CN102544424B - 电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池，能够通过提高发电单元相对于电池容器内的容积所占的比例，提高电池的能量密度，也提高盖体的刚性。电池(1)具有将收纳于电池容器(2)内的发电单元(3)与外部端子(14，15)电连接的集电体(12，13)；将负极集电体(12)固定在盖体(4)上的铆钉(22)的铆接头部(22c)收纳在盖体(4)上作为被卡合部(11)内的空间的卡合凹部(11a)中；正极集电体(13)通过正极外部端子(15)的轴部(15b)铆接接合在盖体(4)上，并且，轴部(15b)的前端的铆接头部(15c)收纳在作为被卡合部(11)内的空间的卡合凹部(11a)中；铆接头部(22c，15c)没有从盖体(4)的下表面(4a)突出，将发电单元(3)与盖体(4)之间的间隙空间(S)设定为最小限度。

Description

电池
技术领域
本发明涉及包括非水电解质二次电池的电池。
背景技术
非水电解质二次电池等电池具有将收纳于电池容器内的发电单元的正极和负极分别与正负外部端子电连接的正负集电体。集电体通过使用例如铆钉的铆接(カシメ)等方法固定在密封电池容器的上端开口的盖体上(例如参照专利文献1)。而且，在集电体的基部(与外部电极电连接的部分)上一体地设有用来与盖体铆接接合的轴状部的电池也是公知的(参照专利文献2)。
专利文献1：(日本)特开2003-346882号公报(图1)
专利文献2：(日本)特开2009-277604号公报(图2)
发电单元相对于电池容器的容积所占的比例越高，越能获得高能量密度。现有的电池的盖体大致为平板状，位于电池容器内的铆钉的铆接头部从盖体的下表面进一步向下方突出。因此，发电单元的上端位置不是在盖体的下表面附近，而是必须设定在更下方的铆钉的铆接头部附近。换言之，因为铆钉的铆接头部突出，所以在发电单元的上端与盖体的下端之间存在死区。在这一点上，现有的电池不能充分提高发电单元相对于电池容器的容积所占的比例，从而不能实现高能量密度。
在如专利文献2所公开的电池那样，在集电体的基部设有用于铆接接合的轴状部的情况下，基部位于盖体的下表面侧。因此，发电单元的上端位置不是在盖体的下表面附近，而必须设定在位于更下方的基部的下表面附近。因此，该情况下也不可避免地存在死区，所以不能充分提高发电单元相对于电池容器的容积所占的比例，从而不能实现高能量密度。
发明内容
本发明的目的是通过提高发电单元相对于电池容器内的容积所占的比例来提高能量密度。
本发明的第一方面提供一种电池，该电池具有：收纳于电池容器内的发电单元、至少一部分配置在密封所述电池容器开口的盖体的外部的外部端子、电连接所述发电单元与所述外部端子的集电体、以及用来将所述集电体固定在所述盖体的接合部件，并且在形成于所述盖体的内表面的凹部中收纳所述接合部件的头部。
接合部件的头部收纳在形成于盖体的内表面的凹部中，没有从盖体的内表面突出。因此，能够将发电单元的端部位置设定在盖体的内表面附近的位置，将发电单元与盖体之间的间隙空间限制在必要的最小限度内。换言之，因为接合部件的头部没有从盖体突出，所以能够消除发电单元与盖体的内表面之间的死区。其结果就是能够充分提高发电单元相对于电池容器的容积所占的比例，从而能够实现高能量密度。
优选所述凹部是所述盖体的一部分向外侧鼓出的鼓出部的内侧空间。
通过设置使盖体的一部分鼓出的立体的鼓出部，能够使该鼓出部部分的截面模量大于单纯为平板状时的截面模量，不会由于重量增加等原因而增加厚度，能够提高盖体的刚性。
进而优选所述鼓出部是通过对所述盖体进行拉深(絞り)加工而形成。
通过拉深加工形成鼓出部，可以在盖体的鼓出部周边产生加工硬化，局部地增加屈服应力，进一步提高盖体的刚性。
例如，所述接合部件为铆钉。
铆钉可以只将集电体固定在盖体上，也可以将集电体与外部电极这双方都固定在盖体上，在该情况下，所述外部端子具有配置在所述盖体的外部的板状体，所述铆钉具有被压入形成于所述板状体的贯通孔中的凸缘部，和从所述凸缘部向所述凹部内突出并在前端形成所述头部的轴部。
作为替代方案，所述接合部件也可以是所述外部端子。
在该情况下，所述外部端子具有配置在盖体的外部的板状体，和从所述板状部向盖体的内部突出并在前端形成所述头部的轴部。
本发明的第二方面提供一种电池，该电池具有：收纳于电池容器内的发电单元、至少一部分配置在密封所述电池容器开口的盖体的外部的外部端子、以及电连接所述发电单元与所述外部端子的集电体，与所述外部端子电连接的所述集电体的基部的至少一部分收纳在形成于所述盖体的内表面的凹部中。
集电体的基部的至少一部分收纳在形成于盖体的内表面的凹部中，没有从盖体的内表面突出。因此，能够将发电单元的端部位置设定在盖体的内表面附近的位置，可以将发电单元与盖体之间的间隙空间限制在必要的最小限度内。换言之，由于集电体的基部没有从盖体突出，所以能够消除发电单元与盖体的内表面之间的死区。其结果就是能够充分提高发电单元相对于电池容器的容积所占的比例，从而能够实现高能量密度。
在本发明的第一方面的电池中，例如作为铆钉或外部电极的轴部的接合部件的头部收纳在形成于盖体的内表面上的凹部中，没有从盖体的内表面突出。因此，可以将发电单元与盖体之间的间隙空间设定在必要的最小限度内而消除死区。其结果就是能够充分提高发电单元相对于电池容器的容积所占的比例，从而能够实现高能量密度。
同样，在本发明的第二方面的电池中，集电体的基部收纳在形成于盖体的内表面上的凹部中，没有从盖体的内表面突出。因此可以将发电单元与盖体之间的间隙空间设定在必要的最小限度内而消除死区。其结果就是能够充分提高发电单元相对于电池容器的容积所占的比例，能够实现高能量密度。
而且，将盖体的一部分向外侧鼓出的立体鼓出部的内侧空间作为凹部，比单纯为平板状时增加了该部分的截面模量，不会由于增加重量等原因而增大厚度，能够提高盖体的刚性，特别是通过拉深加工形成鼓出部，能够通过加工硬化进一步提高盖体的刚性。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的电池的正面剖面图；
图2是图1的部分II的放大图；
图3是图1的部分III的放大图；
图4是从上方观察图1的盖体的立体图；
图5是从下方观察图1的盖体的立体图；
图6是图5的分解立体图；
图7是本发明的第二实施方式的电池的局部剖面放大图。
附图标记说明
1非水电解质二次电池；2电池容器；3发电单元；4盖体；4a下表面；4b上表面；5负极；6正极；7分离膜；8安全阀；9注液孔；10夹具；11被卡合部；11a卡合凹部；11b 导向凹部；11c贯通孔；12负极集电体；13正极集电体；14负极外部端子；15正极外部端子；15a板状体；15b轴部；15c铆接头部；16上密封垫；16a隔板；16b端子保持凹部；16c安装用凹部；16d筒状部；16e舌状部；16f卡合孔；17负极下密封垫；17a被铆接部(被カシメ部)；17b平坦部；17c贯通孔；18正极下密封垫；19卡止突部；21板状体；21a贯通孔；22铆钉；22a凸缘部；22b轴部；22c铆接头部；31基部；32脚部；33被铆接部；33a贯通孔；34基座部；35连结部；41铆钉；41a铆接头部；41b轴部；42负极外部端子；42a头部；42b轴部；43连接杆；43a，43b贯通孔。
具体实施方式
以下参照附图，详细地说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
图1表示本发明的实施方式的非水电解质二次电池1(以下简称为电池)。该电池1在由铝或铝合金等构成的长方体状的电池容器2内收纳发电单元3，并且，由盖体4密封电池容器2的上端开口。在盖体4的外部露出负极外部端子14和正极外部端子15的上表面。
发电单元3的结构是在由铜箔形成的负极5与由铝箔形成的正极6之间配置由多孔性树脂膜构成的分离膜7，这些部件均为带状，在分离膜7的宽度方向的相反两侧上分别配置负极5和正极6，在正负极位置错开的状态下，卷成扁平状。发电单元3的负极5经由负极集电体12与负极外部端子14电连接，正极6经由正极集电体13与正极外部端子15电连接。
同时参照图4至图6可知，盖体4是俯视为矩形的纵长的金属制板状，在纵长方向的中央附近安装安全阀8，在一端侧设有注液孔9。
在盖体4的两端部上分别形成从上表面4b向上方鼓出的、俯视为大致矩形的被卡合部(鼓出部)11，在各被卡合部11，使盖体4的下表面4a凹陷，形成卡合凹部11a。而且，在盖体4的下表面4a上，除卡合凹部11a的一边以外，在其他边的周围分别形成浅的导向凹部11b。在构成卡合凹部11a的顶面的中心部分形成贯通孔11c。
在图中左侧的被卡合部11及导向凹部11b上，经由上密封垫16和负极下密封垫17分别安装负极外部端子14及负极集电体12。
上密封垫16是通过隔板16a划分为上方侧的端子保持凹部16b与下方侧的安装用凹部16c的树脂制部件，在隔板16a的中央部分设有向下方延伸的、两端开口的筒状部16d。上密封垫16从上方覆盖被卡合部11，通过在安装用凹部16c内收纳被卡合部11而安装在盖体4上。筒状部16d插入贯通孔11c中而进入卡合凹部11a内。而且，在上密封垫16所具有的两个舌状片16e的卡止孔16f中插入从盖体4的上表面4b突出的卡止突部19。
负极下密封垫17具有配置在盖体4的卡合凹部11a内的被铆接部17a，和与该被铆接部17a连续设置、配置在被卡合部11的导向凹部11b中的平坦部17b。被铆接部17a的形状与除了被卡合部11的卡合凹部11a的一边以外的其他部分的内表面的形状相吻合。在被铆接部17a上形成贯通孔17c。上密封垫16的筒状部16d的下端附近插入该贯通孔17c中。
负极外部端子14具有俯视为矩形的铝制的板状体21、和铜制的铆钉(铆接接合部件)22。铆钉22的凸缘部22a被压入形成于板状体21的中央部分的贯通孔21a中，而轴部22b以突出的状态固定在板状部21上。板状体21收纳在上密封垫16的端子保持凹部16b中。
将铜制的板材进行冲压加工而制造出来的负极集电体12具有基部31、和一对脚部32，32。基部31具有收纳在卡合凹部11a内、与负极下密封垫17的被铆接部17a的下侧重叠配置的被铆接部33，以及在与卡合凹部11a相邻的位置上与负极下密封垫17的平坦部17b的下侧重叠设置的基座部34。在被铆接部33的中央形成用来插入负极外部端子14的铆钉22的轴部22b的贯通孔33a，脚部32，32从基座部34延伸，通过仅在图1中示意性地表示的夹具10，与发电单元3的负极5电连接，并且与之机械连结。
在将负极外部端子14的铆钉22的轴部22b插入上密封垫16的筒状部16d及形成于负极集电体12的被铆接部33的贯通孔33a后，按压其前端而使之扩张，形成铆接头部22c，由此，将负极外部端子14、上密封垫16、负极下密封垫17以及负极集电体12的被铆接部33铆接在盖体4上。而且，负极集电体12的被铆接部33经由铆钉22与负极外部端子14的板状体21电连接。
在图中右侧的被卡合部11及导向凹部11b上经由上密封垫16及正极下密封垫18分别安装正极外部端子15及正极集电体13。
与负极侧相同，上密封垫16安装在被卡合部11上。另一方面，正极侧下密封垫18是设有贯通孔18a的平板状，配置在卡合凹部11a内。
正极外部端子(铆接接合部件)15为铝制部件，具有俯视为矩形的板状体15a和从其下表面中央部突出的筒状的轴部15b。板状体15a收纳在上密封垫16的端子保持凹部16b中。
对铝制的板材进行冲压加工而制造出来的正极集电体13与负极集电体12具有相同的结构，对于与负极集电体12相似乃至相同的单元，在图中使用相同的标记。在正极集电体13的基部31中，被铆接部33虽然收纳在卡合凹部11a内，与正极下密封垫18重叠配置，但配置在与卡合凹部11a相邻位置上的基座部34未经由正极下密封垫18而配置在盖体4的下表面4a上。正极集电体13的脚部32，32通过仅在图1中示意性表示的夹具10与发电单元3的正极6电连接，并且与之机械连结。
将正极外部端子15的轴部15b插入上密封垫16的筒状部16d及形成于正极集电体13的被铆接部33上的贯通孔33a中之后，按压扩展前端，形成铆接头部15c，在盖体4上铆接接合正极外部端子15、上密封垫16、正极下密封垫18以及正极集电体13的被铆接部33。正极集电体13的被铆接部33通过与轴部15b的一部分直接接触，与正极外部端子15电连接。
在图2中最清晰地表示出，将负极集电体12的被铆接部33铆接接合在盖体4上的铆钉22的轴部22a前端的铆接头部22c收纳在形成于盖体4的下表面的卡合凹部11a中，没有从盖体4的下表面向下方突出。同样地，在图3中最清晰地表示出，将正极集电体13的被铆接部33铆接接合在盖体上的正极外部端子15的轴部15b前端的铆接头部15c收纳在形成于盖体4的下表面的卡合凹部11a中，没有从盖体4的下表面向下方突出。
这样，在负极侧及正极侧的任一侧上，将集电体12，13铆接接合在盖体4上的铆接头部22c，15c收纳在卡合凹部11a内，都没有从盖体4的下表面4a突出。因此，能够将发电单元3的上端位置设定在盖体4的下表面附近，将发电单元3与盖体4之间的间隙空间(图2及图3中以标记S示意性地表示)限制在所需的最小限度内。例如，在将电解液从注液孔9向电池容器2内注入时，将间隙空间S设定为能够确保电解液顺畅流动的最小间隙。这样，因为铆接头部22c，15c没有从盖体4突出，所以，能够消除发电单元3与盖体4的下表面4a之间的死区。其结果就是能够充分提高发电单元3相对于电池容器2的容积所占的比例，能够实现高能量密度。
例如，当从电池容器2的底部至盖体4的下表面4a的高度为100mm时，如果假设现有电池的能量密度为100Wh/L，则本实施方式的铆接头部22c，15c通过采用收纳于卡合凹部11a内的结构，能够使能量密度提高至104Wh/L。
而且，当假设没有将铆接头部22c，15c收纳在卡合凹部11a中、而是配置在盖体4的下表面4a接近发电单元3的上端时，因为铆接头部22c与负极集电体12的被铆接部33之间的接触电阻、或者铆接头部15c与正极集电体13的被铆接部33之间的接触电阻而发热，可能会产生分离膜7收缩等的发电单元3的劣化。但是，在本实施方式中，因为将铆接头部22c，15c收纳在卡合凹部11a中，所以无论是否将发电单元3接近盖体4的下表面配置，作为因接触电阻而发热的部位的铆接头部22c，15c和集电体12，13的接触部分与发电单元3具有足够的距离。即在本实施方式中，将铆接头部22c，15c收纳在卡合凹部11a中，不会由于接触电阻引起的发热而导致发电单元3的劣化，实现了能量密度的提高。
在本实施方式中，设置使盖体4的一部分立体地鼓出的被卡合部11，将其内部作为收纳铆接头部22c，15c的卡合凹部11a。通过设置立体地鼓出的被卡合部11，在该部分上的截面模量大于单纯为平板状时的截面模量，不会由于重量增加等原因而增大厚度，能够提高盖体4的刚性。
而且，在本实施方式中，通过对盖体4进行拉深加工，而设置被卡合部11(卡合凹部11a)。因此，在盖体4的被卡合部11的周边，产生加工硬化，局部地增加屈服应力，能够抑制盖体4的塑性变形。即通过拉深加工形成被卡合部11，能够提高盖体4的刚性。
例如，当盖体4的材质为A1050时，如果在现有的电池上作用数十N～数百N左右的外力，则在外部端子14，15的部分盖体4产生变形；与此相对，通过本实施方式的拉深加工设置鼓出的被卡合部11，即使有数百N～1000N左右的外力，盖体4也不会产生变形。
在图2中最清楚地表示出，负极集电体12的基部31中，插入有铆钉22的轴部22b的被铆接部33收纳在形成于盖体4的下表面的卡合凹部11a中，没有从盖体4的下表面向下方突出。同样地，在图3中最清楚地表示出，正极集电体13的被铆接部33收纳在形成于盖体4的下表面的卡合凹部11a中，没有从盖体4的下方向下方突出。
这样，在负极侧及正极侧的任一侧上，集电体12，13的基部31中的被铆接部33都收纳在卡合凹部11a内，没有从盖体4的下表面4a突出，所以能够消除发电单元3与盖体4的下表面4a之间的死区。其结果就是能够充分提高发电单元3相对于电池容器2的容积所占的比例，能够实现高能量密度。
(第二实施方式)
图7表示本发明的第二实施方式的电池1，在图7中只图示了负极侧，正极侧的结构也是相同的。
本实施方式的负极外部端子42为具有头部42a和形成有外螺纹的轴部42b的螺栓状，铆钉41与负极外部端子42经由连接杆43电连接。具体地说，在上密封垫16的上表面的凹部中收纳负极外部端子42的头部42a，向上方突出的轴部42b插入连接杆43的贯通孔43a中，另一方面，铆钉41的轴部41b的上端铆接接合在连接杆43的另一个贯通孔43b上。而且，铆钉41的轴部41b插入上密封垫16的筒状部16d与负极集电体12的被铆接部33的贯通孔33a中而进入卡合凹部11a内，按压扩展位于卡合凹部11a的轴部41b的前端而形成铆接头部41a。
铆钉41的下端的铆接头部41a收纳在设置于盖体4的下表面4a上的卡合凹部11a内，没有从盖体4的下表面4a向下方突出。因此，将发电单元3与盖体4之间的空隙空间S限制在所需的最小限度内，能够充分提高发电单元3相对于电池容器2的容积所占的比例，能够实现高能量密度。
而且，卡合凹部11a是通过盖体4的拉深加工立体地向外部鼓出而形成的被卡合部11的内部空间，通过增加被卡合部11部分的截面模量、以及在盖体4的被卡合部11的周边产生加工硬化，不会由于重量增加等原因而增加厚度，能够提高盖体4的刚性。
进而，负极集电体12的被铆接部33收纳在卡合凹部11a内，没有从盖体4的下表面突出。基于这一点，能够消除发电单元3与盖体4的下表面4a之间的死区。其结果是能够充分提高发电单元3相对于电池容器2的容积所占的比例，能够实现高能量密度。
因为第二实施方式的其他结构及作用与第一实施方式相同，所以，对于相同的部件使用相同的附图标记，省略其说明。
本发明不限于所述实施方式，例如可以按照以下列举的那样进行各种变形。
即使在厚度较大的平板状的盖体的下表面设有沟槽状凹部的结构中，即不使盖体鼓出而是设有凹部的结构中，通过将铆接头部收纳在该凹部中，也能够提高发电单元在电池容器内所占的比例，能够实现提高能量密度的效果。
在第一及第二实施方式中，收纳于卡合凹部11a内的铆接头部15c，22c，41a以及集电体12，13的基部33没有从盖体4的下表面4a突出。然而，只要能够提高发电单元在电池容器内所占的比例，实现提高能量密度的效果，不一定需要将铆接头部及集电体的基部完全收纳在卡合凹部内，也可以从盖体的下表面略微突出。
上面以非水电解质二次电池为例说明了本发明，对于非水电解质二次电池以外的其他电池中也适用本发明。

Claims (10)

1.一种电池，其特征在于，具有：
收纳在电池容器内的发电单元，
至少一部分配置在密封所述电池容器开口的盖体的外部的外部端子，
电连接所述发电单元与所述外部端子的集电体，
用来在所述盖体上固定所述集电体的接合部件；
所述集电体具有基部和从基部延伸的脚部，在基部形成有用于使接合部件插入的贯通孔，
在形成于所述盖体的内表面的凹部中一并收纳所述集电体的基部的至少一部分和所述接合部件的头部，使所述集电体的基部的所述至少一部分和所述接合部件的头部不从所述盖体的内表面向下方突出。
2.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述凹部是所述盖体的一部分向外侧鼓出的鼓出部的内侧空间。
3.如权利要求2所述的电池，其特征在于，所述鼓出部是通过对所述盖体进行拉深加工而形成的。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的电池，其特征在于，所述接合部件为铆钉。
5.如权利要求4所述的电池，其特征在于，所述外部端子具有配置在所述盖体的外部的板状体；
所述铆钉具有：压入形成于所述板状体的贯通孔中的凸缘部，和从所述凸缘部向所述凹部内突出并在前端形成所述头部的轴部。
6.如权利要求1至3中的任一项所述的电池，其特征在于，所述接合部件为所述外部端子。
7.如权利要求6所述的电池，其特征在于，所述外部端子具有：
配置于盖体的外部的板状体；
和从所述板状部向盖体的内部突出并在前端形成所述头部的轴部。
8.一种电池，其特征在于，具有：
收纳在电池容器内的发电单元，
至少一部分配置在密封所述电池容器的开口的盖体的外部的外部端子，
电连接所述发电单元和所述外部端子的集电体，
用来在所述盖体上固定所述集电体的接合部件；
与所述外部端子电连接的所述集电体的基部的至少一部分收纳在形成于所述盖体的内表面的凹部中，使所述集电体的基部的所述至少一部分和所述接合部件的头部不从所述盖体的内表面向下方突出。
9.如权利要求8所述的电池，其特征在于，所述凹部是所述盖体的一部分向外部鼓出的鼓出部的内侧空间。
10.如权利要求9所述的电池，其特征在于，所述鼓出部是通过对所述盖体进行拉深加工而形成的。
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