CN114026723A - 方形二次电池 - Google Patents

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Abstract

方形二次电池具备：电极体，其具有正极板和负极板；方形的电池壳体，其具有开口部，并收纳电极体；封口板，其将开口部封闭；集电体，其在与封口板的长度方向上的端部对应的部位连接于正极板的端边或负极板的端边；以及外部端子，其设于封口板的外侧且与集电体连接，电极体和集电体被绝缘性保持件包围并收纳在电池壳体内，集电体隔着绝缘性保持件与电池壳体的底部接触。

Description

方形二次电池
技术领域
本发明涉及一种方形二次电池。
背景技术
随着车载用二次电池的高输出化，在电池中流动的电流增加。其结果是，电池内产生的发热量增加，电池整体温度上升。若电池整体温度过度上升，则有可能引起垫片等树脂部件的劣化、电解液的变质等。
在专利文献1中，在具有与发电元件(电极体)连接的集电体的二次电池中，为了抑制集电体的发热，公开了使集电体为多个分支形状的结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013－179015号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1所公开的构造的集电体能够通过使电流分散来谋求降低源自电流的集中的发热量。然而，即使使电流分散，所产生的热量本身也会在电池内部分散，因此无法抑制电池内部的温度上升。特别是，在流动有大电流的电池中，电池内部的温度有可能过度上升。
本发明是鉴于该点而做出的，其主要目的在于提供一种即使电池内产生的发热量增加也能够抑制电池内部的温度上升的二次电池。
用于解决问题的方案
本发明提供一种方形二次电池，其具备：电极体，其具有正极板和负极板；方形的电池壳体，其具有开口部，并收纳电极体；封口板，其将开口部封闭；集电体，其在与封口板的长度方向上的端部对应的部位连接于正极板的端边或负极板的端边；以及外部端子，其设于封口板的外侧且与集电体连接，电极体和集电体被绝缘性保持件包围并收纳在电池壳体内，集电体隔着绝缘性保持件与电池壳体的底部接触。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种即使电池内产生的发热量增加也能够抑制电池内部的温度上升的二次电池。
附图说明
图1的(a)、图1的(b)是示意性地表示本发明的一个实施方式中的方形二次电池的结构的图，图1的(a)是俯视图，图1的(b)是沿着图1的(a)的Ib－Ib线的剖视图。
图2是将图1的(b)中的集电体的在电池壳体的底部附近的部分放大的局部剖视图。
图3的(a)、图3的(b)是说明本实施方式中的电池的组装步骤的图。
图4是说明本实施方式中的电池的组装步骤的图。
图5的(a)、图5的(b)是说明本实施方式中的电池的组装步骤的图。
图6是说明本实施方式中的电池的组装步骤的图。
图7是将图4中的暴露部与集电体之间的接合部附近放大的、与封口板平行的面的局部剖视图。
图8是表示集电体的另一结构的局部剖视图。
图9是示意性地表示与所卷绕的构造的电极体对应的集电体的构造的局部立体图。
图10是示意性地表示与所卷绕的构造的电极体对应的集电体的另一构造的局部立体图。
图11是表示与1个电极体对应的集电体的结构的局部剖视图。
具体实施方式
以下，根据附图来详细说明本发明的实施方式。此外，本发明并不限定于以下的实施方式。另外，能够在不脱离发挥本发明的效果的范围进行适当变更。
图1的(a)、图1的(b)是示意性地表示本发明的一个实施方式中的方形二次电池的结构的图，图1的(a)是俯视图，图1的(b)是沿着图1的(a)的Ib－Ib线的剖视图。
如图1的(a)、图1的(b)所示，在本实施方式中的方形二次电池1中，作为发电元件的电极体10与电解液一起收纳于方形的电池壳体11。电极体10形成为隔着间隔件(均未图示)层叠正极板和负极板而成的构造。正极板在正极芯体的表面设有正极活性物质层，负极板在负极芯体的表面设有负极活性物质层。电池壳体11的开口部被封口板12封闭。
正极板和负极板分别在与封口板12的长度方向上的端边对应的部位具有未形成有活性物质层的暴露部10a、10b。暴露部10a、10b在封口板12的长度方向上分别向相反方向延伸并分别连接于正负的集电体20A、20B。具体而言，多个暴露部10a以被捆束起来的状态接合于集电体20A，多个暴露部10b以被捆束起来的状态接合于集电体20B。例如能够通过超声波焊接等来进行接合。
集电体20A、10B的材料并没有特别限定，但优选的是，集电体20A和正极板的暴露部10a由相同材料构成，集电体10B和负极板的暴露部10b由相同材料构成。由此，能够容易地进行暴露部10a、10b与集电体20A、20B的超声波焊接。例如，在为锂离子二次电池的情况下，优选的是，与正极板的暴露部10a连接的集电体20A由铝或铝合金构成，与负极板的暴露部10b连接的集电体20B由铜或铜合金构成。
正极的集电体20A、20B分别经由连结部22A、22B与设于封口板12的外侧的正负的外部端子21A、21B连接。在此，连结部22A贯穿设于封口板12的通孔而与外部端子21A连接，连结部22B贯穿设于封口板12的通孔而与外部端子21B连接。连结部22A通过绝缘构件30A而与封口板12绝缘，连结部22B通过绝缘构件30B而与封口板12绝缘。另外，外部端子21A通过绝缘构件31A而与封口板12绝缘，外部端子21B通过绝缘构件31B而与封口板12绝缘。
电极体10和集电体20A、20B被绝缘性保持件40包围并收纳在电池壳体11内。绝缘性保持件40成为靠封口板12侧的部位开放的袋状。绝缘性保持件40的材料并没有特别限定，例如由聚丙烯(PP)、聚乙烯(PET)等树脂性片构成。
集电体20A、20B分别隔着绝缘性保持件40与电池壳体11的底部11a接触。优选的是，集电体20A、20B按压绝缘性保持件40地与电池壳体11的底部11a接触。即，优选的是，绝缘性保持件40在被集电体20A、20B和电池壳体11的底部11a夹持的部位处在厚度方向上被压缩。
图2是将图1的(b)中的集电体20A的在电池壳体11的底部11a附近的部分放大的局部剖视图。
如图2所示，由集电体20A集电的电流产生的热如箭头所示那样经由绝缘性保持件40向电池壳体11的底部11a散热。由于电池壳体11由导热性较高的金属形成，因此，传递至电池壳体11的底部11a的热迅速地向整个电池壳体11传递，并且向电池1的外部散热。由此，能够使在电池1的内部产生的热迅速地向电池1的外部散热。
在本实施方式中，集电体20A优选由在封口板12的宽度方向具有厚度的块体构成。由此，集电体20A的导热性提高，因此能够使在电池1的内部产生的热更迅速地向电池1的外部散热。
车载用方形二次电池是将模块、电池组(日文：パック)组合起来运用的，在电池组中，为了避免热失控而具有空冷、水冷等冷却机构。对于本实施方式中的向外部的散热，能够通过该机构来高效地进行排热。因此，作为本实施方式的效果，能够期待通过提高冷却效率来简化冷却机构。
另外，绝缘性保持件40的厚度例如优选在0.05mm～0.05mm的范围内。若绝缘性保持件40的厚度比0.05mm薄，则在利用集电体20A按压绝缘性保持件40时，有可能使绝缘性保持件40损伤。其结果，有可能使集电体20A与电池壳体11之间的绝缘性劣化。另一方面，若绝缘性保持件40的厚度比0.5mm厚，则有可能使从集电体20A向电池壳体11的底部11a去的热传递性降低。
接下来，参照图3～图6说明本实施方式中的电池1的组装步骤。
首先，如图3的(a)、图3的(b)所示，准备电极体10和集电体20A(20B)。如图3的(a)所示，电极体10在与封口板12的长度方向两端部对应的部位分别具有正负的暴露部10a、10b。如图3的(b)所示，集电体20A由块体构成，集电体20A在靠封口板12侧的端部具有供连结部22A(22B)插入的孔23。
接下来，如图4所示，将具有相同构造的两个电极体10A、10B在封口板12的宽度方向上排列配置，然后，在利用各电极体10A、10B的暴露部10a、10a夹持集电体20A的情况下，在接合区域24处，利用例如超声波焊接等使暴露部10a、10a和集电体20A相接合。
接下来，如图5的(a)、图5的(b)所示，将集电体20A固定于封口板12和外部端子21A。在此，图5的(a)是将集电体20A的在封口板12附近的部分放大的局部立体图。另外，图5的(b)是沿着图5的(a)的Vb－Vb线的局部剖视图。
如图5的(a)、图5的(b)所示，在集电体20A之上依次配置绝缘构件30A、封口板12、绝缘构件31A以及外部端子21A。此外，在绝缘构件30A、封口板12、绝缘构件31A以及外部端子21A，分别与集电体20A的孔23的位置对应地设有通孔。并且，绝缘构件30A具有与设于封口板12的通孔的内周面抵接的外周部。然后，使螺栓状的连结部22A贯穿在绝缘构件30A、封口板12、绝缘构件31A以及外部端子21A设置的通孔并紧固于集电体20A的螺纹孔23。此外，也可以是，不利用螺栓进行紧固，而是通过凿紧加工将连结部20A的端部凿紧于外部端子21A，从而将集电体20A和外部端子21A固定于封口板12。
接下来，如图6所示，将以一体化的方式固定有集电体20A等的封口板12插入绝缘性保持件40内。然后，将被绝缘性保持件40包围的电极体10和集电体20A收纳在电池壳体11内。在此，通过将集电体20A的与封口板12垂直的方向上的长度与电池壳体11的高度对应地设定为预先决定的长度，能够使集电体20A隔着绝缘性保持件40与电池壳体11的底部11a接触。并且，通过考虑绝缘性保持件40的厚度和集电体20A的长度方向上的尺寸公差，能够使集电体20A以绝缘性保持件40在厚度方向上被压缩的状态接触于电池壳体11的底部11a。
之后，对电池壳体11的开口侧端部和封口板12的外周部进行例如激光焊接，从而将电池壳体11密封。最后，从设于封口板12的注液孔12a向电池壳体11内注入电解液，之后利用塞子50(参照图1)密封注液孔12a。
图7是将图4中的暴露部10a与集电体20A之间的接合部附近放大的、与封口板12平行的面的局部剖视图。
如上述那样，集电体20A被两个电极体10A、10B的暴露部10a、10a夹持，暴露部10a和集电体20A被接合起来。即，集电体20A由在封口板12的宽度方向具有厚度W的块体构成。由此，集电体20A的导热性提高，因此能够使在电池1的内部产生的热更迅速地传递至电池壳体11的底部11a。
在此，若将集电体20A和暴露部10a、10a相接触的面的长度设为L，则W：L优选处于4：1～1：1的范围内。另外，集电体20A优选为实心构造，但一部分也可以为中空构造。
另外，集电体20A不一定要为大致长方体。例如，如图8所示，集电体20A的一侧面也可以朝向电极体10A、10B侧地具有突出部A。由此，集电体20A的与封口板12平行的面的截面积增加，能够进一步提高集电体20A的导热性。
采用本实施方式，在电极体10和集电体20被绝缘性保持件40包围且被收纳在电池壳体11内的方形二次电池中，通过使集电体20隔着绝缘性保持件40接触于电池壳体11的底部11a，能够使在电池1内产生的热经由集电体20和绝缘性保持件40迅速地传递至电池壳体11的底部11a。由此，能够使在电池内产生的热迅速地向电池外部散热。其结果，即使电池内产生的发热量增加，也能够抑制电池内部的温度上升。
以上，通过优选实施方式说明了本发明，但这样的记载不是限定事项，当然能够进行各种改变。
另外，在上述实施方式中，作为电极体，使用了隔着间隔件层叠正极板和负极板而成的构造，但也可以是隔着间隔件卷绕正极板和负极板而成的构造。
图9是示意性地表示与这样的构造的电极体10A对应的集电体20A的构造的局部立体图。
如图9所示，电极体10A、10B在与所卷绕的极板的封口板12的长度方向上的端部对应的部位具有多个暴露部10a。并且，多个暴露部10a在电池壳体11的高度方向上的中央区域P以被捆束的状态压缩。
另一方面，集电体20A以被电极体10A、10B的暴露部10a、10a夹持的状态配置。此时，在集电体20A的在电池壳体11的高度方向上的中央区域Q中，集电体20A以在封口板12的宽度方向上的宽度向暴露部10a、10a侧扩大的方式接触于暴露部10a、10a。由此，在区域P、Q中，能够利用例如超声波焊接等使集电体20A和暴露部10a、10a相接合。
图9所示的集电体20A具有实心构造，但如图10所示，集电体20A也可以是中空构造。在该情况下，对于供连结部22A(22B)插入的孔23，只要在集电体20A的靠封口板12侧的端部设置圆筒部23a，并在该圆筒部23a形成孔23即可。另外，作为其他的方法，也可以是上述的凿紧加工。
另外，在上述实施方式中，在电池壳体11内，配置了具有相同构造的两个电极体10A、10B，但也可以配置1个电极体。在该情况下，如图10所示，电极体10在与封口板12的长度方向上的端部对应的部位具有多个暴露部10a，该暴露部10a在封口板12的宽度方向端部侧被捆束。于是，只要在使集电体20抵接于暴露部10a的状态下利用例如超声波焊接等使暴露部10a和集电体20相接合即可。
另外，在上述实施方式中，在正极板的端边和负极板的端边具有的暴露部10a、10b分别连接了集电体20A、20B，但也可以仅在正极板和负极板中的任意一者的暴露部10a、10b连接集电体20。
另外，在上述实施方式中，说明了利用超声波焊接来进行暴露部10a、10b与集电体20A、20B的接合的例子，但并不限定于此，例如，也可以利用电阻焊、激光焊接来进行。
另外，在上述实施方式中，说明了使集电体20A、20B经由连结部22A、22B连接于外部端子21A、21B的构造，但并不限定于此，只要是对集电体20A、20B和外部端子21A、21B进行电连接的构造即可。
本实施方式中的方形二次电池的种类并没有特别限定，例如，能够适用于锂离子二次电池、镍氢二次电池等。
附图标记说明
1、方形二次电池；10(10A、10B)、电极体；10a、10b、暴露部；11、电池壳体；11a、底部；11b、流路；12、封口板；12a、注液孔；20(20A、20B)、集电体；21A、21B、外部端子；22A、22B、连结部；23、孔；23a、圆筒部；24、接合区域；30A、30B、绝缘构件；31A、31B、绝缘构件；40、绝缘性保持件；50、塞子。

Claims (4)

1.一种方形二次电池，其具备：电极体，其具有正极板和负极板；方形的电池壳体，其具有开口部，并收纳所述电极体；封口板，其将所述开口部封闭；集电体，其在与所述封口板的长度方向上的端部对应的部位连接于所述正极板的端边或所述负极板的端边；以及外部端子，其设于所述封口板的外侧且与所述集电体连接，其中，
所述电极体和所述集电体被绝缘性保持件包围并收纳在所述电池壳体内，
所述集电体隔着所述绝缘性保持件与所述电池壳体的底部接触。
2.根据权利要求1所述的方形二次电池，其中，
所述集电体由在所述封口板的宽度方向具有厚度的块体构成。
3.根据权利要求1或2所述的方形二次电池，其中，
所述绝缘性保持件由树脂性片构成，
所述绝缘性保持件在被所述集电体和所述电池壳体的底部夹持的部位处在厚度方向上被压缩。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方形二次电池，其中，
所述电极体具有多个，
各电极体的所述正极板的端边或所述负极板的端边连接于共同的所述集电体。
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