CN101257104B - 非水电解质二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种非水电解质电池，包括：电池罐容器，容放通过缠绕由隔板隔离的带状阳极和阴极形成的缠绕电极体和电解液；阳极端子，通过垫圈固定到电池罐容器；以及安全阀，结合在阳极端子和缠绕电极体之间。安全阀包括环形形状的安全盖、环形形状的推件盘和环形形状的盘架，盘架将推件盘容放在安全盖中，以将安全盖和其中的推件盘固定并成为一体。

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，特别是，涉及带有安全阀(安全机构)的非水电解质二次电池，更具体地讲带有安全盖。
背景技术
作为一个实例，已知一种带有构造为如图8所示的安全阀50的非水电解质二次电池。形状类似于安全盖51的盘架53设置在安全盖51上，从而安全盖51的凸起52容放其中，形状类似于盘架53的推件盘(stripper disk)54设置在盘架53上，从而盘架53容放其中(例如，见日本未审查专利申请公开第2001-307706号(下文称为“专利文献1”))。
作为非水电解质二次电池的另一个实例，已知构造为类似于图8所示的实例的电池(例如，见日本专利公告第2701375号和第3555240号(下文分别称为“专利文献2”和“专利文献3”)和日本未审查专利申请公开第2001-325942号(下文称为“专利文献4”))。
发明内容
然而，在专利文献1、2、3和4中所揭示的每个已知的非水电解质二次电池中，都堆叠了安全盖、盘架和推件盘。因此，安全盖的上表面和推件盘的下表面之间的高度很大，以使得该堆叠体突出进入电池的内部空间，由此减少了内部容积，并且因此使其很可能妨碍更高的电池容量。
考虑到上述情况，希望提供一种非水电解质二次电池，通过降低安全盖的上表面和推件盘的下表面之间的高度以增加电池的内部容积而不改变电池的总高度，从而可以提供更高的电池容量。
根据本发明的实施例，提供有一种非水电解质二次电池，包括：电池罐容器(battery can container)，容放通过缠绕由隔板隔离的带状阳极和阴极形成的缠绕电极体和电解液；阳极端子，通过垫圈固定到电池罐容器上；以及安全阀，结合在阳极端子和缠绕的电极主体之间。安全阀包括环形形状的安全盖、环形形状的推件盘和环形形状的盘架，该环形形状的盘架容放环形形状的安全盖和环形形状的推件盘，从而固定了环形形状的盘架和环形形状的推件盘并成为一体。
根据具有上述构造的非水电解质二次电池，安全阀通过在环形安全盖中容放环形推件盘并且将推件盘与环形盘架固定且形成一体而成型。结果，推件盘适合于安全盖的高度，从而降低了安全盖的上表面和推件盘的下表面之间的高度，在没有改变总高度的情况下增加了电池的内部容积，由此提供更高容量的电池。
此外，安全盖可以形成有用于在其中容放盘架的环形凸起，并且该凸起可以具有用于防止盘架脱落而形成的防脱落部分。
根据上述非水电解质二次电池，如果盘架以将盘架安装在安全盖的凸起的防脱落部分中的方式成型，则盘架可以在盘架与安全盖一体成型期间临时固定，使得盘架被精确地一体成型，而不会导致由防脱落部分定位的盘架偏离其位置。
此外，安全盖还可以形成用于控制开裂压力的外侧刻痕和用于控制折断压力的内侧刻痕。
根据上述的非水电解质二次电池，如果非水电解质二次电池过充电或者由于错误使用导致的短路而引起大的电流流动，当电解液溶解以产生气体而增加电池罐容器中的内压时，则通过安全盖经由外侧刻痕变形或者剪断可以控制开裂压力，并且通过安全盖经由内侧刻痕变形来控制开裂压力。
此外，上述盘架可以通过嵌件注塑成型热塑性树脂形成。该技术的基本概念是在模具之间插入板(金属板)为基底，并且通过对热塑性树脂上进行单次嵌件注塑成型操作来提供任何必要的机构或功能组件等。
根据上述的非水电解质二次电池，通过嵌件注塑成型热塑性树脂，且盘架将推件盘固定到安全盖上，使推件盘容放在安全盖中。结果，该盘架可以固定安全盖和推件盘，并且使得它们的尺寸误差被吸收。
此外，上述盘架的热塑性树脂可以是聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)中的任何一个。
根据上述的非水电解质二次电池，因为采用聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)中任何一个作为盘架的热塑性树脂，所以可以采用绝缘且相对便宜的树脂材料实现容易的成型。
根据上述的非水电解质二次电池，通过增加电池的内部容积可以提供实现更高电池容量的非水电解质二次电池。
附图说明
图1是根据本发明实施例的非水电解质二次电池的截面图；
图2A是仅示出图1所示的非水电解质二次电池所采用的安全盖的截面图；
图2B是图2A的仰视图；
图3A是仅示出图1所示的非水电解质二次电池所采用的推件盘的平面图；
图3B是沿着图3A的I-I线剖取的截面图；
图4A至4C是图示图1所示的非水电解质二次电池装配工艺的局部剖面图；
图5A是图1所示的非水电解质二次电池中安全阀的截面图；
图5B是图5A的仰视图；
图6是图1所示的非水电解质二次电池中外装罐的局部剖面图；
图7是图示图1所示的非水电解质二次电池运行的安全阀周边部分的截面图；
图8是常规非水电解质二次电池的安全阀的截面图。
具体实施方式
现在将参照图1至7描述本发明的实施例。
图1是根据本发明实施例的非水电解质二次电池的截面图；图2A是示出图1所示的非水电解质二次电池所采用的安全盖组件的截面图；图2B是图2A的仰视图；图3A是仅示出图1所示的非水电解质二次电池所采用的推件盘的平面图；图3B是沿着图3A的I-I线剖取的截面图；图4A至4C是图示图1所示的非水电解质二次电池装配工艺的局部剖面图；图5A是图1所示的非水电解质二次电池中安全阀的截面图；图5B是图5A的仰视图；图6是图1所示的非水电解质二次电池中外装罐的局部剖面图；图7是图示图1所示的非水电解质二次电池运行的安全阀周边部分的截面图。
如图1所示，本发明实施例的非水电解质二次电池10包括缠绕电极体11、阳极绝缘板12、阳极引线13、阴极绝缘板14、阴极引线15、形成电池罐容器的阴极侧的外装罐16、形成电池罐容器阳极侧的阳极端子17、正温度系数(PTC)元件18、垫圈19和具有安全盖21、推件盘22和盘架23的安全阀20。非水电解质二次电池10是其中填充有电解液(未示出)的锂离子二次电池。
缠绕电极体11通过螺旋层叠或者缠绕通过隔板彼此相对的带状阳极和带状阴极形成。阳极形成来使得阳极活性材料涂敷在15μm至40μm厚的铝(Al)阳极集流体的两个表面上。阳极活性材料由LiCoO2和LiMn2O4的活性材料、导电剂和粘合剂制造。阴极这样形成来使得阴极活性材料涂敷在15μm至40μm厚的由铁、镍、镀镍铁(nickel-plated iron)、铜或者铜合金制造的阴极集流体的两个表面上。阴极活性材料由硬碳、石墨和粘合剂制造。隔板采用离子渗透聚乙烯(PE)或者聚苯乙烯(PS)微孔膜形成。
阳极绝缘板12装配到缠绕电极体11的阳极侧，阳极引线13由铝制造并且在没有涂敷阳极活性材料的位置电连接到缠绕电极体11的阳极侧的端部，该阳极引线13朝着安全阀20插入。
阴极绝缘板14装配到缠绕电极体11的阴极侧，阴极引线15由镍制造并且在没有涂敷阴极活性材料的位置电连接到缠绕电极体11的阴极侧的端部，并且该阴极引线15电连接到外装罐16的底部。
外装罐16采用导电的镀镍铁或者不锈钢等通过模压形成为带底的圆筒，并且具有阳极侧上的开口。
阳极端子17采用导电的镀镍铁或者不锈钢等通过模压形成为其中央部分凸起的圆盘，类似于外装罐16。
PTC(正温度系数)元件18是复合电阻器，其中导电粒子如碳黑混合到聚合材料中。PTC元件18为带孔的圆盘形状，并且安装成夹设在阳极端子17和安全阀20的安全盖21之间。PTC元件18由于其电阻随着温度的增加而增加从而在短路时屏蔽电流。
垫圈19是由树脂制造的成型产品，并且通过将阳极端子17和安全阀20装配在其内部且此后填塞外装罐16，从而绝缘地将阳极端子17和安全阀20设置在外装罐16内。
采用六氟磷酸锂(LiPF6)作为溶质以及单独或者结合使用例如碳酸乙二酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)或者碳酸二乙酯(DEC)的非水溶剂，来制备浓度范围为0.5mol/dm3至2mol/dm3的电解液。
如图4A至4C和5A与5B所示，安全阀20具有安全盖21和推件盘22，并且形成来使得盘架23在安全盖21中嵌件注塑成型(outsert-molded)，且此后通过在其中容放和固定推件盘而一体化。
如图2A和2B所示，安全盖21这样形成，铝(Al)基材料被冲压成预定形状并且此后被模压，由此形成在基板24中央部分凸起的接触部分25，并且形成在接触部分25外侧凸起的环形堵塞凸起26。
沿着堵塞凸起26的内圆周部分，形成防脱落构件27，该防脱落构件27具有朝着外圆周开槽并且朝着内圆周突起的不平坦表面。堵塞凸起26形成为在接触部分25的圆周外侧的环形，由此提供防止基板24和接触部分25的变形和位置偏离的功能。接触部分25通常与推件盘22和阳极引线13电电接触。
在安全盖21中，用于控制折断压力的内侧刻痕(inside inscription)28在基板24的上表面中环形地开槽，并且用于控制开裂压力的外侧刻痕(outside inscription)29在基板24的下表面中环形地开槽。内侧刻痕28的直径为例如φ2.6mm，而外侧刻痕29的直径为例如φ8.0mm。
如图3A和3B所示，推件盘22通过冲压铝(Al)基材料成预定形状而成型为圆盘。该成型圆盘的外径为可装入安全盖21的堵塞凸起26内，并且在中央部分中具有接触孔30。在推件盘22中，三个贯通孔31以等间隔形成在接触插入孔30的圆周周围。
接下来参照图4A至4C，将描述非水电解质二次电池10中的安全阀20的制造工艺。应当注意的是，该描述仅给出安全阀20的外围部分。
如图4A所示，盘架23采用注射成型法形成。在模具中注入下面的任何一种熔化的绝缘热塑性树脂，其中包括聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，然后冷却以形成具有环形形状的盘架23，并且从半截面上观察时其基本上为Z状。
在图4A所示的第一步骤中，盘架23嵌件注塑成型在安全盖21中，以便内配合到安全盖21的堵塞凸起26的防脱落构件27。此时，盘架23配合到防脱落构件27，从而盘架23不可能易于脱落，并且因此由于被安全盖21保持在适当位置从而成型为没有位置偏离。法兰32突出在堵塞凸起26的凸起方向上。
如图4B所示，在第二步骤中，推件盘22内配合在盘架23的内圆周部分中，法兰32从这里在堵塞凸起26的凸起方向上突出，其后盘架23的法兰32朝着推件盘22热填塞。
如图4C所示，当法兰32朝着推件盘22热填塞时，推件盘22通过盘架23与安全盖21一体结合。由此制造了安全阀20。然后，安全盖21与PTC元件18和阳极端子17一起内配合到垫圈19，并且外装罐16的开口侧向内填塞。
通过安装阳极端子17和阳极引线13来装配安全阀20，该阳极端子17和阳极引线13二者的结构类似于通常采用的阳极端子和阳极引线的结构。然而，因为推件盘22在装入安全盖21的堵塞凸起26的内圆周侧后通过盘架23嵌件注塑成型在安全盖21中，所以降低了安全盖21的上表面和推件盘22的下表面之间的高度，以使得阳极端子17的上表面和阳极引线13的下表面之间的高度L1(见图1)等于3.5mm，与通常采用的元件相比，该值非常小。
如图5A和5B所示，安全阀20构造来使得基板24靠近推件盘22的贯通孔31设置，这是由于推件盘22容放在安全盖21的堵塞凸起26的内圆周侧上。结果，内压力通过推件盘22的贯通孔31直接施加到安全盖21的基板24上。
如图6所示，在外装罐16中，安全盖21、PTC元件18和阳极端子17通过垫圈19填塞。然后，具有小的圆缘部分33的外装罐16，在垫圈19的上端部处的径向上具有以大角度(例如30度)填塞的卷曲部分34，由此抑制了垫圈19松脱，并且防止卷曲部分34松弛。
如图7所示，如果非水电解质二次电池被过充电或者由于错误使用导致短路而引起大的电流流动，当电解液溶解以产生气体而增加了由外装罐16和阳极端子17围绕的电池罐容器中的内压时，则安全阀20如下控制开裂压力。即安全盖21中的基板24的中央部分通过外侧刻痕29朝着阳极端子17变形，或者外侧刻痕29破坏以使得接触部分25与推件盘22和阳极引线13屏蔽。此外，基板24在内侧刻痕28处的内侧部分随着内压的变动通过内侧刻痕28变形，由此控制折断压力。
实例
接下来，将描述用于证明根据本发明实施例的非水电解质二次电池10的优点所制备的实例。
电池容量的测量
作为比较实例，准备从阳极端子的上表面到阳极引线的下表面的高度为4.3mm的非水电解质二次电池。然后，测量电池容量。
表1
    比较实例     实例
阳极端子上表面和阳极引线下表面之间的高度(mm) 4.3 3.5
电池容量(mAh)     2500     2535
由表1可见，根据比较实例的非水电解质二次电池呈现的电池容量为2500mAh，而根据实施例的非水电解质二次电池10呈现的电池容量为2535mAh，显示出电池容量可以增加35mAh或者20％。这是因为这样的事实，非水电解质二次电池10的安全阀20形成为使得安全盖21在其中容纳了推件盘22，并且推件盘22与盘架23固定并且成为一体。
如前所述，在非水电解质二次电池10中，通过在环形安全盖21中容放环形推件盘22，并且通过使推件盘22与环形盘架23固定并且成为一体，从而形成安全阀20。结果，推件盘22适合于安全盖21的高度，减少了安全盖21的上表面和推件盘22的下表面之间的高度，从而在没有改变电池的总高度的情况下增加了电池的内部容积。因此，能够提供更高的电池容量。
此外，在非水电解质二次电池10中，当盘架23与安全盖21一体成型时，安全盖21可以精确地定位在模具内，由此使得盘架23一体成型而没有位置偏离。
此外，在非水电解质二次电池10中，如果非水电解质二次电池过充电或者由于错误使用导致的短路而引起很大的电流流动，当电解液溶解以产生气体而增加电池罐容器中的内压时，则通过安全盖21的基板24经由外侧刻痕29变形或者剪断来控制开裂压力，并且通过安全盖21的基板24经由内侧刻痕28变形来控制开裂压力。
此外，根据非水电解质二次电池10，通过在安全盖21中容放推件盘22然后嵌件注塑成型热塑性树脂，盘架23将推件盘22固定到安全盖21。结果，盘架23可以固定安全盖21和推件盘22并吸收了它们的尺寸误差。
此外，根据非水电解质二次电池10，盘架23的热塑性树脂是聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)中任意一种。因此，采用绝缘且相对便宜的树脂材料可以进行简单的成型。
应当注意的是，本发明不限于上述实施例或者实例，在不脱离本发明范围和精神的情况下可以进行各种修改。另外，在上述实施例中，各部件的材料、形状、尺寸、数值、形式、数量和位置等是任意的，且因此不构成限制，只要可以实现本发明即可。
本申请要求2007年2月26日提交日本专利局的日本专利申请2007-45431号的优先权，其全部内容在此引作参考。

Claims (12)

1.一种非水电解质二次电池，包括：
电池罐容器，容放通过缠绕由隔板隔离的带状阳极和阴极形成的缠绕电极体和电解液；
阳极端子，通过垫圈固定到该电池罐容器；和
安全阀，结合在该阳极端子和该缠绕电极体之间，
其中该安全阀包括：
环形安全盖；
环形推件盘；和
环形盘架，在该环形安全盖中容放该环形推件盘，该环形推件盘和该环形安全盖被固定并成为一体；
所述推件盘在其中央部分中具有接触插入孔，而安全盖具有形成在安全盖的基板中央部分并凸起的接触部分，所述接触部分插入所述接触插入孔。
2.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池，其中该安全盖形成有环形堵塞凸起用于在其中容放该盘架，并且该凸起具有用于防止该盘架脱落的防脱落部分。
3.根据权利要求1或2所述的非水电解质二次电池，其中该安全盖还形成有用于控制开裂压力的外侧刻痕和用于控制折断压力的内侧刻痕。
4.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池，其中该盘架通过嵌件注塑成型热塑性树脂形成。
5.根据权利要求4所述的非水电解质二次电池，其中该盘架的该热塑性树脂是聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二酯中的任何一个。
6.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池，其中该安全盖通过冲压铝基材料成预定形状且其后对该冲压的铝基材料进行加压加工形成。
7.根据权利要求2所述的非水电解质二次电池，其中该防脱落部分具有不平坦表面，该不平坦表面沿着该凸起的内圆周部分朝着外圆周开槽，并且朝着内圆周突出。
8.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池，其中该推件盘通过冲压铝基材料成预定形状形成，具有适于容放在该安全盖的堵塞凸起内的外径。
9.根据权利要求8所述的非水电解质二次电池，其中该推件盘具有以等间隔形成在该接触插入孔的圆周外部的多个贯通孔。
10.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池，其中该盘架形成为圆环形，并且在半截面上观察时基本上为Z状。
11.根据权利要求4所述的非水电解质二次电池，其中：
该盘架嵌件注塑成型以便内配合在该安全盖的堵塞凸起的防脱落部分中，并且
该盘架的法兰朝着该安全盖的堵塞凸起的凸起方向突出。
12.根据权利要求11所述的非水电解质二次电池，其中：
该推件盘内配合在该盘架的内圆周部分中，并且
该盘架的该法兰朝着该推件盘填塞。
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