專利名稱：非水電解溶液二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種安全閥和一種使用該安全閥的非水電解液二次電池。
近年來，便攜式信息裝置，例如膝上型計(jì)算機(jī)和字處理器，AV裝置，例如攝像機(jī)集成視頻磁帶記錄器和液晶電視機(jī)，以及移動(dòng)通信裝置，例如便攜式電話得到了顯著地發(fā)展。對(duì)于用作電源的電池，要求具有小尺寸、輕重量和高能量密度的二次電池。至今，使用基于水溶液的二次電池，例如鉛電池、鎳鎘電池和鎳氫電池。這些基于水溶液的二次電池足以滿足與輕重量和高能量密度有關(guān)的要求。
最近，作為具有高能量密度的清潔電池，非水電解液二次電池引起了相當(dāng)大的注意，并且是非常期望的。
以下將參考圖6至圖8，敘述常規(guī)非水電解液二次電池。
圖6是表示常規(guī)非水電解液二次電池的斷面圖(例如，在日本延遲公開專利出版物No.8-315798中公開)。
在該非水電解液二次電池中，一個(gè)圓柱形帶底外封裝罐1把一個(gè)電極元件2保持在其中，將一種非水電解溶液(未示出)注入外封裝罐1，并且使非水電解溶液浸入電極元件2。
構(gòu)成電極元件2，以便正電極和負(fù)電極各由一種混合物形成，這種混合物通過將活性材料、粘合劑和具有細(xì)長(zhǎng)集流器的導(dǎo)體混合得到，正電極和負(fù)電極跨越一個(gè)用作正電極和負(fù)電極的微孔分隔層而分層，并且分層結(jié)構(gòu)例如在一個(gè)取螺旋線電極形式的圓柱形芯周圍纏繞。
將電極元件2插入外封裝罐1，以便負(fù)電極引線10的引導(dǎo)側(cè)面對(duì)外封裝罐1的底側(cè)。
在電極元件2的兩邊，安排絕緣板，并且使電極元件2的引線9和10的自由端引到絕緣板的外面。負(fù)電極引線10的自由端焊接在用作電極端引導(dǎo)部分的外封裝罐1的底面。
在外封裝罐1的一端側(cè)，通過一個(gè)墊圈8對(duì)蓋7、PTC元件3和安全閥6填縫，以密封外封裝罐1的一端。
在安全閥6的中心部分，形成一個(gè)向電極元件2突起的突起部分6a。突起部分6a焊接在一個(gè)子盤4上，子盤4焊接在正電極引線9的自由端。這樣，突起部分6a與電極元件2的正電極引線9電連接。
以下將參考圖7和圖8，敘述用于常規(guī)非水電解液二次電池的安全閥。
以下將敘述安全閥的布置。圖7A是表示在常規(guī)非水電解液二次電池的正常狀態(tài)下，安全閥的動(dòng)作的斷面圖。圖7A表示圖6的上部。
圖8A是表示在正常狀態(tài)下，用于常規(guī)非水電解液二次電池的安全閥的布置的平面圖和斷面圖。如圖8A所示，線性薄部6c幾乎沿一個(gè)定心在突起部分6a的圓而形成。另外，在線性薄部6c外面形成四個(gè)沿徑向延伸的薄部6d。
盤11通過一個(gè)盤支持器12固定在安全閥6的內(nèi)側(cè)。
這里將敘述盤11的形狀。圖8B是用于常規(guī)非水電解液二次電池的盤的平面圖。
在圖8B中，邊緣部分11a是一個(gè)帶狀板，它部分地構(gòu)成盤11，并且在板的外邊具有圓形。外邊緣部分11a本身固定在墊圈8上，以總體上支持盤11。
壓下部分11b部分地構(gòu)成盤11。壓下部分11b的形狀是平板，并且與邊緣部分11a連接。
盤11具有一個(gè)中心孔11c。中心孔11c是圓孔，定心在盤11的對(duì)稱點(diǎn)。
周孔11d是一個(gè)幾乎為矩形的孔，它在中心孔11c側(cè)具有一個(gè)半圓部分，并且周孔11d的中心軸取徑向。
圖8A所示子盤4具有薄盤狀形狀，并且在盤11的中心焊接在盤11的電極元件2上。
正電極引線9焊接在子盤4的電極元件2上。這樣，子盤4和正電極引線9相互電連接。
以下將參考圖7和圖8，敘述安全閥的操作。在這種情況下，安全閥6具有兩個(gè)機(jī)構(gòu)，即斷流機(jī)構(gòu)和劈裂機(jī)構(gòu)。
以下將敘述斷流機(jī)構(gòu)的操作。圖7B是表示在常規(guī)非水電解液二次電池的斷流狀態(tài)下，安全閥的動(dòng)作的斷面圖。
當(dāng)由于某種原因而在外封裝罐1中產(chǎn)生氣體時(shí)，內(nèi)部壓力增加。此時(shí)，產(chǎn)生氣體通過盤11外周附近存在的孔，以使安全閥6的內(nèi)表面增壓。這樣，使安全閥6向外面變形。
在圖2A中，雖然子盤4封閉盤11的中心孔11c，但是子盤4的直徑小。由于這個(gè)原因，在盤11外周附近形成的孔沒有被子盤4封閉。由于盤11的周孔11d如上所述沒有被封閉，所以電池中存在的氣體能通過盤11。與此相反，由于安全閥6無孔，所以電池中存在的氣體不能排放到外面，并且保持氣密狀態(tài)。
另外，在安全閥6的突起部分6a與子盤4之間的焊接部分，存在于焊接部分周圍的子盤4被剪切力撕開。這樣，當(dāng)突起部分6a與子盤4相互分開時(shí)，電極元件2的正電極引線9與蓋7之間的電連接被切斷。
這里，將進(jìn)一步敘述安全閥6的變形。如圖5B所示，當(dāng)安全閥6變形時(shí)，安全閥6在位置6k和6l大量地變形。更具體地說，位置6k指示安全閥6之內(nèi)的平區(qū)的外周，而位置6l指示貼近突起部分6a的位置。位置6l是這些部分的彎曲點(diǎn)，它對(duì)應(yīng)圖6A中薄部6c的部分。由于薄部6c的部分機(jī)械最弱，所以薄部6c受壓力變形最大。
另外，由于安全閥6的變形，引起在安全閥6的突起部分6a與子盤4之間的焊接部分，存在于焊接部分周圍的子盤4被剪切力撕開。這樣，當(dāng)突起部分6a與子盤4相互分開時(shí)，電極元件2的正電極引線9與蓋7之間的電連接被切斷。
如圖5B顯而易見，彎曲部分6k和6l之間的距離大。由于這個(gè)原因，由于安全閥6的變形，突起部分6a與子盤4大量地分開。這樣，由于突起部分6a和子盤4相互大量地分開，所以能可靠地執(zhí)行斷流操作。
以下將敘述劈裂機(jī)構(gòu)的操作。圖5C是表示在劈裂狀態(tài)下，常規(guī)非水電解液二次電池的安全閥的動(dòng)作的斷面圖。
當(dāng)外封裝罐1中的壓力高于斷流狀態(tài)下的壓力時(shí)，安全閥6本身劈裂，以便產(chǎn)生氣體通過蓋7中形成的排氣孔釋放。
以下將參考圖6B敘述安全閥6的劈裂操作。圖6B包括一個(gè)平面圖和一個(gè)斷面圖，表示在劈裂狀態(tài)下用于常規(guī)非水電解液二次電池的安全閥的劈裂方式。
這里，按下列次序執(zhí)行一系列劈裂操作。更具體地說，首先，沿薄部6的凹槽，使得沿圓的薄部6c劈列。沿凹槽方向垂直方向的張力作用在徑向形成的薄部6d上，并且薄部6d沿凹槽劈裂。在這種情況下，如圖5C所示，沒有劈裂的薄部6c可能部分地保留。
如上所述，當(dāng)外封裝罐1中的壓力增加時(shí)，薄部6c和薄部6d連續(xù)地劈裂。由于這個(gè)原因，產(chǎn)生氣體能在安全閥6劈裂之后排放到外面。
然而，在常規(guī)非水電解液二次電池中，雖然薄部6c幾乎完全地劈裂，但是薄部6d僅從安全閥6的中心一半地劈裂，并且劈裂的寬度也小。更具體地說，產(chǎn)生氣體的通過面積僅是與分開部分6e和薄部6d所形成圓周的小間隙對(duì)應(yīng)的面積。因此，當(dāng)在外封裝罐1中產(chǎn)生氣體時(shí)，常規(guī)使用的安全閥不能在短時(shí)間內(nèi)使產(chǎn)生氣體釋放到外面。
作為問題的一種解決方法，可以考慮增加周孔11d的開口面積。然而，增加開口面積，不能容易地保證盤11本身的機(jī)械強(qiáng)度。為了保證機(jī)械強(qiáng)度，可以增加盤11的厚度。然而，當(dāng)增加厚度時(shí)，必須減小電池的容量。由于這個(gè)原因，實(shí)際上難以增加周孔11d的開口面積。
本發(fā)明鑒于上述問題實(shí)現(xiàn)，并且其目的是提供一種非水電解液二次電池，它能在斷流狀態(tài)下可靠地執(zhí)行斷流操作，并且能在劈裂狀態(tài)下在短時(shí)限內(nèi)釋放氣體。
根據(jù)本發(fā)明的非水電解液二次電池是一種非水電解液二次電池，其中在一個(gè)其中保持一個(gè)電極元件的圓柱形外封裝罐的一端側(cè)，安排一個(gè)安全閥，該安全閥具有一個(gè)向電極元件突起的突起部分，并且在安全閥的中心與電極元件的引線連接，其中幾乎沿至少兩個(gè)定心在突起部分的圓周，形成多個(gè)線性薄部，并且在相互鄰近的線性薄部的端部之間，形成沿徑向延伸的薄部。
在這種情況下，沿相同圓周的多個(gè)線性薄部的長(zhǎng)度幾乎相互相等。
根據(jù)本發(fā)明的非水電解液二次電池，幾乎沿至少兩個(gè)定心在突起部分的圓周，形成多個(gè)線性薄部，并且在相互鄰近的線性薄部的端部之間，形成沿徑向延伸的薄部。由于這個(gè)原因，能獲得足夠長(zhǎng)距離，作為突起部分與引線之間的距離，并且使劈裂狀態(tài)下氣體的通過面積增加。
根據(jù)本發(fā)明的第二非水電解液二次電池是一種非水電解液二次電池，其中在一個(gè)其中保持一個(gè)電極元件的圓柱形外封裝罐的一端側(cè)，安排至少一個(gè)盤和一個(gè)安全閥，該盤具有一個(gè)中心孔，該安全閥具有一個(gè)在安全閥的中心部分向電極元件突起的突起部分，并且該突起部分通過盤的中心孔與電極元件的引線連接。該盤具有一個(gè)線性薄部。
根據(jù)本發(fā)明的非水電解液二次電池是一種非水電解液二次電池，它具有這樣布置，其中薄部幾乎是沿定心在中心孔的對(duì)稱點(diǎn)的圓。


圖1是斷面圖，表示根據(jù)非水電解液二次電池的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例；圖2是斷面圖，表示在根據(jù)本發(fā)明的非水電解液二次電池中，在正常狀態(tài)、斷流狀態(tài)和劈裂狀態(tài)下安全閥的動(dòng)作；圖3包括平面圖和斷面圖，表示根據(jù)本發(fā)明的非水電解液二次電池所使用的安全閥在正常狀態(tài)下的布置，和在劈裂狀態(tài)下的劈裂方式；圖4是斷面圖，表示根據(jù)本第二發(fā)明的非水電解液二次電池所使用的安全閥在正常狀態(tài)下的布置，和在劈裂狀態(tài)下的劈裂方式；圖5是平面圖，表示在本第二發(fā)明中在劈裂狀態(tài)下的劈裂方式；圖6是斷面圖，表示常規(guī)非水電解液二次電池；圖7是斷面圖，表示在常規(guī)非水電解液二次電池中，在正常狀態(tài)、斷流狀態(tài)和劈裂狀態(tài)下安全閥的動(dòng)作；圖8包括平面圖和斷面圖，表示在常規(guī)非水電解液二次電池中的安全閥在正常狀態(tài)下的布置，和在劈裂狀態(tài)下的劈裂方式。
以下將參考圖1至圖3，敘述根據(jù)非水電解液二次電池的本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是斷面圖，表示關(guān)于非水電解液二次電池的本發(fā)明的實(shí)施例。本實(shí)施例通過對(duì)一種非水電解液二次電池應(yīng)用本發(fā)明而獲得，該非水電解液二次電池包括一種其中作為正電極和(或)陰電極而摻雜或去摻雜鋰的材料，和一種非水電解溶液。然而，本發(fā)明不限于本實(shí)施例和圖1的例子。
在本實(shí)施例中，電極元件2被保持在一個(gè)由鐵和鍍鎳(Ni)所組成的圓柱形裝底外封裝罐1中，并且將一種非水電解溶液(未示出)注入外封裝罐1中，而且該非水電解溶液浸入電極元件2。
外封裝罐1不限于圓柱形罐。除圓柱形電池外，還可以使用棱柱形電池。
構(gòu)成電極元件2，以便跨越一個(gè)微孔分隔層，層疊微孔正電極和微孔負(fù)電極，并且例如圍繞一個(gè)取螺線電極形式的圓柱形芯，纏繞分層膜。
形成電極元件2的正電極和負(fù)電極，以便在一個(gè)由鋁(Al)箔和銅(Cu)箔組成的細(xì)長(zhǎng)集流箔的兩個(gè)表面上，涂上正電極活性材料和負(fù)電極活性材料。
由Al組成的正電極引線9的一端和由Ni組成的負(fù)電極引線10的一端，焊接在正電極和負(fù)電極的集流箔的相對(duì)端部。如圖1所示，正電極引線9從電極元件2的中心部分引到電極元件2外面，而負(fù)電極引線10從電極元件2的外圍引出。
將電極元件2插入外封裝罐1，以便負(fù)電極引線10的引導(dǎo)側(cè)面對(duì)外封裝罐1的底側(cè)。
在電極元件2的兩側(cè)安排薄絕緣板，并且使電極元件2的引線9和10的自由端引到絕緣薄板外面。負(fù)電極引線10的自由端焊接在外封裝罐1的底面，例如用作電極端引導(dǎo)部分。
在電極元件2中，作為正電極的正電極活性材料，優(yōu)選地使用一種材料，其中例如能去摻雜和再摻雜Li，一種由活性材料LixMO2表示的復(fù)合氧化物(M是從Co、Ni和Mn中選擇的一種過渡金屬，0.4≤x≤1.1)，例如由鋰過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物組成，其中包括LiCoO2,LiNiO2,LiMn2O4或其他類似氧化物。這樣的鋰過渡金屬氧化物能通過下列方法獲得。也就是，例如，使用碳酸鹽、硝酸鹽、氧化物、氫氧化物和Li、Co、Ni及Mn等作為開始材料，并且將這些開始原材料根據(jù)成分相互混合，而且在600℃到1,000℃的溫度范圍內(nèi)燒制。
至于負(fù)電極的負(fù)電極活性材料，使用低晶碳材料、高晶材料或其他類似材料，低晶碳材料通過燒制一種材料獲得，其中例如能在相對(duì)低溫度下，例如2,000℃或更低下?lián)诫s或去摻雜Li，高晶材料例如有人造石墨或天然石墨，通過處理一種材料獲得，這種材料能在約3,000℃的高溫下容易結(jié)晶。例如，能使用熱解碳、焦炭、石墨、玻璃狀碳、有機(jī)高分子化合物燒制材料(通過在適當(dāng)溫度下燒結(jié)呋喃樹脂或其他類似材料，并且使結(jié)果材料碳化而獲得)、碳纖維或活性碳。
至于低晶碳材料，優(yōu)選地使用一種碳質(zhì)材料，它通過在小于1,500℃下燒結(jié)呋喃樹脂、石油瀝青或其他類似材料，并且結(jié)果材料碳化而獲得，其中通過大擴(kuò)張角X射線微差法獲得的(002)表面的間隔為3.70或更大，并且真空度小于1.7g/cm3，而且其在空氣流中在微差熱分析中沒有700℃或更高的生熱峰值。至于石墨粉，優(yōu)選地使用一種碳質(zhì)材料，其中由大擴(kuò)張角X射線微差法獲得的(002)表面的間隔小于3.42。這些碳材料是具有大量的摻雜和去摻雜Li的材料，它們?cè)诔潆?放電循環(huán)壽命性能方面極好。至于負(fù)電極材料和正電極材料的組合，能選擇一種對(duì)所用裝置最適當(dāng)?shù)慕M合。
分隔層能由一種多孔薄膜和一種微孔膜構(gòu)成，微孔膜由聚烯烴樹脂，例如聚乙烯、聚丙烯或聚四氟乙烯組成。
非水電解溶液由有機(jī)溶劑和其中溶解的電解液組成。還可以使用一種所謂的聚合物電解液，它通過混合非水電解溶液和高分子化合物而獲得，或一種聚合物電解液，它通過混合或組合高分子化合物和電解液而獲得。
至于有機(jī)溶劑，例如，能使用至少一種有機(jī)溶劑，它從多于一種的環(huán)狀碳酸鹽中選擇，例如碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯，鏈狀碳酸亞乙烯酯(vinylene carbonate a chain carbonate)，例如碳酸二甲酯，碳酸乙基-甲基酯或碳酸二乙酯，環(huán)狀乙基-甲基酯(ethyl-methyl a cyclicester)，例如γ-丁內(nèi)酯或γ-戊內(nèi)酯，鏈酯，例如醋酸乙酯或丙酸甲酯，以及乙醚，例如四氫呋喃或1,2-二甲氧基乙烷。
至于電解液，能使用一種鋰鹽，它能溶解于所使用的溶劑，并且具有離子傳導(dǎo)性，例如從LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2和LiC(CF3SO2)3中選擇的至少一種。
在外封裝罐1的一端側(cè)，通過一個(gè)墊圈8對(duì)蓋7、PTC元件3和安全閥6填縫，以密封外封裝罐1的一端。更具體地說，在外封裝罐1的開口端，對(duì)于例如由不銹鋼、Ni或Fe組成，用作正側(cè)端引導(dǎo)部分的蓋7，例如具有正溫度特性的環(huán)狀PTC元件3，和安排在PTC元件里面，并且由Al組成的安全閥6填縫，而且加以密封，以便這些部件由墊圈8壓緊。
例如，在安全閥6的中心部分，形成一個(gè)向電極元件2突起的突起部分6a。突起部分6a焊接在一個(gè)子盤4上，子盤4由Al組成，并且焊接在正電極引線9的自由端。這樣，突起部分6a與電極元件2的正電極引線9電連接。
在安全閥6與子盤4之間，通過一個(gè)盤支持器12，安排一個(gè)具有中心孔的盤11，安全閥6的突起部分6a通過該中心孔，并且盤11例如由Al金屬板構(gòu)成。
以下將參考圖2和圖3，敘述根據(jù)本實(shí)施例的非水電解液二次電池所使用的安全閥。
以下將敘述安全閥的布置。圖2A是一個(gè)斷面圖，表示在根據(jù)本發(fā)明的非水電解液二次電池中，正常狀態(tài)下的安全閥的動(dòng)作。圖2A表示圖1的上部。這里，雖然子盤4使盤11的中心孔封閉，但是子盤4的直徑小。由于這個(gè)原因，在盤11外周附近形成的孔沒有被子盤4封閉。另外，如上所述，由于在盤11外周附近形成的孔沒有被封閉，所以電池中存在的氣體能通過盤11。與此相反，安全閥6無孔，電池中存在的氣體不能釋放到外面，并且保持氣密狀態(tài)。這個(gè)狀態(tài)是圖2A所示的正常狀態(tài)。
圖3A包括一個(gè)平面圖和一個(gè)斷面圖，表示根據(jù)本發(fā)明的非水電解液二次電池所使用的安全閥在正常狀態(tài)下的布置。如圖3A顯而易見，幾乎沿至少兩個(gè)定心在突起部分6a的圓的周圍，形成多個(gè)線性薄部。在圖3A中，存在一個(gè)具有小直徑的小圓(在下文稱為“小直徑圓”)，和一個(gè)具有大直徑的圓(在下文稱為“大直徑圓”)，并且表示了多個(gè)沿小直徑圓和大直徑圓的線性薄部。更具體地說，在突起部分6a附近，形成四個(gè)沿小直徑圓的薄部6g。薄部6g的長(zhǎng)度幾乎相互相等。其中沒有形成薄部6g的小直徑圓上的弦?guī)缀跸嗷ハ嗟取?br> 在安全閥6的外周附近，形成四個(gè)沿大直徑圓的薄部6h。薄部6h的長(zhǎng)度幾乎相互相等，并且其上沒有形成薄部6h的大直徑上的弦?guī)缀跸嗷ハ嗟取?br> 另外，在相互鄰近的薄部6g和薄部6h的端部之間，形成沿徑向延伸的薄部6I。這樣，由薄部6g、薄部6h和薄部6I形成一個(gè)具有四個(gè)扇狀葉片的形狀，它由一個(gè)連續(xù)薄部構(gòu)成。形成這個(gè)形狀，以便每90°重復(fù)相同圖形。
在圖3A中，薄部6g、6h和6i的厚度為0.1mm，而除薄部6g、6h和6i外的其他部分，即安全閥主體6b和分開部分6f的厚度為0.3mm。
葉片數(shù)不限于如上所述的四個(gè)。更具體地說，葉片數(shù)優(yōu)選地設(shè)定在2到10的范圍之內(nèi)。當(dāng)葉片數(shù)為一時(shí)，失去了形狀的對(duì)稱性。由于這個(gè)原因，在劈裂操作中(后文敘述)，葉片部分也許不能夠足夠地分開。當(dāng)葉片數(shù)大于10時(shí)，薄部的總長(zhǎng)度過大，并且要求大量能量來剪切薄部。由于這個(gè)原因，可能相當(dāng)難以執(zhí)行劈裂操作。
在上述實(shí)施例中，兩個(gè)圓即小直徑圓和大直徑圓敘述為薄部必須沿著它們的圓。然而，本發(fā)明不限于兩個(gè)圓?？梢允褂萌齻€(gè)圓。然而，為了平滑地執(zhí)行劈裂操作，優(yōu)選地相對(duì)一條把沿最大直徑圓的薄部的線的中心與突起部分的中心連接的直線，形狀對(duì)稱。優(yōu)選地包括一個(gè)沿上述最大直徑圓的薄部的形狀是一個(gè)形狀，其中以相同角度重復(fù)相同圖形。
在本實(shí)施例中，至于把相鄰薄部的端部連接的線，使用沿徑向通過突起部分的中心延伸的直線。然而，本發(fā)明不限于直線?？梢允褂靡粭l沿徑向的直線，它不通過突起部分的中心。不必要使用直線，并且可以使用沿徑向的曲線。
在上述實(shí)施例中，使用0.1mm作為薄部6g、6h和6I的厚度。然而，本發(fā)明不限于這個(gè)厚度。當(dāng)然能取決于必須執(zhí)行劈裂時(shí)的壓力值而適當(dāng)?shù)馗淖兒穸?。另外，不僅在整個(gè)薄部范圍使薄部6g、6h和6I的厚度均勻，而且可以在薄部的部分而部分地改變厚度，以便也能形成其中劈裂容易發(fā)生的部分。
以下將參考圖2和圖3，敘述安全閥的操作。在這種情況下，安全閥6具有兩個(gè)機(jī)構(gòu)，即斷流機(jī)構(gòu)和劈裂機(jī)構(gòu)。
首先將敘述斷流機(jī)構(gòu)的操作。圖2B是一個(gè)斷面圖，表示在該實(shí)施例的非水電解液二次電池中，在斷流狀態(tài)下安全閥的操作。
當(dāng)由于某種原因而在外封裝罐1中產(chǎn)生氣體時(shí)，外封裝罐1中的壓力增加。此時(shí)，產(chǎn)生氣體通過盤11外周附近存在的孔，以使安全閥6的內(nèi)表面增壓。結(jié)果，安全閥6向外壓，并且沿外部方向膨脹變形。這個(gè)變形使電池的容積增加。因此，能使壓力緩和。
另外，由于安全閥6的變形，在安全閥6的突起部分6a與子盤4之間的焊接部分，存在于焊接部分周圍的子盤4被剪切力撕開。這樣，當(dāng)突起部分6a與子盤4相互分開時(shí)，電極元件2的正電極引線9與蓋7之間的電連接被切斷。更具體地說，子盤4通過突起部分6a、PTC元件3和蓋7，與安全閥6電連接。然而，當(dāng)正電極引線9和突起部分6a如上所述相互分開時(shí)，正電極引線9與蓋7之間的電連接也能被切斷。
這里，將進(jìn)一步詳細(xì)地?cái)⑹霭踩y6的變形。如圖2B顯而易見，當(dāng)安全閥6變形時(shí)，安全閥6在位置6k和6l大量地變形。更具體地說，這些部分是指示安全閥6的內(nèi)平區(qū)的外周的位置6k，和指示貼近突起部分6a的位置6l。位置6l是彎曲點(diǎn)，它對(duì)應(yīng)圖3A中沿小直徑圓的部分，即薄部6g的部分。由于薄部6g的位置機(jī)械最弱，所以薄部6g受壓力變形最大。除這些部分外的其他部分，即突起部分6a很少變形，而在突起部分6s外邊的平部稍微變形。
如圖2B顯而易見，彎曲點(diǎn)6k和6l之間的距離大。由于這個(gè)原因，通過安全閥6的變形，突起部分6a與子盤4大量地分開。這樣，在本實(shí)施力所使用的安全閥6中，如常規(guī)安全閥那樣，突起部分6a和子盤4能相互大量地分開。如上所述，由于突起部分6a和子盤4能相互大量地分開，所以實(shí)現(xiàn)了能可靠地執(zhí)行斷流操作的優(yōu)點(diǎn)。
在圖6A所述的常規(guī)安全閥6中，通過簡(jiǎn)單地增加薄部6c的圓的直徑，不能實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)點(diǎn)。更具體地說，在這種情況下，由于薄部在薄部6c的位置彎曲，所以與圖2B中位置6k和6l之間的距離對(duì)應(yīng)的距離減小。結(jié)果，突起部分6a和子盤4不能足夠地相互分開。結(jié)果，降低了斷流操作的可靠性。
以下將敘述劈裂機(jī)構(gòu)的操作。圖2C是一個(gè)斷面圖，表示在本實(shí)施例的非水電解液二次電池中，在劈裂狀態(tài)下安全閥的動(dòng)作。
當(dāng)外封裝罐1中的壓力高于斷流操作下的壓力時(shí)，安全閥6本身劈裂，以便產(chǎn)生氣體通過蓋7中形成的排氣孔釋放。
以下將參考圖3B，敘述安全閥6的劈裂操作。圖3B包括一個(gè)平面圖和一個(gè)斷面圖，表示在本實(shí)施例的非水二次電池所使用的安全閥中，在劈裂狀態(tài)下的劈裂方式。
這里，按下列次序執(zhí)行一系列劈裂操作。更具體地說，沿凹槽使得沿小直徑圓的薄部6g劈裂。由于通過使薄部6g劈裂，使突起部分與安全閥分開，所以剪切力作用在薄部6i上，并且薄部6i沿凹槽劈裂。當(dāng)所有薄部6i劈裂時(shí)，使得沿大直徑圓的薄部6h沿垂直于凹槽的方向拉緊。由于這個(gè)原因，張應(yīng)力作用在薄部6h上，以使薄部6h劈裂。
在這種情況下，如圖2C所示，可能部分地保留沒有被劈裂的薄部6h。這是取決于封裝罐中的壓力大小而確定的。
這樣，當(dāng)外封裝罐1中的壓力增加時(shí)，薄部6g、6i和6h連續(xù)地劈裂。由于這個(gè)原因，由薄部6g、6I和6h所圍繞的分開部分6f能在短時(shí)間之內(nèi)，完全地或幾乎完全地與安全閥主體6b分開。結(jié)果，能顯著地增加產(chǎn)生氣體所通過的截面積，并且在安全閥6劈裂之后，能在短時(shí)限之內(nèi)使產(chǎn)生氣體釋放到外面。
為了檢查本實(shí)施例的非水電解液二次電池所使用的安全閥的效果，研究了安全閥的斷流機(jī)構(gòu)和劈裂機(jī)構(gòu)。
圖3表示用于研究的安全閥。而且，研究了圖6A的常規(guī)安全閥，以與本實(shí)施例的安全閥比較。
這里，本實(shí)施例的安全閥和常規(guī)安全閥具有相等厚度的平部和相等厚度的薄部。使得本實(shí)施例所使用的安全閥(圖3A)中對(duì)應(yīng)薄部6g的圓的直徑，與常規(guī)安全閥(圖6A)中對(duì)應(yīng)薄部6c的圓的直徑相等。使得本實(shí)施例中對(duì)應(yīng)薄部6h的大直徑圓的半徑(圖3A)，等于現(xiàn)有技術(shù)中從薄部6c的外端到突起部分的中心的距離(圖6A)。
在本實(shí)施例和現(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于斷流機(jī)構(gòu)和劈裂機(jī)構(gòu)的研究，用安全閥密封圓柱形電池，而不使用組裝的電極元件，并且把一個(gè)液壓缸附于罐底，以執(zhí)行壓力試驗(yàn)。
作為研究結(jié)果，本實(shí)施例的斷流操作壓力是1.5MPa，并且現(xiàn)有技術(shù)的斷流操作壓力是1.5MPa。這樣，如本實(shí)施例那樣，能在和常規(guī)安全閥的壓力相等的壓力下執(zhí)行斷流操作。
另外，本實(shí)施例的劈裂操作壓力是2.5MPa，并且現(xiàn)有技術(shù)的劈裂操作壓力是2.5MPa。這樣，在本實(shí)施例中，能在和常規(guī)安全閥的壓力相等的壓力下操作劈裂機(jī)構(gòu)。
關(guān)于本實(shí)施例和現(xiàn)有實(shí)施例，觀察劈裂狀態(tài)下的劈裂方式。
結(jié)果，在本實(shí)施例中，如圖2C所示，所有薄部6g和所有薄部6i都劈裂。除一個(gè)部分外，所有薄部6h都劈裂。另一方面，在現(xiàn)有技術(shù)中，如圖5C所示，雖然薄部6c幾乎完全劈裂，但是薄部6d僅從中心一半劈裂，并且劈裂的寬度也小。
根據(jù)以上觀察結(jié)果，當(dāng)相互比較本實(shí)施例所使用的安全閥和常規(guī)安全閥的劈裂狀態(tài)時(shí)，在現(xiàn)有技術(shù)中，產(chǎn)生氣體的通過面積僅是中心孔的部分6e，和在圓周形成的薄部6d的小間隙所對(duì)應(yīng)的面積。在本實(shí)施例中，由于分開部分6f幾乎分開，所以通過面積大。因此，當(dāng)在外封裝罐1中產(chǎn)生氣體時(shí)，產(chǎn)生氣體能在短時(shí)間之內(nèi)由本實(shí)施例所使用的安全閥，而不是常規(guī)安全閥釋放到外面。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，沿至少兩個(gè)定心在突起部分的圓周，形成多個(gè)多個(gè)線性薄部，并且在相互鄰近的線性薄部的端部之間，形成沿徑向延伸的薄部。由于這個(gè)原因，能獲得足夠長(zhǎng)距離，作為斷流狀態(tài)下突起部分與引線之間的距離，并且使劈裂狀態(tài)下氣體的通過面積增加。結(jié)果，能在斷流狀態(tài)下可靠地執(zhí)行斷流操作，并且在劈裂狀態(tài)下使氣體能在短時(shí)間之內(nèi)排放。
在敘述斷流機(jī)構(gòu)和劈裂機(jī)構(gòu)之前，將敘述安全閥和盤的正常狀態(tài)。
圖4A是一個(gè)斷面圖，表示在根據(jù)本實(shí)施例的非水電解液二次電池中，在正常狀態(tài)下安全閥6和盤11的方式。圖4A表示圖1A的上部。
在圖4A中，雖然子盤4封閉盤11的中心孔11c，但是子盤4的直徑小。由于這個(gè)原因，在盤11外周附近形成的孔沒有被子盤4封閉。由于盤11的周孔11d如上所述沒有被封閉，所以電池中存在的氣體能通過盤11。與此相反，由于安全閥6無孔，所以電池中存在的氣體不能排放到外面，并且保持氣密狀態(tài)。這個(gè)狀態(tài)是圖2A所示的正常狀態(tài)。
以下將敘述安全閥的斷流機(jī)構(gòu)的操作。
圖4B是一個(gè)斷面圖，表示在根據(jù)本實(shí)施例的非水電解液二次電池中，在斷流狀態(tài)下安全閥的動(dòng)作。
當(dāng)由于某種原因而在外封裝罐1中產(chǎn)生氣體時(shí)，內(nèi)部壓力增加。此時(shí)，產(chǎn)生氣體通過盤11的周孔11d，以使安全閥6的內(nèi)表面增壓。結(jié)果，安全閥6向外壓，并且沿外方向膨脹變形。這個(gè)變形使電池的容積增加。因此，能使內(nèi)部壓力緩和。
由于安全閥6的變形，在安全閥6的突起部分6a與子盤4之間的焊接部分，存在于焊接部分周圍的子盤4被剪切力撕開。
這樣，當(dāng)突起部分6a與子盤4相互分開時(shí)，電極元件2的正電極引線9與蓋7之間的電連接被切斷。
更具體地說，正電極引線9通過子盤4、突起部分6a、PTC元件3和蓋7，與安全閥6電連接。然而，當(dāng)子盤4和突起部分6a如上所述相互分開時(shí)，陽(yáng)極引線9與蓋7之間的電連接也被切斷。
這里將詳細(xì)地?cái)⑹鲎冃巍Ｈ鐖D5B顯而易見，當(dāng)安全閥6變形時(shí)，安全閥6在位置6k和6l大量地變形。更具體地說，這些部分是指示安全閥6的內(nèi)平區(qū)的外周的位置6k，和貼近突起部分6a的位置6l。除這些部分外的其他部分，即突起部分6a很少變形，而在突起部分6a外側(cè)的平部也稍微變形。
如圖4B顯而易見，彎曲點(diǎn)6k和6l之間的距離大。
由于這個(gè)原因，通過安全閥6的變形，突起部分6a與子盤4大量分開。這樣，由于突起部分6a和子盤4相互大量地分開，所以實(shí)現(xiàn)了能可靠地執(zhí)行斷流操作的優(yōu)點(diǎn)。
以下將敘述安全閥的劈裂機(jī)構(gòu)的操作。
圖4C是一個(gè)斷面圖，表示在根據(jù)本實(shí)施例的非水電解液二次電池中，在劈裂狀態(tài)下安全閥和盤的動(dòng)作。
當(dāng)外封裝罐1中的壓力高于斷流操作下的壓力時(shí)，安全閥6本身劈裂。
這樣，當(dāng)安全閥6劈裂時(shí)，但是當(dāng)盤11劈裂時(shí)，電池中產(chǎn)生的氣體通過盤11的周孔11d，通過安全閥6的劈裂部分6b，并且通過蓋7的排氣孔7a，以釋放到外面。
以下將參考圖2C，敘述盤的劈裂機(jī)構(gòu)的操作。
當(dāng)壓力進(jìn)一步高于安全閥的劈裂機(jī)構(gòu)操作的壓力時(shí)，盤11的劈裂機(jī)構(gòu)操作。更具體地說，盤11的分開部分11g與盤11分開。這樣，分開部分11g浮起，并且在分開部分11g周圍形成劈裂部分11h。結(jié)果，電池中產(chǎn)生的氣體不僅通過盤的周孔11d，而且同時(shí)通過盤11的劈裂部分11h。另外，產(chǎn)生氣體通過安全閥6的劈裂部分6b，并且通過蓋7的排氣孔7a，以排放到外面。
這里將參考圖5，敘述盤11的劈裂方式。圖5是一個(gè)平面圖，表示在劈裂狀態(tài)下，根據(jù)本實(shí)施例的非水電解液二次電池所使用的盤的方式。
當(dāng)在電池中產(chǎn)生氣體時(shí)，氣體通過盤11的周孔11d。另外，當(dāng)氣體的壓力增加時(shí)，高壓作用在電極元件2側(cè)上的分開部分11g的表面上。
當(dāng)高壓如上所述作用時(shí)，大剪切力作用在盤11的薄部11e上。
在這種情況下，薄部11e機(jī)械最弱，薄部11e容易被剪切力剪開。
結(jié)果，在圖5B所示狀態(tài)下，分開部分11g與盤11分開。
在分開部分11g周圍移去薄部11e的位置，形成劈裂部分11h。
這樣，當(dāng)盤11被劈裂時(shí)，使安全閥的劈裂狀態(tài)下的氣體通過面積增加。在敘述中，雖然在安全閥劈裂之后盤劈裂，但是本發(fā)明不限于這個(gè)次序。更具體地說，取決于電池中壓力的產(chǎn)生狀態(tài)，盤可以與安全閥的劈裂同時(shí)地劈裂。而且在這些狀態(tài)中的任何狀態(tài)下，盤的劈裂機(jī)構(gòu)有效地操作，能使氣體的通過面積增加。
結(jié)果，在安全閥的劈裂狀態(tài)下，氣體能在短時(shí)間之內(nèi)排放。
當(dāng)盤劈裂時(shí)，當(dāng)盤的分開部分從盤浮起時(shí)，分開部分可能與安全閥接觸，并且可能與安全閥電連接。
然而，當(dāng)氣體釋放到外面時(shí)，這個(gè)狀態(tài)是一個(gè)狀態(tài)，其中電池本身不能實(shí)現(xiàn)電池的功能。由于這個(gè)原因，分開部分和安全閥能沒有任何問題地相互電連接。
在本實(shí)施例中，以上敘述了圓柱形非水電解液二次電池。然而，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不限于圓柱形非水電解液二次電池。更具體地說，本發(fā)明當(dāng)然能應(yīng)用于具有壓力釋放機(jī)構(gòu)的另外電池。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，并且在不違反本發(fā)明的精神和范圍下，能使用各種各樣的布置。
本發(fā)明達(dá)到了下述效果。
沿至少兩個(gè)定心在突起部分的圓周，形成多個(gè)線性薄部，并且在相互鄰近的線性薄部的端部之間，形成沿徑向延伸的薄部。由于這個(gè)原因，能在斷流狀態(tài)下可靠地執(zhí)行斷流操作，并且能在劈裂狀態(tài)下在短時(shí)限之內(nèi)排放氣體。
已經(jīng)參考附圖敘述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，并且對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在不違反如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神或范圍下，其中能實(shí)行各種各樣的改變和變更。
權(quán)利要求
1．一種非水電解液二次電池，其中在一個(gè)其中保持一個(gè)電極元件的圓柱形外封裝罐的一端側(cè)，安排一個(gè)安全閥，并且該安全閥包括一個(gè)突起部分，向電極元件突起，并且在安全閥的中心與電極元件的引線連接，其中幾乎沿至少兩個(gè)定心在突起部分的圓周，形成多個(gè)線性薄部，以及在相互鄰近的線性薄部的端部之間，形成沿徑向延伸的薄部。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的非水電解液二次電池，其中所述安全閥包括的沿相同圓周的多個(gè)線性薄部的長(zhǎng)度幾乎相互相等。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的非水電解液二次電池，其中所述安全閥包括至少一個(gè)盤和一個(gè)安全閥，安排在其中保持一個(gè)電極元件的圓柱形外封裝罐的一端側(cè)，所述盤具有一個(gè)厚度比周圍部分的厚度小的部分，并且突起部分通過盤的小厚度部分，與電極元件的引線連接。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的非水電解液二次電池，其中所述安全閥包括至少一個(gè)盤和一個(gè)安全閥，安排在一個(gè)其中保持一個(gè)電極元件的圓柱形外封裝罐的一端側(cè)，該盤具有一個(gè)中心孔，該安全閥具有一個(gè)在安全閥的中心孔向電極元件突起的突起部分，并且該突起部分通過盤的中心孔與電極元件的引線連接，其特征在于該盤具有一個(gè)線性薄部。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的非水電解液二次電池，其中所述安全閥焊接在子盤上，子盤焊接在正電極引線的自由端。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的其特征在于包括安全閥的非水電解液二次電池，其中所述電池包括一種材料，它能摻雜和去摻雜鋰，用作正電極和負(fù)電極活性材料，和一種非水電解液。
7．根據(jù)權(quán)利要求5的非水電解液二次電池，其特征在于包括一個(gè)電極部件，跨越一個(gè)分隔層層疊正電極和負(fù)電極而構(gòu)成，并且以螺旋線電極的形狀纏繞。
8．根據(jù)權(quán)利要求2的包括安全閥的非水電解液二次電池，其中所述電池包括一種材料，它能摻雜和去摻雜鋰，用作正電極和負(fù)電極活性材料，和一種非水電解液。
9．根據(jù)權(quán)利要求7的非水電解液二次電池，其特征在于包括一個(gè)電極部件，通過一個(gè)分隔層層疊正電極和負(fù)電極而構(gòu)成，并且以螺旋線電極的形狀纏繞。
10．根據(jù)權(quán)利要求3的包括安全閥的非水電解液二次電池，其中所述電池包括一種材料，它能摻雜和去摻雜鋰，用作正電極和負(fù)電極活性材料，和一種非水電解液。
11．根據(jù)權(quán)利要求9的非水電解液二次電池，其中所述電池包括一個(gè)電極部件，跨越一個(gè)分隔層層疊正電極和負(fù)電極而構(gòu)成，并且以螺旋的形狀纏繞。
12．根據(jù)權(quán)利要求4的包括安全閥的非水電解液二次電池，其中所述電池包括一種材料，它能摻雜和去摻雜鋰，用作正電極和負(fù)電極活性材料，和一種非水電解液。
13．根據(jù)權(quán)利要求11的非水電解液二次電池，其特征在于包括一個(gè)電極部件，跨越一個(gè)分隔層層疊正電極和負(fù)電極而構(gòu)成，并且以螺旋線電極的形狀纏繞。
14．一種用于電池的安全閥，其中在一個(gè)其中保持一個(gè)電極元件的圓柱形外封裝罐的一端側(cè)，安排至少一個(gè)盤和一個(gè)安全閥，該盤具有一個(gè)中心孔，該安全閥在安全閥的中心部分，具有一個(gè)向電極元件突起的突起部分，并且該突起部分通過盤的中心孔，與電極元件的引線連接，其特征在于該盤具有一個(gè)線性薄部。
15．根據(jù)權(quán)利要求13的安全閥，其中所述薄部幾乎沿一個(gè)定心在中心孔的對(duì)稱點(diǎn)的圓。
16．根據(jù)權(quán)利要求14的包括安全閥的非水電解液二次電池，其中所述電池包括一種材料，它能摻雜和去摻雜鋰，用作正電極和負(fù)電極活性材料，和一種非水電解液。
17．根據(jù)權(quán)利要求15的非水電解液二次電池，其中所述電池包括一個(gè)電極部件，跨越一個(gè)分隔層層疊正電極和負(fù)電極而構(gòu)成，并且以螺旋線電極的形狀纏繞。
18．根據(jù)權(quán)利要求13的其特征在于包括安全閥的非水電解液二次電池，其中所述電池包括一種材料，它能摻雜和去摻雜鋰，用作正電極和負(fù)電極活性材料，和一種非水電解液。
19．根據(jù)權(quán)利要求17的非水電解液二次電池，其中所述電池包括一個(gè)電極部件，跨越一個(gè)分隔層層疊正電極和負(fù)電極而構(gòu)成，并且以螺旋線電極的形狀纏繞。
全文摘要
一種非水電解液二次電池,其中,在一個(gè)圓柱形外封裝罐中保持一個(gè)電極元件。在該外封裝罐的一端側(cè),通過墊圈,對(duì)蓋、PTC元件和安全閥填縫,以使外封裝罐的一端密封。在安全閥的中心部分,形成一個(gè)向電極元件突起的突起部分。該突起部分焊接在一個(gè)子盤上,子盤焊接正電極引線的自由端。在安全閥中,沿兩個(gè)定心在突起部分的圓,形成多個(gè)線性薄部。在相互鄰近的薄部的端部之間,形成沿徑向延伸的薄部。
文檔編號(hào)H01M10/40GK1306315SQ0110126
公開日2001年8月1日 申請(qǐng)日期2001年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月14日
發(fā)明者阿部孝夫 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社