JPH08227722A - 電極アセンブリ、同製造方法及び電気化学的電池 - Google Patents
電極アセンブリ、同製造方法及び電気化学的電池Info
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Abstract
性と放電率を高める。 【構成】 直線状の側面を有するようにアルカリ金属負
極と正極アセンブリを一緒に同一方向に巻いてなる巻回
体120を、絶縁ケースライナー210を介在させて小
柱状のケース220内に収納する。複数の負極コネクタ
ータブ20及び正極コネクタータブ70を設け、活物質
を有効に利用できるようにする。
Description
電気化学セルに関し、特に、高い信頼性と高い放電率を
有するようにした一次リチウム電気化学的電池に関す
る。
設可能な心臓の細動除去器は、心室性細動に苦しんでい
る患者を治療するために使用される。無秩序な心臓周期
は、修正しなければすぐに死亡に至るからである。細動
除去器装置は、患者の心臓の電気的体動を連続的にモニ
ターして心室性細動を検出し、その検知に応じて正常の
心臓周期を回復するため、適切なショックを供給する。
30〜35ジュール程度のショックが必要とされる。シ
ョックは即座に患者にそのエネルギーを提供することが
できるコンデンサーから供給される。心室性細動の検知
の後に患者にタイムリーな治療を提供するために、2、
3秒で必要なエネルギー量をコンデンサーに充電するこ
とが必要である。従って電源は、コンデンサーへの必要
な電荷を供給する高い能力を有していなければならな
ず、長い有効寿命を有するためには低自己放電性をも持
たなければならず、また必要なときに緊急に必要とされ
る治療を供給できる極めて信頼性の高いものでなければ
ならない。それに加えて、細動除去器は皮下埋設される
ので、最小にパッケージ化された電池でエネルギーを供
給できなければならない。
Keister氏等の米国特許第4,830,940号
に開示されている。その開示によれば、電池の負極材は
リチウムで、正極活物質は酸化バナジウム銀である。負
極は、正極プレートと共に曲がりくねって造られてい
る。正極プレートは、一曲がりごとに負極の両側に挿入
されている。リチウム電池やリチウム電池のための電解
質は、リチウム塩と有機溶媒を含む有機性液体のタイプ
である。負極と正極プレートは電気的に絶縁性のセパレ
ーター材で包まれている。しかしながらこの電池の不都
合な点は、曲がりくねった負極が能率的に使用されてい
ないことである。屈曲部分において負極材が正極材に直
面しておらず、それゆえに充分に利用されていないから
である。この問題に集点を当てた改善が、Post氏等
の米国特許第5,147,737号で開示されている。
この特許では、曲がりくねったタイプの電極の上の作用
物質が、正極プレートに面しない曲がりくねった構造の
部位が負極作用物質を含まないように位置決めされてい
る。しかしながら負極の屈曲による容積効率の損失を改
善していない。これらの電池構造の付加的問題としては
部品数と接続数があり、この問題は、電池の製造可能性
と信頼性の両方に影響を及ぼし得る。またこの種の電池
では、負極と正極のそろわない構造による優れた電流分
布を達成することと活物質の使用の難しさがある。
がらせん状に巻かれた形態で組み合わせた電極本体を採
用したものがある。リチウムかリチウム合金のストリッ
プシートは、負極、電荷集合金属スクリーン上に支持さ
れた正極材からなる正極及び負極と正極要素を分離する
不織材製のシートからなる。これらの要素は組み合わせ
られ上でらせん状に巻かれる。例えばそのような巻かれ
た電極を有する電池の構造は円柱形となる。そのような
形状は、例えば米国特許第3,373,060号、同第
3,395,043号、同第3,734,778号、同
第4,000,351号、同第4,184,01号、同
第4,332,867号、同第4,333,994号、
同第4,539,271号、同第4,550,064
号、同第4,663,247号、同第4,668,32
0号、同第4,709,472号、同第4,863,8
15号、同第5,008,165号、同第5,017,
442号及び同第5,053,297号に開示されてい
る。これら特許に開示されている電池は、米国特許第
4,830,940号の電池と違って、正極材と負極材
を絡み合わせる必要性がない。それゆえにそのような構
造は、正極と負極構成要素の間の整合を改良する可能性
を有し、また放電の間の負極と正極使用の均等性をする
可能性を有する。しかしながら円柱形電池では、角柱状
のセル形状と同じようには皮下埋設可能な細動除去器の
ケースの内側のスペースを利用できない。
角柱状のケース構造に巻いた電極を適合させることが知
られている。例えば、米国特許第2,928,888号
はその図5a、5bで示すように、矩形のケース中で使
用するために細長い心棒上に巻き回した長方形の電極ア
センブリを開示している。また例えば、米国特許第4,
051,304号では、その図2において、矩形ケース
中での使用のための他の長方形に巻いた電極アセンブリ
を開示している。しかしながらこれらの特許は、そのよ
うな構造が高い電流レートのリチウム電池で使用できる
ことや放電の間の負極活物質と正極活物質の一様な利用
を可能にすることについては開示していない。
適する巻かられた電極を有し、高放電率の電池を提供す
ることが本発明の目的である。また放電の間の正極と負
極材の一様な利用が可能な高放電率の電池を提供するこ
とも本発明の目的である。さらに先行公知技術装置と比
較して部品点数と溶着数を減少させた皮下埋設可能な心
臓の細動除去器での使用のための高放電率の電池を提供
することも本発明の目的である。
電池用の電極アセンブリは上記目的を達成するために、
アルカリ金属の細長いストリップと、該ストリップの端
部で上記アルカリ金属と電気的に接触するコネクタータ
ブを含む負極、上記負極より短かく、かつ端部にコネク
タータブを有する集電器と活物質の密度を一様として上
記集電器に結合した正極材とからなる正極アセンブリ、
負極と正極アセンブリを、それらの間にセパレータ材を
組み合わせ、最奥部分で正極アセンブリの終端の上に折
り畳まれた負極部分が正極アセンブリの両側面に接触
し、上記折り畳まれた部分が平坦な側面の長さを決定
し、最も外側の部分で負極が正極アセンブリの周りを囲
んでなる2つのほぼ平坦な側面を有する細長い単向性の
巻回体からなる構成としたものである。
ンブリは、負極電流コレクターを含む構成とすることが
できる。
ンブリは、負極集電器が、一様な肉厚を有するアルカリ
金属の全長に渡って第1の側面に付着し、一様な肉厚を
有するアルカリ金属の全長に渡って第2の側面に付着す
る構成とすることができる。
ンブリは、負極集電器材を、ニッケル、銅あるいはこれ
らの合金製とした構成とすることができる。
ンブリは、正極集電器材がチタンである構成とすること
ができる。
ンブリは、正極材が、固体の活物質、バインダー材及び
導電性増強材からなる構成とすることができる。
ンブリは、固体の活物質が酸化バナジウム銀である構成
とすることができる。
ンブリは、バインダー材がPTFEである構成とするこ
とができる。
ンブリは、導電性増強材が導電性の炭素である構成とす
ることができる。
ンブリは、セパレータ材が負極を覆い、負極の周りに中
空部を形成するように密閉され、該中空部に負極のコネ
クタータブが突出する孔を臨ませた構成とすることがで
きる。
ンブリは、正極が、第1のコネクタータブから一定の間
隔をとって配置した第2のコネクタータブを含む構成と
することができる。
ンブリは、負極コネクタータブが、巻回体中で正極コネ
クタータブから一定の間隔をとって配置される構成とす
ることができる。
ンブリは、セパレータ材が正極集電器と正極材を覆い、
正極アセンブリの周りに中空部を形成するように密閉さ
れ、該中空部に正極集電器のコネクタータブが突出する
孔を臨ませた構成とすることができる。
ンブリは、セパレータ材が正極を覆い、正極の周りに中
空部を形成するように密閉され、セパレータ材が負極を
も覆い、負極の周りに中空部を形成するように密閉さ
れ、該正極と負極の中空部が、巻回体中で負極と正極ア
センブリの間のセパレータの肉厚の半分である構成とす
ることができる。
ンブリは、セパレータ材が微孔性ポリオレフィンである
構成とすることができる。
ンブリは、細長いアルカリ金属のストリップと該ストリ
ップに押しつけたセパレータ材とからなる負極と、正極
集電器と活物質の密度を一様として上記集電器に結合し
た正極材とからなる正極アセンブリとを細長い単向性の
巻回体として結合してなる構成とすることができる。
ンブリは、負極集電器が、一様な肉厚を有するアルカリ
金属の全長に渡って第1の側面に付着し、一様な肉厚を
有するアルカリ金属の全長に渡って第2の側面に付着す
る構成とすることができる。
ンブリは、負極集電器材を、ニッケルあるいはこれらの
合金とした構成とすることができる。
ンブリは、正極集電器材がチタンである構成とすること
ができる。
ンブリは、正極材が、固体の活物質、バインダー材及び
導電性増強材からなる構成とすることができる。
ンブリは、固体の活物質がAg2 V4 O11である構成と
することができる。
ンブリは、バインダー材がPTFEである構成とするこ
とができる。
ンブリは、導電性増強材が導電性の炭素あるいは黒鉛で
ある構成とすることができる。
ンブリは、セパレータ材が、負極を覆って負極の周りに
中空部を形成するように密閉され、かつアルカリ金属に
押しつけられる構成とすることができる。
ンブリは、セパレータ材が、正極集電器と正極材を覆っ
て正極アセンブリの周りに中空部を形成するように密閉
され、該正極と負極の中空部が、巻回体中で負極と正極
アセンブリの間のセパレータの肉厚の半分である構成と
することができる。
ンブリは、セパレータ材が微孔性ポリオレフィンである
構成とすることができる。
ンブリの製造方法は上記目的を達成するために、(a)
細長い金属ストリップからなる負極を与え、(b)負極
に多孔性のセパレータ材を押しつけ、(c)一様な密度
で付着させた正極活物質材を有する第2の金属ストリッ
プからなる正極アセンブリを与え、(d)負極と正極ア
センブリを一緒に巻く、というステップからなる構成と
したものである。
ンブリの製造方法は、負極と正極アセンブリを一緒に巻
くステップが、(a)正極アセンブリの1つの側面に対
して平らな心材を配し、該心材の第1の終端を正極アセ
ンブリの終端と整列させ、(b)心材の反対の正極の側
面側に正極アセンブリに対向させて負極を配し、該負極
の第1の終端を、ほぼ心材の長さと同じだけ正極アセン
ブリの終端を越えて突出させ、(c)正極アセンブリの
終端と心材の終端を越えて負極を曲げ、負極を、正極ア
センブリに対向する心材の側面の反対側の心材の側面で
心材に対向させ、(d)負極と正極アセンブリを、心材
の第2の終端で心材の周りに負極に沿うまで曲げ、
(e)負極と正極アセンブリを心材の周囲に同一方向で
負極アセンブリの第2の終端が巻回体を完成させるまで
巻き付け続け、(f)完成させた巻回体から心材を取り
除く、というステップからなる構成とすることができ
る。
ンブリの製造方法は、負極と正極アセンブリの間でセパ
レータ材を巻き、正極アセンブリの周りにセパレータ材
を設けるステップを含む構成とすることができる。
達成するために、(a)ケース、(b)ケースの孔を通
して伸び、シールと該シールを通して伸びるピンを有す
る貫通接続体、(c)正極アセンブリの端部で一定の間
隔をとって配置される少なくとも2つのコネクタータブ
を有する正極アセンブリ、(d)負極と正極が、巻回体
の第1の側面で整列し貫通接続ピンに連結する正極コネ
クタータブと、巻回体の第2の側面で整列する負極コネ
クタータブ共に巻かれ、端部に少なくとも1つのコネク
タータブを有する負極アセンブリ、(e)巻回体からコ
ネクタータブを絶縁する第1の非導電性隔壁、(f)貫
通接続体と貫通接続ピンをケースと負極コネクタータブ
から絶縁する第2の非導電性隔壁、(g)貫通接続ピン
と正極コネクタータブの間の接続を負極コネクタータブ
及びケースから絶縁する第3の非導電性隔壁からなる構
成としたものである。
導電性の隔壁がコネクタータブが突出する孔を含む構成
とすることができる。
が、巻回体上のコネクタータブの位置を変えることが可
能なスリットである構成とすることができる。
体を溶接によって正極コネクタータブに接続した構成と
することができる。
導電性の隔壁が開口を有し、該開口を通して貫通接続ピ
ンが伸びて第3の非導電性の隔壁とともに正極コネクタ
ータブと貫通接続ピンの絶縁の不連続を防ぐ構成とする
ことができる。
電性の隔壁が、正極コネクタータブと貫通接続ピンの間
の接続に対応する凹んだ部分を有する構成とすることが
できる。
電性の隔壁が、第1の非導電性の隔壁と共に第1の非導
電性の隔壁の凹んだ部分と側面によって画定されるチャ
ンバーを形成する構成とすることができる。
3の非導電性の隔壁が自己支持高分子物質材製である構
成とすることができる。
子物質が、ポリオレフィンまたはフルオロポリマーであ
る構成とすることができる。
正極コネクタータブをケースから絶縁するために、上記
第1の非導電性の隔壁を備えた絶縁ケースライナーを有
する構成とすることができる。
る。図1〜6は電極アセンブリの負極部分を示す。図1
において、細長い負極アセンブリ1は集電器5を含んで
示されており、一面側のアルカリ金属の第1の層10
と、他面側のアルカリ金属の第2の層15を有する。ア
ルカリ金属層10、15は好ましくはリチウム金属ある
いはリチウム合金であり、スクリーン状の集電器5上へ
圧着してある。
0、15間に挟んだ集電器5を有する負極アセンブリ1
のサンドイッチ構造物を示す。また図3(A)は、負極
アセンブリ1の断面図で、集電器5の一面18側にのみ
アルカリ金属層15を有する。活物質をその表面に必要
としないので、集電器5の露出部分が、のり巻き状の電
極アセンブリの外套を形成する。集電器5は、アルカリ
金属層10、15に関して耐腐食性を有する導電性の金
属で、好ましくはニッケルか銅あるいはこれらの合金で
ある。第1と第2のコネクタータブ20、22が集電器
5の縁から突出させてある。但しニッケルか銅の集電器
とリチウム金属の導電性は、高放電率で十分な電流分布
を供給することができるので、単一のコネクタータブを
使用することもできる。もし接続信頼度の改善が望まれ
るならば、補助的コネクタータブを加えることができ
る。コネクタータブ20、22は、図3(B)のように
形成したときは集電器5に一体化できる。集電器5は、
好ましくはエッチングによって作り、集電器5の縁を平
滑とし、それによってセパレータ材を突き抜けて電池の
短絡原因となる漂遊金属片を除去できるようにする。
ては、集電器5を用いずにアルカリ金属かアルカリ金属
合金でほとんど完全に構成される負極を用いることであ
る。そのような構造では、アルカリ金属の一端を他より
厚く形成し、コネクタータブを直接アルカリ金属に接続
する。
タ25によって覆われていることを示す。セパレータ2
5は、頂縁27で閉じ、底縁29に達するまで負極アセ
ンブリ1に沿って伸び、シール30で付着され、負極ア
センブリ1を囲む中空部を形成している。セパレータ2
5には、コネクタータブ20、22がセパレータ25を
通して突出することを許容するためにスリット(図示せ
ず)を設けることができる。セパレータ25に使用する
材料は、市販の微孔性ポリオレフィン(すなわち、ポリ
エチレンかポリプロピレン)とすることができ、例えば
Celgard4560(商標:Hoechst Ce
lanese製の微孔ノンウーブンラミネート材)を用
いることができる。好ましくは、セパレータ25のノン
ウーブン側を負極アセンブリ1のアルカリ金属層10、
15の表面に押しつけ、アルカリ金属を変形させセパレ
ータ25と密接に接触させ、セパレータ25に圧着す
る。
属層10、15をセパレータ25のノンウーブン側へ押
し付けることによってなし得る。またこの作業は、上述
した集電器5上へアルカリ金属層10、15をプレスす
るのと同じようにできる。プレス作業に備えて、アルカ
リ金属層10、15を所定のサイズ、重量にカットし、
ダイ中において集電器5のいずれかの側面に位置させ
る。ダイと負極構成要素5、10、15はその後、アル
カリ金属層10、15を保持するのに十分な圧力で集電
器上へプレスするための転造用の取付ジグに取り付け
る。それからセパレータ25を負極アセンブリ1の周囲
に設置し、所定の圧力で液圧プレスにより負極アセンブ
リ1の上にアルカリ金属層10、15を押し付け、セパ
レータと密接に接触するように負極金属を変形させる。
プレス圧力は、例えば800psi程度を使用できる。
セパレータのシール30は、従来公知のヒートシーラー
によって作られるヒートシールとすることができる。
ブリ50は集電器55を含み、その上に正極材の層6
0、65が圧着してある。正極アセンブリ50は、負極
アセンブリ1とほぼ同じ幅を有する。正極材は、例えば
二酸化マンガン、V6 O13、酸化バナジウム銀あるいは
CFxそして所望によってバインダー及び導電性増強材
と共に上記材料の固体混合物からなる固体の正極活物質
成分を含む。好ましくは、使用される銀のバナジウム酸
化物は、Crespi氏の米国特許第5,221,45
3号で開示されたものとする。例えば、正極活物質成分
として酸化バナジウム銀を採用している電池で、約5%
のPTFEを、導電性増強材として約2%のカーボンブ
ラックと2%のカーボンと一緒にバインダーとして加え
ることができる。粒状の成分を一緒に混ぜ、所望の水分
含有量となるように乾燥させ、電流コレクタ55上に一
様な層状に設け、そして高圧でドライプレスして正極材
層60、65の各々を形成する。また公知技術で知られ
ている湿式法を使用でき、正極材の湿った混合物を集電
器55上に析出させ、乾燥させてから圧延して正極材層
60、65の各々を形成することもできる。
0、72が上述した負極アセンブリ1と同じ態様で突出
する。集電器55は、導電性の金属で、正極材と組み合
わせたときに耐蝕性を発揮する、好ましくはチタン、ス
テンレス鋼あるいはのチタン合金である。
リ1と同じ態様で正極アセンブリ50の周りに中空部を
形成し、そしてシール80でシールされている。セパレ
ータ75に使用する材料は、上述した負極アセンブリ1
と同様に市販の微孔性ポリオレフィン(すなわち、ポリ
エチレンかポリプロピレン)とすることができ、シール
80は、ヒートシールとすることができる。好ましく
は、正極アセンブリ50のセパレータ75は、放電する
ことを考慮し、正極材60、65の膨脹を可能としかつ
放電時に分裂しないようにするため、わずかに正極アセ
ンブリより大きくする。これはしっかりと負極アセンブ
リ1の周囲に装着できる負極アセンブリ1のセパレータ
25とは反対である。
10は、曲げ工程を始めるために、正極アセンブリ5
0、心材100と共に整列させた負極アセンブリ1を示
す。図示は省略するが、これらの構成要素のためのセパ
レータ25、75は、曲げ工程の間に負極アセンブリ1
と正極アセンブリ50の周りにおかれる。負極アセンブ
リ1が正極アセンブリ50より長く、正極アセンブリ5
0の対応する終端50aをオーバーラップするために、
1つの終端1aで位置決めされることに留意する必要が
ある。正極アセンブリ50の終端50aは、心材100
の縁100aのわずか後に位置決めされる。
に対しても設置され、アルカリ金属層15は、負極アセ
ンブリ1の終端18で正極材層60に対して設置され
る。これは、電極アセンブリの外周巻き回し部分が、終
端18で正極材60と集電器5の露出部分に面するアル
カリ金属層15を有することを保証する。
心材100上へ負極アセンブリ1の終端1aを曲げて重
ねることによって始められる。図示のように、屈曲部1
05が正極アセンブリの終端外周に位置する。図示せぬ
が、手で曲げるときには、この曲げ処理手順は、最初に
正極アセンブリ50がない状態で(但し負極アセンブリ
1上への正しい曲げ半径を作るために正極アセンブリ5
0と等しい肉厚のスペーサーを挟む。)、心材100の
上へ負極アセンブリ1を曲げ、スペーサーを取り除き、
正極アセンブリ50を心材100と負極アセンブリの間
に挿入するものとなる。よりスムーズな曲げを形成する
ためには、負極アセンブリ1と正極アセンブリ50の間
及び負極アセンブリと心材100間に補助的セパレータ
材を設置することが望ましい。これは図12で示すよう
に、補助的セパレータ材110を負極アセンブリ1の上
に置き、屈曲105を形成すべき部位で負極アセンブリ
1と正極アセンブリ50の間に入れることによってして
可能である。補助的セパレータ材110を加えるための
最も便利な方法は、セパレータ25を若干長くし、適切
な終端1aで負極アセンブリ1の長さを越えてセパレー
タ25を突出させ、セパレータを負極アセンブリ1に沿
って折り戻し、屈曲部105においてセパレータ材の3
倍の肉厚を与えるようにすることである。
負極アセンブリ1と正極アセンブリ50を心材の周囲で
一方向へ巻いてゆく。曲げ処理は、一定の巻き付け力で
実行する必要がある。一定でない巻き付け力では、放電
の際の抵抗が高い部分と低い部分を生じさせてしまい、
一様でない電流分布を作りだし、また最終の巻き回しで
コネクタータブ20、22、70、72の位置を変えて
しまい、接続を難しくする。巻き付け力を一定にするに
は、慎重に手あるいは機械で巻けばよい。機械で巻けば
製品ごとのバラツキが小さくなる。
ているコネクタータブ20、22、70、72を示す。
好ましくは図示のように、負極に対応するコネクタータ
ブ20、22が電極アセンブリ120の1つの側に位置
し、正極に対応するコネクタータブ70、72が電極ア
センブリの対辺の上に負極コネクタータブ20、22か
ら一定の間隔をとって位置つするように配置するのがよ
い。このように配置すると、完成した電池で不注意で短
絡させるのを避けられる。また好ましくはコネクタータ
ブは、各々の溶接された接続を容易にするために、貫通
接続体あるいはケースに対して所望の接続部位近くに位
置決めされ、正極タブあるいは負極タブとの間にオーバ
ーラップなしで位置決めされるのがよい。
リ120の巻回体の最終形態を示す(セパレータ25、
75と集電器5、55の図示は省略する。)。負極アセ
ンブリ1と正極アセンブリ50の調和する巻回体が、電
極アセンブリ120を構成し、心材100は、電極アセ
ンブリ120のまっすぐな側面の長さを決定し、最終の
負極層125は、正極材60だけに面するアルカリ金属
層15部分を有する。上述のように、集電器5をなくせ
ば最終の負極層125は、他の負極の半分の肉厚のだけ
の負極材のみで作られる。心材100を取出すと負極ア
センブリ1の第1の終端1aが正極アセンブリ50の両
側で接触し、これで電極アセンブリ120が完成する。
負極アセンブリ1と正極アセンブリ50の間を巻回体の
巻き始めで近付けるために、心材は非常に薄くなければ
ならないことがわかる。例えば、通常は厚さ0.010
インチのステンレス鋼を使用するが、剛性がもっと必要
であれば厚い心材を使用してもよい。巻回体の巻き数は
電池の種類により必要な放電率と容量によって決定する
が、これは当業者にとって明らかである。巻き回し数を
増やせば放電率を高められるが、電池の単位体積当たり
の容量を減少させる。
18に示す。図16で示すように、コイル絶縁体200
を電極アセンブリ120上へ位置させる。コイル絶縁体
は、負極コネクタータブ22に対応する窪み202と、
負極コネクタータブ20及び正極コネクタータブ70、
72に対応するスリット204、206、208を有す
る。電極アセンブリ120は、絶縁ケースライナー21
0に挿入する。ケースライナー210の頂縁は、好まし
くは電極アセンブリ120の縁を越えて突出し、他の絶
縁要素とのオーバーラップを可能にする。そのため、ケ
ース220へ負極コネクタータブ20、22を簡単に接
続可能な窪み211を一面側に有する。コイル絶縁体2
00とケースライナー210は好ましくはPTFEやP
CTFEのようなポリオレフィンポリマーかフルオロポ
リマーから作る。それから電極アセンブリ120とケー
スライナー210を、好ましくはステンレス鋼からなる
小柱状のケース220に挿入する。
縁体240を電極アセンブリ120とケース220と一
緒に示してある。ケースカバー230はガラスで封口し
た貫通接続体232とこれを通して伸びる貫通接続ピン
233を備えている。正極コネクタータブ70、72と
整列させるため、貫通接続体232には曲げ234を設
けてある。236はケースカバー230の封口である。
ケースカバー230はステンレス鋼で、貫通接続ピン2
33は、好ましくはニオブかモリブデン製である。ピン
絶縁体240は、貫通接続ピン233を突部244内に
導入するための孔242を有する。突部244はケース
カバー230との接触から貫通接続ピン233を絶縁す
る。ピン絶縁体240のすぐ下側に位置することになる
コイル絶縁体200の1側面とともに、突部244は正
極接続から絶縁するチャンバーを形成する。管かコーテ
ィング(図示せず)での補助的絶縁を、貫通接続ピン2
33と貫通接続体232を絶縁するために溶接していな
い位置で貫通接続ピン233と貫通接続体232に設け
てもよい。また、補助的なカバー絶縁体(図示せず)
を、ケースカバー230の絶縁を補助するためにケース
カバー230の裏面へ設けてもよい。
に正極コネクタータブ70、72に溶接し、負極コネク
タータブ20、22は、図18で示すように「L」形状
に曲げてケース220の側面に溶接し、それによって金
属ケース220が電池の1つの端子(但しケースが負
極)となる。そして、貫通接続ピン233をスリット
(図示せず)を通してピン絶縁体240に挿入し、ピン
絶縁体240の孔242を貫通させる。電極アセンブリ
120は、溶接及び曲げ工程の間にケース220の外側
に置いておく。電極の溶接工程は、全て不活性ガス雰囲
気で行なうべきである。それから、電極アセンブリ12
0をシールするためにケースカバー230をケース22
0に溶接する。
バー絶縁体245は、ケースカバー230の下側に装着
するようになっており、貫通接続体232と貫通接続ピ
ン233を通すための孔246と、封口236に対応す
る切り欠き部分247を有する。カバー絶縁体245を
ケースカバー230の裏面へ取り付け、それから貫通接
続絶縁体250を貫通接続ピン233と貫通接続体23
2の上にスライドさせて被せ、カバー絶縁体245と接
触させる。貫通接続絶縁体250を位置決めしたなら
ば、管状の絶縁体255を貫通接続体232のガラスに
接触するまで貫通接続ピン233の上にスライドさせて
被せる。それから図17に示すように、貫通接続ピン2
33を所望の形状に曲げて正極コネクタータブ70、7
2と接続させる。
伸びるスリット241を有する。また、ピン絶縁体24
0は、突部244か凹みへの導入用の孔242を有し、
これによって貫通接続ピン233とそれに被せる管状の
絶縁体255を受け入れ、貫通接続ピンが正極コネクタ
ータブ70、72に溶接される部位でケースカバー23
0から貫通接続ピン233を絶縁する。貫通接続ピン2
33を正極タブ70、72に溶接したあと、スリット2
41によりピン絶縁体240を貫通接続ピン上へ位置さ
せることが可能になる。それゆえに管状の絶縁体255
は、孔242を通して突出し、それによって負極電位差
の要素から正極コネクタータブ70、72と貫通接続ピ
ン233の絶縁が破れることを防いでいる。コイル絶縁
体202aは、負極コネクタータブ22に対応する窪み
202と、負極コネクタータブ20及び正極コネクター
タブ70に対応するスリット204、206を備えてい
る。窪み208aは、正極コネクタータブ72に対応す
る図16に示すスリット208の位置に設けてある。
ナー210に挿入する。すべてのケース絶縁要素、即ち
カバー絶縁体245、貫通接続絶縁体250、管状の絶
縁体255、ピン絶縁体240、コイル絶縁体202a
及びケースライナー210は、高分子量ポリマー、好ま
しくはPTFEやPCTFE等のポリオレフィンポリマ
ーかフルオロポリマーをモールド成形あるいは射出成形
することによって形成する。この絶縁体構造により、正
極接続は、電池の負極電位部分から完全に絶縁され、貫
通接続体は、放電の間に形成される正極材とリチウム粒
子からの漂遊粒子から完全に絶縁される。この絶縁構造
は、絶縁構成要素の間の嵌合性を改良することによって
改善でき、負極と正極要素のより良い絶縁が可能にな
る。例えば、ピン絶縁体240の孔242と管状の絶縁
体255がぴったりと嵌まるサイズとするか、あるいは
貫通接続ピン233を対応する絶縁体部分にパチンと締
めて装着するようにして、孔242を通して電池材が漂
遊しないようにすることができる。このタイプの他の構
造を図20で示す。
少させることができるスナップ装着絶縁システム260
を示す。スナップ装着絶縁システム260は、主に上部
要素265と下部要素270という2つの要素からな
る。両構成要素265、270は、絶縁プラスチック材
を射出成形してなるものである。これらの構成要素26
5、270は、図19に示す構成要素202a、24
0、245に代えて用いることができる。
タブに対応する開口272a、272bと、負極コネク
タータブに対応する窪み274を有し、また電解質をケ
ース内に入れやすくするポート236をも備えている。
また下部要素270は、上部要素265としっかりとス
ナップ装着するためのフック276a、276bも備え
ている。上部要素265と部要素270とを安全にスナ
ップ止めするための他の構造を使用することももちろん
可能で、成形プラスチックに関して周知の種々の構造を
採用できる。また、フック276a、276bの1つを
成形ヒンジとして上部要素と下部要素を一体に連結した
構造で形成することもできる。上部要素265は、貫通
接続ピン233に対応する第1の開口267と、封口2
36と一線上に並ぶ第2の開口268を備え、封口23
6から電解質をケース内へ注入できるようになってい
る。
し、上部要素と下部要素を連結したときに、図示の実施
例で1つの負極タブだけがケースと負極を接続するため
に使用されるのであれば、正極接続と貫通接続ピン23
3を封口236と負極接続から分離し、また、正極接続
と貫通接続ピン233を他の電池構成要素から絶縁す
る。
とによって、貫通接続ピン233とその正極タブへの接
続部分を収容する分離した区画が形成される。ケースが
正あるいは中性の実施例も上記実施例と同様に容易に構
成できる。ケースを正とする場合は、正極コネクタータ
ブ70、72をケース220に溶接し、負極コネクター
タブ20、22を貫通接続ピン233に溶接する。ケー
スを中性とする場合は、負極コネクタータブ20、22
に接続する追加の貫通接続体を設ける。正極と負極材の
相対的位置を交換することによって他の実施例も容易に
構成できる。これは電極アセンブリ構造を入れ替えるの
で、正極アセンブリが集電器の部分のある負極アセンブ
リより長くなり、巻回体の外層を構成するために一面側
に正極材だけを有し、巻き回しは、心材を越えて正極ア
センブリを曲げることによって始まる。しかしながら、
上記実施例が放電率と容積効率から好ましい。
236を通して導入し、その後、封口236は密封す
る。電解質溶液は、プロピレンカーボネートとジメトキ
シエタンの50/50の混合物中で、リチウム塩(すな
わち、1.0モルのLiClO4 かLiAsF6 )のよ
うな有機溶材にアルカリ金属塩を加えたものが適する。
シーリング処理は図示せぬが、例えば、まず封口236
の開口にプラグを押し込み、封口236の上にキャップ
かディスクを溶接する。ハーメチックシールのリークを
チェックする材料を、第1と第2のシールの間に設けて
もよい。
法及び電気化学的電池は以上説明してきたようなものな
ので、角柱状のケース中での使用に適し、かつ高放電率
で、放電の間の正極と負極材の一様な利用が可能で、さ
らに部品点数と溶着数が少なく皮下埋設する心臓の細動
除去器での使用に適するものとなるという効果がある。
る。
図1の負極の電極タブの詳細図(B)である。
部分破断側面図である。
側面図である。
セパレータの部分破断側面図である。
横断断面図である。
ブリ及び負極アセンブリの平面図である。
ブリの終端部分の平面図で、正極と心材周りの負極の屈
曲方向を示している。
ブリの終端部分の平面図で、負極屈曲においての補助的
セパレータ材の使用を示している。
心材、正極アセンブリ及び負極アセンブリの終端部分の
平面図である。
の斜視図である。
パレータ材を示していない。)の巻回体と取出す前の巻
回体中の心材の位置の平面図である。
を挿入する状態を示している分解斜視図である。
とケース頂部の付加を示す分解斜視図である。
成した電池の一部破断斜視図である。
る。
Claims (39)
- 【請求項1】 以下の要件からなる電気化学的電池用の
電極アセンブリ。 (a)アルカリ金属の細長いストリップと、該ストリッ
プの端部で上記アルカリ金属と電気的に接触するコネク
タータブを含む負極、(b)上記負極より短かく、かつ
端部にコネクタータブを有する集電器と活物質の密度を
一様として上記集電器に結合した正極材とからなる正極
アセンブリ、(C)負極と正極アセンブリを、それらの
間にセパレータ材を組み合わせ、最奥部分で正極アセン
ブリの終端の上に折り畳まれた負極部分が正極アセンブ
リの両側面に接触し、上記折り畳まれた部分が平坦な側
面の長さを決定し、最も外側の部分で負極が正極アセン
ブリの周りを囲んでなる2つのほぼ平坦な側面を有する
細長い単向性の巻回体。 - 【請求項2】 負極電流コレクターを含む請求項1の電
極アセンブリ。 - 【請求項3】 負極集電器が、一様な肉厚を有するアル
カリ金属の全長に渡って第1の側面に付着し、一様な肉
厚を有するアルカリ金属の全長に渡って第2の側面に付
着する請求項2の電極アセンブリ。 - 【請求項4】 負極集電器材を、ニッケル、銅あるいは
これらの合金製とした請求項2の電極アセンブリ。 - 【請求項5】 正極集電器材がチタンである請求項1の
電極アセンブリ。 - 【請求項6】 正極材が、固体の活物質、バインダー材
及び導電性増強材からなる請求項1の電極アセンブリ。 - 【請求項7】 固体の活物質が酸化バナジウム銀である
請求項6の電極アセンブリ。 - 【請求項8】 バインダー材がPTFEである請求項6
の電極アセンブリ。 - 【請求項9】 導電性増強材が導電性の炭素である請求
項6の電極アセンブリ。 - 【請求項10】 セパレータ材が負極を覆い、負極の周
りに中空部を形成するように密閉され、該中空部に負極
のコネクタータブが突出する孔を臨ませた請求項1の電
極アセンブリ。 - 【請求項11】 正極が、第1のコネクタータブから一
定の間隔をとって配置した第2のコネクタータブを含む
請求項1の電極アセンブリ。 - 【請求項12】 負極コネクタータブが、巻回体中で正
極コネクタータブから一定の間隔をとって配置される請
求項11の電極アセンブリ。 - 【請求項13】 セパレータ材が正極集電器と正極材を
覆い、正極アセンブリの周りに中空部を形成するように
密閉され、該中空部に正極集電器のコネクタータブが突
出する孔を臨ませた請求項1の電極アセンブリ。 - 【請求項14】 セパレータ材が正極を覆い、正極の周
りに中空部を形成するように密閉され、セパレータ材が
負極をも覆い、負極の周りに中空部を形成するように密
閉され、該正極と負極の中空部が、巻回体中で負極と正
極アセンブリの間のセパレータの肉厚の半分である請求
項1の電極アセンブリ。 - 【請求項15】 セパレータ材が微孔性ポリオレフィン
である請求項1の電極アセンブリ。 - 【請求項16】 細長いアルカリ金属のストリップと該
ストリップに押しつけたセパレータ材とからなる負極
と、正極集電器と活物質の密度を一様として上記集電器
に結合した正極材とからなる正極アセンブリとを細長い
単向性の巻回体として結合してなる電気化学的電池用の
電極アセンブリ。 - 【請求項17】 負極集電器が、一様な肉厚を有するア
ルカリ金属の全長に渡って第1の側面に付着し、一様な
肉厚を有するアルカリ金属の全長に渡って第2の側面に
付着する請求項16の電極アセンブリ。 - 【請求項18】 負極集電器材を、ニッケルあるいはこ
れらの合金とした請求項17の電極アセンブリ。 - 【請求項19】 正極集電器材がチタンである請求項1
6の電極アセンブリ。 - 【請求項20】 正極材が、固体の活物質、バインダー
材及び導電性増強材からなる請求項16の電極アセンブ
リ。 - 【請求項21】 固体の活物質がAg2 V4 O11である
請求項20の電極アセンブリ。 - 【請求項22】 バインダー材がPTFEである請求項
20の電極アセンブリ。 - 【請求項23】 導電性増強材が導電性の炭素あるいは
黒鉛である請求項20の電極アセンブリ。 - 【請求項24】 セパレータ材が、負極を覆って負極の
周りに中空部を形成するように密閉され、かつアルカリ
金属に押しつけられる請求項17の電極アセンブリ。 - 【請求項25】 セパレータ材が、正極集電器と正極材
を覆って正極アセンブリの周りに中空部を形成するよう
に密閉され、該正極と負極の中空部が、巻回体中で負極
と正極アセンブリの間のセパレータの肉厚の半分である
請求項16の電極アセンブリ。 - 【請求項26】 セパレータ材が微孔性ポリオレフィン
である請求項16の電極アセンブリ。 - 【請求項27】 以下のステップからなる電気化学的電
池用の電極アセンブリの製造方法。 (a)細長い金属ストリップからなる負極を与え、
(b)負極に多孔性のセパレータ材を押しつけ、(c)
一様な密度で付着させた正極活物質材を有する第2の金
属ストリップからなる正極アセンブリを与え、(d)負
極と正極アセンブリを一緒に巻く。 - 【請求項28】 負極と正極アセンブリを一緒に巻くス
テップが以下のステップからなる請求項に27の電気化
学的電池用の電極アセンブリの製造方法。 (a)正極アセンブリの1つの側面に対して平らな心材
を配し、該心材の第1の終端を正極アセンブリの終端と
整列させ、(b)心材の反対の正極の側面側に正極アセ
ンブリに対向させて負極を配し、該負極の第1の終端
を、ほぼ心材の長さと同じだけ正極アセンブリの終端を
越えて突出させ、(c)正極アセンブリの終端と心材の
終端を越えて負極を曲げ、負極を、正極アセンブリに対
向する心材の側面の反対側の心材の側面で心材に対向さ
せ、(d)負極と正極アセンブリを、心材の第2の終端
で心材の周りに負極に沿うまで曲げ、(e)負極と正極
アセンブリを心材の周囲に同一方向で負極アセンブリの
第2の終端が巻回体を完成させるまで巻き付け続け、
(f)完成させた巻回体から心材を取り除く。 - 【請求項29】 負極と正極アセンブリの間でセパレー
タ材を巻き、正極アセンブリの周りにセパレータ材を設
けるステップを含む請求項28の電気化学的電池用の電
極アセンブリの製造方法。 - 【請求項30】 以下の要件からなる電気化学的電池。 (a)ケース、(b)ケースの孔を通して伸び、シール
と該シールを通して伸びるピンを有する貫通接続体、
(c)正極アセンブリの端部で一定の間隔をとって配置
される少なくとも2つのコネクタータブを有する正極ア
センブリ、(d)負極と正極が、巻回体の第1の側面で
整列し貫通接続ピンに連結する正極コネクタータブと、
巻回体の第2の側面で整列する負極コネクタータブ共に
巻かれ、端部に少なくとも1つのコネクタータブを有す
る負極アセンブリ、(e)巻回体からコネクタータブを
絶縁する第1の非導電性隔壁、(f)貫通接続体と貫通
接続ピンをケースと負極コネクタータブから絶縁する第
2の非導電性隔壁、(g)貫通接続ピンと正極コネクタ
ータブの間の接続を負極コネクタータブ及びケースから
絶縁する第3の非導電性隔壁。 - 【請求項31】 第1の非導電性の隔壁がコネクタータ
ブが突出する孔を含む請求項30の電気化学的電池。 - 【請求項32】 上記孔が、巻回体上のコネクタータブ
の位置を変えることが可能なスリットである請求項31
の電気化学的電池。 - 【請求項33】 貫通接続体を溶接によって正極コネク
タータブに接続した請求項32の電気化学的電池。 - 【請求項34】 第2の非導電性の隔壁が開口を有し、
該開口を通して貫通接続ピンが伸びて第3の非導電性の
隔壁とともに正極コネクタータブと貫通接続ピンの絶縁
の不連続を防ぐ請求項30の電気化学的電池。 - 【請求項35】 第3非導電性の隔壁が、正極コネクタ
ータブと貫通接続ピンの間の接続に対応する凹んだ部分
を有する請求項30の電気化学的電池。 - 【請求項36】 第3非導電性の隔壁が、第1の非導電
性の隔壁と共に第1の非導電性の隔壁の凹んだ部分と側
面によって画定されるチャンバーを形成する請求項35
の電気化学的電池。 - 【請求項37】 第1〜第3の非導電性の隔壁が自己支
持高分子物質材製である請求項30の電気化学的電池。 - 【請求項38】 上記高分子物質が、ポリオレフィンま
たはフルオロポリマーである請求項37の電気化学的電
池。 - 【請求項39】 巻回体と正極コネクタータブをケース
から絶縁するために、上記第1の非導電性の隔壁を備え
た絶縁ケースライナーを有する請求項30の電気化学的
電池。
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