CN117529847A - 圆筒形电池 - Google Patents

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Abstract

圆筒形电池(10)具备具有多个正极引线部(20)的长条状的正极(11)和长条状的负极(12)夹隔着间隔件(13)卷绕而成的电极体(14)、收容电极体(14)的有底筒状的外包装罐(16)以及铆接固定于外包装罐(16)的开口部的封口体(17)。封口体(17)具有封口板(27)和具有贯穿孔的集电板(40)，多个正极引线部(20)经由集电板(40)的贯穿孔而弯曲接合于集电板(40)上。

Description

圆筒形电池
技术领域
本发明涉及一种圆筒形电池。
背景技术
以往，作为圆筒形电池，有专利文献1中记载的圆筒形电池。该圆筒形电池具备卷绕形的电极体、封口体、从电极体的正极延伸的多条正极引线、电连接有多条正极引线的集电板以及将集电板与封口体电连接的金属引线。该圆筒形电池中，因在电极体的带状的正极电连接有多条正极引线而降低了电池的内部电阻，从而降低了电力损耗。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-056091号公报
发明内容
发明所要解决的课题
上述圆筒形电池中，由于集电板与封口体经由金属引线电连接，因此在电池的内部电阻上追加金属引线的电阻而使电池的内部电阻增大。因而，本发明的目的在于，提供一种内部电阻小的圆筒形电池。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的圆筒形电池具备：具有多个引线部的长条状的第1电极与长条状的第2电极夹隔着间隔件卷绕而成的电极体、收容电极体的有底筒状的外包装罐和铆接固定于外包装罐的开口部的封口体，封口体具有封口板和具有贯穿孔的集电板，多个引线部经由集电板的贯穿孔而弯曲接合于集电板上。
发明效果
根据本发明的圆筒形电池，能够降低电池的内部电阻。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的圆筒形电池的轴向的剖视图。
图2是电极体的立体图。
图3A是正极的示意俯视图。
图3B是负极的示意俯视图。
图4是从厚度方向一方侧观察金属板时的俯视图。
图5是变形例的正极的示意俯视图。
图6是另一变形例的正极的示意俯视图。
图7是变形例的圆筒形电池的轴向的剖视图。
具体实施方式
以下，在参照附图的同时，对本发明的圆筒形电池的实施方式进行详细说明。需要说明的是，本发明的圆筒形电池可以为一次电池，也可以为二次电池。另外，可以为使用了水系电解质的电池，也可以为使用了非水系电解质的电池。以下，关于作为一个实施方式的圆筒形电池10，例示出使用了非水电解质的非水电解质二次电池(锂离子电池)，然而本发明的圆筒形电池并不限定于此。
以下在包含多个实施方式、变形例等的情况下，从最初起就设想为将它们的特征部分恰当地组合而构建新的实施方式。以下的实施方式中，对于图中相同的构成赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，多个图中包含示意图，在不同的图间，各构件的纵、横、高度等尺寸比不一定一致。本说明书中，将电池盒15的轴向(高度方向)的封口体17侧设为“上”，将轴向的外包装罐16的底部68侧设为“下”。另外，以下说明的构成要素当中，没有记载于表示最上位概念的独立权利要求中的构成要素为任选的构成要素，并非必需的构成要素。
图1是本发明的一个实施方式的圆筒形电池10的轴向的剖视图。本实施方式中，对使用正极11作为第1电极、使用负极12作为第2电极的情况进行说明。如图1所示，圆筒形电池10具备卷绕形的电极体14、非水电解质(未图示)、收容电极体14及非水电解质的外包装罐16和封口体17。电极体14包含正极11、负极12和夹设于正极11与负极12之间的间隔件13，具有正极11与负极12夹隔着间隔件13卷绕的卷绕结构。电池盒15包括有底筒状的外包装罐16和封堵外包装罐16的开口的封口体17。
非水电解质包含非水溶剂和溶解于非水溶剂中的电解质盐。非水溶剂例如可以使用酯类、醚类、腈类、酰胺类以及它们的两种以上的混合溶剂等。非水溶剂可以含有将这些溶剂的氢原子的至少一部分用氟等卤素原子取代了的卤素取代物。需要说明的是，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。电解质盐使用LiPF6等锂盐。
图2是电极体14的立体图。如图2所示，电极体14具有长条状的正极11、长条状的负极12和长条状的两片间隔件13。另外，在正极11通过接合而电连接3个正极引线部20，在负极12通过接合而电连接2个负极引线部21。为了抑制锂的析出，负极12以比正极11大一圈的尺寸形成，在长度方向及宽度方向(短边方向)比正极11更长地形成。另外，两片间隔件13以比正极11至少大一圈的尺寸形成，夹持正极11地配置。
图3A为正极11的示意俯视图，图3B为负极12的示意俯视图。正极11具有正极集电体11a和形成于正极集电体11a的两面的正极合剂层11b。正极集电体11a可以使用铝、铝合金等在正极11的电位范围内稳定的金属箔、在表层配置有该金属的膜等。另外，正极合剂层11b包含正极活性物质、导电剂以及粘结剂。例如在正极集电体11a上涂布包含正极活性物质、导电剂以及粘结剂等的正极合剂浆料，使涂膜干燥后进行压缩，在正极集电体11a的两面形成正极合剂层11b，由此可以制作正极11。
正极活性物质以含锂金属复合氧化物为主成分而构成。作为含锂金属复合氧化物中含有的金属元素，可以举出Ni、Co、Mn、Al、B、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Ga、Sr、Zr、Nb、In、Sn、Ta、W等。优选的含锂金属复合氧化物的一例为含有Ni、Co、Mn、Al的至少一种的复合氧化物。
作为正极合剂层中含有的导电剂，可以例示出炭黑、乙炔黑、科琴黑、石墨等碳材料。作为正极合剂层中含有的粘结剂，可以例示出聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVdF)等氟树脂、聚丙烯腈(PAN)、聚酰亚胺树脂、丙烯酸类树脂、聚烯烃树脂等。可以将这些树脂与羧甲基纤维素(CMC)或其盐等纤维素衍生物、聚环氧乙烷(PEO)等并用。
如图3A所示，正极11具有在以箭头α表示的长度方向上以大致相等间隔配置的3个正极集电体露出部11c。正极集电体露出部11c是正极集电体11a中以箭头β表示的宽度方向的全部区域中没有涂布正极合剂层11b的长度方向的给定区域。上述3个正极引线部20接合于3个正极集电体露出部11c。通过将3个正极引线部20在带状的正极集电体11a的长度方向上以大致相等间隔接合，可以缩短正极11的长度方向的电流路径，因此可以降低圆筒形电池10的内部电阻。正极引线部20由绝缘带24覆盖，其结果是，正极11与负极12的短路得到抑制。绝缘带24优选如图3A所示将正极集电体露出部11c的全部覆盖。
如图3B所示，负极12具有负极集电体12a和形成于负极集电体12a的两面的负极合剂层12b。负极集电体12a可以使用铜、铜合金等在负极12的电位范围内稳定的金属箔、在表层配置有该金属的膜等。负极合剂层12b包含负极活性物质以及粘结剂。例如在负极集电体12a上涂布包含负极活性物质以及粘结剂等的负极合剂浆料，使涂膜干燥后进行压缩，在集电体的两面形成负极合剂层，由此可以制作负极12。
负极活性物质一般使用能够可逆地吸留、释放锂离子的碳材料。优选的碳材料为鳞片状石墨、块状石墨、土状石墨等天然石墨、块状人造石墨、石墨化中间相碳微球等人造石墨等石墨。负极合剂层中，可以包含含有硅(Si)的Si材料作为负极活性物质。另外，负极活性物质可以使用Si以外的与锂合金化的金属、含有该金属的合金、含有该金属的化合物等。
负极合剂层12b中含有的粘结剂可以与正极11的情况同样地使用氟树脂、PAN、聚酰亚胺树脂、丙烯酸类树脂、聚烯烃树脂等，优选使用苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)或其改性物。负极合剂层中，例如可以在包含SBR等的基础上，还包含CMC或其盐、聚丙烯酸(PAA)或其盐、聚乙烯醇等。
如图3B所示，负极12在以箭头γ表示的长度方向的卷绕开始端部和卷绕结束端部具有两个负极集电体露出部12c。负极集电体露出部12c是在负极集电体12a中以箭头δ表示的宽度方向的全部区域中没有涂布负极合剂层12b的长度方向的给定区域。上述两个负极引线部21接合于两个负极集电体露出部12c。通过将两个负极引线部21接合于带状的负极集电体12a的长度方向的两端部，可以抑制电流沿着负极12的长度方向长距离流动，从而可以降低圆筒形电池10的负极电阻。负极引线部21由绝缘带25覆盖，其结果是，正极11与负极12的短路得到抑制。绝缘带25优选如图3B所示将负极集电体露出部12c的全部覆盖。
间隔件13使用具有离子透过性及绝缘性的多孔片。作为多孔片的具体例，可以举出微多孔薄膜、织布、无纺布等。作为间隔件13的材质，优选聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃树脂、纤维素等。间隔件13可以为单层结构、层叠结构中的任一者。在间隔件13的表面可以形成耐热层等。需要说明的是，负极12可以构成电极体14的卷绕开始端，然而一般间隔件13超过负极12的卷绕开始侧端地延伸出来，间隔件13的卷绕开始侧端成为电极体14的卷绕开始端。
如图1所示，圆筒形电池10具备配置于电极体14的上侧的绝缘板18。安装于正极11的正极引线部20穿过绝缘板18的贯穿孔而向封口体17侧延伸。封口体17具有集电板40和封口板27。集电板40为环状的金属制的板构件，在径向的中央部具有贯穿孔40a。封口板27为不具有贯穿孔的金属制的板状构件，封堵外包装罐16的开口部。另外，封口体17具有金属板41。金属板41为金属制的圆环状构件。如图4所示，金属板41具有由圆筒孔构成的贯穿孔41a。
各正极引线部20从正极11经由集电板40的贯穿孔40a沿着集电板40的上表面45弯曲。各正极引线部20的前端部成为由集电板40的上表面45和金属板41的下表面47夹持的状态。各正极引线部20接合于集电板40的上表面45。集电板40与金属板41也被接合，各正极引线部20与金属板41也被接合。这些接合例如可以通过在将正极引线部20的前端部用集电板40和金属板41夹持的状态下从金属板41的厚度方向的与集电板40侧相反的一侧进行激光焊接来实现。需要说明的是，集电板40也可以不接合于金属板41，正极引线部20也可以不接合于金属板41。
如图1所示，集电板40的外周部抵接封口板27。集电板的外周部40优选利用激光焊接等接合于封口板27。集电板40的环状的上表面45在外周部的径向内侧具有环状的凹部45a。凹部45a的底面45b在与轴向大致正交的方向上展开。
由于集电板40的上表面45具有向下侧凹陷的凹部45a，因此在封口板27与集电板40的凹部45a之间设有空间。由此，各正极引线部20被收容于凹部45a中。
圆筒形电池10进一步具有配置于电极体14的下侧的圆环形状的绝缘板19。接合于负极12的卷绕开始侧的端部的第1负极引线部21a穿过绝缘板19的19a而朝向电极体14的中空部14a弯曲。
接合于负极12的卷绕结束侧的端部的第2负极引线部21b穿过绝缘板19的外侧而与第1负极引线部21a重叠地弯曲。通过使用插穿电极体14的中空部14a的焊接棒进行电阻焊接，而将第1负极引线部21a与第2负极引线部21b的重叠部接合于外包装罐16的底部68的内表面。
外包装罐16在圆筒外周面的轴向的一部分具有环状的开槽部35。例如对圆筒外周面的一部分向径向内侧进行旋压加工而使之向径向内方侧凹陷，由此可以形成开槽部35。封口体17配置于开槽部35上，夹隔着衬垫28铆接固定于外包装罐16的开口部。
通过将外包装罐16与封口体17之间用环状的衬垫28密封，而将电池盒15的内部空间密闭。另外，衬垫28由外包装罐16和封口体17夹持，将封口体17相对于外包装罐16绝缘。即，衬垫28具有用于保持电池内部的气密性的密封材料的作用和将外包装罐16与封口体17绝缘的作为绝缘材料的作用。
圆筒形电池10中，电连接于正极引线部20的封口板27成为正极端子，电连接于负极引线部21的外包装罐16成为负极端子。本实施方式中，例示出封口板27构成端子帽的例子，然而也可以在集电板40与端子帽之间配置封口板27。虽然未图示，然而圆筒形电池10可以在外包装罐16的底部68或封口板27设有圆形、C字形的记号(日语：刻印)。如此所述地操作，在圆筒形电池10异常发热时，可以以记号为起点使外包装罐16、封口板27断裂，由此易于将电池内的高温的气体向外部排出，提高安全性。另外，在集电板40与端子帽之间配置封口板27的情况下，可以在端子帽设置透气孔，对封口板27赋予作为防爆阀的功能。
＜圆筒形电池10的作用效果>
根据圆筒形电池10，由于正极11具有多个正极引线部20，并且多个正极引线部20与成为正极端子的封口体17直接连接，因此电池的内部电阻得到大幅度降低。
另外，由于集电板40具有供多个正极引线部20穿过的贯穿孔40a，因此即使在多个正极引线部20的位置上产生偏差，也易于将各正极引线部20接合于集电板40。由于贯穿孔40a设于集电体40的外周部的径向内侧，因此能够将集电板40作为封口体17的一部分铆接(crimping)固定于外包装罐的外包装罐16的开口部。因而，圆筒形电池10的制作变得容易。
另外，在封口体17具有金属板41的情况下，可以将正极引线部20用集电板40和金属板41夹持。由此，可以在将正极引线部20向集电板40侧推压的稳定的状态下进行接合(例如激光焊接)，从而可以提高正极引线部20相对于集电板40的接合的稳定性。
另外，在金属板41具有贯穿孔40a的情况下，可以使由封口板27和金属板41划定的上侧空间58中充满气体。因而，能够抑制圆筒形电池10的内部压力的上升。另外，在圆筒形电池10的制作时，由于可以使用金属板41的贯穿孔40a将非水电解质从金属板41的上侧注入电极体14侧，因此圆筒形电池10的制作变得容易。另外，在集电板40具有凹部45a的情况下，由于正极引线部20收容于凹部45a中，因此易于将封口板27配置于集电板40上。
＜实施例>
[正极的制作]
使用LiNi0.8Co0.15Al0.05O2作为正极活性物质。将正极活性物质100质量份、作为粘结剂的聚偏二氟乙烯1.7质量份以及作为导电剂的乙炔黑2.5质量份在分散介质中混合，制备出正极合剂糊剂。除去铝制的正极引线部的接合部分以外地将该正极合剂糊剂涂布在由铝箔制成的正极集电体的两面并进行干燥，其后，将涂布有正极合剂糊剂的正极集电体压延为给定的厚度，由此制作出长条状的正极。将长条状的正极裁割为给定的尺寸，由此制作出圆筒形电池中使用的正极。将3个正极引线部在沿正极集电体的长度方向拉开间隔的状态下利用超声波焊接接合于正极集电体。
[负极的制作]
使用易石墨化碳作为负极活性物质。将负极活性物质100质量份、作为粘结剂的聚偏二氟乙烯0.6质量份、作为增稠剂的羧甲基纤维素1质量份和适量的水利用双臂式混合机搅拌，得到负极合剂糊剂。除去负极引线部的接合部分以外地将该负极合剂糊剂涂布在由铜箔制成的负极集电体的两面并进行干燥，其后，将涂布有负极合剂糊剂的负极集电体压延为给定的厚度，由此得到长条状的负极板。将长条状的负极裁割为给定的尺寸，由此制作出圆筒形电池中使用的负极。在设于负极集电体的长度方向的两端部的负极集电体露出部利用超声波焊接连接由Ni-Cu-Ni包层材料制成的负极引线部。
[非水电解液的制作]
在碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)以及碳酸甲乙酯(EMC)的混合溶剂中，溶解作为电解质盐的六氟磷酸锂(LiPF6)，使之为1.0mol/L，制作出非水电解液。
[圆筒形电池的组装]
将正极与负极夹隔着作为间隔件的聚烯烃制微多孔膜卷绕成螺旋状，制作出电极体。将电极体穿过圆板状的绝缘板插入外包装罐中，将接合于负极的两个负极引线部与外包装罐的底部的内表面利用电阻焊接相互接合。其后，将接合于正极的多个正极引线部弯曲地保持于铝制的集电板后，从上侧用铝制的金属板覆盖，用集电板和金属板夹持全部的正极引线部的前端侧。其后，从金属板上面进行激光焊接，将金属板、全部的正极引线部以及集电板接合。然后，经由金属板的贯穿孔和集电板的贯穿孔将作为非水电解质的电解液从金属板上方注入外包装罐的电极体侧。其后，将铝制的封口板保持在集电板上并进行激光焊接。最后，将包含集电板、金属板以及封口板的封口体夹隔着衬垫铆接固定于外包装罐，由此制作出圆筒形电池。从机械强度、耐热性的观点出发，封口板可以使用在铝层叠铁、镍、或不锈钢而得的包层材料。封口板可以单独地使用即使暴露于正极电位下也会稳定地存在的不锈钢。
＜变形例>
本发明并不限定于上述实施方式及其变形例，可以在记载于本申请的权利要求的范围中的事项及其等同的范围中进行各种改良、变更。
例如，上述实施方式中，将3个正极引线部20接合于正极11，然而也可以将两个以上的任何数目的正极引线部接合于正极。另外，可以将构成正极集电体的金属箔局部地拉长而形成各正极引线部。另外，虽然将两个负极引线部21接合于负极12，然而在负极12不一定需要接合多个负极引线部，也可以将一个以上的任何数目的负极引线部接合于负极。另外，可以将构成负极集电体的金属箔局部地拉长而形成负极引线部。可以通过使负极集电体的卷绕方向的卷绕结束侧端部抵接外包装罐的内表面而将负极与外包装罐电连接。
另外，如图5所示，可以将正极集电体露出部111c仅设于正极集电体111a的长度方向的给定区域的宽度方向的一部分。而且，可以将正极引线部120接合于正极集电体露出部111c，将正极集电体露出部111c周边用绝缘带124覆盖。若如此所述地操作，则可以增大正极合剂层111b的形成区域，从而可以增大容量。
另外，如图6所示，也可以在正极集电体211a的宽度方向的一侧的端部遍及长度方向的全长地不设置正极合剂层211b，而在该一侧的端部遍及长度方向的全长地设置正极集电体露出部211c。而且，可以将正极引线部220接合于正极集电体露出部211c，将正极集电体露出部211c周边遍及长度方向的全长地用绝缘带224覆盖。若如此所述地操作，则可以提高正极引线部220的接合位置的自由度。
另外，对在集电板40的上表面45设置收容多个正极引线部20的凹部45a的情况进行了说明。但是，也可以取代在集电板的上表面设置凹部而是在封口板的下表面设置收容多个正极引线部20的凹部。
另外，金属板41不一定具有贯穿孔41a。另外，如图7所示，圆筒形电池310可以不具有金属板。
另外，虽然对集电板40在径向的中央具有贯穿孔40a的情况进行了说明，然而集电板也可以在径向的中央以外的部分具有贯穿孔。例如，集电板可以在与接合有各正极引线部的位置在轴向上重叠的位置具有贯穿孔。
另外，虽然对封口板27为端子帽的情况进行了说明，然而也可以在集电板40与端子帽之间配置封口板27。例如，通过在端子帽设置透气孔，并且使用在电池内压达到给定值时发生断裂的金属构件作为封口板，由此可以对封口体17赋予防爆机构。
另外，虽然对使用正极11作为第1电极、使用负极12作为第2电极的情况进行了说明，然而第1电极和第2电极只要彼此极性不同即可，也可以使用负极作为第1电极。
附图标记说明
10、310 圆筒形电池，11 正极，11a、111a、211a 正极集电体，11b、111b、211b 正极合剂层，11c、111c、211c 正极集电体露出部，12 负极，12a 负极集电体，12b 负极合剂层，12c 负极集电体露出部，13 间隔件，14 电极体，14a 中空部，15 电池盒，16 外包装罐，17封口体，18 绝缘板，19 绝缘板，19a 贯穿孔，20、120、220正极引线部，21 负极引线部，24、124、214 绝缘带，25 绝缘带，27封口板，27a 下表面，28 衬垫，35 开槽部，40 集电板，40a贯穿孔，41 金属板，41a 贯穿孔，45 集电板的上表面，45a 凹部，45b凹部的底面，47 金属板的下表面，68 外包装罐的底部。

Claims (7)

1.一种圆筒形电池，具备：
具有多个引线部的长条状的第1电极和长条状的第2电极夹隔着间隔件卷绕而成的电极体、
收容所述电极体的有底筒状的外包装罐、和
铆接固定于所述外包装罐的开口部的封口体，
所述封口体具有封口板和具有贯穿孔的集电板，
所述多个引线部经由所述贯穿孔而弯曲接合于所述集电板上。
2.根据权利要求1所述的圆筒形电池，其中，
所述封口板接合于所述集电板的外周部。
3.根据权利要求1或2所述的圆筒形电池，其中，
所述封口体具有配置于所述集电板与所述封口板之间的金属板，所述多个引线部由所述集电板和所述金属板夹持。
4.根据权利要求3所述的圆筒形电池，其中，
所述金属板具有贯穿孔。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的圆筒形电池，其中，
所述集电板在所述外周部的径向内侧具有收容所述多个引线部的凹部。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的圆筒形电池，其中，
所述封口板为端子帽。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的圆筒形电池，其中，
所述第1电极为正极。
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