專利名稱：密閉型電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備在電池內(nèi)壓力上升時將產(chǎn)生在電池內(nèi)的氣體排到電池外的安全閥的密閉型電池。
背景技術(shù)：
可充放電的密閉型二次電池的能量密度高，因而在發(fā)生內(nèi)部短路或外部短路時， 或者在發(fā)生異常加熱及異常沖擊等時，在電池內(nèi)部因急劇的充放電反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)而引起急劇的氣體產(chǎn)生，因而有使電池殼膨脹進(jìn)而破裂的可能性。因此，在多數(shù)密閉型電池中，設(shè)有安全閥(防爆機(jī)構(gòu))，如果電池內(nèi)的壓力達(dá)到規(guī)定值，就將產(chǎn)生在電池內(nèi)的氣體排到電池外。作為設(shè)在密閉型電池中的安全閥，具有采用具備在電池內(nèi)的壓力達(dá)到規(guī)定值時斷裂的閥體的封口板來密閉電池殼的開口部的結(jié)構(gòu)，或在密閉的電池殼的一部分上設(shè)置薄壁部的結(jié)構(gòu)。在前者的結(jié)構(gòu)的安全閥中，在電池內(nèi)達(dá)到規(guī)定的壓力時，因閥體斷裂而將產(chǎn)生在電池內(nèi)的氣體通過設(shè)在封口板上的排氣孔排到電池外。此外，在后者的結(jié)構(gòu)的安全閥中，在電池內(nèi)達(dá)到規(guī)定的壓力時，因設(shè)在電池殼上的薄壁部斷裂而將產(chǎn)生在電池內(nèi)的氣體通過電池殼的斷裂部排到電池外。但是，在前者的結(jié)構(gòu)的安全閥中，由于不能使設(shè)在封口板上的排氣孔的面積充分大，因而在產(chǎn)生超過排氣速度的氣體時，安全閥不能充分發(fā)揮作用，電池內(nèi)的壓力上升，有電池殼膨脹或破裂的可能性。另一方面，在后者的結(jié)構(gòu)的安全閥中，為了確保電池殼的強(qiáng)度，不得不較高地設(shè)定薄壁部的斷裂壓力，即安全閥的工作壓。因此，即使因任何異常使得電池內(nèi)的壓力上升，到安全閥開始工作的時間也長，在此期間，因產(chǎn)生高溫氣體而使電池的溫度上升，有對安裝有電池的設(shè)備產(chǎn)生熱損傷的可能性。對于如此的問題，在專利文獻(xiàn)1中，記載了具備利用帶有閥體的封口板的安全閥、 和利用帶有薄壁部的電池殼的安全閥的密閉型電池。這里，由于使薄壁部的斷裂壓力大于閥體的斷裂壓力，因而在氣體的產(chǎn)生速度慢的情況下，僅通過閥體的斷裂就能容易排出氣體，因而，能夠抑制電池的溫度上升。另一方面，在出現(xiàn)急劇的氣體產(chǎn)生的情況下，電池殼的薄壁部斷裂，能夠迅速排氣，因而能夠防止電池殼破裂?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開平6-333548號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題專利文獻(xiàn)1中所述的安全閥的優(yōu)點在于，通過將斷裂壓力(工作壓力)和排氣速度分別不同的兩個安全閥復(fù)合，能夠根據(jù)氣體產(chǎn)生模式(壓力上升模式)，同時解決電池溫度上升及電池殼破裂的問題。
但是，在專利文獻(xiàn)1中所述的復(fù)合安全閥中，在工作壓低的安全閥(具備閥體的封口板)工作的狀態(tài)下，到因電池內(nèi)壓力上升使工作壓力高的安全閥(電池殼的薄壁部)開始工作的時間變長，電池的溫度過度上升，有可能對安裝有電池的設(shè)備產(chǎn)生熱損傷。而且， 在氣體產(chǎn)生的初期階段從工作壓低的安全閥排出的電解液或可燃?xì)怏w與在急劇的氣體產(chǎn)生階段從工作壓高的安全閥排出的高溫氣體混合，因而在安裝有電池的設(shè)備內(nèi)，發(fā)生電解液或可燃?xì)怏w與高溫氣體的反應(yīng)，有對安裝有電池的設(shè)備產(chǎn)生熱損傷的可能性。本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其主要目的在于提供一種安全性優(yōu)良的密閉型電池，其能夠根據(jù)氣體產(chǎn)生模式(壓力上升模式)，將電池內(nèi)產(chǎn)生的氣體確實排到電池外， 同時能夠?qū)⑹┘咏o安裝有電池的設(shè)備的熱損傷抑制在最低限度。用于解決課題的手段為了解決上述課題，本發(fā)明采用的構(gòu)成是，作為釋放電池內(nèi)的壓力的安全閥，具備工作壓低、排氣速度低的第1安全閥和工作壓高、排氣速度高的第2安全閥，在第2安全閥工作時閉塞第1安全閥。也就是說，在溫度比較低且氣體緩慢產(chǎn)生的初期階段使第1安全閥工作，同時，在高溫氣體急劇產(chǎn)生的階段，通過閉塞第1安全閥，加速電池內(nèi)的壓力上升，使第2安全閥工作。由此，能夠縮短直到第2安全閥工作為止的時間，同時能夠防止從第1安全閥排出的電解液或可燃?xì)怏w與從第2安全閥排出的高溫氣體的混合。其結(jié)果是，能夠確實將產(chǎn)生在電池內(nèi)的氣體排到電池外，同時能夠?qū)⑹┘咏o安裝有電池的設(shè)備的熱損傷抑制在最低限度。本發(fā)明的密閉型電池的特征在于是具備在電池內(nèi)壓力上升時將產(chǎn)生在電池內(nèi)的氣體排到電池外的安全閥的密閉型電池，安全閥具備在第1工作壓下工作的第1安全閥和在比第1工作壓高的第2工作壓下工作的第2安全閥；第2安全閥的工作時的排氣速度大于第1安全閥的工作時的排氣速度；第1安全閥至少在第2安全閥工作時閉塞。在某適合的實施方式中，第1安全閥由閥體和排氣孔形成，所述閥體被設(shè)在電池內(nèi)，在電池內(nèi)的壓力達(dá)到第1工作壓時斷裂，所述排氣孔被設(shè)在將電池殼的開口部封口的封口板上，經(jīng)由斷裂的閥體將電池內(nèi)的壓力釋放到電池外；斷裂的閥體的一部分因電池內(nèi)的壓力的上升而變形，至少在第2工作壓下閉塞排氣孔。在某適合的實施方式中，第2安全閥由設(shè)在電池殼的底部或側(cè)部上的、在電池內(nèi)的壓力達(dá)到第2工作壓時斷裂的薄壁部形成。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種安全性優(yōu)良的密閉型電池，該密閉型電池能夠?qū)a(chǎn)生在電池內(nèi)的氣體確實排到電池外，同時能夠?qū)⑹┘咏o安裝有電池的設(shè)備的熱損傷抑制在最低限度。


圖1是本發(fā)明的一實施方式中的圓筒形非水電解質(zhì)二次電池的立體圖。圖2是本發(fā)明的一實施方式中的圓筒形非水電解質(zhì)二次電池的剖視圖。圖3是本發(fā)明的一實施方式中的圓筒形非水電解質(zhì)二次電池的仰視圖。圖4(a) (C)是對本發(fā)明的一實施方式中的安全閥的工作進(jìn)行說明的部分剖視圖。
圖5(a) (C)是對本發(fā)明的另一實施方式中的安全閥的工作進(jìn)行說明的部分剖視圖。圖6是本發(fā)明的另一實施方式中的方形非水電解質(zhì)二次電池的立體圖。圖7(a) (C)是對本發(fā)明的另一實施方式中的方形非水電解質(zhì)二次電池的安全閥的工作進(jìn)行說明的部分剖視圖。
具體實施例方式以下，基于附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。再有，本發(fā)明并不限定于以下的實施方式。此外，在不脫離發(fā)揮本發(fā)明效果的范圍內(nèi)，可進(jìn)行適宜的變更。另外，也可與其它實施方式組合。圖1 圖3是表示本發(fā)明的一實施方式中的圓筒形非水電解質(zhì)二次電池的構(gòu)成的圖示，圖1是立體圖，圖2是剖視圖，圖3是仰視圖。如圖2所示，將經(jīng)由隔膜(多孔質(zhì)絕緣層)3卷繞正極1及負(fù)極2而成的電極組4 與非水電解液(未圖示)一同收納在有底圓筒形的電池殼15中。在電極組4的上下分別配置環(huán)狀的絕緣板7、絕緣板8，正極1經(jīng)由正極引線5與過濾器13接合，負(fù)極2經(jīng)由負(fù)極引線6與兼作負(fù)極端子的電池殼15的底部接合。過濾器13被連接在內(nèi)蓋12上，內(nèi)蓋12的突起部被接合在金屬制的閥體10上。另外，閥體10被連接在兼作正極端子的封口板9上。而且，封口板9、閥體10、內(nèi)蓋12及過濾器13為一體，經(jīng)由墊圈14將電池殼15的開口部封口。在閥體10上形成有在電池內(nèi)的壓力達(dá)到規(guī)定值(第1工作壓)時斷裂的薄壁部 IOa,在封口板9上形成有經(jīng)由斷裂的閥體10將產(chǎn)生在電池內(nèi)的氣體排到電池外的排氣孔 9a。通過該閥體10和排氣孔9a構(gòu)成第1安全閥。此外，如圖3所示，在電池殼15的底部，形成有在電池內(nèi)的壓力達(dá)到規(guī)定值(第2 工作壓)時斷裂的薄壁部15a，通過形成于該電池殼15的底部上的薄壁部1 構(gòu)成第2安全閥。這里，形成于電池殼15的底部上的薄壁部15a的斷裂壓力以大于形成于閥體10 上的薄壁部IOa的斷裂壓力的方式形成。也就是說，將第2安全閥的第2工作壓設(shè)定成高于第1安全閥的第1工作壓。此外，形成于電池殼15的底部的薄壁部15a以薄壁部1 斷裂時形成在電池殼15上的開口面積大于形成于封口板9上的排氣孔9a的開口面積的方式形成。也就是說，將第2安全閥的工作時的排氣速度設(shè)定成大于第1安全閥的工作時的排氣速度。再有，通常，閥體10的薄壁部IOa斷裂時形成于閥體10上的斷裂面積大于形成于封口板9上的排氣孔9a的開口面積，因而第1安全閥的排氣速度由形成于封口板9上的排氣孔9a的開口面積決定。接著，參照圖4(a) (c)對本實施方式中的第1安全閥及第2安全閥怎樣工作進(jìn)行說明。圖4(a)是表示在氣體產(chǎn)生的初期階段中第1安全閥工作的狀態(tài)的圖示。如果因過充電等使電池溫度逐漸上升，在密閉的電池殼15內(nèi)通過電解液氣化或分解等，使得電池內(nèi)的壓力超過第1工作壓，則閥體10的薄壁部IOa斷裂。因而，電池內(nèi)的壓力經(jīng)由過濾器 13的開口部13a、內(nèi)蓋12的開口部12a、閥體10的斷裂部及封口板9的排氣孔9a向電池外釋放。此階段的氣體產(chǎn)生是比較低溫且緩慢的，由于閥體10斷裂，可通過封口板9的排氣孔9a將電解液及可燃性氣體排到電池外。圖4(b)是表示在電池進(jìn)一步成為高溫狀態(tài)、電池內(nèi)部產(chǎn)生急速的化學(xué)反應(yīng)、高溫氣體急劇產(chǎn)生的階段中，第1安全閥閉塞的狀態(tài)的圖示。在此階段，斷裂的閥體10的一部分因大量噴出的高溫氣體造成的壓力上升而變形，因向封口板9側(cè)上推而閉塞排氣孔9a。 再有，為了用斷裂的閥體10的一部分閉塞排氣孔9a，需要使閥體10的斷裂部端部抵接在封口板9上，因此只要考慮到排氣孔9a的大小，適宜確定封口板9與閥體10的距離、或形成閥體10的薄壁部IOa的位置等就可以。圖4(c)是表示在第1安全閥閉塞的狀態(tài)下，電池內(nèi)的壓力更加上升的階段中，第2 安全閥工作的狀態(tài)的圖示。由于阻礙了從第1安全閥的氣體排放，因而電池內(nèi)的壓力急劇上升，如果電池內(nèi)的壓力超過第2工作壓，則電池殼15的薄壁部1 斷裂，電池內(nèi)產(chǎn)生的高溫氣體經(jīng)由電池殼15的斷裂部被排到電池外。如此，本發(fā)明的密閉型電池的安全閥的特征在于具備在第1工作壓下工作的第1 安全閥和在比第1工作壓高的第2工作壓下工作的第2安全閥，第2安全閥的工作時的排氣速度大于第1安全閥的工作時的排氣速度，第1安全閥至少在第2安全閥工作時閉塞。通過如此的構(gòu)成，能夠在比較低溫且氣體緩慢產(chǎn)生的初期階段使第1安全閥工作，進(jìn)而，能夠在高溫氣體急劇產(chǎn)生的階段閉塞第1安全閥，使第2安全閥工作。由此，能夠縮短直到第2安全閥工作為止的時間，同時能夠防止從第1安全閥排出的電解液及可燃?xì)怏w與從第2安全閥排出的高溫氣體的混合。其結(jié)果是，能夠確實將產(chǎn)生在電池內(nèi)的氣體排到電池外，同時將施加給安裝有電池的設(shè)備的熱損傷抑制在最低限度，能夠?qū)崿F(xiàn)安全性優(yōu)異的密閉電池。再有，在本發(fā)明中，第1安全閥只要至少在第2安全閥工作時閉塞就可以，但優(yōu)選在電池內(nèi)的壓力因產(chǎn)生400°C以上的高溫氣體而上升時閉塞。因為如果電池內(nèi)的溫度達(dá)到 4000C以上，則產(chǎn)生急速的化學(xué)反應(yīng)，高溫氣體急劇產(chǎn)生。此外，在本發(fā)明中，第1安全閥的“閉塞”不一定意味著完全的閉塞，只要在起到縮短直到第2安全閥工作為止的時間的效果的程度上充分阻礙從第1安全閥的排放氣體就可以。此外，第1安全閥的第1工作壓及第2安全閥的第2工作壓不是唯一決定的，可根據(jù)使用的電池的種類、或設(shè)想的氣體產(chǎn)生模式(壓力上升模式)等地適宜決定。再有，將第2工作壓設(shè)定地比電池殼的耐壓(或封口板的耐壓)低，但根據(jù)以下的理由，優(yōu)選設(shè)定在4 SMPa的范圍。在將第2工作壓設(shè)定在低于4MPa時，無論電池受到什么樣的弱沖擊 (例如落下等)，都有殼底部的薄壁部斷裂、電解液從電池內(nèi)部流出的可能性。此外，在將第 2工作壓設(shè)定在SMPa以上時，相對于急劇的氣體產(chǎn)生，殼底部的薄壁部來不及斷裂，有封口板變形發(fā)生破裂的可能性。此外，在本發(fā)明中，“安全閥”包含具備在電池內(nèi)的壓力上升時將產(chǎn)生在電池內(nèi)的氣體排到電池外的功能的機(jī)構(gòu)，不一定限定于本實施方式中例示的方式。例如，作為其它的安全閥的構(gòu)成，能夠采用用在特定壓力下開裂的墊圈或包裝來密封電池的構(gòu)成，或用推壓在電池殼的開口部上的樹脂或彈簧等彈性體來密封電池，從因電池內(nèi)的壓力上升帶來的彈性體的變形而產(chǎn)生的間隙將氣體排到外部的構(gòu)成等。
此外，本發(fā)明中的“閉塞安全閥的機(jī)構(gòu)”不特別限定于本實施方式中例示的方式。 例如，圖5(a) (c)是表示閉塞第1安全閥的機(jī)構(gòu)的其他方式的部分剖視圖。圖5(a)是表示在氣體產(chǎn)生的初期階段，閥體10的薄壁部IOa斷裂，第1安全閥工作的狀態(tài)的圖示，與圖4(a)所示的狀態(tài)相同。圖5(b)是表示在電池進(jìn)一步成為高溫狀態(tài)、電池內(nèi)部產(chǎn)生急速的化學(xué)反應(yīng)、高溫氣體急劇產(chǎn)生的階段中，第1安全閥閉塞的狀態(tài)的圖示。在此階段，過濾器13的中央部因大量噴出的高溫氣體帶來的壓力的上升而變形，向內(nèi)蓋12側(cè)推壓，過濾器13的開口部13a 被內(nèi)蓋12的突起部閉塞，其結(jié)果是，排氣路徑被閉塞。圖5(c)是表示在第1安全閥閉塞的狀態(tài)下，在電池內(nèi)的壓力更加上升的階段，第 2安全閥工作的狀態(tài)的圖示，與圖4(c)所示的狀態(tài)相同。接著，參照圖6、圖7(a) (c)，對采用方形電解質(zhì)二次電池作為本發(fā)明中的密閉型電池時進(jìn)行說明。圖6是方形電解質(zhì)二次電池的立體圖，圖7(a) (c)是對第1安全閥及第2安全閥怎樣工作進(jìn)行說明的部分剖視圖。如圖6、圖7(a)所示，將卷繞成扁平狀的電極組4收容在方形電池殼15內(nèi)，將接合在正極(未圖示)的端部上的正極引線5連接在兼作正極端子的蓋體9上，將接合在負(fù)極(未圖示)的端部上的負(fù)極引線6經(jīng)由負(fù)極連接板21連接在形成于蓋體9的開口部上的負(fù)極端子22上。再有，負(fù)極連接板21通過絕緣板20與蓋體9電絕緣。此外，用塞子23 將形成于蓋體9上的電解液的注液孔封口。如圖7(a)所示，在蓋體9的一部分上形成薄壁部9a，由此構(gòu)成在第1工作壓下工作的第1安全閥。此外，如圖6所示，在電池殼15的側(cè)部形成薄壁部15a，由此構(gòu)成在第2 工作壓下工作的第2安全閥。圖7(b)是表示在氣體產(chǎn)生的初期階段，因電池內(nèi)的壓力超過第1工作壓，蓋體9 的薄壁部9a斷裂，從而使得第1安全閥工作的狀態(tài)的圖示。圖7(c)是表示在電池進(jìn)一步成為高溫狀態(tài)、高溫氣體急劇產(chǎn)生的階段中，第1安全閥閉塞，進(jìn)而在第1安全閥閉塞的狀態(tài)下，電池內(nèi)的壓力超過第2工作壓，第2安全閥工作的狀態(tài)的圖示。負(fù)極連接板21的端部從絕緣板20的端部突出到蓋體9的薄壁部9a的下方，該負(fù)極連接板21的突出部，因大量噴出的高溫氣體帶來的壓力的上升而變形，向蓋體9 側(cè)上推，而將蓋體9的薄壁部9a斷裂而成的開口部閉塞。然后，如果電池內(nèi)的壓力進(jìn)一步上升，電池內(nèi)的壓力超過第2工作壓，則電池殼15的薄壁部1 斷裂，將產(chǎn)生在電池內(nèi)的高溫氣體經(jīng)由電池殼15的斷裂部排到電池外。以上，通過適合的實施方式對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但如此的記述不是限定事項，當(dāng)然，可進(jìn)行多種變更。例如，在上述實施方式中，作為密閉型電池舉例說明了非水電解質(zhì)二次電池，但也不局限于此，例如，還可應(yīng)用于鉛蓄電池、鎳鎘二次電池、鎳氫二次電池、堿性干電池等。此外，非水電解質(zhì)二次電池的種類也沒有特別的限定，例如，還能夠應(yīng)用于鋰離子二次電池、鋰一次電池等。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的密閉型電池，適合用作個人計算機(jī)、便攜式電話等電子設(shè)備、電動汽車及電動工具等的電源。符號說明
1-正極，2-負(fù)極，3-隔膜，4-電極組，5-正極引線，6-負(fù)極引線，7、8_絕緣板，9_封口體(蓋體)，9a-排氣孔(薄壁部)，10-閥體，IOa-薄壁部，12-內(nèi)蓋，12a-開口部，13-過濾器，13a-開口部，14-墊圈，15-電池殼，15a_薄壁部，20-絕緣板，21-負(fù)極連接板，22-負(fù)極端子，23-塞子。
權(quán)利要求
1.一種密閉型電池，是具備在電池內(nèi)壓力上升時將產(chǎn)生在電池內(nèi)的氣體排到電池外的安全閥的密閉型電池，其中，所述安全閥具備在第1工作壓下工作的第1安全閥和在比所述第1工作壓高的第2工作壓下工作的第2安全閥；所述第2安全閥的工作時的排氣速度大于所述第1安全閥的工作時的排氣速度；所述第1安全閥至少在所述第2安全閥工作時閉塞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密閉型電池，其中，所述第1安全閥由閥體和排氣孔形成，所述閥體被設(shè)在電池內(nèi)，在電池內(nèi)的壓力達(dá)到所述第1工作壓時斷裂，所述排氣孔被設(shè)在將電池殼的開口部封口的封口板上，經(jīng)由所述斷裂的閥體將產(chǎn)生于電池內(nèi)的氣體排到電池外；所述斷裂的閥體的一部分因電池內(nèi)的壓力上升而變形，至少在所述第2工作壓下閉塞所述排氣孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的密閉型電池，其中，所述第2安全閥由被設(shè)在電池殼的底部或側(cè)部上的、在電池內(nèi)的壓力達(dá)到所述第2工作壓時斷裂的薄壁部形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密閉型電池，其中，所述密閉型電池是非水電解液二次電池；所述第1安全閥在電池內(nèi)的壓力因產(chǎn)生400°C以上的高溫氣體而上升時閉塞。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密閉型電池，其中，所述第2安全閥的所述第2工作壓在4 8Pa的范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密閉型電池，其中，所述密閉型電池是圓筒形或方形的非水電解質(zhì)二次電池。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具備在電池內(nèi)壓力上升時將產(chǎn)生在電池內(nèi)的氣體排到電池外的安全閥的密閉型電池，其具備在第1工作壓下工作的第1安全閥(9a、10)和在比第1工作壓高的第2工作壓下工作的第2安全閥(15a)，第2安全閥(15a)的工作時的排氣速度大于第1安全閥(9a、10)的工作時的排氣速度，第1安全閥(9a、10)至少在第2安全閥(15a)工作時閉塞。
文檔編號H01M2/12GK102422460SQ20118000192
公開日2012年4月18日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者杉田康成, 橫山智彥, 清水啟介, 藤川萬鄉(xiāng) 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社