CN113169347A

CN113169347A - 电池

Info

Publication number: CN113169347A
Application number: CN201980076423.2A
Authority: CN
Inventors: 小平一纪; 清水一路
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2021-07-23
Anticipated expiration: 2039-11-21
Also published as: CN113169347B; US20220037723A1; JPWO2020110888A1; WO2020110888A1; JP7349640B2

Abstract

一种电池，其中，该电池具备：圆筒状的电池罐，其在一个端部具有开口缘部；电极体；以及封口构件，其将被开口缘部包围的开口封闭，封口构件具有：封口板，其与电极体的第1电极电连接；帽，其具有与封口板相对应的通孔，且与封口板电绝缘；以及垫圈，其将筒部与帽之间密封，帽具有：环状的顶板部，其与筒部相对；侧壁部，其从顶板部的周缘起沿筒部的轴向竖立设置，并以与筒部的外侧面重叠的方式延伸；以及肋部，其从顶板部的侧壁部的内侧起沿轴向竖立设置，并以与筒部的内侧面重叠的方式延伸，垫圈在肋部与筒部之间被沿筒部的径向压缩，电池罐和帽与电极体的第2电极电连接。

Description

电池

技术领域

本发明涉及一种电池。

背景技术

以往，在使用有底筒状的电池罐的电池中，在电池罐的周壁的开口端侧朝向电池罐的内侧地形成有环状的槽部。在槽部上配置封口板，该封口板在周缘部配置有垫圈，使电池罐的开口端向筒部的径向的内侧弯曲，利用槽部将电池罐的开口端隔着垫圈凿紧于封口板的周缘部，由此确保电池的气密性(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

发明要解决的问题

但是，具有上述槽部和凿紧部的电池在槽部之上载置有封口构件，在封口构件之上隔着垫圈形成有凿紧部，因此，作为电池，在高度方向(电极体和封口构件相对的方向)上容易大型化。配置有槽部、垫圈和凿紧部的空间无法收纳电极体，因此，无助于电池容量，电池的容量密度容易降低。

用于解决问题的方案

本发明的一技术方案涉及一种电池，其中，该电池具备：电池罐，其具有在一个端部具有开口缘部的圆筒状的筒部和将所述筒部的另一个端部封闭的底部；电极体，其收纳于所述筒部；以及封口构件，其以将被所述开口缘部包围的开口封闭的方式固定于所述筒部，所述封口构件具有：封口板，其与所述电极体的第1电极电连接；帽，其具有与所述封口板相对应的通孔，且以与所述封口板电绝缘的状态同所述封口板连接；以及第1垫圈，其将所述筒部与所述帽之间密封，将所述筒部的两个端部相对的方向作为轴向，所述帽具有：环状的顶板部，其与所述筒部相对，并且在所述筒部的径向上沿着所述封口板的周缘配置于比所述封口板的周缘靠外侧的位置；侧壁部，其从所述顶板部的周缘起沿所述轴向竖立设置，并以与所述筒部的外侧面重叠的方式延伸；以及肋部，其从所述顶板部的所述侧壁部的内侧起沿所述轴向竖立设置，并以与所述筒部的内侧面重叠的方式延伸，所述第1垫圈以在所述筒部的径向上被压缩的状态介于所述肋部与所述筒部之间，所述电池罐和所述帽与所述电极体的第2电极电连接。

发明的效果

在电池中，能够实现低矮化。

此外，本发明的概括或具体的方式可以通过电池、装置、系统、方法、或它们的任意组合来实现。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的电池的立体图。

图2的(a)是第1实施方式的电池的主要部分的纵剖视图，图2的(b)是图2的(a)的局部放大图。

图3是本发明的第2实施方式的电池的主要部分的局部放大图。

图4是本发明的第3实施方式的电池的主要部分的局部放大图。

图5的(a)是被固定于本发明的第4实施方式的电池罐的筒部之前的封口构件的纵剖视图，图5的(b)是图5的(a)的局部放大图。

图6的(a)是本发明的第5实施方式的电池的主要部分的纵剖视图，图6的(b)是图6的(a)的局部放大图。

具体实施方式

本发明的一技术方案的电池具备：电池罐，其具有在一个端部具有开口缘部的圆筒状的筒部和将筒部的另一个端部封闭的底部；电极体，其收纳于筒部；以及封口构件，其以将被开口缘部包围的开口封闭的方式固定于筒部。电极体例如是将第1电极和第2电极隔着隔膜卷绕而构成的。第1电极和第2电极中的一者是正极，另一者是负极。

封口构件具有：封口板，其与电极体的第1电极电连接；帽，其具有与封口板相对应的通孔，且以与封口板电绝缘的状态同封口板连接；以及第1垫圈，其将筒部与帽之间密封，

在将筒部的两个端部相对的方向作为轴向时，帽具有：环状的顶板部，其与筒部相对，并且在筒部的径向上沿着封口板的周缘配置于比封口板的周缘靠外侧的位置；侧壁部，其从顶板部的周缘起沿轴向竖立设置，并以与筒部的外侧面重叠的方式延伸；以及肋部，其从顶板部的侧壁部的内侧起沿轴向竖立设置，并以与筒部的内侧面重叠的方式延伸。

第1垫圈以至少在筒部的径向上被压缩的状态介于肋部与筒部的内侧面之间。第1垫圈只要沿着开口缘部连续地延伸即可，其形状并未特别限定。

肋部可以沿着第1垫圈的侧面连续地延伸，也可以分割成多个并沿着第1垫圈的侧面以不连续的状态延伸。另外，肋部可以通过使相对于顶板部独立的构件结合于顶板部而构成。

电池罐和帽与电极体的第2电极电连接。帽通过与电池罐相接触而经由电池罐与第2电极电连接。例如，只要使筒部的外侧面和侧壁部的内侧面接合即可。

也可以是，第1垫圈还在帽的侧壁部与筒部之间被压缩。但是，侧壁部和筒部为相同极性，可以相互接触，因此，第1垫圈并非必须介于两者之间。

也可以是，帽的侧壁部具有在筒部的径向上向内侧弯曲的第1弯曲部。在该情况下，只要将从第1弯曲部朝向筒部的径向外侧去的、侧壁部的端部与筒部电连接即可。

也可以是，电池罐的开口缘部具有在筒部的径向上向内侧弯曲的第2弯曲部。在该情况下，也可以是，使肋部的外侧面沿着第2弯曲部的弯曲方向倾斜。即，也可以是，使肋部的外侧面沿着从第2弯曲部朝向筒部的径向外侧去的开口缘部的倾斜方向倾斜。

也可以是，使肋部的与顶板部连接的连接部分(即根部)在筒部的径向上的尺寸大于肋部的剩余部分在筒部的径向上的尺寸。可以在肋部的整周上连续地设置根部的尺寸较大的部分，也可以沿着肋部间断地设置根部的尺寸较大的部分。间断地设置的各个根部的尺寸较大的部分具有与肋部交叉的交叉肋那样的外观。这样的交叉肋例如可以沿着肋部呈放射状设置。通过使肋部的根部的尺寸较大，能够提高肋部的强度，且还能够提高第1垫圈的压缩率。

另外，在使肋部的根部的尺寸较大的情况下，能够使肋部的外侧面沿着电池罐的开口缘部的第2弯曲部的弯曲方向倾斜。由此，能够抑制第1垫圈的同顶板部(包含肋部)抵接的第1表面与第1垫圈的同筒部抵接的第2表面之间的垫圈厚度的不均匀化。因此，在压缩第1垫圈时，能够扩大第1垫圈与筒部之间或第1垫圈与顶板部之间的、产生密封应力的区域。即，容易抑制可能经过密封区域而进入电池罐内的物质(液体、气体)的进入。并且，在仅在肋部的外侧周面形成了倾斜面的情况下，能够在顶板部的中心更大地设置封口板的收纳空间，因此还容易在封口板确保供防爆用的刻印设置的区域。

也可以是，在第1垫圈的与开口缘部相接触的面具有在无负荷状态下沿筒部的径向突出的突出部(即突出面)。通过使突出部压缩，能够显著地提高第1垫圈的压缩率。无负荷状态是指，压力未施加于第1垫圈的状态、即被固定于电池罐的筒部之前的封口构件的状态。此外，突出部也可以具有在轴向上向彼此相反的方向倾斜的多个斜面或曲面。例如，第1垫圈也可以在突出部的上方(顶板部侧)具有细径部分。通过该结构，能够更显著地提高密封应力。

也可以是，使第2垫圈介于封口板与帽之间。能够利用第2垫圈来提高封口板与帽之间的气密性。

也可以是，肋部和第2垫圈以分开的方式设置。在该情况下，只要在顶板部的比肋部靠内侧的部位设置沿轴向竖立设置的保持部，并利用保持部来保持第2垫圈即可。

也可以是，使肋部和第2垫圈相接触。在该情况下，第2垫圈在肋部与封口板的周缘之间被压缩。

也可以是，开口缘部的内径小于筒部的剩余部分的内径。此时，也可以是，使帽的侧壁部的外径的最大值为筒部的除开口缘部以外的部分的外径以下。

以下，参照附图并具体地说明本发明的实施方式的电池，但本发明并不限定于以下内容。

[第1实施方式]

图1是本实施方式的圆筒形电池的立体图。图2的(a)是图1的电池的主要部分的纵剖视图，图2的(b)是图2的(a)的局部放大图。

圆筒形电池1具备电池罐10、被收纳于电池罐10内的电极体40、将电池罐10的开口封闭的封口构件20。电池罐10具备：圆筒状的筒部10a，其在一个端部具有开口缘部；以及底部10b，其将筒部10a的另一个端部封闭。电极体40收纳于电池罐10的筒部10a。在封口构件20与电极体40之间配置有绝缘板60，能够防止短路。

封口构件20具有：封口板21，其借助引线50与电极体40的第1电极电连接；以及帽22，其与电极体40的第2电极和电池罐10电连接。帽22具有与封口板21相对应的通孔，封口板21以将通孔封堵的方式配置。即，封口板21相对于帽22独立，即使在将帽向筒部10a压紧而进行凿紧的情况下，也能够抑制封口板21的变形。封口板21的外表面大致平坦，被用作第1电极的外部端子。

筒部10a与帽22之间通过第1垫圈23密封。封口板21与帽22之间通过第2垫圈24电绝缘且密封。即，能够在电池罐10未形成以往那样的槽部的情况下确保电池1的气密性。

在将筒部10a的两个端部相对的方向作为轴向时，帽22具有环状的顶板部221，该顶板部221沿着封口板21的周缘配置并在轴向上与筒部相对。从顶板部221的周缘起以与开口缘部10d的外侧面重叠的方式延伸的侧壁部222沿轴向竖立设置。从顶板部221的比侧壁部222靠内侧的部位起以与筒部10a的内侧面重叠的方式延伸的肋部223沿轴向竖立设置。肋部223以与开口缘部10d的内侧面重叠的方式沿着第1垫圈23的侧面连续地延伸。此外，肋部不必一定沿着第1垫圈23的侧面的整周连续地形成。在周向上，可以间断或断续地设置多处肋部。

帽22的侧壁部222具有在筒部10a的径向上向内侧弯曲的第1弯曲部222a。第1弯曲部222a具有提高第1垫圈23的压缩率的功能。利用第1弯曲部222a将开口缘部10d向第1垫圈23压紧，由此，第1垫圈23在开口缘部10d与肋部223之间被沿筒部10a的径向压缩。

在本实施方式中，第1垫圈23还介于侧壁部222与开口缘部10d之间，从而在侧壁部222与开口缘部10d之间也被压缩。由此，第1垫圈23的被压缩的区域较大，易于提高电池的气密性。

在此，用于确保气密性的压力从侧壁部222经由开口缘部10d施加于肋部223。换言之，通过使肋部223介于封口板21与开口缘部10d之间，从而用于确保气密性的压力不会直接地施加于封口板21。因此，即使在将帽22的侧壁部222向筒部10a较强地压紧的情况下，也能够抑制封口板21的变形。由于能够在增强用于确保气密性的压力的同时抑制封口板21的变形，因此能够确保高度的气密性。另外，通过将第1弯曲部222a向筒部10a压紧，并利用焊接等将从第1弯曲部222a朝向筒部10a的径向外侧去的、侧壁部222的端部与筒部10a连接，从而使电连接牢固且还提高电池1的耐压性能。

帽22的顶板部221的外表面大致平坦，适于用作第2电极的外部端子。也就是说，封口构件20能够具备不同极性的两个外部端子。因此，能够简化用于从电池集电的布线构造。在上述构造中，用于确保气密性的压力通过肋部223而在周向上被均匀地分散。

此外，在如以往那样在形成于筒部的槽部上配置封口板，并将电池罐的开口缘部隔着垫圈凿紧于封口板的周缘的情况下，难以将电池罐的开口端形成得平坦。

在本实施方式中，第2垫圈24以与肋部223分开的方式设置。具体而言，第2垫圈24被从顶板部221的比肋部223靠内侧的部位起沿轴向竖立设置的保持部224保持。在该情况下，由于在肋部223与保持部224之间设有空间，因此为了确保气密性而施加于封口板21的应力较小。

作为形成与顶板部221一体的肋部的方法，例如，可列举出对肋部形成面上的、肋部预定形成部位的周围进行锻造的方法。通过使从锻造区域逸出的材料向肋部预定形成部位偏移，从而形成肋部。

从高容量化的观点出发，帽22的侧壁部222和肋部223的高度均被设计为例如电池罐10的高度的5％以下。保持部224的高度能够根据封口板21的厚度、第2垫圈的尺寸等而适当选择。

开口缘部10d的内径稍小于筒部10a的剩余部分的内径。帽22的侧壁部222的外径的最大值小于或等于筒部10a的除开口缘部10d以外的部分的外径。因此，封口构件20不会从筒部10a伸出，电池的收纳性提高。

[第2实施方式]

以下，对于与第1实施方式相同或者与第1实施方式相对应的部位使用相同的附图标记。

图3是图2所示的形态的变形例。在图3中，电池罐10的开口缘部10d在筒部10a的径向上向内侧弯曲而形成第2弯曲部10e。与第1垫圈23相接触的开口缘部10d的内表面因第2弯曲部10e的存在而整体倾斜，第1垫圈23与开口缘部10d之间的接触面积变大。因这样的接触面积的扩大，电池的气密性进一步提高。

[第3实施方式]

图4是图2(或者图3)所示的形态的另一变形例。在图4中，电池罐10的开口缘部10d也在筒部10a的径向上向内侧弯曲而形成第2弯曲部10e。

在图4中，肋部223的外侧面和内侧面沿着开口缘部10d的弯曲方向倾斜。具体而言，开口缘部10d从第2弯曲部10e朝向筒部10a的径向外侧整体倾斜，肋部223的外侧面沿着开口缘部10d的倾斜方向倾斜。由此，第1垫圈23的介于开口缘部10d与肋部223之间的部分的压缩率大幅提高。另外，能够抑制第1垫圈23的位于顶板部221与筒部10a之间的部分的厚度的不均匀化。

在此，使肋部223的与顶板部221连接的连接部分(即根部)在筒部10a的径向上的尺寸大于肋部223的剩余部分在筒部10a的径向上的尺寸。通过使根部的尺寸较大，能够提高肋部223的强度，并且还能够提高帽22的整体强度。也就是说，能够进一步增大将侧壁部222向筒部10a压紧的力。因此，能够进一步提高第1垫圈23的压缩率。

[第4实施方式]

图5的(a)是被固定于电池罐10的筒部10a之前的封口构件20的一个例子的纵剖视图，图5的(b)是图5的(a)的局部放大图。第1垫圈23的与开口缘部10d相接触的面具有在无负荷状态下沿筒部10a的径向突出的突出部230(即突出面)。仅通过将帽22嵌入电池罐10的筒部10a的开口缘部10d，就能够使突出部230压缩一定程度，产生一定的气密性。并且，通过在帽22的侧壁部222形成第1弯曲部222a，能够显著地提高突出部230的压缩率，从而进一步提高电池的气密性。此外，在如本实施方式那样能够在肋部223与筒部10a之间确保一定的密封可靠性的情况下，可以不必设置第1弯曲部222a。

[第5实施方式]

图6的(a)是本实施方式的电池的主要部分的纵剖视图，图6的(b)是图6的(a)的局部放大图。在本实施方式中，肋部223和第2垫圈24相接触。在该情况下，第2垫圈在肋部与封口板的周缘之间被压缩。即，不必在帽22额外设置保持部224，能够简化封口构件20的构造。另一方面，对肋部223赋予保持第2垫圈24的保持部的功能。

以下，说明圆筒形电池1的其他结构。

上述以外的结构并没有特别限制，能够利用公知的结构。

例如，电池罐10的材质并未特别限定，可以含有从铁、铁合金(包含不锈钢)、铜、铝、铝合金(含有微量的锰、铜等其他金属的合金等)等中选择的至少1种材质。另外，电池罐10可以被实施镀敷处理。

帽22和封口板21的材质能够分别从针对电池罐10例示的材质中选择。

第1垫圈23和第2垫圈24可以通过嵌入成形等与封口板21或帽22一体成形，也可以通过将相对于封口板21或帽22独立成形的环状树脂体嵌入封口板21或帽22并进行组装而形成。垫圈23、24的材质没有限定，例如，能够使用聚丙烯(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。

接下来，以锂离子二次电池为例来示例性地说明电极体40的结构。

圆筒型的电极体40是卷绕型，是将正极和负极隔着隔膜卷绕成涡旋状而构成的。在正极和负极中的一者连接有引线50。引线50通过焊接等与封口板21的底面(下表面)的中央区域连接。在正极和负极中的另一者连接有另外的引线，另外的引线通过焊接等与电池罐10的内表面连接。此外，可以在电极体40与底部10b之间设置另外的绝缘板(下部绝缘板)。在该情况下，另外的引线只要以穿过设于另外的绝缘板的通孔或绕过另外的绝缘板的方式延伸即可。

(负极)

负极具有带状的负极集电体和在负极集电体的两面形成的负极活性物质层。对于负极集电体，能够使用金属薄膜、金属箔等。负极集电体的材料优选为从铜、镍、钛和它们的合金以及不锈钢组成的组中选择的至少1种材料。负极集电体的厚度例如优选为5μm～30μm。

负极活性物质层包含负极活性物质，并根据需要包含粘结剂和导电剂。负极活性物质层可以是通过气相法(例如蒸镀)形成的堆积膜。作为负极活性物质，可列举出Li金属、与Li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1μm～300μm。

(正极)

正极具有带状的正极集电体和在正极集电体的两面形成的正极活性物质层。对于正极集电体，能够使用金属薄膜、金属箔(不锈钢箔、铝箔或者铝合金箔)等。

正极活性物质层包含正极活性物质和粘结剂，并根据需要包含导电剂。正极活性物质并没有特别限定，能够使用LiCoO₂、LiNiO₂等含有锂的金属氧化物、包含从Ni、Mn、Co和Al中选择出的3种以上物质的含有锂的复合氧化物等。正极活性物质层的厚度例如优选为1μm～300μm。

对于各活性物质层所含有的导电剂，能够使用石墨、炭黑等。每100质量份的活性物质，导电剂的量为例如0质量份～20质量份。对于活性物质层所含有的粘结剂，能够使用氟树脂、丙烯酸树脂、橡胶颗粒等。每100质量份的活性物质，粘结剂的量为例如0.5质量份～15质量份。

(隔膜)

作为隔膜，优选使用树脂制的微多孔膜、无纺布。作为隔膜的材料(树脂)，优选为聚烯烃、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺等。隔膜的厚度例如为8μm～30μm。

(电解质)

对于电解质，能够使用溶解有锂盐的非水溶剂。作为锂盐，可列举出LiClO₄、LiBF₄、LiPF₆、LiCF₃SO₃、LiCF₃CO₂、酰亚胺盐类等。作为非水溶剂，可列举出碳酸亚丙酯、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。

以上，以锂离子二次电池为例进行了说明，但本发明不限于一次电池或二次电池，能够使用于使用封口构件来进行电池罐的封口的圆筒形电池。

产业上的可利用性

本发明的电池能够用于各种罐型的电池，例如适于用作便携设备、混合动力汽车、电动汽车等的电源。

附图标记说明

1、圆筒形电池；10、电池罐；10a、筒部；10b、底部；10d、开口缘部；20、封口构件；21、封口板；22、帽；221、顶板部；222、侧壁部；223、肋部；224、保持部；23、第1垫圈；24、第2垫圈；40、电极体；50、引线；60、绝缘板。

Claims

1.一种电池，其中，

该电池具备：

电池罐，其具有在一个端部具有开口缘部的圆筒状的筒部和将所述筒部的另一个端部封闭的底部；

电极体，其收纳于所述筒部；以及

封口构件，其以将被所述开口缘部包围的开口封闭的方式固定于所述筒部，

所述封口构件具有：

封口板，其与所述电极体的第1电极电连接；

帽，其具有与所述封口板相对应的通孔，且以与所述封口板电绝缘的状态同所述封口板连接；以及

第1垫圈，其将所述筒部与所述帽之间密封，

将所述筒部的两个所述端部相对的方向作为轴向，

所述帽具有：

环状的顶板部，其与所述筒部相对，并且在所述筒部的径向上沿着所述封口板的周缘配置于比所述封口板的周缘靠外侧的位置；

侧壁部，其从所述顶板部的周缘起沿所述轴向竖立设置，并以与所述筒部的外侧面重叠的方式延伸；以及

肋部，其从所述顶板部的所述侧壁部的内侧起沿所述轴向竖立设置，并以与所述筒部的内侧面重叠的方式延伸，

所述第1垫圈以在所述筒部的径向上被压缩的状态介于所述肋部与所述筒部之间，

所述电池罐和所述帽与所述电极体的第2电极电连接。

2.根据权利要求1所述的电池，其中，

所述第1垫圈还在所述侧壁部与所述筒部之间被压缩。

3.根据权利要求1或2所述的电池，其中，

所述侧壁部具有在所述筒部的径向上向内侧弯曲而成的第1弯曲部，

从所述第1弯曲部朝向所述筒部的径向外侧去的、所述侧壁部的端部与所述筒部电连接。

4.根据权利要求3所述的电池，其中，

所述开口缘部具有在所述筒部的径向上向内侧弯曲的第2弯曲部，

所述肋部的外侧面沿着从所述第2弯曲部朝向所述筒部的径向外侧去的所述开口缘部的倾斜方向倾斜。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池，其中，

所述肋部的与所述顶板部连接的连接部分在所述筒部的径向上的尺寸大于所述肋部的剩余部分在所述筒部的径向上的尺寸。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池，其中，

在所述第1垫圈的与所述开口缘部相接触的面形成有在无负荷状态下沿所述筒部的径向突出的突出部。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池，其中，

第2垫圈介于所述封口板与所述帽之间。

8.根据权利要求7所述的电池，其中，

所述肋部和所述第2垫圈以分开的方式设置。

9.根据权利要求8所述的电池，其中，

该电池具有保持部，该保持部从所述顶板部的比所述肋部靠内侧的部位起沿所述轴向竖立设置，该保持部保持所述第2垫圈。

10.根据权利要求7所述的电池，其中，

所述肋部和所述第2垫圈相接触，

所述第2垫圈在所述肋部与所述封口板的周缘之间被压缩。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的电池，其中，

所述开口缘部的内径小于所述筒部的剩余部分的内径，

所述侧壁部的外径的最大值为所述筒部的除所述开口缘部以外的部分的外径以下。