封閉式二次電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的主要目的為提高封閉式二次電池的安全性。本發(fā)明涉及的封閉式二次電池包括：具有開口部的有底筒狀的電池殼體；對上述電池殼體的開口部進(jìn)行密封的封口體；以及正極板和負(fù)極板夾著隔板卷繞而成的卷繞型電極組，在上述電池殼體的底部形成環(huán)狀的薄壁部，由上述環(huán)狀的薄壁部圍住的區(qū)域的面積相對于上述電池殼體的底部面積的比例為10％以上，體積能量密度為500Wh/L以上。
【專利說明】封閉式二次電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有當(dāng)電池內(nèi)的壓力上升時將在電池內(nèi)生成的氣體排出到電池 外的安全閥的封閉式二次電池。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為便攜式電話機、便攜式個人計算機、便攜式音樂播放器等便攜式電子設(shè)備的 驅(qū)動電源，并且作為混合動力汽車（HEV)或電動車（EV)用的電源，而使用以鋰離子二次電 池為代表的非水電解質(zhì)二次電池等封閉式二次電池。
[0003] 在封閉式二次電池中，在發(fā)生內(nèi)部短路或外部短路的情況下，或者在發(fā)生異常加 熱或異常沖擊等的情況下，在電池內(nèi)部，由于急劇的充放電反應(yīng)或者化學(xué)反應(yīng)的緣故，會生 成驟然急劇的氣體。由此，會有可能發(fā)生電池殼體膨脹，甚至電池殼體破裂的情況。因此， 在很多封閉式二次電池中設(shè)置了安全閥（防爆裝置），以使一旦電池內(nèi)的壓力達(dá)到規(guī)定值， 就將電池內(nèi)生成的氣體排出到電池外。
[0004] 在下述專利文獻(xiàn)1中記載了具備由具有閥體的封口體構(gòu)成的安全閥和由具有薄 壁部的電池殼體構(gòu)成的安全閥的封閉式二次電池。在此，由于將薄壁部的破裂壓力設(shè)成比 閥體的破裂壓力還大，因此，在氣體的生成速度較慢的情況下，僅僅通過閥體的破裂就能夠 很容易地將氣體排出，能夠抑制電池的溫度上升。另一方面，在生成驟然急劇的氣體的情況 下，能夠通過電池殼體的薄壁部的破裂而迅速地將氣體排出，從而能夠防止電池殼體的破 裂。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)1 :JP特開平6-333548號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 發(fā)明要解決的技術(shù)課題
[0009] 隨著封閉式二次電池的高能量密度化，電池發(fā)生異常的情況下的電池內(nèi)的溫度以 及壓力更急劇上升的可能性增高。因此，通過以往的安全閥不能夠充分地進(jìn)行排氣，可能會 發(fā)生封口體飛散或電池殼體的筒狀部等產(chǎn)生龜裂的情況。特別是在包括多個封閉式二次電 池的電池組中，可能會出現(xiàn)電池殼體的筒狀部產(chǎn)生龜裂，從不希望的部分排出高溫氣體，從 而引起相鄰的封閉式二次電池的異常的情況。
[0010] 本發(fā)明的目的是為了解決上述課題，而提供一種即使是高能量密度的封閉式二次 電池也能夠抑制電池殼體產(chǎn)生龜裂的封閉式二次電池。
[0011] 解決技術(shù)課題的手段
[0012] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的封閉式二次電池的特征如下，包括：具有開口部的有 底筒狀的電池殼體；對上述電池殼體的開口部進(jìn)行密封的封口體；以及將正極板和負(fù)極板 夾著隔板進(jìn)行了卷繞的卷繞型電極組，在上述電池殼體的底部形成環(huán)狀的薄壁部，由上述 環(huán)狀的薄壁部圍住的區(qū)域的面積相對于上述電池殼體的底部的面積的比例為10%以上，體 積能量密度為500Wh/L以上。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明，即使是500Wh/L以上的高能量密度的封閉式二次電池，且即使在電 池中發(fā)生異常的電池內(nèi)的壓力急劇上升的情況下，也能夠抑制電池殼體產(chǎn)生龜裂。在本發(fā) 明中，由環(huán)狀的薄壁部圍住的區(qū)域的面積相對于電池殼體的底部的面積的比例優(yōu)選為20% 以上。
[0014] 當(dāng)俯視時，本發(fā)明中的環(huán)狀的薄壁部可以是正圓形、橢圓形等的圓形，或者也可以 是多角形狀或軌道形狀。在本發(fā)明中，特別優(yōu)選設(shè)置成圓形的薄壁部，更優(yōu)選設(shè)置成正圓形 的薄壁部。
[0015] 在本發(fā)明中，在由上述環(huán)狀的薄壁部圍住的區(qū)域的電池內(nèi)表面?zhèn)?，連接有與上述 正極板或上述負(fù)極板電連接的引線連接，上述引線的熔點優(yōu)選為l〇〇〇°C以上。根據(jù)該結(jié)構(gòu)， 即使在電池內(nèi)壓力上升而導(dǎo)致設(shè)置于電池殼體底部的環(huán)狀的薄壁部破裂的情況下，由于引 線與被環(huán)狀的薄壁部圍住的區(qū)域連接，并且引線不會由于高溫氣體的緣故融化，因此，能夠 防止由環(huán)狀的薄壁部圍住的部分劇烈地飛散到電池外部。作為熔點l〇〇〇°C以上的引線，優(yōu) 選包含鎳、鎳合金、銅和銅合金的材料。
[0016] 在本發(fā)明中，上述正極板中含有正極活性物質(zhì)，上述正極活性物質(zhì)優(yōu)選是由通式 LixNiyMi-yOjx :0· 95 彡 X 彡 1. 15,0· 6 彡 y 彡 1，M 是 Co、Mn、Cr、Fe、W、Mg、Zr、Ti 以及 A1 當(dāng) 中的至少一種）表示的鋰鎳復(fù)合氧化物。
[0017] 如果作為正極活性物質(zhì)而使用上述鋰鎳復(fù)合氧化物，則與使用鈷酸鋰的情況相 t匕，能夠獲得高能量密度的電池。但是，如果使用上述鋰鎳復(fù)合氧化物作為正極活性物質(zhì)， 則電池異常時的電池內(nèi)部的氣體生成量變多，電池內(nèi)壓力變得更容易急劇上升，因此，容易 產(chǎn)生封口體的飛散或電池殼體的龜裂等問題。因此，在使用上述鋰鎳復(fù)合氧化物作為正極 活性物質(zhì)的情況下，本發(fā)明特別有效。
[0018] 在本發(fā)明中，上述薄壁部優(yōu)選通過在上述電池殼體底部的電池外表面?zhèn)仍O(shè)置凹口 而形成。另外，上述凹口的剖面形狀優(yōu)選為略呈V字形。
[0019] 在本發(fā)明中，上述封口體包括具有開口部的過濾器，上述過濾器的開口部的面積 優(yōu)選為30mm 2以上。在此，將過濾器的開口部的面積設(shè)成過濾器的俯視時的開口部的面積。 另外，在過濾器具有多個開口部的情況下，所有開口部的合計面積優(yōu)選為30mm 2以上。根據(jù) 這種結(jié)構(gòu)，而成為從封口體一側(cè)也能很容易地將在電池內(nèi)部產(chǎn)生的氣體排出到電池外部， 因此為優(yōu)選。
[0020] 在本發(fā)明中，上述電池殼體為鐵制，上述電池殼體的筒狀部的厚度優(yōu)選為 0.1mm?0.4_。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠有效防止在電池殼體的筒狀部產(chǎn)生龜裂。另外，優(yōu)選 在鐵制的電池殼體表面形成鎳層。
[0021] 在本發(fā)明中，在上述電池殼體底部的電池外表面?zhèn)?，?yōu)選引線與由薄壁部圍住的 區(qū)域連接。
[0022] 在包括多個封閉式二次電池的電池組中，為了將各封閉式二次電池之間電連接， 而要將各封閉式二次電池的電池殼體與導(dǎo)電部件連接。在電池殼體與板狀的導(dǎo)電部件連接 的結(jié)構(gòu)中，能夠獲得本發(fā)明的效果，但存在阻礙隨著電池內(nèi)壓力上升而引起的環(huán)狀的薄壁 部的破裂的可能性。相比之下，在上述電池殼體的底部將由環(huán)狀的薄壁部圍住的區(qū)域的電 池外表面?zhèn)扰c作為導(dǎo)電部件的引線連接的結(jié)構(gòu)中，很難阻礙環(huán)狀的薄壁部的破裂。另外，也 能夠防止由環(huán)狀的薄壁部圍住的部分向電池外部劇烈飛散。在使用多個本發(fā)明的封閉式二 次電池構(gòu)成的電池組中，作為保持各電池的保持體，優(yōu)選使用覆蓋封閉式二次電池的筒狀 部（側(cè)面部）的形狀的保持體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明的實施例中的封閉式二次電池的立體圖。
[0024] 圖2是本發(fā)明的實施例中的封閉式二次電池的剖視圖。
[0025] 圖3是本發(fā)明的實施例中的封閉式二次電池的電池外表面?zhèn)鹊难鲆晥D。
[0026] 圖4是本發(fā)明的實施例中的封閉式二次電池的電池內(nèi)表面?zhèn)鹊难鲆晥D。
[0027] 圖5是本發(fā)明的比較例中的封閉式二次電池的電池外表面?zhèn)鹊难鲆晥D。

【具體實施方式】
[0028] 以下，使用實施例、比較例以及附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。不過，以 下所示的實施例是作為用于將本發(fā)明的技術(shù)思想具體化的封閉式二次電池而對鋰二次電 池舉例所示的例子。其目的不是將本發(fā)明限定于該實施例，對于包括在權(quán)利要求書中的其 他實施方式的實施例也同樣能夠適用。
[0029] 首先，使用圖2對實施例的封閉式二次電池進(jìn)行說明。如圖2所示，正極板1以及 負(fù)極板2夾著隔板3卷繞而成的電極組4,與非水電解液（未圖示）一起容納在有底圓筒形 的電池殼體15中。在電極組4的上下，分別配置環(huán)狀的絕緣板7和絕緣板8,正極板1介由 正極引線5與過濾器12接合；負(fù)極板2介由負(fù)極引線6與兼作負(fù)極端子的電池殼體15的 底部接合。過濾器12中設(shè)有開口部12a。在此，在從上方觀察過濾器12的狀態(tài)下，開口部 12a的面積優(yōu)選設(shè)為30mm 2。
[0030] 過濾器12與內(nèi)帽蓋11連接，內(nèi)帽蓋11的突起部與金屬制的閥體10接合。而且， 閥體10與兼作正極端子的封口板9連接。封口板9、閥體10、內(nèi)帽蓋11以及過濾器12形 成封口體20,借助墊圈13將電池殼體15的開口部封口。不過，在本發(fā)明中，封口體20不需 要包括封口板9、閥體10、內(nèi)帽蓋11以及過濾器12所有這些，只要能夠?qū)㈦姵貧んw15的開 口部封住即可。
[0031] 在閥體10以及內(nèi)帽蓋11中分別形成當(dāng)電池內(nèi)的壓力達(dá)到規(guī)定值時會破裂的薄壁 部10a和薄壁部11a。在封口板9中，形成通過破裂的閥體10和內(nèi)帽蓋11而將在電池內(nèi)生 成的氣體排出到電池外的排氣孔9a。該閥體10、內(nèi)帽蓋11與排氣孔9a構(gòu)成了安全閥。另 夕卜，在本發(fā)明中，雖然沒有必要在封口體設(shè)置安全閥，但還是優(yōu)選在封口體也設(shè)置安全閥。 當(dāng)在封口體設(shè)置安全閥時，可以只在閥體10設(shè)置薄壁部，且在內(nèi)帽蓋11設(shè)置開口部?；蛘?， 也能夠省略內(nèi)帽蓋，而將過濾器12與閥體10直接連接。另外，也能夠省略過濾器12以及 內(nèi)帽蓋11，而將閥體10與正極引線5直接連接。
[0032] 另外，如圖3所示，在電池殼體15的底部形成當(dāng)電池內(nèi)的壓力達(dá)到規(guī)定值時會破 裂的圓形的薄壁部15a。由在該電池殼體15的底部形成的圓形的薄壁部15a構(gòu)成安全閥。
[0033] 當(dāng)在封口體也設(shè)置安全閥的情況下，優(yōu)選形成為：使形成在電池殼體15的底部的 薄壁部15a的破裂壓力變得比形成在閥體10的薄壁部10a的破裂壓力大。即，優(yōu)選將設(shè)置 在電池殼體的底部的安全閥的工作壓力設(shè)定得比設(shè)置在封口體的安全閥的工作壓力高。
[0034] 接下來，對封閉式二次電池的制造方法進(jìn)行說明。
[0035]〈正極板的制造〉
[0036] 將作為正極活性物質(zhì)的LiNia8CoOa 15Α1αΜ02、作為導(dǎo)電劑的乙炔炭黑、與作為粘 結(jié)劑的聚偏二氟乙烯以96 : 1.6 : 2.4(質(zhì)量比）的比例混合，將該混合物分散到Ν-甲 基-2-吡咯烷酮中制成糊劑。在由厚度15 μ m的鋁箔形成的正極芯體的兩個面上均勻涂覆 該糊劑，并進(jìn)行加熱干燥，制造了在鋁箔上形成有活性物質(zhì)層的干燥極板。用輥壓機將干燥 極板壓縮成163 μ m的厚度，然后，以留下在一部分上未形成活性物質(zhì)層的正極芯體露出部 的方式進(jìn)行剪裁，制造了寬58mm、長660mm的正極板1。然后，利用超聲波焊接而將正極板 1的芯體露出部與鋁制的正極引線5連接。
[0037] 〈負(fù)極板的制造〉
[0038] 將作為負(fù)極活性物質(zhì)的石墨、作為粘結(jié)劑的苯乙烯丁二烯橡膠、與作為增粘劑的 羧甲基纖維素以98.4 : 0.6 : 1(質(zhì)量比）的比例混合，將該混合物分散到水中制成糊劑。 在由厚度10 μ m的銅箔形成的負(fù)極芯體的兩個面上均勻涂覆該糊劑，并進(jìn)行加熱干燥，制 造了在銅箔上形成有活性物質(zhì)層的干燥極板。用輥壓機將干燥極板壓縮成164 μ m的厚度， 然后，以留下在一部分上未形成活性物質(zhì)層的負(fù)極芯體露出部的方式進(jìn)行剪裁，制造了寬 59mm、長730mm的負(fù)極板2。然后，利用超聲波焊接而將負(fù)極板2的芯體露出部與鎳制的負(fù) 極引線6連接。
[0039] 〈電極組的制造〉
[0040] 電極組4是通過將上述正極板1、負(fù)極板2、與聚乙烯制成的微多孔質(zhì)隔板3 (厚度 20 μ m)卷繞而制造的，且使正極板1和負(fù)極板2通過隔板3而絕緣。
[0041] 〈電解質(zhì)的制造〉
[0042] 將碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯以及碳酸甲基乙酯以體積比20 : 20 : 60(25°C，1大 氣壓）的比例進(jìn)行混合，在該混合的非水溶劑中以成為lmol/L的方式溶解了六氟磷酸鋰 (LiPF 6)作為電解質(zhì)鹽。
[0043] 〈電池殼體的制造〉
[0044] 對在鐵制基板的表面實施了鍍鎳工藝的板材進(jìn)行拉伸加工，制造了有底圓筒狀的 電池殼體15。在此，將電池殼體15的筒狀部的板厚設(shè)為0. 25mm，將電池殼體15的底部的 板厚設(shè)為〇· 3mm。另外，電池殼體15的底部直徑設(shè)為18mm，并如圖3所示，在電池殼體15 的底部設(shè)置直徑D = 9mm的圓形的薄壁部15a。薄壁部的板厚設(shè)為0. 25_。在此，由環(huán)狀 的薄壁部15a圍住的區(qū)域的面積相對于電池殼體15的底部（電池外表面?zhèn)龋┟娣e的比例 為 25%。
[0045] 〈電池的組裝〉
[0046] 以聚丙烯制的圓板狀的絕緣板8位于電極組4和電池殼體15的底部之間的方式 將電極組4插入電池殼體15中。然后，通過電阻焊接而將負(fù)極引線6與電池殼體15的底 部連接。這樣一來，形成了焊接部6a。此時，如圖3所示，以負(fù)極引線6的頂端部收容于由 薄壁部15a圍住的區(qū)域內(nèi)的方式進(jìn)行配置。由于負(fù)極引線6的頂端被設(shè)定成不干擾薄壁 部15a的長度和寬度，因此，難以阻礙安全閥工作。另外，氣體的排出也會變得順利。接下 來，在電極組4的上部配置了聚丙烯制的圓板狀的絕緣板7。然后，在電池殼體15的筒狀部 的比絕緣板7更靠近開口側(cè)的部分，在圓周方向上加工成形了剖面為U字形的寬1. Omm、深 1.5mm的溝槽部15b。由此，在電池殼體15的筒狀部的內(nèi)表面?zhèn)刃纬稍谡麄€圓周上向內(nèi)側(cè) 突出的突出部。之后，將非水電解液注入到電池殼體15內(nèi)。然后，通過激光焊接而將正極 引線5與構(gòu)成封口體20的過濾器12連接，使正極引線5成為折疊的狀態(tài)，將封口體20配 置在形成于電池殼體15的筒狀部的內(nèi)表面?zhèn)鹊耐怀霾可希㈦姵貧んw15的開口部附近 的筒狀部封閉，由此制成了實施例1的封閉式二次電池。該封閉式二次電池是直徑18_、高 為65mm的圓筒形。該封閉式二次電池的體積為0.0165L。另外，該封閉式二次電池的電池 容量為3200mAh，電池能量為11. 5Wh。體積能量密度為697Wh/L。
[0047] 另外，電池容量用以下的方法求出。在1.0A的電流下將封閉式二次電池充電到 4. 2V，然后，在4. 2V的恒定電壓下充電4小時。接下來，在0. 6A的恒定電流下放電到2. 5V。 將此時的放電容量作為電池容量。
[0048] [比較例1]
[0049] 作為電池殼體，使用在電池殼體的底部形成直徑5mm的圓形的薄壁部的電池殼 體，除此以外，用與實施例1相同的方法制造了比較例1的封閉式二次電池。在此，由環(huán)狀 的薄壁部圍住的區(qū)域的面積相對于電池殼體的底部面積的比例為8%。
[0050] [比較例2]
[0051] 作為電池殼體，使用如圖5所不的在電池殼體25的底部形成了直徑9mm的C字形 的薄壁部25a的電池殼體，除此以外，用與實施例相同的方法制造了比較例2的封閉式二次 電池。
[0052] 〈加熱實驗〉
[0053] 分別制作了 10個實施例1、比較例1以及比較例2的封閉式二次電池，且在以下的 條件下進(jìn)行了加熱實驗。首先，在25°C的環(huán)境下以1500mA的電流充電以使電池電壓達(dá)到 4. 2V。將充電后的封閉式二次電池配置在設(shè)定成200的加熱板上，電池殼體的筒狀部與加 熱板接觸，在200下進(jìn)行加熱。然后，確認(rèn)是否發(fā)生了封口體的飛散、電池殼體的龜裂。其 結(jié)果如表1所示。
[0054] [表 1]
[0055]

【權(quán)利要求】
1. 一種封閉式二次電池，包括： 有底筒狀的電池殼體，其具有開口部； 封口體，其對上述電池殼體的開口部進(jìn)行密封；以及 卷繞型電極組，其將正極板和負(fù)極板夾著隔板進(jìn)行了卷繞， 在上述電池殼體的底部形成環(huán)狀的薄壁部，由上述環(huán)狀的薄壁部圍住的區(qū)域的面積相 對于上述電池殼體的底部的面積的比例為10%以上，體積能量密度為500Wh/L以上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的封閉式二次電池，其中， 在由上述環(huán)狀的薄壁部圍住的區(qū)域的電池內(nèi)表面?zhèn)?，連接有與上述正極板或上述負(fù)極 板電連接的引線， 上述引線的熔點為l〇〇〇°C以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的封閉式二次電池，其中， 上述正極板中含有正極活性物質(zhì)， 上述正極活性物質(zhì)是由通式LixNiyMpyC^表示的鋰鎳復(fù)合氧化物，其中X : 0· 95 彡 X 彡 1. 15,0· 6 彡 y 彡 1，M 是 Co、Mn、Cr、Fe、W、Mg、Zr、Ti 以及 A1 當(dāng)中的至少一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3的任意一項所述的封閉式二次電池，其中， 上述薄壁部是通過在上述電池殼體底部的電池外表面?zhèn)仍O(shè)置凹口而形成的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1?4的任意一項所述的封閉式二次電池，其中， 上述封口體包括具有開口部的過濾器， 上述過濾器的開口部的面積為30mm2以上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1?5的任意一項所述的封閉式二次電池，其中， 上述環(huán)狀的薄壁部為圓形。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1?6的任意一項所述的封閉式二次電池，其中， 上述電池殼體為鐵制， 上述電池殼體的筒狀部的厚度為0. 1mm?0. 4mm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1?7的任意一項所述的封閉式二次電池，其中， 由上述環(huán)狀的薄壁部圍住的區(qū)域的電池外表面?zhèn)扰c引線連接。
【文檔編號】H01M2/12GK104126238SQ201380010325
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月24日
【發(fā)明者】宮田恭介, 井上廣樹 申請人:三洋電機株式會社