BRPI0808507A2

BRPI0808507A2 - Conjunto de terminação de lacre para célula de lítio

Info

Publication number: BRPI0808507A2
Application number: BRPI0808507-2A
Authority: BR
Inventors: Fred J Berkowitz; Jaroslav Janik; Stephen A Benoit; Boris Makovetski; Robert Pavlinsky; Mark D Andrews; William J Wandeloski
Original assignee: Gillette Co
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2008-03-06
Publication date: 2014-08-19
Also published as: WO2008109722A1; EP2118947A1; JP2010519719A; CN101542775A; US20080220316A1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CONJUNTO DE TERMINAÇÃO DE LACRE PARA CÉLULA DE LÍTIO".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a um conjunto de terminação para lacre de células eletroquímicas, particularmente células primárias de lítio que têm eletrodos enrolados, mais particularmente células de lítio enroladas que têm um ânodo compreendendo lítio e um cátodo compreendendo dissulfeto de ferro. A presente invenção refere-se a dispositivos rompíveis no interior do conjunto de terminação que permite o escape de gases do interior da célula para o meio ambiente.

Antecedentes

Células eletroquímicas primárias (não-recarregáveis) com um ânodo de lítio são conhecidas e têm uso comercial amplamente difundido. O invólucro da célula, geralmente de aço, pode, tipicamente, ser cilíndrico, com uma extremidade aberta e uma extremidade fechada oposta. O ânodo é composto essencialmente de lítio metálico. Essas células têm, tipicamente, um cátodo compreendendo dióxido de manganês e um eletrólito compreendendo um sal de lítio como trifluorometanossulfonato de lítio (L1CF3SO3), dissolvido em um solvente não-aquoso. As células são chamadas na técnica de células primárias de lítio (células primárias de Li/Mn02) e, de modo geral, não são recarregáveis. Elas têm tipicamente eletrodos enrolados em espiral, ou seja, uma folha de material de ânodo, uma folha de material de cátodo e um separador permeável ao eletrólito entre as folhas, enrolados em espiral antes da inserção no invólucro da célula.

Também são conhecidas células primárias de lítio alternativas, com ânodos de lítio metálico mas diferentes cátodos. Essas células têm, por exemplo, cátodos compreendendo dissulfeto de ferro (FeS2), e são denominadas células de Li/FeS2. O dissulfeto de ferro (FeS2) é conhecido, também, como pirita. As células de Li/Mn02 ou as células de Li/FeS2 têm tipicamente o formato cilíndrico, tipicamente o tamanho AA ou 2/3A, com uma folha de material de ânodo, separador e cátodo enrolados em espiral antes da inserção no invólucro da célula. As células de Li/Mn02 têm uma tensão de cerca de 3,0 V, duas vezes maior que a tensão das células alcalinas de ZnZMnO2 convencionais e a densidade energética (Watt-hora por cm3 de volume da célula) é mais alta que a densidade energética das células alcalinas. As células de Li/FeS2 têm uma tensão (sem uso prévio) entre cerca de 1,2 e 1,5 V, 5 que é aproximadamente igual à tensão de uma célula alcalina de Zn/MnC>2 convencional. Entretanto, a densidade energética (Watt-hora por cm3 do volume da célula) da célula de Li/FeS2 é, também, muito mais alta que a densidade energética de uma célula alcalina de Zn/Mn02 de tamanho comparável. A capacidade específica teórica do lítio metálico é alta, 3.861,7 mAh/g, e 10 a capacidade específica teórica do FeS2 é de 893,6 mAh/g. A capacidade teórica do FeS2 tem por base uma reação de transferência de 4 elétrons de 4Li por FeS2, produzindo ferro elementar Fe e 2U2S. Ou seja, 2 dos 4 elétrons reduzem o estado de valência do Fe+2 em FeS2 para Fe e os 2 elétrons restantes reduzem a valência do enxofre de -1 em FeS2 para -2 em LÍ2S.

De modo geral, as células de Li/FeS2 têm mais potência que as

células alcalinas de Zn/Mn02 do mesmo tamanho. Ou seja, para uma determinada drenagem de corrente contínua, particularmente para uma drenagem de corrente mais alta, acima de 200 mA, no perfil de tensão versus tempo, a tensão da célula de Li/FeS2 cai menos rapidamente que a tensão da célula 20 alcalina de Zn/Mn02. Como resultado, a energia obtenível atingida por uma célula de Li/FeS2 é maior que a energia obtenível por uma célula alcalina de mesmo tamanho. A saída maior de energia da célula de Li/FeS2 é também mais clara e diretamente mostrada em gráficos de energia (Watt-horas) versus descarga contínua sob potência (Watts) constante onde células sem uso 25 prévio são completamente descarregadas a potências de saída contínuas e fixas na faixa de um mínimo de 0,01 W até 5 W. Nesses testes, a drenagem de potência é mantida a uma saída constante e contínua de potência, selecionada entre 0,01 W e 5 W. (Conforme a tensão da célula cai durante a descarga, a resistência de carga diminui gradualmente, elevando a drena30 gem de corrente para manter a saída de potência fixa e constante). O gráfico energia (Watt-horas) versus potência de saída (Watt) mostra valores consideravelmente mais altos para a célula de Li/FeS2 do que para a célula alcalina de Zn/Mn02 do mesmo tamanho. Isso ocorre apesar da tensão inicial de ambas as células (sem uso prévio) ser aproximadamente a mesma, especificamente entre cerca de 1,2 e 1,5 V.

Portanto, as células de LiZFeS2 têm vantagens sobre as células 5 alcalinas de mesmo tamanho, por exemplo AAA (44 x 10 mm), AA (50 x 14 mm), C (49 x 25,5 mm) ou D (60 x 33 mm), ou qualquer outro tamanho em que as células de Li/FeS2 possam ser usadas de forma intercambiável com as células alcalinas convencionais de Zn/Mn02 e têm vida útil maior, particularmente para aplicações de alta demanda de energia. Similarmente, a célu10 Ia de Li/FeS2, que é uma célula primária (não-recarregável), pode substituir as células de níquel-hidreto metálico recarregáveis do mesmo tamanho, as quais têm aproximadamente a mesma tensão (sem uso prévio) que a célula de Li/FeS2.

Depois que os eletrodos enrolados em espiral da célula de Li/FeS2 são inseridos no invólucro tipicamente cilíndrico, o eletrólito é adicionado e a extremidade aberta do invólucro precisa, então, ser fechada com um conjunto de terminação. O conjunto de terminação é multifuncional. Há uma tampa de extremidade terminal ou uma placa terminal no conjunto de terminação que funciona como terminal de contato. Nas células de Li/FeS2, a terminação está em contato elétrico com o cátodo da célula e funciona como o terminal positivo da célula. O conjunto de terminação precisa ter uma vedação confiável para evitar vazamentos do eletrólito e suportar pressões internas da célula devidas à emissão de gases durante o armazenamento ou a descarga da célula. A célula deve ter um sistema de ventilação que é ativado quando a pressão do gás no interior da célula atinge um nível predeterminado. O sistema de ventilação é desejavelmente colocado no conjunto de terminação.

A técnica das células eletroquímicas apresenta saídas de ar que podem ser formadas na própria parede do invólucro da célula, isto é, através do enfraquecimento da parede do invólucro de modo que ele sofra ruptura quando a pressão interna da célula atinge um nível predeterminado. A técnica indica que isto pode ser obtido por gravura a água-forte ou abrasão da parede do invólucro metálico da célula produzir uma porção mais fina e rompível da própria parede. Tais regiões desbastadas são mostradas na parede lateral do invólucro da célula ou na parte de baixo da célula (extremidade fechada), de modo que a região desbastada fique voltada para o ambi5 ente externo. Exemplos de células eletroquímicas cujas paredes apresentam tais regiões desbastadas ou enfraquecidas são mostrados nas patentes U.S. noS 2.478.798, 2.525.436, 4.484.691, 4.256.812, 4.789.608, 4.175.166 e 6.159.631.

No pedido US n° 2006/0228620 A1 é mostrada uma célula enrolada de LiZFeS2 que contém uma folha metálica fina ou uma membrana polimérica no conjunto de terminação. A membrana separada é projetada para se romper quando o gás no interior da célula se acumula até um nível predeterminado.

As células eletroquímicas podem ser dotadas de um mecanis15 mo rompível de respiro que tipicamente contém uma membrana rompível integralmente formada em um disco plástico de vedação isolante, por exemplo de náilon, de polipropileno ou de polietileno, em um conjunto de terminação. A membrana rompível pode ser formada de porções sulcadas ou afinadas no disco plástico isolante, conforme descrito, por exemplo, na patente 20 U.S. n° 3.617.386. Estas membranas são projetadas para se romper quando a pressão do gás no interior da célula exceder um nível predeterminado. O conjunto de terminação pode ser dotado de orifícios de respiro através dos quais o gás é liberado para o ambiente quando a membrana se rompe.

A técnica de células eletroquímicas apresenta membranas de 25 respiro rompíveis que são integralmente formadas como áreas mais finas de um disco plástico de vedação isolante incluído no conjunto de terminação. Tais membranas de respiro são normalmente orientadas de modo que fiquem em um plano perpendicular ao eixo longitudinal da célula, por exemplo, conforme mostrado na patente US n° 5.589.293. Na patente US n° 30 4.227.701 a membrana rompível é formada de uma "fenda ou sulco" anular localizado em um braço do disco isolante que é inclinado em relação ao eixo longitudinal da célula. O plástico isolante é montado de modo deslizante sobre um coletor de corrente alongado que passa através do mesmo. À medida que a pressão do gás no interior das células aumenta, a parte central do disco isolante desliza para cima em direção à tampa da célula e com isso estica o "sulco" da membrana adelgaçada até a mesma se romper. As pa5 tentes US noS 6.127.062 e 6.887.614 B2 apresentam um disco de isolante vedação e uma membrana rompível integralmente formada no mesmo que é inclinada. A porção da membrana rompível no disco de vedação fica em posição contígua a uma abertura no disco metálico de suporte sobrejacente. Quando a pressão do gás no interior da célula se eleva, a membrana se 10 rompe através da abertura no disco metálico de suporte e com isso libera a pressão do gás que passa para o ambiente externo.

As patentes US noS 6.127.062 e 6.887.614 B2 apresentam um disco plástico de vedação isolante e uma membrana rompível formada integralmente, sendo que a membrana rompível está em contiguidade a uma 15 abertura no disco metálico de suporte sobrejacente. Na patente U.S. n° 6.887.614 a membrana rompível é integralmente formada no interior do disco plástico de vedação isolante. A membrana rompível está em contiguidade com uma abertura em um disco metálico de suporte sobrejacente. Na patente US n° 6.887.614 há um sulco em corte inferior no lado inferior da mem20 brana. O sulco circunda o eixo longitudinal da célula. O sulco cria uma porção adelgaçada da membrana em sua base que se rompe através da abertura no disco metálico de suporte sobrejacente quando a pressão interna do gás da célula atinge um nível predeterminado.

A membrana rompível pode estar na forma de uma ou mais 25 "ilhas" de material delgado integralmente formado no disco plástico isolante conforme mostrado nas patentes US 4.537.841, 5.589.293 e 6.042.967. Alternativamente, a membrana rompível que é integralmente formada no disco plástico isolante pode estar na forma de uma porção delgada circundando o eixo longitudinal da célula, conforme mostrado nas patentes U.S. n° 30 5.080.985 e 6.991.872. A porção delgada circundante que forma a membrana rompível pode estar na forma de fendas ou sulcos no disco plástico isolante conforme mostrado nas patentes US n° 4.237.203 e US 6.991.872. A membrana rompível pode, também, ser uma peça separada de película polimérica disposta entre o disco metálico de suporte e o disco plástico isolante, e voltada para as aberturas ali existentes, conforme mostrado na publicação do pedido de patente US 2002/0127470 Al Um elemento pontia5 gudo, ou outro elemento saliente pode estar orientado acima da membrana rompível para auxiliar na ruptura da mesma conforme mostrado na patente US n° 3.314.824. Quando a pressão do gás no interior da célula se torna excessiva, a membrana se expande e se rompe ao contato com o elemento pontiagudo, permitindo assim que o gás do interior da célula escape para o 10 ambiente através das aberturas existentes na tampa da extremidade terminal sobrejacente.

Os conjuntos de terminação descritos acima incluem mecanismos de respiro, como membranas rompíveis que são parte integral do disco plástico de vedação isolante, geralmente não são adequados para uso no conjunto de terminação para células primárias de lítio enroladas por causa de requisitos de montagem específicos de tais células enroladas.

Consequentemente, é desejável ter-se um conjunto de terminação de componentes que possam ser prontamente fabricados e montados, e que forneça uma vedação apertada para células primárias de lítio enroladas durante a operação normal e sob condições extremas, tanto em climas quentes quanto em climas frios.

É desejável ter-se um mecanismo de respiro rompível confiável no conjunto de terminação, que seja ativado e que funcione confiavelmente em células de lítio enroladas quando a pressão de gases no interior da céluIa atinge um nível predeterminado.

É desejável que o conjunto de terminação tenha um interruptor de corrente como um dispositivo PTC (Positive Temperature Coefficient coeficiente positivo de temperatura) para fornecer proteção adicional contra curto-circuito ou contra drenagem anormalmente alta de corrente.

É desejável que a tampa seja à prova de adulteração, ou seja,

não seja prontamente removida à força do conjunto de terminação. Sumário da Invenção

A presente invenção refere-se a um conjunto de terminação para o fechamento e a vedação de células que contêm eletrodos enrolados. O conjunto de terminação é inserido na extremidade aberta do invólucro da 5 célula para vedar e fechar o invólucro e também para fornecer um dispositivo de ventilação que é ativado se a pressão do gás no interior da célula aumentar até um nível predeterminada. O dispositivo de ventilação inclui, de preferência, uma superfície metálica rompível projetada para se romper se a pressão do gás no interior da célula aumentar até um valor predeterminada. 10 O conjunto de terminação pode também incluir um interruptor de corrente, como um dispositivo PTC (positive temperature coefficient - coeficiente positivo de temperatura). A resistência do dispositivo PTC aumenta abruptamente para reduzir rapidamente a drenagem de corrente se a célula for submetida a curto-circuito, drenagem de corrente anormalmente alta ou temperatu15 ras anormalmente altas. O conjunto de terminação da invenção é projetado principalmente para células primárias de lítio (não-recarregáveis), isto é, células cujo ânodo compreende lítio. A célula pode tipicamente ter um ânodo que compreende uma folha de lítio ou de liga de lítio e um cátodo compreendendo dióxido de manganês (MnO2) ou dissulfeto de ferro (FeS2). Em par20 ticular, o conjunto de terminação da invenção tem aplicação principal em células primárias (não-recarregáveis) de eletrodos enrolados nas quais o ânodo compreende uma lâmina de lítio ou de liga de lítio e o cátodo compreende uma camada, normalmente um revestimento, que compreende dissulfeto de ferro (FeS2). O invólucro da célula é tipicamente cilíndrico.

Em um aspecto principal, o conjunto de terminação compreen

de: uma terminação metálica, que forma o terminal positivo, e uma caneca metálica subjacente que forma o cátodo, com um um dispositivo PTC (positive temperature coefficient - coeficiente positivo de temperatura) opcional entre as mesmas. A caneca de contato do cátodo é eletricamente conectada 30 ao cátodo subjacente e à terminação subjacente, de modo que a caneca de contato do cátodo se torna parte do caminho elétrico entre o cátodo e a terminação. A caneca de contato do cátodo tem uma extremidade aberta e uma extremidade ou base fechada oposta, com paredes laterais integrais dispostas entre as mesmas. O conjunto de terminação inclui também um disco de vedação isolante, de preferência de plástico, no qual a caneca de contato do cátodo é inserida para ficar eletricamente isolada do invólucro da célula. O 5 disco de vedação isolante tem uma abertura que se estende longitudinalmente e que produz um par de extremidades abertas opostas. A abertura é delimitada pelas paredes laterais ou pela borda periférica do dito disco de vedação isolante.

Em um aspecto principal, a caneca de contato do cátodo, que é feita de metal, é dotada de uma porção adelgaçada integral rompível projetada para se romper e assim liberar o gás interno, se a pressão interna da célula aumentar até um valor predeterminado. A porção adelgaçada rompível é parte integral de uma das paredes da caneca de contato do cátodo, desejavelmente localizada na base ou extremidade fechada da caneca voltada para o interior da célula. As porções adelgaçadas são de preferência formadas pelo impacto de uma matriz que tem uma aresta aguda com a caneca de contato do cátodo. (A aresta da matriz pode ser aquecida antes do impacto). Outros métodos de formação das porções adelgaçadas podem ser possíveis e não estão excluídos. De preferência, a matriz é batida contra a extremidade fechada da caneca de contato do cátodo, formando assim os sulcos na caneca. Os sulcos podem ser segmentados ou contínuos e podem ser retos ou curvilíneos, ou uma combinação de ambos. O metal remanescente subjacente aos sulcos na base de tais sulcos forma as porções adelgaçadas de metal na extremidade fechada da caneca do cátodo. Os sulcos são de preferência feitos na lateral da extremidade fechada da caneca de contato do cátodo, voltados para o lado oposto do interior da célula. Alternativamente, os sulcos podem ser feitos no lado oposto da extremidade aberta do contato do cátodo, isto é, no lado voltado para o interior da célula. O metal remanescente subjacente aos sulcos na base da caneca do cátodo deve ser fino o suficiente para se romper quando a pressão do gás no interior da célula se eleva até um valor predeterminado. Determinou-se que um metal preferencial para a caneca do cátodo, e portanto também para o metal rompível subjacentes aos ditos sulcos, é uma liga de alumínio. O metal preferencial para construção da caneca de contato do cátodo é, de preferência, uma liga de alumínio que tenha sido submetida a recozimento, tornando-se suficientemente maleável para que as ditas porções metálicas rompíveis 5 subjacentes aos sulcos possam ser confiavelmente fabricadas com a pequena espessura necessária. A liga de alumínio fornece também uma excelente condutividade elétrica entre o material de cátodo, a caneca de contato do cátodo e a terminação.

A caneca de contato do cátodo tem, desejavelmente, uma ar10 ruela ou um disco de suporte, de preferência metálico, para melhorar a resistência da dita caneca. A arruela ou disco de suporte tem tipicamente um formato achatado com uma abertura central. Alternativamente, o disco de suporte pode ser embutido na caneca de contato do cátodo, isto é, formado como parte integrante da caneca de contato do cátodo. Isto, por sua vez, 15 aumenta a espessura anular da caneca de contato do cátodo e elimina a necessidade da inserção, na caneca, de um disco de suporte separado.

Durante a montagem, os eletrodos enrolados são inseridos no invólucro da célula e uma tampa isolante ou uma arruela isolante pode ser inserida para cobrir o topo dos eletrodos enrolados. Uma aba do ânodo es20 tendendo-se a partir do ânodo é soldada à extremidade fechada do invólucro. O conjunto de terminação da invenção é formado fora do invólucro. Durante a fabricação do conjunto de terminação, a caneca metálica de contato do cátodo com o disco de suporte opcional nela instalado é inserida no disco de vedação isolante. A terminação metálica com o dispositivo PTC subjacen25 te opcional é, então, também inserida no disco de vedação isolante sobre a caneca de contato do cátodo, de modo que as paredes laterais ou a borda periférica do dito disco de vedação isolante se estenda sobre a borda da terminação metálica. Isto completa a formação do conjunto de terminação. Uma aba do cátodo é unida à base da caneca de contato do cátodo através 30 de uma abertura na base do disco de vedação isolante. É adicionado um eletrólito aos eletrodos enrolados dentro do invólucro. O conjunto de terminação é então inserido na extremidade aberta do invólucro da célula para fechar o invólucro. A borda do invólucro é crimpada sobre a borda periférica do disco de vedação isolante que, por sua vez, é crimpado sobre o conjunto de terminação, prendendo permanentemente o conjunto de terminação no lugar e vedando o invólucro.

Breve Descrição dos Desenhos

A invenção será melhor compreendida com referência aos desenhos, nos quais:

A figura 1 é uma vista em recorte do conjunto de terminação da

invenção.

A figura 2 é uma vista explodida mostrando os componentes do

conjunto de terminação da invenção.

A figura 3 é uma vista da tampa de terminação.

A figura 4 é uma vista pictórica do dispositivo PTC subjacente à tampa de terminação.

A figura 5 é uma vista em perspectiva superior da arruela de

suporte.

A figura 6 é uma vista em perspectiva superior de uma modalidade da caneca de contato do cátodo na qual há sulcos lineares que formam porções rompíveis delgadas.

A figura 7 é uma vista em perspectiva superior de uma segun

da modalidade da caneca de contato do cátodo na qual há um sulco circunferencial que forma porções rompíveis delgadas.

A figura 8 uma vista em seção transversal de um sulco representativo formando uma porção delgada rompível na superfície da caneca de contato.

A figura 9 é uma vista em perspectiva superior do disco de isolante vedação.

A figura 10 é uma primeira modalidade do conjunto de terminação da invenção que emprega uma caneca de contato do cátodo inserida no disco de vedação isolante, sendo que a caneca de contado do cátodo tem sulcos em sua superfície inferior como na figura 6.

A figura 11 é uma segunda modalidade do conjunto de terminação da invenção que emprega uma caneca de contato do cátodo inserida no disco de vedação isolante, sendo que a caneca de contato do cátodo tem um sulco circunferencial em sua superfície inferior como na figura 7.

A figura 12 é uma vista em perspectiva de uma terceira modalidade da caneca de contato em que a arruela de suporte é embutida e forma uma peça integral com a caneca de contato.

A figura 13 é uma segunda modalidade do conjunto de terminação da invenção, em que a caneca de contato da figura 12 é inserida no disco de vedação isolante.

A figura 13A é uma versão da modalidade da figura 13 mos

trando o encaixe entre a caneca de contato do cátodo e o disco de vedação.

A figura 14 é uma vista em perspectiva superior de uma arruela de suporte mais grossa para inserção na caneca de contato do cátodo.

A figura 15 é uma modalidade do conjunto de terminação da invenção em que é usada a arruela de suporte mais grossa, como a da figura 14, e a borda da caneca de contato do cátodo não é crimpada sobre a dita arruela de suporte mais grossa.

A figura 16 é um esquema que mostra a colocação das camadas que compreendem o conjunto de eletrodos enrolados.

A figura 17 é uma vista em planta do conjunto de eletrodos da

figura 16, com cada uma das camadas do mesmo parcialmente descolada para mostrar a camada subjacente.

Descrição Detalhada

O conjunto de terminação 14 da invenção tem aplicação em cé25 lulas de eletrodo. A aplicação principal do conjunto de terminação 14 é o uso no fechamento, na vedação, na criação de um sistema de ventilação e na proteção contra sobrecorrente em um invólucro cilíndrico 70. O conjunto de terminação 14 funciona também como o terminal de extremidade da célula. O invólucro 70 pode ser de tamanho cilíndrico padrão AAA (44 x 10 mm), AA 30 (50 x 14 mm), C (49 x 25,5 mm) ou D (60 x 33 mm), de outros tamanhos.

O conjunto de terminação 14 aqui descrito é projetado principalmente para células primárias de lítio (não-recarregáveis), isto é, células cujo ânodo compreende lítio. A célula pode tipicamente ter um ânodo 240 que compreende uma folha de lítio e um cátodo que compreende um revestimento ou uma camada 260 de dióxido de manganês (MnO2) ou de dissulfeto de ferro (FeS2). O ânodo 240 pode ser feito de uma liga de lítio e uma liga 5 de metal, por exemplo uma liga de lítio e alumínio. Nesse caso, o metal de liga está presente em uma quantidade muito pequena, de preferência menos que 1%, em peso, da liga de lítio. Portanto, os termos "lítio" ou "lítio metálico", para uso na presente invenção e nas reivindicações, significam também essa liga de lítio. A lâmina de lítio que forma o ânodo 240 não precisa de um 10 substrato. O ânodo de lítio 240 pode ser vantajosamente formado a partir de uma lâmina extrudada de lítio metálico com uma espessura desejavelmente entre cerca de 0,05 e 0,30 mm.

Em particular o conjunto de terminação 14 da invenção tem uma aplicação principal em células de eletrodos enrolados, em particular células primárias (não-recarregáveis) de eletrodos enrolados, como a célula em que o ânodo 240 compreende uma lâmina de lítio ou de liga de lítio e o cátodo compreende um revestimento ou uma camada 260 que compreende dissulfeto de ferro (FeS2). O revestimenteo do cátodo 260 que compreende pó de FeS2 é desejavelmente aplicado sobre uma grade ou uma rede ou uma folha metálica 265, formando uma lâmina de compósito de cátodo 262 (figura 16). O conjunto de eletrodos enrolados em espiral 213 compreende uma lâmina de ânodo 240 que é enrolada em espiral junto com a lâmina de compósito de cátodo 262, com uma lâmina separadora permeável ao eletrólito 250 entre elas. O conjunto de eletrodos enrolados em espiral 213 é inserido no invólucro de cátodo 70. O eletrólito é adicionado ao conjunto de eletrodos enrolados 213 no invólucro 70. Uma aba do ânodo 244 (figura 17) se estende a partir do conjunto de eletrodos 213 e é unida, por exemplo por soldagem, à superfície interna da extremidade fechada 75 do invólucro 70. Uma aba do cátodo 264 é soldada à extremidade fechada 49 de uma caneca metálica de contato do cátodo 40 do conjunto de terminação 14. O conjunto de terminação 14 é inserido na extremidade aberta 15 do invólucro 70 que é tipicamente cilíndrico. A borda periférica 72 do invólucro 70 é crimpada sobre o conjunto de terminação 14, de preferência ao mesmo tempo em que se aplica uma força de compressão radial, prendendo o conjunto de terminação

14 no lugar e vedando a extremidade aberta 15 do invólucro. A terminação 60, que é uma conexão elétrica com a caneca do cátodo 40 e com o cátodo 5 260, funciona como o terminal positivo da célula, e a extremidade fechada 72 do invólucro 70, que está em conexão elétrica com o ânodo 240, funciona como o terminal negativo da célula. A terminação 60 tem, desejavelmente, uma pluralidade de abertura de ventilação 65 que pode tipicamente ter uma área de cerca de 1 mm2 ou mais.

Em uma modalidade principal, o conjunto de terminação 14

(Figuras 1 e 2) compreende uma terminação 60, e uma caneca metálica de contato do cátodo subjacente 40, com um dispositivo PTC (positive temperature coefficient - coeficiente positivo de temperatura) opcional 160, entre as mesmas. O conjunto de terminação 14 inclui, ainda, um disco de vedação 15 isolante 20 que tem uma abertura central 25 que se estende longitudinalmente e forma um par de extremidades abertas opostas (figura 9). A caneca de contato do cátodo 40 e a terminação 60 (com o dispositivo PTC opcional 160) são inseridas na abertura central 25 do disco de vedação isolante 20 de modo que a borda 48 da caneca de contato do cátodo 40, a superfície 162 20 do dispositivo PTC 160 e a borda 66 da terminação 60 fiquem dentro da borda periférica 28 do disco de vedação isolante 20.

A caneca do cátodo 40 tem, desejavelmente, uma arruela ou um disco de suporte 140, de preferência de metal, inserido nela, conforme mostrado nas figuras 1, 10, 11 e 15. A arruela de suporte 140 pode ter tipi25 camente uma espessura de cerca de 0,2 a 1,5 mm (figura 5). A arruela metálica de suporte 140 de uma célula AA pode ter tipicamente uma abertura central 145 de diâmetro entre cerca de 2 e 9 mm e um diâmetro externo (OD) de cerca de 11 mm. A abertura central 145 é delimitada por uma região anular 146 que termina na borda da superfície 142. Será reconhecido que o 30 diâmetro geral da arruela de suporte 140 e da abertura 145 podem ser ajustados de acordo com o tamanho da célula. A principal função do disco de suporte 140 é fornecer resistência adicional e impedir a deflexão excessiva da caneca de contato do cátodo 40. Alternativamente, a arruela de suporte 140 pode ser formada como parte integrante da caneca de contato do cátodo 40, o que aumenta a espessura anular da caneca de contato 40 conforme mostrado, por exemplo, nas figuras 12 e 13. Nesta modalidade, a extremida5 de fechada ou base 49 da caneca do cátodo pode ser plana ao longo de todo o seu diâmetro, conforme mostrado na figura 13.

O conjunto de terminação 14 (figura 2) compreende também um disco de vedação isolante 20 (figura 9) feito, de preferência, de uma material plástico durável e resiliente, de preferência polipropileno. O disco de 10 vedação isolante 20 tem uma abertura 25 que se estende longitudinalmente e forma um par de extremidades opostas, conforme mostrado na figura 9. A abertura 25 é delimitada por paredes laterais ou pela borda periférica 28 (figura 9). Pode haver uma arruela isolante 150, de preferência feita de plástico durável, sob o disco de vedação isolante 20. A arruela isolante 150 é se15 parada do conjunto de terminação 14 e protege e mantém o conjunto de eletrodos enrolados 213 no lugar, dentro do invólucro 70 da célula.

A caneca metálica de contato do cátodo 40 pode ter o formato de um disco com uma extremidade aberta 41 e uma base ou extremidade fechada oposta 49, e paredes laterais integrais formando a borda periférica 48 entre as extremidades. A base 49 pode ter um degrau ou uma reentrância a partir da borda periférica 48, conforme mostrado com mais clareza nas figuras 10 e 11. Em células AA, a caneca de contato do cátodo 40 pode ter tipicamente um diâmetro externo (OD) de cerca de 12 mm e uma base rebaixada 49 de cerca de 3 a 9 mm (Figuras 10 e 11). Estas dimensões podem variar dependendo do tamanho da célula. Na modalidade mostrada na figura 13, a caneca de contato do cátodo 40 pode ter uma base 49 plana ao longo de todo o diâmetro da caneca, de forma que a região anular 46a pode ser mais espessa que nas canecas de contato do cátodo 40 das modalidades das figuras 10 e 11. A caneca de contato do cátodo 40 mostrada na figura 13 com uma região anular mais espessa 46a elimina a necessidade de inserção de uma arruela metálica 140.

A caneca de contato do cátodo 40 é caracterizada por ter uma ou mais porções adelgaçadas 43, de preferência cortadas por matriz na base 49. As porções adelgaçadas 43 são de preferência formadas pelo impacto de uma matriz de bordas agudas sobre a superfície da base 49 da caneca metálica de contato do cátodo, formando um ou mais sulcos 44 na superfície 5 da dita base 49. Os sulcos 44 têm uma extremidade aberta, uma base oposta fechada 42 e paredes laterais 47a e 47b entre as extremidades, conforme mostrado na figura 8. O metal remanescente subjacente aos sulcos 44 na base 42 de tais sulcos forma as porções adelgaçadas 43, conforme mostrado na figura 8.As porções adelgaçadas 43 da base metálica 49 da caneca de 10 contato 40 devem ser finas o suficiente para se romper quando a pressão do gás no interior da célula aumenta até um valor predeterminado.

Os sulcos 44 que são formados na base 49 da caneca de contato do cátodo podem ser de formatos e padrões variados. Os sulcos 44 podem ser contínuos ou segmentados. Eles podem ser lineares (retos), curvilí15 neos ou uma combinação de ambos. Pode haver apenas um ou uma pluralidade de tais sulcos 44 na base 49 da caneca do cátodo. As paredes laterais 47a e 47b dos sulcos 44 podem ser verticais ou oblíquas formando um "V", conforme mostrado na figura 8. Tipicamente, os sulcos têm paredes laterais 47a e 47b em formato de V, e tais paredes laterais formam um ângulo entre 20 cerca de 15 e 150 graus, desejavelmente entre cerca de 30 e 90 graus, de preferência cerca de 60 graus. A pressão de ruptura das porções adelgaçadas subjacentes 43 (metal remanescente) pode ser grosseiramente ajustada pela variação da largura de tais sulcos. Entretanto, para um dado metal, determinou-se que o principal parâmetro para a obtenção da pressão desejada 25 de rompimento do metal é a espessura do metal remanescente 43 subjacente aos sulcos 44. Um metal adequado para a caneca de contato do cátodo 40 precisa: a) ser suficientemente resistente a ataques químicos do eletrólito da célula, b) fornecer bom contato elétrico com o material de cátodo 260 e c) ser suficientemente maleável para que se possa obter o grau de finura dese30 jado para o metal remanescente 43 subjacente aos sulcos 44, sem que a base 49 seja fraturada. Determinou-se que um metal preferencial para a caneca do cátodo 40 que tem estas qualidades desejadas é uma liga de alumínio. Embora várias ligas de alumínio possam ser adequadas, uma liga de alumínio preferencial de exemplo conteria cerca de 2,5% de magnésio, cerca de 0,25% de cromo e seria recozida. Tal liga de alumínio está disponível comercialmente sob a designação de liga de alumínio ASTM 5052-H34 ou 5 5054-H38. Outras ligas de alumínio adequadas para a caneca de contato do cátodo 40 podem ser selecionadas entre as das séries ASTM 1000 a 7000, de preferência, ligas de alumínio destas séries que tenham sido submetidas a recozimento.

Um exemplo de sulcos 44 que têm um padrão linear reto é mostrado na figura 6. Os sulcos da figura 6 têm três segmentos lineares retos 44a, 44b e 44c em um padrão de raios retos que partem de um ponto comum 45 (figura 6). Cada sulco 44a, 44b e 44c têm correspondentes porções metálicas remanescentes subjacentes 43 (figura 8), que se romperão e portanto servem como respiro se a pressão do gás no interior da célula aumentar até um valor predeterminado. O ponto comum 45 é desejavelmente deslocado do eixo longitudinal central 190 para que ele não fique diretamente alinhado sob a área de solda entre a aba do cátodo 264 e a superfície inferior da caneca de contato do cátodo 40. Em uma célula AA, por exemplo, o ponto comum 45 pode, tipicamente, ser deslocado cerca de 1 mm do eixo longitudinal central 190. O ponto comum 45 pode estar situado no eixo longitudinal 190 se a aba do cátodo 264 estiver presa à caneca de contato 40 em um outro ponto, isto é, fora do eixo longitudinal 190.

Um exemplo de sulcos 44 com padrão curvilíneo é o sulco circunferencial 44 que circunda a base 49 da caneca de contato do cátodo, 25 conforme mostrado na figura 7. Será reconhecido que estes padrões são apresentados como meros exemplos não-limitadores, pois são possíveis muitos outros padrões de sulcos. Tais outros padrões poderiam envolver, por exemplo, uma combinação de sulcos retos e curvilíneos, que poderiam estar distribuídos em padrões contínuos ou segmentados.

Com um exemplo não-limitador específico, se a célula 10 tiver

um ânodo 240 de lítio ou de liga de lítio e um revestimento de cátodo 260 compreendendo dissulfeto de ferro (FeS2), então uma pressão de ruptura adequada para as porções finas 43 subjacentes aos sulcos 44 em uma célula de tamanho AA poderia ser de cerca de 345 a 6894 kPa (50 a 1000 psi), desejavelmente de cerca de 2068 a 5515 kPa (300 a 800 psi), de preferência entre cerca de 2413 e 3447 kPa (350 e 500 psi). Para que tal pressão de 5 ruptura seja obtida no contexto da presente invenção, uma caneca de contato do cátodo 40 formada de liga de alumínio (2,5% de Mg e 0,25% de Cr) pode ser vantajosamente empregada. Tal liga de alumínio está disponível, por exemplo, sob as designações ASTM 5052-H34 ou 5052-H38, onde H é a designação do processo de recozimento. (Outras ligas de alumínio de dife10 rentes composições e graus de tratamento de têmpera podem também ser suficientemente adequadas para a caneca do cátodo 40). A espessura das paredes da caneca de contato do cátodo 40 pode, tipicamente, ser de cerca de 0,2 a 1,5 mm. Os sulcos 44 adjacentes às porções de base 49 (figura 8) podem ter tipicamente uma espessura de cerca de 0,2 a 0,3 mm.

Quando a pressão do gás no interior da célula 10 atinge um va

lor predeterminado, as porções de metal remanescentes 43 subjacentes aos sulcos 44 na base da caneca de contato do cátodo 49 se romperão, permitindo que o gás do interior da célula escape para o ambiente através de abertura de ventilação 65 na tampa de terminação 60.

Quando a caneca de contato do cátodo 40 é feita de uma das

ligas de alumínio preferenciais mencionadas acima, por exemplo, liga de alumínio ASTM 5052-H34 ou 5052-H38, determinou-se que a porção de metal remanescente 43 subjacente aos sulcos 44 deve ter uma espessura reduzida para que a pressões de ruptura fique na faixa entre cerca de 345 e 25 6894 kPa (50 e 1000 psi) ou, com mais preferência, as pressão de ruptura na faixa entre cerca de 2068 e 5515 kPa (300 e 800 psi). Para obter-se pressões de ruptura na faixa de cerca de 345 a 6894 kPa (50 psi a 1000 psi), de preferência entre cerca de 2413 e 3447 kPa (350 e 500 psi) empregandose as ligas de alumínio acima mencionadas, o metal remanescente 43 sub30 jacente aos sulcos 44 deve ter uma espessura entre cerca de 0,02 e 0,12 mm, tipicamente entre cerca de 0,02 e 0,06 mm. Mais especificamente, para obter-se uma pressão de ruptura entre cerca de 2413 e 3447 kPa (350 e 500 psi) quando se usa a liga de alumínio ASTM 5052-H38 para a caneca de contato do cátodo 40, uma espessura preferencial para a porção metálica remanescente 43 subjacente aos sulcos 44 situa-se na faixa de cerca de 0,02 a 0,04 mm. Quando se usa a liga de alumínio ASTM 5052-H34 para a 5 caneca de contato do cátodo 40, uma espessura preferencial da porção metálica remanescente 43 subjacente aos sulcos 44 situa-se na faixa de cerca de 0,04 e 0,06 mm para obter-se a mesma pressão de ruptura entre cerca de 2413 e 3447 kPa (350 e 500 psi). A largura do sulco é definida na presente invenção como a largura do sulco 44 na base 42, isto é, na extremidade 10 fechada que está em contiguidade com o metal remanescente subjacente 43 (figura 8). A largura do sulco na base 42 pode, tipicamente, ser entre cerca de 0,1 e 1 mm. A pressão de ruptura do metal remanescente 43 pode ser ligeiramente ajustada pelo ajuste da largura do sulco. (Uma largura ligeiramente maior exigirá uma pressão ligeiramente menor para se romper, para 15 uma dada espessura do metal remanescente subjacente 43). Entretanto, o parâmetro principal para a determinação da pressão de ruptura do metal remanescente 43 para um dado metal é a espessura da dita porção de metal remanescente 43 subjacente ao sulco 44.

O conjunto de terminação 14 pode ser dotado de um dispositivo PTC (positive thermal coefficient - coeficiente térmico positivo) 160 localizado sob a tampa de terminação 60 e eletricamente conectado em série entre o cátodo 260 e a tampa de terminação 60 (figura 1). O dispositivo PTC 160 pode ter o formato de um disco plano com uma abertura central 165 (figura 4). A resistência do dispositivo PTC 160 aumenta dramaticamente quando ele é exposto ao calor produzido por resistência elétrica ou por uma fonte de calor externa. Esse dispositivo protege a célula contra descarga a uma drenagem de corrente mais alta que o nível de segurança predeterminado. A célula de Li/FeS2tem uma tensão de circuito aberto de cerca de 1,8 V e uma tensão média de funcionamento de 1,2 a 1,5 V sob condições normais de uso, por exemplo, o uso em uma câmera digital. Sob condições normais de uso, a célula pode suportar uma drenagem máxima de corrente de até cerca de 3 A no máximo. Em condições abusivas ou anormais, por exemplo, drenagem de curto-circuito, a corrente pode subir a até 10 A em milissegundos. O dispositivo PTC 160 é projetado para ser ativado e sua resistência aumenta a uma taxa dramática sob tais condições. Com isso, o dreno de corrente cai bruscamente para níveis seguros e a célula fica prote5 gida. Um dispositivo PTC adequado para o uso na célula de Li/FeS2 10 pode ter uma resistividade inicial (antes de ser exposto a alto dreno de corrente) de tipicamente cerca de 7 a 8 Ohm x mm.

A célula 10, que pode ser uma célula primária de Li/FeS2, pode ser montada do seguinte modo:

Um conjunto de eletrodos 213 é formado pelo enrolamento em

espiral de uma lâmina de ânodo 240 e de um compósito de cátodo 262 com uma lâmina separadora 250 no meio. A configuração em camadas inicial antes de ser enrolada é mostrada na figura 16, que mostra uma camada superior de separador 250, uma camada subjacente de ânodo 240, uma se15 gunda camada de separador 250 subjacente à dita camada de ânodo 240 e uma camada de compósito de cátodo 262, que é um material de cátodo 260 aplicado como revestimento sobre um substrato condutivo (carreador) 265, subjacente à dita segunda camada separadora 250. O conjunto de eletrodos enrolados 213 é desejavelmente dotado de uma cobertura ou lâmina isolante 20 270 que é enrolada sobre o conjunto enrolado. O conjunto de eletrodos enrolados 213 tem uma aba do cátodo 264 (figura 17) que se projeta do topo dos eletrodos enrolados e uma aba do ânodo 244 (figura 17) que se projeta da parte inferior dos eletrodos enrolados, conforme mostrado também na figura 2.

Durante a montagem, a aba do ânodo 244 é passada contra a

borda plana ou truncada 172 do disco isolante inferior 170 (figura 2), de modo que ela fique em contato com o lado inferior do disco isolante 170 quando flexionada. O conjunto de eletrodos enrolados 213 é então inserido no invólucro 70 através da extremidade aberta 15. A aba do ânodo 244 pode, então, 30 ser soldada a laser (pelo lado de fora da célula) à superfície inferior 75 do fundo fechado do invólucro 70. A arruela isolante 150 é então inserida sobre a extremidade de topo do conjunto de eletrodos enrolados 213 (Fig. 2). Uma bolha circunferencial 73 é formada no corpo do invólucro 74, próximo à extremidade aberta 15 do invólucro. A borda da arruela isolante 150 se encaixa sob a bolha circunferencial 73, pressionando o topo do conjunto de eletrodos 213 e mantém o eletrodo enrolado 213 invólucro 70, conforme mostrado na 5 figura 1. A aba do cátodo 264 se projeta para fora na extremidade superior do conjunto de eletrodos 213. (A porção principal da aba do cátodo 264 pode ser enrolada em ambos os lados na folha isolante 248, tipicamente de polipropileno, para proteger a aba 264 contra o contato indesejado com o material de ânodo 240 ou o invólucro 70).

O conjunto de tampa 14 é então formado do seguinte modo:

Um subconjunto 14a pode ser formado primeiro e compreender a caneca de contato do cátodo 40 com a arruela de suporte 140, de preferência de metal, inserida na caneca (figura 2). A caneca de contato do cátodo 40 é de metal e é caracterizada por ter um formato de caneca com uma base fechada integrada 49 e com paredes laterais ou uma borda periférica

48 circundando a dita base fechada 49 e se estendendo a partir dela. A base

49 pode ser plana, conforme mostrado na figura 13, ou ter uma reentrância a partir da borda periférica 48, conforme mostrado na figura 10. A base 49 da caneca de contato do cátodo 40 tem sulcos 44 que formam porções de metal

remanescente rompíveis subjacentes 43. Exemplos de uma caneca de contato do cátodo 40 contendo tais sulcos 44 com metal remanescente rompível subjacente 43 são mostrados nas Figuras 6 e 7. Conforme descrito acima, as porções de metal remanescente 43 subjacentes aos sulcos 44 são projetadas para se romperem se a pressão do gás no interior da célula aumentar 25 até um valor predeterminado, causando o escape desse gás para o ambiente e reduzindo a pressão interna da célula.

Várias configurações do subconjunto 14a compreendendo a caneca de contato do cátodo 40 com a arruela metálica de suporte 140 (ou equivalente) são possíveis. Três modalidades do subconjunto 14a são aqui 30 fornecidas a título de exemplo. Na primeira modalidade, uma arruela metálica de suporte 140 (figura 5) é inserida na saliência anular 46 da caneca de contato do cátodo 40 (Figura 6 ou 7) e a borda periférica 48 da dita caneca de contato do cátodo 40 é crimpada sobre a arruela metálica de suporte 140, prendendo a arruela à caneca 40 para produzir a configuração crimpada mostrada nas figuras 10 e 11, respectivamente.

Em uma segunda modalidade (fabricação em peça única), 5 mostrada nas figuras 12 e 13, a base 49 da caneca do cátodo 40 é plana e uma região anular espessa 46a é formada de modo integral na caneca 40. Nesta última modalidade, a arruela metálica de suporte 140 separada foi eliminada. Em vez disso, a espessura da arruela metálica de suporte foi construída de modo integral na caneca do cátodo 40, empregando-se uma 10 base plana 49 sobre todo o diâmetro da caneca, engrossando a região anular 46a. A superfície da interface entre a caneca de contato do cátodo 40 (figura 13) e o disco de vedação 20 (figura 13), e a interface superfíce-parasuperfície entre a lata 70 (figura 13A) e o disco de vedação 20 (figura 13A) podem ter irregularidades ou entalhes superficiais que se encaixam uns nos 15 outros, criando um anel de compressão superior 11 e um anel de compressão inferior 12 entre a caneca de contato 40, o disco de vedação 20 e a lata 70, conforme mostrado na figura 13A. As superfícies interfaciais entalhadas 41a e 21a entre a caneca do cátodo 40 e o disco de vedação 20, respectivamente, conforme mostrado na figura 13A fornecem excelente encaixe en20 tre a caneca de contato 40 e o disco de vedação 20. Além disso, os anéis de compressão 11 e 12 diminuem a possibilidade de que a vedação 20 possa escorregar durante a montagem da célula e o uso da célula. Durante a crimpagem do invólucro 70 sobre a vedação 20, a porção da vedação 20 entre os anéis de compressão 11 e 12 é comprimida e mantida presa entre os a25 néis de vedação 11 e 12. Isto reduz a chance de que a lata possa se deslocar na vedação 20. Este processo garante também que haja um contato interfacial estreito entre a vedação 20 e o invólucro 70 e um contato interfacial estreito entre a vedação 20 e a caneca de contato do cátodo 40. Tal contato interfacial estreito é mantido durante o armazenamento e o uso da célula.

Em uma terceira modalidade (figura 15) é utilizado um disco

metálico de suporte mais grosso, conforme mostrado na figura 14, que é inserido na saliência 46 da caneca de contato do cátodo 40 (figura 15). Porém, uma vez que o disco metálico de suporte 140 é mais grosso que na modalidade mostrada na figura 5, a borda periférica 48 da caneca de contato do cátodo 40 não é crimpada sobre a borda superficial 142 do dito disco metálico de suporte 140: o disco metálico de suporte 140 simplesmente se encaixa 5 de modo perfeito dentro dos limites da borda periférica da caneca de contato 48. O subconjunto resultante 14a que compreende o dito disco metálico de suporte mais grosso 140 (figura 14) encaixado na caneca de contato do cátodo 40 não crimpada é mostrado na figura 15.

Quando o subconjunto 14a que compreende a caneca de con10 tato do cátodo 40 e o disco metálico de suporte 140 (ou equivalente) estiver pronto, ele pode ser inserido diretamente no corpo do disco de vedação isolante 20 para que ao menos uma porção da base 49 da caneca de contato do cátodo 40 fique exposta. A aba do cátodo 264 pode, então, ser soldada à base 49 por solda a laser ou equivalente. O disco PTC 160 é inserido no dis15 co de vedação isolante 20 de modo que ele fique apoiado na borda da caneca de contato 48 conforme mostrado na figura 10, 11, 13 ou 15. A tampa de terminação 60 é inserida no disco de vedação isolante 20 por encaixe da borda 66 da tampa de terminação 60 sobre a protuberância circunferencial

24 (figura 9) da borda da superfície de vedação isolante 28. Isto completa a montagem do conjunto de terminação. 14 O eletrólito pode, então, ser adicionado ao conjunto de eletrodo enrolado em espiral 213 dentro do invólucro 70. O conjunto acabado de terminação 14 é então inserido no invólucro 70 através da extremidade aberta 15. A porção de fundo 28a da borda periférica 28 do disco de vedação isolante 20 se apoia sobre a bolha circunferencial 73 do invólucro. No processo de inserir o conjunto de terminação 14, a porção de corpo da aba do cátodo 264 é dobrada sob a vedação isolante 20, embora a extremidade da aba do cátodo 264 já tenha sido soldada à parte de baixo da caneca de contato do cátodo 40. Neste estágio, a borda periférica do invólucro 72 é crimpada sobre a borda 28 do disco de vedação isolante 20, prendendo firmemente o conjunto de terminação 14, inclusive a terminação 60, e fechando permanentemente o invólucro da célula 70. O procedimento de crimpagem prende também a terminação 60 em seu lugar dentro da céluIa, tornando-a à prova de adulteração. Podem, também, ser aplicadas forças radiais durante a crimpagem para prender melhor o conjunto de terminação

14 no invólucro 70. O conjunto da célula está, agora, completo e a célula está pronta para uso.

5 Os materiais a seguir são adequados para a fabricação dos

componentes da célula 10 e do conjunto de terminação 14 descritos acima, embora não se tenha a intenção de afirmar que a invenção é limitada a quaisquer materiais particulares:

O invólucro 70 pode adequadamente ser feito de aço rolado a frio e niquelado com paredes de espessura tipicamente entre cerca de 0,1 e 0,5 mm, de preferência entre 0,2 e 0,3 mm, por exemplo cerca de 0,25 mm. Alternativamente, o invólucro 70 pode ser feito de alumínio, liga de alumínio, níquel ou aço inoxidável, ou pode ter uma carcaça de plástico. A caneca de contato do cátodo 40 é, de preferência, fabricada de liga de alumínio, em particular uma liga de alumínio que tenha sido tratada por calor (temperada) para torná-la mais maleável. As ligas de alumínio adequadas para a caneca de contato do cátodo 40 podem ser selecionadas entre as das séries ASTM 1000 a 7000 que tenham sido submetidas a recozimento. Uma liga de alumínio preferencial para a caneca de contato do cátodo 40 é a liga de alumínio com magnésio e cromo submetida a tratamento por calor (recozimento), disponível sob a designação ASTM 5052-H38 ou 5052-H34, conforme descrito acima. A arruela de suporte 140 pode desejavelmente ser de aço rolado a frio e niquelado. Alternativamente, a arruela de suporte 140 pode ser da mesma composição preferencial usada para a caneca de contato do cátodo 40, isto é, as ligas de alumínio indicadas acima. A arruela de suporte 140 pode ter uma parede de espessura tipicamente entre cerca de 0,1 e 1,5 mm, desejavelmente entre cerca de 0,2 e 1,5 mm. A caneca de contato 40 pode ter paredes de espessuras na faixa de tipicamente entre cerca de 0,2 e 1,2 mm. A terminação 60 pode desejavelmente ser de aço rolado a frio e niquelado com paredes de espessura entre cerca de 0,1 e 0,5 mm. O disco de vedação isolante 20 da célula de lítio 10 é, de preferência, de polipropileno, mas pode ser de outro plástico durável, inclusive polietileno, copolímeros de polietileno e copolímeros de polipropileno, borracha de silicone, tereftalato de polibutileno ou outros materiais. De modo similar, os discos isolantes 150 e 170 (figura 2) podem ser feitos com os mesmos materiais de plástico durável empregados nos discos de vedação isolantes 20, ou similares. A lâmina 5 ou tampa isolante 270 que protege o conjunto de eletrodos enrolados 213 pode também ser do mesmo material plástico usado para o disco de vedação isolante 20, ou similar.

Em uma célula primária de Li/FeS2 de eletrodos enrolados (não-recarregável) representativa 10 que usa o conjunto de terminação 14 10 da invenção, o revestimento de cátodo 260 que tem o seguinte conteúdo seco é inicialmente misturado com um solvente à base de hidrocarboneto como o SheIISoI A100 (Shell Chemical Co), ou o Shell Sol OMS (Shell Chemical Co).. A mistura é aplicada ao substrato condutivo (carreador) 265 (figura 17) como revestimento úmido. O revestimento úmido é então secado para 15 formar o revestimento de cátodo seco 260 que tem a seguinte composição representativa:

FeS2 em pó (89,0% em peso); elastômero Binder Kraton G1651 da Kraton Polymers1 Houston, Texas (3,0% em peso); partículas de carbono condutivas, grafite altamente cristalino Timrex KS6 da Timcal Ltd (7% em 20 peso) e negro-de-fumo, por exemplo, negro de acetileno (1% em peso). O revestimento de cátodo seco 260 adere ao substrato condutivo 265, como uma folha metálica ou uma grade, de preferência uma lâmina de alumínio, ou um laminado de metal expandido à base de aço inoxidável, para formar o compósito de cátodo 262 (figura 16).

O ânodo 240 pode ser uma lâmina de lítio metálico (99,8% pu

ro). Alternativamente, a lâmina de ânodo 240 pode ser uma liga de lítio com um metal, por exemplo uma liga de lítio e alumínio. Nesse caso, o metal de liga está presente em uma quantidade muito pequena, de preferência menos que 1%, em peso, da liga de lítio. Dessa forma, a liga de lítio funciona, sob o 30 ponto de vista eletroquímico, quase como lítio puro. A lâmina separadora 250 da célula de Li/FeS2 pode ser um polipropileno microporoso.

O conjunto de eletrodos enrolados 213 que compreende a lâmina de ânodo 240, o compósito de cátodo 262 (revestimento de cátodo 260 sobre o substrato condutivo 265) com a lâmina separadora 250 no meio é formado e inserido no invólucro 70 da célula. Um eletrólito adequado é então adicionado ao conjunto de eletrodos 213 depois que este é inserido no invó5 lucro 70 da célula. Um eletrólito desejável é uma solução que compreende uma concentração molar de 0,8 (0,8 mol/litro) de sal de Li(CF3SO2)2N (LiTFSl) dissolvido em uma mistura de solventes orgânicos que compreende cerca de 75%, em volume, de acetato de metila (MA), 20%, em volume, de carbonato de propileno (PC) e 5%, em volume, de carbonato de etileno (EC), 10 conforme relatado no pedido de patente US cedido à mesma requerente 11/516534.

Embora a presente invenção tenha sido descrita para modalidades específicas, deve ser reconhecido que variações são possíveis dentro do conceito da invenção. Consequentemente, a presente invenção não tem

a intenção de se limitar às modalidades específicas aqui descritas, mas está dentro das reivindicações e equivalentes das mesmas.

Claims

1. Célula eletroquímica, caracterizada pelo fato de compreender um invólucro com uma extremidade aberta, uma extremidade fechada oposta e uma parede lateral cilíndrica entre as mesmas, e um conjunto de terminação inserido na extremidade aberta do dito invólucro fechando o dito invólucro, tendo a dita célula um ânodo, um cátodo e um separador entre eles, e um terminal positivo e um terminal negativo, sendo que o conjunto de terminação compreende um disco de vedação isolante e uma caneca que compreende metal inserida no dito disco de vedação isolante; sendo que a dita caneca de metal tem uma extremidade aberta, uma extremidade fechada oposta e paredes laterais integrais dispostas entre estas extremidades; sendo que a dita caneca de metal tem ao menos um sulco em sua extremidade fechada, o dito sulco tem uma extremidade aberta e uma base oposta fechada que forma uma porção mais fina rompível de metal remanescente que se rompe quando a pressão do gás no interior da célula aumenta.

2. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de ser uma célula primária célula não-recarregável, com o cátodo eletricamente conectado ao dito terminal positivo e o ânodo eletricamente conectado ao dito terminal negativo; em que a dita caneca metálica é eletricamente conectada ao dito cátodo.

3. Célula de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o dito cátodo tem uma aba condutiva que se estende do mesmo e é unida à dita caneca metálica.

4. Célula de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o dito sulco é reto ou curvilíneo.

5. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o conjunto de terminação compreende, ainda, um disco de vedação isolante delimitado por uma borda periférica; sendo que o dito disco de vedação isolante tem uma abertura longitudinal que se estende através do dito disco de vedação isolante e forma um par de extremidades abertas opostas no dito disco; sendo que a dita caneca metálica é inserida no interior do dito disco de vedação isolante que está dentro da dito abertura, de modo que a dita caneca metálica fique delimitada pela borda periférica do dito disco de vedação isolante.

6. Célula de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que existe um contato interfacial entre ao menos uma porção do disco de vedação isolante e a caneca metálica, sendo que o dito contato interfacial é de encaixe.

7. Célula de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a extremidade fechada da dita caneca metálica que compreende o dito sulco fica exposta ao interior da célula através da dita abertura no disco de vedação isolante, de forma que os gases do interior da célula se chocam com a fina porção rompível de metal remanescente na base do dito sulco.

8. Célula de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a porção de metal remanescente na base do dito sulco se rompe quando a pressão dos gases no interior da célula sobe até um nível entre cerca de 345 e 6894 kPa (50 psi e 1000 psi).

9. Célula de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o metal remanescente na base do dito sulco compreende uma liga de alumínio e o dito metal remanescente tem uma espessura entre cerca de 0,02 e 0,12 mm.

10. Célula de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a porção de metal remanescente na base do dito sulco se rompe quando a pressão dos gases no interior da célula sobe até um nível entre cerca de 2413 e 3447 kPa (350 psi e 500 psi).

11. Célula de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o metal remanescente na base do dito sulco compreende uma liga de alumínio e o dito metal remanescente tem uma espessura entre cerca de 0,02 e 0,06 mm.

12. Célula de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o conjunto de terminação compreende, ainda, uma arruela de suporte inserida na dita caneca metálica para aumentar a resistência da dita caneca metálica, sendo que a dita arruela de suporte tem uma abertura central.

13. Célula de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que as paredes laterais da dita caneca metálica são crimpadas sobre a dita arruela de suporte prendendo, dessa forma, a dita arruela de suporte no interior da caneca metálica.

14. Célula de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que uma região anular mais grossa é formada na extremidade fechada da dita caneca metálica para aumentar a resistência da dita caneca metálica.

15. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita caneca metálica é feita de uma liga de alumínio.

16. Célula de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o conjunto de terminação compreende, ainda, uma terminação sobre a dita caneca metálica quando a célula é vista em posição vertical com o conjunto de terminação no topo, sendo que a dita terminação compreende metal e funciona como o terminal positivo da célula.

17. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o conjunto de terminação compreende, ainda, um dispositivo PTC (positive temperature coefficient - coeficiente positivo de temperatura) entre a dita terminação e a dita caneca metálica.

18. Célula de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que a borda da extremidade aberta do dito invólucro é crimpada sobre a borda periférica do dito disco de vedação isolante; sendo que a borda periférica do dito disco de vedação isolante se torna, por sua vez, crimpada sobre a borda da dita terminação e a borda da dita caneca metálica, prendendo a dita terminação e a caneca metálica no dito disco de vedação isolante e sendo que o dito conjunto de terminação é preso na extremidade aberta do dito invólucro, fechando e lacrando o dito invólucro.

19. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dito ânodo e cátodo com o separador no meio têm a forma de uma espiral enrolada inserida no invólucro da célula.

20. Célula de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o dito sulco compreende uma pluralidade de segmentos que se projetam de um ponto comum na extremidade fechada da dita caneca metálica, sendo que o dito ponto comum é deslocado do eixo longitudinal central da célula.

21. Célula de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o dito sulco na extremidade fechada da dita caneca metálica se estende circunferencialmente em torno do eixo longitudinal central da célula.

22. Célula de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o ânodo compreende lítio ou liga de lítio e o cátodo compreende dissulfeto de ferro (FeS2).

23. Célula eletroquímica caracterizada por ter um invólucro que tem uma extremidade aberta, uma extremidade fechada oposta e uma parede lateral cilíndrica entre estas extremidades, e um conjunto de terminação inserido na extremidade aberta do dito invólucro fechando o dito invólucro, sendo que a dita célula tem um ânodo compreendendo lítio ou liga de lítio, um cátodo compreendendo dissulfeto de ferro (FeS2) e um separador entre os mesmos, e um terminal positivo e um terminal negativo; sendo que o dito ânodo e cátodo com o separador no meio têm a forma de uma espiral enroIada inserida no invólucro da célula, sendo que o conjunto de terminação compreende um disco de vedação isolante e uma caneca que compreende metal inserida no dito disco de vedação isolante; sendo que a dita caneca de metal tem uma extremidade aberta, uma extremidade fechada oposta e paredes laterais integrais dispostas entre estas extremidades; sendo que a dita caneca metálica tem ao menos um sulco em sua extremidade fechada, o dito sulco tem uma extremidade aberta e uma base oposta fechada, tal base formando uma porção mais fina e rompível de metal remanescente que se rompe quando a pressão do gás interno da célula aumenta.

24. Célula de acordo com a reivindicação 23, caracterizada pelo fato de ser uma célula primária não-recarregável, com o cátodo eletricamente conectado ao dito terminal positivo e o ânodo eletricamente conectado ao dito terminal negativo; sendo que a dita caneca metálica é eletricamente conectada ao dito cátodo.

25. Célula de acordo com a reivindicação 24, caracterizada pelo fato de que o dito cátodo tem uma aba condutiva que se estende do mesmo e é unida à dita caneca metálica.

26. Célula de acordo com a reivindicação 24, caracterizada pelo fato de que o dito sulco é reto ou curvilíneo.

27. Célula de acordo com a reivindicação 23, caracterizada pelo fato de que o conjunto de terminação compreende, ainda, um disco de vedação isolante delimitado por uma borda periférica; sendo que o dito disco de vedação isolante tem uma abertura longitudinal que se estende através do dito disco de vedação isolante e forma um par de extremidades abertas opostas no dito disco; sendo que a dita caneca metálica é inserida no interior do dito disco de vedação isolante que está dentro da dita abertura, de modo que a dita caneca metálica fique delimitada pela borda periférica do dito disco de vedação isolante.

28. Célula de acordo com a reivindicação 27, caracterizada pelo fato de que existe um contato interfacial entre ao menos uma porção do disco de vedação isolante e a caneca metálica, sendo que o dito contato interfacial é de encaixe.

29. Célula de acordo com a reivindicação 27, caracterizada pelo fato de que a extremidade fechada da dita caneca metálica que compreende o dito sulco fica exposta ao interior da célula através da dita abertura no disco de vedação isolante, de forma que os gases do interior da célula se chocam com a fina porção rompível de metal remanescente na base do dito sulco.

30. Célula de acordo com a reivindicação 29, caracterizada pelo fato de que a porção de metal remanescente na base do dito sulco se rompe quando a pressão dos gases no interior da célula sobe até um nível entre cerca de 345 e 6894 kPa (50 psi e 1000 psi).

31. Célula de acordo com a reivindicação 30, caracterizada pelo fato de que o metal remanescente na base do dito sulco compreende uma liga de alumínio e o dito metal remanescente tem uma espessura entre cerca de 0,02 e 0,12 mm.

32. Célula de acordo com a reivindicação 29, caracterizada pelo fato de que a porção de metal remanescente na base do dito sulco se rompe quando a pressão dos gases no interior da célula sobe até um nível entre cerca de 2413 e 3447 kPa (350 psi e 500 psi).

33. Célula de acordo com a reivindicação 32, caracterizada pelo fato de que o metal remanescente na base do dito sulco compreende uma liga de alumínio e o dito metal remanescente tem uma espessura entre cerca de 0,02 e 0,06 mm.

34. Célula de acordo com a reivindicação 29, caracterizada pelo fato de que o conjunto de terminação compreende, ainda, uma arruela de suporte inserida na dita caneca metálica para aumentar a resistência da dita caneca metálica, sendo que a dita arruela de suporte tem uma abertura centrai.

35. Célula de acordo com a reivindicação 34, caracterizada pelo fato de que as paredes laterais da dita caneca metálica são crimpadas sobre a dita arruela de suporte prendendo, dessa forma, a dita arruela de suporte no interior da caneca metálica.

36. Célula de acordo com a reivindicação 31, caracterizada pelo fato de que uma região anular mais grossa é formada na extremidade fechada da dita caneca metálica para aumentar a resistência da dita caneca metálica.

37. Célula de acordo com a reivindicação 25, caracterizada peIo fato de que a dita caneca metálica é feita de uma liga de alumínio.

38. Célula de acordo com a reivindicação 31, caracterizada pelo fato de que o conjunto de terminação compreende, ainda, uma terminação sobre a dita caneca metálica quando a célula é vista em posição vertical com o conjunto de terminação no topo, sendo que a dita terminação compreende metal e funciona como o terminal positivo da célula.

39. Célula de acordo com a reivindicação 24, caracterizada pelo fato de que o conjunto de terminação compreende, ainda, um dispositivo PTC (positive temperature coefficient - coeficiente positivo de temperatura) entre a dita terminação e a dita caneca metálica.

40. Célula de acordo com a reivindicação 39, caracterizada pelo fato de que a borda da extremidade aberta do dito invólucro é crimpada sobre a borda periférica do dito disco de vedação isolante; sendo que a borda periférica do dito disco de vedação isolante se torna, por sua vez, crimpada sobre a borda da dita terminação e a borda da dita caneca metálica, prendendo a dita terminação e a caneca metálica no dito disco de vedação isolante e sendo que o dito conjunto de terminação é preso na extremidade 10 aberta do dito invólucro, fechando e lacrando o dito invólucro.

41. Célula de acordo com a reivindicação 24, caracterizada pelo fato de que o dito sulco compreende uma pluralidade de segmentos que se projetam de um ponto comum na extremidade fechada da dita caneca metálica, sendo que o dito ponto comum é deslocado do eixo longitudinal central da célula.

42. Célula de acordo com a reivindicação 24, caracterizada pelo fato de que o dito sulco na extremidade fechada da dita caneca metálica se estende circunferencialmente em torno do eixo longitudinal central da célula.