CN110800132A - 圆筒形电池 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个方案所涉及的圆筒形电池具有：正极板以及负极板隔着隔板卷绕的电极体；电解液；收容电极体以及电解液的有底筒状的外装罐；和封口体，封口体由端子帽、构成电流阻断机构的阀体以及介于它们之间而存在的在中心有开口部的垫圈，垫圈在其厚度方向的两端的各表面具有形成于所述开口部的周围的凹部和配置于凹部的周围的平面部，垫圈的各表面上的凹部与平面部的边界线配置成在垫圈的厚度方向上相互重叠。

Description

圆筒形电池
技术领域
本发明涉及具有减低了工作压的偏差的电流阻断机构的圆筒形电池。
背景技术
近年来，由于笔记本电脑、便携电话、智能手机这样的电子设备的普及，作为它们的驱动电源而使用种种密闭型电池。密闭型电池根据其外装壳体的形状、材质而大致分为圆筒形电池、方形电池以及软包型电池等。圆筒形电池多是使用在电动工具、电动助力自行车这样谋求高输出的用途中。特别由于圆筒形的非水电解液二次电池重量轻且有高能量密度，因此其需要大。
非水电解液二次电池在由于外部短路、充电器的故障而以过大的电流放电的情况，或在被过充电的情况下，伴随电解液的分解等化学反应而电池内部的压力、温度上升，电池暴露于破裂或起火的危险下。因此，在圆筒形的非水电解液二次电池的封口体的内部装入在电池内部的压力达到给定值时阻断电池内部的电流路径的电流阻断机构。
如专利文献1以及2公开的那样，电流阻断机构由相互接合的两个金属板和介于它们之间存在的绝缘板构成。配置于电池外方的金属板向配置于电池内方的金属板突出，该突出部的前端与配置于电池内方的金属板接合。若电池内部的压力上升而达到给定值，则通过电池外方的金属板变形成翻转，两个金属板的接合部破断从而电池内部的电流路径被阻断。若电池内部的压力进一步上升，则电池外方的金属板破断而电池内部的气体被排出。如此地，在电流阻断机构的结构构件的一部分使用由有挠性的金属板构成的阀体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2007-27020号公报
专利文献2：JP特开2008-282679号公报
发明内容
发明要解决的课题
在封口体的露出到电池外部的部分配置有作为外部端子发挥功能的端子帽。存在在该端子帽与构成电流阻断机构的阀体之间配置在中心有开口的导电性的中间构件的情况。例如在专利文献1以及2中，在端子帽与阀体之间配置金属垫圈。
在端子帽与阀体之间配置有金属垫圈的情况下，在电池内部的压力上升而阀体翻转时，金属垫圈中的与阀体的抵接部当中最内周部的内径会给阀体翻转时的电池内部的压力即电流阻断机构的工作压带来影响。
金属垫圈一般通过插入冲头与凹模(die)之间的金属板的冲裁加工来制作。为此，认为不管使金属垫圈的表背的哪一者与阀体抵接，金属垫圈的与阀体的抵接部的最内周部的内径都成为相同值。但在通过金属板的冲裁加工在金属垫圈的中心形成开口部时，在金属板的表背的一方形成塌边，在另一方形成飞边。因此，根据使金属垫圈的表背的哪一者与阀体抵接，其抵接部的最内周部的内径就会变动，从而电流阻断机构的工作压发生变化。因此，若随机使用金属垫圈的表背来制作封口体，电流阻断机构的工作压的偏差就会变大。虽然通过在制作封口体时统一金属垫圈的朝向能减低工作压的偏差，但这样的手法会招致圆筒形电池的制造工序的复杂化、制造成本的上升。
用于解决课题的手段
本发明鉴于上述而提出，本发明的一个方案所涉及的圆筒形电池具有：正极板以及负极板隔着隔板卷绕的电极体；电解液；收容电极体以及电解液的有底筒状的外装罐；和封口体，封口体包含端子帽、构成电流阻断机构的阀体以及介于它们之间而存在的在中心有开口部的垫圈，垫圈在其厚度方向的两端的各表面具有形成于开口部的周围的凹部和配置于凹部的周围的平面部，垫圈的各表面上的凹部与平面部的边界线配置成在垫圈的厚度方向上相互重叠。
发明的效果
根据本发明，垫圈中的与阀体的抵接部的最内周部与垫圈表面的平面部与凹部的边界线一致。通过将该边界线配置成在垫圈的厚度方向上重叠，解决了由于垫圈的表背差而电流阻断机构的工作压发生变化的问题。因此，根据本发明，能不招致圆筒形电池的制造工序的复杂化、制造成本的上升地减低圆筒形电池的电流阻断机构的工作压的偏差。
附图说明
图1是一个实施方式所涉及的圆筒形的非水电解液二次电池的截面图。
图2是一个实施方式所涉及的封口体的截面图。
图3是一个实施方式所涉及的垫圈的截面图。
图4是一个实施方式所涉及的垫圈的俯视图。
图5是其他实施方式所涉及的垫圈的截面图。
图6是表示一个实施方式所涉及的垫圈的制作方法的示意图，图6的(a)表示形成开口部的工序，图6的(b)表示形成凹部的工序。
图7是表示比较例所涉及的垫圈的制作方法的示意图，图7的(a)表示形成开口部的工序，图7的(b)表示将垫圈平面成形的工序。
图8是比较例所涉及的垫圈的截面图。
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，下述的实施方式只是本发明的一例，本发明并不限定于实施方式。本发明能在不脱离其要旨的范围内适宜变更来实施。
图1是本发明的一个实施方式所涉及的圆筒形的非水电解液二次电池10的截面图。在有底圆筒状的外装罐18的内部收容电极体14和未图示的非水电解液。在电极体14的上下分别配置绝缘板15、16。通过在外装罐18的开口部隔着垫片17铆接固定封口体20来将电池内部密闭。
电极体14具有正极板11与负极板12的卷绕结构，隔板13介于正极板11与负极板12之间而存在。在正极板11以及负极板12分别连接正极引线11a以及负极引线12a。正极引线11a与封口体20连接，负极引线12a与外装罐18的底部连接。在正极板11、负极板12以及隔板13中能适宜选择非水电解液二次电池中所用的公知的材料来使用。
如图2所示那样，封口体20由端子帽21、垫圈22、阀体23、内垫片24以及内部端子板25构成。端子帽21、垫圈22以及阀体23隔着内垫片24在内部端子板25的外周部被铆接固定。在内垫片24中使用绝缘性的树脂，通过将阀体23和内部端子板25相互接合来确保从内部端子板25到端子帽21的电流路径。由于在内部端子板25设有通气孔，因此若电池内部的压力上升，阀体23就会受到其压力。若电池内部的压力达到给定值，阀体23与内部端子板25的接合部就会破断，从而电池内部的电流路径被阻断。若电池内部的压力进一步上升，阀体23就破断，从而电池内部的气体经过设于端子帽21的通气孔而被排出。
在阀体23以及内部端子板25中优选使用即使以正极电位暴露于非水电解液电能稳定存在的金属材料，作为这样的金属材料而例示铝以及铝合金。阀体23和内部端子板25能通过超声波焊接或激光焊接相互接合。在介于阀体23与内部端子板25之间存在的内垫片24中优选使用绝缘性的树脂材料，作为这样的树脂材料而例示聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二酯以及聚苯硫醚。
电流阻断机构能由能伴随电池内部的压力的上升而变形的阀体、与该阀体的电池内侧面接合的导电性构件以及介于它们之间而存在的绝缘构件这3个构件构成。在本实施方式中由阀体23、内部端子板25以及介于它们之间而存在的内垫片24构成电流阻断机构，但本发明的电流阻断机构并不限定于这样的结构。例如能使金属板介于阀体与内部端子板之间而存在，将该金属板取代内部端子板来用作电流阻断机构的构成要素。能在该金属板设置作为易破断部的薄壁部，并将该薄壁部作为电流阻断部。
端子帽21和垫圈22由于以正极电位暴露于大气中，因此优选使用耐氧化性卓越的金属材料，作为这样的金属材料，例示镍、被镍镀覆的铁、以及不锈钢。在垫圈22中不仅能使用金属材料，还能使用例如将导电性粉末和树脂混合、成形的PTC元件(PositiveTemperature Coefficient，正温度系数)。
如图3以及图4所示那样，在垫圈22的各表面，在开口部22a的周围形成凹部22c。在该凹部22c的周围配置垫圈22的表面平坦的平面部22b。在形成凹部22c的情况下，垫圈22的与阀体23的抵接部的最内周部和凹部22c与平面部22b的边界线22d一致。本实施方式中，边界线22d的平面形状成为圆形。边界线22d的平面形状优选是与开口部22a的平面形状相似。形成于垫圈22的各表面的边界线22d配置成在垫圈22的厚度方向上相互重叠。
在凹部22c存在垫圈22的残壁厚度变得恒定的底部。因此，从平面部22b到开口部22a形成阶差。由于这样的阶差对电流阻断机构工作时的阀体23的迅速的翻转做出贡献，优选跨平面部22b和开口部22a形成阶差。在阶差的情况下，可以介于平面部22b与底部之间存在倾斜面，也可以介于平面部22b与底部之间存在弯曲面。
图5是本发明的其他实施方式所涉及的垫圈52的截面图。可以如图5所示那样，在平面部52b与开口部52a之间形成仅由倾斜面构成的凹部52c。在该情况下，虽未从平面部52b到开口部52a形成阶差，但由于在平面部52b与凹部22c之间明确地形成了边界线22d，因此发挥了与上述的实施方式的垫圈22同样的效果。
在此参考图6来说明一个实施方式所涉及的垫圈22的制造方法的一例。图6是表示通过压制加工在成为垫圈22的原材料的金属板30形成垫圈22的中心的开口部22a和其周围的凹部22c的方法的示意图。首先，将金属板30通过压紧夹具33固定在凹模32。然后，通过向凹模32的开口部将冲头31进行冲裁，来在金属板30形成开口部22a(图6的(a))。这时，在金属板30的一方的面形成塌边，在另一方的面形成飞边。接下来，使用具有面积比形成于金属板30的开口部22a大的平坦的突起部的压制夹具34、35对金属板30进行压制加工，来在开口部22a的周围形成凹部22c(图6的(b))。最后，将与金属板30的垫圈22的外周部分对应的位置进行冲裁，来制作垫圈22。
垫圈的制作方法并不限定于上述那样的金属板的冲裁加工，例如也可以通过将成为原料的金属材料流入铸模以进行成形的铸造来制作垫圈。在铸造的情况下，在垫圈的表背的一方形成塌边、在另一方形成飞边的可能性小，但有仅在垫圈的表背的一方形成飞边的情况。根据本发明，能防止这样的飞边的影响来防止垫圈的表背差引起的电流阻断机构的工作压的变化。如此地，本发明在用冲裁加工以外的方法制作垫圈的情况下，也发挥减低电流阻断机构的工作压的偏差的效果。
实施例
垫圈22通过镍制的金属板30的冲裁加工而制作。首先如图6的(a)所示那样在金属板30形成开口部22a，接下来如图6的(b)所示那样在开口部22a的周围形成凹部22c。开口部22a以及凹部22c的平面形状设为圆形。最后，从开口部22a的中心沿着给定半径的圆对金属板30进行冲裁，来制作外径15.5mm的垫圈22。开口部22a的内径设为6.0mm，垫圈22的平面部22b与凹部22c的边界线22d所形成的圆的直径设为6.4mm。
在封口体20的结构构件中，如图2所示那样使用端子帽21、垫圈22、阀体23、内垫片24以及内部端子板25。在由铝板构成的内部端子板25上层叠内垫片24和阀体23，将内部端子板25和阀体23在相互的中心部接合。在阀体23中使用铝箔。进而，在阀体23上层叠垫圈22和端子帽21，将端子帽21的凸缘部隔着内垫片24在内部端子板25铆接固定，来制作实施例所涉及的封口体20。在端子帽21中使用被镍镀覆的铁板。
(比较例)
比较例的垫圈82与实施例同样地，首先通过镍制的金属板30的冲裁加工形成开口部82a(图7的(a))。接下来，不是在开口部82a的周围形成凹部，而是使用具有平坦的表面的压制夹具36、37来压制金属板30的整个面，将其平面成形(图7的(b))。最后，从开口部82a的中心沿着给定半径的圆对金属板30进行冲裁，来制作外径15.5mm的图8所示的垫圈82。垫圈82的开口部82a的内径设为6.4mm。其内径和实施例的垫圈22的平面部22b与凹部22c的边界线22d所形成的圆的直径一致。另外，在比较例的垫圈82的表背的一方形成塌边83，在另一方形成飞边84。在上述的平面成形的工序中，塌边83、飞边84并未消失。
除了使用上述那样制作的垫圈82以外，其他都与实施例同样地制作比较例所涉及的封口体。
另外，在实施例中，图6的(b)所示的凹部的形成工序兼有平面成形的作用。因此，根据实施例的垫圈的制造方法，能与比较例相比不使垫圈的制造工序的工时增加地形成凹部。
(电流阻断机构的工作压测定)
使有空洞的模具与封口体的内部端子板侧抵接来形成密闭空间。通过经过气体提供路对该密闭空间提供气体，来进行模拟电池内部的压力的上升的电流阻断机构的工作压的测定。在使密闭空间的压力以一定的速度上升的期间，将封口体与内部端子板之间的电阻比工作压的测定前的电阻上升1Ω的时间点的密闭空间的压力作为电流阻断机构的工作压。实施例以及比较例都测定各20个封口体的工作压(MPa)，算出标准偏差(σ)，并比较实施例和比较例的偏差。在表1示出其结果。另外，在工作压的测定中所用的封口体中，随机配置垫圈的表背的朝向。
[表1]
工作压的标准偏差
实施例 0.03
比较例 0.08
如表1所示那样可知，与比较例相比，实施例的电流阻断机构的工作压的标准偏差较大降低，向垫圈的开口部的周围形成凹部对工作压的偏差的减低做出较大贡献。另一方面，在比较例的垫圈的表背的一方形成塌边，在另一方形成飞边。可以推测为：由于该表背差而电流阻断机构的工作压发生变化，因此在制作封口体时随机使用垫圈的表背的情况下，电流阻断机构的工作压的偏差变大。
本发明的效果明显地不依赖于收容于外装罐内部的电极体、电解液的材料。因此，本发明不仅能运用于非水电解液二次电池，还能运用于镍-镉电池、镍-金属氢化物电池这样的其他圆筒形电池中。
产业上的可利用性
根据本发明，由于能减低电流阻断机构的工作压的偏差来实现高品质的圆筒形电池，因此本发明的产业上的可利用性大。
附图标记的说明
10 圆筒形的非水电解液二次电池
14 电极体
18 外装罐
20 封口体
21 端子帽
22 垫圈
22a 开口部
22b 平面部
22c 凹部
22d 边界线
23 阀体
24 内垫片
25 内部端子板。

Claims (5)

1.一种圆筒形电池，具备：
正极板以及负极板隔着隔板卷绕的电极体；
电解液；
收容所述电极体以及所述电解液的有底筒状的外装罐；和
封口体，
所述封口体包含：端子帽、构成电流阻断机构的阀体以及介于所述端子帽和所述阀体之间而存在的在中心有开口部的垫圈，
所述垫圈在其厚度方向的两端的各表面具有形成于所述开口部的周围的凹部和配置于所述凹部的周围的平面部，
所述垫圈的各表面上的所述凹部与所述平面部的边界线配置成在所述厚度方向上相互重叠。
2.根据权利要求1所述的圆筒形电池，其中，
所述边界线是圆形。
3.根据权利要求1或2所述的圆筒形电池，其中，
在所述边界线形成阶差。
4.根据权利要求3所述的圆筒形电池，其中，
所述凹部的厚度是恒定的。
5.根据权利要求1或2所述的圆筒形电池，其中，
所述凹部具有从所述边界线向所述开口部而厚度变小的倾斜部。
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