本發(fā)明涉及鋰離子二次電池等具備電池殼體的圓筒型電池。

背景技術(shù)：

鋰離子二次電池等圓筒型電池具備：有底圓筒狀的電池殼體；電極組，與電解液一起容納于電池殼體；圓盤狀的封口部件，對電池殼體的開口部進(jìn)行密封；和環(huán)狀的墊片，介于電池殼體的開口部與封口部件之間。對于電池殼體的開口部施加收縮加工，由此墊片被壓縮，從而封口部件固定于電池殼體的開口部。

具體而言，通過對電池殼體的開口部施加收縮加工，從而電池殼體的開口端部向電池殼體的中心軸側(cè)彎曲或者折曲，或者，在電池殼體形成繞著中心軸呈環(huán)狀延伸的縮頸部。而且，由開口端部和縮頸部來壓縮墊片，由被壓縮后的墊片來夾著封口部件的周緣部。

以往，為了防止圓筒型電池的內(nèi)壓的上升所伴隨的電池殼體的破損，對封口部件設(shè)置了減壓閥等減壓機(jī)構(gòu)。而且，為使減壓機(jī)構(gòu)充分發(fā)揮其減壓能力，封口部件相對于電池殼體而被牢固地固定(例如參照專利文獻(xiàn)1或者2)。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開平06-251758號公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2000-306557號公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

近年，伴隨著電子設(shè)備的小型化，期望作為電子設(shè)備的電源被使用的圓筒型電池的小型化，尤其期望電池殼體的外徑較小。但是，在縮小了電池殼體的外徑的情況下，封口部件的尺寸也變小，難以對封口部件設(shè)置減壓機(jī)構(gòu)?；蛘撸词鼓軌?qū)Ψ饪诓考O(shè)置減壓機(jī)構(gòu)，也難以使減壓機(jī)構(gòu)充分發(fā)揮較強(qiáng)的減壓能力。

在這樣的背景下，在小型的圓筒型電池中，作為防止內(nèi)壓的上升所伴隨的電池殼體的破損的對策，考慮如下的對策。即，在圓筒型電池的內(nèi)壓上升時(shí)，在其內(nèi)壓達(dá)到招致電池殼體的破損這種壓力之前，利用內(nèi)壓而使得封口部件從電池殼體脫落。而且，作為實(shí)現(xiàn)該方法的手段，通?？紤]相對于電池殼體而松緩地固定封口部件。但是，在該情況下，電池殼體的密閉性下降，易于發(fā)生電解液的泄漏。如此，在小型的圓筒型電池中，難以兼顧防止電池殼體的破損這一意義下的安全性、和防止電解液的泄漏這一意義下的密閉性。

因此，本發(fā)明的目的在于，提供兼?zhèn)浒踩院兔荛]性的小型的圓筒型電池。

用于解決課題的手段

本發(fā)明所涉及的圓筒型電池具備：有底圓筒狀的電池殼體；電極組，與電解液一起容納于電池殼體；圓盤狀的封口部件，對電池殼體的開口部進(jìn)行密封；和環(huán)狀的墊片，介于電池殼體的開口部與封口部件之間。電池殼體具有向電池殼體的中心軸側(cè)發(fā)生了彎曲或者折曲的開口端部、和繞著中心軸形成為環(huán)狀的縮頸部，由開口端部和縮頸部來壓縮墊片，并且由被壓縮后的墊片來夾著封口部件的周緣部。而且，電池殼體的外徑為10mm以下。此外，在考慮了向與電池殼體的中心軸垂直的虛擬平面投影的封口部件的投影像中與封口部件的周緣對應(yīng)的第1對應(yīng)線、和向虛擬平面投影的開口端部的投影像中與開口端部的前端緣對應(yīng)的第2對應(yīng)線的情況下，第2對應(yīng)線從第1對應(yīng)線向中心軸側(cè)偏離的偏離量d滿足-0.1mm≤d≤+0.5mm。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明所涉及的圓筒型電池，盡管其為小型，但能夠兼顧安全性和密閉性。

附圖說明

圖1是概念性地示出本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的圓筒型電池的剖視圖。

圖2是用于說明兼顧安全性和密閉性的條件的圖。

圖3是示出偏離量與泄壓之間的關(guān)系的散布圖。

具體實(shí)施方式

首先，說明本發(fā)明所涉及的圓筒型電池。

本發(fā)明所涉及的圓筒型電池具備：有底圓筒狀的電池殼體；電極組，與電解液一起容納于電池殼體；圓盤狀的封口部件，對電池殼體的開口部進(jìn)行密封；和環(huán)狀的墊片，介于電池殼體的開口部與封口部件之間。電池殼體具有向電池殼體的中心軸側(cè)發(fā)生了彎曲或者折曲的開口端部、和繞著中心軸形成為環(huán)狀的縮頸部，由開口端部和縮頸部來壓縮墊片，并且由被壓縮后的墊片來夾著封口部件的周緣部。而且，電池殼體的外徑為10mm以下。優(yōu)選電池殼體的外徑為6mm以下。此外，在考慮了向與電池殼體的中心軸垂直的虛擬平面投影的封口部件的投影像中與封口部件的周緣對應(yīng)的第1對應(yīng)線、和向虛擬平面投影的開口端部的投影像中與開口端部的前端緣對應(yīng)的第2對應(yīng)線的情況下，第2對應(yīng)線從第1對應(yīng)線向中心軸側(cè)偏離的偏離量d滿足-0.1mm≤d≤+0.5mm。

偏離量d的上述范圍是基于本發(fā)明者們進(jìn)行的后述的實(shí)驗(yàn)而得到的。并且，根據(jù)偏離量d的上述范圍，在圓筒型電池的通常使用時(shí)，即便在電池的溫度上升使得內(nèi)壓上升的情況下，也可防止封口部件脫落，此外，在設(shè)備發(fā)生異常等的情況下，即便在電池發(fā)生異常過熱從而內(nèi)壓過度上升的情況下，在電池殼體破損之前，也能夠利用內(nèi)壓而使得封口部件從電池殼體脫落。而且，根據(jù)偏離量d的上述范圍，墊片被適當(dāng)壓縮，作為其結(jié)果，不易發(fā)生電解液的泄漏。由此，根據(jù)上述圓筒型電池，盡管其為小型，但能夠?qū)崿F(xiàn)兼顧防止電池殼體的破損這一意義下的安全性、和防止電解液的泄漏這一意義下的密閉性。

在上述圓筒型電池中，優(yōu)選開口端部的前端緣傾斜地朝向電池殼體的與底部相反的一側(cè)。此外，優(yōu)選在沿著電池殼體的中心軸的方向上的、從封口部件的周緣部的上表面至與開口端部的前端緣對應(yīng)的位置為止的距離z滿足0.1mm≤z≤0.3mm。在此，關(guān)于上表面，在使電池殼體的開口端部朝向上方來設(shè)置圓筒型電池時(shí)，指的是朝向上方的面。

而且，在上述圓筒型電池中，優(yōu)選墊片的平均壓縮率R滿足10％≤R≤60％。由此，在圓筒型電池中，可實(shí)現(xiàn)高的密閉性。

下面，沿著附圖來具體地說明本發(fā)明的實(shí)施方式。

[1]圓筒型電池的構(gòu)成

圖1是概念性地示出本發(fā)明的一實(shí)施方式所涉及的圓筒型電池的剖視圖。如圖1所示，圓筒型電池具備：有底圓筒狀的電池殼體1；電極組2，與電解液一起容納于電池殼體1；圓盤狀的封口部件3，對電池殼體1的開口部11進(jìn)行密封；和環(huán)狀的墊片4，介于電池殼體1的開口部11與封口部件3之間。

[1-1]電池殼體

電池殼體1具有：開口端部111，向電池殼體1的中心軸1a側(cè)發(fā)生了彎曲或者折曲；和縮頸部112，繞著中心軸1a形成為環(huán)狀。這種電池殼體1按如下方式來制作。首先，通過對具有均勻厚度的不銹鋼板實(shí)施拉深加工，由此來成型在開口端部111未發(fā)生彎曲、折曲且不具有縮頸部112的電池殼體1。然后，在該電池殼體1中容納電極組2，之后，通過對電池殼體1實(shí)施橫向收縮加工來形成縮頸部112。接下來，在電池殼體1的開口部11插入墊片4。此時(shí)，墊片4被縮頸部112定位。此后，向電池殼體1注入電解液，之后，以在墊片4的內(nèi)側(cè)載置了封口部件3的狀態(tài)對電池殼體1的開口部11實(shí)施橫向收縮加工，由此使得開口端部111發(fā)生彎曲或者折曲。作為其結(jié)果，封口部件3隔著墊片4而嵌入電池殼體1的開口部11。即，在圓筒型電池中，由開口端部111和縮頸部112來壓縮墊片4，由被壓縮后的墊片4來夾著封口部件3的周緣部31。此外，被壓縮后的墊片4與電池殼體1的內(nèi)表面以及封口部件3的周緣部31密接。由此，可提高圓筒型電池的密閉性。

電池殼體1的外徑D(具體而言是與被實(shí)施了橫向收縮加工的部分(開口端部111、縮頸部112)不同的部分的外徑)為10mm以下，優(yōu)選為6mm以下。電池殼體1的側(cè)壁12的厚度T優(yōu)選滿足0.05mm≤T≤0.25mm，尤其優(yōu)選滿足T≤0.15mm。在此，在電池殼體1的側(cè)壁12的厚度T大于0.25mm的情況下，電池殼體1不易變形，為使封口部件3脫落而需要較大的內(nèi)壓。另一方面，在電池殼體1的側(cè)壁12的厚度T小于0.05mm的情況下，電池殼體1容易變形，容易發(fā)生電解液的泄漏。另外，電池殼體1的側(cè)壁12的厚度T與底部13的厚度之比rT(＝側(cè)壁12的厚度T/底部13的厚度)滿足0.20≤rT≤1.20，優(yōu)選滿足0.33≤rT≤1.05。

[1-2]封口部件以及墊片

封口部件3由不銹鋼、鋁等導(dǎo)電性材料構(gòu)成。此外，墊片4由彈性材料構(gòu)成。作為彈性材料，例如可利用聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯硫醚(PPS)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、交聯(lián)型橡膠等。構(gòu)成墊片4的彈性材料的彎曲彈性模量k優(yōu)選滿足0.4GPa≤k≤1.4GPa。

[1-3]電極組

電極組2具有：負(fù)極板21、正極板22和隔離件23。在電極組2中，負(fù)極板21以及正極板22以使得隔離件23介于兩者之間的狀態(tài)而相互重疊，并且進(jìn)行卷繞。負(fù)極板21以及正極板22中的至少任一者的卷繞終端的部分通過固定帶被固定于電極組2的外周面，以使得在電極組2不發(fā)生卷繞錯(cuò)位。另外，電極組2的構(gòu)成并不限定于此。

負(fù)極板21經(jīng)由負(fù)極引線51而與電池殼體1電連接，從而電池殼體1作為負(fù)極端子來發(fā)揮功能。具體而言，負(fù)極引線51的一端與負(fù)極板21電連接，另一端通過點(diǎn)焊等的焊接手段而接合于電池殼體1的內(nèi)表面。另外，負(fù)極引線51的另一端也可以通過使其與電池殼體1的內(nèi)表面接觸，由此與電池殼體1電連接。

正極板22經(jīng)由正極引線52而與封口部件3電連接，從而封口部件3作為正極端子來發(fā)揮功能。具體而言，正極引線52的一端與正極板22電連接，另一端通過點(diǎn)焊等的焊接手段而接合于封口部件3的底面。在此，正極引線52穿過配置在電極組2與封口部件3之間的環(huán)狀的電絕緣部件6，通過該電絕緣部件6可防止正極引線52接觸負(fù)極引線51、電池殼體1。

[2]安全性和密閉性的兼顧

在本實(shí)施方式所涉及的小型的圓筒型電池中，為了使得兼顧防止電池殼體1的破損這一意義下的安全性、和防止電解液的泄漏這一意義下的密閉性，優(yōu)選滿足以下的條件。

圖2是用于說明上述條件的圖。如圖2所示，首先，考慮與電池殼體1的中心軸1a垂直的虛擬平面C。其次，考慮向虛擬平面C投影的封口部件3的投影像中與封口部件3的周緣3a對應(yīng)的第1對應(yīng)線L1、和向虛擬平面C投影的開口端部111的投影像中與開口端部111的前端緣111a對應(yīng)的第2對應(yīng)線L2。在如此考慮了第1對應(yīng)線L1以及第2對應(yīng)線L2的情況下，作為兼顧安全性和密閉性的條件，第2對應(yīng)線L2從第1對應(yīng)線L1向中心軸1a側(cè)偏離的偏離量d優(yōu)選滿足-0.1mm≤d≤+0.5mm，尤其優(yōu)選滿足d≤+0.1mm。

更優(yōu)選的是，在上述圓筒型電池中，開口端部111的前端緣111a傾斜地朝向電池殼體1的與底部13相反的一側(cè)，在該狀態(tài)下滿足上述條件。此外，在沿著電池殼體1的中心軸1a的方向上的、從封口部件3的周緣部3a的上表面31a至與開口端部111的前端緣111a對應(yīng)的位置為止的距離z，優(yōu)選滿足0.1mm≤z≤0.3mm。在此，關(guān)于上表面31a，在使電池殼體1的開口端部111朝向上方來設(shè)置圓筒型電池時(shí)，指的是朝向上方的面。

進(jìn)而，在上述圓筒型電池中，優(yōu)選墊片4的平均壓縮率R滿足10％≤R≤60％。其原因在于，在圓筒型電池中可實(shí)現(xiàn)高的密閉性。平均壓縮率R滿足10％≤R≤60％的狀態(tài)，在與偏離量d有關(guān)的上述條件被滿足了的情況下易于實(shí)現(xiàn)，此外，在開口端部111的前端緣111a傾斜地朝向電池殼體1的與底部13相反的一側(cè)的情況下，同樣也易于實(shí)現(xiàn)。另外，例如，也可以選擇墊片4的厚度、材料，使得平均壓縮率R滿足10％≤R≤60％。

與偏離量d、距離z、以及平均壓縮率R有關(guān)的上述條件是基于本發(fā)明者們進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)而獲得的。表1示出該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

[表1]

如表1所示，本發(fā)明者們制作出偏離量d、距離z、以及平均壓縮率R中的至少任一者不同的17種圓筒型電池(實(shí)施例1～17)。偏離量d、距離z、以及平均壓縮率R以外的條件如下所述。在實(shí)施例1～17的任一個(gè)實(shí)施例中均是：對于構(gòu)成電池殼體1的材料而利用不銹鋼，將電池殼體1的外徑D設(shè)為3.6mm，將電池殼體1的側(cè)壁12的厚度T以及底部13的厚度分別設(shè)為0.08mm以及0.1mm，將電池殼體1的高度設(shè)為35.1mm。此外，在實(shí)施例1～17的任一個(gè)實(shí)施例中均是：對于構(gòu)成封口部件3的材料而利用不銹鋼，將封口部件3的外徑設(shè)為2.8mm，將封口部件3的周緣部31的厚度設(shè)為0.25mm。而且，在實(shí)施例1～17的任一個(gè)實(shí)施例中均是：作為構(gòu)成墊片4的彈性材料而利用了彎曲彈性模量k約為0.6GPa的PFA。另外，表1中的距離h是在沿著電池殼體1的中心軸1a的方向上的、從縮頸部112至與開口端部111的前端緣111a對應(yīng)的位置為止的距離。在本實(shí)驗(yàn)中，作為成為距離h的基準(zhǔn)的縮頸部112的位置，采用的是縮頸部112的深度最深的位置(參照圖2)。

并且，本發(fā)明者們針對制作出的17種圓筒型電池的每一個(gè)，通過使內(nèi)壓上升而使封口部件3從電池殼體1脫落，將脫落時(shí)的內(nèi)壓作為泄壓Pv來進(jìn)行了測定。另外，在本實(shí)驗(yàn)中，在電池的底部開孔，從該孔注入水，由此使得內(nèi)壓上升。圖3是將其測定結(jié)果繪制成橫軸以及縱軸分別設(shè)為偏離量d以及泄壓Pv的坐標(biāo)的散布圖。此外，本發(fā)明者們針對圓筒型電池的每一個(gè)，調(diào)查了有無電解液的泄漏(參照表1)。另外，在調(diào)查電解液的泄漏的實(shí)驗(yàn)中，將17種圓筒型電池各準(zhǔn)備5個(gè)，將這些電池在60℃的氣氛中保存了10天。這種保存使得電解液的溶劑成分氣化而使得內(nèi)壓強(qiáng)制性上升，因此促進(jìn)漏液。然后，在保存了10天之后，本發(fā)明者們針對各圓筒型電池而通過目視的方式確認(rèn)了有無電解液的泄漏。在表1中示出發(fā)生了電解液的泄漏的個(gè)數(shù)。

本發(fā)明者們將泄壓Pv的優(yōu)選范圍設(shè)定為4MPa≤Pv≤25MPa。在圓筒型電池的通常使用時(shí)，例如即便在通過被暴露于高溫下而使得內(nèi)壓上升的情況下，此時(shí)的內(nèi)壓在大多情形下也是小于4MPa的，因此如果泄壓Pv為4MPa以上，則可防止封口部件的脫落。此外，在設(shè)備發(fā)生異常等的情況下，即便在電池發(fā)生異常過熱而內(nèi)壓過度上升的情況下，如果泄壓Pv為25MPa以下，則在電池殼體1破損之前，也能夠利用內(nèi)壓而使得封口部件3從電池殼體1脫落。另外，從安全性的觀點(diǎn)出發(fā)，泄壓Pv優(yōu)選滿足Pv≤20MPa，尤其優(yōu)選滿足Pv≤10MPa。并且，本發(fā)明者們根據(jù)表1以及圖3而將偏離量d的范圍規(guī)定為-0.1mm≤d≤+0.5mm，以使得泄壓Pv滿足上述范圍(4MPa≤Pv≤25MPa)。并且，本發(fā)明者們基于滿足該范圍的圓筒型電池，將距離z的范圍規(guī)定為0.1mm≤z≤0.3mm。而且，本發(fā)明者們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)用于可靠防止電解液的泄漏的高密閉性，根據(jù)表1而將墊片4的平均壓縮率R的范圍規(guī)定為10％≤R≤60％。

另外，認(rèn)為偏離量d的優(yōu)選范圍根據(jù)電池殼體1的外徑D的大小而變化。具體而言，電池殼體1的外徑D越大，封口部件3越容易以較低的內(nèi)壓進(jìn)行脫落。這是因?yàn)?，施加于封口部?的總壓力與電池殼體1的開口面積成比例地變大。但是，如果是電池殼體1的外徑D小于10mm的圓筒型電池，則認(rèn)為偏離量d的優(yōu)選范圍包含在本發(fā)明者們利用電池殼體1的外徑D為3.6mm的圓筒型電池而規(guī)定的-0.1mm≤d≤+0.5mm的范圍內(nèi)。

表2示出針對電池殼體1的外徑D為6mm的圓筒型電池(實(shí)施例18)、和電池殼體1的外徑D為10mm的圓筒型電池(實(shí)施例19)進(jìn)行了與上述實(shí)驗(yàn)相同的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。在這些圓筒型電池中，將偏離量d設(shè)為+0.02mm，將距離z設(shè)為0.19mm，將距離h設(shè)為0.80mm，將平均壓縮率R設(shè)為30％。此外，在實(shí)施例18中，將封口部件3的外徑設(shè)為5.36mm，在實(shí)施例19中，將封口部件3的外徑設(shè)為9.36mm。與圓筒型電池有關(guān)的其他條件與實(shí)施例1～17的圓筒型電池相同。

[表2]

作為實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，在實(shí)施例18中，泄壓Pv成為6.0MPa，在實(shí)施例19中，泄壓Pv成為4.1MPa。這些泄壓Pv滿足優(yōu)選范圍(4MPa≤Pv≤25MPa)，此外，對于這些圓筒型電池而采用的偏離量d(0.02mm)包含在本發(fā)明者們規(guī)定的上述范圍(-0.1mm≤d≤+0.5mm)內(nèi)。而且，在實(shí)施例18以及19的任一個(gè)實(shí)施例中均是：作為將平均壓縮率R設(shè)為30％的結(jié)果，未發(fā)生電解液的泄漏。對于這些圓筒型電池而采用的平均壓縮率R(30％)包含在本發(fā)明者們規(guī)定的上述范圍(10％≤R≤60％)內(nèi)。

根據(jù)偏離量d的上述范圍，在圓筒型電池的通常使用時(shí)，即便在電池的溫度上升使得內(nèi)壓上升的情況下，也可防止封口部件3脫落，此外，在設(shè)備發(fā)生異常等的情況下，即便在電池發(fā)生異常過熱從而內(nèi)壓過度上升的情況下，在電池殼體1破損之前，也能夠利用內(nèi)壓而使得封口部件3從電池殼體1脫落。而且，根據(jù)偏離量d的上述范圍，墊片4被適當(dāng)壓縮，作為其結(jié)果，不易發(fā)生電解液的泄漏。由此，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的圓筒型電池，盡管其為小型，但能夠?qū)崿F(xiàn)兼顧防止電池殼體1的破損這一意義下的安全性、和防止電解液的泄漏這一意義下的密閉性。

而且，根據(jù)平均壓縮率R的上述范圍，在圓筒型電池中可實(shí)現(xiàn)高的密閉性。

另外，本發(fā)明的各部分構(gòu)成并不限于上述實(shí)施方式，在請求保護(hù)的范圍中記載的技術(shù)范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變形。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本發(fā)明所涉及的圓筒型電池在便攜式數(shù)字設(shè)備等各種電子設(shè)備中作為這些設(shè)備的電源是有用的。

符號說明

1 電池殼體

1a 中心軸

11 開口部

111 開口端部

111a 前端緣

112 縮頸部

12 側(cè)壁

13 底部

2 電極組

21 負(fù)極板

22 正極板

23 隔離件

3 封口部件

3a 周緣

31 周緣部

31a 上表面

4 墊片

51 負(fù)極引線

52 正極引線

6 電絕緣部件

D 外徑

T 厚度

rT 比

k 彈性模量

C 虛擬平面

L1 第1對應(yīng)線

L2 第2對應(yīng)線

d 偏離量

h 距離

R 平均壓縮率

Pv 泄壓