CN100588007C - 密闭型电池 - Google Patents

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Abstract

一种密闭型电池(20)，具备：长度方向上的一端面开口、周围封闭的近似扁平状且具有导电性的箱型外壳(60)；插入在该外壳内的涡旋电极体(21)；熔敷在从上述涡旋电极体的一侧电极的芯体露出部位切折而成的切片(21a)上且比上述芯体厚的电极集电薄片；以及覆盖上述外壳的开口部而进行密封的封口板(50)，并且密封上述外壳的开口部时，在开口端与封口板之间夹入电极集电薄片的状态下，激光焊接而进行密封。通过提高密闭型电池电极集电薄片的机械性能，使电池的性能及可信度得到提高。

Description

密闭型电池
技术领域
本发明涉及密闭型电池，特别是涉及设有一定强度电极集电薄片的密闭型电池的改良，使得即使不慎把如方形密闭电池等电池掉在地上时电池也不会轻易被损坏。
背景技术
作为小型电子设备的电源，常使用圆筒形或按钮形的密闭型电池。但近年来，比上述电池，空间利用效率更加优越的方形密闭型电池被用于各种电子设备中。
上述方形密闭电池中有一种是将涡旋电极体纳入到在长度方向的一端面上具有开口部的扁平有底方型外壳中后，用封口板覆盖外壳的开口部，然后通过激光焊接，密封外壳与封口板而成。最近提出一种新的密封方法：即把封口板焊在开口部时，在该开口部的开口端与封口板的之间夹入电极集电薄片，此状态下封口板被激光焊接在上述开口端，并且电极集电薄片也将同时焊接在外壳上，从而实现电连接。
例如特开平10-162792号中所示的密闭型电池就是一例。图3是上述公报所示密闭型电池主要部分的透视图，此电池是将在正极与负极之间夹杂有隔膜的涡旋电极体1纳入到兼作为正极外部端子的铝制电池外壳2中后，将封口板3与外壳2的开口端用激光焊接而成。
上述激光焊接时，先将由正极的芯体露出部位导出的正极集电薄片4夹在封口板3的外周侧面与外壳2的开口部位之间，以此状态下将封口板3与外壳2用激光焊接，则外壳2的开口部将被密封的同时，集电薄片4也将被焊接在外壳2上而实现电连接。此时，在正极芯体露出部的卷曲末端形成近似“コ”字状的切口部，并从该部位切口部切折的细长箔片将用于正极集电薄片4。
另外，从涡旋电极体1延伸设置另一负极集电薄片11，并与集电端子板13电连接，另外，在涡旋电极体的卷终部位设有未图示的胶带并保持在涡旋电极体上。另外，上述正极集电薄片4也被用胶带12固定住。
但是，因为上述正极集电薄片4是由切折正极芯体露出部的一部分后得到的细长箔片形成，所以该箔片的机械强度等特性取决于正极芯体的材料特性。通常，上述正极芯体露出部是厚度约为15微米的铝箔，所以从铝箔切折而成的正极集电薄片的厚度极薄且细长，因此，它的机械性能是极弱的。
因此在上述的密封方法中，如果封口板与电池外壳之间的嵌合较紧，则压入封口板时，正极集电薄片很容易被切断；再例如制造好的电池不慎被掉地或电池受到更强烈的振动时，正极集电薄片被切断，这时，电池外壳与正极芯体露出部仅是接触通电，但这种接触通电非常不稳定，是因为内部电阻会随着正极芯体露出部位与外壳内面之间的接触压的变化而变化，同时电池内部的电阻也会上升。
发明内容
本发明是为了解决在以往技术中存在的上述问题而提出的，其目的在于提供一种通过抑制电极集电薄片的损坏，而提高电池性能和可靠性的密闭型电池。
由以下结构能够达到上述发明目的。即本发明的密闭型电池是具有：在一端有开口部并由导电材料构成的外壳、被收纳在外壳内并由隔膜隔开正极和负极的涡旋电极体以及覆盖上述外壳开口部的封口板，同时上述封口板、外壳的开口部以及与一侧电极电连接的集电薄片焊接在一起，其特征在于，上述一侧电极的集电薄片是由与从上述一侧电极的芯体露出部切折而成的切片电连接且强度高于上述芯体的箔片构成，上述集电薄片从切折部分折起，上述强度高的箔片焊接在上述封口板和上述外壳的开口部之间。
上述高强度箔片与上述芯体是相同材料时，理想的是上述高强度箔片的厚度比上述芯体厚度厚，另外，还可以使用强度比上述芯体高的其它材料的箔片。
根据上述结构，通过激光等焊接封口板与外壳开口端时，电极集电薄片也将被焊接在外壳上而实现与外壳之间的电连接。但是因为上述电极集电薄片是由比从涡旋集电体的一侧电极的芯体露出部切折而成的芯体，强度更高的箔片形成，因此比起由集电芯体本身形成的以往集电薄片，此种电极集电薄片的机械强度更优良。
附图说明
图1是根据本发明实施形式之1的密闭型电池的制造方法制造而成的密闭型电池的主要部分透视图
图2是表示本发明实施形式之1的密闭型电池的制造工序的说明图
图3是根据传统技术的密闭型电池的制造方法制得的密闭型电池的主要部分透视图。
具体实施形式
下面参照图1、2说明本发明的实施形式。图1是本发明实施形式之1的密闭型电池的主要部分透视图。图2是表示该电池的制造工序的说明图。但本发明并不仅限于上述图中所示的内容。
参照图1，本发明的密闭型电池20具备：长度方向上的一端面开口且周围封闭的近似扁平状的、具有导电性的箱型外壳60；插入在该外壳内的涡旋电极体21；通过焊接等，与从上述涡旋电极体的一侧电极的芯体露出部位切折而成的切片21a形成电连接且比上述芯体强度高的电极集电薄片30a；以及覆盖上述外壳的开口部而进行密封的封口板50，并且密封上述外壳60的开口部时，在开口端与封口板之间夹入电极集电薄片30a的状态下，激光焊接而进行密封。
根据上述结构，当封口板被激光焊接在外壳开口端时，电极集电薄片也将被焊接在外壳上，形成与外壳间的电连接。并且因为电极集电薄片是由强度高于上述一侧电极芯体的箔片形成，因此比传统的仅由切片本身而成的，有更强的机械强度。
下面利用图2说明密闭型电池的制作方法。
涡旋电极体由正极、负极以及介于正负极之间的隔膜而成。它们的制作方法为众所周知，本发明可以使用其中任意一种的涡旋电极体。以下的制作方法是其中一例。
正极的制作方法如下：
在由85重量份LiCoO2、5重量份人造石墨粉末、5重量份碳黑构成的正极合剂中，加入溶于N-甲基-2-吡咯烷酮中的聚偏氟乙烯(PVdF)，使PVdF(固形物)达到5重量份，然后经混合搅拌制成正极糊膏。接着将此正极糊膏涂布于由铝箔(15微米厚度)构成的正极芯体上，形成正极活性物质层。再经过干燥、通过滚压机的压延，最后在110℃条件下真空干燥处理3小时而制得。
在上述正极中设有从正极芯体的卷曲终端起仅在一定的距离内两面都没有正极活性物质的两面露出部，从上述两面露出部位之后一部分部位被设成只有一面有正极活性物质而另一面的芯体露出的单面露出部位。另外，在所述的两面露出部位形成贯穿芯体的近似コ形状的切口部。该切口部是为形成与正极集电薄片连接的箔片而设置的，是通过用锐利的刀具切入芯体而成。
负极制作方法如下：
向粒径为5至25微米的天然石墨粉末95重量份(负极合剂)中，以PVdF(固态粉末)为5重量份的量加入溶于N-甲基-2-吡咯烷酮的聚偏氟乙烯(PVdF)，然后经混合搅拌而制成负极糊膏，然后将此负极糊膏涂布于由铜箔(厚度为10微米)构成的负极芯体的两面，形成负极活性物质层，经过干燥、通过滚压机压延处理、将电极板的卷曲始端附近的活性物质层剥除，并在此点焊由镍构成的引线(负极集电薄板22)，最后在110℃真空干燥3小时而成。
电解液为非水电解液，非水电解液的配方是将LiPF6溶于体积比为40∶60的碳酸乙烯酯∶碳酸二乙酯混合溶液中，其终浓度为1mol/l。
使用上述电极，按照以下工序制造本发明的密闭型电池。参照图2(a)～(h)。首先如同图(a)所示，将上述正极与负极，通过聚乙烯制隔膜卷曲，形成平板状的涡旋电极体21。要将上述涡旋电极体21卷成，正极的上述单面露出部朝外周侧，同时上述两面露出部位于涡旋电极体21的最外周部分。
在上述两面露出部形成贯穿上述两面露出部的近似“コ”形状的切口部。该切口部是为了形成与正极集电薄片连接的切片21a而设计的，是通过用锐利的刀具切入上述两面露出部而形成。另外在涡旋电极体21的上方将负极集电薄片22露出来。
接着，如同图(b)所示，在涡旋电集体21的上端面安装由绝缘物质构成的衬垫23，并在一部分上述衬垫中插入上述负极集电薄片22，并使其露出。然后如图(c)所示，从上述切口部21a切片21a约90°，用超声波焊接切片21a与有一定厚度的铝制箔30，确保在它们之间形成电连接后，使用切断工具切断成指定长度而形成正极集电薄片30a。
接着如同图(d)所示，将与切片21a焊接的集电薄片30a再折成90°，粘贴绝缘胶带40而覆盖切片21a及超声波焊接部A，固定于涡旋电极体21。另外，根据需要，将涡旋电极体21的下端也用绝缘胶带40粘贴固定。
然后，如同图(e)所示，将封口板50置于涡旋电极体的上方的状态下，使固定在封口板50上的集电端子板51与负极集电薄片22形成电连接。把封口板50贴紧在涡旋电极体时，正极集电薄片30a的一部分前端伸向外部(参照图2(f))。
接着，如图2(g)所示，将电连接有负极集电薄片22的涡旋电极体21插入到电池外壳60内部，然后将从正极导出的正极集电薄片30a，沿着电池外壳60的内壁延伸到开口端。然后将封口板50嵌合在电池外壳60的开口端，使正极集电薄片30a的端部夹在封口板50的外周侧面与电池外壳60之间，。在电池外壳60的开口端部施加一定的外部压力，同时向电池外壳60和封口板50的嵌合部位照射激光B进行焊接。随着焊接的成功，外壳60的开口部位被封口，同时实现正极集电薄片30a与外壳60之间的电的连接。
激光焊接后，如图2(h)所示，由封口板50的穿孔向外壳60内注入上述非水电解液，然后把上述穿孔用电池帽52密闭。由此结束了密闭型电池的制作。
在上述发明实施形式中使用了方型密闭电池，但并不仅限于此，本发明也适用于圆桶型电池。另外，电池外壳也并不限于铝这样一种材料，也可以使用其它的铝合金或不锈钢等材料。本发明并非仅限于非水电解液电池，还可用于镍氢电池等使用水性电解液的电池。
另外，上述正极集电薄片可以根据需要将其长度适当延长，将延长的部分经折叠纳入外壳当中。这种情况下，即使有电池落地等事件发生，冲击力也会被折叠部位减轻，所以可以减少电极集电薄片断裂等现象。
(实施例)
下面，使用与正极芯体同样材质的正极集电薄片，对正极集电薄片的厚度进行变化制作各种密闭型电池，调查了密闭型电池被损坏的比例。
(实施例1)
实施例1中的密闭型电池的制造方法同上述实施形式中说明的方法，作为正极集电薄片，使用铝箔厚度为20微米的薄片。
(实施例2)
使用与实施例1一样的制作方法，用铝箔厚度为25微米的薄片制作密闭型电池。
(实施例3)
使用与实施例1一样的制作方法，用铝箔厚度为30微米的薄片制作密闭型电池。
(比较例)
比较例的密闭型电池的正极集电薄片是从涡旋电极体的芯体露出部切折而成的。
(实验1)
对实施例1～3以及比较例中的密闭型电池，在以下条件进行了落体实验。将实验结果总结于表1中。
实验条件：把处于放电状态的电池从1.65米高处落到水泥地面上，电池的各面(6面)都着地作为一个周期。
电池的实验个数：实施例和比较例各20个，从中统计损坏个数。
电池内部电阻从初期状态到+15m Ω以上时，视为内部电阻变化不良。落下周期最多为10个循环。另外，电池的解体是否使集电薄片断裂来确认电池有无损坏。
表1
  箔片厚度   损坏个数   损坏发生周期
  实施例1   20微米   3/20个   6～8周期
  实施例2   25微米   0/20个   10周期以上
  实施例3   30微米   0/20个   10周期以上
  比较例1   15微米   16/20个   1～3周期
由表1可知，实施例1～3的密闭型电池与比较例的密闭性电池相比，落体实验中的损坏个数大大降低。
由此，通过在电极集电薄片中使用比芯体厚的箔片材料，可以提高电极集电薄片的强度。因此电池落地等事件发生时，能够减少电极集电薄片断裂等现象。另外，电极集电薄片的厚度在20微米以上时就可以看到效果，但最好还是达到25微米以上。
在上述实施例1～3中，作为正极集电薄片，使用与正极芯体相同的铝材料，并在此基础上改变了正极集电薄片的厚度，统计了损坏发生率，但是作为正极集电薄片的材料，可以相应于外壳材料，使用比铝强度更高的铝合金等。此时即使正极集电薄片厚度与正极芯体相同、甚至薄一些，强度也要高于正极芯体，因此可以得到与上述实施例1～3相同倾向的实验结果。
综上所述，本发明的密闭型电池，由于其电极集电薄片的机械强度得到了提高，因此即使出现不慎把该电池落到地的情况，电极集电薄片也不会轻易损坏，具有电池的性能和可靠性提高的优异效果。

Claims (3)

1、一种密闭型电池，具有：在一端有开口部并由导电材料构成的外壳、被收纳在外壳内并由隔膜隔开正极和负极的涡旋电极体和覆盖上述外壳开口部的封口板，同时上述封口板、外壳的开口部以及与一侧电极电连接的集电薄片焊接在一起，其特征在于，上述一侧电极的集电薄片是由与从上述一侧电极的芯体露出部切折而成的切片形成电连接且比上述芯体强度高的箔片构成，上述集电薄片从切折部分折起，上述强度高的箔片焊接在上述封口板和上述外壳的开口部之间。
2、根据权利要求1所述的密闭型电池，其特征在于，上述高强度箔片与上述芯体的材料相同，同时厚度要比上述芯体厚。
3、根据权利要求1所述的密闭型电池，其特征在于，上述高强度箔片与上述芯体为不同材料。
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