CN102696129B - 用于防止衬垫下垂的盖组件以及具有该盖组件的圆柱形二次电池 - Google Patents

用于防止衬垫下垂的盖组件以及具有该盖组件的圆柱形二次电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于防止衬垫下垂的盖组件和一种具有该盖组件的圆柱形二次电池。本发明的盖组件是这样的盖组件，其包括围绕安全气孔外周的主衬垫和围绕CID外周的辅助衬垫，其中主衬垫被辅助衬垫支撑以便不与安全气孔形成空隙。本发明的圆柱形二次电池包括本发明的盖组件。本发明的盖组件采用围绕CID外周的辅助衬垫来防止安置在卷边部分上的主衬垫下垂，从而改善抵抗电解质泄漏的性能。

Description

用于防止衬垫下垂的盖组件以及具有该盖组件的圆柱形二次电池
技术领域
本发明涉及一种包括防止下垂的衬垫的盖组件以及一种包括该盖组件的圆柱形二次电池。
背景技术
根据所采用的电池盒形状，二次电池被分类为圆柱形、棱柱形和袋形。一般来说，圆柱形二次电池包括容纳在圆柱形金属罐中的电极组件，棱柱形电池包括容纳在棱柱形金属罐中的电极组件，袋形电池包括容纳在由铝层压片制成的袋形盒中的电极组件。
容纳在电池盒中的电极组件是能够重复进行充放电循环的发电装置。每个电极组件具有正电极、隔板和负电极的堆叠结构。电极组件根据其结构分类成蛋卷(jelly-roll)型和堆叠型。蛋卷型电极组件通过将隔板置于施加有相应活性材料的长的片状正电极和负电极之间并卷绕该层压物来构造。堆叠型电极组件通过将多个电极单元连续堆叠来构造，每个所述电极单元包括具有预定尺寸的正电极、具有预定尺寸的负电极和置于电极之间的隔板。由于蛋卷型电极组件的优点，包括构造的容易性和单位重量的高能量密度，蛋卷型电极组件最广泛使用在二次电池中。蛋卷型电极组件通常在圆柱形电池中使用。
在充放电期间，蛋卷型电极组件经历重复的膨胀和收缩，作为其结果，它倾向于变形。在充放电过程中，应力集中于电极组件的中央部分，导致电极穿透隔板并与中央金属针相接触，引起内部短路。由短路引起的热使电池中存在的有机溶剂分解以放出气体。所述气体增加了电池的内部压力，导致电池破裂。此外，当由施加于电池的外部冲击引起内部短路时，电池的内部压力也可能增加。
为了解决电池的安全性问题已进行了多种尝试。例如，圆柱形电池的盖组件是已知的，在所述盖组件中，用于排放高压气体的安全气孔、安全装置例如用于在高温时中断电流的正温系数(PTC)热敏电阻和用于在电池的内部压力增加时中断电流的电流中断装置(CID)、形成突出端子以保护安全装置的顶盖等通过主衬垫固定在一起。
在所述盖组件的结构中，主衬垫围绕安全气孔、PTC热敏电阻、顶盖等的外周，以防止电池中存在的电解质从盖组件泄漏。只要电解质不通过位于电池最靠内部分处的安全气孔与围绕安全气孔外周的主衬垫之间的界面泄漏，就不会发生电解质通过金属部件之间的界面，例如安全气孔与PTC热敏电阻之间的界面和PTC热敏电阻与顶盖之间的界面的泄漏。
然而，在电池的充放电操作期间或当电池跌落或外部冲击作用于电池时，电解质的一部分实质上通过主衬垫与安全气孔之间的界面泄漏。一旦电解质通过主衬垫与安全气孔之间的界面泄漏，它容易地通过金属部件之间的界面从电池泄漏。也就是说，由于在金属部件之间的界面处相对弱的附着性，进入金属部件之间的界面的电解质可以通过金属部件之间的界面，比通过主衬垫与邻近装置之间的界面更容易地从盖组件漏出。
因此，对于开发用于减少电解质从盖组件泄漏的技术，存在着强烈的需求。
在该方面中，未审的日本专利公布No.2006-286561、No.2005-100927和No.2002-373711公开了盖组件，其每个都包括布置在主衬垫上的顶盖。然而，围绕安全装置外周的主衬垫具有难以生产的复杂形状，并且电解质从金属部件(例如安全气孔、PTC热敏电阻和顶盖)之间的界面泄漏。也就是说，在所述专利公布中公开的所述盖组件不能为上面提到的问题提供令人满意的解决方案。
图1是局部横截面示意图，图示了常规圆柱形二次电池的上部结构。
参考图1，通过将作为发电装置的电极组件300插入到罐200中，将电解质注入罐中并将盖组件400安装在罐200的上部开口上，来制造电池100。主衬垫500安装在罐200的上部卷边部分210上，以气密地密封罐200。盖组件400包括顶盖410、用于中断过大电流的PTC热敏电阻420和用于降低电池内部压力的安全气孔430。盖组件400的元件在盖组件400内部彼此紧密接触。
顶盖410的中央部分向上突出。由于这种结构，顶盖410起到连接外部电路的正极端子的作用。顶盖410具有多个通孔(未显示)，通过其释放气体。安全气孔430具有下端，电极组件300的正电极通过电流中断装置440和正极引线310与其相连。
安全气孔430由薄的导电板制成，并在其中央部分具有向下凹进的部分432。凹进部分432具有上弯曲部分和下弯曲部分，其中分别形成了具有不同深度的两个切口434和436。
电流中断装置440由导电板制成并安装在安全气孔430下方，用于在电池的内部压力增加到临界值以上时中断电流。电流中断装置440优选由与安全气孔430相同的材料制成。辅助衬垫510由聚丙烯(PP)树脂制成，用于防止电流中断装置440与安全气孔430电连通。
例如，当电池由于各种不同因素内部短路或过量充电时，电池100的温度增加。高温引起PTC热敏电阻420的阻抗增加，其极大地降低了流过PTC热敏电阻420的电流量。电池100的温度持续增加使电解质分解，结果产生气体。气体增加电池的内部压力而抬高了安全气孔430的凹进部分432，导致电流中断装置440部分地破裂。该破裂能够使电流中断装置440中断电流，从而确保电池100的安全性。当压力持续增加时，安全气孔430的切口436破裂。结果，高压气体释放到外部，从而确保了电池100的安全性。
发明内容
技术问题
电解质可通过电池的各个部分(例如，衬垫与安全气孔之间的界面)泄漏。具体来说，围绕顶盖、PTC热敏电阻和安全气孔的主衬垫可能在安全气孔的一端处不与其紧密接触。在电池使用期间，主衬垫的弹性可能降低。主衬垫的无弹性部分可能由于重力而下垂，结果主衬垫不与安全气孔紧密接触。
如图1中所示，理想的是不发生主衬垫的下垂。然而，在实际情况下，主衬垫向下下垂并与安全气孔间隔开，如图2中所示。
图2示意性地图示了常规圆柱形二次电池的内部，其中主衬垫下垂。图2还显示了主衬垫下垂状态的放大图像。从图像中可以目测观察到主衬垫的末端部分在重力方向上下垂，从而在主衬垫与安全气孔之间留下空隙。
在主衬垫与安全气孔之间形成的空隙变成电池中存在的电解质逃逸所经过的主要路径。
本发明人进行了深入研究和反复实验以解决上面提到的问题，结果发现，当电池被制造成使主衬垫被围绕电流中断装置外周的辅助衬垫的支撑时，在主衬垫与安全气孔之间不形成空隙，由此可以防止电解质从盖组件漏出，最终导致电池稳定性的显著提高。基于该发现完成了本发明。
技术解决方案
鉴于现有技术的前述及其他问题，本发明的目的是提供一种能够完全防止电解质泄漏的盖组件。
本发明的另一个目的是提供一种包括所述盖组件的圆柱形电池。
根据本发明的一方面，提供了盖组件，其包括围绕安全气孔外周的主衬垫和围绕电流中断装置(CID)外周的辅助衬垫，其中主衬垫被辅助衬垫支撑，以在主衬垫与安全气孔之间不留空隙。
在实施例中，主衬垫的一部分安置于CID上，并且被辅助衬垫向上地支撑。
在实施例中，外周被辅助衬垫围绕的CID被压配合到主衬垫中，以允许辅助衬垫横向地支撑主衬垫。
在实施例中，主衬垫下垂的距离至多为0.12mm。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括所述盖组件的圆柱形二次电池。
本发明的效果
本发明的盖组件被构造成使得围绕CID外周的辅助衬垫防止安置于卷边部分上的主衬垫下垂。这种构造使得本发明的盖组件有效防止电解质泄漏。
附图说明
图1是图示了常规圆柱形二次电池的上部结构的横截面图；
图2是图示了常规圆柱形二次电池的主衬垫下垂的状态的横截面示意图；
图3是图示了根据本发明实施例的圆柱形二次电池的上部结构的横截面图；并且
图4是图示了根据本发明的另一个实施例的圆柱形二次电池的上部结构的横截面图。
具体实施方式
现在将详细描述本发明的示例性实施例。
本发明提供了盖组件，其包括围绕安全气孔外周的主衬垫和围绕电流中断装置(CID)外周的辅助衬垫，其中主衬垫由辅助衬垫支撑，以在主衬垫与安全气孔之间不留空隙。
主衬垫可以围绕安全气孔与顶盖的堆叠的外周，并且外周被辅助衬垫围绕的CID可以连接到安全气孔的底部。
本发明的盖组件的特征在于，辅助衬垫支撑主衬垫以防止主衬垫由于某些因素例如重力而向下下垂，从而在主衬垫与安全气孔之间不留空隙。
本发明提出了以下的非限制性实施例。
在图3中所示的实施例中，主衬垫500a的一部分安置在CID 440上，并且被辅助衬垫510a向上支撑。
如图3中所示，辅助衬垫510a对主衬垫500a的部分支撑防止了主衬垫500a从安全气孔430下垂，并有效防止电池100a中存在的电解质通过主衬垫500a与辅助衬垫510a之间的界面S1和主衬垫500a与安全气孔430之间的界面S2泄漏，实现了电解质的双重密封。也就是说，电解质通过界面S1和S2泄漏出盖组件100a是极为困难的。
在图4中所示的另一个实施例中，外周围绕有辅助衬垫的CID可以被压配合到主衬垫500b中，以允许辅助衬垫510b横向地支撑主衬垫500b。
如图4中所示，辅助衬垫510b推压并支撑主衬垫500b的横向侧。这样的推压和支撑防止主衬垫500b从安全气孔430下垂，并有效地防止电池100b中存在的电解质通过主衬垫500b与辅助衬垫510b之间的界面S1’和主衬垫500b与安全气孔430之间的界面S2泄漏，实现了电解质的双重密封。换句话说，电解质通过界面S1’和S2泄漏出盖组件100b是极为困难的。
在此处使用的术语“压配合”是指将部件(例如轴)强制配合在部分的间隙(例如孔)中。该术语是在机械设计工程领域中广泛使用的术语。
辅助衬垫510a或510b在结构上支撑主衬垫500a或500b，并可以将主衬垫500a或500b从安全气孔的下垂程度维持在0.12mm或更小。
本发明还提供了包括所述盖组件的圆柱形二次电池。
除了前面描述的特殊设计的盖组件之外，本发明的圆柱形二次电池具有与常规圆柱形二次电池相同的构造，常规圆柱形二次电池可以在上面的“背景技术”部分中找到。
尽管在本文中已经参考说明前述实施例的附图对本发明进行了描述，但本技术领域的普通专业人员将会认识到，根据上面的教导能够进行各种修改和改变，而不背离本发明的精神和范围。
试验例：根据下垂程度的电解质泄漏
通过下列三个试验验证本发明的盖组件和比较例的盖组件的性能特征。
[下垂程度的测量]
对图3的本发明的电池和图1的比较例的电池进行了下垂程度测量。在每个电池中，下垂程度被定义为衬垫与安全气孔之间的最大距离，且它用mm表示。
对于本发明的电池来说，下垂程度被测量为小至0.1-0.12，差异不显著。对于比较例的电池来说，下垂程度被测量大到0.15-0.25，具有显著差异。
[压力泄漏试验]
在将电解质注入每个本发明的电池和比较例的电池后，用氮气对电池加压。对于电解质是否从电池泄漏做出观察。施加到盖组件的气体压力被调整至约18kgf/cm2。
[跌落试验]
将30块本发明的圆柱形电池和30块比较例的圆柱形电池用于跌落试验。在每块电池以如下方式从约1m的高度连续跌落到木地板上之后，对电解质泄漏的发生进行观察，其中所述方式为电池的上部(即盖组件所安置的部分)与地板碰撞(第一步骤)、电池的一侧与地板碰撞(第二步骤)以及电池的下部与地板碰撞(第三步骤)。三个步骤的系列被定义为一个循环。
试验结果显示在表1中。
表1
表1中的结果显示，本发明的电池与比较例的电池相比具有更好的密封电解质的能力。这些结果可以被当作数据，根据电池中的下垂程度来估计电解质在压力下的泄漏程度与电解质在冲击后的泄漏程度之间的关联性。因此，从试验例可以了解到，本发明的用辅助衬垫防止主衬垫下垂的盖组件以及包括该盖组件的圆柱形二次电池具有良好的密封电解质的能力。

Claims (4)

1.一种盖组件，其包括围绕安全气孔外周的主衬垫和围绕电流中断装置外周的辅助衬垫，其中，所述主衬垫被所述辅助衬垫支撑，以在所述主衬垫与所述安全气孔之间不留空隙，
其中，所述主衬垫围绕所述安全气孔与顶盖的堆叠的外周，并且所述电流中断装置连接到所述安全气孔的底部，并且
其中，所述主衬垫的一部分安置在所述电流中断装置上并且被所述辅助衬垫向上地支撑。
2.一种盖组件，其包括围绕安全气孔外周的主衬垫和围绕电流中断装置外周的辅助衬垫，其中，所述主衬垫被所述辅助衬垫支撑，以在所述主衬垫与所述安全气孔之间不留空隙，
其中，外周被所述辅助衬垫围绕的所述电流中断装置被压配合到所述主衬垫中，以允许所述辅助衬垫横向地支撑所述主衬垫。
3.根据权利要求1或2所述的盖组件，其中，所述主衬垫下垂的距离至多为0.12mm。
4.一种圆柱形二次电池，其包括权利要求1至2中任一项所述的盖组件。
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