圓筒形電池的製作方法

2023-08-05 23:48:06

專利名稱：圓筒形電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及圓筒形電池，特別涉及用於提高圓筒形電池的安全性的封口結構的改進。
背景技術：
圓筒形電池一般具有用於收納發電單元的有底圓筒形的金屬制電池殼體。用金屬 制封口板或組裝封口體將電池殼體的開口部進行封口。
組裝封口體具有用於確保電池的安全性的閥機構。如果電池中發生異常，電池殼 體內部的壓力上升到規定值以上，則閥機構開始工作，放出電池殼體內部的氣體。由此，能 夠防止電池殼體產生裂紋等。
圖6表示以往的圓筒形電池的一個例子。電池100是鋰離子二次電池，在電池殼 體102的內部收納有將中間夾持著隔膜108的正極104和負極106卷繞成螺旋狀而成的電 極組110。電池殼體102的開口部通過組裝封口體112而被封口。
關於組裝封口體112，在最下部配置有底板115，在最上部配置有外部端子板116， 在它們之間配置有上側閥板118、下側閥板120、環狀的PTC熱敏電阻板122及環狀的絕緣 構件124。上側閥板118及下側閥板120分別形成有環狀的易斷裂部118a及120a，以便當 電池殼體102的內壓異常上升時在中央使閥孔開口。另外，在組裝封口體112的底板115的 周邊部附近形成有多個排氣孔11 。另外，在外部端子板116上也形成有多個排氣孔116a。
通過以上構成，如果電池殼體102的內壓異常上升，則上側閥板118及下側閥板 120的易斷裂部118a及120a斷裂，閥孔打開，從而使電池殼體102內部的氣體逃逸至外部。
但是，近年來，伴隨著電子設備的多功能化，推進電池越發的高容量化，其結果是， 鋰離子二次電池發生異常時的電池殼體內部壓力的上升也越發增大。為了解決這一問題， 就更可靠地確保電池的安全性的技術提出了多種方案。
例如，專利文獻1為了防止非水電解液電池的急劇的內壓上升所造成的破裂、著 火，提出了將設在封口體上的排氣孔的面積相對於每電池容量(Ah)規定為0. 15 1. 2cm2 的方案。
但是，在圖6所示的以往的圓筒形電池中，當電池殼體102內部的壓力異常上升 時，例如有時電極組Iio從下往上推，由此使配置在組裝封口體112的最下部的底板115提 升，從而壓緊在下側閥板120上。在這種情況下，可以認為通過上側閥板118及下側閥板 120的易斷裂部118a及120a的斷裂而形成的閥孔被底板115堵塞，從而不能迅速放出電池 殼體102內部的氣體。
專利文獻1 日本特開平6-187957號公報 發明內容
本發明是鑑於上述的問題而完成的，其目的在於防止安全閥被其它構件閉塞而喪 失功能，該安全閥在電池殼體的內壓異常上升時打開，且設在電池殼體的封口部上。
本發明提供一種圓筒形電池，其包括發電單元、收納所述發電單元的有底圓筒形 的電池殼體、以及將所述電池殼體的開口部進行封口的組裝封口體，其中，
所述組裝封口體包括具有外部排氣孔的端子板、具有內部排氣孔的底板、以及配 置在它們之間的至少1個閥板，
所述端子板和所述底板經由所述閥板而導通，
所述閥板具有當電池電壓上升時斷裂而形成閥孔的易斷裂部，
所述組裝封口體還包括閉塞防止機構，以便在所述底板被壓緊在所述閥板上時， 防止所述閥孔的閉塞。
本發明的閉塞防止機構在因電池內壓異常上升、發電單元從下往上推等而使組裝 封口體的底板朝閥板提升的情況下，防止因電池內壓的上升而使形成於閥板上的閥孔被底 板閉塞。由此，在電池內壓異常上升時，可更可靠地使殼體內部的氣體逃逸，從而能夠更加 提高圓筒形電池的安全性。


圖1是表示本發明的實施方式1的圓筒形電池的概略構成的剖視圖。
圖2是實施方式1的圓筒形電池的組裝封口體的仰視圖。
圖3是實施方式1的圓筒形電池的變形例的剖視圖。
圖4是實施方式1的圓筒形電池的另一變形例的剖視圖。
圖5是表示本發明的實施方式2的圓筒形電池的概略構成的剖視圖。
圖6是表示以往例的圓筒形電池的概略構成的剖視圖。
符號說明
1電池殼體5組裝封口體
10、10A、10B、10C 電池11端子板
13上側閥板13a易斷裂部
13b閥孔形成部15下側閥板
15a易斷裂部15b閥孔形成部
15c外側部16、16A、16B、16C 底板
17、17A、17B、17C 底部20電極組
21、31、32、33、34、35內部排氣孔22外部排氣孔
23突出部具體實施方式
(實施方式1)
以下參照附圖，對本發明的實施方式進行詳細的說明。
圖1中通過剖視圖示出了本發明的一實施方式的圓筒形電池的概略構成。圖示例 的電池10為圓筒形的鋰離子二次電池，具有將正極2、負極3和夾在它們之間的隔膜4卷繞 成螺旋狀而構成的電極組20。電極組20與未圖示的非水電解質一同被收納在有底圓筒形 的金屬制電池殼體1中。電池殼體1的開口部用組裝封口體5進行封口，由此將電極組20 及非水電解質密封在電池殼體1的內部。在電池殼體1的內部，於電極組20的上側及下側分別配設有上側絕緣板8A及下側絕緣板8B。
組裝封口體5的構成包括由導體構成的帽狀的端子板11、環狀的PTC(p0SitiVe temperature coefficient 正溫度係數)熱敏電阻板12、圓板狀的上側閥板13及下側閥 板15，由絕緣體構成的環狀的組裝體用墊圈14，以及底板16。底板16包含配置在組裝封口 體5的最下部的底部17、圓筒部16a、連結底部17和圓筒部16a的連結部16b。
底部17呈圓形，連結部16b從其周邊部立起。平坦部在連結部16b的立起部的上 端連續，圓筒部16a進而從該平坦部的周邊部立起。下側閥板15被載置在連結部16b的平 坦部上。
組裝體用墊圈14被配設在上側閥板13的周邊部與下側閥板15的周邊部之間，以 防止上側閥板13的周邊部與下側閥板15的周邊部接觸。另外，組裝體用墊圈14介於底板 16的圓筒部16a與端子板11的周緣部之間，以便使兩者不會直接接觸。
在組裝封口體5的周緣部，更具體地說在底板16的圓筒部16a與電池殼體1的開 口部之間，配設有由絕緣體構成的墊圈9。墊圈9將組裝封口體5與電池殼體1之間進行密 封，同時將它們之間絕緣。
端子板11和PTC熱敏電阻板12在它們的周邊部接觸。PTC熱敏電阻板12和上側 閥板13在它們的周邊部接觸。上側閥板13和下側閥板15在它們的中央部接觸。上側閥 板13的中央部和下側閥板15的中央部相互焊接在一起。下側閥板15和底板16在下側閥 板15的周邊部、和底板16的連結部16b及圓筒部16a相接觸。通過以上的構成，端子板11 和底板16經由PTC熱敏電阻板12以及上側閥板13及下側閥板15的中央的接觸部而相互 導通。
底部17經由正極2和正極引線6而導通。其結果是，端子板11與正極2導通，作 為電池10的正極側的外部端子發揮作用。另一方面，電池殼體1經由負極3和負極引線7 而導通，作為電池10的負極側的外部端子發揮作用。
如果因某種原因在電池10中流通過大的電流，則PTC熱敏電阻板12的溫度上升， 從而PTC熱敏電阻板12的電阻增大。由此，電流被抑制或隔斷，從而可以防止在電池10中 流通過大的電流。另外，如後面所說明的那樣，如果電池內壓異常上升，則在上側閥板13及 下側閥板15的中央部形成閥孔，從而消除了上側閥板13與下側閥板15的接觸部。由此， 端子板11與底板16的導通狀態得以解除。
組裝體用墊圈14的外緣部比底板16的圓筒部16a的上端部更朝上突出。在此狀 態下，通過使圓筒部16a的上端部向內側彎曲而進行斂縫，將端子板11、PTC熱敏電阻板12、 上側閥板13、組裝體用墊圈14及下側閥板15固定在底板16上。此時，端子板11、PTC熱 敏電阻板12及上側閥板13的周緣部通過組裝體用墊圈14而被隔離成不與圓筒部16a相 接觸。
組裝封口體5的端子板11具有外部排氣孔22。組裝封口體5的底板16還具有內 部排氣孔21。
上側閥板13呈圓形狀，與該形狀同心的環狀的槽即易斷裂部13a形成於上側閥板 13的中央部。被易斷裂部13a圍住的部分成為因易斷裂部13a的斷裂而使閥孔開口的部分 (閥孔形成部)1北。
下側閥板15也呈圓形狀，在中央部具有與該形狀同心的環狀的槽即易斷裂部515a。被易斷裂部15a圍住的部分成為因易斷裂部15a的斷裂而使閥孔開口的部分(閥孔 形成部)1恥。
下側閥板15的易斷裂部15a的直徑比上側閥板13的易斷裂部13a的直徑稍微減 小。其結果是，下側閥板15的閥孔形成部1 全體與上側閥板13的閥孔形成部1 重疊。 由此，在因電池內壓異常上升，上側閥板13的易斷裂部13a及下側閥板15的易斷裂部1 斷裂時，能夠防止下側閥板15的閥孔形成部1 堵塞形成於上側閥板13上的閥孔。
再者，基於同樣的理由，PTC熱敏電阻板12的中央的孔的直徑比上側閥板13的閥 孔形成部13b的直徑稍微增大，上側閥板13的閥孔形成部1 整體與PTC熱敏電阻板12 的中央的孔重疊。另外，組裝體用墊圈14的中央的孔的直徑比PTC熱敏電阻板12的中央 的孔的直徑稍微增大，PTC熱敏電阻板12的中央的孔整體與組裝體用墊圈14的中央的孔 重疊。
接著，參照圖2對底板16進行更詳細的說明。圖2是組裝封口體的仰視圖。
如該圖所示，在組裝封口體5的底板16上形成有規定數量(在圖示例中為3個) 的內部排氣孔21。這些內部排氣孔21從電池殼體1的軸向上看時，以它們各自的一部分與 下側閥板15的閥孔形成部1 重疊，剩餘部分與下側閥板15的外側部15c重疊的方式形 成。內部排氣孔21分別為沿著下側閥板15的易斷裂部1 彎曲的長孔。
接著，對在電池內壓異常上升時用於使電池殼體1內部的氣體更切實地逃逸的電 池1的安全機構的動作進行說明。
如果因某種原因而使電池內壓異常上升，則上側閥板13的易斷裂部13a及下側閥 板15的易斷裂部15a斷裂，從而使上側閥板13及下側閥板15中未圖示的閥孔開口。由 此，電池殼體1內部的氣體從底板16的內部排氣孔21，通過上側閥板13及下側閥板15的 上述閥孔，從端子板11的外部排氣孔22向電池殼體1外部放出。這樣一來，可防止電池內 壓異常上升所造成的事故。
然而，如果電池內壓的上升過於急劇，則電極組20從下往上推，由此，底部17往往 壓緊在下側閥板15上。在以往的電池的情況下，可以認為當底部17被壓緊在下側閥板15 上時，則在該底部17的作用下，將開口在上側閥板13及下側閥板15上的閥孔堵塞，從而不 能使電池殼體1內部的氣體迅速向外部逃逸。
另一方面，在本發明的情況下，在底板16上，內部排氣孔21被設置為從電池殼體1 的軸向上看，至少一部分與上側閥板13的閥孔形成部1 及下側閥板15的閥孔形成部1 重疊。由此，能夠防止上側閥板13及下側閥板15的閥孔被底部17完全堵塞。由此，能夠 確保電池殼體1的氣體排出通道。因此，能夠提高電池的安全性。
這裡，與內部排氣孔21重疊的下側閥板15的易斷裂部15a的長度的合計優選設 定為易斷裂部15a整體長度的50 80 %。
通過將上述比例設定為50%以上，在將底板16的底部17壓緊在下側閥板15上 時，即使在底部17的面方向上偏移的情況下，也能夠避免完全堵塞閥孔。另一方面，通過將 上述比例設定為80%以下，能夠避免底部17的強度下降。
圖3表示實施方式1的電池1的變形例。
在圖1的電池10中，設在底板16上的規定數量的內部排氣孔21從電池殼體1的 軸向上看時，各自的一部分與下側閥板15的閥孔形成部1 重疊。與此相對照，在圖3的電池IOA中，設在底板16A上的規定數量的內部排氣孔31及32中的一部分內部排氣孔31， 其整體與下側閥板15的閥孔形成部1 重疊。另一方面，其它內部排氣孔32與閥孔形成 部1 完全不重疊。由此，在將底板16A的底部17A壓緊在下側閥板15上時，能夠防止閥 孔被底部17A堵塞。
圖4表示實施方式1的電池1的另一變形例。
在圖4的電池IOB中，設置在底板16B上的規定數量的內部排氣孔33及34中的 一部分內部排氣孔33從電池殼體1的軸向上看時，只有一部分與下側閥板15的閥孔形成 部1 重疊。另一方面，其它的內部排氣孔34完全不與閥孔形成部1 重疊。由此，在將 底板16B的底部17B壓緊在下側閥板15上時，能夠防止閥孔被底部17B堵塞。
另外，在圖4的電池IOB中，與內部排氣孔33重疊的易斷裂部15a的長度低於 50%。
如從以上的變形例中所理解的那樣，在實施方式1的電池中，只要設在組裝封口 體的底板上的內部排氣孔中的至少1個內部排氣孔的至少一部分與下側閥板的閥孔形成 部重疊即可。另外，排氣孔的配置、或在底板中所佔的比例(與易斷裂部重疊的長度)也基 本上沒有限定。但是，通過按圖2所示的配置及比例設置內部排氣孔，能夠最切實地提高電 池的安全性。
再者，形成於底板上的內部排氣孔可以是1個，也可以是2個以上。
接著，對實施方式1的本發明的實施例進行說明。此外，本發明並不限定於以下的 實施例。

採用以下的方法製作了由鋰離子二次電池構成的試驗體。
(正極的製作)
作為正極活性物質，使用平均粒徑為10 μ m的鈷酸鋰(LiCoO2)。在100重量份的 正極活性物質中混合8重量份的作為粘結劑的聚偏氟乙烯(PVDF)、3重量份的作為導電材 料的乙炔黑和適量的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)，從而調配出正極合劑漿料。
將該正極合劑漿料塗布在除了正極引線6的連接部分以外的由鋁箔構成的正極 集電體的兩面上，然後進行乾燥而形成正極合劑層。這樣一來，便製作出正極的前體，然後 對其進行壓延，便得到正極。此時，對正極的前體進行壓延，使得集電體每單面的正極合劑 層的厚度達到70 μ m。
另外，作為正極集電體使用的鋁箔的長度為600mm、寬度為54mm、厚度為20 μ m。另 外，正極引線6的連接部分如後述那樣形成在正極的開始卷繞的部分上。
(負極的製作)
作為負極活性物質，使用平均粒徑為20 μ m的人造石墨。在100重量份的負極活 性物質中混合1重量份的作為粘結劑的丁苯橡膠、1重量份的作為增粘劑的羧甲基纖維素 和適量的水，從而調配出負極合劑漿料。
將該負極合劑漿料塗布在除了負極引線7的連接部分以外的由銅箔構成的負極 集電體的兩面上，然後進行乾燥而形成負極合劑層。這樣一來，便製作出負極的前體，然後 對其進行壓延，便得到負極。此時，對負極的前體進行壓延，使得集電體每單面的負極合劑 層的厚度達到65 μ m。
另外，作為負極集電體使用的銅箔的長度為630mm、寬度為56mm、厚度為10 μ m。另 外，負極引線7的連接部分形成在負極的卷繞終端的部分上。
(組裝封口體的製作)
製作了圖1所示的組裝封口體5。上側閥板13及下側閥板15為鋁製。端子板11 為鐵製。底板16為鋁製。組裝體用墊圈14為聚丙烯制。底板16的內部排氣孔21被形成 為從電池殼體1的軸向上看時的形狀(以下稱為投射形狀)的內側部分與下側閥板15的 閥孔形成部1 重疊，外側部分與下側閥板15的易斷裂部15a的外側部分重疊。
(電池的組裝)
使隔膜4介於按上述製作的正極及負極之間而將其層疊，從而得到層疊體。隔膜 4使用厚度為20 μ m的聚乙烯制多孔膜。在得到的層疊體的正極的開始卷繞的部分連接正 極引線6，在負極的卷繞終端的部分上連接負極引線7。正極引線6及負極引線7採用超聲 波焊接法分別連接在上述連接部分上。在此狀態下，將上述層疊體卷繞成螺旋狀，從而得到 電極組20。
將這樣得到的電極組20收納在鐵製電池殼體1內。此時，利用雷射焊接法將正極 引線6焊接在周緣部安裝有聚丙烯制墊圈9的組裝封口體5的底板16上，利用電阻焊接法 將負極引線7焊接在電池殼體1的底部上。作為電池殼體1，使用直徑(外徑)為18mm、高 度為65mm、罐壁厚度為0. 15mm的殼體。該電池殼體1的厚度接近於通常市售的圓筒形鋰離 子二次電池的電池殼體的厚度。另外，在電極組20的上側及下側，分別配設聚丙烯制上側 絕緣板8A及下側絕緣板8B。另外，在該電池殼體1的側壁的靠近底部的位置上開槽，以形 成裂紋預定部。
然後，向電池殼體1內注入非水電解質。作為非水電解質，通過在按1比1的體 積比混合有碳酸亞乙酯和碳酸甲乙酯的混合溶劑中，以1. Omol/L的濃度溶解六氟磷酸鋰 (LiPF6)來調配。
然後，在電池殼體1的離開口端部5mm的位置上，沿著電池殼體1的圓周方向，形 成朝內側突出的突出部la(參照圖1)。由此將電極組20保持在電池殼體1的內部。
接著，以載置在突出部Ia上的方式，將組裝封口體5配置在電池殼體1的開口部。 然後，使電池殼體1的開口部向內側彎曲而進行斂縫，從而將電池殼體1封口。
如上所述，製作出10個直徑為18mm、高度為65mm的由圓筒形的鋰離子二次電池構 成的試驗體。該鋰離子二次電池的設計容量為^OOmAh。

除了使用罐壁厚度為0. 12mm的電池殼體1以夕卜，與實施例1同樣地製作出10個 由鋰離子二次電池構成的試驗體。

除了使用罐壁厚度為0. IOmm的電池殼體1以夕卜，與實施例1同樣地製作出10個 由鋰離子二次電池構成的試驗體。

除了在組裝封口體的底板上設置投射形狀與下側閥板15的閥孔形成部1 完全 不重疊的排氣孔(參照圖6)以外，與實施例3同樣地製作出10個由鋰離子二次電池構成 的試驗體。8
對實施例1 3以及比較例1的各10個試驗體實施了以下的試驗。首先，在25°C 的環境下，以1500mA的恆電流充電到電池電壓達到4. 25V。將充電後的試驗體放在熱板上， 以從25°C到200°C每秒鐘溫度上升1°C的方式進行加熱。然後，對電池殼體1上發生小裂紋 的試驗體的個數進行計數。
以上的結果如表1所示。
表 權利要求
1.一種圓筒形電池，其包括發電單元、收納所述發電單元的有底圓筒形的電池殼體、以 及將所述電池殼體的開口部進行封口的組裝封口體，其中，所述組裝封口體包括具有外部排氣孔的端子板、具有內部排氣孔的底板、以及配置在 它們之間的至少1個閥板，所述端子板和所述底板經由所述閥板而導通，所述閥板具有當電池電壓上升時斷裂而形成閥孔的易斷裂部，所述組裝封口體還包括閉塞防止機構，以便在所述底板被壓緊在所述閥板上時，防止 所述閥孔的閉塞。
2.根據權利要求1所述的圓筒形電池，其中，所述閉塞防止機構由所述內部排氣孔和 所述閥板構成，從所述電池殼體的軸向上看時，所述內部排氣孔的至少一部分與所述閥板 的所述閥孔開口的部分重疊。
3.根據權利要求2所述的圓筒形電池，其中，所述底板具有多個所述內部排氣孔，從所 述電池殼體的軸向上看時，各個所述內部排氣孔只有一部分與所述閥板的所述閥孔開口的 部分重疊。
4.根據權利要求2所述的圓筒形電池，其中，所述底板由第1圓板狀構件構成，所述閥板由與所述底板同心地配置的第2圓板狀構件構成，所述閥板的所述閥孔開口的部分位於所述閥板的中央部，且由與所述閥板同心的圓形 狀部分構成，所述易斷裂部為環狀，其總長的50 80%與所述內部排氣孔重疊。
5.根據權利要求2所述的圓筒形電池，其中，所述底板具有多個所述內部排氣孔，從所述電池殼體的軸向上看時，至少1個所述內部排氣孔整體與所述閥板的所述閥孔 開口的部分重疊，其它所述排氣孔與所述閥板的所述閥孔開口的部分完全不重疊。
6.根據權利要求2所述的圓筒形電池，其中，所述底板具有多個所述內部排氣孔，從所述電池殼體的軸向上看時，至少1個所述內部排氣孔的僅一部分與所述閥板的所 述閥孔開口的部分重疊，其它所述內部排氣孔與所述閥板的所述閥孔開口的部分完全不重疊。
7.根據權利要求1所述的圓筒形電池，其中，所述閉塞防止機構包括以朝所述閥板突 出的方式設在所述底板上的突出部，從所述電池殼體的軸向上看時，所述突出部的位置與 所述閥板的所述閥孔開口的部分以外的部分重疊。
8.根據權利要求1所述的圓筒形電池，其中，所述發電單元由能夠嵌入和脫嵌鋰離子 的正極、能夠嵌入及脫嵌鋰離子的負極、介於所述正極與負極之間的隔膜、以及具有鋰離子 傳導性的非水電解質構成。
9.根據權利要求1所述的圓筒形電池，其中，所述正極包括正極活性物質和由金屬箔 構成的集電體，所述正極活性物質包含含鋰過渡金屬氧化物。
10.根據權利要求1所述的圓筒形電池，其中，所述負極包括負極活性物質和由金屬箔 構成的集電體，所述負極活性物質包含碳質材料。
全文摘要
用組裝封口體(5)將有底圓筒形的電池殼體(1)的開口部封口。組裝封口體(5)具有上側閥板(13)、下側閥板(15)及底板(16)。在底板(16)上形成有內部排氣孔(21)。從電池殼體(1)的軸向上看時，內部排氣孔(21)的至少一部分與下側閥板(15)的閥孔形成部(15b)重疊。根據該構成，例如即使因電池內壓上升而使電極組(20)從下往上推，從而提升底板(16)，也不會堵塞閥孔。
文檔編號H01M2/04GK102047468SQ20108000165
公開日2011年5月4日 申請日期2010年2月22日 優先權日2009年4月10日
發明者橫山智彥 申請人:松下電器產業株式會社