CN108886122A - 圆筒形电池 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个方式所涉及的圆筒形电池具备：电极体；电解液；收容电极体和电解液的有底筒状的外装罐；以及密封外装罐的封口体。封口体包括阀体、具有中空部的绝缘板以及具有第一贯通孔的金属板。绝缘板配置在阀体以及金属板之间。阀体以及金属板中的至少一个具有向中空部的内部方向突出的突起部，阀体和金属板在该突起部相互接合。绝缘板具有在中空部的周围形成的第二贯通孔。

Description

圆筒形电池
技术领域
本发明涉及具有防爆机构的圆筒形电池。
背景技术
根据收容发电要素即电极体的外装体的形状、材质，密闭型电池大致分为圆筒形电池、方形电池以及袋型电池。其中，圆筒形电池广泛用作电动工具、电动辅助自行车以及电动汽车等驱动电源。在这些用途中，圆筒形电池用作串联或者并列连接的电池组。
在圆筒形电池的封口体中，嵌入有用于确保安全性的装置。在专利文献1以及2公开的圆筒形电池的封口体中，嵌入有若电池内压增加并达到给定值则工作的电流截断机构、气体排出机构等防爆机构。
图6是专利文献1中公开的封口体的剖视图。嵌入封口体的电流截断机构通过层叠外侧铝箔61、内侧铝箔62以及介入其间的环状的绝缘板63而构成。外侧铝箔61和内侧铝箔62在绝缘板63的中空部内相互接合。若电池内压上升，则外侧铝箔61受到该压力。在内侧铝箔62与外侧铝箔61的焊接部的周围，形成环状的薄壁部62a，若电池内压达到给定值，则薄壁部62a断裂，外侧铝箔61和内侧铝箔62之间的电流路径截断。进而，若电池内压上升，则外侧铝箔61断裂，电池内部的气体排出。外侧铝箔61作为安全阀发挥功能。
专利文献
专利文献1：日本特开平8-306351号公报
专利文献2：日本特开2009-110808号公报
发明内容
发明要解决的课题
若圆筒形电池的能量密度增加，则误使用、或过充电时的电池内部的气体产生量增加。因此，随着圆筒形电池的能量密度的增加，要求提高嵌入封口体的电流截断机构、气体排出机构等防爆机构的功能。但是，因为封口体无助于充放电，所有优选提高安全机构的功能的装置不影响封口体厚度。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种通过改善构成电流截断机构的绝缘板的形状从而具有优异的电流截断机构和气体排出机构的圆筒形电池。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，本发明的一个方式所涉及的圆筒形电池的特征在于，具备：电极体；电解液；收容电极体和电解液的有底筒状的外装罐；以及密封外装罐的封口体，封口体包括阀体、具有中空部的绝缘板以及具有第一贯通孔的金属板，绝缘板配置在阀体以及金属板之间，阀体以及金属板中的至少一个具有向中空部的内部方向突出的突起部，阀体和金属板在该突起部相互接合，绝缘板具有在中空部的周围形成的第二贯通孔。
发明效果
根据本发明的一个方式，能够提供一种具有优异的电流截断机构和气体排出机构的圆筒形电池。
附图说明
图1是一个实施方式所涉及的非水电解液二次电池的剖视图。
图2是一个实施方式所涉及的封口体的剖视图。
图3是一个实施方式所涉及的金属板的俯视图。
图4是一个实施方式所涉及的绝缘板的俯视图。
图5是示出实施例1中的绝缘板相对于金属板的配置位置的俯视图。
图6是专利文献1中公开的封口体的剖视图。
具体实施方式
以下，使用圆筒形电池的一个例子即非水电解液二次电池对用于实施本发明的方式进行说明。另外，本发明不限于下述实施方式，在不变更其主旨的范围内能够适当地变更并实施。
图1是非水电解液二次电池10的剖视图。电极体18收容在有底筒状的外装罐22的内部。电极体18在隔着隔离物17的状态下通过卷绕正极板15和负极板16而制作。正极引线15a以及负极引线16a分别与正极板15以及负极板16连接。而且，正极引线15a与封口体11连接，负极引线16a与外装罐22的底部连接。封口体11经由密封垫21铆接固定到外装罐22的开口部。未图示的非水电解液和电极体18一起收容在外装罐22的内部。
如图2所示，封口体11由阀体12、金属板13以及介入其间的绝缘板14构成。阀体12具有向绝缘板14的中空部14a的内部方向突出的突起部12a。阀体12和金属板13在该突起部12a相互接合。可以在金属板13设置向中空部14a的内部方向突出的突起部，也可以在阀体12和金属板13这两者上设置突起部。正极引线15a与金属板13连接，金属板13作为内部端子板发挥功能。金属板13不需要与正极引线15a直接连接，也能使其他的导电性构件介入金属板13和正极引线15a之间作为内部端子板。阀体12的一部分在电池外部露出，并能够将该露出部与外部设备等连接。也就是说，在本实施方式中，阀体12作为正极外部端子发挥功能。
封口体11具有由阀体12、金属板13以及绝缘板14构成的电流截断机构，电流截断机构工作如下。若在电池内部产生气体且电池内压上升，则阀体12受到该压力。若电池内压达到给定值，则设置在金属板13的薄壁部13a断裂，阀体12和金属板13之间的电流路径截断。进而，若电池内压上升，则阀体12断裂，电池内部的气体排出。这样，封口体11的气体排出机构发挥功能。
本实施方式的封口体11仅具有构成电流截断机构所需的最小限度的要素，因此能够减少封口体的厚度从而提高非水电解液二次电池的能量密度。根据使用非水电解液二次电池的用途，能够在封口体11中添加端子盖、PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数)元件等其他的要素。例如，能够将端子盖配置在阀体上从而提高封口体的机械强度。但是，为了充分确保气体排出机构的工作时的气体排出路径，如本实施方式那样，优选阀体在电池外部露出。
优选对阀体12以及金属板13使用挠性优越、且即使在非水电解液中露出于正极电位也能够稳定地存在的金属材料。作为这种金属材料，例示有铝以及铝合金。阀体12和金属板13能够通过照射激光这样的高能射线来相互接合。
如图3所示，在金属板13中，作为易断裂部的薄壁部13a形成为圆形。薄壁部13a形成在金属板13的中央部。薄壁部13a形成在金属板的最外圆周部的同心圆上。薄壁部13a也可以在金属板的最外圆周部的同心圆上形成为C字形状。薄壁部的剖面具有V字形状，但并不局限于此，例如也能够设为U字形状。在薄壁部13a的外侧形成八个第一贯通孔13b。阀体12和金属板13的接合部形成在薄壁部13a的内侧。另外，当电池内压达到给定值时，在使阀体12和金属板13的接合部断裂的情况下，不需要在金属板13形成薄壁部13a。
第一贯通孔13b作为在电池内部产生的气体的流路而发挥功能。对第一贯通孔13b的数量、形状没有特别限制，优选形成多个贯通孔使得相对于金属板13的中心成为点对称，且优选其形状为圆形。第一贯通孔13b的总面积优选为由金属板13的最外圆周部围起的区域的面积的5％以上且40％以下，更优选为15％以上且30％以下。另外，金属板13的最外圆周部是指从金属板13的垂线方向观察时的金属板13的最外圆周部。另外，金属板13的垂线方向与阀体12、金属板13以及绝缘板14的层叠方向一致。
如图4所示，在绝缘板14中，在中央部形成中空部14a，在其周围形成四个第二贯通孔14b。优选中空部14a的面积为由绝缘板14的最外圆周部围起的区域的面积的2％以上且20％以下。另外，绝缘板14的最外圆周部是指从金属板13的垂线方向观察时的绝缘板14的最外圆周部。第二贯通孔14b的数量、形状没有特别限制，优选将第二贯通孔14b配置为从金属板13的垂线方向观察，第二贯通孔14b的至少一部分与第一贯通孔13b重叠。优选第一贯通孔13b和第二贯通孔14b的重叠部的总面积S2相对于第一贯通孔13b的总面积S1之比(S2/S1)为0.5以上且1以下。
作为能够用于绝缘板14的材料优选高分子树脂材料，例示有聚丙烯(PP)树脂以及聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂。
实施例
以下，使用实施例对本实施方式所涉及的非水电解液二次电池10进行更详细说明。
(实施例1)
(封口体的制作)
阀体12和作为内部端子板的金属板13通过铝板的冲压加工制作。在金属板13的中央部形成圆形的薄壁部13a。金属板13的第一贯通孔13b的总面积设为30mm2。绝缘板14通过聚丙烯树脂的注塑成型制作。绝缘板14的中空部14a的直径设为2.8mm。如图5所示，将绝缘板14配置在金属板13上，使得第一贯通孔13b的全部与第二贯通孔14b重叠。进而，将阀体12配置在绝缘板14上，在阀体12上设置的突起部12a处，将阀体12和金属板13用激光焊接接合，从而制作封口体11。
在将绝缘板14如上所述那样配置在金属板13上的情况下，第一贯通孔13b和第二贯通孔14b的重叠部的总面积S2与第一贯通孔13b的总面积S1一致。也就是说，重叠部的总面积S2相对于第一贯通孔13b的总面积S1之比(S2/S1)为1。
(正极板的制作)
作为正极活性物质，使用以LiNi0.91Co0.06Alo.03O2表示的锂镍复合氧化物。混合100质量份的正极活性物质、1质量份的作为导电剂的乙炔黑(AB)以及1质量份的作为粘结剂的聚偏二氟乙烯(PVdF)，将该混合物在N-甲基-2-吡咯烷酮中混炼从而制备正极合剂浆料。将该正极合剂浆料涂敷在由厚度为13μm的铝箔构成的正极集电体的两面，并干燥从而形成正极合剂层。用辊子压缩该正极合剂层以使填充密度为3.6g/cm3，并将压缩后的极板切断为给定的尺寸从而制作正极板15。在正极板15的一部分设置未形成正极合剂层的正极芯体露出部，将铝制的正极引线15a与正极芯体露出部连接。
(负极板的制作)
作为负极活性物质，使用93质量份的石墨和7质量份的氧化硅(SiO)的混合物。混合100质量份的负极活性物质、1质量份的作为增粘剂的羧甲基纤维素(CMC)以及1质量份的作为粘结剂的丁苯橡胶(SBR)，将该混合物在水中混炼从而制备负极合剂浆料。将该负极合剂浆料涂敷在由厚度为6μm的铜箔构成的负极集电体的两面，并干燥从而形成负极合剂层。用辊子压缩该负极合剂层以使填充密度为1.65g/cm3，并将压缩后的极板切断为给定的尺寸从而制作负极板16。在负极板16的一部分设置未形成负极合剂层的负极芯体露出部，将铜制的负极引线16a与负极芯体露出部连接。
(非水电解液的制备)
将碳酸乙二酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)以及碳酸甲乙酯(MEC)以20∶75∶5的体积比来混合从而调制非水溶剂。将作为电解质盐的六氟磷酸锂(LiPF6)溶解在该非水溶剂中以成为1.4mol/L的浓度，从而调制非水电解液。
(电极体的制作)
通过隔着隔离物17来卷绕正极板15和负极板16，从而制作电极体18。对于隔离物17，使用将耐热层形成在单面的聚乙烯制的微多孔膜，该耐热层是氧化铝(A12O3)分散在聚酰胺中而获得的。耐热层被配置为与正极板对置。
(非水电解液二次电池的制作)
将上部绝缘板19以及下部绝缘板20分别配置在电极体18的上方和下方，并将电极体18插入有底筒状的外装罐22。将正极引线15a与封口体11连接，并将负极引线16a与外装罐22的底部连接。而且，将非水电解液注入外装罐，并经由密封垫21将封口体11铆接固定到外装罐22的开口部，从而制作外径为18mm、高度为65mm的实施例1所涉及的非水电解液二次电池10。
(实施例2～4)
通过变更绝缘板的第二贯通孔的总面积、绝缘板的配置位置，除了将S2/S1设定为表1所示的值以外，以与实施例1同样的方式来制作实施例2～4所涉及的非水电解液二次电池。
(比较例)
除了不在绝缘板上形成第二贯通孔以外，以与实施例1同样的方式来制作比较例所涉及的非水电解液二次电池。
(加热试验)
进行实施例1～4以及比较例的各10个电池的加热试验，观察试验后的电池的外观并确认有无外装罐的断裂等损坏。加热试验按以下步骤进行。首先，在25℃的环境下，以0.3It(＝1050mA)的恒流电对电池充电，直到电池电压变为4.2V为止，之后，以4.2V的恒压对电池充电，直到电流值变为0.02It(＝70mA)为止。在充电后的电池的侧面安装热电偶，并将电池投入加热至700℃的管状炉。将电池保存在管状炉内，直到电池热失控。在保存过程中，用热电偶测量电池温度，并通过电池温度的变化来判断有无热失控。将实施例1～4以及比较例的加热试验的结果表示在表1中。
[表1]
S2/S1 外装罐的损坏的发生率
实施例1 1 0％
实施例2 0.7 0％
实施例3 0.5 0％
实施例4 0.3 20％
比较例 0 40％
加热试验的结果为，在实施例4和比较例中观察到外装罐的损坏。外装罐的损坏的程度是达不到破裂、且在侧面的一部分观察到断裂的程度。即使在强制使电池热失控的情况下，因为在电池内部产生的气体从断裂的阀体排出，所以达到电池的破裂的危险性较低。但是，如比较例那样，在仅在中央部中设置中空部作为绝缘板的通气孔的情况下，中空部的一部分由于电池内部的隔离物等熔融物发生堵塞，从而气体的排出能力变得不充分。因此，可以认为是比较例的外装罐的侧面的一部分断裂了。
在实施例1～4中，在绝缘板设置中空部，并且在其周围设置作为通气孔的第二贯通孔。因此，外装罐损坏的发生率降低。通过在绝缘板的中空部的周围设置第二贯通孔，来提高作为封口体的气体排出机构的能力。但是，若比较实施例1～4的结果，则可知优选将重叠部的总面积S2相对于第一贯通孔的总面积S1之比(S2/S1)设为0.5以上且1以下。
在使用多个电池构成电池组的情况下，电池配置为电池的侧面彼此紧贴。因此，若在电池的一部分产生异常且电池的侧面断裂，则使周围的电池温度升高从而发生延烧的危险性。如本发明那样，即使电池热失控，如果能够抑制侧面的断裂，则提高了电池组的安全性。
此外，如实施例那样，在将第二贯通孔设置在绝缘板的中空部的周围的情况下，能够减少中空部的面积。通过减少中空部的面积，作为在金属板形成的易断裂部的薄壁部与绝缘板相邻，从而能够确保电流截断机构工作后的阀体与金属板之间的绝缘性。
产业上的利用可能性
如以上所述，根据本发明，能够提供一种具备优异的电流截断机构和气体排出机构的圆筒形电池。本发明能够广泛应用于圆筒形电池，因此其工业上的利用可能性大。
符号说明
10 非水电解液二次电池；
11 封口体；
12 阀体；
12a 突起部；
13 金属板；
13a 薄壁部；
13b 第一贯通孔；
14 绝缘板；
14a 中空部；
14b 第二贯通孔；
18 电极体；
22 外装罐。

Claims (5)

1.一种圆筒形电池，具备：
电极体；
电解液；
有底筒状的外装罐，收容所述电极体和所述电解液；以及
封口体，密封所述外装罐，
所述封口体包括阀体、具有中空部的绝缘板以及具有第一贯通孔的金属板，
所述绝缘板配置在所述阀体以及所述金属板之间，
所述阀体以及所述金属板中的至少一者具有向所述中空部的内部方向突出的突起部，
所述阀体以及所述金属板在所述突起部相互接合，
所述绝缘板具有在所述中空部的周围形成的第二贯通孔。
2.根据权利要求1所述的圆筒形电池，其中，
所述圆筒形电池具有从所述金属板的垂线方向观察，所述第二贯通孔的至少一部分与所述第一贯通孔重叠的重叠部。
3.根据权利要求2所述的圆筒形电池，其中，
所述重叠部的总面积相对于所述第一贯通孔的总面积之比为0.5以上且1以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的圆筒形电池，其中，
所述阀体在电池外部露出。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的圆筒形电池，其中，
所述封口体具有配置在所述阀体上的端子盖。
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