CN1933213A - 密封式方形电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种以较低的启动压力使密封式方形电池的开裂通气口稳定启动，并在电池落下时具有优良的冲击耐久性的密封式方形电池。本发明的密封式方形电池包含封闭电池罐的开口上面的左右横向较长的盖及配置于上述盖上并具有在电池内压异常上升时开裂的薄壁阀体的开裂通气口，上述开裂通气口，具有位于上述盖的外面一侧、并形成于上述盖的左右方向的靠近任意一方端部的长圆形的压花部内的长圆形的环形槽及被环形槽包围的薄壁阀体，上述长圆形的环形槽由与盖的长度方向平行的长边状的薄膜部和连接这些长边部的圆弧状的薄壁部构成，并按一方的长边部的薄壁部、另一方的长边部的薄壁部及开裂通气口的薄壁阀体的顺序其壁厚依次增厚。

Description

密封式方形电池
技术领域
本发明涉及具备电池内压异常上升时开裂的开裂通气口的密封式方形电池。
背景技术
近年来，便携式电话及便携式信息终端等小型轻量的电子设备正在普及。作为这些设备的电源使用小型轻量且高容量的电池。在这种情况下，伴随上述电子设备的高性能化，对电池的更高容量的要求在日益增高。尤其是，将锂(Lithium)金属用作活性物质的原电池或利用锂离子(Lithium ion)进行充放电的二次电池等，因其重量轻且高容量而被广泛应用，其高容量化的开发也很活跃。
对于这种电池，若加上过大的电负荷或者过度的热负荷，则在电池内部发生短路现象而产生气体，使电池内压异常上升。还有，即使在电池处于过充电状态下，也由电解液的分解，在电池内产生气体，使电池内压异常上升。一旦电池无法承受内压的异常上升时，则产生破裂导致内容物飞散。因此，电池中具备有开裂通气口，一旦超过规定的内压时，则通过启动开裂来释放电池内压，以防止电池的破裂于未然。
另外，在用于上述电子设备上的这些电池中，多采用密封式方形电池，并要求其薄型化。因此，这种开裂通气口的面积变小，如专利文献1(日本特开2001-256944号公报，第2～4页，图1～12)、专利文献2(日本特开平11-273640号公报，第3～5页，图4～8)所示的电池内压超过规定值时，单靠电池内压不易使上述环形槽的底壁开裂，释放电池内压。若为了提高开裂性而扩大设于盖上的开裂通气口，或使其薄膜部或薄壁部的厚度变薄，则在电池落下等受到冲击时，不仅发生通气口的破损或盖的变形，即使在通常的电池存放时也存在通气口开裂的危险。
于是，如专利文献3(日本特开平10-261391号公报，第2～3页，图2～4)、专利文献4(日本特开2000-260410号公报，第2～3页，图1、2)、专利文献5(日本特开2002-008615号公报，第2～4页，图1、2)所示，虽然利用因电池内的内压上升使电池膨胀引起的变形，做成使用以电池内的较低的压力开裂的通气口结构，但这不能充分满足同时兼顾改善耐冲击性的要求。
发明内容
本发明就是将解决上述问题作为任务的，其目的在于提供一种密封式方形电池，它能够以较低的启动压力使开裂通气口稳定地开裂，还对电池掉下等时的冲击具有优良的耐久性。
本发明的密封式方形电池，如图1所示，包括封闭电池罐1的开口上面的左右横向较长的盖3及配置于盖3上并在电池内压异常时开裂的开裂通气口16。
该密封式方形电池中，本发明的开裂通气口16，如图1所示，具有位于盖3的外面一侧并形成于盖3的左右方向靠进任意一方端部的长圆形的最外压花部17内的长圆形的环形槽19及被其包围的薄壁阀体25。环形槽19由与盖的长度方向平行的直线状的长边部20、21及连接上述长边部的圆弧状部22、23形成，在本申请的特征是，上述长边部20、薄壁阀体25及长边部21的壁厚互不相同，进一步详细叙述，其特征是，将长边部20、长边部21及薄壁阀体25的壁厚尺寸做成按上述顺序依次增厚。
具体来讲，设长边部20的壁厚为1时，理想的是，长边部21的壁厚为1.5～3.0，薄壁阀体25的壁厚为2.0～5.0。
还有，在本申请的薄型密封式方形电池中，为了稳定可靠地进行通气口的开裂，上述长边部20的壁厚优选20～50μm，更优选25～40μm。这是因为，若长边部20的壁厚比20μm薄，则不仅在电池落下的嗯的冲击时容易引起通气口的破损，而且，在通常的电池存放时也存在通气口开裂的危险。
还有，这是因为，若其厚度超过50μm，则开裂压力增高，则有可能在通气口开裂之前电池已破裂。
另外，若加大环形槽的宽度尺寸，由于通气口的启动压力增高，影响开裂性，因此，优选为0.15～0.3mm。
如上所述，若电池内压异常上升，则电池膨胀、变形，而具体观察其变形状况时，如图5所示，电池罐1的面积较大的前后壁的中央部分向前后方向膨胀。随之，盖3变形为，其中央部分向电池的内部弯曲，左右方向的端部侧成为向上抬起的弯曲状。
由于该电池的变形，虽在各个部位作用拉力，但在开裂通气口16上，由于两个长边部20、21的壁厚不同，因此，在壁厚薄的长边部20上产生裂纹，气体将从该处溢出。但是，由于壁厚而难于变形，该气体作为将面积大的薄壁阀体25向电池外部推压的力起作用，因此，长边部20的槽部完全开裂，并通过气体喷出的力及由电池变形引起的力，薄壁阀体部25在长边部21部分弯折而形成大的开口，使电池内的气体迅速地喷出，能够可靠地防止电池的破裂。
还有，理想的状况是，若上述长圆形的开裂通气口16的短边宽度(W2)为封闭上述电池罐的开口上面的左右横向较长的盖3的短边宽度(W1)的60％以上，则易发生由电池内压引起的开裂。但是，由于容易发生电池落下时开裂通气口16的破损或如图6所示的盖3的变形，其值优选为75％以下，更优选为70％以下。
另外，通过使位于盖3的外面一侧、并靠近盖3的左右方向任意一方端部的最外压花部17从矩形变为长圆形，利用其圆弧状的形状就能够提高对以电池落下时为代表的外力引起的盖3的变形的强度。
即，对于本发明的开裂通气口16，通过将长边部20、长边部21及薄壁阀体25的壁厚尺寸做成按上述顺序依次增厚，当电池内压异常上升时，开裂通气口16能稳定、可靠地工作。
环形槽19，通过对开裂通气口16的底壁的冲压加工，能够容易且可靠地形成。由此，也能够使开裂通气口16稳定、可靠地开裂。
附图说明
图1是实施例1的密封式方形电池的盖的俯视图。
图2是图1的沿A-A线的剖视图。
图3是电池的纵剖正视图。
图4是说明电池的膨胀状态的立体图。
图5是现有的密封式方形电池的盖的俯视图。
图6是表示经落下试验的盖的变形图。
具体实施方式
实施例1
图1至图4表示作为本发明的薄型密封式方形电池的锂离子二次电池的实施例1。如图4所示，其具备在上面具有左右横向较长的开口的有底方筒形状的电池罐1，收放于电池罐1内的电极体2及非水电解液，封闭电池罐1的开口上面的左右横向较长的盖3及配置于盖3的内侧的塑料制的绝缘体5。电池罐1，将由铝或其合金构成的板材进行深拉深加工，形成上下纵向长度的薄型罐，其左右宽度尺寸为34mm、上下高度尺寸为50mm、前后厚度尺寸为3.8mm。
电极体2，通过将薄片状的正极和负极，卷绕成螺旋状，并将由微多孔性聚乙烯薄膜(Polyethylene film)构成的隔离膜(Separator)介于其间而成。将由铝或铝合金构成的薄板状的正极集电引线6从正极电极朝上引出。将由镍或铜或由这些金属包层体等复合体构成的薄板状的负极集电引线7从负极电极朝上引出。
盖3，将铝合金等板材冲压成形而成，通过上侧的绝缘衬垫(Packing)9及下侧的绝缘板10，将负极端子11呈贯通状地安装在盖3的中央。在盖3的左右方向的靠近右端处，呈上下贯通状地形成有用于将电解液注入电池罐1内的圆形注液孔12。电解液注入后，用栓13将注液孔12封口。
在负极端子11的下端，连接有位于盖3内部的由左右横向较长的薄板构成的引线15。该引线15，沿上述注液孔12的相反一侧延伸，并用下侧的绝缘板10与盖3绝缘。在该引线15的下面焊接负极集电引线7。正极集电引线6焊接在盖3背面的绝缘板10和注入孔12之间的空间内。由此，正极集电引线6接通盖3及电池罐1，使盖3及电池罐1带电形成正极电位。
装配电池时，如上述那样，将负极端子11、上下的绝缘衬垫9、10及引线15安装到盖3上，形成封口件，将电极体2收放到电池罐1内后，按上述的要求分别将负极集电引线7焊接在封口件的引线15上，将正极集电引线6焊接在盖3上。接着，用激光将封口件焊接在电池罐1的开口周边实现密封(Seal)之后，通过注液孔12注入电解液，并将注液孔12封口，完成本发明的电池。
在盖3的左右方向的靠近一端处(图中靠近左端)，形成有电池内压异常上升时开裂的开裂通气口16。开裂通气口16，如图1、2所示，由位于盖3的外面一侧并形成于长圆形的最外压花部17内的左右横向较长的长圆形的环形槽19及被其包围的薄壁阀体25构成。
环形槽19的布置由电池前后的长边部20、21及连接上述长边部的圆弧状的槽部22、23构成。
另外，因内压上升引起电池变形时，如图4所示，由于变形成电池侧面的中央部分向电池的内部弯曲，宽度方向的左右端部侧向上抬起的弯曲状，使盖3的变形向宽度方向的左右端部侧增大，因而开裂通气口16容易引起开裂，但当受到如电池落下时的来自外部的冲击时，由于开裂通气口16有破损的危险，因此，最好使开裂通气口16位于比盖3的宽度方向的端部稍微靠近内侧。
被环形槽19包围的部分，构成左右横向较长的薄壁阀体25。环形槽19的槽宽尺寸均设定为0.2mm。另外，环形槽19能够通过冲压加工形成。
如图2所示，环形槽19的长边部21的壁厚设定成比其它槽部20、22、23的壁厚更厚的尺寸。也就是说，相对长边部21的槽部壁厚T2为0.07mm，长边部20、圆弧部22及23的各个槽部的壁厚尺寸T1分别设定为0.031mm。即T2/T1为2.3。
将薄壁阀体25的壁厚T3设定为0.135mm。即T3/T1为4.4。盖3的尺寸设定成，左右宽度尺寸为33.26mm、前后宽度尺寸为3.62mm、上下厚度尺寸为0.8mm。开裂通气口16布置在电池内压异常上升而电池发生膨胀变形时，盖3弯曲的部位上。也就是说，将从开裂通气口16的左右方向的中央到盖3的左端的长度尺寸L1设定为5.8mm。开裂通气口16的尺寸设定为，其左右宽度尺寸为4.9mm，前后宽度尺寸为2.3mm。即，开裂通气口16的前后宽度尺寸对盖3的前后宽度尺寸的比率为63.5％。
从开裂通气口16的左右方向的中央到盖3的左端的长度尺寸L1和盖3的左右宽度尺寸L2的比率(L1/L2)，以0.1～0.25的范围内为宜，在实施例1中为0.18。当上述比率小于0.1时，则开裂通气口16过于靠近盖3的左端，当电池内压上升时，开裂通气口16沿左右方向压缩，难以开裂。当上述比率大于0.25时，则开裂通气口16过于靠近电池的中央一侧，引线15与开裂通气口16的下面重合，妨碍从电池内部喷出气体，电池有破裂的危险。
实施例2
将长边部21的底壁的壁厚尺寸T2设定为0.08mm，将长边部20、圆弧部22及23的各个槽部的壁厚尺寸T1分别设定为0.034mm。即T2/T1为2.4。T3/T1为4.0。由于其它方面与实施例1相同而省略其说明。
实施例3
将长边部21的底壁的壁厚尺寸T2设定为0.07mm，将长边部20、圆弧部22及23的各个槽部的壁厚尺寸T1分别设定为0.028mm。即T2/T1为2.5。T3/T1为4.8。由于其它方面与实施例1相同而省略其说明。
实施例4
将电池的前后厚度尺寸设定为4.0mm，并与此相应地、将开裂通气口16的前后宽度尺寸设定为2.5mm。将长边部21的底壁的壁厚尺寸T2设定为0.07mm，将长边部20、圆弧部22及23的各个槽部的壁厚尺寸T1分别设定为0.037mm。即T2/T1为1.9。还有，将薄壁阀体的厚度T3尺寸设计为0.15mm。即T3/T1为4.1。由于其它方面与实施例1相同而省略其说明。
实施例5
将长边部21的底壁的壁厚尺寸T2设定为0.07mm，将长边部20、圆弧部22及23的各个槽部的壁厚尺寸T1分别设定为0.034mm。即T2/T1为2.1。其它方面与实施例4相同。
实施例6
将电池的左右宽度尺寸设定为30mm，将上下高度尺寸设定为48mm。将长边部21的壁厚尺寸T2设定为0.07mm，将长边部20、圆弧部22及23的各个槽部的壁厚尺寸T1分别设定为0.033mm。即T2/T1为2.1。
还有，从开裂通气口16的左右方向的中央到盖3的左端的长度尺寸(L1)为4.75mm，盖3的左右宽度尺寸L2为28.95mm，其比率(L1/L2)为0.16。其它方面与实施例1相同。
实施例7
将长边部21的底壁的壁厚尺寸T2设定为0.08mm，将长边部20、圆弧部22及23的各个槽部的壁厚尺寸T1分别设定为0.033mm。即T2/T1为2.4。其它方面与实施例6相同。
比较例1
除了将构成开裂通气口的槽部的壁厚尺寸T1、T1都设定为0.032mm以外，其它方面均与实施例1相同。即T2/T1为1.0。
比较例2
除了将构成开裂通气口的槽部的壁厚尺寸T1、T2都设定为0.04mm以外，其它方面均与实施例1相同。即T2/T1为1.0。
比较例3
除了将长边部20、圆弧部22及23的各个槽部的壁厚尺寸T1分别设定为0.035mm，将长边部21的底壁的壁厚尺寸T2和薄壁阀体25的壁厚尺寸T3均设定为同一尺寸0.065mm，并取消了环形槽19的长边部21部分的槽以外，其它方面均与实施例1相同。即T2/T1为1.9，T3/T1为1.9。
比较例4
除了将构成开裂通气口的槽部的壁厚尺寸T1、T2都设定为0.033mm以外，其它方面均与实施例4相同。即T2/T1为1.0。
比较例5
除了将构成开裂通气口的槽部的壁厚尺寸T1、T2都设定为0.032mm以外，其它方面均与实施例5相同。即T2/T1为1.0。
比较例6
除了将最外印花部17的形状做成如图5所示的大致矩形及将长边部21的底壁的壁厚尺寸T2设定为0.07mm，将长边部20、圆弧部22及23的各个槽部的壁厚尺寸T1分别设定为0.03mm，而将薄壁阀体25的壁厚尺寸设定为0.135mm以外，其它方面均与实施例1相同。即T2/T1为2.3，T3/T1为4.5。
分别准备本发明的实施例1～7的电池及比较例1～6的电池，测定开裂通气口16的启动压力的同时确认了开裂性。此处，代替在各个电池罐1内收放电极体2及电解液，在电池罐1的底壁开孔，并通过该孔向电池内注入水使电池内压慢慢上升，并测定开裂通气孔16的启动压力及确认了开裂性。
也就是说，在上述启动压力的测定中，以开裂通气口16开口或发生裂纹而水开始漏出时的水压作为启动压力进行了测定。上述开裂性的确认是对以目测确认为除长边部21以外的槽部几乎已完全开裂的个数进行计数。测定试件数为各50个。落下试验是将电池的6个面分别朝下，以从1.5m的高度使其落下到铁板上各两次作为1组试验，确认5组试验后的用肉眼观察到的开裂通气口16的损伤及盖3的变形的个数。测定试件数为各10个。
其结果，如表1所示。
表1
 启动压力(Mpa)   开裂性(个)   落下试验(个)
  实施例1  1.54   50   0
  实施例2  1.62   50   0
  实施例3  1.42   50   0
  实施例4  1.76   50   0
  实施例5  1.65   50   0
  实施例6  1.55   50   0
  实施例7  1.57   50   0
  比较例1  0.80   0   0
  比较例2  1.05   0   0
  比较例3  1.69   38   0
  比较例4  0.86   0   0
  比较例5  0.81   0   0
  比较例6  1.47   26   8
在上述启动压力的测定中，如表1所示，若将电池大小相同的实施例1～3与比较例1～3作比较可知，通过将长边部21的厚度作得比长边部20的厚度更厚，可降低启动压力，能极大地改善开裂性。还有，当将薄壁阀体25和长边部21的厚度做得相同时，由于开裂时也引起薄壁阀体25的变形，因而可以发现，长边部21以外的槽部不能完全开裂，而使启动压力上升，开裂性降低。
另外，通过将最外压花部17的形状做成长圆形，可以改善落下试验中的开裂通气口16及盖3的变形。
还有，通过将最外压花部17的形状从大致矩形变成长圆形，可改善落下试验时的盖的变形。

Claims (4)

1.一种密封式方形电池，其包含封闭电池罐的开口上面的左右横向较长的盖及配置于上述盖上并具有在电池内压异常上升时开裂的薄壁阀体的开裂通气口(Vent)，其特征在于，
上述开裂通气口，具有位于上述盖的外面一侧并形成于上述盖的左右方向的靠近任意一方的端部的长圆形的压花(Coining)部内的长圆形的环形槽及被环形槽包围的薄壁阀体，上述长圆形的环形槽由与盖的长度方向平行的长边状的薄壁部和连接这些长边部的圆弧状的薄壁部构成，并按一方的长边状的薄壁部、另一方的长边状的薄壁部及开裂通气口的薄壁阀体的顺序其壁厚依次增厚。
2.根据权利要求1所述的密封式方形电池，其特征在于，
上述环形槽的另一方的长边部的薄壁部的壁厚为上述环形槽的一方的长边部的薄壁部的壁厚的1.5～3.0倍。
3.根据权利要求1或2所述的密封式方形电池，其特征在于，
上述开裂通气口的薄壁阀体的壁厚为上述环形槽的一方的长边部的薄壁部的壁厚的2.0～5.0倍。
4.根据权利要求1所述的密封式方形电池，其特征在于，
上述长圆形的开裂通气口的短轴宽度为封闭上述电池罐的开口上面的左右横向较长的盖的短方向宽度的60～75％。
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