CN101009365A

CN101009365A - 密闭型电池

Info

Publication number: CN101009365A
Application number: CNA2007100021544A
Authority: CN
Inventors: 山下修一; 大木雅统; 诹访弘光; 冈崎泰宪
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2007-01-04
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2027-01-04
Also published as: US7618745B2; JP5116235B2; JP2007194167A; CN101009365B; US20070172728A1; KR20070077436A

Abstract

本发明提供一种具备封口体且最适合于大电流用途的密闭型电池，就所述封口体而言，端子盖和安全阀之间的电阻值小且具有电流断路功能。本发明的密闭型电池的特征在于，具备封口体(18A)，所述封口体(18A)具有由铁系材料构成的端子盖(19’)和由铝系材料构成的安全阀(25)，所述封口体(18A)在所述端子盖(19’)的凸缘部和安全阀(25)的凸缘部中的至少一方上设有间隙(30)，所述端子盖的凸缘部和安全阀的凸缘部在与所述间隙对应的位置上由高能射线焊接。

Description

密闭型电池

技术领域

本发明涉及密闭型电池，特别是涉及具备下述封口体的密闭型电池，该封口体通过激光等高能射线的焊接来直接固定正极或负极端子盖和安全阀，两者间的焊接强度高，并且具备使用时电池电阻不增大的电流断路功能。

背景技术

近年，电子设备的小型化、轻量化速度惊人，随之，对于成为电源的电池也迫切希望小型轻量化。因此，作为小型轻量且高电容的可充放电的电池，以锂离子二次电池为代表的密闭型的非水电解质二次电池已经实用化，广泛地应用于小型电视摄像机、便携式电话、笔记本电脑等的便携用电子·通信设备等中。

由图4和图5说明在这样的用途中所使用的密闭型的非水电解质二次电池的普通结构。还有，图4是纵向切断地表示下述专利文献1所公开的圆筒形的非水电解质二次电池的立体图，图5是图4的封口体的放大局部剖面图。该非水电解质二次电池10通过以下方法制造：正极板11和负极板12隔着隔板13卷绕而构成螺旋状电极体14，在该螺旋状电极体14的上下分别配置绝缘板15及16后，收容在兼作负极端子的钢制的圆筒形电池外装罐17的内部，使负极板12的集电薄片12a与电池外装罐17的内侧底部焊接，并且使正极板11的集电薄片11a与组装有安全装置的封口体18D的底板部焊接，从该电池外装罐17的开口部注入规定的非水电解液后，用封口体18D密闭电池外装罐17。

其中，如图5所示，封口体18D由形成为倒皿状(盖状)的不锈钢制的端子盖19和形成为皿状的不锈钢制的底板20构成。端子盖19由朝向电池外部鼓起的凸部21和构成该凸部21的底边部的平板状凸缘部22构成，在凸部21的角部设有多个排气孔21a。另一方面，底板20由朝向电池内部鼓起的凹部23和构成该凹部23的底边部的平板状凸缘部24构成。在凹部23的角部设有排气孔23a。

另外，在这些端子盖19和底板20的内部收容有若电池内部的气体压力上升而成为规定压力以上则变形的铝制的安全阀25。该安全阀25由凹部25a和凸缘部25b构成，例如，由厚度为0.2mm、表面凹凸为0.005mm的铝箔构成。以凹部25a的最低部与底板20的凹部23的上表面接触的方式配置，凸缘部25b夹持在端子盖19的凸缘部22和底板20的凸缘部24之间。另外，在安全阀25的凸缘部25b的上部的一部分配置有PTC(PositiveTemperature Coefficient)热敏电阻元件26，且端子盖19和底板20隔着例如聚丙烯(PP)制的封口体用绝缘密封垫片27使底板20的凸缘部24与端子盖19侧凿密，由此液密地封口。

该非水电解质二次电池10，若在电池内流过过电流而发生异常的发热现象，则具有该电流断路功能的封口体18D内的PTC热敏电阻元件26的电阻值增大而使过电流减少，另外，若电池内部的气体压力上升而成为规定压力以上，则由于安全阀25的凹部25a变形，所以安全阀25和底板20的凹部23的接触断开，从而过电流或者短路电流断开，因此可以得到安全性非常高的密闭型非水电解质二次电池。

另一方面，下述专利文献2揭示了设置有如下的封口体40的例，该封口体40的目的在于得到减小了封口体部分的电阻的大电流放电用二次电池，如图6的封口体40部分的放大剖面图所示，从电池外装罐内向外依次重合由铝构成的皿状的底板41、由铝构成的薄板状安全阀42和在铁上实施镍镀敷而形成的正极端子盖43，并在底板41和薄板状安全阀42之间设置用于密封的由丁基橡胶构成的环状阀柱护套44，将该正极端子盖43的周缘和底板41的周缘凿密，且在比周缘的凿密部45更内侧的凸缘部46的4处对该3构件进行直径3mm的点焊47，由此进行一体化。

【专利文献1】特开2001-15155号公报(段落[0014]～[0017]、[0029]～[0032]、图1及图2)

【专利文献2】特开2000-90892号公报(权利要求、段落[0007]、图1)

至今，以环境保护运动的提高为背景而强化了二氧化碳气体等的排出规则，在汽车业界，不仅使用汽油、柴油、天然气等化石燃料的汽车而且电动汽车(EV)或混合式电动汽车(HEV)的开发日益活跃。此外，化石燃料的价格的急剧上涨进一步促进了这些EV或HEV的开发。进而，以所述锂离子二次电池为代表的密闭型电池也面向工具用途而开发。

作为这样的EV、HEV用电池或者工具用电池，不仅要求满足环境要求，而且也要求作为汽车或者工具用的基本性能、即输出大功率的能力的高度化。可是，在输出大功率时，若如所述专利文献1公开的非水电解质二次电池所述内藏有作为安全装置的PTC热敏电阻元件，则输出的电流量被该PCT热敏电阻元件限定，所以最近逐渐使用没有PTC热敏电阻元件的安全装置。

图7的剖面图表示没有该PTC热敏电阻元件并且具有电流断路功能的封口体18E的一例。其中，没有该PTC热敏电阻元件的封口体18E的结构与图5所示的封口体18D仅仅在有无PTC热敏电阻元件26这一点上不同，所以对与图5所示的封口体18D相同的结构要件标注相同的参照符号，省略其详细的说明。

根据使用了这样的没有PTC热敏电阻元件并且具有电流断路功能的封口体18E的EV、HEV用电池或者工具用电池可知，由于电池内部电阻小因此能够输出大功率，与此相反，电池温度有时会成为80℃以上，若反复使用，则端子盖19和底板20之间的PP制封口体用绝缘密封垫片27受到热影响，该密封垫片27的弹性降低，端子盖19和安全阀25之间的接触压力减弱，从而会发生电池内部电阻上升或内部电阻发生变动的问题。

另外，所述专利文献2公开的大电流放电用二次电池，由于正极端子盖、安全阀及底板这三者被点焊，所以即使不增大电池的输出端子的面积，正极端子盖及底板间的电阻也小，而且偏差也小，因而可以起到能够在不增加电池重量的情况下增大输出电流这一优越的效果。但是，所述专利文献2公开的发明中所使用的封口体，由于正极端子盖、安全阀和底板这三者被点焊，所以即使电池内部的气体压力上升，安全阀变形或者开口，正极端子盖和底板之间也没有电流断路作用，所以存在即使电池中发生某种异常，电流也继续流动的问题。

另外，通常正极端子盖使用进行了镍镀敷的铁或不锈钢等硬质的铁系材料，与此相对，安全阀由于必须是软质的材料因此使用薄的铝，另外，由于通常使用铝作为锂离子二次电池的正极集电体，所以为了避免异种金属接触，也使用铝作为底板。

而且，近年，为了提高制造效率，作为点焊方法广泛地使用采用了激光或电子束等高能射线的焊接方法。若使用采用了这些高能射线的焊接方法，则由于与进行了镍镀敷的铁或不锈钢等铁系材料相比，铝的热传导率非常良好，因此例如从端子盖侧进行高能射线的焊接时，端子盖的表层熔融良好，但是由于端子盖和安全阀的接触部的温度不怎么上升，因此熔融性差，存在端子盖和安全阀之间难以牢固焊接的问题。

发明内容

本发明正是为了解决所述现有技术具有的问题而作出的，其目的在于提供一种具备封口体的密闭型电池，就所述封口体而言，正极或负极端子盖和安全阀之间的焊接强度高，而且具有使用时电池电阻不增大的电流断路功能。

可以通过以下的结构达成本发明的所述目的。即，发明1提供一种密闭型电池，其具备封口部分，该封口部分具有形成为正极及负极中的至少一方的倒皿状且由铁系材料构成的端子盖、和形为成皿状、能够断开电池外部和电池内部的电连接且由铝系材料构成的安全阀，所述密闭型电池的特征在于，

在所述端子盖的凸缘部和安全阀的凸缘部的相互对置的面的至少一方上设有间隙，

所述端子盖的凸缘部和安全阀的凸缘部在与所述间隙对应的位置上由高能射线焊接。

另外，发明2在发明1所述的密闭型电池的基础上，其特征在于，所述间隙由设成环状的槽构成。

另外，发明3在发明1所述的密闭型电池的基础上，其特征在于，所述间隙的深度是设有所述间隙的一侧的厚度的1/2以下、0.05mm以上。

另外，发明4在发明1～3中任一项所述的密闭型电池的基础上，其特征在于，所述高能射线是激光或者电子束。

进而，发明5提供一种密闭型电池，其具备封口部分，该封口部分具有形成为正极及负极中的至少一方的倒皿状且由铁系材料构成的端子盖、和形为成皿状、能够断开电池外部和电池内部的电连接且由铝系材料构成的安全阀，所述密闭型电池的特征在于，

在所述端子盖和安全阀之间夹装有由与所述安全阀相同的材料构成并且厚度与所述安全阀相同或者比其薄的环状的中间材，

所述中间材和所述安全阀由高能射线焊接，并且

在所述端子盖的凸缘部和所述中间构件的相互对置的面的至少一方上设有间隙，

另外，发明6在发明5所述的密闭型电池的基础上，其特征在于，所述中间材的厚度是所述端子盖的厚度的70％以下。

另外，发明7在发明5所述的密闭型电池的基础上，其特征在于，所述间隙由设成环状的槽构成。

另外，发明8在发明5所述的密闭型电池的基础上，其特征在于，所述间隙的深度是设有间隙的一侧的厚度的1/2以下、0.05mm以上。

另外，发明9在发明5～8中任一项所述的密闭型电池的基础上，其特征在于，所述高能射线是激光或者电子束。

(发明效果)

根据本申请发明，可以得到起到如下所述优越效果的密闭型电池。即，根据发明1，由于在所述端子盖的凸缘部和安全阀的凸缘部的相互对置的面的至少一方上设有间隙，所以在该间隙的部分热传导率变差。因此，根据发明1，由照射到端子盖的凸缘部的与间隙对应的位置上的高能射线产生的热向安全阀侧扩散的速度减少，端子盖的凸缘部的高能射线照射部充分熔融之后，安全阀侧的凸缘部熔融，因此端子盖的凸缘部和安全阀的凸缘部的焊接强度非常高，使用时端子盖和安全阀之间的电阻不增大，结果是可以得到使用时电池电阻不增大的密闭型电池。此外，可以得到具备能够断开电池外部和电池内部的电连接的电流断路功能且安全性高的密闭型电池。作为电流断路机构，例如可以使用安全阀因电池内部压力上升而变形从而可以断开电连接的电流断路机构。

还有，在本发明中，作为铁系材料可以使用进行了镍镀敷的铁或者不锈钢，另外，作为铝系金属可以使用软质铝或者铝合金。另外，焊接部位的个数只要考虑必要的焊接强度和电阻来选择数处(例如4个部位)即可，不需要焊接凸缘部整体。进而，间隙既可以设在端子盖侧及安全阀侧中的任一侧上，也可以在两者上都设置。

另外，根据发明2，由于将间隙设成环状，所以间隙的加工变得容易，并且作为焊接位置可以在端子盖的周围采用任意的位置，因而设计的自由度增加。

另外，根据发明3，若间隙的深度为0.05mm以上，则因该间隙存在，端子盖的凸缘部和安全阀的凸缘部的焊接强度非常高，但若间隙的深度过深，则因设有该间隙，端子盖或者安全阀的凸缘部的强度变弱，因此，形成为设有间隙的一侧的厚度的1/2以下，此时可以得到良好的焊接强度。若间隙的深度低于0.05mm，则不存在因间隙存在而造成的端子盖的凸缘部和安全阀的凸缘部之间的热传导率的降低，所以也不存在焊接强度的提高效果。

另外，根据发明4，惯用激光及电子束来作为焊接用高能射线，所以可以得到焊接部的可靠性和质量良好的密闭型电池。

进而，根据发明5，由于中间材和安全阀由相同的材料构成，并且中间材的厚度比安全阀的厚度薄，所以可以防止由高能射线造成的安全阀的穿孔，同时可以牢固地焊接中间材和安全阀，另外，由于端子盖和中间材与发明1同样在两者间存在间隙，所以可以由高能射线牢固地焊接。因此，根据发明5，使用时端子盖和安全阀之间的电阻不增大，结果是可以得到使用时电池电阻不增大的密闭型电池。此外，可以得到具备能够断开电池外部和电池内部的电连接的电流断路功能且安全性高的密闭型电池。作为电流断路机构，与发明1同样，例如可以使用安全阀因电池内部压力上升而变形从而可以断开电连接的电流断路机构。还有，在发明5中，若中间材的厚度比安全阀的厚度厚，则由于在高能射线的焊接时安全阀发生穿孔的危险增大，因此不是优选的。

另外，根据发明6，若中间材的厚度超过端子盖的厚度的70％，则由于中间材的热传导率良好，中间材难以熔融，因此端子盖和中间材之间的焊接强度反而变弱。

另外，根据发明7～9，可以得到起到发明5的发明效果，同时分别起到与发明2～4的发明效果相同的发明效果的密闭型电池。

附图说明

图1是实施例1的封口体的放大剖面图。

图2是实施例2的封口体的放大剖面图。

图3是比较例的封口体的放大剖面图。

图4是沿纵向切断地表示现有的圆筒形的非水电解质二次电池的立体图。

图5是图4的封口体的放大局部截断图。

图6是现有的大电流放电用二次电池的封口体部分的放大剖面图。

图7是现有的没有PTC热敏电阻元件且具有电流断路功能的封口体的放大剖面图。

符号说明

10 非水电解质二次电池

11 正极板

12 负极板

13 隔板

14 螺旋状电极体

17 电池外装罐

18A～18E 封口体

20 底板

19、19’ 端子盖

21 凸部

22 凸缘部

23 凹部

24 凸缘部

25 安全阀

25a 凹部

25b 凸缘部

27 密封垫片

30 环状的槽

31 熔融部分

32 中间材

33 激光焊接部分

具体实施方式

以下，参照图1～3详细地说明用于实施本申请发明的最佳方式的实施例及比较例。不过，以下所示的实施例只是例示作为用于使本发明的技术思想具体化的密闭型电池而使用于图4所示的现有例的锂离子非水电解质二次电池且具有电流断路功能的封口体的一例，并不意味着将本发明特定于使用了具有该电流断路功能的封口体的锂离子非水电解质二次电池，其并不脱离权利要求所示的技术思想，也可同等地适用于各种密闭型电池。还有，图1是实施例1的封口体的放大剖面图，图2是实施例2的封口体的放大剖面图，进而，图3是比较例的封口体的放大剖面图，另外，对与图5及图7所示的现有例的具有电流断路功能的封口体相同的结构部分，标注相同的参照符号而进行说明。

如下制作实施例1的封口体18A。首先，准备具有与所述现有例中使用的底板相同的结构的皿状的铝制底板20。该底板20具有朝向电池内部鼓起的凹部23和构成该凹部23的底边部的平板状凸缘部24，在凹部23的角部设有排气孔23a。在该底板20的凸缘部24上载置有圆环状的PP制绝缘密封垫片27。进而，将与所述现有例相同的结构的由凹部25a和凸缘部25b构成的、例如由厚度为0.2mm的铝箔构成的安全阀25，以凸缘部25位于绝缘密封垫片27上且安全阀25的凹部25a位于底板20的凹部23上的方式载置。而且，用超声波焊接法焊接了安全阀25的凹部23的最底部和底板20的凹部23。

另一方面，准备具有与在所述的现有例中使用的端子盖相同的结构的形成为倒皿状的直径23mm、厚度0.3mm的进行了镍镀敷的铁制的端子盖19。该端子盖19具有朝向电池外部鼓起的凸部21和构成该凸部21的底边部的平板状凸缘部22，在凸部23的角部设多个排气孔21a。如图1所示，实施例1使用了如下的端子盖：在该端子盖19的凸缘部22的与安全阀25的凸缘部25b对置的一侧，利用切削加工而设置有宽度1.5mm、深度0.1mm的环状的槽30。对如此设置有环状的槽30的端子盖，标注符号19’，与现有例的端子盖19加以区别。

然后，将设置有所述槽30的端子盖19’载置在安全阀25上。而且，在与环状的槽30对应的位置上等间隔4个部位、分别与槽30的中央对应的位置上，从端子盖19’侧进行激光焊接，并凿密底板20的凸缘部24，由此，制作了实施例1的具有电流断路功能的封口体18A。

实施例2的电流断路封口体18B大致以与实施例1同样的工序制作，但是不同之处在于，在安全阀25和端子盖19’之间增加了中间材32。在安全阀25的凸缘部25b上载置有厚度是安全阀25的1/2且与安全阀25相同的铝制的圆环状的中间材32。然后，从该中间材32的表面等间隔4个部位照射激光，焊接中间材32和安全阀25而一体化。然后，在中间材32的表面载置与实施例1中使用的端子盖相同的形成有圆环状的槽30的端子盖19’，与实施例1的情况相同，在与槽30对应的位置上等间隔4个部位，从端子盖19’侧进行激光焊接，并凿密底板20的凸缘部24，由此，制作了实施例2的具有电流断路功能的封口体18B。

[比较例]

比较例的具有电流断路功能的封口体18C，除了使用没有环状的槽30的端子盖19来替换实施例1中使用的设有环状的槽30的端子盖19’以外，与实施例1的情况同样地进行制作。如图3所示，该比较例的封口体18C由于没有槽30，所以熔融部分31的凹处的深度很小。

在各自的试验中分别准备30个如以上那样制造的实施例1、实施例2及比较例的具有电流断路功能的封口体18A～18C，进行如下所述的振动试验、落下后电阻上升试验和落下强度试验。归纳结果示于表1中。还有，具体的试验方法分别如下所述。

[振动试验]

振动试验使用市售的振动试验器，在加速度2.5G、振幅1.5mm、30Hz的条件下赋予3小时的振动，测定试验前后的内部电阻的变化。就测定结果而言，在各自的封口体18A～18C中，对30个焊接部都不脱开的封口体，求出平均值，对发生焊接部的脱开的封口体，求出其个数。

[落下后电阻上升试验、落下强度试验]

另外，作为落下后电阻上升试验，使各自的30个封口体18A～18C从高度1.9m的位置自然落下到混凝土制的地面上，测定落下前后的内部电阻的变化。就测定结果而言，对最多落下30次且30个焊接部都不脱开的封口体，求出内部电阻的平均值，对发生焊接部脱开的封口体，求出焊接部脱开的个数。另外，测定该试验中直至焊接部脱开时的落下次数，求出各自的每个封口体的落下次数的平均值作为落下强度试验结果。

表1

	振动试验^*后		落下试验^**后		落下强度^***
	振动试验^*后		落下试验^**后			电阻上升值	焊接部脱开个数	电阻上升值	焊接部脱开个数
	实施例1	0.1mΩ	0/30	-		电阻上升值	焊接部脱开个数	电阻上升值	焊接部脱开个数	30/30	15次
实施例2	实施例1	0.1mΩ	0/30	-	0.1mΩ	0/30	0.1mΩ	0/30	＞30次	30/30	15次
实施例2	比较例1	-	10/30	-	0.1mΩ	0/30	0.1mΩ	0/30	＞30次	30/30	2次

^*： 30Hz-3hr

^**： 1.9m Max30次

^***：落下试验中直至焊接部脱开的平均次数

由表1所示的结果可知以下内容。即，封口体上未设有间隙的比较例的封口体18C，在振动试验中，30个中10个焊接部脱开，在落下后电阻上升试验中，焊接部全部脱开。该比较例的封口体18C的直至焊接部脱开的落下的次数的平均值是2次。

与此相对，使用了设有间隙(环状槽)的端子盖的实施例1的封口体18A，在振动试验中焊接部全部不脱开，振动试验后的内部电阻增加的平均值是0.1mΩ。另外，可以知道，实施例1的封口体18A在落下后电阻上升试验中焊接部全部脱开，但是直至焊接部脱开的落下次数的平均值是15次，与比较例的封口体18C相比焊接部的强度大。由于实施例1的封口体18A和比较例的封口体18C的结构的差异仅在于端子盖上是否设有环状的槽，所以可以明确，实施例1的封口体18A的效果是因设有该间隙而产生的。

进而，使用设有间隙(环状槽)的端子盖并且使中间材夹装于安全阀和端子盖之间的实施例2的封口体18B在振动试验中焊接部全部不脱开，振动试验后的内部电阻增加的平均值是0.1mΩ。另外，实施例2的封口体18B在30次的落下后电阻上升试验中焊接部全部不脱开，内部电阻增加的平均值是0.1mΩ。因此，实施例2的封口体18B具有最良好的结果。

但是，由于与实施例1的封口体18A相比，实施例2的封口体18B的焊接次数增加了1次，所以在使用封口体时，在考虑了必要的强度后，只要选择实施例1的封口体18A及实施例2的封口体18B中的任一种来使用即可。

还有，所述实施例1及实施例2表示了采用激光焊接法的例子，但是使用电子束焊接法也可以起到同样的效果。另外，所述实施例1及实施例2表示了将设在端子盖上的间隙形成为环状的槽的例，但是并不限定于此，也可以形成圆形或者方形的凹部。不过，由于从端子盖的焊接面不能直接找到设在其里侧的凹部的位置，所以需要借助能够从端子盖的焊接面判别凹部的位置的某些机构。进而，所述实施例1及实施例2表示了在端子盖上设有槽的例，但若在端子盖和安全阀之间有间隙则也起到同样的效果，所以也可以在安全阀上设置槽，或者也可以在端子盖和安全阀这两方上设置槽。

另外，在所述实施例中说明了使用由底板来凿密端子盖和安全阀的封口体这一式样的密闭型电池，但是，即使是在插入了电极体的外装罐的开口部附近缩颈，载置封口密封垫片、安全阀、端子盖，且使用外装罐开口端来凿密这些部件这一式样的密闭型电池等，也可以起到本发明的效果。

Claims

1.一种密闭型电池，其具备封口部分，该封口部分具有形成为正极及负极中的至少一方的倒皿状且由铁系材料构成的端子盖、和形为成皿状、能够断开电池外部和电池内部的电连接且由铝系材料构成的安全阀，所述密闭型电池的特征在于，

2.根据权利要求1所述的密闭型电池，其特征在于，所述间隙由设成环状的槽构成。

3.根据权利要求1所述的密闭型电池，其特征在于，所述间隙的深度是设有间隙的一侧的厚度的1/2以下、0.05mm以上。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的密闭型电池，其特征在于，所述高能射线是激光或者电子束。

5.一种密闭型电池，其具备封口部分，该封口部分具有形成为正极及负极中的至少一方的倒皿状且由铁系材料构成的端子盖、和形为成皿状、能够断开电池外部和电池内部的电连接且由铝系材料构成的安全阀，所述密闭型电池的特征在于，

所述中间材和所述安全阀由高能射线焊接，并且

6.根据权利要求5所述的密闭型电池，其特征在于，所述中间材的厚度是所述端子盖的厚度的70％以下。

7.根据权利要求5所述的密闭型电池，其特征在于，所述间隙由设成环状的槽构成。

8.根据权利要求5所述的密闭型电池，其特征在于，所述间隙的深度是设有间隙的一侧的厚度的1/2以下、0.05mm以上。

9.根据权利要求5～8中任一项所述的密闭型电池，其特征在于，所述高能射线是激光或者电子束。