CN104584260B - 二次电池用衬垫以及二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种二次电池用衬垫(17)，是设置在电池壳体(5)与将该电池壳体(5)的开口部封口的封口体(10)之间的衬垫。二次电池用衬垫(17)具备：构成电池壳体(5)侧的表层的第1绝缘层(17a)、以及配置在比第1绝缘层(17a)更靠近封口体(10)侧的第2绝缘层(17b)的至少2层。形成第1绝缘层(17a)的第1材料的熔点高于形成第2绝缘层(17b)的第2材料的熔点。

Description

二次电池用衬垫以及二次电池
技术领域
本发明涉及二次电池用衬垫、和具备该二次电池用衬垫的二次电池。
背景技术
现有的二次电池(以下有时也仅称作“电池”)具备如下构成。即，将正极板以及负极板以夹着隔板的状态卷绕而成的电极组与电解液一起收容在电池壳体内。在电池壳体的侧面部形成朝向电池壳体的内侧凹陷的凹陷部。封口体隔着衬垫配设在凹陷部上。电池壳体的开口端部隔着衬垫在封口体的周缘部铆接。电池壳体的开口部在衬垫介于电池壳体与封口体之间的状态下被封口体封口。通过衬垫将封口体与电池壳体间电绝缘。
考虑电池壳体内维持充分的气密性，有时在电池壳体的凹陷部的内侧面涂布密封剂。但是，在使用有机溶剂作为电解液的情况下，若在电解液的注液时电解液附着于密封剂，则密封剂有可能会溶解，有可能因密封剂的溶解招致气密性的降低。与此相对，在专利文献1中公开了将衬垫设为基材树脂层、和与电池壳体接触的表面树脂层的至少2层结构，使表面树脂层作为密封剂层发挥功能的技术。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2008-204839号公报
发明的概要
发明要解决的课题
在上述的专利文献1的技术中，通过在衬垫侧涂布密封剂，能省略密封剂向凹陷部的内侧面的涂布。由此，由于能避免上述的电解液的附着所引起的密封剂的溶解，因此能谋求电池壳体内的气密性的维持。
本发明的发明者们不断精心研究的结果，认识到需要在谋求电池的性能降低的抑制的基础上使现有的衬垫提升耐久性。
发明内容
本发明鉴于这样的状况而提出，其目的在于提供一种使衬垫的耐久性提升的技术。
用于解决课题的手段
本发明的某一方式是一种二次电池用衬垫。该二次电池用衬垫设置在电池壳体与将该电池壳体的开口部封口的封口体之间，所述二次电池用衬垫具备：构成所述电池壳体侧的表层的第1绝缘层、以及配置在比第1绝缘层更靠近所述封口体侧的第2绝缘层的至少2层，形成所述第1绝缘层的第1材料比形成所述第2绝缘层的第2材料熔点更高。
本发明的其它方式是一种二次电池。该二次电池的特征在于，具备：正极板以及负极板和隔板一起卷绕而成的电极组；收容所述电极组的电池壳体；对所述电池壳体的开口部进行封口的封口体；和设置在所述电池壳体与所述封口体之间的上述的方式的二次电池用衬垫。
发明效果
根据本发明，能提供使衬垫的耐久性提升的技术。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的二次电池的概略结构的剖面图。
图2是表示实施方式1所涉及的二次电池用衬垫的概略结构的立体图。
图3是表示实施方式1所涉及的二次电池用衬垫的概略结构的剖面图。
图4是表示实施方式2所涉及的二次电池用衬垫的概略结构的剖面图。
图5是表示变形例所涉及的二次电池用衬垫的概略结构的剖面图。
具体实施方式
以下参考附图来说明本发明的实施方式。另外，在全部附图中，对同样的构成要素标注同样的标号，适当省略说明。
首先，在说明实施方式前，先说明本发明的发明者们发现的见解。本发明的发明者们在电池壳体的开口部隔着衬垫被封口体封口的二次电池中，发现有以下的课题。即，在因相邻的电池的起火等而使电池置于高温环境下的情况下，衬垫暴露在高温中。专利文献1所公开的衬垫由于表面树脂层由熔点非常低的树脂材料构成，因此若衬垫暴露在高温中，外表面就易于熔融。若衬垫的外表面熔融，则会在电池壳体与衬垫间之间形成间隙，从而会使电池内部的电解液或气体泄漏到外部，有可能会引起电池性能的降低等。为此，期望提升衬垫的耐久性、特别是衬垫针对高温环境的耐久性。
(实施方式1)
图1是表示实施方式1所涉及的二次电池的概略结构的剖面图。在本实施方式中，作为二次电池举出使用锂离子二次电池的情况作为具体例来进行说明。本实施方式所涉及的二次电池100具备：电极组4、电池壳体5、封口体10、和二次电池用衬垫17。
电极组4由正极板1以及负极板2和隔板3一起卷绕而形成。正极板1以及负极板2以夹着隔板3的状态卷绕。电池壳体5是收容电极组4的壳体。电极组4和电解液一起被收容在圆筒形的电池壳体5内。虽然省略详细的图示，但正极板1具有：正极集电体、和形成在正极集电体上且包含正极活性物质的正极混合剂层。另外，负极板2具有：负极集电体、和形成在负极集电体上且包含负极活性物质的负极混合剂层。
正极板1经由正极引线6与封口体10的金属板11连接。负极板2经由负极引线7与电池壳体5的底部连接。
在电极组4的上端、即电极组4中的电池壳体5的开口端部5a侧的端部配设绝缘板8。另一方面，在电极组4的下端、即电极组4中的电池壳体5的底部侧的端部配设绝缘板9。
在电池壳体5的侧面部设置朝向电池壳体5的内侧凹陷的凹陷部18。在凹陷部18的上方隔着二次电池用衬垫17配设封口体10。在电池壳体5的收容空间中，封口体10阻碍从凹陷部18向电极组4侧的进入。电池壳体5的开口端部5a在电池壳体5的中心侧、换言之在封口体10的周缘部侧铆接。即，在电池壳体5的上端形成铆接部19。铆接部19隔着二次电池用衬垫17将封口体10的周缘部向下方按压。电池壳体5的开口部隔着设于电池壳体5与封口体10之间的二次电池用衬垫17被封口体10封口。
电池壳体5的上部具有凹陷部18和铆接部19，因此其截面形状为大致C字状或者大致U字状。封口体10隔着二次电池用衬垫17被凹陷部18和铆接部19挟持而固定在电池壳体5。在本说明书中，所谓“铆接部19”是指将电池壳体5铆接时弯曲的部分。形成凹陷部18以及铆接部19之前的电池壳体5是有底筒状。为了提高电池壳体5内的气密性，在电池壳体5的内侧面中的从凹陷部18到铆接部19的区域设置涂布吹塑剂等的密封剂而形成的密封剂层20。
封口体10是将电池壳体5的开口部封口的构件。封口体10具有：金属板11、第1阀板12、内部衬垫13、第2阀板14、PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数)元件15、和帽16。金属板11经由正极引线6与正极板1连接。第1阀板12配设在金属板11的上方。第2阀板14配设在第1阀板12的上方。内部衬垫13介于第1阀板12与第2阀板14间而存在。PTC元件15具有环状形状，配设在第2阀板14的上方。PTC元件15是具有正的温度系数的元件，是通过温度上升而内部电阻增大的元件。帽16配设在PTC元件15的上方，兼作正极端子。
更详细地，金属板11具有：与第1阀板12的周缘部的下表面相接的圆板部11a、和从圆板部11a的外周端向上方延伸存在的筒部11b。圆板部11a在其中心部具有向下方即电池壳体5的底部侧突出的突出部11c。在圆板部11a的上表面抵接有第1阀板12的周缘部。在突出部11c抵接有正极引线6。筒部11b的上端部在电池壳体5的中心侧铆接，因此金属板11在其周缘部具有铆接部11d。铆接部11d隔着内部衬垫13而在帽16的周缘部铆接。铆接部11d的截面形状是大致L字状。另外，由金属板11的周缘部、即圆板部11a、筒部11b以及铆接部11d构成的部分的截面形状是大致U字状。另外，在本说明书中，所谓“铆接部11d”是指将筒部11b铆接时弯曲的部分。
第1阀板12以及第2阀板14具有厚度薄的薄壁部。第1阀板12和第2阀板14在比薄壁部更靠电池中心侧抵接。内部衬垫13介于第1阀板12的周缘部与第2阀板14的周缘部之间。第1阀板12的中央部和第2阀板14的中央部相互抵接。在第2阀板14的周缘部的上表面抵接有PTC元件15。
帽16具有：与PTC元件15抵接的平板状的周缘部16a、和在周缘部16a的内侧向上方即电池壳体5的开口部侧突出的突出部16b。在周缘部16a的上表面抵接有内部衬垫13。
内部衬垫13的外侧面，与第1阀板12的周缘部的上表面和筒部11b以及铆接部11d的内侧面抵接。另外，内部衬垫13的内侧面，与第2阀板14的周缘部的下表面以及侧面、PTC元件15的侧面和周缘部16a的侧面以及上表面抵接。即，金属板11的周缘部，夹持第1阀板12、内部衬垫13、第2阀板14、PTC元件15以及帽16。由此，各部成为一体。
封口体10具有第1阀板12、内部衬垫13和第2阀板14的理由如下。即，二次电池100优选具有如下功能：在电池内产生气体，电池内的压力上升而超过给定压力的情况下，阻断在金属板11与帽16之间流过的电流。为此，封口体10具有能在电池内的压力超过给定压力时断裂的薄壁部，且具有中央部彼此相互抵接的第1阀板12以及第2阀板14、和介于第1阀板12的周缘部与第2阀板14的周缘部之间的内部衬垫13。由此，在第1阀板12以及第2阀板14的薄壁部断裂的情况下，由于第1阀板12和第2阀板14相互分离，因此能阻断在经由第1阀板12以及第2阀板14电连接的金属板11与帽16之间流过的电流。
另外，在帽16形成与电池外连通的开口部。另外，在金属板11以及绝缘板8形成开口部。在电池内产生气体，在电池内的压力超过给定压力时，第1阀板12以及第2阀板14的薄壁部断裂。由此，在电池内产生的气体穿过绝缘板8的开口部、金属板11的开口部、第1阀板12的断裂部、第2阀板14的断裂部以及帽16的开口部而排气到电池外。
因此，封口体10并不一定非要有2个阀板、和内部衬垫13。例如，封口体10也可以具有：金属板11、配设在金属板11上的PTC元件15、和配设在PTC元件15上的帽16。
封口体10具有PTC元件15的理由如下。即，二次电池100优选具有如下功能：在电池内的温度超过给定温度的情况下，阻断在金属板11与帽16之间流过的电流。于是，封口体10具有PTC元件15，其介于和金属板11电连接的第2阀板14与帽16间而存在，且在电池内的温度超过给定温度时内部电阻增大。由此，由于在PTC元件15的内部电阻增大时阻断在第2阀板14与帽16之间流过的电流，因此能阻断在和第2阀板14电连接的金属板11与帽16之间流过的电流。
因此，封口体10并不一定非要具有PTC元件15。例如，封口体10也可以具有金属板11、配设在金属板11上的第1阀板12、配设在第1阀板12上的第2阀板14、配设在第2阀板14上的帽16、和介于第1阀板12的周缘部与第2阀板14的周缘部之间而存在的内部衬垫13。
接下来详细说明二次电池用衬垫17的构成。图2是表示实施方式1所涉及的二次电池用衬垫的概略结构的立体图。图3是表示实施方式1所涉及的二次电池用衬垫的概略结构的剖面图。另外，在图2以及图3中示出因铆接部19的形成而衬垫上端部向内侧折弯前的状态。
二次电池用衬垫17设于电池壳体5与将电池壳体5的开口部封口的封口体10之间，是除了具备保持两者之间的气密性的功能以外，还具备防止电池壳体5和封口体10的短路的功能的构件。二次电池用衬垫17是环状，配设在电池壳体5的上部与金属板11的周缘部之间。二次电池用衬垫17的外侧面与电池壳体5的上部的内侧面抵接，二次电池用衬垫17的内侧面与金属板11的周缘部的外侧面抵接。二次电池用衬垫17配置在内部衬垫13的外侧，因此构成外部衬垫。环状的二次电池用衬垫17的上端部优选位于比电池壳体5的开口端部5a更靠电池的中心侧的位置。
二次电池用衬垫17至少具备2层的多层结构。本实施方式的二次电池用衬垫17具备：构成电池壳体5侧的表层的第1绝缘层17a、和配置在比第1绝缘层17a更靠封口体10侧的第2绝缘层17b。本实施方式的二次电池用衬垫17由于是2层结构，因此第2绝缘层17b构成封口体10侧的表层。
第1绝缘层17a由熔点比形成第2绝缘层17b的第2材料高的第1材料形成。作为第1材料，例如能使用PFA(polytetrafluoroethylene-co-perfluoropropylvinylether、聚四氟乙烯/全氟丙基乙烯基醚共聚物，熔点约350℃)或PTFE(polytetrafluoroethylene、聚四氟乙烯，熔点约320℃)等的氟树脂、PPS(polyphenylene sulfide、聚苯硫醚，熔点约280℃)、PBT(polybutylene terephthalate、聚对苯二甲酸丁二醇酯，熔点约230℃)以及Pl(polyimide、聚酰亚胺，没有熔点)等。第1材料的熔点优选为250℃以上，更优选为300℃以上。
作为第2材料，例如能使用PP(polypropylene、聚丙烯，熔点约170℃)、PE(polyethylen、聚乙烯，熔点约130℃)、天然橡胶或合成橡胶(耐热极限温度约120℃～约200℃的橡胶)等。
另外，第1绝缘层17a优选硬度低于第2绝缘层17b的硬度，即比第2绝缘层17b更柔软，更易于变形。因此，第1材料优选熔点高于第2材料的熔点，且硬度低于第2材料的硬度。为此，第1材料优选是氟树脂。在本实施方式中，第1绝缘层17a和第2绝缘层17b具有相互同等的层厚。
如以上所说明，本实施方式所涉及的二次电池用衬垫17由熔点比形成配置在封口体侧的第2绝缘层17b的第2材料高的第1材料形成构成电池壳体5侧的表层的第1绝缘层17a。由此能提升二次电池用衬垫17针对高温环境的耐久性。另外，由于二次电池用衬垫17具有高的耐久性，因此即使在二次电池100被置于高温环境下、二次电池用衬垫17暴露在高温中的情况下，也能抑制二次电池用衬垫17的外表面熔融。其结果，能避免电池内部的电解液或气体的漏出从而抑制电池性能的降低。因此，具备二次电池用衬垫17的二次电池100能更长期间维持电池性能。
另外，二次电池用衬垫17由于具有由熔点高的第1材料形成的第1绝缘层17a，因此能更确实地防止电池壳体5和封口体10的短路。进而，第1绝缘层17a的硬度低于第2绝缘层17b的硬度。由此，在二次电池用衬垫17受到外部的物理冲击的情况下，能抑制在二次电池用衬垫17产生裂纹，或者损坏。另外，在二次电池100的制造时，更详细而言，在将电池壳体5的开口端部5a隔着二次电池用衬垫17在封口体10的周缘部铆接时，能抑制在二次电池用衬垫17产生裂纹，或者损坏。
另外，构成二次电池用衬垫17的多个层分别由不同的材料形成。因此，各层的拉伸强度、Izod冲击强度、弯曲强度等的机械性强度、氧化或加水分解等所引起的劣化的举止、热膨胀系数等相互不同。为此，通过用这样特性不同的多个层构成二次电池用衬垫17，从而能对二次电池用衬垫17赋予更高的耐冲击性、更高的抗劣化性、更宽的使用温度范围。进而，由于二次电池用衬垫17具有由熔点比第1材料低的第2材料形成的第2绝缘层17b，因此与仅用第1绝缘层17a构成二次电池用衬垫17的情况相比，能减少高熔点材料的使用量。由此能抑制二次电池用衬垫17的制造成本的增大。另外，例如作为第1材料而使用的PFA、PBT的比重分别为约1.7～约2、约1.3，作为第2材料使用的PP或橡胶的比重为约0.9。因此，具备第2绝缘层17b的二次电池用衬垫17与仅用第1绝缘层17a构成的二次电池用衬垫相比，能谋求轻便化。另外，由此能谋求二次电池100的轻便化，特别能谋求具备多个二次电池100的二次电池模块的大幅的轻便化。
(实施方式2)
实施方式2所涉及的二次电池用衬垫除了具备第3绝缘层这一点以外，其它都与实施方式1所涉及的二次电池用衬垫的构成相同。另外，二次电池用衬垫以外的二次电池的构成与实施方式1所涉及的二次电池相同。以下关于实施方式2所涉及的二次电池用衬垫以及二次电池，以与实施方式1不同的构成为中心进行说明。图4是表示实施方式2所涉及的二次电池用衬垫的概略结构的剖面图。
实施方式2所涉及的二次电池用衬垫17除了具备第1绝缘层17a以及第2绝缘层17b以外，还具备构成封口体10侧的表层的第3绝缘层17c。因此，二次电池用衬垫17具有第2绝缘层17b被第1绝缘层17a和第3绝缘层17c夹着的结构。
第3绝缘层17c由熔点比第2材料高的第3材料形成。作为第3材料，能使用与第1材料相同的材料。关于第3材料，也与第1材料相同，熔点优选为250℃以上，更优选为300℃以上。另外，第3绝缘层17c与第1绝缘层17a同样，优选硬度低于第2绝缘层17b的硬度，因此第3材料优选是氟树脂。在本实施方式中，第1绝缘层17a、第2绝缘层17b以及第3绝缘层17c具有相互同等的层厚。
如以上说明的那样，本实施方式所涉及的二次电池用衬垫17用熔点比第2材料高的第3材料形成构成封口体10侧的表层的第3绝缘层17c。由此，能进一步提升二次电池用衬垫17针对高温环境的耐久性，因而能更加抑制电池性能的降低。另外，能更确实地防止电池壳体5和封口体10的短路。另外，能更加抑制在二次电池用衬垫17产生裂纹，或者损坏。进而，能对二次电池用衬垫17赋予更高的耐冲击性、更高的抗劣化性、更宽的使用温度范围。
(变形例)
对于实施方式2能举出以下的变形例。图5是表示变形例所涉及的二次电池用衬垫的概略结构的剖面图。本变形例所涉及的二次电池用衬垫17具有第1绝缘层17a和第3绝缘层17c一体成形的结构。即，第1绝缘层17a的端部和第3绝缘层17c的端部在第2绝缘层17b的端面上连结。
在本变形例中，由第1绝缘层17a和第3绝缘层17c覆盖第2绝缘层17b的整体。由此，由于能避免熔点低的第2绝缘层17b向外部的露出，因此能更加提升二次电池用衬垫17的耐久性。二次电池用衬垫17例如能通过嵌件模压(insert molding)形成。即，将预先形成的第2绝缘层17b作为芯材，通过将高熔点材料被覆在第2绝缘层17b的表面而得到第2绝缘层17b被第1绝缘层17a以及第3绝缘层17c覆盖的二次电池用衬垫17。
本发明并不限定于上述的各实施方式以及变形例，还能基于本领域技术人员的知识加入各种设计变更等的变形，加入这样的变形的实施方式或者变形例也包含在本发明的范围内。
在实施方式1、2以及变形例中，封口体10具有：金属板11、第1阀板12、内部衬垫13、第2阀板14、PTC元件15和帽16，金属板11的周缘部具有隔着内部衬垫13在帽16的周缘部铆接的结构，但封口体10的结构并不限定于此。例如，封口体10也可以不构成为金属板11的周缘部隔着内部衬垫13在帽16的周缘部铆接。
在实施方式1、2以及变形例中，作为二次电池100而举出锂离子二次电池为具体例来进行说明，但本发明并不限定于此。另外，二次电池用衬垫17也可以是4层以上的结构，例如也可以在第1绝缘层17a与第3绝缘层17c间进一步设置绝缘层。
另外，上述的各实施方式所涉及的发明也可以用以下记载的各项来确定。
[项目1]
一种二次电池用衬垫，设置在电池壳体与将该电池壳体的开口部封口的封口体之间，其特征在于，所述二次电池用衬垫具备：构成所述电池壳体侧的表层的第1绝缘层、以及配置在比第1绝缘层更靠近所述封口体侧的第2绝缘层的至少2层，形成所述第1绝缘层的第1材料的熔点高于形成所述第2绝缘层的第2材料的熔点。
[项目2]
在项目1记载的二次电池用衬垫的基础上，所述第1材料的熔点为300℃以上。
[项目3]
在项目1或2记载的二次电池用衬垫的基础上，所述第1材料为氟树脂。
[项目4]
在项目1～3中任一项记载的二次电池用衬垫的基础上，所述第1绝缘层的硬度低于所述第2绝缘层的硬度。
[项目5]
在项目1～4中任一项记载的二次电池用衬垫的基础上，所述二次电池用衬垫还具备构成所述封口体侧的表层的第3绝缘层，形成所述第3绝缘层的第3材料的熔点高于所述第2材料的熔点。
[项目6]
一种二次电池，其特征在于，具备：正极板以及负极板和隔板一起卷绕的电极组；收容所述电极组的电池壳体；将所述电池壳体的开口部封口的封口体；和设置在所述电池壳体与所述封口体之间的、项目1到5中任一项记载的二次电池用衬垫。
[项目7]
在项目6记载的二次电池的基础上，所述二次电池还具备设置在所述电池壳体的内侧面的密封剂层。
产业上的可利用性
本发明能利用在二次电池用衬垫以及二次电池中。
符号说明
1 正极板
2 负极板
3 隔板
4 电极组
5 电池壳体
10 封口体
17 二次电池用衬垫
17a 第1绝缘层
17b 第2绝缘层
17c 第3绝缘层
100 二次电池

Claims (7)

1.一种二次电池用衬垫，设置在电池壳体与对该电池壳体的开口部进行封口的封口体之间，该二次电池用衬垫的特征在于，
所述二次电池用衬垫具备：构成所述电池壳体侧的表层的第1绝缘层、以及配置在比所述第1绝缘层更靠近所述封口体侧的第2绝缘层的至少2层，
形成所述第1绝缘层的第1材料比形成所述第2绝缘层的第2材料熔点更高。
2.根据权利要求1所述的二次电池用衬垫，其特征在于，
所述第1材料的熔点为300℃以上。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池用衬垫，其特征在于，
所述第1材料是氟树脂。
4.根据权利要求1或2所述的二次电池用衬垫，其特征在于，
所述第1绝缘层比所述第2绝缘层硬度更低。
5.根据权利要求1或2所述的二次电池用衬垫，其特征在于，
所述二次电池用衬垫还具备：构成所述封口体侧的表层的第3绝缘层，
形成所述第3绝缘层的第3材料比所述第2材料熔点更高。
6.一种二次电池，其特征在于，具备：
正极板以及负极板和隔板一起卷绕而成的电极组；
收容所述电极组的电池壳体；
对所述电池壳体的开口部进行封口的封口体；和
设置在所述电池壳体与所述封口体之间的、权利要求1～5中任一项所述的二次电池用衬垫。
7.根据权利要求6所述的二次电池，其特征在于，
所述二次电池还具备：
设置在所述电池壳体的内侧面的密封剂层。
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