(57)【要約】  容器と電解質蒸気透過によるセルの質量又は重量損失を最小にするために容器の開放端を密封する端部アセンブリとを含む電気化学セルのための閉鎖アセンブリを開示する。端部アセンブリには、セル内の圧力が所定の限界を超えると流体を排出することができる通気部材と、端部アセンブリの導電性接点及びセルの電極の電流コレクタと作動的に電気接触した接触部材と、異なる極性を有する閉鎖アセンブリの少なくとも導電性構成要素間に配置された絶縁ポリマー密封部材とが設けられる。好ましい実施形態では、密封部材は、密封部材を通る電解質の蒸気透過を最小にするように選択された寸法比を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉鎖底端部、側壁、及び開放端を有する円筒金属容器と、
正電極、基本的にリチウム又はリチウム合金から成る負電極、該正電極と該負電極の間に配置されたセパレータ、及び非水揮発性電解質を含み、前記容器内に配置された螺旋状に巻かれた電極アセンブリと、
上部壁と遷移部材によって接続した下部壁とを有し、該上部壁が、セルの半径方向中心の方向に上方に傾斜し、かつ該下部壁からこれらのそれぞれの長さに沿って離間した前記側壁における周方向内向き突出物と、
所定の内圧で通気することができる通気部材、電流制限又は遮断部材、及び前記容器と前記正電極又は負電極に作動的に電気的に接続された端部アセンブリの導電性接点との間に位置する絶縁ポリマー密封部材を含み、該容器の前記開放端を閉鎖する端部アセンブリと、
を含むことを特徴とする電気化学セル。
【請求項２】
前記ビーズの上部壁は、上部壁最上点から半径方向外向きに位置する最下点を有し、
上部壁最下点を通って延びる想像水平線と、上部壁最下点と上部壁最上点の間の想像線との間の角度が、１から３０°である、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項３】
前記角度は、３°から２０°であることを特徴とする請求項２に記載の電気化学セル。
【請求項４】
前記ビーズは、前記容器の最大半径の少なくとも２２％である深さを有することを特徴とする請求項２に記載の電気化学セル。
【請求項５】
前記ビーズ深さは、前記容器の半径の少なくとも３０％であることを特徴とする請求項４に記載の電気化学セル。
【請求項６】
接触アセンブリが、圧力解放通気部材に接続された周囲フランジを有する導電性接触部材を更に含み、該圧力解放通気部材は、少なくとも所定の解放圧力と同じ高さである内部セル圧力に応答して破裂することができ、それによって物質が該通気部材を通って逃げることを可能にし、
前記周囲フランジは、隣接する前記側壁のセグメントと実質的に平行に軸線方向距離を延びる軸線方向セグメントを含み、
前記周囲フランジは、実質的に半径方向に前記軸線方向セグメントから延びる半径方向セグメントを含み、かつ前記ビーズの上方に軸線方向に位置する一部分を含み、
前記周囲フランジは、前記半径方向セグメントから、実質的に軸線方向に延びる第２の下部軸線方向セグメントまで遷移し、
前記密封部材は、少なくとも（ａ）前記側壁と周囲フランジ軸線方向セグメント、（ｂ）前記ビーズと前記半径方向セグメント、及び（ｃ）該ビーズと前記第２の下部軸線方向セグメントの間で圧縮下にある、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項７】
前記端部アセンブリは、前記導電性接点と作動的に電気接触した導電性内側カバーを更に含み、
前記内側カバーは、半径方向セグメント及び軸線方向セグメントを有し、
前記密封部材は、前記半径方向セグメントと前記ビーズの前記上部壁との間で圧縮され、
前記密封部材は、前記内側カバー軸線方向セグメントと前記容器の上部側壁との間で圧縮される、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項８】
導電性接触部材が、前記内側カバーに接続され、かつ前記正電極の電流コレクタと作動的に電気的に接続され、
セルが、正電極電流コレクタの一部分と前記容器の前記側壁との間の接触を防止する絶縁部材を更に含み、
前記絶縁部材の一部分が、前記ビーズと前記接触部材と接触し、かつこれらの間に配置される、
ことを特徴とする請求項７に記載の電気化学セル。
【請求項９】
前記通気部材は、ボール型通気部材であることを特徴とする請求項７に記載の電気化学セル。
【請求項１０】
前記端部アセンブリは、導電性内側カバーを更に含み、
前記内側カバーは、ボール通気アセンブリの一部分を形成するセグメントを含み、
前記内側カバーは、半径方向セグメント及び軸線方向セグメントを有する周囲フランジを含み、
前記半径方向セグメントは、軸線方向に延びるセグメントから半径方向外向きに位置し、
前記密封部材は、前記内側カバーの前記軸線方向セグメントと前記ビーズの前記遷移部材との間で圧縮され、
前記密封部材は、前記内側カバーの前記半径方向セグメントと前記ビーズの前記上部壁との間で圧縮される、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１１】
前記正電極は、二硫化鉄を含み、
セルが、Ｒ６サイズセルであり、前記密封部材は、１．１４ｃｍ未満の寸法比を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１２】
前記寸法比は、０．８６ｃｍ未満であることを特徴とする請求項１１に記載の電気化学セル。
【請求項１３】
前記寸法比は、０．５１ｃｍ未満であることを特徴とする請求項１１に記載の電気化学セル。
【請求項１４】
前記正電極は、二硫化鉄を含み、
セルが、Ｒ０３又はＲ８サイズセルであり、前記密封部材は、０．８６ｃｍ未満の寸法比を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１５】
寸法比が、０．４８ｃｍ未満であることを特徴とする請求項１４に記載の電気化学セル。
【請求項１６】
寸法比が、０．３０ｃｍ未満であることを特徴とする請求項１４に記載の電気化学セル。
【請求項１７】
前記接触部材と前記ビーズの前記上部壁との間の前記密封部材の断面積が、Ｒ６サイズセルに対して１２．５ｍｍ2未満及びＲ０３サイズセルに対して６．３ｍｍ2未満であることを特徴とする請求項６に記載の電気化学セル。
【請求項１８】
前記接触部材の前記下部軸線方向セグメントは、前記ビーズの前記上部壁最上点の下に軸線方向に少なくとも０．２５ｍｍ延びることを特徴とする請求項６に記載の電気化学セル。
【請求項１９】
前記内側カバーは、前記第１の軸線方向セグメントから半径方向内向きに位置する第２の軸線方向セグメントを更に含み、
前記半径方向セグメントは、前記軸線方向セグメントを接続し、
前記軸線方向セグメントは、２０％未満の長さの差を有する、
ことを特徴とする請求項７に記載の電気化学セル。
【請求項２０】
前記密封部材の一部分が、前記接触部材、前記絶縁部材、及び前記ビーズによって境界付けられるように、該ビーズの下の前記容器の前記側壁と接触し、かつ該接触部材に接触した絶縁部材を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の電気化学セル。
【請求項２１】
前記接触部材は、前記軸線方向セグメントから延びる内向きに折り畳まれた端部を有し、
開口部を形成する保持器が、セルに存在し、
前記保持器の一部分及び前記通気部材の一部分が、前記接触部材の内向きに折り畳まれた端部と前記半径方向セグメントとの間で圧縮される、
ことを特徴とする請求項６に記載の電気化学セル。
【請求項２２】
前記圧力解放通気部材は、ホイル型通気部材であり、かつ金属及びポリマーのうちの１つ又はそれよりも多くを含む組成物の少なくとも第１の層を含むことを特徴とする請求項６に記載の電気化学セル。
【請求項２３】
前記圧力解放通気部材は、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、ポリエチレンテレフタレート、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、及びこれらの混合物から成る群から選択された組成物を含む第２の層を含み、
前記圧力解放通気部材は、前記第１の層が前記第２の層と第３の層の間に配置される第３の層を含み、該第３の層は、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、ポリエチレンテレフタレート、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、及びこれらの混合物から成る群から選択された組成物を含む、
ことを特徴とする請求項２２に記載の電気化学セル。
【請求項２４】
前記第１の層は、アルミニウムを含むことを特徴とする請求項２３に記載の電気化学セル。
【請求項２５】
前記正電極は、ＦｅＳ2を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項２６】
前記密封部材は、前記容器の圧着端部の下にある実質的に半径方向に延びる上部半径方向セグメントを有し、
前記密封部材上部半径方向セグメントは、実質的に軸線方向に延びて前記容器側壁に接触した密封部材上部軸線方向セグメントに接続され、
前記密封部材上部軸線方向セグメントは、前記圧着端部と前記内向き突出物の前記上部壁との間に延び、
前記密封部材は、前記上部軸線方向セグメントに接続されてそこから実質的に半径方向内向きに延びる下部半径方向セグメントを含み、
前記密封部材の下部軸線方向セグメントが、前記下部半径方向セグメントに接続されてそこから実質的に軸線方向下向きに延び、
前記密封部材上部半径方向セグメント及び下部半径方向セグメントは、前記容器の前記内向き突出物上部壁と圧着端部との間で圧縮され、
前記密封部材下部軸線方向セグメントは、前記遷移部材と内側カバー又は接触部材との間で圧縮される、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項２７】
前記密封部材は、前記容器の圧着端部の下にある実質的に半径方向に延びる上部半径方向セグメントを有し、
前記密封部材上部半径方向セグメントは、実質的に軸線方向に延びて前記容器側壁及び前記周囲フランジ軸線方向セグメントに接触した密封部材上部軸線方向セグメントに接続され、
前記密封部材上部軸線方向セグメントは、前記圧着端部と前記内向き突出物の前記上部壁との間に延び、
前記密封部材は、前記密封部材上部軸線方向セグメントに接続されてそこから実質的に内向きに延びる下部半径方向セグメントを含み、
前記密封部材下部半径方向セグメントは、前記周囲フランジ半径方向セグメントに接触し、かつそれに沿う距離を延び、
前記密封部材の下部軸線方向セグメントが、前記密封部材下部半径方向セグメントに接続され、かつそこから軸線方向下向きに延び、
前記上部半径方向セグメント及び下部半径方向セグメントは、前記容器の前記内向き突出物上部壁と圧着端部との間で圧縮され、
前記密封部材下部軸線方向セグメントは、前記内向き突出物の前記遷移部材と前記接触部材の前記下部軸線方向セグメントとの間で圧縮される、
ことを特徴とする請求項６に記載の電気化学セル。
【請求項２８】
前記密封部材は、前記容器の圧着端部の下にある実質的に半径方向に延びる上部半径方向セグメントを有し、
前記密封部材上部半径方向セグメントは、実質的に軸線方向に延びて前記容器側壁に接触した該密封部材の上部軸線方向セグメントに接続され、
前記上部軸線方向セグメントは、前記圧着端部と前記内向き突出物の前記上部壁との間に延び、かつ前記内側カバー軸線方向セグメントと接触し、
前記密封部材は、前記密封部材上部軸線方向セグメントに接続されてそこから実質的に半径方向内向きに延びる下部半径方向セグメントを含み、
前記密封部材下部半径方向セグメントは、前記内側カバーの前記半径方向セグメントと接触し、かつ該内側カバーと前記内向き突出物の前記上部壁との間で圧縮され、
前記密封部材上部半径方向セグメントは、前記容器の前記内向き突出物上部壁と圧着端部との間で圧縮され、
前記密封部材は、前記内側カバーの前記軸線方向セグメントとセルの接触部材との間で実質的に半径方向上向きに延びる前記密封部材下部半径方向セグメントに接続された内側軸線方向セグメントを更に含む、
ことを特徴とする請求項７に記載の電気化学セル。
【請求項２９】
閉鎖端、端部アセンブリによって密封された開放端、及び該閉鎖端と該開放端の間に延びる側壁を有し、第１の極性のものであり、該端部アセンブリが、第２の極性の接触アセンブリを有し、該側壁が、内向きに延びるビーズを有する円筒導電性容器と、
正電極、負電極、該電極間に配置されたセパレータ、及び電解質を含み、該電極の一方が、前記容器と作動的に電気接触し、他方の電極が、前記端部アセンブリの前記接触アセンブリと作動的に電気接触する電極アセンブリと、
を含み、
前記端部アセンブリは、前記側壁を前記第２の極性を有する該端部アセンブリの導電性構成要素から絶縁する密封部材を含み、
前記接触アセンブリは、圧力解放通気部材に接続された周囲フランジを有する導電性接触部材を含み、該圧力解放通気部材は、少なくとも所定の解放圧力と同じ高さである内部セル圧力に応答して破裂することができ、それによって物質が該通気部材を通って逃げることを可能にし、
前記周囲フランジは、隣接する前記側壁のセグメントに実質的に平行な軸線方向距離を延びる軸線方向セグメントを含み、
前記周囲フランジは、前記軸線方向セグメントから実質的に半径方向に延びる半径方向セグメントを含み、かつ前記ビーズの上方に軸線方向に位置する一部分を含み、
前記周囲フランジは、前記半径方向セグメントから実質的に軸線方向に延びる第２の下部軸線方向セグメントまで遷移し、
前記密封部材は、少なくとも（ａ）前記側壁と周囲フランジ軸線方向セグメント、（ｂ）前記ビーズと前記半径方向セグメント、及び（ｃ）該ビーズと前記第２の下部軸線方向セグメントの間で圧縮下にある、
ことを特徴とする電気化学セル。
【請求項３０】
前記密封部材の一部分が、前記接触部材、前記絶縁部材、及び前記ビーズによって境界付けられるように、該ビーズの下の前記容器の前記側壁に接触し、かつ該接触部材に接触した絶縁部材を更に含むことを特徴とする請求項２９に記載の電気化学セル。
【請求項３１】
前記接触部材は、前記軸線方向セグメントから延びる内向きに折り畳まれた端部を有し、
開口部を形成する保持器が、セルに存在し、
前記保持器の一部分及び前記通気部材の一部分が、前記接触部材の内向きに折り畳まれた端部と前記半径方向セグメントとの間で圧縮される、
ことを特徴とする請求項２９に記載の電気化学セル。
【請求項３２】
前記接触部材と前記ビーズの前記上部壁との間の前記密封部材の断面積が、Ｒ６サイズセルに対して１２．５ｍｍ2未満及びＲ０３サイズセルに対して６．３ｍｍ2未満であることを特徴とする請求項３１に記載の電気化学セル。
【請求項３３】
前記圧力解放通気部材は、ホイル型通気部材であり、かつ金属及びポリマーのうちの１つ又はそれよりも多くを含む組成物の少なくとも第１の層を含むことを特徴とする請求項２９に記載の電気化学セル。
【請求項３４】
前記圧力解放通気部材は、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、ポリエチレンテレフタレート、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、及びこれらの混合物から成る群から選択された組成物を含む第２の層を含み、
前記圧力解放通気部材は、前記第１の層が前記第２の層と第３の層の間に配置される第３の層を含み、該第３の層は、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、ポリエチレンテレフタレート、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、及びこれらの混合物から成る群から選択された組成物を含み、
前記第１の層は、アルミニウムを含む、
ことを特徴とする請求項３３に記載の電気化学セル。
【請求項３５】
前記正電極は、二硫化鉄を含み、
セルが、Ｒ６サイズセルであり、前記密封部材は、１．１４ｃｍ未満の寸法比を有する、
ことを特徴とする請求項２９に記載の電気化学セル。
【請求項３６】
前記寸法比は、０．８６ｃｍ未満であることを特徴とする請求項３５に記載の電気化学セル。
【請求項３７】
前記寸法比は、０．５１ｃｍ未満であることを特徴とする請求項３５に記載の電気化学セル。
【請求項３８】
前記正電極は、二硫化鉄を含み、
セルが、Ｒ０３又はＲ８サイズセルであり、前記密封部材は、０．８６ｃｍ未満の寸法比を有する、
ことを特徴とする請求項２９に記載の電気化学セル。
【請求項３９】
寸法比が、０．４８ｃｍ未満であることを特徴とする請求項３８に記載の電気化学セル。
【請求項４０】
前記寸法比は、０．３０ｃｍ未満であることを特徴とする請求項３８に記載の電気化学セル。
【請求項４１】
前記内向きに延びるビーズは、遷移部材によって接続された上部壁及び下部壁を有し、
前記上部壁は、セルの半径方向中心の方向に上方に傾斜し、
前記上部壁は、前記下部壁からそれらのそれぞれの長さに沿って離間している、
ことを特徴とする請求項２９に記載の電気化学セル。
【請求項４２】
前記ビーズ上部壁は、上部壁最上点から半径方向外向きに位置する最下点を有し、
上部壁最下点を通って延びる想像水平線と、上部壁最下点と上部壁最上点の間の想像線との間の角度が、１から３０°である、
ことを特徴とする請求項４１に記載の電気化学セル。
【請求項４３】
前記角度は、３°から２０°であることを特徴とする請求項４２に記載の電気化学セル。
【請求項４４】
前記ビーズは、前記容器の最大半径の少なくとも２２％である深さを有することを特徴とする請求項２９に記載の電気化学セル。
【請求項４５】
前記密封部材は、前記容器の圧着端部の下にある実質的に半径方向に延びる上部半径方向セグメントを有し、
前記密封部材上部半径方向セグメントは、実質的に軸線方向に延びて前記容器側壁に接触した密封部材上部軸線方向セグメントに接続され、
前記密封部材上部軸線方向セグメントは、前記圧着端部と前記ビーズの上部壁との間に延び、
前記密封部材は、前記密封部材上部軸線方向セグメントに接続されてそこから実質的に半径方向内向きに延びる下部半径方向セグメントを含み、
前記密封部材の下部軸線方向セグメントが、前記密封部材下部半径方向セグメントに接続され、かつそこから実質的に軸線方向下向きに延び、
前記密封部材上部半径方向セグメント及び下部半径方向セグメントは、前記ビーズと前記容器の圧着端部との間で圧縮され、
前記下部軸線方向セグメントは、前記ビーズと接触部材の間で圧縮される、
ことを特徴とする請求項２９に記載の電気化学セル。
【請求項４６】
前記密封部材は、前記容器の圧着端部の下にある実質的に半径方向に延びる上部半径方向セグメントを有し、
前記密封部材上部半径方向セグメントは、実質的に軸線方向に延びて前記容器側壁に接触した密封部材上部軸線方向セグメントに接続され、
前記密封部材上部軸線方向セグメントは、前記圧着端部と前記ビーズの上部壁との間に延び、
前記密封部材は、前記密封部材上部軸線方向セグメントに接続されてそこから実質的に半径方向内向きに延びる下部半径方向セグメントを含み、
前記密封部材の下部軸線方向セグメントが、前記密封部材下部半径方向セグメントに接続され、かつそこから実質的に軸線方向下向きに延び、
前記密封部材上部半径方向セグメント及び下部半径方向セグメントは、前記ビーズと前記容器の圧着端部との間で圧縮され、
前記下部軸線方向セグメントは、前記ビーズと接触部材の間で圧縮される、
ことを特徴とする請求項３４に記載の電気化学セル。
【請求項４７】
前記密封部材は、前記容器の圧着端部の下にある実質的に半径方向に延びる上部半径方向セグメントを有し、
前記密封部材上部半径方向セグメントは、実質的に軸線方向に延びて前記容器側壁に接触した密封部材上部軸線方向セグメントに接続され、
前記密封部材上部軸線方向セグメントは、前記圧着端部と前記ビーズの上部壁との間に延び、
前記密封部材は、前記密封部材上部軸線方向セグメントに接続されてそこから実質的に半径方向内向きに延びる下部半径方向セグメントを含み、
前記密封部材の下部軸線方向セグメントが、前記密封部材下部半径方向セグメントに接続され、かつそこから実質的に軸線方向下向きに延び、
前記密封部材上部半径方向セグメント及び下部半径方向セグメントは、前記ビーズと前記容器の圧着端部との間で圧縮され、
前記下部軸線方向セグメントは、前記ビーズと接触部材の間で圧縮される、
ことを特徴とする請求項４４に記載の電気化学セル。
【請求項４８】
電気化学セルを形成する方法であって、
閉鎖底端部、側壁、及び開放端を有する円筒容器を準備する段階と、
前記容器内への電極アセンブリの挿入後に、該電極アセンブリの上方のセル軸線方向高さに位置する初期ビーズを該容器の前記側壁に形成する段階と、
端部アセンブリの周囲部分が前記初期ビーズの上部壁上に着座するように端部アセンブリを前記容器内に挿入する段階と、
ａ）前記容器の前記底端部、ｂ）ビーズ支持体を有する前記初期ビーズ、及びｃ）該容器の前記開放端に対して支持を提供し、前記上部壁にセルの半径方向中心の方向に上方にテーパを付ける段階と、
前記容器側壁の前記開放端を圧着し、該圧着端部と前記上方にテーパ付きの上部壁の一部分との間に前記端部アセンブリを固定して密封セルを形成する段階と、
を含み、
前記ビーズの上方にテーパ付きの上部壁は、前記密封セルにおいて該ビーズの下部壁から離間している、
ことを特徴とする方法。
【請求項４９】
前記ビーズ支持体は、前記上方にテーパ付きの上部壁の形成中に前記セルの円周の周りに延びることを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記初期ビーズを形成する段階は、前記容器の前記側壁に対して缶をその軸線方向軸の周囲で回転させながら形成ホイールを押圧する段階を含むことを特徴とする請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記圧着工程中に、前記容器は、該容器の底部でも支持されることを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
前記ビーズの上方に位置する上部側壁が、直径減少を受けることを特徴とする請求項４８に記載の方法。
【請求項５３】
半径方向圧縮が、前記容器の上端の圧着中に少なくとも前記上部側壁上で維持されることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解質蒸気透過によるセルの質量又は重量損失を最小にするために容器及び容器の開放端を密封する端部アセンブリを含む電気化学セルのための閉鎖アセンブリに関する。端部アセンブリには、セル内の圧力が所定の限界を超えると流体を排出することができる通気部材と、端部アセンブリの導電性接点とセルの電極の電流コレクタとに作動的に電気接触した接触部材と、異なる極性を有する閉鎖アセンブリの少なくとも導電性構成要素間に配置された絶縁ポリマー密封部材とが設けられる。好ましい実施形態では、密封部材は、密封部材を通る電解質の蒸気透過を最小にするように選択された寸法比を有する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学的に活性な材料のようなリチウム金属又は合金を含有するもののような電気化学セルは、様々な電子デバイスに電力を供給するために利用される。電子デバイス製造業者は、多くの場合、「ＡＡ」又は「ＡＡＡ」サイズ、又はＡＮＳＩ命名法によるそれぞれＲ６又はＲ０３サイズ容器のような様々な標準化容器外形寸法を有する電気化学セルを受け入れるようにこれらの装置を設計する。「国連（ＵＮ）」及び「運輸省（ＤＯＴ）」のような規制機関は、リチウム含有電気化学セルの輸送に関する要件を命じている。ある一定のセルタイプに対する最大リチウム含有量の規制に加えて、ＵＮ／ＤＯＴ規制は、リチウム含有セルが質量損失試験、例えば、Ｔ１高度シミュレーション試験及びＴ２熱サイクル試験に合格することを要求する。
【０００３】
電気化学セルにおける質量又は重量損失は、特に温度サイクル中のセルの密封部材を通る電解質蒸気の拡散及び密封インタフェースにおける電解質漏出のような発生源に起因する可能性がある。拡散重量損失は、一実施形態では、密封部材の蒸気透過率、密封部材の寸法比、及び時間の積として計算することができる。寸法比は、電解質蒸気が拡散する断面積を蒸気が移動する経路長で割ることによって計算することができる。セルサイズが減少する時に、断面積対経路長の比は、セルの容積又は質量のようには早く減少しない。従って、比較的小さなサイズのセルは、より大きなセルよりも高い割合の質量損失を有する傾向があり、小さなサイズのセルがＵＮ／ＤＯＴ質量損失要件に合格することはより困難であると考えられる。
【０００４】
更に、電気的に活性なリチウム含有セルのような電気化学セルは、多くの場合、揮発性及び／又は反応性とすることができる非水電解質溶液及び塩を利用する。それを考慮すると、蒸気透過による質量損失を最小にする電気化学セルを構成することは容易ではない。
【０００５】
更に別の課題は、通常放電又は保存条件中に密封を維持しながら内圧の上昇を制限するためにセルの内側から流体を解放又は放出するための圧力解放通気部材をセルに設けることである。通気部材なしでは、セルは、故障し、膨らみ、漏れ、及び／又は分解する場合がある。
【０００６】
様々な圧力解放通気部材及び閉鎖アセンブリの構成が、電気化学セルに用いられている。
【０００７】
米国特許第３，２７９，９５３号は、報告によると密封バッテリセルの金属ケーシングのための絶縁シールに関する。具体的には、それは、報告によると例えば懐中電灯において用いるような密封セルの２つの相反する極性端子も構成する管状金属シートケーシングの開放端と金属シートカバー筐体との間の絶縁密封接合に関連するが、類似の密封ケーシングは、他の用途にも用いられている。
【０００８】
米国特許第３，８５２，１１７号は、円筒容器の一端で円筒壁と閉鎖ディスクの間に位置する電気化学セルなどのためのシールに関する。シールは、円筒壁の変形によって形成された対向する円形密封部材を含み、ディスクの対向する面に対してその縁の周りで接している。シールは、密封部材を形成して閉鎖ディスクに対してそのような部材を押圧するために壁の変形を引き起こす円筒壁の軸線方向圧縮によって閉鎖される。
【０００９】
米国特許第５，８７６，８６８号は、バッテリの内圧の異常な増加によるバッテリ爆発を報告によると防止する防爆機能を有し、かつ同じく、バッテリアセンブリ作動効率の改良に寄与することができるバッテリの高度な密封を報告によると可能にするバッテリ密封構造に関するものである。
【００１０】
米国特許第６，２０７，３２０号は、電解質で満たされた缶と電極アセンブリとを含むバッテリに関する。キャップアセンブリが、缶の上端上に報告によると緊密に取り付けられ、ガスケットが、キャップアセンブリと上端の間に置かれている。キャップアセンブリは、安全溝を設けたプレートと、プレート上に配置された電流制御部材と、電流制御部材上に配置されたキャップカバーと、プレートの下に配置されて支持プレートによって支持された回路遮断器とを提供する。また、プレート、電流制御部材、及びキャップカバーのうちの少なくとも１つの周縁は、支持プレートの周囲で曲げられる。
【００１１】
米国特許第６，６２０，５４４号は、発電機を受け取るための缶と、缶の開口部上に圧着され、発電機の正電極及び負電極の一方に接続された密封部材と、缶と密封部材の間に配置されたガスケットと、カバーキャップと密封部材の間に絶縁部材が配置された密封部材上に配置されたカバーキャップと、バッテリの温度が許容レベルを超えて上昇した時に電流の流れを報告によると遮断するようにカバーキャップと密封部材の間に配置された電流制御部材と、衝撃が直接に電流制御部材に伝達されるのを報告によると防止するためにカバーキャップと電流制御部材の間に配置された衝撃吸収材とを含む密封バッテリに関する。
【００１２】
米国特許第６，７７７，１２８号は、正電極プレート、負電極プレート、及びこれらの間に置かれたセパレータを有するバッテリユニットと、バッテリユニットを収容するための缶と、キャップカバーを有するキャップアセンブリと、安全通気孔と、ガスケットとを含む２次バッテリ及び２次バッテリの製作方法に関し、安全通気孔の端部は、安全通気孔の外周に沿って設けられたガスケットで満たされるように内向きに曲げられ、そのために報告によると安全通気孔は、安全な方式でガスケット内に挿入される。
【００１３】
米国特許公報第２００５／０２４４７０６号は、セル容器の開放端を密封するためのコレクタアセンブリを有する電気化学セルに関するものである。コレクタアセンブリは、保持器と周囲フランジを有する接触バネとを含み、各々は、中心開口部を有する。保持器と接触バネの周囲フランジとの間に配置された圧力解放通気部材は、通常の条件下で保持器及び接触バネの開口部を報告によると密封し、内圧が所定の限界を超えるとセル内から圧力を解放するために破裂する。
【００１４】
米国特許公報第２００６／０２２８６２０号は、電気化学バッテリセルに用いるようになった閉鎖アセンブリ及び破裂可能通気シールに関する。通気シールは、しわ又は重なる折り畳み部分のない通気孔の適正な密封を保証するために折り畳むことができる一連の周囲突出物を含む。
【００１５】
米国特許公報第２００７／００１５０４６号は、安全通気孔に接触するガスケットの表面上に形成された突起又は凹部を有し、そのために報告によるとバッテリの内側で発生する気体及び電解質が漏れず、それによって報告によるとバッテリの安全性を改良するリチウム２次バッテリに関するものである。
【００１６】
米国特許公報第２００８／００７０１０９号は、セパレータを間に置きながら正電極及び負電極に対向させることによって形成された電極本体と、電極本体を収容するための外側ケースと、外側ケースの開口部を密封するための密封プレートと、外側ケースの内側に位置決めされた密封プレートの端部部分とを含む平坦な形状の非水電解質２次バッテリに関するものである。また、密封プレートは、正電極端子として機能し、外側ケースは、負電極端子として機能し、正電極に接触した密封プレートの表層は、アルミニウム又はアルミニウム合金で作られた金属層で形成される。
【００１７】
日本特許公報第０９−２７４９００号は、報告によると電解質漏出を引き起こさず、かつ報告によると印加された衝撃に対するバッテリ耐性の増大をもたらす構造を有する非水２次バッテリに関するものである。
【００１８】
日本特許公報第１０−３４０７１４号は、防爆弁本体の破損を防止し、かつ端子キャップではなくバッテリの内側上に防爆弁本体を配列して溶接プレートを通して電極リードを防爆弁本体に接続することによって報告によるとこの機能をもたらす。
【００１９】
日本特許公報第２００７−１４１６７３号は、報告によると長期間にわたって使用かつ保存することができる正電極缶のための材料としてのニッケルメッキ鋼板を用いることによって費用を低減することができるボビン型リチウム１次バッテリを提供している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】米国特許第３，２７９，９５３号
【特許文献２】米国特許第３，８５２，１１７号
【特許文献３】米国特許第５，８７６，８６８号
【特許文献４】米国特許第６，２０７，３２０号
【特許文献５】米国特許第６，６２０，５４４号
【特許文献６】米国特許第６，７７７，１２８号
【特許文献７】米国特許公報第２００５／０２４４７０６号
【特許文献８】米国特許公報第２００６／０２２８６２０号
【特許文献９】米国特許公報第２００７／００１５０４６号
【特許文献１０】米国特許公報第２００８／００７０１０９号
【特許文献１１】日本特許公報第０９−２７４９００号
【特許文献１２】日本特許公報第１０−３４０７１４号
【特許文献１３】日本特許公報第２００７−１４１６７３号
【特許文献１４】米国特許出願出願番号第１１／７８７，４３６号
【特許文献１５】米国特許第５，２９０，４１４号
【特許文献１６】米国特許出願第１０／７１９，４２５号
【特許文献１７】米国特許公報第２００８／００２６２８８号
【特許文献１８】米国特許公報第２００８／００２６２９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
以上の開示を考慮すると、蒸気透過に対して望ましい障壁特性を示し、同時に依然として通気部材を通じて必要に応じて緊急排出を可能にする端部アセンブリを有する閉鎖アセンブリを有する電気化学セルを提供することが望ましいと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記を考慮して、本発明の目的は、電解質蒸気透過及び従って質量損失に対して有効障壁を形成する端部アセンブリによって密封された開放端を有する容器を含む閉鎖アセンブリを有する電気化学セルを提供することである。
【００２３】
本発明の更に別の目的は、端部アセンブリによって閉鎖された開放端を有する容器を有し、容器が端部アセンブリに対して軸線方向及び半径方向の力を与えて漏出抑制をもたらす電気化学セルを提供することである。好ましい実施形態では、容器は円筒形であり、かつ容器開口部の方向に内向きかつ上方に突出する側壁における周方向ビーズを有し、ビーズ上部壁及び下部壁は、容器の上部内向き圧着端部とビーズの上部壁との間で端部アセンブリの一部分をその間に位置させて容器を軸線方向に圧縮することを可能にするために離間した関係で維持される。
【００２４】
本発明の更に別の目的は、蒸気透過のために増加した経路長を提供する閉鎖アセンブリを有する電気化学セルを提供することであり、経路長は、一実施形態では、比較的深い内向きに突出する深さを有するビーズを容器に設けることによって増加する。ビーズ構成は、潜在的電解質蒸気出口の断面積を最小にするためにビーズと端部アセンブリの構成要素との間に比較的小さな厚みを有する密封部材を伴うことができる。
【００２５】
本発明の更に別の目的は、所定の内圧で通気することができる通気部材を含む端部アセンブリを有する電気化学セルを提供することであり、通気部材は、電解質蒸気透過に対して抵抗し、かつ例えばホイル通気孔又はボール通気孔とすることができる。
【００２６】
本発明の更に別の目的は、容器を含む閉鎖アセンブリと、容器と異なる極性を有する端部アセンブリの少なくとも導電性構成要素から側壁を絶縁する密封部材を含む端部アセンブリとを有する電気化学セルを提供することであり、端部アセンブリは、圧力解放通気部材に接続された好ましくはバネのような特性を有する内部接触部材を含み、接触部材は、密封部材及び容器側壁と組み合わせてセルに軸線方向及び半径方向密封の両方をもたらして蒸気透過を低下させるように作用する周囲フランジを有する。
【００２７】
本発明の更に別の目的は、密封部材を間に配置した接触部材と容器側壁の間に半径方向圧縮をもたらす上で役立つ２つの分離された軸線方向セグメントを含む周囲フランジを有する接触部材を含む閉鎖アセンブリを有するセルを提供することである。
【００２８】
本発明の付加的な目的は、電解質から閉鎖アセンブリの絶縁ポリマー密封部材を遮蔽するのに役立つ閉鎖アセンブリを有する電気化学セルを提供することであり、閉鎖アセンブリは、内側カバーに電気的に接続された接触部材を含み、容器のビーズの内部部分と接触部材の間に位置してこれらに接触した絶縁部材を更に含み、絶縁部材は、セルの電極の電流コレクタと電流コレクタと異なる極性を有する容器との間の接触を防止するように更に機能する。
【００２９】
本発明の別の目的は、電解質蒸気の漏出による質量損失を最小にする目的で軸線方向及び半径方向密封力を強化するために容器側壁に細長く上方にテーパ付きのビーズ上部壁を形成する段階を含む特に電気化学セルのための容器を含む電気化学セルを形成する方法を提供することである。
【００３０】
本発明の１つの態様では、閉鎖底端部、側壁、及び開放端を有する円筒金属容器と、正電極、基本的にリチウム又はリチウム合金から成る負電極、正電極と負電極の間に配置されたセパレータ、及び非水揮発性電解質を含み、容器内に配置された螺旋状に巻かれた電極アセンブリと、上部壁と遷移部材によって接続した下部壁とを有し、上部壁が、セルの半径方向中心の方向に上方に傾斜し、かつ下部壁からこれらのそれぞれの長さに沿って離間した側壁における周方向内向き突出物と、所定の内圧で通気することができる通気部材、電流制限又は遮断部材、及び容器と正電極又は負電極に作動的に電気的に接続された端部アセンブリの導電性接点との間に位置する絶縁ポリマー密封部材を含む容器の開放端を閉鎖する端部アセンブリとを含む電気化学セルを開示する。
【００３１】
本発明の更に別の態様では、閉鎖底端部、側壁、及び開放端を有する円筒容器を準備する段階と、容器内への電極アセンブリの挿入後に容器の側壁に、電極アセンブリの上方のセル軸線方向高さに位置する初期ビーズを形成する段階と、端部アセンブリの周囲部分が初期ビーズの上部壁上に着座するように端部アセンブリを容器内に挿入する段階と、ａ）容器の底端部、ｂ）ビーズ支持体を有する初期ビーズ、及びｃ）容器の開放端に対する支持体を準備し、上部壁にセルの半径方向中心の方向に上方にテーパを付ける段階と、容器側壁の開放端を圧着し、圧着端部と密封セルのビーズの下部壁から離間した上方にテーパ付きの上部壁の一部分との間に端部アセンブリを固定して密封セルを形成する段階とを含む電気化学セルを形成する方法を開示する。
【００３２】
本発明の更に別の態様では、閉鎖端、第２の極性の接触アセンブリを有する端部アセンブリによって密封された開放端、及び閉鎖端と開放端の間に延びて内向きに延びるビーズを有する側壁を有し、第１の極性のものである円筒導電性容器と、正電極、負電極、及び電極間に配置されたセパレータを含む電極アセンブリと、電解質とを含み、電極の一方が、容器と作動的に電気接触し、他方の電極が、端部アセンブリの接触アセンブリと作動的に電気接触し、端部アセンブリが、第２の極性を有する端部アセンブリの導電性構成要素から側壁を絶縁する密封部材を含み、接触アセンブリが、圧力解放通気部材に接続された周囲フランジを有する導電性接触部材を含み、圧力解放通気部材が、少なくとも所定の解放圧力と同じ高さである内部セル圧力に応答して破裂することができ、それによって物質が通気部材を通って逃げることを可能にし、周囲フランジが、隣接する側壁のセグメントに実質的に平行に軸線方向距離を延びる軸線方向セグメントを含み、周囲フランジが、実質的に半径方向に軸線方向セグメントから延びる半径方向セグメントを含み、かつビーズの上方の軸線方向に位置する一部分を含み、周囲フランジが、実質的に軸線方向に延びる第２の下部軸線方向セグメントまで半径方向セグメントから遷移し、密封部材が、少なくとも（ａ）側壁と周囲フランジ軸線方向セグメント、（ｂ）ビーズと半径方向セグメント、及び（ｃ）ビーズと第２の下部軸線方向セグメントの間で圧縮下にある電気化学セルを開示する。
【００３３】
本発明は、図面と共に本発明の詳細説明を読むことによってより良く理解され、他の特徴及び利点が明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の電気化学セルの一実施形態の部分断面立面図である。
【図２】上方に傾斜した上部壁を有する内向き突出物を有する容器の一部分の一実施形態の断面立面図である。
【図３】本発明の電気化学セルの閉鎖アセンブリの更に別の実施形態の断面立面図である。
【図４】本発明の電気化学セルの閉鎖アセンブリの更に別の実施形態の断面立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明は、好ましくは、電気的に活性な材料及び非水電解質としてリチウム又はリチウム合金を含有する電気化学セルに関し、セル閉鎖アセンブリは、セルの内圧が所定の圧力にあるか又はそれを超えている時に通気することができる圧力解放通気部材を含む端部アセンブリによって密封された開放端を有する円筒容器を含む。本発明は、図面を参照してより良く理解され、図１は、本発明の円筒電気化学セル１０の一実施形態を示している。セル１０は、１次ＦＲ６型円筒Ｌｉ／ＦｅＳ2セルである。しかし、本明細書で上述のように、本発明は、他のセルタイプ、材料、及び構造に適用することができることは理解されるものとする。
【００３６】
セル１０は、閉鎖ボタン及び開放上端を有する缶の形態の容器１４を含むハウジング１２を有する。開放上端は、開放上端と協働する端部アセンブリ３０で閉鎖される。容器１４は、端部アセンブリ３０の一部分を支持する容器の上端の近くに周方向内向き突出物又はビーズ１６を有する。ビーズ１６は、一般的に容器１４の上部と下部を分離すると考えられる。容器１４及び端部アセンブリ３０を含む閉鎖アセンブリは、容器１４の下部内で電極アセンブリ６０を密封する。電極アセンブリ６０は、アノード又は負電極６２、カソード又は正電極６４、及び負電極６２と正電極６４の間に配置されたセパレータ６６を含む。電解質はまた、容器１４の下部内に配置される。図１に示す図では、負電極６２、正電極６４、及びセパレータ６６は、螺旋状に一緒に巻かれ、「ジェリーロール」構成としても公知の各々比較的薄い構造である。図示のような電気化学セル１０は、円筒形であるが、当業者は、本発明の代替的な実施形態も他の形状のセル及び電極を含むことができることを認めることができる。容器１４は、閉鎖アセンブリに関する本発明の教示に従うという条件で、開放端を有する容器、例えば、プリズム及び矩形容器のためのいくつかの幾何学形状の１つとすることができる。開放端を有する円筒セルのシールが、密封を作り出すのに必要な半径方向及び軸線方向力に関する困難を示すので、容器１４と協働して蒸気透過を最小にする端部アセンブリ３０は、円筒容器に対する特定の適用性を有することが予想される。
【００３７】
容器１４は、好ましくは、一体型閉鎖ボタンを有する金属缶である。しかし、最初に両端が開く金属チューブは、一部の実施形態において用いることができる。一実施形態の容器１４は、例えば、少なくとも外側にニッケルで任意的にメッキして腐食から容器の露出面を保護するか、又は望ましい外観をもたらす鋼である。一実施形態では、容器は、引き抜き工程を用いて形成され、ＡＳＴＭ９から１１の粒度を有する拡散焼きなまし、低炭素、アルミニウムキルドＳＡＥ２００６又は同等の鋼から作ることができ、かつ僅かに細長い粒形に対して等軸にすることができる。他の金属は、代替的な実施形態では、比較的大きな腐食抵抗をもたらすために、例えば、セルの開放回路電圧が約３ボルトよりも大きいか又は約３ボルトになるように設計され、又はセルが再充電可能である時に用いることができる。代替の容器材料の例は、限定するものではないが、ステンレス鋼、ニッケルメッキステンレス鋼、ニッケルコーティングステンレス鋼、アルミニウム、及びこれらの合金を含む。
【００３８】
図１及び２に示すように、ビーズ１６は、好ましくは、円筒容器の周囲で周方向に延びる内向き突出物である。ビーズ１６は、上部壁１８、下部壁２０、及び上部壁１８を下部壁２０に接続する遷移部材２２を有する。上部壁１８は、セルの半径方向中心の方向に上方に傾斜しており、ビーズ１６の上部壁１８と容器１４の圧着端部２４の間に望ましい軸線方向圧縮をもたらす上で役立つ。図２に詳細に示すように、上部壁１８は、最下点２７と、最下点２７と比べてセル１０の中心の近くに半径方向に位置する最上点２８とを含む。望ましい軸線方向密封力を提供するために、及び漏出による重量損失を最小にすることを目標にして、上部壁１８には、好ましい角度のテーパが設けられる。図２に示すように、より具体的には、角度αは、想像水平線、すなわち、セルの軸線方向に対して垂直に上部壁最下点２７を通って延びる線と、上部壁最下点２７と上部壁最上点２８の間に描かれた想像線との間に存在し、少なくとも１°、一般的には約１°又は約２°から約３０°まで、及び好ましくは約３°又は約５°から約２０°までである。最下点２７と最上点２８の間に位置する上部壁面の実際の輪郭は、変えることができ、例えば、湾曲するか又は線形とすることができる。同様に、図１に示すように、セル下部壁２０も、セルの半径方向中心に向う方向に延びる上方に傾斜したテーパを含むことができる。遷移部材２２は、好ましくは、丸く又は湾曲し、上部壁１８と下部壁２０の間に望ましい間隔を維持する。上部壁１８と下部壁２０の間の空間は、閉鎖工程中に利用する支持ツールの挿入及び取り外しを可能にする。
【００３９】
ビーズ１６は、比較的深い深さを有し、電解質蒸気移動のために経路長の増加をもたらし、それによって蒸気移動を遅くする。比較的深いビーズ深さはまた、セル１０に対して望ましい半径方向密封力を提供する。本明細書で定めるようなビーズ深さは、遷移部材２２の最大の半径方向内向きに延びる外面部分と、上部側壁２６の最大半径から垂直に又は軸線方向に延びる想像線上に位置する点との間に水平又は半径方向距離として容器１４の外部上で測定される。下部側壁２９は、図１に示すようにビーズ１６より下にある。ビーズは、好ましくは、電極アセンブリが容器の下部に置かれた後に容器側壁に形成される。
【００４０】
好ましい実施形態では、ビーズ深さは、好ましくは、Ｒ６サイズセルに対して１．５ｍｍよりも大きく、Ｒ０３型セルに対して１．１ｍｍよりも大きい。言い換えれば、ビーズ深さは、Ｒ６又はＲ０３サイズセル又は他のセルサイズに対してセル容器１４の最大半径の少なくとも２２％、望ましくは少なくとも２６％及び好ましくは３０％である。
【００４１】
端部アセンブリ３０は、容器１４の上部に配置され、導電性接触端子３２、任意的に電流制限又は遮断部材３４、圧力解放通気部材３６、密封部材４０、及び開口部を形成する接触バネ又は部材５０を含む。端部アセンブリ３０は、任意的に開口部を形成する保持器４２を含む。絶縁ポリマー密封部材４０は、そうでなければそれと接触すると考えられる容器１４の極性と異なる極性を有する少なくとも端部アセンブリ３０の構成要素間に配置される。電流制限又は遮断部材３４は、これがある時には、導電性接触端子３２と電極アセンブリ６０の正電極６４との間の電気路に配置される。導電性接触端子３２は、好ましくは、容器１４の端部の上に突出し、密封部材４０が間に配置された容器１４の内向き圧着端部２４によって所定位置に保持され、かつ２つの構成要素間の電気接触を防止している。導電性接触端子３２には、通気部材３６が破壊された場合、流体の放出を可能にするための１つ又はそれよりも多くの通気開口３３を設けることができる。保持器４２は、通気部材３６が破壊されるか又は破裂する場合、流体も通ることができる開口を含む座金として示される。接触部材５０は、電流制限又は遮断部材３４により示すような直接又は間接のいずれかで導電性接触端子３２に作動的に電気的に接続される。
【００４２】
接触部材５０は、蒸気透過を最小にする望ましい密封を提供するために、密封部材４０及び容器ビーズ１６、並びに上部側壁２６と協働する形状を有する。電極アセンブリ６０の正電極６４は、リードを通って直接又は間接に接触部材５０に電気的に接続される。接触部材５０は、好ましくは、電極アセンブリ６０の上部に配置された正電極の電流コレクタ６５の上端に接触した少なくとも１つのタブ５１を有する。正電極６４の電流コレクタ６５は、導電性基板、例えば、正電極材料が配置された金属基板であり、正電極材料及びセパレータ６６を超えて延びている。電流コレクタ６５は、これらが、セルの内側で実質的に安定であってそれに利用する材料に適合する限り、あらゆる適切な材料、例えば、銅、アルミニウム、又は他の金属又は上述の合金から作ることができる。電流コレクタ６５は、好ましい実施形態では、薄プレート、ホイル、篩、又は膨張金属の形態にすることができる。
【００４３】
接触部材５０は、好ましくは、バネのような特性、例えば、形状記憶合金又はバイメタル材料を有する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が、望ましい構成要素と十分な電気接触をもたらしてこれを維持するあらゆる構成要素を利用することができる。
【００４４】
端部アセンブリ３０が、組立中に容器１４に置かれる時に、電流コレクタ６５は、上述のように力に対して弾性及び耐性を示す接触部材５０のタブ５１に押し付けられる。タブ５１の特性は、接触部材５０と電流コレクタ６５との間で接触を維持するのに役立つ。任意的に、タブ５１は、電流コレクタ６５に溶接するか、又はタブ５１及び電流コレクタ６５の両方に溶接することができる狭い金属ストリップ又はワイヤのような導電性リードを通じて接続することができる。溶接接続は、場合によっては、特に比較的過酷な取扱い、保存、及び使用条件下でより信頼できるが、圧力条件は、付加的な組立作業及び要件を必要としない。
【００４５】
接触部材５０は、蒸気透過を維持することを目標に隣接する容器側壁の形状に相補的に構成されたタブ５１に接続された周囲フランジを有する。接触部材５０は、タブ５１に接続された軸線方向セグメント５２と、軸線方向セグメント５２から半径方向外向きに延びる半径方向セグメント５３と、内向きに折り畳まれた端部５５に遷移する半径方向セグメント５３から半径方向外向きに位置する更に別の軸線方向セグメント５４とを有する。下部軸線方向セグメント５２は、ビーズ１６の壁１８の最上点２８より下に延びて、軸線方向セグメント５２とビーズ１６の間に望ましい圧縮力を提供する。２つの軸線方向セグメント５２及び５４は、半径方向セグメント５３によって分離され、軸線方向セグメント５４と比べてセルの半径方向中心の近くに位置する軸線方向セグメント５２と互いに異なる半径方向距離で配置される。軸線方向セグメント５２及び５４、並びに半径方向セグメント５３は、完全に直線でないとすることができ、これらのそれぞれの長さに沿って形態が変化することができることは理解されるものとする。上述の軸線方向及び半径方向セグメント、つまり５２、５４、及び５３は、軸線方向セグメントに対して垂直に及び半径方向セグメントに対して水平から最大約４５°の角度でそれぞれの軸線方向又は半径方向からのこれらの長さに沿って変えることができる。
【００４６】
接触部材の軸線方向及び半径方向セグメントの構成は、密封部材４０が、ａ）容器上部側壁２６と周囲フランジ軸線方向セグメント５４、ｂ）ビーズ上部壁１８の一部分と半径方向セグメント５３、及びｃ）ビーズ１６と軸線方向セグメント５２の間で圧縮されることを可能にする。容器と密封部材が間に配置された接触部材との間の複数の半径方向及び軸線方向圧縮区域は、電解質蒸気がセルから逃げる機能を低減するように設計される。接触部材の設計は、密封部材の厚みを低減することを可能にする１つのファクタであり、それによって密封部材を通る蒸気透過のための平均断面積を最小にする。この構成はまた、セルから逃げるために電解質蒸気が移動する必要がある比較的長い通路を提供する。接触部材は、半径方向及び軸線方向密封力に耐えるように半径方向及び軸線方向構造強度を提供する。一部の実施形態では、接触部材は、通気部材の密封に関わっている。
【００４７】
密封部材４０は、端部アセンブリ３０の他の構成要素と側壁容器１４の間に密封をもたらす。一実施形態では、密封部材は、ビーズ１６の上部壁１８より下から、好ましくは、少なくとも遷移部材２２に隣接したところから又はこれより下から及び絶縁部材６８にほぼ隣接して延び、これは、ビーズ１６より下の容器の側壁から容器１４の上部の圧着端部２４まで又はこれを過ぎて電流コレクタ６５の一部分を物理的に分離する。ビーズ１６は、端部アセンブリ３０に着座面をもたらす。密封部材４０は、上述のように端部アセンブリの少なくとも導電性構成要素を容器１４から物理的に分離し、同様に端部アセンブリ３０の構成要素の周囲縁部を密封し、これらの構成要素間の電解質の腐食及び漏出を防止する。密封部材４０は、閉鎖アセンブリを容器１４に挿入して容器の上端を閉鎖又は圧着する時に、密封部材が圧縮されて、密封部材と容器１４との間、並びに密封部材４０と端部アセンブリ３０の他の隣接する構成要素の界面との間で密封を作り出すような大きさにされる。密封部材の初期の壁の厚みは、その経路長に沿って１つ又はそれよりも多くの場所において異なることができる。一実施形態では、閉鎖工程による減少後の密封部材の平均厚みは、Ｒ６サイズセルに対して０．５５ｍｍ未満、並びにＲ０３及びＲ８サイズセルに対して０．３７ｍｍ未満である。好ましい実施形態では、密封部材４０は、セルの閉鎖により少なくとも１つの断面積の少なくとも１０％減少を受け、これは、部品寸法のあらゆる変化を吸収し、セルが受け取る条件の範囲下で圧縮を維持するのに一般的には十分である。
【００４８】
本発明の目標は、重量損失が、一部の実施形態では、比較的高温における密封部材からの拡散に起因する場合があるので、電解質に露出された密封部材の表面積を最小にすることである。密封部材４０はまた、他のセル構成要素で圧縮シールを形成することができる材料組成で作られ、密封部材４０はまた、例えば、セルへの水の進入及び電気化学セルからの電解質の損失を最小にするために低蒸気透過率を有する。密封部材４０は、ポリマー組成、例えば、熱可塑性又は熱硬化性ポリマーを含むことができ、その組成は、一部は、電極アセンブリの構成要素、つまり負電極６２、正電極６４、並びに電気化学セル１０に用いる非水電解質のような電解質との化学的適合性のようなファクタに基づいている。密封部材は、望ましい密封及び絶縁特性を提供するあらゆる適切な材料から作られる。適切な材料の例は、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、テトラフルオリ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、エチレンテトラフルオロエチレン、ポリフタルアミド、又はこれらのあらゆる組合せを含む。好ましいガスケット材料は、ポリプロピレン（例えば、米国デラウエア州のウィルミントン所在のバセル・ポリオレフィンズからのＰＲＯ−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のサミット所在のチコナＵＳからのＣＥＬＡＮＥＸ（登録商標）ＰＢＴ、等級１６００Ａ）、及びポリフェニレンスルフィド（例えば、米国テキサス州のシャイナー所在のボーデッカー・プラスチック・インコーポレーテッドからのＴＥＣＨＴＲＯＮ（登録商標）ＰＰＳ）、並びにポリフタルアミド（例えば、米国ジョージア州のアルファレッタ所在のソルベイ・アドバンスト・ポリマーズからのＡｍｏｄｅｌ（登録商標）ＥＴ１００１Ｌ）を含む。密封部材組成は、無機充填物及び／又は有機化合物のような補強充填物を任意的に含有することができる。
【００４９】
密封部材４０は、シーラントで被覆し、密封特性を更に強化することができる。エチレンプロピレンジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）は、適切なシーラント材料であるが、他の適切な材料を用いることもできる。
【００５０】
図１から明らかなように、接触部材５０は、それが、そうでなければセル内の電解質に露出されると考えられる密封部材４０の比較的大きな割合の表面積を密封するように設計される。密封部材の厚みは、蒸気透過のための比較的小さな断面積を提供するために小さく、それによってそれを最小にする。
【００５１】
本発明の密封部材は、セル内に蒸気を収容するという目標を達成するのに役立つようにいくつかの異なる構成を有することができる。図１に示す密封部材は、密封部材の軸線方向長さに沿って様々な半径方向寸法を有する中空円筒又は環として形成される。閉鎖後、密封部材は、容器１４の圧着端部２４より下にある実質的に半径方向に延びる上部半径方向セグメントを有する。上部半径方向セグメントの少なくとも一部分は、それが、セル閉鎖又は密封工程中に軸線方向に圧縮されるビーズ１６と圧着端部２４の間に位置する時に軸線方向圧縮下にある。上部半径方向セグメントは、容器上部側壁２６に隣接して実質的に軸線方向に延びる上部軸線方向セグメントに遷移する。上部軸線方向セグメントは、一般的にビーズ１６の圧着端部２４と上部壁１８の間に延びている。接触端子３２、電流制限又は遮断部材３４、及び接触部材５０の周囲部分は、それと上部側壁２６との間で半径方向圧縮下にある上部軸線方向セグメントに隣接している。密封部材は、ビーズ１６の上部壁１８に沿って実質的に半径方向に延びる下部半径方向セグメントに遷移する。下部半径方向セグメントは、同様に軸線方向圧縮下にある一部分を有し、上部壁２６と圧着端部２４の間に位置する。密封部材４０はまた、下部半径方向セグメントの内側端から実質的に軸線方向に延びる下部軸線方向セグメントを有する。下部軸線方向セグメントは、ビーズ１６の遷移部材２２と接触部材５０の軸線方向セグメント５２との間で半径方向に圧縮される一部分を有する。図示のように、密封部材の下部軸線方向セグメントは、上部軸線方向セグメントに比べてセルの半径方向中心の近くに位置する。
【００５２】
本明細書に示すように、一部の実施形態では、Ｔ２試験のような温度サイクル試験中の重量損失の主要発生源は、密封部材を通る電解質蒸気透過とすることができる。Ｔ２試験手順によると、試験セル及びバッテリは、これらの初期重量を判断した後に７５±２℃に等しい試験温度で少なくとも６時間貯蔵され、その後、−４０±２℃に等しい試験温度で少なくとも６時間保存する。試験最高最低気温間の最大時間間隔は、３０分である。この手順は、１０回繰り返され、その後に、全ての試験セル及びバッテリは、周囲温度（２０±５℃）で２４時間貯蔵され、その後、重量を再び量る。重量損失は、初期重量と試験後重量の間の差である。密封部材からの拡散による重量損失は、蒸気透過比に密封部材と時間の寸法比を掛けることによって計算することができる。拡散重量損失は、寸法比及び蒸気透過比を低減することの１つ又はそれよりも多くによって低減することができる。重量損失を低減するために、寸法比は、断面積の減少又は経路長の増加又はこれらの組合せによって低減することができる。
【００５３】
電解質で満たされた容器の開放端の上に位置決めされた均一な材料に対して、寸法比は、容易に計算することができる。ここで、断面積は、電解質蒸気に露出された膜の表面積であり、経路長は、膜の厚みである。密封部材の不規則な形状により、寸法比の計算はより困難になる。本発明で利用する時に、有限要素拡散解析は、寸法比を計算するのに利用される。有限要素拡散解析では、密封表面で境界付けられた断面にわたって積分された流束は、密封部材の拡散係数及び電解質に露出された密封部材内面における蒸気濃度が１であると仮定し、周囲に露出された密封部材外面における蒸気濃度がゼロであると仮定する場合の寸法比である。電流制限又は遮断部材と接触部材又は内側カバーとの間のインタフェースは、密封されないことも仮定され、従って、インタフェースに隣接する密封部材表面における蒸気濃度は、ゼロであると仮定される。拡散解析モデリングを実施するのに利用することができる市販のソフトウエアの例は、米国カリフォルニア州のロサンゼルス所在のエムエスシー・ソフトウエアから入手可能なＭＳＣ．ＭＡＲＣ２００５ｒ３及び米国ロードアイランド州のプロビデンス所在のシムリアから入手可能なＡＢＡＱＵＳを含む。ＭＳＣ．ＭＡＲＣは、本明細書に示す寸法比を計算するのに利用された。図１に示すようなＲ６サイズセルに対して、計算寸法比は、０．２７９ｃｍ（０．１１０インチ）である。図１に開示するために製作されたＲ６サイズのリチウム鉄ジスルフィドセルに対して、密封部材の寸法比は、一般的に１．１４ｃｍ（０．４５インチ）未満、望ましくは０．８６ｃｍ（０．３４インチ）未満、及び好ましくは０．５１ｃｍ（０．２０インチ）未満である。同様に、Ｒ０３及びＲ８（ＡＡＡＡ）サイズセルに対して、密封部材の寸法比は、一般的に０．８６ｃｍ（０．３４インチ）未満、望ましくは０．４８ｃｍ（０．１９インチ）未満、及び好ましくは０．３０ｃｍ（０．１２インチ）未満である。
【００５４】
本発明の好ましい実施形態では、最終セルを形成するための閉鎖工程は、様々な面積で密封部材の壁の厚みを低減する。好ましい実施形態では、ガスケットの最も小さな断面は、蒸気経路の入口に隣接するガスケットの基部、例えば、接触部材５０の軸線方向セグメント５２とビーズ１６の遷移部材２２との間に位置決めされた密封部材の部分の近くに位置する。接触部材とビーズの間の断面積は、好ましい実施形態では、Ｒ６サイズセルに対して１２．５ｍｍ2未満、及びＲ０３サイズセルに対して６．３ｍｍ2未満である。しかし、密封Ｒ６サイズセルに対する接触部材５０の軸線方向セグメント５２は、一実施形態では、ビーズ１６の上部壁最上点２８より下に軸線方向に、及び好ましくは、ビーズの遷移部材２２セグメントより下に少なくとも０．２５ｍｍ延長される。
【００５５】
図１に示す実施形態では、通気部材３６は、接触部材５０の周囲フランジによって形成された開口部に配置される。より具体的には、通気部材３６周囲は、接触部材５０の周囲フランジの軸線方向セグメント５３と折り畳み端部５５との間で固定される。図示の実施形態では、保持器４２も、接触部材５０の軸線方向セグメント５３と折り畳み端部５５との間で固定される。通気部材３６と接触部材５０の間の密封は、一部の実施形態では、通気部材３６の周囲部分の圧縮によって強化することができる界面において緊密圧力接点の結果とすることができる。任意的に、接着剤又はシーラントを望ましい界面に付加し、通気部材３６を接触部材５０に接続し、それによって望ましいシールを形成することができる。組立中に容器１４の圧着又は閉鎖中に発生する軸線方向力も、図１に示すように通気部材３６を含む端部アセンブリ３０の構成要素の周囲部分上に置かれる。
【００５６】
気体は、温度のような環境条件によりセル内に発生し、ある一定の場合には、化学反応により通常作動中に発生する。セル内容物は、所定の圧力未満で圧力解放通気部材によって電気化学セル内に実質的に閉じ込められる。圧力解放通気部材３６周囲は、十分な量で圧縮され、セルの内圧が所定の解放圧力未満である時に接触部材５０によって形成された開口部に開口を形成するために圧力解放通気部材が内向きに変形することを防止する。電気化学セル内の圧力が、所定の解放圧力と少なくとも同じ高さである時に、通気部材３６は破裂し、セル内の液体又は気体又はこれらの組合せの形態の流体が通気部材３６の開口部を通って逃げることを可能にする。セル内の流体は、導電性接触端子３２の１つ又はそれよりも多くの通気開口３３を通って逃げることができる。所定の解放圧力は、セルの化学組成により変えることができる。所定の圧力は、好ましくは、通常の取扱い及び使用又は周囲の雰囲気に対する露出による誤排出を回避することになる圧力を上回っている。例えば、ＦＲ６型リチウム含有電気化学セルでは、所定の解放圧力、例えば、通気部材３６が開口部を例えば破裂によって作り出す圧力は、室温約２１℃で、約１０．５ｋｇ／ｃｍ2（１５０ｌｂｓ／ｉｎ2）から約１１２．６ｋｇ／ｃｍ2（１６００ｌｂｓ／ｉｎ2）、及び一部の実施形態では、約１４．１ｋｇ／ｃｍ2（２００ｌｂｓ／ｉｎ2）から約５６．３ｋｇ／ｃｍ2（８００ｌｂｓ／ｉｎ2）に及ぶ可能性がある。圧力解放通気部材３６が破裂する圧力は、例えば容器で穿刺された孔を通ってセルを加圧することによって判断することができる。
【００５７】
上述のように、本発明の電気化学セル１０は、正電極６４の電流コレクタ６５と導電性接触端子３２の間の電気路に配置された電流制限又は遮断部材３４を任意的に含むことができる。電流制限又は遮断部材３４は、連続セル内部加熱及び圧力上昇を遅くするか又は防止し、及び／又は電流を防止し、これらの条件は、内部短絡、異常充電、及び強制深放電のような電気乱用によって生じる可能性がある。しかし、内圧が所定の解放圧力まで上昇する場合、圧力解放通気部材３６は破裂し、内圧を緩和する。電流制限又は遮断部材は、引用により本明細書に完全に組み込まれている米国特許出願出願番号第１１／７８７，４３６号に説明されているような例えば正温度係数（ＰＴＣ）デバイス又は例えば熱電流遮断スイッチとすることができる。
【００５８】
上述のように、通気部材３６は、例えば、ホイル通気孔又はボール通気孔とすることができる。
【００５９】
本発明の電気化学セル１００の更に別の実施形態は、図３に示されている。セル１００は、圧力緩和通気部材１３６を含む端部アセンブリと、電気化学セル１００の内の正接触端子１３２から離れて下方に突出する通気井戸１３７を有する導電性内側カバー１５１を含む接触部材とを含む。一実施形態では、内側カバーは、接触部材について説明したような材料から形成される。通気井戸１３７は、その中に形成された通気開口１３８を有し、これは、ブッシング１４１が通気ボール１３９と通気井戸１３７の垂直壁との間で圧縮されるように、これらが通気井戸１３７に着座している時に通気ボール１３９及び通気ブッシング１４１によって密封される。一実施形態では、通気ブッシング１４１は、熱可塑性である。電気化学バッテリセル１００の内圧が所定のレベルを超えると、通気ボール１３９及び場合によってはブッシング１４１及び通気ボール１３９の両方は、通気開口１３８から及び少なくとも部分的に通気井戸１３７から離れて押し出され、セル１００の通気開口１３３を通って加圧流体を放出する。図３に示すセルは、内側カバー１５１に電気的に接続された導電性タブ接触部材５０を更に含む。内側カバーは、実質的に同じ高さの内側軸線方向セグメント１５２及び外側軸線方向セグメント１５４を有し、すなわち、ほぼ２０％未満、及び好ましくは、１０％未満を有し、両方ともセル１００の実質的に軸線方向に延びるＵ字形周囲壁を有する。軸線方向セグメント１５２及び１５４は、半径方向に延びるセグメント１５３によってこの実施形態では接続される。内側カバー１５１の構成は、密封部材１４０及び容器上部側壁１２６と組み合わせて電解質移動障壁を形成するのに役立つ。内側カバー１５１の半径方向に延びるセグメント１５３が、セルの閉鎖中にそれらの間に位置する一部分を有する密封部材１４０と共にビーズ１１６の上に位置する時に、密封部材１４０は、ビーズ１１６と内側カバー１５１との間で軸線方向に圧縮される。更に、軸線方向に延びるセグメント１５２及び１５４は、密封部材１４０も軸線方向セグメント１５４と側壁１２６の間に位置する一部分を含む時に、容器の隣接する側壁１２６と共に密封部材１４０の半径方向圧縮を提供するのに役立つ。セル１００は、内側ロールバックカバー１５１と接触端子１３２の間に配置された電流制限又は遮断部材１３４を更に含む。更に、図３に示すセルは、図１に対して以下で説明するように、セルの半径方向中心の方向に上方に傾斜した上部壁１１８を有する内向きに突出するビーズ１１６を含み、遷移セグメント１２２及び下部壁１２０を更に含む。
【００６０】
図３に示す密封部材１４０は、「Ｃ」字形垂直断面を有する環として形成される。閉鎖後、密封部材は、容器１１４の上部側壁１２６の圧着端部よりも下にある実質的に半径方向に延びる上部半径方向セグメントを有する。上部半径方向セグメントの少なくとも一部分は、それが、セル閉鎖又は密封工程中に軸線方向に圧縮されるビーズ１１６と圧着端部の間に位置する時に軸線方向圧縮下にある。上部半径方向セグメントは、容器上部側壁１２６に隣接する実質的に軸線方向に延びる外側軸線方向セグメントに遷移する。外側軸線方向セグメントは、一般的にビーズ１１６の圧着端部と上部壁１１８の間に延びている。接触端子１３２の周囲部分、電流制限又は遮断部材１３４及び内側カバー１５１は、それと上部側壁１２６の間の半径方向圧縮下にある外側軸線方向セグメントに隣接している。密封部材外側軸線方向セグメントは、ビーズ１１６の上部壁１１８に沿って実質的に半径方向に延びる下部半径方向セグメントに遷移する。下部半径方向セグメントは、同様に軸線方向圧縮下にある一部分を有し、上部壁１１８と側壁１２６の圧着端部の間に位置する。密封部材は、内側カバー１５１の内側軸線方向セグメント１５２と接触部材１５０との間で上方にある一定の距離だけ延びる内側軸線方向セグメントに下部半径方向セグメントから上方に遷移する。
【００６１】
密封部材１４０を通る電解質移動に付加的障害をもたらすために、密封部材１４０は、内側カバー１５１、接触部材１５０、及び絶縁部材１６８によって電極アセンブリ及び電解質を含有するセルの内部部分から遮蔽される。絶縁部材１６８は、図のように電解質移動に対して障壁の一部分を設けること、並びに接触端子１３２に電気的に接続された電極の電流コレクタが容器１１４の側壁と接触することを防止することの二重の目的を有する。図示のように好ましい実施形態では、絶縁部材１６８の一部分は、ビーズ１１６と接触部材１５０の間に配置されてこれらの両方と接触し、それによって付加的シールを形成して電解質移動を妨げるか又は遅くする。
【００６２】
ボール通気孔を有する電気化学セルの更に別の実施形態は、図４に示されている。図４は、セル２００の上部部分を示すが、セルの下部部分は、図１に示すものと類似とすることができる。セル２００は、圧力緩和通気部材２３６、ボール通気孔を含む。セル２００は、正接触端子２３２から離れて下方に突出する通気井戸２３７を有する内側カバー２５１を含む導電性接触部材アセンブリを含む。通気井戸２３７は、その中に形成された通気開口２３８を有し、これは、ブッシング２４１が通気ボール２３９と通気井戸２３７の垂直壁との間で圧縮されるように、これらが通気井戸２３７に着座している時に通気ボール２３９及び通気ブッシング２４１によって密封される。以上に示すように、セル２００の内圧が所定のレベルを超えると、圧力緩和通気部材２３６は、通気開口２３８通して、更に接触端子２３２の通気開口２３３を通して排出を可能にする。セルは、電流制限又は遮断部材２３４を更に含む。
【００６３】
セル２００は、正電極の電流コレクタと接触するために内側カバー２５１に電気的に接続されたタブ型接触部材２５０を更に含む。内側カバー２５１は、通気井戸２３７を形成する内側カバー２５１の部分から半径方向外向きに位置する周囲フランジを有する。周囲フランジは、密封部材２４０及び容器２１４と協働し、電解質移動障壁及び十分なセル密封をもたらす。密封部材２４０は、図１に示して上記明細書で説明した密封部材４０と類似の構成を有する。周囲フランジは、半径方向に延びるセグメント２５３及び軸線方向に延びるセグメント２５２を含む。密封部材２４０は、軸線方向セグメント２５２の一部分とビーズ２１６、特にビーズ２１６の遷移セグメント２２２との間、並びに半径方向セグメント２５３の端部と容器２１４の上部側壁２２６との間で半径方向に圧縮される。密封部材２４０の軸線方向圧縮の区域は、ビーズ２１６の上部壁２１８と内側カバー２５１の半径方向セグメント２５３との間に形成される。図示のように、セル２００のビーズ２１６は、図１に対して本明細書で上述のようにセルの半径方向中心の方向に上方に傾斜した上部壁２１８を有する内向きに突出するビーズである。上部壁１１８は、セル２００の閉鎖アセンブリに望ましい軸線方向圧縮を与えるために下部壁２２０から離間している。
【００６４】
通気ブッシングは、高温（例えば、７５℃）での低温流れに対して耐性を示す熱可塑性材料から作られる。熱可塑性材料は、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、ポリフェニレンスルフィド、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、フッ化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主剤を含む。エチレン−テトラフロオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、及びポリフタルアミドが好ましい。樹脂は、熱安定化充填物を加えることによって修飾され、高温で望ましい密封及び排出特性を有する通気ブッシングを提供することができる。ブッシングは、熱可塑性材料から射出成形することができる。ＴＥＦＺＥＬ（登録商標）ＨＴ２００４（２５重量パーセント細断ガラス充填物を有するＥＴＦＥ樹脂）は、好ましい熱可塑性材料である。
【００６５】
通気ボールは、セル内容物に接触して安定であり、望ましいセル密封及び排出特性を提供するあらゆる適切な材料から作ることができる。ステンレス鋼のようなガラス又は金属を用いることができる。
【００６６】
図１に示す実施形態では、保持器４２と接触部材５０の間に配置されたホイル型通気孔である圧力解放通気部材３６は、金属、ポリマー、又はこれらの混合物の組成の少なくとも１つの層を含む。圧力解放通気部材３６は、異なる材料組成の１つ又はそれよりも多くの層を含むことができる。例えば、第１の層と異なる組成を有する第２の層は、圧力解放通気部材３６を保持器４２又は接触部材５０に結合する目的のために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、圧力解放通気部材３６を保持器４２及び接触部材５０の両方に結合させることができる。同様に、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、圧力解放通気部材３６の強度及び可撓性を調整するために用いることができる。理想的には、分離層は、電解質との適合性、蒸気透過を防止する機能、及び／又は端部アセンブリ内の通気部材３６の密封特性を改良する機能に基づいて設けられると考えられる。例えば、本明細書に開示する要素に適合する接着分野におけるポリマー又はあらゆる他の公知の材料のような圧力、超音波、及び／又は熱によって活性化される接着剤は、端部アセンブリ内に通気部材を結合するために通気部材３６の層として設けることができる。
【００６７】
ホイル型圧力解放通気部材３６に用いるのに適切な組成物は、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、ステンレス鋼及びこれらの合金のような金属、並びにポリエチレン、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、及びこれらの混合物のようなポリマー材料を含むことができる。圧力解放通気部材３６の組成物はまた、金属で強化されたポリマー、並びに金属又はポリマー又は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、又は例えばＳｉＯX又はＡｌ2ＯX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に対して実質的に非透過性である金属ホイル、好ましくは、アルミニウムホイルとすることができる。圧力解放通気部材３６は、接触結合接着材料、例えば、ポリウレタン、又は熱、圧力、及び／又は超音波的に活性化された材料、例えば、低密度ポリオレフィンを含有する接着層を更に収容することができる。代替的に、これら又は他の接着剤又はシーラント材料は、コレクタアセンブリ内のシールを強化するために圧力解放通気部材（例えば、保持器４２及び／又はバネ５０と接触状態になる外側周囲）、保持器４２、バネ５０、又はこれらのあらゆる組合せの一部分に別々に付加することができる。好ましい積層排出構造体は、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つの層を有すると考えられる。
【００６８】
組成に関係なく、圧力解放通気部材３６は、セル１０に含まれる電解質に対して化学的に耐性にすべきであり、広範な周囲温度にわたってセル１０に対して低重量損失率をもたらすように低蒸気透過率（ＶＴＲ）を有するべきである。例えば、圧力解放通気部材３６が、蒸気透過に対して不浸透性の金属である場合、圧力解放部材３６の厚みによるＶＴＲは、実質的にゼロである。しかし、圧力解放通気部材３６は、圧力解放通気部材３６と保持器４２及び接触部材５０の少なくとも１つとの間に密封を達成するために、例えば、接着剤として又はエラストマー層として機能することができる上述のような蒸気透過性材料、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。
【００６９】
所定の解放圧力、又は圧力解放通気部材３６が破裂することが意図される圧力は、その物理特性（例えば、強度）、その物理的寸法（例えば、厚み）、及び保持器４２によって形成された開口部及びＰＴＣデバイスによって形成された開口部の面積のいずれか小さい方の関数である。圧力解放通気部材３６の露出面積が大きいほど、電気化学バッテリセル１０の内部気体によって加えられるより大きな集合力により、より小さな所定の解放圧力になることになる。その結果、本発明の原理から逸脱することなく通気部材を有する端部アセンブリを設計するために、これらの変数のいずれに対しても調節を行うことができる。
【００７０】
保持器４２によって形成された開口部に対する通気部材３６の露出面積に応じて、圧力解放通気部材の厚みは、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）から約０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）に及ぶ可能性があり、更に他の実施形態では、厚みは、約０．０２５４ｍｍ（０．００１インチ）から約０．０５ｍｍ（０．００２インチ）に及ぶ可能性がある。圧力解放通気部材３６の組成及び厚みは、蒸気透過率（ＶＴＲ）及び所定の解放圧力要件を考慮して当業者によって判断することができる。
【００７１】
圧力解放通気部材は、金属、ポリマー、及びこれらの混合物を含有する組成の少なくとも１つの層を含むことができる。圧力解放通気部材に用いることができる適切な３層積層体は、米国ウイスコンシン州のオシュコッシュ所在のカーウッドからＬＩＱＵＩＦＬＥＸ（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のプリンストン所在のタイコ・インターナショナル・リミテッドの完全所有子会社である米国ジョージア州のコロンバス所在のラドロー・コーテッド・プロダクツからのＦＲ−２１７５である。適切な５層積層体は、米国ジョージア州のコロンバス所在のラドロー・コーテッド・プロダクツからもＢＦ−４８として入手可能なＰＥＴ／ＰＥ／アルミニウム／ＰＥ／ＬＬ−ＤＰＥである。しかし、上述のように、蒸気透過（例えば、ＳｉＯX又はＡｌ2ＯX）及び／又はアルミニウム基ホイルを防止する酸化材料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に対する積層体のあらゆる組合せも具体的に考えられている。
【００７２】
負電極は、リチウムホイルと呼ばれることもあるリチウム金属のストリップを含む。リチウムの組成は変えることができるが、バッテリ等級リチウムに対して純度は常に高い。リチウムは、アルミニウムのような他の金属と合金にし、望ましいセル電気性能をもたらすことができる。０．５重量パーセントのアルミニウムを含有するバッテリ等級リチウム−アルミニウムホイルは、米国ニューカレドニア州のキングスマウンテン所在のケメタル・フート・コーポレーションから入手可能である。
【００７３】
負電極は、一部の実施形態では、金属リチウムの表面内又は表面上に非消耗電流コレクタを有することができる。図１のセルにおけるように、別々の電流コレクタは、リチウムが高導電性を有するので必要ないとすることができるが、電流コレクタは、リチウムが消耗するので、例えば放電中に負電極内に導電性を維持するために含めることができる。負電極が非消耗電流コレクタを含む時に、負電極は、負電極の導電性のために銅で作ることができるが、他の導電材料も、これらがセルの内側で安定である限り用いることができる。
【００７４】
好ましい実施形態では、アノード又は負電極は、別々の電流コレクタを含まず、リチウム金属又はリチウム含有合金の１つ又はそれよりも多くのストリップ又はホイルは、リチウム又はリチウム含有合金の比較的高い導電性により電流コレクタとして専ら機能を果たす。電流コレクタを利用しないことにより、より多くの空間は、活物質のような他の構成要素に対して容器内で利用可能である。負電極電流コレクタなしのセルの提供は、セル費用を低減することもできる。好ましくは、リチウム又はリチウム含有合金の単層又はストリップは、負電極として利用される。
【００７５】
電気リードは、好ましくは、アノード又は負電極をセル容器に接続する。これは、負電極の一部分内にリードの端部を埋め込むこと又はリードの端部のような一部分をリチウムホイルの表面上に単に押圧することによって達成することができる。リチウム又はリチウム合金は、接着特性及び一般的に少なくとも僅かな十分な圧力を有し、又はリードと電極の間の接点は、一緒に構成要素を溶接することになる。１つの好ましい実施形態では、負電極には、ジェリーロール構成に巻く前にリードが設けられる。例えば、生成中に、リチウム又はリチウム合金から成る少なくとも１つの負電極を含むバンドは、リード接続ステーションに設けられ、そこでリードは、望ましい場所で電極の表面上に溶接される。タブを使った電極は、電極に接続されていないリードの自由端を成形するために、必要に応じてリードが造りだされるようにその後処理される。その後、負電極は、正電極及びセパレータのような電極アセンブリの残りの望ましい構成要素と組み合わされ、ジェリーロール構成に巻かれる。好ましくは、巻き取り作業が実施された後に、自由負電極リード端部は、セル容器への挿入前に望ましい構成に曲げることによって更に処理される。
【００７６】
導電性負電極リードは、リードを通る電流の十分な移送を可能にし、セルの使用寿命に対して僅かな影響しか及ぼさないか又は全く影響を及ぼさないように十分に低い抵抗を有する。望ましい抵抗は、タブの幅及び厚みを増加させることによって達成することができる。
【００７７】
正電極は、一般的に、電流コレクタを含むストリップ、及び１つ又はそれよりも多くの電気化学的に活性な材料を含む混合物の形態、通常、微粒子の形態である。二硫化鉄（ＦｅＳ2）は、好ましい活性金属である。Ｌｉ／ＦｅＳ2セルでは、活物質は、５０重量パーセントよりも大きなＦｅＳ2を含む。正電極はまた、望ましいセル電気及び放電特性に応じて１つ又はそれよりも多くの付加的活物質を含有することができる。付加的活性正電極材料は、あらゆる適切な活性正電極材料とすることができる。例は、Ｂｉ2Ｏ3、Ｃ2Ｆ、ＣＦX、（ＣＦ）n、ＣｏＳ2、ＣｕＯ、ＣｕＳ、ＦｅＳ、ＦｅＣｕＳ2、ＭｎＯ2、Ｐｂ2Ｂｉ2Ｏ5、及びＳを含む。より好ましくは、Ｌｉ／ＦｅＳ2セル正電極に対する活物質は、少なくとも９５重量パーセントのＦｅＳ2、より好ましくは、少なくとも９９重量パーセントのＦｅＳ2、及び最も好ましくは、ＦｅＳ2は、唯一活性正電極材料である。少なくとも９５重量パーセントの純度レベルを有するＦｅＳ2は、米国マサチューセッツ州のノースグラフトン所在のワシントン・ミルズ、オーストリアのウイーン所在のケメタルＧｍｂＨ、及び米国バージニア州のＤｉｌｌｗｙｎ所在の「Ｋｙａｎｉｔｅ  Ｍｉｎｉｎｇ  Ｃｏｒｐ．」から入手可能である。
【００７８】
活物質に加えて、正電極混合物は、他の材料を含有する。結合剤は、一般的に、微粒子材料を一緒に保持して混合物を電流コレクタに接着するのに用いられる。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つ又はそれよりも多くの導電材料を加えて、混合物に対する導電性の改良をもたらすことができる。用いる導電材料の量は、活物質及び結合剤の導電性、電流コレクタに対する混合物の厚み、及び電流コレクタ設計のようなファクタに依存する可能性がある。少量の様々な添加剤も、正電極製造及びセル性能を強化するのに用いることができる。以下に示すのは、Ｌｉ／ＦｅＳ2セル正電極に対する活物質混合材料の例である。グラファイト：米国オハイオ州のウエストレイク所在のティムカル・アメリカからのＫＳ−６及びＴＩＭＲＥＸ（登録商標）ＭＸ１５等級合成グラファイト。カーボンブラック：米国テキサス州のヒューストン所在のシェブロン・フィリップス・カンパニーＬＰからの等級Ｃ５５アセチレンブラック。結合剤：ポリモント・プラスチック・コーポレーション（前のポリサー・インコーポレーテッド）によって作られ、米国オハイオ州のアクロン所在の「Ｈａｒｗｉｃｋ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｃｏｒｐ．」から入手可能なエチレン／プロピレンコポリマー（ＰＥＰＰ）、非イオン水溶性ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）：米国ミシガン州のミッドランド所在のダウ・ケミカル・カンパニーからのＰＯＬＹＯＸ（登録商標）、及び米国テキサス州のヒューストン所在のクレイトン・ポリマーズからのＧ１６５１等級スチレン−エチレン／ブチレン−スチレン（ＳＥＢＳ）ブロックコポリマー。添加剤：米国ニューヨーク州のタリタウン所在のマイクロ・パウダーズ・インコーポレーテッドによって製造された「ＦＬＵＯ  ＨＴ（登録商標）」微粉化ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）（米国オハイオ州のクリーブランド所在の「Ｄａｒ−Ｔｅｃｈ  Ｉｎｃ．」から市販）、及び米国ニュージャージー州のリッジフィールド所在のデグサ・コーポレーション・ピグメント・グループからのＡＥＲＯＳＩＬ（登録商標）２００等級ヒュームドシリカ。
【００７９】
電流コレクタは、正電極表面内に配置されるか又はこれに埋め込むことができ、又は正電極混合物は、薄い金属ストリップの片側又は両側上に被覆することができる。アルミニウムは、一般的に用いる材料である。電流コレクタは、正電極混合物を含有する正電極の部分を超えて延びることができる。電流コレクタのこの延びる部分は、正端子に接続された電気リードと接触するために有利な面積を提供することができる。多くのセルの内部容積を活物質及び電解質に利用可能にするために、電流コレクタの延びる部分の容積を最小にすることが望ましい。
【００８０】
ＦｅＳ2正電極を作る好ましい方法は、揮発性の高い有機溶媒（例えば、トリクロルエチレン）中の活物質混合材料のスラリを１枚のアルミニウムホイルの両側上に圧延被覆し、コーティングを乾燥させて溶媒を除去し、コーティングホイルをカレンダ加工してコーティングを圧密化し、コーティングホイルを望ましい幅に分割してスリット正電極材料のストリップを望ましい長さに切断することである。小さな粒子サイズの正電極材料を用いて、セパレータを穿刺する危険を最小にすることが望ましい。例えば、ＦｅＳ2は、好ましくは、使用前に２３０メッシュ（６２μｍ）篩を通して篩にかけられる。
【００８１】
セパレータは、イオン透過性及び非導電性の薄い微小孔性部材である。それは、セパレータの孔隙内に少なくとも何らかの電解質を保持することができる。セパレータは、負電極及び正電極の隣接する表面間に配置され、互いに電極を電気的に分離する。セパレータの各部分はまた、内部短絡を防止するためにセル端子と電気接触した他の構成要素を絶縁することができる。セパレータの縁部は、多くの場合、少なくとも１つの電極の縁部を超えて延びて、負電極及び正電極が、例えこれらが完全に互いに整列しなくても電気接触しないことを保証する。しかし、電極を超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。
【００８２】
良好な高電力放電性能を提供するために、セパレータは、引用により本明細書に組み込まれている１９９４年３月１日に登録された米国特許第５，２９０，４１４号に開示された特性（少なくとも０．００５μｍの最小寸法及び僅か直径５μｍの最大寸法、３０から７０パーセントの範囲の孔隙、２から１５オーム−ｃｍ2の面積比抵抗、及び２．５未満の捩れを有する孔隙）を有することが望ましい。
【００８３】
適切なセパレータ材料はまた、内部短絡をもたらす可能性があるほころび、亀裂、孔、又は他の間隙の発生なしに、セル製造工程、並びにセル放電中にセパレータに与える可能性がある圧力に耐えるほど十分に強力である必要がある。セルにおける全セパレータ容積を最小にするために、セパレータは、２０μｍ又は１６μｍのようにできるだけ薄く、好ましくは、２５μｍ厚未満、より好ましくは、僅か２２μｍ厚とすべきである。高引張応力は、好ましくは、平方センチメートル当たり少なくとも８００、より好ましくは、少なくとも１０００キログラム重（ｋｇｆ／ｃｍ2）であるのが望ましい。ＦＲ６型セルに対して、好ましい引張応力は、機械方向に少なくとも１５００ｋｇｆ／ｃｍ2及び横方向に１２００ｋｇｆ／ｃｍ2であり、ＦＲ０３型セルに対して、機械及び横方向の好ましい引張強度は、それぞれ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、及び最も好ましくは、少なくとも２４００ボルトになる。好ましい最大の有効孔隙サイズは、０．０８μｍから０．４０μｍ、より好ましくは、０．２０μｍよりも大きくない。好ましくは、ＢＥＴ比表面積は、４０ｍ2／ｇ、よりも大きくなく、好ましくは、少なくとも１５ｍ2／ｇ、最も好ましくは、少なくとも２５ｍ2／ｇになる。好ましくは、面積比抵抗は、４．３オーム−ｃｍ2よりも大きくなく、より好ましくは、４．０オーム−ｃｍ2よりも大きくなく、最も好ましくは、３．５オーム−ｃｍ2よりも大きくない。これらの特性は、本明細書において引用により組み込まれている２００３年１１月２１日出願の米国特許出願第１０／７１９，４２５号により詳細に説明されている。
【００８４】
リチウムバッテリに用いるためのセパレータ膜は、多くの場合、ポリプロピレン、ポリエチレン、又は超高分子量ポリエチレンで作られたポリマーセパレータあり、ポリエチレンが好ましい。セパレータは、２軸配向微小孔性膜の単層とすることができ、又は２つ又はそれよりも多くの層は、一緒に積層して直交方向に望ましい引張強度を提供することができる。単層は、費用を最小にするために好ましい。適切な単層の２軸配向ポリエチレン微小孔性セパレータは、東燃化学株式会社から、米国ニューヨーク州のマケドニア所在のエクソンモービル・ケミカル・コーポレーションから入手可能である。「Ｓｅｔｅｌａ  Ｆ２０ＤＨＩ」等級セパレータは、２０μｍの公称厚みを有し、「Ｓｅｔｅｌａ  １６ＭＭＳ」等級は、１６μｍの公称厚みを有する。
【００８５】
負電極、正電極、及びセパレータストリップは、電極アセンブリにおいて一緒に組み合わされる。電極アセンブリは、正電極、セパレータ、負電極、及びマンドレルの周囲のセパレータの交互ストリップを巻くことによって作られた図１に示すような螺旋巻き設計とすることができ、これは、巻線が完了すると電極アセンブリから抽出される。セパレータの少なくとも１つの層及び／又は電気絶縁フィルム（例えば、ポリプロピレン）の少なくとも１つの層は、一般的に電極アセンブリの外側に巻かれる。これは、多くの目的に適切であり、それは、アセンブリを一緒に保持するのに役立ち、アセンブリの幅又は直径を望ましい寸法に調節するのに用いることができる。セパレータ又は他の外側フィルム層の最外端は、接着テープ片又はヒートシールによって留めることができる。負電極は、図１に示すように最外電極とすることができ、又は正電極が最外電極とすることができる。いずれの電極も、セル容器と電気接触状態にすることができるが、最外電極と容器の側壁との間の内部短絡は、最外電極が缶と電気接触することが意図される同じ電極である時に回避することができる。
【００８６】
本発明の１つ又はそれよりも多くの実施形態では、電極アセンブリは、改善されたサービスのためにかつ負電極の電気化学的に活性な材料のより効率的な利用のためにその上に選択的に配置された電気化学的に活性な材料を有する正電極で形成される。正電極及び更に正容器を含む電気化学セル上に電気化学的に活性な材料が選択的に配置された構成の非限定的な例は、両方とも明細書においてその全内容が引用により組み込まれている２００８年１月３１日に公開された米国特許公報第２００８／００２６２８８号及び２００８年１月３１日に公開された米国特許公報第２００８／００２６２９３号に説明されている。
【００８７】
電極アセンブリは、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畳むことによって形成することができる。ストリップは、これらの長さに沿って整列し、次に、蛇腹様式で折り畳むことができ、又は負電極及び１つの電極ストリップは、一方が他方に交差した状態で交互に折り畳まれた（直角に配向された）正電極及び別の電極ストリップ、並びに電極に対して垂直に置くことができ、いずれの場合も交互負電極及び正電極層のスタックを形成する。
【００８８】
電極アセンブリは、収容容器内に挿入される。螺旋状に巻かれた電極アセンブリの場合には、円筒容器であろうとプリズム容器であろうと、電極の主要表面は、容器の側壁に対して垂直である（言い換えると、電極アセンブリの中心コアは、セルの縦軸線に対して平行である）。折り畳み電極アセンブリは、典型的にはプリズムセルに用いられる。蛇腹式折り畳み電極アセンブリの場合には、アセンブリは、電極層のスタックの両端にある平坦な電極表面が、容器の両側に隣接するように配向される。これらの構成では、負電極の主要表面の総面積の大部分は、セパレータを通って正電極の主要表面の総面積の大部分に隣接しており、電極主要表面の最外部分は、容器の側壁に隣接している。このようにして、負電極及び正電極の組合せた厚みの増加による電極アセンブリの膨張は、容器側壁によって制約される。
【００８９】
汚染物質としてごく少量（例えば、用いられている電解質塩に応じて重量で僅か約５００百万分率）の水のみを含有する非水電解質は、本発明の好ましい電気化学セルに用いられる。リチウム及び活性正電極材料に用いるのに適切なあらゆる非水電解質を用いることができる。電解質は、有機溶媒中に溶解された１つ又はそれよりも多くの電解質塩を含有する。Ｌｉ／ＦｅＳ2セルに対して、適切な塩の例は、臭化リチウム、過塩素酸リチウム、六フッ化リン酸リチウム、六フッ化リン酸カリウム、六フッ化ヒ酸リチウム、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を含み、かつ適切な有機溶媒は、以下の炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、１，２−ブチレンカーボネート、２，３−ブチレンカーボネート、ギ酸メチル、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−ジメチルフォルムアミド、及びエーテルのうちの１つ又はそれよりも多くを含む。塩／溶媒の組合せは、十分な電解質及び導電性を提供し、望ましい温度範囲にわたってセル放電要件を満たすことになる。エーテルは、多くの場合、これらの一般的に低粘性、良好な湿潤機能、良好な低温放電性能、及び良好な高率放電性能のために望ましい。これは、エーテルがＭｎＯ2正電極によるよりも安定であるのでＬｉ／ＦｅＳ2セルで特に当て嵌まり、従って、より高いエーテルレベルを用いることができる。適切なエーテルは、以下に限定されるものではないが、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のようなアクリルエーテル、及び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−メチル−２−オキサゾリジノンのような環状エーテルを含む。
【００９０】
具体的な負電極、正電極、並びに電解質組成及び量は、上述の米国特許出願第１０／７１９，４２５号に開示されたような望ましいセル製造、性能、及び保存特性を提供するように調節することができる。
【００９１】
本発明の電気化学セルの組立ての方法は、電極アセンブリ及び好ましくは絶縁部材をセル容器内に挿入する段階を含む。初期ビーズは、容器の側壁に形成される。ビーズは、一実施形態では、ビーズを形成することが望ましい区域において容器の側壁に対して形成ホイールを押圧することによって形成されるが、缶は、缶の軸線方向軸の周囲で回転される。電解質は、ホイル通気孔を利用する時に容器への端部アセンブリの挿入前に容器内に分注される。代替的に、ボール通気孔が端部アセンブリにおいて利用される場合、電解質は、ボール通気孔のボールでセルを内部密封する前に加えることができる。端部アセンブリの周囲部分は、形成された初期ビーズの上部壁上に着座される。別の段階では、容器は、初期ビーズにおいて支持される。ビーズ支持体は、ビーズに挿入された突出した棚状突出物を有する。ビーズ支持体は、一実施形態では、ビーズが、セルの円周の周囲で完全に支持され、支持体が、工程中に開放して閉鎖することができるように２つの部分からなり、各々は、好ましくは、ビーズの周囲で１８０°延びている。容器はまた、容器の底部において支持される。半径方向及び軸線方向、すなわち、半径方向に垂直の両方の様々な密封部材表面は、閉鎖工程中に閉鎖アセンブリの他の隣接する構成要素に対して有利に密封される。セルを閉鎖して上方に傾斜したビーズを形成する別の段階は、再引き抜き又は収集工程によって上部側壁の直径減少を含む。この工程では、容器は、上端及び底部の両方において制約されるか又は支持される。一部の実施形態では、容器底部にある支持体は、直径減少の工程中に上方に持ち上げることができる。直径減少及び底部持ち上げは、半径方向内向きに更に変形されるか又は加工されたビーズに余分な材料が流れ込むようにし、ビーズは、望ましい上方に傾斜した内向きに突出する上部壁を形成する。直径減少後、容器の上端も、内向きに折り畳まれて圧着端部を形成し、かつ軸線方向力は、ビーズと圧着端部の間に印加される。圧着工程では、容器も、底部において支持される。半径方向圧縮は、好ましくは、容器の上端の圧着中に少なくとも上部側壁上で維持される。
【００９２】
セル形成及び閉鎖工程の結果は、図面に示されている。各部分の幾何学形状及び閉鎖工程は、密封部材と容器、密封部材と電流制限又は遮断部材、並びに密封部材と接触部材又は内側カバー外形の間の望ましいインタフェースが、全て密封されることを保証する。接触部材及び／又は内側カバーは、それが、そうでなければ電解質に露出されると考えられる密封部材表面積の大部分を密封するように設計される。ガスケット厚みは、最小に抑制される。比較的深いビーズ深さ及び比較的小さな密封部材厚みは、蒸気透過を最小にするのに役立ち、蒸気透過のための経路長を増加させる。周方向上向きにテーパ付きの内向きビーズ突出物は、強化密封力を提供し、電気化学セル漏出の機会を更に低減する。これは、特にポリマー密封部材において、セルがセル構成要素の膨張及び収縮を引き起こす温度変動に露出される時に特に当て嵌まる。上方にテーパ付きの内向きビーズ上部壁は、膨張後にその元の位置に勢いよく戻るより大きな傾向がある。
【００９３】
上記説明は、特に、スイスのジュネーブの「国際電気標準会議」によって公開された「国際標準ＩＥＣ  ６００８６−１」及び「ＩＥＣ  ６００８６−２」に定められたように、ＦＲ６及びＦＲ０３のような円筒Ｌｉ／ＦｅＳ2セルに関連するものである。しかし、本発明はまた、他のセルサイズ及び形状に、並びに他の電極アセンブリ、ハウジング、シール、及び圧力緩和通気部材設計を有するセルに適合することができる。本発明を用いることができる他のセルタイプは、リチウム／二酸化マンガン及びリチウムイオンセルのような１次及び再充電可能非水セルを含む。電極アセンブリ構成も変えることができる。例えば、それは、上述のような螺旋状に巻かれた電極、折り畳み電極、又はストリップのスタック（例えば、平坦プレート）を有することができる。セル形状はまた、例えば、円筒及びプリズム形状を含むように変えることができる。以下に限定されるものではないが、Ｌｉ／ＳＯ2、Ｌｉ／ＡｇＣｌ、Ｌｉ／Ｖ2Ｏ5、Ｌｉ／ＭｎＯ2、Ｌｉ／Ｂｉ2Ｏ3のような他のセルの化学的性質を利用することができる。これらのバッテリは、２．０Ｖ及び３．０Ｖのような１．５０Ｖよりも高い公称電圧を有することができる。
【００９４】
開示された概念の精神から逸脱することなく様々な修正及び改良を本発明に対して行うことができることは、本発明を実施する者及び当業者によって理解されるであろう。与えられる保護の範囲は、特許請求の範囲により及び法律によって許容される解釈の幅により判断されるものとする。
【符号の説明】
【００９５】
１０  円筒電気化学セル
１２  ハウジング
１４  容器
３０  端部アセンブリ
【図１】
2011523193.tif 000003
【図２】
2011523193.tif 000004
【図３】
2011523193.tif 000005
【図４】
2011523193.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月14日(2010.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉鎖底端部、側壁、及び開放端を有する円筒金属容器と、
正電極、負電極、該正電極と該負電極の間に配置されたセパレータ、及び非水揮発性電解質を含み、前記容器内に配置された螺旋状に巻かれた電極アセンブリと、
上部壁と遷移部材によって接続した下部壁とを有し、該上部壁が、セルの半径方向中心の方向に上方に傾斜し、かつ該下部壁からこれらのそれぞれの長さに沿って離間した前記側壁における周方向内向き突出物と、
所定の内圧で通気することができる通気部材、電流制限又は遮断部材、及び前記容器と前記正電極又は負電極に作動的に電気的に接続された端部アセンブリの導電性接点との間に位置する絶縁ポリマー密封部材を含み、該容器の前記開放端を閉鎖する端部アセンブリと、
を含み、
前記ビーズの上部壁は、上部壁最上点から半径方向外向きに位置する最下点を有し、上部壁最下点を通って延びる想像水平線と、上部壁最下点と上部壁最上点の間の想像線との間の角度が、１から３０°であり、
前記ビーズは、前記容器の最大半径の少なくとも２２％である深さを有する、
ことを特徴とする電気化学セル。
【請求項２】
接触アセンブリが、圧力解放通気部材に接続された周囲フランジを有する導電性接触部材を更に含み、該圧力解放通気部材は、少なくとも所定の解放圧力と同じ高さである内部セル圧力に応答して破裂することができ、それによって物質が該通気部材を通って逃げることを可能にし、
前記周囲フランジは、隣接する前記側壁のセグメントと実質的に平行に軸線方向距離を延びる軸線方向セグメントを含み、
前記周囲フランジは、実質的に半径方向に前記軸線方向セグメントから延びる半径方向セグメントを含み、かつ前記ビーズの上方に軸線方向に位置する一部分を含み、
前記周囲フランジは、前記半径方向セグメントから、実質的に軸線方向に延びる第２の下部軸線方向セグメントまで遷移し、
前記密封部材は、少なくとも（ａ）前記側壁と周囲フランジ軸線方向セグメント、（ｂ）前記ビーズと前記半径方向セグメント、及び（ｃ）該ビーズと前記第２の下部軸線方向セグメントの間で圧縮下にある、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項３】
前記接触部材は、前記軸線方向セグメントから延びる内向きに折り畳まれた端部を有し、
開口部を形成する保持器が、セルに存在し、
前記保持器の一部分及び前記通気部材の一部分が、前記接触部材の内向きに折り畳まれた端部と前記半径方向セグメントとの間で圧縮される、
ことを特徴とする請求項２に記載の電気化学セル。
【請求項４】
前記密封部材の一部分が、前記接触部材、前記絶縁部材、及び前記ビーズによって境界付けられるように、該ビーズの下の前記容器の前記側壁と接触し、かつ該接触部材に接触した絶縁部材を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の電気化学セル。
【請求項５】
前記密封部材は、前記容器の圧着端部の下にある実質的に半径方向に延びる上部半径方向セグメントを有し、
前記密封部材上部半径方向セグメントは、実質的に軸線方向に延びて前記容器側壁及び前記周囲フランジ軸線方向セグメントに接触した密封部材上部軸線方向セグメントに接続され、
前記密封部材上部軸線方向セグメントは、前記圧着端部と前記内向き突出物の前記上部壁との間に延び、
前記密封部材は、前記密封部材上部軸線方向セグメントに接続されてそこから実質的に内向きに延びる下部半径方向セグメントを含み、
前記密封部材下部半径方向セグメントは、前記周囲フランジ半径方向セグメントに接触し、かつそれに沿う距離を延び、
前記密封部材の下部軸線方向セグメントが、前記密封部材下部半径方向セグメントに接続され、かつそこから軸線方向下向きに延び、
前記上部半径方向セグメント及び下部半径方向セグメントは、前記容器の前記内向き突出物上部壁と圧着端部との間で圧縮され、
前記密封部材下部軸線方向セグメントは、前記内向き突出物の前記遷移部材と前記接触部材の前記下部軸線方向セグメントとの間で圧縮される、
ことを特徴とする請求項２に記載の電気化学セル。
【請求項６】
前記密封部材は、前記容器の圧着端部の下にある実質的に半径方向に延びる上部半径方向セグメントを有し、
前記密封部材上部半径方向セグメントは、実質的に軸線方向に延びて前記容器側壁に接触した該密封部材の上部軸線方向セグメントに接続され、
前記上部軸線方向セグメントは、前記圧着端部と前記内向き突出物の前記上部壁との間に延び、かつ前記内側カバー軸線方向セグメントと接触し、
前記密封部材は、前記密封部材上部軸線方向セグメントに接続されてそこから実質的に半径方向内向きに延びる下部半径方向セグメントを含み、
前記密封部材下部半径方向セグメントは、前記内側カバーの前記半径方向セグメントと接触し、かつ該内側カバーと前記内向き突出物の前記上部壁との間で圧縮され、
前記密封部材上部半径方向セグメントは、前記容器の前記内向き突出物上部壁と圧着端部との間で圧縮され、
前記密封部材は、前記内側カバーの前記軸線方向セグメントとセルの接触部材との間で実質的に半径方向上向きに延びる前記密封部材下部半径方向セグメントに接続された内側軸線方向セグメントを更に含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の電気化学セル。
【請求項７】
前記端部アセンブリは、前記導電性接点と作動的に電気接触した導電性内側カバーを更に含み、
前記内側カバーは、半径方向セグメント及び軸線方向セグメントを有し、
前記密封部材は、前記半径方向セグメントと前記ビーズの前記上部壁との間で圧縮され、
前記密封部材は、前記内側カバー軸線方向セグメントと前記容器の上部側壁との間で圧縮される、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項８】
導電性接触部材が、前記内側カバーに接続され、かつ前記正電極の電流コレクタと作動的に電気的に接続され、
セルが、正電極電流コレクタの一部分と前記容器の前記側壁との間の接触を防止する絶縁部材を更に含み、
前記絶縁部材の一部分が、前記ビーズと前記接触部材と接触し、かつこれらの間に配置される、
ことを特徴とする請求項７に記載の電気化学セル。
【請求項９】
前記通気部材は、ボール型通気部材であることを特徴とする請求項７に記載の電気化学セル。
【請求項１０】
前記端部アセンブリは、導電性内側カバーを更に含み、
前記内側カバーは、ボール通気アセンブリの一部分を形成するセグメントを含み、
前記内側カバーは、半径方向セグメント及び軸線方向セグメントを有する周囲フランジを含み、
前記半径方向セグメントは、軸線方向に延びるセグメントから半径方向外向きに位置し、
前記密封部材は、前記内側カバーの前記軸線方向セグメントと前記ビーズの前記遷移部材との間で圧縮され、
前記密封部材は、前記内側カバーの前記半径方向セグメントと前記ビーズの前記上部壁との間で圧縮される、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１１】
前記密封部材は、前記容器の圧着端部の下にある実質的に半径方向に延びる上部半径方向セグメントを有し、
前記密封部材上部半径方向セグメントは、実質的に軸線方向に延びて前記容器側壁に接触した密封部材上部軸線方向セグメントに接続され、
前記密封部材上部軸線方向セグメントは、前記圧着端部と前記内向き突出物の前記上部壁との間に延び、
前記密封部材は、前記上部軸線方向セグメントに接続されてそこから実質的に半径方向内向きに延びる下部半径方向セグメントを含み、
前記密封部材の下部軸線方向セグメントが、前記下部半径方向セグメントに接続されてそこから実質的に軸線方向下向きに延び、
前記密封部材上部半径方向セグメント及び下部半径方向セグメントは、前記容器の前記内向き突出物上部壁と圧着端部との間で圧縮され、
前記密封部材下部軸線方向セグメントは、前記遷移部材と内側カバー又は接触部材との間で圧縮される、
ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１２】
前記正電極は、ＦｅＳ2を含み、前記負極は、本質的にリチウム又はリチウム合金から成ることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１３】
前記ビーズ深さは、前記容器の半径の少なくとも３０％であることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１４】
前記角度は、３°から２０°であることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項１５】
前記正電極は、二硫化鉄を含み、かつ以下のもの、すなわち、（ａ）セルが、Ｒ６サイズセルの時に、前記密封部材が、１．１４ｃｍ未満、より好ましくは、０．８６ｃｍ未満、最も好ましくは、０．５１ｃｍ未満の寸法比を有すること、又は（ｂ）セルが、Ｒ０３又はＲ８サイズセルの時に、該密封部材が、０．８６ｃｍ未満、より好ましくは、０．４８ｃｍ未満、最も好ましくは、０．３０ｃｍ未満の寸法比を有することのうちの一方が適用されることを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【国際調査報告】
2011523193.tif 000007
2011523193.tif 000008
2011523193.tif 000009