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CN114930632A - 密闭电池 - Google Patents

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CN114930632A
CN114930632A CN202180008410.9A CN202180008410A CN114930632A CN 114930632 A CN114930632 A CN 114930632A CN 202180008410 A CN202180008410 A CN 202180008410A CN 114930632 A CN114930632 A CN 114930632A
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Abstract

本公开的目的在于，提供既是已被简化的低价的构造、又能在电池的异常产生时将电流路径更可靠地截断的密闭电池。作为实施方式的一例的密闭电池具备：连接了电极接头的电极体；收纳电极体的有底筒状的外装罐；和将外装罐的开口部堵塞的封口体。封口体包括爆破板。爆破板具有由曲线状的第一薄壁部和将第一薄壁部的两端连结的直线部围起来的第一阀部。第一阀部具有朝向电极体突出的凸部，电极接头与凸部的侧面接合，电极接头与突起部的接合面的至少一部分配置于与直线部交叉的平面。

Description

密闭电池
技术领域
本公开涉及密闭电池。
背景技术
以往，众所周知具备包括有底筒状的外装罐及将外装罐的开口部堵塞的封口体的电池壳体的密闭电池。例如，专利文献1公开了一种圆筒形的密闭电池，具备由具有向电池壳体的内侧凸的下凸形状的金属板构成的封口体。在专利文献1中记载了：在电池的异常产生时封口体翻转，封口体与集电部的焊接部断裂，由此电流被截断，能确保安全性。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-269904号公报
发明内容
-发明所要解决的课题-
近年来，在开发高能量密度的密闭电池的过程中更加重视异常产生时的安全性，谋求在异常产生时能可靠地截断电池的电流路径的电池设计。但是，其另一方面对更低价的电池的需求较大，构造的简化、部件件数的减少等所带来的低成本化成为必须的。
-用于解决课题的手段-
本公开的一方式的密闭电池具备：连接了电极接头的电极体；收纳所述电极体的有底筒状的外装罐；和将所述外装罐的开口部堵塞的封口体，所述封口体包括爆破板，所述爆破板具有由曲线状的第一薄壁部和将所述第一薄壁部的两端连结的直线部围起来的第一阀部，所述第一阀部具有朝向所述电极体突出的凸部，所述电极接头与所述凸部的侧面接合，所述电极接头与所述凸部的接合面的至少一部分配置于与所述直线部交叉的平面。
本公开的另一方式的密闭电池具备：连接了电极接头的电极体；收纳所述电极体的有底筒状的外装罐；和将所述外装罐的开口部堵塞的封口体，所述封口体包括爆破板和介于所述爆破板与所述电极接头之间的连结构件，所述爆破板具有由曲线状的第一薄壁部和将所述第一薄壁部的两端连结的直线部围起来的第一阀部，所述第一阀部具有朝向所述电极体突出的凸部，所述连结构件与所述凸部的侧面接合，所述电极接头与所述连结构件的侧面接合，所述凸部与所述连结构件的第一接合面、及所述电极接头与所述连结构件的第二接合面中的至少一方的至少一部分，配置于与所述直线部交叉的平面。
-发明效果-
根据本公开，能够提供一种既是已被简化的低价的构造、又能在电池的异常产生时更可靠地截断电流路径的密闭电池。
附图说明
图1是作为实施方式的一例的密闭电池的剖视图。
图2是从内表面侧观察作为实施方式的一例的封口体的立体图。
图3是作为实施方式的一例的封口体的仰视图。
图4是图3中的AA线剖视图。
图5是表示作为实施方式的一例的封口体的阀部打开的状态的图。
图6A是表示封口体的变形例的剖视图。
图6B是表示封口体的变形例的剖视图。
图7A是用于说明作为实施方式的一例的密闭电池的制造方法的图。
图7B是用于说明作为实施方式的一例的密闭电池的制造方法的图。
具体实施方式
以下，详细说明本公开的实施方式的一例。以下，作为本公开所涉及的密闭电池的实施方式的一例，例示卷绕型的电极体11被收纳在有底圆筒状的外装罐12的圆筒形电池10，电池也可以是具备有底方筒状的外装罐的方形电池。此外，电极体也可以是将多个正极与多个负极经由分隔件交替地层叠而成的层叠型。在本说明书中，为了方便说明，将包括外装罐12和封口体13的电池壳体的封口体13侧作为“上”、将外装罐12的底面侧作为“下”来进行说明。
图1是作为实施方式的一例的圆筒形电池10的剖视图。如图1所例示的那样，圆筒形电池10是圆筒形的密闭电池，其具备：连接有电极接头的电极体11；收纳电极体11的有底筒状的外装罐12；以及将外装罐12的开口部堵塞的封口体13。在本实施方式中，在外装罐12的上端部形成向外装罐12的内侧突出的凹槽部16，经由绝缘性的垫片14将封口体13铆接固定于外装罐12的上端部。外装罐12及封口体13均为金属制，由此通过垫片14而被绝缘。
电极体11具有正极与负极经由分隔件而被卷绕成漩涡状的卷绕构造。正极、负极及分隔件均为带状的长条体。分别通过焊接等将正极接头15与正极连接、将负极接头(未图示)与负极连接。在本实施方式中，被连接到正极的长边方向中央部的带状的正极接头15从电极体11的上端延伸突出并与封口体13连接。负极接头例如与负极的卷绕开始侧端部及卷绕结束侧端部中的至少一方连接，并与外装罐12的底部内表面连接。在该情况下，封口体13成为正极外部端子，外装罐12成为负极外部端子。另外，也能将负极接头与封口体13连接，将正极接头15与外装罐12连接。
正极具有正极芯体和形成在正极芯体的表面的正极合剂层。正极芯体能使用铝、铝合金等在正极的电位范围稳定的金属的箔、将该金属配置到表层的膜等。正极合剂层包括正极活性物质、乙炔黑等导电剂及聚偏氟乙烯(PVdF)等粘合剂，优选形成于除正极接头15所连接的部分之外的正极芯体的两面。正极活性物质例如使用锂过渡金属复合氧化物。
负极具有负极芯体和形成在负极芯体的表面的负极合剂层。负极芯体能够使用铜、铜合金等在负极的电位范围内稳定的金属的箔、将该金属配置到表层的膜等。负极合剂层优选包括负极活性物质及丁苯橡胶(SBR)等粘合剂，形成在除了负极接头所连接的部分之外的负极芯体的两面。负极活性物质例如使用石墨等碳系活性物质、含有Si的Si系活性物质等。另外，也可以设为未将负极接头与负极连接而是使负极芯体的表面与外装罐12的内周面接触的集电构造。
在外装罐12的底部内表面与电极体11之间配置绝缘板17，以防止电极体11的正极与外装罐12的电气接触。负极接头例如穿通外装罐12与绝缘板17的间隙并向外装罐12的底部侧延伸。此外，在封口体13与电极体11之间配置绝缘性的隔离件18。隔离件18防止电极体11的负极与封口体13的电气接触，并且调整电极体11与封口体13的间隔。虽然会详细地后述，但优选正极接头15不会挠曲而是处于拉紧的状态，以使得在异常产生时容易将电流路径切断。正极接头15穿通隔离件18的贯通孔18a并向封口体13侧延伸。
在外装罐12收纳有电极体11与电解质。虽然电解质也可以是水系电解质，但优选为非水电解质。非水电解质例如包括非水溶剂和溶解在非水溶剂中的电解质盐。非水溶剂使用酯类、醚类、丁腈橡胶类、酰胺类及这些溶剂中的两种以上的混合溶剂等。非水溶剂也可以含有用氟等卤素原子将这些溶剂的氢的至少一部分置换掉的卤素取代体。另外，非水电解质未被限定于液体电解质，也可以是固体电解质。电解质盐使用LiPF6等锂盐。
以下，参照图2～图4，详述封口体13的结构及封口体13与正极接头15的连接构造。图2是从内表面侧观察封口体13的立体图，图3是封口体13的仰视图，图4是图3中的AA线剖视图。
如图2～图4所例示的那样，封口体13具备：包括阀部24的爆破板20；从阀部24的内表面突出至电极体11侧的凸部22；以及与凸部22接合的连结构件25。爆破板20(阀部24)的内表面意味着朝向电极体11侧的面。爆破板20由形成有在电池的内压达到了给定压力时断裂的薄壁部21的一片金属板来构成。优选的金属板的一例是铝板或者以铝为主成分的铝合金板。
爆破板20具有能够堵塞外装罐12的开口部的形状、尺寸。爆破板20例如在仰视时为正圆形状的圆板。在本实施方式中，在爆破板20的内表面形成环状的槽，形成了该槽的部分厚度比其他部分薄而成为在电池的内压上升时优先地断裂的薄壁部21。薄壁部21以比爆破板20的直径小的直径，形成为与爆破板20的周向圆同心圆的形状(仰视时正圆形状)。薄壁部21未必一定要形成为正圆状，但优选形成为环状。
虽然爆破板20的厚度并未特别地加以限定，但作为一例，在薄壁部21及凸部22以外的部分为0.3mm～2mm。薄壁部21的厚度例如是阀部24的厚度的10％～50％。薄壁部21也可以遍及全长地以相同的厚度形成，但在本实施方式中，分别形成为圆弧状的第一薄壁部21A和第二薄壁部21B相连而形成为一个圆环状。第一薄壁部21A及第二薄壁部21B均通过剖面大致V字形状的槽来形成，但第一薄壁部21A的残壁厚度小于第二薄壁部21B的残壁厚度。
由爆破板20的薄壁部21围起来的部分是因薄壁部21的断裂而向电池的外侧打开的阀部24。阀部24在电池的内压因电池的异常而达到了给定的工作压(薄壁部21断裂的压力)时打开，将电池内部的气体排出，由此防止外装罐12的破裂。在本实施方式中，在除爆破板20的周缘部之外的部分形成有仰视时正圆形状的阀部24。而且，阀部24包括两个阀部(第一阀部24A及第二阀部24B)。薄壁部21优选为在整个范围内连续的曲线状，但也可以是在不阻碍阀部24的工作的范围内薄壁部21的一部分为非连续。另外，图3所示的第一阀部24A和第二阀部24B在仰视时具有相同的面积，但也可以具有不同的面积。
第一阀部24A是由第一薄壁部21A和将其两端连结的直线α围起来的部分，仰视时形成为半圆状。同样地，第二阀部24B是由第二薄壁部21B的圆弧和将其两端连结的直线α围起来的部分，仰视时形成为半圆状。第一薄壁部21A及第二薄壁部21B只要在仰视时形成为曲线状即可。第一薄壁部21A及第二薄壁部21B优选为朝向爆破板20的外周部凸起的曲线状，更优选为圆弧状。
由于第一薄壁部21A的残壁厚度小于第二薄壁部21B的残壁厚度，故在电池的内压达到了给定的压力时，第一阀部24A要比第二阀部24B优先地断裂。此时，如图5所示那样，第一阀部24A将直线α作为旋转轴而向外侧打开。详细内容如后述的那样，通过打开第一阀部24A，从而气体被排出，也作为正极外部端子发挥功能的封口体13和正极接头15的连接被切断，电池的电流路径被截断。另外，为了使第一阀部24A的旋转容易，也可以沿着直线α而形成有折痕线、浅的槽。阀部24也可以仅由第一阀部24A构成，但通过将第二阀部24B组合至第一阀部24A，从而能够提高阀部24的气体排出能力。因此，阀部24优选与第一阀部24A一起还具有第二阀部24B。
如上所述，凸部22是形成在阀部24的内表面的突起，沿着阀部24的周缘部而形成为圆环状。凸部22是固定连结构件25的部分，通过焊接等能固定连结构件25，并且以不会与电极体11发生干扰的突出长度形成。凸部22例如具有沿着上下方向的侧面，在该侧面形成有与连结构件25的第一接合面26。
在本说明书中，凸部22及连结构件25的侧面意味着朝向相对于爆破板20的面方向交叉的方向的面，例如是相对于与爆破板20的面方向垂直的上下方向以45°以下的角度倾斜的面。
在凸部22，在与第一阀部24A的旋转轴即对第一阀部24A与第二阀部24B进行划分的直线α重叠的位置，形成有沿爆破板20的径向排列的两个狭缝23。这两个狭缝23将凸部22分离为形成于第一阀部24A的第一部分和形成于第二阀部24B的第二部分。由此，第一阀部24A变得容易打开，以使得将直线α作为旋转轴进行旋转。
连结构件25是将正极接头15与阀部24电连接的导电性构件，一端部的侧面与凸部22的侧面接合，另一端部的侧面与正极接头15接合。而且，凸部22与连结构件25的第一接合面26、及正极接头15与连结构件25的第二接合面27中的至少一方的至少一部分，配置于与直线α交叉的平面。由此，在第一薄壁部21A打开成将直线α作为旋转轴进行旋转时，旋转剪切力作用于第一接合面26及第二接合面27中的至少一方。第一接合面26及第二接合面27例如通过激光焊接而形成。
在本实施方式中，连结构件25的一端部在形成于第一阀部24A是凸部22的第一部分中，与最远离成为旋转轴的直线α的位置接合。连结构件25的一端部具有弯曲成沿着形成为圆环状的凸部22的侧面的形状，第一接合面26沿着凸部22的侧面形成。凸部22的周向上的第一接合面26的中央部配置于与第一阀部24A的旋转轴(直线α)交叉的平面。因此，虽然在第一接合面26的中央部，在第一阀部24A打开时剪切力作用于上下方向，但是旋转剪切力不起作用。
另一方面，凸部22的周向上的第一接合面26的两端部配置于与第一阀部24A的旋转轴交叉的平面。因此，在第一接合面26的该两端部，在第一阀部24A打开时，旋转剪切力作用于该接合面。即，如果第一接合面26的至少一部分配置于与第一阀部24A的旋转轴交叉的平面，则在第一阀部24A打开时旋转剪切力起作用。
在仰视时，连结构件25具有朝向与凸部22的侧面接合的一端部逐渐地扩展的形状。连结构件25的另一端部比一端部细，在一端部的侧面沿着凸部22的侧面而被接合的状态下，沿着爆破板20(阀部24)的径向延伸。连结构件25从第一阀部24A的第一薄壁部21A的附近延伸到第一阀部24A的旋转轴的附近，仅在第一接合面26与封口体13接合。
在连结构件25的另一端部的侧面接合有正极接头15。在本实施方式中，正极接头15与连结构件25的第二接合面27的整体配置于与第一阀部24A的旋转轴大致正交的平面。因此，在第一阀部24A打开时，大的旋转剪切力作用于第二接合面27。与第一接合面26同样地，只要第二接合面27的至少一部分配置于与第一阀部24A的旋转轴交叉的平面即可。但是，优选第二接合面27的整体配置于与第一阀部24A的旋转轴交叉的平面，更优选如本实施方式那样配置于与第一阀部24A的旋转轴正交的平面。
此外，第一接合面26形成于第一薄壁部21A的附近，但第二接合面27形成于比第一薄壁部21A更靠近第一阀部24A的旋转轴的附近。第二接合面27例如沿着阀部24的径向以固定的宽度，从第一阀部24A的中央部跨至第一阀部24A的旋转轴的附近地形成(参照图2)。连结构件25为了防止与第二阀部24B的干扰，具有另一端部在不超过第一阀部24A的旋转轴的范围内接近旋转轴的长度。
如图5所示那样，在第一阀部24A打开时，旋转剪切力在凸部22与连结构件25的第一接合面26的一部分也起作用，旋转剪切力在被配置在与第一阀部24A的旋转轴正交的平面的第二接合面27整体地起作用。进而，在第一阀部24A将直线α作为旋转轴而向外侧打开时，在图4所示的剖视中，构成旋转轴成为支点、第一薄壁部21A成为力点、第二接合面27成为作用点的第二种杠杆，大的力作用于第二接合面27。因此，与第一接合面26相比，能够使第二接合面27容易地断裂。
如上所述，根据具备上述结构的圆筒形电池10，既是已被简化的低价的构造，又能在电池的异常产生时伴随着第一阀部24A的开阀而让第二接合面27容易脱落，电流路径更可靠地被截断。例如，通过激光焊接，以宽度约0.5mm、长度约2.5mm形成的第二接合面27的相对于上下方向的焊接强度为30N以上，但转矩强度为20N·mm左右。因此，针对从第二接合面27离开5mm的点而言，如果使该接合面旋转的方向的应力起作用，则以4N的力，接合面断裂。另外，在以往的普通的密闭电池中，在封口体的底面沿着面方向而形成与电极接头的接合面。为了使与该接合面垂直方向的拉伸应力起作用并使接合面断裂，需要超过焊接强度的30N的力。
图6A及图6B是表示封口体13的变形例(封口体13X、13Y)的剖视图。在上述的封口体13，在第一阀部24A及第二阀部24B的内表面形成有圆环状的凸部22，在图6A所示的封口体13X，形成有具有与连结构件25的一端部相同程度的宽度且在仰视时为圆弧状的凸部22X。凸部22X仅形成于第一阀部24A，沿着形成为圆弧状的第一薄壁部21A而缓慢地弯曲。另外，凸部22X也可以沿着第一阀部24A的旋转轴而形成为平板状。
图6B所示的封口体13Y在不具有连结构件而在凸部22Y的侧面直接接合正极接头15这一点上与封口体13不同。凸部22Y的侧面平坦地形成，并且配置于第一阀部24A的与旋转轴正交的平面。由此，在形成于凸部22Y的侧面的与正极接头15的接合面27Y，第一薄壁部21A断裂，在第一阀部24A打开时大的旋转剪切力起作用。
图7A及图7B是表示圆筒形电池10的制造工序的图。如图7A所示那样，在圆筒形电池10的制造工序中包括将电极体11所连接的正极接头15与封口体13接合的工序。正极接头15通过激光焊接等与连结构件25的另一端部的侧面接合。另外，连结构件25的一端部通过激光焊接等与封口体13的凸部22的侧面接合。此外，在封口体13的爆破板20的周缘部装配环状的垫片14。
接下来，如图7B所示那样，在将隔离件18插入到电极体11与封口体13之间的状态下，将电极体11与电解质收纳于外装罐12的内部，将封口体13配置于外装罐12的开口部的内侧，以使得用封口体13将外装罐12的上端的开口部堵塞。在该状态下，通过从外侧在封口体13的径向上对外装罐12进行铆接，从而外装罐12的开口部经由垫片14被封口体13堵塞，得到图1所示那样的圆筒形电池10。另外，在电极体11与外装罐12的底部内表面之间配置绝缘板17。
如上所述，隔离件18防止电极体11的负极与封口体13的电气接触，并且将电极体11与封口体13的间隔调整为正极接头15不挠曲而是拉紧。如果是正极接头15未挠曲的状态，则旋转剪切力不会被挠曲部分吸收，容易作用于正极接头15与连结构件25的第二接合面27。
-符号说明-
10 圆筒形电池，11 电极体，12 外装罐，13、13X、13Y 封口体，14 垫片，15 正极接头，16 凹槽部，17 绝缘板，18 隔离件，18a 贯通孔，20 爆破板，21 薄壁部，21A 第一薄壁部，21B 第二薄壁部，22、22X、22Y 凸部，23 狭缝，24 阀部，24A 第一阀部，24B 第二阀部，25 连结构件，26 第一接合面，27 第二接合面。

Claims (6)

1.一种密闭电池，具备：连接了电极接头的电极体；收纳所述电极体的有底筒状的外装罐；和将所述外装罐的开口部堵塞的封口体，
所述封口体包括爆破板，
所述爆破板具有由曲线状的第一薄壁部和将所述第一薄壁部的两端连结的直线部围起来的第一阀部，
所述第一阀部具有朝向所述电极体突出的凸部，
所述电极接头与所述凸部的侧面接合，
所述电极接头与所述凸部的接合面的至少一部分配置于与所述直线部交叉的平面。
2.一种密闭电池，具备：连接了电极接头的电极体；收纳所述电极体的有底筒状的外装罐；和将所述外装罐的开口部堵塞的封口体，
所述封口体包括爆破板和介于所述爆破板与所述电极接头之间的连结构件，
所述爆破板具有由曲线状的第一薄壁部和将所述第一薄壁部的两端连结的直线部围起来的第一阀部，
所述第一阀部具有朝向所述电极体突出的凸部，
所述连结构件与所述凸部的侧面接合，
所述电极接头与所述连结构件的侧面接合，
所述凸部与所述连结构件的第一接合面、及所述电极接头与所述连结构件的第二接合面中的至少一方的至少一部分，配置于与所述直线部交叉的平面。
3.根据权利要求1所述的密闭电池，其中，
所述接合面配置于与所述直线正交的平面。
4.根据权利要求2所述的密闭电池，其中，
所述第一接合面及第二接合面中的至少一方配置于与所述直线正交的平面。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的密闭电池，其中，
所述第一薄壁部是朝向所述爆破板的外周部凸起的曲线状。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的密闭电池，其中，
所述爆破板具有由所述第一薄壁部及与所述第一薄壁部的两端连接的曲线状的第二薄壁部形成的环状的薄壁部，
所述第一薄壁部的残壁厚度小于所述第二薄壁部的残壁厚度。
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