JPS625555A - 電気化学的電池用密封シ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電池容器内部の圧力が所定レベルに達したと
きに脱気を成すためにシールを電池容器の外部方向に除
去しやすくする手段を含む電気化学的電池系のガラス−
金属（ＧＴＭ）シールに関するものである。

〔従来技術と問題点〕

若干の電気化学的電池系は可撓性金属カバーを開放端部
に密着した容器の中に格納されている。

電池の端子がカバーを通して延在し、この端子とカバー
とに結合されたガラスピーズまたはセラミックスビーズ
によってカバーに対して密封される。

電池を密封状態に保持するためにはシールの一体性を保
持する事が重要である。ガラスまたはセラミックスは脆
く、壊れやすい。特に、電池の製造中にみられるように
端子に大きな外部応力が加えられたとき、または電池の
取り扱い中または使用中に落としたときに壊れやすい。

ガラスとセラミックスは圧縮方向において強いのである
から、これを金属カバーの包囲部分によって圧縮状態に
保持する事により、その強度が改良される。

シールは外部応力による破砕に抵抗する事ができなけれ
ばならないと同時に、電池内部の圧力の形成に感応して
このような内部圧を完全に放出するためにシールが壊れ
やすい事が望ましい。内部圧を放出し損なうと、電池の
構成部品の分解を生じる可能性がある。これは特に、リ
チウム、高蒸気圧有８Ｎ溶媒または無機正極／溶媒物質
を使用する電池系において真実である。このような物質
は高度に反応性または腐食性であって、外部環境に対す
る露出を防止し優れた貯蔵寿命を成すためには、密封さ
れなければならない。このような高反応性−腐食性物質
を使用する代表的な電池系は、リチウム／オキシハライ
ド、リチウム／　Ｍ　ｎ　Ｏ２、リチウム／ポリフッ化
炭素、リチウム／　Ｔ　ｉ　Ｓ　２、およびリチウム／
ＳＯ２電池系を含む。

前述のにうな電油成分の分解の可能性を防止づ”るため
、所定の内部圧においてシールが開く事が望ましい。更
に、電池の軽度の脱気を生じるに必要な圧力とシールの
噴出に必要な圧力との圧力範囲が比較的狭い事が望まし
い。このようにして、小さな脱気開口が生じた後に圧力
が上昇しつづける場合に、シールを除去して比較的大き
な脱気開口を生じる事ができる。

米国特許第４，１１５，６２９号は、電池端子から離間
された所定面積の脱気開口を有する可撓性金属部材を含
む電池フタ部材を開示している。

この開口の上に、この開口より大サイズの金属ディスク
が対称的に配置され、フタ部材とこのディスクに対して
ガラスまたはセラミックス層が密着される。この密着構
造は、電池内部の所定のガス圧発生によって脱気口を破
裂させ、ガスを電池から放出させるように構成される。

内部圧の上昇がフタ部材を外側に彎曲させて、その彎曲
効果がガラス、またはガラスと金属との接合を破砕する
に十分な剪断応力を生じる程度に大となった特産におい
て、前記の破裂が生じる。

米ｍ特１第４．０４７，２９２号と第 ４．２３３．３７２号においては、電池の金属カバーに
開口を備え、この開口に沿って、電池容器の内側に延び
たフランジが備えられる。前記の′３７２特許において
は、フランジは容器の側壁に対して大体平行に延びてい
るが、前記の′　２９２特許においては、フランジは拡
大型を成し、容器内部の開口の断面積が容器外部の開口
の断面積より大である。

欧州特願第６１．７２５号にＤｏ示の電池用シールは可
撓性カバーを含みこのカバーは、電池容器の開放端部に
密着された外周スカートと、内側に配置されて開口を画
成するフランジとを有し、この開口を通して電池の端子
が挿通される。この端子とフランジの双方に接着された
ガラスまたはセラミックス層を用いて、端子をフランジ
に対して密着させる。この欧州特願におけるフランジは
容器側壁に対して実質平行に延び、カバーの彎曲がシー
ルを破損破壊させる。

〔発明の概要〕

本発明はその１アスペクトにおいて、密着されたカバー
によって閉鎖された開放端部を有する容器から成るハウ
ジングの中に格納され、またハウジングの内部圧に感応
してハウジングを脱気させる手段を含むようにした電気
化学的電池系において、 （ａ）　　前記ハウジングは拡大型フランジを有し、こ
のフランジは縦方向通路を成し、この通路は前記ハウジ
ングの内側に対向する第１開口と、前記ハウジングの外
側に対向する第２開口とを有し、前記第２開口は前記第
１開口より大であり、また （ｂ）　　前記通路の内部に密着されたガラスを含むよ
うにした電気化学的電池系を提供するのである。

好ましくは、シール素材はガラスとする。しかし、下記
において用語°“ガラス″が使用された場合、この用語
はアルミナ含有素材などのセラミックスとボウケイ酸ガ
ラスなどのガラス素材とを共に包含するものとする。

通路中のガラスは、前記ハウジング中の圧力形成に感応
して破砕し、ハウジング内部のガスを放出させるらので
ある。

拡大型フランジによって画成される通路とこの通路の第
２開口は、破砕されたガスを通路から外側に向けて除去
しやすくする手段を成す。これにより通路は、ハウジン
グからガスを適切に排出するために開放状態に留まる。

好ましくは、拡大型フランジは、容器の開放端部を開鎖
するカバー上に配置される。しかしこのフランジは、容
器の側壁または底部など、任意適当な箇所に配置する事
ができる。

小型電池においては、容器とカバーは ０．０１５インチ以下の厚さの比較的薄い素材から成る
。この薄い素材についてＧＴＭシールに十分な表面積を
得るために、ハウジングから拡大型フランジが突出する
。しかし、容器および／またはそのカバーが厚さ０．０
１５インチまた（、１これ以上の比較的厚い素材から成
る場合、この素材を通してテーパ型孔を打ち抜き、また
は機械加工する事により通路を形成する事ができる。こ
のような厚い素材において（よ、テーバ型孔を画成する
面はＧＴＭシールにどって十分な面積を成す。従ってこ
の明細書において使用される用語゛拡大型フランジ”と
は、壁厚または突出フランジによって画成されるテーパ
型プロフィルを有する縦方向通路を成す構造を意味する
ものとする。

通路がハウジングから突出したフランジによって画成さ
れても、あるいは素材を通して穿孔または機械加工され
た孔によって画成されても、重要なアスペクトは、拡大
型フランジの大開口がハウジングの外側に面し、その小
開口がハウジングの内部に面しなければならないという
事である。例えば、拡大型フランジがハウジングのカバ
ー上にある場合、その大開口がハウジングの外側に向く
限り、この拡大型フランジはカバーの面の上側に延在す
ることも、下側に延在することもできる。

この構造は、ガラスが破砕したときにガラスを通路から
除去しやすくするために必要な外側に開いた通路を生じ
る。

好ましい実施態様においては、拡大型フランジがハウジ
ングのカバーを通る通路を成し、また電池端子がこの通
路に挿通される。この実１７［！態様において、通路中
のガラスは拡大型フランジ中において端子の回りに０７
Ｍシールを形成する。

容器および／またはカバーの素材、素材の厚さ、素材と
ガラスの相対膨張係数、および所望の脱気圧に依存して
、拡大角度が変動する。通路の縦軸線から測定された小
角度で、通路に対して適当な拡大型を与えるに十分であ
る。しかし製造公差と技術上の実際上の問題から、この
角度が約５％より小でない事が好ましい。拡大角度は最
大成約４５６までの範囲で変動する。約４５°以上の角
度は、フランジによってガラスに加えられる圧縮応力を
低減させ、０７Ｍシールのａ械的強度を低下させるよう
である。拡大型の最も有効な角度は、通路の縦軸線に対
して約５°〜約３０″の範囲である。この範囲内では、
脱気は約１００〜約２００　ｐｓｉｇの内部圧で生じる
事ができる。

好ましい実施態様においては、電池ハウジングのカバー
は平坦部材とし、拡大型フランジはカバー素材の一部を
カバーの面から曲げる事により形成される。拡大型フラ
ンジによって画成された通路の中に電池端子が挿通され
、ホウケイ酸ガラスがこの通路の中に融着されて、端子
とカバーの間に０７Ｍシールを形成する。またカバーは
凸形または凹形とする事ができるが、いずれの場合にも
フランジの拡大率は通路の縦軸線に対して測定される。

またカバーは、これをハウジングの開放端部に密着しや
すくするため、外周スカーｉ〜を有する。

本発明の他の実ｔ１ＭＭ様においては、拡大型フランジ
はハウジングの底部または側壁を通して配置される。

以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明す
る。

〔実施例〕

第１図は、電気化学的電池系を収容するｌζめの電池ハ
ウジング１０の一部を示す。このハウジングは容器９を
含み、この容器の開放端部はカバー１１によって閉鎖さ
れている。さらに詳しくは、このカバーは外周スカート
１２を有し、このスカートが容器９の開放端部の中に嵌
合されて密封する。

またカバー１１は開口１４を有し、この開口の周囲から
内側フランジ１６が突出している。好ましくは、このフ
ランジは、その内側面１８がカバーの通路１５を画成す
るようにカバーの素材を彎曲して作られる。カバーの面
の中にある開口１４はこの通路１５の一端にある。通路
１５の第２開口２０が、カバーの面と反対側のフランジ
末端にある。

第１図に図示のようにフランジ１６は通路の縦軸線２２
に対して拡大しているので、通路の一方の開口は他方の
開口よりも小直径を有する。第１図の実ｆＭ態様におい
て、小直径の開口１４は、カバーを取り付けた容器の内
部に向けられている。

大直径の第２開口２０は容器の外側に向けられている。

電極端子２４が通路を通して軸方向に突出している。こ
の端子と拡大型フランジ１６の内側面１８との間に環状
スペースが画成される。このスペースがガラス２６をも
って充填され、端子を拡大フランジに対して連結して、
端子とカバーとの間の０７Ｍシールを成す。業界公知の
ように、端子２４は、容器に電解質を満たすための中空
管とする事ができる。

フランジ１６の外側に拡大した構造はシールの機械的強
度を改良し、破損するまでより大きな外力に抵抗できる
事が発見された。このような機械的強度の改良は、拡大
型フランジが、開口１４の縦軸線に対して拡大していな
い通常のフランジよりもガラスに対して、より多くの圧
縮応力を加える結果であると思われる。

またＧＴＭシールは拡大型フランジ１６と共に使用され
たときに、拡大型でない通常のフランジを用いるＧＴＭ
シールよりも低い電池内部圧で破損する事も発見された
。前記のように、これは、過度の内部圧を安全に放出し
、これによって電池成分の分解を防止するために望まし
い事である。

電池内部の圧力発生はカバー１１を外側にたわまける。

これによってガラス２６が緊張させられるので、ＧＴＭ
シールが破損し、また／あるいはガラスが端子２４の周
囲から破砕する。フランジは外側に拡大しているのであ
るから、ガラスは容器と反対方向に通路から出る。これ
によりガラスが通路から離れて容器は安全に脱気する事
ができる。従って、ガラス２６の下側面２７が通路１５
の最狭部上方にあり、開口１４を成すカバ一部分付近ま
で延在しない事が小要である。もしガラス下側面２７が
通路の最狭部を越えていると、ガラスは通路の中に閉塞
されて、脱気圧を増大づ゛る悪い結果を伴う。

前記のように、通路の縦軸線から測定された拡大角度は
約４５°までとする事ができる。４５゜より犬なる角度
は、フランジによってガラスに加えられる圧縮応力を減
少させるようであり、シールの機械的強度を低下させる
。

第２図について述べれば、同様のカバー１１Ａが図示さ
れているが、そのフランジ１６Ａがハウジング１０Ａの
内部に向かって彎曲されている事が相違する。この実施
態様においてはフランジ１６Ａはカバーの開口１４Ａの
縦軸線２２Ａに向かっている。この構造の結果、通路開
口１４Ａの直径は通路開口２ＯＡの開口より大となる。

従つて第２図の実ｍ態様においても、フランジ１６Ａに
よって構成される脱気通路は、第１図の実７！ｌ！ｉ態
様のフランジ１６によって構成される対応の脱気通路と
同様に容器９Ａの内部から外側に開いている。

第３図は、ハウジングのカバーまたはその他の部分の厚
さが少なくとも０．０１５インチである場合に使用する
事のできる他の実施態様を示している。第３図において
、参照数字４０は、容器の側壁、底部またはカバーなど
ハウジングの任意の部分を示す。この部分をテーパ型孔
が貫通し、この場合に孔を画成する側面４２が通路の縦
軸線４４に対して拡大する事によって、ハウジングの外
側に開く通路開口４８よりも小直径のハウジング内部に
面づ“る通路開口４６を成している。

このテーバ型通路の中にガラス５０が融着されている。

部分的にｔよ部分４０の厚さの故に、通路側面４２は、
ガラス５０が通路内部にＧＴＭシールを形成するに十分
な表面積を与える。

実施例１ 本発明の有効性を照明するため、Ｌｉ／ＳＯＧ：　ｌ　
２電池系を格納ザるために代表的に使用される容器に、
それぞれ第１図に示すような外側拡大したフランジを有
するカバーを取り付けた。

対照として、それぞれ真っずぐなフランジを有するカバ
ーを取り付けた同様の容器を使用した。各容器は０．４
５０インチの内径を有し、また全ての容器は３０４ステ
ンレス鋼で構成されていた。

同じく３０４ステンレス鋼から成るカバーは厚さ約０．
００フインチであった。各カバーは容器の開放端部に取
り付けるためにカバー面から約０．０６０インチ突出し
た外周スカートを有し、また各カバーは直径約０．１９
３インチの中心開口を有した。この中心ｆＦｉ１口の外
周に冶って、フランジがカバー面から約０．０３３イン
チ突出していた。

２セツトのカバーを作った。一方のセットにおいては、
各カバーのフランジは中心開口の縦軸線に対して約３０
’の角度で拡大していた。対照として使用された第２セ
ツトのカバーは開口の縦軸線に対して大体平行に延びた
フランジを有していた。すなわち各フランジはカバーの
面に対して大体垂直であった。

下記の組成を有するガラス・ビーズ社から購入された２
０３ＫＮ型ガラスなどの市販のホウケイ酸ガラスのビー
ズをもって、４４６ステンレス鋼から成る０、１０９イ
ンチ直径の端子を各カバーの開口の中に接着した。

５ｉ０２　　　　　　　６２．７％ Ｎａ２Ｏ１７，０％ ８２０３　　　　　　８．０％ ＴｉＯ２５，０％ ＭｎＯ２３，２％ ＣａＯ１，６％ ＣＯ３０４１・９％ Ａｌ２Ｏ３０，６％ このビーズを約９５０℃の温度まで加熱する事により端
子の周囲にＦ！Ａ着させてＧＴＭシールを形成した。

シールの機械的強度を実測するため、バネバランスによ
って端子の外端に対して軸方向圧力を加えながら、ＧＴ
Ｍシールの外側に対してヘリウム流を送った。容器内部
と連通したヘリウム検出器が、シールを通して容器内部
に漏入するヘリウムの量を測定した。１Ｑ’ｃｃ／ｓｅ
ｃ　　（ＳＴＰ　）以上のヘリウム漏れ率が測定される
まで、加えられる応力を増大した。

対照サンプルのうち８個をテストし、これらは１０−”
ｃｃ／　ｓｅｃ　（Ｄ率で漏しルマテニ平均約８．３ボ
ンドの外部応力に耐えた。拡大型フランジを有する１０
サンプルを同様にテストし、これらは１０　”９ｃｃ／
　ｓｅｃの同率で漏れるまでに、平均的９．９ボンドの
外部応力に耐えた。

これらのテスト結果は、３０’の拡大型示すフランジは
１Ｏ−９ＣＣ／５ｅＣ（ＳＴＰ）以上ノヘリウム漏れ率
が観察されるまでに、対照よりも大なる外部応力に耐え
たことを示している。

シールを破損させるために必要とされる内圧を実測する
ための圧力テストも実施した。これらのテストにおいて
は、各シールの外側面を低粘度油の中に浸漬した。次に
、シール区域から泡が放出し始めるまで、各容器の内部
圧を徐々に増大させた。これは軽度の脱気を意味する。

次にシールの噴出が生じるまで圧力を更に増大した。シ
ールが破断して端子がカバーを通して動くときにシール
の噴出が生じたものとみなされる。

このような方法で６個の対照サンプルをテストし、平均
的に約１４　ｓ　ｐｓｉｇの内部圧で軽度の脱気が検出
され、約３７３　ｐｓｉｇで噴出が生じた。故に、軽度
の脱気と噴出との間の圧力範囲は対照サンプルの場合的
２２５　ｐｓｉａであった。

第１図に図示の本発明の特徴を含む５個のサンプルをテ
ス］〜した。平均的に、これらの試料について、約１１
４　ｐｓｉｇの内部圧で軽度の脱気が検出され、約２０
４　ｐｓｉｑの内圧でシールの噴出が生じた。故に、こ
れらのサンプルの場合、噴出が実質的に低い圧で生じた
のみならず、軽度の脱気と噴出との間隔が対照サンプル
の場合（２２５ｐｓ’ｉｃ＋）よりも遥かに狭かった（
　９０　ｐｓｉｇ＞。

このテスト結果は、本発明による拡大型フランジを有す
るガラス−金属シールは、電気化学的電池系の脱気型容
器において望まれる特性を有する事を示している。この
シールは機械的に強固であり、加えられる外部応力に抵
抗する事ができるが、内部圧の形成に感応して破砕する
。シールが破砕するとき、フランジの角度により、ガラ
スは容器から除去されて、容器を完全に脱気させる障害
物のない脱気通路を成す事ができる。

本発明の主旨の範囲内において種々の変更が可能である
。例えば、図示の平坦なカバーを有する代わりに、この
カバーを凹形または凸形とする事ができる。いずれの場
合にも、カバーの開口の縦軸線に対する拡大フランジ角
度は約５°〜３０’の範囲とし、好ましくは４５％以下
とする。

また拡大型フランジを別個の部材の中に取り（＝Ｊ（プ
、次にこの部材をその外周に沿ってカバーの大型開口の
上に取り付ける事ができる。ＧＴＭシールに必要な面積
は、第１図〜第３図に示ｉｊ＋Ｆ４造のいずれによって
も与える事ができる。このような構造は、第１図のカバ
ーを第２図または第３図のいずれかのカバーの上に積層
する事ににって得られる。

実際上の理由から好ましい拡大角度の範囲は約５°から
約３０’の範囲であると述べたが、この角度は約１°以
下とする場合も考えられ、その場合には拡大型フランジ
の製造において狭い公差が維持される。ガラスの膨張係
数がガラスを包囲する拡大型フランジの素材の膨張係数
に近似している場合には、この角度は約４５°以上とす
る事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい実施態様を示す断面図、第２
図は本発明の他の実施態様を示す第１図と類似の図、ま
た第３図は更に他の実施態様を示す断面図である。 ９・・・容器、１０・・・ハウジング、１４．２０・・
・通路開口、１５・・・通路、２４・・・端子、２６・
・・ガラスピーズ、４０・・・ハウジング部分、４６．
４８・・・孔の開口、５０・・・ガラスピーズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、密着されたカバーによつて閉鎖された開放端部を有
   する容器から成るハウジングの中に格納され、またハウ
   ジングの内部圧に感応してハウジングを脱気させる手段
   を含むようにした電気化学的電池系において、 （ａ）前記ハウジングは、これを通して脱気通路を画成
   する拡大型フランジを有する部分を含み、前記通路が前
   記ハウジングの内部に対向する第１開口と前記ハウジン
   グの外部に対向する第２開口とを有し、前記第１開口が
   前記第２開口より小とし、 （ｂ）前記通路内部に密封された電気絶縁性材料を含む
   電気化学的電池系。 ２、前記拡大型フランジは前記ハウジング部分から直立
   し、前記ハウジングの外部に突出する特許請求の範囲１
   項による電気化学的電池系。 ３、前記拡大型フランジは前記ハウジング部分から垂下
   し、前記ハウジングの中に突入する特許請求の範囲第１
   項による電気化学的電池系。 ４、前記ハウジング部分は少なくとも ０．０１５インチの厚さを有し、また前記の拡大型フラ
   ンジは前記ハウジング部分を通るテーパ型孔を画成する
   面から成る特許請求の範囲第１項による電気化学的電池
   系。 ５、前記拡大型フランジは前記通路の縦軸線に対して約
   ５°乃至約４５°の角度で拡大されている特許請求の範
   囲第１項、第２項、第３項または第４項のいずれかによ
   る電気化学的電池系。 ６、前記の角度は前記通路の縦軸線に対して約５°乃至
   約３０°の範囲内にある特許請求の範囲第５項による電
   気化学的電池系。 ７、前記ハウジング部分は前記カバーである特許請求の
   範囲第１項、第２項、第３項または第４項のいずれかに
   よる電気化学的電池系。 ８、前記脱気通路を通る導電性端子を有し、前記の電気
   絶縁性材料は、前記端子と前記通路を画成する前記拡大
   型フランジとの間の前記通路内部の密封シールを成す特
   許請求の範囲第７項による電気化学的電池系。 ９、前記の電気絶縁性材料はホウケイ酸ガラスである特
   許請求の範囲第１項による電気化学的電池系。 １０、前記の電気絶縁性材料はセラミックスである特許
   請求の範囲第１項による電気化学的電池系。 １１、前記電気化学的電池系は、リチウム オキシハライド、リチウム／ＭｎＯ＿２）リチウム／ポ
   リフッ化炭素、リチウム／ＴｉＳ＿２、およびリチウム
   ／ＳＯ＿２電池系から成るグループから選定される特許
   請求の範囲第１項による電気化学的電池系。 １２、開放端部を有する容器と、前記の開放端部の中に
   密封されたカバーと、ハウジング内部の圧力の形成に感
   応して前記ハウジングを脱気する手段とを含むハウジン
   グ中に配置された電気化学的電池系において、 （ａ）前記ハウジングは、このハウジングを縦方向に通
   過する通路を画成する拡大型フランジを有し、 （ｂ）前記ハウジングの外側に対向する前記通路の一方
   の開口が前記ハウジングの内側に対向する前記通路の他
   方の開口より大であるように、前記拡大型フランジが前
   記通路の縦軸線に対して拡大され、 （ｃ）前記通路を通り前記ハウジングから絶縁された導
   電性端子と、 （ｄ）前記通路内部において前記端子と、前記通路を画
   成する前記拡大型フランジとの間の密封シールを成すよ
   うに配置された脆性電気絶縁性材料とを含む電気化学的
   電池系。