CN101145624A - 非水电解质二次电池 - Google Patents

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Abstract

一种非水电解质二次电池，其具有：电极体；封口板；集电垂片部件；外部电极端子；隔膜；脆弱部；集电垂片支座，所述非水电解质二次电池的特征在于，集电垂片部件具有：具有脆弱部的板状插入部和与一集电板连接的集电板连接部，集电垂片支座具有绝缘性，具有插入集电垂片部件的插入部的垂片接受部，该垂片接受部的电池内侧面以及电池外侧面上形成有在插入了插入部的状态下与贯通孔重合且具有与其同等以上的面积的支座孔，隔膜以覆盖支座孔的方式配置在垂片接受部的电池外侧，并且其中央部底面经由支座孔与脆弱部能通电地连接，电池内气压作用在脆弱部以及膈膜的电池内面上。

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，涉及具有耐冲击性优异的电流遮断机构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，所以串联连接多个电池，但是，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电池要求具备比使用在小型仪器中的电池更高的安全性。另外，在其用途的特性上，也要求耐冲击性或耐振动性优异。
为了提高电池的安全性，在下述专利文献1～8中提出了有关在电池内压上升时遮断电流的电流遮断机构的技术。
(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
但是，所述专利文献1～8所述的电流遮断机构，都存在容易由于振动或冲击而误动作的问题。
发明内容
本发明是鉴于所述问题而提出的，目的在于提供一种具有耐冲击性以及耐振动性优异的电流遮断机构的非水电解质二次电池。
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集电板的正负极的电极体10；封闭所述开口的封口板3；与所述正负极的任一集电板连接的集电垂片(タブ)部件9；比所述封口板3向外侧突出的外部电极端子1；在比所述封口板3靠电池内侧且比所述集电垂片部件9靠电池外侧设置，且与所述外部电极端子1电连接，在电池内压上升时向电池外侧变形的隔膜6；中央部分与所述隔膜6的电池内侧面连接，其周边与位于所述隔膜6的下方的所述集电垂片部件9连接，在所述隔膜变形上浮时断裂而遮断向隔膜6的通电的脆弱部；插入所述集电垂片部件9的一部分的集电垂片支座7，
所述非水电解质二次电池的特征在于，所述集电垂片部件9具有：具有所述脆弱部的板状的插入部9a、和与所述一集电板连接的集电板连接部9b，所述集电垂片支座7具有绝缘性，具有插入所述集电垂片部件9的插入部9a的垂片接受部7a，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的状态下与所述脆弱部重合的支座孔7c，所述隔膜6以覆盖所述支座孔7c的方式配置在所述垂片接受部7a的电池外侧，并且其中央部底面经由所述支座孔7c与所述脆弱部能通电地连接(本发明第1方式)。
所述构成中的脆弱部是将板状的插入部9a的一部分构成为易破坏的部分，该脆弱部随着隔膜6的变形而破坏，遮断集电垂片部件9与外部电极端子1的通电。该脆弱部可以在板的一部分上一体成形地形成厚度减薄的部分，也可以在板状的插入部9a上形成贯通孔9c并用金属薄膜覆盖该贯通孔9c(后者为本发明第2方式)，也可通过其他方法设置脆弱部。
参照图1～图5说明这些构成。如图4所示，该电池具有：在电池内压上升时变形且其中央部分向电池外侧上浮的隔膜6；中央部分与所述隔膜6的电池内侧连接，其周边与位于所述隔膜6的下方的所述集电垂片部件9连接，在所述隔膜变形上浮时断裂而遮断向隔膜6的通电的脆弱部。
因此，在电池内压上升时，如图4(b)所示，隔膜6的中央部分向电池外侧上浮，由此，与隔膜6的中央底部连接的脆弱部破坏，遮断从集电垂片部件9向隔膜6的电流。
另外，隔膜是指最广泛意义上的隔离用的膜板。
所述脆弱部可通过利用锻造加工等将板状的插入部9a的一部分加工为比其周围薄而形成。此外，也可通过金属薄膜8覆盖密闭在集电垂片部件9的板状的插入部9a上设置的贯通孔9c(第2方式)。前者没有设置贯通孔9c，通过直接调节板状的插入部9a的一部分的厚度而任意地调整脆弱部的断裂动作压，后者通过调整金属薄膜的厚度而任意地调整脆弱部的断裂动作压。
所述集电垂片部件9的板状的插入部9a插入保持在具有垂片接受部7a的集电垂片支座7中，集电垂片支座7保护集电垂片部件9的板状的插入部9a的薄壁部不受冲击或振动的影响。由此，具有防止脆弱部由于冲击等被无用地破坏从而遮断通电(安全机构的误动作)的效果。
在所述本发明构成的非水电解质二次电池中，所述集电垂片部件由铝或者铝合金构成，所述外部电极端子为正极端子(本发明第3方式)。
铝或铝合金容易加工，并且容易调整动作压。由此，优选作为所述集电垂片部件的构成材料，但若将铝或铝合金用作负极，则有电气地溶解的可能。由此，优选将由铝或铝合金构成的集电垂片部件用作正极类，所述外部电极端子优选为正极端子。另外，在将电流遮断机构安装在正极端子侧时，对于正极端子、封口板、封口体簧片、正极集电体等与正极电连接的部件，也优选使用铝或铝合金。这是由于铝等质量轻且导电性优异。
此外，在所述本发明构成的非水电解质二次电池中，所述封口板3具有平坦面和比该平坦面向电池外侧突出的凸部，所述外部电极端子1从该封口板的凸部向电池外侧突出，该外部电极端子的电池内侧端部收容在该凸部的电池内侧空间内(本发明第4方式)。
大型电池等中，外部电极端子突出侧的电池外表面侧，可用作设置电压检测用缆线、温度检测用缆线等的电气安装部件，或设置电池冷却用流路、气体排出阀动作时的气体排出用流路等的空间。由此，使所述外表面侧能够这样利用十分重要。若为所述构成，则可确保这样的利用空间，并且可增加电池内侧的空间体积。通过在该增加的电池内侧空间(凸部空间)中至少收容外部电极端子的电池内侧端部，可更多地确保作为电池主体的电极体的收容空间。由此，可增加电池容量。
此外，在所述本发明构成的非水电解质二次电池中，收容在所述外装罐中的电极体是正负极卷绕为涡旋状而成的涡旋电极体，相对于所述外装罐的罐轴方向横向收纳，所述集电垂片部件9的集电板连接部9b与从该涡旋电极体的一端面突出的一集电板组10a连接(本发明第5方式)。
若为该构成，则可提高每单位体积的电池容量，并且易将集电垂片部件安装在电极体上。
此外，在所述本发明第5方式的非水电解质二次电池中，所述集电垂片部件9的集电板连接部9b夹入从涡旋电极体的一端面突出的一集电板组10a(本发明第6方式)。
若为该构成，则可将集电垂片部件简单地连接到涡旋电极体上，而且电流取出效率高。
此外，在所述本发明第6方式的非水电解质二次电池中，所述集电垂片支座7由绝缘性树脂构成(本发明第7方式)。
若为该构成，则由于树脂具有适度的弹性，所以可容易地提高绝缘性和耐冲击性。作为这样的绝缘性树脂，可使用聚丙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、四氟乙烯和全氟烷氧基乙烯的共聚物等。
此外，所述本发明各构成的非水电解质二次电池中，在外部电极端子1的内部形成有压力释放孔，该压力释放孔包括从电池内侧的端部向另一端的沿轴心方向的纵孔1a、和具有向电池外开放的开口且与所述轴心方向孔连通的横孔1b(本发明第8方式)。
若为这样的构成，则即便隔膜变形，由封口体簧片5和隔膜6形成的空间的压力也总是与电池外部气压相等，所以基于电池内压上升的隔膜的变形容易。
此外，在所述本发明各构成的非水电解质二次电池中，所述封口板还具有气体排出阀，所述遮断箔的动作压力比所述气压排出阀的动作压力小(本发明第9方式)。
若进而具有气体排出阀，则能够与电流遮断机构协作而进一步提高电池的安全性，从提高安全性的角度出发，优选使金属薄膜的断裂压力小于气体排出阀的气体排出压力。另外，金属薄膜是构成电流遮断机构的主要部件之一。
此外，在所述本发明各构成的非水电解质二次电池中，所述外装罐是方形的外装罐(本发明第10方式)。
若为使用了方形的外装罐的电池，则可高效地串联电池，所以优选。
如上所述，根据本发明，可格外提高具有电流遮断机构的非水电解质二次电池的耐冲击性能。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的电池的剖视图。
图2是本发明的实施方式1的电池的要部放大剖视图。
图3是本发明的实施方式1的电池的分解立体图。
图4是表示本发明的实施方式1的电池的隔膜动作的图。
图5是本发明的实施方式1的电池的集电垂片支座的说明图，图5(a)是俯视图，图5(b)是主视图，图5(c)是右视图。
图6是本发明的实施方式1的电池的要部放大剖视图。
图7是本发明的实施方式2的电池的主视图。
图8是放大图7所示电池的主要部分的放大右视图。
符号说明
1外部正极端子
2垫片
3封口板
4绝缘板
5封口体簧片
6隔膜
7集电垂片支座
7a垂片接受部
7b固定部
7c支座孔
8金属薄膜
9集电垂片部件
9a插入部
9b集电板连接部
9c贯通孔
10电极体
11外装罐
12封口板凸部
具体实施方式
以下，使用附图对实施本发明的具体方式进行详细说明。
(实施方式1)
图1是本发明电池的剖视图，图2是本发明电池的要部放大剖视图，图3是本发明电池的分解立体图，图4是表示本发明电池的隔膜动作的图，图5是本发明的集电垂片支座的说明图，图6是本发明的电池的要部放大剖视图。
本发明如图1所示，在外装罐11内，正负极卷绕为涡旋状而成的涡旋电解体10相对于外装罐的罐轴方向而横向地收纳，通过封口板3封闭外装罐的开口。此外，在封口板3上，形成气体排出阀。此外，具有从封口板向电池外侧突出的正极外部端子1和负极外部端子。
如图3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，外部正极端子1将垫片2、绝缘板4以及封口体簧片5嵌装在封口板3中。垫片2由绝缘性树脂构成，将外部正极端子1和封口板3电绝缘，绝缘板4由绝缘性树脂构成，将封口板3和封口体簧片5电绝缘。外部正极端子1与封口体簧片5电连接。封口体簧片5和隔膜6保持连接部分的气密而连接，由此，隔膜6和外部正极端子1电连接。作为绝缘性树脂，可使用聚丙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮、四氟乙烯和全氟烷氧基乙烯的共聚物等。
如图2以及图4(a)所示，在隔膜6的电池内侧面的中央部分上，电连接有金属薄膜8的中央部分。此外，金属薄膜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。
另外，也可不是所述那样由金属薄膜8覆盖密封贯通孔9c的方式，而是通过锻造加工或切削等将板状的插入部9a的板自身的一部分加工为比其周围薄从而形成薄壁部的方式。脆弱部是通过调整其强度(具体而言，例如金属薄膜的情况下为厚度)而调整达到遮断的动作压的部位，在破坏前可维持电极体侧的密闭状态，在隔膜变形时，比其他部位先破坏。
如图3、图5所示，集电垂片9的插入部9a插入集电垂片支座7的垂片接受部7a中，在该集电垂片支座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9b的状态下与所述贯通孔9c重合并且具有与所述贯通孔9c相同以上的面积的支座孔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、和插入集电垂片支座7的垂片接受部7a中的插入部9a。
此外，在外部正极端子1的内部，如图4、图6所示，形成有压力释放孔，该压力释放孔包括从电池内侧的端部向另一端的沿着轴心方向的纵孔1a、和具有向电池外开放的开口且与所述轴心方向孔连通的横孔1b。该横孔1b也可仅一端开口。
图4表示本发明的电池的隔膜的动作。在电池内压正常时，如图4(a)所示，电流从集电垂片部件9经由金属薄膜8而流到隔膜6。另一方面，在电池内压上升时，如图4(b)所示，隔膜6的中央部分向电池外侧上浮，与其连接的金属薄膜8被扯掉而断裂，遮断从集电垂片部件9向隔膜6的电流。
在所述构造中，该集电垂片支座7保护安装在集电垂片部件9的板状的插入部9a中的所述金属薄膜8不受冲击或振动的影响。由此，在施加了冲击时金属薄膜8不会误断裂。
接着，使用图3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的作为电池外面的一侧，使由聚醚醚酮构成的垫片2与由铝构成的正极外部端子1重合，从作为电池内面的一侧，使由聚醚醚酮构成的绝缘板4与由铝构成的封口体簧片5重合。外部电极端子1的下方的筒部1c贯通垫片2、封口板3、绝缘板4、封口体簧片5的孔。
将所述重合的部件从上下压缩直到垫片2、绝缘板4得到规定的压缩率，并将外部电极端子1的下方的筒部1c向外侧扩张(铆接加工)，并进行固定。
在由铝构成的封口体簧片5的凸缘部5a上重叠由铝合金构成的隔膜6，从隔膜6侧对相接部分连续地进行激光焊接，进行密封。
在由铝构成的正极集电垂片部件9的插入部9a的带阶梯的贯通孔9c上重叠由铝合金构成的金属薄膜8，对相接部分连续地进行超声波焊接。
将正极集电垂片部件9的插入部9a插入由聚醚醚酮构成的集电垂片支座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座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。
在集电垂片支座7的固定部7b上嵌入绝缘板4的钩部4a，固定集电垂片支座7和绝缘板4。此时，隔膜6的中央底部6a经由集电垂片支座7的中央孔7c与金属薄膜8相接。
从正极集电垂片部件9的与金属薄膜8焊接面相反侧，对金属薄膜8进行激光点焊，焊接金属薄膜8和隔膜6。由此，电池内气压作用在所述金属薄膜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。
激光焊接封口板3和外装罐11，从设置在封口板上的注液孔注射非水电解液，并通过密封栓密封注液孔。由此，完成本发明电池。
对于该构造的5个本发明电池，进行在各轴向上施加200万次加速度49～59m/s2、频率10～15Hz的振动的振动试验。此外，对于其他5个本发明电池，进行在各轴向上施加10次98m/s2的加速度的冲击试验。其结果，可确认任一试验中都没有异常。
(实施方式2)
作为本发明电池的其他构成，可采用图7、图8所示的方式。图7是实施方式2的电池整体的主视图，图8是放大图7所示的电池的主要部分的放大右视图。
本实施方式2的电池，如图7所示，仅在使外部电极端子1突出的封口板3的一部分上形成使封口板向电池外侧突出的凸部12。而且，在该凸部12的电池内部侧的空间中收容外部电极端子1的端部(根部侧)，使顶端侧从该凸部12向电池外侧突出。外部电极端子1的根部侧的端部如图8所示被铆接，由此将外部电极端子1固定在封口板3上。
在此，图7的附图标记13表示用作电气安装或气体流路用的空间，附图标记14表示组装电流遮断机构的一部分至全部的空间，附图标记15表示收容电极体的空间。另外，在图7、图8中，对于具有与实施方式1所示的部件相同的功能的部件标注相同的附图标记。此外，对于使用了具有凸部的封口板以外的情况，与所述实施方式1相同，所以省略说明。
通常在大型电池中，图7的附图标记13部分是用作设置电压检测用缆线、温度检测用缆线等的电气安装部件、或设置电池冷却用流路、气体排出阀动作时的气体排出用流路等的空间。因此，外部电极端子1优选设置为不会影响这样的利用空间的状态。在该实施方式2中，仅在使外部电极端子1突出的封口板3的一部分上形成凸部，使外部电极端子从该凸部突出，并且将凸部的电池内部侧空间用作收容外部电极端子1的根部侧端部的空间。由此，能够获得可有效活用电池外表面，并且可较大确保电极体10的收容容积的效果，通过增大电极体10，可增加电池容量。
另外，图7中仅一极(优选正极)的电池外部端子从凸部突出，使另一极(图7左侧的端子)从平坦面突出到电池外侧，但也可构成为使正负两极的电池外部端子都从凸部突出。
工业实用性
如上所述，根据本发明，可实现具有耐冲击性、耐振动性优异的电流遮断机构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集电板的正负极的电极体(10)；
封闭所述开口的封口板(3)；
与所述正负极的任一集电板连接的集电垂片部件(9)；
比所述封口板(3)向外侧突出的外部电极端子(1)；
在比所述封口板(3)靠电池内侧且比所述集电垂片部件(9)靠电池外侧设置，且与所述外部电极端子(1)电连接，在电池内压上升时向电池外侧变形的隔膜(6)；
中央部分与所述隔膜(6)的电池内侧面连接，其周边与位于所述隔膜(6)的下方的所述集电垂片部件(9)连接，在所述隔膜变形上浮时断裂而遮断向隔膜(6)的通电的脆弱部；
插入所述集电垂片部件(9)的一部分的集电垂片支座(7)，
所述非水电解质二次电池的特征在于，
所述集电垂片部件(9)具有：具有所述脆弱部的板状的插入部(9a)、和与所述一集电板连接的集电板连接部(9b)，
所述集电垂片支座(7)具有绝缘性，具有插入所述集电垂片部件(9)的插入部(9a)的垂片接受部(7a)，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)的状态下与所述脆弱部重合的支座孔(7c)，
所述隔膜(6)以覆盖所述支座孔(7c)的方式配置在所述垂片接受部(7a)的电池外侧，并且其中央部底面经由所述支座孔(7c)与所述脆弱部能通电地连接。
2.如权利要求1所述的非水电解质二次电池，其特征在于，
所述集电垂片部件的板状的插入部(9a)具有贯通孔(9c)，
所述脆弱部由覆盖该贯通孔的金属薄膜构成。
3.如权利要求1所述的非水电解质二次电池，其特征在于，
所述集电垂片部件由铝或者铝合金构成，
所述外部电极端子为正极端子。
4.如权利要求1所述的非水电解质二次电池，其特征在于，
所述封口板(3)具有平坦面和比该平坦面向电池外侧突出的凸部，所述外部电极端子(1)从该封口板的凸部向电池外侧突出，该外部电极端子的电池内侧端部收容在该凸部的电池内侧空间内。
5.如权利要求1所述的非水电解质二次电池，其特征在于，
收容在所述外装罐中的电极体是正负极卷绕为涡旋状而成的涡旋电极体，相对于所述外装罐的罐轴方向横向收纳，
所述集电垂片部件(9)的集电板连接部(9b)与从该涡旋电极体的一端面突出的一集电板组(10a)连接。
6.如权利要求5所述的非水电解质二次电池，其特征在于，
所述集电垂片部件(9)的集电板连接部(9b)夹入从涡旋电极体的一端面突出的一集电板组(10a)。
7.如权利要求6所述的非水电解质二次电池，其特征在于，
所述集电垂片支座(7)由绝缘性树脂构成。
8.如权利要求1所述的非水电解质二次电池，其特征在于，
在外部电极端子(1)的内部形成有压力释放孔，该压力释放孔包括从电池内侧的端部向另一端的沿轴心方向的纵孔(1a)、和具有向电池外开放的开口且与所述轴心方向孔连通的横孔(1b)。
9.如权利要求1所述的非水电解质二次电池，其特征在于，
所述封口板还具有气体排出阀，
所述遮断箔的动作压力比所述气压排出阀的动作压力小。
10.如权利要求1～9中任意一项所述的非水电解质二次电池，其特征在于，
所述外装罐是方形的外装罐。
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