專利名稱:用于密封引線端子部件的引線柱的封接的制作方法
本發(fā)明涉及密封引線端子部件，并更詳細(xì)地涉及一種在導(dǎo)電引線柱和該部件壁之間的、改進(jìn)的封接結(jié)構(gòu)，該引線柱從該部件里面穿過該壁到達(dá)外部空間。
通常熟知的加工電氣引線端子部件的工藝是利用幾層不同的材料把引線柱封接到外殼上。例如，在頒發(fā)給本杰明·鮑烏斯基(Benjamin Bowsky)的第4，308，323號美國專利中指出以第一種和第二種玻璃材料彼此同軸地套在一起并延伸出去，而引線柱從電池內(nèi)穿過電池壁延伸出去;第一種材料與引線柱相結(jié)合，而第二種材料結(jié)合到第一種材料和電池壁上;使用共同延伸的、不同的第一種和第二種材料的目的是提供一種整體的封接，而這種封接比用各別或單一材料的封接呈現(xiàn)出較高的抵抗化學(xué)侵蝕的能力。在更近期，1985年4月30日頒發(fā)給詹姆斯C·基利(James C.Kyle)的第4，514，590號美國專利中，使用不同材料的引線柱封接層，每一層在引線柱和外殼之間、垂直于引線柱的縱軸、與其它層形成夾層平板狀擴(kuò)展;不同材料層有著不同的熱膨脹系數(shù)，以補償由于溫度變化在引線端子部件中產(chǎn)生的應(yīng)力。
本發(fā)明不同于先有技術(shù)，考慮到在氣密封接部件的內(nèi)外存在著不同的電化學(xué)條件，于是以獨特而新穎的方法來解決在氣密封接部件中封接引線柱時這一已考慮到的問題，該方法在既直截了當(dāng)而又高效生產(chǎn)和裝配的工序下，所需材料和加工步驟減至最少，同時，保證在密封部件的內(nèi)外，引線柱都有著耐久的封接。上述這些可以用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)來達(dá)到，而不犧牲封接物的化學(xué)完善性和穩(wěn)定性，該結(jié)構(gòu)提供一種能抵抗已考慮到的不同條件下的濕度和腐蝕的封接構(gòu)造，而在其中不致出現(xiàn)不希望有的氣泡和凹坑，且具備受控制的封接應(yīng)力條件，通過調(diào)整材料的粘度(viscosity)和收縮特性，利用這種受控應(yīng)力條件可獲得效率更高和更有效的封接。當(dāng)如上面提到的早先申請(本申請是它的部分連續(xù)申請)中所述那樣，按照端蓋結(jié)構(gòu)方案來建造時，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)能容易地用于密封引線端子部件，特別是比如鋰電池。
所屬技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)的專業(yè)人員在讀了下面所披露的內(nèi)容后，對本發(fā)明的其它各種特點將是顯而易見的。雖然從任何意義上來說，本發(fā)明獨有的結(jié)構(gòu)特點沒有被認(rèn)為受到限制，但它對電池工藝，尤其是鋰電池工藝特別有用。
更具體地說，本發(fā)明提供一種在密封引線端子部件中的改進(jìn)的孔封接結(jié)構(gòu)，該部件有一引線柱，此引線柱從該部件里面穿過開孔的部件壁延伸到外部空間。此改進(jìn)的封接結(jié)構(gòu)包括第一封接層，它有著在引線柱和部件壁之間擴(kuò)展的內(nèi)外兩表面，內(nèi)表面鄰近部件里面的構(gòu)造，第一封接層有著對部件里面的化學(xué)成分的侵蝕產(chǎn)生預(yù)定抵抗能力的電化學(xué)性能;以及第二封接層，它有著在引線柱和部件壁之間擴(kuò)展的內(nèi)外兩表面，外表面鄰近外部空間，第二封接層有著不同于第一封接層的電化學(xué)性能，以對來自外部環(huán)境條件的化學(xué)侵蝕產(chǎn)生預(yù)定的抵抗能力。此外，本發(fā)明提供介于第一和第二層之間的第三層，以形成一阻擋屏蔽層，來限制在第一和第二層之間、不希望有的、破壞性能的流通。
要明白，所屬技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)的專業(yè)人員在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以對在此處披露的，本發(fā)明的若干部分作各種各樣的變動。例如，根據(jù)密封部件內(nèi)外各種存在情況，可以對這些封接層的化學(xué)組成和性質(zhì)以及它們的幾何形狀作出改動。
參閱附圖，在附圖示出了本發(fā)明一個有優(yōu)點的實施例，以及它的改進(jìn)實施例。
圖1是獨特而新穎端蓋的平面圖，按端蓋的平面圖，此端蓋中有一孔，并有一圍繞著此孔與端蓋成整體延伸出來的圍壁部分，此端蓋設(shè)置在用于密封引線端子部件的外殼內(nèi)。
圖2是取自通過圖1的2-2線的斷面圖，它示出了外殼和端蓋的上部。
圖3是圖1和圖2中端蓋局部放大斷面圖，它示出本發(fā)明用于穿過端蓋孔延伸的引線柱的封接結(jié)構(gòu)。
圖4是類似于圖3的放大斷面圖，它示出了用于通常帶孔端蓋的本發(fā)明另一種封接結(jié)構(gòu)方式。
參閱附圖中的圖1和圖2，此兩圖中示出了已經(jīng)裝有端蓋3的密封引線端子部件的外殼2。端蓋3包括圖形的主體部分4，主體部分4具有從它的外周延伸出去的外周緣6。利用一適當(dāng)?shù)暮附友b置，例如激光束焊接裝置(未示出)能把端蓋3的外周緣6封接到外殼2的內(nèi)壁上。端蓋3的主體部分4的中心開有一圓孔7，導(dǎo)電引線柱8從外殼2的里面穿過圓孔7延伸到外部空間。包括外殼2和端蓋3這些構(gòu)件能用于許多類型密封引線端子部件中的任一種類型，例如用于鋰電池類型。如同能導(dǎo)電的引線柱8那樣，這些構(gòu)件可以用合適的不銹鋼材料制成。構(gòu)件材料的化學(xué)組成和化學(xué)性質(zhì)與所用封接材料的化學(xué)組成和性質(zhì)相關(guān)聯(lián)。在圖1-3的實施例中，所示出的端蓋3和早先申請中的相似(本申請是該早先申請的部分連續(xù)申請)，包括可以是很薄的主體部分4和圍壁部分10。圍壁部分10圍繞著孔7并從主體部分4以一選定的角度延伸出去一選定的距離。在圖2的結(jié)構(gòu)實施例中，圍壁10大體上垂直于主體部分4延伸出基本上等于外周緣6高度的距離。要明白，取決于密封引線端子部件用途的性質(zhì)，此處所公開的幾部分也可采用其它幾何形狀，而端蓋也可有其它的構(gòu)造，并可有一個以上的穿過端蓋而延伸的引線柱。
參閱圖3，圖中示出了本發(fā)明的封接物9在引線柱8的外周壁和由孔限定的、從端蓋3的主體部分4延伸出的圍壁部分10之間的孔7內(nèi)擴(kuò)展。關(guān)于這一點要明白，如果需要，可以用一適當(dāng)開孔的鋼質(zhì)小環(huán)封接在主體部分4的孔7內(nèi)。按照本發(fā)明的一個優(yōu)越的實施例(圖3)，封接物9是由兩封接層11和13所組成的，每一層均有內(nèi)表面和外表面，每一層都在引線柱8和端蓋3的主體部分10之間、在一與引線柱8的縱軸相垂直的平面上擴(kuò)展。封接層11和13選用例如玻璃那樣的有著不同電化學(xué)性能的合適材料，封接材料成分取決于引線柱8和端蓋3的主體部分4所用材料的成分，還取決于引線端子部件里面的化學(xué)情況和外部環(huán)境。
層11的內(nèi)表面與外殼2內(nèi)部件里面的構(gòu)造相鄰，所以最好層11以能對部件里面化學(xué)成分的侵蝕產(chǎn)生預(yù)定抵抗能力的電化學(xué)性能的材料來制成。同樣，最好封接層13是以不同于層11的材料來制成的，以使得層13鄰近外部環(huán)境的外表面有著能對周圍環(huán)境的化學(xué)成分的侵蝕，例如腐蝕，產(chǎn)生預(yù)定抵抗能力的電化學(xué)性能。此外，在選擇封接層11和13的化學(xué)組成和化學(xué)性質(zhì)時，最好在熔化狀態(tài)期間每一層的流動粘度和膨脹系數(shù)特性要相仿，并且它們的膨脹系數(shù)與制成引線柱和端蓋主體部分的材料膨脹系數(shù)要相容，以使得在進(jìn)行把引線柱封接到部件上去的有關(guān)熔化成形工序后，由這些層造成的整個封接物是收縮的。要注意的是，在組裝前為了要改進(jìn)接合能力，用以形成層11和13的選用的玻璃珠表面，可象與之封接的材料那樣，適當(dāng)?shù)匾匝趸镞M(jìn)行處理或酸洗。
曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在鋰電池部件中可以成功地運用不同電化學(xué)性能的玻璃材料，同時其內(nèi)表面靠近部件里面的層11的SiO2含量，按重量來計算大體上小于外表面鄰近周圍環(huán)境的層13的SiO2含量。這種差別用以增加每一封接層的表面對它所暴露的特定環(huán)境(對層11來說是部件里面，對層13來說是外部的環(huán)境)中化學(xué)侵蝕的抵抗能力。
更確切地說，在鋰電池部件中，最靠近密封引線端子里面電解液的層11，大致以化學(xué)成分重量計，可以包括10-45%的SiO2、10-25%的B2O3、3-10%的Al2O3、2-10%的La2O3、10-30%的化學(xué)元素周期表內(nèi)第二族的輕金屬氧化物(包括MgO、CaO、SrO和BaO)以及5-25%的化學(xué)元素周期表內(nèi)第一族的輕金屬氧化物(包括Li2O、Na2O和K2O)。層13，大致以化學(xué)成分重量計，可以包括50-65%的SiO2、4-12%的B2O3、1-5%的Al2O3、5-15%的化學(xué)元素周期表內(nèi)第二族的輕金屬氧化物(包括CaO、SrO和BaO)以及5-20%的化學(xué)元素周期表內(nèi)第一族的輕金屬氧化物(包括Li2O、Na2O和K2O)。要注意的是有著上述化學(xué)成分的封接層11和13的流動粘度和膨脹系數(shù)特性都要大致相近，而膨脹系數(shù)要選擇得與相近的金屬材料的膨脹系數(shù)相容，例如，用于引線柱的金屬材料是446不銹鋼，小環(huán)和端蓋是304L不銹鋼。因此，封接層11和13在熔化時的連結(jié)力增強，而整個密封物9在引線柱8和端蓋3的主體部分4之間收縮。
參閱圖4可看到本發(fā)明進(jìn)一步的實施例，其中，在封接物9的層11和13之間有一中間層14，中間層14可以以合適的陶瓷材料制成，用以阻止在層11和13之間腐蝕的遷移。要明白，中間陶瓷層的化學(xué)組成與化學(xué)性質(zhì)是這樣選擇的，它的膨脹系數(shù)特性與層11和13的相仿，而且陶瓷層14是多孔性的，在組裝過程的熱熔工序期間，這種多孔性增強了圍繞著層14的層11和13與它的連結(jié)力。
如前所述，所屬技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)的專業(yè)人員在不偏離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，為了對封接物9的任一面或兩面的化學(xué)侵蝕產(chǎn)生較大的抵抗能力，可以對此處披露的若干部分的相互關(guān)聯(lián)的化學(xué)組成和化學(xué)性質(zhì)以及實際的幾何形狀作各種各樣的變動。
權(quán)利要求
1.一種在密封引線端子部件內(nèi)的改進(jìn)的孔封接結(jié)構(gòu)，所述部件有一引線柱，所述引線柱從所述部件里面穿過開孔的部件壁延伸到外部空間，所述改進(jìn)的封接結(jié)構(gòu)包括第一封接層，它有著在所述引線柱和所述部件壁之間擴(kuò)展的內(nèi)外兩表面，所述內(nèi)表面鄰近所述部件里面的構(gòu)造，所述第一封接層有著對部件里面的化學(xué)成分的侵蝕產(chǎn)生預(yù)定的抵抗能力的電化學(xué)性能；第二封接層，它有著在所述引線柱和所述部件壁之間擴(kuò)展的內(nèi)外兩表面，所述外表面鄰近外部空間，所述第二封接層有著不同于所述第一封接層的電化學(xué)性能，以對來自外部環(huán)境條件的化學(xué)侵蝕產(chǎn)生預(yù)定的抵抗能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的封接結(jié)構(gòu)，所述第一和第二封接層有著鄰接的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的封接結(jié)構(gòu)，被所述引線柱延伸穿過的所述部件壁包括一個帶有孔的端蓋以及一個圍繞著所述孔與端蓋成整體延伸的圍壁部分，所述圍壁部分與所述主體部分成一選定的角度延伸出去一選定的距離，所述第一和第二封接層在所述引線柱和所述延伸的圍壁部分之間擴(kuò)展。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的封接結(jié)構(gòu)，所述引線端子部件包括一個端蓋和一個帶孔小環(huán)，所述引線柱穿過所述小環(huán)并與之封接。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的封接結(jié)構(gòu)，所述第一和所述第二封接層具有不同的電化學(xué)性能，但有著相近的粘度和膨脹系數(shù)，所述膨脹系數(shù)和與兩封接層相封焊連結(jié)的材料的膨脹系數(shù)相容。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的封接結(jié)構(gòu)，所述第一和所述第二封接層是有著不同電化學(xué)性能的玻璃。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的結(jié)構(gòu)，所述引線端子部件包括一個鋰電池部件，所述第一和所述第二封接層是具有不同電化學(xué)性能的玻璃，且所述第一層內(nèi)的SiO2成分以重量計實質(zhì)上低于所述第二層內(nèi)的SiO2成分，以增強對鋰電池電解液腐蝕的抵抗能力。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1的結(jié)構(gòu)，它包括一位于所述第一和第二封接層之間的中間層，所述中間層具有阻止在所述第一和第二封接層之間腐蝕遷移的性能。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1的結(jié)構(gòu)，所述引線端子部件包括一鋰電池部件，所述第一層的成分以重量計大致為10-45%的SiO2、10-25%的B2O3、3-10%的Al2O3、2-10%的La2O3、10-30%的化學(xué)元素周期表內(nèi)第二族的輕金屬氧化物以及5-25%的化學(xué)元素周期表內(nèi)第一族輕金屬的氧化物，所述第二層的成分以重量計大致為50-65%的SiO2、4-12%的B2O3、1-5%的Al2O3、5-15%的化學(xué)元素周期表內(nèi)第二族的輕金屬氧化物以及5-20的化學(xué)元素周期表內(nèi)第一族的輕金屬氧化物。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9的結(jié)構(gòu)，所述第一層的第二族的輕金屬氧化物包括MgO、CaO、SrO以及BaO，而第一族輕金屬氧化物包括Li2O、Na2O以及K2O;所述第二層的第二族的輕金屬氧化物包括CaO、SrO以及BaO，而第一族的輕金屬氧化物包括Li2O、Na2O以及K2O。
11.一種改進(jìn)的鋰電池部件，它包括一個內(nèi)盛鋰電解液的電池外殼;一個用于所述電池外殼的、開有一孔的端蓋;一個熔焊在所述端蓋孔內(nèi)的金屬環(huán);一個穿過所述環(huán)而延伸的金屬引線柱;在所述引線柱和所述金屬環(huán)內(nèi)壁之間擴(kuò)展的封接結(jié)構(gòu)，它包括第一玻璃封接層和第二玻璃封接層，所述第一玻璃封接層有著在所述引線柱和所述金屬環(huán)的內(nèi)壁之間擴(kuò)展的內(nèi)外兩表面，且所述內(nèi)表面鄰近所述電池外殼內(nèi)的鋰電解液，所述第一玻璃層的成分以重量計大致為10-45%的SiO2、10-25%的B2O3、3-20%的Al2O3、2-10%的La2O3、10-30%的輕金屬氧化物(包括MgO、CaO、SrO和BaO)以及5-25%的輕金屬氧化物(包括Li2O、Na2O和K2O);所述第二玻璃封接層有著在所述引線柱和所述金屬環(huán)的所述內(nèi)壁之間擴(kuò)展的內(nèi)外兩表面，且所述第二層的所述內(nèi)表面鄰接所述第一層的所述外表面，所述第二層的所述外表面暴露于外部環(huán)境內(nèi)，所述第二玻璃封接層的成分以重量計大致為50-65%的SiO2、4-12%的B2O3、1-5%的Al2O3、5-15%的輕金屬氧化物(包括CaO、SrO和BaO)以及5-20%的輕金屬氧化物(包括Li2O、Na2O和K2O);所述第一和所述第二玻璃封接層有著相仿的粘度和膨脹系數(shù)，所述膨脹系數(shù)與封焊到所述玻璃層上的金屬材料的膨脹系數(shù)相容。
專利摘要
一種用于密封引線端子部件的引線柱封接物(9)包括至少兩層(11，13)，一層(11)的內(nèi)表面鄰近部件里面的結(jié)構(gòu)，此層有著抵抗來自裝置里面的化學(xué)成分的侵蝕的電化學(xué)性能，另一層(13)的外表面鄰近外部環(huán)境，此層的電化學(xué)性能不同于面向著部件外殼那層(11)的電化學(xué)性能，這樣，可對來自外部環(huán)境的化學(xué)侵蝕產(chǎn)生較強的抵抗能力。
文檔編號H01M2/06GK87106453SQ87106453
公開日1988年4月6日 申請日期1987年9月22日
發(fā)明者理查德·李·蒂福, 格倫·安東尼·杭康, 唐納德·哈羅德·霍爾 申請人:埃墨森電氣公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan