(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質が含浸されたセパレータの両側において少なくともアノードおよびカソードが形成された少なくとも1つの電気化学的セルであって、前記電気化学的セルが、長手方向に沿って細長い形状を有する電気化学的組立体(5)を画定し、前記電気化学的組立体(5)が、前記長手方向における両端の一方において前記アノードの被覆のないストリップを備え、かつ、前記長手方向における両端の他方において前記カソードの被覆のないストリップを備え、前記電気化学的組立体(5)の前記アノードまたは前記カソードの前記被覆のないストリップの少なくともいくつかは、基部(51)の形成の間に共に梱包される、電気化学的セルと、
密封された方法で前記電気化学的組立体を収容するように構成されたハウジング(6)と、
前記アノードまたは前記カソードのいずれかに対してそれぞれ結合された2つの電流出力端子(2、4)と、を含み、第1の端子(2)と称される前記電流出力端子の一方が、前記ハウジング(6)の上部壁(62)を通過し、かつ前記ハウジング(6)から電気的に絶縁されており、前記電流出力端子の他方は第2の端子(4）と称され、リチウム電気化学的蓄電池において、
前記第1の端子(2)が、第1の導電性部品(21)を含み、前記第1の導電性部品(21)が、前記ハウジング(6)を貫通し、かつ、少なくとも1つの領域(24)において前記基部(51)に直接溶接された部分(25)を含むことを特徴とする、リチウム電気化学的蓄電池。
【請求項２】
前記第2の端子(4)が、前記ハウジング(6)に対して溶接されている、請求項1に記載のリチウム電気化学的蓄電池。
【請求項３】
前記第1の端子(2)が、第2の導電性部品(22)を含み、前記第2の導電性部品(22)が雌型部品(22)であり、前記第1の導電性部品(21)が雄型部品(21)であり、
前記リチウム電気化学的蓄電池が、前記ハウジングから前記第1の端子(2)を絶縁するように構成された、前記ハウジングの前記上部壁(62)の上面及び下面それぞれと面する支承部(33、34)と、前記支承部(33、34)に対して前記長手方向に突出する案内部(35、36)と、をそれぞれが含む、ワッシャの形態の2つの連結部(31、32)を含み、前記案内部の外周縁が、前記上部壁(62)の貫通孔の内周縁と面しており、
前記雄型部品(21)が、前記雌型部品(22)へと圧入され、前記雄型部品(21)及び前記雌型部品(22)それぞれが前記ワッシャの前記支承部(33、34)と面する面を含み、前記雌型部品(22)が、前記ワッシャの前記案内部と面する面を含む、請求項1または2に記載のリチウム電気化学的蓄電池。
【請求項４】
前記雄型部品(21)および前記雌型部品(22)が、前記雄型部品(21)と前記雌型部品(22)との間を密封するように連続溶接シーム(28)によって共に溶接された、請求項3に記載のリチウム電気化学的蓄電池。
【請求項５】
前記部分(25)の前記領域(24)が、前記領域(24)以外の前記部分(25)の厚さより薄い厚さeを有し、前記厚さeは、0.1ｍｍから0.8ｍｍの間であり、前記領域(24)の幅lは、0.3ｍｍから2ｍｍの間である、請求項1から4のいずれか一項に記載のリチウム電気化学的蓄電池。
【請求項６】
前記厚さがより薄い領域(24)が、前記第1の導電性部品(21)の外周縁領域である、請求項5に記載のリチウム電気化学的蓄電池。
【請求項７】
前記より薄い厚さの領域(24)が、環状周縁凹部である、請求項5に記載のリチウム電気化学的蓄電池。
【請求項８】
前記部分(25)が、レーザー伝達によって前記基部(51)において溶接された、請求項1から7のいずれか一項に記載のリチウム電気化学的蓄電池。
【請求項９】
前記第1及び第2の端子(2、4)が、銅またはニッケルめっきされた銅で形成された、請求項1から8のいずれか一項に記載のリチウム電気化学的蓄電池。
【請求項１０】
同じ電極の前記被覆のないストリップ(53)が、少なくとも溶接(54)によって前記電気化学的組立体の長手方向に対して径方向に互いに対して結合された、請求項1から9のいずれか一項に記載のリチウム電気化学的蓄電池。
【請求項１１】
前記電気化学的組立体(5)が、巻きつけによって得られ、前記第1の端子(2)が、前記電気化学的組立体(5)の前記巻き軸線において溶接される、請求項1から10のいずれか一項に記載のリチウム電気化学的蓄電池。
【請求項１２】
前記電気化学的組立体(5)が、巻きつけによって得られ、前記第1の端子(2)が、前記電気化学的組立体(5)の前記巻き軸線と前記電気化学的組立体(5)の外周縁との間の途中に溶接された、請求項1から10のいずれか一項に記載のリチウム電気化学的蓄電池。
【請求項１３】
前記リチウム電気化学的蓄電池が、円筒形状である、請求項1から12のいずれか一項に記載のリチウム電気化学的蓄電池。
【請求項１４】
前記リチウム電気化学的蓄電池が、角柱形状を有する、請求項1から12のいずれか一項に記載のリチウム電気化学的蓄電池。
【請求項１５】
前記第1及び第2の導電性部品の材料および寸法が、250A以上の大きさを有する電流の流れを可能とするように選択される、請求項3または4に記載のリチウム電気化学的蓄電池。
【請求項１６】
請求項1から15のいずれか一項に記載のリチウム電気化学的蓄電池の製造方法であって、
a、前記基部(51)を形成するために、前記電気化学的組立体(5)の同じ電極の前記被覆のないストリップ(53)の少なくともいくつかを、前記電気化学的組立体(5)の長手方向軸に沿って共に軸方向に梱包するステップと、
b、前記第1の端子(2)の前記第1の導電性部品(21)を前記基部(51)に直接配置するステップと、
c、前記第1の導電性部品(21)を前記基部(51)に対して直接溶接するステップと、
が実行される、製造方法。
【請求項１７】
d、前記ハウジング(6)の前記上部壁(62)を貫通する孔の両側においてワッシャの形態の2つの電気的に絶縁する連結部(31、32)を配置するステップと、
e、前記ワッシャ(31、32)の穴および前記ハウジング(6)の前記上部壁(62)の貫通孔を通して前記第1の端子の第2の導電性部品(22)を配置するステップと、
f、前記第1の導電性部品(21)において前記上部壁(62)、前記第2の導電性部品(22)および前記ワッシャ(31、32)で形成される結合体を圧入するステップと、
g、前記第2の導電性部品(22)の上方表面(27)が、前記ハウジング(6)を通過する前記第1の導電性部品(21)の上方表面(23)と揃えられるように、かつ、前記ワッシャ(31、32)が軸線方向および径方向に圧縮されるまで前記第1の端子(2)を圧着するステップと、
h、前記第1の導電性部品(21)と前記第2の導電性部品(22)との間の連続溶接シーム(28)を形成するステップと、
をさらに含む、請求項16に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム電気化学的発電機の分野に関し、少なくとも1つの電極へのリチウムの挿入または取り外しの原理、言い換えると、インターカレーション-デインターカレーションの原理を用いて動作する。
【０００２】
本発明は10アンペア時(Ah)より概して大きく、かつ概して250Aより大きい強い電流の容量を有する、特にリチウムイオン(Li-ion)電気化学的蓄電池に関する。
【０００３】
より詳細には、本発明は、電解質に含浸されたセパレータの両側におけるアノードおよびカソードで形成される少なくとも1つの電気化学的セルと、一方がアノードに対して結合されると共に他方がカソードに対して結合される2つの集電部と、密封された方法で電気化学的セルを収容するように構成された、長手方向軸線に沿った細長い形状を含むハウジングと、を含み、その端子の1つが電気化学的組立体の電極に対して電気的に結合されるように蓄電池の壁を通過する、リチウム電気化学的蓄電池に関する。
【０００４】
ハウジングは、概してカップと称されるカバーおよび容器を含んでもよく、あるいは、カバー、底部ならびに共に底部およびカバーに対して組み立てられた側部のケースを含んでもよい。
【０００５】
本発明の目的は、蓄電池に最適な密封と出力電流の大きさを提供しつつ、エネルギー密度および機械的強度を向上させ、かつそのような蓄電池の製造を簡易化することにある。
【背景技術】
【０００６】
図1Aおよび図1Bに概略的に示されるように、リチウムイオンバッテリーまたは蓄電池1は、概して正電極またはカソードと負電極またはアノードとの間で構成される電解質で含浸されたセパレータからなる少なくとも1つの電気化学的セルと、カソードに対して結合された集電部と、アノードに対して結合された集電部と、最後に密封された方法で電気化学的セルを収容するように構成されたパッケージ6と、を含み、一方で2つの電流出力端子を形成する集電部2、4の部分は、それを通る。
【０００７】
従来のリチウムイオンバッテリーの構造は、アノード、カソードおよび電解質を含む電気化学的組立体を画定する単一の電気化学的セルを有するため、単極性として説明され得る構造である。様々なタイプの単極性構造の形状は、米国特許出願第2006/0121348号に開示されたようなシリンダ軸線周りの巻きつけ部を有する円筒形状、米国特許第7348098号、米国特許第7338733号に開示されたような角柱軸線周りの巻きつけ部を有する角柱形状、米国特許出願第2008/060189号、米国特許出願第2008/0057392号および米国特許第7335448号に開示されたような層形状が知られる。
【０００８】
電解質の構成は、固体、液体またはゲルの形態を有してもよい。この最後の形態において、構成は、充放電するためにカソードからアノードへのリチウムイオンの移動を可能とする有機液体またはイオン液体電解質で浸されたポリマーまたは微多孔複合材から形成されたセパレータを備えてもよく、これにより発電する。電解質は概して、リチウム塩、概してLiPF6が付加される、たとえば炭酸塩のような有機溶剤の混合物である。
【０００９】
正電極またはカソードは、概して集電部と称される、アルミニウムのような金属材料で形成された帯状材(band)に配置された、LiFePO4、LiCoO2、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2のような複合材である、リチウム陽イオン挿入材料で形成される。
【００１０】
負電極またはアノードは、概して銅、ニッケルめっきされた銅、またはアルミニウムで形成される金属材料で形成された帯状材に配置されたシリコンまたはシリコンベースで形成される複合材に基づき得る、グラファイトカーボンまたはLi4TiO5O12(チタン材料)からかなり頻繁に形成される。
【００１１】
リチウムイオンバッテリーまたは蓄電池は、当然のことながら、互いに層状化された複数の電気化学的セルを含んでもよい。
【００１２】
従来、リチウムイオンバッテリーまたは蓄電池は、アノードおよびカソードにおいて一対の材料を用い、概して3.6ボルトに等しい高電圧レベルで作用することを可能とする。
【００１３】
リチウムイオンバッテリーまたは蓄電池は、たとえば10年より概して長い長寿命向けの、ハウジングにより耐える明らかに大きな圧力(真空または高い超過圧力)、およびより厳しく要求される密封レベル、概して10-8mbar.l/s、または海軍、航空または宇宙分野のような高い負荷の環境において使用する要求目的が存在するとき、剛体のパッケージを含む。
【００１４】
したがって、これまで、剛体のパッケージは、ステンレス鋼(316Lステンレス鋼または304ステンレス鋼)、アルミニウム(Al1050またはAl3003)またはチタニウムから概して形成される、金属ハウジングから形成されてきた。
【００１５】
現在、図1Aに示される参照符号6を付されたもののような2つのタイプの剛体のハウジングが製造される。
【００１６】
第1のタイプは、レーザーを用いてその周縁において互いに溶接される機械加工された底部、側部ケースおよびカバーで形成される剛体のハウジングで構成される。
【００１７】
第2のタイプもレーザーを用いてその周縁において互いに溶接されたプレス加工されたカップおよびカバーで形成される剛体のハウジングで構成される。
【００１８】
図1Bに示されるように、出力端子2の一方は、概して負の端子2であり、電気的に絶縁された方法でハウジング6を通過し、それ自体折りたたまれる平面状の舌部10の形態の中間集電部によって、電気化学的組立体5の同じ極性を備えた電極に対して電気的に結合される。出力端子4の他方は、概して正の端子4であり、端子2とは逆の極性を有する電気化学的組立体5の電極に対してそれ自体電気的に結合されるハウジング6の壁に対して溶接される。端子2を形成するフィードスルーは、ハウジング6からの電解質のいかなる漏出も防ぐために完全に密封されなければならない。
【００１９】
出願人名義の仏国特許出願第2989836A1号は、より正確にこのようにフィードスルーを密封されたリチウムイオン蓄電池ハウジングを開示する。
【００２０】
仏国特許出願第2853764号および欧州特許第1653530A1号も、図1Bに示されたようなリチウムイオン蓄電池を開示し、すなわち、フィードスルーを密封されたハウジングカバーを備え、端子とそれ自体折りたたまれた平面状の舌部の形態の中間部品によるその負の端子と電気化学的組立体との間の連結とを形成する。より詳細には、通過する端子は、負の端子であり、平面状の舌部の端部に対して溶接され、その他端は、アノード支持銅またはニッケルめっきされた銅帯状部の被覆のないストリップに対して溶接される。
【００２１】
舌部による電気的接続のためのこの解決策は、不利な点を有する。
【００２２】
最初に、それ自体折りたたまれた舌部は、蓄電池の軸線に沿ったハウジングにおけるかなりの高さとそれゆえ体積とを占める。舌部が占めるこの実質的な体積は、電気化学的組立体が占め得るハウジングの内部体積を減らし、これは蓄電池のエネルギー密度を低減させる。さらに、発明者は、図1Bに示されるように、舌部10において加熱試験を実行した。様々な電流値におけるこれらの試験の結果は、図1Cにおいて曲線として示される。温度計測が銅の舌部の中心において記録され、その電流区分が7mm2に等しいことが言及される。この曲線から、発明者はこうした舌部10がそれを通過する電流の値が高いためよりいっそう大きなジュール効果の温度上昇を受けたものと推定する。250〜300Aより上で舌部により生じる温度上昇は容認できないものとなる。舌部の過度の温度上昇の結果は、蓄電池の完全性において深刻になり得る。それゆえ、セパレータは、電気化学的組立体の端部において溶け得る。電解質は、加熱され得るものであり、温度の上昇は、蓄電池の内部圧力の上昇と共に体積を増加させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】米国特許出願第2006/0121348号
【特許文献２】米国特許第7348098号
【特許文献３】米国特許第7338733号
【特許文献４】米国特許出願第2008/060189号
【特許文献５】米国特許出願第2008/0057392号
【特許文献６】米国特許第7335448号
【特許文献７】仏国特許出願第2989836A1号
【特許文献８】仏国特許出願第2853764号
【特許文献９】欧州特許第1653530A1号
【特許文献１０】仏国特許出願第1359223号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
したがって、特に蓄電池の電流の高い値のために、特にリチウム電気化学的蓄電池の体積エネルギー密度を増加させ、かつハウジングの内部部品のジュール効果の加熱を制限するため、リチウム蓄電池の壁を通過する端子とその電気化学的組立体との間の電気的接続を向上させることが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
この目的を達成するため、本発明に係る1つの態様は、電解質が含浸されるセパレータの両側において少なくともアノードおよびカソードが形成された少なくとも1つの電気化学的セルであって、短手方向端の一方においてアノードの被覆のないストリップを備え、かつ、短手方向端の他方においてカソードの被覆のないストリップを備えた長手方向軸線に沿って細長い形状を有する電気化学的組立体を画定し、電気化学的組立体のアノードまたはカソードの被覆のないストリップの少なくともいくつかは、基部の形成の間に共に梱包される、電気化学的セルと、密封された方法で電気化学的組立体を収容するように構成されたハウジングと、アノードまたはカソードのいずれかに対してそれぞれ結合された2つの電流出力端子と、を含み、第1の端子と称される端子の一方がハウジングの壁を通過し、かつそこから電気的に絶縁された、リチウム電気化学的蓄電池に関する。
【００２６】
本発明によれば、第1の端子は、第1の導電性部品を含み、第1の部品は、ハウジングを通過し、さらに基部に少なくとも1つの領域が直接溶接される部分を含む。
【００２７】
この場合において、かつ本発明に係る文脈内で、「被覆のないストリップ」は、帯状材とも称され、リチウム挿入材料で覆われない集電部を形成する金属箔の部分を意味する。文脈の残りにおいて、「被覆のないストリップ」または「縁部」という語は、上の定義のような電極部を指定することと同様に使用される。
【００２８】
「基部」は、被覆のないストリップを共に梱包することによって得られる構造を意味する。
【００２９】
「共に梱包」は、その表面において端子の直接的溶接を受けるために、基部と称される略平面状の表面を有する構造を製造するように、少なくともいくつかの縁部の電気化学的組立体の軸線に沿った圧縮を意味する。軸線方向の共に梱包は、1回または複数回実行されてもよい。それは、軸線に沿った電気化学的組立体の目的寸法、または予めその値が決められた圧縮最大力のいずれかに至るまでの、電気化学的組立体の軸線に沿った1つまたは複数の前後の相対運動、すなわち少なくとも戻り行程を使用した圧縮から構成されてもよい。いくつかの縁部は、仏国特許出願第1359223号により2013年9月25日に出願人によって仏国で出願された特許出願において記載されかつ特許請求された共に梱包されてもよい。
【００３０】
本発明は、先行技術による舌部のような、蓄電池の通過する端子と電気化学的組立体との間の電気的接続のための中間部品を不要とする。したがって、この中間部材と関連した不利な点は、取り除かれる。最初に、この中間部品の除去は、蓄電池のハウジング内部で可能な体積を増加させ、したがって本発明に係る蓄電池の体積エネルギー密度は、先行技術のものと比較してそこで増加される。次いで、ハウジングの内部部品のジュール効果の加熱は、先行技術による中間部品により生じる加熱が取り除かれるため、かなり制限され、これは蓄電池の電流の高い値において、よりいっそう好適となる。
【００３１】
好適には、第2の端子は、ハウジングに対して溶接される。
【００３２】
好適な実施形態によれば、第1の端子は雌型第2導電性部品を含み、第1の部品は雄型である。蓄電池は、ワッシャの形態の2つの電気的に絶縁する連結部を含み、それぞれは、ハウジングの壁の1つの面に対する圧力に平面支承する支承部と、支承部に対して突出する案内部と、を含み、案内部は、壁の貫通孔の縁部に対する圧力に支承する。
【００３３】
雄型部品は、雌型部品内に圧入され、導電性部品のそれぞれは、ワッシャの支承部に対して圧力に平面支承する支承部を含む。本実施形態によれば、雌型部品は、ワッシャの案内部に対する圧力にさらに平面支承する。雄型部品が互いに対する部品およびワッシャの押圧により雌型部品内へと圧入されるという事実は、端子を形成する壁のフィードスルーによって得られる完璧な密封を可能とする。
【００３４】
好適には、雄型および雌型部品は、連続溶接シームによって共に溶接される。こうした実施形態は、雄型部品と雌型部品との間の機械的連結が永久的に強化されるのを可能とするため、好適である。さらに、連続溶接シームは、完全に密封され、リチウムイオン蓄電池の全使用期間において壁のフィードスルーの完全な密封を付加しかつ確実とする。密封とは別に、溶接は、大電流の影響により端子の加熱により引き起こされる熱膨張に対する機械的結合を確実とする。
【００３５】
別の実施形態によれば、第1の部品の部分は、より薄い厚さの領域を含み、その部分は、より薄い厚さの領域のポイントにおいて基部に対して溶接され、この領域は、好適には0.1mmから0.8mmまでの間の厚さeと、好適には0.3mmから2mmまでの間の幅lと、を有する。
【００３６】
別の代替的実施形態によれば、より薄い厚さの領域は、第1の部品の外周縁領域である。
【００３７】
なお、別の代替的実施形態によれば、より薄い厚さの領域は、環状周縁凹部である。
【００３８】
好適には、端子は、レーザー伝達によって基部において溶接される。
【００３９】
好適な実施形態によれば、端子は、銅またはニッケルめっきされた銅で製造される。
【００４０】
別の実施形態によれば、同じ電極の被覆のないストリップは、少なくとも組立体の軸線方向に対して径方向の溶接によって互いに結合される。
【００４１】
好適な実施形態によれば、電気化学的組立体は巻きつけによって得られ、第1の端子は、電気化学的組立体の巻き軸線において溶接される。
【００４２】
別の実施形態によれば、電気化学的組立体は、巻きつけによって得られ、端子は、電気化学的組立体の巻き軸線と電気化学的組立体の外周縁との間の途中で溶接される。
【００４３】
別の実施形態によれば、蓄電池は、概して円筒形状を有する。
【００４４】
別の代替的実施形態によれば、蓄電池は、概して角柱形状を有する。
【００４５】
好適には、様々な部品の材料および寸法は、電流の流れが250Aと等しいまたは250Aより大きな大きさを有することを可能とするように選択される。
【００４６】
本発明は、さらに、上述の電気化学的蓄電池の製造方法であって、a、基部を形成するために、電気化学的組立体の同じ電極の少なくとも被覆のないストリップを、電気化学的組立体の軸線(5)に沿って共に軸線方向に梱包するステップと、b、第1の端子の第1の導電性部品を基部に直接配置するステップと、c、第1の部品を基部に対して直接溶接するステップと、が実行される、製造方法に関する。
【００４７】
別の実施形態によれば、その方法は、d、ハウジングの壁の貫通孔の両側においてワッシャの形態の2つの電気的に絶縁する連結部を配置するステップと、e、ワッシャの穴およびハウジングの壁の貫通孔を通して第1の端子の第2の部品を配置するステップと、f、第1の部品において壁、第2の部品およびワッシャで形成される結合体を圧入するステップと、g、第2の部品の上方表面に平面支承することによって、上方表面がハウジングを通過する第1の部品の上方表面と位置合わせされ、かつ、ワッシャが軸線方向および径方向に圧縮されるまで第1の端子を圧着するステップと、h、第1の部品と第2の部品との間の連続溶接シームを形成するステップと、をさらに備える。
【００４８】
本発明に係る他の利点および特徴は、本発明を実行する例の詳細の説明を参照することによってより明確に示され、その記載は、以下の図面を参照しつつ図示および非限定的な方法で提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１Ａ】先行技術に係るリチウムイオン蓄電池の斜視図である。
【図１Ｂ】先行技術に係るリチウムイオン蓄電池の軸線方向の断面図である。
【図１Ｃ】先行技術に係るリチウムイオン蓄電池の電気化学的組立体の極へとハウジングを通過する端子を連結する舌部の形態の、集電部の電流に応じた温度増加の曲線を示す。
【図２Ａ】本発明に係る実施形態によるリチウムイオン蓄電池の、ハウジングを通過する端子および電気化学的組立体の拡大された軸線方向の断面図である。
【図２Ｂ】図2Aの詳細図である。
【図３Ａ】ハウジングを通過する端子のより薄い厚さの領域の、本発明に係る例示的な詳細な側面図である。
【図３Ｂ】ハウジングの壁を通過する端子のより薄い厚さの領域の、本発明に係る別の図である。
【図４Ａ】本発明に係る実施形態による電気化学的組立体の上面図である。
【図４Ｂ】別の実施形態による電気化学的組立体の上面図であり、端子は、組立体の巻き軸線において配置される。
【図５】本発明に係る電気化学的蓄電池の例の側面図である。
【図６Ａ】先行技術よる蓄電池のハウジングを通過する端子における軸線方向の断面図であり、本発明によって提供されるハウジング内部の体積の増加を示す。
【図６Ｂ】本発明による蓄電池のハウジングを通過する端子における軸線方向の断面図であり、本発明によって提供されるハウジング内部の体積の増加を示す。
【図７】本発明による蓄電池のハウジングを通過する端子における軸線方向の断面図であり、大電流の経路を示す。
【図８Ａ】ハウジングカバーを通過する本発明に係る端子およびハウジングカバーに対して溶接された端子を構成する様々な選択肢を示す、円筒形状化されたハウジングを備えたリチウムイオン蓄電池の側面図である。
【図８Ｂ】ハウジングカバーを通過する本発明に係る端子およびハウジングカバーに対して溶接された端子を構成する様々な選択肢を示す、円筒形状化されたハウジングを備えたリチウムイオン蓄電池の側面図である。
【図８Ｃ】ハウジングカバーを通過する本発明に係る端子およびハウジングカバーに対して溶接された端子を構成する様々な選択肢を示す、円筒形状化されたハウジングを備えたリチウムイオン蓄電池の側面図である。
【図９Ａ】角柱形状化されたハウジングを備えた、図8Aに類似する図である。
【図９Ｂ】角柱形状化されたハウジングを備えた、図8Bに類似する図である。
【図９Ｃ】角柱形状化されたハウジングを備えた、図8Cに類似する図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図1A、図1Bおよび図1Cは、先行技術による蓄電池の壁を通過する端子を備えた電気化学的蓄電池に関する。これらの図は前置き部において述べられてきており、したがって以下でさらに言及されない。
【００５１】
本願を通して、「下方」、「上方」、「低い」、「高い」、「底部」、「上部」という語は、上部におけるそのカバーと上方向においてハウジングの外側に突出するフィードスルーとを備えた、鉛直に配置されたリチウムイオン蓄電池ハウジングを参照して理解されるものである。
【００５２】
図2Aおよび図2Bは、本発明に係るリチウムイオン蓄電池1のハウジング6の壁を通過する電流出力端子2の例を示す。示された例において、端子2は、ハウジング6のカバー62を通過する一方でそこから電気的に絶縁される。端子2は、同様にハウジング6の別の壁を通過する一方でそこから電気的に絶縁される。
【００５３】
端子2は、2つの導電性部品、雄型第1部品21および雌型第2導電性部品22を含む。ハウジング6の内側から延びる雄型部品21は、ハウジング6の外側から延びる雌型部品22内へと圧入される。
【００５４】
ハウジング6の外部の、雄型部品21の上方表面23は、雄型部品およびハウジング6の外部の、雌型部品22の表面27と同じ平面である。2つの導電性部品21、22は、2つのワッシャ31および32によってカバー62から電気的に絶縁され、さらにその圧縮に適した機械的強度特性を有する電気的絶縁材料、たとえばポリエーテルイミド(PEI)から作られる。
【００５５】
ワッシャ31、32は、カバー62の貫通孔内に収容され、ワッシャ31は、カバー62の上面に対して支承し、一方でワッシャ32は、カバー62の底面に対して支承する。より詳細には、雄型部品21は、それ自体カバー62に対して軸線方向の圧力に耐えるワッシャ32の部分34に対して、端子2の長手方向軸線に沿った軸線方向の圧力に支承する。同様に、雌型部品22は、それ自体カバー62に対して軸線方向の圧力に耐えるワッシャ31の部分33に対して軸線方向の圧力に支承する。ワッシャ31、32の案内部35、36は、カバー62の貫通孔の縁に対して径方向の圧力に支承する。カバー62に対するワッシャ31、32の軸線方向の圧力および径方向の圧力の支承は、端子2においてハウジング6を密封する。
【００５６】
図2Bにおいて示されるように、溶接線28は、雄型部品21と雌型部品22との間に形成される。溶接線28は、雄型部品21の端部と雌型部品22の底部との間の機械的連結が永久的に強化されるのを可能とする。さらに、連続溶接シームは、完全に密封され、リチウムイオン蓄電池の使用の全期間において本発明に係る壁のフィードスルーの完全な密封を付加しかつ確実とする。密封に加え、溶接は、大電流の効果による端子2の加熱により引き起こされる熱膨張に対する機械的結合を確実とする。
【００５７】
雄型部品21は、ハウジング6の内側に配置された部分25を含む。この部分25は、厚さeおよび幅lを有するより薄い厚さの領域24を含む。図3Aに図示された第1の代替によれば、この領域24は、雄型部品21の外側周縁領域である。図3Bに図示された第2の代替によれば、この領域24は、環状周縁凹部である。以下に詳細に説明されるように、このより薄い厚さの領域24は、雄型部品21が本発明に係る電気化学的組立体5に直接レーザー溶接されるのを可能とする。厚さeは、好適には0.1mmから0.8mmまでの間であり、幅lは、好適には0.3mmから2mmまでの間である。
【００５８】
蓄電池1の電気化学的組立体5は、説明されたように巻かれて(wound)得られ、仏国特許出願第1359223号として2013年9月25日に出願人によってフランスで出願された特許出願において主張される。図4Aおよび図4Bに示されるように、組立体5は、したがって同じ電極の縁部53を含み、そのいくつかは基部51を形成する間に共に梱包される。同じ電極の縁部53は、それらが既に組立体5の巻き軸線に対して径方向に折りたたまれつつ塑性変形している領域における溶接54によって互いに対してさらに溶接される。この溶接54は、電流の流れが改良されるのを可能とする。
【００５９】
本発明によれば、より薄い厚さの領域は、その全周縁において少なくとも1つの溶接線52に沿って基部51に対して直接溶接される。この溶接52は、電気化学的組立体5と雄型部品21との間の接続の電気抵抗が50μオームを超えないようになされる。この溶接52は、図4Aに示されるように単一の線に沿って連続的であってもよく、たとえば図4Bに示されるように120°から150°までの角度を備えた2つの円弧で分断されてもよい。
【００６０】
端子2は、図4Bに示されるように電気化学的組立体5の巻き軸線上に配置されてもよく、あるいは、図4Aに示されるように、電気化学的組立体5の巻き軸線とその周縁との間に配置されてもよい。
【００６１】
したがって、本発明によれば、端子2は、電気化学的組立体5の電極に対して直接結合され、次いで基部51へ直接溶接される。
【００６２】
電気化学的組立体5に端子2が直接溶接される本発明に係る解決策は、既に説明された密封に加えて様々な利点を有し、以下のように列挙され得る。
【００６３】
ハウジングの内側の電気化学的組立体の移行当接部であり、これは、蓄電池がその長手方向軸線に沿って機械的振動または衝撃を受けるときに概して出くわす電気化学的組立体の移動の問題の解決を可能とする。これらの機械的振動および衝撃は、たとえば危険な物品、より詳細には、リチウムバッテリーの輸送の推奨において国連標準によって説明されたサイクルである(試験のマニュアルにおいて説明された試験および「リチウム金属およびリチウムイオンバッテリー」と題された標準区分38.3)。
【００６４】
大きな締め付けトルクにおいて通過する端子の増加された回転機械強度は、先行技術の端子と比較して、概して4N・mより大きい。この大きな締め付けトルクは、たとえば銅棒またはバスバーにより、バッテリーモジュールにおいて蓄電池を組み立てるときに生じ得る。
【００６５】
リチウムイオン蓄電池の体積エネルギー密度(Wh/l)の増加。実際、電気化学的組立体5に直接溶接された端子2は、先行技術の電気的接続解決策と比較して体積の増加が後者とハウジング6の壁との間で得られることを可能とする。この利点は、図6Aおよび図6Bにおいて図示される。図6Aに示されるように、先行技術による電気化学的組立体5と端子2との間の、それ自体折りたたまれた舌部10の形態の付加的な集電部による電気的接続は、1mmから5mmまでの間の値の後者が占める高さXを含む。図6Bに示されるように、本発明に係る電気化学的組立体5に対する端子2の直接的な溶接による電気的接続は、舌部10の高さが省かれ、すなわち、破線により象徴化されるようにゼロ値Xを有することを可能とする。本発明に係る解決策による体積の増加は、それゆえその寸法によってリチウムイオン蓄電池において最大10%の体積エネルギーの増加を示し得る。
【００６６】
本発明に係る蓄電池の内部加熱の低減。実際、先行技術による、舌部10のような付加的な集電部を取り除くという事実は、概して250Aより大きい大電流の間通常観察される蓄電池に対する内部加熱が制限されることも可能とする。
【００６７】
これは、第1に、電気化学的組立体5の雄型部品21と基部51との間の溶接52において、第2に、雄型部品と雌型部品との間の接触部28において、電力蓄電池(充放電速度10C〜50C)および大電力蓄電池(放電速度>50C)のための本発明が使用できるように、電流の流れ区分が適切に寸法化されることを確実とし、これにより500Aよりも大きな導電流が可能となる。図7の矢印Iは、溶接52および接触部28を通る電流の流れを示す。図5に示されるように、端子2が通過するカバー62は、側部のケーシング61を有する容器の一体部である。蓄電池6のハウジングは、底部によって密封される方法で完全に閉止され、底部の壁63は、容器61、62に対して取り付けられ、容器に対する後者に対して溶接される。底部の壁63と容器の側部のケーシング61との間の溶接は、レーザー溶接によって製造されてもよい。
【００６８】
通過する端子ではない、蓄電池の他の電流出力端子4は、たとえば溶接によってカバー62のようなハウジング6の壁に対して、かつ、電気化学的組立体5の他の電極の縁部に対して共に結合され、この縁部は図示されない。
【００６９】
様々なタイプの構成が端子2および4を配置するために本発明に係る蓄電池のために適合されてもよく、ハウジング6の底部によって支持された端子4および円筒形状を有するハウジング6のカバーによって支持された本発明に係る通過する端子2は、ハウジング6の軸線に対して側方にオフセットさせた端子2とハウジング6の軸線Xにおける端子4とを備え(図8A)、またはハウジング6の軸線における2つの端子2、4を備え(図8B)、またはハウジング6の軸線から側方にオフセットされた2つの端子2、4を備え(図8C)、ハウジング6の底部によって支持された端子4および角柱形状を有するハウジング6のカバー62によって支持された本発明に係る通過する端子2は、ハウジング6の軸線に対して側方にオフセットされた負の端子2とハウジング6の軸線における端子4とを備え(図9A)、またはハウジングの軸線における2つの端子2、4を備え(図9B)、またはハウジングの軸線から側方にオフセットされた2つの端子2、4を備える(図9C)。
【００７０】
図5に示されたような本発明に係るリチウムイオン蓄電池を製造するため、以下のステップ、a、基部51および少なくとも1つの径方向の溶接54に沿って互いに縁部の可能な溶接を形成するために、同じ電極の少なくともいくつかの縁部53の、電気化学的組立体5の巻き軸線に沿って共に軸線方向に梱包するステップと、b、予め記載されかつ図4Aに示された位置により端子2の雄型部品21を基部51に直接配置するステップと、c、溶接52を形成するために雄型部品21をより薄い厚さの領域24において基部51に対して直接レーザー溶接するステップと、d、2つの電気的に絶縁するワッシャ31、32をハウジング6の上部壁62の貫通孔の両側において配置するステップと、e、雌型部品22をワッシャ31、32の穴および壁62の貫通孔を通して配置するステップと、f、壁62、雌型部品22およびワッシャ31、32によって形成された一体部を雄型部品21へと圧入するステップと、g、上方表面27が雄型部品21の上方表面23と位置合わせされかつワッシャ31、32が軸線方向および径方向に圧縮されるまで、雌型部品22の上方表面27に表面支承することによって端子2を圧着するステップと、h、雄型部品21と雌型部品22との間の接触部28における溶接Sによって連続溶接シーム28を製造するステップと、が実行される。この溶接Sは、レーザーもしくは超音波溶接、または任意の他の溶接手段であってもよい。
【００７１】
本発明は、上述されてきた例に限定されず、互いに示されてこなかった代替内の示された例からの特徴を組み合わせることが特に可能である。
【００７２】
本発明に係る他の代替および改善が本発明の範囲からの逸脱を要することなく提供されてもよい。
【００７３】
したがって、示された例において通過する端子2が、好適にはアルミニウムハウジングを有し、負の電流出力端子である場合、これは正端子であってもよい。
【００７４】
さらに、示された例において端子2がハウジング6のカバー62を通過する場合、これは底部63のようなハウジングの任意の他の壁を通過してもよい。
【００７５】
電気化学的組立体は、その全縁表面において共に梱包されてもよい。
【００７６】
同じ電極の縁部の間の溶接線を有しないことが可能である。
【００７７】
最後に、示された例において雌型部品22内の雄型部品21の構成がその端部が平面状の表面を画定する、すなわちそれらの間の略ゼロの高さの差を備えるような場合、雌型部品に対して雄型部品が突出するか後退されるかにかかわらず、存在はするが、好適には0.3mm未満の高さの差を提供することも可能である。かなり小さなまたは存在しない高さの差を備えたこうした構成は、まず2つの雄型および雌型部品の溶接を互いに支援し、次に蓄電池の外部の接続の続く溶接を支援する。
【符号の説明】
【００７８】
1  リチウム電気化学的蓄電池
5  電気化学的組立体
21  雄型第1部品
23  上方表面
24  より薄い厚さの領域
25  部分
27  上方表面
28  接触部
31  連結部
32  連結部
51  基部
52  溶接
61  側部のケーシング
62  カバー
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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