圆筒形电池的制作方法

本发明涉及具备具有电流切断机构的封口体的圆筒形电池。

背景技术：

在专利文献1中，公开了具备包含由阀体、绝缘构件以及金属体构成的电流切断机构的封口体的圆筒形电池。在该圆筒形电池的封口体中，在阀体形成有环状的突起部，在绝缘构件的外周部形成有裙部。金属板嵌合固定于绝缘构件的裙部的内周部，在该状态下，绝缘构件的外周部铆接固定于阀体的突起部的内周部。而且，阀体与金属板的中央部彼此例如通过激光焊接等连接。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2016/157748号

技术实现要素：

发明要解决的课题

在具备专利文献1所记载的封口体的圆筒形电池中，形成于阀体的突起部的前端越过金属板的端面而位于下方。因此，在受到外部冲击时封口体承受在半径方向上被按压的载荷时，金属板因阀体的突起部而在相当于总板厚的外周部分受到冲击载荷，有时中央部向电池内侧弯曲成凸状而变形。若这样变形的金属板与电池内部的电极体接触，则有可能发生内部短路。

本发明的目的在于，在具备通过阀体的突起部固定金属板的封口体的圆筒形电池中，抑制封口体在承受半径方向的载荷时的金属板的变形来抑制内部短路。

用于解决课题的手段

本发明所涉及的圆筒形电池具备：电极体，隔着隔板卷绕正极板和负极板；电解液；外装罐，收容所述电极体以及电解液，为有底圆筒状；以及封口体，隔着垫片铆接固定于外装罐的开口部。封口体由具有向电池内侧突出的环状的突起部的阀体、与突起部的内周部嵌合并且在外周部具有裙部的绝缘板、以及固定于绝缘板的裙部的内周部并且与阀体的中央部连接的金属板。此外，金属板具有阀体侧的第1面以及其相反侧的第2面。而且，突起部的前端位置设定在封口体的厚度方向上不到达金属板的第2面的位置。

发明效果

根据本发明所涉及的圆筒形电池，突起部的前端位置设定在在封口体的厚度方向上不到达隔着绝缘板固定于突起部内周部的金属板的第2面的位置。由此，即使在封口体受到半径方向的载荷时，阀体承受的载荷也难以经由突起部传递至金属板，因此能够抑制金属板的弯曲变形。其结果是，能够抑制电池的内部短路。

附图说明

图1是作为本发明的一个实施方式的圆筒形电池的剖视图。

图2是包含局部放大图的封口体的剖视图。

图3是具备包含端子帽的封口体的其他实施方式的圆筒形电池的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的实施方式进行详细地说明。在该说明中，具体的形状、材料、数值、方向等是用于容易理解本发明的例示，能够根据用途、目的、规格等适当变更。此外，在以下包含多个实施方式、变形例等的情况下，从最初就设想了适当地组合使用这些特征部分。

图1是作为本发明的一个实施方式的圆筒形电池10的剖视图。图2是包含局部放大图的封口体20的剖视图。圆筒形电池10例如是非水电解质二次电池。

如图1所示，圆筒形电池10是在有底圆筒状的外装罐12的内部收容电极体14和未图示的电解液而构成的。在外装罐12的开口部隔着垫片16铆接固定有封口体20。由此，电池内部被密封。

封口体20由阀体22、绝缘板24以及金属板26构成。封口体20构成电流切断机构。阀体22和金属板26将它们的中心部彼此连接，绝缘板24介于它们的外周部之间。在本实施方式中，阀体22露出于电池外部，作为外部端子(更详细而言为正极端子)发挥功能。

电流切断机构如下进行动作。在金属板26设置有通气孔26a，在绝缘板24设置有通气孔24a。因此，若电池内压上升，则阀体22经由通气孔26a、24a受到其压力。其结果是，伴随着电池内压的上升，阀体22发挥作用，以向电池外方拉拽与金属板26的连接部25。而且，当电池内压达到规定值时，金属板26的与阀体22的连接部25或者设置于金属板26的薄壁部26b(参照图2)断裂，阀体22与金属板26之间的电流路径被切断。之后，当电流切断机构工作后电池内压进一步上升时，设置于阀体22的倾斜区域23的最薄壁部23a成为起点，阀体22断裂，电池内部的气体被排出。

阀体22能够通过铝或者铝合金的板材的冲压加工来制作。由于铝以及铝合金的挠性优异，因此优选作为阀体22的材料。在阀体22的电池内方侧的面上，在其中心部和外周部分别设置有突出部22b和突起部22c。中心部的突出部22b能够容易地与金属板26连接，并且能够给出用于使绝缘板24介于阀体22与金属板26之间的空间。

外周部的突起部22c形成为平面形状为环状。突起部22c隔着绝缘板24固定金属板26。另外，突起部22c可以设置为沿周向连续的圆环状，或者也可以沿周方向隔开间隔断续地设置。

在阀体22的电池内方侧的面形成有从内周部向外周部沿着半径方向厚度连续地减少的倾斜区域23。倾斜区域23的外周部成为厚度最薄的最薄壁部23a。在倾斜区域23的下方，剖面三角状的空间在俯视时形成为环状，该空间与绝缘板24的通气孔24a以及金属板26的通气孔26a连通。

绝缘板24能够确保绝缘性，能够使用不对电池特性造成影响的材料。作为用于绝缘板24的材料，优选聚合物树脂，可例示聚丙烯(pp)树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)树脂。

如图1以及图2所示，绝缘板24在外周部具有向电池内侧延伸的裙部24b，以使得阀体22的突起部22c能够隔着绝缘板24固定金属板26。由于在裙部24b的内周部配置金属板26，因此阀体22的突起部22c能够隔着绝缘板24固定金属板26。裙部24b的前端也可以向阀体22的中央部侧、即突出部22b侧折弯。由此，以裙部24b的前端与设置于金属板26的外周的凸缘部26c卡合的状态进行组装，能够可靠地防止金属板26相对于绝缘板24的位置偏移。

封口体20如下组装。首先，准备构成封口体20的阀体22、绝缘板24以及金属板26。接下来，使金属板26嵌合于绝缘板24的裙部24b的内侧，接着，在阀体22的突起部22c的内侧嵌合绝缘板24。然后，将突起部22c向中心侧压制，以使阀体22的突起部22c隔着绝缘板24固定金属板26。此时，优选压制为突起部22c的内周侧面相对于圆筒形电池10的轴向(电极体14的卷绕轴向)向内侧倾斜规定角度(例如20°左右)，来固定金属板26。另外，嵌合上述构件的两个步骤也可以调换顺序。

阀体22与金属板26的连接优选在完成了上述的步骤之后进行。由于能够在阀体22与金属板26相互固定的状态下进行连接，因此连接强度的偏差降低。另外，金属板26优选与阀体22同样地使用铝或者铝合金。由此，阀体22与金属板26的连接变得容易。作为连接方法，优选使用激光焊接。

如图2所示，金属板26具有阀体22侧的第1面27a以及其相反侧的第2面27b。而且，阀体22的突起部22c的前端28的位置设定为在封口体20的厚度方向上不到达金属板26的第2面27b的位置。封口体20的厚度方向与圆筒形电池10的轴向一致。换言之，在设从阀体22的凹部22d的底面到突起部22c的前端28的高度尺寸为h、金属板26的厚度为t1、绝缘板24的厚度为t2时，上述高度尺寸h设定为比金属板26的厚度t1和绝缘板24的厚度t2之和小。进一步换言之，在将图1所示的圆筒形电池10中配置有封口体20的一侧设为“上”、将配置有电极体14的一侧设为“下”时，阀体22的突起部22c的前端28的位置位于比金属板26的第2面27b更靠上方的位置。另外，在阀体22存在薄壁部26b、凸缘部26c这样厚度较薄的部分，但第1面27a以及第2面27b从阀体22的厚度最厚的平板部分的表面选择。

在本实施方式中，示出了突起部22c的前端28的位置被设定为在封口体20的厚度方向上不到达金属板26的第1面27a的位置的例子。即，在该情况下，突起部22c的高度尺寸h设定为比绝缘板24的厚度t2(例如，0.4mm)小。但是，并不限定于此，突起部22c的前端28的位置也可以设定为与金属板26的第1面27a对应的位置(即h＝t2)。或者，突起部22c的前端28的位置也可以如图2中的a部放大图中单点划线所示，设定在与金属板26的厚度t1(例如，0.6mm)的范围内对应的位置(即t2＜h＜(t1+t2))。

这样，在本实施方式的圆筒形电池10的封口体20中，将隔着绝缘板24固定金属板26的阀体22的突起部22c的前端28的位置设定为在封口体20的厚度方向上不到达金属板26的第2面27b的位置。根据该结构，在外部冲击时封口体20受到半径方向的载荷时，阀体22受到的载荷难以经由突起部22c向金属板26传递，因此能够抑制金属板26的弯曲变形。其结果是，能够抑制因变形后的金属板26与电极体14接触而引起的内部短路的发生。

接下来，对电极体14进行说明。在本实施方式中，如图1所示，使用将正极板30和负极板32隔着隔板34卷绕而形成的电极体14。

正极板30例如能够如下制作。首先，将正极活性物质和粘结剂在分散介质中均匀地混炼，制作正极合剂料浆。作为粘结剂，优选使用聚偏二氟乙烯作为分散介质，优选使用n-甲基吡咯烷酮。优选在正极合剂浆料中添加石墨、碳黑等导电剂。将该正极合剂浆料涂布在正极集电体上并干燥，形成正极合剂层。此时，在正极集电体的一部分设置未形成正极合剂层的正极集电体露出部。接下来，利用辊将正极合剂层压缩为规定厚度，将压缩后的极板切断成规定尺寸。最后，将正极引线31连接至正极集电体露出部，从而获得正极板30。

作为正极活性物质，能够使用能够包藏、释放出锂离子的锂过渡金属复合氧化物。作为锂过渡金属复合氧化物，可列举出通式limo2(m为co、ni、以及mn的至少一种)、limn2o4以及lifepo4。它们能够单独使用一种或者将两种以上混合使用，也能够添加从由al、ti、mg以及zr构成的组中的至少一种，或者与过渡金属元素置换后使用。

负极板32例如能够如下制作。首先，将负极活性物质和粘结剂在分散介质中均匀地混炼，制作负极合剂料浆。粘结剂优选使用苯乙烯-丁二烯(sbr)共聚物，分散介质优选使用水。优选在负极合剂浆料中添加羧甲基纤维素等增粘剂。将该负极合剂料浆涂布在负极集电体上并干燥，形成有负极合剂层。此时，在负极集电体的一部分设置有未形成有负极合剂层的负极集电体露出部。接下来，用辊将负极合剂层压缩为规定厚度，将压缩后的极板切断成规定尺寸。最后，将负极引线33连接至负极集电体暴露部，从而获得负极板32。

作为负极活性物质，能够使用能够包藏、释放出锂离子的碳材料、金属材料。作为碳材料，可例示天然石墨以及人造石墨等石墨。作为金属材料，可举出硅以及锡以及它们的氧化物。碳材料以及金属材料能够单独使用或者将两种以上混合使用。

作为隔板34，能够使用聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)这样的以聚烯烃为主成分的微多孔膜。微多孔膜能够单独使用一层或将两层以上层叠使用。在两层以上的层叠隔板中，优选将以熔点低的聚乙烯(pe)为主成分的层作为中间层，将耐氧化性优异的聚丙烯(pp)作为表面层。进而，能够向隔板34中添加氧化铝(al2o3)、氧化钛(tio2)以及氧化硅(sio2)那样的无机粒子。这样的无机粒子能够担载于隔板中，也能够与粘结剂一起涂布于隔板表面。

作为非水电解液，能够使用在非水溶媒中溶解有作为电解质盐的锂盐的非水电解液。

作为非水溶媒，能够使用环状碳酸酯、链状碳酸酯、环状羧酸酯以及链状羧酸酯，它们优选将两种以上混合使用。作为环状碳酸酯可例示碳酸亚乙酯(ec)、碳酸亚丙酯(pc)以及碳酸亚丁酯(bc)。此外，也能够使用如氟代碳酸亚乙酯(fec)那样将氢的一部分用氟取代的环状碳酸酯。作为链状碳酸酯，可例示碳酸二甲酯(dmc)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸二乙酯(dec)以及碳酸甲丙酯(mpc)等。作为环状羧酸酯，可例示γ-丁内酯(γ-bl)以及γ-戊内酯(γ-vl)，作为链状羧酸酯，可例示特戊酸甲酯、特戊酸乙酯、异丁酸甲酯及丙酸甲酯。

作为锂盐，可例示lipf6、libf4、licf3so3、lin(cf3so2)2、lin(c2f5so2)2、lin(cf3so2)(c4f9so2)、lic(cf3so2)3、lic(c2f5so2)3、liasf6、liclo4、li2b10cl10以及li2b12cl12。其中，特别优选lipf6，非水电解液中的浓度优选为0.5～2.0mol/l。也能够在lipf6中混合libf4等其他锂盐。

以下，对本实施方式所涉及的圆筒形电池10的实施例进行详细地说明。

(实施例1)

(封口体的制作)

如下制作图2所示的封口体20。阀体22以及金属板26分别通过冲压加工将金属制的板材成型为规定的形状。阀体22以及金属板26使用铝。金属板26的厚度t1为0.6mm。绝缘板24在将作为热可塑性树脂的聚丙烯制的板材冲裁成环状后，进行热成型，以使成为图2所示的剖面形状，并且形成通气孔24a。绝缘板24的厚度t2为0.4mm。

在阀体22的中央部和外周部分别形成有突出部22b和突起部22c。在该阶段，突起部22c相对于阀体22的平面部向垂直方向突出。突起部22c从凹部22d的底面起的高度尺寸h形成为0.8mm。突起部22c由一个圆环状的突起构成。此外，在突出部22b的周围形成倾斜区域23。该倾斜区域23的外周部的最薄壁部23a在电池内压上升而阀体22作为安全阀发挥功能时成为断裂的起点。

在金属板26的中心部形成厚度较薄的区域，在该区域内形成平面形状为环状且剖面形状为v字状的薄壁部26b。该薄壁部26b作为电流切断部发挥功能。此外，在金属板26冲裁形成通气孔26a。

将如上述那样制作的金属板26嵌合于绝缘板24的裙部24b的内周部，以使绝缘板24保持金属板26。接下来，在阀体22的突起部22c的内周部嵌合保持金属板26的绝缘板24，将突起部22c向内周方向压制，由此利用突起部22c铆接固定金属板26。铆接固定后通过激光焊接将阀体22的突出部22b与金属板26连接。如此制作封口体20。

(正极板的制作)

使用lini0.91co0.06al0.03所示的锂镍复合氧化物作为正极活性物质。混合100质量部分的正极活性物质、1质量部分的作为导电剂的乙炔黑(ab)和1质量部分的作为粘结剂的聚偏氟乙烯(pvdf)。将该混合物在作为分散介质的n-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)中混炼，制备正极合剂浆料。将该正极合剂料浆涂布于由厚度13μm的铝箔构成的正极集电体的两面并进行干燥，形成正极合剂层。此时，在正极集电体的一部分设置未形成有正极合剂层的正极集电体露出部。接下来，用辊压缩正极合剂层，以使填充密度为3.6g/cm³，将压缩后的极板切断成规定尺寸。最后，将铝制的正极引线31与正极集电体露出部连接，制作正极板30。

(负极板的制作)

作为负极活性物质，使用93质量部分的石墨和7质量部分的氧化硅(sio)的混合物。混合100质量部分的负极活性物质、1质量部分的作为增粘剂的羧甲基纤维素(cmc)和1质量部分的作为粘结剂的苯乙烯丁二烯橡胶(sbr)。将该混合物在作为分散介质的水中进行混炼，制备负极合剂浆料。将该负极合剂料浆涂布于由厚度6μm的铜箔构成的负极集电体的两面并进行干燥，形成负极合剂层。此时，在负极集电体的一部分上设置未形成有负极合剂层的负极集电体露出部。接下来，用辊压缩负极合剂层，以使填充密度为1.65g/cm³，将压缩后的极板切断成规定尺寸。最后，将镍制的负极引线33与负极集电体露出部连接，制作负极板32。

(电极体的制作)

通过隔着隔板34卷绕正极板30和负极板32来制作电极体14。隔板34使用在单面形成有包含聚酰胺和氧化铝(al2o3)的填料的耐热层的聚乙烯制的微多孔膜。

(非水电解液的制备)

混合碳酸亚乙酯(ec)、碳酸二甲酯(dmc)以及碳酸甲乙酯(emc)，制备非水溶媒。在该非水溶媒中溶解作为电解质盐的六氟磷酸锂(lipf6)，以使成为1mol/l的浓度，制备非水电解液。

(圆筒形电池的组装)

如图1所示，在电极体14的下部配置下部绝缘板36，将电极体14插入有底圆筒状的外装罐12。负极引线33通过电阻焊接与外装罐12的底部连接。接下来，在电极体14的上部配置上部绝缘板38，在外装罐12的开口部的附近通过塑性加工在圆周方向上形成u字状的槽部13。然后，将正极引线31与金属板26连接，将封口体20隔着垫片16铆接固定在形成于外装罐12的槽部13，由此制作外径为21mm、高度为70mm的圆筒形电池。

(实施例2)

除了将阀体22中的突起部22c的高度尺寸h设为0.6mm以外，与实施例1同样地制作实施例2所涉及的圆筒形电池。

(实施例3)

除了将阀体22中的突起部22c的高度尺寸h设为0.4mm以外，与实施例1同样地制作实施例3所涉及的圆筒形电池。

(实施例4)

除了将阀体22中的突起部22c的高度尺寸h设为0.2mm以外，与实施例1同样地制作实施例4所涉及的圆筒形电池。

(比较例1)

除了将阀体22中的突起部22c的高度尺寸h设为1.2mm以外，与实施例1同样地制作比较例1所涉及的圆筒形电池。在该情况下，由于金属板26的厚度t1为0.6mm、绝缘板24的厚度t2为0.4mm、合计为1.0mm，因此成为突起部22c的前端28比隔着绝缘板24固定在阀体22的金属板26的第2面27b向下方突出约0.2mm左右的状态。

(比较例2)

除了将阀体22中的突起部22c的高度尺寸h设为1.0mm以外，与实施例1同样地制作比较例2所涉及的圆筒形电池。在该情况下，由于金属板26的厚度t1为0.6mm、绝缘板24的厚度t2为0.4mm、合计为1.0mm，因此成为突起部22c的前端28位于与隔着绝缘板24固定于阀体22的金属板26的第2面27b相同的高度(或者一致)的状态。

(平板抗压试验)

对实施例1～4以及比较例1～2所涉及的各电池各10个进行平板抗压试验，将试验后的电池分解，确认封口体20的金属板26的变形状态。具体地说，首先，在25℃的环境下，以0.3it(＝1050ma)的恒流对圆筒形电池进行充电，直至电池电压达到4.2v。将该充电的圆筒形电池用20cm×20cm的正方形的不锈钢板，在载荷20kn、速度30mm/秒的条件下抗压10秒，进行试验后的电池的分解。此外，抗压方向从圆筒形电池的主体部分(即外装罐12的侧面)的方向加压。将其结果示于下述表1。

[表1]

如表1所示，根据实施例1～4以及比较例1～2的试验结果可知，突起部22c的高度尺寸h越低，抗压试验后的金属板26的变形越难以发生，与电极体14接触的风险越小。特别是，在突起部22c的高度尺寸h为0.8mm以下、阀体22的突起部22c的前端28设定为位于比金属板26的第2面27b更靠上方的位置的情况下，金属板26的变形引起的与电极体14的接触发生率大幅减少。认为这是因为，通过缩短突起部22c的高度尺寸h，能够使抗压时的突起部22c对金属板26的变形动作稳定化，从而能够抑制与电极体14的接触风险。根据这些结果，突起部22c的前端28的位置优选设定在不到达金属板26的第2面27b的位置，更优选设定在与金属板26的第1面27a对应的位置或者不到达第1面27a的位置。

另外，本发明所涉及的圆筒形电池并不限定于上述的实施方式以及其变形例，能够进行各种变更、改良。

例如，在上述中，对阀体22露出于圆筒形电池10的外部而作为外部端子发挥功能的情况进行了说明，但并不限定于此。如图3所示的圆筒形电池10a那样，也可以具备在阀体22上配置端子帽29、将该端子帽29用作外部端子的类型的封口体20a。在该情况下，端子帽29的中央部呈大致圆柱状地鼓出而形成，设置有未图示的通气孔。此外，端子帽29的外周部隔着垫片16铆接固定于外装罐12的上端部。通过这样具备具有端子帽29的封口体20a的圆筒形电池10a，也能够起到与上述实施方式同样的效果。

附图标记说明：

10、10a：圆筒形电池

12：外装罐

13：槽部

14：电极体

16：垫片

20、20a：封口体

22：阀体

22b：突出部

22c：突起部

22d：凹部

23：倾斜区域

23a：最薄壁部

24：绝缘板

24a，26a：通气孔

24b：裙部

25：连接部

26：金属板

26b：薄壁部

26c：凸缘部

27a：第1面

27b：第2面

28：前端

29：端子帽

30：正极板

31：正极引线

32：负极板

33：负极引线

34：隔板

36：下部绝缘板

38：上部绝缘板。