(57)【要約】電気化学セル用のキャップアセンブリが提供される。キャップアセンブリは、タブ収集ポストと、コアインサートと、１つの端部において電気化学セルの電極箔に接続され、もう１つの端部においてタブ収集ポストとコアインサートに水平に接続される少なくとも１つの集電タブとを有している。前記少なくとも１つの集電タブは、タブ収集ポストとコアインサートの間に配置され、タブ収集ポストとコアインサートと溶接される。前記キャップアセンブリはまた、コアインサートのまわりに配置される衝撃吸収材を有している。
2010529624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学セル用のキャップアセンブリであって、
タブ収集ポストと、
コアインサートと、
１つの端部において電気化学セルの電極箔に接続され、もう１つの端部においてタブ収集ポストと前記コアインサートに接続されるように水平に向けられる少なくとも１つの集電タブであって、前記タブ収集ポストと前記コアインサートが少なくとも１つの集電タブにより連結されるように前記タブ収集ポストと前記コアインサートに溶接係合して配置される少なくとも１つの集電タブと、
を備えていることを特徴とする電気化学セル用のキャップアセンブリ。
【請求項２】
前記タブ収集ポストと電気的に接続されるリベットと、該リベットと連結される蓋をさらに有している、請求項１に記載のキャップアセンブリ。
【請求項３】
前記リベットが、前記タブ収集ポストとの溶接係合を有している、請求項２に記載のキャップアセンブリ。
【請求項４】
前記タブ収集ポストが、外部の電気的接続のための電力端子に電気的に接続されている、請求項２に記載のキャップアセンブリ。
【請求項５】
前記コアインサートと前記電気化学セルの中央コアの間に配置される衝撃吸収材をさらに有している、請求項２に記載のキャップアセンブリ。
【請求項６】
前記タブ収集ポストが、外部の電気的接続のために前記リベットの開口部の中へ突出するネジ部分を有している、請求項２に記載のキャップアセンブリ。
【請求項７】
前記タブ収集ポストが、前記集電タブの穴を通じて延び、前記コアインサートの穴内に配置される部分を有するピンを備えている、請求項１に記載のキャップアセンブリ。
【請求項８】
前記集電タブが、前記タブ収集ポストと前記コアインサートとのレーザ溶接係合を有している、請求項１に記載のキャップアセンブリ。
【請求項９】
前記少なくとも１つの集電タブが、前記タブ収集ポストとのレーザ溶接係合と、前記コアインサートとの抵抗溶接係合を有している、請求項１に記載のキャップアセンブリ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの集電タブが、波形である、請求項１に記載のキャップアセンブリ。
【請求項１１】
請求項１に記載のキャップアセンブリ、電極泊、中央コア、およびセル缶を有している、ことを特徴とする電気化学セル。
【請求項１２】
前記セルが、ゼリーロール型リチウムイオンセルである、請求項１１に記載の電気化学セル。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの集電タブに障壁を付与する絶縁体をさらに有している、請求項１１に記載の電気化学セル。
【請求項１４】
前記キャップアセンブリが、蓋をさらに有し、前記セルが、前記集電タブと前記蓋の間に障壁を付与する溝が付けられた絶縁体をさらに有している、請求項１１に記載の電気化学セル。
【請求項１５】
前記中央コアが、第１の材料から作られ、前記セル缶が、第２の材料から作られ、前記第１の材料と前記第２の材料とが、同じような熱膨張係数を有している、請求項１１に記載の電気化学セル。
【請求項１６】
電気化学セルを製造するための方法であって、
電気化学セルにコアインサートを取り付けるステップと、
少なくとも１つの集電タブの第１の端部を前記コアインサートの方へ折り曲げ、前記集電タブが第２の端部において前記電気化学セルの電極に接続されるステップと、
前記集電タブと前記コアインサートの上部にタブ収集ポストを配置するステップと、
前記タブ収集ポストを前記集電タブと前記コアインサートと溶接するステップと、
前記電気化学セルを覆うようにキャップ・サブアセンブリを配置するステップと、
を有していることを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記キャップ・サブアセンブリが、リベットを含み、
前記方法が、電気的接続を形成するために前記リベットを前記タブ収集ポストと溶接するステップをさらに有している、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記タブ収集ポストと前記集電タブと前記コアインサートの溶接が、レーザ溶接からなる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記タブ収集ポストと前記集電タブと前記コアインサートの溶接が、前記タブ収集ポストと前記集電タブのレーザ溶接と、前記集電タブと前記コアインサートの抵抗溶接とからなる、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記コアインサートのまわりに衝撃吸収材を配置するステップをさらに有している、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
ネジ接続を用いて端子ストラップまたはスタッドを前記キャップアセンブリと接続するステップをさらに有している、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
ネジ接続を用いて端子ストラップまたはスタッドを前記キャップ・サブアセンブリと接続するステップをさらに有している、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２００７年６月７日に出願された米国仮特許出願第６０／９３３８１３号と２００７年６月８日に出願された米国仮特許出願第６０／９３３７５７号の優先権を主張し、それらは、ここでの言及によって本明細書に取り入れられる。この出願はまた、２００７年７月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／９５１５７１号に関連し、それは、ここでの言及によって本明細書に取り入れられる。
【０００２】
本発明に従う例示的実施形態は、概括的にはエネルギー供給装置に関し、より詳細にはエネルギー供給装置のキャップアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００３】
エネルギー供給装置（例えば、電池セル）において、電流は、電池の電極箔から中央に位置する端子に流れる。電極箔は、中央端子に直接接続することが可能である、あるいは集電タブ（current collecting tab）（例えば、金属の薄いストリップ）を介して中央端子に接続することが可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ある従来のエネルギー供給装置では、箔又はタブが中央端子に接続する位置において該箔又は該タブの面の方向は、セルの長手方向軸にほとんど一致する。このような垂直方向の接続を用いることは、セルにおいて相当な垂直方向の空間を必要とする。
【０００５】
別の従来のエネルギー供給装置は、水平方向のタブ接続を用いる。図１は、このような装置１０２を示している。装置１０２では、タブ１１０は、下端において電極１０８に接続され、上端において中央端子１１４に接続されている。中央端子１１４は、ボルト１１２に接続される突出ポスト１０４を有している。タブ１１０は、上端に穴（不図示）を有しており、該穴を通じて突出ポスト１０４が突出している。アセンブリの間、タブ１１０の上端は、ポスト１０４の上端まで伸ばされ、前記穴を貫通するポスト１０４で押しつけられる。これは、電極１０８との接続点からポスト１０４の上部に達するタブ１１０の長さを必要とし、その長さは、電極１０８との接続点とセル１０２の中心との間の水平距離より長い。電極１０８から出てくる電流が機械的接続１０６を通過するので、セル１０２はまた、高い電気インピーダンスを欠点として有している。例えば、ポスト１０４とボルト１１２との間の接続は、ネジ接続である。タブ１１０は、タブ１１０の上部にナット１１６を配置することにより、ポスト１０４の底部において端子１１４に接続される。これらの機械的接続１０６は、高いインピーダンスを有する傾向がある。ある従来のセルは、それを通じて電流を伝える必要がある多数の構成部品を有しており、それはインピーダンスを増加させる。
【０００６】
従って、空間効率が良く、余分なタブ長さを必要としない低インピーダンスのキャップアセンブリを用いることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の例示的実施形態は、タブ収集ポスト（tab collection post）と、コアインサート（core insert）と、少なくとも１つの集電タブと、を含む電気化学セル用のキャップアセンブリ(cap assembly)を提供する。前記集電タブは、１つの端部において電気化学セルの電極箔に接続され、もう１つの端部においてタブ収集ポストとコアインサートに接続されるように水平に向けられる。前記集電タブは、タブ収集ポストとコアインサートが少なくとも１つの集電タブにより連結されるようにタブ収集ポストとコアインサートに溶接係合して配置される。タブ収集ポストと電気的に接続されるリベットを備えるようにしてもよく、また蓋をリベットに連結してもよい。タブ収集ポストが、集電タブの穴を通じて延び、コアインサートの穴内に配置される部分を有するピンを備えていてもよい。さらに、衝撃吸収材をコアインサートのまわりに配置するようにしてもよい。
【０００８】
本発明の一態様によれば、リベットが、タブ収集ポストとの溶接係合（welded engagement）を有している。同様に、少なくとも１つの集電タブが、例えば、タブ収集ポストとレーザ溶接係合して溶接され、コアインサートと抵抗溶接係合して溶接されてもよい。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、電気化学セルにコアインサートを取り付けるステップと、少なくとも１つの集電タブの第１の端部をコアインサートの方へ折り曲げるステップと、集電タブを第２の端部において電気化学セルの電極に接続されるようにするステップとを含む、電気化学セルを製造するための方法が提供される。前記方法はさらに、集電タブとコアインサートの上部にタブ収集ポストを配置するステップと、タブ収集ポストを集電タブとコアインサートと溶接するステップと、電気化学セルを覆うようにキャップ・サブアセンブリ（cap subassembly）を配置するステップとを含む。キャップ・サブアセンブリは、タブ収集ポストと溶接することが電気的接続を形成するようなリベットを有していてもよい。タブ収集ポストと集電タブとコアインサートの溶接は、レーザ溶接又は抵抗溶接を含んでいてもよい。
【００１０】
本発明の例示的実施形態を、以下の図面を参照して説明する。以下の図面は、例示のみを目的として提供されるものであり、本発明の全範囲は、特許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来技術の電池構造を示す図である。
【図２Ａ】本発明の例示的実施形態に係るキャップアセンブリの構成部品を示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明の別の例示的実施形態に係るキャップアセンブリの構成部品を示す断面図である。
【図３Ａ】例示的実施形態に係るキャップアセンブリに用いられる集電タブの上面図である。
【図３Ｂ】例示的実施形態に係る集電タブの側面図である。
【図４】例示的実施形態に係るキャップアセンブリの種々の構成部品の断面図である。
【図５Ａ】例示的実施形態に係るキャップアセンブリを用いるセルの一部の断面図である。
【図５Ｂ】キャップアセンブリを用い、ソリッドコアを有するセルの一部の断面図である。
【図６】例示的実施形態に係るキャップアセンブリを用いるセルの一部の別の断面図である。
【図７Ａ】例示的実施形態に係るセルを組み立てるための第１のステップを示すセルの一部の断面図である。
【図７Ｂ】例示的実施形態に係るセルを組み立てるための第２のステップを示すセルの一部の断面図である。
【図７Ｃ】例示的実施形態に係るセルを組み立てるための第３のステップを示すセルの一部の断面図である。
【図７Ｄ】例示的実施形態に係るセルを組み立てるための第４のステップを示すセルの一部の断面図である。
【図８Ａ】溶接された垂直方向の端子スタッドを有するセルの一部の断面図である。
【図８Ｂ】中央にネジ穴を備えたキャップアセンブリを有するセルの一部の断面図である。
【図８Ｃ】溶接された水平方向の端子ストラップを有するセルの一部の断面図である。
【図８Ｄ】タブ収集ポストと一体化した垂直方向の端子スタッドを有するセルの一部の断面図である。
【図９】一例示的実施形態に係るキャップアセンブリを有するセルの斜視図である。
【図１０Ａ】一例示的実施形態に係るキャップアセンブリの構成部品の斜視図である。
【図１０Ｂ】一例示的実施形態に係るキャップアセンブリの構成部品の別の斜視図である。
【図１１Ａ】型打ちされた絶縁体を備えたキャップアセンブリを有する電池の斜視図である。
【図１１Ｂ】成形された絶縁体を備えたキャップアセンブリを有する電池の斜視図である。
【図１２】溝が付けられた絶縁体を有するキャップアセンブリの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の態様は、低インピーダンスで空間効率の良い、電気セル用のキャップアセンブリを提供する。種々の実施形態によれば、キャップアセンブリは、水平に接続され（すなわち、タブが互いに且つ中央端子に接続する位置においてタブの面が電池セルの長手方向軸に垂直であり）、タブ収集ポストとコアインサートの間に配置される集電タブを有している。タブは、セルの電気インピーダンスを低減するためにタブ収集ポスト及び／又はコアインサートと溶接することが可能である。
【００１３】
図２Ａは、キャップアセンブリ２０２の種々の構成部品を示す断面図である。キャップアセンブリ２０２は、電池セルの１つの電極（又は複数の電極）から電流を集めるために、また外部装置に電流を供給するために使用される。キャップアセンブリ２０２は、リベット２０４又は他の同様の固定手段、上部シール２０６、蓋２０８、下部ガスケット２１０及びワッシャ２１２を備えることが可能である。キャップアセンブリ２０２はまた、タブ収集ポスト２１４、集電タブ２１６及びコアインサート２１８を備えることが可能である。
【００１４】
リベット２０４は、外部装置に電気を送るために使用される。それは、セルの電気化学と適合する電気的及び熱的に伝導性のある材料から作ることができる。典型的な構成材料は、リチウムイオンセルのアノード電位において使用される場合、例えば、銅、炭素鋼、ニッケルめっきされた炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル及びベリリウム銅を含む。リチウムイオンセルのカソード電位において使用される場合、典型的な材料は、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、チタン、モリブデン又はステンレス鋼である。リベット２０４の下部は、タブ収集ポスト２１４と接続するために上部シール２０６、蓋２０８、下部ガスケット２１０及びワッシャ２１２を通じて挿入することが可能である。リベット２０４は、タブ収集ポスト２１４の上部をリベット２０４の内部に適合させてリベット２０４と電気的に接続することができるように中空（hollow）に作ることができる。
【００１５】
上部シール２０６は、電気的に絶縁され、弾力性がある。それは、アセンブリの間、リベット２０４と蓋２０８との間において圧縮され、リベット２０４と蓋２０８との間における漏れ止め封止と電気絶縁とを共に付与する機能を果している。上部シールは、ＰＦＡ（ペルフルオロアルコキシ）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＴＰＩ（熱可塑性ポリイミド）若しくはＰＥ／ＰＰの混合、又は他の好適な材料などの溶融加工可能なポリマーを用いて作ることができる。
【００１６】
蓋２０８は、一般的には溶接によりセルケーシングに取り付けることができ、キャップアセンブリの他の部分を所定の位置に保持するように機能する。それは、アルミニウム、アルミニウム合金、又はステンレス鋼若しくはニッケルめっきされた炭素鋼などの他の金属から作ることができる。それはまた、硬質ポリマー、強化ポリマー、又は他の好適な材料から作ることができる。蓋２０８は、上部リセス（upper recess）２２０ａ及び下部リセス（lower recess）２２０ｂを備えることが可能である。リベット２０４の上部は、上部リセス２２０ａ内に適合させることができ、上部ガスケット２１０の上部は、下部リセス２２０ｂ内に適合させることができる。上部リセス２２０ａと下部リセス２２０ｂは、リベット２０４と上部ガスケット２１０の回転を防止するように、（リベット２０４と上部ガスケット２１０の上部と同様に）四角形状にすることが可能である。しかしながら、リセス２２０ａと２２０ｂは、この目的のため四角形である必要はなく、六角形、三角形、楕円形又は他の非円形形状がまた、回転を防止することができる。
【００１７】
下部ガスケット２１０は、タブ２１６などの他の内部の構成部品との望ましくない電気接触から蓋２０８を絶縁する機能を有している。それはまた、電解液が蓋２０８とリベット２０４との間に電気路を作ることを防止する。ワッシャ２１２が、スプリング力を付与するために、またシール２０６における圧縮を維持するために使用される。ワッシャ２１２は剛性があり、保持される電位において電気化学と適切に適合する金属又は硬化金属から作ることができる。そのような材料は、限定するものではないが、鋼、ニッケルめっきされた鋼、ステンレス鋼、チタン、及びモリブデンを含む。
【００１８】
タブ収集ポスト２１４は、タブ２１６からセルの外部に電流を運ぶために用いられる。本発明の態様によれば、それは、非常に短く断面領域を比較的大きくすることができ、低抵抗材料から作ることができるので、電流がセルから出て移動する非常に低いインピーダンスの通路を作り出す。外部の機械的接続を可能とするようにタブ収集ポスト２１４の上部にネジ穴２２６を設けることが可能である。
【００１９】
集電タブ２１６は、電池セル（例えば、ゼリーロール型電気化学セル）の電極箔からタブ収集ポスト２１４に電流を運ぶ手段を付与する。それぞれのタブ２１６は、１つの端部においてセルの電極に接続され、もう１つの端部においてタブ収集ポスト２１４に接続される。タブ２１６は、互いに且つタブ収集ポスト２１４に水平に接続することが可能である。水平方向の接続は、セル内に垂直方向の空間をほとんど必要とせず、セルの空間効率を良くする。
【００２０】
コアインサート２１８は、タブ２１６を共に溶接するため、またタブ収集ポスト２１４を受容するためのプラットフォームを付与するために、セルのコア（不図示）の中へ挿入することができる部分である。コアインサート２１８は、タブ２１６の抵抗溶接を容易にするために備えられる特徴であり、タブ２１６の超音波溶接などの他の結合方法が用いられる場合には必要でないかもしれない。ある実施形態では、コアインサート２１８は、溶接中にタブ２１６を支持するためにディスク形状のプラットフォームであり、それはコアの中へ突出していない。
【００２１】
図２Ａに示される一実施形態では、ポスト２１４が、手作業組立とタブ２１６の配置を容易にするために、その下面から突出するピン２２２を有している。この実施形態では、タブ２１６は、図３Ａに示されるように穴３０２を有している。コアインサート２１８はまた、穴２２４を有している。ピン２２２は、タブの穴３０２とコアインサート２１８の穴２２４を通って突出する。これは、手作業組立とタブ２１６の配置を容易にする。タブ２１６は、例えば、幅が６ｍｍから１２ｍｍ、厚さが０．０３ｍｍから０．２ｍｍである。穴３０２は、例えば、３ｍｍの直径を有し、タブ２１６の縁部から５ｍｍ離れた位置にある。
【００２２】
タブ２１６は、コアインサート２１８上に折り曲げられると、タブは、個別に共に溶接することが可能である。ある実施形態において、タブ２１６は、例えばレーザ溶接を用いてタブ収集ポスト２１４の底面と溶接され、例えば抵抗溶接を用いてコアインサート２１８の上面と溶接される。ある実施形態では、タブ２１６とタブ収集ポスト２１４とコアインサート２１８とはすべて、レーザ溶接を用いて共に溶接される。タブ２１６とタブ収集ポスト２１４との間の接続が、溶接により形成されるので、これらの接続の電気インピーダンスは、ネジ接続などの機械的接続のインピーダンスに比べて低い。また、タブ２１６は垂直方向のポストの上部まで延ばされる必要がないので、タブ長さは、図１に示される従来技術の構造と比べて低減される。
【００２３】
図２Ｂに示される別の実施形態では、タブ収集ポスト２１４ａは、ピンを有しておらず、タブ２１６とコアインサート２１８ａに穴がない。この実施形態では、集電タブ２１６はまた、タブ２１６をタブ収集ポスト２１４ａとコアインサート２１８ａと共に溶接することにより、タブ収集ポスト２１４ａとコアインサート２１８ａとの間に固定される。
【００２４】
タブ収集ポスト２１４がリベット２１４内に適合されると、これら２つの構成部品はまた、低インピーダンスの電気的接続を付与するために共に溶接することが可能である。リベット２０４、タブ収集ポスト２１４、又はそれらの両方は、純銅ではなく、例えばＣ５１０００（９５％Ｃｕ、５％Ｓｎ、微量Ｐ）のリン青銅などの銅の合金により作ることができる。銅は、電気抵抗率が非常に低いので望ましいが、銅と銅との間で密閉（hermetic）したレーザシーム溶接を確実に作り出すことが難しいことが分かった。レーザシーム溶接は、そのような溶接を作り出すために使用することが可能であるガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）などの別の溶接法に比べて、エネルギーを局部的に集中させて周辺部の温度上昇を最小にするので、リベットとタブ収集ポストとの間の接続において好ましい。少量のＳｎと微量のＰの添加が、密閉したレーザ溶接を確実に行うことができるように十分に材料の特性を変えるのに有望であった。Ｓｎは、リチウムイオンセルにおいてアノード電位に保持されるときにＬｉと容易に合金になるが、実験は、合金内のＳｎが約５％以下に保持される場合、リチウムイオンセルにおいてアノード電位に保持されるときに合金が安定し、その合金を実行可能な選択にすることを示した。リン青銅（又は同様の合金）のもう１つの利点は、それらが炭素鋼ほど大気中腐食の影響を受けにくく、抵抗率が炭素鋼より著しく低いことである。それらの抵抗率は、炭素鋼の抵抗率より低いが、アルミニウム若しくはアルミニウム合金又は純銅の抵抗率より著しく高く、その合金を抵抗溶接によりバスバー（bus bar）及び回路基板などの外部のセル構成部品により容易に結合させる。
【００２５】
（限定するものではないが）ニッケルめっきされた鋼、ニッケル、炭素鋼、ステンレス鋼、真鍮、青銅、又は同様の合金など、アルミニウムよりも高い抵抗率を有する材料からなるパッドは、セルの外部の位置においてアルミニウム又はアルミニウム合金製のリベットに結合することが可能である。これらの材料の結合は、はんだ付け、ろう付け、超音波溶接、レーザ溶接、又は他の同様且つ周知の金属間結合技術によるものであってもよい。アルミニウム又はアルミニウム合金に結合されるより高い抵抗率を有する材料からなるパッドを備えたセルを作るという利点は、それが抵抗溶接によってより容易に結合されることを助長することである。この材料からなるパッドはまた、バイメタルの材料から作ることができ、バイメタルの材料の１つの成分がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、もう１つの材料は、前述した高い抵抗率を有する材料の１つである。バイメタルの材料は一般に、あまり熱を使用することなく、異なる材料の２つの層を永久的且つ冶金学的に結合するために高圧が使用されるクラッティングプロセスを用いて製造される。全体の厚さが１ｍｍであるパッドを形成する一般的なバイメタルのパッドは、０．５ｍｍ厚のアルミニウム又はアルミニウム合金に対し０．５ｍｍ厚の銅又は銅合金クラッドである。広範囲におよぶ厚さが効果的に用いることが可能であるので、これらは単に提案された厚さであり、他の実施形態では別の寸法を使用することが可能である。バイメタルのパッドの成分の１つとしてアルミニウム又はアルミニウム合金を用いることにより、レーザ溶接のような一般に行われる技術によるアルミニウム又はアルミニウム合金製のリベットへの結合が容易になる。そして、前述したようなろう付け及びはんだ付けのような結合方法を用いる必要性が取り除かれる。
【００２６】
セルにおいて、タブ２１６は、振動及び衝撃荷重のため応力を受けることが多い。この応力を低減するために、タブ２１６は、図３Ｂに示されるように波形をつけることが可能である、あるいは他の方法で修正することが可能である。波形は、その長さに沿ってタブ２１６の剛性を数桁低減し、それに対応して衝撃及び振動条件下で電極箔への溶接における応力を低減する。タブ２１６はまた、セル缶（不図示）へのキャップアセンブリの取り付け前に、ゼリーロール(jelly roll）とキャップアセンブリとの間に電気的接続を作る手段として業界において一般に使用されるような延長タブ（extension tab）であってもよい。
【００２７】
図４は、キャップアセンブリの種々の構成部品を示す別の断面図である。図４では、リベット２０４、上部シール２０６、蓋２０８、下部ガスケット２１０、及びワッシャ２１０が、キャップ／リベット・サブアセンブリ４０２に組み立てられる。サブアセンブリ４０２のリベット２０４は、タブ収集ポスト２１４をサブアセンブリ４０２内に適合することができるように中空である。適合させられると、サブアセンブリ４０２のリベット２０４は、低インピーダンスの電気的接続を形成するためにタブ収集ポスト２１４と溶接することが可能である。
【００２８】
図５Ａは、本発明の別の例示的実施形態に係るキャップアセンブリを用いるセル５０２の上部の断面図である。示されるように、タブ収集ポスト２１４とタブ２１６とコアインサート２１８とが、セル缶５０８を覆う完全なキャップアセンブリを形成するためにキャップ／リベット・サブアセンブリ４０２とともに組み立てられる。セル５０２の中央にコア５０４があり、その中へコアインサート２１８が挿入される。リング状の衝撃吸収材５０６が、コアインサート２１８のまわりでコア５０４とコアインサート２１８との間に配置される。図５Ａでは、セル５０２の上部のみが示されている。セル５０２の下部（不図示）は、上部と実質的に同じキャップアセンブリ構造を有することが可能である。
【００２９】
衝撃吸収材５０６は、コア５０４とキャップアセンブリとの間の空間を柔軟にふさぐことにより製造上の公差を増大させることができ、衝撃及び振動荷重下で電極（例えば、ゼリーロールに巻かれた電極）に伝達される力の大きさを低減することができる。衝撃吸収材５０６は、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）ゴム、カルレッソ（デュポン）、又はブチルゴムエラストマーなどの弾力性のある材料から作られる。
【００３０】
コア５０４は、衝撃吸収材５０６に付与される軸方向の力を支える。コア５０４は、缶材料の熱膨張係数と同じような熱膨張係数を有する材料から作ることができる。コア５０４は、コアインサート２１８とセルの下部にあるコアインサート（不図示）とが互いに絶縁されるように、電気絶縁材料、電気絶縁材料で覆われた導電材料、又は幾つかの電気絶縁構成部品を含む複数の部品からなるアセンブリから作ることができる。コアは、中空であっても中空でなくてもよい。図５Ｂは、端部に小さい空洞５２４を備えた、主としてソリッドコア（solid core）５２２を有するセル５２０を示している。この実施形態では、衝撃吸収材５０６は、コアインサート２１８の最も内側の表面とコアインサート２１８の表面に最も近いコアインサートの表面との間の空洞５２４内に配置することが可能である。
【００３１】
衝撃吸収材５０６の大きさとたわみを最小にすることが可能である。電池缶は、比較的低い密度のためにアルミニウム又はアルミニウム合金から作られることが多い。しかしながら、アルミニウム又はアルミニウム合金は、比較的大きい熱膨張係数を有している。衝撃吸収材５０６のたわみを最小にするために、コア５０４の熱膨張係数は、電池缶５０８の熱膨張係数に非常に近いことが必要である。ある実施形態では、これは、コア５０４においてポリマー材料の中へ一部のガラス短繊維を組み入れ、それらの繊維を主としてコア５０４の長手方向に向けることにより達せられる。ある実施形態では、３０％のガラス短繊維を入れたＰＢＴ（ポリブチレンテレフタラート）樹脂（ザビックプラスチックス、バロックス４２０）が、３００３アルミニウム合金缶と略同一の熱膨張係数を達成するために使用される。部品が作られる成形キャビティを意図的に設計することにより、ガラス繊維は、主としてコアの長手方向に向けることができ、所望の熱膨張係数を達成することができる。
【００３２】
図６は、キャップアセンブリを用いるセル６０２の一部の別の断面図である。矢印６０４は、電流の経路を示している。示されるように、タブにより必要とされる垂直方向の空間は比較的小さい。
【００３３】
図７Ａ−図７Ｄは、前述したような種々の実施形態に係るキャップアセンブリを用いるセルを製造するためのステップを示している。図７Ａは、セル缶５０８と軸方向に突出するタブ２１６を備えた、組み立て前のゼリーロール型電池を示している。図７Ｂに示される次のステップでは、コアインサート２１８が取り付けられ、タブ２１６が、コアインサート２１８の方へ折り曲げられ、コアインサート２１８と溶接される。図７Ｃに示される次のステップでは、タブ収集ポスト２１４が、タブ２１６とコアインサート２１８と組み立てられる。ポスト２１４のフランジが、タブ及び／又はコアインサート２１８と溶接される。図７Ｄに示される最後のステップでは、キャップ／リベット・サブアセンブリ４０２は、タブ収集ポスト２１４がサブアセンブリ４０２の中空中央内に適合させられ、サブアセンブリ４０２の縁部がセル缶５０８の上部に適合させられ、セルの上に降ろさせる。サブアセンブリ４０２は次に、タブ収集ポスト２１４と電気的接続を形成するために矢印７０４により指し示される位置においてタブ収集ポストと溶接することが可能である。サブアセンブリ４０２はまた、電池セルを封止するために矢印７０２により指し示される位置においてセル缶５０８と溶接される。
【００３４】
図８Ａ−図８Ｄは、種々の実施形態に係るキャップアセンブリを相互接続する別の方法を示す図である。図８Ａは、位置８０６において垂直に配置される端子スタッド（terminal stud）８０２と溶接されるキャップアセンブリ８０４を示す。端子スタッド８０２は、ネジ接続を形成するためにネジを付けることが可能である。端子スタッド８０２は次に、例えばネジ接続により他の電池セル又は装置と接続することができる。図８Ｂは、中央にネジ穴８０８を備えたキャップアセンブリ８１０を示す。ネジ穴は、ネジ接続により、例えば端子スタッド（不図示）と接続するために使用することができる。図８Ｃは、水平に配置された端子ストラップ（terminal strap）８１４と溶接されたキャップアセンブリ８１２を示す。ストラップ８１４は次に、他のセル又は装置と接続するために使用することができる。図８Ｄは、キャップアセンブリ８１６内のタブ収集ポスト８２０の一体部分である垂直の端子スタッド８１８を有するキャップアセンブリ８１６を示す。端子スタッド８１８は次に、例えばネジ接続により他の電池又は装置と接続することができる。
【００３５】
図９は、一例示的実施形態に係るキャップアセンブリ９０４を有するセル９０２の斜視図である。この実施例では、キャップアセンブリ９０４は、中央に正方形状のリベット９０６を有している。図１０Ａ及び図１０Ｂは、別の例示的実施形態に係るキャップアセンブリ１００２の構成部品の斜視図である。別の構成部品間で、キャップアセンブリ１００２は、正方形の上部を備えたリベット１００４と、上部シール１００６と、リベット１００４を内部に適合させることが可能である正方形のリセス１０１０を備えた蓋１００２とを有している。キャップアセンブリ１００２はまた、タブ収集ポスト１０１２とコアインサート１０１４とを含む。リング状の衝撃吸収材１０１６が、コアインサート１０１４のまわりに配置される。
【００３６】
図１１Ａは、型打ちされた（stamped）絶縁体を備えたキャップアセンブリ１１０２を有する電池の斜視図である。図１１Ｂは、成形された（molded）絶縁体１１０６を有する電池の斜視図である。図１１Ａ及び図１１Ｂに示された種々の絶縁体の設計は、「電池セルの設計及びその組立方法」と題された米国仮特許出願第６０／９５１５７１号の米国特許出願に開示され、それは、ここで本明細書に取り入れられる。絶縁体は、タブと電極の端部との間に障壁を付与することにより内部セル短絡から保護する。成形された絶縁体の利点は、タブとセル缶壁との間の障壁の保護を付加することである。
【００３７】
図１２は、溝が付けられた絶縁体１２０４を有するキャップアセンブリ１２０２の斜視図である。溝が付けられた絶縁体は、タブとキャップアセンブリ１２０２のキャップ／リベット・サブアセンブリとの間の短絡に対する保護を提供する。絶縁体は、不正使用条件下でキャップアセンブリに位置付けられた通気口を通じてガスが抜けること、及び、セルアセンブリにおいて充填プロセス中に電解液の導入を容易にすることを可能にするように溝が付けられている。
【００３８】
本発明において、キャップアセンブリの種々の構成部品（例えば、リベット、タブ収集ポスト、コアインサート、タブなど）を多様な材料から作ることができ、多様な溶接方法を用いて結合することができることに注目すべきである。溶接技術は、限定するものではないが、超音波溶接、抵抗溶接及びレーザ溶接を含む。種々の溶接技術は、キャップアセンブリの種々の接続において用いることができる。
【００３９】
多数の更なる利点又は修正が、当業者によって認識することができる。従って、本発明は、開示された特定の実施形態に限定するものでなく、添付された特許請求の範囲の精神と範囲の完全な内部である解釈しようとするものである。
【図１】
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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４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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