JP4485527B2 - 改善したパワー特性を有するバッテリセル及びその製造方法 - Google Patents
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Description
実施例1は、図5A〜5Dに示すように、”埋め込み型コルゲート形折り曲げ”構造の例である。この実施例では、多孔質固体の電気鋳造用亜鉛は、アノードとして利用される。全ての例について一般化した図8〜11を参照して、電鋳用亜鉛が、約1.5インチ幅 x1.625インチ高さのアノードサブアセンブリ51として利用されている。電鋳用亜鉛アノードサブアセンブリ51が、銀または銅の薄い金属基体64に、付属絶縁されたリード62と共に酸化亜鉛/バインダ・スラリー63を貼付し、アルカリ性バス部に電気鋳造することにより形成した。アノードサブアセンブリ51は、アノードアセンブリ55を形成するために、洗浄し、乾燥させ、シマット(Scimat)式700/70のセパレータ52のポーチ部で熱密封した。用いられているアノードは、乾燥状態で約4.7gであり、基体及びリード線を含む乾燥時長さ0.045インチであった。乾燥アノードアセンブリ55は、略コルゲート形の”W”形53に折り曲げられる前に、少なくとも1時間9 N KOHに浸透させた。穴あき金属基体54上にコーティングされた2つの平面型MnO2カソードと、9 N KOHの上部で浸透されたKC16アブソーバとは、アノードの各側面上にあり、”W’s” 56を組み合わせて倣うように、折り曲げられるようにプレスされた。それにより、電極アセンブリは、コルゲート形のスタック57の形状で形成される。コルゲート形のスタック57は、セルハウジング又は缶59内に、挿入する前に0.500インチから0.515インチの穴径での圧縮ダイス内に筒形形状部58にプレスされ、成形される。電極スタック57の厚さは、缶59への挿入のときに、有孔性と電解質の損失を抑制するために、形成後に缶を満たす際に、それほど薄くなく、又は、それほど厚くならないように調整された。缶59への挿入後、密閉用ビーズ60は、缶59の上部に形成される。アノード・リード62は、リッド63に付設され、缶は、完全なセル64を形成して密封された。
実施例2は、図5A〜5Dに示すように、”埋め込み型コルゲート形折り曲げ”構造の例であり、特に、アノードサブアセンブリを形成するためにペースト状亜鉛を利用している。このアノードは、アノードシートを形成するために押出成形又はペースト処理を用いて、亜鉛パウダから製造される。アノードサブアセンブリは、パウダ状金属亜鉛又は亜鉛合金と、クラトン(Kraton)バインダとシェルソン(Shellsol)溶媒と共に酸化亜鉛との混合によって形成した。混合物は、付設リードを有する厚さ0.002インチの穴あき銅箔基体にペーストされ、溶媒の気化を可能とした。 次に、サブアセンブリは、アノードアセンブリを形成するためにSM700/70セパレータで包み込まれた。乾燥アノードアセンブリは、ゆるい形状の”W”形に折り曲げられる前に、少なくとも1時間、9 N KOHに浸透された。穴あき金属基体上にコーティングされた2つの平面型MnO2カソードと、9 N KOHの上部で浸透されたKC16アブソーバとは、アノードの各側面上にあり、組み合わせ”W’s” 形状に倣うように折り曲げるため、プレスされた。コルゲート形スタックは、ハウジング又は缶への挿入の前に、0.500インチ〜0.515インチの直径穴を有する圧縮ダイスの筒形形状にプレスされ、成形された。電極スタックの厚さは、缶への挿入のときに、有孔性と電解質の損失を抑制するために、形成後に缶を満たす際に、それほど薄くなく、又は、それほど厚くならないように調整された。缶への挿入後、密閉用ビーズは、缶の上部に形成される。アノード・リードは、リッドに付設され、缶は、完全なセルを形成して密封された。
実施例3は、図5A〜5Dに示すように、”埋め込み型コルゲート形折り曲げ”構造の例であり、アノードサブアセンブリを形成するために亜鉛ゲルを利用している。亜鉛ゲルは、パウダ状金属亜鉛又は亜鉛合金と、カルボキメチル(carboxymethyl)・セルロース、ポリアクリル酸、スターチ、及びそれらの派生物などの好適なゲル化剤に伴う酸化亜鉛とを含有させた。付設リードを有するアノード電流コレクタは、シマット(Scimat)式 SM 700/79のセパレータ外に設けられたポーチ部に置かれ、7gのゲルが、そのポーチ部に加えられ、ポーチ部は、アノードアセンブリを形成するために底部で熱密封した。穴あき金属基体上にコーティングされた2つの平面型MnO2カソードと、9 N KOHの上部で浸透されたKC16アブソーバとは、アノードの各側面上にあり、組み合わせ”W’s” 形状に倣うように折り曲げるため、プレスされた。コルゲート形スタックは、ハウジング又は缶への挿入の前に、0.500インチ〜0.515インチの直径穴を有する圧縮ダイスの筒形形状にプレスされ、成形された。電極スタックの厚さは、缶への挿入のときに、有孔性と電解質の損失を抑制するために、形成後に缶を満たす際に、それほど薄くなく、又は、それほど厚くならないように調整された。缶への挿入後、密閉用ビーズは、缶の上部に形成される。アノード・リードは、リッドに付設され、缶は、完全なセルを形成して密封された。
実施例4は、図5A〜5Dに示すように、”埋め込み型コルゲート形折り曲げ”構造の例であり、アノードサブアセンブリを形成するために亜鉛ファイバを加えた亜鉛ゲルを利用している。亜鉛ゲルは、パウダ状金属亜鉛又は亜鉛合金と、5%のアルトリスタ(Alltrista)1/8インチ亜鉛ファイバ、ポリアクリル酸(polyacrylic acid)、カルボキメチル(carboxymethyl)・セルロース、ポリアクリル酸、スターチ、及びそれらの派生物などの好適なゲル化剤に伴う酸化亜鉛とを含有させた。付設リードを有するアノード電流コレクタは、シマット(Scimat)式 SM 700/79のセパレータ外に設けられたポーチ部に置かれ、7gのゲル/ファイバが、そのポーチ部に加えられ、ポーチ部は、アノードアセンブリを形成するために底部で熱密封した。穴あき金属基体上にコーティングされた2つの平面型MnO2カソードと、9 N KOHの上部で浸透されたKC16アブソーバとは、アノードの各側面上にあり、組み合わせ”W’s” 形状に倣うように折り曲げるため、プレスされた。コルゲート形スタックは、ハウジング又は缶への挿入の前に、0.500インチ〜0.515インチの直径穴を有する圧縮ダイスの筒形形状にプレスされ、成形された。電極スタックの厚さは、缶への挿入のときに、有孔性と電解質の損失を抑制するために、形成後に缶を満たす際に、それほど薄くなく、又は、それほど厚くならないように調整された。缶への挿入後、密閉用ビーズは、缶の上部に形成される。アノード・リードは、リッドに付設され、缶は、完全なセルを形成して密封された。
上述に基づいて、本発明の本質によれば、如何なる種類のセル構造にも実現できることは当業者に明らかであり、プリズム形又は自由な形式のセル構造を含む。しかしながら、更なる例示目的のために、様々なプリズム形構造の実施例を詳説する。
本発明の電極アセンブリを利用するテスト・セルを製造し、テストした。亜鉛ゲルは、パウダ状金属亜鉛又は亜鉛合金と、カルボキメチル(carboxymethyl)・セルロース、ポリアクリル酸、スターチ、及びそれらの派生物などの好適なゲル化剤に伴う酸化亜鉛とを含有させた。スズ被膜スチール基体を有するシマット(Scimat)式SM700/79型セパレータ外に設けられた約28mm x 62mmのセパレータのポーチ部は、アノードアセンブリを形成するために、65%亜鉛パウダ、34.5%のKOH、0.5%のカルボポールを含む亜鉛ゲル構造の約5gで満たされる。60mm x62mmのエキスパンデッドメタル基体にコーティングされた平面状MnO2カソードは、図17A及び17Bに示した折り曲げ構造(アノード160、カソード162、ハウジング又はケース164)を用いることで、アノード周囲を包み込ませた。カソードアセンブリの重量は11.11gであった。それぞれの基体に溶接されたアノード及びカソード・リードは、ケースの対抗端から引き出された。500mAの定電流で0.8ボルトまで放出されると、このセルは1.22Ahの容量をもたらした。
本発明の電極アセンブリを利用する第2のテスト・セルを製造し、テストした。亜鉛ゲルは、パウダ状金属亜鉛又は亜鉛合金と、カルボキメチル(carboxymethyl)・セルロース、ポリアクリル酸、スターチ、及びそれらの派生物などの好適なゲル化剤に伴う酸化亜鉛とを含有させた。スズ被膜スチール基体を有するシマット(Scimat)式SM700/79型セパレータ外に設けられた約28mm x 62mmのセパレータのポーチ部は、アノードアセンブリを形成するために、65%亜鉛パウダ、34.5%のKOH、0.5%のカルボポールを含む亜鉛ゲル構造の約5gで満たされる。60mm x 62mmのエキスパンデッドメタル基体にコーティングされた平面状MnO2カソードは、図17A及び17Bに示した折り曲げ構造を用いることで、アノード周囲を包み込ませた。カソードアセンブリの重量は10.82gであった。それぞれの基体に溶接されたアノード及びカソード・リードは、ケースの対抗端から引き出された。500mAの定電流で0.8ボルトまで放出されると、このセルは1.25Ahの容量をもたらした。
本発明の電極アセンブリを利用する第3のテスト・セルを製造し、テストした。亜鉛ゲルは、パウダ状金属亜鉛又は亜鉛合金と、カルボキメチル(carboxymethyl)・セルロース、ポリアクリル酸、スターチ、及びそれらの派生物などの好適なゲル化剤に伴う酸化亜鉛とを含有させた。スズ被膜スチール基体を有するシマット(Scimat)式SM700/79型セパレータ外に設けられた約28mm x 62mmのセパレータのポーチ部は、アノードアセンブリを形成するために、65%亜鉛パウダ、34.5%のKOH、0.5%のカルボポールを含む亜鉛ゲル構造の約4.5gで満たされる。60mm x 62mmのエキスパンデッドメタル基体にコーティングされた平面状MnO2カソードは、図17A及び17Bに示した折り曲げ構造を用いることで、アノード周囲を包み込ませた。カソードアセンブリの重量は10.14gであった。それぞれの基体に溶接されたアノード及びカソード・リードは、ケースの対抗端から引き出された。500mAの定電流で0.8ボルトまで放出されると、このセルは1.33Ahの容量をもたらした。
本発明の電極アセンブリを利用する第4のテスト・セルを製造し、テストした。亜鉛ゲルは、パウダ状金属亜鉛又は亜鉛合金と、カルボキメチル(carboxymethyl)・セルロース、ポリアクリル酸、スターチ、及びそれらの派生物などの好適なゲル化剤に伴う酸化亜鉛とを含有させた。スズ被膜スチール基体を有するシマット(Scimat)式SM700/79型セパレータ外に設けられた約28mm x 62mmのセパレータのポーチ部は、アノードアセンブリを形成するために、65%亜鉛パウダ、34.5%のKOH、0.5%のカルボポールを含む亜鉛ゲル構造の約4.5gで満たされる。60mm x 62mmのエキスパンデッドメタル基体にコーティングされた平面状MnO2カソードは、図17A及び17Bに示した折り曲げ構造を用いることで、アノード周囲を包み込ませた。カソードアセンブリの重量は11.57gであった。それぞれの基体に溶接されたアノード及びカソード・リードは、ケースの対抗端から引き出された。500mAの定電流で0.8ボルトまで放出されると、このセルは1.37Ahの容量をもたらした。
上記の説明から、当業者に明らかなように、本発明の本質によれば、製造及びアセンブリの多くの異なる方法によって、多くの異なる実施例に適用できる。本発明の広い範囲及び本質を更に例示するために、これら他の方法へと繋がるセルの実施例及びその製造方法につい説明する。
Claims (3)
- 電気化学系のバッテリセルを製造する方法であって、
内部領域を有するバッテリセルのセルハウジングと、第1の端子と、第2の端子とを生成するステップと、
略平坦な構造を有し、セパレータによって内包された、ゲル化剤及び電流コレクタからなる内側電極を生成するステップと、
折り曲げ構造へと前記内側電極を折り曲げるステップと、
外側電極を生成するステップと、
電極アセンブリの外部領域が前記セルハウジングの内部領域によって規定される形状にほぼ倣うように前記電極アセンブリを生成するために、前記内側電極の部分と共に前記外側電極を成形するステップと、
前記電極アセンブリの前記外側電極が、前記セルハウジングの前記第1の端子との電気的伝達部となり、前記電極アセンブリの前記内側電極が、前記セルハウジングの前記第2の端子との電気的伝達部となるように、前記セルハウジングの前記内部領域内に前記電極アセンブリを設けるステップとを含む方法。 - 電気化学系のバッテリセルを製造する方法であって、
内部領域を有するバッテリセルのセルハウジングと、第1の端子と、第2の端子とを生成するステップと、
外側電極の第1の部分を生成するステップと、
略平坦な構造へと前記外側電極の前記第1の部分を形成するステップと、
略平坦な構造を有し、セパレータによって内包された内側電極を生成するステップと、
前記外側電極の前記第1の部分に前記内側電極を設けるステップと、
前記内側電極に外側電極の第2の部分を設けるステップと、
電極スタックを生成するために、略平坦な構造へと前記外側電極の第2の部分を形成するステップと、
電極アセンブリの外部領域が前記セルハウジングの内部領域によって規定される形状にほぼ倣うように前記電極スタックを形成することにより前記電極アセンブリを生成するステップと、
前記電極アセンブリの前記外側電極が、前記セルハウジングの前記第1の端子との電気的伝達部となり、前記電極アセンブリの前記内側電極が、前記セルハウジングの前記第2の端子との電気的伝達部となるように、前記セルハウジングの前記内部領域内に前記電極アセンブリを設けるステップとを含む方法。 - 電気化学系のバッテリセルを製造する方法であって、
内部領域を有するバッテリセルのセルハウジングと、第1の端子と、第2の端子とを生成するステップと、
第1の外側電極部分を生成するステップと、
前記第1の外側電極部分の内部領域を規定して、前記セルハウジングの前記内部領域内に大まかに設けられるように、前記第1の外側電極部分を形成するステップと、
略平坦な構造を有し、セパレータによって内包された、ゲル化剤及び電流コレクタからなる内側電極を生成するステップと、
折り曲げ構造へと前記内側電極を折り曲げるステップと、
前記第1の外側電極部分の前記内部領域内に、前記折り曲げられた内側電極を挿入するステップと、
前記第1の外側電極部分の前記内部領域内に第2の外側電極部分を設けるステップとを含む方法。
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