CN113169399A - 密封电池 - Google Patents
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Abstract
本公开的目的在于，提供一种在电池发生异常时发挥稳定的排气性能且耐冲击性优异的密封电池。作为本公开的实施方式的一个例子的密封电池具备：电池壳体，其包含有底筒状的外装罐以及堵塞外装罐的开口部的封口体；以及电极体，收容于电池壳体内。封口体包含金属板，金属板具有：凸部，朝向电池壳体的外侧鼓出；以及法兰部，形成在凸部的周围。凸部包含倾斜为从封口体的径向外侧朝向内侧逐渐远离电极体的倾斜部，在倾斜部的至少一部分形成有厚度比倾斜部以外的部分薄且在电池壳体的内压超过给定的阈值时优先断裂的薄壁部。
Description
技术领域
本公开涉及密封电池。
背景技术
以往，众所周知的是具备包含有底筒状的外装罐以及堵塞外装罐的开口部的封口体的电池壳体的密封电池(例如，参照专利文献1)。在专利文献1中公开了具备如下的封口体的密封电池，所述封口体包含：阀体，其外形为圆形；金属板，其配置在比阀体靠电池壳体的内侧且与阀体的中央部连接；以及环状的绝缘构件，其介于阀体的外周部与金属板的外周部之间。在该封口体中，阀体包含从内周部向外周部沿着半径方向厚度连续地减少的倾斜区域，具有朝向电池壳体的内侧鼓出的下凸形状。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2016/157749号
发明内容
-发明要解决的课题-
然而，虽然封口体具有在电池中发生异常而电池壳体的内压上升时断裂并能够进行气体的排出的作为安全阀的功能，但是在密封电池中，要求抑制该阀的工作压的偏差，使排气性能更加稳定化。除此以外，对封口体还要求给定的耐冲击性，以使不因在电池的制造过程、通常的使用状态等中可能作用的外力而破损。
-用于解决课题的手段-
作为本公开的一个方式的密封电池是具备包含有底筒状的外装罐以及堵塞外装罐的开口部的封口体的电池壳体和收容于电池壳体内的电极体的密封电池，封口体包含金属板，金属板具有：凸部，朝向电池壳体的外侧鼓出；以及法兰部，形成在凸部的周围。凸部包含倾斜为从封口体的径向外侧朝向内侧逐渐远离电极体的倾斜部，在倾斜部的至少一部分形成有厚度比倾斜部以外的部分薄且在电池壳体的内压超过给定的阈值时优先断裂的薄壁部。
-发明效果-
根据本公开的一个方式，能够提供一种在电池发生异常时发挥稳定的排气性能且耐冲击性优异的密封电池。
附图说明
图1是作为实施方式的一个例子的密封电池的剖视图。
图2是作为实施方式的一个例子的封口体的剖视图。
图3是作为实施方式的一个例子的封口体的俯视图。
具体实施方式
在密封电池中，确保给定的耐冲击性，并且谋求发生异常时的排气性能的稳定化是重要的课题。本发明人们为了解决相关的课题而潜心研究的结果，发现了在朝向电池壳体的外侧鼓出的凸部的倾斜部形成有薄壁部的新的封口体。以往的封口体例如如专利文献1所示，通常具有下凸形状，并在电池的内压上升时，形成在金属板的刻印部引起剪切破坏而形成排气路径。在该情况下，为了在低内压下稳定地使刻印部断裂，需要使刻印部的厚度非常地薄。另一方面，若使刻印部的厚度过薄，则难以确保封口体的强度以耐受落下冲击、振动等外力。
本公开所涉及的密封电池的封口体被设计为利用在电池的内压上升时作用于倾斜部的拉伸应力使倾斜部的薄壁部断裂。在该情况下，能够将倾斜部的厚度维持在能够确保作为目标的耐冲击性的范围内，并且能够实现排气性能的进一步稳定化。也就是说，根据本公开所涉及的封口体，能够兼顾优异的耐冲击性和良好的排气性能。
以下，对本公开的实施方式的一个例子进行详细说明。以下，作为本公开所涉及的密封电池的实施方式的一个例子，例示卷绕型的电极体14收容于圆筒形状的电池壳体15的圆筒形电池，但是电池也可以是具备方形的电池壳体的方形电池。此外，电极体也可以是多个正极和多个负极隔着隔板交替地层叠而成的层叠型。在本说明书中，为了便于说明，将电池壳体15的封口体17侧作为“上”，将外装罐16的底部侧作为“下”进行说明。
图1是作为实施方式的一个例子的密封电池10的剖视图。如图1所例示的那样，密封电池10具备：电池壳体15，其包含有底筒状的外装罐16以及堵塞外装罐16的开口部的封口体17；以及电极体14，其收容于电池壳体15内。此外，在电池壳体15内收容有电解质。电极体14包含正极11、负极12、以及介于正极11以及负极12之间的隔板13。电极体14具有正极11和负极12隔着隔板13卷绕而成的卷绕构造。此外，密封电池10具备配置在外装罐16与封口体17之间的树脂制的衬垫(gasket)23。
电解质可以是水系电解质、非水电解质中的任一种。适宜的密封电池10的一个例子是使用了非水电解质的锂离子电池等非水电解质二次电池。非水电解质例如包含非水溶剂和溶解在非水溶剂中的电解质盐。在非水溶剂可使用酯类、醚类、腈类、酰胺类以及它们的两种以上的混合溶剂等。非水溶剂也可以含有将这些溶剂的氢的至少一部分用氟等卤原子取代的卤素取代体。另外，非水电解质并不限定于液体电解质，也可以是使用了凝胶状聚合物等的固体电解质。电解质盐可使用LiPF6等锂盐。
电极体14具有长条状的正极11、长条状的负极12、长条状的两片隔板13、与正极11接合的正极引线20、以及与负极12接合的负极引线21。负极12为了抑制锂的析出，以比正极11大一圈的尺寸形成。即，负极12比正极11在长边方向以及短边方向(上下方向)上更长地形成。两片隔板13以至少比正极11大一圈的尺寸形成，例如配置为夹着正极11。
正极11具有正极芯体和设置在正极芯体的两面的正极复合材料层。在正极芯体能够使用铝、铝合金等在正极11的电位范围内稳定的金属的箔、将该金属配置在表层的膜等。正极复合材料层包含正极活性物质、乙炔黑等导电材料以及聚偏氟乙烯(PVdF)等粘结材料。正极11能够通过如下方式来制作，即，在正极芯体上涂敷包含正极活性物质、导电材料以及粘结材料等的正极复合材料浆料，使涂膜干燥后进行压缩而在正极芯体的两面形成正极复合材料层。
正极活性物质例如可使用锂过渡金属复合氧化物。作为锂过渡金属复合氧化物中含有的金属元素，可列举Ni、Co、Mn、Al、B、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Ga、Sr、Zr、Nb、In、Sn、Ta、W等。适宜的锂过渡金属复合氧化物的一个例子是含有Ni、Co、Mn中的至少一种的锂过渡金属复合氧化物。作为具体例，可列举含有Ni、Co、Mn的复合氧化物，含有Ni、Co、Al的复合氧化物。
负极12具有负极芯体和设置在负极芯体的两面的负极复合材料层。在负极芯体能够使用铜、铜合金等在负极12的电位范围内稳定的金属的箔、将该金属配置在表层的膜等。负极复合材料层包含负极活性物质以及苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)等粘结材料。负极12能够通过如下方式来制作，即，在负极芯体上涂敷包含负极活性物质以及粘结材料等的负极复合材料浆料，使涂膜干燥后进行压缩而在负极芯体的两面形成负极复合材料层。
负极活性物质例如可使用鳞片状石墨、块状石墨、无定形石墨等天然石墨、块状人造石墨、石墨化中间相碳微球等人造石墨等石墨。负极活性物质也可以使用Si、Sn等与锂合金化的金属、含有该金属的合金、含有该金属的化合物等，还可以将这些与石墨并用。作为该化合物的具体例，可列举由SiOx(0.5≤x≤1.6)表示的硅化合物。
在电极体14的上下分别配置有绝缘板18、19。在图1所示的例子中，安装在正极11的正极引线20通过绝缘板18的贯通孔向封口体17侧延伸，安装在负极12的负极引线21通过绝缘板19的外侧向外装罐16的底部侧延伸。正极引线20通过焊接等连接在封口体17的朝向电池壳体15的内侧的内表面，封口体17成为正极外部端子。负极引线21通过焊接等连接在外装罐16的底部内表面，外装罐16成为负极外部端子。
如上所述，电池壳体15包含有底筒状的外装罐16和堵塞外装罐16的开口部的封口体17。外装罐16是有底圆筒形状的金属制容器。在外装罐16与封口体17之间设置有衬垫23，电池壳体15的内部空间被密封。外装罐16例如具有通过从外侧对侧面部进行旋压加工而形成的支承封口体17的凹槽部22。凹槽部22优选沿着外装罐16的周向形成为环状，在其上表面支承封口体17。此外，外装罐16的上端部向电池壳体15的内侧折弯并与封口体17的周缘部铆接。外装罐16的开口部是俯视圆形形状，同样地，封口体17也是俯视圆形形状。
以下，参照图2以及图3，对封口体17进行详细说明。图2是封口体17的剖视图，图3是封口体17的俯视图。
如图2以及图3所例示的那样，封口体17具有：凸部30，其包含金属板，该金属板朝向电池壳体15的外侧鼓出；以及法兰部31，其形成在凸部30的周围。凸部30具有向上方突出的上凸形状，并包含倾斜为从封口体17的径向外侧朝向内侧逐渐远离电极体14的倾斜部33。而且，在倾斜部33的至少一部分形成有厚度比倾斜部33以外的部分薄且在电池壳体15的内压超过给定的阈值时优先断裂的薄壁部。给定的阈值基于电池电容、用途等适当设定。
封口体17通过由向电池壳体15的内侧折弯的外装罐16的上端部以及凹槽部22夹持法兰部31，从而经由衬垫23固定在外装罐16。法兰部31沿着外装罐16的径向配置。凸部30具有俯视圆形形状，优选具有俯视大致正圆形形状。在此，所谓的“大致正圆状”，意味着正圆形形状以及实质上被认为是正圆的形状。法兰部31优选为具有大致一定的内径以及外径的俯视圆环状。在将封口体17应用于方形电池的情况下等，法兰31的外径能够与电池壳体的形状匹配地适当地进行变更。
封口体17不具有向电池壳体15的内侧突出的下凸形状，不具有如在电池的内压上升时从下凸形状变形为上凸形状那样的反转部。在具有这样的反转部的以往的封口体中，由于需要使反转部的厚度变薄以进行塑性变形，所以难以提高封口体的耐冲击性。另一方面，在不具有反转部的封口体17中，能够在电池的内压上升时薄壁部断裂的范围内能够提高耐冲击性。
凸部30优选具有被倾斜部33包围的顶部32。顶部32是最向电池壳体15的外侧鼓出的部分。顶部32以及倾斜部33优选平坦，在其边界位置存在弯曲部。顶部32与法兰部31大致平行地形成，沿着外装罐16的径向配置。在图3所示的例子中，顶部32形成为以封口体17以及凸部30的径向中央为中心的俯视大致正圆状。顶部32的直径
优选为封口体17的直径的20％～70％，更优选为35％～50％。
倾斜部33在法兰部31与顶部32之间形成为俯视圆环状且形成为越接近顶部32越逐渐远离电极体14的锥形状。在法兰部31与倾斜部33的边界位置存在倾斜部33向上方折弯的弯曲部。法兰部31的外表面与倾斜部33的外表面所成的角度θ优选为90°～160°，更优选为90°～135°。如果角度θ在该范围内，则在电池壳体15的内压上升时拉伸应力容易作用于倾斜部33，变得容易使薄壁部断裂。
倾斜部33优选为具有大致一定的内径以及外径的俯视圆环状。在图3所示的例子中，倾斜部33形成为以封口体17以及凸部30的径向中央为中心的俯视圆环状。凸部30的直径
例如为封口体17的直径的50％～80％或55％～70％。顶部32的直径
例如为凸部30的直径
的60％～80％或65％～75％。
在封口体17中，在密封电池10中发生异常而电池壳体15的内压上升时，倾斜部33的薄壁部断裂。在电池壳体15的内压上升时，由于拉伸应力作用于倾斜部33，所以通过在倾斜部33形成薄壁部，能够利用该拉伸应力使薄壁部断裂。故而，根据封口体17，能够将倾斜部33的厚度维持在能够确保作为目标的耐冲击性的范围内，并且能够实现排气性能的进一步稳定化。
另外，密封电池10也可以是负极引线21与法兰部31连接的构造。在该情况下，封口体17成为负极外部端子。此外，封口体17也可以在不损害本公开的目的的范围内包含多个构件。但是，为了减少部件数量，降低封口体17的厚度，削减制造成本，优选封口体17包含一片金属板。
封口体17例如通过将一片金属板压制加工为向电池壳体15的外侧突出来制造。适宜的金属板的一个例子是以铝为主成分的铝合金板。金属板的厚度没有特别限定，但是作为一个例子，为0.2mm～2mm。凸部30的顶部32与法兰部31的厚度可以相同，也可以不同。
薄壁部的厚度T2只要能够确保作为目标的耐冲击性，并且是在电池壳体15的内压上升时断裂的厚度，就没有特别限定，但是相对于顶部32的厚度T1，优选设定为30％～50％，更优选设定为35％～45％。另外，在厚度T2不一定的情况下，优选以平均厚度或最薄部的厚度为基准(对于厚度T1也同样)。作为厚度T2的具体例，可列举0.1mm～0.3mm。如果厚度T2在该范围内，则能够兼顾高耐久和稳定的排气性能。此外，厚度T2相对于法兰部31的厚度，优选设定为30％～50％，更优选设定为35％～45％。
薄壁部优选形成在超过倾斜部33的20％的范围。在此，所谓的“超过倾斜部33的20％”，意味着在对封口体17进行俯视(或仰视)的状态下薄壁部的面积超过倾斜部33的总面积的20％。薄壁部可以形成在超过倾斜部33的50％的范围，也可以形成在超过90％的范围。薄壁部的宽度优选沿着倾斜部33的周向一定。
在本实施方式中，在倾斜部33的整体形成有薄壁部。此外，薄壁部的厚度T2遍及倾斜部33的整体而大致一定。也就是说，遍及倾斜部33的整体，倾斜部33的厚度比其他部分(法兰部31以及顶部32)的厚度薄。倾斜部33例如具有顶部32的厚度T1的30％～50％或35％～45％的厚度。另外，在本实施方式中，厚度T1也遍及顶部32的整体而一定。
-符号说明-
10：密封电池；
11：正极；
12：负极；
13：隔板；
14：电极体；
15：电池壳体；
16：外装罐；
17：封口体；
18、19：绝缘板；
20：正极引线；
21：负极引线；
22：凹槽部；
23：衬垫；
30：凸部；
31：法兰部；
32：顶部；
33：倾斜部。
Claims (4)
1.一种密封电池，具备：
电池壳体，其包含有底筒状的外装罐以及堵塞所述外装罐的开口部的封口体；以及
电极体，收容于所述电池壳体内，
在所述密封电池中，
所述封口体包含金属板，
所述金属板具有：
凸部，朝向所述电池壳体的外侧鼓出；以及
法兰部，形成在所述凸部的周围，
所述凸部包含倾斜为从所述封口体的径向外侧朝向内侧逐渐远离所述电极体的倾斜部，
在所述倾斜部的至少一部分形成有厚度比所述倾斜部以外的部分薄且在所述电池壳体的内压超过给定的阈值时优先断裂的薄壁部。
2.根据权利要求1所述的密封电池，其中，
所述金属板构成所述封口体的顶板，
在所述法兰部焊接有与所述电极体的正极或负极连接的电极引线。
3.根据权利要求1或2所述的密封电池，其中，
所述凸部包含被所述倾斜部包围的平坦的顶部，
所述薄壁部的厚度为所述顶部的厚度的30％～50％。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的密封电池，其中，
所述薄壁部形成在超过所述倾斜部的20％的范围。
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