CN1738073A - 电化学电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

在其中容器粘合在盖子上的电化学电池中,需要从容器的四个侧面的方向来观察液体的泄漏,因此需要大量的时间和很高的成本。将盖子的外周边制作成小于容器的外周边,因此用于观察液体泄漏的表面仅为从盖子上侧的方向上的一个表面,从而可以低成本的方式来提供电化学电池。

Description

电化学电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种电化学电池,例如非水电解质的二次电池或双电荷层电容器。
背景技术
具有高能量密度、轻重量和小尺寸特征的电化学电池如非水电解质的二次电池或双电荷层电容器已用于移动装置的时钟功能的备用电源或半导体存储器的备用电源。移动装置需要具有较小的尺寸和较轻的重量,以及具有改进的性能,因此就要求有电化学电池的更高密度的封装。
在将电化学电池安装在电路板上时,通常采用回流焊。回流焊是这样的一种焊接方法,其中通过将焊膏涂在电路板中的待焊接区域上,然后放上电化学电池,之后使电池连同电路板一起从200至260℃高温下的炉子内部经过。要求电化学电池具有高耐热性,以便可耐受回流焊。
已知有一种电化学电池(例如参见专利文献1),其中包含有电极和电解质的容器同用于密封容器的盖子焊接在一起。该电化学电池具有高密封强度和高耐热性,这是因为容器通过电阻焊而焊接在盖子上。在采用焊接密封而非填缝密封的电化学电池中,可以有效地使用安装面积,并且可具有优越的气密性,这是因为电池可采取不同于传统硬币类型的电化学电池的任何可选形状。
[专利文献1]JP-A-2001-216952(第2-4页,图1)
发明内容
检查电化学电池中的液体泄漏的存在需要花费大量的时间和很高的费用。
尽管盖子被焊接在容器上以用于密封容器,然而在焊接不良时就会发生电解质泄漏,因此必须对电化学电池进行目视检查以便发现液体泄漏的存在。
然而,在传统的电化学电池中,由于盖子的外周边等于容器的外周边,由于必须从电化学电池一侧来进行液体泄漏的目视检查,因此必须观察四个侧面,从而导致了较高的成本。
本发明旨在提供一种电化学电池,其中可以容易地进行液体泄漏的检查。
本发明涉及一种电化学电池,其中包含有电极和电解质的容器与用于密封容器的盖子焊接在一起,其中盖子的外周边小于容器的外周边。
本发明的电化学电池具有包含有阴极、阳极和电解质的容器,以及用于密封容器的盖子,其中采用粘合材料来将容器粘合在盖子上,盖子的外周边制成为小于容器的外周边。
本发明的用于制造电化学电池的方法包括,将包含有电极和电解质的容器与其外周边小于容器外周边的盖子结合在一起的步骤,对包括容器和盖子的电化学电池进行加热的步骤,冷却电化学电池的步骤,以及从盖子上侧的方向上来目视检查电化学电池的步骤。
本发明的优点如下所述。
在其中盖子具有与容器相同的尺寸的传统电化学电池中,必须从四个侧面来进行检查,需要大量的时间和很高的成本,然而在本发明的电化学电池中,在检查液体泄漏时,只需要从电化学电池的顶面上来进行观察。
另外,即使在于容器和盖子之间设有金属环的构造中,如果容器、金属环和盖子的外周边制作成按此顺序变小,也可以只从盖子上侧的方向上来观察液体泄漏。
在本发明的电化学电池中,用于观察液体泄漏的表面仅为从盖子上侧的方向上的表面,从而可以容易地确定不良的粘合产品,并且可以低成本的方式来提供电化学电池。
附图说明
图1是本发明的电化学电池的剖视图;
图2是本发明的电化学电池的剖视图;
图3是传统的电化学电池的剖视图;和
图4是显示了其中出现了液体泄漏的电化学电池的视图。
在各幅图中各标号的含义如下:1容器;2阳极;3阴极;4隔板;5粘合材料;6盖子;7阳极端子;8阴极端子;10金属环;11粘合材料;12电解质;13液体泄漏。
具体实施方式
本发明的电化学电池是盖子的外周边小于容器外周边的电池。
采用图1来描述本发明的典型结构。利用容器1中的隔板4来将阴极3与阳极2隔开,然后注入电解质12,之后通过粘合材料5将容器1粘合在盖子6上。粘合材料5可以通过例如电镀、压力粘合、涂覆、印刷和蒸镀等方法而提前施加在容器侧、盖子侧或者容器和盖子这两侧上。或者,它可以对应于粘合区域的方式而提前模制好,并插入在容器1和盖子6之间。它可部分地施加在盖子6上,或者整个地施加在盖子6的一面或两面上,并且可部分地或整个地施加在容器1的顶面上。
电解质或杂质在容器1和盖子6之间的粘合面上的粘附、容器1和盖子6之间的位移或者在粘合材料5中形成的孔隙都会导致容器1和盖子6之间的不良粘合。注入到容器1内的电解质12会经由不良粘合部分泄漏出来,导致电化学电池的容量变小或其内部电阻增大。在某些情况下,电解质会粘附到安装有电化学电池的电路板上,导致电路板被腐蚀,这会造成电路板本身的损坏。
盖子6制作成仅仅比容器1小了一定的尺寸A。盖子6的外周边制作成小于容器1的外周边,因此可以仅仅通过从电池的顶面(从盖子6的方向)观察电化学电池来发现液体泄漏的存在。由于不必检查全部四个侧面,因此可在短时间内完成检查,并且降低了成本。
另外,如图2所示,在容器1和盖子6之间设有金属环10时,在热粘合时热量难于传递至容器1上,这就防止了容器1产生裂纹或熔化,从而改善了气密性。当金属环10采用热膨胀系数与容器1或盖子6相同的环时,就防止了裂纹的产生,另外也改善了密封性能。金属环制作成比容器1仅仅小一定的尺寸B。
在提供了这种金属环10时就形成了两个粘合部分,在这两个部分处也必须提供粘合材料。首先是容器1和金属环10之间的粘合材料11。其次是盖子6和金属环10之间的粘合材料5。粘合材料11可与粘合材料5相同或不同。另外,粘合材料11和粘合材料5可提前施加在容器1和金属环10中之一或两者上,或者金属环10和盖子6中之一或两者上,如上所述。另外,这些粘合材料可预先部分地或整个地施加在容器1、金属环10或盖子6的一面或所有面上。另外,粘合材料11可插入在金属环10和容器1之间,粘合材料5可插入在盖子6和金属环10之间。
即使在设有金属环的情况下,由于该结构制成为使得容器1具有最大的外周边而盖子具有最小的外周边,因此可通过从电池顶面目视检查电化学电池来发现液体泄漏的存在。金属环10可制成为具有与容器1相同的直径。
在不良粘合产品中,注入到容器中的电解质通过毛细作用而随时间逐渐泄漏出去。泄漏量取决于不良粘合所导致的孔的尺寸而变化,如果孔的尺寸较大,就会泄漏大量的电解质,如果孔较小,就只有少量的电解质泄漏。即使泄漏量很少,出现了泄漏的电化学电池也存在容量会变小的问题。利用显微镜可在短时间内发现电池中的较大孔,然而在短时间内无法发现电池中的较小孔。
利用在将容器粘合在盖子上之后通过加热电池使电解质加速挥发所带来的容器内压力增大所导致的液体泄漏,就实现了在短时间内发现不良粘合的方法。
对电化学电池进行加热,然后冷却,然后目视检查容器和盖子之间的粘合部分,从而发现液体泄漏的存在。在该方法中,电解质甚至会在短时间内从粘合部分中的小孔中泄漏出去。另外,漏出电解质中的溶剂会受热挥发,只留下白色的辅助盐和凝胶成分。因此,出现泄漏的面积会比不良粘合部分的小孔面积要大,从而可以容易区分出不良粘合产品,另外,这种方法可在短时间内进行。加热温度优选近似等于电解质的沸点,并且根据所使用的电解质的类型而有所不同。
示例1
制作了图1所示的非水电解质的二次电池。通过将两层陶瓷片层叠起来形成盒型容器1,在它们之间形成阴极端子8。阳极端子7从容器1的底部沿着容器一侧来形成,使得它与粘合材料5电接触。容器1制作成具有5×3×0.9毫米的尺寸,含有AgCu合金的粘合材料5形成于容器外壁的顶面上。
将可买到的三氧化钼、石墨和聚丙烯酸以50/45/5的重量百分比进行混合,然后在2吨/平方厘米的压力下通过压力机压制成模制件,并用作阴极3。将可买到的一氧化硅、石墨和聚丙烯酸以45/40/15的重量百分比进行混合,然后在2吨/平方厘米的压力下压制成模制件,然后将未示出的金属锂施加在模制件上,这样来制作阳极2。
接下来将阴极3、隔板4和阳极2按此顺序放入到容器1中,然后将1摩尔/升的LiBF4溶解在γ-BL/EC(1/1)中所得的液体注入到容器1中,作为电解质12。结果,一氧化硅和金属锂因电解质的存在而形成了含锂的二氧化硅。
使用下述盖子来作为盖子6,其中用FeNiCo合金作为基底金属,而含有AgCu合金的粘合材料5施加在待粘合在容器上的部分上。该盖子制作成具有4.8×2.8×0.1毫米的尺寸,其小于容器1的外周边。之后,粘合材料5通过电阻缝焊而熔化,制出1000个盒型非水电解质的二次电池,然后用酒精进行清洁。
在制作之后,将电池在260℃下加热10分钟,然后仅从盖子6上侧的一个方向上用显微镜一个接一个地观察。在1000个电池中发现有3个存在容器1和盖子6之间的液体泄漏,其被确定为次品。
示例2
制作了图2所示的双电荷层电容器。通过将两层陶瓷片层叠起来而形成盒型容器1,在它们之间形成了阴极端子8。阳极端子7从容器1的底部沿着容器一侧来形成,使得它与粘合材料11电接触。容器1制作成具有5×3×0.7毫米的尺寸,含有AgCu合金的粘合材料11形成于容器的一部分上。之后将具有4.8×2.8×0.2毫米外周尺寸的含有FeNiCo合金的金属环10放在粘合材料11上,然后通过加热使其粘合在该材料上。之后在粘合材料11和金属环10的表面上施加Ni镀层,然后在这上面施加用作粘合材料5的Au镀层。
将可买到的活性碳、石墨和聚四氟乙烯以90/5/5的重量百分比进行混合,然后在2吨/平方厘米的压力下通过压力机压制成模制件,并用作阴极3。阳极2采用与阴极3相同的模制件。
接下来将阴极3、隔板4和阳极2按此顺序放入到容器1中,然后将1摩尔/升的(C2H5)4NBF4溶解在丙烯碳酸酯中所得的液体注入到容器1中来作为电解质12。
使用下述盖子来作为盖子6,其中采用FeNiCo合金作为基底金属,并在其上施加了2微米厚的Ni镀层。该Ni镀层用作粘合材料5。盖子6制成为具有4.6×2.6×0.1毫米的尺寸,其小于金属环10的外周边。
将盖子6放在金属环10上,然后通过电阻缝焊使粘合材料5熔化,制出1000个盒型双电荷层电容器,然后用酒精进行清洁。将电化学电池在260℃下加热10分钟,然后冷却,采用显微镜从盖子6的上侧进行观察。在1000个电池中发现有2个存在金属环10和盖子6之间的液体泄漏,其被确定为次品。
下面列出了用于本发明的电化学电池所用的材料的示例。
电池的正活性材料包括含锂的氧化钴、含锂的氧化镍、含锂的氧化镁、含锂的二氧化钛、三氧化钼以及五氧化二铌。作为负活性材料,可以使用传统上已知的材料,例如碳、含锂的二氧化钛、五氧化二铌、含锂的二氧化硅以及锂铝合金。为了增强正活性材料和负活性材料的导电性,可以在这些活性材料中混合导电辅助物如石墨,以及粘合剂如偏二氟乙烯树脂、聚乙烯醇、聚四氟乙烯和聚丙烯酸,然后通过压力成型而形成为预定的形状,从而形成了阴极和阳极。
已经知道活性碳可作为双电荷层电容器的阴极材料和活性材料。对于导电辅助物和粘合剂而言,可以采用与电池相同的材料。
电解质的材料不受特别限制,可以使用与传统电池或双电荷层电容器中所用的相同材料。例如,作为非水溶剂,可以单独地或以混合的方式使用溶剂如碳酸丙烯酯(PC)、γ-丁内酯(γBL)、环丁砜(SL)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、四氢呋喃(THF)、1,2-二甲氧基乙烷(DME)和乙腈(AN)。作为辅助盐,可以使用一种或多种盐如锂盐,包括(C2H5)4PBF4、(C3H7)4PBF4、(CH3)(C2H5)3NBF4、(C2H5)4NBF4、(C2H5)4PPF6、(C2H5)4PCF3SO4、(C2H5)4NPF6、高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、硼氟化锂(LiPF4)、六氟砷化锂(LiAsF6)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、双(三氟甲基磺酰基)氨基化锂[LiN(CF3SO3)2]、硫氰酸盐和氟化铝。将预定量的辅助盐溶解在非水溶剂中,所得到的液体可用作电解质。
还可以使用这样的电解质,其通过使用聚环氧乙烷衍生物或含有该衍生物的聚合物、磷酸酯聚合物或PVDF同非水溶剂和辅助盐一起而形成为凝胶。当在电解质注入容器之后进行粘合时,在形成为凝胶的电解质中,不会出现因毛细作用而导致电解质上升至粘合面上,从而可以得到具有优良气密性的粘合。
传统上已知的材料如陶瓷、玻璃、热固性树脂如环氧树脂,或者热塑性树脂如PPS、PEEK和LCP均可用于该容器。特别是,由于采用非水溶剂的电化学电池会受到水的不利影响,因此需要采用具有较低透水性的容器材料,因此与采用树脂的容器相比,优选采用陶瓷容器。
盖子的材料包括陶瓷,玻璃,热固性树脂如环氧树脂,热塑性树脂如PPS、PEEK及LCP,或者金属如FeNi合金和FeNiCo合金。盖子可使用涂有作为粘合材料的Ni镀层的FeNiCo合金,对盖子的整个周边进行缝焊。在金属环侧的Ni/Au镀层和盖子侧的Ni镀层之间进行粘合。在该方法中,可通过成本较低的电镀来将粘合材料施加在盖子上。由于电阻缝焊在封装较小时可在几秒内完成,因此就可以减少注入容器中的电解质的挥发,这是优选的。
粘合材料包括粘合剂,其包含作为主要组分的环氧树脂、丙烯酸树脂或硅树脂,AgCu合金、AuCu合金、AuSn合金,以及钎料如Ni、Au和AuNi。
采用粘合剂的粘合方法包括将固化剂作为主要组分添加到粘合剂中的热固性类型的方法,紫外线固化类型的方法,以及水挥发固化类型的方法。在采用钎料的粘合方法中,将金属加热至各金属的熔点或以上,然后冷却,从而使钎料固化以实现粘合。例如,在图2中,容器1采用陶瓷,金属环10采用热膨胀系数类似于陶瓷的FeNiCo合金,粘合材料11采用AgCu合金;通过加热将它们粘合起来;然后在金属环10的表面上施加上Ni镀层,然后在Ni镀层上施加Au镀层。该镀层使得可在容器1的底部上同时形成阳极端子7,显示出与安装用板的良好焊接性,并且可形成为粘合材料5。
根据本发明的制造方法,用于观察液体泄漏的表面仅为一个表面,从而可以容易地区分开出不良的粘合产品,并且可以低成本的方式来提供可靠的电化学电池。

Claims (9)

1.一种电化学电池,包括含有阴极、阳极和电解质的容器,以及用于密封所述容器的盖子;其中,采用粘合材料将所述容器粘合在所述盖子上,所述盖子的外周边制作成小于所述容器的外周边。
2.根据权利要求1所述的电化学电池,其特征在于,在所述容器和盖子之间设有金属环,所述容器利用粘合材料粘合在所述金属环上,所述金属环利用粘合材料粘合在所述盖子上,所述盖子的外周边制作成小于所述金属环的外周边,所述金属环的外周边制作成小于或等于所述容器的外周边。
3.根据权利要求1所述的电化学电池,其特征在于,所述容器包括陶瓷。
4.根据权利要求1所述的电化学电池,其特征在于,所述电解质为液体或凝胶。
5.一种包括容器和盖子的电化学电池,其中所述盖子的外周边小于所述容器的外周边。
6.根据权利要求5所述的电化学电池,其特征在于,所述容器具有金属环,所述容器通过所述金属环粘合在所述盖子上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电化学电池,其特征在于,所述容器和盖子通过电阻焊而密封在一起。
8.一种用于制造电化学电池的方法,包括将含有电极和电解质的容器与其外周边小于所述容器外周边的盖子粘合在一起的步骤,对包括所述容器和盖子的电化学电池进行加热的步骤,冷却所述电化学电池的步骤,以及从所述盖子上侧的方向上来目视检查所述电化学电池的步骤。
9.根据权利要求8所述的用于制造电化学电池的方法,其特征在于,所述容器具有金属环,所述容器通过所述金属环粘合在所述盖子上。
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