CN115176377B - 密闭电池 - Google Patents

Abstract

本公开的目的在于，提供一种密闭电池，其具备在确保作为安全阀的功能的同时厚度薄、构造简单且部件件数少的封口体。作为实施方式的一例的密闭电池具备：具有电极极耳的电极体；收容电极体的有底筒状的包装罐；和将包装罐的开口部堵塞的封口体。封口体包含：形成为环状的第1薄壁部；在电池的内压上升时变形为向电池的外侧凸的、被第1薄壁部包围的阀部；和形成于阀部的线状的第2薄壁部。电极极耳配置成与第2薄壁部交叉，且对于阀部的内表面夹着第2薄壁部而接合。

Description

密闭电池

技术领域

本公开涉及密闭电池。

背景技术

以往以来，广泛已知具备有底筒状的包装罐和将包装罐的开口部堵塞的封口体的密闭电池(例如，参照专利文献1)。如专利文献1所公开的那样，封口体例如具有将内部端子板、下阀体、绝缘构件、上阀体以及盖按照该顺序层叠而成的构造。下阀体和上阀体在各自的中央部互相连接，且绝缘构件介于各自的周缘部之间。在该情况下，若电池产生异常从而内压上升，则下阀体就会将上阀体顶到盖侧而变形并断裂，从而将下阀体与上阀体之间的电流路径切断。若内压进一步上升，则上阀体就会断裂，从盖的开口部排出气体。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2018-014160号公报

发明内容

发明想要解决的课题

如上所述，根据现有技术的封口体，在电池产生异常从而内压上升时，电池的电流路径被切断，并且形成气体的排出路径，确保异常产生时的电池的安全性。但是，现有技术的封口体存在厚度大，部件件数多，且部件的形状复杂这样的课题。因此，寻求在确保作为安全阀的功能的同时厚度薄、构造简单且部件件数少的封口体。

用于解决课题的手段

作为本公开的一方式的密闭电池具备：具有电极极耳的电极体；收容所述电极体的有底筒状的包装罐；和将所述包装罐的开口部堵塞的封口体，所述封口体包含：形成为环状的第1薄壁部；在电池的内压上升时变形为向电池的外侧凸的、被所述第1薄壁部包围的阀部；和形成于所述阀部的线状的第2薄壁部，所述电极极耳或者连接有所述电极极耳的金属板配置成与所述第2薄壁部交叉，且对于所述阀部的内表面夹着所述第2薄壁部地接合。

发明效果

根据本公开的一方式，能够提供一种密闭电池，其具备在确保作为安全阀的功能的同时厚度薄、构造简单且部件件数少的封口体。根据本公开所涉及的密闭电池，例如，在因电池的异常而导致内压上升时，阀部变形为向电池的外侧凸，形成于阀部内的线状的薄壁部断裂从而形成排气口，并且电极极耳从封口体脱落，从而将电池的电流路径快速切断。

附图说明

图1是作为实施方式的一例的密闭电池的剖面图。

图2是作为实施方式的一例的封口体的底视图。

图3是图2中的AA线剖面图。

图4是表示作为实施方式的一例的封口体翻转并断裂的情形的图。

图5是作为实施方式的另一例的封口体的底视图。

图6是图5中的BB线剖面图。

图7是表示作为实施方式的另一例的封口体翻转并断裂的情形的图。

具体实施方式

以下，详细说明本公开的实施方式的一例。以下，作为本公开所涉及的密闭电池的实施方式的一例，例示将卷绕型的电极体14收容到有底圆筒形状的包装罐16中的圆筒形电池，但电池可以是具备方形的包装罐的方形电池。此外，电极体可以是将多个正极和多个负极隔着分隔件交替层叠而成的层叠型。在本说明书中，为了说明方便，将封口体17侧作为“上”，将包装罐16的底部侧作为“下”来进行说明。

图1是作为实施方式的一例的密闭电池10的剖面图。如图1所示，密闭电池10具备：电极体14；收容电极体14的有底筒状的包装罐16；和将包装罐16的开口部堵塞的封口体17。此外，在包装罐16中收容有电解质。电极体14包含正极11、负极12、和介于正极11与负极12之间的分隔件13，且作为电极极耳而具有正极极耳20以及负极极耳21。电极极耳一般由比电极的芯体厚度厚的长条状的金属板构成。此外，电极体14具有将正极11和负极12隔着分隔件13卷绕而成的卷绕构造。

电解质可以是水系电解质、非水电解质中的任一者。优选的密闭电池10的一例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媒和溶解于非水溶媒的电解质盐。对非水溶媒使用酯类、醚类、腈类、酰胺类以及它们的2种以上的混合溶媒等。非水溶媒可以含有将这些溶媒的氢的至少一部分用氟等卤素原子取代而得的卤素取代基。另外，非水电解质并不限定于液体电解质，可以是固体电解质。对电解质盐例如使用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2片分隔件13；与正极11接合的正极极耳20；和与负极12接合的负极极耳21。负极12为了抑制锂的析出，而由比正极11大一圈的尺寸形成。即，负极12在长边方向以及短边方向(上下方向)上比正极11形成得长。2片分隔件13由至少比正极11大一圈的尺寸形成，例如夹着正极11来配置。

正极11具有正极芯体和设置于正极芯体的两面的正极合剂层。正极芯体能够使用铝、铝合金等在正极11的电位范围下稳定的金属的箔、将该金属配置在表层的膜等。正极合剂层包含正极活性物质、乙炔黑等导电剂、以及聚偏氟乙烯(PVdF)等粘合剂。正极11能够通过如下方式来制作：在正极芯体上涂敷包含正极活性物质、导电剂以及粘合剂等的正极合剂浆料，在使涂膜干燥后，进行压缩而在正极芯体的两面形成正极合剂层。

正极活性物质例如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，可举出Ni、Co、Mn、Al、B、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Ga、Sr、Zr、Nb、In、Sn、Ta、W等。优选的锂过渡金属复合氧化物的一例是含有Ni、Co、Mn中的至少1种的锂金属复合氧化物。作为具体例，可举出含有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于负极芯体的两面的负极合剂层。负极芯体能够使用铜、铜合金等在负极12的电位范围下稳定的金属的箔、将该金属配置在表层的膜等。负极合剂层包含负极活性物质以及丁苯橡胶(SBR)等粘合剂。负极12能够通过如下方式制作：在负极芯体上涂敷包含负极活性物质以及粘合剂等的负极合剂浆料，在使涂膜干燥后，进行压缩而在负极芯体的两面形成负极合剂层。

对负极活性物质例如使用鳞片状石墨、块状石墨、土状石墨等天然石墨、块状人造石墨、石墨化中间相碳微珠等人造石墨等碳系活性物质。负极活性物质可以使用Si、Sn等可与锂合金化的元素、含有该元素的合金、含有该元素的化合物等，也可以将它们与碳系活性物质同时使用。

在电极体14的上下分别配置绝缘板18、19。在图1所示的例子中，安装于正极11的正极极耳20穿过绝缘板18的贯通孔而向封口体17侧延伸，安装于负极12的负极极耳21穿过绝缘板19的外侧而向包装罐16的底部侧延伸。正极极耳20通过焊接等连接于封口体17的朝向电池的内侧的内表面，封口体17成为正极外部端子。负极极耳21通过焊接等连接于包装罐16的底部内表面，包装罐16成为负极外部端子。另外，负极极耳21也可以连接于封口体17的内表面，在该情况下，封口体17成为负极外部端子。

包装罐16例如是有底圆筒形状的金属制容器。在包装罐16与封口体17之间设置树脂制的衬垫物23。由衬垫物23将包装罐16与封口体17的间隙填塞，将电池内部密闭。此外，包装罐16例如具有通过从侧面部的外侧进行的旋压加工而形成于侧面部的、支承封口体17的开槽部22。开槽部22优选沿包装罐16的周向形成为环状，在其上表面支承封口体17。包装罐16的上端部被折弯到罐的内侧并铆接在封口体17的周缘部。

以下，进一步参照图2～图4来详细说明封口体17。图2是封口体17的底视图，图3是图2中的AA线剖面图。

如图2以及图3所示，封口体17具有形成为环状的第1薄壁部34。此外，封口体17具有被第1薄壁部34包围的阀部30、位于第1薄壁部34的外侧的环状部31、和形成于阀部30的线状的第2薄壁部36。阀部30是在电池产生异常而内压上升时变形为向电池的外侧凸的部分。第1薄壁部34是相比阀部30(除形成了第2薄壁部36的部分以外)以及环状部31厚度更薄的部分，且是在内压上升时成为阀部30的变形的起点的部分。

封口体17通过由包装罐16的上端部以及开槽部22隔着衬垫物23夹持环状部31而固定于包装罐16。另一方面，阀部30并不被包装罐16的上端部以及开槽部22夹持，而是在内压上升时能够发生变形。此外，封口体17由包含被第1薄壁部34区分的阀部30以及环状部31的1片金属板构成。所以，封口体17具有厚度薄、构造简单且部件件数少这样的优点。

在密闭电池10中，通过焊接等将正极极耳20接合于阀部30的内表面。在封口体17的外表面通过焊接等连接与未图示的电气产品、其他密闭电池10等相连的外部布线。另外，只要是不妨碍阀部30的翻转、断裂的位置，外部布线就可以与阀部30以及环状部31的任一者连接。

阀部30具有向电池的内侧凸的下凸形状，构成为在内压上升时向电池的外侧凸。阀部30在内压达到给定的压力时翻转为向电池的外侧凸的上凸形状，详细情况后述。并且，由于第2薄壁部36断裂而形成排气口，正极极耳20从阀部30脱落，从而将电池的电流路径切断。另外，也可以在阀部30翻转后且第2薄壁部36断裂前，正极极耳20从阀部30脱落，从而将电流路径切断。

构成封口体17的金属板例如是以铝为主成分的铝合金板。金属板的厚度并没有特别限定，作为一例，在第1薄壁部34以及第2薄壁部36以外的部分是0.3mm～2mm。阀部30和环状部31的厚度可以相同，也可以不同。封口体17例如通过在1片金属板形成环状的第1薄壁部34以及线状的第2薄壁部36，并将被第1薄壁部34包围的阀部30压制加工成下凸形状来进行制造。

在本实施方式中，由环状的第1槽35形成环状的第1薄壁部34。第1槽35形成于封口体17的内表面，但也能够形成于外表面。第1薄壁部34的厚度例如是阀部30的最大厚度的10％～50％，能够通过变更第1槽35的深度来进行调整。另外，第1薄壁部34优选形成得比第2薄壁部36厚。

第1薄壁部34(第1槽35)优选在底视下形成为没有角的圆形形状，特别优选如图2所示那样形成为大致正圆状。这里，所谓“大致正圆状”，意思是正圆形状以及实质被认为是正圆的形状。图3所示的第1槽35形成为剖视下大致三角形状，但第1槽35的截面形状并不限定于三角形状，例如可以是半圆形状、四边形状。

另外，第1薄壁部34并不限定于由第1槽35形成的线状的薄壁部，例如，可以是金属板的厚度从封口体17的径向内侧朝向外侧连续减少的宽幅的薄壁部。

阀部30优选底视下具有大致正圆形状。在该情况下，内压上升时的阀部30的翻转就会顺畅。如上述那样，由于阀部30以及环状部31被第1薄壁部34(第1槽35)划分，因此其底视形状由第1薄壁部34的底视形状决定。在阀部30是底视正圆形状的情况下，环状部31形成为底视圆环状。

阀部30的直径d例如是封口体17的直径D的50％～90％，优选是55％～85％。若直径d/D处于该范围内，则能够将封口体17对包装罐16稳定固定，并且能够在产生异常时形成大的排气口，来顺畅地将气体排出。

阀部30在电池的内压低的通常的使用状态下具有向内侧凸的下凸形状。即，阀部30在从电池的外侧来看时向内侧凹陷。阀部30在不与电极体14接触的范围向电极体14侧鼓出。阀部30的形状只要是能够因内压而变形成上凸形状的形状就没有特别限定，但优选是能够从下凸形状翻转为上凸形状的形状，例如，阀部30的整体可以是弯曲成圆顶状的形状。

在本实施方式中，阀部30具有向电极体14侧最鼓出的平坦的底部32和形成于底部32的周围的环状的倾斜部33。在图3所示的例子中，倾斜部33形成为从底部32朝向环状部31具有一定的坡度，在底部32与倾斜部33的边界部存在弯曲部。底部32与环状部31大致平行地形成，且与包装罐16的底部大致平行地配置。底部32具有底视大致正圆形状，倾斜部33包围底部32地形成为底视圆环状。

在阀部30如上述那样形成线状的第2薄壁部36。第2薄壁部36的厚度比第1薄壁部34的厚度薄，例如在因电池异常而内压上升时比第1薄壁部34更优先断裂。第2薄壁部36仅形成于阀部30。封口体17构成为通过第2薄壁部36断裂而形成排气口。

第2薄壁部36由直线状的第2槽37形成。第2槽37优选是直线状，但只要是线状就也可以多少有些弯曲。第2槽37形成于阀部30的内表面，但也能够形成于外表面。第2薄壁部36的厚度例如是阀部30的最大厚度的30％～90％，优选是50％～80％，且能够通过变更第2槽37的深度来进行调整。

在本实施方式中，穿过形成为圆环状的第1薄壁部34的中心α、即阀部30的中心α并沿着第1薄壁部34的径向形成1条第2薄壁部36。由于在阀部30变形时应力会在阀部30的中央部集中，因此若穿过中心来形成第2薄壁部36，则第2薄壁部36就容易伴随阀部30的变形而断裂。此外，第2薄壁部36遍及阀部30的径向的全长而形成，并与第1薄壁部34相连。图3所示的第2槽37形成为剖视大致三角形状，但例如也可以形成为半圆形状、四边形状。

为了使第2薄壁部36(第2槽37)比第1薄壁部34(第1槽35)更优先断裂，可以使形成各薄壁部的槽的形状相互不同。例如，可以将第1槽35设为剖视半圆形状，将第2槽37设为剖视三角形状。或者，可以将哪一者都设为剖视三角形状的槽，使槽的内里的该三角形的角度θ不同。另外，第2薄壁部36例如可以在不对正极极耳20的接合造成妨碍的范围内形成2条以上，也可以在阀部30的中心α交叉地形成为十字状。

在密闭电池10中，正极极耳20与第2薄壁部36交叉地配置，对于阀部30的内表面通过焊接等夹着第2薄壁部36而接合。正极极耳20与第2薄壁部36在上下方向上重叠，在封口体17的底视下与第2薄壁部36交叉。另外，正极极耳20的前端部沿阀部30的底部32折弯而与底部32的内表面接触。为了不阻碍阀部30的变形，优选正极极耳20的前端配置成不从底部32突出，并且正极极耳20的折弯部形成在与底部32重叠的范围内。

在图2所示的例子中，沿底部32的正极极耳20的前端部在阀部30的中心α与第2薄壁部36(第2槽37)正交地配置。并且，在阀部30的底部32的内表面且在从第2槽37的宽度方向两端向阀部30的径向外侧离开给定长度的部分，焊接正极极耳20。通过将正极极耳20与第2薄壁部36交叉，并夹着第2薄壁部36而焊接于阀部30，从而在阀部30翻转而使第2薄壁部36断裂时，正极极耳20的焊接部25断裂，从而将电池的电流路径切断，这一点的详细情况后述。

在阀部30的内表面，在第2槽37的宽度方向两侧的至少2个部位形成焊接部25。例如，从第2槽37至各焊接部25的长度大致相同，并且各焊接部25以大致相同的大小来形成。在该情况下，在第2薄壁部36断裂时，2个焊接部25容易同时断裂。从第2槽37至焊接部25的长度例如是阀部30的半径的50％以下，优选是30％以下，更优选是20％以下。焊接部25优选在不与第2槽37重叠的范围内在第2槽37的附近形成。

正极极耳20优选如上述那样配置在阀部30的中心α。此外，形成在第2槽37的宽度方向两侧的2个焊接部25优选在阀部30的径向上排列。在该情况下，在阀部30翻转而使第2薄壁部36断裂时，2个焊接部25容易同时断裂。在正极极耳20被直接焊接于阀部30的内表面的情况下，优选在封口体17的底视下，正极极耳20和第2槽37大致正交。

图4是表示具备上述构成的封口体17翻转而断裂的情形的图。若因密闭电池10的异常而内压上升，则如图4的(a)所示那样，具有向电池的内侧凸的下凸形状的阀部30以第1薄壁部34为起点而翻转，成为向电池的外侧凸的上凸形状。此时，在图4的(a)所示的例子中，正极极耳20的焊接部25未断裂，封口体17和正极极耳20是电连接的状态。

若电池的内压进一步上升，则如图4(b)所示那样，形成于阀部30的直线状的第2薄壁部36断裂。然后，在阀部30形成放出气体的排气口，并且正极极耳20从阀部30脱落，从而将电池的电流路径切断。由于正极极耳20对于阀部30的内表面夹着第2薄壁部36焊接，因此在第2薄壁部36断裂从而阀部30打开时，焊接部25被朝向上方以及封口体17的径向外侧强力地拉伸，由此，焊接部25断裂。

另外，在图4所示的例子中，以第2薄壁部36的断裂为契机，焊接部25断裂，从而将电流路径切断，但也可以在阀部30翻转而成为上凸形状时将电流路径切断，之后，第2薄壁部36断裂而形成排气口。

以下，参照图5～图7，来详细说明作为实施方式的其他一例的封口体17x。图5是封口体17x的底视图，图6是图5中的BB线剖面图。以下，对与上述的实施方式共同的结构要素使用相同的附图标记并省略重复的说明。

如图5以及图6所示那样，封口体17x具有与阀部30的内表面接合的极耳焊接板26，正极极耳20经由极耳焊接板26与阀部30电连接，在这一点上，与将正极极耳20直接焊接于阀部30的内表面的封口体17不同。极耳焊接板26是与第2薄壁部36交叉地配置的金属板。在本实施方式中，极耳焊接板26对于阀部30的内表面夹着第2薄壁部36而焊接于位于第2薄壁部36的两侧的部分，正极极耳20焊接于极耳焊接板26的下表面。在图5所示的例子中，在与阀部30的中心α重叠的位置，形成正极极耳20对于极耳焊接板26的焊接部29。

在将正极极耳20直接焊接于阀部30的内表面的情况下，通过与第2薄壁部36正交地来焊接正极极耳20，从而在内压上升时，第2薄壁部36容易断裂，容易进行电流路径的切断。因此，优选使正极极耳20与第2薄壁部36正交地进行位置匹配，但若使用极耳焊接板26，就不需要这样的位置匹配。也就是说，若夹着第2薄壁部36而预先焊接极耳焊接板26，就不用担心正极极耳20相对于第2薄壁部36的朝向，只要将正极极耳20焊接于极耳焊接板26即可。

极耳焊接板26能够跨第2薄壁部36(第2槽37)来配置，只要是具有能将正极极耳20焊接的大小的金属板即可，其形状并没有特别限定。其中，为了不阻碍阀部30的变形，极耳焊接板26优选比阀部30的底部32小。此外，极耳焊接板26优选与第2薄壁部36一起断裂，例如具有与第2薄壁部36相同程度的厚度。

在图5所示的例子中，大致四边形状的极耳焊接板26配置在阀部30的中心α，在极耳焊接板26的四角夹着第2槽37形成焊接部28。各焊接部28例如形成在距阀部30的中心α大致相等距离的位置。此外，形成于第2槽37的宽度方向两侧的焊接部28在阀部30的径向上排列形成。

在极耳焊接板26，在与第2槽37重叠的位置形成2个缺口27。2个缺口27在第2薄壁部36所延伸的方向上排列，形成于四边形的对置的二个边，成为极耳焊接板26断裂时的起点。在图5所示的例子中，形成底视三角形状的缺口27，配置极耳焊接板26，以使得缺口27的顶点与第2槽37重叠。另外，在极耳焊接板26，可以在与第2薄壁部36大致重叠的部分，沿第2薄壁部36所延伸的方向形成薄壁部，也可以将2个缺口27相连地形成薄壁部。

图7是表示具备上述结构的封口体17x翻转而断裂的情形的图。若因密闭电池10的异常而内压上升，则就会如图7的(a)所示那样，阀部30以第1薄壁部34为起点翻转而成为上凸形状。若电池的内压进一步上升，则就会如图7的(b)所示那样，在与第2薄壁部36断裂的同时，极耳焊接板26断裂。并且，在阀部30形成放出气体的排气口，并且正极极耳20从极耳焊接板26脱落，从而将电池的电流路径切断。

另外，在图7所示的例子中，通过极耳焊接板26的断裂从而焊接部29断裂，来将电流路径切断，但也可以是，在阀部30翻转而成为上凸形状时，焊接部29断裂，正极极耳20从极耳焊接板26脱落。

如以上那样，封口体17、17x具有作为安全阀的优异的性能，并且具有厚度薄、构造简单且部件件数少这样的优点。因此，通过使用封口体17、17x，例如，能够削减密闭电池10的制造成本，能够提高能量密度。

另外，上述的实施方式能够在不损害本公开的目的范围内适当进行设计变更。例如，在上述的实施方式中，例示了包含下凸形状的阀部30的封口体17、17x，但可以是，阀体不具有下凸形状，封口体是平坦的圆板形状。此外，例示了具有2个缺口27的极耳焊接板26，但缺口27也可以是1个。或者，也可以取代极耳焊接板26而使用没有缺口27的金属板。

附图标记的说明

10密闭电池、11正极、12负极、13分隔件、14电极体、16包装罐、17、17x封口体、18、19绝缘板、20正极极耳、21负极极耳、22开槽部、23衬垫物、25、28、29焊接部、26极耳焊接板、27缺口、30阀部、31环状部、32底部、33倾斜部、34第1薄壁部、35第1槽、36第2薄壁部、37第2槽。

Claims (4)

1.一种密闭电池，具备：

电极体，具有电极极耳；

包装罐，收容所述电极体，为有底筒状；以及

封口体，将所述包装罐的开口部堵塞，

所述封口体包含：

第1薄壁部，形成为环状；

阀部，在电池的内压上升时变形为向电池的外侧凸，且被所述第1薄壁部包围；以及

第2薄壁部，形成于所述阀部，为线状，

所述电极极耳或者连接有所述电极极耳的金属板与所述第2薄壁部交叉地配置，且对于所述阀部的内表面接合为接合点夹着所述第2薄壁部，

所述第1薄壁部通过圆环状的槽而形成为圆环状，

所述第2薄壁部穿过所述第1薄壁部的中心，沿所述第1薄壁部的径向形成为直线状。

2.根据权利要求1所述的密闭电池，其中，

所述第2薄壁部的厚度比所述第1薄壁部的厚度薄。

3.根据权利要求1或2所述的密闭电池，其中，

所述阀部具有向电池的内侧凸的形状，构成为在内压上升时向电池的外侧凸。

4.根据权利要求1或2所述的密闭电池，其中，

在所述金属板，在与所述第2薄壁部重叠的位置形成有缺口。