CN110945686B - 圆筒形电池 - Google Patents

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Abstract

圆筒形电池包括电极组、电解质、用于收纳电极组和电解质的电池罐、以及用于将电池罐的开口封口的封口体。封口体包括阀构件、配置于比阀构件靠电池的内部侧的位置的金属板、以及介于阀构件和金属板之间的环状的绝缘构件。阀构件和金属板在各自的中央部互相连接。阀构件具有在电池的内压上升时能够变形的环状的薄壁部，利用薄壁部在阀构件的绝缘构件侧形成有凹部。绝缘构件具有覆盖金属板的阀构件侧的表面的部位(P1)，部位(P1)具有收纳于凹部内的肋。

Description

圆筒形电池
技术领域
本发明涉及圆筒形电池。
背景技术
通常的圆筒形电池包括电极组、电解质、用于收纳电极组和电解质的电池罐、以及用于将电池罐的开口封口的封口体。封口体包括阀构件(日文：弁体)、配置于比阀构件靠电池内部侧的位置的金属板、以及介于阀构件和金属板之间的环状的绝缘构件(参照专利文献1)。阀构件和金属板在各自的中央部互相连接。阀构件具有在电池的内压上升时能够变形的环状的薄壁部。上述封口体具备电流阻断机构。
以下，说明电流阻断机构。
在由于外部短路等而电池内压上升时，阀构件承受该压力，阀构件的薄壁部变形。随之，阀构件的中央部与金属板的中央部一同被向电池外部拉拽。在电池内压达到预定值时，金属板的与阀构件连接的连接部的周围断裂，或者金属板与阀构件的连接部断裂。这样，阀构件和金属板之间的电流路径被阻断。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/157749号
发明内容
但是，有时由于外部短路等而产生的热向封口体传播，树脂制的绝缘构件熔融，例如阀构件的比薄壁部靠外侧的部分与金属板接触而导通，电流阻断机构不会有效地工作。
鉴于上述问题，本发明的一个方面涉及一种圆筒形电池，其包括电极组、电解质、用于收纳所述电极组和所述电解质的电池罐、以及用于将所述电池罐的开口封口的封口体，其中，
所述封口体包括阀构件、配置于比所述阀构件靠所述电池的内部侧的位置的金属板、以及介于所述阀构件和所述金属板之间的环状的绝缘构件，所述阀构件和所述金属板在各自的中央部互相连接，所述阀构件具有在所述电池的内压上升时能够变形的环状的薄壁部，利用所述薄壁部在所述阀构件的所述绝缘构件侧形成有凹部，所述绝缘构件具有覆盖所述金属板的所述阀构件侧的表面的部位P1，所述部位P1具有收纳于所述凹部内的肋。
根据本发明，能够提供一种在误使用等时电流阻断机构稳定地工作的可靠性较高的圆筒形电池。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的圆筒形电池的纵剖视图。
图2是图1的封口体的放大剖视图。
图3是图2的复合体的纵剖视图。
图4是图2的复合体的俯视图。
图5是图2的复合体的后视图。
图6是表示图2的复合体的变形例的纵剖视图。
图7是表示图2的复合体的另一变形例的纵剖视图。
图8是本发明的另一实施方式的圆筒形电池所使用的复合体的纵剖视图。
具体实施方式
本发明的实施方式的圆筒形电池包括电极组、电解质、用于收纳电极组和电解质的电池罐、以及用于将电池罐的开口封口的封口体。封口体包括阀构件、配置于比阀构件靠电池内部侧的位置的金属板、以及介于阀构件和金属板之间的环状的绝缘构件。阀构件和金属板在各自的中央部互相连接。阀构件具有在电池的内压上升时能够变形的环状的薄壁部，利用薄壁部在阀构件的绝缘构件侧形成有凹部。绝缘构件具有覆盖金属板的阀构件侧的表面的部位P1，部位P1具有收纳于凹部内的肋。
通过部位P1具有肋，从而绝缘构件的树脂量(热容量)增大。由此，能够降低由于因外部短路等而产生的热导致绝缘构件熔融的风险，抑制了阀构件的比薄壁部靠外侧的部分与金属板接触等。此外，通过肋收纳于由薄壁部形成的凹部内，从而将阀构件(特别是比薄壁部靠外侧的部分)与金属板的绝缘距离确保得更大。因而，能够得到在例如外部短路时电流阻断机构稳定地工作的可靠性较高的圆筒形电池。与凹部的形状和位置相应地适当决定肋的形状、配置及形态即可。
优选的是，金属板和绝缘构件分别具有孔，金属板的孔和绝缘构件的孔互相连通。在该情况下，在电池内压上升时，阀构件能够通过设于金属板和绝缘构件的孔可靠地承受该压力，电流阻断机构稳定地工作。金属板的孔设于金属板的除中央部(与阀构件连接的连接部)之外的区域。
优选的是，金属板的孔和绝缘构件的孔分别沿着金属板的周向和绝缘构件的周向设有多个(例如两个～12个、优选为4个～8个)。在该情况下，在电池内压上升时，阀构件的薄壁部易于在周向上更均等地承受电池内压。
绝缘构件含有能够确保绝缘性且不对电池特性产生影响的树脂。绝缘构件也可以还含有玻璃纤维等填料。作为绝缘构件所使用的树脂，例如能够列举出聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰胺(PA)、聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯－全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)等。其中，从在成本方面是有利的、耐热性优异、易于利用嵌入成形而与金属板一体化的观点出发，绝缘构件所使用的树脂优选为PP和PBT。
绝缘构件使用通常的成形技术来制作。其中，优选的是，利用嵌入成形而与金属板一体化地制作绝缘构件。利用嵌入成形，不使用粘接剂就能够粘接绝缘构件和金属板。与金属板一体化的绝缘构件能够通过例如向预定的模具内填装金属板、向模具注入熔融树脂来制作。通过利用嵌入成形的方法，从而能够与金属板一体化地得到绝缘构件，并且不仅能够覆盖金属板的阀构件侧的表面，而且能够容易地从金属板的周端面或者其孔的侧面覆盖到金属板的电池内部侧(与阀构件相反的一侧)的表面。即，能够容易地与部位P1连续地设置后述的部位P2～P6。由此，能够利用绝缘构件进一步保护金属板。因而，抑制了电池压溃时的由封口体的变形引起的金属板自绝缘构件的脱落及由此发生的内部短路(金属板与电极组或电池罐的接触)。此外，通过绝缘构件与金属板的一体化，从而能够减小金属板的厚度和绝缘构件的厚度，能够与厚度的减小量相应地增大电极组的尺寸而谋求高容量化。
在另外制作了绝缘构件之后将绝缘构件与金属板重合并固定的情况下，为了抑制绝缘构件的孔与金属板的孔相互间的错位，需要使绝缘构件的孔径大于金属板的孔径。
另一方面，在利用嵌入成形而与金属板一体化地制作绝缘构件的情况下，能够省略将绝缘构件与金属板重合并固定的工序，与将绝缘构件与金属板重合并固定的情况相比，既可以减小绝缘构件的孔径与金属板的孔径之差，也可以使绝缘构件的孔径小于金属板的孔径。即，在从金属板的厚度方向观察时，能够减小或者消除金属板的孔的周围自绝缘构件暴露的部分。
此外，也能够利用嵌入成形由绝缘构件(部位P1)覆盖金属板的孔(开口部)的局部。也能够由绝缘构件(部位P2)覆盖金属板的孔的侧面。
(第1实施方式)
以下，参照图1～图5，作为本发明的一实施方式的圆筒形电池的一个例子，对非水电解质二次电池进行说明。图1是非水电解质二次电池的纵剖视图。图2是图1的封口体的纵剖视图。图3是图2的复合体的纵剖视图。图4是图3的复合体的俯视图。图5是图3的复合体的后视图。
非水电解质二次电池(以下是电池)10具备电极组18、电解质(未图示)、以及用于收纳上述的电极组18和电解质的有底圆筒形的电池罐22。封口体11隔着衬垫21压紧固定于电池罐22开口部。由此，电池内部被密闭。
封口体11具备阀构件12、金属板13、以及介于阀构件12和金属板13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。绝缘构件14在除阀构件12和金属板13的连接部之外的区域将阀构件12和金属板13之间绝缘。如图3～图5所示，利用嵌入成形，绝缘构件14与金属板13一体化。即，绝缘构件14和金属板13构成复合体19。
阀构件12和金属板13例如使用铝或者铝合金。例如通过将铝等板材冲压加工成预定的形状来制作阀构件12和金属板13。阀构件12的中央部和金属板13的中央部例如利用激光焊接等焊接法来连接。
阀构件12在从金属板13的厚度方向观察的情况下是圆形形状，具有在电池10的内压上升时能够变形的环状的薄壁部12a。薄壁部12a在阀构件12的电池10的内部侧的面具有随着从中心朝向周端面去而薄壁部12a的厚度沿着径向连续地减小的倾斜区域A1。由此，倾斜区域A1的阀构件12的周端面侧的端部成为电池10的内压上升时的阀构件12的变形的起点。薄壁部12a(倾斜区域)的厚度的变化率随着从中心朝向周端面去，既可以恒定，也可以变化。在从金属板13的厚度方向观察阀构件12的情况下，环状的薄壁部12a(倾斜区域A1)的径向的长度(宽度)相当于阀构件12的半径的例如10％～80％，优选为10％～40％。
在本实施方式中，随着从阀构件的中心朝向周端面去而使薄壁部的厚度连续地减小，但也可以随着从阀构件的中心朝向周端面去而使薄壁部的厚度连续地增加。在该情况下，倾斜区域的阀构件的中心侧的端部成为电池内压上升时的阀构件的变形的起点。但是，为了使阀构件更稳定地变形，优选的是，随着从阀构件的中心朝向周端面去而使薄壁部的厚度连续地减少。此外，在本实施方式中，将薄壁部整体设为倾斜区域，但也可以将薄壁部的局部设为倾斜区域。
利用薄壁部12a在阀构件12的绝缘构件14侧形成有凹部12b。绝缘构件14具有覆盖金属板13的阀构件12侧的表面的部位P1。部位P1具有收纳于凹部12b内的环状的肋14a。利用薄壁部12a的倾斜区域，凹部12b在其底部具有倾斜面，肋14a具有与凹部12b的底部对应的倾斜面。通过设置肋14a，从而抑制外部短路时等的由绝缘构件(部位P1)的熔融引起的阀构件与金属板的接触，并且将阀构件的比薄壁部12a靠外侧的部分与金属板的绝缘距离确保得更大。在从金属板13的厚度方向观察时，环状的肋14a的径向的长度(宽度)相对于环状的薄壁部12a(凹部12b)的径向的长度(宽度)的比例为例如10％以上，优选为30％以上。
金属板13和绝缘构件14分别具有孔13b、14b，金属板13的孔13b和绝缘构件14的孔14b互相连通。在需要防止孔14b与孔13b的错位的情况下，如图3及图4所示，孔14b的孔径比孔13b的孔径大一些。另一方面，在嵌入成形的情况下，由于不会引起孔相互间的错位，因此不拘于图3、图4，能够使孔14b的孔径与孔13b的孔径大致相等或者使孔14b的孔径小于孔13b的孔径。在本实施方式中，孔13b、14b分别沿着周向各设有8个，但孔的数量并不限定于此。
金属板13在从电池10的轴向观察的情况下是圆形形状。如图2～图5所示，金属板13在其中央部(与阀构件连接的连接部)具有薄壁部13a。也可以是，在金属板13的电池10的外部侧的表面沿着薄壁部13a的周缘部具有环状的槽部(未图示)。在该情况下，在电池内压达到预定值时槽部稳定地断裂。此外，易于调整槽部的断裂强度。
部位P1覆盖金属板13的阀构件12侧的表面的除中央部(薄壁部13a)之外的区域，具有多个孔14b。
优选的是，如图2所示，阀构件12还在电池内部侧的面的中央部具有凸部12c。利用凸部12c，易于连接阀构件12的中央部和金属板13的中央部，并且易于在阀构件12的除中央部之外的区域和金属板13的除中央部之外的区域之间配置绝缘构件14。凸部12c配置于绝缘构件14的中空部14c。
优选的是，如图2所示，阀构件12还在电池内部侧的面的周缘部具有环状的突起部12d。利用突起部12d，易于将复合体19固定于阀构件12。
也可以是，在阀构件12形成环状的槽部(未图示)。在该情况下，阀构件12能够作为防爆阀更稳定地工作。阀构件12的槽部也可以设于薄壁部12a。阀构件12的槽部的截面形状优选为字母V形或者字母U形。
优选的是，如图3及图4所示，部位P1具有覆盖金属板13的孔13b(开口部)的局部的区域A2，肋14a的至少局部设于该区域A2。在该情况下，将阀构件(特别是比薄壁部12a靠外侧的部分)与金属板的绝缘距离确保得更大。在从金属板13的厚度方向观察时，金属板13的孔13b(开口部)被区域A2覆盖的比例例如为10％～80％，优选为30％～60％。
优选的是，如图2及图3所示，绝缘构件14还具有与部位P1连续地设置并且覆盖金属板13的孔13b的侧面的部位P2。在该情况下，将阀构件(特别是比薄壁部12a靠外侧的部分)与金属板的绝缘距离确保得更大。
金属板的多个孔中的至少1个孔的侧面被部位P2覆盖即可。优选的是，如图3及图4所示，多个孔13b的侧面分别被部位P2覆盖。部位P2覆盖金属板的孔的侧面的至少局部(例如接近比薄壁部12a靠外侧的部分的部分)即可。金属板的孔的侧面被部位P2覆盖的比例优选为20％～90％，更优选为40％～80％。
优选的是，如图2及图3所示，绝缘构件14还具有与部位P1连续地设置并且覆盖金属板13的周端面的部位P4。在该情况下，将阀构件(特别是比薄壁部12a靠外侧的部分)与金属板的绝缘距离确保得更大。如图2所示，在阀构件具有突起部12d的情况下，抑制突起部12d与金属板的接触。
优选的是，如图2、图3及图5所示，绝缘构件14还具有与部位P2和部位P4连续地设置并且覆盖金属板13的电池10的内部侧的表面的环状的部位P6。即，也可以是，后述的部位P3和部位P5相连。在该情况下，由于金属板稳定地固定于绝缘构件，因此抑制电池压溃时的由封口体的变形引起的金属板自绝缘构件的脱落及由此发生的内部短路(金属板与电极组或电池罐的接触)。
也可以是，如图3及图5所示，在金属板13的电池10的内部侧的表面除了具有薄壁部13a之外，还具有未被部位P6覆盖而金属板13暴露的区域。优选的是，在金属板13的电池10的内部侧的表面中的、至少比薄壁部13a靠外侧且比孔13b靠内侧的区域不配置部位P6、后述的部位P3、P5。该区域被用于与后述的正极引线15a的连接。
也可以是，替代图3所示的复合体19(绝缘构件14)而使用图6所示的复合体39(绝缘构件34)。除了替代部位P6而设置与部位P2连续地设置并且覆盖金属板13的电池10的内部侧的表面的部位P3之外，是与复合体19相同的结构。通过与部位P1和P2连续地设置部位P3，从而金属板稳定地固定于绝缘构件。因此，抑制电池压溃时的由封口体的变形引起的金属板自绝缘构件的脱落及由此发生的内部短路(金属板与电极组或电池罐的接触)。也可以是，复合体39还具有后述的部位P5。
部位P3覆盖金属板13的电池10的内部侧的表面的至少局部即可，优选的是，从金属板13的电池10的内部侧的表面的部位P2朝向周端面呈环状设置。例如图6所示的部位P3的长度L1优选为0.2mm以上，更优选为0.3mm以上。图6所示的长度L1例如为金属板13的半径的3％以上，优选为4％以上。
此外，也可以是，替代图3所示的复合体19(绝缘构件14)而使用图7所示的复合体49(绝缘构件44)。除了替代部位P6而设置与部位P4连续地设置并且覆盖金属板13的电池10的内部侧的表面的部位P5之外，与复合体19相同。通过与部位P1和P4连续地设置部位P5，从而金属板稳定地固定于绝缘构件。因此，抑制电池压溃时的由封口体的变形引起的金属板自绝缘构件的脱落及由此发生的内部短路(金属板与电极组或电池罐的接触)。也可以是，复合体49还具有部位P3。
部位P5覆盖金属板13的电池10的内部侧的表面的至少局部即可，优选的是，设置为从金属板13的电池10的内部侧的表面的周端面朝向中心覆盖0.2mm以上的区域。即，图7所示的长度L2(金属板13的电池10的内部侧的表面被部位P5覆盖的区域的径向的长度)优选为0.2mm以上。在该情况下，进一步抑制电池压溃时的由封口体的变形引起的金属板自绝缘构件的脱落及由此发生的内部短路(金属板与电极组或电池罐的接触)。图7所示的长度L2更优选为0.3mm以上。在从金属板13的厚度方向观察绝缘构件14的情况下，长度L2为金属板13的半径的例如3％以上，优选为4％以上。部位P5既可以是环状，也可以沿着金属板的周向间断地设置。
在本实施方式中，设有覆盖孔13b的局部的环状的肋14a，但肋的配置和形状并不限定于此。例如也可以是，在金属板13的彼此相邻的孔13b之间沿着周向间断地配置肋。
(第2实施方式)
以下，参照图8说明本发明的另一实施方式的圆筒形电池。图8是本发明的另一实施方式的圆筒形电池所使用的复合体的纵剖视图。对于本实施方式的电池，除了替代图3所示的复合体19(绝缘构件14)而使用图8所示的复合体59(绝缘构件54)之外，是与图1所示的电池10相同的结构。复合体59包括金属板13和绝缘构件54。绝缘构件54具有部位P1和部位P4，部位P1具有肋14a。复合体59与自复合体19除去了绝缘构件14的部位P2、P6的结构相同。
通过绝缘构件54在部位P1具有肋14a，从而抑制外部短路时等的由绝缘构件(部位P1)的熔融引起的阀构件与金属板的接触，并且将阀构件(特别是比薄壁部12a靠外侧的部分)与金属板的绝缘距离确保得更大。
优选的是，如图8所示，绝缘构件54的部位P1具有覆盖孔13b(开口部)的局部的区域A2，肋14a的至少局部设于该区域A2。在该情况下，将阀构件(特别是比薄壁部12a靠外侧的部分)与金属板的绝缘距离确保得更大。
以下，说明电流阻断机构。
在由于外部短路等而电池内压上升时，阀构件12通过金属板13的孔13b和绝缘构件14的孔14b承受该压力，阀构件12的薄壁部12a变形。随之，阀构件12的中央部与金属板13的中央部一同被向电池外部拉拽。在电池内压达到预定值时，设于金属板13的与阀构件12连接的连接部的周围的环状的槽部(未图示)断裂，阀构件12和金属板13之间的电流路径被阻断。
在金属板13不具有槽部的情况下，也可以设为在电池内压达到预定值时使金属板13与阀构件12的连接部(焊接部)断裂的结构(金属板13的中央部自阀构件12的中央部剥离的结构)。由于与连接部(焊接部)的断裂强度相比，易于调整金属板的槽部的断裂强度，因此优选的是，金属板13在与阀构件12连接的连接部的周围具有槽部。金属板13的槽部的截面形状优选为字母V形或者字母U形。
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22的底部内表面。
作为电池罐22的材料，例如使用铁、铁合金、不锈钢、铝、铝合金。在电池罐22的开口端附近形成有环状槽部22a。在电极组18的一个端面和环状槽部22a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22的底部之间配置有第2绝缘板24。
电极组18是通过隔着隔离件17卷绕正极板15和负极板16而形成的。
正极板15具备箔状的正极集电体和形成于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，例如使用铝、铝合金、不锈钢、钛、钛合金。作为正极活性物质，优选使用含锂的过渡金属复合氧化物。例如使用含有锂和从由钴、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于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，例如使用铜、铜合金、镍、镍合金、不锈钢。作为负极活性物质，能够使用能可逆地吸存、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。
作为隔离件17，例如能够使用由聚烯烃形成的微多孔膜。作为聚烯烃，能够例示出聚乙烯、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，使用碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯等环状碳酸酯，碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等链状碳酸酯，羧酸酯、链状醚等。作为锂盐，使用LiPF6、LiBF4、LiClO4等。
产业上的可利用性
本发明的圆筒形电池作为例如笔记本型个人计算机等小型电子设备、电动工具、电动助力自行车等动力工具、以及电动汽车等的驱动电源是有用的。
附图标记说明
10、非水电解质二次电池；11、封口体；12、阀构件；12a、薄壁部；12b、凹部；12c、凸部；12d、突起部；13、金属板；13a、薄壁部；13b、孔；14、34、44、54、绝缘构件；14a、肋；14b、孔；14c、中空部；15、正极板；15a、正极引线；16、负极板；16a、负极引线；17、隔离件；18、电极组；19、39、49、59、复合体；21、衬垫；22、电池罐；22a、槽部；23、第1绝缘板；24、第2绝缘板。

Claims (8)

1.一种圆筒形电池，其包括电极组、电解质、用于收纳所述电极组和所述电解质的电池罐、以及用于将所述电池罐的开口封口的封口体，其中，
所述封口体包括阀构件、配置于比所述阀构件靠所述电池的内部侧的位置的金属板、以及介于所述阀构件和所述金属板之间的环状的绝缘构件，
所述阀构件和所述金属板在各自的中央部互相连接，
所述阀构件具有在所述电池的内压上升时能够变形的环状的薄壁部和位于所述薄壁部之外的环状的周缘部，利用所述薄壁部和所述周缘部在所述阀构件的所述绝缘构件侧形成有凹部，
所述绝缘构件具有覆盖所述金属板的所述阀构件侧的表面的部位P1，
所述部位P1具有收纳于所述凹部内的肋，
所述绝缘构件还具有与所述部位P1连续地设置并且覆盖所述金属板的周端面的部位P4，
所述阀构件在所述周缘部具有环状的突起部，所述突起部在沿所述圆筒形电池的径向观察时与所述部位P1的周端面重叠，所述周缘部的一部分设置成在所述径向上比所述突起部远离所述薄壁部。
2.根据权利要求1所述的圆筒形电池，其中，
所述金属板和所述绝缘构件分别具有孔，所述金属板的孔和所述绝缘构件的孔互相连通。
3.根据权利要求2所述的圆筒形电池，其中，
所述部位P1具有覆盖所述金属板的孔的局部的区域，
所述肋的至少局部设于所述区域。
4.根据权利要求2或3所述的圆筒形电池，其中，
所述绝缘构件还具有与所述部位P1连续地设置并且覆盖所述金属板的孔的侧面的部位P2。
5.根据权利要求4所述的圆筒形电池，其中，
所述绝缘构件还具有与所述部位P2连续地设置并且覆盖所述金属板的所述电池的内部侧的表面的部位P3。
6.根据权利要求1所述的圆筒形电池，其中，
所述绝缘构件还具有与所述部位P4连续地设置并且覆盖所述金属板的所述电池的内部侧的表面的部位P5。
7.根据权利要求6所述的圆筒形电池，其中，
所述部位P5设置为从所述金属板的所述电池的内部侧的表面的所述周端面朝向中心覆盖0.2mm以上的区域。
8.根据权利要求1所述的圆筒形电池，其中，
所述绝缘构件利用粘接而与所述金属板一体化。
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