CN101188280B - 圆筒式二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种圆筒式二次电池，在具有大容量的电池中，即使作用伴随急剧变形的外力时，也能够确保安全性。锂离子二次电池的容量为14Ah，其上盖被固定在收容电极卷绕组的电池壳上。上盖具有形成有开裂阀的隔膜(2)、和周缘部被固定在隔膜(2)的周缘部上的上盖帽。开裂阀在隔膜(2)的上盖帽侧的表面上形成有截面呈V字状的开裂槽(8)，在与开裂槽(8)的位置对应的、隔膜(2)的电极卷绕组侧的表面上形成有截面呈U字状的开裂槽(18)。隔膜(2)借助内压上升而翻转从而切断电流。在作用伴随急剧变形的外力时，隔膜(2)承受的力量容易集中在开裂槽(18)上。

Description

圆筒式二次电池
技术领域
本发明涉及圆筒式二次电池，特别涉及具有隔膜借助内压上升而翻转从而切断电流的机构，且在隔膜上形成有开裂阀的圆筒式二次电池。
背景技术
以往，密闭圆筒式二次电池广泛应用于家电产品上，最近在密闭圆筒式二次电池中，尤其锂二次电池被更多地广泛使用。并且，锂二次电池由于能量密度大，因此正在进行作为电动汽车(EV)和混合型汽车(HEV)的车载电源的开发。
但是，在密闭圆筒式二次电池中，当由于充电装置的故障等而陷入过充电状态时，有时会在电解液的分解中产生气体，使得电池内压极端上升。尤其在把有机溶剂用作电解液的溶剂的锂二次电池中，电池容量增大，所以要求更加可靠的防爆动作。因此，公开了一种具有防爆机构的二次电池(例如参照日本特开平8-7866号公报)，把薄金属板的中央部向下方突出的突起部焊接在厚金属板上，这些金属板的周部被压边固定(カシメ固定)。
并且，本发明人曾经提出一种具有内置有防爆机构的上盖的密闭圆筒式锂二次电池(参照日本特开2004-134204号公报)。如图4所示，上盖40具有上盖帽1，该上盖帽1为铁制品，并形成为被实施了镀镍的圆板状，而且兼作电池的外部输出端子。在上盖帽1的中央形成有圆筒状的凸部，在凸部形成有排气口。上盖帽1的周缘部被固定在中央具有平面部的碟状隔膜22的周缘部上，该隔膜22为铝合金制品。在隔膜22的平面部上接合着通过电阻焊接而与其电连接及机械连接的、连接板6的中央向隔膜22侧突出的平面部，该连接板6为铝合金制品，与正极或负极中的任一方连接。隔膜22的翻转压力通过电阻焊接而被设定为在电池内压达到预定压力时动作(隔膜22翻转到上盖帽1侧)。并且，在隔膜22上形成有开裂阀，该开裂阀在隔膜22的上盖帽1侧的表面形成有当电池内压达到预定压力时开裂的开裂槽28。如图5A所示，开裂槽28由圆环状开裂槽28a、和从圆环状开裂槽28a向周缘侧延伸的放射状开裂槽28b构成。开裂槽28的开裂压力被设定为大于隔膜22的翻转压力。
在这种结构的防爆机构中，当隔膜22的连接板6侧表面承受的电池内压上升并达到隔膜22的翻转压力时，隔膜22翻转到上盖帽1侧，隔膜22与连接板6的接合断开，因此连接板6和上盖帽1之间的电流被切断。在电池内压继续上升并达到开裂槽28的开裂压力时，开裂槽28开裂，开裂阀打开，电池内的气体被放出，电池内压降低。
但是，在使电池大容量化时，在上述的防爆机构中，当对电池作用伴随急剧变形的外力时，如图6所示，产生由于电池内压的急剧上升而翻转的隔膜22贴在上盖帽1上的现象。在该情况时，形成于隔膜22的上盖帽1侧的开裂槽28的开裂受到上盖帽1的阻碍，导致电池的气体放出不可靠。因此，存在不能降低电池内压，而且难以确保安全性的问题。这种问题在用于上述家电产品等的容量约1.3Ah的小型电池中不会产生，但是，例如在具有容量为3.5Ah以上、尤其在超过14Ah的大容量电池中比较明显。
发明内容
本发明的课题是提供一种圆筒式二次电池，在具有大容量的电池中，即使在伴随急剧变形的外力起作用时，也能够确保安全性。
本发明的圆筒式二次电池具有隔膜借助内压上升而翻转从而切断电流的机构，且在隔膜上形成有开裂阀，所述圆筒式二次电池的特征在于，开裂阀在隔膜承受内压的相反侧表面上形成有截面呈V字状的槽，在与形成有截面呈V字状的槽的位置的至少一部分对应的、隔膜承受内压的表面上形成有截面呈U字状的槽，其中，截面呈V字状的槽由环状曲线槽和直线槽的组合而形成，直线槽的一端与曲线槽相交，另一端位于隔膜的外周侧，并且，直线槽的所述另一端的深度小于所述一端的深度。
在本发明的圆筒式二次电池中，在开裂阀上，在隔膜承受内压的相反侧表面上形成有截面呈V字状的槽，在与形成有截面呈V字状的槽的位置的至少一部分对应的、隔膜承受内压的表面上形成有截面呈U字状的槽，所以在伴随使电池急剧变形的外部压力使得内压急剧上升时，隔膜借助内压而翻转，从而可以切断电流，由于内压集中于截面呈U字状的槽，所以对应形成的截面呈V字状的槽及截面呈U字状的槽能够可靠地开裂，从而开裂阀敞开，所以能够降低内压，并可以确保安全性。
在该情况下，优选使截面呈U字状的槽的深度小于截面呈V字状的槽的深度。并且，截面呈V字状的槽也可以通过环状曲线和直线的组合而形成，该直线的一端与该曲线相交，另一端位于隔膜的外周侧。此时，如果使直线槽的另一端的深度小于一端的深度，则能够在直线槽的另一端确保隔膜的厚度，所以即使在高速率的电流值下的过充电时，隔膜也能够在直线槽开裂之前翻转从而切断电流。
根据本发明，在开裂阀上，在隔膜承受内压的相反侧表面上形成有截面呈V字状的槽，在与形成有截面呈V字状的槽的位置对应的、隔膜承受内压的表面上形成有截面呈U字状的槽，所以在由于伴随有使电池急剧变形的外部压力使得内压急剧上升时，隔膜翻转，从而可以切断电流，由于内压集中于截面呈U字状的槽，所以截面呈V字状的槽及截面呈U字状的槽能够可靠地开裂，从而开裂阀敞开，所以能够获得可以降低内压并可确保安全性的效果。
附图说明
图1是可应用本发明的实施方式的圆筒式锂离子二次电池的剖面图。
图2是实施方式的圆筒式锂离子二次电池的上盖的剖面图。
图3表示在构成实施方式的圆筒式锂离子二次电池的上盖的隔膜上形成的开裂槽，图3A表示隔膜的俯视图，图3B表示图3A中的A-A向的剖面图，图3C表示图3A中的B-B向的剖面图。
图4是以往的圆筒式锂离子二次电池的上盖的剖面图。
图5表示在构成以往的圆筒式锂离子二次电池的上盖的隔膜上形成的开裂槽，图5A表示隔膜的俯视图，图5B表示图5A中的A-A向的剖面图，图5C表示图5A中的B-B向的剖面图。
图6是表示在以往的圆筒式锂离子二次电池中当电池内压急剧上升时隔膜翻转状态的上盖剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图说明把本发明应用于圆筒式锂离子二次电池的实施方式。
(结构)
如图1所示，本实施方式的圆筒式锂离子二次电池(圆筒式二次电池)30具有电极卷绕组11，该电极卷绕组11在空心圆筒状轴芯的周围隔着由允许锂离子通过的聚乙烯制微多孔膜构成的隔离部缠绕正极板和负极板，以使两个极板不直接接触。
构成电极卷绕组11的正极板是这样获得的，在90重量份的正极活性物质的锂锰复合氧化物粉末中，添加5重量份的作为导电材料的碳粉，添加5重量份的作为粘接剂的聚偏氟乙烯(以下简称为PVDF)，再向其中添加作为分散溶剂的N-甲基吡咯烷酮(以下简称为NMP)，把混炼得到的料浆均匀涂覆在厚20μm的铝箔(正极集电体)的两面上并干燥，然后冲压并保留集电用的一部分，剪切成长方形。在为了集电而保留的部分上形成有正极小凸起(tab)。上述的锂锰复合氧化物例如可以使用锰酸锂(LiMn2O4)或者利用其他金属元素取代或掺杂了LiMn2O4的锂位或锰位的、例如由化学式Li1+xMyMn2-x-yO4(M为Li、Co、Ni、Fe、Cu、Al、Cr、Mg、Zn、V、Ga、B、F)表示的化合物、或层状系锰酸锂(LiMnxM1-xO2)(M为Li、Co、Ni、Fe、Cu、Al、Cr、Mg、Zn、V、Ga、B、F中一种以上的金属元素)。
另一方面，负极板是这样获得的：向90重量份的负极活性物质的无定形碳粉，添加10重量份的作为粘接剂的PVDF，再向其中添加作为分散溶剂的NMP，把混炼得到的料浆涂覆在厚10μm的轧制铜箔(负极集电体)的两面上并干燥，然后冲压并保留集电用的一部分，剪切成长方形。在为了集电而保留的部分上形成有负极小凸起。负极活性物质除上述的无定形碳之外，也可以使用可以吸收和放出锂的物质或金属锂。
电极卷绕组11被收容在有底圆筒状的金属制电池壳10内，上述的正极小凸起和负极小凸起被配置在电极卷绕组11的相互为相反侧的两个端面上。在轴芯的下端部固定有集电用的负极集电环，在负极集电环的周缘部超声波焊接着负极小凸起。负极集电环被电阻焊接在电池壳10的内底面上。另一方面，在轴芯的上端部固定有集电用的正极集电环14，在正极集电环14的周缘部超声波焊接着正极小凸起。在正极集电环14上焊接着将长方形状的铝箔层叠并折弯成大致U字状的正极引线板16的一侧。正极引线板16的另一侧被焊接在构成配置于电极卷绕组11上方的上盖20的铝合金制分离器(splitter)4的底面上。
如图2所示，上盖20具有被实施了镀镍加工的铁制圆板状上盖帽1。在圆板的中央部形成有朝上方突出的圆筒状的突起，在突起的上表面形成有用于排出在电池内部产生的气体的排气口(开口)。上盖帽1发挥正极外部输出端子的作用。在上盖帽1的下方配置有隔膜2，上盖帽1的周缘部被压边边固定在隔膜2的周缘部上。隔膜2为铝合金制品，具有在下方形成有底部的碟状形状。碟状的底部呈平面状，并形成隔膜2的中央部。在隔膜2上形成有开裂阀。开裂阀在隔膜2的上盖帽1侧的表面形成有开裂槽(截面呈V字状的槽)8，在与形成有开裂槽8的位置对应的、隔膜2的电极卷绕组11侧(后述的连接板6侧)的表面上形成有开裂槽(截面呈U字状的槽)18。开裂槽8、开裂槽18被设定为当电池内压达到预定压力(开裂压力)时开裂。
如图3A所示，开裂槽8由位于隔膜2的中央部和周缘部之间的圆环曲线状开裂槽8a、和一端与开裂槽8a相交的直线状开裂槽8b组合形成。开裂槽8b的另一端相比隔膜2的开裂槽8a位于周缘侧。开裂槽8b形成于4个位置。即，从开裂槽8a向隔膜2的周缘方向呈放射状形成开裂槽8b。如图3B、图3C所示，开裂槽8形成为截面呈V字状。开裂槽8a的深度被设定为深度a(mm)。开裂槽8b被设定为使其与开裂槽8a相交的一端的深度为与开裂槽8a相同的深度a，使位于隔膜2的周缘侧的另一端的深度为小于深度a的深度c(mm)。另一方面，开裂槽18形成为与开裂槽8a的位置对应的圆环曲线状。开裂槽18形成为截面呈U字状。开裂槽18的深度被设定为小于开裂槽8a的深度a的深度b(mm)。
如图2所示，在隔膜2的电极卷绕组11侧的中央部配置有铝合金制的壁厚比隔膜2薄的连接板(连接部件)6。连接板6的中央部的上表面为平面状并向上方(隔膜2侧)突出，并且通过电阻焊接经由接合部7与隔膜2的中央部电连接及机械接合。通过电阻焊接将隔膜2与连接板6之间的接合强度调整为，当锂离子二次电池30的内压达到预定压力时，隔膜2动作(从电极卷绕组11侧翻转到上盖帽1侧)。因此，上盖20具有借助内压上升来解除接合部7的接合，从而隔膜2翻转而切断电流的电流切断机构。
在隔膜2的中央部的底面与连接板6的周缘部之间，隔着聚丙烯树脂制的圆环状衬套5夹持着扁平环状(碟状的中央部被挖空的形状)的分离器(splitter)4，该衬套5的法兰部抵接在隔膜2的中央部底面上。因此，分离器4与连接板6电连接。并且，在分离器4上形成有使电池内部与隔膜2连通的多个贯通孔9。分离器4以及隔膜2中分离器4所沿着的部分被收容在图1所示的正极集电环14内。由分离器4的底面和正极集电环14的内表面划定的空间形成为，在电池的高度方向上，其周部大于中央部。正极引线板16在该空间的周部附近被折弯并收容于此。分离器4的外周部通过截面大致呈T字状的树脂制绝缘圈3与隔膜2的底面隔开预定间隔并被卡定。绝缘圈3在内面侧具有支承分离器4的外周部的多个爪，绝缘圈3与爪形成为一体。另外，通过冲压加工形成隔膜2、分离器4、上盖帽1和连接板6。
如图1所示，电池壳10内被注入了预定量的非水电解液，上盖20的周缘部通过垫圈13被压边固定在电池壳10上，电池内部被密闭。非水电解液可以使用将六氟化磷酸锂或四氟化硼酸锂等锂盐以约1mol/l的浓度溶解在碳酸乙烯酯(ethylene carbonate)(EC)和碳酸二甲酯(dimethylcarbonate)(DMC)等的有机溶剂中的电解液。本实施方式的锂离子二次电池30具有超过14Ah的容量。另外，非水电解液除本示例之外，还可以使用例如在碳酸酯类、环丁砜类、醚类、内酯类等有机溶剂单体或它们的混合溶剂中溶解锂盐的电解液。
(作用等)
下面，说明本实施方式的锂离子二次电池30的电池异常时的作用等。
在本实施方式的锂离子二次电池30中，设定接合部7的接合被解除并且隔膜2翻转到上盖帽1侧的翻转压力、和形成于隔膜2的开裂槽8及开裂槽18开裂的开裂压力，翻转压力被设定为大于大气压的值(例如1.5MPa)，开裂压力被设定为大于翻转压力的值(例如2MPa)。
在电池内压上升，隔膜2的电极卷绕组11侧的表面承受的电池内压达到翻转压力时，连接板6断开(隔膜2的中央部的底面与连接板6的中央部的上表面之间的接合部7的接合被解除)，隔膜2从电极卷绕组11侧翻转到上盖帽1侧。由此，按照电极卷绕组11的正极小凸起、正极集电环14、正极引线板16、分离器4、连接板6、隔膜2、上盖帽1(正极外部输出端子)的顺序连接的电流路径中，连接板6与隔膜2之间的电流路径被切断，所以上盖帽1和电极卷绕组11之间的通电被切断。在电池内压继续上升并达到开裂压力时，开裂槽8和开裂槽18开裂。由此，开裂阀敞开，电池内的气体通过开裂阀和形成于上盖帽1上的排气口向电池外部排气，所以电池内压降低。因此，即使锂离子二次电池30处于过充电状态，也能够安全地使锂离子二次电池30处于不能使用的状态。另外，由于翻转压力被设定为大于大气压的值，所以一旦隔膜2翻转，隔膜2的中央部底面与连接板6的中央部上表面就不会再次接触。
并且，在对锂离子二次电池30作用伴随急剧变形的外力的情况下(例如，锂离子二次电池30被压坏，或被钉子等异物刺破的情况下)，电极卷绕组11的正极板和负极板短路，非水电解液加速分解并产生气体。尤其本实施方式的锂离子二次电池30的容量超过14Ah，而且非水电解液的量也较多，所以电池内压伴随热量失控而急剧上升。在锂离子二次电池30中，在隔膜2的上盖帽1侧的表面形成有开裂槽8，在与开裂槽8的形成位置对应的、隔膜2的电极卷绕组11侧的表面形成有开裂槽18。因此，在电池内压急剧上升时，隔膜2的电极卷绕组11侧的表面承受的压力容易集中于开裂槽18。因此，即使隔膜2翻转到上盖帽1侧也不会贴在上盖帽1的内侧上，开裂槽8和开裂槽18均可靠开裂。其结果，开裂阀敞开，所以电池壳10内的气体通过开裂阀和形成于上盖帽1上的排气口被放出到电池外部。因此，在锂离子二次电池30中，即使在作用伴随急剧变形的外力时，也能够可靠地降低电池内压，所以能够确保电池的安全性。
另外，在开裂槽18的深度b大于开裂槽8a的深度a的情况下，在电池内压急剧上升时，由于集中于开裂槽18的压力过大，所以有时会在隔膜2翻转之前开裂。在本实施方式的锂离子二次电池30中，开裂槽18的深度b形成为小于开裂槽8a的深度a。因此，即使压力集中于开裂槽18，也能够抑制开裂槽18、开裂槽8在隔膜2翻转之前开裂，所以通过隔膜2翻转能够可靠地切断电流。
另外，在本实施方式的锂离子二次电池30中，开裂槽8由圆环曲线状开裂槽8a、和一端与开裂槽8a相交的直线状开裂槽8b组合形成，开裂槽18形成为圆环曲线状。该截面呈U字状的开裂槽18形成于对应截面呈V字状的开裂槽8a的位置。因此，在电池内压急剧上升时，隔膜2承受的力量容易集中于开裂槽8a和开裂槽8b相交的部分，易于气体排出。并且，在隔膜2由于电池内压上升而翻转时，开裂槽8a的V字状槽的角度扩大，而开裂槽18的U字状槽的入口部分变窄而至接触。因此，开裂槽18的入口部分成为杠杆的支点，开裂槽8a的底部如撕裂状地开裂，在开裂槽8a、开裂槽18开裂后，直线状开裂槽8b从该开裂部分起开裂。因此，在电池内压上升时，开裂阀可靠地敞开，所以能够确保电池的安全性。
另外，在以往的锂离子二次电池中，如图5B、图5C所示，只在被隔膜加工后的碟状隔膜22的上盖帽1侧的表面上形成有截面呈V字状的开裂槽28。构成该开裂槽28的直线状开裂槽28b形成为大致相同的深度，所以在形成有开裂槽28b的部分，隔膜22的周缘部厚度相比中央部的厚度极其小。因此，例如在出现2C以上的高速率电流值的过充电时，有时在隔膜22翻转之前，开裂槽28b会在隔膜22的周缘侧开裂，导致不能切断电流。在本实施方式的锂离子二次电池30中，开裂槽8b形成为使其位于隔膜2的周缘侧的另一端的深度c小于与开裂槽8a相交的一端的深度a。因此，能够确保在隔膜2的周缘侧形成有开裂槽8b的部分的厚度，在伴随高速率的过充电而形成的电池内压上升时，能够抑制开裂槽8b在隔膜2翻转之前开裂，所以能够通过隔膜2的翻转可靠地切断电流，能够确保安全性。
另外，在本实施方式中，示出了通过组合圆环曲线状的开裂槽8a和直线状开裂槽8b形成开裂槽8的示例，但是本发明不限于此，例如也可以只形成圆环曲线状的开裂槽。另外，在本实施方式中示出了使开裂槽8a、18形成为圆环曲线状的示例，但是本发明不限于此，例如也可以形成为马蹄形状或多边形形状。另外，在本实施方式中，示出了形成4处开裂槽8b的示例，但是本发明不限于此，例如也可以形成6处、8处。另外，在本实施方式中，示出了只在对应圆环曲线状开裂槽8a的位置处形成开裂槽18的示例，但是也可以在对应直线状开裂槽8b的位置处也形成开裂槽18(通过组合圆环曲线状开裂槽和直线状开裂槽形成开裂槽18)。换言之，开裂槽18可以不对应于整个开裂槽8，只要至少对应开裂槽8的一部分例如圆环曲线状部分形成即可。
另外，在本实施方式中，示出了使开裂槽18的深度b小于开裂槽8a的深度a的示例，但是本发明不限于此。如果开裂槽18的深度b大于开裂槽8a的深度a，考虑到在电池内压急剧上升时，开裂槽8a、开裂槽18有可能在隔膜翻转之前开裂，而优选使深度b小于深度a。
另外，在本实施方式中例示了锂离子二次电池，但是本发明不限于此，例如也可以应用于具有超过14Ah的大容量的圆筒式二次电池。并且，关于构成电极卷绕组11的正极板、负极板、隔离部和非水电解液，例示了各种材料，但是本发明当然不限于这些活性物质、材质、电解质、溶剂等。另外，在本实施方式中，示出了在电极卷绕组11的正极板上连接上盖帽1作为正极外部输出端子的例子，但是也可以在负极板上连接上盖帽1。
<实施例>
下面，说明按照本实施方式制作的圆筒式锂离子二次电池30的实施例。另外，也对为了比较而制成的比较例的圆筒式锂离子二次电池进行说明。
在以下的实施例和比较例中，分别改变形成于隔膜2上的截面呈V字状的开裂槽8a的深度a(mm)、截面呈U字状的开裂槽18的深度b(mm)、直线状的开裂槽8b的周缘侧的深度c(mm)，而制作上盖20，并制作了锂离子二次电池30。电池的容量全部为14Ah。并且，隔膜2的厚度全部为0.5mm。下表1表示各个实施例和比较例的开裂槽8a的深度a、开裂槽18的深度b、开裂槽8b的端部深度c。另外，在下表1中，另一端部深度c表示隔膜2的周缘侧的开裂槽8b的深度。
表1
Figure G200710194603XD00101
(实施例1)
如表1所示，在实施例1中，使用开裂槽8a的深度a为0.10mm、开裂槽18的深度b为0.30mm、开裂槽8b的端部深度c为0.30mm的隔膜2，来制作上盖20，从而制作了锂离子二次电池30。
(实施例2)
如表1所示，在实施例2中，使用开裂槽8a的深度a为0.15mm、开裂槽18的深度b为0.25mm、开裂槽8b的端部深度c为0.25mm的隔膜2，来制作上盖20，从而制作了锂离子二次电池30。
(实施例3)
如表1所示，在实施例3中，使用开裂槽8a的深度a为0.20mm、开裂槽18的深度b为0.10mm、开裂槽8b的端部深度c为0.10mm的隔膜2，来制作上盖20，从而制作了锂离子二次电池30。
(实施例4)
如表1所示，在实施例4中，使用开裂槽8a的深度a为0.25mm、开裂槽18的深度b为0.10mm、开裂槽8b的端部深度c为0.20mm的隔膜2，来制作上盖20，从而制作了锂离子二次电池30。
(实施例5)
如表1所示，在实施例5中，使用开裂槽8a的深度a为0.30mm、开裂槽18的深度b为0.10mm、开裂槽8b的端部深度c为0.25mm的隔膜2，来制作上盖20，从而制作了锂离子二次电池30。
(实施例6)
如表1所示，在实施例6中，使用开裂槽8a的深度a为0.35mm、开裂槽18的深度b为0.05mm、开裂槽8b的端部深度c为0.30mm的隔膜2，来制作上盖20，从而制作了锂离子二次电池30。
(比较例1)
如表1所示，在比较例1中，使用不形成开裂槽18(b＝0)、开裂槽28a的深度a为0.25mm、开裂槽28b的端部深度c为0.25mm的隔膜2，来制作上盖40，从而制作了锂离子二次电池。因此，比较例1是开裂槽28b的深度形成为大致相同的以往的锂离子二次电池(参照图5A、图5B)。
(试验、评价)
使用各个实施例和比较例的锂离子二次电池各两节，使用电池连接用母线(ブスバ)通过电阻焊接将这两节电池并联连接，得到双并联电池装置(2パラセルュニット)。对所得到的双并联电池装置进行过充电试验、钉刺试验、压坏试验，评价了电池的特性。在过充电试验中，对双并联电池装置分别以56A(每节2C)、28A(每节1C)的直流电流充电直到变为过充电状态。在钉刺试验中，在将电池调节为SOC(充电状态)100％后，使半径5.5mm的钉子以1.6m/min的速度从与电极卷绕组11的卷绕轴垂直的方向，朝向电池长度方向的中心以与长度方向垂直的方向下落，使钉子扎刺电池。在压坏试验中，在将电池调节为SOC100％后，使半径17.5mm的压坏夹具以1.6m/min的速度从与电极卷绕组11的卷绕轴垂直的方向，朝向电池长度方向的中心以与长度方向垂直的方向下落，对电池施加外部压力。各个试验中的电池的特性分别按照下面4个等级进行了评价，◎：试验电池的100％没有确认到破裂着火，○：试验电池的81～99％没有确认到破裂着火，△：试验电池的61～80％没有确认到破裂着火，×：试验电池的0～60％没有确认到破裂着火。下表2表示各个试验的评价结果。另外，各个试验以试验次数n＝20进行。
表2
项目   1C过充电试验   2C过充电试验 钉刺试验 压坏试验
 比较例1   ◎   ×   ×   ×
 实施例1   ◎   ×   ○   ×
 实施例2   ◎   △   ◎   △
 实施例3   ◎   ○   ◎   ○
 实施例4   ◎   ◎   ◎   ○
 实施例5   ◎   ◎   ◎   ◎
 实施例6   ◎   ◎   ◎   ◎
如表2所示，在隔膜22上形成有开裂槽28a、28b的比较例1的锂离子二次电池中，虽然在1C的过充电试验中没有确认到破裂着火，但在钉刺试验和压坏试验那样伴随来自外部的急剧变形的破坏试验中，发生了破裂着火。这可以认为是由于电池容量为高达14Ah的大容量，所以在变形时电池内压急剧上升，翻转的隔膜22贴在上盖帽1的下部，妨碍了开裂槽28的开裂而造成的(参照图6)。并且，在2C的过充电试验中也确认到破裂着火。这可以认为是由于开裂槽28b的深度c与深度a相同，在形成有开裂槽28b的部分中，隔膜22的厚度在周缘侧极端变薄，所以在隔膜22翻转之前，开裂槽28b开裂，而未能切断充电电流。
对此，在隔膜2上形成开裂槽8、开裂槽18的实施例1～实施例6的锂离子二次电池30中，在1C的过充电试验中当然没有确认到破裂着火，在2C的过充电试验、钉刺试验和压坏试验中也几乎没有确认到破裂着火。其中，在实施例3～实施例6的锂离子二次电池30中显示出了良好的电池特性。这可以认为是通过将开裂槽18的深度b设定为小于开裂槽8a的深度a，因此在钉刺和压坏时，翻转后的隔膜2不会贴在上盖帽1上，开裂槽8a、开裂槽18可靠地开裂，电池内压释放到电池外部。并且，通过将开裂槽8b的深度、周缘侧的深度c设定为小于开裂槽8a侧的深度a，在2C的过充电时，也能够在隔膜2的周缘侧确保形成有开裂槽8b的部分的厚度，当开裂槽8b在周缘部侧开裂之前，隔膜2翻转，从而能够切断电流。
在实施例1、实施例2的锂离子二次电池30中，在各个试验中，一部分电池确认到破裂着火。这可以认为是由于开裂槽18的深度b在开裂槽8a的深度a以上，在钉刺和压坏时，在隔膜2翻转之前开裂槽8、开裂槽18开裂，而未能切断充电电流，另外由于开裂槽8b的深度c在深度a以上，因此形成有开裂槽8b的部分的厚度在隔膜2的周缘侧极端变薄，在2C的过充电时，开裂槽8b在隔膜2翻转之前开裂，未能切断充电电流。
因此，在本实施方式的锂离子二次电池30中，清楚地了解到在包括高速率的过充电在内的过充电时当然是安全的，在伴随有因钉刺或压坏引起的急剧变形的电池异常时，也能够确保电池的安全性。
(产业上的利用可能性)
本发明提供一种圆筒式二次电池，在具有大容量的电池中，即使作用伴随急剧变形的外力时，也能够确保安全性，所以有助于二次电池的制造和销售，具有产业上的利用可能性。

Claims (7)

1.一种二次电池，其是具有隔膜借助内压上升而翻转从而切断电流的机构，且在所述隔膜上形成有开裂阀的圆筒式二次电池，所述二次电池的特征在于，
所述开裂阀在所述隔膜承受内压的相反侧表面形成有截面呈V字状的槽，在与形成有所述截面呈V字状的槽的位置的至少一部分对应的、所述隔膜承受内压的表面形成有截面呈U字状的槽，
所述截面呈V字状的槽由环状曲线槽和直线槽的组合而形成，该直线槽的一端与该曲线槽相交，另一端位于所述隔膜的外周侧，
所述直线槽的所述另一端的深度小于所述一端的深度。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述截面呈U字状的槽的深度小于所述截面呈V字状的槽的深度。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述隔膜的中央部形成为平面状，所述隔膜与导电性连接板通过彼此的中央部电连接以及机械连接，其中，该导电性连接板与正极板及负极板中的任一方电连接，并且其中央部形成为平面状且向所述隔膜侧突出。
4.根据权利要求3所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池还包括具有圆盘状盖帽的电池盖，所述盖帽的中央部形成为突起状，周缘部被压边固定在所述隔膜的周缘部上。
5.根据权利要求3所述的二次电池，其特征在于，所述隔膜在借助内压上升而翻转时，与所述导电性连接板之间的连接被解除。
6.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述隔膜被设定为使所述开裂阀动作的开裂压力大于借助内压上升而翻转的翻转压力。
7.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，电池容量在3.5Ah以上。
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Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100551885B1 (ko) * 2003-10-20 2006-02-10 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이온 2차 전지
KR100912789B1 (ko) * 2006-09-11 2009-08-18 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 원통형 이차전지
KR100882916B1 (ko) 2007-08-27 2009-02-10 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
US8936880B2 (en) 2008-06-30 2015-01-20 Lg Chem, Ltd. Cylindrical lithium secondary battery with pressure activated current interruptive device
US8486546B2 (en) 2008-12-01 2013-07-16 Samsung Sdi Co., Ltd. Cap assembly and secondary battery using the same with notched vent member
KR101050535B1 (ko) 2008-12-18 2011-07-20 삼성에스디아이 주식회사 캡 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지
KR101056425B1 (ko) * 2008-12-24 2011-08-11 에스비리모티브 주식회사 이차 전지
US20100215997A1 (en) * 2009-02-25 2010-08-26 Samsung Sdi Co., Ltd. Rechargeable battery
KR101023103B1 (ko) 2009-03-11 2011-03-24 에스비리모티브 주식회사 이차 전지
JP5152098B2 (ja) * 2009-05-15 2013-02-27 トヨタ自動車株式会社 密閉型二次電池
KR101023880B1 (ko) * 2009-06-08 2011-03-22 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR101084209B1 (ko) * 2009-10-29 2011-11-17 삼성에스디아이 주식회사 캡업의 구조가 개선된 원통형 이차전지
JP5103489B2 (ja) * 2010-01-29 2012-12-19 日立ビークルエナジー株式会社 密閉型電池
US8936869B2 (en) * 2010-01-29 2015-01-20 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Sealed cell and method of manufacture thereof
JP4605823B1 (ja) * 2010-03-29 2011-01-05 章 池田 密閉型電池の安全弁及びそれを用いた密閉型電池
CN102479969A (zh) * 2010-11-19 2012-05-30 朱益辉 一种颠覆传统结构的环柱体动力电池
TWI450432B (zh) 2011-03-29 2014-08-21 Ind Tech Res Inst 電池端蓋組
TWI419395B (zh) 2011-04-19 2013-12-11 Ind Tech Res Inst 二次電池結構
WO2012153675A1 (ja) 2011-05-09 2012-11-15 新日本製鐵株式会社 二次電池用電池缶
US9741994B2 (en) * 2012-09-28 2017-08-22 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Secondary battery with current breaking mechanism
KR101975389B1 (ko) * 2013-01-04 2019-05-07 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
AU2013377013B2 (en) * 2013-02-01 2016-06-30 Emd Acquisition Llc Improved lithium manganese oxide compositions
GB2517468A (en) * 2013-08-21 2015-02-25 Jaguar Land Rover Ltd Vent apparatus for a battery casing
US11303002B2 (en) * 2014-03-18 2022-04-12 Vehicle Energy Japan Inc. Secondary battery
FR3027647B1 (fr) * 2014-10-24 2016-12-09 Commissariat Energie Atomique Disque de rupture pour dispositif de protection contre les surpressions a l'interieur d'un equipement, application a un equipement destine a contenir successivement deux gaz de nature chimique differente
KR102493946B1 (ko) * 2015-12-24 2023-01-31 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
US11047508B2 (en) 2017-03-30 2021-06-29 Donaldson Company, Inc. Vent with relief valve
JP7025861B2 (ja) * 2017-08-22 2022-02-25 大和製罐株式会社 封口板
US10930900B2 (en) * 2018-03-23 2021-02-23 Sf Motors, Inc. Battery cell for electric vehicle battery pack
KR102618121B1 (ko) * 2019-05-22 2023-12-27 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR102259159B1 (ko) * 2020-10-12 2021-06-01 (주)성우 이차전지용 캡플레이트 제조방법 및 이로부터 제조되는 이차전지용 캡플레이트
DE102022120002A1 (de) 2022-08-09 2024-02-15 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Deckel einer Rundzelle einer Traktionsbatterie und Verfahren zum Herstellen desselben
DE102023127572B3 (de) 2023-10-10 2024-05-08 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen einer Rundzelle einer Traktionsbatterie

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4803136A (en) * 1985-09-30 1989-02-07 Emerson Electric Co. Method of manufacturing a safety vented container and product
CN2338881Y (zh) * 1998-08-26 1999-09-15 北京有色金属研究总院 密封电池防爆安全帽
CN2824298Y (zh) * 2005-08-02 2006-10-04 周基平 一种电池防爆盖板及具有此盖板的锂离子电池

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3222952B2 (ja) 1992-10-28 2001-10-29 三洋電機株式会社 防爆型の密閉電池
JPH07254402A (ja) * 1994-03-15 1995-10-03 Toshiba Battery Co Ltd 密閉形電池
JP3565580B2 (ja) 1994-06-24 2004-09-15 Ｆｄｋ株式会社 防爆安全装置を備えた電池とその製造方法
US5741606A (en) 1995-07-31 1998-04-21 Polystor Corporation Overcharge protection battery vent
DE69635250T2 (de) 1995-10-31 2006-07-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma Explosionssichere Dichtungsplatte für hermetische Zelle und Herstellungsverfahren
US5853912A (en) * 1996-07-10 1998-12-29 Saft America, Inc. Lithium ion electrochemical cell with safety valve electrical disconnect
JP3392656B2 (ja) 1996-09-19 2003-03-31 松下電器産業株式会社 防爆型電池缶
US6730430B2 (en) 2001-07-09 2004-05-04 Nan Ya Plastics Corporation Explosion-proof safety structure for column shape lithium battery
JP3786074B2 (ja) 2002-10-10 2006-06-14 新神戸電機株式会社 密閉型電池
JP4612321B2 (ja) 2003-04-04 2011-01-12 株式会社東芝 非水電解質二次電池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4803136A (en) * 1985-09-30 1989-02-07 Emerson Electric Co. Method of manufacturing a safety vented container and product
CN2338881Y (zh) * 1998-08-26 1999-09-15 北京有色金属研究总院 密封电池防爆安全帽
CN2824298Y (zh) * 2005-08-02 2006-10-04 周基平 一种电池防爆盖板及具有此盖板的锂离子电池

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开平10-92397A 1998.04.10

Also Published As

Publication number Publication date
DE602007009018D1 (de) 2010-10-21
JP4346637B2 (ja) 2009-10-21
EP1926161B1 (en) 2010-09-08
CN101188280A (zh) 2008-05-28
US20080182159A1 (en) 2008-07-31
EP1926161A2 (en) 2008-05-28
US7771863B2 (en) 2010-08-10
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JP2008130482A (ja) 2008-06-05

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