用于非水电化学电池的抗蒸气透过性密封元件的制作方法

专利名称：用于非水电化学电池的抗蒸气透过性密封元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有热塑性体的改进的密封元件，该元件用 于含有非水有机溶剂电解质的电化学电池。特别地，该密封元件优选是
下列的一种或多种(a)位于电池容器壁和电池盖片之间的密封，和(b) 通气(vent)组件的密封，更特别地是球形通气组件的密封。该密封元 件具有复合结构，该结构包括至少布置在一部分热塑性体上的一个或多 个蒸气透过隔离层。
背景技术：
包括非水电解质的电化学电池是基本上无水的。在制造电池 之前，将该电池的电极材料和电解质进行仔细的制造、干燥和存储，以 将这些部件中的水量保持在典型的不大于几十或者几百ppm。在其中电 池内部部件被曝露于空气的制造方法通常是在干燥箱或者干燥室中进
行的。这些措施是必需的，这归因于该电池的一种或多种成分与水的高 反应性。有机溶剂或者溶液经常被用作非水电池中的电解质。包含这样 的有机溶剂的非水电池的例子包括锂和锂离子电池，虽然其他类型的非 水电池(含有其他与水高反应性的材料)也是已知的。作为电子装置电源的含有非水电池的电池组(battery)变得 日益流行。虽然它们通常比普通的水性电池(aqueous cell)更昂贵，但 是由于所使用材料的性质，非水电池可以具有许多的优势。这些优势包 括高能量密度，在低温的高性能，轻重量和在宽的温度范围内的优异的 存储寿命。许多非水电池还具有高电极界面表面积设计，这使得它们特 别好的适于高功率(包括高电流和低电阻)放电，以及适于电子装置所需 的功率朝着越来越高功率方向的普遍趋势。对于一些类型的装置而言， 在高功率放电方面的高性能是特别重要的，这些装置包括照相闪光装置200880022819.0
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(闪光装置(flash unit)和具有内部闪光能力的照相机)，数字照片摄像 机，摄影机，个人数字助手装置和便携式计算机。非水电池中所用的包含有机溶剂或者溶液的电解质在一些实 施方案中具有相对低的沸点，并且因此在通常的运行和/或存储温度，在 电池内部具有相对高的蒸气压。所以，电池需要被正确地密封，来抵抗 来自电池内部的液体电解质泄漏以及^l氐抗电解质蒸气或者气体透过到 电池外的位置上。广泛的多种电池设计已经用于非水电池。设计类型部分地取 决于电池的尺寸，电池中所用的电极和电解质材料的类型以及由该电池 提供能量的装置所需的功率。因为阴极/电解质材料是这样反应性的，因 此大的液体阴极锂电池(例如锂-二氧化疏(Li/S02)和锂-亚硫酰二氯 (Li/S0Cl2))的设计经常具有外壳，在该外壳中将金属部件进行密封焊接， 并且使用玻璃密封剂来密封金属部件(其必须是电绝缘的)和密封该外壳 中小的孔隙。这些类型的外壳倾向于是昂贵的，这归因于所需的材料和 制造方法以及装置。其他手段也可以用于密封电池。因为相对低的成本和易于制 造，因此令人期望的是可以在刚性的外壳部件之间使用热塑性密封元 件。例如，热塑性垫圈或者垫环可以压缩到电池容器(例如不锈钢罐)的 内顶缘与电池盖片靠近该罐的开口端的外周之间，形成密封来将电解质 保持在电池外壳中和将水阻挡在外面。热塑性密封元件也可以用来密封电池外壳中的孔隙。例如， 该热塑性密封元件可以处于塞子的形式，该塞子用于密封电池盖片中的 小洞。在盖片与罐组装之后，可以将电解质分配到电池中。在另外一个 例子中，该塞子可以是刚性材料，例如玻璃或者金属球，并且衬套形式 的热塑性密封元件处于孔隙的内表面与该球之间。在这些例子中，该热 塑性塞子或者^求和衬套也可以充当电池的卸压通气口 。圆柱形锂电池设计已经用于Li/FeS2和其他锂电池类型，其包 括两个热塑性密封元件 一 用于密封所述罐的开口端中的盖片的垫圏和 用于密封电池盖片中的孔隙的衬套。两个热塑性密封元件提供了 一种压 缩性密封。因为该罐和盖片是电连接到电池的相反电极上的，因此该垫 圈还提供了必需的电绝缘。衬套和通气球包含了用于电池的卸压通气 口。当内部电池压力超过预定的异常高的程度时，该通气球或者该球和衬套被压出到盖片外面，留下了贯穿其的开口来释放压力。用垫圏和卸 压通气口二者密封的电池公开在下面的文献中，所述垫圏处于罐与盖片 之间，所述卸压通气口包含布置在电池盖片的孔隙中的衬套和通气塞
子US专利No.4329405(
公开日1982年5月11日)，US专利 No.4437231(
公开日1984年3月20日)，US专利No.4529673(
公开日1985 年7月16日)，US专利No.4592970(
公开日1986年6月3日)，US专利 No.4927720(
公开日1990年5月22日)，US专利No.4931368(
公开日1990 年6月5日)和US专利No.5015542(
公开日1991年5月14日)，其全部 的公开内容在此引入作为参考。热塑性密封元件也用于其他类型的电池中，包括含水电解质 电池例如普通消费类型的含水锌-二氧化锰(Zn/Mn02)，镍-镉(Ni/Cd)和镍 -金属氢化物(NiMH)电池。对于任何的电池类型而言，密封元件的材料和设计必须是这 样的，即，将合适的密封保持一个可接受的时间期间，并且是处于这样 的温度条件，该条件被认为是电池在运输、储存和使用过程中所经历的 条件。良好的密封元件共有特征包括材料在电池内部和外部环境中的稳 定性、对于密封到电池内部或者外部的液体和气体的不渗透性、和在每 个密封界面上的形成和保持完整的密封路径(即，没有空白或者间隙)。对于形成压缩性密封的热塑性密封元件来说，该密封元件必 须充分的压缩来实现良好的密封，并且充分的压缩必须保持期望的时 间。在压应力下的热塑性材料倾向于移动来卸除该应力。这^皮称作应力 松弛或者该材料的冷流。在更高的温度，热塑性材料倾向于发生更大的 应力松弛，由此降低了能够保持足够的压缩的时间。温度也以另外的方 式影响热塑性密封元件的压缩。通过对于环境温度的升高和降低的响 应，不同的材料将分别以不同的量发生膨胀和收缩。在带有热塑性密封 元件的电池中(该密封元件在更高刚性的部件(例如金属罐和金属盖片) 之间形成了压缩性密封)，通常期望的垫圈和被密封的刚性部件以近乎相 同的速率发生膨胀，目的是在最大可能的温度范围内保持足够的垫圈压 缩。适于非水电池密封元件的热塑性材料和密封设计比适于水性 电池密封元件的更为有限。该密封元件必须具有对水更高程度的不渗透 性，这是因为该电池中的活性材料与其是高反应性的，并且一些用于水
9性电池密封元件的普通材料是不适合的。非水电池密封元件还必须具有 对于电解质溶剂的低的蒸气透过率。因为热塑性材料的蒸气透过率通常 部分的取决于该溶剂的蒸气压，因此对于非水电池(它的电解质包含了醚 或者其他具有低沸点的有机溶剂或者化合物)而言，通常更难以达到低的 蒸气透过率。曝露于电池内部体积的密封元件的有效面积比例越高，该 电解质溶剂和水透过率越重要。聚丙烯通常被用作锂电池(例如Li/Mn02和Li/FeS2)的塾圏密 封元件的原料。与聚丙烯相比，已经用其他热塑性材料制造了垫圏，来 用于提高电池经受高温的能力的目的。US专利No.4282293公开了 一种用于^M"生电池的包含垫圈的 密封，该垫圏具有聚酰胺、环氧树脂、沥青或者固化的环氧-聚酰胺树脂 的涂层，并且取代的有机硅烷的膜被布置和压缩到该电池的盖片和该电 池的涂覆垫圏的界面之间，由此据报道在其之间提供了流体不透过性的 密封。再版(reissued)的US专利No.RE35746公开了一种用于薄 电池组的电池组包，其包括柔性基膜和沉积在该基膜上的无机材料例如 氮化硅，氮化铝或者氧化铝的柔性层，该基膜覆盖和包封着电池组，该 柔性层据报道用于封装和密封该电池组。该基膜是由柔性聚合物材料例 如聚酯形成的，其可以使用热活化粘合剂来结合到电池组上。在该基膜 结合到电池组之前或者之后，利用低温CVD沉积方法将无机材料层沉 积到该基膜上。US专利申请公开No.2005/0079404公开了 一种电化学电池组 电池，并且将容器中的孔隙或者具有孔隙的电池盖片用 一 种改进的热塑 性密封性元件进行密封，该密封性元件形成了至少 一部分电池卸压通气 口，并且该元件是由包含热塑性树脂的材料和大于10重量％的热稳定性 填料制成的，以提供有效的密封和在宽的温度范围中可靠的卸压通气 o 。US专利申请公开No.2005/0079413公开了 一种具有改进的热 塑性密封元件的电化学电池组电池。该密封元件是由包含聚邻苯二曱酰 胺或者沖击改性的聚苯硫醚的热塑性树脂制成。该密封元件据报道在宽 的温度范围内提供了有效的密封通气，并且具有低的电解质蒸气透过率。
日本公开No.58-087755据报道涉及通过磁场在绝缘垫圈、正 极罐与负极罐的整个接触表面上的密封作用，来防止电解质由于电毛细 管作用，穿过负极罐的表面上升移动到电池组的外表面上，并且没有使 用任何的永久磁铁环。用于实施例中的磁性流体是一种通过分散直径为 100-200埃的磁铁矿粒子而制备的胶体溶液，该磁铁矿粒子是通过使用 非离子表面活性剂，用在氟碳溶剂中的油酸包覆的；这里选择使用耐电 解质的溶剂。因为绝缘垫圈还充当了磁体，因此据报道磁性流体的薄层 由于它的磁力而强烈的附着到垫圈的表面上，这防止了任何的流体从该 电池组中流出。因此，据报道能够在正极帽和负极罐之间实现液体密封。日本公开No.60-182656涉及一种金属氧化物例如氧化铝或者 铬酸盐的绝缘膜，该绝缘膜通过蒸气沉积或者化学处理方法在表面上形 成，该表面将与阳极罐的垫圏相接触。将粒度为10-150埃的二氧化硅粒 子(硅溶胶)植入到该绝缘膜的100-300埃的缺陷或者微孔中。当通过化 学处理来形成铬酸盐膜时，将硅溶胶加入到铬酸盐处理溶液中，并且据 报道当铬酸盐沉积时，二氧化硅粒子被植入到铬酸盐膜中。例如，带有 绝缘膜的阳极罐经历了 150。C或者更高(400-600。C)的热处理。通过这种 热处理，二氧化硅粒子据报道变成了水不溶性的和耐碱性的。日本公开No.09-035694涉及一种层压体，其是通过堆叠大约 50p厚的改性聚乙烯膜、金属层压物膜和大约10pi厚的树脂层来制备的， 所迷金属层压物膜通过将大约40]Li厚的树脂层堆积在大约10p厚的金属 板的每个面上来获得。将电极组插入圓柱形罐体中，该罐体具有正方形 横截面的底部，灌注电解质，将密封板和垫圏安装到罐体的开口端，填 嵌(caulk)该开口端，该垫圈和密封板交叠在开口端和凸出条(projection strip)之间，密封该开口端来形成密封防漏件。排布该层压体来覆盖密封 填嵌件和密封板，将该层压体推压到热板上来熔融该膜，并且将该层压 体熔合到覆盖从罐体的开口端到密封板的部分上。日本公开No.2002-198019涉及一种小尺寸化的锂电池，其据 报道具有高的精确度，优异的气密性和良好的制造可用性，并且在安装 时没有垫圏的滑移，这是通过层压和整体模塑由合成聚合物树脂膜所制 成的垫圏与正电极金属壳来获得的。推荐了 一种生物可降解的合成聚合 物树脂膜，特别是聚乙烯醇膜作为合成聚合物树脂膜。通过使用这样的 膜，据报道消除了环境污染的危险，这归因于当作为用过的电池丢弃时，该膜被快速分解。热塑性密封元件，例如聚丙烯密封元件会具有高的溶剂蒸气
透过率。降低电解质蒸气或者气体穿过密封元件的透过率的问题通常在 更高的温度和具有相对低的沸点的更大挥发性的有机溶剂时更为重要。 所以，令人期望的是具有这样的电化学电池组电池，其具有提高的密封 特性，特别是其中降低了电解质穿过一个或多个密封元件的蒸气透过 性。

发明内容
由于上面的情况，本发明的 一个目标提供一种包含非水电解 质的改进的电化学电池组电池，其中该电池降低了盐化、泄漏和在电池 的内部和外部之间的蒸气透过性。本发明另一个目标是提供一种具有改进的密封元件的电化学 电池组电池，该密封元件包含热塑性体和在该塑性体上的 一个或多个涂 层或者层，其降低了该密封元件的蒸气透过率。本发明另 一个目标是提供一种经济的密封元件来用作电池容 器与电池盖片之间的密封和用于卸压通气组件中，其中该密封元件具有 降低的蒸气透过率。
的。已经发现用于包含非水电解质的电化学电池的密封元件的有效':可 以如下来提高向包含热塑性树脂的密封元件体上独立地提供在该体的
一个或多个部分上的一个或多个蒸气透过隔离涂层或者层，其中该涂层 或者层可以是例如一个或多个金属化层和绝缘无机材料层。该密封元件 与电池的其他部件例如电池容器和电池盖片 一起形成了令人期望的密 封，由此防止其之间的泄漏。甚至当该电池电解质包含大量的挥发性溶 剂时，该密封元件另外具有能够明显降低穿过该密封元件本身的低的蒸 气透过率和电解质蒸气透过性和/或水蒸气透过性。因此，在一方面，本发明涉及一种电化学电池，其包含金属 容器，该容器具有封闭的底端、侧壁和开口端；布置在该容器的开口端 中的电池盖片；布置在该容器中的螺旋缠绕的电极组件，所迷组件包含 涂覆在集电器上的正电极，基本上由锂或者锂合金组成的负电极，布置 在该正电极和负电极之间的隔板，和非水的挥发性电解质；和密封元件，该元件布置在容器的开口端中，并且与一部分容器和一部分电池盖片中 的一个或多个接触，来密封容器中的电极组件，所述密封元件具有第一 表面和第二表面，该第一表面曝露于容器中的电解质或者电解质蒸气， 该第二表面不直接曝露于该电解质，所述密封元件包含热塑性树脂体，
在至少一部分该热塑性树脂体上具有一层或多层的表面涂层用于降低 该密封元件的蒸气透过性，所述表面涂层包括金属化层或者无机电绝缘 材料，或者其组合。在本发明的另一方面，公开了一种电化学原电池，其包含圆 柱形金属容器，该容器具有封闭的底端、侧壁和开口端；布置在该容器 的开口端中的电池盖片；由该容器和该电池盖片所限定的反应腔，所述
反应腔具有布置在集电器上的正电极，包含锂的负电极，布置在该正电 极和负电极之间的隔板，和非水的有机电解质；和位于该容器和电池盖 片之间的包含热塑性树脂体的密封元件，所述密封元件在容器和电池盖 片之间提供了电绝缘，并且其具有(i)与反应腔相通的内表面，(ii)不与 反应腔相通的外表面，和(iii)金属化表面层，该表面层是电解质基本上 不能透过的，所述表面层涂覆在该内表面和外表面中至少一个的一部分 上。在本发明仍然的另一方面，公开了一种电化学电池，其包含 金属容器，该容器具有封闭的底端、侧壁和开口端；布置在该容器的开 口端中的电池盖片；正电极；包含锂的负电极；布置在正电极和负电极 之间的隔板；包含有机溶剂的非水电解质；和电绝缘密封元件，该元件 布置在所述容器和一部分电池盖片之间，并且其包含热塑性树脂体，所 述密封元件具有表面涂层，该表面涂层包含无机的非导电性材料。本领域技术人员通过参考下面的说明书、权利要求和附图， 将进一步明白和理解本发明这些和其他的特征、优势和目标。


通过阅读本发明详细的说明以及附图，本发明将更好理解， 并且其他的特征和优势将变得显而易见，其中
图1是一种圆柱形电化学电池的横截面正视图，该电池包括处于容 器和电池盖片之间的热塑性密封元件和处于一部分电池盖片和通气球 之间的第二热塑性密封元件，其中每个密封元件都具有无机表面涂层；图2是一部分圆柱形电化学电池的横截面侧面正视图，该电池包括 布置在电池容器和电池盖片之间的密封元件，并且在其热塑性体的 一部
分上具有金属化表面涂层；
图3是另外一种实施方案的一部分圆柱形电化学电池的横截面侧面 正4见图，该电池包括布置在电池容器和电池盖片之间的密封元件，并且 在其热塑性体的一部分上具有金属化表面涂层；
图4是另外一种实施方案的圆柱形电化学电池的横截面侧面正视 图，该电池包括布置在电池容器和电池盖片之间的密封元件，并且在其 热塑性体的一部分上具有金属化表面涂层；和
图5是一种实施方案的圆柱形电化学电池的横截面侧面正视图，该 电池包括密封元件，该密封元件是卸压通气组件的一个部件，其中该密 封元件的表面上具有金属化涂层来降低穿过该密封元件的蒸气透过性。
发明的详细描述本发明的密封元件特别地可以用于电化学电池中以提供在电 池容器与电池盖片或者端部组件之间的密封，其中该密封元件帮助防止 容器与电池盖片之间的短路，该电池盖片可以是不同的极性，并且其中 该密封元件被构造成具有相对低的蒸气透过率和使得电池的电解质泄 漏最小化。在另外的实施方案中，例如该密封元件是作为通气组件而形 成的。本发明特别地与含有非水电解质的电池相关。在一种优选的实施 方案中，该电池是一种非水的圓柱形Li/FeS2原电池，例如AA或者AAA 电池，即，根据IEC命名法分别是FR6和FR03,例如下文的结合附图 的描述。但是，本发明也可以适用于其他类型的电池，例如非圆柱形电 池，例如棱柱形电池，带有其他活性材料或者化学体系的电池，例如锂 离子，镍-金属氢化物，锂/二氧化锰，LiCFx等等的电池；具有其他电解 质溶剂例如水的电池；和具有通气口设计的电池，该通气口设计不包含 球型通气口。本发明同样可用于不同的其他圆柱形电池尺寸例如R6, R03等。现在参考附图，图1表示了一种FR6类型的圆柱形电化学电 池IO,其具有罐或者容器12,该容器具有封闭的底端14和开口的顶部 16,顶部16由具有电池盖片20的端部组件进行封闭，该电池盖片20 包含导电端22、内部密封板26和正温度系数(PTC)装置24,其基本上
14限制了在误用的(abusive)电条件下的电流的流动。垫圈密封元件30布置 在一部分电池盖片20(通常是外围部分)与容器12之间，并且当电池盖 片包括导电性部分例如导电端22的周边、PTC24或者内部密封板26时 (否则其将与容器12接触)，密封元件30包括了一个或多个非导电性的 部分来防止短路。容器12在靠近该容器12的顶端16处具有珠子或者 直径缩小的梯级18来支撑密封元件30和电池盖片20。将密封元件30压缩到容器12和电池盖片20之间来密封电极 组件50(该组件包含阳极或者负电极52、阴极或者正电极54、隔板56) 和电池10中的电解质。电极组件50可以是这样的类型，例如但不限于 折叠的条、对叠的板和螺旋缠绕的，并且优选的是如图l所示的螺旋缠 绕的或者果冻辊(jelly-roll)类型的电极组件。作为本领域已知的螺旋线缠 绕的电极通常是电极条，其通过沿着它们的长度或者宽度进行缠绕来合 并成一个组件，例如围绕着芯轴或者中轴进行缠绕。隔板56优选是一 种离子可透过的和不导电的薄的微多孔隔膜，其布置在正电极54和负 电极52相邻的表面之间以将电极彼此电绝缘。该隔板的部分还可以与 电池终端设备电接触的其他部件绝缘来防止内部短路。隔板的边缘经常 延伸超过至少一个电极的边缘来确保即使负电极和正电极不是理想的 彼此排成一行时，它们也不发生电接触。但是，令人期望的是使得隔板 延伸超过电极的量最小。正电极54包括优选为金属的集电器58,该集 电器从电极组件的顶端延伸，并且电连接到接点弹簧62。由任何合适的 绝缘材料所形成的绝缘元件60例如圆锥体可以布置在接点弹簧62和容 器侧壁之间来防止内部短^各。在一种实施方案中，负电极52优选通过 金属小片(未示出)电连接到容器12的内表面。容器12充当了负极触点 (negative contact terminal)。正电极54和容器12底部之间的接触能够 通过隔板56的向内折叠延伸和/或位于容器12底部的电绝缘盘64来防 止。密封板26典型地是金属或者另外一种导电材料，例如但不限于钢 例如镀镍钢和不锈钢。电池IO还包括卸压通气口。内部密封板26具有一个孔隙， 该孔隙包含向内突出的中心通气井28,并且在井28的底部具有通气孔 29。该孔隙是用通气球72和热塑性衬套或者(第二)密封元件70进行密 封的，密封元件70被压缩到通气井28的垂直壁与通气球72的外围之 间。当电池内部压力超过预定的程度时，通气球72或者该球72和密封元件70二者被压出到孔隙之外来释放来自电池10的加压气体。内部密 封板26,密封元件30,卸压通气组件和容器12相配合以将保持电极组 件50和容器12下部中的电解质。垫圏密封元件30包括密封体32和一个或多个层的密封涂层 34，该涂层与密封体32的一个或多个部分相接触。在例如图1所示的 圆柱形电池中，垫圏密封元件30是一种具有侧壁的环形元件，该侧壁 的外表面与容器12的侧壁相接触。如所示的，密封元件30的外侧壁直 径或者周线优选沿着它的大部分长度是基本上不变的，但是也可以变 化。在一种实施方案中，例如如图l所示，该密封元件的外侧壁直径优 选具有弯曲的或者圆形的上部，其转换成基本上水平的上表面，该上表 面符合波紋化的容器顶端期望的形状来促进容器与密封元件之间的密 封。内侧壁直径或者周线优选沿着它的长度变化，来帮助保护例如所示 的容器中的电池盖片20，但是如果期望，也可以是基本上不变的。垫圈 密封元件30的下端/人外侧壁向内延伸，形成壁架，并且具有末端，该 末端向上延伸产生了一个用于密封板26的环型座，并且优选具有与其 互补的形状，如所示的。垫圈密封元件30的下端也可以表达为具有"L" 类型的边缘。密封板26的外下端位于密封元件的外侧壁的内径与向上 延伸的下末端之间的壁架上。垫圈密封元件30的上端向内延伸，并且 优选覆盖导电端22的一部分外径或者周边和在电池压接之后，防止端 部22与容器12的顶端16之间的接触，例如如图1所示。在一种实施 方案中，当密封体32是聚丙烯和电池是FR6-类型电池时，将电池盖片 20的外径、垫圏密封元件30和容器12进行压接(crimped),以使得 垫圏被压缩到它初始厚度的大约30%,以提供良好的密封性。压缩该垫 圈来获得期望的密封性可以根据密封体聚合物的组成和其中任何另外 的添加剂，以及电池或者容器的构造，和其他因素而变化。密封体32包含聚合物，优选是热塑性聚合物。可以使用任何 合适的热塑性材料，该材料能够接受施涂到其至少一部分上的密封涂层 的一个或多个涂层，提供对于所施涂的层期望的粘合性能，并且在组装 到电池中时，保持期望的密封性能。用于非水电池的合适的材料的例子 包括但不限于聚烯烃特别是聚丙烯，聚苯硫醚，聚邻苯二曱酰胺，含氟 聚合物例如乙烯-四氟乙烯共聚物，和聚酰胺例如尼龙-6,6。聚烯烃市售 自许多来源。聚邻苯二甲酰胺获自乔治亚州Alpharetta的Solvay S.A.的AMODEL 。含氟聚合物是作为TEFZEL⑧获自DuPont of Wilmington, Delaware 。如本领域技术人员已知的那样，所述密封体的(共)聚合物(即， 聚合物或者共聚物)可以包括不同量的本领域已知的不同的添加剂，填料 等。填料的例子包括但不限于陶瓷粉末，玻璃球，木粉，沙子，热稳定 性填料例如E玻璃，纤维，玻璃，粘土，长石，石墨，云母，二氧化硅， 滑石和蛭石。添加剂包括但不限于增塑剂，润滑剂，着色剂，阻燃剂， 抗氧化剂，抗静电剂，加工助剂，抑烟剂和沖击改性剂，在一种优选的 实施方案中，密封体32基本上没有或者没有任何的导电成分。密封体 32可以使用任何合适的方法来制造，例如优选的是注射冲莫塑。作为本领 域已知的，在模塑之前，需要对所选择的具体的(共)聚合物进行干燥， 来降低含水量。所选择的(共)聚合物因此是在适当的温度模塑的，如本 领域已知的那样。例如，当该(共)聚合物包含聚丙烯时，合适的模塑温 度范围是大约19(TC-大约260°C。在密封体32形成期望的形状之后，将一个或多个相同的或者 不同的表面层独立地施加到密封体32上，并形成密封涂层34。取决于 密封涂层的组成，密封涂层34可以施加到密封体32仅仅一部分表面上 或者密封体32的整个表面上。当两种或者多种密封涂层用来形成密封 元件的密封涂层34时，第二或者任何一个随后所施加的层可以独立地 与一部分密封体32和一部分一个或多个以前所施加的密封涂层中的一 个或多个进行接触。可以根据电池的设计来调节密封元件的涂层构造， 来降低穿过该密封元件的蒸气透过性。密封涂层34是电池10中所存在 的电解质和电解质蒸气不可透过的。即，密封涂层34基本上不允许任 何的液体或者蒸气形式的电解质的透过以从该涂层的一面透过到另一
面，即，贯穿其中。因为密封涂层34的主要目标是为电池中的电解质蒸气提供 蒸气透过屏障，因此期望的是在一种实施方案中，将密封涂层34施加 到下面的表面上密封元件30曝露于电池的电解质蒸气的表面，在垫 圈的情况中通常是密封元件30位于容器12的内表面和密封板26的内 表面之间的表面，和在卸压通气衬套密封元件70的情况中，是密封元 件70曝露于电池10内部的处于密封板26和通气球72之间的表面。当 密封涂层34包括导电涂层时，施加密封涂层34以使得不发生短路，特别是在容器12与内部密封板26之间，或者更通常的，在两种其他的导 电部件之间不发生短路，对于不同极性也是如此。在一种实施方案中，密封涂层34包含至少一个包含无机材料 的基本上非导电性层，该非导电性层施加到密封体32或者另外一个密 封涂层的一个或多个期望的部分上。除了是电绝缘的、介质的或者非导 电性的之外，该至少 一个的无机材料层密封涂层提供了对于气体透过的 隔离性能，并且降低了电解质蒸气穿过密封体32的透过性。电绝缘无 机材料通常是绝缘金属氧化物，类金属氧化物，金属氮化物或者类金属 氮化物，或者其组合。用于该无机材料层的合适的无机材料的例子包括 但不限于含硅的化合物例如氧化硅，二氧化硅，或者氮化硅，氧化铝， 氮化铝，氮化硼等等。在一种实施方案中二氧化硅是优选的。该一个或 者多个无机材料层每个可以包含相对少量的一种或者多种来自于所使 用的源材料的杂质。例如，如果涂覆方法是使用化学品如六甲基二硅氧 烷的等离子体增强化学气相沉积法时，氧化硅或者二氧化硅层可以包含 少量的碳。图1表示了由无机材料层的密封涂层34所包围的密封体32 的整个表面。在另外一种实施方案中， 一层或多层的密封涂层34包含金属 化层，该金属化层沉积在密封体32的一部分表面上或者沉积在以前的 层例如无机材料层或者另一个金属化层上，或者其组合上。当利用金属 化层来形成密封元件30或者70的一部分时，必须小心来确保在该电池 中，在与各自的密封元件接触的不同极性的部件之间没有产生短路。所
以，在一些实施方案中，将金属化层仅仅施加到密封体的某些部分上来 防止电池部件之间的短路。在另外一种实施方案中，密封体的基本上全 部的或者全部的部分上涂覆有金属化层，并且将绝缘材料例如非导电性 层施加到该金属化层的全部或者部分上来防止短路。当期望形成作为金属化层的 一个或多个密封涂层时，通常可 以使用任何合适的金属。金属化层可以是相同的或者不同的材料。合适 的金属的例子包括但不限于铝，镍，铜，锡和/或其合金。优选的金属是 铝和镍。不同构造的金属化层可以用来降低穿过该密封体的蒸气透过 性，而不在该电池中产生短路。在图2所示的一种实施方案中，除了两 个环形区域80， 82之外基本上全部的密封体32上具有包含金属化层的密封涂层34，来防止该电池在容器12与电池盖片20的导电部分之间发 生短路。未金属化的环形区域80位于密封体32的内侧壁上部的内径上。 未金属化的环形区域82位于密封体32的向上延伸的下部末端的内径侧 壁部分上。如所示的，该金属化层形成的密封涂层34覆盖了密封体32 曝露于容器12和内部密封板26之间的电池内部的一部分上，由此降低 了穿过密封元件30的蒸气透过性。在图3所示的另外一种实施方案中，密封体32的内部部分上 具有金属化层的密封涂层34，其通常具有位于密封体下部末端的内径侧 壁部分底部的第一端，并且该层向上延伸到"L"类型边缘上并且越过该 边缘，沿着密封体的内径继续通过密封板26的环形座，并且在沿着该 内径的、低于该内径上端的位置上终止，以使得不与导电端22发生接 触，来避免PTC的电旁路。密封体32曝露于容器12和内部密封板26 之间的电池反应腔内部的大部分上覆盖有密封涂层34。在图4所示的仍然另外一种实施方案中，密封体在顶端和底 端之间的整个内径部分上具有金属化层来降低穿过该密封体32的蒸气 透过性，并且将绝缘涂层35例如非导电性层，例如此处所述无机材料 层，提供到邻近PTC24的表面和一部分导电端22上，来避免PTC旁路 (bypassing the PTC )。—层或多层的密封涂层34的每一个可以独立地使用这样的 方法来形成，该方法包括但不限于电解电镀，化学镀，电镀，无电镀 (electroless plating),'賊射，真空沉积，真空蒸发，化学气相沉积，或者 其组合。在一种实施方案中，使用无电镀步骤来在密封体32上形成导 电镍层。该无电镀步骤是不使用电来完成的。将非导电性密封体放入温 度为大约85。C-大约95。C的浴液中，该浴液包括还原剂例如10ml/L的甲 醛，和期望的离子形式的金属例如5g/L的硫酸镍。在催化剂例如铂的存 在下，来自还原剂的电子发挥作用以将金属离子沉积到密封体上。使用 其他成分例如络合剂、pH调节剂、緩沖剂、稳定剂等可以进一步有助 于该方法。该方法可以重复多次来产生多层沉积的材料。在这样的情况 中，可以使用去离子水来冲洗镀层之间的零件，并且该具有一个或多个 金属化层的密封体应当在引入到电化学电池之前进行干燥。在金属化之 前，该密封体可以经历一个或多个预处理过程，包括但不限于清洁、蚀刻、中和和活化。在一种实施方案中，该密封体具有掩模来防止金属沉
积到该密封体期望的区域上，例如图1所示的环形区域80和82上。另 外，为了保证沉积的金属/金属合金与密封体之间令人满意的结合，在材 料沉积之间，应当用去离子水或者其他合适的溶剂冲洗该密封体。如果 期望，沉积的或者施加的金属化层可以机械的从密封体的一个或多个区 域中除去，例如通过碾磨或者摩擦除去。在另外一种实施方案中，密封体32可以具有电镀层的密封涂 层34,同样如上所述，其可以直接地施加到密封体的一部分上，或者以 前的密封涂层的至少一部分上，或者其组合。该电解电镀可以使用现有 技术中已知的任何合适的装置来进行，例如滚镀装置，例如获自伊利诺 斯州St.Charles的Sterling Systems的实验室规模的滚镀机，或者振动电 镀装置。在另外一种实施方案中，密封体32可以具有通过直接真空蒸 发所形成的金属化层的密封涂层34,其已经广泛的用于金属化塑料包装 膜。合适的金属材料包括铝，镍，铜，锡和其合金，等等。优选的材料 是铝和镍，这是因为铝能够以非常高的速度沉积，并且铝和镍二者都是 抗用电设备Li/Mn02和Li/FeS2电池中所用的非水电解质腐蚀的。可以使用合适的沉积方法例如化学气相沉积方法例如等离子 体增强的化学气相沉积方法，以将无机材料的一层或多层的密封涂层34 沉积在密封体32上或者一个或多个其他层的部分上。使用合适的无机 材料组合物和反应性气体的物理气相沉积技术例如反应性蒸发和溅射 也可以用来将沉积作为密封涂层34的无机材料层。作为密封涂层34的 一个层而施加到密封体32上或者另外一个层上的无机材料层对于该密 封体是高附着性的，并且具有拉伸性和弹性来经受密封元件30的压缩。 化学气相沉积是一种相对低的加热方法，并且可以沉积在具有相对低的 熔点的基底例如聚乙烯和聚丙烯上。优选的方法是等离子体增强的化学 气相沉积方法，因为这种方法能够在低的气体和表面温度生产涂层，这 对于热塑性材料的密封元件是有利的，热塑性材料经常具有相对低的熔 点，例如聚丙烯的熔点是大约165°C。施加到密封体的一部分上和/或另外一种涂层上的密封涂层 的每一个层的厚度足以提供所期望程度的抗非水电解质的蒸气透过性。
每个层的厚度可以变化，并且取决于下列的一种或多种密封元件上所
20存在的涂层的数目、涂层的组成和该涂层施加到其上的密封体的组成、 及其他因素。作为密封涂层施加到密封体一部分上的 一个或多个金属化
层，或者其上的任何其他层的总厚度的范围通常是大约l-大约25微米， 理想的是大约5-大约20微米，并且优选是大约10-大约15微米。 一个 或多个总厚度低于所迷范围的金属化层形成了不太有效的隔离层，并且 会例如包括针孔，该针孔会使蒸气透过其中。当密封元件在电池封闭过 程中压缩时， 一个或多个厚度高于上述的上部范围的涂层会使金属化涂 层与基底分离。成本也会随着金属化层厚度的增加而增加。施加到密封 体一部分上的一个或多个无机层，或者其上的任何其他层的总厚度的范 围通常是大约5-大约30微米，并且优选是大约10-大约25微米，目的 是提供期望的蒸气透过隔离层。重要的是要指出，当与第二位置相比时， 第一位置上的密封涂层的总厚度可以变化。同样的，密封涂层的单个涂 层的厚度同样可以随着位置的变化而变化。除了布置在容器和电池盖片之间的密封元件30之外，电化学 电池可以包括其他密封元件，通过其，来自电池内部的电解质溶剂或者 蒸气可以穿过其进行传送或者迁移，最后从电池中泄漏或者逸出。因此， 优选的是提供具有一层或多层的密封涂层的其他密封元件，来减少或者 防止溶剂或者蒸气迁移。例如，在一些实施方案中，如上所述，期望的 是提供密封元件，其是一种通气衬套70，具有一个或多个层来减少溶剂 或者蒸气透过其中。通气村套70具有通常是热塑性材料的衬套体74, 该衬套体提供了在宽的温度范围内的有效的密封通气。因此衬套体74 可以包括上文所述在密封元件体32处所述材料，该内容在此引入作为 参考。该衬套也可以如US专利申请公开No.2005/0079404和 2005/0079413中所述来构造，其全部在此引入作为参考。在一种优选的实施方案中，当通气衬套(vent bushing)是聚 丙烯和电池是FR6-类型的电池时，通气村套体在通气球72和通气井28 和电池盖片20之间的壁的厚度是大约0.006英寸(0.152mm)-大约0.015 英寸(0.381mm),并且该壁在通气衬套和通气球插入到电池盖片中时祐_ 压缩了大约25-大约40%。通气衬套可以使用任何合适的方法来制造。 注射模塑是一种优选方法的例子。如本领域已知的那样，模塑参数将随 着待塑材料的类型而变化。电池容器通常是一种具有整体封闭底部的金属罐，虽然金属板也可以固接在金属管的一端以提供带有封闭底部的容器。该容器通常 是钢的，至少在外面镀镍来保护该容器的外面防腐蚀。可以改变镀膜的 类型以提供变化的抗腐蚀程度或者以提供期望的外观。钢的类型将部分
的取决于容器的形成方式。对于拉延罐(drawn can)而言，该钢可以被 扩散退火的低碳铝镇静SAE1006或者等价的钢，并且在一种实施方案中 具有ASTM9-11的晶粒尺寸，和各方等大到轻微伸长的晶粒形状。其他 的钢例如不锈钢可以用来满足具体的需要。例如，当所述罐与阴极电接 触时，可以使用不锈钢来提高抗阴极和电解质的腐蚀性。电池盖片应当具有良好的抗周围环境中的水的腐蚀性，该盖 片包括导电端例如具有良好导电性的帽，并且当在用电设备电池组观察 时，应当具有吸引人的外观。端帽的导电部分通常是由镀镍冷轧钢制成 的，或者是由该帽形成后镀镍的钢制成的。电池盖片的非导电性部分可 以是任何合适的热塑性材料，例如聚丙烯和聚乙烯，并且如果期望，也 可以如此处所述，在其一部分上具有一个或多个蒸气透过隔离涂层。如 果电解质溶剂或者蒸气能够透过该端帽的一部分，则涂层是优选的。在 终端设备位于卸压通气之处，该终端设备通常具有一个或多个孔来便于 电池通气。通气球可以由任何合适的材料制成，该材料在与电池内容物 接触时是稳定的，并且提供了期望的电池密封和通气特性。可以使用玻 璃或者金属例如不锈钢。该通气球应当是高度球形的，并且具有光滑的 表面抛光，没有例如在10倍的放大镜下可见的圆沟、擦痕或者孔的缺 陷。期望的球形和表面抛光部分的取决于所述球的直径。在根据图1的FR6Li/FeS2电池的一种实施方案中，密封体直 立的侧壁是大约0.0205英寸(0.521mm)厚度。电池盖片、密封元件和压 接的罐的直径是这样，以使得密封元件被压缩到它的初始厚度的大约 30%,以提供对于聚丙烯密封体良好的密封。该密封元件任选的涂覆有 密封剂，例如有机密封剂，来在邻近的表面之间提供期望的密封。乙烯 丙烯二烯三元共聚物(EPDM)是一种合适的密封剂材料，但是也可以使 用其他合适的材料例如沥青。在FR6-类型电池的一种实施方案中，初始 的通气衬套壁厚度是大约0.0115英寸(0.292mm)。它在密封的电池中被 压缩到它的初始厚度的大约30-35%。其他尺寸和结构的电池因此包含 适当配置的密封元件。密封剂可以用于通气衬套和电池盖片或者内部密封板之间或者通气衬套和通气球之间，或者可以将密封剂施用到盖片、 衬套和球上来提高密封，或者其组合。锂电池例如FR6类型电池的负电极或者阳极包含锂金属，典 型的是薄片或者箔带形式的锂金属。该锂的组成可以变化，虽然优选总 是高纯度的。该锂可以是与其他金属例如铝的合金，以提供期望的电池 的电性能。优选的锂合金是电池组级的包含大约0.5重量％铝的锂-铝合 金，其获自美国北卡罗来纳州Kings Mountain的Chemetall Foote Corp.。 当负电极或者阳极是一片实心的锂时，通常在该负电极中不使用单独的 集电器，这是因为锂金属具有非常高的电导率。但是，单独的集电器可 以用来提供更多的剩余的锂与电池放电端的电接触。铜是经常使用的， 这归因于它的导电率，但是也可以使用其他的导电金属，只要它们在电 池中稳定就行。导电金属条例如但不限于镍、镀镍钢、铜或者铜合金的 薄条可以用来在锂负电极和容器之间产生电接触。这种条可以压入到锂 箔的表面中。该条可以焊接到容器的内表面上，或者它可以稳固的靠着 该容器保持来提供压力接触。因为锂和锂合金金属是典型的高导电性 的，因此在锂和锂合金负电极中，负电极内的单独的集电器通常不是必 需的。用于锂离子电池的负电极包括一种或多种锂可嵌插 (intercalable)材料(锂离子能够在它们的晶体结构中嵌脱)。合适的材料的 例子包括但不限于碳(例如石墨、中间期碳和/或无定形碳)，过渡金属氧 化物(例如镍、钴和/或锰的这些氧化物)，过渡金属石克化物(例如，铁、钼、 铜和钛的这些硫化物)和无定形金属氧化物(例如，含有硅和/或锡的这些 氧化物)。这些材料通常是微粒材料，其形成了期望的形状。导电材料例 如金属，石墨和炭黑粉末可以加入来提高导电性。粘合剂可以用来将微 粒材料保持在一起，特别是在大于纽扣尺寸的电池中。相对少量的不同 添加剂也可以用来增强加工性和电池性能。负电极任选的包括集电器； 铜是一种通常的选择。该集电器可以是薄的金属箔片，金属筛网，膨胀 金属或者一个或多个金属丝。负电极混合物(活性材料和其他成分)可以 通过任何合适的方式来与集电器相结合。例子是涂覆和植入。锂电池的正电极包含一个或多个通常为微粒形的活性材料。 可以^吏用任何合适的正电极材料。例子包括但不限于FeS2, Mn02, CFX 和(CF)n。
FR6类型电池的正电极或者阴极包含作为活性材料的二疏化 铁。优选的二硫化铁是一种至少95重量％纯度水平的电池组级的FeS2, 获自美国新泽西州Camden的American Minerals, Inc.;奥地利维也纳 的Chemetall GmbH;美国马萨诸塞州的North Grafton的Washington Mills;和美国维吉尼亚州的Dillwyn的Kyanite Mining Corp.。可以将FeS2 进行研磨和过筛来达到期望的粒度分布和除去会刺破电池隔板的大粒 子。最大的粒子应当小于集电器上的阴极材料最薄的涂层。优选该平均 粒度不大于大约30pm,更优选小于大约20pm。另外，正电极或者阴极 经常包含一个或多个导电材料例如金属，石墨和炭黑粉末。合适的导电 材料的例子包括来自美国俄亥俄州的Timed America of Westlake的 KS-6和TIMREX MX15级合成石墨，和来自美国得克萨斯州休斯敦的 Chevron Phillips Company LP的C55级乙炔黑。粘合剂可以用来将微粒 材料保持在一起。适于作为粘合剂的是由美国俄亥俄州阿克伦城的 Polymont Plastics Corp.所制造的乙烯/丙烯共聚物(PEPP),和来自美国得 克萨斯州休斯敦的Kraton Polymers的G1651级苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙 烯(SEBS)嵌段共聚物。少量的不同添加剂也可以用来增强加工性能和电 池性能。例子包括POLYOX⑧(一种非离子水溶性聚环氧乙烷来自美国米 歇才艮州的Midland的Dow Chemical Company),由美国纽约州的 Tarrytown的Micro Powders Inc.生产的FLUO HT⑧微粉化聚四氟乙烯 (PTFE)(市售自美国俄亥俄州的Cleveland的DarTech Inc.),和来自美国 新泽西州 Ridgefield 的 Degassa Corporation Pigment Group 的 AEROSIL 200级气相法白炭黑。锂离子电池的正电极包含一个或多个锂-嵌插的或者锂-可嵌 插的活性材料，通常为微粒形式。任何合适的活性锂-嵌插的或者锂-可 嵌插的材料可以单独使用或者与其他组合使用。例子包括金属氧化物(例 如钒和鴒的这些氧化物)，锂化的过渡金属氧化物(例如，包括镍，钴和/ 或锰的这样氧化物)，锂化的金属硫化物(例如，铁,钼，铜和钛的这些硫 化物)和锂化的石友。除了活性材料之外，锂或者锂离子电池的正电极经常包含一 种或多种导电材料例如金属，石墨和炭黑粉末。粘合剂可以用来将微粒 材料保持在一起，特别是在大于纽扣尺寸的电池中。少量的不同添加剂 也可以用来增强加工性和电池性能。
正电极集电器会是必需的。铝箔是一种通常使用的材料。可 以使用合适的方法例如辊涂方法将正电极或者阴极材料在溶剂中的混 合物涂覆到该铝荡上，随后蒸发该溶剂。然后该涂覆的铝箔可以通过例 如压延来致密化，并且在使用前还可以进行干燥。接点弹簧可以由低电阻系数的导电金属例如镀镍不锈钢来制 成，其在电池内部环境中是化学稳定的。它还应当具有良好的弹簧特性。 优选该弹簧力常数(硬度)将足以使弹簧施加至少一个最小量的力来靠着 正电极集电器，接触元件，或者其他电池部件。弹簧可以通过任何合适 的方式附着到内部密封板上，这将保持良好的电接触。例如，该接点弹 簧可以焊接到内部密封板的下表面上，并且可以提供更低的内部电阻。可以使用任何合适的隔板材料。合适的隔板材料是离子可透 过的和非导电性的。该隔板材料通常能够将至少一些电解质保持在隔板
的孔中。合适的隔板材料也是足够坚固的，来经受电池的制造和在电池 放电过程中施加到它们上的压力，而没有裂缝、裂口、孔或者其他缺口 形成。合适的隔板的例子包括由材料例如聚丙烯、聚乙烯和超高分子量 聚乙烯制成的微多孔隔膜。用于Li/FeS2电池的优选的隔板材料包括来 自美国北卡罗来纳州夏洛特的Celgard Inc.的CELGARD 2400微多孔聚 丙烯P鬲膜，和获自美国纽约州Macedonia的Exxon Mobil Chemical Co. 的Tonen Chemical Corp.的Setella F20DHI微多孔聚乙烯隔膜。固体电解 质或者聚合物电解质的层也可以用作隔板。锂和锂离子电池的电解质是非水电解质。换句话说，它们仅 仅包含作为污染物的非常少量的水(例如，不大于大约500份/百万重量 份，这取决于所用的电解质盐)。合适的非水电解质包含一种或多种溶解 在有机溶剂或者溶液中的电解质盐。该非水电解质是挥发性的，并且在 正常条件下，即，在大约0。C-大约4(TC的温度具有这样的蒸气压力，该 压力使得一部分该电解质蒸发并且进入周围大气中，即，反应腔的大气 中。任何合适的盐都可以使用，这取决于负和正电极活性材料和期望的 电池性能。例子包括溴化锂，高氯酸锂，六氟磷酸锂，六氟磷酸钾，六 氟砷酸锂，三氟曱磺酸锂和碘化锂。合适的有机溶剂包括下列的一种或 多种碳酸二曱酯，碳酸二乙酯，碳酸曱基乙基酯，碳酸乙烯酯，碳酸 丙烯酯，碳酸l,2-丁烯酯，碳酸2， 3-丁烯酯，曱酸甲酯，Y-丁内酯，环 丁砜，乙腈，3, 5-二甲基异噁唑，N， N-二曱基甲酰胺和醚类。该盐/
25溶剂组合物将提供了足够的电解和导电率来满足在期望的温度范围内 的电池放电的需要。尽管导电性比一些其他的普通溶剂高，但是醚类通 常是令人期望的，这归因于它们通常低的粘度、良好的润湿能力、良好
的低温度放电性能和良好的高速放电性能。这在Li/FeS2电池中更是如 此，因为醚类比Mn02阴极更稳定，因此可以使用更高的醚含量。合适 的醚包括但不限于丙烯酸的醚类例如1,2-二曱氧基乙烷，1,2-二乙氧基 乙烷，二(甲氧基乙基)醚，三甘醇二曱醚，四甘醇二曱醚和二乙醚；和 环醚类例如1，3-二氧戊环，四氬呋喃，2-甲基四氢呋喃和3-曱基-2-噁唑 烷二酮。可以调整具体的负电4及，正电才及和电解质的组成和量以纟是供 期望的电池制造性能和存储特性，如例如US专利公开 No.2005/0112462A1中所公开的那样，其在此引入作为参考。该电池可以使用任何合适的方法来封闭和密封。这样的方法 可以包括但不限于压接、再拉伸、套丝(colleting)及其组合。例如，对于 图1所示的电池而言，在插入电极和绝缘锥形物之后，在罐中形成导线， 并且将垫圏密封元件和内部密封板放在容器的开口端上。将电池支承在 珠子上，同时将垫圏密封元件和内部密封板向下推动靠着该珠子。将容 器在该珠子以上的顶部的直径用分段的轴环降低，以将垫圏密封元件和 内部密封板组件保持在电池的适当位置上。在将电解质通过通气衬套和 内部密封板中的孔隙分配到电池中之后，将通气球插入到衬套中来密封 内部密封板中的孔隙。将PTC装置和端盖放在电池上和内部密封板上， 并且将容器的顶缘在压接的导向下向内弯曲来保持垫圈密封元件，电池 盖片，PTC装置和端帽，完成对该开口容器的密封。上面的说明特别地 涉及到FR6类型电池，其例子更详细的公开在US专利公开 No.2005/0079413 Al和2005/0233214 Al中，其在此引入作为参考。但 是，本发明也能够用于其他的电池尺寸(例如FR03和FR8D425)。实施例为了说明本发明的工业实用性，测试不同的材料与全醚基Li I 电解质溶液相关的蒸气隔离性能，其中所述全醚基LiI电解质溶液可以 用于本发明的一种实施方案中。为了说明密封元件通常所用的一种普通 材料的蒸气隔离性能，将厚度为76.2微米(3mil)热塑性聚丙烯膜用作对照。将铝膜用作隔离层，特别是金属化涂层的一个例子，并且其厚度是
20.32微米(0.8mil)。使用WheatonlOml血清玻璃小瓶，每个具有大约14.5mm内 径开口，每个含有8ml的在1，3-二氧戊环(DI0X)和1,2 二甲氧基乙烷 (DME)溶剂混合物中的0.752mol的Lil电解质作为测试载体来确定所选 择材料的抗蒸气透过性。溶剂混合物的DIOX:DME重量比是69.5:30.5。 使用模具沖出对照膜(聚丙烯)和试验膜(铝)的圆盘，每个的直径为 19.5mm。使用厚度仪(thickness gage ) (Federal型号20P-10)测量它们的 厚度(O.lmil的可读精度)。然后将一片这样的切割膜靠着所述玻璃小瓶 的密封表面放置。为了保证样品膜和小瓶密封表面之间良好的密封，在 放置样品膜之前，将少量的Dow Corning真空油脂均匀地施涂到小瓶的 密封表面上。然后将模制的聚丙烯垫圈放在所迷膜的上面，并且使用 llmm的铝密封条用手进行压接-密封(Wheaton手工压接机)。在室温组 装之后测量该密封的玻璃小瓶的重量。然后将该密封玻璃小瓶放入设定 在75。C的Thermotron⑧烘箱中存储。通过在规定的存储时间测量密封玻 璃小瓶来测定溶剂的重量损失。该测试结果表明对照膜在75°C保持9天之后的平均重量损失 是5.2398g(0.0396 std.)，该实施例的金属化涂层在75°C保持9天之后的 平均重量损失是0.0298g(0.0094 std.)。该试验表明使用金属化涂层能够 有效地提供期望程度的抗蒸气透过性。
明进行不同的改变和改进，而不脱离本发明的主旨。所提供的保护范围 是由权利要求和法律所允许的解释宽度来确定的。
权利要求
1.一种电化学电池，其包含金属容器，其具有封闭的底端、侧壁和开口端；布置在所述容器的开口端中的电池盖片；布置在所述容器中的螺旋缠绕的电极组件，所述组件包含涂覆在集电器上的正电极、基本上由锂或者锂合金组成的负电极、布置在所述正电极和负电极之间的隔板、和非水的挥发性电解质；和密封元件，其布置在所述容器的开口端中，并且其与一部分容器和一部分电池盖片中的一个或多个接触，以密封所述容器中的电极组件，所述密封元件具有第一表面和第二表面，所述第一表面曝露于容器中的电解质或者电解质蒸气，所述第二表面不直接曝露于电解质，所述密封元件包含热塑性树脂体，在至少一部分所述热塑性树脂体上具有一层或多层的表面涂层用于降低所述密封元件的蒸气透过性，所述表面涂层包括金属化层或者无机电绝缘材料或者其组合。
2. 根据权利要求1的电化学电池，其中所述表面涂层包含金属化 层，并且其中所述金属化层是铝、铝合金、镍、镍合金、铜、铜合金、 锡或者锡合金或者其组合。
3. 根据权利要求2的电化学电池，其中所述密封元件布置在所迷容 器和电池盖片的内部密封板之间，其中所述金属化层表面涂层存在于热 塑性树脂体的表面上，不包括位于热塑性树脂体的上部和下部内径部分 的两个环状区域，以防止所述容器和内部密封板之间的短路。
4. 根据权利要求2的电化学电池，其中所述密封元件布置在所迷容 器和电池盖片的内部密封板之间，其中所述金属化层在热塑性树脂体上 是这样存在的，即，从所述热塑性树脂体下端的内径侧壁底部延伸出来， 沿着所述热塑性树脂体的内部向上，并且在低于所述内径侧壁的上端的 位置终止，以便不与所述电池盖片的导电端的导电部分发生接触。
5. 根据权利要求2的电化学电池，其中所述密封元件布置在所述容 器和电池盖片的内部密封板之间，其中所述金属化层存在于热塑性树脂 体的内径侧壁上，并且其中在所述金属化层邻近于正温度系数装置和电 池盖片导电端的一部分上存在绝缘涂层，以防止所述金属化层与所述正 温度系数装置和电池导电端的直接接触。
6. 根据权利要求1的电化学电池，其中所迷密封元件是通气衬套。
7. 根据权利要求6的电化学电池，其中所述通气衬套的整个表面上 具有表面涂层。
8. 根据权利要求1的电化学电池，其中所述表面涂层包含在至少一 部分热塑性树脂体上的无机电绝缘材料层。
9. 根据权利要求8的电化学电池，其中所述无机电绝缘材料是绝缘 金属氧化物、类金属氧化物、金属氮化物或者类金属氮化物或者其组合。
10. 根据权利要求9的电化学电池，其中所述充机电绝缘材料是氧 化硅、二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝或者氮化硼或者其组合。
11. 根据权利要求8的电化学电池，其中曝露于容器中的电解质的 第一表面覆盖有表面涂层。
12. 根据权利要求11的电化学电池，其中热塑性树脂体的整个表面 上具有表面涂层。
13. 根据权利要求1的电化学电池，其中所述表面涂层是一个或多 个总厚度1-25微米的金属化层或者一个或多个总厚度5-30微米的无机 电绝缘材料层，或者其组合。
14. 根据权利要求13的电化学电池，其中所述一个或多个金属化层 的总厚度是5-20微米，和其中所述一个或多个无机电绝缘材料层的总厚 度是10-25微米。
15. 根据权利要求1的电化学电池，其中所述热塑性树脂体的热塑 性树脂是聚烯烃、聚苯硫醚、聚邻苯二甲酰胺、聚酰胺或者含氟聚合物 或者其组合。
16. 根据权利要求15的电化学电池，其中所述热塑性树脂是聚丙 烯、聚苯硫醚、聚邻苯二曱酰胺、尼龙-6,6或者乙烯-四氟乙烯共聚物。
17. 根据权利要求1的电化学电池，其中所述电解质包含有机溶剂。
18. 根据权利要求17的电化学电池，其中所述有机溶剂包含至少一 种醚化合物。
19. 根据权利要求17的电化学电池，其中所述容器是圓柱形容器， 其中所述电池是原电池，和其中正电极包含二硫化铁。
20. —种电化学原电池，其包含 圆柱形金属容器，其具有封闭的底端、侧壁和开口端； 布置在所迷容器的开口端中的电池盖片；由所述容器和所述电池盖片所限定的反应腔，所述反应腔具有布置在集电器上的正电极，包含锂的负电极，布置在所述正电极和负电极之间的隔板、和非水的有机电解质；和位于所述容器和电池盖片之间的包含热塑性树脂体的密封元件，所 述密封元件在容器和电池盖片之间提供了电绝缘，并且其具有(i)与反 应腔相通的内表面，(ii)不与反应腔相通的外表面，和(iii)金属化表面层， 所述表面层是电解质基本上不能透过的，所述表面层涂覆在内表面和外 表面中至少一个的一部分上。
21. 根据权利要求20的电化学原电池，其中所述正电极、负电极和 隔板是螺旋缠绕的电极组件。
22. 根据权利要求20的电化学原电池，其中所述金属化层是铝、铝 合金、镍、镍合金、铜、铜合金、锡或者锡合金或者其组合。
23. 根据权利要求22的电化学原电池，其中所述密封元件布置在容 器和电池盖片的内部密封板之间，和其中(i)金属化层表面涂层存在于热 塑性树脂体的表面上，不包括位于热塑性树脂体的上部和下部内径部分 的两个环状区域，以防止容器和内部密封板之间的短路；(ii)其中金属化 层在热塑性树脂体上是这样存在的，即，从所述热塑性树脂体下端内径 侧壁的底部延伸出来，沿着所述热塑性树脂体的内部向上，并且在低于 所述内径侧壁的上端的位置终止，以便不与电池盖片的导电端的导电部 分发生接触；或者(iii)其中金属化层存在于热塑性树脂体的内径侧壁上， 并且其中在所述金属化层邻近于正温度系数装置和电池盖片导电端的 一部分上存在绝缘涂层，以防止所述金属化层与所述正温度系数装置和 电池导电端的直接接触。
24. 根据权利要求21的电化学原电池，其中所述表面层包含一个或 多个总厚度l-25微米的金属化层。
25. 根据权利要求24的电化学原电池，其中所迷表面层包含一个或 多个总厚度5-20微米的金属化层。
26. 根据权利要求21的电化学原电池，其中热塑性树脂体的热塑性 树脂是聚烯烃、聚苯硫醚、聚邻苯二曱酰胺、聚酰胺或者含氟聚合物或 者其组合。
27. 根据权利要求26的电化学原电池，其中所述热塑性树脂是聚丙 烯、聚苯硫醚、聚邻苯二曱酰胺、尼龙-6,6或者乙烯-四氟乙烯共聚物。
28. 根据权利要求26的电化学原电池，其中非水的有机电解质包括醚化合物，其中所述醚化合物是下列的一种或多种1,2-二曱氧基乙烷、 1,2-二乙氧基乙烷、二(甲氧基乙基)醚、三甘醇二甲醚、四甘醇二曱醚、 二乙醚、1，3-二氧戊环、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃和3-甲基-2-噁唑烷 二酮。
29. 根据权利要求28的电化学原电池，其中所述电池具有螺旋缠绕 的电极组件，和其中正电极包含二石危化纟失。
30. 根据权利要求20的电化学原电池，其中电池盖片进一步包括通 气衬套，其中所述通气衬套包括金属化层的表面涂层。
31. —种电化学电池，其包含金属容器，其具有封闭的底端、侧壁和开口端；布置在所述容器的开口端中的电池盖片；正电极；包含锂的负电极；布置在正电极和负电极之间的隔板； 包含有机溶剂的非水电解质；和电绝缘密封元件，其布置在所述容器和一部分电池盖片之间，并且 其包含热塑性树脂体，所述密封元件具有表面涂层，所述表面涂层包含 无机的非导电性材料。
32. 根据权利要求31的电化学电池，其中所述表面涂层存在于下面 的至少一个上(i)曝露于容器中的电解质的热塑性树脂体的一部分，和 (ii)直接或者间接曝露于电池外面的周围环境的热塑性树脂体的一部分。
33. 根据权利要求32的电化学电池，其中无机非导电性材料是金属 氧化物、类金属氧化物、金属氮化物或者类金属氮化物或者其组合。
34. 根据权利要求33的电化学电池，其中所述无机非导电性材料是 氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝或者氮化硼或者其组合。
35. 根据权利要求33的电化学电池，其中热塑性树脂体曝露于电解 质的部分上覆盖有表面涂层。
36. 根据权利要求35的电化学电池，其中热塑性树脂体的整个表面 上具有表面涂层。
37. 根据权利要求31的电化学电池，其中无机非导电性材料包含一 个或多个总厚度为5-30微米的层。
38. 根据权利要求37的电化学电池，其中所述无机非导电性材料包含一个或多个总厚度为10-25微米的层。
39. 根据权利要求31的电化学电池，其中所述热塑性树脂体的热塑 性树脂是聚烯烃、聚苯疏醚、聚邻苯二甲酰胺、聚酰胺、含氟聚合物或 者其组合。
40. 根据权利要求39的电化学电池，其中所述热塑性树脂是聚丙 烯、聚苯硫醚、聚邻苯二甲酰胺、尼龙-6,6或者乙烯-四氟乙烯共聚物。
41. 根据权利要求31的电化学电池，其中所述容器是圆柱形容器， 其中所述电池是具有螺旋缠绕的电极组件，并且其中正电极包含二辟u化 铁的原电池。
全文摘要
具有热塑性体的密封元件，该元件用于含有非水有机溶剂电解质的电化学电池。特别地，该密封元件优选是下列的一种或多种(a)位于电池容器壁和电池盖片之间的密封，和(b)通气组件的密封，更特别地是球形通气组件的密封。该密封元件具有复合结构，该结构包括布置在一部分热塑性体上的一个或多个蒸气透过隔离层。
文档编号H01M2/12GK101689621SQ200880022819
公开日2010年3月31日 申请日期2008年6月26日 优先权日2007年6月29日
发明者J·J·米斯科斯基, J·X·吴, P·J·休斯, W·黄 申请人:永备电池有限公司