專利名稱：電化學(xué)電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電化學(xué)電池，例如非水電解質(zhì)的二次電池或雙電荷層電容器。
背景技術(shù)：
具有高能量密度、輕重量和小尺寸特征的電化學(xué)電池如非水電解質(zhì)的二次電池或雙電荷層電容器已用于移動裝置的時鐘功能的備用電源或半導(dǎo)體存儲器的備用電源。移動裝置需要具有較小的尺寸和較輕的重量，以及具有改進(jìn)的性能，因此就要求有電化學(xué)電池的更高密度的封裝。
在將電化學(xué)電池安裝在電路板上時，通常采用回流焊?；亓骱甘沁@樣的一種焊接方法，其中通過將焊膏涂在電路板中的待焊接區(qū)域上，然后放上電化學(xué)電池，之后使電池連同電路板一起從200至260℃高溫下的爐子內(nèi)部經(jīng)過。要求電化學(xué)電池具有高耐熱性，以便可耐受回流焊。
已知有一種電化學(xué)電池(例如參見專利文獻(xiàn)1)，其中包含有電極和電解質(zhì)的容器同用于密封容器的蓋子焊接在一起。該電化學(xué)電池具有高密封強(qiáng)度和高耐熱性，這是因?yàn)槿萜魍ㄟ^電阻焊而焊接在蓋子上。在采用焊接密封而非填縫密封的電化學(xué)電池中，可以有效地使用安裝面積，并且可具有優(yōu)越的氣密性，這是因?yàn)殡姵乜刹扇〔煌趥鹘y(tǒng)硬幣類型的電化學(xué)電池的任何可選形狀。
JP-A-2001-216952(第2-4頁，圖1)發(fā)明內(nèi)容檢查電化學(xué)電池中的液體泄漏的存在需要花費(fèi)大量的時間和很高的費(fèi)用。
盡管蓋子被焊接在容器上以用于密封容器，然而在焊接不良時就會發(fā)生電解質(zhì)泄漏，因此必須對電化學(xué)電池進(jìn)行目視檢查以便發(fā)現(xiàn)液體泄漏的存在。
然而，在傳統(tǒng)的電化學(xué)電池中，由于蓋子的外周邊等于容器的外周邊，由于必須從電化學(xué)電池一側(cè)來進(jìn)行液體泄漏的目視檢查，因此必須觀察四個側(cè)面，從而導(dǎo)致了較高的成本。
本發(fā)明旨在提供一種電化學(xué)電池，其中可以容易地進(jìn)行液體泄漏的檢查。
本發(fā)明涉及一種電化學(xué)電池，其中包含有電極和電解質(zhì)的容器與用于密封容器的蓋子焊接在一起，其中蓋子的外周邊小于容器的外周邊。
本發(fā)明的電化學(xué)電池具有包含有陰極、陽極和電解質(zhì)的容器，以及用于密封容器的蓋子，其中采用粘合材料來將容器粘合在蓋子上，蓋子的外周邊制成為小于容器的外周邊。
本發(fā)明的用于制造電化學(xué)電池的方法包括，將包含有電極和電解質(zhì)的容器與其外周邊小于容器外周邊的蓋子結(jié)合在一起的步驟，對包括容器和蓋子的電化學(xué)電池進(jìn)行加熱的步驟，冷卻電化學(xué)電池的步驟，以及從蓋子上側(cè)的方向上來目視檢查電化學(xué)電池的步驟。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下所述。
在其中蓋子具有與容器相同的尺寸的傳統(tǒng)電化學(xué)電池中，必須從四個側(cè)面來進(jìn)行檢查，需要大量的時間和很高的成本，然而在本發(fā)明的電化學(xué)電池中，在檢查液體泄漏時，只需要從電化學(xué)電池的頂面上來進(jìn)行觀察。
另外，即使在于容器和蓋子之間設(shè)有金屬環(huán)的構(gòu)造中，如果容器、金屬環(huán)和蓋子的外周邊制作成按此順序變小，也可以只從蓋子上側(cè)的方向上來觀察液體泄漏。
在本發(fā)明的電化學(xué)電池中，用于觀察液體泄漏的表面僅為從蓋子上側(cè)的方向上的表面，從而可以容易地確定不良的粘合產(chǎn)品，并且可以低成本的方式來提供電化學(xué)電池。


圖1是本發(fā)明的電化學(xué)電池的剖視圖；圖2是本發(fā)明的電化學(xué)電池的剖視圖；圖3是傳統(tǒng)的電化學(xué)電池的剖視圖；和圖4是顯示了其中出現(xiàn)了液體泄漏的電化學(xué)電池的視圖。
在各幅圖中各標(biāo)號的含義如下1容器；2陽極；3陰極；4隔板；5粘合材料；6蓋子；7陽極端子；8陰極端子；10金屬環(huán)；11粘合材料；12電解質(zhì)；13液體泄漏。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的電化學(xué)電池是蓋子的外周邊小于容器外周邊的電池。
采用圖1來描述本發(fā)明的典型結(jié)構(gòu)。利用容器1中的隔板4來將陰極3與陽極2隔開，然后注入電解質(zhì)12，之后通過粘合材料5將容器1粘合在蓋子6上。粘合材料5可以通過例如電鍍、壓力粘合、涂覆、印刷和蒸鍍等方法而提前施加在容器側(cè)、蓋子側(cè)或者容器和蓋子這兩側(cè)上?；蛘?，它可以對應(yīng)于粘合區(qū)域的方式而提前模制好，并插入在容器1和蓋子6之間。它可部分地施加在蓋子6上，或者整個地施加在蓋子6的一面或兩面上，并且可部分地或整個地施加在容器1的頂面上。
電解質(zhì)或雜質(zhì)在容器1和蓋子6之間的粘合面上的粘附、容器1和蓋子6之間的位移或者在粘合材料5中形成的孔隙都會導(dǎo)致容器1和蓋子6之間的不良粘合。注入到容器1內(nèi)的電解質(zhì)12會經(jīng)由不良粘合部分泄漏出來，導(dǎo)致電化學(xué)電池的容量變小或其內(nèi)部電阻增大。在某些情況下，電解質(zhì)會粘附到安裝有電化學(xué)電池的電路板上，導(dǎo)致電路板被腐蝕，這會造成電路板本身的損壞。
蓋子6制作成僅僅比容器1小了一定的尺寸A。蓋子6的外周邊制作成小于容器1的外周邊，因此可以僅僅通過從電池的頂面(從蓋子6的方向)觀察電化學(xué)電池來發(fā)現(xiàn)液體泄漏的存在。由于不必檢查全部四個側(cè)面，因此可在短時間內(nèi)完成檢查，并且降低了成本。
另外，如圖2所示，在容器1和蓋子6之間設(shè)有金屬環(huán)10時，在熱粘合時熱量難于傳遞至容器1上，這就防止了容器1產(chǎn)生裂紋或熔化，從而改善了氣密性。當(dāng)金屬環(huán)10采用熱膨脹系數(shù)與容器1或蓋子6相同的環(huán)時，就防止了裂紋的產(chǎn)生，另外也改善了密封性能。金屬環(huán)制作成比容器1僅僅小一定的尺寸B。
在提供了這種金屬環(huán)10時就形成了兩個粘合部分，在這兩個部分處也必須提供粘合材料。首先是容器1和金屬環(huán)10之間的粘合材料11。其次是蓋子6和金屬環(huán)10之間的粘合材料5。粘合材料11可與粘合材料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和金屬環(huán)10中之一或兩者上，或者金屬環(huán)10和蓋子6中之一或兩者上，如上所述。另外，這些粘合材料可預(yù)先部分地或整個地施加在容器1、金屬環(huán)10或蓋子6的一面或所有面上。另外，粘合材料11可插入在金屬環(huán)10和容器1之間，粘合材料5可插入在蓋子6和金屬環(huán)10之間。
即使在設(shè)有金屬環(huán)的情況下，由于該結(jié)構(gòu)制成為使得容器1具有最大的外周邊而蓋子具有最小的外周邊，因此可通過從電池頂面目視檢查電化學(xué)電池來發(fā)現(xiàn)液體泄漏的存在。金屬環(huán)10可制成為具有與容器1相同的直徑。
在不良粘合產(chǎn)品中，注入到容器中的電解質(zhì)通過毛細(xì)作用而隨時間逐漸泄漏出去。泄漏量取決于不良粘合所導(dǎo)致的孔的尺寸而變化，如果孔的尺寸較大，就會泄漏大量的電解質(zhì)，如果孔較小，就只有少量的電解質(zhì)泄漏。即使泄漏量很少，出現(xiàn)了泄漏的電化學(xué)電池也存在容量會變小的問題。利用顯微鏡可在短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)電池中的較大孔，然而在短時間內(nèi)無法發(fā)現(xiàn)電池中的較小孔。
利用在將容器粘合在蓋子上之后通過加熱電池使電解質(zhì)加速揮發(fā)所帶來的容器內(nèi)壓力增大所導(dǎo)致的液體泄漏，就實(shí)現(xiàn)了在短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)不良粘合的方法。
對電化學(xué)電池進(jìn)行加熱，然后冷卻，然后目視檢查容器和蓋子之間的粘合部分，從而發(fā)現(xiàn)液體泄漏的存在。在該方法中，電解質(zhì)甚至?xí)诙虝r間內(nèi)從粘合部分中的小孔中泄漏出去。另外，漏出電解質(zhì)中的溶劑會受熱揮發(fā)，只留下白色的輔助鹽和凝膠成分。因此，出現(xiàn)泄漏的面積會比不良粘合部分的小孔面積要大，從而可以容易區(qū)分出不良粘合產(chǎn)品，另外，這種方法可在短時間內(nèi)進(jìn)行。加熱溫度優(yōu)選近似等于電解質(zhì)的沸點(diǎn)，并且根據(jù)所使用的電解質(zhì)的類型而有所不同。
示例1制作了圖1所示的非水電解質(zhì)的二次電池。通過將兩層陶瓷片層疊起來形成盒型容器1，在它們之間形成陰極端子8。陽極端子7從容器1的底部沿著容器一側(cè)來形成，使得它與粘合材料5電接觸。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形成于容器外壁的頂面上。
將可買到的三氧化鉬、石墨和聚丙烯酸以50/45/5的重量百分比進(jìn)行混合，然后在2噸/平方厘米的壓力下通過壓力機(jī)壓制成模制件，并用作陰極3。將可買到的一氧化硅、石墨和聚丙烯酸以45/40/15的重量百分比進(jìn)行混合，然后在2噸/平方厘米的壓力下壓制成模制件，然后將未示出的金屬鋰施加在模制件上，這樣來制作陽極2。
接下來將陰極3、隔板4和陽極2按此順序放入到容器1中，然后將1摩爾/升的LiBF4溶解在γ-BL/EC(1/1)中所得的液體注入到容器1中，作為電解質(zhì)12。結(jié)果，一氧化硅和金屬鋰因電解質(zhì)的存在而形成了含鋰的二氧化硅。
使用下述蓋子來作為蓋子6，其中用FeNiCo合金作為基底金屬，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。該蓋子制作成具有4.8×2.8×0.1毫米的尺寸，其小于容器1的外周邊。之后，粘合材料5通過電阻縫焊而熔化，制出1000個盒型非水電解質(zhì)的二次電池，然后用酒精進(jìn)行清潔。
在制作之后，將電池在260℃下加熱10分鐘，然后僅從蓋子6上側(cè)的一個方向上用顯微鏡一個接一個地觀察。在1000個電池中發(fā)現(xiàn)有3個存在容器1和蓋子6之間的液體泄漏，其被確定為次品。
示例2制作了圖2所示的雙電荷層電容器。通過將兩層陶瓷片層疊起來而形成盒型容器1，在它們之間形成了陰極端子8。陽極端子7從容器1的底部沿著容器一側(cè)來形成，使得它與粘合材料11電接觸。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。之后將具有4.8×2.8×0.2毫米外周尺寸的含有FeNiCo合金的金屬環(huán)10放在粘合材料11上，然后通過加熱使其粘合在該材料上。之后在粘合材料11和金屬環(huán)10的表面上施加Ni鍍層，然后在這上面施加用作粘合材料5的Au鍍層。
將可買到的活性碳、石墨和聚四氟乙烯以90/5/5的重量百分比進(jìn)行混合，然后在2噸/平方厘米的壓力下通過壓力機(jī)壓制成模制件，并用作陰極3。陽極2采用與陰極3相同的模制件。
接下來將陰極3、隔板4和陽極2按此順序放入到容器1中，然后將1摩爾/升的(C2H5)4NBF4溶解在丙烯碳酸酯中所得的液體注入到容器1中來作為電解質(zhì)12。
使用下述蓋子來作為蓋子6，其中采用FeNiCo合金作為基底金屬，并在其上施加了2微米厚的Ni鍍層。該Ni鍍層用作粘合材料5。蓋子6制成為具有4.6×2.6×0.1毫米的尺寸，其小于金屬環(huán)10的外周邊。
將蓋子6放在金屬環(huán)10上，然后通過電阻縫焊使粘合材料5熔化，制出1000個盒型雙電荷層電容器，然后用酒精進(jìn)行清潔。將電化學(xué)電池在260℃下加熱10分鐘，然后冷卻，采用顯微鏡從蓋子6的上側(cè)進(jìn)行觀察。在1000個電池中發(fā)現(xiàn)有2個存在金屬環(huán)10和蓋子6之間的液體泄漏，其被確定為次品。
下面列出了用于本發(fā)明的電化學(xué)電池所用的材料的示例。
電池的正活性材料包括含鋰的氧化鈷、含鋰的氧化鎳、含鋰的氧化鎂、含鋰的二氧化鈦、三氧化鉬以及五氧化二鈮。作為負(fù)活性材料，可以使用傳統(tǒng)上已知的材料，例如碳、含鋰的二氧化鈦、五氧化二鈮、含鋰的二氧化硅以及鋰鋁合金。為了增強(qiáng)正活性材料和負(fù)活性材料的導(dǎo)電性，可以在這些活性材料中混合導(dǎo)電輔助物如石墨，以及粘合劑如偏二氟乙烯樹脂、聚乙烯醇、聚四氟乙烯和聚丙烯酸，然后通過壓力成型而形成為預(yù)定的形狀，從而形成了陰極和陽極。
已經(jīng)知道活性碳可作為雙電荷層電容器的陰極材料和活性材料。對于導(dǎo)電輔助物和粘合劑而言，可以采用與電池相同的材料。
電解質(zhì)的材料不受特別限制，可以使用與傳統(tǒng)電池或雙電荷層電容器中所用的相同材料。例如，作為非水溶劑，可以單獨(dú)地或以混合的方式使用溶劑如碳酸丙烯酯(PC)、γ-丁內(nèi)酯(γBL)、環(huán)丁砜(SL)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、四氫呋喃(THF)、1，2-二甲氧基乙烷(DME)和乙腈(AN)。作為輔助鹽，可以使用一種或多種鹽如鋰鹽，包括(C2H5)4PBF4、(C3H7)4PBF4、(CH3)(C2H5)3NBF4、(C2H5)4NBF4、(C2H5)4PPF6、(C2H5)4PCF3SO4、(C2H5)4NPF6、高氯酸鋰(LiClO4)、六氟磷酸鋰(LiPF6)、硼氟化鋰(LiPF4)、六氟砷化鋰(LiAsF6)、三氟甲磺酸鋰(LiCF3SO3)、雙(三氟甲基磺酰基)氨基化鋰[LiN(CF3SO3)2]、硫氰酸鹽和氟化鋁。將預(yù)定量的輔助鹽溶解在非水溶劑中，所得到的液體可用作電解質(zhì)。
還可以使用這樣的電解質(zhì)，其通過使用聚環(huán)氧乙烷衍生物或含有該衍生物的聚合物、磷酸酯聚合物或PVDF同非水溶劑和輔助鹽一起而形成為凝膠。當(dāng)在電解質(zhì)注入容器之后進(jìn)行粘合時，在形成為凝膠的電解質(zhì)中，不會出現(xiàn)因毛細(xì)作用而導(dǎo)致電解質(zhì)上升至粘合面上，從而可以得到具有優(yōu)良?xì)饷苄缘恼澈稀?br> 傳統(tǒng)上已知的材料如陶瓷、玻璃、熱固性樹脂如環(huán)氧樹脂，或者熱塑性樹脂如PPS、PEEK和LCP均可用于該容器。特別是，由于采用非水溶劑的電化學(xué)電池會受到水的不利影響，因此需要采用具有較低透水性的容器材料，因此與采用樹脂的容器相比，優(yōu)選采用陶瓷容器。
蓋子的材料包括陶瓷，玻璃，熱固性樹脂如環(huán)氧樹脂，熱塑性樹脂如PPS、PEEK及LCP，或者金屬如FeNi合金和FeNiCo合金。蓋子可使用涂有作為粘合材料的Ni鍍層的FeNiCo合金，對蓋子的整個周邊進(jìn)行縫焊。在金屬環(huán)側(cè)的Ni/Au鍍層和蓋子側(cè)的Ni鍍層之間進(jìn)行粘合。在該方法中，可通過成本較低的電鍍來將粘合材料施加在蓋子上。由于電阻縫焊在封裝較小時可在幾秒內(nèi)完成，因此就可以減少注入容器中的電解質(zhì)的揮發(fā)，這是優(yōu)選的。
粘合材料包括粘合劑，其包含作為主要組分的環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂或硅樹脂，AgCu合金、AuCu合金、AuSn合金，以及釬料如Ni、Au和AuNi。
采用粘合劑的粘合方法包括將固化劑作為主要組分添加到粘合劑中的熱固性類型的方法，紫外線固化類型的方法，以及水揮發(fā)固化類型的方法。在采用釬料的粘合方法中，將金屬加熱至各金屬的熔點(diǎn)或以上，然后冷卻，從而使釬料固化以實(shí)現(xiàn)粘合。例如，在圖2中，容器1采用陶瓷，金屬環(huán)10采用熱膨脹系數(shù)類似于陶瓷的FeNiCo合金，粘合材料11采用AgCu合金；通過加熱將它們粘合起來；然后在金屬環(huán)10的表面上施加上Ni鍍層，然后在Ni鍍層上施加Au鍍層。該鍍層使得可在容器1的底部上同時形成陽極端子7，顯示出與安裝用板的良好焊接性，并且可形成為粘合材料5。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法，用于觀察液體泄漏的表面僅為一個表面，從而可以容易地區(qū)分開出不良的粘合產(chǎn)品，并且可以低成本的方式來提供可靠的電化學(xué)電池。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)電池，包括含有陰極、陽極和電解質(zhì)的容器，以及用于密封所述容器的蓋子；其中，采用粘合材料將所述容器粘合在所述蓋子上，所述蓋子的外周邊制作成小于所述容器的外周邊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其特征在于，在所述容器和蓋子之間設(shè)有金屬環(huán)，所述容器利用粘合材料粘合在所述金屬環(huán)上，所述金屬環(huán)利用粘合材料粘合在所述蓋子上，所述蓋子的外周邊制作成小于所述金屬環(huán)的外周邊，所述金屬環(huán)的外周邊制作成小于或等于所述容器的外周邊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述容器包括陶瓷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述電解質(zhì)為液體或凝膠。
5.一種包括容器和蓋子的電化學(xué)電池，其中所述蓋子的外周邊小于所述容器的外周邊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述容器具有金屬環(huán)，所述容器通過所述金屬環(huán)粘合在所述蓋子上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的電化學(xué)電池，其特征在于，所述容器和蓋子通過電阻焊而密封在一起。
8.一種用于制造電化學(xué)電池的方法，包括將含有電極和電解質(zhì)的容器與其外周邊小于所述容器外周邊的蓋子粘合在一起的步驟，對包括所述容器和蓋子的電化學(xué)電池進(jìn)行加熱的步驟，冷卻所述電化學(xué)電池的步驟，以及從所述蓋子上側(cè)的方向上來目視檢查所述電化學(xué)電池的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于制造電化學(xué)電池的方法，其特征在于，所述容器具有金屬環(huán)，所述容器通過所述金屬環(huán)粘合在所述蓋子上。
全文摘要
在其中容器粘合在蓋子上的電化學(xué)電池中，需要從容器的四個側(cè)面的方向來觀察液體的泄漏，因此需要大量的時間和很高的成本。將蓋子的外周邊制作成小于容器的外周邊，因此用于觀察液體泄漏的表面僅為從蓋子上側(cè)的方向上的一個表面，從而可以低成本的方式來提供電化學(xué)電池。
文檔編號H01G9/004GK1738073SQ20051009393
公開日2006年2月22日 申請日期2005年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月20日
發(fā)明者小野寺英晴, 木田共彥, 渡邊俊二, 田原謙介 申請人:精工電子微型器件有限公司