CN1267919A - 较少电解液泄露的密封电池 - Google Patents

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Abstract

本发明的一个目的是提供一种密封电池,包括形成在密封盖上的释放阀通过用即使电池跌落也极少断裂的薄膜覆盖排气孔。为此,密封电池的外壳包括使薄膜和发电元件之间没有电解液液滴穿过的保护构件,由此形成从外壳的内部空间到排气孔的气体通道。当密封电池跌落时,电解质液滴在与薄膜相对的面从发电元件推出。然而,由于存在保护构件,可以防止液滴直接击中薄膜。

Description

较少电解液泄露的密封电池
本申请基于在日本申请No.11-76738，其内容在这里引入作为参考。
本发明涉及密封电池，特别涉及具有带覆盖外壳开口的释放阀的密封盖的密封电池。
近来，密封电池已用做如移动电话、视听装置及计算机等的便携电器的电源。
对于典型的密封电池，使用如镍金属氢化物电池、镍镉电池以及锂离子电池等的碱性电池。通常，这些密封电池为圆柱形或矩形-圆柱形电池。其中矩形-圆柱形密封电池由于节约空间的优点受到关注。具体地，容易根据便携电器的内部空间确定矩形-圆柱形电池的形状。
下面介绍密封电池的结构。金属圆柱体的外壳包围一个发电元件。发电元件是由浸渍在电解液中的正和负电极组成的电极。外壳的开口由密封盖覆盖。为了防止电解液或气体泄露，要密封密封盖。对于所述密封，虽然在许多情况下采用机械捻缝，但矩形-圆柱形密封电池经常采用激光焊接。
同时，为了增加能量密度，发电元件和密封盖设置得相互非常接近，由此发电元件分享外壳的大多数内部空间。外壳通常由镀镍钢或不锈钢制成。然而近来，已开发了外壳使用铝合金的轻量电池。
对于密封电池，当电池的内部压力增加到某个级别时，密封盖或外壳提供有排气阀用于释放气体。
作为密封电池的排气阀，碱性电池经常使用弹性阀。例如，经常采用使用弹簧等用阀塞覆盖密封盖或外壳中排气孔的弹性阀。另一方面，由于要求高密封性，非水电解液电池经常使用非弹性阀。例如，通过附着薄膜(断裂)由此覆盖金属密封盖中的排气孔的非弹性阀公开在日本特许公开专利申请No.6-68861中。
为了便携电器的安全性，即使密封电池跌落电解液也不应泄露。
然而在跌落试验中，带有非弹性排气阀的密封盖的密封电池经常发生问题。释放阀的薄膜破裂并且电解液泄露。
因此本发明的一个目的是提供一种密封电池，包括形成在密封盖上的释放阀通过用即使电池跌落也极少断裂的薄膜覆盖排气孔。
可以达到以上提到的目的密封电池包括：为用电解液浸渍的电极组的发电元件；有一个开口并包围发电元件的外壳；密封开口的密封盖，密封盖具有通过用薄膜覆盖密封盖中的排气孔形成的排气阀；以及位于薄膜和发电元件之间的保护构件，保护薄膜免受电解液腐蚀，由此确保从外壳的内部空间到排气孔的气体通道。
这里，“确保从外壳的内部空间到排气孔的气体通道”是指当外壳内部的压力增加到由薄膜形成的排气阀的工作压力时，保护构件不会防止外壳内部的气体从排气孔释放出。
根据以下介绍的内容完成本发明。
当在密封盖上有排气阀的常规密封电池跌落时，注意薄膜的断裂。现已发现电解液的液滴如下使薄膜断裂。在跌落撞击时，浸渍发电元件的电解液液滴在密封盖的表面从发电元件中推出。密封盖和发电元件之间的间距设置得很小，以至在与薄膜相对面推出的液滴直接撞击和击破薄膜。
在本发明中，密封电池提供有保护构件，以防止在与薄膜相对面处的发电元件推出的液滴撞击薄膜。注意设置保护构件，由此使气体从外壳的内部空间流向排气孔，所以保护构件不阻挡气体释放。
考虑到液滴从发电元件推出垂直地撞击时经常断开薄膜的事实，优选确定保护构件的形状和位置，由此至少防止从发电元件推出的液滴垂直地撞击薄膜。
同时，密封盖和发电元件之间的间隔设置得相当小，由此优选设置平板作为与薄膜平行的保护构件。
此外，优选保护构件的尺寸确定为等于或大于薄膜的尺寸，以防止电解液滴穿过从发电元件到达薄膜的空间。
在许多情况下，绝缘部件设置在密封电池的发电元件和密封盖之间，以便电隔离发电元件和密封盖。此时，通过将保护构件固定到绝缘部件或一体地形成绝缘部件和保护构件，保护构件可以容易地设置在密封电池中。
从下面结合示出了本发明特定实施例的附图的说明中，本发明的这些和其它目的、优点和特点将变得很显然。
图1为根据本发明的优选实施例的矩形-圆柱形密封电池的透视图；
图2为沿图1的线A-A’截取的垂直剖面图；
图3为从电池的内部看到的密封盖30的透视图；以及
图4示出了本发明的优选实施例的可能改型。
(密封电池的整个结构)
图1为根据本发明的优选实施例的矩形-圆柱形电池的透视图。图2为沿图1的线A-A’截取的垂直剖面图。
矩形-圆柱形密封电池为锂二次电池。密封电池具有以下介绍的结构。外壳10包围发电元件。发电元件为浸渍非水电解液的螺旋地卷绕的电极组20。外壳10的开口由密封盖30覆盖。
外壳10为Al-Mn合金制成的矩形-圆柱体。Al-Mn合金的主要成分为铝，由此外壳10的重量轻。此外，Al-Mn合金掺有锰，由此外壳的抗拉强度高于铝单质。
如图1所示，密封盖30的结构如下。形成矩形盖板31，以配合到外壳10的开口内。负电极端32借助垫圈33固定到盖板31，由此穿过盖板31。在盖板31的内表面上，由绝缘树脂制成的绝缘板34固定其上。通过将绝缘板34设置在电极组20和盖板31之间隔开电极组20和盖板31。下面进行更详细的介绍。
盖板31由与外壳10相同的铝合金制成，并与外壳的开口16有相同的矩形形状。盖板31的外边缘弯曲形成向上卷脊310。向上卷脊310和开口边缘11使用激光焊接在一起。
优选将外壳10和盖板31的厚度设置的尽可能地薄，以便使电池的容量最大到保持强度的程度。通常，外壳10的厚度设置为约0.5mm，盖板31的厚度设置为约0.8mm。盖板31厚于外壳10，以防止固定负电极端子32造成的变形。
负电极端子32包括盖320和圆柱形套管单元321。在盖320中，固定橡胶板322，用于密封套管单元321的开口端。
在盖板31的中心，形成通孔313，以使套管单元321穿过盖板31。在盖板31的外表面上，形成槽314，以便盖320配合到槽314内。
由突起35a和基底35b组成的集电极板35连接到负电极端32的套管单元321。集电极板35和绝缘板34通过在负电极端32的套管单元321捻缝固定到盖板31。负电极端32和电极板35通过垫圈33和绝缘板34与盖板31绝缘。
盖板31在中心和端部之间的位置处提供有排气阀36。通过将薄膜361固定到盖板31，由此覆盖盖板31中的圆形排气孔360，形成排气阀36。薄膜优选具有高密封性、高耐压性和耐热性轧制的金属箔。具体地，优选与盖板31相同的金属制成箔。这是由于如果薄膜361和盖板31由不同的金属制成，那么会形成局部电池并腐蚀。根据需要的工作压力确定金属箔的厚度。通常，厚度约20到30μm。
通过将薄膜361包覆在环362上并将环362和排气孔360的边缘焊接在一起，将薄膜361固定到盖板31上。
通过螺旋地卷绕夹在正和负电极22和21之间的隔板由此形成椭圆柱，形成电极组20。
通过将带一层结构的碳(石墨粉)涂敷到板上形成负电极21。负电极21通过铅板24连接到集电极板35的突起35a。另一方面，通过涂敷含有锂的氧化物(例如，钴化锂)的正混合物形成正电极，导电材料(例如，乙炔黑)涂敷到板。正电极22直接连接到为正电极端的外壳10。
通过将作为溶质的LiPF6溶解在碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯的混合溶剂中制成浸渍电极组20的非水电解液。
(绝缘板34的详细说明)
图3为从电池的内部看到的密封盖30的透视图。
绝缘板34为比盖板31稍小的矩形板。绝缘板34的中心部分34a很薄，由此提供集电极板35。在中心部分34a的中心，形成安装套管单元321的通孔。端部34b和34c很厚，由此将电极组20和集电极板35分开。更具体地，形成端部34b和34c，由此比突起35a伸出更多。
同时，在面向排气孔360的端部34b中形成圆柱形通风槽341。通风槽341的截面几乎与排气孔360的相同，以便确保从电池内部到排气孔360的气体通道。
通风槽341的一端面向排气孔360，另一端就定位在电极组20前面。就在电极组20前面的端部由保护板342保护。保护板342的尺寸等于或稍大于薄膜361的尺寸。
换句话说，通风槽341贯穿端部34b，从排气孔360的一侧到电极组20的一侧，电极组20表面上的端部由就在电极组20之前的保护板342保护。
此外，通风导向槽343a和343b形成从电池的内部到通风槽341的气体(图3中的大箭头指示的)通道(支路)。注意通风导向槽343a为通风槽341和电池的内部空间的中心部分之间的支路，通风导向槽343b为通风槽341和靠近内部空间的电池外壳的部分之间的支路。
(电池的制造方法)
下面介绍矩形-圆柱密封电池的制造方法。
通过深拉延Al-Mn合金板制成矩形圆柱体形成外壳10。
以下面的方式形成盖板31。首先拉Al-Mn合金板形成向上卷脊310，通过浇注形成导向槽314。然后，通过冲压形成折起的脊310的边缘、通孔313以及排气孔360。
接下来，在盖板31上形成排气阀36。通过压焊在铝制成的环362上包覆铝箔。然后，环362装入排气孔360内，用激光将环362和排气孔360焊接在一起。
通过用耐非水电解液腐蚀的树脂(例如，聚丙烯)注模一体地形成绝缘板34和保护板342。
以下面的方式形成密封盖30。首先，绝缘板34放置在盖板31上，集电极板35放置在绝缘板34上。然后，垫圈33装入盖板31中的通孔313，负电极端32的套管单元321装入垫圈33内。接下来，盖板31、绝缘板34和集电极板35在套管单元321处捻缝。
以下面的方式形成电极组20。首先，用带形隔板23覆盖具有铅板24的带形负电极21。其次，将带形负电极22放置在隔板23上。然后，负电极21、隔板23以及正电极22的各层螺旋地卷绕并挤压由此形成椭圆柱体。
现在介绍外壳10、密封盖30以及电极组20如何组装到电池内。
首先，电极组20插到外壳10内，负铅板24和集电极板35的突起35a焊接在一起并电连接。
然后，密封盖30按压装入并安装到外壳10内，通过将激光瞄准向上卷脊310和开口边11之间的边界，将折起的脊310和外壳10的开口边11焊接在一起。
注意如果使用激光焊接盖板31的外边，同时不形成向上卷脊310，由于热传输从焊接位置到盖板31中心产生的散热量将很大。由此，如果激光焊接时施加较小的能量，那么经常在焊接位置发生开裂。另一方面，在本发明中，由于使用激光焊接形成在盖板31向上卷脊310，所以热不会直接由焊接位置传输到盖板31的中心。由此，源自焊接位置的散热减少。因此，焊接位置处的热应力减小，由此即使施加较小的能量，也可以抑制开裂。
接下来，使用注射电解液的喷嘴由套管单元321将非水电解液注入到外壳10内。
然后，盖320和套管单元321焊接在一起，同时将橡胶板322卷缩(crimp)到套管单元321的开口端部上形成负电极端32的顶部。
(根据本实施例的密封电池的效果)
下面介绍本实施例中的保护板342的效果。
当密封电池跌落并碰撞地板时，浸渍电极组20的非水电解液由于碰撞的冲击从电极组20推出。非水电解液从盖板31泄漏为液滴。
如果保护板342没有提供在密封电池中，那么通风槽342将为直接连接电极组20和薄膜361的垂直槽。这里，电极组20和薄膜361之间的距离很小。几次碰撞之后，非水电解液的液滴很可能在与薄膜361相对的一个表面从电极组推出20直接击中薄膜361。这导致薄膜361破裂。
另一方面，当象本实施例中一样提供保护板342时，由于存在保护板342，即使非水电解液滴在薄膜361的相对面从电极组20推出，非水电解液滴也极少集中薄膜361。具体地，薄膜361没有被非水电解液直接击中。由此，当电池重复地跌落在地板上时，薄膜361极少破裂。
此外，可以确保电池的内部空间和通风槽341之间的气体通道(支路)，保护板342提供在绝缘板34上，面向电极组20，并与薄膜361相距一段距离并与薄膜361平行。这可确保通风导向槽343a和343b的截面积足够大可以穿过气体。由此，排气阀36可以不受保护板342阻碍地释放气体。
此外，由于在本实施例中保护板342和绝缘板34一体地形成，因此仅通过将绝缘板34设置在电池内，就可以容易地将保护板342设置在预定的位置。此外，作为注模的结果，保护板342不需要结合到绝缘板34。
(可能的修改和附加的说明)
虽然在本实施例中保护板342和绝缘板34一体地模制，但也可以分别地模制保护板342和绝缘板34，并将保护板342结合到绝缘板34。此外，在这种情况下，和本实施例一样，仅将绝缘板34设置在电池内，就可以容易地将保护板342设置在预定的位置。
同时，保护板342不需要设置在绝缘板34上。例如，可以提供不带保护板的绝缘板34，代替组装时在绝缘板34和电极组20之间夹入保护板，以保护通风槽341。
虽然在本实施例中保护板342不是由树脂制成的多孔板，但保护板342足以防止非水电解液滴泄露。因此，例如网状部件可以用做保护板342。
虽然在本实施例中保护板342为平板，但保护板342的形状不限于本例。当保护垂直地连接排气孔360和电极组20的通风槽341，并且可以确保电池的内部空间和排气孔360之间的气体通道时，保护部件可以具有任何形状。
例如，如图4所示通过在从排气阀36到电极组20的倾斜方向中形成通风导向槽343a和343b时，可以在薄膜361和电极组20之间形成山形保护部件342。此时，当电池跌落在地板上时，从电极组20推出的非水电解液滴在倾斜的方向中击中薄膜361，然后来自电极组20的非水电解液滴决不会垂直地击中薄膜361。由此，可以防止在许多情况中薄膜被非水电解液滴击破。
虽然在本实施例中铝合金用做盖板31，但也可以使用不锈钢等作为盖板31。
同时，根据电池的类型，薄膜361可以由不锈钢和镍的金属箔以及PP和PE膜制成。
虽然在本实施例中作为一个例子介绍了锂二次电池，但本发明也适用于如镍-金属氢化物电池的其它的二次电池或原电池等。
虽然在本实施例中介绍了矩形-圆柱形密封电池，但本发明也适用于圆柱形密封电池。
[实例]
根据本实施例，制造矩形-圆柱形密封电池(高度：48mm；宽度：30mm；以及厚度：10mm)。
盖板31由厚度约0.8mm的铝合金板制成。排气孔360的直径为3mm。薄膜361由厚度约30μm的铝箔制成。
[对比例]
作为对比例制造与实例的矩形-圆柱形密封电池不同之处在于提供不带保护板342的绝缘板34。
[试验]
对实例和对比例的电池进行跌落试验。在跌落试验中，100个实例电池和100个对比例电池面朝上从1.5m的高度跌落到水泥地板，计算薄膜跌破的电池数量。
试验结果显示在表1中。
             表1
 薄膜破裂的比例
    实例     0/100
    对比例     45/100
(表1)
表1示出了对比例的薄膜破裂比例较高，而实例没有薄膜破裂。
如上所述，根据本发明，当提供有使用薄膜的排气阀的密封电池跌落时，可以防止薄膜破裂。
在许多情况中，非水电解液电池，特别是矩形-圆柱形密封电池提供有使用薄膜的排气阀，由此本发明有效地提高了非水电解液电池的性能，特别是提高了矩形-圆柱形非水电解液电池的性能。
虽然参考附图借助例子完全地介绍了本发明，但应该注意各种修改和变形对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，除非所述改变和修改脱离了本发明的范围，否则都包括在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种密封电池，包括：
为用电解液浸渍的电极组的发电元件；
有一个开口并包围发电元件的外壳；
密封开口的密封盖，密封盖具有通过用薄膜覆盖密封盖中的排气孔形成的排气阀；以及
位于薄膜和发电元件之间的保护构件，保护薄膜免受电解液腐蚀，由此确保从外壳的内部空间到排气孔的气体通道。
2.根据权利要求1的密封电池，其中提供在保护构件和薄膜之间的空间使空气从外壳的内部空间流向排气孔。
3.根据权利要求2的密封电池，其中保护构件为设置得与薄膜平行的板。
4.根据权利要求3的密封电池，其中保护构件不小于薄膜。
5.根据权利要求1的密封电池，其中保护构件防止电解液从发电元件中排出垂直地击中薄膜。
6.根据权利要求1到5之一的密封电池，其中
绝缘部件设置在密封电池的发电元件和密封盖之间，以便电隔离发电元件和密封盖，以及
由绝缘部件保持保护构件。
7.根据权利要求1到5之一的密封电池，其中
绝缘部件设置在密封电池的发电元件和密封盖之间，以便电隔离发电元件和密封盖，以及
保护构件固定到绝缘部件。
8.根据权利要求1到5之一的密封电池，其中
绝缘部件设置在密封电池的发电元件和密封盖之间，以便电隔离发电元件和密封盖，以及
保护构件和绝缘部件一体地形成。
CNB001083155A 1999-03-19 2000-03-18 较少电解液泄露的密封电池 Expired - Lifetime CN1169239C (zh)

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