CN1599091A - 电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池，该电池即使在温度变化或者是施加机械震动时也能抑制电池内阻的升高，并且这种电池具有优良的生产率。安全机构和电池盖通过密封垫密封安装在电池盒的开口部。电池盒的内部被密封。电池盖的凸缘部和安全机构的安全阀的凸缘部相接触。基于算术平均粗糙度Ra的接触面的表面粗糙度被设定在0.5μm～5.5μm的范围内。由此减少了在电池盖和安全阀之间产生的接触电阻。更进一步，接触面的最大高度Ry优选在8.0μm～50.0μm的范围内。

Description

电池

技术领域

本申请涉及一种电池，其中电池盖和安全阀叠置覆盖被叠加在内部容纳有发电部件的电池盒的开口部处。

背景技术

近年来，业已采用了许多便携式电子设备例如移动电话、组合照相机(磁带录像机)和膝上电脑。这就要求提高这些便携式电子设备的性能。伴随着这种状况，要求提高作为便携式电子设备能源的可充放电的二次电池提高能量密度、减小其尺寸和重量。特别是在这方面锂离子二次电池是占优势的，因为锂离子二次电池比起铅酸电池、镍镉电池和类似的电池具有更高的能量密度并能使用更长时间。

通常，为了容纳发电部件，锂离子二次电池广泛使用金属电池盒。图1示出使用金属电池盒的电池的放大视图。在这种电池中，被夹持在一对绝缘板130之间的发电部件120被容纳在电池盒110内。电池盖140和设置在电池盖140内部的安全机构150通过密封垫160的密封被安装到电池盒的开口部。将被一给定的压力变形的安全阀151提供给安全机构150，使得安全阀151和电池盖140相互叠加。从发电部件120中引出的阴极导线121通过接触板152和安全阀151相连。因而电池盖140和发电部件120电连接。

在这样的电池中，其中电池盖140和安全阀151之间为简单的叠加，然而，一直存在如下问题，即在当温度变化或施加机械震动时，电池盖140和安全阀151之间的接触电阻就会增加，这就导致了电池内阻的增加。

因此，如图2所示，发生了下述情况，例如，和安全阀151接触的电池盒140的凸缘部件141的外围边缘向安全阀151侧弯曲(参见日本未审查专利申请公开No.2001-126682)。

然而，在上述例子中，存在如下问题：工序自动化困难，因为当在制造工序中使用自动化机器时可能出现麻烦，例如，一些部件不能顺利地传送，或者机架夹具(carriage jig)或类似物被电池盖140的弯曲部分刮擦。

发明内容

本发明是考虑了上述问题而完成的，并且本发明的目的是提供一种电池，该电池即使在温度变化或施加机械震动时也能阻止内阻的升高，并具有优良的生产率。

根据本发明的电池是这样的一种电池，其中电池盖和安全阀被叠加(overlap)在内部容纳有发电部件的电池盒的开口部处。电池盖和安全阀之间接触面的算术平均粗糙度的范围为0.5μm～5.5μm。

根据本发明的电池，其中电池盖和安全阀之间接触面的算术平均粗糙度被设定在0.5μm～5.5μm之间的范围内。因此，即使温度变化、施加机械震动或发生老化时，也可抑制电池盖和安全阀之间接触电阻的增加，从而阻止电池内阻的升高。更进一步，由于运送不被阻止，工序可以自动化，并且生产率高。

其他和更进一步的目的、特征和优点将从下面的描述中将显示得更加充分。

附图说明

图1为表示传统电池结构的截面图。

图2为表示另一个传统电池的截面图。

图3为表示本发明一具体实施方式的二次电池结构的截面图。

图4为图3所示的安全机构的放大截面图。

图5为根据实施例1-4的热冲击循环试验结果的特性曲线图。

具体实施方式

以下，将参照附图详细描述本发明的具体实施方式。

图3是显示根据本发明的实施例的二次电池结构的截面图。图4示出放大了的图3所示安全机构。这种二次电池是一种所谓的圆柱形二次电池，其中发电部件10容纳在近似中空圆柱形的电池盒(battery case)20内。

例如，发电部件10是通过卷绕带状阴极11、带状阳极12和夹在其间的隔膜13而形成的，将隔膜13用电解质溶液浸渍，所述电解质溶液是液体电解质。阴极11具有如下结构，例如，其中包含可以嵌入(inserting)和脱嵌(extracting)锂(Li)的做为阴极活性物质的的阴极材料的阴极混合层被设置在由铝(Al)箔或其类似物制成的阴极集流体的两侧或单独一侧上。由铝或其类似物制成的阴极导线14被连接到阴极集流体上，并被引导至发电部件10之外。阳极12具体如下结构，例如，其中包含可以嵌入和脱嵌锂的阳极材料为阳极活性物质的阳极混合物层被设置在由铜(Cu)箔或其类似物制成的阳极集流体的两侧或单独一侧上。由铜或其类似物制成的阳极导线15被连接到阳极集流体，并被引导至发电部件10之外。隔膜13，例如，为由合成树脂或陶瓷制成的多孔膜。电解质溶液包含，例如，诸如有机溶剂的溶剂和做为电解质盐溶解在该溶剂中的锂盐。一对绝缘板31和32设置在的发电部件的卷绕外圆周表面。

电池盒20，例如，由铁(Fe)或镀镍(Ni)的不锈钢制成。电池盒20的一个端面是封闭的，另外一个端面是开口的。阳极导线15焊接在电池盒20的封闭部端面，该封闭部作为阳极端。安全机构40和电池盖50通过密封垫60的密封设置在电池盒20的开口部。电池盒20内部是密封的。

在安全机构40中，由金属材料例如铝制成的安全阀41和由金属例如铝制成的支架42与处于其间的由绝缘材料例如聚丁烯对苯二酸脂制成的绝缘支架43配合装配在一起，由金属材料例如铝制成的圆盘状接触盘44被焊接在支架42的底部。安全阀41包括，例如，设置在安全阀41底部中心的突出部41A，该突出部向发电部件10侧突出。突出部41A嵌入到设置在支架42底部中心的开口部42A中，并和接触板44相接触。更进一步，安全阀41带有处在安全阀41的外周的凸缘部41B，以确保和电池盒50之间的电连接。更进一步，支架42带有分别在支架42的侧壁上的多个开口部42B。阴极导线14焊接在接触板44上。可以将阴极导线14和安全阀41的突出部41A相连而取代提供接触板44。

在安全机构中40中，当由于电池内部短路或来自外部的加热导致电池内压升高到一给定值时，升高的内压通过支架42的开口部42B传递给安全阀41。例如，由于内压安全阀41朝电池盖50方向发生变形。因此，电池内部的压力发生变化，安全阀41和阴极导线14之间的电连接断开。因此，电池盖50和发电部件10之间的电连接断开。

电池盖50封闭电池盒20，也起阴极端的作用。例如，和电池筒(batterycan)20一样，电池盖50也是由镀镍的不锈钢板制成，并在电池盖50的周边有一凸缘部51。凸缘部51和安全阀41的凸缘部41B相接触。接触面S的表面粗糙度基于JISB0601规定的算术平均粗糙度(an arithmetic averageroughness)Ra设定范围为0.5μm～5.5μm，更为优选是大于或等于0.6μm。当算术平均粗糙度Ra太小或太大，电池盖50和安全阀41之间的接触电阻都会变大。接触面S的表面粗糙度基于JISB0601规定的最大高度(a maximumheight)Ry设定范围优选为8.0μm～50.0μm。在这个范围内，电池盖50和安全阀41之间的接触电阻显著降低。

在这种二次电池中，例如，当充电时，锂离子从阴极11中脱嵌，通过电解质溶液嵌入到阳极12中。例如，当放电时，锂离子从阳极12中脱嵌，通过电解液嵌入到阴极11中。此时，电池盖50的接触面S的表面粗糙度在规定的范围内。因此，即使当温度变化、施加机械震动或产生老化时，也能压低电池盖50和安全阀41之间的接触电阻，从而抑制电池内阻的升高。

这种二次电池例如可以用如下方法制备。

首先，例如，将能嵌入和脱嵌锂的阴极材料、导电剂和粘接剂混合制备阴极混合物。将这种阴极混合物分散在混合溶剂中得到阴极混合物浆料。然后，将阴极混合物浆料涂敷到阴极集流体上并干燥。接着，将产物压模形成阴极混合物层进而形成阴极11。之后，阴极导线14通过超声波焊接或点焊和阴极集流体相连接。

下一步，例如，将能嵌入和脱嵌锂的阳极材料和粘接剂混合制备阳极混合物。将这种阳极混合物分散在混合溶剂中得到阳极混合物浆料。然后，将阳极混合物浆料涂敷到阳极集流体上并干燥。接着，将产物压模形成阳极混合物层进而形成阳极12。之后，阳极导线15通过超声波焊接或点焊和阳极集流体相连接。

随后，中间夹有隔膜13的阴极11和阳极12通过多次卷绕制成卷绕的电极体。之后，用一对绝缘板31和32将卷绕的电极体夹在中间，并装入电池筒20中。阴极导线14焊接在安全机构40的接触板44上，阳极导线焊接在电池筒20上。

通过将电解质盐溶解在溶剂中制备电解液。之后，将电极液注入到电池筒20的内部，并浸透到隔膜13中。随后，安全机构40和电池盖50通过密封垫60的密封固定在电池筒20的开口部。从而，这个实施例的二次电池制备完成。

如上所述，在实施例中，电池盖50的接触面S的表面粗糙度基于算术平均粗糙度Ra的范围被设定为0.5μm～5.5μm。因此，当温度变化、施加机械震动或产生老化时，电池盖50和安全阀41之间的接触电阻被压低，从而能抑制电池内阻的升高。更进一步，由于运送不被干扰，电池的生产过程能够自动化，并生产率高。

特别是，接触面S的表面粗糙度基于最大高度Ry在8.0μm～50.0μm范围内时，内阻的升高被显著抑制。

例子

以下将对本发明的具体例子做进一步的描述。

作为例1-8，制备如实施例中所述的二次电池。电池盖50由镀镍的不锈钢板(JIS SUS430)制成。安全阀41由铝制成。在例1-8中，如表1或表2所示，基于算术平均粗糙度Ra和最大高度Ry改变接触面S的表面粗糙度。进一步，作为与例1-8相关的对照例1和2，二次电池是用与例1-8的相似的方式制备的，除了基于分别如表1或表2所示的算术平均粗糙度Ra和最大高度Ry改变电池盖50的接触面S的表面粗糙度以外。

表1

	算术平均粗糙度Ra(μm)	最大高度Ry(μm)
			实施例1	0.5	5.5
实施例2	0.8	8.4
			实施例3	1.7	12.5
实施例4	5.0	36.0
			对照例1	0.1	1.3

表2

	算术平均粗糙度Ra(μm)	最大高度Ry(μm)	机械震动后接触电阻的增加值(mΩ)
				实施例5	0.83	8.4	3.5
实施例6	1.41	9.8	0
				实施例7	2.10	18.6	0.8
实施例8	5.50	38.3	0.5
				对照例2	0.12	1.26	50或更多

对于实施例1-4和对照例1中所制备的电池进行热冲击循环试验，在热冲击循环试验中，二次电池在-20℃保持两个小时，接着在五分钟之内升高温度到+60℃，并在+60℃保持两个小时，之后，在五分钟之内降温到-20℃，如此重复。而后，得到每一个循环的电池盖50和安全阀41之间的接触电阻。结果如图5所示。

对于例5-8和对照例2中所制备的电池，进行震动振动试验，在震动振动试验中，震动是在直径为250mm的不锈钢制八角形筒状物中以66rpm的转速旋转30分钟的方式产生的。结果，在例5-8和对照例2中的任何一个二次电池，每个电池盖50和安全阀41之间的接触电阻都增加了。接触电阻的增加值如表2所示。

正如图5所示的那样，根据例1-4，当循环次数的增加时，接触电阻没有变化。同时，在对比例1中，随着循环次数的增加，接触电阻也增大。此外，在表2中得到了进一步的证明，根据例5-8，接触电阻的增加值和对比例2相比减少了。

也就是说，发现当接触面S的表面粗糙度处在给定值时，即使温度变化或施加机械振动，电池盖50和安全阀41之间的接触电阻仍能被压低。

尽管业已参照实施例和例子进行了描述，但本发明不限于上述实施方式和实施例，可以进行各种改进。例如，在前述的实施例和例子中，安全阀41由铝制成，电池盖50由镀镍的不锈钢制成。然而，材料不限于上述材料，任何不破坏电池功能的材料都可以应用。然而，期望安全阀的组成材料的硬度低于电池盖的组成材料。

在上述的实施方式和实施例中，给出的描述以电池盒20为圆柱形作为例子。然而，电池盒20的形状并没有特别限定，例如，可以是方形。

再进一步，在上述实施方式和实施例中，给出了一个发电部件10的结构的描述作为具体的例子。然而，其它的结构也可以应用。例如，阴极和阳极可以交错折叠或层叠。进一步，对于电解质，可以用含有电解质溶液的高分子量化合物的凝胶电解质、电解质盐分散在高分子量化合物中的高分子固体电解质、包含有导电陶瓷的无机固体电解质、离子导电玻璃、离子晶体或类似物都可以替代电解质溶液。

再进一步，在上述实施例和例子中，描述了本发明是应用于二次电池。然而，本发明也可以应用于原电池。

显然按照上述教导可对本发明进行许多的修改和变化。因此，当然在所附的权利要求范围内可以用不同于特定描述的方法实现发明。

Claims (4)

1.一种电池，其中一电池盖和一安全阀被叠加在内部容纳有一发电部件的一电池盒的一开口部处，

其中所述电池盖和所述安全阀之间的一接触面的一算术平均粗糙度在0.5μm～5.5μm的范围内。

2.如权利要求1所述的电池，其中所述接触面的最大高度在8.0μm～50.0μm的范围内。

3.如权利要求1所述的电池，其中所述电池盖由不锈钢制成。

4.如权利要求1所述的电池，其中所述安全阀由铝制成。

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