CN111902960B - 电池 - Google Patents

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Abstract

一种电池，其中，具备：电池罐，具有筒部、将筒部的一方的端部封闭的底壁以及与筒部的另一方的端部连续的开口缘；电极体，收纳于筒部；以及封口体，以将开口缘的开口封口的方式固定于开口缘，封口体具有封口板和配置于封口板的周缘部的垫圈，垫圈具有限制封口体向开口缘的插入的至少1个凸部。

Description

电池
技术领域
本发明涉及一种包括电池罐、收纳在电池罐中的电极体和封口电池罐的开口的封口体的电池。
背景技术
在利用封口体封口电池罐的开口的情况下，一般在电池罐的开口附近向内侧缩径而形成环状槽。在封口体的周缘部配置有垫圈。在环状槽与电池罐的端部之间夹入封口体的垫圈，从上下方向进行压缩，由此将封口体固定于电池罐(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-105933号公报
发明内容
发明所要解决的课题
环状槽在将封口体从电池罐的开口插入时，起到将封口体临时固定于开口附近的定位的作用。但是，未必需要环状槽，也推进了省略了环状槽的高能量密度电池的开发。在该情况下，难以将封口体临时固定于开口附近，电池的生产率可能降低。
另外，由于环状槽与电池罐内的电极体的上端面接近，因此为了防止内部短路而需要绝缘板。绝缘板配置在电极体的上端面与环状槽之间。在该情况下，具有电池罐的2倍以上的厚度的环状槽和绝缘板配置在封口体与电极体之间。因此，封口体与电极体的最短距离变大，在提高罐内部的能量密度方面产生极限。
用于解决课题的手段
本发明的一个方面涉及一种电池，其具备：电池罐，具有筒部、将所述筒部的一方的端部封闭的底壁以及与所述筒部的另一方的端部连续的开口缘；电极体，收纳于所述筒部；以及封口体，以将所述开口缘的开口封口的方式固定于所述开口缘，所述封口体具有封口板和配置于所述封口板的周缘部的垫圈，所述垫圈具有限制所述封口体向所述开口缘的插入的至少1个凸部。
发明效果
根据本发明，高能量密度的电池的制造变得容易。
虽然将本发明的新的特征记述在所附的权利要求书中，但本发明关于结构以及内容这两者，结合本发明的其他目的和特征，通过以下与附图进行对照的详细说明，将更容易地理解。
附图说明
图1A是本发明的一个实施方式的电池的主要部分的纵截面示意图。
图1B是该电池的立体图。
图2A是具备盖的该电池的主要部分的纵截面示意图。
图2B是盖的立体图(a)及其背面图(b)以及具备盖的该电池的立体图(c)。
图3是该电池的制造方法的一例的说明图，是表示准备工序(A)、封口工序(B)和横向敛缝工序(C)的图。
具体实施方式
本实施方式所涉及的电池具备：电池罐，具有筒部、将筒部的一方的端部封闭的底壁以及与筒部的另一方的端部连续的开口缘；电极体，收纳于筒部；以及封口体，以将开口缘的开口封口的方式固定于开口缘。封口体具有封口板和配置在封口板的周缘部的垫圈。垫圈具有限制封口体向开口缘的插入的至少1个凸部。
凸部例如在将封口体插入开口缘时从电池罐的轴向上的外侧与开口缘卡合。在凸部与开口缘卡合的部位，封口体的移动被限制，封口体的向电池罐的更内部侧的插入被限制。因此，无论有无环状槽，都能够将封口体临时固定在应固定的位置(以下，称为固定位置。)。
垫圈的形状没有限定，例如具有配置在封口板的周缘部的电极体侧(内侧)的内侧环部和覆盖封口板的周缘部的端面的侧壁部。垫圈优选还具有配置在封口板的周缘部的外侧的外侧环部。更具体而言，垫圈优选具有夹入封口板的周缘部的外侧环部和内侧环部、以及以连接外侧环部和内侧环部的方式覆盖封口板的周缘部的端面的侧壁部。
凸部只要设计为在开口缘将封口体插入到固定位置时与开口缘的任意部位卡合即可。凸部的大小、形状等没有特别限定，优选不从电池罐的筒部向径向的外侧伸出，例如设计成不从开口缘向径向的外侧伸出。
在开口缘朝向电池罐的高度方向(轴向)的情况下，以与开口缘的最端部或其附近卡合的方式在垫圈上设置凸部即可。另外，开口缘的最端部的附近是指距离最端部的端面1mm以内的范围。
例如，以垫圈的外径部分地大于开口缘的最端部的内径的方式，在垫圈的外侧环部或侧壁部设置凸部即可。此时，垫圈的凸部与开口缘的最端部的端面卡合。
在垫圈的侧壁部设置凸部的情况下，优选在电池罐的高度方向上，在比侧壁部的中心靠近封口体的外侧环部的位置设置凸部。由此，能够充分确保封口体与开口缘的相对面积。
凸部也可以沿着开口缘设置多个。在设置多个凸部的情况下，优选在相对于开口的中心在角度上是等价的位置设置多个(至少2个，优选3个以上)凸部。
凸部也可以以沿着开口缘的方式在垫圈上呈凸缘状设置。凸缘状的凸部可以沿着垫圈的周围的整周连续地设置，也可以部分地设置。
在优选的方式中，垫圈或其侧壁部在封口板的周缘部的端面与开口缘之间在开口的径向上被压缩。具体而言，开口缘具有将垫圈按压于封口板的周缘部的端面的按压部。垫圈在开口的径向上被按压部压缩，利用垫圈的反弹力确保封口体与开口缘之间的密闭性。
即，电池罐的开口缘不是将垫圈向电池罐的轴向(以下，也称为Z方向。)，而是将垫圈向与Z方向垂直的方向(以下，也称为XY方向。)按压。在该情况下，若将开口缘按压垫圈的力分解为Z方向和XY方向，则XY方向的矢量具有比Z方向的矢量大的标量。
电池罐的开口缘也可以具有向径向的内侧突出的突起部作为按压部的至少一部分。在该情况下，至少通过突起部在径向上压缩垫圈或其侧壁部。这样的突起部可以通过使开口缘向内侧缩径而形成。突起部可以沿着开口的周向间歇地形成多个，也可以沿着开口的周向连续地形成。连续地形成的突起部能够形成沿着开口的周向的环状的槽部。突起部能够将垫圈或其侧壁部朝向封口板的周缘部的端面更强地按压。因此，能够更可靠地确保封口体与开口缘之间的密闭性。
在间歇地形成多个突起部的情况下，优选在相对于开口的中心在角度上等价的位置设置多个(至少2个部位，优选为3个部位以上)突起部。
在电池罐的高度方向上，突起部的位置与封口板的周缘部的端面的中心位置优选实质上相同。通过使突起部的位置与端面的中心位置齐平，从而在电池罐的开口缘形成突起部时，抑制封口板的变形。另外，施加于垫圈或其侧壁部的压力也不易偏倚。因此，能够容易地抑制垫圈的变形，并且能够提高垫圈的压缩率，能够提高罐内部的密闭性。
在此，突起部的位置与封口板的周缘部的端面的中心位置实质上相同是指，在电池罐的高度方向上，突起部的位置与封口板的周缘部的端面的中心位置的偏离量为电池罐的高度H的2％以下。
也可以在封口板的周缘部的端面的中心位置，以与电池罐的开口缘具有的突起部对应的方式形成凹槽。通过设置凹槽，在电池罐的开口缘形成突起部时，更显著地抑制封口板的变形，也容易减少对垫圈或其侧壁部施加的压力的偏倚。在电池罐的高度方向上，凹槽的中心位置与突起部的位置的偏离量只要为电池罐的高度H的2％以下即可。
在电池罐的高度方向上，垫圈或与其内侧环部接触的最低位置(最内侧的位置)处的开口缘的外径可以比筒部的外径小。在该情况下，优选从Z方向覆盖垫圈或其外侧环部，并且设置从XY方向覆盖电池罐的开口缘的外周面的环状的盖。通过使用盖，能够保护封口板的周缘部和电池罐的开口缘。此时，如果将盖接合于开口缘，则能够将封口体更牢固地固定于电池罐。盖的厚度设计成盖的外径与筒部的外径大致相同即可。
封口板和垫圈优选通过嵌入成型等一体成型。根据一体成型，容易实现封口板与垫圈相互熔接的状态。通过将封口板与垫圈一体成型，能够将封口体作为一个部件进行处理，电池的制造变得容易。
根据上述结构，不需要为了密闭电池罐内而在Z方向上按压垫圈，因此不需要在电池罐中设置垫圈或介于该内侧环部与电极体之间的缩径部。因此，缩短封口体与电极体的最短距离，容易提高罐内部的能量密度。具体而言，能够使封口体与电极体的最短距离为例如2mm以下，优选为1.5mm以下。
以下，参照附图对本发明的实施方式的电池进行具体说明，但本发明并不限定于此。
图1A是本实施方式的电池10的主要部分的纵截面示意图，图1B是该电池的立体图。电池10具有圆筒型，具备圆筒型的有底的电池罐100、收纳于罐内的圆筒型的电极体200、以及将电池罐100的开口封口的封口体300。
电池罐100具有：筒部120，收纳电极体200；底壁130，封闭筒部120的一方的端部；以及开口缘110，与筒部120的另一方的端部连续。开口缘110的开口被封口体300封闭。
封口体300具有封口板310和配置在封口板310的周缘部311的垫圈320。封口板310为圆盘状，具有防爆功能。具体而言，封口板310具备用于确保构造强度的厚壁的周缘部311及中央区域312和发挥防爆功能的薄壁部313。薄壁部313设置于周缘部311与中央区域312之间的区域。在中央区域312的内侧面连接有从构成电极体200的正极或负极导出的引线210的端部。因此，封口板310具有一方的端子功能。为了防止内部短路，引线210例如被未图示的绝缘带从电极体遮蔽。
若电池罐100的内压上升，则封口板310朝向外方隆起，例如在周缘部311与薄壁部313的边界部集中由张力引起的应力，从该边界部产生断裂。其结果，电池罐100的内压被释放，确保电池10的安全性。或者，封口体300从开口缘110脱离而内压被释放。
封口板310的形状没有特别限定，在图示例中，周缘部311的厚度大于中央区域312。厚的周缘部311能够以更大的面积承受从电池罐100的开口缘110向开口的径向施加的压力，应力的分散变得容易。在周缘部311的端面311T的中心位置，以与开口缘110所具有的突起部111对应的方式形成有凹槽3111。
垫圈320具有外侧环部321和内侧环部322以及连接外侧环部321和内侧环部322的侧壁部323。封口板310的周缘部311的端面311T被侧壁部323覆盖。通过外侧环部321和内侧环部322夹入封口板310的周缘部311，从而将垫圈320固定于封口板310。内侧环部322还具有防止因电极体200与封口板310的接触而引起的内部短路的作用。通过增大内侧环部322的面积，能够提高防止内部短路的作用。
在垫圈320的侧壁部323中，在电池罐100的高度方向上的最上部设置有凸缘状的凸部324。凸部324的外径比开口缘110的最端部的内径稍大。即，凸部324以与开口缘110的最端部的端面110T卡合的方式，比侧壁部323的剩余部分稍向径向的外侧伸出。若将封口体300从内侧环部322侧插入开口缘110的内侧，使封口体300移动至规定的固定位置，则凸部324与开口缘110的端面110T卡合，封口体300被临时固定于固定位置。
外侧环部321、内侧环部322以及侧壁部323是一体化的成型体。垫圈320例如能够通过嵌入成型而与封口板310一体成型。
为了确保电池罐100的开口缘110与封口体300之间的密闭性，需要使开口缘110的至少一部分相对于封口板310的周缘部311的端面311T按压垫圈320的侧壁部323，将侧壁部323在开口的径向上压缩。在此，在开口缘110沿着开口的周向形成有向内侧缩径的突起部111，突起部111相对于端面311T按压侧壁部323。在垫圈320的侧壁部323，也可以在与突起部111对应的位置预先设置凹部3231。通过在垫圈320设置凹部3231，能够抑制侧壁部323被压缩时的垫圈320的过度变形。
在电池罐100的高度方向上，突起部111的位置与封口板310的周缘部311的端面311T的中心位置实质上相同。由此，能够抑制封口板310与垫圈320的变形，且容易提高侧壁部323的压缩率，能够更显著地确保封口体300与开口缘110之间的密闭性。
在电池罐100的开口缘110中，具有端面110T的最端部朝向与电池罐100的轴向(Z方向)成小于5°的角度的方向。由此，不会对垫圈320施加过度的应力，更容易确保垫圈320的密闭性。
在电池10的电池罐100的高度方向上，与垫圈320的内侧环部322接触的最低位置处的电池罐100的开口缘110的外径比筒部120的外径小。另外，外侧环部321比开口缘110的端面110T更向电池罐100的轴向(Z方向)突出。在这样的情况下，优选以覆盖电池罐100的开口缘110与垫圈320的外侧环部321的方式设置保护构件。
图2A是具备盖400作为保护构件的电池10的主要部分的纵截面示意图，图2B是盖400的立体图(a)及其背面图(b)以及具备盖400的该电池的立体图(c)。
环状的盖400从Z方向覆盖垫圈320的外侧环部321，并且从XY方向覆盖电池罐100的开口缘110的外周面。盖400的厚度没有特别限定，例如也可以设计成使盖400的外径与筒部120的外径例如实质上相同。也可以在盖400与开口缘110的外周面之间夹设接合材料410。盖400的外径或最大外径与筒部120的外径或最大外径之差例如只要为筒部120的外径D的20％以下即可，差可以为10％以下，也可以为5％以下或2％以下。
在盖400具有导电性的情况下，能够使盖400具有极性与封口板310不同的另一方的端子功能。在使盖400具有端子功能的情况下，极性与封口板310不同的另一方的电极与电池罐100连接。盖400通过焊接等与开口缘110接合。另外，盖400是附属部件，形状的自由度大，能够根据各种用途来设计形状。
在图1及图2所示的电池10中，电池罐100不具有介于垫圈320或内侧环部322与电极体200之间的缩径部。因此，封口体300与电极体200的最短距离例如能够减少至1mm以下。
接着，参照图3对电池10的制造方法的一例进行说明。
(1)准备工序
如图3(A)所示，首先，准备将电极体200收纳于筒部120的电池罐100和封口体300。在将电极体200插入罐内之前，电池罐100的开口缘110形成得比电极体200的直径充分大。在将电极体200收纳于罐内之后，开口缘110缩径，开口缘110的外径比筒部120小。
封口体300能够通过将垫圈320与封口板310一起嵌入成型来准备。封口板310的周缘部311的厚度大于中央区域312，且在周缘部311的端面311T的中心位置形成有凹槽3111。同样地，在与垫圈320的凹槽3111对应的位置设置有凹部3231。另外，在垫圈的侧壁部323的最上部设置有凸缘状的凸部324。
垫圈320的材质没有限定，例如可以使用聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、全氟烷氧基烷烃(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰胺(PA)等。
(2)封口工序
接着，如图3(B)所示，将封口体300插入到电池罐100的开口缘110的内侧。如图3所示，通过设置在垫圈320的侧壁部323上的凸部324与开口缘110的端面110T卡合，来实现封口体300的临时固定(定位)。
(3)横向敛缝工序
接着，如图3(C)所示，以将与电池罐100的开口缘110的凹槽3111及凹部3231对应的位置向内侧压入的方式进行开槽。由此，在开口缘110形成有向内侧缩径的突起部111，突起部111将垫圈320的侧壁部323相对于封口板310的周缘部311的端面311T进行按压。其结果，垫圈320的侧壁部323在开口的径向上被压缩，利用垫圈320的反弹力实现封口体300与开口缘110之间的密闭性。
接着，以锂离子二次电池为例，例示性地说明电极体200的结构。
圆筒型的电极体200是卷绕型，构成为将正极和负极隔着隔膜卷绕成涡旋状。在正极和负极中的一方连接有引线210。引线210通过焊接等与封口板310的中央区域312的内侧面连接。在正极和负极中的另一方连接另一引线，另一引线通过焊接等与电池罐100的内表面连接。
(负极)
负极具有带状的负极集电体和形成于负极集电体的两面的负极活性物质层。负极集电体使用金属膜、金属箔等。负极集电体的材料优选为选自由铜、镍、钛及它们的合金及不锈钢组成的组中的至少1种。负极集电体的厚度例如优选为5～30μm。
负极活性物质层包含负极活性物质，根据需要包含粘结剂和导电剂。负极活性物质层也可以是通过气相法(例如蒸镀)形成的堆积膜。作为负极活性物质，可举出Li金属、与Li进行电化学反应的金属或合金、碳材料(例如石墨)、硅合金、硅氧化物、金属氧化物(例如钛酸锂)等。负极活性物质层的厚度例如优选为1～300μm。
(正极)
正极具有带状的正极集电体和形成于正极集电体的两面的正极活性物质层。正极集电体使用金属膜、金属箔(不锈钢箔、铝箔或铝合金箔)等。
正极活性物质层含有正极活性物质和粘结剂，根据需要含有导电剂。正极活性物质没有特别限定，可以使用如LiCoO2、LiNiO2这样的含锂复合氧化物。正极活性物质层的厚度例如优选为1～300μm。
各活性物质层中所含的导电剂使用石墨、炭黑等。导电剂的量相对于活性物质100质量份例如为0～20质量份。活性物质层中所含的粘结剂使用氟树脂、丙烯酸树脂、橡胶粒子等。粘结剂的量相对于活性物质100质量份例如为0.5～15质量份。
(隔膜)
作为隔膜，优选使用树脂制的微多孔膜或无纺布。作为隔膜的材料(树脂)，优选聚烯烃、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺等。隔膜的厚度例如为8～30μm。
(电解质)
电解质可以使用溶解有锂盐的非水溶剂。作为锂盐，可举出LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、酰亚胺盐类等。作为非水溶剂，可举出碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯等环状碳酸酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯等链状碳酸酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯等环状羧酸酯等。
产业上的可利用性
本发明的电池在要求高能量密度的非水电解质二次电池(特别是锂离子二次电池)中是有用的，例如适合用作便携设备、混合动力汽车、电动汽车等的电源。
对本发明的当前时间点的优选的实施方式进行了说明，但并不是限定性地解释这样的公开。通过阅读上述公开，本发明所属的技术领域的本领域技术人员无疑能够进行各种变形和改变。因此，所附权利要求书的范围应解释为在不脱离本发明的实际的精神和范围的情况下，包含所有的变形和改变。
附图标记说明
10：电池、100：电池罐、110：开口缘、110T：端面、111：突起部、120：筒部、130：底壁、200：电极体、210：引线、300：封口体、310：封口板、311：周缘部、311T：端面、3111：凹槽、312：中央区域、313：薄壁部、320：垫圈、321：外侧环部、322：内侧环部、323：侧壁部、3231：凹部、324：凸部、400：盖、410：接合材料。

Claims (8)

1.一种电池，其中，
具备：电池罐，具有筒部、封闭所述筒部的一方的端部的底壁以及位于所述筒部的另一方的端部的开口缘；电极体，收纳于所述筒部；以及封口体，以将所述开口缘的开口封口的方式固定于所述开口缘，
所述封口体具有封口板和配置在所述封口板的周缘部的垫圈，
所述垫圈具有限制所述封口体向所述开口缘的插入的至少1个凸部，
通过所述凸部从所述电池罐的轴向的外侧与所述开口缘卡合，限制所述封口体向所述开口缘的插入。
2.根据权利要求1所述的电池，其中，
所述凸部沿着所述开口缘设置有多个。
3.根据权利要求1所述的电池，其中，
所述凸部沿着所述开口缘设置为凸缘状。
4.根据权利要求1所述的电池，其中，
所述垫圈在所述周缘部的端面与所述开口缘之间在所述开口的径向上被压缩。
5.根据权利要求4所述的电池，其中，
所述开口缘具有向所述径向的内侧突出的突起部，
所述垫圈在所述径向上被所述突起部压缩。
6.根据权利要求1所述的电池，其中，
所述封口板与所述垫圈通过被一体成型而相互熔接。
7.根据权利要求1所述的电池，其中，
所述电池罐不具有介于所述垫圈与所述电极体之间的缩径部。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电池，其中，
所述封口体与所述电极体的最短距离为2mm以下。
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