非水电解液电池以及非水电解液电池的制造方法与流程

1.本发明涉及一种非水电解液电池以及非水电解液电池的制造方法。


背景技术：

2.一般而言，对例如筒管型锂电池等非水电解液电池而言，存在通过在将正极以及负极等容纳于外装罐后，注入电解液，并以封口板密封外装罐的开口部来制造的情况。封口板形成为与外装罐的开口部对应的形状，例如通过激光焊接将封口板的外周接合于外装罐的开口部的内壁。
3.在这样的非水电解液电池中，当在放电时锂离子从负极向正极移动时，由于锂离子进入正极而使得正极膨胀。当正极膨胀时，膨胀后的正极会过度地吸收电解液，而在放电末期存在产生电解液不足而放电容量降低的情况。
4.作为抑制正极的膨胀的方法，例如考虑在正极的上表面设置合剂按压环，当正极膨胀而合剂按压环上升时，通过形成于外装罐的内周面的内侧突起压制合剂按压环。
5.专利文献1：日本特开2001－273911号公报
6.专利文献2：日本特开2005－216740号公报
7.专利文献3：日本特开2008－91260号公报
8.然而，为了压制合剂按压环而抑制正极的膨胀，需要如上述那样在外装罐的内周面形成内侧突起，而存在非水电解液电池的制造工序变得繁琐这一问题。即，例如在通过敛缝加工将封口板接合于外装罐的情况下，存在伴随着敛缝加工而在外装罐形成内侧突起的情况，但在通过激光焊接将封口板接合于外装罐的情况下，需要独立地形成内侧突起的工序。此时，在将正极、负极以及合剂按压环等容纳于外装罐后，在外装罐的内周面形成用于压制合剂按压环的内侧突起，而作业效率降低。


技术实现要素：

9.本公开的技术是鉴于上述的问题而完成的，目的在于提供一种能够不在外装罐形成突起地抑制正极的膨胀的非水电解液电池以及非水电解液电池的制造方法。
10.对本技术所公开的非水电解液电池而言，在一个方式中，具有：容器状的外装罐，在一面形成有开口部；筒状的正极，沿上述外装罐的内周面配置，包含正极活性物质；绝缘性且筒状的隔板，配置于上述正极的内侧；负极，配置于上述隔板的内侧，包含负极活性物质；封口板，密封上述外装罐的开口部；以及插入部件，插入于上述正极与上述封口板之间，一端面抵接于上述正极的端面并且另一端面抵接于上述封口板，对上述插入部件而言，上述另一端面在与接合于上述外装罐的上述封口板的外周相比接近中央的位置抵接于上述封口板。
11.根据本技术所公开的非水电解液电池以及非水电解液电池的制造方法的一个方式，起到能够不在外装罐形成突起地抑制正极的膨胀这一效果。
附图说明
12.图1是示出一个实施方式所涉及的非水电解液电池的截面构造的示意图。
13.图2是放大示出一个实施方式所涉及的非水电解液电池的主要部分的图。
14.图3是示出正极环的形状的立体图。
15.图4是示出电压与放电时间的关系的具体例的图。
16.图5是示出非水电解液电池的制造方法的流程图。
17.图6是示出非水电解液电池的变形例的图。
18.附图标记说明：
19.101...外装罐；102...封口板；103...端子；104...密封垫；105...垫圈；106...正极；107...隔板；108...负极；109...集电体；110，120...正极环；110a...下表面；110b...上表面；110c...连结部；110d...狭缝；110e...倾斜面
具体实施方式
20.以下，参照附图，对本技术所公开的非水电解液电池以及非水电解液电池的制造方法的一个实施方式详细地进行说明。此外，本发明不限定于该实施方式。
21.图1是示出一个实施方式所涉及的非水电解液电池100的截面构造的示意图。图1所示的非水电解液电池100具有外装罐101、封口板102、端子103、密封垫104、垫圈105、正极106、隔板107、负极108、集电体109以及正极环110。
22.外装罐101是圆筒形的金属容器，在两个底面中的一方的底面(在图1中为上表面)形成有开口部。外装罐101容纳正极106、隔板107、负极108以及集电体109等。
23.封口板102是与外装罐101的开口部对应的形状的盖体，接合于外装罐101的开口部并密封外装罐101。如图1所示，封口板102的外周沿外装罐101的内周面立起，封口板102整体呈凹型形状。封口板102的在外周立起的部分的高度例如为1.2mm左右。在封口板102的凹型形状的中央形成有供端子103插通的贯通孔，贯通孔被密封垫104密封。
24.端子103插通形成于封口板102的中央的贯通孔，一端向外装罐101的外部突出，另一方面，另一端在外装罐101的内部与集电体109接触。而且，端子103经由集电体109与负极108电连接。即，端子103作为负极端子发挥功能。
25.密封垫104密封封口板102的端子103所插通的贯通孔。即，密封垫104安装在封口板102的贯通孔的周围以便从两面夹住封口板102，填充封口板102与端子103之间的缝隙。
26.垫圈105保持端子103的外装罐101内部的端部，而固定端子103。如图1所示，通过端子103与垫圈105夹持封口板102以及密封垫104，从而端子103、密封垫104以及垫圈105与封口板102一体化。
27.正极106例如包含二氧化锰等正极活性物质，成型为沿外装罐101的内周面的圆筒形状。由于正极106与外装罐101的内周面接触配置，因此外装罐101作为正极的集电体发挥功能。在外装罐101内部填充有未图示的挥发性的非水电解液，该非水电解液浸润至正极106中。
28.隔板107例如是将聚丙烯等透液性且绝缘性的材料成型为圆筒形状而成的隔板，配置于正极106的圆筒形状的内侧。由于隔板107具有绝缘性，因此隔板107的圆筒形状的内侧与正极106绝缘。
29.负极108例如包含锂或者锌等负极活性物质，成型为沿隔板107的内周面的圆筒形状。如上所述，由于隔板107的圆筒形状的内侧与正极106绝缘，因此负极108与正极106绝缘。但是，由于隔板107具有使非水电解液透过的透液性，因此例如锂离子等离子经由隔板107从负极108向正极106移动。
30.集电体109将负极108与端子103电连接。即，集电体109的一端侧与负极108的圆筒形状的内侧接触，另一端侧在封口板102的下方与端子103接触。
31.正极环110例如是将聚乙烯或者聚丙烯等树脂作为材料而在中央形成有供隔板107插通的贯通孔的环状的插入部件，插入正极106的上表面与封口板102的下表面之间。即，正极环110的下端面抵接于正极106的上表面，正极环110的上端面抵接于封口板102的下表面。正极环110的上端面的抵接于封口板102的部分位于比接合于外装罐101的内周面的封口板102的外周靠封口板102的中央附近的位置。换言之，正极环110在比封口板102的外周接近端子103的位置抵接于封口板102的下表面。
32.图2是放大并示出正极环110的周边的图。如图2所示，正极环110的下表面110a抵接于正极106的上表面。而且，在外装罐101的内周面附近，通过正极106的上表面、正极环110、以及外装罐101的内周面形成空隙111。另外，正极环110的上表面110b抵接于封口板102的下表面。
33.通过在正极106的上表面与封口板102的下表面之间插入正极环110，且正极环110的下表面110a以及上表面110b分别抵接于正极106以及封口板102，从而抑制正极106向封口板102的方向膨胀。即，当因放电而锂离子进入正极106时，正极106趋向于向封口板102的方向膨胀。然而，由于正极106的上表面抵接于正极环110的下表面110a，正极环110的上表面110b抵接于封口板102，因此正极环110不向封口板102的方向移动地按压正极106的上表面，而抑制正极106的膨胀。其结果是，能够防止未图示的非水电解液被膨胀后的正极106过度地吸收。
34.另外，在正极环110的下表面110a的外周形成有空隙111，能够在该空隙111保持非水电解液。因此，即使在正极106的上表面载置正极环110，也确保非水电解液与正极106的接触区域，不阻碍锂离子的移动。作为结果，能够抑制放电的缺陷。
35.并且，正极环110的上表面110b与封口板102的抵接部分比封口板102通过激光焊接接合于外装罐101的内周面的接合部分102a接近端子103。即，正极环110的上表面110b不是在封口板102的与外装罐101的接合部分102a的正下方，而是在远离接合部分102a的位置抵接于封口板102。另外，由于封口板102的外周沿外装罐101的内周面立起，封口板102呈凹型形状，因此接合部分102a与正极环110的上表面110b之间的距离根据封口板102的外周的立起的高度而变大。因此，在封口板102的接合部分102a通过激光焊接接合于外装罐101时，激光焊接的热量也不到达至正极环110，而能够防止正极环110变形或熔融。
36.图3是示出正极环110的形状的立体图。图3的(a)是示出正极环110的上表面110b侧的图，图3的(b)是示出正极环110的下表面110a侧的图。
37.如图3所示，正极环110呈下表面110a侧的下方环与上表面110b侧的上方环两个环通过多个连结部110c而连结的形状。由于与下方环相比上方环一方直径较大，因此连结部110c在从下方环向侧方突出后，向上方环的方向延伸。在多个连结部110c之间形成有狭缝110d。
38.下方环的内径与隔板107的外径几乎一致，通过使隔板107插通于下方环，从而进行正极环110的平行于封口板102的方向的定位。另一方面，上方环的外径比封口板102的外周的直径小，例如为外装罐101的外径的97％以下的大小。因此，在例如外装罐101的外径为14.00mm的情况下，正极环110的上方环的外径为13.58mm以下。通过减小上方环的外径，从而能够在远离封口板102与外装罐101的接合部分102a的位置使正极环110的上表面110b抵接于封口板102。作为结果，能够防止因激光焊接的热量而使得正极环110变形或熔融。
39.通过在多个连结部110c之间形成狭缝110d，从而非水电解液不会被正极环110截断，不阻碍正极106与负极108之间的锂离子的移动。另外，在连结部110c的向下方环的侧方突出的部分形成相对于下表面110a具有倾斜的倾斜面110e。而且，通过倾斜面110e、正极106的上表面、以及外装罐101的内周面形成空隙111。正极环110的外侧的非水电解液被保持于空隙111，被保持的非水电解液始终与正极106接触。因此，确保非水电解液与正极106的接触区域，不阻碍锂离子的移动，而能够抑制放电的缺陷。
40.通过使这样的正极环110的下方环抵接于正极106，并使上方环抵接于封口板102，能够抑制放电时的正极106的膨胀，防止非水电解液被膨胀后的正极106吸收。其结果是，在放电末期非水电解液不会不足，能够提高放电容量。
41.具体而言，在图4中示出不具有正极环110的非水电解液电池、和具有正极环110的非水电解液电池100的放电时间的例子。在图4中，以虚线示出不具有正极环110的非水电解液电池的电压变化的图表，以实线示出非水电解液电池100的电压变化的图表。从该图可知，在不具有正极环110的非水电解液电池中，电压降低至1.5v为止的时间例如为1600～1700小时左右，相对于此，在非水电解液电池100中，电压降低至1.5v为止的时间例如为1900～2000小时左右。特别是，可知在非水电解液电池100中，放电时间经过1300小时左右后的电压下降缓慢，放电容量提高。
42.接下来，参照图5所示的流程图，对具有上述的构造的非水电解液电池100的制造方法进行说明。
43.首先，在圆筒形的外装罐101配置成型为圆筒形状的正极106(步骤s101)。正极106的外周面与外装罐101的内周面接触。由于正极106为圆筒形状，因此在正极106的中央也形成圆筒形状的空间。
44.另一方面，在隔板107配置负极108(步骤s102)。由于隔板107以及负极108也分别为圆筒形状，因此在隔板107的内部配置负极108，以便负极108的外周面与隔板107的内周面接触。然后，在负极108的内周面附接集电体109。将在内部配置了负极108以及集电体109的隔板107插入正极106的中央的空间(步骤s103)。由此，在外装罐101的内部，呈圆筒形状的隔板107从圆筒形状的正极106的中央突出的状态。
45.然后，使从正极106的中央突出的隔板107插通于正极环110，以使正极环110的下表面110a与正极106的上表面接触的方式，配置正极环110(步骤s104)。在该状态下，正极环110的上表面110b位于外装罐101的开口部附近的高度的位置。然后，向外装罐101的内部注入非水电解液(步骤s105)。注入隔板107的内部的非水电解液浸润于负极108中，并且透过隔板107而浸润至正极106中。另外，注入隔板107的外部的非水电解液主要经过正极环110的狭缝110d而浸润至正极106中，透过隔板107而浸润至负极108中。这样，由于在正极环110形成有狭缝110d，因此非水电解液的移动不被正极环110妨碍，能够使非水电解液充分地浸
入正极106以及负极108。将非水电解液注入至液面例如为正极环110的下表面110a与上表面110b之间的高度为止。
46.然而，在封口板102，以覆盖贯通孔以及其周围的方式安装密封垫104，以夹持密封垫104的方式安装端子103与垫圈105。即，端子103从封口板102的上表面插入贯通孔，在插入后的端子103的前端固定垫圈105。
47.将像这样安装了端子103的封口板102激光焊接至外装罐101的开口部(步骤s106)。具体而言，激光焊接封口板102的外周与外装罐101的内周面，密封外装罐101的开口部。在激光焊接时，封口板102与外装罐101的接合部分102a被加热。然而，在本实施方式中，由于封口板102的外周立起，并且封口板102与正极环110的抵接部分在接近端子103的靠中央的位置，因此正极环110远离接合部分102a，正极环110不会因热量而变形以及熔融。
48.通过以封口板102密封外装罐101的开口部，从而完成非水电解液电池100。该非水电解液电池100通过锂离子从负极108向正极106移动从而放电。随着放电时间变长，锂离子吸留于正极106，但在本实施方式中，在正极106的上表面与封口板102的下表面之间插入正极环110，正极106的上表面被正极环110压制。因此，即使锂离子吸留于正极106，也抑制正极106的膨胀，能够减少正极106对非水电解液的吸收。其结果是，非水电解液不会不足，能够提高放电容量。
49.如上所述，根据本实施方式，抵接于正极的上表面和封口板的下表面的正极环插入正极与封口板之间。因此，即使因放电而使得锂离子吸留于正极，也能够抑制正极的膨胀。换言之，能够不在外装罐形成突起地抑制正极的膨胀，能够防止非水电解液的不足导致的放电容量降低。
50.此外，在上述一个实施方式中，设为与正极环110的下方环相比上方环一方直径较大，但正极环的形状不限定于此。例如，如图6所示的正极环120那样，也可以使上方环的直径与下方环的直径相同或是比下方环的直径小。在图6中，正极环120具有与下方环相比上方环直径较小的圆锥台形状。通过使上方环为较小直径，能够使正极环120与封口板102的抵接部分进一步远离外装罐101与封口板102的接合部分102a，能够减少对封口板102进行激光焊接时的热量的影响。
51.另外，在上述一个实施方式中，将外装罐101的两个底面中的形成开口部的底面侧作为非水电解液电池100的上方而规定了“上表面”以及“下表面”等的上下方向，但不言而喻地，非水电解液电池100可以在任意的姿势下使用以及制造。即，例如也可以在非水电解液电池100的长边方向呈水平的姿势下使用，或在外装罐101的开口部成为下方的姿势下使用。