CN101714648A

CN101714648A - 密闭型电池及其制造方法

Info

Publication number: CN101714648A
Application number: CN200910175164A
Authority: CN
Inventors: 山下修一; 诹访弘光; 富本和生
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2010-05-26
Also published as: JP2010086782A; JP5420219B2; KR20100036994A; US20100077603A1

Abstract

提供具备导电性优越的带有安全阀的封口体的密闭型电池。在通过在有底筒状的外装罐的开口部铆接固定封口体来密闭的密闭型电池的制造方法中，包括：准备步骤，准备端子帽和安全阀，该端子帽由铁系材料构成，具有：向电池外方突出的外部端子部、位于该外部端子部的周缘的凸缘部、设置于该凸缘部的电池内方面侧的直径比电池外方面侧小的孔，所述安全阀由铝系材料构成，具有：向电池内方突出的通电接触部、位于该通电接触部的周缘的周边部、设置于该周边部的销状突起；临时固定步骤，将所述安全阀的销状突起嵌入所述端子帽的孔，将该销状突起的前端部压扁，铆接固定该销状突起和该孔；焊接步骤，向所述铆接固定部附近的端子帽照射高能量线，进行焊接。

Description

密闭型电池及其制造方法

技术领域

本发明涉及密闭型电池，更具体来说，涉及具备带有安全阀的封口体的密闭型电池的导电性的提高。

背景技术

非水电解质二次电池具有高的能量密度，且为高电容，因此，作为便携设备或电动工具等的驱动电源广泛利用。

在非水电解质二次电池中使用可燃性的有机溶媒，因此，要求电池的安全性的确保。因此，在密闭电池的封口体中装入在电池内压上升的情况下运行的电流断流机构。

图1中示出具备装入了电流断流机构的封口体的密闭型电池。如图1所示，封口体10具有：端子帽5；位于端子帽的电池内方面的安全阀3；位于安全阀的电池内方面的端子板1；使安全阀3和端子板1远隔而绝缘的绝缘板2。在此，为了确保端子板1和安全阀3的导电接触，焊接端子板1及安全阀3的周缘部。

说明该密闭型电池的电流断流机构的动作。在电池内压上升时，向安全阀3的电池内侧突出的凹部(通电接触部)向电池外方膨胀而变形。若电池内压的上升持续，则与安全阀3的通电接触部连接的端子板1断裂，向端子帽5的电流供给被断开。

在这样的电流断流机构中，需要安全阀顺畅地进行上述动作，对其材料要求容易变形，另一方面，端子帽面向外部环境，因此，对其材料要求一定的强度。因此，在安全阀中使用铝系的材料，在端子帽中使用铁系的材料。

还有，使用于电动工具等以大电流放电的用途的非水电解质二次电池有时在放电时电池温度成为80℃以上的高温。还有，由于电池的使用，反复暴露于高温中，绝缘板2或绝缘衬垫30之类的树脂制部件的弹力性最终消失。在端子帽5和安全阀3的通电仅为接触时，由于树脂制部件的弹性的消失，接触松弛，电池的内部电阻上升或变得不稳定。从而，通过焊接端子帽5和安全阀3，即使树脂制部件的弹力性降低，也能够防止电池内部电阻上升。

但是，铁系材料和铝系材料的熔点或电特性大不相同，因此，难以牢固地焊接两者。

作为有关封口体的技术，可以举出下述专利文献1～4。

【专利文献1】日本特开2006-351512号公报

【专利文献2】日本特开2000-90892号公报

【专利文献3】日本特公平5-74904号公报

【专利文献4】日本特开2007-194167号公报

在专利文献1中，公开了在金属制过滤器的内部收容由金属制防爆阀体和金属制薄壁阀体构成的安全机构、树脂制内衬垫、金属制帽而构成的封口体中，利用激光焊接结合了金属制过滤器和在该金属制过滤器的内部收容的所有的金属制部件的封口体。在该技术中，在金属制帽中使用镀敷有镍的铁，在其他部件中使用铝，但如上所述，铝和铁的熔点之差大，因此，不能将两者牢固地激光焊接，导致焊接状态不稳定，电池内部电阻不稳定的问题。

在专利文献2中，公开了用铝制的盖盒的周缘铆接铁制的盖帽的周缘，点焊了两者的封口体。但是，如上所述，铝和铁的电特性的差异大，因此，不能将两者牢固地点焊，导致焊接状态不稳定，电池内部电阻不稳定的问题。

在专利文献3中，公开了一种封口体，其包括：电池帽，其形成有舌部，该舌部具有圆筒状部和在该圆筒状部的外周设置的多个孔；金属板，其设置有多个凸状部，该凸状部具有比电池帽的板厚大的突出高度，使电池帽的孔部与金属板的凸状部嵌合，压接从电池帽的孔部突出的金属板的凸状部的端面，将两者固定。但是，在该技术中，电池帽和金属板的电连接为压接，导致电池内部电阻不稳定的问题。

在专利文献4中，公开了在具备由铁系材料构成的端子帽和由铝系材料构成的安全阀的封口体中，在端子帽的凸缘部和安全阀的凸缘部的至少一方设置间隙，从端子帽侧向与间隙对应的位置照射高能量线，由此焊接端子帽和安全阀的技术。但是，存在难以从端子帽侧确定作为焊接目标的间隙的位置，难以确认可靠地焊接的情况的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供具备导电性优越带有安全阀的封口体的密闭型电池。

涉及用于解决上述问题的密闭型电池的制造方法的本发明是一种密闭型电池的制造方法，其是通过在有底筒状的外装罐20的开口部铆接固定封口体10来密闭的密闭型电池的制造方法，其特征在于，包括：准备步骤，准备端子帽5和安全阀3，所述端子帽5由铁系材料构成，具有：向电池外方突出的外部端子部5a、位于所述外部端子部5a的周缘的凸缘部5b、设置于所述凸缘部5b的电池内方面侧的直径比电池外方面侧小的孔5c，所述安全阀3由铝系材料构成，具有：向电池内方突出的通电接触部3a、位于所述通电接触部3a的周缘的周边部3b、设置于所述周边部3b的销状突起3c；临时固定步骤，将所述安全阀的销状突起3c嵌入所述端子帽的孔5c，将所述销状突起3c的前端部压扁，铆接固定所述销状突起3c和所述孔5c；焊接步骤，向所述铆接固定部附近的所述端子帽照射高能量线，进行焊接。

在该结构中，利用铆接固定来临时固定端子帽和安全阀后，向由熔点高的铁系材料构成的端子帽侧照射高能量线进行焊接，根据该方法可知，由于高能量线，端子帽的熔点高的铁系材料熔融，该熔融的铁系材料流入位于照射点的附近的铆接固定部，由于熔融铁材料具有的热能，铆接固定部的铝系材料(安全阀的销状突起)熔融。其结果，良好且牢固地焊接安全阀和端子帽，安全阀和端子帽之间的电阻稳定地变小。从而，得到具备具有高的导电性的带有安全阀的封口体的密闭型电池。

在此，向安全阀侧照射了高能量线的情况下，发生如下的问题。

(1)施加了熔化熔点低的铝系材料的程度的能量的情况下，熔点高的铁系材料几乎不熔融，因此，能够进行良好的焊接。

(2)施加了熔化熔点高的铁系材料的程度的能量的情况下，熔点低的铝系材料蒸散，能够进行良好的焊接。

在此，铁系材料是指铁及铁合金，铝系材料是指纯铝及铝合金。

在上述结构中，可以是所述端子帽的孔为锪孔的结构。

锪孔如图2(a)所示，是指具有阶梯差的孔，但根据该结构，能够利用锪孔的阶梯差部分，良好地进行铆接固定，因此，更优选。

作为高能量线，优选使用能量的控制容易的激光光线。

另外，熔融铁材料有效地流入铆接固定部，因此，优选将高能量线向孔的壁面照射。

另外，为了防止在铆接固定后，端子帽和安全阀旋转的情况，优选将端子帽的孔的数量和安全阀的销状突起的数量分别设为两个以上。另外，出于成本和效果的协同，优选将上限分别设为四个。

在此，安全阀的销状突起的直径和端子帽的孔的电池内方侧的直径的缝隙优选0.01～0.1mm。安全阀的销状突起的高度优选向端子帽的电池内方侧的孔电池外方侧突出0.3～0.7mm。端子帽的孔的电池外方侧的直径优选比电池内方侧的直径大0.2～0.7mm。

另外，端子帽和安全阀的焊接可以完全包围铆接固定部的外周地进行，也可以为从一点开始的几个点的点焊。

利用上述密闭型电池的制造方法的本发明制造的密闭型电池为以下所示的结构。

该密闭型电池，其通过在有底筒状的外装罐20的开口部铆接固定封口体10来密闭，其特征在于，所述封口体10包括：端子帽5，其由铁系材料构成，具有向电池外方突出的外部端子部5a和位于所述外部端子部5a的周缘的凸缘部5b；安全阀3，其由铝系材料构成，具有位于比所述端子帽5靠电池内方的位置向电池内方突出的通电接触部3a和位于所述通电接触部3a的周缘的周边部3b，焊接所述端子帽5的凸缘部5b和所述安全阀3的周边部3b，所述焊接部7位于所述凸缘部5b的电池内方面和电池外方面之间，在所述焊接部7的中央部存在有所述安全阀材料，且在所述焊接部7的周缘具有所述端子帽材料和所述安全阀材料成一体的熔融凝固区域9。

发明效果

根据上述发明可知，能够得到导电性优越的带有安全阀的封口体，能够提高使用其而成的密闭型电池的电流取出效率。

附图说明

图1是本发明的密闭型电池的剖面图。

图2是表示在本发明的密闭型电池中使用的封口体的端子帽和安全阀的图。

图3是说明在本发明的密闭型电池中焊接端子帽和安全阀的工序的图。

图4是说明在本发明的密闭型电池中制作端子帽的工序的图。

图5是说明在本发明的密闭型电池中制作安全阀的工序的图。

图6是说明在比较例1的密闭型电池中焊接端子帽和安全阀的工序的图。

图中：1-端子板；2-绝缘板；3-安全阀；5-端子帽；7-焊接部；8-电极片；9-熔融凝固区域；10-封口体；20-外装罐；30-绝缘衬垫；40-电极体；51-铆接固定件；61-冲压器具；62-冲压器具；71-冲压器具；72-冲压器具。

具体实施方式

(实施方式1)

使用附图详细说明用于实施本发明的最佳方式。图1是本实施方式的密闭型电池的要部放大剖面图。

如图1所示，在本实施方式的密闭型电池中使用的封口体10具备：经由电极片8与正极或负极电连接的端子板1；具有向电池外方突出的外部端子部的端子帽5；夹设在端子板1和端子帽5之间，在电池内部压力上升时变形，断开端子板1和端子帽5的电连接的安全阀3；在安全阀3断开电流时，防止安全阀3和端子板1的电接触的绝缘板2。还有，电极体40的一方的电极和端子板1经由电极片8连接。

安全阀3的周边部和端子帽5的凸缘部通过激光焊接被固定。图3(e)中示出该焊接部分。端子帽5和安全阀3的焊接部7位于端子帽5的凸缘部5b的电池内方面和电池外方面之间，在焊接部7的中央部存在有作为安全阀3的材料的铝，且在其周缘具有作为端子帽5的材料的铁和作为安全阀3的材料的铝成一体的熔融凝固区域9。还有，在相同图中，示出仅图中左侧被激光照射的状态。

如图1所示，在收容了电极体40和非水电解质的封口体10的开口部经由绝缘衬垫30配置该封口体10，进行铆接固定。

说明上述结构的锂离子二次电池的制作方法。

<正极的制作>

以质量比90∶5∶5的比例称取含有钴酸锂(LiCoO₂)的正极活性物质、乙炔黑或石墨等碳系导电剂的粘结剂，含有聚偏氟乙烯(PVDF)的粘接剂，将这些溶解于含有N-甲基-2-吡咯烷酮的有机溶剂等中后，进行混合，配制正极活性物质浆料。

其次，使用模涂机或刮板等，在铝箔(厚度：20μm)构成的正极芯体的两面以均一的厚度涂敷该正极活性物质浆料。

使该基板通过干燥机内，除去上述有机溶剂，制作干燥极板。使用辊压机轧制该干燥极板，并裁断，制作正极板。

作为在本实施方式的锂离子二次电池中使用的正极活性物质，除了上述钴酸锂以外，例如，还可以使用单独或混合两种以上使用镍酸锂(LiNiO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)磷酸铁锂(LiFePO₄)、锰镍钴酸锂(LiMn_xNi_yCo_zO₂x+y+z+1)、或用其他元素置换这些氧化物中含有的过渡金属的一部分的氧化物等含锂过渡金属复合氧化物。

<负极的制作>

以质量比98∶1∶1的比例称取包括人造石墨的负极活性物质、含有苯乙烯丁二烯橡胶的粘结剂、含有羧基甲基纤维素的增粘剂，将这些与适量的水混合，配制负极活性物质浆料。

其次，使用模涂机或刮板等，在由铜箔(厚度：15μm)构成的负极芯体的两面以均一的厚度涂敷该负极活性物质浆料。

使该基板通过干燥机内，除去水分，制作干燥极板。然后，使用辊压机轧制该干燥极板，并裁断，制作负极板。

在此，作为在本实施方式的锂离子二次电池中使用的负极材料，例如，可以使用天然石墨、炭黑、焦炭、玻璃状碳、碳纤维或这些的烧成体等碳质物、或所述碳质物和选自包括锂、锂合金、及能够吸藏·放出锂的金属氧化物的组的一种以上的混合物。

<电极体的制作>

利用卷绕机卷绕上述正极、负极和含有聚乙烯制微多孔膜的隔板，设置绝缘性的卷绕停止带，完成卷绕电极体。

<封口体的制作>(准备步骤)

使用冲压器具61，冲裁镀敷有镍的铁板的中心部，形成外部端子部5a(凸部)(参照图4(a))。

然后，在凸缘部5b(凸部的外周部分)开设冲裁孔(参照图4(b))。

然后，使用冲压器具62从上方冲裁孔，将孔的直径部分地扩大(参照图4(c))。此时，被冲裁的相反面侧的孔径比图4(b)所示的状态小。

然后，再次冲裁孔，利用冲压，扩大狭窄的孔(参照图4(d))。

然后，冲裁为圆盘状，制作具备锪孔5c的端子帽5。

使用冲压器具71，冲裁铝板的中心部，形成通电接触部(凹部3a)(参照图5(a))。

然后，从下表面使用冲压器具72a、b、c，按压周边部3b(凸部的外周部分)，形成销状突起3c(参照图5(b))。

然后，冲裁为圆盘状，制作安全阀3(参照图5(c))。

在该制作方法中，在销状突起3c的相反面利用按压引起的变形来形成凹形状的部分(参照图5(c))，但该凹形状的部分不是本发明的必须的结构要素。

凸部的直径·高度、锪孔的尺寸如图2所示。

(临时固定步骤)

然后，在上述安全阀3的上表面配置上述端子帽5，在端子帽5的锪孔5c中嵌入安全阀3的销状突起3c(参照图3(a))。

然后，使用铆接固定件51a、b，从上下方向按压，压扁销状突起3c的前端部，形成铆接固定部，进行临时固定(参照图3(b)、(c))。

(焊接步骤)

向铆接固定部附近的端子帽的孔的壁面照射激光光线(参照图3(d))，焊接铆接固定部(参照图3(e))。

然后，在该安全阀3的下表面经由聚丙烯制的绝缘板2焊接铝制的端子板1，制作封口体10。

<电解液的制作>

向以体积比1∶1∶8的比例(换算为一个大气压、25℃的情况下)混合了乙烯碳酸酯(EC)、丙烯碳酸酯(PC)和二乙基碳酸酯(DEC)的非水溶媒中以1.0M(摩尔/升)的比例溶解作为电解质盐的LiPF₆，将该溶解液作为电解液。

在此，作为在本实施方式的锂离子二次电池中使用的非水溶媒，不限定于上述组合，例如，可以混合使用乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、丁烯碳酸酯、γ-丁内酯等锂盐的溶解度高的高介电常数溶媒、和二乙基碳酸酯、二甲基碳酸酯、乙基甲基碳酸酯、1，2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、茴香酰、1，4-二噁烷、4-甲基-2-戊酮、环己酮、乙腈、丙腈、二甲基甲酰胺、环丁砜、甲酸甲酯、甲酸乙酯、醋酸甲酯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、丙酸乙酯等低粘性溶媒。进而，也可以将所述高介电常数溶媒或低粘性溶媒分别形成为两种以上的混合溶媒。另外，作为电解质盐，除了上述LiPF₆例如，可以单独或混合两种以上使用LiN(C₂F₅SO₂)₂、LiN(CF₃SO₂)₂、LiClO₄或LiBF₄等。

<电池的组装>

焊接上述电极体的负极集电体和有底筒状外装罐的罐底，向上述电解液和外装罐内注液，经由封口体的端子板、正极集电体和电极片8电连接后，经由聚丙烯制衬垫来铆接并进行密封，组装本实施方式的电池。

(实施例1)

与上述实施方式相同地，制作实施例1的电池。还有，安全阀的销状突起及端子帽的孔的数量分别为两个。

(比较例1)

除了向铆接固定部的铝(销状突起3c)照射激光(能量与上述实施例1相等)以外，与上述实施方式相同地，制作比较例1的电池(参照图6)。还有，安全阀的销状突起及端子帽的孔的数量分别为两个。

(比较例2)

除不向铆接固定部照射激光(进行临时固定)以外，与上述实施方式相同地，制作比较例2的电池。此外，安全阀的销状突起及端子帽的孔的数量分别为两个。

[电阻的测定]

在与上述实施例1及比较例1、2相同的条件下，分别制作30个电池，用恒定电流1It(1250mA)充电至电压成为4.2V，然后，以恒定电压4.2V充电至电流成为0.05It(62.5mA)。然后，在75℃、湿度90％的恒温槽中放置10天。关于该电池，进行铆接固定后，进行激光焊接后，测定保存后的封口体的电阻。其结果示出在下述表1中。

【表1】

从上述表1可知，在铆接固定后，向端子帽照射激光而焊接的实施例1中，激光后及保存后的电阻均为0.1mΩ，相对于此，向安全阀照射激光而焊接的比较例1中，激光后为0.3mΩ，保存后为0.6mΩ，未焊接的比较例2中，保存后为0.6mΩ，比实施例1大。

该情况认为如下。在比较例2中，未进行激光焊接，因此，安全阀和端子帽的电接触仅为基于铆接固定部处的临时固定的接触，不能将电阻充分地降低。另外，在比较例1中，向熔点低的铝照射激光而焊接，由于基于激光热量的铝的蒸发，不能进行良好且牢固的焊接，不能将电阻充分地降低。另一方面，在实施例1中，向熔点高的铁照射激光而焊接，此时熔融的铁流入铆接固定部，熔点低的铝的一部分利用熔融铁的余热而熔融并接合，因此，在焊接部7形成了铁和铝成一体的熔融凝固区域9(参照图3(e))，从而良好地焊接。因此，两者之间的电接触性提高，电阻稳定地变小。尤其，在高湿高温环境中保存的情况下，安全阀和端子帽的接触性容易损伤，但安全阀和端子帽良好且牢固地焊接的实施例1中，即使高湿高温保存，电阻也不会上升。

工业可行性

如上所述，根据本发明可知，能够实现导电性优越的带有安全阀的封口体，能够提高具备其的密闭型电池的电流的取出效率。因此，工业上的意义大。

Claims

1.一种密闭型电池的制造方法，其是通过在有底筒状的外装罐(20)的开口部铆接固定封口体(10)来密闭的密闭型电池的制造方法，其特征在于，包括：

准备步骤，准备端子帽(5)和安全阀(3)，所述端子帽(5)由铁系材料构成，具有：向电池外方突出的外部端子部(5a)、位于所述外部端子部(5a)的周缘的凸缘部(5b)、设置于所述凸缘部(5b)的电池内方面侧的直径比电池外方面侧小的孔(5c)，所述安全阀(3)由铝系材料构成，具有：向电池内方突出的通电接触部(3a)、位于所述通电接触部(3a)的周缘的周边部(3b)、设置于所述周边部(3b)的销状突起(3c)；

临时固定步骤，将所述安全阀的销状突起(3c)嵌入所述端子帽的孔(5c)，将所述销状突起(3c)的前端部压扁，铆接固定所述销状突起(3c)和所述孔(5c)；

焊接步骤，向所述铆接固定部附近的所述端子帽照射高能量线，进行焊接。

2.根据权利要求1所述的密闭型电池的制造方法，其特征在于，

所述端子帽的孔为锪孔。

3.根据权利要求1所述的密闭型电池的制造方法，其特征在于，

所述高能量线为激光。

4.根据权利要求1所述的密闭型电池的制造方法，其特征在于，

将所述高能量线向所述铆接固定部附近的所述端子帽的壁面照射。

5.一种密闭型电池，其通过在有底筒状的外装罐(20)的开口部铆接固定封口体(10)来密闭，其特征在于，

所述封口体(10)包括：

端子帽(5)，其由铁系材料构成，具有向电池外方突出的外部端子部(5a)和位于所述外部端子部(5a)的周缘的凸缘部(5b)；

安全阀(3)，其由铝系材料构成，具有位于比所述端子帽(5)靠电池内方的位置向电池内方突出的通电接触部(3a)和位于所述通电接触部(3a)的周缘的周边部(3b)，

焊接所述端子帽(5)的凸缘部(5b)和所述安全阀(3)的周边部(3b)，

所述焊接部(7)位于所述凸缘部(5b)的电池内方面和电池外方面之间，

在所述焊接部(7)的中央部存在有所述安全阀材料，且在所述焊接部(7)的周缘具有所述端子帽材料和所述安全阀材料成一体的熔融凝固区域(9)。