二次电池以及二次电池集合体的制作方法

文档序号:11252865
二次电池以及二次电池集合体的制造方法与工艺

本发明涉及二次电池以及二次电池集合体。



背景技术:

近年来伴随电动汽车的普及,开发了使用非水电解液的大容量/高输出的二次电池,使用二次电池时,串联或者并联联结多个二次电池作为高输出的二次电池集合体来利用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:jp特开2011-54561号公报



技术实现要素:

若由于过充电等而在二次电池的内部产生过度的热或者电解液分解而内部压力上升,则有可能损害电池的安全性。

作为解决这种课题的方法,例如在专利文献1中提出了具备如下机构的二次电池的构造,该机构在电池内部的压力成为规定值以上时动作,引起正负极的短路。

本发明的主要目的在于提供一种可靠性更高的二次电池以及使用了该二次电池的二次电池集合体。

本发明的一方式的二次电池具备:电极体,其包括第1电极以及第2电极;外封装体,其具有开口,并收纳所述电极体;封口板,其由导电性构件构成,对所述开口进行封口;可变构件,其在所述外封装体内的压力成为规定值以上时发生变形;和导电性的第2电极连接构件,其与所述第2电极电连接,所述封口板具有第1贯通孔,所述可变构件对所述第1贯通孔进行密闭,所述第2电极连接构件配置在所述可变构件的外侧,在所述第2电极连接构件与所述可变构件之间配置导电性的通电构件,所述通电构件的外径大于所述第1贯通孔的内径,在所述外封装体内的压力成为所述规定值以上时,通过所述可变构件变形,从而使所述通电构件与所述第2电极连接构件接触,使所述第1电极和所述第2电极电连接。

若具有这种结构,则由于二次电池具备伴随电池内压的上升而动作的短路机构,所以即使二次电池变为过充电等状态也成为可靠性较高的二次电池。

优选为所述可变构件由导电性构件构成,与所述封口板电连接,所述封口板与所述第1电极电连接。

优选为所述封口板在外面侧具有第1凹部,所述第1贯通孔位于所述第1凹部内,所述通电构件配置于所述第1凹部。

优选为所述封口板在内面侧具有第2凹部,所述第1贯通孔位于所述第2凹部内,所述可变构件配置于所述第2凹部,所述可变构件的周缘与所述封口板进行焊接连接。

优选为在所述第2电极连接构件与所述通电构件之间配置了电绝缘性的弹性构件。

优选为所述可变构件在发生了变形时,按压所述通电构件中与所述弹性构件对置的区域。

优选为在所述第2电极连接构件与所述通电构件之间配置绝缘构件,所述绝缘构件具有第2贯通孔,所述通电构件具有朝向所述第2电极连接构件向所述第2贯通孔内突出的突出部。

优选为所述可变构件中的发生了变形时与所述通电构件接触的部分的厚度,小于所述通电构件中的与所述可变构件接触的部分的厚度。

优选为在所述第2电极电连接集电体,所述集电体配置于在所述外封装体内且与所述可变构件对置的位置,在所述集电体中,在与所述可变构件对置的区域形成了第3贯通孔。

优选为在所述集电体与所述可变构件之间存在电池内部绝缘构件,在所述电池内部绝缘构件形成第4贯通孔,所述第3贯通孔和所述第4贯通孔重叠配置。

优选为在所述可变构件变形前的状态下,所述可变构件和所述通电构件不接触。

所述可变构件与所述封口板一体地形成。

本发明的二次电池集合体具备多个前述的二次电池。

发明效果

根据本发明,能够提供一种可靠性高的二次电池以及使用了该二次电池的二次电池集合体。

附图说明

图1(a)是实施方式所涉及的二次电池的示意性俯视图,(b)是去掉了外封装体的正面部分而示出了内部的示意性主视图。

图2是负极端子附近的封口板的示意性剖视图。

图3是设置在封口板的第1贯通孔附近的示意性放大剖视图。

图4是变形例所涉及的封口板的示意性剖视图。

图5是其他实施方式所涉及的负极端子附近的封口板的示意性剖视图。

图6是其他实施方式所涉及的电池组的示意性立体图。

符号说明

1二次电池

10电极体

14a负极集电体的基部

18第2电极连接构件

19绝缘构件

20外封装体

21封口板

24a第1凹部

24b第2凹部

25第1贯通孔

27第2贯通孔

28第3贯通孔

29第4贯通孔

40、47可变构件

45通电构件

46突出部

50电池组(二次电池集合体)

54电池内部绝缘构件

55弹性构件

具体实施方式

以下,基于附图来详细说明本发明的实施方式。以下的优选实施方式的说明,本质上只不过是例示,本发明并不意在限制其应用范围或者其用途。

在本申请中,上下方向,以配置二次电池使得外封装体(原文:外装体)20的开口位于上方的情况为基准来进行定义。因此,无论在将二次电池配置为怎样的朝向的情况下,本申请中的各部件的位置关系的限定,都以将外封装体20的开口配置在上方的情况为基准来考虑。

(实施方式1)

图1(a)、(b)是示意性表示本发明的一实施方式中的二次电池的构成的图,图1(a)是俯视图,图1(b)是去掉外封装体的正面部分而示出了内部的示意性主视图。

如图1(a)、(b)所示,在本实施方式中的二次电池1中,作为发电要素的电极体10与电解液一起收纳在外封装体20中。外封装体20是一面(在图1中是上表面)开口的长方体形状的壳体。而且,外封装体20的开口部通过由导电性构件构成的封口板21而被封口。这里,电极体10形成如下构造:构成第1电极即正极的正极板和构成第2电极即负极的负极板隔着隔板(均未图示)进行卷绕或者层叠。作为正极板,可以使用在金属制的正极芯体表面设置了包含正极活性物质的正极活性物质层的部件。作为负极板,可以使用在金属制的负极芯体表面设置了包含负极活性物质的负极活性物质层的部件。

正极板以及负极板分别在其一侧部具有未形成活性物质层的正极芯体露出部11以及负极芯体露出部12。而且,正极板以及负极板配置为正极芯体露出部11以及负极芯体露出部12分别在相反方向上伸出。正极芯体露出部11经由正极集电体13与正极端子15电连接,此外,负极芯体露出部12经由负极集电体14与负极端子16电连接。

正极端子15以及负极端子16分别穿过设置在封口板21上的贯通孔经由绝缘构件固定在封口板21。进而,在封口板21的外部侧,在正极端子15以及负极端子16分别电连接了正极连接构件17以及负极连接构件(第2电极连接构件)18。另外,正极连接构件17与正极端子15电连接,并且也与封口板21电连接。另外,也可以使正极端子15与封口板21接触。在封口板21设置用于注入电解液的电解液注液口,该电解液注液口在注入电解液后被密封构件24密封。此外,在封口板21设置了排出阀26,排出阀26在外封装体20的内部压力上升时释放压力。

接下来,对负极端子16附近的封口板21及其周围的构造进行说明。

图2是负极端子16附近的封口板21的示意性剖视图。此外,图3是设置在封口板21的第1贯通孔25的周边的放大剖视图。

负极端子16在封口板21的内面侧焊接连接于负极集电体14的基部14a,在封口板21的外面侧通过铆接与第2电极连接构件18连接。据此,负极端子16固定在封口板21。另外,也可以将负极端子16在封口板21的内面侧通过铆接连接于负极集电体14的基部14a。此外,也可以将负极端子16在封口板21的外面侧通过焊接与第2电极连接构件18连接。

若以使由封口板21封口的外封装体20的开口部位于上侧的状态配置二次电池1,则第1贯通孔25上下贯通封口板21。该第1贯通孔25的下侧由可变构件40进行了密闭。此外,在第1贯通孔25的上侧(外面侧)配置具有比第1贯通孔25的内径大的外径的导电性通电构件45,载置于封口板21。第1贯通孔25被在封口板21的上侧开口和下侧开口之间存在的薄壁的凸部60包围。即,在图中沿水平方向突出的凸部60的突出的前端所包围的部分成为第1贯通孔25。封口板21的上侧开口和下侧开口的内径都比第1贯通孔25的内径大。

通电构件45配置在由封口板21的上侧(外面侧)的开口和凸部60形成的第1凹部24a(凸部60的上表面侧)。即,通电构件45的周缘部分置于凸部60的上表面。而且,第1贯通孔25位于第1凹部24a内。

可变构件40配置在由封口板21的下侧(内面侧)的开口和凸部60形成的第2凹部24b(凸部60的下表面侧)。即,可变构件40的周缘部分设置为与凸部60的下表面接触。此外,第1贯通孔25位于第2凹部24b内。而且,可变构件40的周缘部分焊接在第2凹部24b的边缘而被固定。

在可变构件40的上方(外侧)配置第2电极连接构件18,通电构件45位于可变构件40与第2电极连接构件18之间。在第2电极连接构件18与通电构件45之间,配置了绝缘构件19。绝缘构件19具有上下方向的第2贯通孔27,存在于通电构件45的上表面的突出部46突出于第2贯通孔27内。此外,在第2贯通孔27内且突出部46的周边,配置了电绝缘性的弹性构件55。该弹性构件55例如由电绝缘性的弹性树脂构成,处于第2电极连接构件18与通电构件45之间,将两者隔开。优选绝缘构件19的厚度小于突出部46的突出高度,弹性构件55的厚度大于突出部46的突出高度。据此,成为通过弹性构件55将通电构件45按压在封口板21的状态。因此,在电池使用时能够有效地防止通电构件45由于振动、冲击等而活动。此外,优选绝缘构件19和通电构件45处于非接触的状态。

在可变构件40的下方,与可变构件40对置地配置负极集电体14的基部14a。负极集电体14的基部14a的下面是收纳电极体10的空间。在负极集电体14的基部14a设置了第3贯通孔28。上部侧的负极集电体14的基部14a除了第3贯通孔28之外覆盖可变构件40的整个下表面。而且,在负极集电体14的基部14a与可变构件40之间,配置了电池内部绝缘构件54。而且,电池内部绝缘构件54具有第4贯通孔29。第3贯通孔28和第4贯通孔29的内径大小大致相同,并配置为双方的贯通孔重叠而连通。根据以上构成,收纳了电极体10的电池内部空间通过第3贯通孔28和第4贯通孔29连接到可变构件40的下表面。

可变构件40由金属等的导电性薄板构成,在中央部分具有弯折为u字状而形成为台状的向上方突出的按压部42。可变构件40的厚度小于通电构件45的突出部46的厚度。若由于过充电等,在电池1内部产生过度的热,或者电解液分解而导致电池内部(外封装体20内部)的压力上升,则该压力施加到可变构件40的下表面侧。若电池内部压力变为规定值以上,则可变构件40变形从而中央部分向上方移动。在电池内部压力不足规定值时,可变构件40和通电构件45不接触,在两者之间存在间隙。若内部压力变为规定值以上则可变构件40的中央部的按压部42与通电构件45接触,并且将通电构件45向上方推压。由此,在电池内部压力不足规定值时为非接触状态的通电构件45和第2电极连接构件18,会通过压缩弹性构件55而接触。即,通电构件45的突出部46和第2电极连接构件18的与突出部46相对的部分接触。据此,形成从负极端子16到第2电极连接构件18、通电构件45、可变构件40、封口板21、正极连接构件17、正极端子15这样的通电路径,进行放电从而消灭电池内部的过充电。如此二次电池1的可靠性提高。另外,也可以设为电流从通电构件45不经过可变构件40而流到封口板21的结构。

在本实施方式的二次电池1中,因为通电构件45的外径大于第1贯通孔25的内径,所以与专利文献1所公开的电池不同,即使在对二次电池1施加了冲击、振动等的情况下,通电构件45也不会对可变构件40施加负荷,所以不会产生可变构件40的变形/损伤。因此,即使在对电池施加了冲击、振动后,基于内部压上升的短路机构也会可靠地发挥功能。因此,成为可靠性进一步提高的二次电池。此外,进一步优选可变构件40和通电构件45在电池内部的压力不足规定值的情况下非接触。据此,能够进一步可靠地防止通电构件45对可变构件40给予负荷,能够更有效地防止可变构件40的变形/损伤。

由于构成为在通电构件45设置突出部46,在电池内部压力变为规定值以上的情况下,该突出部46与第2电极连接构件18接触,因此可靠地发生两者的接触,此外由于将通电构件45与第2电极连接构件18进行接触的部分的面积设为所需最小限度,因此将因振动、冲击等而引起的两者接触这样的危险性抑制为最小限度。

由于可变构件40的厚度小于通电构件45中的突出部46的厚度,所以相比于可变构件40,突出部46的热容量更大,因此,在从第2电极连接构件18通过通电构件45向可变构件40通电的情况下,所产生的热主要由热容量较大的通电构件45吸收,能够避免可变构件40的温度上升至达到熔断,能够充分确保通电时间。

通电构件45配置在设置于封口板21的第1凹部24a内。因此,在可变构件40发生了变形时,朝向第2电极连接构件18,使通电构件45沿一个方向顺利地移动。另外,优选设置于封口板21的第1凹部24a的深度大于第2凹部24b的深度。

这里,优选即使在可变构件40变形而通电构件45与第2电极连接构件18接触之后,通电构件45的一部分也配置在设置于封口板21的第1凹部24a内。

由此,能够使通电构件45和第2电极连接构件18的接触位置在规定位置稳定地接触,能够更可靠地形成稳定的短路路径。

优选通电构件45并未通过粘合、焊接等与封口板21连接,而仅是配置在封口板21上。但是,也可以由较弱的力将通电构件45连接于封口板21,以至于通过可变构件40的变形而能够使通电构件45移动的程度。例如,可以考虑通过粘合剂等将通电构件45粘合于封口板21的方法、局部地将通电构件45焊接于封口板21的方法等。

可变构件40配置在设置于封口板21的第2凹部24b内,可变构件40的周缘部被焊接于第2凹部24b的边缘,所以可变构件40可靠地电连接/固定于封口板21,并且可靠地密闭了第1贯通孔25。

在电池内部的压力变为规定值以上时,可变构件40变形而对通电构件45施加向上的力,由于该力致使弹性构件55收缩,通电构件45与第2电极连接构件18接触,因此不产生通电构件45自身的变形,用于使通电构件45变形的应力损失少,动作压力稳定。此外,因为存在弹性构件55,所以能够可靠地防止通电构件45和第2电极连接构件18的误接触。另外,若突出部46的上表面平坦,则与第2电极连接构件18的接触面积变大,优选。

由于可变构件40的中央部的按压部42的上表面平坦且具有一定程度的面积,因此能够将通电构件45可靠地向上推压而使突出部46与第2电极连接构件18可靠地接触,并且能够降低按压部42和通电构件45的接触部分的通电电阻,从而能够减少熔断的风险。

-变形例-

在上述实施方式中,示出了在可变构件40的变形前的状态下正极板、封口板21以及可变构件40电连接的形态。但是,这种结构不是必须的。也可以是如下机构:在可变构件40的变形前的状态下,封口板21与正极板以及负极板的任意一者都不电连接,在外封装体20的内部压力变为设定值以上时,正极板和封口板21电连接,并且负极和封口板21电连接。图4中示出这种变形例。

如图4所示,在本变形例所涉及的二次电池中,在正极侧也配置与负极侧相同材质、相同形状的可变构件40b、通电构件45b、绝缘构件19b,形成了与负极相同的用于短路的机构。此外,可变构件40b以及通电构件45b与正极端子15电绝缘。而且,若电池内部压力变为规定值以上,则可变构件40b变形而将通电构件45b向上方推压,通电构件45b与正极连接构件17接触。

在本变形例中,在电池内部压力不足规定值的情况下,封口板21与正极、负极的任意一者都不电连接,因此安全性更高。

(实施方式2)

实施方式2所涉及的二次电池,仅可变构件的形状与实施方式1不同,其他的结构、构造等都与实施方式1相同,所以下面基于图5来说明与实施方式1不同的部分,而其以外的部分因为与实施方式1所说明的部分相同所以省略说明。

如图5所示,对于本实施方式的可变构件47而言,按压部48设置在与弹性构件55对应的部分,而不是突出部46的下面。由于这样设置按压部48,所以若电池内部的压力变为规定值以上从而可变构件47发生变形,则按压部48按压通电构件45的与弹性构件55对置的区域。由此,对弹性构件55高效地施加压力,突出部46和第2电极连接构件18可靠地接触。

(实施方式3)

实施方式3是涉及将实施方式1所涉及的二次电池1排列多个而构成的电池组(二次电池集合体)的实施方式。图6是示出了将实施方式1所涉及的二次电池1排列6个并进行串联连接,构成了电池组50的示例的立体图。如图5所示,交替调换各二次电池1的正极端子15以及负极端子16的位置来进行排列,将相邻的二次电池1的正极端子15和负极端子16用母线(外部导电构件)60进行接合,由此将6个二次电池1串联电连接。当然,也可以将6个二次电池1并联电连接。若在与通电构件45的突出部46对置的位置连接母线60,则通电构件45与第2电极连接构件18通电时的热也流入母线60,通电构件45、可变构件40变得更加难以熔断,优选。另外,也可以取代实施方式1所涉及的二次电池1而使用实施方式2所涉及的二次电池来构成电池组。

(其他实施方式)

上述实施方式是本申请发明的例示,本申请发明不限定于这些示例,也可以对这些示例组合周知技术、惯用技术、公知技术或者替换一部分。此外,本领域技术人员容易想到的改变发明也包含在本申请发明中。

在上述实施方式中,第1电极为正极、第2电极为负极,但也可以相反。此外,也可以并用上述机构以外的安全机构(例如熔丝机构)。在该情况下,优选在正极集电体或者在外封装体外部与正极端子连接的正极连接构件等设置熔丝部,通过短路机构动作时产生的短路电流,熔丝部熔断。

二次电池的种类没有特别限定,例如,可以列举锂离子二次电池。电池的形状不限定于长方体。电池内部的压力的规定值,可以根据电池的构造/大小、电池容量、正极/负极的材料等来决定。

外封装体以及封口板优选为铝或者铝合金制。通电构件以及可变构件也优选为铝或者铝合金。

对于第1~第4贯通孔,开口部的形状可以是圆形,也可以是多边形等。

无需在第1贯通孔的整个区域内通电构件的外径都大于第1贯通孔的内径这样的结构,只要通电构件不会由于冲击、振动而对可变构件给予损伤/变形即可。也可以构成为可变构件和通电构件在电池内部压力为规定值以下的情况下接触。

作为正极芯体,优选由铝或者铝合金构成,作为负极芯体,优选由铜或者铜合金构成,但是也可以采用其他的金属/导电性物质。作为隔板,优选聚烯烃制的微多孔膜,但是也可以采用其他的公知隔板。构成封口板、外封装体的材料只要是导电性材料则也没有特别限定,但优选为铝等金属。

弹性构件优选配置在绝缘构件的第2贯通孔内,但并不限定于此。此外,弹性构件也可以是包围突出部的环状,还可以由多个构件构成并将突出部置于它们的配置的内侧。弹性构件优选为橡胶,更优选为由硅系橡胶构成。

此外,也可以通过压制成型等来在封口板形成可变构件,从而在封口板一体地形成可变构件。在该情况下,也设为设置于封口板的贯通孔被可变构件密闭。

可变构件的按压部可以是由曲面构成的圆拱形状。只要配置为第3贯通孔和第4贯通孔重叠而连通即可,但优选第4贯通孔的内径比第3贯通孔小。此外,优选第4贯通孔的内径小于第1贯通孔,因为在由于通电构件和第2电极连接构件的通电而产生了火花时,能够防止火花飞散到电极体。

再多了解一些
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