわけリチウムイオン電力バッテリまたはリチウムイオン蓄電バッテリなどの高出力のリチウムイオンバッテリに使用される。当業者にとって公知であるとおり、リチウムイオンバッテリは、主として、少なくとも開口端を有するシェルと、シェル内に配置された電気コアと、シェル内に収容された電解質とを備える。電解質の漏れを防止するために、カバーアセンブリが、シェルの開口端を封止するために使用される。シェルは、一般に、電気コアおよび電解質を収容するためのアルミニウム製または鋼製のものである。１つの開口端が存在でき、すなわちシェルの一端が、リチウムイオンバッテリの一端から電流を導き出すために開かれている。あるいは、２つの開口端が存在でき、すなわちシェルの２つの端部が、リチウムイオンバッテリの２つの端部のそれぞれから電流を導き出すために開かれている。以下で、開口端の数および／または位置についていかなる制限も存在しないことに、注意すべきである。開口端が、シェルの短辺に形成されてもよく、電気コアが、シェル内に垂直に直接配置され、すなわち電流を導き出すための電気コアの端部が、開口端から露出される。開口端が、シェルの長辺に形成されてもよく、電気コアが、シェル内に水平に直接配置され、すなわち電気コアの巻かれた円弧状のエッジ部分が、開口端から露出されてもよい。電気コアは、陽極板、セパレータ、および陰極板を順に積層し、あるいは巻くことによって形成される。電気コアの構造および電気コアを作成するためのプロセスは、従来からの技術によって達成できるため、その詳しい説明は、ここでは明快さの目的で省略する。

次に、本発明の実施の形態によるカバーアセンブリを、以下で添付の図面を参照して詳しく説明する。

図３に示されるように、本発明のカバーアセンブリは、カバー板本体１と、カバー板接続部材２と、電極端子３とを備える。

図２、図７、および図８に示されるように、カバー板本体１が、シェルを封止するために使用される。カバー板本体１は、バッテリの内部から電流を導き出すためにカバー板本体１を貫通している少なくとも１つのヴィアホール１１を有して、形成されている。ヴィアホール１１の数について制限はなく、ヴィアホール１１の数は、電流を導き出すための電極端子の数に応じて決定されることができる。いくつかの実施の形態においては、複数のヴィアホール１１がカバー板本体１に形成され、複数のカバー板接続部材２の各々が、それぞれのヴィアホール１１においてカバー板本体１に気密に接続されている。例えば、電流がバッテリの一端から導き出される場合、カバー板本体１は、一方の極性の電極端子３が貫通する１つのヴィアホール１１を有して、形成されてもよい。このとき、他方の極性の電極端子３（例えば、タブ）は、電流を導き出すためにシェルに接続されてもよく、カバー板本体１を貫通する電極端子３は、絶縁処理を施される必要がある。カバー板本体１は、同じ極性または異なる極性の電極端子３がそれぞれ貫通する複数のヴィアホール１１を有して、形成されることができる。異なる極性の電極端子３が複数のヴィアホール１１のそれぞれを貫通する場合、一方の極性の電極端子３だけが絶縁処理を施されてもよく、あるいは電極端子３およびカバー板本体１のすべてが絶縁処理を施されてもよい。電極端子３が貫通できる限りにおいて、ヴィアホール１１の形状にいかなる制約も存在しない。例えば、ヴィアホール１１は、カバー板本体１を貫通し、電極端子３の直径よりもわずかに大きい直径を有している円柱形であってもよい。一実施の形態においては、ヴィアホール１１が、カバー板接続部材２の係合および取り付けのための段差のある穴として構成される。カバー板本体１の数について、制約は存在せず、カバー板本体１の数は、シェルの開口端の数に応じて決定されることができる。カバー板本体１の形状について、制約は存在せず、カバー板本体１の形状は、シェルに適合するようにシェルの開口端の形状に応じて設計されることができる。例えば、カバー板本体１は、円形または正方形の形状を有することができる。カバー板本体１は、例えば約１．５ｍｍまたは約２．０ｍｍの厚さを有することができる。カバー板本体１の材料について、制約は存在しない。例えば、カバー板本体１の材料は、アルミニウム合金３００３、純アルミニウム、などから選択されることができる。例えば液体注入口などのカバー板本体１の他の構造、ならびにその製造方法は、技術的に容易に実現可能であるため、その詳しい説明は、ここでは明快さの目的で省略する。

図１〜図４に示されるとおり、カバー板接続部材２は、カバー板接続部材２を貫通する電極収容穴２１を有して、形成され、電極端子３は、電流を導き出すために、カバー板接続部材２に気密に接続され、カバー板接続部材２から絶縁されるように、電極収容穴２１を貫通する。カバー板接続部材２は、ヴィアホール１１においてカバー板本体１に気密に接続される。一実施の形態においては、セラミックのシール部材４、電極端子３、およびカバー板本体１が、互いに気密に接続される。例えば、電極端子３、セラミックのシール部材４、およびカバー板接続部材２が、最初に一体の構造へと製作され、次いでカバー板接続部材２がカバー板本体に溶接されることで、カバーアセンブリの絶縁および封止が実現される。カバー板接続部材２は、一般に、小さな部材である。カバー板接続部材２の形状、構造、または配置について、制約は存在しない。例えば、カバー板接続部材２は、カバー板本体１の上面または下面に配置されてもよい。カバー板接続部材２は、例えば、弓形の形状を有してもよい。電極端子３と、セラミックのシール部材４と、カバー板接続部材２とによって形成される一体構造が、カバー板本体１に接続される。このとき、電極端子３がカバー板本体１のヴィアホール１１を貫通するときに、絶縁シール部材が、電極端子３とカバー板本体１との間にさらに挟まれる。接続の安定性を高め、プロセスを簡単にするために、一実施の形態においては、カバー板接続部材２がカバー板本体１のヴィアホール１１に配置されることで、カバーアセンブリの封止および接続が容易にされる。電極端子３の取り付けを容易にするために、一実施の形態においては、カバー板接続部材２が取り付け溝２２を備え、電極収容穴２１が、取り付け溝２２の底部２２３を貫通する。一実施の形態においては、取り付け溝２２の外縁にフランジ部２２１が形成される。フランジ部２２１がカバー板本体１に接続されることで、溶接が容易にされ、高温での溶接の際のセラミックのシール部材４の小さな寸法変化がカバーアセンブリのシール性能に影響を及ぼすことが防止される。したがって、カバー板接続部材２のサイズの誤差を考えることなく、カバーアセンブリのシール性能を高めることができ、製造プロセスを単純にすることができ、バッテリの歩留まりを高めることができる。一実施の形態においては、ヴィアホール１１が、段差のある穴として構成されてもよく、フランジ部２２１が、段差のある穴の段差部分１１１に配置され、カバー板本体１に不動に接続される。すなわち、フランジ部２２１が段差部分１１１においてカバー板本体１に係合されることで、接続の安定性がさらに高められる。フランジ部２２１の厚さは、段差のある穴の段差部分１１１におけるカバー板本体１の切り欠き部をちょうど補うように構成されてもよく、すなわちカバー板接続部材２およびカバー板本体１は、好ましくは一体の構造へと形成されることで、カバー板接続部材２とカバー板本体１との間の接続の信頼性を高め、カバー板本体１の表面の滑らかさを保証することができる。段差のある穴の内径は、一般に、取り付け溝２２を好都合に配置するために、取り付け溝２２の内径よりも大きく、かつフランジ部２２１を有する取り付け溝２２の全体の外径よりも小さく、段差のある穴の外径は、カバー板接続部材２を段差のあるヴィアホール１１の段差部分１１１においてカバー板本体１に好都合に係合させることができるよう、フランジ部２２１を有する取り付け溝２２の全体の外径よりも大きい。カバー板接続部材２の高さについて、制約は存在しない。例えば、カバー板接続部材２の高さは、カバー板本体１の厚さよりも小さくてもよい。一実施の形態においては、カバー板接続部材２の高さが、カバー板本体１の厚さに等しくてもよい。一実施の形態においては、図１に示されるように取り付け溝２２の側壁２２２と取り付け溝２２の底部２２３との間に滑らかなつなぎ部分２２４が接続され、図１に示されるように取り付け溝２２の側壁２２２とフランジ部２２１との間に滑らかなつなぎ部分２２５が接続されることで、組み立て時の機械的応力の緩衝および軽減が保証され、カバーアセンブリの曲げ強度が高められ、カバーアセンブリの良好なシール性能が保証される。取り付け溝２２の側壁２２２は、カバー板接続部材２がセラミックのシール部材４に溶接されるときに生じる応力も軽減することができる。カバー板接続部材２は、市販のカバー板接続部材であってもよく、金属薄板を一体的に形成することによって製造することもできる。例えば、カバー板接続部材２は、約０．８ｍｍの厚さと、溶接を容易にするための所定の硬度とを有することができる。

カバー板接続部材２の電極収容穴２１の数について、いかなる制約も存在せず、例えば電極収容穴２１の数は、電極端子３の数に応じて決定されることができる。いくつかの実施の形態においては、複数の電極端子３が存在し、電極端子３に対応する複数の電極収容穴２１が、カバー板接続部材２に形成される。例えば、ただ１つの大型のカバー板接続部材２が、カバー板本体１のヴィアホール１１に配置されてもよく、電極端子３の数と同一の数の電極収容穴２１が、カバー板接続部材２に形成されてもよく、各々の電極端子３が、電流を導き出すためにそれぞれの電極収容穴２１を貫通し、絶縁シール部材が、必要に応じてカバー板接続部材２と電極端子３との間に配置されてもよい。カバー板接続部材２の数も、電極端子３の数に応じて決定されることができる。各々のカバー板接続部材２が、１つの電極収容穴２１を有して、形成されてもよく、あるいは複数のカバー板接続部材２の各々における電極収容穴２１の数が、互いに異なってもよい。

カバー板接続部材２の材料は、カバー板本体１の材料と同じであってもよい。例えば、カバー板接続部材２の材料は、アルミニウム合金３００３または純アルミニウムであってもよく、そのようにすることで、カバーアセンブリの溶接がさらに容易になり、カバーアセンブリの強度が保証される。

電極端子３が、バッテリから電流を導き出すために電気コアに電気的に接続される。電極端子３の数または形状について、制約は存在せず、電極端子３の数または形状は、導き出されるべき電流の大きさに応じて決定されることができる。小容量のバッテリにおいては、電極端子３が、電気コア（図示されていない）に設けられたタブであってもよい。一実施の形態においては、電極端子３が、例えばシート状の電極端子またはポールなど、タブに接続された金属製の導電部材であってもよい。シート状の電極端子またはポールは、電気コアとシート状の電極端子またはポールとの間の電気伝導を実現するために、電気コアのタブに溶接されてもよい。あるいは、シート状の電極端子またはポールは、接続片に接続し、接続片は、電気コアとシート状の電極端子またはポールとの間の電気伝導を実現するために、電気コアのタブに溶接されてもよい。

図１〜図３および図５に示されるとおり、一実施の形態においては、電極端子３が、端子ポール部３２およびポールキャップ部３１を備える。ポールキャップ部３１および端子ポール部３２は、一体に形成してもよく、溶接または冷間圧造によって互いに接続されてもよい。ポールキャップ部３１および端子ポール部３２の材料について、制約は存在しない。例えば、正の電極端子について、ポールキャップ部３１および端子ポール部３２の材料は、純アルミニウムなどであってもよく、負の電極端子について、ポールキャップ部３１および端子ポール部３２の材料は、純銅などであってもよい。

端子ポール部３２は、円柱形の形状を有することができる。一実施の形態においては、端子ポール部３２の直径が、約９ｍｍ±０．５ｍｍであってもよい。例えばヴィアホール１１、電極収容穴２１、および中央穴４１のサイズなど、カバーアセンブリの他の部材のサイズは、端子ポール部３２の直径に応じて決定されることができる。ポールキャップ部３１は、端子ポール部３２の外径よりも大きい外径を有することができる。ポールキャップ部３１は、さらに機械的に処理されることができる。例えば、ポールキャップ部３１の上端面の縁は、ポールキャップ部３１と外部の負荷との間の接続に有益となるように面取りをされることができる。端子ポール部３２は、２つの端部、すなわち第１の端部３２１および第２の端部３２２を有している。ポールキャップ部３１が、端子ポール部３２の第１の端部に接続されている。図５に示されるように、電極端子３は、「Ｔ」字形を有することができる。一実施の形態においては、電極端子３がセラミックのシール部材４へと溶接されるときに生じる応力の緩衝または軽減のために、緩衝構造３１１がポールキャップ部３１の内面３１２に、すなわち図５に示されるとおりのポールキャップ部３１の下面に、さらに形成されることができる。一実施の形態においては、緩衝構造３１１が、端子ポール部３２の周囲に形成される支持リングとして構成されてもよく、すなわち環状の支持ボスが、ポールキャップ部３１の内面３１２に形成される。環状の支持ボスの外径がポールキャップ部３１の外径よりもわずかに小さい限りにおいて、環状の支持ボスの外径について制約は存在しない。環状の支持ボスの厚さについて、制約は存在しない。例えば、環状の支持ボスの厚さは、固定すべき該当の絶縁シール部材の厚さの約３分の１から約４分の３までであってもよい。環状の支持ボスの高さは、固定すべき該当の絶縁シール部材の高さの約３分の１よりも大きくてもよい。一実施の形態においては、約８．８ｍｍ±０．０３ｍｍの外径を有するポールキャップ部３１において、約１．０±０．０５ｍｍの高さ、約９．２±０．０５ｍｍの外径、約８．２±０．０５ｍｍの内径、および約１．０±０．０５ｍｍの厚さを有する環状の支持ボスは、ポールキャップ部３１の下面３１２に形成され、この環状の支持ボスは、ポールキャップ部３１の下面３１２の縁３１２１から約１．５±０．０５ｍｍの距離だけ離されてもよい。通常は、環状の支持ボスは、端子ポール部３２につながっていない。環状の支持ボスの内径が、端子ポール部３２の外径よりも大きく、環状の支持ボスと端子ポール部３２との間にすき間が形成される。環状の支持ボスおよびポールキャップ部３１は、ポールキャップ部３１の製作時に一体に形成されてもよい。あるいは、ポールキャップ部３１が最初に形成され、次いで緩衝構造３１１が、ポールキャップ部３１の下面に溶接されてもよい。

一実施の形態においては、絶縁シール部材４が、絶縁および封止のために電極端子３とカバー板接続部材２との間に配置される。絶縁シール部材について、制約は存在しない。例えば、絶縁シール部材は、射出成形による部材であってもよい。絶縁シール部材が射出成形による部材である場合、本発明の実施の形態によるカバーアセンブリは、射出成形時の高温のカバー板本体１への影響を防止することができる。一実施の形態においては、絶縁シール部材が、電極端子３とカバー板接続部材２との間に挟まれ、電極端子３およびカバー板接続部材２のそれぞれに気密に接続され、かつ電極端子３およびカバー板接続部材２のそれぞれから絶縁されたセラミックのシール部材４であってもよい。図１〜図３および図６に示されるとおり、一実施の形態においては、セラミックのシール部材４が、電極収容穴２１を貫通するシール部４２と、シール部４２の外径よりも大きい外径を有しており、カバー板接続部材２に不動に接続される接続部４３とを備えている。一実施の形態においては、緩衝構造３１１が、接続部４３の外側端面４３１に支持される支持リングとして構成される。一実施の形態においては、接続部４３が、カバー板接続部材２に接続できるよう、取り付け溝２２に配置されるように構成され、すなわち接続部４３が取り付け溝２２の内側に固定されることで、溶接がさらに容易にされ、接続の信頼性が高められる。カバーアセンブリが良好なシール性能を有することができるよう、電極収容穴２１の開口径が、シール部４２の外径に合わせられ、接続部４３の外径よりも小さい。接続の工程は、例えばセラミックの表面金属化およびセラミックの金属との溶接の技術など、セラミックと金属とを接続する技術的に一般に知られた任意の技術によって実行されることができる。例えば、第１の金属溶接層（図面には示されていない）が、接続部４３と取り付け溝２２の底部２２３の内面との間に形成され、この第１の金属溶接層は、接続部４３の表面を金属化し、接続部４３をはんだ付けによって取り付け溝２２の底部２２３の内面に溶接することによって形成される。金属化は、例えばセラミック表面のＭｎ−Ｍｏ金属化など、技術的に広く用いられているセラミック表面の金属化プロセスによって実行されることができる。一実施の形態においては、セラミックの金属化の完了後に、溶接されるべき溶接位置および基材の機械的強度を高めるために、ニッケル、アルミニウム、および溶接に影響しない他の元素のめっきが実行される。一実施の形態においては、はんだ付けのプロセスの際に生じる機械的応力の緩衝および軽減のために、つなぎの金属リングが、接続部４３と取り付け溝２２の底部２２３の内面との間にさらに設けられる。つなぎの金属リングは、例えばＫｏｖａｒ合金、純アルミニウム、またはアルミニウム合金など、銅、銅合金、アルミニウム、またはアルミニウム合金と容易に溶接することができる種々の金属材料で製作されることができる。つなぎの金属リングの外径は、セラミックのシール部材４の接続部４３の外径と同一であっても、異なっていてもよい。一実施の形態においては、溶接位置および溶接されるべき基材の機械的強度を高めるために、つなぎの金属リングの表面への溶接に影響を及ぼさないニッケル、アルミニウム、および他の元素のめっきを実行することができる。はんだ付けは、技術的に公知の任意の溶接プロセスによって実行することができ、したがってその詳しい説明は、ここでは明快さの目的で省略する。はんだ付けプロセスによって、溶接されるべき基材は、溶接継手において一体に接続されることができる。すなわち、カバー板接続部材２およびセラミックのシール部材４は、一体の構造へと溶接されることができる。一方では、シール強度が保証され、他方では、材料の界面における差異が軽減され、カバーアセンブリの内部抵抗およびバッテリが生じさせる熱が、軽減される。

中央穴４１が、セラミックのシール部材４の中央に形成され、電極端子３が、バッテリの内部から電流を導き出すために中央穴４１を貫通し、セラミックのシール部材４によってカバー板接続部材２から絶縁される。この実施の形態において、セラミックのシール部材４の中央穴４１の内径は、電極端子３の端子ポール部３２の外径に合わせられる。セラミックのシール部材４の中央穴４１の内径は、加熱時のセラミックのシール部材４の膨張を避けるべく、中央穴４１と端子ポール部３２との間にすき間を形成できるよう、端子ポール部３２の外径よりもわずかに大きくてもよい。セラミックのシール部材４の中央穴４１の内径は、ポールキャップ部３１の外径よりも小さくてもよく、結果として、端子ポール部３２が中央穴４１を貫通し、ポールキャップ部３１がセラミックのシール部材４に固定されることが保証され、セラミックのシール部材４と電極端子３との間の良好なシール性能が保証される。ポールキャップ部３１が、ポールキャップ部３１に面する接続部４３の外側端面に接続される。接続の工程は、例えば金属はんだフラックスを使用する技法など、セラミックと金属とを接続する技術的に公知の任意の技法によって実行されることができる。例えば、第２の金属溶接層（図面には示されていない）が、ポールキャップ部３１と接続部４３の外側端面との間に形成され、この第２の金属溶接層は、接続部４３の外側端面を金属化し、接続部４３の外側端面をはんだ付けプロセスによってポールキャップ部３１に溶接することによって形成される。金属化は、例えばセラミック表面のＭｎ−Ｍｏ金属化など、技術的に広く用いられているセラミック表面の金属化プロセスによって実行されることができる。一実施の形態においては、セラミックの金属化の完了後に、溶接位置および溶接されるべき基材の機械的強度を高めるために、溶接に影響を及ぼす可能性がないニッケル、アルミニウム、および他の元素のめっきが実行される。一実施の形態においては、はんだ付けのプロセスの際に生じる機械的応力の緩衝および軽減のために、つなぎの金属リングが、ポールキャップ部３１と接続部４３の外側端面との間にさらに配置される。つなぎの金属リングは、例えばＫｏｖａｒ合金、銅、銅合金、純アルミニウム、またはアルミニウム合金など、銅、銅合金、アルミニウム、またはアルミニウム合金と容易に溶接することができる種々の金属材料で製作されてもよい。つなぎの金属リングの外径は、セラミックのシール部材４の接続部４３の外径と同一であっても、異なっていてもよい。一実施の形態においては、溶接位置および溶接されるべき基材の機械的強度を高めるために、つなぎの金属リングの表面における溶接に影響を及ぼす可能性がないニッケル、アルミニウム、および他の元素のめっきが実行される。はんだ付けは、技術的に公知の任意の溶接プロセスによって実行でき、したがってその詳しい説明は、ここでは明快さの目的で省略する。はんだ付けプロセスによって、溶接継手および溶接されるべき基材は、一体の構造へと形成されてもよい。すなわち、カバー板接続部材２およびセラミックのシール部材４は、一体の構造へと溶接されてもよい。一方では、シール強度が保証され、他方では、材料の界面における差異が軽減され、カバーアセンブリの内部抵抗およびバッテリが生じさせる熱が、軽減される。

いくつかの実施の形態においては、セラミックのシール部材４が、酸化アルミニウムセラミックリング、酸化ジルコニウムセラミックリング、チッ化アルミニウムセラミックリング、チッ化ホウ素セラミックリング、チッ化ケイ素セラミックリング、ならびに酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの複合セラミックリングのうちの１つであってもよい。一実施の形態においては、セラミックのシール部材４が、酸化アルミニウムセラミックリングあるいは酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの複合セラミックリングであってもよく、セラミックのシール部材４の中央穴４１が、約φ６．２±０．１ｍｍの開口径および約２．５±０．１ｍｍの厚さを有する。セラミックのシール部材４は、電解質によって腐食されることがなく、したがってリチウムイオンバッテリの長寿命を保証する良好な耐食性を有する。セラミックのシール部材４の衝撃強さおよび耐熱衝撃性は、カバーアセンブリの構造をより安定にでき、封止作用をより良好にできるよう、ガラス製のシール部材の衝撃強さおよび耐熱衝撃性よりも優れることができる。封止および接続の媒体として、セラミック板の部品よりもむしろ、この実施の形態のように構成されたセラミックのシール部材４が使用される場合、セラミックのシール部材４がより大きな厚さを有し、したがってリチウムイオンバッテリの耐熱衝撃性および熱サイクル性能が向上することに、注目すべきである。

この実施の形態において、端子ポール部３２が、セラミックのシール部材４の中央穴４１を貫通し、端子ポール部３２の第２の端部３２２が、シェル内の電気コアとの電気伝導のためにセラミックのシール部材４の外側に延びる。一実施の形態においては、電極接続片５が、セラミックのシール部材４の外側に延びた端子ポール部３２の第２の端部に接続（図３に示されるとおり）され、一実施の形態においては、電極接続片５は、バッテリの内部から電流を導き出すために電気コア（図示されていない）のタブに溶接されることができる。

電気的な短絡を防止するために、絶縁処理は、カバー板本体１と電極接続片５との間またはカバー板接続部材２と電極接続片５との間で行われる。例えば、シール部材６（例えば、シールリング）は、カバー板本体１と電極接続片５との間またはカバー板接続部材２と電極接続片５との間に設けられる。この実施の形態において、とくにはＯリング６がセラミックのシール部材４の第２の端部４４に被せられてもよい。シールリング６は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）またはＰＥ（ポリエチレン）プラスチックなど、電解質に溶けることがない材料で製作されることができる。

本発明の実施の形態によるカバーアセンブリの製造方法は、以下のステップを含む。

セラミックのシール部材４の接続部４３は、表面を金属化される（ステップＳ１）。

次いで、カバー板接続部材２が、セラミックのシール部材４のシール部４２に被せられる（ステップＳ２）。

このステップにおいて、金属製のカバー板接続部材２が、はんだ付けまたは溶融鋳造プロセスによってセラミックのシール部材４に溶接される。はんだ付けプロセスにおいては、はんだフラックスは、溶接を実行するために親金属の融点以上の温度で使用される必要がある。溶融鋳造プロセスにおいては、金属とセラミックとの間の接続を実現するために、親金属だけが溶される必要がある。溶融鋳造プロセスの工程およびパラメータは、技術的に公知である。いくつかの実施の形態においては、はんだ付けプロセスに使用されるはんだが、例えばＡｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｍｇ合金、またはＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金など、アルミニウムにセラミックを溶接するためのはんだであってもよい。一実施の形態においては、はんだ付けプロセスに使用されるはんだが、Ｓｉの含有量が０〜約１２重量％であり、好都合には５重量％〜約８重量％であり、残りがＡｌであるＡｌ−Ｓｉ合金であってもよい。はんだ付けプロセスは、真空または不活性ガスの雰囲気下で、約５７０℃〜約６２５℃の温度で実行される。一実施の形態においては、不活性ガスの雰囲気が、チッ素の雰囲気またはチッ素と水素の混合ガスの雰囲気であってもよい。一実施の形態においては、溶融鋳造プロセスは、真空または不活性ガスの雰囲気下で、約６００℃〜約１３００℃の温度で実行されることができる。

電極端子３の端子ポール部３２が、カバー板接続部材に接続されたセラミックのシール部材４の中央穴４１に嵌め込まれ、端子ポール部の第２の端部３２２が中央穴４１から突き出し、電極端子３のポールキャップ部３１が、セラミックのシール部材４の接続部４３の外側表面に溶接される（ステップＳ３）。

このステップにおいて、金属製のポールキャップ部３１が、はんだ付けまたは溶融鋳造プロセスによってセラミックのシール部材４の接続部４３に溶接される。はんだ付けプロセスにおいては、はんだフラックスおよびはんだは、溶接を実行するために親金属の融点以上の温度で使用される必要がある。溶融鋳造プロセスにおいては、金属とセラミックとの間の接続を実現するために、親金属だけが溶かされる必要がある。溶融鋳造プロセスの工程およびパラメータは、技術的に公知である。いくつかの実施の形態においては、はんだ付けプロセスに使用されるはんだが、例えばＡｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｍｇ合金、またはＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金など、アルミニウムにセラミックを溶接するためのはんだであってもよい。一実施の形態においては、はんだ付けプロセスに使用されるはんだが、Ｓｉの含有量が０〜約１２重量％であり、好都合には５重量％〜約８重量％であり、残りがＡｌであるＡｌ−Ｓｉ合金であってもよい。はんだ付けプロセスは、真空または不活性ガスの雰囲気下で、約５７０℃〜約６２５℃の温度で実行される。一実施の形態においては、不活性ガスの雰囲気が、チッ素の雰囲気またはチッ素と水素の混合ガスの雰囲気であってもよい。一実施の形態においては、溶融鋳造プロセスは、真空または不活性ガスの雰囲気下で、約６００℃〜約１３００℃の温度で実行されることができる。

Ｏリング６が、電極収容穴２１を貫通した後の端子ポール部３２およびセラミックのシール部材４の電極収容穴２１から突き出した部分の外面に被せられ、次いでシート状の電極接続片５が、中央穴４１から突き出した端子ポール部３２の第２の端部３２２に溶接される（ステップＳ４）。溶接ステップは、物理的な溶接プロセスによって実行されることができる。例えば、物理的な溶接プロセスは、異なる材料間の溶接を実現するための抵抗溶接、レーザ溶接、または超音波溶接であってもよい。抵抗溶接、レーザ溶接、または超音波溶接の工程およびパラメータは、当業者にとって周知であるため、その詳しい説明は、ここでは明快さの目的のために省略される。

電極端子３と、セラミックのシール部材４と、カバー板接続部材２とからなる一体構造が、カバー板本体１のヴィアホール１１に配置され、カバー板接続部材２のフランジ部２２１が、段差のある穴の段差部分１１１に重ねられ、次いでフランジ部２２１が、カバー板本体１に溶接され、カバーアセンブリが一体の構造とされる（ステップＳ５）。溶接ステップは、物理的な溶接プロセスによって実行されることができる。例えば、物理的な溶接プロセスは、異なる金属間の溶接を実現するための抵抗溶接、レーザ溶接、または超音波溶接であってもよい。抵抗溶接、レーザ溶接、または超音波溶接の工程およびパラメータは、当業者にとって周知であるため、その詳しい説明は、ここでは明快さの目的のために省略される。

上述の方法において、１つのカバー板本体１に１つの電極端子３を形成することができ、異なる極性の複数の電極端子３を形成することもできる。上述の製造方法の各ステップの順序は、取り付けの態様および溶接の温度に応じて調整されてもよい。電極端子が負の電極端子である場合、カバーアセンブリは、上述のステップに従って直接製造されることができる。電極端子が正の電極端子である場合、ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４、およびＳ５の再結合が可能であり、すなわち電極端子３、セラミックのシール部材４、およびカバー板本体１が、これらの位置関係に応じて組み合わせられ、次いで一体に溶接される。例えば、正および負の電極端子が存在する場合、セラミックのシール部材４および一方の極性の電極端子３（例えば、負の電極端子）が、最初にステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３に従って一体構造とされ、次いでこの一体構造とカバー板本体１とが組み合わせられる。次いで、セラミックのシール部材の表面が、ステップＳ１に従って金属化され、セラミックのシール部材４、カバー板本体１、および他方の極性の電極端子３（例えば、正の電極端子）が組み合わせられる。その後に、正の電極端子および負の電極端子が、ステップＳ３に従ってそれぞれ溶接される。最後に、後続のステップが相応に実行される。

本発明の実施の形態によれば、バッテリが提供される。バッテリは、少なくとも１つの開口端１０２を有するシェル１０１と、開口端１０２を封止するための上述のカバーアセンブリと、シェル１０１とカバーアセンブリとによって形成された封止空間に収容された電気コアおよび電解質とを備えており、電極端子３が電気コアに電気的に接続されている。以下で、リチウムイオンバッテリなどのバッテリのさらなる実施の形態を、本発明の骨子および本質のより良好な理解のために説明する。

一実施の形態においては、図９に示されるように、シェル１０１が１つの開口端１０２を有する場合に、電気コアがシェル１０１内に配置され、電解質がシェル１０１へと注入され、次いで２つの電極端子３が形成されたカバーアセンブリが、シェル１０１の開口端１０２へと取り付けられる。このプロセスにおいて、カバーアセンブリの表面が、シェル１０１に溶接され、カバーアセンブリの電極接続片が、電気コアに接続される。とくには、電気コアの陽極板が、陽極タブを介して一方の電気端子の電極接続片に接続され、電気コアの負極板が、負極タブを介して他方の電気端子の電極接続片に接続される。組み立て後に、カバーアセンブリとシェル１０２との間に密閉された空間が形成され、電気コアおよび電解質が、この密閉空間に収容される。２つの電極端子３が、リチウムイオンバッテリの２つの電極としてそれぞれ使用され、外部の電気装置にそれぞれ接続可能である。

一実施の形態においては、図１０に示されるように、シェル１０１が２つの開口端１０２を有することができ、２つのカバーアセンブリを備えて形成され、一方のカバーアセンブリに正の電極端子が形成され、他方のカバーアセンブリに負の電極端子が形成される。このとき、２つのカバーアセンブリが、シェル１０１の２つの開口端１０２にそれぞれ取り付けられる。このプロセスにおいて、２つのカバーアセンブリの表面が、シェル１０１にそれぞれ溶接され、２つのカバーアセンブリの電極接続片が、電気コアにそれぞれ接続される。とくには、電気コアの陽極板が、陽極タブを介して正の電極端子が形成されたカバーアセンブリの端子ポール部に接続され、電気コアの負極板が、負極タブを介して負の電極端子が形成されたカバーアセンブリの端子ポール部に接続される。組み立て後に、２つのカバーアセンブリとシェル１０１との間に密閉された空間が形成され、電気コアおよび電解質は、この密閉空間に収容される。２つのカバーアセンブリの端子ポール部が、それぞれリチウムイオンバッテリの２つの電極として使用され、外部の電気装置にそれぞれ接続可能である。

本発明の実施の形態によるカバーアセンブリにおいては、電極端子がカバー板接続部材に気密に接続され、カバー板接続部材から絶縁された後で、電極端子がカバー板接続部材を介してカバー板本体に接続される。カバー板接続部材を小さな部材とすることができるため、カバー板接続部材とセラミックのシール部材との間の高温溶接の際に、カバー板接続部材の変形が生じにくく、カバー板接続部材が、焼結後に好都合かつ容易に洗浄されることができる。次いで、カバー板接続部材がカバー板本体に溶接され、したがってバッテリの性能が改善される。カバー板接続部材の主たる機能は、セラミックのシール部材、電極端子、およびカバー板本体を一体に気密に接続することにあり、したがってカバー板接続部材の形状に制約は存在しない。さらに、カバー板接続部材は、小さい体積を有していてもよいが、特殊な部品でなくてもよい。さらに、カバー板接続部材は、高い温度に耐えることができる。したがって、高い温度において、カバー板接続部材の変形が小さくでき、したがってバッテリの封止に悪影響が及ぶ可能性がなく、カバー板本体の材料と同一の材料で製作されるカバー板接続部材が、カバー板本体に溶接され、したがって溶接をカバー板本体の強度に影響を及ぼすことなく容易に達成することができる。本発明の実施の形態によるカバーアセンブリによれば、製造コストを下げることができ、とくにはバッテリの歩留まりが高められ、バッテリの安全性が向上し、カバーアセンブリの構造の接続が安定であり、カバーアセンブリが良好なシール性能を有し、したがってセラミックで封止されるバッテリの実際の応用および開発のための堅固な基礎が築かれる。

典型的な実施の形態を図示および説明したが、上述の実施の形態を本発明を限定するものとして解釈することはできず、本発明の技術的思想、原理、および技術的範囲から離れることなく、実施の形態において変更、代案、および修正が可能であることを、当業者であれば理解できるであろう。

Claims (17)

1. 自身を貫通するヴィアホールを少なくとも１つ有して形成されるカバー板本体と、
   前記ヴィアホールにおいて前記カバー板本体に気密に接続され、電極収容穴を有して形成されるカバー板接続部材と、
   電流を導き出すために前記カバー板接続部材に気密に接続されかつ前記カバー板接続部材から絶縁されるように、前記電極収容穴を貫通している電極端子と、
   前記電極端子と前記カバー板接続部材との間に挟まれ、前記電極端子および前記カバー板接続部材のそれぞれに気密に接続されかつ前記電極端子および前記カバー板接続部材のそれぞれから絶縁されているセラミックのシール部材と、を備え、
   前記セラミックのシール部材の中央に、中央穴が形成され、
   前記電極端子が、前記中央穴を貫通しており、
   前記セラミックのシール部材は、前記電極収容穴を貫通するシール部と、前記シール部の外径よりも大きい外径を有し、前記カバー板接続部材に不動に接続される接続部と、を備えるカバーアセンブリ。
2. 前記カバー板接続部材は、凹状の取り付け溝と、前記取り付け溝の外縁に形成され、前記カバー板本体に接続されるフランジ部と、を備え、
   前記取り付け溝は、側壁と底部とを備え、
   前記電極収容穴は、前記取り付け溝の前記底部を貫通する、請求項１に記載のカバーアセンブリ。
3. 前記ヴィアホールは、段差のある穴として形成され、
   前記フランジ部は、前記段差のある穴の段差部分に配置され、前記カバー板本体に不動に接続される、請求項２に記載のカバーアセンブリ。
4. 前記カバー板接続部材は、凹状の取り付け溝と、前記取り付け溝の外縁に形成され、前記カバー板本体に接続されるフランジ部と、を備え、
   前記取り付け溝は、側壁と底部とを備え、
   前記電極収容穴は、前記取り付け溝の前記底部を貫通しており、
   前記接続部は、前記取り付け溝に配置される、請求項１に記載のカバーアセンブリ。
5. 前記接続部と、該接続部と面する前記取り付け溝の前記底部の内面との間に、第１の金属溶接層が形成され、
   該第１の金属溶接層は、前記接続部の表面を金属化して該接続部を前記取り付け溝の前記底部の前記内面に溶接することによって、形成される、請求項４に記載のカバーアセンブリ。
6. 前記接続部と、該接続部と面する前記取り付け溝の前記底部の前記内面との間に、つなぎの金属リングがさらに設けられている、請求項５に記載のカバーアセンブリ。
7. 前記電極端子は、端子ポール部と、前記端子ポール部の一端に接続されるポールキャップ部と、を備え、
   前記端子ポール部は、前記セラミックのシール部材の前記中央穴を貫通し、
   前記端子ポール部の他端は、前記セラミックのシール部材の外側に伸びている、請求項１に記載のカバーアセンブリ。
8. 前記セラミックのシール部材は、前記電極収容穴を貫通するシール部と、前記シール部の外径よりも大きい外径を有し、前記カバー板接続部材に不動に接続される接続部と、を備え、
   前記ポールキャップ部は、該ポールキャップ部に面する前記接続部の外側端面に接続されている、請求項７に記載のカバーアセンブリ。
9. 前記ポールキャップ部と前記接続部の前記外側端面との間に、第２の金属溶接層が配置され、
   該第２の金属溶接層は、前記接続部の前記外側端面を金属化して前記接続部の前記外側端面を前記ポールキャップ部と溶接することによって、形成されている、請求項８に記載のカバーアセンブリ。
10. 前記ポールキャップ部と前記接続部の前記外側端面との間に、つなぎの金属リングがさらに配置されている、請求項８に記載のカバーアセンブリ。
11. 前記つなぎの金属リングは、Ｋｏｖａｒ合金で形成される、請求項６または１０に記載のカバーアセンブリ。
12. 前記ポールキャップ部は、前記接続部の前記外側端面に配置される緩衝構造を有してさらに形成される、請求項８に記載のカバーアセンブリ。
13. 前記緩衝構造は、前記接続部の前記外側端面に支持される支持リングとして構成される、請求項１２に記載のカバーアセンブリ。
14. 前記セラミックのシール部材の外側に伸びている前記端子ポール部の前記他端に接続される電極接続片が、設けられ、
    前記カバー板接続部材と前記電極接続片との間に配置されるシール部材が、設けられる、請求項７に記載のカバーアセンブリ。
15. 複数の電極端子、が設けられ、
    該電極端子に対応する複数の電極収容穴が、前記カバー板接続部材に形成される、請求項１に記載のカバーアセンブリ。
16. 複数のヴィアホールが、前記カバー板本体に形成され、
    各々がそれぞれのヴィアホールにおいて前記カバー板本体に気密に接続される複数のカバー板接続部材が、設けられる、請求項１に記載のカバーアセンブリ。
17. 少なくとも１つの開口端を有するシェルと、
    前記開口端を封止するための請求項１〜１６のいずれか一項に記載のカバーアセンブリと、
    前記シェルと前記カバーアセンブリとによって形成された密閉空間に収容される電気コアおよび電解質と、を備え、
    前記電極端子は、前記電気コアに電気的に接続される、バッテリ。

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