(57)【要約】  セル電極の１つとセル容器の側部との間に電気的接触を与える電気リードをもつ電気化学的バッテリセル。電極アッセンブリと容器側壁との間に配置されるリードの一部分は、初期非平面形状を含み、これは、セル内の部分的に変形され圧縮された構成で、容器側壁の内面に対してリードをバイアスし、それにより、電極と容器との間に良好な電気的接触を与えるに充分な力を付与することができる。初期非平面形状は、１つ以上のＶ字状又は弧状溝を含むことができ、これらの溝は、電極アッセンブリの長手軸に平行に配置することができる。又、このようなセルを形成するプロセスも開示する。【選択図】図５Ａ
2008529239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング、電極アッセンブリ、及び電解質を含む電気化学的バッテリセルにおいて、
前記電極アッセンブリは、負電極ストリップ、正電極ストリップ、及びこれら負電極と正電極との間に配置された少なくとも１つのセパレータストリップを備え、
前記ハウジングは、少なくとも１つの側壁及び底壁を有する容器を備え、
前記電極アッセンブリは、前記容器側壁に隣接した非導電性外部側面及び前記容器底壁に隣接した底部を有し、
前記負電極及び正電極の一方は、前記電極アッセンブリから延びる電気リードを通して前記容器側壁と電気的接触し、そして前記リードの少なくとも一部分は、前記電極アッセンブリの側面と前記容器の側壁との間に配置され、
前記リードは、圧力だけで前記容器側壁と物理的に接触され、そして
前記電極アッセンブリの側面と前記容器側壁との間の前記リードの部分は、前記容器側壁の内面に対してバイアスされる変形された初期非平面形状を含む、
電気化学的バッテリセル。
【請求項２】
前記電極アッセンブリは、更に、前記電極アッセンブリの側面の少なくとも一部分をカバーする電気絶縁材料のストリップを含む、請求項１に記載のセル。
【請求項３】
前記リードは、前記電極アッセンブリの底部から延びる、請求項１に記載のセル。
【請求項４】
前記リードは、前記電極アッセンブリの側面から延びる、請求項１に記載のセル。
【請求項５】
前記電極リードの前記初期非平面形状は、底部及び２つの溝縁をもつ溝を含む、請求項１に記載のセル。
【請求項６】
前記溝の初期形状は、Ｖ字状である、請求項５に記載のセル。
【請求項７】
前記溝は、前記電極アッセンブリの長手軸に平行に配置される、請求項６に記載のセル。
【請求項８】
前記非平面形状は、単一溝を含む、請求項７に記載のセル。
【請求項９】
前記溝は、前記リードの全巾を横切って延び、前記容器及び前記電極アッセンブリは、円筒状であり、前記容器は内径を有し、前記電極アッセンブリは外径を有し、そして前記容器の内径と前記電極アッセンブリの外径との間の最大差は、次の式により定義され、
2008529239.tif 000007
但し、Ｗは、リードの表面に沿って測定したリードの巾であり、ｔは、リードの材料厚みであり、θは、Ｖにより形成される角度で、０度より大きく且つ１８０度より小さく、そしてＩＤは、カンの内径である、請求項８に記載のセル。
【請求項１０】
前記非平面形状は、複数の溝を含む、請求項７に記載のセル。
【請求項１１】
前記溝の初期形状は、弧状である、請求項５に記載のセル。
【請求項１２】
前記溝は、前記電極アッセンブリの長手軸に平行に配置される、請求項１１に記載のセル。
【請求項１３】
前記非平面形状は、単一の溝を含む、請求項１２に記載のセル。
【請求項１４】
前記溝は、前記リードの全巾を横切って延び、前記容器及び前記電極アッセンブリは、円筒状であり、前記容器は内径を有し、前記電極アッセンブリは外径を有し、そして前記容器の内径と前記電極アッセンブリの外径との間の最大差は、次の式により定義され、
2008529239.tif 000008
但し、Ｗは、リードの表面に沿って測定したリードの巾であり、ｔは、リードの材料厚みであり、Ｒは、弧の半径であり、ＩＤは、容器の内径であり、そして（Ｗ／Ｒ）≦πである、請求項１３に記載のセル。
【請求項１５】
前記非平面形状は、複数の溝を含む、請求項１０に記載のセル。
【請求項１６】
前記電極アッセンブリの側面と前記容器の側壁との間のリードの一部分は、前記電極アッセンブリの側面に向かって内方を指さない縁を有する、請求項１に記載のセル。
【請求項１７】
前記電極ストリップ及びセパレータストリップは、螺旋状に巻かれる構成である、請求項１に記載のセル。
【請求項１８】
前記電極ストリップ及びセパレータストリップは、折り返される構成である、請求項１に記載のセル。
【請求項１９】
複数の正電極ストリップ、複数の負電極ストリップ及びセパレータストリップがスタック構成にされる、請求項１に記載のセル。
【請求項２０】
前記セルは、円筒状セルである、請求項１に記載のセル。
【請求項２１】
前記セルは、プリズム状のセルである、請求項１に記載のセル。
【請求項２２】
前記電極アッセンブリは、円筒状である、請求項１に記載のセル。
【請求項２３】
前記電極アッセンブリは、非円筒状である、請求項１に記載のセル。
【請求項２４】
ハウジング、電極アッセンブリ、及び電解質を含む電気化学的バッテリセルにおいて、
前記電極アッセンブリは、負電極ストリップ、正電極ストリップ、及びこれら負電極と正電極との間に配置された少なくとも１つのセパレータストリップを備え、
前記ハウジングは、少なくとも１つの側壁及び底壁を有する容器を備え、
前記電極アッセンブリは、前記容器側壁に隣接した非導電性外部側面及び前記容器底壁に隣接した底部を有し、
前記負電極及び正電極の一方は、前記電極アッセンブリから延びる電気リードを通して前記容器側壁と電気的接触し、そして前記リードの少なくとも一部分は、前記電極アッセンブリの側面と前記容器の側壁との間に配置され、
前記リードは、圧力だけで前記容器側壁と物理的に接触され、そして
前記電極アッセンブリの側面と前記容器側壁との間の前記リードの部分は、２つの縁と、前記容器側壁の内面に対してバイアスされる変形された初期溝付き形状とを含み、前記溝は、前記電極アッセンブリの長手軸に平行であり、且つ前記縁は、前記電極アッセンブリの側面に向けられない、
電気化学的バッテリセル。
【請求項２５】
ハウジング、電極アッセンブリ、及び電解質を含む電気化学的バッテリセルにおいて、
ａ．負電極ストリップ、正電極ストリップ及び少なくとも１つのセパレータストリップを用意するステップと、
ｂ．第１端及び第２端をもつ導電性メタルストリップで構成される電気リードを用意するステップと、
ｃ．前記リードの第１端を前記負及び正電極の一方に固定するステップと、
ｄ．前記負電極、正電極及びセパレータストリップを、底面及び少なくとも１つの側面を含む電極アッセンブリへと一緒に結合し、前記側面が非導電性であって、且つ前記リードの第２端が前記電極アッセンブリから延びるようにするステップと、
ｅ．前記電極アッセンブリを前記容器に挿入する前に、前記電極アッセンブリから延びる前記リードの少なくとも一部分を成形して、初期非平面形状を作成するステップと、
ｆ．前記非平面形状を有する前記リードの部分を、前記電極アッセンブリの前記非導電性側面に隣接して位置させるステップと、
ｇ．前記容器の開口を通しての前記電極アッセンブリの挿入を容易にするために前記非平面形状を変形するステップと、
ｈ．前記開口を通して前記容器へ前記電極アッセンブリを挿入するステップと、
ｉ．前記リードの前記変形された非平面形状が前記初期の非平面形状に向かって部分的に戻るのを許し、電気的接触に充分な力を前記容器の側壁に対して加えるようにするステップと、
を備えたプロセスにより形成された電気化学的バッテリセル。
【請求項２６】
前記初期非平面形状は、前記正及び負電極の一方に前記リードを固定する前に形成される、請求項２５に記載のセル。
【請求項２７】
前記初期非平面形状は、前記正及び負電極の一方に前記リードを固定した後に形成される、請求項２５に記載のセル。
【請求項２８】
前記初期非平面形状は、前記電極アッセンブリを前記容器に挿入する前に変形される、請求項２５に記載のセル。
【請求項２９】
前記初期非平面形状は、前記電極アッセンブリを前記容器に挿入する間に変形される、請求項２５に記載のセル。
【請求項３０】
前記プロセスは、前記リードの延長部分を、前記電極アッセンブリの底部の一部分を横切って上方に曲げて、前記リードの初期非平面部分を前記電極アッセンブリの側面に隣接させるステップを更に備えた、請求項２５に記載のセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ストリップ状の電極をもつと共に、１つの電極からのリードとセル容器の側壁との間に圧力接触を有する電気化学バッテリセルに係る。
【背景技術】
【０００２】
隣接する正及び負の電極ストリップをもつセルを使用して、良好な高レートの放電性能を与えることができる。このようなストリップを含む電極アッセンブリは、フラットな、折り返された、又は螺旋状に巻かれた正及び負の電極を一対以上含むことができる。セルは、１つの電極と電気的に接触する導電性金属から作られた容器を含むハウジングを有することができる。このようなセルでは、セル容器が、外部接触端子への電気的接点として働くか又は電気的接点をなすことができる。
【０００３】
電極と、別のセル要素、例えば、容器や容器の一部分を閉じるカバーとの間に電気的接触をなすために導電性リードを使用することができる。リードは、ワイヤやストリップやスプリングのような種々の形態及び形状にすることができ、そしてリードは、固定（例えば、溶接）や圧力によるものを含む種々の仕方で容器やカバーに接続することができる。
【０００４】
電極リードが電極集電器の露出縁又は表面に溶接されるセルの例が、参考としてここに援用する米国特許第４，５５４，２２７号、並びに日本特許公開第０５−１２１０６４号及び第０９−０３５７３９号に見られる。これらの各々において、リードは、溶接により外部端子に電気的に接続される。米国特許第４，５５４，２２７号では、電極集電器の露出上縁への溶接の強度を改善するためにリードが曲げられる。
【０００５】
電極アッセンブリのコアにおいて電極集電器の露出部分とリードとの間に圧力接触が使用されるセルの例が、参考としてここに援用する米国特許第３，２４５，８３７号及び第５，０２１，３０６号に見られる。米国特許第３，２４５，８３７号では、リードが導電性ストリップであって、カバープレート及び外部端子に固定される。米国特許第５，０２１，３０６号では、リードがメタルスプリントであり、容器の開放端においてキャップに溶接されるリーフスプリングがこのスプリントと圧力接触をなす。
【０００６】
複数の電極から突出する集電器の裸部分であるリードをもつセルの例が、参考としてここに援用する米国特許公告第ＵＳ２００２／００９４４７８Ａ１号に見られる。複数のリードが曲げられて一緒に溶接され、次いで、セルカバーに固定される。リードの屈曲部は、良好な溶接強度を与える。
【０００７】
リードが電極アッセンブリの底部から延びて容器の底部に溶接されるセルの例が、日本特許公開第０９−３３０６９７号に見られる。良好な溶接強度を与えるために容器に溶接されるリードの一部分にＶ字型の溝が形成される。
【０００８】
リードが１つの電極とセル容器との間、及び他の電極と容器を閉じるカバーとの間に電気的接触をなすセルの例が、参考としてここに援用する米国特許第５，４１８，０８４号及び第４，９６３，４４６号に見られると共に、図１及び２にも見られる。セルは、螺旋状に巻かれた電極アッセンブリをもつ円筒状セルである。図１及び２を参照して以下に詳細に述べるように、各セルにおいて、スプリングが正の電極とセルカバーとの間に電気的接触をなし、そしてメタルストリップリードが負の電極と容器の側壁との間に電気的接触をなす。スプリングは、セルカバーに固定され、そして電極アッセンブリの上部に露出された正電極の集電器と圧力接触をなす。メタルストリップリードが負電極に固定されて、容器側壁の内面と圧力接触をなす。製造中における通常の変動範囲のもとでリードと容器との間には信頼性のある圧力接触が必要とされる。
【０００９】
図１及び２のセルのようなセルでは、従来技術に基づいて作られるときに、容器側壁と電極アッセンブリとの間のリードが、容器に電極アッセンブリをぴったりフィットさせることにより圧力接触状態に保持される。信頼性のある電気的接触のためには、容器の内径と電極アッセンブリの外径との変動が小さくなければならない。電極アッセンブリの外径の変動を小さくする１つの仕方は、電極ストリップの厚みを厳格に制御することである。別の仕方は、直径に差を招く電極の厚みの変動を補償するために電極アッセンブリの外部側面に巻かれる材料のストリップの長さを変化させることである。材料のこの外部ストリップは、参考としてここに援用する米国特許第４，９６３，４４５号に開示されたように、セパレータの１つ以上のストリップでもよいし又はオーバーラップ材料の個別のストリップでもよい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、電極リードとセル容器の側壁との間に信頼性のある圧力接触を与えることである。本発明の付加的な効果は、接触信頼性を改善でき、製造中の変動の裕度を高め、セル要素の数を減少でき、製造の容易さを改善でき、製造スクラップを減少でき、そして製造コストを低下できることを含むが、これに限定されない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
従って、本発明の１つの態様は、ハウジング、電極アッセンブリ及び電解質を含む電気化学的バッテリセルにおいて、電極アッセンブリは、負電極ストリップ、正電極ストリップ、及びこれら負電極と正電極との間に配置された少なくとも１つのセパレータストリップを備え、ハウジングは、少なくとも１つの側壁及び底壁を有する容器を備え、電極アッセンブリは、容器側壁に隣接した非導電性外部側面及び容器底壁に隣接した底部を有し、負電極及び正電極の一方は、電極アッセンブリから延びる電気リードを通して容器側壁と電気的接触し、そしてリードの少なくとも一部分は、電極アッセンブリの側面と容器の側壁との間に配置され、リードは、圧力だけで容器側壁と物理的接触状態に維持され、そして電極アッセンブリの側面と容器側壁との間のリードの部分は、容器側壁の内面に対してバイアスされる変形された初期非平面形状を含む、電気化学的バッテリセルに関する。
【００１２】
本発明の別の態様は、ハウジング、電極アッセンブリ及び電解質を含む電気化学的バッテリセルにおいて、電極アッセンブリは、負電極ストリップ、正電極ストリップ、及びこれら負電極と正電極との間に配置された少なくとも１つのセパレータストリップを備え、ハウジングは、少なくとも１つの側壁及び底壁を有する容器を備え、電極アッセンブリは、容器側壁に隣接した非導電性外部側面及び容器底壁に隣接した底部を有し、負電極及び正電極の一方は、電極アッセンブリから延びる電気リードを通して容器側壁と電気的接触し、そしてリードの少なくとも一部分は、電極アッセンブリの側面と容器の側壁との間に配置され、リードは、圧力だけで容器側壁と物理的接触状態に維持され、そして電極アッセンブリの側面と容器側壁との間のリードの部分は、２つの縁と、容器側壁の内面に対してバイアスされる変形された初期溝付き形状とを含み、溝は、電極アッセンブリの長手軸に平行であり、且つ縁は、電極アッセンブリの側面に向けられない、電気化学的バッテリセルに関する。
【００１３】
本発明の更に別の態様は、ハウジング、電極アッセンブリ、及び電解質を含む電気化学的バッテリセルにおいて、
ａ．負電極ストリップ、正電極ストリップ及び少なくとも１つのセパレータストリップを用意するステップと、
ｂ．第１端及び第２端をもつ導電性メタルストリップで構成される電気リードを用意するステップと、
ｃ．リードの第１端を負及び正電極の一方に固定するステップと、
ｄ．負電極、正電極及びセパレータストリップを、底面及び少なくとも１つの側面を含む電極アッセンブリへと一緒に結合し、側面が非導電性であって、且つリードの第２端が電極アッセンブリから延びるようにするステップと、
ｅ．電極アッセンブリを容器に挿入する前に、電極アッセンブリから延びるリードの少なくとも一部分を成形して、初期非平面形状を作成するステップと、
ｆ．非平面形状を有するリードの部分を、電極アッセンブリの非導電性側面に隣接して位置させるステップと、
ｇ．容器の開口を通しての電極アッセンブリの挿入を容易にするために非平面形状を変形するステップと、
ｈ．開口を通して容器へ電極アッセンブリを挿入するステップと、
ｉ．リードの変形された非平面形状が初期の非平面形状に向かって部分的に戻るのを許し、電気的接触に充分な力を容器の側壁に対して加えるようにするステップと、
を備えたプロセスにより形成された電気化学的バッテリセルに関する。
【００１４】
本発明のこれら及び他の特徴、効果及び目的は、以下の説明、特許請求の範囲及び添付図面を参照することにより、当業者に更に理解され、明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、図１及び２を参照することで良く理解されよう。セル１０は、ＦＲ６形式の円筒状Ｌｉ／ＦｅＳ2バッテリセルである。セル１０は、閉じた底端と、セルカバー１４及びガスケット１６で閉じられる開放上端とをもつカン１２の形態の容器を含むハウジングを有する。カン１２は、ガスケット１６及びカバー１４を支持するために上端付近にビード即ち縮小直径段を有する。ガスケット１６は、アノード１８、カソード２０及び電解質をセル１０内に安住させるために、カン１２とカバー１４との間で圧縮される。アノード１８、カソード２０及びセパレータ２６は、一緒に螺旋状に巻かれて、電極アッセンブリとなる。カソード２０は、金属の集電器２２を有し、これは、電極アッセンブリの上端から延びて、接触スプリング２４をもつカバー１４の内面に接続される。アノード１８は、金属リード（又はタブ）３６（図２）によりカン１２の内面に電気的に接続される。リード３６は、アノード１８に固定され、電極アッセンブリの底部から延び、電極アッセンブリの底部を横切ってその側部に沿って上方に折り返される。リード３６は、カン１２の側壁の内面と圧力接触させられる。電極アッセンブリは、それが巻かれた後に、製造プロセスにおけるツーリングにより挿入されるまで一緒に保持することもできるし、又は材料の外端（例えば、セパレータ又はポリマーフィルムの外側ラップ３８）を、例えば、熱シール、のり付け又はテーピングにより固定することもできる。
【００１６】
絶縁コーン４６が電極アッセンブリの頂部周辺部に配置されて、カソード集電器２２がカン１２に接触するのを防止すると共に、カソード２０の底縁とカン１２の底部との間の接触は、セパレータ２６の内方に折り返された延長部と、カン１２の底部に位置された電気絶縁底部ディスク４４とにより防止される。
【００１７】
セル１０は、個別の正端子カバー４０を有し、これは、カン１２及びガスケット１６の内方にクリンプされた上縁により位置保持され、そして１つ以上の通気口（図示せず）を有する。カン１２は、負の接触端子として働く。接着ラベル４８のような絶縁ジャケットをカン１２の側壁に貼ることができる。
【００１８】
端子カバー４０の周囲フランジとセルカバー１４との間には、酷使的な電気的条件のもとで電流を実質的に制限する正温度係数（ＰＴＣ）装置４２が配置される。又、セル１０は、圧力リリーフ通気口も備えている。セルカバー１４は、内方に突出する中央通気ウェル２８を含むアパーチャーを有し、ウェル２８の底部には通気ホール３０がある。アパーチャーは、通気ボール３２及び薄壁のサーモプラスチックブッシング３４によりシールされ、このブッシングは、通気ウェル２８の垂直壁と通気ボール３２の周囲との間に圧縮される。セルの内部圧力が所定のレベルを越えると、通気ボール３２、又はボール３２及びブッシング３４の両方が、アパーチャーから強制的に外されて、セル１０からの加圧ガスを解放する。
【００１９】
本発明によるセルでは、電極アッセンブリの側部とカンの側壁との間に配置される電極リードの端子部分が初期非平面である。ここで使用する「初期非平面」とは、電極アッセンブリをカンに導入する前に非平面であることを意味する。電極アッセンブリを挿入する前に、リードの端子部分は、カンの側壁との改良された圧力接触を与えることのできる非平面形状となるように成形される。非平面形状は、リードの端子部分にスプリング状の特性を与え、リードの端子部分により力を加えてリードをカンの側壁に対してバイアスすることができ、これにより、電極アッセンブリの側部とカンの側壁との間の所与のギャップに対して改良された圧力接触を与えると共に、良好な電気的接触を維持できるところの考えられる最大ギャップを増加することができる。断面が１つ以上のＶ字、弧、等、及びその組み合せを有する形状を含む種々の非平面形状を使用することができる。単一のＶ字形状及び弧形状の溝をもつリードの例が、各々、図３Ａ及び３Ｂに示されており、ここでは、溝１５２、２５２が、リード１３６、２３６の端子部分に底部１５４、２５４及び縁１５６、２５６を有している。
【００２０】
セルの製造中に、リードの整形された端子部分を、例えば、電極アッセンブリの側部に向かって変形して、カンへの挿入を容易にすることができ、その後、リードの端子部は、その初期非平面形状に向かってスプリング作用で部分的に戻ることができるが、少なくとも部分的圧縮状態に保たれて、カンの側壁の内面に力を加え、これにより、カンとの良好な物理的及び電気的接触をなすことができる。図４Ａ及び４Ｂは、リード１３６、２３６（図３Ａ及び３Ｂ）の端子部分が電極アッセンブリ１５０、２５０の外部側面付近の位置へと曲げられた後の電極アッセンブリ１５０、２５０及びリード１３６、２３６の端子部分の断面形状である。図５Ａ及び５Ｂは、カン１１２、２１２へ挿入された後の電極アッセンブリ１５０、２５０及びリード１３６、２３６の端子部分を示す。リード１３６、２３６の端子部分は、それらの挿入前形状に比して部分的に圧縮されていて、たとえ電極アッセンブリ１５０、２５０の側面とカン１１２、２１２の側壁との間にギャップ１５８、２５８があっても、カン１１２、２１２の内面にスプリング力を与えることができる。
【００２１】
リードの端子部分に形成された形状（１つ又は複数）は、電極アッセンブリ、リード又はカンにダメージを及ぼすことなく、セルの電気的特性又は放電特性が望ましからぬ影響を受けるポイントまで、カンへの電極アッセンブリの挿入を許す仕方で配向することができる。溝が電極アッセンブリの長手軸に平行に配向されるようにリードの端子部分の形状を配向することで、有害なダメージを生じることなく、カンへの挿入前にリードが変形することと、挿入後にリードがスプリング作用で戻ることを容易に行うことができる。更に、リードの端子部分の縁が電極アッセンブリに向けて内方を指さないようにリードを配向することで、電極アッセンブリへのダメージのリスクを下げることができる。例えば、単一の溝をもつリードは、溝の底が電極アッセンブリに向かって内方に面しそして溝の縁がカンの側壁に向かって外方を指すように、配向することができる。
【００２２】
カンとリードとの間の接触を失わずに受け容れられる、電極アッセンブリの外径とカンの内径との間の最大ギャップ即ち差は、単一Ｖ字状の溝をもつリード、及びリードの全巾を横切って単一弧状溝が延びるリードに対して、各々、式１及び式２を使用して計算することができる（リードの変形された端子端部が、電極アッセンブリ及びカンにより制約を受けない場合に、その元の形状へと完全にスプリング作用で戻ることができると仮定すれば）。
2008529239.tif 000003
但し、Ｗ＝リードが作られるフラットストリップの巾、ｔ＝リードストリップの厚み、θ＝Ｖ脚の角度（図３Ａを参照）、ＩＤ＝カンの内径、そして０°≦θ≦１８０°である。この計算は、Ｖの脚が合流する場所の半径は仮定しておらず、半径がある場合には、最大ギャップは、計算値より小さくなる。
2008529239.tif 000004
但し、Ｗ＝リードが作られるフラットストリップの巾、ｔ＝リードストリップの厚み、Ｒ＝弧の半径、ＩＤ＝カンの内径、そして（Ｗ／Ｒ）≦πである。
【００２３】
コンピュータモデリングを使用し、リードの端子端部の形状、及びリードを形成するためのツールであって、リード材料の特性及び寸法や、電極アッセンブリ及びカンの寸法のような事柄を考慮に入れて、リードとカンの側壁との間に物理的な接触を保証し且つ成形中にリードへのダメージを防止するものを開発することができる。又、コンピュータモデリングを使用して、リードの端子部分を、リードへのダメージ（例えば、金属の裂け、穴及びしわや、リードの表面からのメッキの摩滅）を回避するための希望の形状へと成形するためのツールを設計することもできる。コンピュータモデリングに使用できる商業的に入手可能なソフトウェアは、例えば、ＡＢＡＱＵＳ（米国ロードアイランド州パウツケットのＨｉｂｂｉｔ，Ｋａｒｌｓｓｏｎ＆Ｓｏｒｅｎｓｅｎ  Ｉｎｃ．から）及びＭＡＲＣＫ７．３（米国カリフォルニア州ロスアンジェルスのＭＳＣ．Ｓｏｆｔｗａｒｅから）を含む。
【００２４】
リードの端子部分に形成される形状は、多方面において効果的である。例えば、電極アッセンブリをカンに挿入する前に平面端子部分をもつリードに比して、成形された端子部分が、優れたスプリング特性を与えることができ、電極アッセンブリの側部とカンの側部との間の大きな直径差を許すことができ、且つリード材料の形式及び寸法に大きな選択の自由度を許すことができる。このような効果の結果として、セルの特性を改善し、セルの製造を著しく容易にし、及び／又はセル製造コストを低下することができる。
【００２５】
セル容器は、多くの場合、図１のカンのような閉じた底部をもつ金属カンである。カンの材料は、セルに使用される活性材料及び電解質に一部分依存する。共通の材料形式は、スチールである。例えば、カンは、スチールで形成して、少なくとも外側にニッケルをメッキし、カンの外面を腐食から保護することができる。メッキの形式は、異なる程度の耐腐食性を与えるか又は希望の見掛けを与えるように変更することができる。スチールの形式は、容器を形成する仕方に一部分依存する。延伸カンの場合には、スチールは、拡散アニール、低炭素、アルミニウムキルド、ＳＡＥ  １００６又は同等のスチールで、粒子サイズがＡＳＴＭ９ないし１１で、若干細長い粒子形状に等割り(equiaxed)されたものである。ステンレススチールのような他のスチールを使用して、特殊なニーズを満足することができる。例えば、カンがカソードに電気的接触するときには、カソード及び電解質による腐食についての耐性を改善するためにステンレススチールを使用することができる。
【００２６】
セルカバーは金属である。ニッケルメッキされたスチールを使用してもよいが、特に、カバーがカソードと電気的接触するときには、ステンレススチールがしばしば望まれる。カバーの形状の複雑さも、材料選択におけるファクタである。セルカバーは、厚いフラットなディスクのような簡単な形状を有してもよいし、又は図１に示すカバーのようなもっと複雑な形状を有してもよい。カバーが、図１のもののような複雑な形状を有するときには、ＡＳＴＭ８−９粒子サイズをもつ形式３０４ソフトアニールのステンレススチールを使用して、希望の耐腐食性及び金属成形容易さを与えることができる。成形されたカバーには、例えば、ニッケルをメッキしてもよい。
【００２７】
端子カバーは、周囲環境の水分による腐食について優れた耐性を有し、優れた導電率を有し、且つ消費者向けバッテリで見たときに、魅力的な見掛けを有するものでなければならない。端子カバーは、多くの場合に、ニッケルメッキの冷間圧延スチール、又はカバーが成形された後にニッケルメッキされたスチールで形成される。端子が圧力リリーフ通気口の上に位置している場合には、端子カバーは、一般に、セルの通気を容易にするために１つ以上のホールを有する。
【００２８】
ガスケットは、希望のシール特性を与える適当なサーモプラスチック材料から形成される。材料の選択は、電解質の組成に一部分基づく。適当な材料は、例えば、ポリプロピレン、硫化ポリフェニレン、テトラフルオライド−パー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、及びその組み合せを含む。好ましいガスケット材料は、ポリプロピレン（例えば、米国デラウェア州ウイルミントンのＢａｓｅｌｌ  ＰｏｌｙｏｌｅｆｉｎからのＦＡＸ（登録商標）６５２４）、ポリブチレンテレフタレート（例えば、米国ニュージャージー州サミットのＴｏｃｏｎａ−ＵＳからのＣＥＬＡＮＥＸ（登録商標）ＰＢＴ、グレード１６００Ａ）、及び硫化ポリフェニレン（例えば、米国テキサス州シナーのＢｏｅｄｅｋｅｒ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ｉｎｃ．からのＴＥＣＨＴＲＯＮ（登録商標）ＰＰＳ）を含む。又、ガスケットの基礎樹脂に少量の他のポリマー、強化無機充填材及び／又は有機化合物を添加してもよい。
【００２９】
最良のシール性を与えるためにガスケットにシール剤を被覆してもよい。エチレンプロピレンジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）は、適当なシール材料であるが、他の適当な材料も使用できる。
【００３０】
通気口ブッシングは、高い温度（例えば、７５℃）において冷たい流れに耐えるサーモプラスチック材料から作られる。サーモプラスチック材料は、エチレン−テトラフルオロエチレン、ポリブチレンテレフタレート、硫化ポリフェニレン、ポリフタルアミド、エチレン−クロロトリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、フルオリネーテッドパーフルオロエチレンポリプロピレン、及びポリエーテルエーテルケトンのような基礎樹脂を含む。エチレン−テトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、硫化ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、及びポリフラルアミドが好ましい。高い温度において希望のシール及び通気特性を通気口ブッシングに与えるために、熱安定化充填材を添加することにより樹脂を変性することができる。ブッシングは、サーモプラスチック材料から射出整形することができる。好ましいサーモプラスチック材料は、ＴＥＦＺＥＬ（登録商標）ＨＴ２００４（２５重量％の切り刻まれたガラス充填材をもつＥＴＦＥ樹脂）である。
【００３１】
通気口ボールは、セルの中身に接触するのに適していて希望のセルシール及び通気特性を与える適当な材料で作ることができる。ガラスや、ステンレススチールのような金属を使用することができる。
【００３２】
アノードは、リチウムホイルとも称されるリチウム金属のストリップで構成される。リチウムの組成を変えることはできるが、バッテリグレードのリチウムの場合、純度は常に高い。希望のセル電気的性能を与えるために、リチウムを、アルミニウムのような他の金属と合金化することができる。０．５重量％のアルミニウムを含むバッテリグレードのリチウム−アルミニウムホイルが、米国ノースカロライナ州キングズマウンティンのＣｈｅｍｅｔａｌｌ  Ｆｏｏｔｅ  Ｃｏｒｐ．から入手できる。
【００３３】
アノードは、金属リチウムの表面内又はその上に集電器を有してもよい。図１のセルのように、リチウムが高い導電率を有するので、個別の集電器は必要とされなくてよいが、例えば、リチウムが消費されるにつれて、放電中にアノード内に電気的な継続性を維持するために、集電器を含ませることができる。アノードが集電器を含むときには、それが、導電率の点から銅で作られるが、セル内で安定である限り他の導電性材料を使用することもできる。
【００３４】
電気リードは、アノードをセル端子の１つ（図１に示すＦＲ６セルの場合にはカン）に接続する薄いメタルストリップから作ることができる。メタルストリップは、多くの場合に、ニッケル又はニッケルメッキのスチールで作られて、リチウムに直接固定される。これは、リードの端をアノードの一部分内に埋め込むか、又はリードの端をリチウムホイルの表面に単にプレスするだけで達成できる。
【００３５】
カソードは、集電器と、１つ以上の電気化学的に活性の材料を通常粒状形態で含む混合物とを備えたストリップの形態である。好ましい活性材料は、二硫化鉄（ＦｅＳ2）である。Ｌｉ／ＦｅＳ2セルにおいては、活性材料が５０重量％より多くのＦｅＳ2を含む。又、カソードは、希望のセル電気的及び放電特性に基づいて、１つ以上の付加的な活性材料を含むこともできる。付加的な活性カソード材料は、任意の適当な活性カソード材料でよい。例えば、Ｂｉ2Ｏ3、Ｃ2Ｆ、ＣＦx、（ＣＦ）n、ＣｏＳ2、ＣｕＯ、ＣｕＳ、ＦｅＳ、ＦｅＣｕＳ2、ＭｎＯ2、Ｐｂ2Ｂｉ2Ｏ5、及びＳが含まれる。より好ましくは、Ｌｉ／ＦｅＳ2セルカソードの活性材料は、少なくとも９５重量％のＦｅＳ2を含み、更に好ましくは、少なくとも９９重量％のＦｅＳ2を含み、そして最も好ましくは、ＦｅＳ2が唯一の活性カソード材料である。少なくとも９５重量％の純度レベルをもつバッテリグレードのＦｅＳ2を、米国ニュージャージー州カムデンのＡｍｅｒｉｃａｎ  Ｍｉｎｅｒａｌｓ  Ｉｎｃ、オーストリアビーナのＣｈｅｍｅｔａｌｌ  ＧｍｂＨ、及び米国バージニア州ディルウィンのＫｙａｎｉｔｅ  Ｍｉｎｉｎｇ  Ｃｏｒｐから入手することができる。
【００３６】
活性材料に加えて、カソード混合物は、他の材料を含む。粒状材料を一緒に保持すると共に、混合物を集電器に接着するために、バインダーが一般的に使用される。金属、グラファイト、及びカーボンブラック粉末のような１つ以上の導電性材料を添加して、改良された導電率を混合物に与えることができる。使用する導電性材料の量は、活性材料及びバインダーの導電率、集電器上の混合物の厚み、及び集電器の設計のようなファクタに依存し得る。又、少量の種々の添加物を使用して、カソード製造及びセル性能を向上させることができる。Ｌｉ／ＦｅＳ2セルカソードのための活性材料混合物の材料の例を以下に示す。グラファイト：米国オハイオ州ウェストレイクのＴｉｍｃａｌ  ＡｍｅｒｉｃａからのＫＳ−６及びＴＩＭＲＥＸ（登録商標）ＭＸ１５グレード合成グラファイト。カーボンブラック：米国テキサス州ヒューストンのＣｈｅｖｒｏｎ  Ｐｈｉｌｌｉｐｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ  ＬＰからのグレードＣ５５アセチレンブラック。バインダー：Ｐｏｌｙｍｏｕｎｔ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ｃｏｒｐ（旧Ｐｏｌｙｓａｒ  Ｉｎｃ）により製造され、米国オハイオ州アクロンのＨａｒｗｉｃｋ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｃｏｒｐから入手できるエチレン／プロピレンコポリマー（ＰＥＰＰ）、米国ミシガン州ミッドランドのＤｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙからの脱イオン水に溶ける酸化ポリエチレン（ＰＥＯ）であるＰＯＬＹＯＸ（登録商標）、及びテキサス州ヒューストンのＫｒａｔｏｎ  ＰｏｌｙｍｅｒｓからのＧ１６５１グレードのスチレン−エチレン／ブチレン−スチレン（ＳＥＢＳ）ブロックコポリマー。添加物：米国ニューヨーク州タリータウンのＭｉｃｒｏ  Ｐｏｗｄｅｒｓ  Ｉｎｃにより製造された（米国オハイオ州クリーブランドのＤａｒ−Ｔｅｃｈ  Ｉｎｃから入手できる）ＦＬＵＯ  ＨＴ（登録商標）ミクロン化ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、及びニュージャージー州リッジフィールドのＤｅｇｕｓｓａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ  Ｐｉｇｍｅｎｔ  ＧｒｏｕｐからのＡＥＲＯＳＩＬ（登録商標）２００グレード煙霧化シリカ。
【００３７】
集電器は、カソード表面内に配置されるか又はカソード表面に埋め込まれ、或いは薄いメタルストリップの片側又は両側にカソード混合物を被覆することもできる。共通に使用される材料は、アルミニウムである。集電器は、カソード混合物を含むカソードの一部分を越えて延びてもよい。集電器のこの延長部分は、正端子に接続された電気リードと接触をなすための便利なエリアを与えることができる。セルの内部容積の多くを活性材料及び電解質に使用できるようにするには、集電器の延長部の体積を最小に保つのが望ましい。
【００３８】
ＦｅＳ2カソードを形成する好ましい方法は、高揮発性有機溶媒（例えば、トリクロロエチレン）における活性材料混合物の材料のスラリをアルミニウムホイルシートの両面にロール被覆し、この被覆を乾燥して溶媒を除去し、被覆されたホイルをカレンダー処理して被覆を緊密化し、被覆されたホイルに希望巾のスリットを入れ、そしてスリット付きカソード材料のストリップを希望長さにカットすることである。セパレータを破裂させる危険性を最小にするために、小さな粒子サイズのカソード材料を使用するのが望ましい。例えば、使用の前に２３０メッシュ（６２μｍ）スクリーンを通してＦｅＳ2をふるいに掛けるのが好ましい。
【００３９】
カソードは、セルの正端子に電気的に接続される。これは、図１に示すように、しばしば薄いメタルストリップ又はスプリングの形態の電極リードで達成することができる。このリードは、しばしば、ニッケルメッキのステンレススチールで作られる。
【００４０】
セパレータは、イオン浸透性で且つ非導電性の薄い微孔性メンブレーンである。セパレータの孔内に少なくとも若干の電解質を保持することができる。セパレータは、アノード及びカソードの隣接表面間に配置され、電極を互いに電気的に絶縁する。又、セパレータの一部分は、セル端子に電気的に接触する他の要素も絶縁して、内部の短絡を防止することができる。セパレータの縁は、多くの場合に、少なくとも１つの電極の縁を越えて延びていて、アノード及びカソードが互いに完全に整列されない場合でも電気的に接触しないよう保証する。しかしながら、電極を越えて延びるセパレータの量を最小にすることが望ましい。
【００４１】
優れた高電力放電性能を与えるために、セパレータは、参考としてここに援用する１９９４年３月１日付の米国特許第５，２９０，４１４号に開示された特徴（孔は、最小寸法が少なくとも０．００５μｍで、最大寸法が差し渡し５μｍ以下で、多孔度が３０ないし７０％の範囲で、面積比抵抗が２ないし１５Ω−ｃｍ2で、ねじれが２．５未満である）を有するのが望ましい。
【００４２】
又、適当なセパレータ材料は、セル製造プロセスや、セル放電中にセパレータに作用し得る圧力に、内部短絡を生じ得る裂け、割れ、ホール又は他のギャップを発生せずに、耐えるに充分な強度がなければならない。セルにおける全セパレータ体積を最小にするために、セパレータは、できるだけ薄くなければならず、好ましくは、２５μｍ厚み未満で、より好ましくは、２２μｍ厚み以下で、例えば、２０μｍ又は１６μｍでなければならない。高い引っ張り応力、好ましくは少なくとも８００、より好ましくは少なくとも１０００キログラムの力／平方センチメートル（ｋｇｆ／ｃｍ2）が望ましい。ＦＲ６形式のセルの場合に、好ましい引っ張り応力は、加工方向に少なくとも１５００ｋｇｆ／ｃｍ2、そして横断方向に少なくとも１２００ｋｇｆ／ｃｍ2であり、又、ＦＲ０３形式のセルの場合には、好ましい引っ張り強度は、加工方向及び横断方向に各々１３００及び１０００ｋｇｆ／ｃｍ2である。好ましくは、平均絶縁破壊電圧は、少なくとも２０００ボルト、より好ましくは少なくとも２２００ボルト、そして最も好ましくは少なくとも２４００ボルトである。好ましい最大有効孔サイズは、０．０８μｍから０．４０μｍ、より好ましくは０．２０μｍ以下である。好ましくは、ＢＥＴ比表面積は、４０ｍ2／ｇ以下であり、より好ましくは少なくとも１５ｍ2／ｇであり、最も好ましくは少なくとも２５ｍ2／ｇである。好ましくは、面積比抵抗は、４．３Ω−ｃｍ2以下であり、より好ましくは４．０Ω−ｃｍ2以下であり、最も好ましくは３．５Ω−ｃｍ2以下である。これらの特性は、参考としてここに援用する２００３年１１月２１日に出願された米国特許出願第１０／７１９，４２５号に詳細に説明されている。
【００４３】
リチウムバッテリに使用するためのセパレータメンブレーンは、多くの場合、ポリプロピレン、ポリエチレン、又は超高分子重量ポリエチレンで形成されるが、ポリエチレンが好ましい。セパレータは、二軸配向の微孔性メンブレーンの単一層でもよいし、又は２つ以上の層を一緒に積層して、直交方向に希望の引っ張り強度を与えるようにしてもよい。コストを最小にするためには単一層が好ましい。適当な単一層二軸配向ポリエチレン微孔性セパレータは、Ｔｏｎｅｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐから入手できると共に、米国ニューヨーク州マセドニアのＥＸＸＯＮ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏから入手できる。Ｓｅｔｅｌａ  Ｆ２０ＤＨＩグレードのセパレータは、公称厚みが２０μｍであり、Ｓｅｔｅｌａ  １６ＭＭＳグレードは、公称厚みが１６μｍである。
【００４４】
アノード、カソード及びセパレータストリップは、電極アッセンブリにおいて一緒に結合される。電極アッセンブリは、図１に示すように、螺旋巻き設計でよく、これは、カソード、セパレータ、アノード及びセパレータの交互のストリップをマンドレルに巻き付け、その巻き付けが完了したときに電極アッセンブリからマンドレルを引き出すことにより形成される。少なくとも１つのセパレータ層及び／又は少なくとも１つの電気絶縁フィルム（例えば、ポリプロピレン）層が一般的に電極アッセンブリの外面に巻き付けられる。これは、多数の目的を果たし、即ちアッセンブリを一緒に保持する上で助けとなり、これを使用してアッセンブリの巾又は直径を希望の寸法に調整することができる。セパレータ又は他の外側フィルム層の最外端は、接着テープの断片で又は熱シールにより保持されてもよい。アノードが、図１に示すように、最も外側の電極でもよいし、又はカソードが最も外側の電極でもよい。いずれの電極をセル容器と電気的接触させてもよいが、最も外側の電極が、カンに電気的接触するよう意図された同じ電極であるときには、最も外側の電極と容器の側壁との間の内部短絡を回避することができる。
【００４５】
電極アッセンブリは、螺旋状に巻かれるのではなく、電極及びセパレータストリップを一緒に折り返すことにより形成されてもよい。ストリップは、それらの長さに沿って整列されてアコーディオン形態で折り返されてもよいし、又はアノード及び１つの電極ストリップがカソード及び別の電極ストリップに垂直に敷設され、そしてそれら電極が、一方が他方を横切って（直交配向で）交互に折り返されて、両方の場合に、交互のアノード及びカソード層のスタックを形成することができる。
【００４６】
電極アッセンブリは、ハウジング容器に挿入される。螺旋状に巻かれた電極アッセンブリの場合には、円筒状の容器かプリズム状の容器かに関わらず、電極の主面が容器の側壁（１つ又は複数）に垂直にされる（換言すれば、電極アッセンブリの中心コアがセルの長手軸に平行にされる）。折り返された電極アッセンブリは、通常、プリズム状セルに使用される。アコーディオン式に折り返される電極アッセンブリの場合には、電極層のスタックの両端のフラット電極面が容器の両側に隣接するようにアッセンブリが配向される。これらの構成では、アノードの主面の全面積の大部分がセパレータを通してカソードの主面の全面積の大部分に隣接し、そして電極の主面の最も外側の部分が容器の側壁に隣接する。このように、アノード及びカソードの合成厚みの増加による電極アッセンブリの膨張が容器側壁（１つ又は複数）により制限される。
【００４７】
水を汚染物として非常に僅かな量（例えば、使用する電解質塩に基づき重量で約５００パーツパーミリオン以下）しか含まない非水性電解質が、本発明のバッテリセルに使用される。リチウム及び活性カソード材料に使用するのに適した非水性電解質を使用することができる。電解質は、有機溶媒に分解された１つ以上の電解質塩を含む。Ｌｉ／ＦｅＳ2セルの場合、適当な塩は、例えば、臭化リチウム、過塩素酸リチウム、リチウムヘクサフルオロホスフェート、ポタジウムヘクサフルオロホスフェート、リチウムヘクサフルオロアーセネート、リチウムトリフルオロメタンスルフォネート及びヨウ化リチウムを含み、そして適当な有機溶媒は、次の１つ以上を含む。即ち、ジメチルカルボネート、ジエチルカルボネート、メチルエチルカルボネート、エチレンカルボネート、プロピレンカルボネート、１，２−ブチレンカルボネート、２，３−ブチレンカルボネート、蟻酸メチル、γ−ブチロラクトン、サルフォラン、アセトニトリル、３，５−ジメチルイソキサゾール、ｎ，ｎ−ジメチルフォルムアミド及びエーテル。塩／溶媒の組み合せは、希望の温度範囲にわたりセル放電要求を満足するに充分な電解質及び導電率を与える。エーテルがしばしば望まれるのは、一般的に、粘性が低く、湿り能力が良好で、低温度放電性能が良好で、且つ高レート放電性能が良好のためである。これは、Ｌｉ／ＦｅＳ2セルにおいて特に言えることである。というのは、エーテルは、ＭｎＯ2カソードより安定していて、より高いエーテルレベルを使用できるからである。適当なエーテルは、非環式エーテル、例えば、１，２−ジメトキシエタン、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、並びに環式エーテル、例えば、１，３−ジオキソラン、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−めちる−２−オキサゾリジノンを含むが、これらに限定されない。
【００４８】
特定のアノード、カソード及び電解質の組成並びに量は、前記米国特許出願第１０／７１９，４２５号に開示されたように、希望のセル製造、性能及び保管特性を与えるように調整することができる。
【００４９】
セルは、適当なプロセスを使用して閉じ、シールすることができる。このようなプロセスは、クリンプ、再引き出し、収集、及びその組み合せを含むが、これに限定されない。例えば、図１のセルの場合に、電極及び絶縁コーンが挿入された後にカンにビードが形成され、そしてカンの開放端にガスケット及びカバーアッセンブリ（セルカバー、接触スプリング及び通気口ブッシングを含む）が配置される。セルがビードに支持される一方、ガスケット及びカバーアッセンブリがビードに対して下方に押される。ビードより上のカンの頂部の直径は、セグメント化されたコレットで減少されて、ガスケット及びカバーアッセンブリをセル内に位置保持する。通気口ブッシング及びカバーのアパーチャーを通してセルに電解質を付与した後に、通気口ボールがブッシングに挿入され、セルカバーのアパーチャーをシールする。ＰＴＣ装置及び端子カバーがセルカバーの上でセルに配置され、カンの上縁がクリンプダイで内方に曲げられ、ガスケット、カバーアッセンブリ、ＰＴＣ装置及び端子カバーを保持すると共に、ガスケットによるカンの開放端のシールを完了する。
【００５０】
前記説明は、特に、スイス、ジュネーブの「国際電気技術委員会(International Electrotechnical Commission)」により出版された国際規格ＩＥＣ６００８６−１及びＩＥＣ６００８６−２に定義されたＦＲ６及びＦＲ０３形式のような円筒状Ｌｉ／ＦｅＳ2セルに関連したものである。しかしながら、本発明は、他のセルサイズ及び形状にも適用できると共に、他の電極アッセンブリ、ハウジング、シール及び圧力リリーフ通気設計をもつセルにも適用できる。本発明を使用できる他のセル形式は、一次及び再充電可能な水性アルカリセル、例えば、亜鉛／二酸化マンガン、亜鉛／ニッケルオキシヒドロオキサイド、ニッケル／カドミウム及びニッケル／水素化金属セル、並びに一次及び再充電可能な非水性セル、例えば、リチウム／二酸化マンガン及びリチウムイオンセルを含む。又、電極アッセンブリ構成は、変化し得る。例えば、上述したような螺旋状に巻かれた電極、折り返された電極、又はストリップのスタック（例えば、フラットなプレート）をもつことができる。又、例えば、円筒形状及びプリズム形状を含むようにセル形状を変化させることもできる。
【００５１】
本発明の特徴及びその効果を、以下の実施例において更に説明する。
【００５２】
実施例１
コンピュータモデリングを使用して、図１に示したものと同様の電極アッセンブリをもつＦＲ６及びＦＲ０３セルに使用するのに適した多数の負電極リード設計を評価した。モデルを使用して、図１及び２の負電極リードと同様のリードの端子端部により作用し得るスプリング力を決定した。この決定されたスプリング力は、リードの端子部分によりカンの側壁の内面に対して作用される力の程度を近似するものでなければならない。
【００５３】
モデルは、リードとしての０．０５１ｍｍ（０．００２インチ）厚みの、ニッケルメッキされ、冷間圧延されたスチールストリップについて、次の材料特性を使用した。ヤング係数＝２．０７ｘ１０8Ｐａ（３．００ｘ１０7ｌｂ／ｉｎ2）、ポアソン比＝０．２８５、及び初期降伏強さ＝２５１，０００Ｐａ（３６，４００ｌｂ／ｉｎ2）。
【００５４】
リードの端子部分（電極アッセンブリをカンに挿入する前に、電極アッセンブリの底部の周りの屈曲部の上で、電極アッセンブリの外面に隣接した部分）について３つの異なる形状が評価された。即ち、フラット、Ｖ字状（図４Ａ）、及び弧状（図４Ｂ）。Ｖ字状及び弧状リードの溝は、ストリップの端子部分の中心に沿って長手方向に位置され、従って、溝は、電極アッセンブリをカンに挿入した後にセルの長手軸と平行に配置される。
【００５５】
モデルにおいて、電極アッセンブリの外径及びリードの端子部分の断面は、初期リード形状及び寸法を使用して、カンの内径の断面に重畳された。電極アッセンブリの直径１２．９０ｍｍ（０．５０８インチ）、カンの内径１３．４４ｍｍ（０．５２９インチ）及びリードストリップの巾４．７５ｍｍ（０．１８７インチ）がＦＲ６セルの評価に使用されると共に、電極アッセンブリの直径９．２５ｍｍ（０．３６４インチ）、カンの内径９．７０ｍｍ（０．３８２インチ）及びリードストリップの巾３．１８ｍｍ（０．１２５インチ）がＦＲ０３セルの評価に使用された。各セルサイズの場合に、カンに対する電極アッセンブリ及びリードのスタート位置は、各々の場合に同じであり、図６（正しい縮尺ではない）に示すように、脚角度が９０度のＶ字状へと最初に成形されたリードに基づいて確立された。リードの縁６０は、カン１２に接触するように配置され、そして電極アッセンブリは、ポイント６２においてＶの基部に接触するように配置された。評価される他のケース各々のスタート位置において、リードの縁６０は、カン１２に接触するように配置され、そして電極アッセンブリ上のポイント６２からリードの中心を通してカン１２へ至る距離６４は、ＦＲ６セルの場合は１．８８ｍｍ（０．０７４インチ）であり、ＦＲ０３セルの場合は１．２４ｍｍ（０．０４９インチ）であった。図６Ａ及び６Ｃは、各々、図６ＢのＶ字状リードと同じ材料から作られたフラットなリード及び弧状リードをもつＦＲ６セルに対するスタート位置を示す。距離６４が一定に保たれるので、図６Ａ及び６Ｃにおいてリードと電極アッセンブリとの間にはギャップがある。モデルにおいて、電極アッセンブリを右へ移動して（図６Ａ−６Ｃ）、距離６４を減少させ、カンに対するリードのスプリング力を、ポイント６２の右側への変位の関数として決定した。ポイント６２とリードとの間にギャップがある場合には、電極がリードに接触してそれを押し始めるに充分なほど変位されるまで、スプリング力は生じなかった。
【００５６】
モデリングの結果が図７ないし１４に示されており、これらの図は、カンに対するリードのスプリング力（ｇ／リードの整形部分の長さｃｍ）を、スタート点からの電極アッセンブリの変位（ｍｍ）の関数として示す。以下のテーブル１は、各図面に表わされたセル形式及びリード形状を要約するものである。
テーブル１
2008529239.tif 000005
【００５７】
図７ないし１４のグラフは、電極アッセンブリが右へ変位されるときのスプリング力の変化を示している。１２．９０ｍｍ直径の電極アッセンブリをもつＦＲ６セル、及び９．２５ｍｍの電極アッセンブリをもつＦＲ０３セルについて、カンの左内面に対して電極アッセンブリの左側（反対のポイント６２）を配置するスタート点（図６Ａ−６Ｃ）からの変位の量が線Ｅで示されている。これは、電極アッセンブリができるだけ左側にあるときにカンへ挿入された後の電極アッセンブリの位置に対応する。より小さな又はより大きな直径をもつ電極アッセンブリの場合には、線Ｅが、各々、左又は右へシフトされる。カンの右内面に対してポイント６２を配置する変位の量が線Ｆで示されている。スタート位置においてリードと電極アッセンブリとの間にギャップがない場合には（図８及び１３）、電極アッセンブリが右へ変位し、それに対応してリードが圧縮すると（初期リード形状が変形すると）、スプリング力が直ちに増加し始める。他のケースでは、残りのギャップがなくなるまで、スプリング力は、０より上に上昇し始めない。ポイントＡ１、Ｂ１、Ｃ１及びＤ１は、ＦＲ６セルの場合は０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）そしてＦＲ０３セルの場合は０．１０２ｍｍ（０．００４インチ）の増分変位に対するスプリング力を示している。ポイントＡ２、Ｂ２、Ｃ２及びＤ２は、電極アッセンブリが、各々、最初に右側へポイントＡ１、Ｂ１、Ｃ１及びＤ１まで変位された後に、左側へ変位して戻る（ＦＲ６セルの場合には０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）、ＦＲ０３セルの場合には０．１０２ｍｍ（０．００４インチ））場合に、スプリング力の変化を示している。これは、例えば、リードが過剰圧縮され（電極アッセンブリがカンの内径の中に適合するに必要な最小限度より大きく変形され）、次いで、カンに対してスプリング作用で戻ることが許される場合に、カンへの電極アッセンブリの挿入中に起きることに対応する。リードの一部分においてリードの降伏強さを越えるためにリードが部分的に永久変形することによりスプリング力は低くなる。一般に、電極アッセンブリの所与の変位量に対して、Ｖ字状及び弧状のリードは、フラットなリードより大きなスプリング力を与える。
【００５８】
図７（及びフラットなリードをもつＦＲ６セル）において、スタート点では、電極アッセンブリが１．４２ｍｍ（０．０５６インチ）以上右へ変位されるまで、スプリング力はゼロである。電極アッセンブリが線Ｅを越えて変位されるまでスプリング力は０より上に上昇しないので、電極アッセンブリの直径が１２．９０ｍｍ以下の場合、リードとカンとの間にスプリング力は生じない。換言すれば、電極アッセンブリの直径が１２．９０ｍｍでは、リードとカンとの間にスプリング力が生じない。電極アッセンブリの直径が１２．９８ｍｍ（０．５１１インチ）であることに対応する０．０７６ｍｍ（０．００３インチ）の付加的な変位が要求される。
【００５９】
図８（９０度のＶ字状リードをもつＦＲ６セル）では、右側への電極アッセンブリの変位が開始するや否やスプリング力が上昇し始める。電極アッセンブリの左側がカンの左側内面と同じになるに充分なほど電極アッセンブリが変位されたときには、スプリング力が１６７ｇ／ｃｍ（線Ｅとのグラフの交点に対応する）となる。これは、電極アッセンブリの直径が１２．９０のセルにおいて、リードが著しく過剰圧縮されない限り、リードとカンとの間にスプリング力があることを意味する。甚だしい過剰圧縮があると、ポイントＣ１を越える変位を招き、変形したリードとカンとの間に多数の接触点が生じると共に、スプリング力が急速に上昇し（グラフをはみ出して）、やがて、リード材料の降伏強さを越えて、スプリング作用で僅かな量だけ戻った後にスプリング力がゼロに下降する。図８は、約１１．５５ｍｍ程度の電極アッセンブリ直径（図７に示す最小電極直径より１．３５ｍｍ小さい）を、１３．４４ｍｍのカン内径及びこの評価に使用されるリードをもつセルに使用できることを示している。
【００６０】
図９（１．７８ｍｍ半径の弧状リードをもつＦＲ６セル）では、モデルのスタート点において電極アッセンブリとリードとの間に小さなギャップがあるが、カンの左内面に対して位置された１２．９０ｍｍ直径の電極アッセンブリに対応する変位でスプリング力が０より高くなる。線Ｅを１．０７ｍｍ（０．０４２インチ）だけ左にシフトしても、スプリング力は依然０より大きく、従って、このリードと共に小直径の電極アッセンブリ（１１．８３ｍｍより大きい）を使用することができる。
【００６１】
図１０のグラフは、図９に類似している。ポイントＡ１、Ｂ１、Ｃ１及びＤ１は、図９の対応ポイントより一般的に高いので、電極アッセンブリをカンへ挿入する間にリードの過剰圧縮がなければ、１．９１ｍｍ対１．７８ｍｍの弧半径でスプリング力が高くなければならない。このリード設計で使用できる最小電極アッセンブリは、図９から決定されたものより若干大きいだけである。
【００６２】
図１１のグラフは、図９及び１０と同様である。比較により明らかなように、２．２９ｍｍの弧半径は、ポイントＢ１を越える変位に対してより高いスプリング力を生じる（ポイントＤ１は、図１１に示す最大スプリング力より上である）が、過剰圧縮から生じるスプリング力には若干大きなロスがあり、使用できる最小電極アッセンブリ直径は、１．９１ｍｍ及び１．７８ｍｍの弧半径をもつリードの場合より若干大きい。
【００６３】
図１２、１３及び１４においてＦＲ０３セルについて示された傾向は、図７−１１に示されたものに類似している。Ｖ字状リードを圧縮し過ぎると、リードに疲労が生じると共に、スプリング力が失われることになる。図１２に示すフラット電極リードで使用できる最小電極直径は、約９．４ｍｍ（０．３７０インチ）であり、図１４に示す１．４０ｍｍ半径の弧状リードでの最小値は、約８．６４ｍｍ（０．３４０インチ）であり、そして図１３に示す９０度のＶ字状リードでの最小値は、約８．４６ｍｍ（０．３３３インチ）である。
【００６４】
実施例２
図１及び２のセル１０と同様の１０ロットのＦＲ６セルを製造して、セル特性及び性能を評価した。ロット１及び２の各セルは、電極アッセンブリの周囲に巻かれたポリエチレンフィルムの０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）厚みのストリップを有するものであった。電極アッセンブリの平均外径（ポリエチレンフィルムのストリップを含む）は、１３．０６ｍｍ（０．５１４インチ）であった。ロット３−１０の各セルは、ポリエチレンフィルムの外側ラップをもたず、電極アッセンブリの平均外径は、１２．９５ｍｍ（０．５１０インチ）であった。全ロットにおいて、カンの平均内径は、１３．４１ｍｍ（０．５２８インチ）であった。全ロットにおいて、負電極リードは、巾が４．７５ｍｍ（０．１８７インチ）で、５５．９ｍｍ（２．２０インチ）の長さにカットされた導電性金属の薄いストリップから作られた。リードの一端は、リチウムの負電極の外端付近に取り付けられ、従って、リードの端子端部が、組み立てられた電極アッセンブリの底端から突出し、そこで、外方に、次いで、上方に曲げられて、従って、リードの端子部分は、図２に示すように、電極アッセンブリの外部側面に隣接して、長手軸に平行となる。
【００６５】
負電極リードは、テーブル２に示すように、ロットごとに異なるものであった。非平面リードは、端子端部が電極アッセンブリの側部に沿って曲げられたときに電極アッセンブリの長手軸に平行な単一Ｖ字状又は弧状溝を有するものであった。テーブル２に示すＶ字脚の角度、弧の長さ及び弧の半径は、形状を作り出すのに使用されるツールの寸法であり、実際に形成されたリードには、ある程度の偏差及び変動があった。溝は、リードの端子端部から延びる約１２．７ｍｍ（０．５０インチ）長さであり、Ｖ字状又は弧状区分から平面区分への遷移ゾーンを有していた。
【００６６】
各ロットからのサンプルセルを、６０℃で６０日間保管する前後の開路電圧、ＡＣインピーダンス、及びアンペア数についてテストした。又、各ロットからのサンプルセルは、種々の放電、物理的誤用及び電気的誤用テストにおいてテストした。これらロットの中で予想される変動を越える実質的な相違はなかった。
テーブル２
2008529239.tif 000006
【００６７】
本発明を実施する者及び当業者であれば、ここに開示した概念の精神から逸脱せずに、本発明に対して種々の変更や改良がなされることが理解されよう。与えられる保護の範囲は、特許請求の範囲及び法により許される解釈の寛容さにより決定される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】容器とセル電極との間に電気的接触をなすために容器の側壁と容器の外面との間にリードが配置された電気化学的バッテリセルの縦断面図である。
【図２】図１のセルの一部分の拡大図で、容器に接触する電極リードの位置を示す図である。
【図３Ａ】単一のＶ字溝をもつ電極リードの端子部の横断面図である。
【図３Ｂ】単一の弧状溝をもつ電極リードの端子部の横断面図である。
【図４Ａ】Ｖ字電極リードをもつ電極アッセンブリを、その電極アッセンブリの長手軸に垂直に示す断面図である。
【図４Ｂ】弧状電極リードをもつ電極アッセンブリを、その電極アッセンブリの長手軸に垂直に示す断面図である。
【図５Ａ】電極アッセンブリをカンに挿入した後の図４Ａの電極アッセンブリ及びリードを示す断面図である。
【図５Ｂ】電極アッセンブリをカンに挿入した後の図４Ｂの電極アッセンブリ及びリードを示す断面図である。
【図６Ａ】電極アッセンブリ、フラット電極リード及びカンの断面図で、カンに対するリードのスプリング力を決定するのに使用されるモデルにおけるスタート位置を示す図である。
【図６Ｂ】電極アッセンブリ、Ｖ字電極リード及びカンの断面図で、カンに対するリードのスプリング力を決定するのに使用されるモデルにおけるスタート位置を示す図である。
【図６Ｃ】電極アッセンブリ、弧状電極リード及びカンの断面図で、カンに対するリードのスプリング力を決定するのに使用されるモデルにおけるスタート位置を示す図である。
【図７】０．０５１ｍｍ厚みｘ４．７５ｍｍ巾のフラット電極リードの場合に、電極アッセンブリの変位の関数としてスプリング力を示す、コンピュータモデルにより作成されたグラフである。
【図８】０．０５１ｍｍ厚みｘ４．７５ｍｍ巾のメタルストリップから作られた、脚の角度が９０度のＶ字電極リードの場合に、電極アッセンブリの変位の関数としてスプリング力を示す、コンピュータモデルにより作成されたグラフである。
【図９】０．０５１ｍｍ厚みｘ４．７５ｍｍ巾のメタルストリップから作られた、弧の半径が１．７８ｍｍの弧状電極リードの場合に、電極アッセンブリの変位の関数としてスプリング力を示す、コンピュータモデルにより作成されたグラフである。
【図１０】０．０５１ｍｍ厚みｘ４．７５ｍｍ巾のメタルストリップから作られた、弧の半径が１．９１ｍｍの弧状電極リードの場合に、電極アッセンブリの変位の関数としてスプリング力を示す、コンピュータモデルにより作成されたグラフである。
【図１１】０．０５１ｍｍ厚みｘ４．７５ｍｍ巾のメタルストリップから作られた、弧の半径が２．２９ｍｍの弧状電極リードの場合に、電極アッセンブリの変位の関数としてスプリング力を示す、コンピュータモデルにより作成されたグラフである。
【図１２】０．０５１ｍｍ厚みｘ３．１７５ｍｍ巾のフラット電極リードの場合に、電極アッセンブリの変位の関数としてスプリング力を示す、コンピュータモデルにより作成されたグラフである。
【図１３】０．０５１ｍｍ厚みｘ３．１７５ｍｍ巾のメタルストリップから作られた、脚の角度が９０度のＶ字電極リードの場合に、電極アッセンブリの変位の関数としてスプリング力を示す、コンピュータモデルにより作成されたグラフである。
【図１４】０．０５１ｍｍ厚みｘ３．１７５ｍｍ巾のメタルストリップから作られた、弧の半径が１．４０ｍｍの弧状電極リードの場合に、電極アッセンブリの変位の関数としてスプリング力を示す、コンピュータモデルにより作成されたグラフである。
【図１】
2008529239.tif 000009
【図２】
2008529239.tif 000010
【図３Ａ】
2008529239.tif 000011
【図３Ｂ】
2008529239.tif 000012
【図４Ａ】
2008529239.tif 000013
【図４Ｂ】
2008529239.tif 000014
【図５Ａ】
2008529239.tif 000015
【図５Ｂ】
2008529239.tif 000016
【図６Ａ】
2008529239.tif 000017
【図６Ｂ】
2008529239.tif 000018
【図６Ｃ】
2008529239.tif 000019
【図７】
2008529239.tif 000020
【図８】
2008529239.tif 000021
【図９】
2008529239.tif 000022
【図１０】
2008529239.tif 000023
【図１１】
2008529239.tif 000024
【図１２】
2008529239.tif 000025
【図１３】
2008529239.tif 000026
【図１４】
2008529239.tif 000027
【国際調査報告】
2008529239.tif 000028
2008529239.tif 000029
2008529239.tif 000030