CN110226243B - 电池罐及圆筒形电池 - Google Patents

Abstract

电池罐具备：筒状的主体部；开口部，其设在主体部的一个端部；以及底部，其封闭主体部的另一个端部。在开口部的开口端附近通过缩径而形成有环状槽部，环状槽部具有比位于最靠内侧的位置的最缩径部靠开口端侧的槽上部和比最缩径部靠底部侧的槽下部，槽下部的壁厚T1大于主体部的壁厚T2。

Description

电池罐及圆筒形电池

技术领域

本发明涉及电池罐及具备该电池罐的圆筒形电池。

背景技术

一般的圆筒形电池具备发电要素和收纳发电要素的有底圆筒形的电池罐。在电池罐的开口部的开口端附近形成有向内侧突出的环状槽部。通过使封口体支承于槽部而将开口部封口。

提出了各种在电池罐形成环状槽部的方法。例如通过将设在辊的周面的肋压入到电池罐的开口端附近而形成向内侧突出的环状槽部。一般来讲，环状槽部的变形是将罐壁拉伸的塑性变形，槽部的壁厚与变形前相比变薄。从提升电池罐的加工性使槽形状稳定化的方面考虑，也进行预先减薄被加工区域的壁厚而降低硬度的操作。但是，若槽部薄壁化，则槽部的强度下降。

因此，专利文献1提出了这样的内容：从使形状稳定化并且谋求抑制环状槽部的薄壁化的方面考虑，在从电池罐的底面向上进行加压的状态下，将电池罐的转速相对于开槽辊的压入速度的比例设为2.0以上且5.5以下。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－176551号公报

发明内容

若误用电池，则有时在电池内急剧地产生气体，电池的安全机构进行工作。在圆筒形电池的情况下，由于在电池内产生的气体的一部分沿着电池罐和发电要素之间的分界(即电池罐的内表面)移动，因此有时气流冲撞于环状槽部而使槽部破损。为了使安全机构正常地进行工作，期望尽量地避免槽部的破损。

鉴于上述内容，本公开的一个方面的电池罐具备：筒状的主体部；开口部，其设在所述主体部的一个端部；以及底部，其封闭所述主体部的另一个端部。在所述开口部的开口端附近通过缩径而形成有环状槽部，所述槽部具有比位于最靠内侧的位置的最缩径部靠所述开口端侧的槽上部和比所述最缩径部靠所述底部侧的槽下部，所述槽下部的壁厚T1大于所述主体部的壁厚T2。

本公开的另一个方面的圆筒形电池具备：电极组；电解质；上述电池罐，其收纳所述电极组和所述电解质；第1绝缘板，其配置在所述环状槽部和所述电极组的所述开口部侧的端面之间；以及第2绝缘板，其配置在所述底部和所述电极组的所述底部侧的端面之间。

根据本公开，能够提高圆筒形电池的安全性。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的电池罐的纵剖视图。

图2是该电池罐的环状槽部的放大剖视图，是表示环状槽部与第1绝缘板之间的位置关系及槽部各部分的结构的图(a)和表示槽部各部分的壁厚和形成最小曲率半径的部位的图(b)。

图3是本发明的一个实施方式的圆筒形电池的纵剖视图。

图4是在电池罐形成环状槽部的工序的说明图。

具体实施方式

本发明的实施方式的电池罐具备筒状的主体部、设在主体部的一个端部的开口部、以及封闭主体部的另一个端部的底部。在开口部的开口端附近通过缩径而形成有环状槽部。在此，开口部是指不仅包含开口端也包含其附近的环状槽部的区域。环状槽部具有位于最靠内侧的位置的最缩径部、比最缩径部靠开口端侧的槽上部、以及比最缩径部靠底部侧的槽下部。

缩径是指例如将夹具从外侧按压于电池罐的罐壁，沿着电池罐的周面将罐壁向内侧压入，使罐壁的内表面向内侧突出的加工。构成槽部的罐壁材料的绝对量受限。因此，一般来讲，槽部的壁厚与通过缩径而变形之前相比变薄。

另一方面，通过变更缩径的加工条件，从而能够使槽下部的壁厚T1大于主体部的壁厚T2。例如，控制为夹具与加工中途的槽上部之间的摩擦系数大于夹具与加工中途的槽下部之间的摩擦系数，与槽上部相比向槽下部供给更多的罐壁材料即可。在进行这样的加工时，槽下部的壁厚T1大于主体部的壁厚T2且大于槽上部的壁厚T3。

在因电池的误用而在电池内急剧地产生气体，沿着电池罐和发电要素之间的分界移动的气流冲撞于槽部的情况下，气流最先冲撞于槽下部。因而，槽下部的壁厚T1越大，则越提高槽部相对于气流的冲撞而言的耐久性，抑制槽部的破损。此外，通过使槽下部的壁厚T1大于主体部的壁厚T2，从而环状槽部的整体的强度也提高。

另外，被槽下部相对于气流遮蔽的槽上部的厚度T3不必大于主体部的厚度T2。

若槽下部的壁厚T1为例如主体部的壁厚T2的1.01倍以上，则槽部的耐久性、强度提高，获得提高电池的安全性的效果。但是，从获得更显著的效果的方面考虑，T1优选为T2的1.15倍以上，更优选为1.3倍以上。但是，难以使槽下部的壁厚T1过度地大于主体部的壁厚T2。能够将T1最大增大到T2的1.6倍左右。

在此，槽下部的壁厚T1是指在电池罐的沿着轴向的任意的截面(纵截面)中观测的槽下部中的、最厚的部分的厚度。同样，槽上部的壁厚T3是指在电池罐的该纵截面中观测的槽上部中的、最厚的部分的厚度。

主体部的厚度T2是在该纵截面中观测的主体部的多个部位测量出的厚度的平均值。例如在将主体部的高度设为H时，测量主体部的距电池罐的底部0.25H、0.5H及0.75H的高度处的厚度，求出平均值即可。

在使槽下部的壁厚T1大于主体部的壁厚T2的情况下，抑制了加工中途的槽下部的弯曲，成为更接近平坦的形状。在这样的槽下部和主体部之间的分界，罐壁以具有更大的曲率(形成更小的曲率半径)的方式弯曲。槽下部的内表面和主体部的内表面之间的分界处的最小曲率半径r1可成为例如0.2mm以下。最小曲率半径r1越小，则槽下部的倾斜也越小。

图1用放大剖视图表示电池罐的环状槽部的一个例子。图2是该电池罐的环状槽部的放大剖视图。电池罐100具备筒状的主体部110、设在主体部110的一个端部的开口部120、以及封闭主体部110的另一个端部的底部130。在开口部120的开口端附近通过缩径而形成有环状槽部120G。环状槽部120G具有最缩径部121G、比最缩径部121G靠开口端侧的槽上部122G、以及比最缩径部121G靠底部侧的槽下部123G。槽下部123G的壁厚T1大于主体部110的壁厚T2和槽上部122G的壁厚T3。槽下部123G的形状是与槽上部122G相比接近平坦的形状，槽下部123G的内表面和主体部110的内表面之间的分界处的最小曲率半径r1小于槽上部122G的内表面和主体部110的内表面之间的分界处的最小曲率半径r3。

典型地讲，电池罐的主体部的横截面形状是圆形或者近似圆形的形状，但并不限定于此。主体部的长度也没有特别的限定，例如为60mm～80mm。主体部的内径也没有特别的限定，例如为φ18mm～22mm。

与电池尺寸相应地决定槽部向内侧突出的突出宽度(槽深)，若主体部的内径处于上述范围，则突出宽度例如为0.9mm～2.5mm。

与电池罐的材质、电池尺寸等相应地决定主体部的壁厚，若主体部的长度处于上述范围，则主体部的壁厚例如为0.15mm～0.4mm。此时，底部的壁厚例如为0.3mm～0.5mm。

电池罐的材质使用例如铁、铁合金、不锈钢、铝、铝合金等，但并没有特别的限定。

电池的种类并没有特别的限定，上述电池罐适合作为要求高安全性的锂离子二次电池这样的非水电解质电池的电池壳体。

接着，对使用上述电池罐的圆筒形电池的一个例子进行说明。

圆筒形电池具备电极组、电解质、以及收纳电极组和电解质的电池罐。为了抑制内部短路，在电池罐的环状槽部和电极组的开口部侧的端面之间配置有第1绝缘板。同样，在电池罐的底部和电极组的底部侧的端面之间配置有第2绝缘板。

在槽下部的内表面和主体部的内表面之间的分界处的最小曲率半径r1变小、槽下部的倾斜变小时，第1绝缘板的最外缘不易受到槽下部的压迫。因而，即便使第1绝缘板的最大直径d最大限度地接近主体部的内径D，也抑制因第1绝缘板被压迫而产生的破损。越增大第1绝缘板的最大直径d，则第1绝缘板的抑制内部短路的效果越加升高。

第1绝缘板的材质和第2绝缘板的材质是将例如酚醛树脂这样的绝缘性树脂作为主要成分的材料，优选的是，在芯材中含有绝缘性的纤维状材料。

优选的是，第1绝缘板的最大直径d和主体部的内径D满足0.98≤d/D＜1。在该情况下，在第1绝缘板的最外缘和主体部的内表面之间几乎没有形成间隙，能够将该间隙降低到例如100μm以下。因而，即便假设由较大的冲击导致电极组发生了卷绕错位(日文：捲きずれ)等变形，在电极组的最外周附近也不易发生电极与电池罐之间的接触。

槽下部的倾斜越小越理想，优选的是，从第1绝缘板的最外缘到槽下部的内表面在电极组的轴向上的距离L1和从第1绝缘板的与最外缘相距槽部的突出宽度的1/2距离的中心侧的位置到槽下部的内表面在该轴向上的距离L2是几乎相同的距离。更具体地讲，优选满足0.97＜L2/L1＜1.5，更优选满足1.05＜L2/L1＜1.45。

另外，壁厚T1～T3、最小曲率半径r1～r3、槽部向内侧突出的突出宽度、第1绝缘板的最大直径d、主体部的内径D、L2/L1等既可以根据CT照片来测量，也可以根据将电池或者电池罐以不变形的方式埋设于树脂等之后将其剖切而得到的截面来测量。

以下，参照图3以锂离子二次电池为例说明本发明的一个实施方式的圆筒形电池。图3是锂离子二次电池的纵剖视图。

锂离子二次电池(以下，称为电池)10具备电极组18、电解质(未图示)、以及收纳上述的电极组18和电解质的电池罐100。电极组18是通过将正极板15和负极板16隔着分隔件17地卷绕而形成的。在电池罐100的开口端附近形成有环状槽部120G。在电极组18的一个端面和环状槽部120G之间配置有第1绝缘板23。在电极组18的另一个端面和电池罐100的底部130之间配置有第2绝缘板24。

第1绝缘板23的最外缘保持在电极组18的该端面和环状槽部120G之间。第1绝缘板23的最大直径d和主体部110的内径D几乎相同，满足0.98≤d/D＜1。此外，从第1绝缘板23的最外缘到槽下部123G的内表面在电极组18的轴向上的距离L1和从第1绝缘板23的与最外缘相距槽部的突出宽度的1/2距离的中心侧的位置到槽下部123G的内表面在该轴向上的距离L2是几乎相同的距离，满足0.97＜L2/L1＜1.5(参照图2的(a))。

电池罐100的开口部被在周缘部具备垫圈21的封口体11封口。封口体11具备阀构件(日文：弁体)12、金属板13、以及夹设在阀构件12的外周部和金属板13的外周部之间的环状的绝缘构件14。阀构件12和金属板13在各自的中心部互相连接。从正极板15导出来的正极引线15a连接于金属板13。因而，阀构件12作为正极的外部端子发挥功能。从负极板16导出来的负极引线16a连接于电池罐100的底部内表面。

正极板15具备箔状的正极集电体和形成在该正极集电体的表面的正极活性物质层。作为正极集电体的材料，可以使用铝、铝合金、不锈钢、钛、钛合金等。作为正极活性物质，优选使用锂过渡金属复合氧化物。可以使用含有锂和从由例如钴、锰、镍、铬、铁及钒构成的组中选择的至少1种的复合氧化物。

负极板16具备箔状的负极集电体和形成在该负极集电体的表面的负极活性物质层。作为负极集电体的材料，可以使用铜、铜合金、镍、镍合金、不锈钢等。作为负极活性物质，可以使用能可逆地吸存、放出锂离子的碳材料，例如天然石墨、人造石墨、硬碳、软碳、氧化锡、氧化硅等。

作为分隔件17，可以使用例如由聚烯烃形成的微多孔膜。作为聚烯烃，可以例示出聚乙烯、聚丙烯、乙烯－丙烯共聚物等。

电解质具备非水溶剂和溶解于非水溶剂的锂盐。作为非水溶剂，可以使用碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯以及碳酸丁烯酯等环状碳酸酯，碳酸二甲酯、碳酸二乙酯以及碳酸甲乙酯等链状碳酸酯，羧酸酯以及链状醚等。作为锂盐，可以使用LiPF₆、LiBF₄、LiClO₄等。

接着，对在电池罐形成环状槽部的方法进行说明。

图4表示在电池罐形成环状槽部的开槽装置的概略。开槽装置具备：下模机构3，其保持电池罐100的底部130将电池罐100沿着轴向向开口部120侧上推；上模机构4，其保持电池罐100的开口部120使电池罐100旋转；以及按压机构，其将夹具(开槽辊2)以预定的移动速度从外侧按压于电池罐100的罐壁，沿着电池罐100的周面将罐壁向内侧压入，使罐壁的内表面向内侧突出。开槽辊2是在周面具有与槽形状相应的形状的环状肋2a的平坦的柱状旋转体。通过由下模机构3上推电池罐100而从主体部110和底部130侧补给增厚槽下部123G的壁厚T1所需要的电池罐材料。

电池罐100的底部130保持于能够上下移动的下模机构3，该电池罐100向箭头A所示的方向(上方)移动。上模机构4被按压于电池罐100的开口部120。通过上模机构4向箭头B所示的方向旋转而使电池罐100旋转。开槽辊2以恒定速度向箭头D的方向平行移动预定的压入宽度。在开槽辊2的环状肋2a与旋转着的电池罐100的开口端附近接触时，开槽辊2也向箭头C所示的方向旋转。在开槽辊2平行移动时，沿着电池罐100的周面将罐壁向内侧压入，形成环状槽部120G。

通过控制由下模机构3上推电池罐100的上推速度、由上模机构4使电池罐100旋转的转速、由按压机构压入开槽辊2的压入速度、环状肋2a的形状等，从而能够将开槽辊与加工中途的槽上部或者槽下部之间的摩擦系数分别控制在期望的范围。

接着，根据实施例对本发明的实施方式进一步进行说明。

《实施例1》

(1)正极板的制作

将100质量份的正极活性物质(LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂)、1.7质量份的粘结剂(聚偏氟乙烯)以及2.5重量份的导电剂(乙炔黑)投入到分散介质中，进行混炼而制备了正极合剂浆料。将正极合剂浆料涂敷在铝箔制的正极集电体的两面，干燥并压延而形成正极活性物质层，切断为预定尺寸而得到正极板。在正极集电体的一部分设置暴露部并连接铝制的正极引线。

(2)负极板的制作

将100质量份的负极活性物质(石墨)、0.6质量份的粘结剂(丁苯橡胶)以及1重量份的增稠剂(羧甲基纤维素)投入到分散介质中，进行混炼而制备了负极合剂浆料。将负极合剂浆料涂敷在铜箔制的负极集电体的两面，干燥并压延而形成负极活性物质层，切断为预定尺寸而得到负极。在负极集电体的一部分设置暴露部并连接镍制的负极引线。

(3)非水电解质的制备

将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)以及碳酸甲乙酯(EMC)混合而制备了非水溶剂。将LiPF₆以1mol/L的浓度溶解于非水溶剂而得到非水电解质。

(4)电池的制作

隔着聚烯烃制的微多孔制膜(分隔件)卷绕正极板和负极板而制作了电极组。在电极组的下端面配置第2绝缘板，并插入电池罐，将负极引线电阻焊接于电池罐的底部。电池罐使用主体部的内径D＝20.4mm、高度H＝70mm且对内外表面实施了镀镍的铁罐。

在电极组的上端面配置了直径d＝20.2mm(d/D＝0.99)的圆盘状的第1绝缘板之后，使用图4所示的装置在电池罐的开口端附近形成了环状槽部。开槽辊的压入宽度(槽部的突出宽度)设为1.7mm。

环状槽部满足以下的条件。

槽下部的壁厚T1＝0.34mm

主体部的壁厚T2＝0.30mm(T1/T2＝1.13)

槽上部的壁厚T3＝0.22mm

槽下部的内表面和主体部的内表面之间的分界的最小曲率半径r1＝0.1mm

接着，在具备安全机构的封口体所具备的金属板连接正极引线，隔着垫圈支承于在电池罐形成的环状槽部，将电池罐的开口端凿紧于封口体的周缘，从而完成了锂离子二次电池。L2＝0.5mm，L2/L1＝1.45。由来自槽下部的压迫引起的第1绝缘板的最外缘向底部侧进行的变形微小。

《比较例1》

除了如下地变更环状槽部的条件之外，与实施例1同样地完成了锂离子二次电池。另外，伴随T1、T2的变更，T3和r1也发生了变化。L2/L1大于1.5，与实施例1相比，第1绝缘板的最外缘的变形变大。

槽下部的壁厚T1＝0.30mm

主体部的壁厚T2＝0.30mm(T1/T2＝1)

《比较例2》

除了如下地变更环状槽部的条件之外，与实施例1同样地完成了锂离子二次电池。另外，伴随T1、T2的变更，T3和r1也发生了变化。L2/L1大于1.6，与比较例1相比，第1绝缘板的最外缘的变形变得更大。

槽下部的壁厚T1＝0.28mmmm

主体部的壁厚T2＝0.30mm(T1/T2＜1)

另外，认为与比较例1、2的电池相比，满足T1/T2＞1的实施例1的电池在因误用而在电池内急剧地产生了气体的情况下的安全性大幅提高。

产业上的可利用性

由于具备本发明的电池罐的圆筒形电池的安全性较高，因此在具有高能量密度的非水电解质二次电池中特别有用。

附图标记说明

10、锂离子二次电池；11、封口体；12、阀构件；13、金属板；14、绝缘构件；15、正极板；15a、正极引线；16、负极板；16a、负极引线；17、分隔件；18、电极组；21、垫圈；23、第1绝缘板；24、第2绝缘板；100、电池罐；110、主体部；120、开口部；120G、环状槽部；121G、最缩径部；122G、槽上部；123G、槽下部；130、底部。

Claims (5)

1.一种电池罐，其中，

该电池罐具备：

筒状的主体部；

开口部，其设在所述主体部的一个端部；以及

底部，其封闭所述主体部的另一个端部，

在所述开口部的开口端附近通过缩径而形成有环状槽部，

所述环状槽部具有比位于最靠内侧的位置的最缩径部靠所述开口端侧的槽上部和比所述最缩径部靠所述底部侧的槽下部，

所述槽下部的壁厚T1大于所述主体部的壁厚T2，

所述槽下部的壁厚T1大于所述槽上部的壁厚T3，

所述槽上部的壁厚T3小于所述主体部的壁厚T2。

2.根据权利要求1所述的电池罐，其中，

所述槽下部的壁厚T1为所述主体部的壁厚T2的1.01倍以上且1.6倍以下。

3.根据权利要求1或2所述的电池罐，其中，

所述槽下部的内表面和所述主体部的内表面之间的分界的最小曲率半径r1为0.2mm以下。

4.一种圆筒形电池，其中，

该圆筒形电池具备：

电极组；

电解质；

电池罐，其收纳所述电极组和所述电解质，该电池罐具备：筒状的主体部；开口部，其设在所述主体部的一个端部；以及底部，其封闭所述主体部的另一个端部，在所述开口部的开口端附近通过缩径而形成有环状槽部，所述环状槽部具有比位于最靠内侧的位置的最缩径部靠所述开口端侧的槽上部和比所述最缩径部靠所述底部侧的槽下部，所述槽下部的壁厚T1大于所述主体部的壁厚T2；

第1绝缘板，其配置在所述环状槽部和所述电极组的所述开口部侧的端面之间；以及

第2绝缘板，其配置在所述底部和所述电极组的所述底部侧的端面之间，

从所述第1绝缘板的最外缘到所述槽下部的内表面在所述电极组的轴向上的距离L1，和

从所述第1绝缘板的与所述最外缘相距所述环状槽部的突出宽度的1/2距离的中心侧的位置到所述槽下部的内表面在所述轴向上的距离L2，

满足0.97＜L2/L1＜1.5，

所述槽下部的壁厚T1大于所述槽上部的壁厚T3，

所述槽上部的壁厚T3小于所述主体部的壁厚T2。

5.根据权利要求4所述的圆筒形电池，其中，

所述第1绝缘板的最大直径d和所述主体部的内径D满足0.98≤d/D＜1。

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