JP5941143B2 - カバーアセンブリ、およびカバーアセンブリを備えるバッテリ - Google Patents

Description

［関連出願についての相互参照］
この出願は、以下の出願の優先権およびその利益を主張する。
１）２０１１年６月２８日に中華人民共和国の国家知的所有権事務所に出願された中国特許出願シリアル番号２０１１１０１７５９３７．９、および、
２）２０１２年４月２０日に中華人民共和国の国家知的所有権事務所に出願された中国特許出願シリアル番号２０１２１０１１７７０４．８。

上記の出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

［技術分野］
本開示は、バッテリ分野に、そして、より詳しくは、電極端子、カバーアセンブリ、およびカバーアセンブリ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、高い容量、長いサイクル寿命、などの利点のため、現代の車両用の理想的な電源である。リチウムイオンバッテリは、電気的コアを形成するために正極プレート、セパレータおよび負極プレートを順次巻回するかまたは積み重ね、バッテリシェルおよびカバープレートによって形成されるチャンバ内にこの電気的コアを配置し、チャンバ内に電解質を注入し、そしてバッテリシェルの開口端部をシールし、その後の構成によって形成される。したがって、リチウムイオンバッテリにおいて、カバープレートによってバッテリのシール性能を確実にすることは、非常に重要である。バッテリのシール性能が良いかどうかは、リチウムイオンバッテリのバッテリの安全性、シール性能、耐老化性および絶縁性能に影響を及ぼしてよい。加えて、カバープレートは、リチウムイオンバッテリの総コストのうちの一定の割合を占めてよいので、カバープレートの生産効率および歩留まりは、主にコストを減らすために強化されてよい。

今のところ、リチウムイオンバッテリのシールおよび絶縁は、プラスチックを射出成形することによって、主に理解される。一方、セラミックシール部材は、カバープレートを絶縁して、シールするために使用されてよい。しかしながら、セラミックは、結合する（ｗｅｌｄ）のが困難で、そして壊れるかまたは砕かれるのが容易であるので、セラミックは、セラミックガスケットとしての使用に制限されるだけである。そして、他の従来のシール部材（例えばプラスチックシール部材）は、カバープレートと電極端子との間のシーリングのためにまだ必要とされてよい。カバープレートと電極端子との間を絶縁してシールするためにセラミックシール部材が用いられるとき、材質の相違のせいで、結合プロセスの間に生じる大きい応力は、セラミックシール部材を壊すかまたは砕く場合があり、したがって、バッテリの信頼性および安定性を減少させ、リチウムイオンバッテリの安全性を減らし、製造の困難さを増加させ、バッテリの歩留まりを低下させ、バッテリの実際の適用および展開に影響を及ぼす。

本開示の実施形態は、少なくともある程度、従来技術において存在する課題の少なくとも１つを解決しようとする。したがって、バッテリの歩留まりを上昇させてよく、バッテリの安全性を改善してよい電極端子は、提供されることを必要としてよい。

さらに、大規模に製造するのが容易であるカバーアセンブリは、提供されることを必要としてよい。したがって、カバーアセンブリの歩留まりが高いのに反して、製造の間、カバーアセンブリは、壊されて砕かれることが困難であってよい。

さらに、優れた耐老化性、長い寿命および強化された安全性を有してよい、カバーアセンブリを備えるバッテリは、提供されることを必要としてよい。

本開示の第１の態様によれば、電極端子は、提供されてよい。電極端子は、端子柱部、および端子柱部の端部上に形成される柱キャップ部を備えてよく、端子柱部に面する柱キャップ部の表面上にバッファ構造が配置される。

本開示の第２の態様によれば、カバーアセンブリは、提供されてよい。カバーアセンブリは、貫通するビアホールが形成されたカバープレート本体、ビアホールに固定的に受け入れられる絶縁シール部材、および、本開示の第１の態様による電極端子を備えてよく、電極端子の端子柱部は、電流を引き出すためにビアホールを貫通し、絶縁シール部材は、カバープレート本体と電極端子との間に挟まれ、バッファ構造は、柱キャップ部と絶縁シール部材との間に配置される。

本開示の第３の態様によれば、バッテリは、提供されてよい。バッテリは、少なくとも１つの開口端部を有するシェル、開口端部をシールするための本開示の第２の態様によるカバーアセンブリ、シェルおよびカバーアセンブリによって形成される密閉空間内に受け入れられる電気的コアおよび電解質を備えてよく、電極端子は、電気的コアと電気的に接続される。

本開示の一実施形態によるバッファ構造を有する電極端子については、電極端子が絶縁シール部材と結合されるときに、結合の間、異なる部材の材質間の膨張率の違いによって生じる大きい応力は、減少してよい。加えて、壊れて砕けがちなセラミックシール部材は、結合の間、保護されてよく、したがって、バッテリの信頼性を強化する。

一方、セラミックシールされたカバーアセンブリを備えるバッテリは、改良された耐老化性および長い寿命の利点を有する。したがって、それに応じてバッテリの安全性および性能を強化する。さらに、ビアホールは、取付け溝部の底部に形成される電極受け入れ孔を有するカバープレート本体の表面から突出する取付け溝部を備え、そして、電極端子の端子柱部は、電極受け入れ孔を貫通し、したがって、絶縁シール部材がカバープレート本体と結合されるときに生じる応力をさらに減らす。通常、本開示の一実施形態による電極端子およびカバーアセンブリは、単純な製造プロセスを用いて製造するのが容易である。加えて、バッテリの歩留まりおよびバッテリの安定性は、増加してよい。したがって、セラミックシールされたバッテリの実際の適用および展開のための強固な基礎を敷く。

本開示の実施形態のさらなる態様および利点は、以下の説明において部分的に与えられ、以下の説明から部分的に明らかになり、または、本開示の実施形態の実行から学ばれるであろう。

本開示の実施形態のこれらのおよび他の態様および利点は、添付図面を参照してなされる以下の説明から明らかになり、より容易に認識されるであろう。

図１は、本開示の一実施形態による電極端子の斜視図である。 図２は、本開示の一実施形態による電極端子の断面図である。 図３は、本開示の他の実施形態による電極端子の斜視図である。 図４は、本開示の一実施形態によるカバーアセンブリの概略的断面図である。 図５は、本開示の一実施形態によるカバープレート本体の断面図である。 図６は、本開示の一実施形態によるカバープレート本体におけるビアホールの拡大断面図である。 図７は、本開示の一実施形態によるセラミックシール部材の斜視図である。 図８は、本開示の一実施形態によるバッテリの断面図である。 図９は、本開示の一実施形態によるリチウムイオンバッテリの斜視図である。 図１０は、本開示の他の実施形態によるリチウムイオンバッテリの斜視図である。

参照は、本開示の実施形態に詳細になされる。図面に関して本明細書において記述される実施形態は、説明的であり、例示的であり、そして、本開示を一般に理解するために用いられる。実施形態は、本開示を制限するように解釈されてはならない。同じまたは類似の要素、および同じまたは類似の機能を有する要素は、記述の全体にわたり同様の参照番号によって示される。

説明において、特定されるかまたはさもなければ制限されない限り、装置または要素の方向（例えば、「よりも上」、「よりも下」、などの用語）に関して本明細書において用いられる語法および用語法は、本開示の説明を単純化するための議論の下でそれから記載されるような、または図面に示されるような方向を指すものと解釈されなければならないが、しかし、参照される装置または要素が特定の方向を有しなければならないことを示すかまたは意味するだけではないことを理解すべきである。さらに、本開示は、特定の方向において造られるかまたは操作される必要はない。

本開示の一実施形態によるカバーアセンブリは、バッテリをシールするために用いられて、主にリチウムイオンバッテリ（特に、高出力のリチウムイオンバッテリ（例えば、リチウムイオンパワーバッテリまたはリチウムイオンストレージバッテリ））をシールするために用いられる。当業者ならば周知のように、リチウムイオンバッテリは、少なくとも１つの開口端部を有するシェル、シェル内に配置される電気的コア、およびシェル内に受け入れられる電解質を備える。電解質の漏洩を回避するために、カバーアセンブリは、シェルの開口端部をシールするために用いられる。シェルは、一般に、電気的コアおよび電解質を受け入れるためのアルミニウムまたはスチール製のものである。１つの開口端部は、あってよい。すなわち、リチウムイオンバッテリの一端から電流を引き出すために、シェルの一端は、開口される。あるいは、２つの開口端部は、あってよい。すなわち、リチウムイオンバッテリの２つの端部からそれぞれ電流を引き出すために、シェルの２つの端部は、開口される。以下で、開口端部の個数および／または位置に制限はない点に留意する必要がある。開口端部は、シェルの短辺に形成されてよい。そして、電気的コアは、シェル内に垂直に直接配置される。すなわち、電流を引き出すための電気的コアの一端は、開口端部から露出する。開口端部は、シェルの長辺に形成されてもよい。そして、電気的コアは、シェル内に水平に直接配置される。すなわち、電気的コアの巻かれた円弧状の縁部は、開口端部から露出してよい。電気的コアは、正極プレート、セパレータおよび負極プレートを順次積み重ねるかまたは巻回することによって形成されてよい。電気的コアの構造およびそれを準備するプロセスは、公知技術の任意のプロセスによって達成されてよいので、その詳細な説明は、明確さの目的のためにここでは省略される。

本開示の一実施形態によるカバーアセンブリについて、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。

図４に示すように、本開示のカバーアセンブリは、カバープレート本体１、電極端子２および絶縁シール部材を備える。

電極端子２は、バッテリから電流を引き出すための電気的コア（図示せず）と電気的に接続される。電極端子３の個数または形状に制限はない。そしてそれは、引き出される電流の大きさにしたがって決定されてよい。一実施形態において、電極端子２は、タブと接続される金属導電部材でもよい。そしてそれは、電気的コアと電極端子２との間に電気伝導を達成するために電気的コアと直接接続されてよい。あるいは、電極端子２は、接続ピースと接続されてよい。次いで、接続ピースは、電気的コアと電極端子２との間に電気伝導を達成するために電気的コアのタブと結合される。

一実施形態において、電極端子２は、端子柱部２２、および端子柱部２２の端部上に形成される柱キャップ部２１を備える。柱キャップ部２１および端子柱部２２は、一体的に形成されてよく、そして、溶接または冷間圧造によって互いに接続されてもよい。柱キャップ部２１および端子柱部２２の材料に制限はない。例えば、正電極端子のための、柱キャップ部２１および端子柱部２２の材料は、純アルミニウム、アルミニウム合金などでよく、そして、負電極端子のための、柱キャップ部２１および端子柱部２２の材料は、純銅などでよい。

柱キャップ部２１および端子柱部２２の形状に制限はない。但し、柱キャップ部２１および端子柱部２２は、互いに接続される。一実施形態において、柱キャップ部２１および端子柱部２２は、垂直方向に互いに接続される。例えば、互いに垂直な、矩形のシート状の柱キャップ部２１と、矩形のシート状の端子柱部２２とは、互いに接続される。柱キャップ部２１および端子柱部２２は、必要に応じて組み立てられてよい。図２に示すように、電極端子２は、逆「Ｔ」形状を有してよい。以下において、円柱状の端子柱部２２は、例示目的のための例として説明される。一実施形態において、端子柱部２２は、約６．０＋０．０５ｍｍの直径を有してよい。カバーアセンブリの他の部材の寸法（例えば、ビアホール１１、電極受け入れ孔１１１１および中央孔３３の寸法）は、端子柱部２２の直径にしたがって決定されてよい。一実施形態において、柱キャップ部２１の形状は、円柱状の端子柱部２２の形状に適合される。そして、柱キャップ部２１は、柱キャップ部２１の軸線に垂直な平面において円として突設される。例えば、一実施形態において、柱キャップ部２１は、端子柱部２２の高さの約１／４よりも大きくて、かつ、端子柱部２２の高さの約半分よりも小さい高さを有する円柱であってよい。特に、柱キャップ部２１は、図２〜図３に示すように、約２．５＋０．０５ｍｍの高さおよび約８．８（＋０．０３）ｍｍの外径を有してよい。他の実施形態において、柱キャップ部２１は、薄い円形の金属シートなどであってよい。そしてそれは、図１に示すように、約０．８ｍｍの厚みおよび端子柱部２２の外径よりも大きい外径を有してよい。

一実施形態において、バッファ構造２１１は、端子柱部２２に面する柱キャップ部２１の表面２１１１上に配置される。特に、電極端子２が絶縁シール部材に結合されるときに異なる材質間に生じる応力を減らして、カバーアセンブリ上の結合の影響を減らすために、バッファ構造２１１は、図１〜図３に示すように、柱キャップ部２１の内面２１１１上に形成されてよい。バッファ構造２１１に制限はない。但し、それは、上記のバッファ効果を達成してよい。いくつかの実施形態では、柱キャップ部２１と絶縁シール部材との間に支持制動部材が配置される必要があるだけである。例えば、支持制動部材は、内面２１１１において柱キャップ部２１と一体的に形成されるボスであってよい。そして、ボスの個数および形状に制限はない。あるいは、支持制動部材は、柱キャップ部２１の内面２１１１と共に一体的に形成されてバッファ効果を有するセルラ金属部材であってよい。そして、セルラ金属部材は、シート状などであってよい。一実施形態において、バッファ構造２１１は、柱キャップ部２１の表面の周辺に形成される支持制動リングとして構成されてよい。すなわち、環状の支持ボスは、柱キャップ部２１の内面２１１１上に形成される。支持制動リング２１１の形状に制限はない。但し、それは環状である。例えば、支持制動リング２１１は、環状リング、角リング、六面体リングなどでもよい。環状の支持ボスの外径に制限はない。例えば、環状の支持ボスの外径は、柱キャップ部２１の外径よりも大きくてもまたは小さくてもよい。一実施形態において、支持制動リング２１１の内径は、柱キャップ部２１の外径よりも大きくてもまたは等しくてもよい。そして、接続部品は、柱キャップ部２１と支持制動リング２１１との間に配置される。他の実施形態では、支持制動リング２１１の外径は、柱キャップ部２１の外径よりも小さくてよい。そして、環状の支持ボスは、柱キャップ部２１の内面２１１１上の端子柱部２２と連結されて、すなわち、端子柱部２２の表面の一部に被覆されてよい。あるいは、環状の支持ボスは、端子柱部２２と連結されなくてよく、そして、環状の支持ボスと端子柱部２２との間にギャップを形成するように、端子柱部２２の外径よりも大きい内径を有してよい。支持制動リング２１１の厚みに制限はない。例えば、支持制動リング２１１の厚みは、電気端子２とカバープレート本体１との間にクランプされる対応する絶縁シール部材の厚みの約１／３から約３／４までであってよい。環状の支持ボスの高さは、対応する絶縁シール部材の高さの約１／４から約１／２までであってよい。一実施形態において、約８．８＋０．０３ｍｍの外径を有する柱キャップ部２１のために、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の厚みを有する環状の支持ボスは、柱キャップ部２１の内面２１１１上に形成されてよい。そして、環状の支持ボスは、約０．８＋０．０５ｍｍの距離だけ、柱キャップ部２１の内面２１１１のエッジから離間されてよい。バッファ構造２１１および柱キャップ部２１は、柱キャップ部２１が作られるときに一体的に形成されてよい。あるいは、柱キャップ部２１は、最初に形成されてよい。次いで、バッファ構造２１１は、柱キャップ部２１の内面２１１１に結合される。

柱キャップ部２１は、さらに機械的に処理されてよい。例えば、図２に示すように、第１の面取りした面２１３は、柱キャップ部２１の外周面２１４の周辺に形成される。したがって、柱キャップ部２１は、外部の負荷または電極接続ピースと都合よく接続されてよく、柱キャップ部２１は、結合のための電極接続ピースの取付け孔に容易に取り付けられてよい。そして、はんだ付けプロセスが実行される場合、はんだは、はんだ付けジョイントに集中されてよく、分散するのを防止されてよい。

一実施形態において、端子柱部２２は、柱キャップ部２１と接続される第１の柱部２２１、および、金属導体と係合するための、第１の柱部２２１と固定的に接続されて、第１の柱部２２１の外径よりも小さい外径を有する第２の柱部２２２を備える。一実施形態において、第１の柱部２２１は、セラミックシール部材３の中央孔３３を貫通して、電流を引き出すための第２の柱部２２２と共にセラミックシール部材３の外へ延びる。第２の柱部２２２は、バッテリの電極の出力端子として使用されて、レーザー溶接、抵抗溶接または他の溶接プロセスによって外部の負荷と接続されてよい。

カバープレート本体１は、バッテリのシェルをシールするために用いられる。図５に示すように、カバープレート本体１は、バッテリから電流を引き出すためのカバープレート本体１を貫通するビアホール１１を有して形成される。ビアホール１１の個数に制限はない。そしてそれは、電流を引き出すための電極端子３の個数にしたがって決定されてよい。例えば、電流がバッテリの一端から引き出されるとき、カバープレート本体１は、１つの極性を有する電極端子２が貫通する１つのビアホール１１を有して形成されてよい。このとき、反対の極性を有する電極端子２は、例えば、電流を引き出すためのシェルと接続されてよい。そして、カバープレート本体１を貫通する電極端子２は、絶縁処理を受ける。カバープレート本体１は、同じ極性または反対の極性を有する電極端子３がそれぞれ貫通する複数のビアホール１１を有して形成されてもよい。異なる極性を有する電極端子３が複数のビアホール１１をそれぞれ貫通するとき、１つの極性を有する電極端子３だけは、絶縁処理を受けてよく、または、電極端子３およびカバープレート本体１は、全て絶縁処理を受ける。

ビアホール１１の形状に制限はない。但し、電極端子２の端子柱部２２は、それを貫通してよい。例えば、ビアホール１１は、円筒形であってよい。そしてそれは、カバープレート本体１を貫通し、そして、電極端子２の外径よりもわずかに大きい直径を有する。一実施形態において、ビアホール１１の直径は、柱キャップ部２１の外径よりも小さくてよい。そして、ビアホール１１は、柱キャップ部２１と係合されてよい。他の実施形態では、ビアホール１１の直径は、柱キャップ部２１の外径よりも大きくてよい。そして、柱キャップ部２１は、ビアホール１１内に完全にまたは部分的に配置される。図６に示すように、一実施形態において、ビアホール１１は、カバープレート本体１の表面から突出する取付け溝部１１１を備える。カバープレート本体１の表面は、バッテリから露出するカバープレート本体１の上面、または内側に面するカバープレート本体１の下面でもよい。そしてそれは、電極端子２の取付け関係にしたがって決定されてよい。例えば、電極端子２の柱キャップ部２１が外部の負荷と接続されるためにバッテリシェルの外側に配置され、そして、第２の柱部２２２が電気的コアと接続されるためにバッテリシェルの内側に配置されるとき、取付け溝部１１１は、シェルの内側に配置されてよい。すなわち、取付け溝部１１１は、カバープレート本体１の下面から突出する。あるいは、図８に示すように、第２の柱部２２２が外部の負荷と接続されるためにバッテリシェルの外側に配置され、そして、電極端子２の柱キャップ部２１が電気的コアと接続されるためにバッテリシェルの内側に配置されるとき、取付け溝部１１１は、外部に突設されてよい。すなわち、取付け溝部１１１は、カバープレート本体１の上面から突出する。図４に示すように、取付け溝部１１１は、バッテリから露出するカバープレート本体１の上面から突出する。取付け溝部１１１およびカバープレート本体１は、一体的に形成されてよい。あるいは、カバープレート本体１は、最初に形成されてよい。次いで、取付け溝部１１１は、カバープレート本体１と結合される。一実施形態において、取付け溝部１１１には滑らかな移行部分（例えば円弧状の移行部分）がある。そして、取付け溝部１１１とカバープレート本体１との間に接続される他の滑らかな移行部分がある。したがって、シール性能に加えて、組立の間の時間に機械的応力のバッファおよび減少を確実にする。さらに、カバーアセンブリの曲げ強さは、増加する。一実施形態において、電極受け入れ孔１１１１は、取付け溝部１１１の底部１１１３に形成される。そして、電極端子２の端子柱部２２は、電流を引き出すための電極受け入れ孔１１１１を貫通する。電極受け入れ孔１１１１の個数に制限はない。例えば、電極受け入れ孔１１１１の個数は、電極端子２の個数にしたがって決定されてよい。一実施形態において、カバープレート本体１は、１つの大きいビアホール１１を有して形成されてよく、１つの大きい取付け溝部１１１だけは、大きいビアホール１１に突設され、電極端子２に対応する電極受け入れ孔１１１１は、取付け溝部１１１の底部１１１３において形成され、各電極端子２は、電流を引き出すための１つの対応する電極受け入れ孔１１１１を貫通し、そして、絶縁シール部材は、取付け溝部１１１と電極端子２との間に挟まれている。あるいは、取付け溝部１１１の個数は、電極端子２の個数にしたがって決定されてもよい。１つの電極受け入れ孔１１１１だけは、取付け溝部１１１の底部１１１３において形成されてよい。あるいは、複数の取付け溝部１１１の底部１１１３の各々の電極受け入れ孔１１１１の個数は、互いに異なってもよい。図６に示すように、一実施形態において、第２の面取りした面１１１２は、電極受け入れ孔１１１１の周辺に形成される。その結果、セラミックシール部材３および電極端子２は、電極受け入れ孔１１１１へと、またはそれから都合よく貫通してよい。

カバープレート本体１の個数に制限はない。そしてそれは、シェルの開口端部の個数にしたがって決定されてよい。さらに、カバープレート本体１の形状に制限はない。そしてそれは、シェルの開口端部の形状にしたがって設計されてよい。例えば、カバープレート本体１は、円形または四角形の形状を有してよい。カバープレート本体１は、例えば、約２．０ｍｍの厚みを有してよい。カバープレート本体１の材料に制限はない。例えば、カバープレート本体１の材料は、純アルミニウム、アルミニウム合金、などから選択されてよい。カバープレート本体１上の他の構造（例えば、液体注入口）およびその製造方法は、従来技術において容易に達成されてよいので、その詳細な説明は、明確さの目的のためにここでは省略される。

一実施形態において、絶縁シール部材３は、ビアホール１１内に固定的に受け入れられて、絶縁およびシールのためにカバープレート本体１と電極端子２との間に挟まれる。バッファ構造は、柱キャップ部２１と絶縁シール部材３との間に配置される。絶縁シール部材に制限はない。例えば、絶縁シール部材は、射出成形部材であってよい。図７に示すように、一実施形態において、絶縁シール部材は、セラミックシール部材３であってよい。中央孔３３は、セラミックシール部材３の中心に形成される。電極端子２の端子柱部２２は、中央孔３３を貫通する。そして、セラミックシール部材３は、端子柱部２２とカバープレート本体１との間に挟まれている。一実施形態において、セラミックシール部材３の中央孔３３の内径は、電極端子２の端子柱部２２の外径と嵌合されるように構成される。セラミックシール部材３の中央孔３３の内径は、加熱されるときにセラミックシール部材３の膨張を回避するように、中央孔３３と端子柱部２２との間に隙間が形成されることを許容するために、端子柱部２２の外径よりもわずかに大きくてよい。セラミックシール部材３の中央孔３３の内径は、柱キャップ部２１の外径よりも小さくてよい。したがって、端子柱部２２が中央孔３３を貫通し、そして柱キャップ部２１がセラミックシール部材３と接続されることを確実にして、セラミックシール部材３と電極端子２との間の良好なシール性能を確実にする。

セラミックシール部材３は、ビアホール１１を貫通するシール部３１、および、シール部３１の外径よりも大きい外径を有し、かつバッファ構造２１１およびカバープレート本体１とそれぞれ接続される接続部３２を備える。ビアホール１１を有するカバープレート本体１のために、シール部３１は、ビアホール１１を貫通して、端子柱部２２とカバープレート本体１との間に挟まれており、そして、接続部３２は、バッファ構造２１１とカバープレート本体１との間に挟まれている。一実施形態において、ビアホール１１は、カバープレート本体１の表面から突出する取付け溝部１１１を備える。電極受け入れ孔１１１１は、取付け溝部１１１の底部１１１３に形成される。そして、セラミックシール部材３は、電極受け入れ孔１１１１を貫通するシール部３１、および、シール部３１の外径よりも大きい外径を有し、かつバッファ構造２１１およびカバープレート本体１とそれぞれ接続される接続部３２を備える。接続部３２は、取付け溝部１１１内に配置される。すなわち、接続部３２は、取付け溝部１１１の内側に配置される。したがって、結合を容易にして、カバーアセンブリの安定した接続を確実にする。接続部３２は、ビアホール１１内に完全に配置されてよい。すなわち、接続部３２の高さは、ビアホール１１が形成されるカバープレート本体１の厚みよりも小さい。あるいは、接続部３２は、ビアホール１１内に部分的に配置されてよい。すなわち、接続部３２の高さは、ビアホール１１が形成されるカバープレート本体１の厚みよりも大きい。あるいは、接続部３２の高さは、カバープレート本体１の厚みに等しい。一実施形態において、ビアホール１１の口径は、接続部３２の外径よりも大きいかまたはそれに等しく、電極受け入れ孔１１１１の口径は、シール部３１の外径と嵌合されるように構成されて、かつ接続部３２の外径よりも小さい。その結果、カバーアセンブリは、良好なシール性能を有してよい。接続部３２を取付け溝部１１１の底部１１１３と接続するステップは、セラミックを金属と接続するための従来周知の任意のプロセス（例えば、金属はんだ付け用フラックスを用いるプロセス）によって実行されてよい。例えば、第１の金属結合層（図示せず）は、接続部３２と取付け溝部１１１の底部１１１３の内面との間に配置され、そして、第１の金属結合層は、はんだ付けにより、接続部３２の表面を金属で覆って、接続部３２を取付け溝部１１１の底部１１１３の内面と結合させることによって形成される。金属で覆うステップは、従来技術において一般的に用いられるセラミックの表面メタライズプロセス（例えば、Ｍｎ−Ｍｏの表面メタライズ）によって実行されてよい。一実施形態において、セラミックを金属で覆った後、溶接接合の機械的強度を強化するように、結合に影響を及ぼさないニッケル、亜鉛、アルミニウムおよび他の元素は、さらにメッキされてよい。一実施形態において、移行金属リングは、接続部３２と取付け溝部１１１の底部１１１３の内面１１１４との間にさらに配置される。移行金属リングは、はんだ付けプロセスの間に生じる機械的応力を緩和または減少するために用いられてよい。移行金属リングは、アルミニウムまたはアルミニウム合金と容易に結合されてよいさまざまな金属材料で作られてよい。例えば、移行金属リングは、純アルミニウム、アルミニウム合金、などでできていてよい。移行金属リングの最大の外径は、セラミックシール部材３の接続部３２の外径と同一または異なっていてよい。はんだ付けプロセスは、従来技術において共通に用いられるので、その詳細な説明は、明確さの目的のためにここでは省略される。はんだ付けプロセスによって、結合される基板は、溶接接合で一体的に接続されてよい。すなわち、取付け溝部１１１およびセラミックシール部材３は、一体構造に結合される。一方で、シール強度は、確実にされてよい。他方で、材料の界面違いは、減少されてよく、したがって、バッテリによって発生する熱と同様に、カバーアセンブリの内部抵抗は、減少する。

バッファ構造２１１を接続部３２の外部端面と接続するステップは、セラミックを金属と接続するための従来周知の任意のプロセス（例えば、金属はんだ付け用フラックスを用いるプロセス）によって実行されてよい。例えば、第２の金属結合層（図示せず）は、バッファ構造２１１と接続部３２の外部端面３２１との間に配置され、そして、第２の金属結合層は、はんだ付けにより、接続部３２の外部端面３２１を金属で覆って、接続部３２の金属被覆された外部端面３２１をバッファ構造２１１と結合させることによって形成される。金属で覆うステップは、従来技術において一般的に用いられるセラミックの表面メタライズプロセス（例えば、Ｍｎ−Ｍｏの表面メタライズ）によって実行されてよい。一実施形態において、セラミックを金属で覆った後、溶接接合の機械的強度を強化するように、結合に影響を及ぼさないニッケル、亜鉛、アルミニウムおよび他の元素は、さらにメッキされてよい。一実施形態において、移行金属リングは、バッファ構造２１１と接続部３２の外部端面３２１との間にさらに配置される。移行金属リングは、はんだ付けプロセスの間に生じる機械的応力を緩和または減少するために用いられてよい。移行金属リング（図示せず）は、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結合されてよいさまざまな金属材料で作られてよい。例えば、移行金属リングは、コバール合金、銅、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金でできていてよい。移行金属リングの最大の外径は、セラミックシール部材３の接続部３２の外径と同一または異なっていてよい。一実施形態において、溶接接合の機械的強度を強化するために、結合に影響を及ぼさないニッケル、亜鉛、アルミニウムおよび他の元素は、移行金属リングの表面上にさらにメッキされてよい。はんだ付けプロセスは、従来技術において共通に用いられるので、その詳細な説明は、明確さの目的のためにここでは省略される。はんだ付けプロセスによって、結合される基板は、溶接接合で一体的に接続されてよい。すなわち、電極端子２の柱キャップ部２１およびセラミックシール部材３は、一体構造に結合される。一方で、シール強度は、確実にされてよい。他方で、材料の界面違いは、減少されてよく、したがって、バッテリによって発生する熱と同様に、カバーアセンブリの内部抵抗は、減少する。

いくつかの実施形態では、セラミックシール部材３は、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、窒化アルミニウム・セラミック・リング、窒化ボロン・セラミック・リング、窒化シリコン・セラミック・リング、および、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つでよい。一実施形態において、セラミックシール部材３は、酸化アルミニウム・セラミック・リング、または、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・リングでよくて、セラミックシール部材３の中央孔３３は、直径約６．０＋０．１ｍｍの口径および約２．５＋０．１ｍｍの厚みを有する。セラミックシール部材３は、電解質によって腐食することのない良好な耐食性を有し、したがって、リチウムイオンバッテリの有効寿命を確実にする。セラミックシール部材３の衝撃強さおよび耐熱衝撃性は、ガラスシール部材の衝撃強さおよび耐熱衝撃性よりも優れていてよい。その結果、カバーアセンブリの構造は、より安定してよく、シール性能は、改良されてよい。セラミックプレートのピースよりもむしろ、この実施形態において構成されるようなセラミックシール部材３がシールおよび接続媒体として用いられるときに、セラミックシール部材３は、より大きい厚みを有して、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を改良する点に留意する必要がある。

一実施形態において、カバーアセンブリは、電極接続ピース５をさらに備えてよい。電極端子２は、電流を引き出すための電極接続ピース５を介して電気的コアと電気的に接続される。電極接続ピース５は、電極端子２と取り付けるための取付け孔を有して形成される。取付け孔の寸法および位置に制限はない。そしてそれは、取り付けられる電極端子２にしたがって決定されてよい。電極端子２の取付けは、図８に示すように、セラミックシール部材３から延びる電極端子２の第２の柱部２２２の一部を取付け孔に結合することによって達成されてよく、あるいは、電極端子２の柱キャップ部２１の一部を取付け孔に結合することによって達成されてよい。一実施形態において、第２の柱部２２２は、取付け孔に取り付けられる。他の実施形態では、柱キャップ部２１は、取付け孔に取り付けられる。取付け孔は、電極接続ピース５を貫通してもしなくてもよい。そしてそれは、接続される電極端子２の部分にしたがって決定されてよい。電気的短絡を防止するために、絶縁処理は、カバープレート本体１と電極接続ピース５との間に実行されてよい。例えば、シールリング（図示せず）は、カバープレート本体１と電極接続ピース５との間に設けられてよい。シールリングの形状に制限はない。この実施形態において、特に、Ｏ−リングは、セラミックシール部材３の下端にわたって適合してよい。シールリングは、電解質に溶解しない材料（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）でできていてよい。

本開示の一実施形態によるカバーアセンブリを製造する方法は、以下のステップを含む。

セラミックシール部材３の接続部３２は、表面を金属被覆される（ステップＳＩ）。

次いで、電極端子２の端子柱部２２は、セラミックシール部材３の中央孔３３に嵌入されて、端子柱部２２の端部は、中央孔３３から延び出る。そして、電極端子２の柱キャップ部２１は、セラミックシール部材３の接続部３２の外部端面３２１と結合される（ステップＳ２）。

このステップでは、金属柱キャップ部２１は、はんだ付けまたは融合キャストプロセスによって、セラミックシール部材３の接続部３２と結合される。はんだ付けプロセスにとって、はんだ付け用フラックスは、溶接を実行するために母材の融点よりも低くない温度で使われることを必要とする。融合キャストプロセスにとって、母材だけは、金属とセラミックとの間の接続を達成するために溶解することを必要とする。融合キャストプロセスのステップおよびパラメータは、従来技術において周知である。いくつかの実施形態では、はんだ付けプロセスにおいて使用するはんだは、セラミックをアルミニウム（例えば、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｍｇ合金、またはＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ合金）と結合するためのものでよい。一実施形態において、はんだ付けプロセスにおいて使用するはんだは、Ｓｉの含有量が０〜約１２ｗｔの範囲にあり、都合よくは５ｗｔ〜約８ｗｔの範囲にあり、そして残りがＡｌである、Ａｌ−Ｓｉ合金であってよい。はんだ付けプロセスは、真空または不活性ガス雰囲気の下で約５７０℃〜約６２５℃の温度で実行される。一実施形態において、不活性ガス雰囲気は、窒素雰囲気または、窒素および水素の混合ガス雰囲気であってよい。はんだ付けの後、はんだ付け用フラックス層は、柱キャップ部２１と接続部３２との間に形成される。すなわち、柱キャップ部２１は、はんだ付け用フラックス層を介して接続部３２と接続される。一実施形態において、融合キャストプロセスは、真空または不活性ガス雰囲気の下で約６００℃〜約１３００℃の温度で実行されてよい。

電極端子２およびセラミックシール部材３の一体構造は、カバープレート本体１のビアホール１１内に配置される。電極端子２の端子柱部２２およびセラミックシール部材３のシール部３１は、取付け溝部１１１の底部１１１３の電極受け入れ孔１１１１を貫通する。次いで、カバーアセンブリを一体構造にするために、接続部３２は、取付け溝部１１１の底部１１１３の内面と結合される（ステップＳ３）。結合ステップは、物理的結合プロセスによって実行されてよい。例えば、異なる金属の間に結合を達成するために、物理的結合プロセスは、抵抗溶接、レーザー溶接または超音波溶接であってよい。抵抗溶接、レーザー溶接または超音波溶接プロセスのステップおよびパラメータは、従来技術において周知であるので、その詳細な説明は、明確さの目的のためにここでは省略される。

カバープレート本体１の下面上の電極端子２の柱キャップ部２１は、電極接続ピース５の取付け孔に嵌入されてそれと結合される。結合ステップは、物理的結合プロセスによって実行されてよい。例えば、異なる金属の間に結合を達成するために、物理的結合プロセスは、抵抗溶接、レーザー溶接または超音波溶接であってよい。抵抗溶接、レーザー溶接または超音波溶接プロセスのステップおよびパラメータは、従来技術において周知であるので、その詳細な説明は、明確さの目的のためにここでは省略される。

上記の方法において、１つのカバープレート本体１は、１つの電極端子２を有して形成されてよく、そして、異なる極性を有する複数の電極端子２を有して形成されてもよい。上記の製造方法のステップのシーケンスは、取付けモードおよび結合温度にしたがって調整されてよい。電極端子が負の電極端子であるとき、カバーアセンブリは、上記ステップにしたがって直接製造されてよい。電極端子が正の電極端子であるとき、ステップＳ２、Ｓ３は、組み替えられてよい。すなわち、電極端子２、セラミックシール部材３およびカバープレート本体１は、その位置関係にしたがって組み立てられて、次いで互いに結合される。例えば、正および負の電極端子があるとき、セラミックシール部材３および１つの極性を有する電極端子２（例えば、負の電極端子）は、ステップＳ１、Ｓ２にしたがって最初に一体構造になり、次いで、この一体構造およびカバープレート本体１は、組立てられる。次いで、セラミックシール部材の表面は、ステップＳ１にしたがって金属被覆される。そして、セラミックシール部材３、カバープレート本体１、および反対の極性を有する電極端子２（例えば、正の電極端子）は、組み立てられる。次いで、正の電極端子および負の電極端子は、ステップＳ３にしたがってそれぞれ結合される。最後に、それに続くステップは、それに応じて実行される。

本開示の一実施形態によれば、バッテリは、提供される。バッテリは、少なくとも開口端部１０２を有するシェル１０１、開口端部１０２をシールするための上記のカバーアセンブリ、および、シェル１０１とカバーアセンブリとによって形成される密閉空間内に受け入れられる電気的コアおよび電解質（図示せず）を備え、電極端子２は、電気的コアと電気的に接続される。以下に、本開示の主旨および本質をより良く理解するために、バッテリ（例えばリチウムイオンバッテリ）のさらなる実施形態は、例示される。

一実施形態において、図９に示すように、シェル１０１が１つの開口端部１０２を有するとき、電気的コアは、シェル１０１内に配置され、電解質は、シェル１０１内に注入される。次いで、２つの電極端子２が形成されたカバーアセンブリは、シェル１０１の開口端部１０２上に取り付けられる。このプロセスでは、カバーアセンブリの周辺は、シェル１０１と結合される。そして、カバーアセンブリの電極接続ピースは、電気的コアと接続される。特に、電気的コアの正極プレートは、正極タブを介して１つの電極端子上の電極接続ピースと接続される。そして、電気的コアの負極プレートは、負極タブを介して他の電極端子上の電極接続ピースと接続される。組み立て後、密閉空間は、カバーアセンブリとシェル１０１との間に形成される。そして、電気的コアおよび電解質は、密閉空間内に受け入れられる。２つの電極端子は、それぞれリチウムイオンバッテリの２つの電極として用いられて、それぞれ外部電気装置と接続されてよい。

一実施形態において、図１０に示すように、シェル１０１は、２つの開口端部１０２を有してよく、そして、２つのカバーアセンブリ（１つのカバーアセンブリは、正の電極端子が形成され、他のカバーアセンブリは、負の電極端子が形成される）が形成されてよい。このとき、２つのカバーアセンブリは、シェル１０１の２つの開口端部１０２にそれぞれ取り付けられる。このプロセスでは、２つのカバーアセンブリの第２の柱部は、それぞれシェル１０１と結合される。そして、２つのカバーアセンブリの電極接続ピースは、それぞれ電気的コアと接続される。特に、電気的コアの正極プレートは、正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第２の柱部と接続される。そして、電気的コアの負極プレートは、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第２の柱部と接続される。組み立ての後、密閉空間は、２つのカバーアセンブリおよびシェルの中に形成される。そして、電気的コアおよび電解質は、密閉空間内に受け入れられる。２つのカバーアセンブリの端子柱部は、それぞれリチウムイオンバッテリの２つの電極として使われて、それぞれ外部電気装置と接続されてよい。

本開示の一実施形態によるバッファ構造を有する電極端子については、電極端子が絶縁シール部材と結合されるときに、結合の間、異なる部材の材質間の膨張率の違いによって生じる大きい応力は、減少してよく、カバーアセンブリへの大きい応力の影響は、弱められてよく、特に、大きい違いを有する異なる材質が結合されるときに生じるセラミックシール部材が壊れて砕けがちな課題は、解決されてよく、したがって、バッテリの信頼性を強化する。

一方、セラミックシールされたカバーアセンブリを備えるバッテリは、改良された耐老化性および長い寿命の利点を有する。したがって、それに応じてバッテリの安全性および性能を強化する。さらに、ビアホールは、取付け溝部の底部に形成される電極受け入れ孔を有するカバープレート本体の表面から突出する取付け溝部を備え、そして、電極端子の端子柱部は、電極受け入れ孔を貫通し、したがって、絶縁シール部材がカバープレート本体と結合されるときに生じる応力をさらに減らす。通常、本開示の一実施形態による電極端子およびカバーアセンブリは、単純な製造プロセスを用いて製造するのが容易である。加えて、バッテリの歩留まりおよびバッテリの安定性は、増加してよい。したがって、セラミックシールされたバッテリの実際の適用および展開のための強固な基礎を敷く。

説明的な実施形態が図示されかつ記述されたけれども、上記の実施形態は本開示を制限するものと解釈されることができず、そして、本開示の精神、原則および範囲を逸脱することなく実施形態において変更、選択および修正はなされることができることは、当業者によって認識される。

Claims (14)

1. カバーアセンブリであって、
   貫通するビアホールが形成されたカバープレート本体、
   前記ビアホールに固定的に受け入れられるセラミックシール部材、および、
   電極端子であって、端子柱部、および、前記端子柱部の端部上に形成される柱キャップ部、を備え、前記端子柱部に面する前記柱キャップ部の表面上にバッファ構造が配置され、前記バッファ構造が柱キャップ部と一体的に形成される、電極端子、を備え、
   前記電極端子の前記端子柱部は、電流を引き出すために前記ビアホールを貫通し、前記セラミックシール部材は、前記カバープレート本体と前記電極端子との間に挟まれ、前記バッファ構造は、前記柱キャップ部と前記セラミックシール部材との間に配置され、
   前記ビアホールは、前記カバープレート本体の表面から突出する取付け溝部を備え、前記取付け溝部の底部に電極受け入れ孔が形成され、前記電極端子の前記端子柱部は、前記電極受け入れ孔を貫通する、カバーアセンブリ。
2. 前記電極受け入れ孔の周辺に第２の面取りした面が形成される、請求項１に記載のカバーアセンブリ。
3. 前記セラミックシール部材は、
   前記ビアホールを貫通するシール部、および、
   前記シール部の外径よりも大きい外径を有して、前記バッファ構造および前記カバープレート本体とそれぞれ接続される接続部、を備える、請求項１に記載のカバーアセンブリ。
4. 前記ビアホールは、前記カバープレート本体の表面から突出する取付け溝部を備え、前記電極受け入れ孔は、前記取付け溝部の底部に形成され、前記セラミックシール部材は、前記電極受け入れ孔を貫通するシール部、および、前記シール部の外径よりも大きい外径を有して、前記バッファ構造および前記カバープレート本体とそれぞれ接続される接続部を備える、請求項３に記載のカバーアセンブリ。
5. 前記接続部は、前記ビアホール内に配置される、請求項４に記載のカバーアセンブリ。
6. 前記接続部と前記取付け溝部の前記底部の内面との間に、前記接続部の表面を金属被覆するように配置され、前記接続部を前記取付け溝部の前記底部の前記内面と結合される第１の金属結合層を有する、請求項４に記載のカバーアセンブリ。
7. 前記接続部と前記取付け溝部の前記底部の内面との間に移行金属リングがさらに配置される、請求項４に記載のカバーアセンブリ。
8. 前記バッファ構造と前記接続部の外部端面との間に、前記接続部の前記外部端面を金属被覆するように配置され、前記接続部の前記金属被覆した外部端面を前記バッファ構造と結合される第２の金属結合層を有する、請求項３または４に記載のカバーアセンブリ。
9. 前記バッファ構造と前記接続部の外部端面との間に移行金属リングがさらに配置される、請求項３または４に記載のカバーアセンブリ。
10. 前記端子柱部は、
    前記柱キャップ部と接触する第１の柱部、および、
    前記第１の柱部と固定的に接続されて、前記第１の柱部の外径よりも小さい外径を有する第２の柱部、を備え、
    前記第１の柱部は、前記セラミックシール部材の中心に形成される中央孔を貫通して、前記第２の柱部と共に前記セラミックシール部材から延び出る、請求項３に記載のカバーアセンブリ。
11. 前記電極端子と取り付けるための取付け孔が形成された電極接続ピースをさらに備え、
    前記第２の柱部は、前記取付け孔に取り付けられる、請求項１０に記載のカバーアセンブリ。
12. 前記電極端子と取り付けるための取付け孔が形成された電極接続ピースをさらに備え、前記柱キャップ部は、前記取付け孔に取り付けられる、請求項２に記載のカバーアセンブリ。
13. 前記カバープレート本体と前記電極接続ピースとの間にシールリングが設けられる、請求項１１または１２に記載のカバーアセンブリ。
14. バッテリであって、
    少なくとも１つの開口端部を有するシェル、
    前記開口端部をシールするための請求項１〜１３のいずれか１項に記載のカバーアセンブリ、
    前記シェルおよび前記カバーアセンブリによって形成される密閉空間内に受け入れられる電気的コアおよび電解質、を備え、
    前記電極端子は、前記電気的コアと電気的に接続される、
    バッテリ。
    

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