FR2461363A1 - MECHANICALLY RESISTANT GLASS FOR USE IN GLASS-METAL JOINTS AND ELECTRICAL TERMINAL STRUCTURES OF LITHIUM ELECTROCHEMICAL CELLS - Google Patents
MECHANICALLY RESISTANT GLASS FOR USE IN GLASS-METAL JOINTS AND ELECTRICAL TERMINAL STRUCTURES OF LITHIUM ELECTROCHEMICAL CELLS Download PDFInfo
- Publication number
- FR2461363A1 FR2461363A1 FR8014670A FR8014670A FR2461363A1 FR 2461363 A1 FR2461363 A1 FR 2461363A1 FR 8014670 A FR8014670 A FR 8014670A FR 8014670 A FR8014670 A FR 8014670A FR 2461363 A1 FR2461363 A1 FR 2461363A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- glass
- alumina
- metal
- battery according
- particles
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 26
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 25
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 55
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 52
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 79
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000005354 aluminosilicate glass Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 4
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- FYSNRJHAOHDILO-UHFFFAOYSA-N thionyl chloride Chemical compound ClS(Cl)=O FYSNRJHAOHDILO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- -1 SC203 Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 claims description 7
- XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N calcium;oxido(oxo)alumane Chemical compound [Ca+2].[O-][Al]=O.[O-][Al]=O XFWJKVMFIVXPKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910000421 cerium(III) oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical compound [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 5
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 4
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 3
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 3
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 3
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N sulfur trioxide Chemical compound O=S(=O)=O AKEJUJNQAAGONA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- SGDKTJPVCKQTHK-UHFFFAOYSA-N 5-bromo-2-fluoro-3-nitropyridine Chemical compound [O-][N+](=O)C1=CC(Br)=CN=C1F SGDKTJPVCKQTHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021555 Chromium Chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004157 Nitrosyl chloride Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- QSWDMMVNRMROPK-UHFFFAOYSA-K chromium(3+) trichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Cl-].[Cr+3] QSWDMMVNRMROPK-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- OMBRFUXPXNIUCZ-UHFFFAOYSA-N dioxidonitrogen(1+) Chemical compound O=[N+]=O OMBRFUXPXNIUCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OJKANDGLELGDHV-UHFFFAOYSA-N disilver;dioxido(dioxo)chromium Chemical compound [Ag+].[Ag+].[O-][Cr]([O-])(=O)=O OJKANDGLELGDHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 description 2
- AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M lithium bromide Chemical compound [Li+].[Br-] AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- UMFJAHHVKNCGLG-UHFFFAOYSA-N n-Nitrosodimethylamine Chemical compound CN(C)N=O UMFJAHHVKNCGLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- VPCDQGACGWYTMC-UHFFFAOYSA-N nitrosyl chloride Chemical compound ClN=O VPCDQGACGWYTMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000019392 nitrosyl chloride Nutrition 0.000 description 2
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XHXFXVLFKHQFAL-UHFFFAOYSA-N phosphoryl trichloride Chemical compound ClP(Cl)(Cl)=O XHXFXVLFKHQFAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JITLFFUNBLSAGY-UHFFFAOYSA-N C(=O)OCCCC.C(=O)OC Chemical compound C(=O)OCCCC.C(=O)OC JITLFFUNBLSAGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N Dimethoxyethane Chemical compound COCCOC XTHFKEDIFFGKHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910016978 MnOx Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004068 NO2Cl Inorganic materials 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- GNBSAMIOGXVJIJ-UHFFFAOYSA-N [V].[Ta] Chemical compound [V].[Ta] GNBSAMIOGXVJIJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001642 boronic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000001309 chloro group Chemical group Cl* 0.000 description 1
- ZCDOYSPFYFSLEW-UHFFFAOYSA-N chromate(2-) Chemical class [O-][Cr]([O-])(=O)=O ZCDOYSPFYFSLEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- BZRNNFDADQGMGA-UHFFFAOYSA-N ctk5d9411 Chemical compound Br[S] BZRNNFDADQGMGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002999 depolarising effect Effects 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VAYGXNSJCAHWJZ-UHFFFAOYSA-N dimethyl sulfate Chemical compound COS(=O)(=O)OC VAYGXNSJCAHWJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000833 kovar Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical class OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KHIWWQKSHDUIBK-UHFFFAOYSA-N periodic acid Chemical class OI(=O)(=O)=O KHIWWQKSHDUIBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N vanadate(3-) Chemical class [O-][V]([O-])([O-])=O LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBIQAPKSNFTACH-UHFFFAOYSA-K vanadium oxytrichloride Chemical compound Cl[V](Cl)(Cl)=O JBIQAPKSNFTACH-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C8/00—Enamels; Glazes; Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions
- C03C8/24—Fusion seal compositions being frit compositions having non-frit additions, i.e. for use as seals between dissimilar materials, e.g. glass and metal; Glass solders
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
- H01M50/183—Sealing members
- H01M50/19—Sealing members characterised by the material
- H01M50/191—Inorganic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C3/00—Glass compositions
- C03C3/04—Glass compositions containing silica
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
Abstract
L'INVENTION CONCERNE UNE PILE ELECTROCHIMIQUE FERMEE DE FACON ETANCHE AU MOINS D'UN JOINT METAL-VERRE-METAL. DANS LE JOINT, LE VERRE EST UN ELEMENT DU GROUPE FORME DES VERRES A L'ALUMINOSILICATE, DES VERRES COMPRENANT DE L'ALUMINE ET DES OXYDES PLUS STABLES QUE L'ALUMINE, ET DES VERRES DANS LESQUELS SONT INCORPOREES DES PARTICULES D'OXYDES METALLIQUES, EN QUANTITES SUFFISANTES POUR EMPECHER SENSIBLEMENT LA FORMATION DE CRAQUELURES DANS LE VERRE, LES PARTICULES AYANT DES ENERGIES LIBRES DE FORMATION PAR ATOME-GRAMME D'OXYGENE AU MOINS AUSSI NEGATIVES QUE CELLE DE L'ALUMINE. L'INVENTION S'APPLIQUE TOUT PARTICULIEREMENT AUX PILES ELECTROCHIMIQUES AU LITHIUM.THE INVENTION RELATES TO AN ELECTROCHEMICAL BATTERY TIGHTLY CLOSED WITH AT LEAST ONE METAL-GLASS-METAL SEAL. IN THE GASKET, THE GLASS IS A PART OF THE GROUP SHAPED ALUMINOSILICATE GLASSES, GLASSES INCLUDING ALUMINA AND OXIDES MORE STABLE THAN ALUMINA, AND GLASSES IN WHICH METAL OXIDE PARTICLES ARE INCORPORATED, IN SUFFICIENT QUANTITIES TO PREVENT SENSITIVELY THE FORMATION OF CRACKS IN THE GLASS, THE PARTICLES HAVING FREE FORMING ENERGIES PER ATOM-GRAM OF OXYGEN AT LEAST AS NEGATIVE AS THAT OF ALUMIN. THE INVENTION APPLIES IN PARTICULARLY TO ELECTROCHEMICAL LITHIUM BATTERIES.
Description
2 4 6 1 3 6 32 4 6 1 3 6 3
La présente invention concerne les joints verre- The present invention relates to
métal et les bornes électriques utilisées dans les piles électro- metal and the electrical terminals used in
chimiques et, en particulier, les piles contenant des anodes de chemicals and, in particular, batteries containing anodes of
lithium et des matériaux corrosifs. - lithium and corrosive materials. -
Selon la technique antérieure, les verres qui sont de préférence utilisés pour la fabrication de joints verre-métal destinés aux piles électrochimiques et aux condensateurs exigeant une sérieuse étanchéité, comme par exemple ceux décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 4 053 692 et 3 646 405, sont les verres du type dit "au borosilicate". Ces verres comprennent ceux désignés par les appellations commerciales "Corning 7052" et "Fusite GC" et présentent la composition générale suivante: According to the prior art, glasses which are preferably used for the manufacture of glass-to-metal seals for electrochemical cells and capacitors requiring a serious seal, such as those described in US Pat. No. 4,053 692 and 3,646,405, are the glasses of the type called "borosilicate". These glasses include those designated by the trade names "Corning 7052" and "Fusite GC" and have the following general composition:
Nature de l'oxyde Pourcentage approxi- Nature of the oxide Approximate percentage
matif SiO 2 70-75matif SiO 2 70-75
B203 20B203 20
AI203 4-8AI203 4-8
Na20 4-7Na20 4-7
K20 6K20 6
BaO 0-2 Les verres au borosilicate ont été et sont encore largement utilisés pour la fabrication de joints verre-métal en raison de leurs températures de travail relativement basses et de la bonne qualité des joints verre-métal qu'on peut réaliser avec eux. Par conséquent, ces verres sont utilisés dans une large variété d'applications utilisant des joints verre-métal. Il a toutefois été découvert que, bien que ces joints verre-métal soient considérés généralement comme convenant b la fermeture étanche des bottiers de piles, il arrive que, dans certains cas, en particulier lorsqu'ils sont utilisés comme bornes électriques dans des piles contenant des anodes en lithium, ces joints verre-métal subissent des dommages BaO 0-2 Borosilicate glasses have been and are still widely used for the manufacture of glass-to-metal joints because of their relatively low working temperatures and the good quality of glass-to-metal joints that can be achieved with them. Therefore, these glasses are used in a wide variety of applications using glass-to-metal joints. It has been discovered, however, that although these glass-to-metal seals are generally considered to be suitable for sealing the battery packs, in some cases, particularly when they are used as electrical terminals in batteries containing lithium anodes, these glass-to-metal joints suffer damage
entratnant des défaillances d'étanchéité et, éventuellement d'iso- entailing leakage and possibly
lation électrique, notamment si les piles sont conservées à une température élevée. Ces verres sont plus spécialement susceptibles de subir des dommages lorsqu'ils sont utilisés dans des joints verre-métal de piles contenant des anodes en lithium et, surtout, electricity, especially if the batteries are kept at a high temperature. These glasses are especially susceptible to damage when used in glass-to-metal battery gaskets containing lithium anodes and most importantly
des électrolytes dépolarisateurs.fluides corrosifs, comme le chlo- depolarizing electrolytes. corrosive fluids, such as chlorine
rure de thionyle et le dioxyde de soufre. Les joints verre-métal des piles électrochimiques sont classiquement formés d'éléments métalliques extérieurs et intérieurs mutuellement séparés par le thionyl chloride and sulfur dioxide. The glass-metal joints of the electrochemical cells are conventionally formed of external and internal metallic elements mutually separated by the
verre et liés à celui-ci par fusion au niveau des interfaces verre- glass and linked to it by fusion at the glass-glass interfaces.
métal. Des joints de ce type sont décrits de façon détaillée dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 4 053 692. De façon typique, les éléments métalliques font fonction de bornes opposées dans la piles et sont électriquement connectés aux électrodes disposées metal. Seals of this type are described in detail in US Pat. No. 4,053,692. Typically, the metal elements act as opposed terminals in the cells and are electrically connected to the electrodes disposed therein.
à l'intérieur de la pile. L'élément de verre placé entre les élé- inside the pile. The glass element placed between the
ments métalliques sert donc à la fois de joint étanche et d'isolant électrique. Dans les piles au lithium, l'élément métallique utilisé comme conducteur associé à l'anode de lithium et le verre qui l'entoure à proximité immédiate attirent les ions de lithium de la-solution électrolytique. Il apparatt que le litium ainsi The metal parts serve both as a seal and an electrical insulator. In lithium cells, the metal element used as the conductive associated with the lithium anode and the surrounding glass in the immediate vicinity attract lithium ions from the electrolytic solution. It appears that litium as well
attiré pénètre dans le verre et le rend électriquement conducteur. attracted enters the glass and makes it electrically conductive.
Le verre conducteur s'intègre ensuite à l'anode conductrice, laquelle s'étend donc dans le verre, si bien que la largeur de l'isolant électrique se réduit progressivement. De plus, le verre dans lequel du lithium a pénétré occupe un plus grand volume que le verre initial, ce qui amène le verre à se briser et, avec certaines configurations de borne électrique, le verre se sépare du métal auquel il est lié. Cette défaillance mécanique dégrade directement le joint verre-métal et agit sur la vitesse à laquelle l'isolant The conductive glass then integrates with the conductive anode, which therefore extends into the glass, so that the width of the electrical insulator is gradually reduced. In addition, the glass in which lithium has penetrated occupies a larger volume than the initial glass, which causes the glass to break and, with some electrical terminal configurations, the glass separates from the metal to which it is bonded. This mechanical failure directly degrades the glass-to-metal joint and affects the rate at which the insulation
s'élimine du fait de son remplacement par du verre conducteur. Eliminates due to its replacement by conductive glass.
Puisque la pénétration du lithium dans le verre crée une augmentation de volume en direction du conducteur associé à la cathode se trouvant en regard, une liaison conductrice à travers le verre initialement isolant s'établit et entratne une réduction de la capacité de la Since the penetration of lithium into the glass creates an increase in volume towards the conductor associated with the facing cathode, a conductive bond through the initially insulating glass is established and results in a reduction in the capacitance of the
pile par décharge interne.internal discharge battery.
L'invention a pour objet de proposer des joints verre-métal améliorés destinés à être utilisés dans des piles électrochimiques au lithium, le verre constituant les joints ayant une résistance améliorée vis-à-vis des risques de détérioration, The object of the invention is to provide improved glass-metal seals for use in lithium electrochemical cells, the glass constituting the seals having improved resistance to the risk of deterioration,
246 1363246 1363
même dans des conditions de fonctionnement excessives. even under excessive operating conditions.
Selon l'invention, une pile électrochimique (en particulier une pile à anode de lithium) comporte un ensemble de joint mdtal-verre-m.tal dans lequel le verre isolant est ou bien un verre chargé en particules d'oxydes d'aluminium, ou alumine (A1203), ou en autres oxydes métalliques stables, ou bien un verre à base d'aluminosilicate ou à base analogue, dans lequel de telles According to the invention, an electrochemical cell (in particular a lithium anode cell) comprises a metal-glass-metal seal assembly in which the insulating glass is either a glass filled with particles of aluminum oxides, or alumina (A1203), or other stable metal oxides, or an aluminosilicate-based or like-based glass, in which such
particules sont également dispersées. particles are also dispersed.
Les verres à base d'aluminosilicate contiennent des quantités relativement grandes (environ de 15 à 35% en poids) d'oxyde d'aluminium, ou alumine (A1203), dissous. L'alumine se trouvant à l'intérieur des verres à base d'aluminosilicate prend partiellement la structure moléculaire du verre en s'incorporant The aluminosilicate glasses contain relatively large amounts (about 15 to 35% by weight) of aluminum oxide, or alumina (Al 2 O 3), dissolved. The alumina found inside the aluminosilicate glasses partially takes the molecular structure of the glass by incorporating
dans la structure vitreuse de la silice pure et en la modifiant. in the vitreous structure of pure silica and modifying it.
Des verres à l'aluminosilicate typique comprennent ceux désignés par les appellations commerciales "Corning 1720" et "Corning 1723", lesquels présentent les compositions générales suivantes: Typical aluminosilicate glasses include those designated by the trade names "Corning 1720" and "Corning 1723", which have the following general compositions:
1723 17201723 1720
SiO2 57 60SiO2 57 60
A1203 15 17A1203 15 17
B203 5 5B203 5 5
MgO 7 7-8 CaO 10 7-8MgO 7 7-8 CaO 10 7-8
BaO 6 -BaO 6 -
Na20 - 1 I1 est apparu que les verre à l'aluminosilicate étaient plus résistants vis-à-vis de l'intrusion d'ions de lithium et permettaient donc de former des joints verre-métal plus stables que les verres au borosilicate décrits ci-dessus. Toutefois, les verres à l'aluminosilicate n'ont jusqu'ici pas souvent été utilisés Na20 - 1 It appeared that the aluminosilicate glass was more resistant to the intrusion of lithium ions and thus allowed to form glass-metal joints more stable than the borosilicate glasses described above. above. However, aluminosilicate glasses have so far not often been used
dans la fabrication de joints verre-métal destinés aux piles électro- in the manufacture of glass-to-metal joints for
chimiques, en partie du fait des hautes températures (typiquement partly due to high temperatures (typically
de l'ordre de 1200 C) qui sont nécessaires au travail ou au ramol- in the order of 1200 C) which are necessary for the work or softening
lissement du verre. La température maximale associée aux équipements utilisés pour la fabrication en continu de joints verre-métal est d'environ 1100C. Du fait que leurs températures de-ramollissement élevées, de leur faible dilatation thermique et de ce qu'ils s'accordent de façon appropriée avec le tungstène et le molybdène, les verres à l'aluminosilicate ont principalement été utilisés pour les applications à haute température, et notamment les lampes de projection, les thermomètres de haute température, les tubes de combustion et les objets ménagers servant à la cuisson destinés à lissement of the glass. The maximum temperature associated with equipment used for the continuous manufacture of glass-to-metal joints is approximately 1100C. Because of their high softening temperatures, low thermal expansion, and their suitability for tungsten and molybdenum, aluminosilicate glasses have mainly been used for high temperature applications. , including projection lamps, high temperature thermometers, combustion tubes and household objects for cooking intended for
être utilisés directement sur des flammes, ou bien d'autres dispo- be used directly on flames, or other
sitifs de chauffage. -heating systems. -
Les verres ne contenant que des oxydes tels que l'alumine et les oxydes plus stables que l'alumine (c'est-à-dire ayant des énergies libres de formation plus négatives qu'environ -125 kcal/atome-gramme d'oxygène), comme le verre à l'aluminate de calcium, et qui satisfont aux exigences de contraction thermique, de travail et de liaison au>: métaux qui sont appropriés aux joints verre-métal sont de façon générale identiquement susceptibles de résister aux attaques par le lithium et de pouvoir servir de verres isolants pour bornes électriques durables, et se trouvent donc Glasses containing only oxides such as alumina and oxides more stable than alumina (i.e. having free formation energies more negative than about -125 kcal / gram atom of oxygen ), such as calcium aluminate glass, which meet the requirements of thermal contraction, work and metal bonding which are suitable for glass-to-metal joints are generally identically susceptible to withstanding to be used as insulating glasses for durable electrical terminals, and are therefore
dans les limites de l'invention.within the limits of the invention.
Les caractéristiques de résistance aux détériora- The characteristics of resistance to deterioration
tions des verres à base d'aluminosilicate et d'oxydes stables peuvent encore être améliorées par inclusion ou charge, en mélange, d'additifs d'oxydes métalliques particuliers, notamment l'oxyde d'aluminium (alumine) , en des quantités suffisantes pour empocher l'apparition de craquelures préjudiciables, soit au moins 10% en poids environ. L'inclusion d'oxydes métalliques tels que l'alumine dans 'Les verres au borosilicate existants qui sont utilisés pour former les joints verre-métal s'est également révélée propre à réduire sensiblement la détérioration de ces verres lorsque les aluminosilicate glasses and stable oxides can be further improved by inclusion or blending, in admixture, of particular metal oxide additives, especially aluminum oxide (alumina), in amounts sufficient to pocketing the appearance of harmful cracks, at least about 10% by weight. The inclusion of metal oxides such as alumina in existing borosilicate glasses which are used to form glass-to-metal joints has also been found to significantly reduce the deterioration of such glasses when
joints verre-métal sont utilisés dans des piles au lithium. Glass-to-metal joints are used in lithium batteries.
La dispersion de particules dures d'oxydes métal- The dispersion of hard particles of metal oxides
liques tels que l'alumine à l'intérieur d'un verre peut empêcher la propagation de craquelures dans la structure du verre. On suppose que, si les particules incorporées, qui sont plus contractiles que le verre, restent liées au verre pendant la contraction, les contraintes de compression apparaissant dans le verre autour de such as alumina inside a glass can prevent the spread of cracks in the glass structure. It is assumed that if the embedded particles, which are more contractile than the glass, remain bound to the glass during contraction, the compressive stresses appearing in the glass around
246 1363246 1363
chaque particule s'opposent aux tension propageant les craquelures au niveau de l'extrémité d'une craquelure s'approchant. Si le each particle opposes the tension propagating the cracks at the end of an approaching crack. If the
verre entourant la particule se sépare de celle-ci pendant la contrac- the glass surrounding the particle separates from it during the contrac-
tion, il se forme une cavité entre le verre et la particule et cette cavité sert à arrêter la propagation de la craquelure par redistribution des contraintes dans le verre. Les particules d'oxyde métallique qui se contractent de la même façon que le verre réussissent de même, si elles sont faiblement liées au verre environnant, à arrêter la propagation de la craquelure par formation d'une cavité, tandis que, si elles sont fortement liées au verre, elles n'empêchent la propagation de la craquelure que si elles sont mécaniquement plus résistantes aux craquelures que In this way, a cavity is formed between the glass and the particle and this cavity serves to stop the propagation of the crack by redistribution of the stresses in the glass. Metal oxide particles which contract in the same way as glass also succeed, if they are loosely bound to the surrounding glass, to stop the propagation of cracking by cavity formation, whereas, if they are strongly related to glass, they only prevent crack propagation if they are mechanically more resistant to cracking than
le verre lui-même.the glass itself.
Les oxydes métalliques autres que l'alumine, que l'on peut utilement incorporer dans les verres destinés à former des joints verre-métal pour des piles électrochimiques au lithium Metallic oxides other than alumina, which can be usefully incorporated in glass-metal glass forming glasses for lithium electrochemical cells
afin de diminuer les risques de détérioration de ces joints, com- to reduce the risk of deterioration of these joints,
prennent les composés dont les formules suivent, à savoir CaO, BeO, Ba2O, Mg0, SrO, BaO, CeO2, Sc203, Ce203, ZrO2, TiO2e Ti203e etc., lesquels ont une stabilité thermodynamique élevée, même lorsqu'ils sont utilisés dans des milieux corrosifs du type de celui d'une pile au lithium. Les oxydes métalliques appropriés ont généralement une énergie libre de formation plus négative que celle de l'alumine take the compounds whose formulas follow, namely CaO, BeO, BaO 2, MgO, SrO, BaO, CeO 2, Sc 2 O 3, Ce 2 O 3, ZrO 2, TiO 2 e Ti 2 O 3, etc. which have a high thermodynamic stability, even when used in corrosive environments of the type of that of a lithium battery. Suitable metal oxides generally have a free energy formation more negative than that of alumina
(soit environ -125 kcal/atome-gramme d'oxygène) et sont donc thermo- (about -125 kcal / gram atom of oxygen) and are therefore thermo
dynamiquement plus stables que l'alumine. Pour la simplicité de dynamically more stable than alumina. For the simplicity of
la fabrication, on préférera que les oxydes métalliques soient incor- manufacture, it will be preferred that the metal oxides be incor-
porés dans le verre en une quantité telle qu'il n'y ait pas augmen- pored in the glass in such a quantity that there is no increase in
tation de la température de travail du verre au-delà de 1100C. - tation of the working temperature of the glass beyond 1100C. -
On agit généralement sur les inclusions de parti- We generally act on the inclusions of parti-
cules d'alumine ou d'autres oxydes stables en mélangeant mécanique- alumina or other stable oxides by mixing mechanical
ment des quantités appropriées de verre et d'alumine en poudre sèche, en pressant le mélange suivant une formation compact friable de configuration voulue et en chauffant cette formation de manière à faire fondre ensemble les particules de verre par circulation locale entre les particules encore rigide d'alumine. Il est préférable d'effectuer, avant la fusion suivant un ensemble terminal, un appropriate quantities of glass and dry powder alumina, by pressing the mixture into a compact, friable formation of desired configuration and heating the formation so as to melt the glass particles together by local circulation between the still stiff particles. alumina. It is preferable to carry out, before the merger following a terminal set, a
246 1363246 1363
frittage de la formation compacte de verre (typiquement de 800 à 10000C environ pour le verre à base d'alumine et d'aluminosilicate sintering of the compact formation of glass (typically about 800 to 10,000 ° C for alumina and aluminosilicate glass
et de 600 à 800C environ pour le verre à base d'alumine et de boro- and about 600 to 800 ° C for alumina and boron glass
silicate) pendant une brève durée afin de réduire sa porosité et de minimiser l'écoulement nécessaire à la réalisation d'un joint étanche. On préférera également effectuer, après la fusion, un silicate) for a short time in order to reduce its porosity and to minimize the flow required to make a seal. We will also prefer to carry out, after the merger, a
recuit du mélange de verre afin de lui donner une plus grande résis- annealing the glass mixture to give it greater resistance
tance mécanique et de relâcher les contraintes existant dans le verre en vue de son utilisation dans un joint verre-métal. Pendant la formation du joint métal-verre-màtal, on place la structure préformée de verre entre deux éléments métalliques et on la chauffe à une température suffisamment élevée pour ramollir le verre, un joint métal-verre-métal étant alors réalisé selon la technique connue de fabrication des joints verre-métal. La température utilisée mechanical stress and release the stresses existing in the glass for use in a glass-to-metal joint. During the formation of the metal-glass-metal joint, the preformed glass structure is placed between two metallic elements and heated to a sufficiently high temperature to soften the glass, a metal-glass-metal seal being then produced according to the known technique. manufacturing glass-to-metal joints. The temperature used
pour former les joints verre métal dépend généralement de la quan- to form the metal glass joints usually depends on the quantity
tité d'alumine incluse non dissoute, des pourcentages d'alumine plus élevées nécessitant une moindre viscosité du verre et une température de travail quelque peu plus élevée. Pour faciliter le déplacement relatif des particules d'alumine lorsque le verre coule, on donnera de préférence aux particules d'alumine une forme exempte d'aspérités autant que cela est possible. Les tailles préférées The amount of alumina included is undissolved, with higher percentages of alumina requiring lower glass viscosity and a somewhat higher working temperature. In order to facilitate the relative movement of the alumina particles when the glass is flowing, the alumina particles will preferably be given a form free of asperities as much as possible. Preferred sizes
des particules sont comprises entre 1 et 30j de diamètre. particles are between 1 and 30 d in diameter.
Les joints verre-métal selon l'invention comprennent aussi bien des joints à dilatations adaptées que des joints de compression. Dans un joint à dilatations adaptées, le verre à base d'aluminosilicate choisi ou le verre chargé en alumine (ou en d'autres particules stables) est utilisé avec un métal pur, ou un alliage de métaux, possédant un coefficient de dilatation thermique sensiblement identique lorsque le verre est rigide. Le métal utilisé dans le joint à dilatations adaptées reçoit ordinairement, avant l'assemblage, un revêtement superficiel de son oxyde afin qu'une liaison intime et étanche entre le verre à base d'oxyde et le métal ou l'alliage de métaux et son oxyde puisse être réalisée. De façon générale, un joint de compression externe est constitué de verre entouré par un élément métallique extérieur dont le coeffient de dilatation est suffisamment supérieur à celui du verre pour comprimer le verre lorsque le refroidissement se poursuit après que le verre est devenu rigide, mais non suffisamment grand pour entraîner des contraintes inélastiques ou des craquelures dans le verre. On obtient un joint de compression interne en disposant le verre autour d'un métal à coefficient de dilatation moindre que celui du verre. The glass-to-metal joints according to the invention comprise both suitable expansion joints and compression joints. In a suitably dilated joint, the selected aluminosilicate glass or alumina-loaded glass (or other stable particles) is used with a pure metal, or a metal alloy, having a coefficient of thermal expansion substantially identical when the glass is rigid. The metal used in the suitably-expanded joint usually receives, prior to assembly, a surface coating of its oxide so that an intimate and sealed bond between the oxide-based glass and the metal or metal alloy and its oxide can be achieved. In general, an outer compression seal is made of glass surrounded by an outer metal element whose expansion coefficient is sufficiently greater than that of the glass to compress the glass when the cooling continues after the glass has become rigid, but not large enough to cause inelastic stresses or cracks in the glass. An internal compression seal is obtained by placing the glass around a metal with a coefficient of expansion less than that of the glass.
Les joints selon l'invention se révèlent parti- The joints according to the invention are found in particular
culièrement utiles pour les piles contenant des anodes en lithium. especially useful for batteries containing lithium anodes.
En plus du lithium, d'autres applications concernent des matériaux pour anode destinés à être utilisés dans des piles à électrolyte In addition to lithium, other applications involve anode materials for use in electrolyte batteries
non aqueux et comprenant les métaux alcalins et les métaux alcalino- non-aqueous and comprising alkali metals and alkaline
terreux, comme le sodium, le potassium, le magnésium et le calcium; earthy, such as sodium, potassium, magnesium and calcium;
ainsi que l'aluminium.as well as aluminum.
Les cathodes utilisées dans les piles au lithium sont constituées de matériauKactifspour cathodes, tels que chromate d'argent, fluorure de carbone du type (CFx)ny ou substrat carboné pour matériaux actifs de cathodes du type oxyhalogénures, oxydes non métalliques, ou halogénures non métalliques fluides. De tels matériaux actifs solubles pour cathodes comprennent le dioxyde de soufre (SO2) et le chlorure de thionyle (SOC12), ainsi que l'oxychlorure de phosphore (POC l3), l'oxychlorure de sélénium (SeOC12), le trioxyde de soufre (S03), l'oxytrichlorure de vanadium The cathodes used in the lithium cells consist of cathode-active material, such as silver chromate, carbon fluoride of the type (CFx) ny or carbon-based substrate for active materials of cathodes of the oxyhalide type, non-metallic oxides, or non-metallic halides. fluids. Such soluble active materials for cathodes include sulfur dioxide (SO2) and thionyl chloride (SOC12), as well as phosphorus oxychloride (POC 13), selenium oxychloride (SeOC12), sulfur trioxide ( S03), vanadium oxytrichloride
(VOC13), le chlorure de chromyle (CrO2Ci2), l'oxychlorure de sulfu- (VOC13), chromium chloride (CrO2Ci2), sulfur oxychloride
ryle (S02C12), le chlorure de nitrile (NO2Cl), le chlorure de nitrosyle (NOC1), le peroxyde d'azote (NO2), le monochlorure de (N02Cl2), nitrile chloride (NO2Cl), nitrosyl chloride (NOC1), nitrogen peroxide (NO2), monochloride
soufre (S2C12), le monobromure de soufre (S2Br2), et leurs mélanges. sulfur (S2C12), sulfur monobromide (S2Br2), and mixtures thereof.
D'autres matériaux pour cathodes actifs comprennent MnOx (x valant approximativement 2), HgCrO4, HgO et, de façon générale, les Other materials for active cathodes include MnOx (x being approximately 2), HgCrO4, HgO and, in general,
halogénures, les oxydes, les chromates et bichromates, les perman- halides, oxides, chromates and dichromates, permanent
ganates,les periodates, les molybdates, les vanadates et les chal- ganates, periodates, molybdates, vanadates and chal-
cogénures de métaux, ainsi que leurs mélanges. metal cogenides, as well as their mixtures.
Les solvants électrolytiques utilisés dans les piles au lithium comprennent des solvants organiques tels que le tétrahydrofuranne, le carbonate de propylène, le sulfate de diméthyle, le diméthylsulfoxyde, la N-nitrosodiméthylamine, le y-buryrolactone, le carbonate de diméthyle, le formiate de méthyle, le formiate de butyle, le diméthoxyéthane, l'acétonitrile et le N,N-diméthylformamide. Les électrolytes salins destinés à ces piles comprennent les sels de métaux légers tels que les perchlorates, les tétrachloroaluminates, les tétrafluoroborates, les halogénures, Electrolytic solvents used in lithium batteries include organic solvents such as tetrahydrofuran, propylene carbonate, dimethyl sulfate, dimethyl sulfoxide, N-nitrosodimethylamine, γ-buryrolactone, dimethyl carbonate, methyl formate butyl formate, dimethoxyethane, acetonitrile and N, N-dimethylformamide. Saline electrolytes for these cells include light metal salts such as perchlorates, tetrachloroaluminates, tetrafluoroborates, halides,
les hexafluorophosphates, les hexafluoroarséniates, et les chloro- hexafluorophosphates, hexafluoroarsenates, and chloro
borates. Des exemples-de métaux particuliers qui peuvent être utilisés dans ces joints et sont compatibles avec les divers constituants des piles contenant des anodes au lithium sont donnés ci-après. Dans des électrolytes appropriés, les métaux qui conviennent au contact avec le lithium comprennent le cuivre, le fer, l'acier, les aciers inoxydables de tous types, le nickel, borates. Examples of particular metals which can be used in these seals and are compatible with the various constituents of the batteries containing lithium anodes are given below. In suitable electrolytes, suitable metals in contact with lithium include copper, iron, steel, stainless steels of all types, nickel,
le titane, le tantale, le molybdène, le vanadium, le niobium, le - titanium, tantalum, molybdenum, vanadium, niobium, -
tungstène et les alliages métalliques du type défini par les tungsten and metal alloys of the type defined by the
marques déposées "Kover", "Inconel" et "konel". trademarks "Kover", "Inconel" and "konel".
Des exemples de métaux et d'alliages de métaux qui sont stables au potentiel de cathode avec le dioxyde de soufre comprennent l'aluminium, le titane, le tantalele vanadium, le Examples of metals and metal alloys that are stable at the cathode potential with sulfur dioxide include aluminum, titanium, vanadium tantalum,
tungstène, le niobium et le molybdène. tungsten, niobium and molybdenum.
Des exemples de métaux compatibles avec le chromate d'argent comprennent le titane, le tantale, le molybdène, le vanadium, Examples of metals compatible with silver chromate include titanium, tantalum, molybdenum, vanadium,
le chrome, le tungstène et l'acier inoxydable. chrome, tungsten and stainless steel.
Des exemples de métaux et d'alliages métalliques stables au potentiel de cathode avec le chlorure de thionyle extrêmement oxydant comprennent le titane, le molybdène, le niobium, le tantale, le tungstène, les alliages dits "Kovar", "Inconel", Examples of metals and metal alloys stable at the cathode potential with the highly oxidizing thionyl chloride include titanium, molybdenum, niobium, tantalum, tungsten, alloys known as "Kovar", "Inconel",
!onel", le nickel et l'acier inoxydable. onel ", nickel and stainless steel.
Les exemples suivants illustrent des joints fabri- The following examples illustrate manufacturing joints
qués selon l'invention qui ont été soumis à des essais dans des piles au lithium, de façon que leur stabilité puisse être clairement établie. Toutes les parties sont données en poids, sauf indication contraire. Puisque les exemples suivants ne sont donnés qu'à titre illustratif, on comprendra que les détails lisérés ci-après ne according to the invention which have been tested in lithium batteries, so that their stability can be clearly established. All parts are given by weight unless otherwise indicated. Since the following examples are for illustrative purposes only, it will be understood that the details
saurient en aucun cas constituer des limitations de l'invention. in no way constitute limitations of the invention.
2 4 6 13 6 32 4 6 13 6 3
EXEMPLE 1EXAMPLE 1
On a chauffé une certaine quantité d'abrasif d'alumine de "1 micron" du type "Buehier" afin de transformer toute A certain amount of "1 micron" alumina abrasive of the "Buehier" type was heated to transform any
trace d'hydrate d'alumine en alumine a anhydre. On a mélangé l'alu- trace of alumina hydrate in anhydrous alumina. We mixed the aluminum
mine séchée avec du verre à l'aluminosilicate "Corning 1723" pulvérisé et sec en une quantité suffisante pour former un mélange contenant 10% d'alumine. Des éléments en forme de rondelles, ou "préformes", ont été comprimés à 2,26 N/m puis frittés dans l'air dried mine with "Corning 1723" aluminosilicate glass pulverized and dried in an amount sufficient to form a mixture containing 10% alumina. Elements in the form of washers, or "preforms", were compressed at 2.26 N / m and then sintered in the air
entre 850 et 1050C, la température s'accroissant par étapes progres- between 850 and 1050C, the temperature increasing in stages progressively
sives de 5O'C toutes les 10 min. On a assemblé une borne métal- 5 ° C every 10 minutes. We have assembled a metal terminal
verre-métal en plaçant l'élément dans l'espace annulaire existant entre une pièce métallique externe en acier laminé à froid (faible teneur en carbone) et une pièce interne en molybdène de manière à former un joint de compression externe glass-metal by placing the element in the annular space between a cold-rolled (low-carbon) steel outer metal part and an inner molybdenum part to form an outer compression joint
et un joint adapté interne. Les joints ont été fabri- and an internal matched seal. The joints were manufactured
qués sous atmosphère d'argon par fusion pendant 15 min à 12000C et recuits à 712'C pendant 15 min. La borne achevée a ensuite été montée dans une pile Li/S02 de taille "D" dont la pièce métallique externe est connectée à l'anode de lithium. La pile a été remplie d'un électrolyte constitué d'une solution de bromure de lithium à 0,75 M dans un mélange de 74% de dioxyde de soufre et de 26% d'acétonitrile, puis la pile a été conservée à 720C dans under argon atmosphere by melting for 15 min at 12000C and annealing at 712 ° C for 15 min. The completed terminal was then mounted in a Li / SO2 cell of size "D" whose external metal piece is connected to the lithium anode. The cell was filled with an electrolyte consisting of a solution of 0.75 M lithium bromide in a mixture of 74% sulfur dioxide and 26% acetonitrile, then the cell was stored at 720C in
une position telle que la borne se trouvait à la partie inférieure. a position such that the terminal was at the bottom.
Après 6 mois de stockage, il n'existait aucune fuite d'électro- After 6 months of storage, there was no leakage of electro-
lyte et l'isolation électrique ne présentait aucune défaillance. and the electrical insulation did not fail.
On note qu'une pile de taille "D" est un cylindre de diamètre 33,3 mm It is noted that a battery size "D" is a 33.3 mm diameter cylinder
et de longueur 60,2 mm).and length 60.2 mm).
EXEMPLE 2EXAMPLE 2
On a fabriqué un joint verre-métal en suivant le processus de l'exemple 1, mais en utilisant un élément métallique extérieur de molybdène pour former le joint adapté. On a ensuite placé le joint dans une fiole de verre scellée contenant une solution électrolytique des composants donnés ci-dessus contenant 40% de S02, l'élément métallique du joint étant polarisé par le lithium. Les fioles ainsi formées ont été stockées pendant 5 mois à 72ÈC. A la fin de la période de stockage, il n'est apparu qu'une légère corrosion indiquant une attaque mineure. Des joints en verre au borosilicate qui avaient été soumis à des essais analogues présentaient une A glass-to-metal seal was made following the procedure of Example 1, but using an external molybdenum metal member to form the matched seal. The seal was then placed in a sealed glass vial containing an electrolytic solution of the components given above containing 40% SO 2, the metal member of the seal being polarized by lithium. The vials thus formed were stored for 5 months at 72 ° C. At the end of the storage period, there was only slight corrosion indicating a minor attack. Borosilicate glass gaskets which had been subjected to similar tests had a similar
importante corrosion après seulement 6 semaines de stockage. significant corrosion after only 6 weeks of storage.
EXEMPLE 3EXAMPLE 3
Un verre au borosilicate du type "Fusite" chargé au moyen de 30,8% d'alumine a servi à former des joints verre-métal du type adapté avec des conducteurs en "Xovar". La pièce métallique interne était polarisée par le lithium, et le joint a été soumis à l'ébullition dans une solution électrolytique de chlorure de thionyle et de LiAlCI à 1M à reflux pendant 32 jours. Après cette A "Fusite" type borosilicate glass charged with 30.8% alumina was used to form suitable glass-to-metal joints with "Xovar" conductors. The inner metal part was polarized with lithium, and the joint was boiled in an electrolytic solution of thionyl chloride and 1M LiAlCl at reflux for 32 days. After this
durée, seul un léger noircissement du joint interne est apparu. duration, only a slight blackening of the inner seal appeared.
Un joint de structure analogue utilisant du verre au borosilicate de type "Fusite" est chargé avec 57% d'alumine seulement a présenté A similar structure seal using borosilicate glass type "Fusite" is charged with 57% alumina only showed
d'importantes fractures lorsqu'il a été soumis à des essais ana- large fractures when subjected to
logues.gists.
Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'ima- Of course, those skilled in the art will be able to
giner, à partir du dispositif dont la description vient d'être giner, from the device whose description has just been
donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, given by way of illustration and in no way limiting,
diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'in- various variants and modifications that are not outside the scope of the
vention.vention.
246 1 363246 1,363
Claims (8)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US5449379A | 1979-07-03 | 1979-07-03 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2461363A1 true FR2461363A1 (en) | 1981-01-30 |
FR2461363B1 FR2461363B1 (en) | 1984-10-26 |
Family
ID=21991473
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR8014670A Granted FR2461363A1 (en) | 1979-07-03 | 1980-07-01 | MECHANICALLY RESISTANT GLASS FOR USE IN GLASS-METAL JOINTS AND ELECTRICAL TERMINAL STRUCTURES OF LITHIUM ELECTROCHEMICAL CELLS |
Country Status (13)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS5613663A (en) |
AU (1) | AU5959780A (en) |
BE (1) | BE884121A (en) |
CA (1) | CA1158302A (en) |
CH (1) | CH647358A5 (en) |
DE (1) | DE3023859A1 (en) |
DK (1) | DK285880A (en) |
FR (1) | FR2461363A1 (en) |
GB (1) | GB2056753B (en) |
IL (1) | IL60102A0 (en) |
IT (1) | IT1131892B (en) |
NL (1) | NL8003521A (en) |
SE (1) | SE450438B (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2489604A1 (en) * | 1980-09-03 | 1982-03-05 | Bbc Brown Boveri & Cie | ELECTROCHEMICAL ACCUMULATOR ELEMENT |
FR2510310A1 (en) * | 1981-07-21 | 1983-01-28 | Gipelec | NEGATIVE TERMINAL SEALED RUNWAY AND ELECTROCHEMICAL GENERATOR APPLYING THE SAME |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2178589B (en) * | 1985-05-21 | 1988-08-17 | Chloride Silent Power Ltd | Composite ceramic structure for use in a sodium sulphur cell |
US5015530A (en) * | 1988-01-21 | 1991-05-14 | The Unites States Of America As Represetned By The United States Department Of Energy | High expansion, lithium corrosion resistant sealing glasses |
US5104738A (en) * | 1988-06-01 | 1992-04-14 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Sealing glasses for titanium and titanium alloys |
US5104755A (en) * | 1989-06-15 | 1992-04-14 | Medtronic, Inc. | Glass-metal seals |
AU638020B2 (en) * | 1989-06-15 | 1993-06-17 | Medtronic, Inc. | Improved glass-metal seals |
AU635043B2 (en) * | 1989-07-12 | 1993-03-11 | Medtronic, Inc. | Lithium thionyl chloride resistant feedthrough |
DE4104840A1 (en) * | 1991-02-16 | 1992-08-20 | Abb Patent Gmbh | FUEL CELL ARRANGEMENT |
JPH0541241A (en) * | 1991-05-30 | 1993-02-19 | Fuji Electric Co Ltd | Solid electrolyte type fuel cell |
US6759163B2 (en) * | 2000-05-04 | 2004-07-06 | Wilson Greatbatch Ltd. | Mismatched compression glass-to-metal seal |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA1078008A (en) * | 1976-03-08 | 1980-05-20 | P. R. Mallory And Co. | Hermetically sealed cell |
US4060423A (en) * | 1976-07-27 | 1977-11-29 | General Electric Company | High-temperature glass composition |
US4158721A (en) * | 1978-05-11 | 1979-06-19 | Gte Sylvania Incorporated | Glass-to-metal seal for electrochemical cells |
-
1980
- 1980-05-16 IL IL60102A patent/IL60102A0/en unknown
- 1980-05-30 GB GB8017703A patent/GB2056753B/en not_active Expired
- 1980-06-03 CA CA000353264A patent/CA1158302A/en not_active Expired
- 1980-06-18 NL NL8003521A patent/NL8003521A/en not_active Application Discontinuation
- 1980-06-25 AU AU59597/80A patent/AU5959780A/en not_active Abandoned
- 1980-06-26 DE DE19803023859 patent/DE3023859A1/en active Granted
- 1980-06-26 SE SE8004732A patent/SE450438B/en not_active IP Right Cessation
- 1980-07-01 FR FR8014670A patent/FR2461363A1/en active Granted
- 1980-07-02 JP JP9051180A patent/JPS5613663A/en active Pending
- 1980-07-02 IT IT23201/80A patent/IT1131892B/en active
- 1980-07-02 DK DK285880A patent/DK285880A/en unknown
- 1980-07-02 BE BE2/58634A patent/BE884121A/en not_active IP Right Cessation
- 1980-07-03 CH CH5116/80A patent/CH647358A5/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2489604A1 (en) * | 1980-09-03 | 1982-03-05 | Bbc Brown Boveri & Cie | ELECTROCHEMICAL ACCUMULATOR ELEMENT |
FR2510310A1 (en) * | 1981-07-21 | 1983-01-28 | Gipelec | NEGATIVE TERMINAL SEALED RUNWAY AND ELECTROCHEMICAL GENERATOR APPLYING THE SAME |
EP0071094A1 (en) * | 1981-07-21 | 1983-02-09 | Société Anonyme dite SAFT | Hermetic negative terminal feed-through, and electrochemical generator utilising said feed-through |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
IT1131892B (en) | 1986-06-25 |
GB2056753B (en) | 1983-07-06 |
CA1158302A (en) | 1983-12-06 |
IL60102A0 (en) | 1980-07-31 |
BE884121A (en) | 1980-11-03 |
FR2461363B1 (en) | 1984-10-26 |
SE450438B (en) | 1987-06-22 |
NL8003521A (en) | 1981-01-06 |
JPS5613663A (en) | 1981-02-10 |
DE3023859C2 (en) | 1990-06-21 |
IT8023201A0 (en) | 1980-07-02 |
DK285880A (en) | 1981-01-04 |
DE3023859A1 (en) | 1981-06-04 |
SE8004732L (en) | 1981-01-04 |
GB2056753A (en) | 1981-03-18 |
CH647358A5 (en) | 1985-01-15 |
AU5959780A (en) | 1981-01-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4556613A (en) | Resistant glass in glass-metal seal and cell terminal structure for lithium electrochemical cells | |
KR101976339B1 (en) | Feedthrough | |
US8334053B2 (en) | Seal structure and associated method | |
US8034457B2 (en) | Seal structure and associated method | |
FR2461363A1 (en) | MECHANICALLY RESISTANT GLASS FOR USE IN GLASS-METAL JOINTS AND ELECTRICAL TERMINAL STRUCTURES OF LITHIUM ELECTROCHEMICAL CELLS | |
JPH0357060B2 (en) | ||
JP2008130562A (en) | Seal penetration structure for lithium battery, its manufacturing method, its use in lithium battery, and lithium battery using it | |
US20030134194A1 (en) | Hermetic seals for lithium-ion batteries | |
EP1050913A1 (en) | High temperature lithium oxyhalide electrochemical cell | |
US4341849A (en) | Sodium resistant sealing glasses and sodium-sulfur cells sealed with said glasses | |
JPH03265538A (en) | Seal glass for use in manufacture of glass seal for metal | |
US6986970B1 (en) | Colloidal electrolytes | |
GB2035995A (en) | Sodium-resistant Glass | |
US8603659B2 (en) | Sealing glass composition and article | |
JP6105938B2 (en) | Sodium battery | |
EP3890080A1 (en) | Sealant glass composition and solid oxide fuel cell using same | |
KR102217226B1 (en) | Sealing glass composition and solid oxide fuel cell using the same | |
JPH06500527A (en) | Corrosion resistant ceramic material | |
JP2006032129A (en) | Lithium battery | |
JPH04187571A (en) | Glass joining body and production thereof | |
JPS596277B2 (en) | Sealing composition | |
CN117819821A (en) | Sealing glass for solid electrolyte molten lithium metal battery | |
KR20190127426A (en) | Sealing glass composition and solid oxide fuel cell using the same | |
JPH11147733A (en) | Glass composition | |
JPH04175271A (en) | Glass joining body and production thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ST | Notification of lapse |