CN114730957A - 密闭电池 - Google Patents

Abstract

本公开的目的在于，通过在密闭电池中使阀体具有良好的电流切断功能和气体排出功能，从而能够减少封口体的构成部件的件数。本公开的密闭电池(10)包括有底筒状的外装罐(100)、堵塞外装罐(100)的一端的封口体(11)、以及在外装罐(100)的内部配置的电极体(20)。封口体(11)包括阀体(12)，阀体(12)具有环状或者C字状的第1易断裂部(14)；以及内侧部分的面积比第1易断裂部(14)的内侧部分的面积小的环状的第2易断裂部(15)。阀体(12)构成为第2易断裂部(15)断裂时的排气压力比第1易断裂部(14)断裂时的排气压低。

Description

密闭电池

技术领域

本公开涉及密闭电池。

背景技术

近年来，二次电池的用途向电动汽车用的电源、用于有效地利用自然能源的蓄电装置等扩大，期望更高容量化。在电动汽车、蓄电装置中，使用将多个二次电池经由外部引线串联或者并联地连接而形成的电池模块。伴随着二次电池的高容量化，对于二次电池以及电池模块要求更高的安全性。一直以来，在由于二次电池的过充电等而电池内部压力异常上升的情况下，通过切断二次电池内部的电流路径，从而能够将二次电池的热失控以及破裂防患于未然。

在专利文献1中，记载有为了确保安全性而将电流切断机构组装到对外装罐的一端进行密封的封口体的密闭电池。该电流切断机构通过对金属制的阀体、绝缘部件以及具有通气孔的金属体进行组合而构成。阀体和金属体连接它们的中心部彼此，它们的外周部之间介有绝缘部件。如果电池内压上升，则将阀体与金属体的连接部向电池外方拉伸，该连接部、或者在金属体设置的薄壁部断裂而切断阀体与金属体之间的电流路径。进而，如果电池内压上升，则阀体的薄壁部成为起点而阀体断裂从而排出电池内部的气体。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2016/157748号

发明内容

发明所要解决的课题

在专利文献1所记载的结构的情况下，为了使封口体具有电流切断功能、电池内部的气体的排出功能，封口体包括阀体、绝缘部件以及金属体这3个部件。这些部件要求在电池的异常时可靠地进行动作，为复杂且高精度的加工形状是不可缺少的。由此，封口体的构成部件较多成为在加工中工时的增加等的大的负担，因而期望减少封口体的构成部件的件数。此外，为了使封口体具有电流切断功能，考虑形成将连接封口体的外部引线的部分包围的小的环状的易断裂部，但在这种情况下通过易断裂部在全周断裂而形成的小的孔而排出气体时，该孔容易由电池的内容物而发生堵塞。由此，从使封口体具有良好的电流切断功能和气体排出功能的方面存在改良的余地。

本公开的目的在于，提供一种通过使阀体具有良好的电流切断功能和气体排出功能，从而能够减少封口体的构成部件的件数的密闭电池。

用于解决课题的手段

本公开所涉及的密闭电池具备有底筒状的外装罐、堵塞外装罐的一端的封口体、以及在外装罐的内部配置的电极体，封口体包括阀体，阀体具有：环状或者C字状的第1易断裂部；以及内侧部分的面积比第1易断裂部的内侧部分的面积小的环状的第2易断裂部，第2易断裂部断裂时的排气压力比第1易断裂部断裂时的排气压力低。

发明效果

根据本公开所涉及的密闭电池，通过使阀体具有良好的电流切断功能和气体排出功能，从而能够减少封口体的构成部件的件数。

附图说明

图1为实施方式的一例的密闭电池的剖面图。

图2A为将图1所示的密闭电池的封口体二等分地进行了切断的情况下的立体图。

图2B为表示在实施方式中，电池内压上升而第2易断裂部遍及全周地断裂从而断开内侧部分的状态且与图2A对应的图。

图2C为表示电池内压比图2B的状态进一步上升而第1易断裂部的一部分断裂的状态且与图2A对应的图。

图3为在第1比较例的密闭电池中与图2A对应的图。

图4为在第2比较例的密闭电池中与图2A对应的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的实施方式详细地进行说明。在以下的说明中，具体的形状、材料、方向等为用于容易理解本公开的例示，能够按照密闭电池的用途、目的、方法等适当变更。以下，以密闭电池为非水电解质圆筒形二次电池的情况为中心进行说明，但密闭电池并不限定于此。

图1为实施方式的密闭电池10的剖面图。图2A为将封口体11二等分地进行了切断的情况下的立体图。例如，在密闭电池10中采用锂离子电池等的非水电解质二次电池。密闭电池10构成为在圆筒形的有底筒状的外装罐100的内部收容电极体20和非水电解质(未图示)。在外装罐100的一端(图1的上端)的开口隔着具有绝缘性的衬垫18固定封口体11。由此，外装罐100的一端的开口隔着衬垫18被封口体11堵塞。衬垫18为树脂制的绝缘部件，对外装罐100与封口体11之间进行密封。非水电解质包括非水溶剂和溶解于非水溶剂的电解质盐。非水电解质不限于液体电解质，也可以为采用了凝胶状聚合物等的固体电解质。

电极体20为卷绕型，具有正极板21、负极板22和间隔件23，正极板21和负极板22隔着间隔件23卷绕成涡旋状。以下，有时将电极体20的卷绕轴方向一侧称为“上”，将卷绕轴方向另一侧称为“下”。

封口体11仅由金属制的阀体12构成。阀体12具有作为正极端子的功能、作为在电池内压上升了时切断电流路径的电流切断机构的功能和在电池内压进一步上升了时排出内部的气体的功能。封口体11也能包括在阀体12上配置的端子盖等其他的部件。阀体12的整体形成为圆板状，在电极体20侧的内表面(图1的下侧表面)以同心圆状形成沟状的外侧的第1薄壁部13a和内侧的第2薄壁部13b。由此，在阀体12的径向外侧形成基于环状的第1薄壁部13a的第1易断裂部14，在阀体12的径向内侧形成基于环状的第2薄壁部13b的第2易断裂部15。第2易断裂部15设置在第1易断裂部14的径向内侧。此外，在俯视阀体12时，第2易断裂部15的内侧部分S2的面积比第1易断裂部14的内侧部分S1的面积小。内侧部分S1为包括内侧部分S2的部分。阀体12能够由例如铝或者铝合金制作。在阀体12的比第2易断裂部15更靠径向内侧的外表面(图1的上侧面)焊接与电池模块(未图示)中的其他密闭电池、或者外部装置(未图示)电连接的外部引线50。在图1中，仅示出外部引线50中、封口体11的连接侧端部。

在阀体12的比第2易断裂部15更靠径向外侧的电极体20侧的面即内表面(图1的下侧表面)焊接与电极体20连接的正极引线21a的端部。正极引线21a相当于电极引线。在图1中，示出在阀体12的内表面在比第1易断裂部14更靠径向外侧焊接正极引线21a的端部的情况，但也可以在阀体12的内表面在第2易断裂部15与第1易断裂部14之间焊接正极引线21a的端部。

进而，阀体12构成为第2易断裂部15断裂时的第2排气压力P2比第1易断裂部14断裂时的第1排气压力P1低(P2＜P1)。例如，也可以通过设第2易断裂部15的厚度比第1易断裂部14的厚度薄，从而第2排气压力P2比第1排气压力P1低。或者，也可以通过设第2易断裂部15的厚度比第1易断裂部14的厚度薄，并且，或者在设第2易断裂部15的厚度与第1易断裂部14的厚度相同的情况下，使第2薄壁部13b的剖面形状与第1薄壁部13a的剖面形状不同，从而第2排气压力P2比第1排气压力P1低。例如，也可以将第1薄壁部13a的剖面形状设为半圆形或者半椭圆形，将第2薄壁部13b的剖面形状设为V字形，使第2易断裂部15比第1易断裂部14容易断裂。

衬垫18为环状的构件，配置于在外装罐100的一端(图1的上端)形成的开口的内周面与封口体11的外周面之间并通过外装罐100的一端部被铆接固定。在该状态下，阀体12的外周部隔着衬垫18通过外装罐100被铆接固定。衬垫18与封口体11构成密闭电池10的一端中的密封构造。衬垫18能够确保绝缘性，能够采用不对电池特性带来影响的材料。作为衬垫18中采用的材料优选聚合物树脂，例示聚丙烯(PP)树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂。

这种密闭电池10，在电池内压上升了的情况下如后述的图2B所示那样第2易断裂部15(图1)遍及周向整体断裂，断开阀体12的连接外部引线50(图1)的中心部的圆板部分，切断外部引线50与正极引线21a(图1)之间的电流路径。在阀体12中，通过中心部的圆板部分被断开，从而形成排气孔16。密闭电池10在电池内压进一步上升了的情况下，如后述的图2C所示那样，构成为通过第1易断裂部14的至少周向一部分断裂，从而内部的气体经过断裂部所引起的间隙G排出到外部。

接下来，说明电极体20。电极体20配置在外装罐100的内部。构成电极体20的正极板21具有正极集电体、和在正极集电体上形成的正极活性物质层。例如，在正极集电体的两面形成正极活性物质层。在正极集电体采用例如铝等金属箔、将该金属配置于表层的膜等。合适的正极集电体为铝或者铝合金的金属箔。正极集电体的厚度例如为10μm～30μm。

正极活性物质层优选包括正极活性物质、导电剂以及粘结剂。正极板21通过将包括正极活性物质、导电剂、粘结剂及N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等分散介质在内的正极合剂浆料涂敷于正极集电体的两面后，进行干燥及压延而制作。

作为正极活性物质能够例示含有Co、Mn、Ni等过渡金属元素的含锂过渡金属复合氧化物。含锂过渡金属复合氧化物没有被特别限定，但优选为由通式Li_1+xMO₂(式中、-0.2＜x≤0.2、M包括Ni、Co、Mn、Al中的至少一种)表示的复合氧化物。

作为上述导电剂的例子，举出碳黑(CB)、乙炔黑(AB)、科琴黑、石墨等碳材料。作为上述粘结剂的例子，举出聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVdF)等氟系树脂、聚丙烯腈(PAN)、聚酰亚胺(PI)、丙烯酸系树脂、聚烯烃系树脂等。此外，也可并用这些树脂、羧甲基纤维素(CMC)或其盐、聚环氧乙烷(PEO)等。它们可以单独使用1种，也可以组合使用2种以上。

在正极板21中设置有构成正极集电体的金属的表面露出了的正极集电体露出部(未图示)。正极集电体露出部为连接正极引线21a的部分且为正极集电体的表面未被正极活性物质层覆盖的部分。正极引线21a的一端侧部分例如通过超声波焊接与正极集电体露出部接合。正极引线21a的另一端侧部分经过在配置于电极体20的上侧的圆板状的第1绝缘板30形成的开口而向上方导出，并与阀体12的电极体20侧的内表面连接。正极引线21a的材料采用例如铝、铝合金、镍、镍合金、铁、不锈钢等。

负极板22具有负极集电体、和在负极集电体上形成的负极活性物质层。例如，在负极集电体的两面形成负极活性物质层。进而，负极板22在卷绕结束侧端部设置有负极集电体露出部(未图示)。负极集电体露出部为连接负极引线22a的部分且负极集电体的表面未被负极活性物质层覆盖的部分。负极引线22a的一端侧部分例如通过超声波焊接与负极集电体露出部接合。负极引线22a的另一端侧部分经过在电极体20的下侧配置的圆板状的第2绝缘板31的外周侧而与外装罐100的底部连接。

负极活性物质层优选包括负极活性物质以及粘结剂。负极板22通过将包括例如负极活性物质、粘结剂以及水等在内的负极合剂浆料涂敷在负极集电体的两面之后，进行干燥及压延来制作。

作为负极活性物质，只要是能够可逆地吸藏、释放锂离子的物质就没有特别限定，例如可以使用天然石墨、人造石墨等碳材料、Si、Sn等与锂进行合金化的金属、或者含有它们的合金、复合氧化物等。在负极活性物质层中包括的粘结剂中采用与例如正极板21的情况相同的树脂。在由水系溶剂对负极合剂浆料进行调制的情况下，能够采用苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、CMC或其盐、聚丙烯酸或其盐、聚乙烯醇等。它们可以单独使用1种，也可以组合使用2种以上。

负极板22在隔着间隔件23层叠于正极板21的状态下卷绕使用。另外，也可以采用负极引线22a，并且，或者省略负极引线22a并在遍及负极板22的卷绕结束端部的最外周面的全周配置负极集电体露出部，使该负极集电体露出部与外装罐100的圆筒部的内周面接触，将负极板22与外装罐100电连接。由此，能够确保更良好的集电性。此时，负极引线22a也可以与在负极板22的卷绕开始侧端部形成的负极集电体露出部接合。

在间隔件23中采用具有离子透过性以及绝缘性的多孔性膜。作为多孔性膜的具体例，举出微多孔薄膜、织布、无纺布等。作为间隔件23的材质，优选聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃系树脂。间隔件23的厚度例如为10μm～50μm。间隔件23伴随着电池的高容量化·高输出化而存在薄膜化的趋势。间隔件23具有例如130℃～180℃左右的熔点。

密闭电池10例如如下那样装配。例如，在通过对钢板进行拉伸加工而制作的有底圆筒状的外装罐100的内侧将电极体20与下侧的圆板状的第2绝缘板31一起插入，将与负极板22连接的负极引线22a通过焊接与外装罐100的底部连接。接下来，在外装罐100的内侧将圆板状的第1绝缘板30插入到电极体20的上侧，在外装罐100中比第1绝缘板30更靠上部的开口侧，将剖面U字状的沟部101(图1)遍及圆周向全周通过塑性加工形成。此后，将调制了的非水电解质注入规定量到装有电极体20的外装罐100的内部。而且，将与正极板21连接的正极引线21a通过焊接与封口体11的内侧面连接。而且，在外装罐100的开口端部的内侧，在沟部101的上侧插入并配置衬垫18的状态下，折叠正极引线21a并将阀体12在外装罐100的内侧隔着衬垫18在沟部101上收纳，通过将外装罐100的开口端部铆接来制作密闭电池10。

上述的密闭电池10如下那样发挥电流切断功能和气体排出功能。图2B为表示在实施方式中，电池内压上升而第2易断裂部15遍及全周地断裂从而断开内侧部分的状态且与图2A对应的图。图2C为表示电池内压从图2B的状态进一步上升而第1易断裂部14的一部分断裂了的状态且与图2A对应的图。

具体地来说，如果电池内压上升，则首先如图2B所示那样，第2易断裂部15(图2A)遍及周向的整体断裂，连接外部引线50(图1、图2A)的第2易断裂部15的内侧部分从阀体12完全地断开。由此，切断第2易断裂部15的内侧部分和正极引线21a(图1)之间的电流路径。此外，在阀体12的中心部形成排气孔16。而且，在从排气孔16的排气速度不充分的情况下，如果电池内压进一步上升，则如图2C所示那样，第1易断裂部14的周向的至少一部分断裂，第1易断裂部14的内侧部分在电池外侧产生变形。由此，电池内部的气体通过间隙G被排出。此时，在如上述那样切断电流路径时需要使第2易断裂部15的周向的整体断裂，因此将第2易断裂部15形成为环状，但在断裂第1易断裂部14时第1易断裂部14的周向一部分断裂即可。由此，第1易断裂部14并不限于在阀体12形成为环状的情况，也可在阀体12通过薄壁部等形成为C字状。此外，通过在阀体12的径向形成厚度产生变化的阶梯部，从而也可以形成第1易断裂部。

根据上述的密闭电池10，能够使阀体12具有良好的电流切断功能和气体排出功能，因而能够削减封口体11的构成部件的件数。由此，能够减少要求加工精度的部件，因而导致制造成本的降低。

图3为在第1比较例的密闭电池中与图2A对应的图。构成第1比较例的密闭电池中的封口体11a的阀体12a与图2A的阀体12不同，未形成第2易断裂部15(图2A)，仅第1易断裂部14形成在阀体12a的径向外侧部分。在这样的第1比较例的情况下，假设如果由于电池内压的上升而能使第1易断裂部14遍及全周地断裂，则能够切断在阀体12a中连接正极引线21a(图1)的比第1易断裂部14更靠径向外侧部分和比第1易断裂部14更靠径向内侧部分之间的电流路径。然而，在第1比较例中，第1易断裂部14的周长比图1～图2C的实施方式中的第2易断裂部15的周长长。由此，在第1比较例中，由于由电池内压上升了时的初始的压力切断电流路径，因而难以使第1易断裂部14遍及全周稳定地断裂。因此，在第1比较例的密闭电池中难以使阀体12a具有良好的电流切断功能。

图4为在第2比较例的密闭电池中，与图2A对应的图。构成第2比较例的密闭电池中的封口体11b的阀体12b与图2A的阀体12不同，未形成第1易断裂部14(图2A)，仅第2易断裂部15形成在阀体12b的径向内侧部分。在这样的第2比较例的情况下，与图3的第1比较例的第1易断裂部14的周长相比，第2易断裂部15的周长变短。由此，由于由电池内压上升了时的初始的压力切断电流路径，因而容易使第2易断裂部15遍及全周地稳定断裂。然而，在第2易断裂部15的内侧部分被断开之后形成的阀体的排气孔的直径容易变小。由此，由于电池的内容物容易堵塞排气孔，因而排气性能降低，电池的内压异常地上升，从而有可能在电池的侧面等、不希望的部分产生破损的可能性。因此，在第2比较例的密闭电池中难以使阀体12b具有良好的气体排出功能。

根据图1～图2C所示的实施方式，在电池的异常产生等所引起的电池内压上升的初始，通过使周长小的第2易断裂部15遍及全周地断裂并断开其内侧部分，从而能够切断电流路径。在电池内压进一步上升了时，通过使比第2易断裂部15大的第1易断裂部14断裂，从而能够提高排气性能。由此，在实施方式中，能够消除在第1比较例以及第2比较例中产生的问题。

另外，在图1～图2C的实施方式中，说明了将密闭电池10设为圆筒形二次电池的情况，但本公开的密闭电池并不限于此，例如外装罐也可以为作为长方体状的方形二次电池。此外，本公开的密闭电池不限定于将第1易断裂部和第2易断裂部在封口体形成为同心圆状的情况，也可以在封口体的不同的位置形成具有不同的中心的第1易断裂部以及第2易断裂部。在该情况下，使第2易断裂部的内侧部分的面积比第1易断裂部的内侧部分的面积小。进而，阀体构成为第2易断裂部断裂时的排气压力比第1易断裂部断裂时的排气压力低。在该情况下，也与图1～图2C的结构相同，由于使阀体具有良好的电流切断功能和气体排出功能的结构，能够减少封口体的部件件数。

符号说明

10密闭电池、11，11a，11b封口体、12，12a，12b阀体、13a第1薄壁部、13b第2薄壁部、14第1易断裂部、15第2易断裂部、16排气孔、18衬垫、20电极体、21正极板、21a正极引线、22负极板、22a负极引线、23间隔件、30第1绝缘板、31第2绝缘板、50外部引线、100外装罐、101沟部。

Claims (3)

1.一种密闭电池，

具备有底筒状的外装罐、堵塞所述外装罐的一端的封口体、以及在所述外装罐的内部配置的电极体，

所述封口体包括阀体，

所述阀体具有：环状或者C字状的第1易断裂部；以及内侧部分的面积比所述第1易断裂部的内侧部分的面积小的环状的第2易断裂部，

所述第2易断裂部断裂时的排气压力比所述第1易断裂部断裂时的排气压力低。

2.根据权利要求1所述的密闭电池，其中，

所述第2易断裂部设置在所述第1易断裂部的径向内侧。

3.根据权利要求1或2所述的密闭电池，其中，

在所述阀体的比所述第2易断裂部更靠近径向内侧的外表面焊接与其他电池或者外部装置连接的外部引线，在所述阀体的比所述第2易断裂部更靠近径向外侧的所述电极体侧的表面焊接与所述电极体连接的电极引线。

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