專利名稱：具有鍍金端觸點的扁平一次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一次鋰電池。具體地講，本發(fā)明涉及具有扁平外殼的一次鋰電池。
背景技術(shù)：
數(shù)字照相機(jī)和其它電子裝置(例如，手機(jī)、MP3播放器、以及個人數(shù)字助理(PDA)例如BlackBerries)靠電池，例如二次(即，可充電)鎳金屬氫化物電池或二次鋰離子電池運(yùn)行。已用于數(shù)字照相機(jī)的一個類型的電池為Pentax D-L12，其為一種3.7V的二次、棱柱狀鋰離子電池可購自Panasonic并且描繪于圖1和圖2中。
參見圖1，電池10具有約53.0mm的長度“L”、約35.2mm的寬度“W”和約7.0mm的厚度“T”。在此申請中，圖1和圖2所示的棱柱狀電池類型一般稱為“電池A”。電池A類型的電池的其它具體實例包括Pentax D-L12B、Gold Peak VFL001、PanasonicVW-VBA10、Mugen Power HLI-NP60和Fujifilm NP60。
現(xiàn)在參見圖2，電池10的表面12具有以并列型排列定位的三個電觸點14、16和18。觸點14為正，而觸點18為負(fù)。介于觸點14和18之間且與它們等距離而定位的觸點16為熱敏電阻器。熱敏電阻器為調(diào)節(jié)再充電的熱敏感電阻器。隨著電池10的充電，電池的溫度上升，從而導(dǎo)致熱敏電阻器增大其對電流的阻抗。結(jié)果是，通過電池10的充電電流減小。如果電池10變得太熱，則熱敏電阻器切斷充電。當(dāng)電池10插進(jìn)數(shù)字照相機(jī)或充電器時，觸點14、16和18接觸照相機(jī)或充電器中的對應(yīng)觸點。
二次、棱柱狀鋰離子電池的另一個實例為Casio NP20。通過Casio NP20示例的電池類型一般稱為“電池B”。電池B具有三個電觸點(正觸點、熱敏電阻器和負(fù)觸點)，并且其尺寸為50mm×33mm×4.5mm。
二次、棱柱狀鋰離子電池的另一個實例為Olympus LI-10B。通過Olympus LI-10B示例的電池類型一般稱為“電池C”。電池C具有三個電觸點(正觸點、熱敏電阻器和負(fù)觸點)，并且其尺寸為46mm×32mm×9.7mm。
二次、棱柱狀鋰離子電池的另一個實例為Motorola SNN5717C。通過Motorola SNN5717C示例的電池類型一般稱為“電池D”。
電池D具有四個電觸點(正觸點、熱敏電阻器、電阻器和負(fù)觸點)，并且其尺寸為58mm×35.6mm×7.0mm。電阻器可幫助電子裝置(例如，數(shù)字照相機(jī)、充電器)鑒別電池的化學(xué)性質(zhì)。
二次、棱柱狀鋰離子電池的另一個實例為Motorola SNN5705B。通過Motorola SNN5705B示例的電池類型一般稱為“電池E”。電池E具有四個電觸點(正觸點、熱敏電阻器、電阻器和負(fù)觸點)，并且其尺寸為58mm×35.6mm×4.6mm。
二次、棱柱狀鋰離子電池的另一個實例為Nokia BL-5C。通過Nokia BL-5C示例的電池類型一般稱為“電池F”。電池F具有四個電觸點(正觸點、熱敏電阻器、電阻器和負(fù)觸點)并且其尺寸為53mm×34mm×5.7mm。
二次、棱柱狀鋰離子電池的另一個實例為BlackBerryBAT-03087-002。通過BlackBerryBAT-03087-002示例的電池類型一般將稱為“電池G”。電池G具有四個電觸點(正觸點、熱敏電阻器、電阻器和負(fù)觸點)，并且其尺寸為50.5mm×38mm×7.1mm。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明概括地講涉及用于電子裝置(例如，數(shù)字照相機(jī)、手機(jī)、MP3播放器、或個人數(shù)字助理(PDA)例如BlackBerry)的一次電池(例如，鋰電池)。
在一個方面，該一次電池具有與電池A大致相同的尺寸，但具有至少一個定位在不同于電池A中的對應(yīng)正觸點或負(fù)觸點的位置的位置中的正觸點或負(fù)觸點。
在一些實施方案中，該一次電池包括對應(yīng)于電池A中的正觸點和/或負(fù)觸點的凹口。在一次電池中存在對應(yīng)凹口的正觸點和/或負(fù)觸點在該一次電池中已相對于電池A改變位置。該一次電池優(yōu)選不包括在電池外殼上具有獨立觸點(即，與正負(fù)觸點分離)的熱敏電阻器。在某些實施方案中，該一次電池可包括對應(yīng)于電池A中的熱敏電阻器的位置的凹口。包括凹口的一次電池可用于具有允許照相機(jī)用或者電池A或者一次電池運(yùn)行的觸點的數(shù)字照相機(jī)中。然而，如果該一次電池偶爾放置進(jìn)旨在供電池A使用的充電器中，它將不能再充電，因為它不具有一組對應(yīng)于充電器中的觸點的觸點。這對于該一次電池的使用者來講是有利的，因為當(dāng)該一次電池偶爾放置進(jìn)充電器時，使用者無需擔(dān)心(例如)它會過熱。該一次電池可設(shè)計用來適配到(例如)小型和/或薄型數(shù)字照相機(jī)中。另一個優(yōu)點是該一次電池不要求使用者攜帶和/或旅行時帶著笨重的附件例如AC電源線和充電器。
在本發(fā)明的一方面，正負(fù)接觸端子由金屬基底形成，在金屬基底的暴露側(cè)上鍍覆金。優(yōu)選地，金屬基底為鎳質(zhì)的或基本由鎳構(gòu)成。有利的是，讓負(fù)觸點或者正觸點由鎳基底形成，在其暴露表面上鍍覆至少一層金。優(yōu)選地，正負(fù)觸點均由鎳基底形成，在它們的暴露表面上鍍覆一層金。鋰一次電池按常規(guī)由包含鎳的未鍍覆端子構(gòu)成。本發(fā)明的鋰一次電池具有外殼，所述外殼具有沿電池的長度延伸的至少一個基本扁平的側(cè)面。理想的是，本發(fā)明的鋰一次電池具有沿電池的長度延伸的一對相對的扁平側(cè)面。這兩個相對的扁平側(cè)面可典型地平行。因此本發(fā)明的電池具有扁平或棱柱形狀，并且在優(yōu)選的應(yīng)用中旨在置換典型地用來驅(qū)動數(shù)字照相機(jī)的鋰離子可充電電池。
已確定的是，本發(fā)明的電池的正負(fù)接觸端子的暴露表面上的金鍍覆顯著改善了電池的性能，尤其是當(dāng)電池用于高功率電子裝置(例如，數(shù)字照相機(jī))時。此類數(shù)字照相機(jī)具有介于約2瓦特和6瓦特之間，典型地介于約2瓦特和3瓦特之間的平均脈沖或間歇功率需量，其中峰值功率需量介于約4瓦特和6瓦特之間。已確定的是，當(dāng)使用常規(guī)的鎳端觸點時，本發(fā)明的一次鋰電池的端子和數(shù)字照相機(jī)端子之間的接觸電阻可升高。接觸電阻在一些情況下可足夠高從而妨礙連貫地達(dá)到所需的上述范圍內(nèi)的脈沖或間歇功率輸出，這與照相機(jī)觸點端子是否鍍覆過金無關(guān)，也與施加在電池端子和照相機(jī)端子之間的接觸力無關(guān)。
在某個具體方面已確定的是，本發(fā)明的一次鋰電池的正負(fù)端子均可在其暴露表面上鍍覆金以充分地減小電池端子和照相機(jī)端子之間的接觸電阻。雖然本發(fā)明的電池的主要應(yīng)用圍繞為高功率數(shù)字照相機(jī)供電而作出，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不旨在限于應(yīng)用于照相機(jī)。相反，該電池可用來為其它高功率裝置(例如MP3音頻播放器等)供電，并且一般而言可用作棱柱狀可充電鋰離子電池的置換品。
只要電池接觸端子的一個鍍覆了金，即可獲得電池性能的改善。然而優(yōu)選的是，將本發(fā)明的電池的正負(fù)接觸端子均作鍍覆，即在端子的暴露表面上鍍覆至少一層金。理想的是，本發(fā)明的一次鋰電池的正負(fù)端子均由金屬基底形成，所述金屬基底為鎳質(zhì)的或基本由鎳或包含鎳的合金構(gòu)成，并且這種金屬基底在其暴露表面上鍍覆有一層金。鍍覆可使用常規(guī)電鍍法完成并產(chǎn)生效果，以使金鍍層的平均厚度介于約0.1微米和5微米之間，優(yōu)選地介于約0.25微米和5.0微米之間。即使電池端子和照相機(jī)端子之間的接觸力在介于約0.29N(30gf)和3.92N(400克力)之間的寬范圍上變動，也可實現(xiàn)這種鍍金電池端子和數(shù)字照相機(jī)端子之間的與未鍍覆的鎳電池端子相比顯著改善的接觸電阻?？勺⒁獾?，鍍金鎳電池端子和數(shù)字照相機(jī)端子之間的電接觸阻抗比如果相同的電池端子沒有鍍覆金的情況明顯減小至小至少介于約20百分比和90百分比之間，典型地小至少50百分比的平均水平。已確定電接觸阻抗的這種減小適用于介于約0.49N(50克力)和3.92N(400克力)之間的接觸力的寬范圍上，甚至當(dāng)裝置端子也鍍覆金時仍然如此。理想的是，在電池接觸端子的表面上產(chǎn)生相對硬的金鍍層。如果金鍍層太軟，則在處理和使用期間會在端子表面中產(chǎn)生不可取的壓痕。因此，理想的是適當(dāng)施加金鍍層，使得金鍍層的厚度優(yōu)選地介于約0.25微米和5微米之間，并且金鍍層具有介于約130HK25和200HK25(在25克的負(fù)載下測量的努普硬度)之間的努普顯微硬度。
在另一個方面，該一次電池(例如，鋰電池)具有與電池B、C、D、E、F或G大致相同的尺寸。該一次電池可在上文關(guān)于本發(fā)明的第一方面所討論的一個或多個方面與電池B、C、D、E、F或G不同。例如，該一次電池可具有至少一個正觸點或負(fù)觸點，所述觸點定位在與電池B、C、D、E、F或G中的對應(yīng)正觸點或負(fù)觸點的位置不同的位置中。
在另一個方面，該一次電池包括外殼，所述外殼具有介于約2mm和約15mm之間的厚度、介于約10mm和約50mm之間的寬度以及介于約20mm和約60mm之間的長度。該一次電池也包括定位在外殼的表面上的正電觸點和負(fù)電觸點。在外殼之內(nèi)為陽極、陰極和電解質(zhì)。該電池不包括在電池外殼上具有獨立觸點的熱敏電阻器。
在另一個方面，該一次電池包括外殼。所述外殼具有介于約2mm和約15mm之間的厚度、介于約10mm和約50mm之間的寬度以及介于約20mm和約60mm之間的長度。在外殼之內(nèi)為陽極、陰極和電解質(zhì)。該一次電池也包括定位在外殼的表面上的正電觸點和負(fù)電觸點。正電觸點和負(fù)電觸點每個均占據(jù)約相同尺寸的觸點空間，并且由至少足夠大以提供觸點之間的足夠絕緣(例如，防止觸點之間的電短路)的空間隔開。在一些實施方案中，正電觸點和負(fù)電觸點由尺寸上大致與觸點空間相等的空間隔開。在某些實施方案中，正電觸點和負(fù)電觸點由其為觸點空間尺寸的至少約1.5倍(例如，觸點空間的至少約兩倍、觸點空間的至少約2.5倍)的空間隔開。
在一些實施方案中，上述電池不包括在電池外殼上具有獨立觸點的熱敏電阻器。
在另一個方面，該一次電池包括棱柱狀外殼。所述棱柱狀外殼具有介于約2mm和約15mm之間的厚度、介于約10mm和約50mm之間的寬度以及介于約20mm和約60mm之間的長度。在外殼之內(nèi)為陽極、陰極和電解質(zhì)。該一次電池也包括在外殼的表面上定位在表面的相對兩端的正電觸點和負(fù)電觸點。
在另一個方面，該一次電池包括外殼(例如，具有介于約2mm和約15mm之間的厚度、介于約10mm和約50mm之間的寬度以及介于約20mm和約60mm之間的長度)。在外殼之內(nèi)為陽極、陰極和電解質(zhì)。正電觸點和負(fù)電觸點位于外殼的表面上。負(fù)觸點也用作電阻器。
在另一個方面，該一次電池為包括棱柱狀外殼的3伏電池。所述棱柱狀外殼具有介于約2mm和約15mm之間的厚度、介于約10mm和約50mm之間的寬度以及介于約20mm和約60mm之間的長度。在外殼之內(nèi)為陽極、陰極和電解質(zhì)。正電觸點和負(fù)電觸點位于外殼的表面上。
在另一個方面，本發(fā)明的特征在于可與上述電池的一個或多個一起使用的數(shù)字照相機(jī)。在一些實施方案中，照相機(jī)具有帶有表面的外殼，所述表面包括三個電觸點正電觸點、負(fù)電觸點和正電觸點或負(fù)電觸點。
本文所用術(shù)語“一次電池”是指一種設(shè)計用來僅放電(例如，直到耗盡)一次，然后即丟棄的電池。例如，在David Linden的Handbookof Batteries(McGraw-Hill，第2版，1995年)中描述了一次電池。
為了此應(yīng)用的目的，“棱柱狀電池”具有至少四個大致扁平的側(cè)面，并且具有基本小于另外兩個尺寸(例如，長度和寬度)的一個尺寸(例如，厚度)。舉例來講，棱柱狀電池可具有介于約2mm和約15mm(例如，介于約4mm和約10mm)之間的厚度、介于約10mm和約50mm(例如，介于約20mm和約40mm)之間的寬度、以及介于約20mm和約60mm(例如，介于約30mm和約40mm)之間的長度。


其它特征和優(yōu)點附在說明書、附圖和權(quán)利要求書中。
圖1為電池的透視圖。
圖2為圖1的電池的頂視圖。
圖3為電池的透視圖。
圖4為圖3的電池的頂視圖。
圖5為圖3的電池的單元電池的橫截面圖。
圖6為圖3的電池的透視圖。
圖7A為圖3的電池的組件的透視圖。
圖7B、7C、7D、7E、7F、7G、7H、7I和7J圖示說明制作圖3的電池的方法。
圖8為電池的頂視圖。
具體實施例方式
參見圖3，一次鋰電池100包括具有表面104的外殼102。表面104包括限定電池100的寬度的兩端105和107。電池100具有與電池A相同的一般形狀和尺寸。因此，電池100可適配到數(shù)字照相機(jī)中的空間，所述空間也能夠適配電池A。然而，電池100為3V的電池，因此具有與電池A不同的電壓。外殼102可由金屬或金屬合金(例如，鎳、鍍鎳鋼、不銹鋼、鋁、包含鋁的合金)或塑料(例如，聚酰胺、聚氯乙烯、聚丙烯、聚砜、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚苯乙烯)制成。
現(xiàn)在參見圖4，電池100的表面104包括兩個電觸點正觸點106和負(fù)觸點108。介于電觸點106和108之間的是兩個凹口110和112。正觸點106大致定位在表面104的末端105處，而負(fù)觸點108大致定位在表面104的末端107處。通常，凹口110和112由不導(dǎo)電材料制成。凹口110和112可由這樣的材料制成例如塑料(例如，聚酰胺、聚氯乙烯、聚丙烯、聚砜、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚苯乙烯)。在一些情況下，凹口110和112由與外殼102相同的材料制成；而在其它情況下，凹口110和112和外殼102由不同的材料制成。如果一次電池100偶爾放置進(jìn)具有適用于再充電電池A的觸點的充電器中，電池100將不會被再充電，因為其電觸點的至少一個將不能接觸充電器中的對應(yīng)觸點。
負(fù)觸點108和正觸點106可為鎳質(zhì)的。所述鎳為按常規(guī)用于一次鋰電池中的正負(fù)觸點的金屬。本文所用術(shù)語“鎳”的涵義范圍旨在延伸至鎳的合金或在其中鎳包含至少其基本比例的金屬。然而，當(dāng)本發(fā)明的電池用來給某些高脈沖功率需量的電子裝置(例如數(shù)字照相機(jī))供電時，在使用鎳觸點而達(dá)到所要求的電池功率輸出方面可能存在缺陷。此類數(shù)字照相機(jī)可典型地具有介于約2瓦特至6瓦特之間的脈沖或間歇功率需量，其中平均需量典型地介于約2瓦特至3瓦特之間，并且峰值需量介于約4瓦特和6瓦特之間。已確定的是，如果端子108和106的暴露接觸表面為鎳質(zhì)的，則此類端觸點和一些數(shù)字照相機(jī)的對應(yīng)端子之間的電阻可足夠地高以致妨礙照相機(jī)的正常性能。例如，升高的接觸電阻會妨礙獲得所要求的脈沖功率，所述脈沖功率對于以最有效的方式運(yùn)行照相機(jī)是必要的?；趯Υ藛栴}的可能原因所做的研究，據(jù)信鎳表面上的氧化物的形成是接觸電阻升高的至少一個主要原因。也可能涉及到目前尚未被充分了解的其它表面現(xiàn)象，尤其是與當(dāng)脈沖功率需量增加時接觸電阻所受的影響相關(guān)的表面現(xiàn)象。
已確定的是，當(dāng)使用鎳端觸點時，即使端子108和106和對應(yīng)裝置(例如數(shù)字照相機(jī)端子)之間的接觸力基本得到增加，接觸電阻仍然可足夠地升高以致顯著地妨礙從本發(fā)明的電池獲得所需水平的脈沖功率輸出。觸點108和106與對應(yīng)裝置端子之間的接觸力可增加，例如通過增加裝置端子上的彈簧載荷來增加。在某種程度上，裝置端子的彈簧載荷的增加(例如，增加至介于約1.47N(150gf)和3.92N(400克力)之間的水平)有助于減輕此問題。然而已確定的是，甚至在此類高彈簧載荷下使用鎳觸點108和106也可導(dǎo)致足夠高的接觸電阻，以致妨礙一些數(shù)字照相機(jī)實現(xiàn)最有效的運(yùn)行。另外，許多數(shù)字照相機(jī)的端觸點只具有較低水平的彈簧載荷，例如，彈簧載荷介于約0.49N(50gf)和1.47N(150克力)之間。這是由于較高程度的彈簧載荷將要求在照相機(jī)電池室內(nèi)具有較重的彈簧或較重的彈簧支承觸點。此類較重的觸點將占用電池室內(nèi)的較大體積，因而將增加照相機(jī)的尺寸。因此，大多數(shù)數(shù)字照相機(jī)制造商會選擇不將端觸點的彈簧載荷增加至超過1.47N(150克力)許多。然而，使用介于約0.49N(50gf)和1.47N(150克力)之間的通常范圍內(nèi)的彈簧支承的照相機(jī)觸點使此問題變得更嚴(yán)重當(dāng)使用鎳觸點108和106時，接觸電阻可導(dǎo)致觸點108和106的每個與數(shù)字照相機(jī)觸點之間的接觸電阻典型地上升至約30毫歐甚至更高。
已確定的是，此問題的解決方案為簡單地將鎳觸點108和106的暴露表面分別鍍覆上金層108a和106b。與鎳相比，金所具有的優(yōu)點在于它不在其表面生成可顯著地增加接觸電阻的任何顯著的氧化物層。金也比純鎳具有低得多的電阻率。例如，金的電阻率為約2.19微歐厘米，而純鎳的電阻率為約6.84微歐厘米。使用用于本發(fā)明的電池100的鍍金正負(fù)端子的優(yōu)選的實施方案顯示于(例如)圖6、7C、7H、7I和7J中。如這些圖所示，電池100的外殼具有沿所述外殼的長度延伸的、典型地平行的兩個相對的扁平側(cè)面。由這些圖可觀察到，本發(fā)明的電池可具有優(yōu)選地由鎳基底108b形成的負(fù)接觸端子108，所述鎳基底在其暴露表面上鍍覆有金層108a。類似地，本發(fā)明的電池的正接觸端子106優(yōu)選地由鎳基底106b形成，所述鎳基底在其暴露表面上鍍覆有金層106a。形成負(fù)端子的鎳基底108b可典型地具有介于約0.025mm(1密耳)和0.25mm(10密耳)之間，優(yōu)選地介于約0.10mm(4密耳)和0.13mm(5密耳)之間的厚度。形成正端子的鎳基底106b可具有典型地介于約0.025mm(1密耳)和0.25mm(10密耳)之間，優(yōu)選地約0.13mm(5密耳)的厚度?；?08b和106b優(yōu)選地為至少約99％的鎳。當(dāng)接觸端子108和106具有分別鍍覆在鎳基底108b和106b上的優(yōu)選地具有介于約0.25微米和5微米之間的厚度的金層108a和106a時，可注意到與典型的照相機(jī)端子的電接觸阻抗明顯減小至比未鍍覆金的相同端子108和106的接觸電阻小至少介于約20百分比和90百分比之間，典型地小至少50百分比的平均水平。已確定這種接觸電阻的減小適用于介于約0.49N(50gf)和3.92N(400克力)之間，典型地介于約0.49N(50gf)和2.94N(300克力)之間的接觸力的寬范圍上，甚至當(dāng)照相機(jī)端子也鍍覆金時仍然如此。當(dāng)觸點108和106具有分別鍍覆在鎳基底108b和106b上的優(yōu)選地具有介于約0.25微米和5微米之間的厚度的金層108a和106a時，可注意到，在介于約0.49N(50gf)和1.47N(150克力)之間的接觸力的范圍上，與照相機(jī)端子的電接觸阻抗明顯減小至比未鍍覆金的相同端子108和106的接觸電阻小至少介于約20百分比和90百分比之間，典型地小至少50百分比的平均水平。即使照相機(jī)端子也鍍覆金，這種接觸電阻的減小也適用。
雖然鎳是用于端子108和106的優(yōu)選的基底，但不旨在將本發(fā)明限于此類金屬基底。其它基底108b和106b(例如，不銹鋼或銀)也可使用并可鍍覆金，并且可期望接觸電阻至少有一些減小。然而，與本發(fā)明的電池接觸端子聯(lián)合使用的優(yōu)選的基底108b和106b為鎳。應(yīng)當(dāng)理解，與基底108b和106b關(guān)聯(lián)而使用的術(shù)語“鎳”旨在延伸至鎳的合金或在其中鎳包含至少基本比例的基底組成的金屬。因此與基底108b和106b關(guān)聯(lián)而使用的術(shù)語鎳不旨在限于純鎳。
金層108a和106a可通過以下方法施加到金屬基底108b和106b(典型地為鎳質(zhì)的)上如本領(lǐng)域通常所做的那樣通過使用氰化鉀金或其對等物的電解槽的常規(guī)電鍍法，所述方法被參考于(例如)Lawrence J.Durney的Electroplating Engineering Handbook 1984年第四版，第226至241頁。金也可通過濺射施加到金屬基底(例如鎳基底)的表面上，所述濺射為某種形式的等離子或蒸汽沉積。當(dāng)金通過濺射施加時，金層的厚度典型地介于約0.03微米和0.3微米之間，但也可稍微地更大一些。濺射具有這樣的優(yōu)點可將很小厚度的金施加到金屬基底上。然而它也具有缺點它難于在大批量生產(chǎn)的情形中有效地使用，并且如果需要更大厚度的金，它也變得難于使用。因此已確定的是，在本發(fā)明的一次鋰電池的情形中，最理想的是通過電解將金鍍層施加到金屬基底108b和106b上至介于約0.25微米和5微米之間的鍍覆厚度或甚至更大的厚度。已確定的是，可使用較低的金鍍覆厚度(例如，在介于約0.25微米和1微米之間的范圍內(nèi))，而無損于獲得所需的電池接觸端子108和106與對應(yīng)裝置端子(例如數(shù)字照相機(jī)端子)之間的接觸電阻的減小。因此，可使用在介于約0.25微米和1微米之間的范圍內(nèi)的此類較低的金鍍覆厚度以減小鍍覆成本。當(dāng)電池旨在用來為電子裝置(例如數(shù)字照相機(jī)等)供電時，將鎳基底108b和106b鍍覆上金以形成電池100的端觸點108和106(圖6)是特別理想的；所述電子裝置具有介于約2瓦特和6瓦特之間的平均脈沖或間歇功率需量，其中峰值需量介于約4瓦特和6瓦特之間。
金鍍層108a和106a可優(yōu)選地依照ASTM標(biāo)準(zhǔn)B488-01所闡明的規(guī)格施加到鎳基底108b和106b上。理想的是，金鍍層具有在電池的處理和使用過程中使其不易留有壓痕的足夠高的表面硬度。這種壓痕有損于接觸端子的總體美感外觀，并且也可導(dǎo)致與未鍍覆的鎳相比小于期望值的接觸導(dǎo)電性的改善。
鍍金方法可按常規(guī)依照ASTM規(guī)格B488的部分4.2.3作調(diào)整。理想的是，調(diào)整在金屬基底108b和106b上的鍍金以獲得介于約130HK25和200HK25之間的努普顯微硬度(也稱為努普顯微壓痕)，所述硬度使用介于約0.25微米和5微米之間的金鍍層厚度在25克的負(fù)載(HK25)下測量。(ASTM B488中所提到的努普硬度測試實際上是由國家標(biāo)準(zhǔn)局于1939年首次開發(fā)的顯微壓痕測試。此測試首先涉及金相拋光表面，所述表面的硬度旨在通過向表面上施加顯微壓痕而測量。將其自身為斜方底面錐形鉆石的、產(chǎn)生細(xì)長的菱形壓痕的表面硬度計應(yīng)用到拋光的測試表面上。努普測試通?？赏ㄟ^向硬度計施加介于約10g至1000g之間的力而進(jìn)行。)已確定的是，分別位于鎳基底108b和106b上的厚度介于約0.25微米和5微米之間，優(yōu)選地介于約0.25微米和1微米之間的金鍍層108a和106a如果具有介于約130HK25和200HK25之間的努普顯微硬度，則將會足夠地硬以致它在本發(fā)明的電池的正常處理和使用期間不易留下壓痕。以下實施例說明當(dāng)使用本發(fā)明的一次鋰電池中的鍍金鎳觸點時與未鍍覆的鎳觸點相比可達(dá)到的接觸電阻的減小。
實施例1制作對比測試以測量具有約0.127mm(0.005英寸)厚度的未鍍覆的鎳觸點和與其壓緊的鍍金鎳觸點(數(shù)字照相機(jī)觸點)之間的接觸電阻。表面對表面的接觸面積為約0.25mm2。
鍍金數(shù)字照相機(jī)觸點代表典型地用于數(shù)字照相機(jī)內(nèi)的彈簧支承的觸點。未鍍覆的鎳觸點代表通常用于常規(guī)一次鋰電池的觸點。未鍍覆的鎳觸點和數(shù)字照相機(jī)觸點之間的接觸力在約0.49N(50gf)和3.92N(400克力)之間變化。未鍍覆的鎳觸點和鍍金數(shù)字照相機(jī)觸點之間的電阻通過在兩觸點之間施加約1毫安的脈沖電流并在施加在此范圍內(nèi)的若干接觸力時測量。0.49N(50克力)時的未鍍覆的鎳觸點和鍍金數(shù)字照相機(jī)觸點之間的電阻為約20毫歐，而3.92N(400克力)時的電阻為約5毫歐。在介于約0.49N(50gf)和3.92N(400克力)之間的范圍上的平均接觸電阻為約10毫歐。介于0.49N(50gf)和1.96N(200克力)之間的平均接觸電阻為約14毫歐。
然后進(jìn)行相同的測試，不同的是鎳觸點被電鍍上具有約0.25微米厚度的金層。施加到鍍金鎳觸點上使其壓緊鍍金數(shù)字照相機(jī)觸點的接觸力在約0.49N(50gf)和3.92N(400克力)之間變化。鍍金鎳觸點和與其壓緊的鍍金數(shù)字照相機(jī)觸點之間的電阻在施加在此范圍內(nèi)的若干接觸力時測量。0.49N(50克力)時的電阻為約4毫歐，而3.92N(400克力)時的電阻為約1毫歐。在介于約0.49N(50gf)和3.92N(400克力)之間的范圍上的平均電阻為約2.5毫歐。在介于約0.49N(50gf)和1.96N(200克力)之間的范圍上的平均電阻為約2.8毫歐。
因此，在介于約0.49N(50gf)和3.92N(400克力)之間的接觸力的范圍內(nèi)，使用鍍金鎳觸點時的平均接觸電阻比使用未鍍覆的鎳觸點時的平均接觸電阻小大約75％的百分比。在介于約0.49N(50gf)和1.96N(200克力)之間的接觸力的范圍內(nèi)，使用鍍金鎳觸點時的平均接觸電阻比使用未鍍覆的鎳觸點時的平均接觸電阻小大約80％的百分比。
在優(yōu)選的實施方案中，可應(yīng)用具有鍍金觸點108和106的電池100以向通常使用鋰離子可充電電池的Hewlett Packard HP R 707或Samsung SS UCA-3數(shù)字照相機(jī)供電。這些照相機(jī)已被設(shè)計用以適應(yīng)棱柱或扁平形狀的本發(fā)明的一次電池，即，允許將鋰離子可充電電池置換為本發(fā)明的電池100。雖然電池100上的負(fù)觸點108的位置處在與可充電電池中的負(fù)觸點相同的位置，但當(dāng)電池如圖6所示時，電池100中的正觸點106定位在可充電電池的正觸點通常所在位置的右邊。理想的是，正觸點106通過空間與負(fù)觸點108隔開，所述空間為至少約1.5倍的觸點空間，例如，至少約2倍的觸點空間，典型地至少約2.5倍的觸點空間。帶有源自本發(fā)明的申請人的使用說明的這種照相機(jī)可設(shè)計而具有兩個正端子一個用來匹配可充電的鋰離子可充電電池的位置，另一個用來匹配本發(fā)明的電池的正觸點106的位置。因此通常用來給此類照相機(jī)供電的可充電鋰離子電池可置換為具有相同總體尺寸和形狀但帶有移位的正觸點106的一次鋰電池。帶有移位的正觸點106的電池設(shè)計的優(yōu)點在于即使本發(fā)明的電池100具有與鋰離子電池相同的尺寸和總體形狀，本發(fā)明的電池100也不會與常規(guī)再充電器的端子產(chǎn)生電連接，所述再充電器通常用來充電鋰離子電池。這是由于本發(fā)明的電池100上的正觸點106已被移位，因而不會與再充電器上的對應(yīng)正端子產(chǎn)生電接觸。
圖5顯示包含在電池100內(nèi)的單元電池149。單元電池149包括陽極150、陰極154、隔板158和電解質(zhì)162。
單元電池149中的陽極活性材料可為例如鋰或包含鋰的材料(例如，包含鋰和鋁、鈣、鈉和/或鎂的合金)。
陰極活性材料可為(例如)金屬氧化物例如二氧化錳(MnO2)。在一些情況下，陰極活性材料可為電解二氧化錳(EMD)。其它陰極活性材料描述于(例如)以下專利中共同未決且普通轉(zhuǎn)讓的美國公布專利申請US 2003/0124421 A1，其公布于2003年7月3日，并且題為“Non-Aqueous Electrochemical Cells”，該文獻(xiàn)全文引入本文以供參考。
陰極可包括其它組件，例如粘合劑(例如，PTFE)和/或?qū)щ姴牧?例如，碳)。粘合劑描述于(例如)以下專利中共同未決且普通轉(zhuǎn)讓的美國專利申請10/290,832，其提交于2002年11月8日，并且題為“Flexible Cathodes”，該文獻(xiàn)全文引入本文以供參考。
隔板158可由非水電化學(xué)電池中所用的任何標(biāo)準(zhǔn)隔板材料形成。例如，隔板可由聚丙烯(例如，非織造聚丙烯或微孔聚丙烯)、聚乙烯和/或聚砜形成。隔板進(jìn)一步描述于(例如)美國專利5,176,968中，所述專利據(jù)此全文引入以供參考。
電解質(zhì)162可呈液體、固體或凝膠(聚合物)形式。電解質(zhì)可包含有機(jī)溶劑(例如，碳酸亞丙酯)或無機(jī)溶劑(例如，SO2、SOCl2)。在一些實施方案中，電解質(zhì)可包括一種添加劑或數(shù)種添加劑。例如，電解質(zhì)可包含鋰鹽例如三氟甲基磺酸鋰(LiTFS)或三氟甲基磺酸亞胺鋰(LiTFSI)、或它們的組合?？杀话ǖ母郊愉圎}開列于美國專利5,595,841中，所述專利據(jù)此全文引入以供參考。電解質(zhì)描述于先前引入的美國公布專利申請US 2003/0124421 A1中。
參見圖6和圖7A，電池100優(yōu)選地包括具有連接到引線182和184的正溫度系數(shù)電阻器(PTC)180的組合件179。引線182用作負(fù)觸點108，而焊接到電池外殼102上的引線184用作導(dǎo)體。如果(例如)使用者短路電池100，PTC 180可防止電池100過熱。PTC 180為熱敏電阻器。當(dāng)電池100的溫度增加時，PTC 180稍微增加對電池100內(nèi)的電流的阻抗。如果在電池100中達(dá)到預(yù)定溫度，則PTC 180基本增加其對電流的阻抗，因而有效地切斷電池100內(nèi)的電流，從而防止電池100過熱。短路源被移除之后，PTC 180恢復(fù)電池100內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)水平的電阻。
圖7B至7I顯示在電池100的制造期間如何將組合件179并入電池100中。在圖7B中，引線182被彎曲成大約90度角，而在圖7C中，組合件179被并入分隔器186中。現(xiàn)在參見圖7D(其中組合件179相對于其在圖7C中的位置旋轉(zhuǎn)了大約180度)，引線182隨后在箭頭A所示的方向上向下折疊。圖7E顯示此點處的組合件179的相對側(cè)。在圖7F中，組合件179隨后在箭頭B所示的方向上安裝到外殼102上(例如，通過膠粘)，從而產(chǎn)生圖7G所示的電池190。此后，現(xiàn)在參見圖7H(其中電池190相對于其在圖7G中的位置旋轉(zhuǎn)了大約180度)，正觸點106在箭頭C所示的方向上連接(例如，焊接)到電池190上。接著，如圖7I所示，正觸點106向下折疊(并且PTC 180焊接到外殼102上)。參見圖7J，分隔器外套194隨后在箭頭D所示的方向上放置到電池190上。
雖然圖3和圖4顯示了一次電池上的觸點的一種排列，但不同的排列是可能的。例如，現(xiàn)在參見圖8，具有與電池A和電池100相同的一般形狀和尺寸的電池200包括具有鄰近正電觸點206的負(fù)電觸點204的表面202。表面202也包括兩個凹口，208和210。如同圖3和圖4的電池100的情形一樣，如果一次電池200被無意地放置進(jìn)用于電池A的充電器中，電池200將不會被再充電，因為其電觸點的至少一個將不能接觸充電器中的對應(yīng)觸點。
在一些實施方案中，并且如上文關(guān)于電池D、E、F和G所述，該一次電池可對應(yīng)于二次電池，所述二次電池包括四個電觸點正觸點、負(fù)觸點、熱敏電阻器和電阻器。
盡管上文已描述了一次鋰電池，其它類型的電池化學(xué)性質(zhì)也可使用。舉例來講，該一次電池可為堿性電池。包括合適的陽極材料和陰極材料的堿性電池描述于(例如)以下專利中共同未決且普通轉(zhuǎn)讓的美國專利申請09/658,042，其提交于2000年9月7日，并且題為“Battery Cathode”；和美國公布專利申請US 2002/0172867 A1，其公布于2002年11月21日，并且題為“Battery Cathode”，所述兩專利均全文引入本文以供參考。堿性電池也描述于美國專利6,509,117中，所述專利據(jù)此全文引入以供參考。在一些情況下，該一次電池為鋅-空氣電池。鋅-空氣電池描述于(例如)David Linden的Handbookof Batteries(McGraw-Hill，第2版，1995年)中。
盡管已用具體實施方案描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，在不背離本發(fā)明概念的情況下其它實施方案也是可能的，并因此也在權(quán)利要求及其等價內(nèi)容的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種包括外殼的一次電池，所述外殼具有沿所述外殼的長度延伸的至少一個基本扁平的側(cè)面、包括鋰的陽極、負(fù)觸點和正觸點，其中每個所述正負(fù)觸點均包括金屬基底，所述基底的面朝外部環(huán)境的表面上鍍覆有至少一層金。
2.如權(quán)利要求1所述的電池，其中所述電池具有沿所述外殼的長度延伸的一對相對的基本扁平的側(cè)面。
3.如權(quán)利要求1所述的電池，其中每個所述金屬基底均包含鎳。
4.如權(quán)利要求1所述的電池，其中所述金屬基底具有介于約0.0254mm(1密耳)和0.254mm(10密耳)之間的厚度。
5.如權(quán)利要求1所述的電池，其中所述金被鍍覆到所述金屬基底的表面上，以使每個所述正負(fù)觸點均具有暴露于外部環(huán)境的金面。
6.如權(quán)利要求5所述的電池，其中所述金屬基底的表面上的所述鍍金具有介于約0.1微米和5微米之間的厚度。
7.如權(quán)利要求5所述的電池，其中所述金屬基底的表面上的所述鍍金具有介于約0.25微米和5微米之間的厚度。
8.如權(quán)利要求6所述的電池，其中形成每個所述正負(fù)觸點的表面的所述鍍金具有介于約130HK25和200HK25之間的努普硬度。
9.如權(quán)利要求7所述的電池，其中形成每個所述正負(fù)觸點的表面的所述鍍金具有介于約130HK25和200HK25之間的努普硬度。
10.如權(quán)利要求1所述的電池，所述電池還包括含有二氧化錳的陰極。
11.如權(quán)利要求10所述的電池，其中所述陽極和陰極每個均呈其間帶有隔板材料的螺旋形卷曲的薄片形式。
12.如權(quán)利要求1所述的電池，其中所述外殼具有介于約2mm和15mm之間的厚度、介于約10mm和50mm之間的寬度以及介于約20mm和60mm之間的長度。
13.如權(quán)利要求12所述的電池，其中所述電池不包括在所述電池外殼上具有獨立觸點的熱敏電阻器。
14.如權(quán)利要求1所述的電池，其中所述正負(fù)觸點由尺寸上至少與觸點空間約相等的空間隔開。
15.如權(quán)利要求1所述的電池，其中所述正負(fù)觸點由至少約1.5倍于觸點空間尺寸的空間隔開。
16.如權(quán)利要求1所述的電池，其中所述正負(fù)觸點由至少約兩倍于觸點空間尺寸的空間隔開。
17.如權(quán)利要求1所述的電池，其中所述正負(fù)觸點由至少約2.5倍于觸點空間尺寸的空間隔開。
18.一種包括外殼的一次電池，所述外殼具有沿所述外殼的長度延伸的至少一個基本扁平的側(cè)面，所述外殼具有介于約2mm和15mm之間的厚度、介于約10mm和約50mm之間的寬度以及介于約20mm和60mm之間的長度、包含鋰的陽極、負(fù)電觸點和正電觸點，其中每個所述正負(fù)觸點均包括金屬基底，所述基底的面朝外部環(huán)境的表面上鍍覆有至少一層金。
19.如權(quán)利要求18所述的電池，其中所述電池具有沿所述外殼的長度延伸的一對相對的基本扁平的側(cè)面。
20.如權(quán)利要求18所述的電池，其中每個所述金屬基底均包含鎳。
21.如權(quán)利要求18所述的電池，其中所述金屬基底具有介于約0.0254mm(1密耳)和0.254mm(10密耳)之間的厚度。
22.如權(quán)利要求18所述的電池，其中所述金被鍍覆到所述金屬基底的表面上，以使每個所述正負(fù)觸點均具有暴露于外部環(huán)境的金面。
23.如權(quán)利要求22所述的電池，其中所述金屬基底的表面上的所述鍍金具有介于約0.1微米和5微米之間的厚度。
24.如權(quán)利要求22所述的電池，其中所述金屬基底的表面上的所述鍍金具有介于約0.25微米和5微米之間的厚度。
25.如權(quán)利要求23所述的電池，其中形成每個所述正負(fù)觸點的表面的所述鍍金具有介于約130HK25和200HK25之間的努普硬度。
26.如權(quán)利要求24所述的電池，其中形成每個所述正負(fù)觸點的表面的所述鍍金具有介于約130HK25和200HK25之間的努普硬度。
27.如權(quán)利要求18所述的電池，其中所述正負(fù)觸點由至少約1.5倍于觸點空間尺寸的空間隔開。
28.如權(quán)利要求18所述的電池，其中所述正負(fù)觸點由至少約兩倍于觸點空間尺寸的空間隔開。
29.如權(quán)利要求18所述的電池，其中所述正負(fù)觸點由至少約2.5倍于觸點空間尺寸的空間隔開。
30.如權(quán)利要求18所述的電池，所述電池還包括含有二氧化錳的陰極。
31.如權(quán)利要求30所述的電池，其中所述陽極和陰極每個均呈其間帶有隔板材料的螺旋形卷曲的薄片形式。
全文摘要
具有沿其長度延伸的至少一個扁平側(cè)面的一次電池。該電池可用于例如數(shù)字照相機(jī)。該電池可具有包含鋰的陽極和低電阻的觸點。陽極和陰極可呈其間帶有隔板的螺旋形卷曲的薄片形式。外部正負(fù)觸點用金鍍覆以改善接觸電阻。
文檔編號H01M4/50GK101095250SQ200580045811
公開日2007年12月26日 申請日期2005年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月3日
發(fā)明者斯蒂芬·A.·比諾伊特, 弗雷德·J.·伯科維茨, 馬克·布朗, 約當(dāng)·伯里爾科夫, 約翰·羅騰杜, 大衛(wèi)·克萊因, 布賴恩·L.·赫西, 加洛斯拉夫·賈尼克 申請人:吉萊特公司