CN101123317A - 非水电解质二次电池 - Google Patents

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Abstract

提供一种具有可在期望的动作压下可靠地动作的压敏变形元件的非水电解质二次电池。其具有：具有开口的外装罐、收容在外装罐中的具有分别具备正负集电板的正负极的电极体(10)、封闭开口的封口板(3)、一端侧与封口板(3)的贯通孔嵌合且另一端侧从封口板(3)向外侧突出的外部电极端子(1)、作为比封口板靠电池内侧设置的部件的与电池内部的气压上升对应而变形的压敏变形元件，其中，外部电极端子(1)的内部形成有连接电池外部和与压敏变形元件的电池外侧面侧相接的空间的连通孔。

Description

非水电解质二次电池
技术领域
本发明涉及非水电解质二次电池，更详细而言，涉及具有压敏变形元件的非水电解质二次电池。
背景技术
近年来，非水电解质二次电池不仅作为便携电话、笔记本电脑、数码相机等小型仪器的驱动电源使用，还作为电动汽车或混合动力汽车等的驱动电源使用。
在用作这种用途的电池中，要求高输出，所以采用了使用外部电极端子串联连接多个电池的方式。此外，非水电解液二次电池使用反应性非常强的材料，所以，使用在所述用途中的大型电池要求具备比使用在小型仪器中的电池格外高的安全性。
作为提高大型电池的安全性的技术，提出有在电池中组装压敏变形元件的技术(例如，参照专利文献1～8。)。
(专利文献1)实开平4-24262号公报
(专利文献2)特开平10-241653号公报
(专利文献3)特开平8-171898号公报
(专利文献4)特开平8-293301号公报
(专利文献5)特开平9-55197号公报
(专利文献6)特开平11-307080号公报
(专利文献7)特开平11-154504号公报
(专利文献8)特开平11-329405号公报
在这些技术中，需要在电池内压上升到一定以上时，使压敏变形元件圆滑地动作。为此，优选使电池外侧面侧的空间与电池外部的气氛连通，使变形时压敏变形元件的电池外侧面侧的压力不升高。但是，若使电池与外部气氛连通，则有可能水分或氧从电池外侵入电池内部而使压敏变形元件恶化，由此产生压敏变形元件无法在期望的动作压下动作的问题。
此外，所述专利文献所述的电池，由于不是考虑将多个电池以短距离串联连接的使用方式的构造，所以在这些文献中没有提出在外部电极端子和压敏变形元件的组合中使压敏变形元件可靠地动作的技术方案。因此，特别是在使用了外部电极端子的大型电池中，寻求在电池内发生异常时压敏变形元件以高可靠性迅速地进行动作的安全性优异的电池。
发明内容
本发明是鉴于所述问题而提出的，其目的在于提供一种使用性能和安全性都优异的非水电解质二次电池，该非水电解质二次电池能以短距离串联连接多个具有外部电极端子的电池，并且能使压敏变形元件以期望的动作压可靠且迅速地动作。
用于解决所述问题的本发明，是一种非水电解质二次电池，其具有：具有开口的外装罐、收容在所述外装罐中的具有分别具备正负极集电板的正负极的电极体、封闭所述开口的封口板、比所述封口板向外侧突出的外部电极端子，所述非水电解质二次电池的特征在于，所述外部电极端子和所述电极体电连接，在电连接所述外部电极端子和所述电极体的导电路径的途中，设置有与电池内部的气压的上升对应而变形的压敏变形元件，所述外部电极端子在其内部具有连接电池外部和与所述压敏变形元件的电池外侧面侧相接的空间的连通孔(本发明第1方式)。
根据该构成，由于施加在压敏变形元件的电池外侧面侧的压力总是与电池外部气压(大气压)相等，所以电池内压上升时的压敏变形元件的变形容易。因此，在电池内压上升到预先设定的值时，压敏变形元件可靠且迅速地动作，所以，可进行导电的遮断或者/以及电池内部气体的放出。该构成中，在外部电极端子内设置连通孔，该连通孔连接与压敏变形元件的电池外侧面侧相接的空间和电池外部，所以，无需另外设置压力释放孔。即，若为该构成，则外部电极端子除了作为电极端子的本来的功能外，还兼作压力释放路径，所以可实现电池构造的简略化。
在所述本发明的构成中，可构成为，所述压敏变形元件与电池内部的气压的上升对应而变形，遮断所述外部电极端子和所述电极体的电连接(本发明第2方式)。
在该构成中，在电池内部产生气体时，由于压敏变形元件迅速地遮断通电，所以可抑制电池的进一步失控。
在此，在压敏变形元件中，可使用通过元件断裂而放出电池内产生的气体的方式，或者通过元件变形而遮断电极与电池外部端子的电流的方式等。使用例如使用了隔膜或碟形弹簧的复位式安全阀等。
在所述第2方式的非水电解质二次电池中，所述封口板具有气体排出阀，所述气体排出阀在施加了比遮断所述外部电极端子与所述电极体的电连接的压敏变形元件的动作气压高的气压时开放(本发明第3方式)。
若为该构成，则在压敏变形元件动作并遮断通电后，在电池内气压进一步上升的情况下，气体排出阀再次动作而将电池内部的气体排出到电池外，所以电池的安全性进一步提高。
此外，在所述本发明各构成中，可构成为，所述连通孔被配置在孔的途中的由树脂膜构成的膜栓12密闭(本发明第4方式)。
根据该构成，在电池正常动作时，设置在连通孔中的膜栓12阻止水分和氧从电池外部侵入电池内，所以可防止由于从连通孔侵入的水分等引起的压敏变形元件的恶化。另一方面，由于由树脂膜构成的膜栓脆弱且抵抗随着压敏变形元件的变形而产生的压力变化的力弱，所以在电池内产生异常从而电池内压上升的情况下，可容易地断裂。由此，膜栓不会影响压敏变形元件的迅速动作。
此外，在所述第4实施方式的非水电解质二次电池中，所述连通孔是形成在所述外部电极端子1的内部的孔，具有从电池内侧前端的端面沿轴心延伸的纵孔1a、和与所述纵孔1a连通并且具有向电池外开放的开口的横孔1b(本发明第5方式)。
这样的由纵孔和横孔构成的孔可容易地形成在外部电极端子内，并且由于横孔在电池外部开放，所以可作为连接电池内部和电池外部的孔而良好地起作用。
此外，在所述第5方式的非水电解质二次电池中，可构成为，所述纵孔1a形成有内径环状扩张的扩径部1c，所述膜栓12设置在所述扩径部1c中(本发明第6方式)。
若在纵孔中设置扩径部，则该部分作为膜栓的定位固定的固定框而起作用，所以，易在纵孔内形成膜栓，并且不会发生膜栓的偏离。
本发明的非水电解质二次电池的制造方法可如下地构成(本发明第7方式)。
一种非水电解质二次电池的制造方法，其是下述非水电解质二次电池的制造方法，所述非水电解质二次电池具有：具有开口的外装罐、收容在所述外装罐中的具有分别具备正负集电板的正负极的电极体10、封闭所述开口的封口板3、一端侧嵌合在所述封口板3的贯通孔中且另一端侧从所述封口板3向外侧突出的外部电极端子1、与电池内部的气压的上升对应而变形的压敏变形元件，所述非水电解质二次电池的制造方法的特征在于，所述外部电极端子1在其内部具有连接电池外部和与所述压敏变形元件的电池外侧面侧相接的空间的孔，所述制造方法具有膜栓形成工序，所述膜栓形成工序中，将把树脂溶解或者分散在溶剂中而形成的树脂溶液从所述外部电极端子1的横孔开口注入到所述纵孔中，之后使所述树脂溶液中的溶剂挥发而形成树脂膜。
根据该构成，能够以高生产率制造通过使用在连通孔内具有膜栓的外部电极端子而成的非水电解质二次电池。
作为溶剂，可使用甲苯、二甲苯、氯苯、氯代甲烷、氯代乙烷、甲醇、醋酸甲酯、乙醚、丙酮等各种溶剂。作为树脂，可使用氟树脂、聚烯烃树脂、苯酚树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚氯乙烯树脂、硅酮树脂等各种树脂。
在所述本发明的非水电解质二次电池中，所述膜栓形成工序在电池组装后进行(本发明第8方式)。
若膜栓的形成在电池组装后进行，则不会在电池组装作业中破坏膜栓，所以可提高膜栓形成的成品率。
此外，在所述本发明的非水电解质二次电池的制造方法中，所述非水电解质二次电池还具有：配置在所述封口板3的电池外侧面的具有贯通孔的垫片、和配置在所述封口板3的电池内侧面的具有贯通孔的绝缘板，所述外部电极端子1具有与轴向平行的凸缘部1d，所述制造方法还具有铆接加工工序，所述铆接加工工序中，在所述封口板3的表里面上将所述垫片和所述绝缘板以这些部件的贯通孔与所述封口板3的贯通孔重合的方式配置之后，在这些贯通孔中嵌合所述外部电极端子1，之后，从所述外部电极端子1的前端侧端面和所述凸缘部双方在垂直方向上铆接，由此，密接固定所述垫片、所述封口板3和所述绝缘板，并且在所述外部电极端子1的孔中形成其内径环状扩张的扩径部1c(本发明第9方式)。
根据该构成，通过形成扩径部，可在该扩径部中存留多量的树脂溶液，所以可在该部分上可靠地形成膜栓。此外，由于该膜栓比孔径大，所以膜栓可靠地固定而不会上下偏离。由此，膜栓的形成容易。
在此，扩径部的直径优选为纵孔直径的1.05～1.2倍左右，纵孔直径优选为0.8～3mm。若在该条件内，则能可靠且容易地形成膜栓。
此外，在所述本发明的非水电解质二次电池的制造方法中，可构成为，所述树脂为氟树脂，所述溶剂为二甲苯(本发明第10方式)。
二甲苯对于氟树脂的溶解性高，并且易于挥发，所以易形成膜栓。此外，氟树脂作为膜栓的材料具有适宜的密闭性。作为氟树脂，可使用氟烷基丙烯酸酯共聚物、全氟烷基丙烯酸酯共聚物、全氟烷基甲基丙烯酸酯共聚物等含有氟烷基、全氟烷基的共聚物。
如上所述，根据本发明，可实现一种具有如下压敏变形元件的非水电解质二次电池，所述压敏变形元件能可靠且迅速地动作，并且可防止由于从电池外侵入的水分等而引起的老化，从而可靠性优异。
附图说明
图1是本发明的电池的剖视图。
图2是本发明的电池的要部放大剖视图。
图3是表示本发明的电池的隔膜的动作的图。
图4是表示本发明的电池的膜栓形成工序的图。
图5是本发明的电池的分解立体图。
图6是本发明的电池的要部放大剖视图。
图7是本发明的集电垂片(タブ)支架的说明图，图7(a)是俯视图，图7(b)是主视图，图7(c)是右视图。
图8是用于说明隔膜的动作状态的图，(a)表示动作前的状态，(b)表示动作后的状态。
图9是说明铆接加工工序的图。
图10是与图9一起说明铆接加工工序的图。
符号说明
1    外部正极端子
1a   纵孔
1b   横孔
1c   扩径部
1d   凸缘部
2    垫片
3    封口板
4    绝缘板
5    封口体簧片
6    压敏变形元件(隔膜)
7    集电垂片支架
9    集电垂片部件
10   电极体
11   外装罐
12   膜栓
具体实施方式
以下，使用附图详细说明实施本发明的具体实施方式。
图1是本发明的电池的剖视图，图2是本发明的电池的要部放大剖视图。图3是表示作为压敏变形元件的一例的隔膜的动作的图，图4是表示本发明的电池的膜栓形成工序的图。图5是本发明的电池的分解立体图，图6是本发明的电池的要部放大剖视图。图7是本发明的电池中使用的集电垂片支架的说明图，图9、图10是说明铆接加工工序的图。
本发明的电池，如图1所示，正负极涡旋状卷绕而成的涡旋电极体10相对于外装罐的罐轴方向横向地收纳在外装罐11内，由封口板3封闭外装罐的开口。此外，在封口板3上，形成有气体排出阀。此外，具有从封口板向电池外部突出的正极外部端子1和负极外部端子。
如图5所示，在从电极体10的一端面突出的正极集电板组10a上，连接有集电垂片部件9的集电板连接部9b。另外，正极集电板组10a通过将从电极体10的一端面突出的多个正极集电板捆束而成。
如图2所示，作为外部电极端子的外部正极端子1在与垫片2抵接的状态下嵌入封口板3中。此外，外部正极端子1在封口板3的电池内侧与绝缘板4和封口体簧片5接触。封口体簧片5与隔膜6焊接，由此，隔膜6和外部正极端子1电连接。
如图2以及图3(a)所示，在隔膜6的电池内侧面的中央部分上，粘接有遮断箔8的中央部分。此外，遮断箔8的周边部分安装为覆盖在位于隔膜6下方的集电垂片部件9的插入部9a上设置的贯通孔9c。该隔膜6和遮断箔8构成压敏变形元件。
此外，集电垂片9的插入部9a插入集电垂片支架7的垂片接受部7a中(参照图5、图7)，在该集电垂片支架7上，在该垂片接受部7a的电池内侧以及电池外侧双方的面上，形成有在插入了所述插入部9a的状态下与所述贯通孔9c重合的具有与所述贯通孔9c相同以上的面积的支架孔7c。该集电垂片部件9具有与电极体10的正极集电板组10a连接的集电板连接部9b、和插入集电垂片支架7的垂片接受部7a中的插入部9a。
图3表示外部电极端子和封口板的连接部分的横剖视图，图6表示纵剖视图。如图3、图6所示，在外部正极端子1的内部形成有孔，该孔包括从电池内侧的端部向另一端延伸的沿轴心方向的纵孔1a、和具有向电池外开放的开口并且与所述轴心方向孔连通的横孔1b。在该孔的纵孔的途中，如图8所示，也可设置由树脂膜构成的膜栓12而密闭孔。该横孔1b也可为仅一端开口的构造。
图3表示本发明的电池的隔膜的动作。在电池内压正常时，如图3(a)所示，电流从集电垂片部件9经由遮断箔8而流到隔膜6。另一方面，在电池内压上升时，如图3(b)所示，隔膜6的中央部分向电池外侧上浮，与其粘接的遮断箔8断裂，遮断从集电垂片部件9向隔膜6的电流。此外，如图8所示，在纵孔的途中设置膜栓12时，随着隔膜的上浮，膜栓12也向上方变形或者断裂。
在所述构造中，该集电垂片支架7保护安装在集电垂片部件9的板状的插入部9a中的所述遮断箔8不受冲击或振动的影响。由此，在施加了冲击时遮断箔8不会误断裂。
接着，使用图5说明本发明的电池的电流遮断机构的组装方法。首先，制作涡旋电极体。此时，配置为正极集电板从一端部突出，负极集电板从另一端部突出。
接着，从封口板3的作为电池外面的侧，使垫片2与正极外部端子1重合，从作为电池内面的侧，使绝缘板4与封口体簧片5重合。外部电极端子1的下方的筒部1e贯通垫片2、封口板3、绝缘板4、封口体簧片5的孔。
从外部正极端子1的前端侧端面和凸缘部1d双方在垂直方向(上下方向)上进行压缩直到垫片2、绝缘板4得到规定的压缩率，将外部电极端子1的下方的筒部1e向外侧扩张而形成(铆接加工)扩径部1c(参照图4)，并进行固定。
扩径部1c如下形成。首先，在外部正极端子1的纵孔1a中，放入具有比纵孔1a直径稍小的前端部，且从途中具有扩大纵孔1a直径的阶梯部的冲头，由此对外部正极端子1的前端进行铆接直到途中。之后，放入具有比纵孔1a直径稍小的前端部的冲头，由此完全铆接铆接部，并且形成扩径部1c(参照图9(a)、(b)以及图10(a)、(b)。另外，在这些图中，以外部正极端子1的铆接部为上的方式进行描述。)。
在封口体簧片5的凸缘部5a上重叠隔膜6，将相接的部分从隔膜6侧连续地激光焊接，进行密闭。
在正极集电垂片部件9的插入部9a的带阶梯的贯通孔9c上重叠遮断箔8，将相接部分超声波焊接。
将正极集电垂片部件9的插入部9a插入集电垂片支架7的垂片接受部7a中。垂片接受部7a为比与插入部9a相同的尺寸稍大的形状，若插入则集电垂片支架7和正极集电垂片部件9固定。
对于负极外部端子，也与所述相同，使垫片、绝缘板、封口体簧片重合，并铆接加工。
在集电垂片支架7的固定部7b上嵌入绝缘板4的钩部4a，固定集电垂片支架7和绝缘板4。此时，隔膜6的中央底部6a经由集电垂片支架7的中央孔7c与遮断箔8相接。
从正极集电垂片部件9的与遮断箔8焊接面相反侧，对遮断箔8进行激光点焊，粘接遮断箔8和隔膜6。由此，电池内气压作用在所述遮断箔8以及所述隔膜6的电池内面上。
在正极集电垂片部件9的芯体集束部插入电极体10的正极集电板组10a，铆接集电板连接部9b而捆束正极集电板组10a，从集电板连接部9b侧面部进行激光焊接，连接正极集电垂片部件9和电极体10。对于负极也同样地连接负极集电垂片。
向外装罐内部注射非水电解液，并激光焊接封口板3和外装罐11。
如图4所示，将通过把氟树脂(氟烷基丙烯酸酯共聚物)溶解在二甲苯中而成的树脂溶液从外部正极端子1的横孔1b开口注入纵孔1a的扩径部1c，之后，使所述树脂溶液中的溶剂挥发而形成膜栓12。由此，完成本发明的电池。
这样制作10个遮断箔8的厚度为80μm的本发明的电池而作为实施例电池。
另一方面，制作10个除了没有连通孔外与实施例电池相同规格的电池而作为比较电池。
然后，测定实施例电池的电流遮断压力，实施例电池为0.5～0.7Mpa。与之相对，比较例电池在1.0Mpa附近，气体排出阀动作而无法测定电流遮断压。在气体排出阀部焊接金属板而使气体排出阀不动作并再进行测定，其结果，比较例电池的电流遮断压为1.5Mpa～2.8Mpa，动作压上升，并且偏差大。
进而，对于在孔中形成有膜栓12的5个本发明的电池，在60℃、湿度80％的环境下保存10天，此后并向电池内部送入气体而加压，调查遮断箔的动作压力。
其结果，5个都确认为在距期望的压力值5％的误差范围内动作。
工业实用性
如上所述，根据本发明，可实现具有压敏变形元件的动作稳定且老化少的压敏变形元件的非水电解质二次电池，所以工业上的意义重大。

Claims (10)

1.一种非水电解质二次电池，其具有：
具有开口的外装罐、
收容在所述外装罐中的具有分别具备正负极集电板的正负极的电极体、
封闭所述开口的封口板、
比所述封口板向外侧突出的外部电极端子，
所述非水电解质二次电池的特征在于，
所述外部电极端子和所述电极体电连接，
在电连接所述外部电极端子和所述电极体的导电路径的途中，设置有与电池内部的气压的上升对应而变形的压敏变形元件，
所述外部电极端子在其内部具有连接电池外部和与所述压敏变形元件的电池外侧面侧相接的空间的连通孔。
2.如权利要求1所述的非水电解质二次电池，其特征在于，
所述压敏变形元件与电池内部的气压的上升对应而变形，遮断所述外部电极端子和所述电极体的电连接。
3.如权利要求2所述的非水电解质二次电池，其特征在于，
所述封口板具有气体排出阀，所述气体排出阀在施加了比遮断所述外部电极端子与所述电极体的电连接的压敏变形元件的动作气压高的气压时开放。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的非水电解质二次电池，其特征在于，
所述连通孔被配置在孔的途中的由树脂膜构成的膜栓(12)密闭。
5.如权利要求4所述的非水电解质二次电池，其特征在于，
所述连通孔是形成在所述外部电极端子(1)的内部的孔，具有从电池内侧前端的端面沿轴心延伸的纵孔(1a)、和与所述纵孔(1a)连通并且具有向电池外开放的开口的横孔(1b)。
6.如权利要求5所述的非水电解质二次电池，其特征在于，
所述纵孔(1a)形成有内径环状扩张的扩径部(1c)，
所述膜栓(12)设置在所述扩径部(1c)中。
7.一种非水电解质二次电池的制造方法，其是下述非水电解质二次电池的制造方法，所述非水电解质二次电池具有：
具有开口的外装罐、
收容在所述外装罐中的具有分别具备正负集电板的正负极的电极体(10)、
封闭所述开口的封口板(3)、
一端侧嵌合在所述封口板(3)的贯通孔中且另一端侧从所述封口板(3)向外侧突出的外部电极端子(1)、
与电池内部的气压的上升对应而变形的压敏变形元件，
所述非水电解质二次电池的制造方法的特征在于，
所述外部电极端子(1)在其内部具有连接电池外部和与所述压敏变形元件的电池外侧面侧相接的空间的孔，
所述制造方法具有膜栓形成工序，所述膜栓形成工序中，将把树脂溶解或者分散在溶剂中而形成的树脂溶液从所述外部电极端子(1)的横孔开口注入到所述纵孔中，之后使所述树脂溶液中的溶剂挥发而形成树脂膜。
8.如权利要求7所述的非水电解质二次电池的制造方法，其特征在于，
所述膜栓形成工序在电池组装后进行。
9.如权利要求7所述的非水电解质二次电池的制造方法，其特征在于，
所述非水电解质二次电池还具有：配置在所述封口板(3)的电池外侧面的具有贯通孔的垫片、和配置在所述封口板(3)的电池内侧面的具有贯通孔的绝缘板，所述外部电极端子(1)具有与轴向平行的凸缘部(1d)，
所述制造方法还具有铆接加工工序，所述铆接加工工序中，在所述封口板(3)的表里面上将所述垫片和所述绝缘板以这些部件的贯通孔与所述封口板(3)的贯通孔重合的方式配置之后，在这些贯通孔中嵌合所述外部电极端子(1)，之后，从所述外部电极端子(1)的前端侧端面和所述凸缘部双方在垂直方向上铆接，由此，密接固定所述垫片、所述封口板(3)和所述绝缘板，并且在所述外部电极端子(1)的孔中形成其内径环状扩张的扩径部(1c)。
10.如权利要求7、8或9中任意一项所述的非水电解质二次电池的制造方法，其特征在于，
所述树脂为氟树脂，所述溶剂为二甲苯。
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