(57)【要約】  １次リチウム電池用のエンドキャップアセンブリを開示する。エンドキャップは、主に、巻回電極を有する１次リチウム電池を密閉し封止するのに利用される。電池は、通常、リチウムを含むアノードと、二硫化鉄（ＦｅＳ２）を含むカソードとを有してもよい。エンドキャップアセンブリは、それらの間に一体型の側壁を備えた密閉端と背向する開放端とを有する金属カソードコンタクトカップをその中に有する。カソードコンタクトカップは、カソードに電気的に接続され、カソードと末端エンドキャップとの間の電気経路内にある。カソードコンタクトカップは、前記溝の下の残存金属の薄くなった又は破裂可能な部分をもたらす、その密閉端のところに形成された１つ若しくはそれより多くの溝を有する。薄い又は破裂可能な残存金属部分は、電池内部のガスに直接曝され、電池内のガスが所定のレベルまで高まったときに破裂するように設計される。
2010519719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開放端、反対側の密閉端、及びそれらの間の円筒状の側壁を有するハウジングと、前記ハウジングを密閉する、前記ハウジングの前記開放端に挿入されたエンドキャップアセンブリとを有する電気化学電池であって、前記電池は、アノードと、カソードと、それらの間のセパレータと、正端子及び負端子とを有しており、
前記エンドキャップアセンブリは、絶縁封止ディスクと、前記絶縁封止ディスク内に挿入された金属を含むカップとを含んでおり、前記金属カップは、開放端と、反対側の密閉端と、それらの間の一体型の側壁とを有しており、前記金属カップは、その密閉端上に少なくとも１つの溝を有しており、前記溝は、開放端と、反対側の密閉された基部とを有しており、前記基部は、電池内のガスが増加したときに破裂する、残存金属の薄くなった破裂可能部分を形成することを特徴とする、電気化学電池。
【請求項２】
前記電池は、非充電式１次電池であり、前記カソードは、前記正端子に電気的に接続されており、前記アノードは、前記負端子に電気的に接続されており、前記金属カップは、前記カソードに電気的に接続される、請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記カソードは、それから延在する導電性タブを有しており、前記導電性タブは、前記金属カップに接合される、請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記溝は、まっすぐ又は曲線形状のものである、請求項２に記載の電池。
【請求項５】
前記エンドキャップアセンブリは、周縁部によって境界付けられた絶縁封止ディスクを更に含んでおり、前記絶縁封止ディスクは、前記絶縁封止ディスクを貫いて長手方向に延びる開孔部であって、それによって前記ディスク内に１対の対向する開放端を形成する、開孔部を有しており、前記金属カップは、前記金属カップが前記絶縁封止ディスク周縁部によって境界付けられるように前記開孔部内の前記絶縁封止ディスクの内部に挿入される、請求項１に記載の電池。
【請求項６】
前記絶縁封止ディスクの少なくとも一部分と前記金属カップとの間に境界面接触が存在し、前記境界面接触は、噛み合っている、請求項５に記載の電池。
【請求項７】
前記溝を含む前記金属カップの前記密閉端は、前記電池内からのガスが前記溝の前記基部のところで残存金属の薄い破裂可能な部分に衝突するように、前記絶縁封止ディスク内の前記開孔部を介して電池内部に曝される、請求項５に記載の電池。
【請求項８】
前記エンドキャップアセンブリは、前記金属カップの強度を高めるために前記金属カップ内に挿入された支持ワッシャを更に含んでおり、前記支持ワッシャは、それを貫く中央開孔部を有する、請求項７に記載の電池。
【請求項９】
前記金属カップは、アルミニウムの合金から構成される、請求項１に記載の電池。
【請求項１０】
前記エンドキャップアセンブリは、前記エンドキャップと前記金属カップとの間にＰＴＣ（正の温度係数）デバイスを更に含む、請求項１に記載の電池。
【請求項１１】
それらの間にセパレータを備えた前記アノード及びカソードは、前記電池ハウジングに挿入された渦巻の形態である、請求項１に記載の電池。
【請求項１２】
前記アノードは、リチウム又はリチウム合金を含み、前記カソードは、二硫化鉄（ＦｅＳ２）を含む、請求項１に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学電池、詳細には、巻回電極を有するリチウム１次電池、より詳細には、リチウムを含むアノードと二硫化鉄を含むカソードとを有するリチウム巻回電池を封止するエンドキャップアセンブリに関する。本発明は、電池の内部から環境にガスを流出させる、エンドキャップアセンブリ内の破裂可能なデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムのアノードを有する１次（非充電式）電気化学電池が知られており、商業利用されている。一般に鋼鉄製である電池ケーシングは、通常、開放端と反対側の密閉端とを有する円筒状である場合がある。アノードは、本質的にリチウム金属から構成されている。かかる電池は、典型的に、二酸化マンガンを含むカソードと、非水性溶媒に溶解されたリチウム塩、例えば、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）とを含む電解質と、を有する。電池は、当該技術分野では１次リチウム電池（１次Ｌｉ／ＭｎＯ２電池）として表されており、一般には充電式を意図していない。それらは、通常、渦巻状に巻回された電極を有する形態、すなわち、アノード材料のシートと、カソード材料のシートと、それらの間の電解質透過性セパレータとが電池ケーシングへの挿入前に渦巻状に巻回された形態である。
【０００３】
リチウム金属アノードを有するが、様々なカソードを有する、代替の１次リチウム電池も知られている。かかる電池は、例えば、二硫化鉄（ＦｅＳ２）を含むカソードを有しており、Ｌｉ／ＦｅＳ２電池と呼ばれている。二硫化鉄（ＦｅＳ２）はまた、黄鉄鉱としても知られている。Ｌｉ／ＭｎＯ２電池又はＬｉ／ＦｅＳ２電池は、通常、アノード材料のシートと、セパレータと、カソード材料のシートとが電池ケーシングへの挿入前に渦巻状に巻回された、円筒状電池、通常はＡＡサイズ電池又は２／３Ａサイズ電池の形態である。Ｌｉ／ＭｎＯ２電池は、従来のＺｎ／ＭｎＯ２アルカリ電池の二倍の約３．０ボルトの電圧を有し、そしてまた、アルカリ電池のエネルギー密度よりも高いエネルギー密度（電池体積１ｃｍ３当たりのワット−時）をも有する。Ｌｉ／ＦｅＳ２電池は、約１．２〜１．５ボルトの電圧（新品）を有し、これは従来のＺｎ／ＭｎＯ２アルカリ電池とほぼ同じである。にもかかわらず、Ｌｉ／ＦｅＳ２電池のエネルギー密度（電池体積１ｃｍ３当たりのワット−時）もまた、同等の大きさのＺｎ／ＭｎＯ２アルカリ電池よりも非常に高い。リチウム金属の理論比容量は、高めの３８６１．７ミリアンペア−時／グラムであり、そしてＦｅＳ２の理論比容量は、８９３．６ミリアンペア−時／グラムである。ＦｅＳ２の理論比値は、１個のＦｅＳ２当たり４個のＬｉからの４個の電子の移動に基づいて、鉄元素Ｆｅと２個のＬｉ２Ｓとの反応生成物をもたらす。すなわち、４個の電子のうち２個は、ＦｅＳ２中のＦｅ＋２の価数状態をＦｅに低下させて、残りの２個の電子が、硫黄の価数をＦｅＳ２中の−１からＬｉ２Ｓ中の−２へ低下させる。
【０００４】
全般的に、Ｌｉ／ＦｅＳ２電池は、同じサイズのＺｎ／ＭｎＯ２アルカリ電池よりも強力である。すなわち、所与の連続電流ドレインの場合、特に、２００ミリアンペアを超える高い電流ドレインの場合、電圧ｖｓ時間プロファイルでは、Ｌｉ／ＦｅＳ２電池の電流は、Ｚｎ／ＭｎＯ２アルカリ電圧ほど速く下がらない。これにより、Ｌｉ／ＦｅＳ２電池から得られるエネルギーは、同じ大きさのアルカリ電池で得られるエネルギーよりも高くなる。より高いエネルギー出力のＬｉ／ＦｅＳ２電池はまた、エネルギー（ワット−時）ｖｓ定電力（ワット）での連続放電のグラフに更に直線的にはっきりと示されており、この場合、新しい電池は、０．０１ワット程度〜５ワット程度の低い範囲の一定の連続出力を最後まで放電する。かかる試験では、電力ドレインは、０．０１ワット〜５ワットの間で選択される一定の連続出力で維持される。（電池が放電中に電圧降下すると、負荷抵抗が徐々に低下し、電流ドレインが増加して、一定の定電力を保持する。）Ｌｉ／ＦｅＳ２電池についてのエネルギー（ワット時）ｖｓ出力（ワット）のグラフプロットは、同じサイズのＺｎ／ＭｎＯ２アルカリ電池のグラフプロットよりもかなり上にある。にもかかわらず、両方の電池（新品）の起動電圧は、ほぼ同じ、すなわち約１．２〜１．５ボルトの間である。
【０００５】
ゆえに、Ｌｉ／ＦｅＳ２電池には、該Ｌｉ／ＦｅＳ２電池が、従来のＺｎ／ＭｎＯ２アルカリ電池と交換可能に使用でき、特に、より高い電力需要の場合に、より長い耐用年数を有するという点で、同じサイズのアルカリ電池、例えば、ＡＡＡ（４４×１０ｍｍ）、ＡＡ（５０×１４ｍｍ）、Ｃ（４９×２５．５ｍｍ）、若しくはＤ（６０×３３ｍｍ）サイズ、又は他のいずれのサイズの電池にも優る利点がある。同様に、１次（非充電式）電池であるＬｉ／ＦｅＳ２電池は、同じ大きさの充電式ニッケル水素電池の代替品として利用でき、Ｌｉ／ＦｅＳ２電池とほぼ同じ電圧（新品）を有する。
【０００６】
Ｌｉ／ＦｅＳ２電池用の渦巻状に巻回された電極が通常は円筒状のケーシングに挿入された後、電解質が加えられ、次いで、ケーシングの開放端をエンドキャップアセンブリで密閉されなければならない。エンドキャップアセンブリは、多機能である。エンドキャップアセンブリ内には、接触端子を提供する端子エンドキャップ又はエンドプレートがある。Ｌｉ／ＦｅＳ２電池では、エンドキャップは、電池のカソードと電気接触しており、電池の正端子を提供する。エンドキャップアセンブリは、電解質の漏れを防ぎ、電池の保管又は放電時のガス発生による電池内圧レベルに耐えるために、信頼性の高いシールを含まなければならない。電池は、電池内のガス圧が所定のレベルまで高まったときに作動される通気システムを含むべきである。通気システムは、望ましくは、エンドキャップアセンブリ内に含められる。
【０００７】
電気化学電池の技術分野は、電池ケーシング壁自体の中に形成できる、すなわち、電池内圧が所与のレベルに達したときに破裂するようにケーシング壁を弱くすることによって形成できる通気孔を開示している。当該技術分野は、ケーシング壁自体の中に薄くなった破裂可能な部分を設けるように電池金属ケーシング壁を傷付ける（scoring）又はエッチングすることによって、これを達成できることを教示している。そのような傷付けられた領域は、その傷付けられた領域が外部環境に面するように、電池ケーシング側壁又はケーシング底部（密閉端）に示される。電池ケーシング壁上のそのような傷付けられた又は弱くなった領域を開示している電気化学電池の例は、米国特許第２，４７８，７９８号、同第２，５２５，４３６号、同第４，４８４，６９１号、同第４，２５６，８１２号、同第４，７８９，６０８号、同第４，１７５，１６６号、及び同第６，１５９，６３１号である。
【０００８】
米国特許出願第２００６／０２２８６２０（Ａ１）号には、エンドキャップアセンブリ内に別個の薄い金属箔又は高分子膜を含む、巻回されたＬｉ／ＦｅＳ２電池が示されている。別個の膜は、電池内のガスが所定のレベルまで高まったときに破裂するように設計される。
【０００９】
電気化学電池には、エンドキャップアセンブリ内に、例えばナイロン、ポリプロピレン、若しくはポリエチレン製の、プラスチック絶縁封止ディスク内に一体形成された破裂可能な膜を通常含む、破裂可能な通気機構を設けてもよい。破裂可能な膜は、例えば、米国特許第３，６１７，３８６号に記載のように、プラスチック絶縁ディスク内の溝付き部分又は薄くなった部分から形成してもよい。そのような膜は、電池内のガス圧が所定のレベルを超えたときに破裂するように設計される。エンドキャップアセンブリには、膜が破裂したときにガスが環境へと流出するための通気穴を設けてもよい。
【００１０】
電気化学電池の技術分野は、エンドキャップアセンブリ内に含まれるプラスチック絶縁封止ディスク内の薄くなった領域として一体形成された破裂可能な通気膜を開示している。そのような通気膜は、通常、例えば米国特許第５，５８９，２９３号に示されるように、それらが電池の長手軸に垂直に交わる平面内にくるように向けられる。米国特許第４，２２７，７０１号において、破裂可能な膜は、電池の縦軸線に対して傾斜した絶縁ディスクのアーム内に配置された環状の「スリット又は溝」で形成されている。プラスチック絶縁ディスクは、それを貫いて延びる細長い集電体上に摺動自在に据え付けられる。電池内のガス圧が高まると、絶縁ディスクの中央部分が、電池のエンドキャップに向かって上向きに摺動し、それによって、薄肉の膜は「溝」を刻み、ついには破裂する。米国特許第６，１２７，０６２号及び同第６，８８７，６１４（Ｂ２）号には、絶縁封止ディスク、及び、その内部に一体に形成された、傾斜した破裂可能な膜が開示されている。封止ディスク内の破裂可能な膜の部分は、その上にある金属支持ディスク内の開孔部と接触する。電池内のガス圧が上昇すると、膜は、金属支持ディスク内の開孔部を貫通して破裂し、それによって、外部環境に進むガスの圧力を解放する。
【００１１】
米国特許第６，１２７，０６２号及び同第６，８８７，６１４（Ｂ２）号は、破裂可能な膜が、その上を覆う金属支持ディスク内の開孔部に当接する、プラスチック絶縁封止ディスクと、一体形成された破裂可能な膜とを開示している。米国特許第６，８８７，６１４号では、破裂可能な膜は、プラスチック絶縁封止ディスク内に一体形成される。破裂可能な膜は、その上を覆う金属支持ディスク内の開口部に当接する。米国特許第６，８８７，６１４号において、膜の下側にアンダーカット溝がある。その溝は、電池の縦軸線を包囲している。その溝は、薄肉の膜の部分を基部に形成しており、この膜の部分は、電池の内部ガス圧が所定のレベルに達すると、上にある金属支持ディスク内の孔を貫通して破裂する。
【００１２】
破裂可能な膜は、米国特許第４，５３７，８４１号、同第５，５８９，２９３号、及び同第６，０４２，９６７号に示されるように、プラスチック絶縁ディスク内に一体形成された薄い材料の１つ若しくはそれより多くの「島」の形態とすることができる。あるいは、プラスチック絶縁ディスク内に一体形成される破裂可能な膜は、米国特許第５，０８０，９８５号及び同第６，９９１，８７２号に示されるように、電池の長手軸を包囲する薄い部分の形態とすることもできる。破裂可能な膜を形成する、包囲する薄くなった部分は、米国特許第４，２３７，２０３号及び同第６，９９１，８７２号に示されるように、プラスチック絶縁ディスク内のスリット又は溝の形態とすることができる。破裂可能な膜は、また、米国特許出願公開第２００２／０１２７４７０（Ａ１）号に示されるように、金属支持ディスクとプラスチック絶縁ディスクとの間で挟持された、それらの中の開孔部に面する、別個の高分子フィルム片であってもよい。米国特許第３，３１４，８２４号に示されているように、先細の又は他の突出する部材が、膜の破裂を支援するために、破裂可能な膜の上に向けられ得る。電池内のガス圧が過剰になると、膜は、先細の部材との接触の際に膨張し破裂し、それによって、電池内のガスは、上にある端子エンドキャップ内の開孔部を通じて環境に流出することができる。
【００１３】
プラスチック絶縁封止ディスクの一体部分である破裂可能な膜などの通気機構を含む前述のエンドキャップアセンブリは、一般に、巻回１次リチウム電池には特有の組立て及び連結要件があるので、そのような巻回電池用のエンドキャップアセンブリでの使用には適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第２，４７８，７９８号
【特許文献２】米国特許第２，５２５，４３６号
【特許文献３】米国特許第４，４８４，６９１号
【特許文献４】米国特許第４，２５６，８１２号
【特許文献５】米国特許第４，７８９，６０８号
【特許文献６】米国特許第４，１７５，１６６号
【特許文献７】米国特許第６，１５９，６３１号
【特許文献８】米国特許出願第２００６／０２２８６２０（Ａ１）号
【特許文献９】米国特許第３，６１７，３８６号
【特許文献１０】米国特許第５，５８９，２９３号
【特許文献１１】米国特許第４，２２７，７０１号
【特許文献１２】米国特許第６，１２７，０６２号
【特許文献１３】米国特許第６，８８７，６１４（Ｂ２）号
【特許文献１４】米国特許第６，８８７，６１４号
【特許文献１５】米国特許第４，５３７，８４１号
【特許文献１６】米国特許第６，０４２，９６７号
【特許文献１７】米国特許第５，０８０，９８５号
【特許文献１８】米国特許第６，９９１，８７２号
【特許文献１０】米国特許第４，２３７，２０３号
【特許文献２０】米国特許出願公開第２００２／０１２７４７０（Ａ１）号
【特許文献２１】米国特許第３，３１４，８２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、通常動作中、並びに高温及び寒冷気候の両方の極限において、巻回１次リチウム電池に緊密な封止をもたらす、容易に製造して組み立てることのできる種々の構成要素のエンドキャップアセンブリがあることが望ましい。
【００１６】
電池内のガス圧が所定のレベルに上昇したときに巻回リチウム電池において確実に作動及び機能する、信頼性の高い破裂可能な通気機構がエンドキャップアセンブリ内にあることが望ましい。
【００１７】
エンドキャップアセンブリが、短絡又は異常に高い電流ドレインに対する更なる保護をもたらすためにＰＴＣ（正の温度係数）などの電流遮断器を含むことが望ましい。
【００１８】
エンドキャップアセンブリは、不正開封防止をなし得る、つまり、容易にエンドキャップアセンブリから取り出される可能性がないことが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、その中に巻回電極を有する電池を密閉・封止するエンドキャップアセンブリを対象とする。エンドキャップアセンブリは、電池ケーシング（ハウジング）を封止・密閉するために該電池ケーシングの開放端に挿入され、また更に、万一電池内のガス圧が所定のレベルに上昇した場合に作動する通気デバイスをその中に提供する。通気デバイスは、好ましくは、電池内のガス圧が所定のレベルまで高まった場合に破裂するように設計された破裂可能な金属表面を含む。エンドキャップアセンブリは、また、ＰＴＣ（正の温度係数）デバイスなどの電流遮断器を含むことができる。ＰＴＣデバイスは、電池が、短絡、異常に高い電流ドレイン、又は異常に高い温度に曝された場合に、電流ゲインを急速に低減するためにその抵抗を急激に増大させるように作動する。本発明のエンドキャップアセンブリは、主に、リチウム１次（非充電式）電池、すなわち、アノードがリチウムを含む電池を対象とする。電池は、通常、リチウム又はリチウム合金のシートを含むアノードと、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）又は二硫化鉄（ＦｅＳ２）を含むカソードとを有することができる。具体的には、本発明のエンドキャップアセンブリは、主に、アノードがリチウム又はリチウム合金のシートを含み、カソードが層を、通常は二硫化鉄（ＦｅＳ２）を含むコーティングを含む、１次（非充電式）巻回電極電池に利用される。電池ケーシングは、通常、円筒状である。
【００２０】
主要な一態様では、エンドキャップアセンブリは、正端子を形成する金属エンドキャップと、その下にある金属カソードコンタクトカップとを含み、それらの間に任意のＰＴＣ（正の温度係数）デバイスを備える。カソードコンタクトカップは、該カソードコンタクトカップがカソードとエンドキャップとの間の電気経路の一部となるように、その下のカソード及びその上のエンドキャップの両方に電気的に接続される。カソードコンタクトカップは、開放端と、反対側の密閉端又は基部とを有し、それらの間に一体型の側壁を備える。エンドキャップアセンブリは、また、好ましくはプラスチック製の、絶縁封止ディスクを含んでおり、その中に、電池ケーシングとの電気的接触から絶縁されるようにカソードコンタクトカップが挿入される。絶縁封止ディスクは、１対の背向する開放端をもたらす、それを貫いて長手方向に延びる開孔部を有する。開孔部は、前記絶縁封止ディスクの側壁又は周縁部によって境界付けられる。
【００２１】
主要な一態様では、金属製のカソードコンタクトカップは、万一電池の内圧が所定のレベルに上昇した場合に、破裂し、それによってそれを通じてガスを放出するように設計された、一体型の破裂可能な薄くなった部分を備える。破裂可能な薄くなった部分は、電池内部に面するカップの密閉端又は基部内に望ましくは配置された、カソードコンタクトカップの壁のうちの１つの一体部である。薄くなった部分は、好ましくは、カソードコンタクトカップの密閉端上に鋭いエッジを有するダイを衝突させることによって形成される。（ダイエッジは、衝突前に予熱される。）薄くなった部分を形成する他の方法が可能な場合があり、それらは除外されない。好ましくは、ダイは、カソードコンタクトカップの密閉端に衝突され、それによってその中に溝を形成する。溝は、断片化されたもの又は連続的なものであってよく、まっすぐであっても、曲線状であっても、又は両者の組み合わせであってもよい。前記溝の基部のところで溝の下に残存する金属は、カソードカップ密閉端内に薄くなった金属部分を形成する。溝は、好ましくは、電池内部を背にするカソードコンタクトカップ密閉端の側部上に作製される。あるいは、溝は、カソードコンタクト密閉端の反対側、すなわち、電池内部に面する側部上に作製することもできる。カソードカップ基部内の溝の下の残存金属は、電池内のガス圧が所定のレベルまで高まったときに破裂するように、十分に薄くなるように設計される。カソードカップに好ましい金属、したがって前記溝の下にある破裂可能な金属に好ましい金属は、アルミニウムの合金であることが確定されている。カソードコンタクトカップに好ましい構成金属は、好ましくは、溝の下にある前記破裂可能な金属部分を必要な小さい厚さにおいて確実に製造できるよう、十分に可鍛性となるようにアニーリングに曝された、アルミニウム合金である。アルミニウム合金は、また、カソード材料と、カソードコンタクトカップと、エンドキャップとの間に良好な電気伝導性をもたらす。
【００２２】
カソードコンタクトカップは、望ましくは、前記カップの強度を高めるために前記カップに挿入された、好ましくは金属製の、支持ディスク又はワッシャを有する。支持ディスク又はワッシャは、通常、中央開孔部を備えた扁平な形状のものである。あるいは、支持ディスクは、カソードコンタクトカップ内に組み込むこともでき、すなわち、カソードコンタクトカップの一体部として形成することもできる。これは、次には、カソードコンタクトカップの環状厚さを増大させ、別個の支持ディスクがそれに挿入される必要をなくす。
【００２３】
組立ての際には、巻回電極が電池ケーシングに挿入され、絶縁カバー又は絶縁ワッシャを、巻回電極の最上部を覆うように挿入することができる。アノードから延びるアノードタブが、ケーシングの密閉端に溶接される。本発明のエンドキャップアセンブリは、ケーシングの外側に形成される。エンドキャップアセンブリを形成する際には、任意の支持ディスクをその中に備えた金属カソードコンタクトカップが絶縁封止ディスク内に挿入される。次いで、その下の任意のＰＴＣデバイスを備えた金属エンドキャップが、また、絶縁封止ディスクの側壁又は周縁部が金属エンドキャップの縁部の上を延びるように、カソードコンタクトカップを覆って前記絶縁封止ディスクに挿入される。これで、エンドキャップアセンブリの形成が完了する。カソードタブは、絶縁封止ディスクの基部のところで開口部を通じてカソードコンタクトカップの基部と接合される。電解質が、ケーシング内の巻回電極に追加される。エンドキャップアセンブリは、次いで、ケーシングを密閉するために電池ケーシング開放端に挿入される。ケーシングの縁部は、絶縁封止ディスク周縁部を覆って圧着され、次にはそれが、エンドキャップアセンブリを覆って圧着して、該エンドキャップアセンブリを適所に永久的にロックし、ケーシングを緊密に封止する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
本発明は、図面を参照すれば更に理解されよう。
【図１】本発明のエンドキャップアセンブリの絵画的な破断図。
【図２】本発明のエンドキャップアセンブリの構成要素を示す分解図。
【図３】エンドキャップの概略図。
【図４】エンドキャップの下にあるＰＴＣデバイスの概略図。
【図５】支持ワッシャの上面斜視図。
【図６】薄い破裂可能な部分を形成する直線状の溝をその中に有する、カソードコンタクトカップの一実施形態の上面斜視図。
【図７】薄い破裂可能な部分を形成する周方向溝をその中に有する、カソードコンタクトカップの第２の実施形態の上面斜視図。
【図８】コンタクトカップ表面に薄い破裂可能な部分を形成する代表的な溝の断面図。
【図９】絶縁封止ディスクの上面斜視図。
【図１０】絶縁封止ディスクに挿入されたカソードコンタクトカップを用いる、本発明のエンドキャップアセンブリの第１の実施形態を示す図であり、カソードコンタクトカップが図６のようにその底面内に並んだ溝を有する図。
【図１１】絶縁封止ディスクに挿入されたカソードコンタクトカップを用いる、本発明のエンドキャップアセンブリの第２の実施形態を示す図であり、カソードカップが図７のようにその底面内に周方向溝を有する図。
【図１２】支持ワッシャがコンタクトカップに組み込まれて該コンタクトカップの一体部を形成する、コンタクトカップの第３の実施形態の上面斜視図。
【図１３】図１２のコンタクトカップが絶縁封止ディスクに挿入された、本発明のエンドキャップアセンブリの第２の実施形態を示す図。
【図１３Ａ】カソードコンタクトカップと封止ディスクとの間の噛み合いを示す図１３の実施形態の変形形態を示す図。
【図１４】カソードコンタクトカップに挿入するための、より厚い支持ワッシャの上面斜視図。
【図１５】図１４のようなより厚い支持ワッシャが使用され、カソードコンタクトカップの縁部が前記より厚い支持ワッシャの上に圧着されていない、本発明のエンドキャップアセンブリの第３の実施形態を示す図。
【図１６】巻回電極アセンブリを構成する層の設置を示す略図。
【図１７】下にある層を示すためにその各層が部分的に剥ぎ取られた、図１６の電極アセンブリの平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明のエンドキャップアセンブリ１４は、巻回電極電池に利用される。エンドキャップアセンブリ１４についての主要な用途は、通気システムを、密閉し、封止し、提供する際の使用、及び、円筒状ケーシング（ハウジング）７０のための電気安全カットオフである。エンドアセンブリ１４は、また、電池に終端端子を提供する。ケーシング７０は、標準的な円筒サイズＡＡＡ（４４×１０ｍｍ）、ＡＡ（５０×１４ｍｍ）、Ｃ（４９×２５．５ｍｍ）、若しくはＤ（６０×３３ｍｍ）、又は他の電池サイズのものとすることができる。
【００２６】
本明細書に記載のエンドキャップアセンブリ１４は、主に、リチウム１次（非充電式）電池、すなわち、アノードがリチウムを含む電池を対象とする。電池は、通常、リチウムのシートを含むアノード２４０と、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）若しくは二硫化鉄（ＦｅＳ２）を含むコーティング又は層２６０を含むカソードとを有することができる。アノード２４０は、リチウムの合金、及び合金金属、例えば、リチウムとアルミニウムとの合金とすることができる。かかる場合、合金は、極少量、好ましくはリチウム合金１重量％未満で存在する。ゆえに、本明細書及び特許請求の範囲で使用するとき、「リチウム」又は「リチウム金属」という用語は、そのようなリチウム合金をその意味に含むものとする。アノード２４０を形成するリチウムシートは、基材を必要としない。リチウムアノード２４０は、有利には、望ましくは約０．０５〜０．３０ｍｍの厚さを有するリチウム金属の押出成形シートから形成することができる。
【００２７】
具体的には、本発明のエンドキャップアセンブリ１４は、主に、巻回電極電池、特に、アノード２４０がリチウム又はリチウム合金のシートを含み、カソードが二硫化鉄（ＦｅＳ２）を含むコーティング又は層２６０を含む電池１０のような巻回電極１次（非充電式）電池に利用される。ＦｅＳ２粉末を含むカソードコーティング２６０は、望ましくは、グリッド若しくはメッシュ又はフォイル２６５上に適用され、したがってカソード複合材２６２シート（図１６）を形成する。渦巻状に巻回された電極アセンブリ２１３は、電解質透過性セパレータシート２５０をそれらの間に配置してカソード複合材シート２６２とともに渦巻状に巻回されたアノードシート２４０を含む。渦巻状に巻回された電極アセンブリ２１３は、カソードケーシング７０に挿入される。電解質が、ケーシング７０内の巻回電極アセンブリ２１３に追加される。アノードタブ２４４（図１７）が、電極アセンブリ２１３から延び、例えば溶接によって、ケーシング７０の密閉端７５の内側表面に接合される。カソードタブ２６４が、エンドキャップアセンブリ１４内の金属カソードコンタクトカップ４０の密閉端４９に溶接される。エンドキャップアセンブリ１４は、通常は円筒状のケーシング７０の開放端１５内に挿入される。ケーシング７０の周縁部７２は、好ましくは半径方向圧縮力も加えながら、エンドキャップアセンブリ１４を覆って圧着され、したがって、エンドキャップアセンブリ１４を適所にロックし、ケーシング開放端１５を封止する。カソードカップ４０及びカソード２６０と電気的に接続するエンドキャップ６０は、電池の正端子の役割を果たし、アノード２４０と電気的に接続するケーシング７０の密閉端７２は、電池の負端子の役割を果たす。エンドキャップ６０は、望ましくは、面積約１ｍｍ２以上の開口部を通常有することができる複数の通気孔６５をその中に有する。
【００２８】
主要な一実施形態では、エンドキャップアセンブリ１４（図１及び図２）は、エンドキャップ６０と、その下の金属カソードコンタクトカップ４０とを含み、それらの間に任意のＰＴＣデバイス１６０（正の温度係数）を備える。エンドキャップアセンブリ１４は、更に、それを貫いて長手方向に延び、それによって１対の背向する開放端（図９）を形成する中央開孔部２５を有する絶縁封止ディスク２０を含む。カソードコンタクトカップ４０及びエンドキャップ６０（任意のＰＴＣデバイス１６０を備える）は、カソードコンタクトカップ４０の縁部４８、ＰＴＣデバイス１６０の表面１６２、及びエンドキャップ６０の縁部６６が絶縁封止ディスク２０の周縁部２８内にくるように、絶縁封止ディスク２０の中央開孔部２５内に挿入される。
【００２９】
カソードカップ４０は、望ましくは、代表図１、１０、１１、及び１５に示されるように、それに挿入された、好ましくは金属製の、支持ディスク又はワッシャ１４０を有する。支持ワッシャ１４０は、通常、約０．２〜１．５ｍｍ（図５）の厚さを有することができる。ＡＡ電池用の金属支持ワッシャ１４０は、通常、直径約２〜９ｍｍ、外径（Ｏ．Ｄ．）約１１ｍｍの中央開口部１４５を有することができる。中央開口部１４５は、表面縁部１４２で終端する環状領域１４６によって境界付けられる。支持ワッシャ１４０及び開孔部１４５の全径を電池サイズに応じて調節できることが理解されよう。支持ディスク１４０の主要な機能は、追加的な強度を与え、カソードコンタクトカップ４０の過度のたわみを防ぐことである。あるいは、支持ワッシャ１４０をカソードコンタクトカップ４０の一体部として形成して、例えば図１２及び１３に示されるように、コンタクトカップ４０の環状厚さを増大させることもできる。この実施形態では、カソードカップの密閉端又は基部４９は、図１３に示されるように、カップ直径全体に沿って平坦なものとすることができる。
【００３０】
エンドキャップアセンブリ１４（図２）は、また、好ましくは弾力性のある耐久性プラスチック材料製の、好ましくポリプロピレン製の、絶縁封止ディスク２０（図９）を含む。絶縁封止ディスク２０は、図９に示されるように、１対の背向する開放端をもたらす、それを貫いて長手方向に延びる開孔部２５を有する。開孔部２５は、側壁又は周縁部２８（図９）によって境界付けられる。絶縁封止ディスク２０の下にある、好ましくは耐久性プラスチック製の、絶縁ワッシャ１５０が存在してもよい。絶縁ワッシャ１５０は、エンドキャップアセンブリ１４とは離れており、巻回電極アセンブリ２１３を電池ケーシング７０内の適所で保護し、保持する。
【００３１】
金属カソードコンタクトカップ４０は、開放端４１及び反対側の密閉端若しくは基部４９と、それらの間に周縁部４８を形成する一体型の側壁とを有するディスク形とすることができる。基部４９は、図１０及び図１１に最も良く示されるように、周縁部４８から段状に下げる、又は陥凹させることができる。ＡＡ電池では、カソードコンタクトカップ４０は、通常、約１２ｍｍの外径（Ｏ．Ｄ．）と、約３〜９ｍｍの階段状の基部４９（図１０及び１１）とを有することができる。これらの寸法は、電池サイズに応じて調節することができる。図１３に示される実施形態では、カソードコンタクトカップ４０は、環状領域４６ａを図１０及び図１１のカソードコンタクトカップ４０の実施形態の場合よりも厚くすることができるように、カップ直径全体にわたって平坦な基部４９を有することができる。より厚い環状領域４６ａを備えた図１３に示されるカソードコンタクトカップ４０は、したがって、別個の金属ワッシャ１４０をその中に挿入する必要をなくす。
【００３２】
カソードコンタクトカップ４０は、好ましくは基部４９内にダイカットされた、１つ若しくはそれより多くの薄くなった部分４３を有することを特徴とする。薄くなった部分４３は、好ましくは、鋭いエッジを有するダイを金属カソードコンタクトカップ基部４９の最上表面上に衝突させ、それによって前記基部４９の表面内に掘り込む１つ若しくはそれより多くの溝４４を形成することによって、形成される。溝４４は、図８に示されるように、開放端及び背向する密閉基部４２と、それらの間の側壁４７ａ及び４７ｂとを有する。溝４４の基部４２のところで前記溝の下に残存する金属は、図８に示されるように薄くなった部分４３を形成する。コンタクトカップ４０の金属基部４９内の薄くなった部分４３は、電池内のガス圧が所定のレベルまで高まったときに破裂するよう、十分に薄くなるように設計される。
【００３３】
カソードコンタクトカップ基部４９内に形成される溝４４は、様々な形状及びパターンのものであってよい。溝４４は、連続的なもの又は仕切られたものであってよい。それらは、直線状（まっすぐ）であっても、曲線状であっても、又はそれらの組み合わせであってもよい。カソードカップ基部４９に切り込まれた１つ若しくは複数のそのような溝４４が存在してよい。溝４４の側壁４７ａ及び４７ｂは、垂直であってもよく、又は傾斜して、図８に示されるようにＶ字形を形成していてもよい。通常、溝は、Ｖ字形の側壁４７ａ及び４７ｂを有しており、前記側壁は、約１５〜１５０度、望ましくは約３０〜９０度、好ましくは約６０度の角度を形成する。下にある薄くなった部分４３（残存金属）のバースト圧力は、前記溝の幅を調節することによっていくらか調節することができる。ただし、所与の金属については、所望の金属バースト圧力を得る主要パラメータが溝４４の下の残存金属４３の厚さであることが確定されている。カソードコンタクトカップ４０に適した金属は、ａ）電池電解質による化学的侵食に対して十分に耐性があり、ｂ）カソード材料２６０との良好な電気的接触をもたらし、ｃ）基部４９を破砕することなく溝４４の下の残存金属４３について所望の程度の薄さを達成できるよう、十分に可鍛性があるように、選択されなければならない。これらの所望の品質を示すカソードカップ４０に好ましい金属は、アルミニウム合金材料であることが確定されている。様々なアルミニウム合金が適しているが、一例として好ましいアルミニウム合金は、約２．５％のマグネシウム及び約０．２５％のクロムを含有し、アニーリングされている。そのようなアルミニウム合金は、ＡＳＴＭ指定５０５２−Ｈ３４又は５０５４−Ｈ３８アルミニウム合金として市販されている。カソードコンタクトカップ４０に適した他のアルミニウム合金は、ＡＳＴＭ指定１０００〜７０００シリーズから、好ましくは、アニーリングに曝されたこのシリーズ内のアルミニウム合金から、選択することができる。
【００３４】
直線パターンを有する溝４４の一例が、図６に示されている。図６の溝は、共通の点４５（図６）から突き出るまっすぐなスポークのパターンの３本の直線断片４４ａ、４４ｂ、及び４４ｃを有する。各溝４４ａ、４４ｂ、及び４４ｃは、電池内のガスが所定の圧力まで高まった場合に破裂し、したがって通気孔の役割を果たす、その下の対応する残存金属部分４３（図８）を有する。共通の点４５は、望ましくは、カソードタブ２６４と、カソードコンタクトカップ４０の底面との間の溶接領域のすぐ下に位置合わせされないように、中心長手軸１９０からずらされている。例えばＡＡ電池では、共通の点４５を、通常、中心長手軸１９０から約１ｍｍずらすことができる。カソードタブ２６４が他の場所で、すなわち長手軸１９０の外側で、コンタクトカップ４０に取り付けられた場合、共通の点４５を長手軸１９０上に配置することができる。
【００３５】
曲線状パターンを有する溝４４の一例は、図７に最も良く示されているように、カソードコンタクトカップ基部４９を包囲する周方向溝４４である。他の多くの溝パターンが可能であるので、これらのパターンが単に非限定例として与えられることが理解されよう。そのような他のパターンは、例えば、連続パターン又は断片化パターンに配置できるまっすぐ及び曲線形の溝の組み合わせを伴うことができる。
【００３６】
非限定的な一具体例として、電池１０がリチウム又はリチウム合金アノード２４０と、二硫化鉄（ＦｅＳ２）を含むカソードコーティング２６０とを有する場合、ＡＡサイズの電池の場合に溝４４の下にある薄い部分４３に適した破裂圧力は、約３４５〜６８９４キロパスカル（５０〜１０００ｐｓｉ）、望ましくは約２０６８〜５５１５キロパスカル（３００〜８００ｐｓｉ）、好ましくは約２４１３〜３４４７キロパスカル（３５０〜５００ｐｓｉ）とすることができる。本発明の状況でそのようなバースト圧力を達成するためには、アルミニウム合金（２．５％Ｍｇ；０．２５％Ｃｒ）から形成されるカソードコンタクトカップ４０を、有利に使用することができる。そのようなアルミニウム合金は、例えば、ＡＳＴＭ指定５０５２−Ｈ３４又は５０５２−Ｈ３８として入手可能であり、Ｈは、ひずみ硬化指定である。（合金組成及び熱処理度の異なる他のアルミニウム合金は、やはり、カソードカップ４０に十分に適した材料である可能性がある。）カソードコンタクトカップ４０の壁厚は、通常、約０．２〜１．５ｍｍとすることができる。溝４４に隣接した基部４９部分（図８）は、通常、約０．２〜０．３ｍｍの厚さを有することができる。
【００３７】
電池１０内のガス圧が所定の圧力まで高まったときには、カソードコンタクトカップ基部４９内の溝４４の下の残存金属部分４３は、バーストして、ガスを電池内からエンドキャップ６０内の通気孔６５を通じて環境へと流出させる。
【００３８】
カソードコンタクトカップ４０が以上で指定した好ましいアルミニウム合金材料から、例えば、ＡＳＴＭ指定５０５２−Ｈ３４又は５０５２−Ｈ３８アルミニウム合金から形成されるときには、以上で指定したアルミニウム合金を用いて約３４５〜６８９４キロパスカル（５０〜１０００ｐｓｉ）の範囲のバースト圧、より好ましくは約２０６８〜５５１５キロパスカル（３００〜８００ｐｓｉ）の範囲のバースト圧を達成するために、溝４４の下の残存金属部分４３が縮小された厚さを有するべきであることが確定されている。以上で指定したアルミニウム合金を用いて約３４５〜６８９４キロパスカル（５０ｐｓｉ〜１０００ｐｓｉ）、好ましくは約２４１３〜３４４７キロパスカル（３５０〜５００ｐｓｉ）の範囲のバースト圧を達成するためには、溝４４の下の残存金属部分４３は、約０．０２〜０．１２ｍｍ、通常約０．０２〜０．０６ｍｍの厚さを有するべきである。より具体的には、カソードコンタクトカップ４０にアルミニウム合金５０５２−Ｈ３８ＡＳＴＭ指定を使用するときに約２４１３〜３４４７キロパスカル（３５０〜５００ｐｓｉ）のバースト圧を達成するためには、溝４４の下の残存金属部分４３の好ましい厚さは、約０．０２〜０．０４ｍｍである。アルミニウム合金５０５２−Ｈ３４ＡＳＴＭ指定がカソードコンタクトカップ４０に用いられるときには、溝４４の下の残存金属部分４３の好ましい厚さは、約２４１３〜３４４７キロパスカル（３５０〜５００ｐｓｉ）の同一バースト圧を達成するには、約０．０４〜０．０６ｍｍである。溝幅は、本明細書では、溝４４の、その基部４２のところでの幅、すなわち、その下の残存金属４３（図８）に当接するその密閉端のところでの幅として定義される。基部４２のところでの溝幅は、通常、約０．１〜１ｍｍとすることができる。残存金属４３のバースト圧は、溝幅を調節することによっていくらか調節することができる。（その下の残存金属４３の所与の厚さについて、わずかに大きな溝幅は、必要とするバースト圧がわずかに低い）。ただし、所与の金属について残存金属４３のバースト圧を決定する主要パラメータは、溝４４の下にある前記残存金属部分４３の厚さである。
【００３９】
エンドキャップアセンブリ１４は、エンドキャップ６０の下に配置され、カソード２６０とエンドキャップ６０との間に直列に電気的に接続された（図１）、ＰＴＣ（正の熱係数）デバイス１６０を備えることができる。ＰＴＣデバイス１６０は、中央開孔部１６５（図４）を備えた扁平なディスクの形状とすることができる。ＰＴＣデバイス１６０は、電気抵抗加熱又は外部熱源によって引き起こされる熱に曝されたときには、その電気抵抗を劇的に増大させる。そのようなデバイスは、所定の安全レベルよりも高い電流ドレインでの放電から電池を保護する。Ｌｉ／ＦｅＳ２電池１０は、例えばデジタルカメラでの使用を含めた通常使用時に、約１．８ボルトの典型的ＯＣＶ（開放電池電圧）と、１．２〜１．５ボルトの平均運転電圧とを有する。通常使用時には、電池は、最大約３アンペアまでの最大電流ドレインレベルに耐えることができる。誤使用又は異常な状況、例えば、短絡ドレインの際には、電流ドレインは、数ミリ秒以内に１０アンペア又はそれに近い値まで上昇するおそれがある。ＰＴＣデバイス１６０は、作動して、そのような条件下ではその抵抗を劇的な速度で増大させるように設計される。これは、電流ドレインを安全なレベルまで急激に降下させ、それによって電池を保護する。Ｌｉ／ＦｅＳ２電池１０で使用するのに適したＰＴＣデバイスは、通常約７〜８オーム×ｍｍの初期抵抗（高電流ドレインに曝される前）を有することができる。
【００４０】
１次Ｌｉ／ＦｅＳ２電池とすることのできる電池１０は、以下の方式で組み立てることができる：
電極アセンブリ２１３は、アノードシート２４０とカソード複合材２６２とを、それらの間にセパレータシート２５０を配置して渦巻状に巻回することによって形成される。巻回前の初期の層状構成が図１６に示されており、図１６は、最上セパレータ層２５０と、その下にあるアノード層２４０と、前記アノード層２４０の下にある第２のセパレータ層２５０と、前記第２のセパレータ層２５０の下にある、カソード材料２６０が導電性基材（キャリア）２６５上にコーティングされた、カソード複合材層２６２とを示す。巻回電極アセンブリ２１３は、望ましくは、巻回アセンブリの周りに巻かれた絶縁シート又はカバー２７０を備える。巻回電極アセンブリ２１３は、図２にも示されているように、巻回電極の最上部から突き出るカソードタブ２６４（図１７）と、巻回電極の底部から突き出るアノードタブ２４４（図１７）とを有する。
【００４１】
組立ての際には、アノードタブ２４４は、曲げられたときに底部絶縁ディスク１７０の下面と接触するように、底部絶縁ディスク１７０の平坦な又は切頭された縁部分１７２（図２）に当てて通される。次いで、巻回電極アセンブリ２１３が、開放端１５を通じてケーシング７０に挿入される。次いで、アノードタブ２４４を、電池の外側からレーザ溶接によってケーシング７０の密閉された底部７５の内側表面に溶接することができる。次いで、絶縁ワッシャ１５０が、巻回電極アセンブリ２１３（図２）の最上端の上に挿入される。周方向ビード７３が、ケーシングの開放端１５の近くでケーシング本体７４上に形成される。絶縁ワッシャ１５０の縁部は、図１に示されるように、それが電極アセンブリ２１３の最上端を押し、ケーシング７０内で巻回電極２１３を保持するように、周方向ビード７３の下に嵌まり込む。カソードタブ２６４は、電極アセンブリ２１３の最上端から突き出る。（カソードタブ２６４の主要部分は、タブ２６４をアノード材料２４０又はケーシング７０との不慮の接触から保護するために、通常はポリプロピレン製の絶縁シート２４８内に両側を包むことができる）。
【００４２】
キャップアセンブリ１４は、次いで、以下の方式で形成される：初めに、好ましくは金属製の支持ワッシャ１４０がその中に挿入された（図２）カソードコンタクトカップ４０を含むサブアセンブリ１４ａを形成することができる。カソードコンタクトカップ４０は金属製であり、側壁又は周縁部４８が一体型の密閉基部４９を取り囲み、そこから延びる、前記密閉基部４９を有するカップ形状を有することを特徴とする。基部４９は、図１３に示されるように平らなものとすることもでき、又は図１０に示されるように縁部４８から下方に陥凹したものとすることもできる。カソードコンタクトカップ４０の基部４９は、その下にある破裂可能な残存金属部分４３を形成する溝４４をその中に有する。その下に破裂可能な残存金属４３を備えたそのような溝４４を有するカソードコンタクトカップ４０の例が、図６及び図７に示されている。前述のように、溝４４の下に残存する金属部分４３は、電池内のガスが所定の圧力レベルまで高まった場合に破裂し、それによってガスを環境へと通気し、電池の内圧を低減するように設計される。
【００４３】
金属支持ワッシャ１４０（又は同等のもの）をその中に備えるカソードコンタクトカップ４０を含むサブアセンブリ１４ａの様々な構成が可能である。サブアセンブリ１４ａの３つの実施形態が、本明細書に一例として与えられている。第１の実施形態では、金属支持ワッシャ１４０（図５）が、カソードコンタクトカップ４０内の環状レッジ４６上に挿入されており（図６又は図７）、前記カソードコンタクトカップ４０の周縁部４８は、金属支持ワッシャ１４０を覆って圧着され、それによって該ワッシャをカップ４０内の適所にロックして、それぞれ図１０及び図１１に示される圧着構成を生み出す。
【００４４】
図１２及び図１３に示される第２の実施形態（一体品製作）では、カソードカップ４０の基部４９は、平坦であり、厚い環状領域４６ａは、カップ４０内に一体形成される。この後者の実施形態では、別個の金属支持ワッシャ１４０が取り除かれている。代わりに、金属支持ワッシャ厚さは、カップ直径全体にわたって平坦な基部４９を用い、環状領域４６ａを厚くすることによって、カソードカップ４０内に一体的に組み込まれている。カソードコンタクトカップ４０（図１３）とシールディスク２０（図１３）との間の表面間境界面、及び缶７０（図１３Ａ）とシールディスク２０（図１３Ａ）との間の表面間境界面は、図１３Ａに示されるように、コンタクトカップ４０と、シールディスク２０と、缶７０との間に上方挟持環状部１１及び下方挟持環状部１２を作り出す、対合表面の凹凸又はノッチを有することができる。カソードカップ４０とシールディスク２０との間のノッチ付き境界表面４１ａ及び２１ａは、それぞれ、図１３Ａに示されるように、コンタクトカップ４０とシールディスク２０との間に優れた噛み合いをもたらす。また、挟持環状部１１及び１２は、電池の組立て及び使用時にシール２０がクリープを起こす可能性を低減する。ケーシング７０をシール２０の上に圧着する間、挟持環状部１１と１２との間のシール２０の部分は、圧縮下にあり、挟持環状部１１と１２との間で捕らえられた状態に保たれる。これは、低温クリープがシール２０で起こる可能性を低減する。それは、また、シール２０とケーシング７０との間の密接な境界面接触をもたらし、また更に、シール２０とカソードコンタクトカップ４０との間の密接な境界面接触ももたらす。このような密接な境界面接触は、電池の保管及び使用の間、維持される。
【００４５】
第３の実施形態（図１５）では、カソードコンタクトカップ４０のレッジ４６（図１５）上に挿入された図１４に示されるより厚い金属支持ディスクが用いられる。しかし、金属支持ディスク１４０が、図５に示される実施形態の場合よりも厚いので、カソードコンタクトカップ４０の周縁部４８は、前記金属支持ディスク１４０の表面縁部１４２にわたって圧着されず、むしろ、金属支持ディスク１４０は、コンタクトカップ周縁部４８の境界内にぴったり嵌合する。圧着されていないカソードコンタクトカップ４０内に前記より厚い金属支持ディスク１４０（図１４）を含む、得られるサブアセンブリ１４ａは、図１５に示されている。
【００４６】
カソードコンタクトカップ４０及び金属支持ディスク１４０（又は同等のもの）を含むサブアセンブリ１４ａが完成した後には、それを、カソードコンタクトカップ４０の基部４９の少なくとも一部分が露出されるように、絶縁封止ディスク２０の本体に直接挿入することができる。次いで、カソードタブ２６４を、レーザ溶接又は同等のものによって基部４９に溶接してもよい。ＰＴＣディスク１６０は、それが図１０、１１、１３、又は１５に示されるようにコンタクトカップ縁部４８上にくるように、絶縁封止ディスク２０内に挿入される。次いで、エンドキャップ６０が、絶縁シール表面縁部２８上の周方向突出部２４（図９）にわたってエンドキャップ６０の縁部６６をスナップ嵌合させることによって、絶縁封止ディスク２０に挿入される。これで、エンドキャップアセンブリ１４の形成が完了する。次いで、電解質を、ケーシング７０内の渦巻状に巻回された電極アセンブリ２１３に追加してもよい。完成したエンドキャップアセンブリ１４は、次いで、ケーシング７０の開放端１５に挿入される。絶縁シールディスク２０の周縁部２８の底部分２８ａは、ケーシング周方向ビード７３上にくる。エンドキャップアセンブリ１４を挿入するプロセスでは、カソードタブ２６４の端部は既にカソードコンタクトカップ４０の底部に溶接されているが、カソードタブ２６４の本体部分は、絶縁シール２０の下に折り畳まれた状態になる。この段階で、ケーシング周縁部７２は、絶縁シールディスク２０の縁部２８にわたって圧着され、したがって、エンドキャップ６０を含めたエンドキャップアセンブリ１４を緊密及び確実に適所にロックし、電池ケーシング７０を永久的に密閉する。この圧着手順は、また、エンドキャップ６０を電池内の適所にロックし、それによって該エンドキャップの不正開封を防止する。また、エンドキャップアセンブリ１４をケーシング７０内で更にしっかり固定するために、圧着時に半径方向力を適用してもよい。電池アセンブリは、これで完成し、電池は、すぐに使用できる状態にある。
【００４７】
以下は、電池１０及びエンドキャップアセンブリ１４の以上で示した種々の構成要素に適した構成材料であるが、本発明が必ずしもいずれか特定の材料だけに限定されることを意図したものではない：
ケーシング７０は、適切には、通常約０．１〜０．５ｍｍ、好ましくは０．２〜０．３ｍｍ、例えば約０．２５ｍｍの壁厚のニッケルめっき冷間圧延鋼製としてもよい。あるいは、ケーシング７０は、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、若しくはステンレス鋼で構成されてもよく、又はプラスチックシェルを含んでもよい。カソードコンタクトカップ４０は、好ましくは、アルミニウム合金、特に、より可鍛性のあるものにするために熱処理された（アニーリングされた）アルミニウム合金から構成される。カソードコンタクトカップ４０に適したアルミニウム合金は、熱処理（アニーリング）に曝されたＡＳＴＭ指定１０００〜７０００シリーズから選択してもよい。カソードコンタクトカップ４０に好ましいアルミニウム合金は、前述のようにＡＳＴＭ指定５０５２−Ｈ３８又は５０５２−Ｈ３４として入手可能な、熱処理（アニーリング）に曝された、マグネシウム及びクロムで合金化されたアルミニウムである。支持ワッシャ１４０は、望ましくは、ニッケルめっき冷間圧延鋼製としてもよい。あるいは、支持ワッシャ１４０は、カソードコンタクトカップ４０と同一の好ましい組成、すなわち、前述のアルミニウム合金製としてもよい。支持ワッシャ１４０は、通常約０．１〜１．５ｍｍ、望ましくは約０．２〜１．５ｍｍの壁厚を有してもよい。コンタクトカップ４０は、通常約０．２〜１．２ｍｍにわたる壁厚を有してもよい。エンドキャップ６０は、望ましくは、約０．１〜０．５ｍｍの壁厚を有するニッケルめっき冷間圧延鋼としてもよい。リチウム電池１０用の絶縁封止ディスク２０は、好ましくはポリプロピレン製であるが、ポリエチレン、ポリエチレンのコポリマー及びポリプロピレンのコポリマー、シリコーンゴム、並びにポリブチレンテレフタレート、又は他の材料を含めた、他の耐久性プラスチック製としてもよい。同様に、絶縁ディスク１５０及び１７０（図２）は、絶縁封止ディスク２０に使用されるのと同一又は同等の耐久性プラスチック材料製としてもよい。また、巻回電極アセンブリ２１３を保護する絶縁シート又はカバー２７０も、絶縁封止ディスク２０に使用されるのと同一又は同等のプラスチック材料製としてもよい。
【００４８】
本発明のエンドキャップアセンブリ１４を用いる代表的なＬｉ／ＦｅＳ２１次（非充電式）巻回電極電池１０では、以下の乾燥物含有量を有するカソードコーティング２６０が、初めに、ＳｈｅｌｌＳｏｌ  Ａ１００炭化水素溶媒（シェル・ケミカル（Shell Chemical Co.））及びＳｈｅｌｌＳｏｌ  ＯＭＳ炭化水素溶媒（シェル・ケミカル（Shell Chemical Co.））などの炭化水素溶媒と混合される。混合物は、湿潤コーティングとして導電性基材（キャリア）２６５（図１７）に適用される。湿潤コーティングは、次いで、乾燥されて、代表的な組成を有する乾燥カソードコーティング２６０を形成する：
ＦｅＳ２粉末（８９．０重量％）；結合剤クレイトンＧ１６５１（Binder Kraton G1651）エラストマー（クレイトンポリマーズ（Kraton Polymers）、テキサス州ヒューストン（Houston））（３．０重量％）；導電性炭素粒子、高結晶性黒鉛ティムレックスＫＳ６（Timrex KS6）（ティムカル（Timcal Ltd）より）（７重量％）、及びカーボンブラック、例えば、アセチレンブラック（１重量％）。乾燥されたカソードコーティング２６０は、フォイル若しくはグリッドなどの導電性基材２６５、好ましくは、アルミニウムのシート、又はステンレス鋼エキスパンドメタルフォイルに付着して、カソード複合材２６２（図１６）を形成する。
【００４９】
アノード２４０は、リチウム金属（純度９９．８％）のシートとしてもよい。あるいは、アノードシート２４０は、リチウムの合金及び合金金属、例えば、リチウムとアルミニウムとの合金とすることもできる。かかる場合、合金は、極少量、好ましくはリチウム合金１重量％未満で存在する。ゆえに、リチウム合金は、純粋なリチウムと電気化学的に近い機能を果たす。Ｌｉ／ＦｅＳ２電池用のセパレータシート２５０は、微小多孔性ポリプロピレンとしてもよい。
【００５０】
アノードシート２４０と、カソード複合材２６２（導電性基材２６５の上にカソードコーティング２６０を配置したもの）と、それらの間のセパレータシート２５０とを含む巻回電極アセンブリ２１３が形成され、電池ケーシング７０内に挿入される。次いで、電極アセンブリ２１３が電池ケーシング７０に挿入された後に、該電極アセンブリ２１３に適切な電解質が追加される。望ましい電解質は、本発明の共通の譲受人に譲渡された米国特許出願第１１／５１６５３４号に列挙されるように、約７５体積％のメチルアセテート（ＭＡ）と、２０体積％のプロピレンカーボネート（ＰＣ）と、５体積％のエチレンカーボネート（ＥＣ）とを含む有機溶媒混合物中に溶解された、０．８モル濃度（molar）（０．８モル／リットル）のＬｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ（ＬｉＴＦＳＩ）塩を含む電解質溶液である。
【００５１】
本発明について、特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明の構想内で変型が可能であることは理解されるべきである。したがって、本発明は、特定の実施形態だけに限定されるものではなく、特許請求の範囲及びその均等物の範囲内にある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１３Ａ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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