具有改良热塑性密封元件的非水型电池制造技术

一种具有改良热塑性密封元件的电化学电池组电池。该密封元件由包括聚邻苯二甲酰胺或经抗冲击改性的聚苯硫的热塑性树脂制成。该密封元件可在很宽的温度范围内提供有效的密封并且具有低电解质蒸气透过速率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有非水型有机溶剂电解质和改良热塑性密封元件的电化学电池组电池。非水型电池组电池是基本上不含水的电池。在电池制造之前将电极材料和电解质小心地进行生产、干燥并储存起来以使那些元件中的含水量保持在通常不大于百万分之几十或几百的水平。那些电池内部元件会暴露于空气中的生产过程通常是在干燥箱或干燥室中进行。由于一种或多种电池成分与水具有高反应活性，因此这些措施是必须的。有机化合物通常用作非水型电池中的电解质溶剂。含有这种有机溶剂的非水型电池实例包括锂和锂离子电池，不过还公知其它类型的非水型电池，其中包括对水具有高反应活性的其它材料。含有非水型电池的电池组作为电子设备的电源越来越普遍。尽管它们通常比常规含水型电池的价格要高，但非水型电池由于所使用的材料特性而具有许多优点。这些优点包括，能量密度高、在低温下容量高、重量轻并且在较大的温度范围内有着优良的储存寿命。许多非水型电池还具有较高的电极界面表面积设计，这使得其特别适用于高功率(包括高电流和低电阻)放电，而且电子设备对功率的需求有朝着越来越高功率发展的普遍趋势。高功率放电基础上的高容量对于一些类型的设备尤其重要，包括闪光灯装置(闪光元件和具有内部闪光能力照相机)、数码相机、摄像机、个人数字助理设备以及便携式计算机。对于非水型电池，特别是比钮扣电池大的锂和锂离子电池来说，承受极端温度条件，包括在高温和低温之间的热循环和热冲击的能力变得越来越重要。越来越需要锂和锂离子电池能够承受极端的温度条件，而不会损坏密封，从而导致盐析、泄漏、过多重量(电解质)损失、在低内部电池压力下放气和过量的容量损耗。无论从电池必须承受的严峻条件还是需要设置这种要求的应用的数量和种类的观点来看，这都是事实。具有根据现有技术制备的热塑性密封元件的电池中的某些电池类型不能够满足所有这些要求，特别是具有低沸点电解质溶剂的电池。非水型电池已经应用了大量的电池设计。设计类型部分依赖于电池的尺寸，电池中所使用的电极和电解质材料的种类，以及由该电池供电的装置的功率需要。由于阴极/电解质材料十分容易反应，因而大型液体阴极锂电池的设计(例如，锂-二氧化硫(Li/SO2)和锂-亚硫酰二氯(Li/SOCl2))通常具有其中金属元件被密封焊接的外壳，并且用玻璃密封件来密封必须电绝缘的金属元件以及密封所述外壳内的小孔。由于其所需材料和制造过程和设备的原因，这种类型的外壳较为昂贵。可以采用其它的装置来密封电池。由于成本较低并且制造简便，人们希望在刚性的外壳元件之间采用热塑性的密封元件。例如，可将热塑性垫片或垫圈压在电池容器(例如，钢筒)的内部上缘和密封该筒开放顶部的盖件外围之间，以形成密封将电解质保持在电池的外壳内并防止外部的水分进入。热塑性密封元件还可以用于密封电池外壳中的开孔。例如，该热塑性密封元件可以呈塞子的形式以密封电池盖中的小孔。在盖件组装到筒上之后可将电解质分配到电池中。在另一个实施例中，所述塞子可以是一种刚性的材料，例如玻璃或金属球，而在开孔内表面和所述球之间具有衬套形式的热塑性密封元件。在这些实施例中，热塑性塞子或球和衬套还可以起到电池的压力释放口的作用。附图说明图1表示了一种曾用于Li/FeS2和其它锂电池类型的圆筒形锂电池设计的例子。其具有两个热塑性密封元件，密封筒开口端盖件的垫片和密封该电池盖件中的开孔的衬套。两种热塑性密封元件都提供了一种压缩性密封。由于筒和盖与电池内的相反电极电连接，因而所述垫片还提供了必要的电绝缘。衬套和排气球包括电池的压力释放口。当内部电池压力超过预定的反常高水平时，排气球(或该球和衬套)被迫挤出盖件，形成了释放压力的开口。同时用位于筒和盖之间的垫片以及设置在电池盖件中开口内、包括衬套和排气塞的压力释放口来密封的电池在以下文件中有所披露，美国专利No.4329405(1982年5月11日公开)，4437231(1984年3月20日公开)，4529673(1985年7月16日公开)，4592970(1986年6月3日公开)，4927720(1990年5月22日)，4931368(1990年6月5日公开)，以及5015542(1991年5月14日公开)，这里引入其全部公开内容。热塑性密封元件还用在其它类型的电池中，包括含水电解质电池，如常见消耗类型的含水型锌-二氧化锰电池(Zn/MnO2)、镍-镉电池(Ni/Cd)、以及镍-金属氢化物电池(NiMH)。对于任何电池类型来说，密封元件的材料和设计必须使得适当的密封能够在电池运输、存放和使用期间预计要承受的温度条件下能够保持合格的时间段。良好密封元件的普遍特性包括，在内部电池和外部环境下材料具有稳定性，对密封在电池内部或外部的液体和气体具有不渗透性，在每个密封的界面处可形成和保持完全密封的途径(即，没有孔隙或间隙)。对于形成压缩形密封的热塑性密封元件来说，该密封元件必须受到足够的压力以达到良好的密封性，并且必须将足够的压力保持预期的时间。热塑性材料在压缩应力下有释放该应力的趋势。这被称为材料的应力释放或者冷态流变。热塑性材料在较高的温度下易于释放应力，从而减少维持足够压力的时间。温度也以另一种方式影响着热塑性密封元件的压缩性。不同的材料会膨胀和收缩不同的量以分别响应环境温度的升高和降低。在具有在较为刚性的元件(例如，金属筒和金属盖件)之间形成压缩性密封的热塑性密封元件的电池中，通常希望垫片和被密封的刚性元件能以接近相同的速率膨胀以便在可能的最大温度范围内保持足够的垫片压缩程度。适合于非水性电池密封元件的热塑性材料和密封设计比含水型电池的密封元件受到了更多的限制。由于电池内的活性材料非常容易与水发生反应，因此密封元件必须具有高度的不透水性，并且一些用于含水型电池密封元件的常规材料不能适用。非水型电池的密封元件还必须对电解质溶剂具有很低的蒸气透过率。由于热塑性材料的蒸汽透过率通常部分取决于溶剂的蒸汽压，因而对于电解质中含有醚类或其它低沸点有机溶剂的非水型电池来说，低蒸汽透过率通常更难以达到。密封元件的有效横截面积与电池内部容积之比越大，电解质和水的透过率越重要。为了用于一些装置，例如可用在汽车发动机机舱和一些户外环境中的装置，电池组必须能够承受非常高或非常低的温度。一些锂电池和锂离子电池的电化学特性使其能够满足在这类温度极限下的应用的需要。然而，在用于这类应用的电池中使用的密封元件必须能够在那些极限温度下保持合格的密封性。对温度极限影响的耐受性变得越来越重要。聚丙烯(PP)是一种锂电池(例如，Li/MnO2和Li/FeS2)垫片的常用材料。曾用过其它的热塑性材料来制造垫片以便与PP相比能提高电池承受高温的能力。Sano等(US专利No.5624771)公开了采用聚苯硫(PPS)而不是PP作为锂电池的垫片材料来提高电池对高温的耐受性。可采用PPS来减小垫片在电池中受到高负载条件下由于冷态流变导致的垫片形变。在美国专利No.5656392中，Sano等人披露，热塑性合成树脂PPS、和四氟化物-全氟烷基乙烯醚共聚物(PFA)适合制造能够在高温下使用的电池的垫片，并解决了由于长期使用和/或存放造成的常见问题。还公开了在该树脂中加入玻璃纤维填料以提高垫片构造的稳定性，以及加入少量聚乙烯(PE)和/或聚丙烯(P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学电池组电池，包括：外壳，外壳包括一金属容器，该容器具有至少一个开口端和设置在所述容器的所述至少一个开口端的至少第一金属盖；正极；负极；设置在所述正极和负极之间的间隔物；电解质；以及由 聚合物树脂制成的第一热塑性密封元件，所述聚合物树脂包括至少一种选自以下的成分：与１０重量％以上至４０重量％以下的抗冲击改性剂和聚邻苯二甲酰胺相混合的聚苯硫。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MA舒伯特，
申请(专利权)人：永备电池有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]