圆筒形电池用封口体以及使用其的圆筒形电池的制作方法

本发明涉及端子部被一体成型的圆筒形电池用的封口体以及使用其的圆筒形电池。

背景技术：

在圆筒形电池中，封口体用于塞住有底圆筒状的电池壳体的开口部，一般具有平板形状。在封口体通常设置有安全阀等防爆机构，在封口体的表面配设有突出的帽状的端子部。

在专利文献1中记载有利用了平板状的封口体的圆筒形的非水电解质电池。在封口体形成有两个孔，在各个孔隔着绝缘密封件而安装有正极端子以及负极端子。在专利文献2中，在非水电解质二次电池之中，使用了设置有具有排气孔的端子帽的平板状的封口体。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-149884号公报

专利文献2：日本特开2005-276458号公报

技术实现要素：

在专利文献1、专利文献2中，安装于封口体的端子部具有复杂构造。但是，例如，也存在电池的外径为10mm以下的圆筒形电池等无需将封口体设为这种复杂构造的情况。电池通过将封口体配设于电池壳体的开口部并进行铆接封口来密闭。此外，在封口体焊接从电极引出的引线。若由易于焊接引线的材料来形成封口体，则在铆接封口时封口体会变形。

本公开的目的在于，提供一种具有简单构造、强度高、且易于焊接引线的圆筒形电池用封口体以及使用其的圆筒形电池。

本公开的一方面涉及一种圆筒形电池用封口体，具备包覆件，该包覆件具有第1表面和与第1表面相反的一侧的第2表面，

包覆件包括包含第1金属的第1表面侧的第1金属层、和包含第2金属的第2表面侧的第2金属层，并且成型为具备具有凸状的端子部的中央部、和在中央部的周缘处与中央部一体设置的凸缘部，

在第1表面侧具有端子部，

在第2表面侧具有引线焊接面，

第1金属的刚性比第2金属的刚性高。

本公开的另一方面涉及一种圆筒形电池，包括：有底圆筒形的电池壳体，具有开口部；电极组以及电解质，容纳于电池壳体；和封口体，对开口部进行封口，

封口体具备包覆件，该包覆件具有第1表面和与第1表面相反的一侧的第2表面，

包覆件包括包含第1金属的第1表面侧的第1金属层、和包含第2金属的第2表面侧的第2金属层，并且成型为具备具有凸状的端子部的中央部、和在中央部的周缘处与中央部一体设置的凸缘部，

在第1表面侧具有端子部，

在第2表面侧具有引线焊接面，

第1金属的刚性比第2金属的刚性高。

根据本公开，能够提供一种既具有简单构造、强度又高、且易于焊接引线的圆筒形电池用封口体以及使用其的圆筒形电池。

附图说明

图1是概略性地表示本发明的一实施方式所涉及的圆筒形电池用封口体的纵剖视图。

图2是概略性地表示使用了图1的封口体的圆筒形电池的纵剖视图。

具体实施方式

以下，根据需要边适当参照附图边更详细说明本发明的实施方式。

(封口体)

本发明的一实施方式所涉及的封口体使用于圆筒形电池，具备包覆件，该包覆件具有第1表面和与第1表面相反的一侧的第2表面。包覆件包括包含第1金属的第1表面侧的第1金属层、和包含第2金属的第2表面侧的第2金属层。包覆件成型为具备具有凸状的端子部的中央部、和在中央部的周缘处与中央部一体设置的凸缘部。包覆件在第1表面侧具有端子部，在第2表面侧具有引线焊接面。在此，第1金属的刚性比第2金属的刚性高。

此外，在以往的圆筒形电池中，虽然利用了平板状的封口体，但在封口体安装有复杂构造的端子部。可是，若封口体以及端子部的构造变得复杂，则它们所占的容积会变大，因此在高容量化的点上是不利的。尤其是，在小尺寸的电池中，无法忽视封口体以及端子部所占的容积。此外，若由易于焊接引线的材料来形成封口体，则在将电池壳体的开口部相对于封口体进行铆接封口时，封口体会变形，有可能导致电池的密封性下降。

在本实施方式中，如上述那样，封口体具备如下包覆件，该包覆件成型为具备具有凸状的端子部的中央部、和与该中央部一体设置的凸缘部。即，封口体具有端子部成为一体的简单构造，容易小型化。尤其是，在小径的电池的情况下，由于设置排气孔的必要性小，因此封口体适于与端子部一体成型。此外，由于是简单构造，因此能够简化制造工序，并且在成本方面也是有利的。

如上述那样的构造通过包括第1表面侧的第1金属层和第2表面侧的第2金属层的包覆件来实现。包覆件是指将第1金属层和第2金属层重叠并施加压力来进行轧制从而使相互的层的一个表面彼此相接合的材料。包覆件在第1表面侧具有凸状的端子部，但作为该第1表面侧的第1金属层中包含的第1金属，可使用刚性比第2金属层中包含的第2金属高的金属。因而，易于形成如上述那样的构造，并且易于维持凸缘部的强度。另一方面，第2表面侧成为引线焊接面。刚性大的第1金属具有熔点高的倾向，难以焊接的情况较多。尤其是，在小径的电池中，难以实现引线的焊接。通过在封口体的第2表面侧配设刚性比第1金属小的第2金属，从而向引线焊接面焊接引线变得容易。

通过对具备第1金属层和第2金属层的平板状的包覆件进行成型，来形成如上述那样的凸状的中央部和凸缘部，由此获得封口体。因而，构成第2金属层的第2金属比构成第1金属层的第1金属柔软。这种金属的硬度能够用刚性(即杨氏模量)进行评价。

第2金属的杨氏模量Y₂例如优选为100GPa以下或者80GPa以下。第1金属的杨氏模量Y₁比第2金属的杨氏模量Y₂大，杨氏模量的差：Y₁-Y₂例如为20GPa以上，优选为40GPa以上，也可以为100GPa以上。在杨氏模量Y₂以及/或者杨氏模量差是这种范围的情况下，更易于确保凸缘部的高强度和引线的高焊接性。

作为第1金属，例如可列举包括从包含镍、铁以及铜的组之中选择出的至少一种金属的金属单体或者合金。合金可以包括这些金属以外的其他金属。在合金中也可包含不锈钢、黄铜等。在第1金属之中，优选镍、铁、不锈钢、铜或者黄铜。

作为第2金属，可列举包括从包含铝以及银的组之中选择出的至少一种金属的金属单体或者合金。合金可以包括这些金属以外的其他金属。在利用铝、银或他们的合金等具有高导电性的第2金属的情况下，从使封口体低电阻化的观点出发是有利的。从焊接性、导电性以及/或者成本等观点出发，在第2金属之中优选铝或者铝合金。

在封口体中，端子部的形状只要为凸状，就没有特别限制，但通常是圆柱状。因此，封口体在从侧面观察的情况下，具有如帽子(hat)那样的形状。端子部的外周的平均直径例如为1.0～6.0mm，可以为0.5～8.0mm。在端子部的外周的平均直径是这种范围的情况下，在二次加工时易于确保钎焊、焊接所需的面积。

优选中央部中的第2金属层的厚度(t_c2)比凸缘部中的第2金属层的厚度(t_b2)大。由于t_b2小，因此易于确保凸缘部的强度，所以能够抑制铆接封口时的凸缘部的变形，易于封口电池。此外，易于确保密闭性，因此能够抑制电解液的泄漏。进而，由于t_c2大，因此封口体自身的加工也变得容易。

在中央部和凸缘部中，第2金属层的厚度处于上述关系的情况下，优选第2金属与第1金属相比熔点以及/或者电阻率低。若第2金属的熔点比第1金属的熔点低，则易于成型封口体，除此之外，向封口体焊接引线的焊接性还得以提高。若第2金属的电阻率比第1金属的电阻率低，则在降低封口体的电阻的方面是有利的。

中央部中的第2金属层的厚度t_c2相对于中央部的厚度(T_c)的比率(＝t_c2/T_c×100)，优选为30～95％，进一步优选为50～95％。尤其是，优选中央部中的第2金属层的厚度t_c2比中央部中的第1金属层的厚度t_c1大。在中央部中的第2金属层的厚度的比率是这种范围的情况下，尤其是作为第2金属而利用导电性高的金属时，能够进一步降低封口体的电阻。

凸缘部中的第2金属层的厚度t_b2相对于凸缘部的厚度(T_b)的比率(＝t_b2/T_b×100)，优选为5～70％，进一步优选为5～50％。在凸缘部中的第2金属层的厚度的比率是这种范围的情况下，能够将刚性大的第1金属层的厚度确保在某种程度。因而，在将封口体铆固于电池壳体的开口部时，能够抑制应力所引起的封口体的变形，并且能够抑制电解质的泄漏。

中央部的厚度例如为0.5～2.0mm，优选为0.7～1.5mm。在中央部的厚度是这种范围的情况下，既能确保电池的密闭性，又易于降低封口体所占的容积。凸缘部的厚度例如为0.2～0.6mm，优选为0.2～0.5mm。在凸缘部的厚度是这种范围的情况下，易于封口电池壳体的开口部和封口体，除此之外，在电池内产生气体而电池内压变高时，易于卸除封口体来进行排气。

封口体在第1表面侧具有端子部。端子部露出在电池的外侧，因此包括端子部的表层部的第1表面侧包含刚性高的第1金属层，从而能够抑制端子部的变形等。

封口体在第2表面侧具有引线焊接面。在第2表面可以形成凸面、凹面，但从易于焊接引线的观点出发，也可第2表面为平坦面，或者第2表面具有凸面。期望凸面为平坦面。尤其是，在引线不易焊接的小径的电池中，若将第2表面设为平坦面，则封口体与引线的焊接性得以提高，因此优选。另外，在对封口体的中央部进行切断的纵剖面中，若将平坦面视作圆弧，则该圆弧的半径R优选为3mm以上，进一步优选为40mm以上。另外，该半径R越大，则越变得平坦。

在小径的电池所使用的封口体中，凸缘部的外周的平均直径例如为5.0mm以下，也有时为3.0mm以下。即便是这种利用小尺寸的封口体的电池，通过封口体具有上述构造，从而也能够确保凸缘部的强度和引线的高焊接性。此外，在电池的高容量化的点上也是有利的。

封口体根据需要可以是被进行镀覆处理(例如镍镀覆处理等)之后的封口体。

封口体能够通过头加工(冷锻造加工)来成型。具体而言，将具备第1金属层和第2金属层的平板状的包覆件配置于与中央部以及凸缘部对应的形状的模具，使得第1金属层的第1表面与模具相接，进行成型，使得包覆件压入模具内，由此获得封口体。在所使用的平板状的包覆件中，第1金属层的厚度以及第2金属层的厚度分别在包覆件整体中是比较均匀的。若进行成型，使得包覆件压入模具，则模具的凸缘部所对应的部分配设的包覆件的第2金属层汇集于模具的中央部所对应的部分。然后，形成如上述那样的凸状的中央部和凸缘部。因而，中央部中的第2金属层的厚度具有变大的倾向。以往，难以利用包覆件来形成中央部的第2表面侧埋着的状态的封口体，但在本实施方式中，可知能够通过上述方法利用包覆件简单制作具有上述构造的封口体。

图1是概略性地表示本实施方式所涉及的封口体的纵剖视图。封口体1包括包覆件2，包覆件2具有第1表面1a和与其相反的一侧的第2表面1b。包覆件2包括第1表面1a侧的第1金属层2a和第2表面1b侧的第2金属层2b。包覆件2具有如帽子(hat)那样的形状。更具体而言，包覆件2成型为具备中央部4和形成在中央部4的周缘的凸缘部5。中央部4在第1表面侧具备凸状的端子部3。凸缘部5在中央部4的周缘处与中央部4一体设置。包覆件的第2表面1b(尤其是中央部的部分的第2表面)成为平坦面，作为引线焊接面来利用。中央部4的厚度为T_c，凸缘部5的厚度为T_b。中央部4中的第2金属层2b的厚度t_c2比凸缘部5中的第2金属层2b的厚度t_b2大。此外，中央部4中的第2金属层2b的厚度t_c2比中央部中的第1金属层2a的厚度t_c1大。

封口体1如上述那样对平板状的包覆件进行成型从而成为如图1那样的构造，因此构成第2金属层2b的第2金属的刚性比构成第1金属层2a的第1金属的刚性低。由于第1金属的刚性高，因此在对电池壳体的开口部和封口体1进行铆接封口的情况下，能够抑制封口体1的变形。由于第2金属的刚性低，因此易于成型封口体1，引线也易于焊接。

(圆筒形电池)

本发明的一实施方式所涉及的圆筒形电池包括：具有开口部的有底圆筒形的电池壳体、容纳于电池壳体的电极组以及电解质、和对开口部进行封口的封口体。圆筒形电池的种类没有特别限制，可以是一次电池，也可以是二次电池。封口体以外的构成要素根据电池的种类能够利用公知的要素。

以下，以锂离子二次电池的情况为例，对圆筒形电池的封口体以外的构成要素进行更具体的说明。不过，本实施方式所涉及的圆筒形电池不限定于锂离子二次电池。

(电池壳体)

电池壳体是有底圆筒形，具有开口部。电池壳体的开口部被上述的封口体密闭。而且，在电池壳体内容纳电极组以及电解质。

电池壳体优选为金属罐。作为构成电池壳体的材料，能够例示铝、铝合金、铁、铁合金(包含不锈钢)等。电池壳体根据需要可以是被镀覆处理之后的壳体。构成电池壳体的材料能够根据电池壳体的极性等来适当选择。

电池壳体的尺寸能够根据用途来适当选择。在组装后的小径的电池中，电池壳体的外径(即，电池的外径)优选为10mm以下，可以为6mm以下。在这种电池中，通过利用上述的封口体，从而易于发挥封口体的强度高、且对封口体的引线焊接性高这样的本发明的效果。

(电极组)

电极组包括正极、负极、和介于正极与负极之间的隔离件。电极组的形态没有特别限制，可以是卷绕式电极组或者层叠式电极组。正极只要包括正极活性物质即可，通常包括正极集电体和附着于正极集电体的表面的正极活性物质层。负极只要包括负极活性物质即可，可以包括负极集电体和附着于负极集电体的表面的负极活性物质层。

作为正极集电体以及负极集电体，分别可使用金属箔、金属多孔体。作为构成正极集电体的金属材料，可例示铝、铝合金。作为构成负极集电体的金属材料，可例示铜、铜合金等。

作为正极活性物质，只要是作为锂离子二次电池的正极活性物质而公知的物质即可，能够没有特别限制地使用。作为正极活性物质，可列举含锂的过渡金属氧化物例如钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、这些化合物中C_o、Ni或者Mn的一部分用其他元素置换后的含锂的复合氧化物等。

正极活性物质层包括正极活性物质，根据需要能够包括粘结剂以及/或者导电剂。作为粘结剂以及导电剂，分别能够没有特别限制地使用在锂离子二次电池中可使用的粘结剂以及导电剂。作为粘结剂，可例示聚偏氟乙烯、苯乙烯-丁二烯系橡胶等。作为导电剂，可例示碳黑、石墨、碳纤维等。

作为负极活性物质，只要是作为锂离子二次电池的负极活性物质已知的即可，能够没有特别限制地进行使用。作为负极活性物质，优选能够吸留以及释放锂离子的碳质材料等。作为这种碳质材料，例如可列举石墨材料(天然石墨、人造石墨等)、无定形碳材料等。

负极活性物质层包括负极活性物质，根据需要能够包括粘结剂以及/或者增稠剂，可以进一步包括导电剂。作为粘结剂以及导电剂，能够从关于正极活性物质层例示出的之中适当选择。作为增稠剂，能够没有特别限制地使用可在锂离子二次电池中使用的增稠剂。作为增稠剂的具体例，可列举羧甲基纤维素或者其盐等。

正极以及负极能够分别通过将包括活性物质等活性物质层的构成成分和分散介质的合剂浆涂敷于集电体的表面进行干燥并在厚度方向上压缩来形成。作为分散介质，能够使用水、N-甲基-2-吡咯烷酮等有机溶剂、以及它们的混合溶剂等。

作为隔离件，能够没有特别限制地使用可在锂离子二次电池中使用的隔离件，例如可列举树脂制的微多孔膜、无纺布。作为构成微多孔膜、无纺布的树脂，可例示聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺等。

(电解质)

作为电解质，可使用包括非水溶剂和溶解于非水溶剂的溶质的非水电解质。作为溶质，能够没有特别限制地使用可在锂离子二次电池中使用的锂盐。作为锂盐的具体例，可列举六氟磷酸锂、四氟硼酸锂。

作为非水溶剂，能够没有特别限制地使用可在锂离子二次电池中使用的非水溶剂。作为非水溶剂的具体例，可列举碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯。

(其他)

电极组中包含的正极(或者负极)经由引线而与电池壳体或者封口体电连接。即，将引线的一端部连接至电极(正极或者负极)，将另一端部连接至电池壳体或者封口体。由于电池壳体内的容积小，因此优选与封口体电连接的引线的一端部在电极组的内周侧连接至电极，与电池壳体电连接的引线的一端部在电极组的尽可能外侧(最外周等)与电极连接。

电池壳体以及封口体的极性能够任意决定。为了有效利用电池壳体内的容积，优选将电极组形成为与电池壳体相同的极性的电极尽量成为外侧(最外周等)，将从电极引出的引线的另一端部连接至电池壳体的内壁。此时，电极组的最外周未形成活性物质层，预先使集电体露出是有利的。封口体的端子部可以是外部正极端子以及外部负极端子的任意端子，但由于为凸状，因此优选在封口体的第2表面侧的引线焊接面连接从正极引出的引线而将端子部作为外部正极端子。在该情况下，将电池壳体与负极连接来作为外部负极端子使用。

封口体以及电池壳体各自与引线能够通过焊接来电连接。在小径的电池中，优选电池壳体和引线在电池壳体的内侧壁连接，以使得电极组所占的容积尽量大。

作为正极引线的材质，例如能够使用铝、钛、镍等金属、或者其合金等。作为负极引线的材质，例如能够使用铜、镍等金属、或者其合金等。引线的形状没有特别限制，但例如能够使用线状、或者片状(或者带状)的形状等。

在圆筒形电池中，电池壳体的开口部由上述的封口体封口。

在具备封口体的电池中，一般而言，防备电池内压的上升而在封口体设置有安全阀。在高温环境下，在电池内产生气体，若反复打开安全阀，则电解质变得易于泄漏。根据本实施方式，由于利用上述的封口体，因此能够抑制这种电解质的泄漏，并且能够进一步提高电池的密闭性。

基于封口体的电池壳体的开口部的封口能够通过公知的方法来进行。例如，电池壳体的开口部和封口体可隔着垫片来铆接封口。铆接封口例如能够通过将电池壳体的开口端部隔着垫片相对于封口体向内部弯曲，由此来进行。若采用铆接封口，则即便是电池的内压上升了的情况，封口体会被卸除从而释放内部的压力，由此也能够确保安全性。

垫片介于电池壳体的开口部(具体为开口端部)与封口体的周缘部(主要为封口体的凸缘部)之间，具有将两者绝缘并且确保电池内的密闭性的功能。垫片的形状没有特别限制，但优选为环状以覆盖封口体的周缘部。垫片包含合成树脂等绝缘性材料。从进一步提高电池的密闭性的观点出发，根据需要也可以在垫片与封口体以及/或者电池壳体之间配设密封剂等。

此外，在组装后的电池中，也可以在电池壳体和封口体隔着垫片而接近的区域(电池的外侧)配设绝缘层。例如，在使电池壳体的开口端部隔着垫片相对于封口体向内部弯曲地进行了封口的情况下，可以在已弯曲的开口端部的至少外表面及其周边部配设绝缘层。

圆筒形电池能够通过在电池壳体容纳电极组以及电解质，并用封口体对电池壳体的开口部进行封口来制造。

能够在电极组的上部与封口体之间配置绝缘环等。从电极组引出的引线的另一端部以通过了绝缘环的孔的状态连接至封口体的引线焊接面。

图2是本发明的一实施方式所涉及的圆筒形电池的概略纵剖视图。在图2的圆筒形电池中使用了图1的封口体。

圆筒形电池10包括：有底圆筒形的电池壳体11，具有开口部；卷绕式电极组12以及电解质(未图示)，容纳于电池壳体11内；和封口体1，对电池壳体11的开口部进行封口。电极组12具备负极15、正极16、以及介于负极15与正极16之间的隔离件17，在电极组12中含浸有电解质。

在封口体1的周缘部配置有环状的绝缘性垫片13，使得覆盖凸缘部5。而且，使电池壳体11的开口端部隔着垫片13向内部弯曲并与封口体1的周缘部铆接，由此电池壳体11被封口。

在电极组12的上端面(顶面)与封口体1的第2表面之间形成有空间。在该空间配设有绝缘环18，限制了电极组12与封口体1的接触。

带状的正极引线61的一端部在卷绕式电极组12的更靠内周侧通过焊接等与正极16(正极集电体露出部等)连接，另一端部以通过了形成于绝缘环18的中央的孔的状态，通过焊接与封口体1的引线焊接面连接。即，正极16和封口体1经由正极引线61而电连接，封口体1具有作为外部正极端子的功能。

负极15在卷绕式电极组12的最外周，仅在一个表面形成有负极活性物质层，另一个表面露出了负极集电体。已露出的负极集电体与电池壳体11的内侧壁对置。在最外周的负极集电体，通过焊接等连接负极引线51的一端部，负极引线51的另一端部在焊接点51a处与电池壳体11的内侧壁连接。即，负极15和电池壳体11经由负极引线51而电连接，电池壳体11具有作为外部负极端子的功能。

配设有由电绝缘性材料形成的环状的绝缘层19，使得覆盖电池壳体11的已弯曲的开口端部的外表面及其周边的垫片的表面。在从电池的外侧观察时，在电池壳体11的开口部附近，通过绝缘层19将具有相反极性的封口体1和电池壳体11更可靠地分离，能够有效地抑制外部短路。

产业上的可利用性

本发明的一实施方式所涉及的封口体由于既具有简单构造、强度又高、且易于焊接引线，因此适于在圆筒形电池、尤其是小径的圆筒形电池中使用。小径的圆筒形电池能够作为各种电子设备尤其是要求小型电源的各种便携式电子设备[也包括眼镜(3D眼镜等)、助听器、手写笔、可穿戴终端等]的电源来适当利用。

符号说明

1 封口体

1a 第1表面

1b 第2表面

2 包覆件

2a 第1金属层

2b 第2金属层

3 端子部

4 中央部

5 凸缘部

T_c 中央部的厚度

T_b 凸缘部的厚度

t_c1 中央部中的第1金属层的厚度

t_c2 中央部中的第2金属层的厚度

t_b2 凸缘部中的第2金属层的厚度

10 圆筒形电池

11 电池壳体

12 卷绕式电极组

13 绝缘性垫片

15 负极

16 正极

17 隔离件

18 绝缘环

19 绝缘层

51 负极引线

61 正极引线

51a 焊接点