密閉型二次電池的制作方法
【專利摘要】正極板1以及負極板2夾著分隔件3卷繞而成的電極組4被收容于電池外殼5內(nèi)，電池外殼5的開口部被封口板10封口。封口板10是上部金屬板11、閥體12以及下部金屬板13層疊而成的封口板，在電極組4中電池外殼5的開口部側(cè)配置有絕緣板6，電極組4的一個極的極板介由引線8連接于下部金屬板13，在下部金屬板13以及絕緣板6中形成有第1開口部13a以及第2開口部6a，將第1開口部13a的面積設(shè)為S1、將第2開口部6a的面積設(shè)為S2時，S2/S1的值處于1.8～3.3的范圍。
【專利說明】密閉型二次電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具備將電池內(nèi)產(chǎn)生的氣體排出到電池外的保險閥的密閉型二次電池的改良。
【背景技術(shù)】
[0002]可充放電的密閉型二次電池的能量密度高，因此發(fā)生內(nèi)部短路或外部短路的情況或者產(chǎn)生異常加熱、異常沖擊等的情況下，擔(dān)心在電池內(nèi)部急劇的充放電反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)引起急劇的氣體產(chǎn)生，從而使電池外殼膨脹或進一步破裂。因此，密閉型二次電池中大多設(shè)置保險閥(防爆結(jié)構(gòu))，在電池內(nèi)的壓力達到規(guī)定值時，保險閥將電池內(nèi)產(chǎn)生的氣體排出到電池外。
[0003]另一方面，作為提高能量密度的密閉型二次電池，已知將正極板以及負極板夾著分隔件卷繞或?qū)盈B而成的電極組與電解液一起收容于電池外殼內(nèi)的結(jié)構(gòu)。在此，電池外殼的開口部隔著墊片由具備保險閥的封口板封口，正極板介由正極引線連接于封口板，負極板介由負極引線連接于電池外殼的底部。此時，為了防止電極組在電池外殼內(nèi)移動或變形同時防止正極板或負極板與正極引線以及負極引線或電池外殼接觸而產(chǎn)生內(nèi)部短路，在電極組的上下配置有絕緣板。
[0004]然而，在提高了能量密度的密閉型二次電池中，在內(nèi)部短路等異常時，如果由于電池內(nèi)的溫度以及壓力急劇增加而變形的電極組阻塞保險閥，則電池外殼可能破裂。
[0005]因此，專利文獻I中記載了為了防止電極組的變形，由耐熱性以及強度優(yōu)異的以玻璃布為基材的酚醛樹脂構(gòu)成在電極組的上部配置的絕緣板的技術(shù)。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本特開2002 - 231314號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

_9] 發(fā)明要解決的問題
[0010]然而，即便在電極組的上部配置的絕緣板中使用耐熱性以及強度優(yōu)異的材料，電池內(nèi)的壓力急劇上升時，例如如果即便保險閥工作也不能迅速釋放電池內(nèi)的壓力，則擔(dān)心電池外殼自身破裂。此外，擔(dān)心急劇上升的壓力直接作用于封口板時，封口板自身脫離電池夕卜殼。
[0011]本發(fā)明是鑒于所述的問題而成的，其主要的目的在于提供即便電池內(nèi)的壓力異常上升，也能夠?qū)㈦姵貎?nèi)產(chǎn)生的異常氣體安全地排出到電池外的密閉型二次電池。
_2] 用于解決問題的方案
[0013]本發(fā)明的密閉型二次電池為正極板以及負極板夾著分隔件卷繞或?qū)盈B而成的電極組收容于電池外殼內(nèi)的密閉型二次電池，電池外殼的開口部隔著墊片被封口板封口，封口板是上部金屬板、閥體以及下部金屬板層疊而成的封口板，電極組中在電池外殼的開口部側(cè)配置有絕緣板，電極組的一個極的極板介由引線連接于下部金屬板，下部金屬板以及絕緣板中分別形成有第I開口部以及第2開口部，將第I開口部的面積設(shè)為S1、第2開口部的面積設(shè)為S2時，S2/S1的值處于1.8?3.3的范圍。
[0014]一種優(yōu)選的實施方式中，上述下部金屬板的第I開口部具有相對于電池外殼的橫截面積為10%以上大小的面積。
[0015]在另一狀態(tài)的實施方式中，上述絕緣板被形成于電池外殼的側(cè)壁的凹部保持。此外，上述絕緣板優(yōu)選由玻璃酚醛樹脂形成。
[0016]發(fā)明的效果
[0017]本發(fā)明能夠提供:即便電池內(nèi)的壓力異常上升、也能夠?qū)㈦姵貎?nèi)產(chǎn)生的異常氣體安全地排出到電池外的密閉型二次電池。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是表示本發(fā)明的一實施方式中的密閉型二次電池的結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0019]圖2是表示下部金屬板的第I開口部的面積與絕緣板的第2開口部的面積的關(guān)系的曲線圖。
[0020]圖3的(a)?(d)是表示下部金屬板以及絕緣板的形狀的平面圖。
【具體實施方式】
[0021]以下基于附圖詳細地說明本發(fā)明的實施方式。需要說明的是，本發(fā)明并不限定于以下的實施方式。此外，在不脫離實現(xiàn)本發(fā)明的效果的范圍內(nèi)可以適當(dāng)改變。進而，也可以為與其它的實施方式的組合。
[0022]圖1是示意性地表示本發(fā)明的一實施方式中的密閉型二次電池100的結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0023]如圖1所示，將正極板I以及負極板2夾著分隔件3卷繞而成的電極組4與電解液一起被收納于電池外殼5內(nèi)。電池外殼5的開口部隔著墊片14被封口板10封口。封口板10為上部金屬板(兼作正極端子)11、閥體12以及下部金屬板13層疊而成的結(jié)構(gòu)。正極板I介由正極引線8連接于下部金屬板13，負極板2介由負極引線9連接于電池外殼5的底部。此外，在電極組4的上下分別設(shè)置有絕緣板6、7。需要說明的是，配置于電極組4的上方的絕緣板6被形成于電池外殼5的側(cè)壁的凹部5a保持。
[0024]在下部金屬板13以及絕緣板6中分別形成有第I開口部13a以及第2開口部6a。此外，在上部金屬板11中還形成有通向電池外的排氣孔11a。在此，電池外殼5內(nèi)產(chǎn)生異常氣體、電池外殼5內(nèi)的壓力超過規(guī)定值時，閥體12破裂，電池外殼5內(nèi)產(chǎn)生的氣體介由絕緣板6的第2開口部6a、下部金屬板13的第I開口部13a、閥體12的開口部12a以及上部金屬板11的排氣孔Ila向電池外排氣。
[0025]在電池外殼5內(nèi)產(chǎn)生的異常氣體的上述排氣結(jié)構(gòu)中，為了應(yīng)對急劇的壓力上升而將異常氣體安全地向電池外排氣，考慮各開口部的排氣能力的排氣設(shè)計至今并未進行。即，如上述所述，絕緣板6要求防止電極組的變形的功能，因此絕緣板6的第2開口部6a的面積考慮絕緣板6所要求的強度而確定其大小。此外，下部金屬板13的第I開口部13a的面積也考慮高能量化所要求的集電效率而確定其大小。[0026]然而，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn):不考慮下部金屬板13的第I開口部13a的排氣能力以及絕緣板6的第2開口部6a的排氣能力，分別獨立地確定各開口部13a、6a的面積時，擔(dān)心在電池外殼5內(nèi)產(chǎn)生的異常氣體不能安全地排出到電池外。
[0027]例如，在下部金屬板13的第I開口部13a的排氣能力相對于絕緣板6的第2開口部6a的排氣能力不足時，擔(dān)心在包含下部金屬板13的封口板10上作用過度的壓力、封口板10飛離電池100。相反，絕緣板6的第2開口部6a的排氣能力相對于下部金屬板13的第I開口部13a的排氣能力不足時，擔(dān)心電池外殼5內(nèi)的壓力過度地上升、電池外殼5破裂。
[0028]本發(fā)明是基于所述見解而成的，為了使得即便電池內(nèi)的壓力異常上升也能夠?qū)㈦姵貎?nèi)產(chǎn)生的異常氣體安全地排出到電池外，規(guī)定下部金屬板13的第I開口部13a的面積與絕緣板6的第2開口部6a的面積的關(guān)系，實現(xiàn)上述排氣結(jié)構(gòu)中的最適的排氣設(shè)計。
[0029]本發(fā)明人等為了確定上述關(guān)系，制作了如圖1所示的密閉型二次電池100，研究電池內(nèi)的壓力異常上升時的氣體的排氣能力以及下部金屬板13的第I開口部13a的面積與絕緣板6的第2開口部6a的面積的關(guān)系。
[0030]研究中制作了下述結(jié)構(gòu)的鋰離子二次電池。
[0031]正極板I是在由鋁形成的集電體上涂布使由鎳酸鋰形成的正極活性物質(zhì)、由聚偏氟乙烯(PVDF)形成的粘結(jié)劑、以及由乙炔黑形成的導(dǎo)電劑分別分散于溶劑中而成的漿料，干燥之后進行軋制來制作。
[0032]負極板2是在由銅箔形成的集電體上涂布使由石墨形成的負極活性物質(zhì)、以及由丁苯橡膠形成的粘結(jié)劑分別分散于溶劑中而成的漿料，干燥之后進行軋制來制作。
[0033]將所得到的正極板I以及負極板2夾著由聚乙烯形成的分隔件3卷繞來制作電極組4,將其收容于外徑18mm的圓筒形的電池外殼5內(nèi)，電池外殼5的開口部隔著墊片14被封口板10封口，制作鋰離子二次電池100。
[0034]需要說明的是，構(gòu)成封口板10的上部金屬板11、閥體12以及下部金屬板13分別使用厚度0.4mm的鐵、厚度0.15mm的鋁以及厚度0.4mm的鋁來制作。此外，絕緣板6使用厚度0.3mm的玻璃酚醛樹脂來制作。
[0035]在此，制作分別改變了下部金屬板13的第I開口部13a的面積SI以及絕緣板6的第2開口部6a的面積S2的電池，進行安全性的試驗。
[0036]在此，安全性的試驗如下進行:通過從外部對各電池施加200°C的熱，強制性地使電池處于熱失控狀態(tài)，調(diào)查封口板10是否飛散以及電池外殼5是否破裂。
[0037]圖2是示出其結(jié)果的曲線圖，圖中的黑圓點標(biāo)記表示未產(chǎn)生封口板10的飛散以及電池外殼5的破裂的電池，X標(biāo)記表不產(chǎn)生封口板10的飛散或電池外殼5的破裂的電池。
[0038]如圖2所示，S2/S1的值處于1.8?3.3的范圍的電池不產(chǎn)生封口板10的飛散以及電池外殼5的破裂。另一方面，S2/S1的值大于3.3時，產(chǎn)生封口板10的飛散，并且，S2/SI的值小于1.8時,產(chǎn)生電池外殼5的破裂。
[0039]因此，為了使得即便電池內(nèi)的壓力異常上升也能夠?qū)⒃陔姵貎?nèi)產(chǎn)生的異常氣體安全地排出到電池外，下部金屬板13的第I開口部13a的面積SI與絕緣板6的第2開口部6a的面積S2的關(guān)系的S2/S1的值優(yōu)選處于1.8?3.3的范圍。
[0040]在本發(fā)明中，設(shè)定為下部金屬板13的第I開口部13a的面積SI比絕緣板6的第2開口部6a的面積S2小，因此電池整體的排氣能力由開口部的面積小的下部金屬板13進行速率控制。因此，電池整體的排氣能力需要確保一定的大小，其基準(zhǔn)可以以相對于電池外殼5的橫截面積的下部金屬板13的第I開口部13a的面積SI所占的比例來規(guī)定。
[0041]電池整體所要求的排氣能力根據(jù)電池的種類而不同，典型的是，下部金屬板13的第I開口部13a相對于電池外殼5的橫截面積優(yōu)選具有5%以上大小的面積。
[0042]例如，鋰離子二次電池的情況下，作為正極活性物質(zhì)，使用LiNiO2等Li/Ni系復(fù)合氧化物的電池與使用LiCoO2等Li/Co系復(fù)合氧化物的電池相比異常時產(chǎn)生的每單位時間的氣體量多。因此，在將Li/Ni系復(fù)合氧化物用于正極活性物質(zhì)的鋰離子二次電池中，下部金屬板13的第I開口部13a的面積SI優(yōu)選具有相對于電池外殼5的橫截面積為10%以上的大小。如圖2所示的電池的情況，電池外殼5的橫截面積約為254_，因此為了將電池內(nèi)產(chǎn)生的異常氣體安全地排出到電池外，優(yōu)選將下部金屬板13的第I開口部13a的面積SI設(shè)為25.4mm(圖中P所示的線)以上。
[0043]本發(fā)明中，下部金屬板13以及絕緣板6的材料、形狀等沒有特別限定，此外，各開口部13a、6a的形狀也可以取任意形狀。
[0044]圖3是示出下部金屬板13以及絕緣板6的形狀的一個例子的平面圖。圖3的(a)、(b)是示出下部金屬板13以及第I開口部13a的形狀的圖，圖3的(c)、(d)是示出絕緣板6以及第2開口部6a的形狀的圖。
[0045]以上，通過適宜的實施方式來說明本發(fā)明，但如此記述并非限定事項，自然可以進行各種改變。例如，上述實施方式中，作為密閉型二次電池，以鋰離子二次電池為例子進行說明，但并不限定于它，例如，也可以適用于鎳氫蓄電池等其它的非水電解質(zhì)二次電池。
[0046]此外，上述實施方式中，作為電極組4使用將正極板I以及負極板2夾著分隔件3卷繞而成的電極組，也可以使用將正極板I以及負極板2夾著分隔件3層疊而成的電極組。
[0047]此外，上述實施方式中，作為密閉型二次電池，以圓筒形的二次電池為例子進行說明，但不限定于它，例如，也可以為四方形的二次電池。
[0048]產(chǎn)業(yè)h的可利用件
[0049]本發(fā)明作為汽車、電動摩托或電動游樂設(shè)備等的驅(qū)動用電源是有用的。
[0050]附圖標(biāo)記說明
[0051]I 正極板
[0052]2 負極板
[0053]3 分隔件
[0054]4 電極組
[0055]5 電池外殼
[0056]5a 凹部
[0057]6、7絕緣板
[0058]6a 第 2 開口部
[0059]8 正極引線
[0060]9 負極引線
[0061]10 封口板
[0062]11上部金屬板(正極端子)
[0063]Ila排氣孔[0064]12閥體
[0065]12a 開口部
[0066]13下部金屬板
[0067]13a 第 I 開口部
[0068]14墊片
[0069]100密閉型二次電池
【權(quán)利要求】
1.一種密閉型二次電池，其為正極板以及負極板夾著分隔件卷繞或?qū)盈B而成的電極組收容于電池外殼內(nèi)的密閉型二次電池， 所述電池外殼的開口部隔著墊片被封口板封口， 所述封口板是上部金屬板、閥體以及下部金屬板層疊而成的封口板， 所述電極組中在所述電池外殼的開口部側(cè)配置有絕緣板， 所述電極組的一個極的極板介由引線連接于所述下部金屬板， 所述下部金屬板以及所述絕緣板中分別形成有第I開口部以及第2開口部， 將所述第I開口部的面積設(shè)為S1、所述第2開口部的面積設(shè)為S2時，S2/S1的值處于1.8?3.3的范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密閉型二次電池，其中，所述下部金屬板的所述第I開口部具有相對于所述電池外殼的橫截面積為10%以上的大小的面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的密閉型二次電池，其中，所述絕緣板被形成于所述電池外殼的側(cè)壁的凹部保持。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密閉型二次電池，其中，所述絕緣板由玻璃酚醛樹脂形成。
【文檔編號】H01M10/04GK103718334SQ201280036241
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月29日
【發(fā)明者】清水啟介, 橫山智彥, 藤川萬鄉(xiāng) 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社