CN115706287A - 二次电池 - Google Patents

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CN115706287A CN202210913691.9A CN202210913691A CN115706287A CN 115706287 A CN115706287 A CN 115706287A CN 202210913691 A CN202210913691 A CN 202210913691A CN 115706287 A CN115706287 A CN 115706287A
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铃木健太郎
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Toyota Motor Corp
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Abstract

本发明提供一种二次电池，所述二次电池具备：壳体构件；具有贯通孔且闭塞壳体构件的开口的盖构件；穿过贯通孔的端子构件；以及闭塞盖构件与端子构件之间的间隙的密封构件。密封构件包括：向壳体构件的内部露出配置的露出端部；以及从露出端部(T)朝向贯通孔的位置延伸的延伸部。盖构件具有第一表面部，端子构件具有与第一表面部隔开间隔地对置的第二表面部。第一表面部及第二表面部以压缩延伸部的方式配置，第一表面部与第二表面部之间的间隔构成为随着接近露出端部的位置而变大。

Description

二次电池
技术领域
本公开涉及二次电池。
背景技术
如日本特开2014－029839所公开那样，通常的二次电池具备框体、电极体、电解液及端子构件。电极体与电解液一起被收容在框体的内部。端子构件与电极体连接，且以贯通框体的盖构件的方式配置。框体的盖构件具有贯通孔，端子构件穿过该贯通孔。在盖构件与端子构件之间设置有密封构件。通过在盖构件与端子构件之间对密封构件进行压缩，由此来确保贯通孔中的密封性。
通过在盖构件与端子构件之间设置有密封构件且密封构件以被压缩的方式配置，由此在密封构件与盖构件之间产生摩擦力。密封构件通过在二次电池的框体的内部与电解液接触而溶胀。在密封构件于二次电池的内部被压缩且在压缩状态下密封构件发生了溶胀的情况下，密封构件形成过压缩状态，其结果是，在密封构件产生破损，贯通孔中的密封性可能会降低。在为了获得高密封性而提高密封构件的压缩率或者增大密封构件与盖构件之间的摩擦力的情况下，这样的事件可能会以更高的可能性发生。
发明内容
本公开的目的在于，提供一种二次电池，该二次电池具备能够抑制基于密封构件的盖构件与端子构件之间的密封性降低的结构。
基于本公开的二次电池具备：电极体及电解液；壳体构件，其具有开口，且将上述电极体及上述电解液收容在内部；盖构件，其具有贯通孔，以闭塞上述壳体构件的上述开口的方式配置；端子构件，其在上述壳体构件的内部与上述电极体电连接，且穿过上述贯通孔而朝向上述盖构件的外方延伸；以及密封构件，其以闭塞上述盖构件与上述端子构件之间的间隙的方式配置，将经由上述贯通孔连通的上述壳体构件的内部与外部隔断，上述密封构件包括：向上述壳体构件的内部露出配置的露出端部；以及从上述露出端部朝向上述贯通孔的位置延伸且被上述盖构件与上述端子构件压缩的延伸部，上述盖构件具有第一表面部，上述端子构件具有以与上述第一表面部隔开间隔地对置的方式配置的第二表面部，上述第一表面部及上述第二表面部以压缩上述延伸部的方式配置，上述第一表面部与上述第二表面部之间的上述间隔构成为随着接近上述露出端部的位置而变大。
在上述的二次电池中，也可以是，上述密封构件由氟橡胶构成。
在上述的二次电池中，也可以是，上述端子构件包括：穿过上述贯通孔的连接部；以及设置在上述连接部的位于上述壳体构件的内部侧的位置且形成有上述第二表面部的凸缘部，上述凸缘部的上述第二表面部形成为锥面的形状，上述锥面形成为该锥面与上述第一表面部之间的距离随着远离上述连接部而变大。
在上述的二次电池中，也可以是，上述密封构件包括配置在上述贯通孔与上述连接部之间且包围上述连接部的筒状部，在上述筒状部的位于上述壳体构件的内部侧的部分设置有上述延伸部。
根据本公开，能够获得下述二次电池，该二次电池具备可抑制基于密封构件实现的盖构件与端子构件之间的密封性降低这样的结构。
附图说明
下面将参考附图来描述本发明的示例性实施方式的特征、优点、技术意义及工业意义，其中类似的附图标记表示类似的元件，其中：
图1是表示实施方式中的二次电池10的内部结构的剖视图；
图2是将图1中的II线所包围的区域放大示出的剖视图；
图3是表示密封构件50的剖视图；
图4是表示图2中的密封构件50的溶胀后的状态及其周边结构的剖视图；
图5是表示密封构件50的溶胀后的状态的剖视图；
图6是表示比较例中的二次电池所具备的端子构件40Z及其周边结构的剖视图；
图7是表示比较例中的二次电池的端子构件40Z上设置的密封构件50的溶胀后的状态及其周边结构的剖视图；
图8是将图7中的VIII线所包围的区域放大示出的剖视图；
图9是表示配置在变形限制构件80a上的密封构件90的溶胀后的状态的剖视图；
图10是表示配置在变形限制构件80b上的密封构件90的溶胀后的状态的剖视图；
图11是表示配置在变形限制构件80c上的密封构件90的溶胀后的状态的剖视图；
图12是表示配置在变形限制构件80d上的密封构件90的溶胀后的状态的剖视图；
图13是对于基于实施例的密封构件及基于比较例的密封构件示出随着时间经过而这些密封构件的压缩率如何变化的图表；
图14是用于说明能够应用于端子构件40的第二表面部S2及其周边结构的各种尺寸及角度的参数的剖视图。
具体实施方式
[实施方式]
以下，参照附图对实施方式中的二次电池10进行说明。在言及个数、量及材质等的情况下，如无特别记载，则本公开的范围未必限定于该个数、量及材质等。对同一部件及相当的部件标注同一附图标记，有时省略重复的说明。将实施方式中的结构适当组合来使用是从一开始就预设好的。长度、宽度、厚度、深度等尺寸关系为了附图的明确化和简化而被适当变更，并不表示实际的尺寸关系。
(二次电池10)
图1是表示实施方式中的二次电池10的内部结构的剖视图。图2是将图1中的II线所包围的区域放大示出的剖视图。
二次电池10(图1)是锂离子二次电池等非水电解二次电池。通过多个二次电池10串联及/或并联地组合，从而构成一个电池组。二次电池10例如搭载于混合动力车、插电式混合动力车、燃料电池车及电动汽车，作为这些汽车的动力源来利用。本公开的技术思想不限定于非水电解二次电池，还能够应用于除此以外的二次电池，利用用途也不限于汽车，能够应用于多种多样的技术领域。
如图1所示，二次电池10具备电极体20、电解液22、框体30、端子构件40、密封构件50、绝缘构件60及汇流条70。电极体20通过将正极、负极及隔板层叠或卷绕而构成，作为发电要素来发挥功能。在框体30的内部，在电极体20中含浸有电解液22。
框体30具有壳体构件31和盖构件32。壳体构件31具有开口31H，整体形成为方型形状。壳体构件31在内部收容有电极体20及电解液22。盖构件32具有平板形状，盖构件32具有与壳体构件31的开口31H对应的外形形状(例如矩形形状)。
盖构件32通过焊接与壳体构件31接合，由此盖构件32以闭塞壳体构件31的开口31H的方式配置。在图1及图2等中，图示出盖构件32与壳体构件31的开口31H的部分接合而使盖构件32与壳体构件31一体化的状态。盖构件32具有贯通孔32H。贯通孔32H沿着盖构件32的厚度方向贯通盖构件32，能够使端子构件40穿过。
端子构件40在壳体构件31的内部与电极体20电连接，并穿过贯通孔32H而朝向盖构件32的外方延伸。这里省略了详细图示，在二次电池10上设置有两个端子构件40，一个端子构件40与电极体20的正极连接且另一个端子构件40与电极体20的负极连接。作为端子构件40的材料，例如正极侧可以采用铝，负极侧可以采用铜。
端子构件40包括连接部41、凸缘部42及铆接部43。连接部41具有圆柱状的形状，穿过盖构件32的贯通孔32H而向盖构件32的外方(上方)延伸。凸缘部42设置在连接部41中的位于壳体构件31的内部侧的位置，从壳体构件31的内部侧(从盖构件32的内表面侧)与盖构件32对置地配置。铆接部43设置在连接部41中的位于壳体构件31的外部侧的位置。
在端子构件40中的向二次电池10的外方侧突出的部位电连接有例如汇流条70。汇流条70及端子构件40作为通电路径来发挥功能，用于将蓄积在电极体20中的电力向外部取出、或将来自外部的电力向电极体20取入。
如图2所示，密封构件50与绝缘构件60一起以闭塞盖构件32与端子构件40之间的间隙的方式配置。密封构件50及绝缘构件60例如均为树脂制，隔断框体30(壳体构件31)的内部与外部经由贯通孔32H的连通。绝缘构件60在从贯通孔32H观察时位于框体30的外部侧。绝缘构件60位于盖构件32的外表面(上表面)与端子构件40的铆接部43之间，与密封构件50协同将端子构件40与盖构件32电绝缘。
密封构件50在从贯通孔32H观察时位于框体30的内部侧。作为密封构件50的材料，可以使用高温蠕变特性优异的材料、即对于二次电池10的冷热循环能够发挥长期的抗蠕变性的材料。鉴于合成树脂价格高，可以使用氟橡胶(偏二氟乙烯系橡胶：FKM)来作为密封构件50的材料。作为密封构件，例如可以使用0.01GPa～5Gpa这个范围的树脂材料或者树脂与纤维的复合材料。作为密封构件，也可以使用例如聚酰胺66(PA66)、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)等。
图3是表示密封构件50的剖视图。密封构件50包括筒状部50C、露出端部50T及延伸部50E。筒状部50C形成为具有假想的轴CL来作为筒轴的筒状。筒状部50C以包围端子构件40的连接部41(图2)的周围的方式设置，且配置在盖构件32的贯通孔32H的内侧(内径侧的位置)。换言之，密封构件50的筒状部50C设置在盖构件32的形成贯通孔32H的内周面与连接部41的外周面之间。筒状部50C将盖构件32的形成贯通孔32H的内周面的部分与连接部41电绝缘。
延伸部50E具有中央(换言之，与筒状部50C对应的部分)被挖空的平板状的形状，沿着与假想的轴CL交叉的方向延伸，这里沿着与假想的轴CL正交的方向延伸。延伸部50E设置在筒状部50C中的位于壳体构件31的内部侧的位置。在从与假想的轴CL(图3)平行的方向观察延伸部50E的情况下，延伸部50E的外形形状例如形成为圆形或矩形。延伸部50E的内侧端部(内径侧的端部)与筒状部50C连续。在延伸部50E中的与筒状部50C相反侧的位置设置有露出端部50T。
露出端部50T相当于延伸部50E的外周部分。在从与假想的轴CL(图3)平行的方向观察露出端部50T的情况下，露出端部50T例如以在圆形形状或矩形形状中包围假想的轴CL的方式延伸。露出端部50T向壳体构件31的内部露出配置，更具体而言向能够与电解液22接触的壳体构件31的内部空间露出配置。
延伸部50E以从露出端部50T朝向贯通孔32H的位置延伸的方式配置，被盖构件32中的位于壳体构件31的内部侧的表面(内表面)和端子构件40(凸缘部42)压缩。延伸部50E将盖构件32中的位于壳体构件31的内部侧的表面与端子构件40(凸缘部42)绝缘。
这里，盖构件32的内表面(更具体而言为盖构件32中的位于壳体构件31的内部侧的表面)具有第一表面部S1。另一方面，端子构件40(更具体而言为凸缘部42)具有与第一表面部S1隔开间隔LS地对置配置的第二表面部S2。第一表面部S1及第二表面部S2相对于延伸部50E配置在彼此相反的一侧，以从上下压缩延伸部50E的方式配置。
第一表面部S1与第二表面部S2之间的间隔LS以随着接近露出端部50T的位置而变大的方式构成。间隔LS在接近贯通孔32H、筒状部50C的一侧比较窄，在接近露出端部50T的一侧比较大。
这里，第二表面部S2形成于端子构件40的凸缘部42。凸缘部42的第二表面部S2形成为锥面的形状，该锥面以其与第一表面部S1之间的距离(间隔LS)随着远离连接部41而变大的方式形成。第二表面部S2中的锥面的表面形状可以是二维的平面状，也可以是三维的弯曲面状，还可以是它们的组合。
在第二表面部S2的内径侧设置有第三表面部S3。第三表面部S3从框体30的内部侧的位置与密封构件50的筒状部50C接触。在图2所示的例子中，第三表面部S3与盖构件32的第一表面部S1平行地延伸。并不局限于这样的结构，第三表面部S3也可以以与第二表面部S2位于同一平面上的方式相对于第一表面部S1倾斜设置。第三表面部S3例如可以相对于第一表面部S1以具有与第二表面部S2相同或同程度的倾斜角度的方式设置。
(作用及效果)
图4是表示图2中的密封构件50的溶胀后的状态及其周边结构的剖视图。以下，针对由本实施方式中的二次电池10获得的作用及效果，参照图6、图7所示的比较例等来进行说明。
如在本说明书的开头中也叙述过的那样，通过在盖构件32与端子构件40之间设置有密封构件50(图4)且密封构件50以被压缩的方式配置，从而在密封构件50与盖构件32之间产生摩擦力。在二次电池10中，在盖构件32的第一表面部S1与密封构件50的延伸部50E之间产生摩擦力，进而在凸缘部42的第二表面部S2与密封构件50的延伸部50E之间也产生摩擦力。
图5是表示密封构件50的溶胀后的状态的剖视图。密封构件50在二次电池10的框体30的内部因与电解液22(图1)接触而发生溶胀。密封构件50变得具有溶胀部50M。在溶胀前的状态下，密封构件50的延伸部50E具有厚度H1，相对于此，在溶胀后的状态下，密封构件50的延伸部50E具有厚度H1a。厚度H1a比厚度H1大与溶胀部50M对应的量。
图6是表示比较例中的二次电池所具备的端子构件40Z及其周边结构的剖视图。图7是表示比较例中的二次电池的端子构件40Z上设置的密封构件50的溶胀后的状态及其周边结构的剖视图。在图6、图7所示的比较例中，如下这样构成：第一表面部S1与第二表面部S2z平行，第一表面部S1与第二表面部S2z之间的间隔即便是接近密封构件50的露出端部50T的位置也没有变化(保持同一值)。
假设密封构件50在二次电池10的内部被压缩且在压缩状态下密封构件50以超过规定量的程度发生了溶胀。通常，无论是在密封构件50没有发生溶胀的状态下还是在密封构件50发生溶胀的状态下，第一表面部S1与第二表面部S2(S2z)之间的间隔H2(图6、图7)都大致相同。因此，伴随着密封构件50的溶胀，密封构件50的压缩量变大。
图8是将图7中的VIII线所包围的区域放大示出的剖视图。在图6～图8所示的比较例的情况下，第一表面部S1与第二表面部S2z平行。密封构件50的延伸部50E与盖构件32的第一表面部S1之间的摩擦力相较于上述实施方式的情况而言增大。进而，密封构件50的延伸部50E与凸缘部42的第二表面部S2z之间的摩擦力也相较于上述实施方式的情况而言增大。
密封构件50的延伸部50E中的与第一表面部S1接触的部分P1在密封构件50发生了溶胀的情况下，难以朝向露出端部50T侧而向图8的纸面中的右横方向移动(与实施方式的情况相比)。同样，密封构件50的延伸部50E中的与第二表面部S2接触的部分P2也在密封构件50发生了溶胀的情况下难以朝向露出端部50T侧而向图8的纸面中的右横方向移动(与实施方式的情况相比)。在密封构件50发生了溶胀的情况下，比较例中的密封构件50难以以自身的体积膨胀这样的形态发生变形。
因而，密封构件50形成过压缩状态，其结果是，在密封构件50产生破损，贯通孔32H中的密封性可能会降低。在为了获得高密封性而提高密封构件50的压缩率或者增大密封构件50与盖构件32之间的摩擦力的情况下，这样的事件会以更高的可能性发生。
如图4所示，在比较例中可能会发生上述那样的事件，相对于此，在实施方式的二次电池10中，以第一表面部S1与第二表面部S2之间的间隔LS随着接近密封构件50的露出端部50T的位置而变大的方式构成。
构成为上述的摩擦力变小这样的结构，因而，密封构件50中的第一表面部S1与第二表面部S2之间的部分(即延伸部50E)即便在密封构件50发生了溶胀的情况下，也容易以自身的体积朝向露出端部50T侧而向图4的纸面中的右横方向膨胀这样的形态发生变形(与比较例的情况相比)。
其结果是，密封构件50能够以从第一表面部S1与第二表面部S2之间的部分向外侧鼓出的方式发生变形，进而，能够有效地抑制密封构件50的压缩量超过规定量地增大。能够抑制密封构件50形成过压缩状态，进而，还能有效地抑制因在密封构件50产生破损而导致贯通孔32H中的密封性降低。
以上的作用及效果通过利用如下特性而获得：在橡胶等树脂构件因溶胀而体积增加了的情况下，即便在某方向上抑制树脂构件的变形，树脂构件也将会以同样的溶胀率而朝向其他的方向发生变形。以下，更具体地进行说明。
图9是表示配置在变形限制构件80a上的密封构件90的溶胀后的状态的剖视图。密封构件90因变形限制构件80a的存在而被限制向下方的变形。在密封构件90上形成了溶胀部90M的状态下，密封构件90使自身的体积朝向不存在变形限制构件80a的方向(在图9所示的例子中，朝向上方、左方及右方)膨胀。
图10是表示配置在变形限制构件80b上的密封构件90的溶胀后的状态的剖视图。在密封构件90上形成了溶胀部90M的状态下，密封构件90使自身的体积朝向不存在变形限制构件80b的方向(在图10所示的例子中，朝向右方)膨胀。图9所示的密封构件90的溶胀率例如为40％，若在图9、图10中以同样的条件使密封构件90发生了溶胀，则图10所示的密封构件90的溶胀率(体积增加的程度)也会不受变形限制构件80b的形状的影响地成为40％。
图11是表示配置在变形限制构件80c上的密封构件90的溶胀后的状态的剖视图。在密封构件90上形成了溶胀部90M的状态下，密封构件90使自身的体积朝向不存在变形限制构件80c的方向(在图11所示的例子中，朝向右方)膨胀。变形限制构件80c(图11)的开口宽度L2比变形限制构件80b(图10)的开口宽度L1小。图9、图10所示的密封构件90的溶胀率例如为40％，若在图9、图10、图11中以同样的条件使密封构件90发生了溶胀，则图11所示的密封构件90的溶胀率(体积增加的程度)也会不受变形限制构件80c的形状的影响地成为40％。
图12是表示配置在变形限制构件80d上的密封构件90的溶胀后的状态的剖视图。在密封构件90上形成了溶胀部90M的状态下，密封构件90使自身的体积朝向不存在变形限制构件80d的方向(在图12所示的例子中，朝向右方)膨胀。通过将密封构件90与变形限制构件80d之间的摩擦力设定为更小的值且在变形限制构件80d的右侧预先设置用于体积膨胀的空间，即便在密封构件90的溶胀率成为例如40％的情况下，通过使密封构件90中的体积增大了的部分配置在该空间内，也能够有效地抑制密封构件90的压缩量增大。
参照图1～图4而详细叙述了的实施方式的二次电池10利用的就是上述的见解。根据以上所公开的技术思想，能够获得下述二次电池10，该二次电池10具备可抑制基于密封构件50实现的盖构件32与端子构件40之间的密封性降低这样的结构。
图13是表示对于基于实施例的密封构件和基于比较例的密封构件示出随着时间经过而这些密封构件的压缩率如何变化的图表。
相对于电解液露出配置的密封构件50持续多年地溶胀。即便密封构件50发生了溶胀，通过如实施方式的情况那样采用减小摩擦力的结构，也能够避免压力作用于密封构件50中的体积变大了的部分，如“实施例”所示那样能够抑制密封构件50的压缩率增加。
另一方面，如“比较例”所示那样，在保持着摩擦力高的状态的情况下，若密封构件50的压缩率超过上限值(即成为过压缩的状态)，则在密封构件50产生破损。能够基于时间与压缩率的关系来进行包括密封构件50在内的系统整体的最优化。
另外，在上述实施方式中，作为密封构件50的材料，使用比合成树脂廉价的氟橡胶，由此也能够降低制造成本。氟橡胶具有相对于电解液容易发生溶胀这样的特征，因此能够优先享受到由上述实施方式的作用效果带来的好处。
图14是用于说明能够应用于端子构件40的第二表面部S2及其周边结构的各种尺寸及角度的参数的剖视图。在规定了与第一表面部S1平行的平面的情况下，将第二表面部S2相对于该平面所成的角度设为锥度θ。锥度θ可以设为如下这样的值。
如图14所示，将延伸部50E的压缩后的厚度设为厚度H。将延伸部50E中的从厚度H朝向第二表面部S2的表面上扩宽设置的部分在露出端部50T上的厚度设为厚度X。延伸部50E在露出端部50T上的厚度可以表述为厚度H+X。
将延伸部50E的压缩前的厚度设为厚度H1(参照图3)。延伸部50E在筒状部50C的外侧沿着径向延伸设置，将从筒状部50C起算的延伸方向上的延伸部50E的长度设为延伸部50E的有效密封长度L。锥度θ也可以表述为由有效密封部形成的锥角来定义。
关于锥角θ，首先得到下式(1)、(2)。
tanθ＝(X/L)·············(1)
θ＝tan－1(X/L)·············(2)
当相对于压缩前的延伸部50E的厚度H1，因溶胀而从厚度H1增大为厚度(H+X)时，为了成为设计压缩的例如下限值15％，将压缩率Rmin用下式(3)、(4)给出。
Rmin＝1－[H1－(H+X)]/H1·······(3)
X＝－H+(H1×Rmin)·······(4)
因此，锥度θ可以定义为下式(5)。
θ＝tan－1[－X+H1×Rmin/L]·······(5)
以上，针对基于本公开的实施方式进行了说明，但本次公开的内容在所有方面都为例示性而非限制性。本发明的技术范围由权利要求书表示，意在包含权利要求书及与其等同的意思及范围内的所有变更。

Claims (4)

1.一种二次电池，其中，所述二次电池具备：
电极体及电解液；
壳体构件，所述壳体构件具有开口，且将所述电极体及所述电解液收容在内部；
盖构件，所述盖构件具有贯通孔，以闭塞所述壳体构件的所述开口的方式配置；
端子构件，所述端子构件在所述壳体构件的内部与所述电极体电连接，且穿过所述贯通孔而朝向所述盖构件的外方延伸；以及
密封构件，所述密封构件以闭塞所述盖构件与所述端子构件之间的间隙的方式配置，将经由所述贯通孔连通的所述壳体构件的内部与外部隔断，
所述密封构件包括：向所述壳体构件的内部露出配置的露出端部；以及从所述露出端部朝向所述贯通孔的位置延伸且被所述盖构件与所述端子构件压缩的延伸部，
所述盖构件具有第一表面部，
所述端子构件具有第二表面部，所述第二表面部以与所述第一表面部隔开间隔地对置的方式配置，
所述第一表面部及所述第二表面部以压缩所述延伸部的方式配置，
所述第一表面部与所述第二表面部之间的所述间隔构成为随着接近所述露出端部的位置而变大。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，
所述密封构件由氟橡胶构成。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其中，
所述端子构件包括：
穿过所述贯通孔的连接部；以及
设置在所述连接部的位于所述壳体构件的内部侧的位置且形成有所述第二表面部的凸缘部，
所述凸缘部的所述第二表面部形成为锥面的形状，
所述锥面形成为该锥面与所述第一表面部之间的距离随着远离所述连接部而变大。
4.根据权利要求3所述的二次电池，其中，
所述密封构件包括筒状部，所述筒状部配置在所述贯通孔与所述连接部之间且包围所述连接部，
在所述筒状部的位于所述壳体构件的内部侧的部分设置有所述延伸部。
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