密封型電池的製作方法
2023-07-23 14:33:36
專利名稱：密封型電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種密封型電池，特別是涉及一種封口蓋。
背景技術：
近年來，在手機或筆記本電腦、尤其是電動工具等的電源所使用的密封型二次電池中，為了應對更高能量密度化的要求，而例如採取有通過降低電池外裝罐的厚度來確保內部空間更加寬敞、可插入較大的電極體等的方案。
對於二次電池的封口蓋，為了應對高能量密度化的要求，也希望其薄型化。對目前的二次電池用封口蓋進行簡要說明，由圖4所示的目前的封口蓋的主要部分分解圖可知，封口蓋80具有將這樣的帽體81和封口板82粘合的結構，即所述帽體81在中央部設有凹部，所述封口板在一側的主面中央部設有凹部，而使封口板從另一側的主面中央部突出，具體來說，在相對主面的一部分彼此間具有空隙而進行粘合，該空隙中收納有由彈簧和閥板構成的氣體排出機構。換言之，形成如下的狀態使筒狀框體的兩端部從其主面突出而構成凸緣部，在框體內側收納有氣體排出機構(專利文獻1)。
設想為封口蓋80將收納有卷繞電極體的有底筒狀外裝罐的開口部封裝的狀態時，在帽體81上與上述框體對應的區域，將外裝罐外側與上述框體內側連通而設置開口部85，在封口板82將外裝罐內與上述框體內側連通而設有開口部86，被收納在上述框體內的氣體排出機構由其軸位於電極體的卷繞軸方向的彈簧83、和主面配置在與該卷繞軸垂直的方向上的圓盤狀的閥板84構成，該彈簧83的一端與在外裝罐外側配置的帽體81的框體內側主面抵接，其另一端按壓閥板84的主面而對閥板84施力，在該狀態下，將電極體側的封口板82上設置的開口部86密封。
由彈簧83、閥板84以及兩個開口部85、86構成的氣體排出機構，在電池內壓超過規定壓力的情況下，靠壓閥板84而使該彈簧83收縮，成為開放狀態；在電池的內壓小於規定壓力時，閥板84被彈簧83靠壓而將口部86堵住，成為密封狀態。
該氣體排出機構確實成為開放狀態時，為了確保彈簧83的伸縮行程為規定以上，需要適當地保持該框體的帽體81的內側主面與閥板84的框體內側主面之間垂直於凸緣部主面的方向上的間隙距離t1。
由於封口蓋80也要求力學上的強度，故封口板82的厚度t2、t3、t4、t5均勻地具有一定的厚度。
通常，在封口蓋的中央部設置將電力向電池外部輸出的機構，故厚度被最大程度地設定，因此，由圖4可知，該框體中配置於外裝罐內側的預定一端以t6的高度從凸緣部的一主面突出，通常，封口蓋80中央部的厚度t7為封口蓋80的厚度。
專利文獻1(日本)特開2001-283809號公報為了將封口蓋薄型化而考慮降低封口蓋80的厚度t7，作為其中一個方法，考慮將上述間隙距離t1縮短。但是，若試著將該間隙距離t1在該彈簧83的軸向上縮小，則隨著該距離t1的縮短，該彈簧83的伸縮行程也變短，電池內壓上升時，閥難以打開，其結果，封口蓋80變形的傾向變大，具有封口蓋80從外裝罐的開口部脫離而有損電池密封狀態的可能性提高的問題。
因此，試著通過將構成封口蓋80的封口板82的厚度減薄來降低封口蓋80的厚度，但隨著封口板82厚度的減薄，電池的內壓上升而產生的壓力施加到封口蓋80上時，封口蓋80容易變形的傾向變大，同樣地，具有電池密封狀態受損的可能性提高的問題。
發明內容
本發明是鑑於上述問題而提出的，其目的在於提供一種密封型電池，在電池內壓上升時，可不導致氣體排出機構的動作不良及電池密封狀態的惡化，而增大電極體的體積並增加其容量。
為了實現上述目的，本發明的密封型電池，在封口板的一側的主面中央部以該該封口板從另一側的主面中央部突出的方式設有凹部，在將氣體排除機構配置在所述封口板的所述凹部中的狀態下，封口蓋通過帽體從所述排出機構之上密封所述凹部，所述封口蓋將有底筒型外裝罐的開口部封裝而構成所述密封型電池，其特徵在於，所述封口板中央部的板厚比周邊部的板厚薄。
在本發明的密封型電池中，由於在上述封口板使中央部的板厚比周邊部小，故而在封口板，可以在將上述周邊部維持在與已有技術相同的板厚的同時使上述中央部的板厚比上述周邊部小。因此，可以在將用於收納氣體排出機構的容積維持在與已有技術中相同大小的同時將封口蓋的厚度減薄。
在本發明的密封型電池中，如上所述，由於可以將收納上述氣體排出機構的框體的容積確保在與已有技術相同的大小，故在封口蓋的氣體排出機構構成中採用彈簧時，與已有技術的封口蓋相比，不會損害彈簧的伸縮行程。
因此，本發明的密封型電池，在電池內壓上升時不會導致氣體排出機構的動作不良及電池密封狀態的惡化而使電極體的體積增大並增加其容量。
圖1是實施方式1的鎳鎘二次電池(蓄電池)主要部分的分解圖。
圖2是實施方式1的鎳鎘蓄電池的封口蓋40主要部分的分解圖。
圖3(a)是比較例2的鎳鎘蓄電池的封口蓋60主要部分的分解圖，圖3(b)是比較例3的鎳鎘蓄電池的封口蓋70主要部分的分解圖。
圖4是現有的鎳鎘蓄電池的封口蓋主要部分的分解圖。
附圖標記說明1鎳鎘二次電池(蓄電池)10電極體11正極板12負極板13隔離板15襯墊20外裝罐21開口部31、32集電體33組合件(タブ)40、60、70封口蓋41、61、71帽體
42、62、72封口板43、63、73彈簧44、64、74閥板45、65、75第一開口部46、66、76第二開口部50墊圈(ガスケツト)具體實施方式
(實施方式1)以下，使用
本發明的實施方式1。
圖1是本實施方式的鎳鎘二次電池(蓄電池)主要部分的分解圖。
如圖1所示，在本實施方式的鎳鎘蓄電池1中，在金屬制的有底圓筒型外裝罐20中裝填卷繞電極體10，並由大致圓盤狀的封口蓋40將外裝罐20的開口部21封住。
在電極體10的兩端配置有板狀集電體31、32，在配置於電極體10一端的集電體31上設有管狀的組合件33，在組合件33被封口蓋40和集電體31夾壓擠毀的狀態下例如通過電阻焊接而將集電體31與封口蓋40連接。該連接方式不限於電阻焊接(抵抗溶接)，也可以為雷射照射或電子束照射。在電極體31的外周端配置有固定集電體31並且將外裝罐20與集電體31電絕緣的環狀襯墊15。配置在電極體10另一端的集電體32，其主面與外裝罐20接觸。
電極體10使例如以鎳氧化物為主要成分的帶狀正極板11與以鎘化合物為主要成分的負極板12隔著隔離板13而相對配置，並且將這些部件進行卷繞。
在電極體10與集電體31相接的卷繞端，正極板11的邊緣比負極板12的邊緣更加突出，因此，正極板11與集電體31接觸。在電極體10與集電體32相接的卷繞端，負極板12的邊緣比正極板11的邊緣更加突出，因此，負極板12與集電體32接觸。
通過對外裝罐20的開口部21進行鉚接加工，封口蓋40隔著絕緣墊圈50而連接固定到外裝罐20上。
圖2是本實施方式中鎳鎘蓄電池1的封口蓋40主要部分的分解圖。
如圖2所示，在本實施方式中，封口蓋40將兩張板粘合而構成。具體地說，在封口蓋40將外裝罐20的開口部21封住時，上述兩張板中的一張、即封口板42配置在外裝罐20的內側，另一張板、即帽體41配置在外裝罐20的外側。
並且，封口板42及帽體41通過衝壓加工等在各自主面上設置凹凸，形成菸灰缸那樣的形狀。即，在帽體41的兩主面上呈臺階狀地設置有可大致區分為兩階的凹凸，而在封口板42的兩主面上呈臺階狀地設置有可以大致區分為三階的凹凸。
在封口蓋40上，封口板42和帽體41使凹部側主面相對而粘合，由此在相對的主面之間、在設有凹部的部分彼此之間產生空隙，構成在此收納氣體排出機構的框體。
封口蓋40可以大致分為收納部和包圍收納部的凸緣部，該收納部由框體和收納在該框體中的氣體排出機構構成。該框體(收納部)外觀上為筒狀，更具體地說，該框體是由頂板部、底板部及側壁部構成的圓筒形，通過在封口板42以及帽體41各自中央部設置的凹部而構成。
在該側壁部中由帽體41的凹部構成的部分，開設將外裝罐20外側與該框體內側連通的孔而設置第一開口部45。
在該框體的底板部，更具體地說，在該框體中由封口板42的凹部構成的部分，開設將該框體內側與外裝罐20內側連通的孔而設置第二開口部46。
另外，在本實施方式中，氣體排出機構由盤簧43和閥板44構成。
在氣體排出機構中，盤簧43的一端與頂板部的內側主面抵接，另一端按壓閥板44的框體內側主面，被該按壓力靠壓的閥板44將第二開口部46封住，由此，氣體排出機構成為密封狀態。
當外裝罐20的內壓超過規定壓力時，按壓閥板44而經由第一開口部45的孔和第二開口部46的孔將外裝罐20外側與外裝罐20內側連通，氣體排出機構成為開放狀態。
如圖2所示，在本實施方式中，封口板42中央部的凹部的底即上述框體底板部的厚度與已有技術相比變薄，封口蓋40的凸緣部厚度與已有技術相同、保持不變。
另外，在本實施方式中，該框體頂板部的外裝罐20內側主面與閥板44的外裝罐20外側主面的距離t1維持在與已有技術相同的距離。
在該底板部的兩主面上設有凹凸，使兩主面呈臺階狀地可大致區分為兩階。
具體而言，在設想為封口蓋40將外裝罐20的開口部21封住了的狀態時，在該底板部的主面的中央部向外裝罐20外側突出而設有凸部。通過採用該結構，在該底板部，由於成為在該凸部上載置有閥板44的狀態，通過電阻焊接等將組合件33與封口蓋44的該底板部連接時，能夠抑制閥板44由於焊接熱量而固定在該底板部上的情況。
(實施方式1中密封型電池的效果)在本實施方式中，與已有技術的封口蓋相比，在封口蓋40中成為最厚部分的收納部的框體中，將在構成該框體的封口板42中央部設置的凹部的板厚減小，因此可減小該收納部的軸向長度，即可減小該收納部的厚度。
因此，在將本實施方式的封口蓋40配置在外裝罐20的開口部上時，能夠在將外裝罐20長度方向(軸向)的長度維持在與已有技術相同的長度的同時，將長度方向(軸向)的長度比已有技術長的電極體裝填到外裝罐20的內側。
在本實施方式中，由於將封口蓋40收納部的框體中頂板部的外裝罐20內側主面與閥板44的外裝罐20外側主面的距離t1維持在與已有技術相同的距離，故確保彈簧43的伸縮行程與已有技術相同，並且在電池1的內壓上升時，閥板44與已有技術相同地動作，能夠與已有技術同樣地發揮抑制電池內壓上升的功能。
在本實施方式中，與已有技術的封口蓋相比，封口蓋40收納部的軸向長度、即封口蓋40的厚度減小，並且在封口蓋40的凸緣部，在該凸緣部與外裝罐20的連接部分維持在與已有技術相同的厚度，因此，在電池1的內壓上升時，能夠抑制由於封口蓋40變形而破壞電池1的密封狀態的問題。
因此，在本實施方式中，與已有技術相比，在電池的內壓上升時，不會導致氣體排出機構的動作不良或電池密封狀態的惡化，可以增大電極體的體積並增加其容量。
在本實施方式中，在封口蓋40中，封口板42由一張板材構成，因此與封口蓋由多個部件構成的情況相比，能夠提高封口蓋40相對於電池內壓上升而在力學上的強度。
在本實施方式中，由於在封口板42中央部設置的凹部的底部設有上述第二開口部，即使在假設上述框體中上述底板部不能承受電池內壓的上升而變形的情況下，也能夠成為將上述第二開口部的密封狀態解除的趨勢，可將上述氣體排出機構形成為開放狀態，即使電池的內壓上升，也能夠使封口蓋40不從電池脫離。
(其他)在實施方式1中，採用由盤簧對閥板施力而將孔堵住的結構。但施力機構也可以是板簧，成為在端部設置閥板部並與閥板一體化的彈簧。
在實施方式1中，封口蓋40的外形為圓盤狀，但不限定於此，也可以是方盤狀，另外，外裝罐20也不限於圓筒形，可以是方筒形。
在實施方式1中，以鎳鎘蓄電池為例進行了說明，但本發明不限於此，也可以是鎳氫蓄電池或鋰離子蓄電池等二次電池(蓄電池)。
在實施方式1中，以金屬制的外裝罐為前提進行了說明，但也可以是樹脂制等其他材料構成的外裝體。
(評價試驗)為了驗證本發明的密封型電池的效果，進行評價試驗。
評價試驗所使用的試樣，由於是SC尺寸的鎳鎘蓄電池(以下記為「鎳鎘電池」)(直徑22.0mm、全長42.5mm)，故準備實施例1、比較例1、2、3各不相同的試樣。將各自的容量設定為2400(mAh)。以下對各試樣的變更進行詳細說明。
另外，各試樣的變更是對封口蓋進行的變更，由於外裝罐、電極體以及外裝罐開口部的密封機構採用公知的結構，故在此省略對上述部件的詳細說明。
在封口蓋的各變更中，各種直徑的大小統一，具體而言，在封口板的外裝罐內側的主面，將最外階的主面外徑(直徑)設定為20.4(mm)，將其內側配置的一階的主面外徑(直徑)設定為16(mm)，將中心配置的一階的主面外徑(直徑)設定為10(mm)，並且將中心設置的開口部直徑設定為4.5(mm)。
(實施例1)實施例1的鎳鎘電池採用實施方式1所示的鎳鎘電池的結構，在封口蓋40，將凸緣部中與外裝罐20連接的部分即封口蓋42周邊部的板厚t2設定為0.7(mm)，將封口蓋40收納部框體的底板部厚度、即封口板42中央部的凹部的板厚t4、t5設定為0.4(mm)，將帽體41中央部的凹部內側主面與閥板44的框體內側主面的相對距離、即收納在該框體中的狀態下的彈簧43的長度t1設定為1.3(mm)，將封口蓋40收納部的圓筒軸向的長度t7設定為2.9(mm)。
(比較例1)比較例1的鎳鎘電池採用現有的鎳鎘電池的結構，在封口蓋，將凸緣部中與外裝罐連接的部分的厚度、即封口板周邊部的板厚t2設定為0.7(mm)，將封口蓋收納部框體的底板部厚度、即封口板中央部的凹部的板厚t4、t5設定為0.7(mm)，將帽體81中央部的凹部內側主面與閥板84的框體內側主面的相對距離、即收納在框體中的狀態下的彈簧83的長度t1設定為1.3(mm)，將封口蓋收納部的圓筒軸向的長度t7設定為3.2(mm)。
(比較例2)比較例2的鎳鎘電池與現有的鎳鎘ACD電池相比，封口蓋收納部的圓筒軸向長度小，具體而言，如圖3(a)所示，在封口蓋60，將凸緣部中與外裝罐連接的部分的厚度、即封口板周邊部的板厚t2設定為0.7(mm)，將封口蓋收納部的框體的底板部厚度、即封口板中央部的凹部的板厚t4、t5設定為0.7(mm)，將帽體中央部的凹部內側主面與閥板的框體內側主面的相對距離、即收納在該框體中的狀態下的彈簧的長度t1設定為1.0(mm)，將封口蓋收納部的圓筒軸向的長度t7設定為2.9(mm)。
(比較例3)比較例3的鎳鎘電池與現有的鎳鎘電池相比，構成封口蓋的板材厚度即在電極體側配置的封口板的板厚減小，具體而言，如圖3(b)所示，在封口蓋70，將凸緣部中與外裝罐連接的部分的厚度、即封口板72周邊部的板厚t2設定為0.4(mm)，將封口蓋70收納部的框體的底板部厚度、即封口板72中央部的凹部的板厚t4、t5設定為0.4(mm)，將帽體中央部的凹部內側主面與閥板的框體內側主面的相對距離t1設定為1.3(mm)，將封口蓋70收納部的圓筒軸向的長度t7設定為2.9(mm)。
(試驗內容及結果)分別準備二十組上述各變更的試樣，預先使其所有為未充電狀態，相對於未充電狀態的各試樣以40(A)的電流強制放電30分鐘，然後確認各試樣的狀態。其結果表示在表1中。
表1
如表1所示，在實施例1和比較例1中，維持封口蓋40、80將外裝罐的開口部封住的狀態，保持電池的密封狀態。對此，在比較例2、3中，封口蓋60、70成為在外裝罐的開口部脫離的狀態，不能保持電池的密封狀態。
(基於試驗結果的考察)若基於以上結果進行考察，則在比較例2中，構成封口蓋60中設置的氣體排出機構的彈簧63在被收納於封口蓋60收納部的框體中的狀態下，其長度t1不能被充分確保，即不能夠充分確保彈簧63的伸縮行程，因此閥板64不能充分地抬起，不能夠將由於強制放電而在電池內強制地產生的氣體充分地排出，電池內壓上升，封口蓋60從外裝罐的開口部脫離。
在比較例3中，詳細觀察，著眼於封口蓋70自身的變形。由該狀態看來，在比較例3中，與現有結構相比，構成封口蓋70的兩張板材(帽體71、封口板72)中配置在外裝罐內側的板材(封口板72)的厚度一律地減小，因此，封口板72的強度降低、封口板72不能承受電池內壓的上升而變形，結果，封口蓋70從外裝罐的開口部脫離。
在實施例1、比較例1中，構成封口蓋40、80中設置的氣體排出機構的彈簧43、83在被收納於封口蓋40、80收納部的框體中的狀態下，其長度t1被充分地確保，即，充分確保彈簧43、83的伸縮行程，並且保證了構成封口蓋40、80的兩張板材(帽體41、81、封口板42、82)中配置在外裝罐內側的板材(封口板42、82)的強度，因此，能夠將由於強制放電而在電池內強制產生的氣體充分排出，並且抑制該板材(封口板42、82)的變形，結果，封口蓋40、80不從外裝罐的開口部脫離而保持電池的密封狀態。
特別是，在實施例1中，在構成封口蓋40的兩張板材(帽體41、封口板42)中配置在外裝罐內側的板材(封口板42)，僅僅收納氣體排出機構的框體的厚度t4、t5小於比較例1，因此，相對於電池的內壓上升，可以保持與已有技術的鎳鎘電池的封口蓋相同的強度，並且可減小封口蓋厚度方向的長度。
產業上的可利用性本發明在外裝罐規格已確定的密封型電池中，在使電池能量密度提高時是有效的，特別適用於對電池主體要求力學上的強度的用途，其產業上的可利用性非常廣泛。
權利要求
1.一種密封型電池，在封口板的一側的主面中央部以該該封口板從另一側的主面中央部突出的方式設有凹部，在將氣體排除機構配置在所述封口板的所述凹部中的狀態下，封口蓋通過帽體從所述排出機構之上密封所述凹部，所述封口蓋將有底筒型外裝罐的開口部封裝而構成所述密封型電池，其特徵在於，所述封口板中央部的板厚比周邊部的板厚薄。
全文摘要
本發明提供一種密封型電池，可不損害密封型電池的密封性並且不導致氣體排出機構的動作不良，而提高裝填到外裝罐中的電極體的體積。在將外裝罐的開口部封住的封口蓋中、氣體排出機構收納部的框體，使面向外裝罐內側的部分的壁厚比凸緣部中與外裝罐開口部連接的部分的壁厚薄。
文檔編號H01M2/12GK101047232SQ200710091899
公開日2007年10月3日 申請日期2007年3月28日 優先權日2006年3月31日
發明者井上博之, 細田正弘, 青戶隆章 申請人:三洋電機株式會社, 葵彈簧株式會社