CN111937187B - 圆筒形电池 - Google Patents

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Abstract

电池(10)包括：容纳卷绕型的电极体(11)的有底筒状的外装罐(51)、和按照堵住外装罐的开口部(53a)的方式在开口部隔着第1绝缘部件安装的第1极端子。第1极板具有由导电材料形成的第1芯体、和第1活性物质层，第1芯体的第1极端子侧的一边部从第1活性物质层的第1极端子侧的一边导出从而形成第1导出部，第1导出部包含向电极体的内周侧或外周侧弯曲而成的第1弯曲部(16)。第1极集电板的第1面接触第1弯曲部的第1极端子侧面，第1极端子与第1极集电板的第2面直接、或隔着导电部件连接。

Description

圆筒形电池
技术领域
本发明涉及具备卷绕型的电极体的圆筒形电池。
背景技术
圆筒形的非水电解质二次电池等电池通过以下方式而构成，具备正极与负极隔着间隔件卷绕成旋涡状而成的卷绕型的电极体，电极体容纳于外包装体。构成电极体的正极板和负极板上，连接有集电引线，正极板和负极板分别经由集电引线与封口体、外装罐等连接。
另一方面，在使用集电引线的情况下，存在与极板的连接路径变少而电池的内部电阻变高的可能性。为了降低电池的内部电阻，可以想到如专利文献1记载的构成那样，在电极体的端面的极板的端边接合集电板。该构成在镍-镉电池中，正极板的芯体部分的端边比电极体的其它部分向外包装体的开口侧突出，正极集电板通过电阻焊接而接合于其端边。正极集电板与堵住外包装体的开口的封口体连接。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-32298号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1记载的构成在像镍-镉电池那样使用厚且刚性高的芯体的情况下认为是有效的，但在像非水电解质二次电池那样使用薄且刚性低的芯体的情况下，有可能无法良好地接合集电板与芯体。因此，在正极板的芯体薄且刚性低的构成中，期望降低在正极侧的内部电阻。另外，在负极板的芯体薄且刚性低的构成中，也期望降低在负极侧的内部电阻。
本发明的目的在于，在圆筒形电池中，降低作为正极板和负极板的一个极板的第1极板的芯体薄且刚性低的构成中的内部电阻。
用于解决问题的手段
本发明涉及的圆筒形电池具备：至少1个第1极板与至少1个第2极板隔着间隔件卷绕的卷绕型的电极体、容纳电极体的有底筒状的外装罐、和按照堵住外装罐的开口部的方式在开口部隔着第1绝缘部件安装的第1极端子，第1极板具有由导电材料形成的第1芯体、和在第1芯体上形成的第1活性物质层，第1芯体的第1极端子侧的一边部从第1活性物质层的第1极端子侧的一边导出从而形成第1导出部，第1导出部包含向电极体的内周侧或外周侧弯曲而成的第1弯曲部，第1极集电板的第1面接触第1弯曲部的第1极端子侧面，第1极端子与第1极集电板的第2面直接、或隔着导电部件连接。
发明效果
根据本发明涉及的圆筒形电池，能够降低第1极板的芯体薄且刚性低的构成中的内部电阻。
附图说明
图1是实施方式的一例的圆筒形电池的截面图。
图2是图1的A部放大图。
图3是从图1取出正极板以展开状态表示的图。
图4是实施方式的另一例的圆筒形电池的截面图。
图5是实施方式的另一例的圆筒形电池的截面图。
具体实施方式
以下，对于本发明涉及的实施方式一边参照附图一边详细说明。以下的说明中，具体的形状、材料、数值、方向等是为了容易理解本发明的例示，可以根据电池的规格适当变更。另外，以下“大致”这一术语以例如除了包括完全相同的情况，还包括实质上视为相同的情况的意思使用。此外，在以下包含多个实施方式、变形例的情况下，适当组合使用它们的特征部分是起初就被设想到的。
另外，以下，对电池为圆筒形的非水电解质二次电池的情况进行说明，但电池不限于此，也可以是其它的二次电池或一次电池。
图1是实施方式的一例的圆筒形电池10的截面图。图2是图1的A部放大图。图3是从图1取出正极板12以展开状态表示的图。
如图1～图3例示，圆筒形电池10具备包含卷绕型的电极体11和非水电解质(未图示)的发电要素、和外装罐51。以下，圆筒形电池10有时记载为电池10。卷绕型的电极体11具有至少1个正极板12、至少1个负极板17、和间隔件25，正极板12与负极板17隔着间隔件25被卷绕成旋涡状。以下，有时将电极体11的轴方向一侧称为“上”，将轴方向另一侧称为“下”。非水电解质包含非水溶剂、和溶于非水溶剂的锂盐等电解质盐。非水电解质不限于液体电解质，也可以是使用凝胶状聚合物等固体电解质。正极板12相当于第1极板，负极板17相当于第2极板。
正极板12具有由导电材料形成的带状的正极芯体13，正极芯体13经由正极集电板30与正极端子31连接。为此，正极板12具有在正极芯体13上形成的正极活性物质层14。正极芯体13的正极端子31侧的一边部(图1、图2的上边部)从正极活性物质层14的正极端子31侧的一边向上方导出，从而形成第1导出部15。正极端子31相当于第1极端子，正极芯体13相当于第1芯体，正极活性物质层14相当于第1活性物质层。
第1导出部15包含向电极体11的内周侧弯曲而成的第1弯曲部16。具体来说，第1弯曲部16通过在正极芯体13的卷绕方向的全长范围弯曲成截面L字形，从而在上端具有形成为旋涡状的上端板部16a。因此，从上方来观察电极体11的情况下，电极体11的正极芯体13以外的部分被旋涡状的上端板部16a基本覆盖。如后所述，正极端子31接触正极集电板30，上端板部16a接触正极端子31。由此，能够降低电池10的内部电阻。
负极板17具有由导电材料形成的带状的负极芯体18，负极芯体18与外装罐51的底部52连接。为此，负极板17具有在负极芯体18上形成的负极活性物质层19。负极芯体18的后述的外装罐51的底部52侧的一边部(图1的下边部)从负极活性物质层19的底部52侧的一边向下方导出，从而形成第2导出部20。负极芯体18相当于第2芯体，负极活性物质层19相当于第2活性物质层。如后所述第2导出部20接触成为负极端子的外装罐51的底部52。
按照堵住外装罐51的开口部53a的方式，在开口部53a上隔着绝缘材料制的密封垫34安装有正极端子31。由这些外装罐51和正极端子31构成容纳发电要素的金属制的电池壳。密封垫34相当于第1绝缘部件。
外装罐51具有底部52，是容纳发电要素的有底圆筒状的金属制容器。在外装罐51与正极端子31之间配置有上述密封垫34，来确保电池壳内的密封性，并且确保外装罐51与正极端子31的绝缘。外装罐51在开口部53a侧部分具有按照向内周侧膨出的方式形成的膨出部54。例如，膨出部54通过从外侧冲压外装罐51的侧面部从而形成。膨出部54优选沿着外装罐51的周向以环状形成，在其上表面隔着密封垫34支承正极端子31。发电要素在外装罐51中被容纳于比膨出部54更下侧。正极端子31具有在圆板部的上下两面的各个中心部形成的2个大致圆形的突部32、33。2个突部32、33之中，下侧的突部33的下表面接触正极集电板30的作为第2面的上表面。
外装罐51将金属材料加工成有底圆筒状而形成。外装罐51的构成材料为例如铜、镍、铁、或它们的合金等，优选为铁或铁合金。
在正极集电板30的上表面的外周侧，配置有环状的绝缘部件35。绝缘部件35相当于第2绝缘部件。
正极板12的正极活性物质层14例如在正极芯体13的两面形成。对于正极芯体13而言，例如使用铝等在正极的电位范围内稳定的金属的箔、将该金属配置于表层的膜等。适宜的正极芯体13是以铝或铝合金为主成分的金属等在正极的电位范围内稳定的金属的箔。
正极活性物质层14优选包含正极活性物质、导电剂和粘结剂。正极板12通过以下方式制作：例如将包含正极活性物质、导电剂、粘结剂和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等溶剂的正极合剂浆料涂布在正极芯体13的两面后，进行干燥和压延。
作为正极活性物质，可例示含有Co、Mn、Ni等过渡金属元素的含锂复合氧化物。例如，作为含锂复合氧化物，可例示LixCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LixCoyNi1-yO2、LixCoyM1-yOz、LixNi1-xMyOz、LixMn2O4、LixMn2-yMyO4、LiMPO4、Li2MPO4F{0＜x≤1.2、0＜y≤0.9、2.0≤z≤2.3、M为Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、B中的至少1种}等。
作为上述导电剂的例子，可以举出炭黑(CB)、乙炔黑(AB)、科琴黑、石墨等碳材料等。作为上述粘结剂的例子，可以举出聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVdF)等氟系树脂、聚丙烯腈(PAN)、聚酰亚胺(PI)、丙烯酸系树脂、聚烯烃系树脂等。另外，可以并用这些树脂、与羧甲基纤维素(CMC)或其盐、聚环氧乙烷(PEO)等。这些可以单独使用1种，也可以组合使用2种以上。
如图3所示，在正极芯体13的一边部(图3的上边部)，形成从正极活性物质层14的一边(图3的上边)向上方延伸出来的第1导出部15。该第1导出部15仅在正极芯体13形成，厚度小且刚性低，因而容易弯曲。通过将第1导出部15沿厚度方向弯曲从而形成第1弯曲部16(图2)。
回到图1，负极板17的负极活性物质层19例如在负极芯体18的两面形成。对于负极芯体18而言，例如使用铜等在负极的电位范围内稳定的金属的箔、将该金属配置于表层的膜等。
负极活性物质层19优选包含负极活性物质和粘结剂。负极活性物质层19可以根据需要包含导电剂。负极板17通过以下方式制作：例如将包含负极活性物质、粘结剂和水等的负极合剂浆料涂布在负极芯体18的两面后，进行干燥和压延。
作为负极活性物质，若能够可逆地吸藏、放出锂离子则没有特别限定，可以使用例如天然石墨、人造石墨、锂、硅、碳、锡、锗、铝、铅、铟、镓、锂合金、事先吸藏了锂的碳、硅、它们的合金或混合物等。对于负极活性物质层19中包含的粘结剂而言，例如可以使用与正极板12的情况同样的树脂。利用水系溶剂制备负极合剂浆料的情况下，可以使用苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、CMC或其盐、聚丙烯酸或其盐、聚乙烯醇等。这些可以单独使用1种，也可以组合使用2种以上。
在负极芯体18的一边部(图1的下边部)，形成从负极活性物质层19的一边(图1的下边)向下方延伸出来的第2导出部20。该第2导出部20仅在负极芯体18形成，厚度小且刚性低，因而容易弯曲。通过将第2导出部20沿厚度方向弯曲，从而形成第2弯曲部21。第2弯曲部21接触外装罐51的底部52的内表面。由此，能够降低电池10的内部电阻。第2导出部20在后面具体说明。
对于间隔件25而言，使用具有离子透过性和绝缘性的多孔性片材。作为多孔性片材的具体例，可以举出微多孔薄膜、织造布、无纺布等。作为间隔件25的材质，优选纤维素、或聚乙烯、聚丙烯等烯烃树脂。间隔件25可以是具有纤维素纤维层和烯烃系树脂等热塑性树脂纤维层的层叠体。
对于电解质的非水溶剂而言，可以使用例如酯类、醚类、乙腈等腈类、二甲基甲酰胺等酰胺类、以及它们的2种以上的混合溶剂等。非水溶剂可以含有将这些溶剂的氢用氟等卤原子取代的卤取代物。
本实施方式中，正极集电板30的作为第1面的下表面接触正极板12的第1弯曲部16(图2)的作为正极端子31侧面的上表面。此时，第1弯曲部16与正极集电板30可以设为未焊接的构成。正极集电板30由作为导电材料的钢板或铜板等金属板以圆板状形成。正极集电板30可以在至少1个位置形成用于从正极集电板30的开口部53a侧将电解液注入至电极体11侧的空间的注液孔。并且，通过正极端子31的下侧的突部33的下表面接触正极集电板30的上表面，从而正极端子31直接接触正极集电板30。外装罐51的开口部53a侧端部隔着密封垫34被朝向内周侧铆接于正极端子31的上端的外周部。由此，正极端子31被固定于外装罐51的开口部53a。
此外，由正极板12的第1弯曲部16和膨出部54夹着绝缘部件35和正极集电板30。正极端子31穿过贯通绝缘部件35的上下的贯通孔36的内侧，与正极集电板30连接。
另外，负极板17的第2导出部20包含向电极体11的内周侧弯曲而成的第2弯曲部21。具体来说，第2弯曲部21通过在负极芯体18的卷绕方向的全长范围弯曲成截面L字形，从而在下端具有形成为旋涡状的下端板部22。因此，从下方来观察电极体11的情况下，电极体11的负极芯体18以外的部分被旋涡状的下端板部22基本覆盖。作为下端板部22的外装罐51的底部52侧面的下表面接触底部52的内表面。由此，负极板17、与成为负极端子的外装罐51的连接面积变大。例如，能够使在负极芯体18的卷绕方向全长范围形成的第2弯曲部21与外装罐51的底部52的内表面以宽范围进行面接触。由此，能够降低电池10的内部电阻。
根据上述电池10，在正极板12的正极芯体13薄且刚性低的构成中，能够将正极芯体13的第1弯曲部16隔着正极集电板30与正极端子31连接。此时，能够增大第1弯曲部16与正极集电板30、以及正极集电板30与正极端子31的接触面积。例如，能够使在正极芯体13的卷绕方向全长范围形成的第1弯曲部16与正极集电板30以宽范围进行面接触。由此，能够降低电池10的内部电阻。另外，使正极集电板30的下表面接触在正极芯体13的正极端子31侧的一边部形成的第1弯曲部16的上表面即可，没有必要使用厚且刚性高的正极芯体。需要说明的是，正极芯体13的第1弯曲部16与正极集电板30可以通过电阻焊接、超声波焊接、激光焊接等而焊接。
另外，负极板17的第2弯曲部21的下表面以宽范围接触外装罐51的底部52的内表面，因而能够在正极侧和负极侧这两方均衡地降低内部电阻。
图4是实施方式的另一例的电池10a的截面图。本例的电池10a与图1～图3的构成不同，在正极端子31a的下表面没有形成下侧的突部，正极端子31a的下表面整体上为平坦面。
在正极端子31a的下表面与正极集电板30的上表面之间，配置有作为导电部件的板簧38。板簧38由金属材料形成，从上方观察的形状为圆形，是中心部向下侧凹陷的皿状。
在外装罐51a没有形成向内周侧大幅膨出的膨出部。在外装罐51a的筒部53的开口部53a侧端部隔着密封垫34配置有正极端子31a的状态下，外装罐51a的开口部53a侧部分被从外周侧向内周侧铆接。另外，外装罐51a的开口部53a侧端部隔着密封垫34被朝向内周侧铆接于正极端子31a的上端的外周部。由此，正极端子31a被固定于外装罐51a的开口部53a。该状态下，正极端子31a的下表面的外周部压接于板簧38的上表面的外周部，正极集电板30的上表面的中心部压接于板簧38的下表面的中心部。由此，板簧38成为从上下方向两侧被压缩的状态，板簧38的弹簧力施加于正极集电板30和正极端子31a。因此，正极集电板30的下表面接触正极芯体13的第1弯曲部16的上表面，正极端子31a经由板簧38电连接于正极集电板30的上表面。像这样，外装罐51a的开口部53a侧部分被从外周侧向内周侧铆接，从而正极端子31a被安装于开口部53a的情况下，外装罐51a因所谓的横铆接发生变形。该情况下，仅凭外装罐51a不会对正极集电板30产生向电极体11压接的方向的力。另一方面，通过如上所述在正极端子31a与正极集电板30之间配置板簧38，凭借正极端子31a和板簧38，能够对正极集电板30施加向电极体11压接的方向的力。在本例中，其它构成和作用与图1～图3的构成同样。
图5是实施方式的另一例的电池10b的截面图。本例的电池10b与图1～图3的构成不同，负极芯体18的外装罐51的底部52侧的一边部(图5的下边部)没有从负极活性物质层19的底部52侧的一边(图5的下边)向下方导出。另一方面，负极芯体18在电极体11的最外周面露出。为此，负极板17在成为电极体11的最外周面的第1面的卷绕结束侧端部，配置没有形成负极活性物质层的芯体露出部11a。并且，电极体11的最外周面的露出了负极芯体18的部分即芯体露出部11a接触外装罐51的筒部53的内表面。由此，能够使负极芯体18与成为负极端子的外装罐51以宽范围进行面接触，因而能够降低电池10的内部电阻。另外，不仅能够在正极侧降低内部电阻，而且能够在正极侧和负极侧这两方均衡地降低内部电阻。芯体露出部11a在电极体11的最外周面的大致全周形成，从降低内部电阻的方面出发更优选。在本例中，其它构成和作用与图1～图3的构成同样。
上述各例中，对正极芯体13的第1导出部16向电极体11的内周侧弯曲的情况进行了说明，上述各例的一部分构成中，对负极芯体18的第2导出部20向电极体11的内周侧弯曲的情况进行了说明。另一方面，可以设为正极芯体13的第1导出部和负极芯体18的第2导出部的一方或两方向电极体11的外周侧弯曲的构成。
上述各例中，将第1极板作为正极板，将第2极板作为负极板，但也可以将第1极板作为负极板，将第2极板作为正极板。例如，图1～图3的构成中，在外装罐51的开口部53a安装负极端子，在正极板12中的正极芯体13之中，从作为正极活性物质层的第1边的下边延伸出来的部分与外装罐的底部的内表面连接的构成，也可以应用本发明的构成。
附图标记说明
10、10a圆筒形电池(电池)、11电极体、12正极板、13正极芯体、14正极活性物质层、15第1导出部、16第1弯曲部、16a上端板部、17负极板、18负极芯体、19负极活性物质层、20第2导出部、21第2弯曲部、22下端板部、25间隔件、30正极集电板、31、31a正极端子、32、33突部、34密封垫、35绝缘部件、36贯通孔、38板簧、51、51a外装罐、52底部、53筒部、53a开口部、54膨出部。

Claims (4)

1.一种圆筒形电池，其具备：
卷绕型的电极体，所述卷绕型的电极体由至少1个第1极板与至少1个第2极板隔着间隔件卷绕而成；
外装罐，所述外装罐容纳所述电极体且为有底筒状；和
第1极端子，所述第1极端子按照堵住所述外装罐的开口部的方式隔着第1绝缘部件被安装在所述开口部，
所述第1极板具有由导电材料形成的第1芯体、和在所述第1芯体上形成的第1活性物质层，所述第1芯体的所述第1极端子侧的一边部被从所述第1活性物质层的所述第1极端子侧的一边导出，从而形成第1导出部，
所述第1导出部包含向所述电极体的内周侧或外周侧弯曲而成的第1弯曲部，
第1极集电板的第1面接触所述第1弯曲部的所述第1极端子侧面，所述第1极端子与所述第1极集电板的第2面直接连接，
所述外装罐在所述开口部侧部分包含按照向内周侧膨出的方式形成的膨出部，
在所述第1极集电板的所述第2面的外周侧配置有环状的第2绝缘部件，
由所述第1弯曲部与所述膨出部夹着所述第2绝缘部件和所述第1极集电板，所述第1极端子通过所述第2绝缘部件的贯通孔的内侧与所述第1极集电板相连接。
2.根据权利要求1所述的圆筒形电池，其中，
所述外装罐的所述开口部侧部分被从外周侧向内周侧铆接，从而所述第1极端子隔着所述第1绝缘部件被安装在所述开口部。
3.根据权利要求1或2所述的圆筒形电池，其中，
所述第2极板具有由导电材料形成的第2芯体、和在所述第2芯体上形成的第2活性物质层，所述第2芯体的所述外装罐的底部侧的一边部被从所述第2活性物质层的所述底部侧的一边导出，从而形成第2导出部，
所述第2导出部包含向所述电极体的内周侧或外周侧弯曲而成的第2弯曲部，
所述第2弯曲部与所述底部的内表面相接触。
4.根据权利要求1或2所述的圆筒形电池，其中，
所述第2极板具有由导电材料形成的第2芯体、和在所述第2芯体上形成的第2活性物质层，所述第2芯体在所述电极体的最外周面露出，
所述电极体的最外周面的所述第2芯体露出的部分与所述外装罐的筒部的内表面相接触。
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