CN105870394A - 电池用绝缘板及包含该电池用绝缘板的电池和电池组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带有防止短路功能且可确保电池安全性的电池用绝缘板、包含该电池用绝缘板的锂离子电池和电池组，所述电池用绝缘板配置在收纳于电池壳体(5)内的电极组(4)的靠近所述电池壳体的开口侧的一端，所述电极组(4)是将正极板和负极板隔着介于所述正极板和所述负极板之间的隔膜卷绕而成的，所述电池用绝缘板的特征在于，所述电池用绝缘板包括第一绝缘板(1)和设置在所述第一绝缘板(1)与所述电极组(4)的一端之间的第二绝缘板(2)，所述第一绝缘板(1)具有开口部(8)，所述第二绝缘板(2)由熔点低于所述第一绝缘板(1)的可熔融的树脂形成。

Description

电池用绝缘板及包含该电池用绝缘板的电池和电池组

技术领域

本发明涉及一种电池用绝缘板及包含该电池用绝缘板的电池和电池组。更详细地说，涉及能够带有防止短路功能且可确保电池的安全性的电池用绝缘板、包含该电池用绝缘板的锂离子电池和电池组。

背景技术

近年来，锂离子电池等作为各种电子设备例如个人电脑、手机、个人数字助手(PDA)、掌上游戏机等信息电子设备和视听电子设备等的电源而备受瞩目，而且，对作为这些电子设备的驱动用电源的电池的要求也在不断地提高。

随着电池容量的提高，人们对电池的安全性越来越重视，提出了各种各样的改进方案。然而，电池的安全性及绝缘性存在着矛盾，具体地说，如果要保证电池的安全性，则电池用绝缘板的开口率就需要增大，但是在增大电池用绝缘板的开口率的同时正极引线折弯异常时会与负极接触而造成短路，从而引起电池发热发火的现象；另一方面，如果要保证电池的绝缘性，电池用绝缘板的开口率就需要减少，由此带来的问题是工程注液性差，而且，电池在短路等异常时，电池内产生气体，当电池内的压力上升而超过规定的压力时设置在封口体上的阀体破裂，由此电池内产生的气体通过绝缘板的开口部等而向电池外部排气，但是，当由于排气能力不足时，就会产生电池爆炸，发生严重的安全事故。

在现有技术中，锂离子电池所使用的绝缘板大多采用单层结构的绝缘板，随着锂离子电池的容量化，电池用绝缘板的开口率也在增大，此时，在如图1和图2所示那样将该单层结构的电池用绝缘板装配在电池中时，由于正极引线3的材质具有柔性，所以，当在正极引线3折弯异常的情况下，正极引线穿过电池用绝缘板的开口而与其下方的电极组中的负极接触，从而发生短路。

因此，期待一种能够充分防止正极引线折弯异常时与负极的接触所造成的短路，同时在电池发热发火等异常时能够确保电池的安全性的电池用绝缘板及包含该绝缘板的电池。但是，目前的电池用绝缘板均不能满足上述要求。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的发明人等进行了潜心的研究，结果发现：通过使用包括第一绝缘板和由熔点低于所述第一绝缘板的可熔融的树脂形成的第二绝缘板的电池用绝缘板，可以兼顾防止短路的功能和电池的安全性，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供一种电池用绝缘板、包括该电池用绝缘板的锂离子电池和电池组，该电池用绝缘板可以在保证能达到同等注液性的前提下，充分降低正极引线折弯异常时与负极的接触，同时在电池发热发火等异常时，由熔点低于所述第一绝缘板的可熔融的树脂形成的第二绝缘板受热后能够快速熔融来保证位于上层的第一绝缘板的排气能力，有效防止由于电池内部排气不足而造成的电池爆炸，从而保证电池的安全性，同时保证操作人员的人身安全。

本发明的技术方案如下所述。

(1)一种电池用绝缘板，其配置在收纳于电池壳体内的电极组的靠近所述电池壳体的开口侧的一端，所述电极组是将正极板和负极板隔着介于所述正极板和所述负极板之间的隔膜卷绕而成的，所述电池用绝缘板的特征在于，

所述电池用绝缘板包括第一绝缘板和设置在所述第一绝缘板与所述电极组的一端之间的第二绝缘板，

所述第一绝缘板具有1个以上的开口部，

所述第二绝缘板由熔点低于所述第一绝缘板的可熔融的树脂形成。

(2)如上述(1)所述的电池用绝缘板，其特征在于，所述第二绝缘板由聚丙烯树脂形成。

(3)如上述(1)或(2)所述的电池用绝缘板，其特征在于，所述第二绝缘板按照面积计以覆盖所述第一绝缘板上的开口面积最大的开口部的70％以上的方式配置。

(4)如上述(1)或(2)所述的电池用绝缘板，其特征在于，所述第二绝缘板的外缘部沿着径向外侧具有1个以上的凸出部分。

(5)如上述(4)所述的电池用绝缘板，其特征在于，所述第二绝缘板的外缘部沿着径向外侧具有4个凸出部分。

(6)如上述(1)所述的电池用绝缘板，其特征在于，所述第二绝缘板具有开口部。

(7)如上述(1)或(2)所述的电池用绝缘板，其特征在于，所述第一绝缘板的全部开口部的开口率为35％～50％。

(8)如(1)或(2)所述的电池用绝缘板，其特征在于，所述第二绝缘板的表面积是所述第一绝缘板的表面积的60％以下。

(9)一种锂离子电池，其特征在于，其具备上述(1)～(8)中任一项所述的电池用绝缘板。

(10)一种电池组，其特征在于，其包含1个或多个上述(9)所述的锂离子电池。

(11)如上述(10)所述的电池组，其特征在于，其具备多个锂离子电池，这些锂离子电池以串联或者并联的方式电连接。

根据本发明的电池用绝缘板，可以获得下述显著效果：可以在保证能达到同等注液性的前提下，充分降低正极引线折弯异常时与负极的接触所造成的短路，同时在电池发热发火等异常时，可以有效防止由于电池内部排气不足而造成的电池爆炸，从而保证电池的安全性以及操作人员的人身安全。

附图说明

图1为示意地表示在圆形电池中装配有现有技术中的单层绝缘板时的局部剖视图。

图2为示意地表示在圆形电池中装配有现有技术中的单层绝缘板时的局部剖视立体图。

图3示意地表示构成本发明的电池用绝缘板的立体图，(A)是第一绝缘板的立体图，(B)是第二绝缘板的立体图。

图4为示意地表示本发明的第二绝缘板的形状的平面图，(A)第二绝缘板的形状为圆台形状，(B)第二绝缘板的形状为在外缘部沿着径向外侧具有四个凸出部分的形状。

图5为示意地表示在圆形电池中装配有本发明的电池用绝缘板时的局部剖视图。

图6为示意地表示在圆形电池中装配有本发明的电池用绝缘板时的局部剖视立体图。

符号说明

1：第一绝缘板

2：第二绝缘板

3：正极引线

4：电极组

5：电池壳体

6：第二绝缘板的外缘部中的凸出部分

7：现有技术中的单层绝缘板

8：开口部

9：封口体

10：衬垫

具体实施方式

下面，对本发明的实施方式进行具体的说明。

本发明的电池用绝缘板是用于锂离子电池等密闭型电池的电池用绝缘板，其配置在收纳于电池壳体5内的电极组4的靠近所述电池壳体5的开口侧的一端，即封口体9的下方。

在此，以圆形的锂离子电池为例，参照图6对电池的主要结构进行说明。

如图6所示，锂离子电池包括：电池壳体5、将正极板和负极板隔着介于所述正极板和所述负极板之间的隔膜卷绕而成的涡旋状电极组4以及收纳在电池壳体内的非水电解液。

其中，正极板具有正极集电体和形成于该正极集电体上且含有正极活性物质的正极合剂层。负极板具有负极集电体和形成于该负极集电体上且含有负极活性物质的负极合剂层。正极板和负极板隔着由多孔性膜、织布、无纺布等形成的隔膜被卷绕成涡旋状。

电池壳体5是一端开口的金属筒，其形状可以为圆筒形、方形等，该电池壳体5中插入有电极组4，其开口的部分经由衬垫10而通过金属制的封口体9来密封，与正极板连接的正极引线3与正极端子连接，与负极板连接的负极引线与负极端子连接(未图示)。封口体9具有未图示的配置在上部绝缘板的上方的端子板、配置在端子板上的阀体、配置在阀体上且兼作正极端子的盖体。

本发明的电池用绝缘板包括第一绝缘板1和设置在第一绝缘板1与所述电极组4的一端之间的第二绝缘板2，所述第一绝缘板1具有开口部8，所述第二绝缘板2由熔点低于所述第一绝缘板1的可熔融的树脂形成。在本发明中，将第一绝缘板和第二绝缘板整体称为电池用绝缘板。

本发明的电池用绝缘板具有第一绝缘板1和第二绝缘板2这样的两层的层叠结构，由此，可以防止正极引线折弯异常时与负极接触造成的短路，同时在电池发热发火等异常时，配置于第一绝缘板1与电极组4的一端之间的由熔点低于第一绝缘板的可熔融的树脂形成的第二绝缘板2受到一定热量后能够快速溶解，从而保证充足的排气能力，有效防止由于电池内部排气不足而造成的电池爆炸。

对于第一绝缘板1的材质，没有特别的限制，只要是锂离子电池中常用的绝缘性的材料、且其熔点高于第二绝缘板2的难以熔融的材料即可，例如可以使用利昌工业株式会社制造的型号为PS-3130的玻璃布/酚醛树脂层叠板，该层叠板的熔点为185℃以上。

如图3(A)所示的那样，本发明的第一绝缘板1的形状可以为圆形，也可以设置为可以覆盖电池壳体的开口的其他形状。

第一绝缘板1具有1个以上的开口部。电池壳体内相对于第一绝缘板1的下侧的部分内产生的气体通过第一绝缘板1的开口部而排出到外部，因此，第一绝缘板1的排气能力与其开口部的开口率有关。

本发明的电池用绝缘板具有两层的层叠结构，第二绝缘板2不仅可以降低正极引线折弯异常时与负极的接触，即确保带有发短路功能，而且，在电池发热发火等异常而使内部温度上升时发生熔融，由此可以确保电池内部的气体顺利排出。由于第二绝缘板2具有上述作用，因此第一绝缘板1的开口率可以设定为比以往的绝缘板的开口率20％～35％更高，从同时确保电池的安全性和绝缘性这两方面考虑，第一绝缘板1的全部开口部的开口率优选为35％～50％，进一步优选为36.1％～45％，更优选为38％～40％。这里，开口率是指开口部的开口面积相对于第一绝缘板的表面积的百分比。

对于第一绝缘板1上所设置的开口部的个数，可以设定为1个以上，如图3(A)所示，优选设定为一个大的扇形开口部和三个小的椭圆形开口部，由此可以确保在电池异常时其内部产生的气体可以顺利地排出电池外部。在设置为多个开口部时，上述的开口率是指全部的开口部的开口面积(投影面积)之和S2相对于第一绝缘板1的表面积S1的比值，即S2/S1×100％。

对于第二绝缘板2的材质，只要是具有绝缘性、且其熔点低于第一绝缘板1的可熔融的树脂均可以使用，优选为在160～170℃左右的温度下可以熔融的树脂，特别优选使用聚丙烯树脂(PP)，这是因为：当使用聚丙烯树脂时，在电池异常而内部温度上升到165℃左右时，聚丙烯树脂能够迅速发生熔融，使排气面积增大，电池内部产生的气体可以通过第一绝缘板而顺利排出到电池外部，从而可以保证电池安全。

对于第二绝缘板2的形状，只要是在与第一绝缘板1层叠使用时能够防止正极引线与负极接触的形状即可，可以设置为与第一绝缘板1的形状相同的形状，从确保充分的排气性和防止短路的观点出发，优选第二绝缘板2的表面积是第一绝缘板1的表面积60％左右以下。如图4(A)所示，第二绝缘板2优选为直径与第一绝缘板1相同的圆矩形形状(其相对的两边是平行直线，另外相对的两边是圆弧)，进一步优选为在第二绝缘板2的外缘部沿着径向外侧具有凸出部分6的形状，从更加有效地降低引线折弯异常时发生短路的可能性的观点出发，优选具有1个以上的凸出部分，进一步优选具有2个凸出部分，更优选具有4个凸出部分，对于凸出部分的形状，没有特别的限定，例如可以为图4(B)所示的形状。

另外，第二绝缘板2以不会使正极引线3与电极组4中的负极接触的方式配置，具体地说，第二绝缘板2优选以覆盖第一绝缘板1上的开口面积最大的开口部的70％以上(以面积计)的方式配置，更优选以覆盖第一绝缘板1上的开口面积最大的开口部的80％以上的方式配置，进一步优选以覆盖第一绝缘板1上的开口面积最大的开口部的90％以上的方式配置。

从保证电池异常时的气体正常排出而确保电池的安全性的观点出发，所述第二绝缘板2可以具有开口部8，如图4(A)和(B)所示的那样，优选在所述第二绝缘板2的中央具有一个以上的圆形或椭圆形开口部8。

第一绝缘板1和第二绝缘板2可以通过直接层叠而使用，也可以将它们进行一体化之后加以使用，也可以将第一绝缘板1和第二绝缘板2通过粘结剂粘结在一起后加以使用。

对于第一绝缘板1和第二绝缘板2的厚度，没有特别的限定，第一绝缘板1和第二绝缘板2的厚度优选为0.1mm～0.5mm的范围。

本发明的锂离子电池具备上述的电池用绝缘板，其他部分的结构可以与通常的锂离子电池相同，在此省略对其说明。

本发明的电池组包含1个或多个上述的锂离子电池，在具备多个锂离子电池时，这些锂离子电池可以以串联或并联的方式连接。

根据上述实施方式，可以在保证能达到同等注液性的前提下，充分防止正极引线折弯异常时与负极的接触而造成的短路，同时在电池发热发火等异常时，位于第一绝缘板与电极组的一端之间的第二绝缘板受到一定热量后能够快速溶解，可以保证充足的排气能力，有效防止由于电池内部排气不足而造成的电池爆炸，从而保证了电池的安全性。

实施例

以下，基于实施例和比较例对本发明进行更详细的说明。

实施例1

作为第一绝缘板，准备由利昌工业株式会社制造的型号为PS-3130的玻璃布/酚醛树脂层叠板形成的0.3mm厚的片材，将其剪裁成如图3(A)所示的形状，并形成三个小开口部和一个大开口部，开口部的总开口率为36.1％。作为第二绝缘板，准备由聚丙烯形成的0.2mm厚的片材，将其剪裁成图4(B)所示那样的具有4个凸出部分的形状，并且在中心具有一个圆形开口部，而且第二绝缘板的表面积是第一绝缘板1的表面积60％，第二绝缘板2以覆盖第一绝缘板1上的开口面积最大的开口部的70％的方式配置。由此将第一绝缘板和第二绝缘板一起作为配置在收纳于电池壳体内的电极组的靠近所述电池壳体的开口侧的一端的上层绝缘板。

购买市场销售的由松下能源无锡分公司制成的型号为18系列的圆形的锂离子电池，卸下该电池中的上层绝缘板并取出非水电解液，将上述所得到的上层绝缘板装配到该锂离子电池中，然后，向该锂离子电池中重新注入溶解有电解质盐LiPF6的非水电解液7g，并用封口体通过衬垫对其进行密封，将其作为实施例1的锂离子电池。在注液过程中，以20分钟完成了上述注液。

接着，模拟正极引线折弯的情况，检测是否有短路的情况，其结果是：没有发生短路。

然后，对上述实施例1的锂离子电池加热至170℃左右，其结果是，没有发现发热或发火的现象。为了探明其原因，将上述加热至170℃的锂离子电池进行解体，发现作为第二绝缘板的聚丙烯已经熔融，由此确认了：在电池内部温度升高时，第二绝缘板的聚丙烯熔融，电池内部产生的气体顺利通过第一绝缘板以及设置在封口体上的阀体而排出到电池外部，消除了爆炸的危险。

比较例1

作为电池的上层绝缘板，仅使用上述实施例1中的第一绝缘板，除此以外，按照与实施例1同样的步骤，得到了作为比较例1的锂离子电池，在上述注液过程中，以20分钟完成了上述注液。

接着，与实施例1同样地模拟正极引线折弯的情况，检测是否有短路的情况，其结果是：发生短路。

然后，与上述实施例1同样，对上述比较例1的锂离子电池加热至170℃左右，其结果是，发现发热或发火的现象，存在电池爆炸的安全隐患。

由上述实施例1和比较例1的比较可知，实施例1的注液时间与比较例1的注液时间相同，也就是说，实施例1具有与比较例1同等良好的注液性，另外，本发明的电池用绝缘板与现有的绝缘板相比，取得了单层绝缘板所不具备的兼顾防止短路功能和确保电池安全性的功能。

另外需要说明的是，本说明书中例示出了电池用绝缘板应用于圆形锂离子电池中的例子，但其意图并不是限定发明的范围，本发明的电池用绝缘板还可以应用于方形等其他形状的电池中，只要在不脱离发明要旨的范围内，能够进行多种省略、替代、变更。这些实施方式及其变形都包含在发明的范围或要旨内，同时包含在权利要求书所记载的发明和其均等的范围内。

Claims (11)

1.一种电池用绝缘板，其配置在收纳于电池壳体内的电极组的靠近所述电池壳体的开口侧的一端，所述电极组是将正极板和负极板隔着介于所述正极板和所述负极板之间的隔膜卷绕而成的，所述电池用绝缘板的特征在于，

所述电池用绝缘板包括第一绝缘板和设置在所述第一绝缘板与所述电极组的一端之间的第二绝缘板，

所述第一绝缘板具有1个以上的开口部，

所述第二绝缘板由熔点低于所述第一绝缘板的可熔融的树脂形成。

2.如权利要求1所述的电池用绝缘板，其特征在于，所述第二绝缘板由聚丙烯树脂形成。

3.如权利要求1或2所述的电池用绝缘板，其特征在于，所述第二绝缘板按照面积计以覆盖所述第一绝缘板上的开口面积最大的开口部的70％以上的方式配置。

4.如权利要求1或2所述的电池用绝缘板，其特征在于，所述第二绝缘板的外缘部沿着径向外侧具有1个以上的凸出部分。

5.如权利要求4所述的电池用绝缘板，其特征在于，所述第二绝缘板的外缘部具有4个凸出部分。

6.如权利要求1所述的电池用绝缘板，其特征在于，所述第二绝缘板具有开口部。

7.如权利要求1或2所述的电池用绝缘板，其特征在于，所述第一绝缘板的全部开口部的开口率为35％～50％。

8.如权利要求1或2所述的电池用绝缘板，其特征在于，所述第二绝缘板的表面积是所述第一绝缘板的表面积的60％以下。

9.一种锂离子电池，其特征在于，其具备权利要求1～8中任一项所述的电池用绝缘板。

10.一种电池组，其特征在于，其包含1个或多个权利要求9所述的锂离子电池。

11.如权利要求10所述的电池组，其特征在于，其具备多个锂离子电池，这些锂离子电池以串联或者并联的方式电连接。