电池壳体及电池的制作方法
【专利摘要】电池壳体具有：壳体主体(20)；封口体，其用于封闭该主体的开口部；以及绝缘体(40)，其夹设在壳体主体(20)和封口体相接触的部分。在电池壳体中，将壳体主体(20)的开口端部(22)咬合于封口体，在开口端部(22)按压的作用下，在封口体上形成有凹陷(36)。
【专利说明】
电池壳体及电池
技术领域
[0001]本发明涉及一种电池壳体及电池。
【背景技术】
[0002]电池例如具有:电极体，其包含正极、负极以及分隔件；电解质；以及电池壳体，其用于收纳电极体和电解质。电池壳体具有:壳体主体，其具有有底圆筒形状等；以及封口体，其用于封闭壳体主体的开口部。例如，专利文献I公开了一种锂二次电池，该锂二次电池具有密封垫，该密封垫位于壳体主体和封口体之间，用于维持电池壳体内的气密性。
[0003]图5是表示以往的电池50的剖视图。
[0004]如图5所示，电池50具有电池壳体52，该电池壳体52包含:壳体主体53，其用于收纳电极体51 ；以及封口体54，其用于封闭该主体的开口部。在壳体主体53和封口体54之间设置有具有弹性的树脂制的密封垫55。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献I:(日本)特开2007-184270号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的问题
[0009]但是，在以往的电池50中，通过将壳体主体53的开口端部咬合(日文:和Lfe)于密封垫55来压缩密封垫55，从而将电池壳体52的内部密闭起来。因此，在以往的密封构造中，存在如下情况，即，由于密封垫的劣化所导致的压缩反作用力的降低等，使得密封性能受损，进而引起电池劣化。
[0010]此外，在利用密封垫的压缩来确保密封性能的以往的密封构造中，不得已而使用壁厚且体积较大的密封垫。因此，用于收纳电极体的部分的体积减少。因此，从提高电池容量的观点出发，以往的密封构造还有改良的余地。
[0011]用于解决问题的方案
[0012]本发明的电池壳体具有:壳体主体;封口体，其用于封闭壳体主体的开口部；以及绝缘体，其夹设在壳体主体和封口体相接触的部分，该电池壳体的特征在于，壳体主体的开口端部咬合于封口体，在开口端部按压的作用下，在封口体上形成有凹陷。
[0013]本发明的电池具有:上述电池壳体、收纳在电池壳体内的电极体以及收纳在电池壳体内的电解质。
[0014]发明的效果
[0015]采用本发明，提供一种具有出色的密封性能且有助于提高电池容量的电池壳体。本发明的电池壳体的密封构造通过将壳体主体的开口端部向封口体咬合，从而即使不使用壁厚的密封垫也会实现出色的密封性能。
【附图说明】
[0016]图1是表示作为本发明的实施方式的一例的电池的剖视图。
[0017]图2是图1的A部放大图。
[0018]图3是作为本发明的实施方式的一例的绝缘体的剖视图。
[0019]图4是表示作为本发明的实施方式的一例的密封构造的变形例的图。
[0020]图5是表示以往的电池的剖视图。
【具体实施方式】
[0021]以下，参照图面，详细说明本发明的实施方式的一例。
[0022]在实施方式中所参照的附图是示意性记载的附图，在附图中描绘出的结构要素的尺寸比例等有时与实物不同。具体的尺寸比例等应该参照以下的说明进行判断。此外，为了便于说明，在电池和电池壳体中，将封口体侧设为上侧、将壳体主体的底面部侧设为下侧。
[0023]在本实施方式中，虽然例示出了收纳有卷绕型的电极体和非水电解质的圆筒型的电池壳体12，该电极体是将正极和负极隔着分隔件卷绕而成的，但是本发明的应用并不限于此。例如，也可以使用将正极和负极隔着分隔件层叠而成的层叠型的电极体等其他形态的电极体来代替卷绕型的电极体。此外，电池壳体的形态也可以是方形、硬币型、纽扣型等。
[0024]图1是表示电池10的剖视图。
[0025]如图1所示，电池10具有电极体11、电解质(未图示)以及用于收纳电极体11和电解质的电池壳体12。如上所述，电极体11具有将正极Ila和负极Ilb隔着分隔件Ilc卷绕而成的卷绕型构造。电极体11具有安装于正极Ila的正极引线13和安装于负极Ilb的负极引线14。如后文详细描述那样，电池壳体12具有:壳体主体20;封口体30，其用于将壳体主体20的开口部封闭；以及绝缘体40，至少夹设在壳体主体20和封口体30相接触的部分。
[0026]优选的是，电池1在电极体11的上侧和下侧分别具有绝缘板15、16。即、利用两个绝缘板分别从上侧和下侧夹住电极体11。正极引线13穿过绝缘板15的贯穿孔且延伸到封口体30侧。负极引线14穿过绝缘板16的贯穿孔且延伸到壳体主体20的底面部侧。
[0027]正极Ila例如由金属箔等的正极集电体和形成在正极集电体上的正极活性物质层构成。在正极集电体中能够使用铝等在正极Ila的电位范围内稳定的金属箔、将该金属配置在表层而成的膜等。正极集电体例如具有长条状的片材形状，在其两个面上形成有正极活性物质层。优选的是，正极活性物质层除了正极活性物质以外，还包含导电材料和粘合材料。
[0028]正极活性物质例如是含锂的复合氧化物。作为含锂的复合氧化物，能够例示出LixCo02、LixNi 02、LixMn02、LixCoyNi ?-y02、LixCoyM1-y0z、LixNi ?-yMy0z、LixMn204、LixMn2-yMy04、1^]^04、1^2]^04卩{0〈1<1.2、0〈7<0.9、2.0<2<2.3、]\1是恥、]^、5。、￥、]^、卩6、(:0、附、01、211、八1、0、?13、513、8之中的至少一种元素}等。
[0029]作为导电材料，能够例示出炭黑、乙炔黑、科琴黑、黑铅等碳材料。作为粘合材料，能够例举出聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVdF)、或者它们的改性体等。粘合材料也可以与羧甲基纤维素(CMC)、聚氧化乙烯(PEO)等增稠剂并用。
[0030]负极Ilb例如具有金属箔等的负极集电体和形成在负极集电体上的负极活性物质层。在负极集电体中能够使用铝、铜等在负极Ilb的电位范围内稳定的金属箔、将该金属配置于表层而成的膜等。负极集电体例如具有长条状的片材形状，在其两个面形成有负极活性物质层。优选的是，负极活性物质层除了负极活性物质以外，还包含粘合剂。此外，根据需要，也可以包含导电材料。
[0031 ]作为负极活性物质，例如能够使用天然石墨、人造石墨、锂、娃、碳、锡、锗、招、铅、铟、镓、锂合金、预先吸收了锂的碳或硅、这些元素的合金或混合物等。作为结合剂，与正极的情况一样，也能够使用PTFE等，但优选的是，使用苯乙烯丁二烯共聚物(SBR)或者其改性体等。结合剂也可以与CMC等增稠剂并用。
[0032]分隔件Ilc例如能够使用具有离子透过性和绝缘性的多孔性片材。作为多孔性片材的具体例子，能够举出微小多孔薄膜、纺布、无纺布等。作为分隔件Uc的材质，优选纤维素、或者聚乙烯、聚丙烯等烯烃系树脂。分隔件Ilc也可以是具有纤维素纤维层以及烯烃系树脂等热塑性树脂纤维层的层叠体。
[0033]电解质例如是包含非水溶剂和溶解于非水溶剂中的锂盐等的电解质盐的非水电解质。非水电解质不限于液体电解质，也可以是使用凝胶状聚合物等的固体电解质。非水溶剂能够使用例如酯类、醚类、乙腈等腈类、二甲基甲酰胺等酰胺类以及它们中的两种以上的混合溶剂等。非水溶剂也可以包含将这些溶剂的氢用氟等卤素原子置换而成的卤素取代物。
[0034]以下，详细说明电池壳体12的结构、特别是电池壳体12的密封构造。
[0035]电池壳体12是用于收纳电极体11和电解质的金属制容器。电池壳体12具有有底圆筒状的壳体主体20，并且具有利用封口体30将壳体主体20的开口部封闭的构造。在本实施方式中，负极引线14通过焊接等与壳体主体20的底面部的内表面相连接，并且壳体主体20兼用作负极外部端子。正极引线13通过焊接等与后述的封口体30的过滤器31的下表面相连接，与过滤器31电连接的封口体30的盖35成为正极外部端子。
[0036]壳体主体20优选具有用于承载封口体30的支承部21。如后文详细描述那样，封口体30被支承部21和相对于封口体30咬合的开口端部22所夹持。支承部21形成在壳体主体20的上部，支承部21具有壳体主体20的内表面的一部分向内侧突出的形状，并且利用所突出的部分的上表面支承封口体30。优选的是，支承部21沿着壳体主体20的圆周方向形成为环状，例如从外侧冲压壳体主体20的侧面部而形成。此外，电极体11和电解质收纳在壳体主体20的、比支承部21靠下部的位置。
[0037]壳体主体20的构成材料例如是铜、镍、铁、或者它们的合金等，优选是铁或者铁合金。在壳体主体20为铁制的情况下，为了防止铁的腐蚀，优选在壳体主体20的内表面实施镍等的镀敷。
[0038]封口体30优选使多个部件重叠起来而构成。在本实施方式中，自下依次重叠过滤器31、下阀体32、绝缘板33、上阀体34以及盖35而构成封口体30。此外，也可以在上阀体34和盖35之间设置PTC元件。构成封口体30的各部件例如具有圆盘形状或者环形状。在下阀体32和上阀体34上形成有当电池的内部压力上升时断裂的薄壁部(未图示)。如上所述，过滤器31是与正极引线13相连接的部件，且具有贯穿孔31a。盖35是设置在封口体30的最上部(最外部)的部件，且作为正极外部端子发挥作用。在盖35上形成有排气孔35a。
[0039]构成封口体30的各部件(除绝缘板33以外)彼此电连接。具体而言，过滤器31和下阀体32在各自的周缘部彼此相接合，上阀体34和盖35也在各自的周缘部彼此相接合。另一方面，下阀体32和上阀体34在各自的中央部彼此接触，在各周缘部之间夹设有绝缘板33。在图1所示的例子中，下阀体32的中央部附近向上阀体34侧膨胀鼓出且与上阀体34的下表面接触。优选的是，通过焊接将各阀体的接触部分接合起来。
[0040]在本实施方式中，当电池10的内部压力上升时，首先，下阀体32的薄壁部断裂。由此，由于上阀体34向盖35侧膨胀而与下阀体32分开，两者的电连接被切断。而且，在内部压力已上升的情况下，上阀体34在薄壁部断裂，使得在电池内部产生的气体通过盖35的排气孔35a向外部排出。
[0041]优选的是，封口体30的构成材料(除绝缘板33以外)是铝或者铝合金。此外，盖35也可以是铁制或者铁合金制。绝缘板33(绝缘板15、16也一样)是由绝缘性、耐化学药品性(耐电解质性)出色的树脂构成，也可以含有玻璃纤维等加强材料。
[0042 ]在封口体30的外周面、上表面和下表面和壳体主体20的内表面之间设置有绝缘体40 ο绝缘体40特别是发挥出防止壳体主体20和封口体30电接触的作用。具体而言，优选的是，至少在4V左右的电池电压下确保绝缘性。在本实施方式中，绝缘体40从作为壳体主体20的上端部的开口端部22设置到支承部21。绝缘体40例如也能够设置在封口体30侧，但优选的是作为薄膜层(绝缘膜)形成在壳体主体20的内表面。优选的是，绝缘体40的厚度在不损害绝缘性能的范围内较薄，例如I Ομπι?I OOOym。
[0043]优选的是，绝缘体40由在绝缘性、耐化学药品性(耐电解质性)、与壳体主体20的密合性等方面出色的树脂41(参照后述的图3)构成。作为具体例，能够举出聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃系树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚酯系树脂、聚酰胺系树脂、氟素系树脂以及它们的弹性体等。或者，也可以使用交联密度高且硬的树脂(例如、环氧树脂等)。此外，也可以使用与电极的粘合材料所使用的树脂相同的树脂例如，PTFE、PVdF、SBR等。
[0044]绝缘体40例如设计为使用粘接剂等将树脂片材粘贴在壳体主体20的内表面，但是从与壳体主体20的密合性、生产率等观点出发，优选是涂覆在壳体主体20的内表面的树脂涂膜(树脂层)。树脂涂膜例如能够通过将溶解有树脂41的溶液涂覆在壳体主体20的内表面，并且挥发除去(干燥)有机溶剂等溶剂而形成。
[0045]图2是图1的A部放大图，是表示电池壳体12的密封构造的图。
[0046]如图2所示，壳体主体20的作为上端部的开口端部22咬合于封口体30。而且，由于被开口端部22所按压，因此在封口体30上形成凹陷36。即，以能够形成凹陷36程度地使开口端部22与封口体30用力接触。在电池壳体12中，通过将开口端部22向封口体30咬合，能够确保电池壳体12内的气密性。将开口端部22沿着壳体主体20的整个圆周方向进行咬合，从而在封口体30的上表面形成环状的凹陷36。封口体30被支承部21和开口端部22从上侧和下侧夹持固定。
[0047]在电池壳体12的密封构造中，为了实现出色的密封性能，需要用力将开口端部22向封口体30按压从而使开口端部22陷入封口体30。因此，将封口体30的硬度(硬度)设定在壳体主体20的硬度以下，优选设定为比壳体主体20的硬度小。即，优选的是，封口体30比壳体主体20柔软且容易变形。壳体主体20、封口体30以及后述的填充物42的硬度能够利用岛津制作所DUH-W201等测量装置测量出来。
[0048]在本实施方式中，将开口端部22向封口体30的盖35按压。即，优选的是，盖35的硬度为壳体主体20的硬度以下。如上所述，壳体主体20的构成材料例如是铁或者铁合金，盖35的构成材料例如是铁、铝或者它们的合金。从提高密封性能的观点出发，优选使用铝制的盖35ο
[0049]优选的是，对向封口体30按压的开口端部22的角进行倒角。即，优选的是，开口端部22的角带有圆角。在该情况下，在封口体30上形成有截面形状为大致半圆形状的凹陷36。由此，开口端部22和封口体30的接触面积变大从而提高密封性能。此外，例如降低施加于绝缘体40的压力，能够防止绝缘体40的损伤，也会提高绝缘性能。
[0050]在电池壳体12的密封构造中，绝缘体40夹设在开口端部22和凹陷36之间，从而确保壳体主体20和封口体30之间的绝缘性。绝缘体40具有该绝缘功能即可，无需像以往的密封垫55(参照图5)那样进行压缩变形。也就是说，在电池壳体12的密封构造中，通过将开口端部22咬合于封口体30来确保密封性能，如果仅考虑密封性能，就不需要绝缘体40。因此，电池壳体12的密封构造可以说是将以往密封垫担负的密封功能和绝缘功能分担到上述咬合构造和绝缘体40的构造。
[0051 ]图3是绝缘体40的剖视图。
[°°52] 如图3所示，优选的是，绝缘体40包含绝缘性的填充物42 ο即，优选的是，绝缘体40形成为将填充物42分散到由树脂41构成的薄膜层中而成的构造。填充物42起到加强绝缘体40的作用，利用上述咬合，抑制绝缘体40被压坏而引起绝缘性降低。因此，填充物42的硬度优选至少比封口体30的硬度大，填充物42的硬度也可以比壳体主体20的硬度大。从提高密封性和绝缘性的观点出发，与密封构造相关的各部件的硬度优选为填充物42(绝缘体40)多壳体主体20>封口体30 (盖35)。
[0053]作为填充物42，优选使用相对于树脂41的分散性良好且硬质的材料。具体而言，例如能够例示出金属氧化物微粒、例如氧化铝、二氧化硅、氧化钛等。填充物42的粒径(体积平均粒径)根据绝缘体40的厚度而不同，优选为0.Ιμ???ΙΟμ??左右。根据绝缘体40的加强性、绝缘体40和壳体主体20之间的密合性等观点来确定填充物42的含有量，例如相对于绝缘体40的总体积为5体积％?70体积％、优选为10体积％?50体积％。
[0054]通过使用具有上述结构的电池壳体12，能够提供一种密封性能出色且具有较大容量的电池10。采用电池壳体12，能够长期维持内部的气密性，例如能够实现电池10的长寿命化。
[0055]作为电池壳体12的密封构造，与通过压缩密封垫来确保气密性的以往的构造不同，通过将壳体主体20向封口体30咬合，并且使两者用力地密合在一起来确保气密性。该咬合产生的应力能够长期维持，因此，不会像以往构造那样由于密封垫的压缩反作用力的降低等而损害密封性能，而是能够长期维持出色的密封性能。
[0056]此外，在以往的密封构造中，是不得已而使用壁厚的密封垫，在电池壳体12的情况下，只要设置在壳体主体20和封口体30之间的树脂层具有绝缘功能即可，其厚度与以往的密封垫相比能够进行大幅度地薄膜化。即，对于电池壳体12的密封构造而言，无需使用壁厚的密封垫。由此，能够使电池壳体12的、用于收纳电极体11的部分(比支承部21靠下部)的体积增大。因此，采用电池壳体12的密封构造，能够使用电极面积大的电极体11，能够使电池容量提高。
[0057]例如，在以往的电池壳体52的、从上端到支承部56之下为止的上下方向的长度为L3的情况下，在电池壳体12中，能够将相同部分的上下方向的长度设为比L3短的Ll(参照图1、图5)。因此，采用电池壳体12，能够延长用于收纳电极体11的部分(比支承部21靠下部)的上下方向长度(L2>L4)，从而能够收纳比以往大的电极体11 (各壳体的全长相同)。
[0058]此外，上述实施方式在不影响本发明的目的的范围内能够进行适当的设计变更。
[0059]例如，如图4所示，也可以在封口体30x的要被开口端部22按压的部分预先形成与开口端部22相嵌合的凹部37。优选的是，凹部37在封口体30x的上表面形成为环状。在该情况下，也通过将开口端部22咬合使其向凹部37按压，从而使凹部37进一步凹陷。即，在凹部37内形成凹陷36。从而能够通过预先形成凹部37，来抑制例如绝缘体40的损伤，另外，能够获得密封距离。
[0060]另外，在上述实施方式中，虽然在封口体30设置有用于在内部压力上升时使气体排出的气体排出装置，但也可以在壳体主体20设置该气体排出装置。
[0061 ] 产业上的可利用性
[0062]本发明能够利用于电池壳体及电池。
[0063]附图标记说明
[0064]10、50 电池
[0065]11、51 电极体
[0066]Ila 正极
[0067]Ilb 负极
[0068]IIc分隔件
[0069]12,52电池壳体
[0070]13正极引线
[0071]14负极引线
[0072]15、16、33 绝缘板
[0073]20、53壳体主体
[0074]21,56 支承部
[0075]22开口端部
[0076]30、30x、54 封口体
[0077]31过滤器
[0078]31a贯穿孔
[0079]32下阀体
[0080]34上阀体
[0081]35 盖
[0082]35a排气孔
[0083]36 凹陷
[0084]37 凹部
[0085]40绝缘体
[0086]41 树脂
[0087]42填充物
[0088]55密封垫
【主权项】
1.一种电池壳体，其具有: 壳体主体； 封口体，其用于封闭所述壳体主体的开口部；以及 绝缘体，其夹设在所述壳体主体和所述封口体相接触的部分， 该电池壳体的特征在于， 所述壳体主体的所述开口端部咬合于所述封口体， 在所述开口端部按压的作用下，在所述封口体上形成有凹陷。2.根据权利要求1所述的电池壳体，其中， 所述绝缘体包含比所述封口体硬的填充物。3.根据权利要求1或2所述的电池壳体，其中， 所述绝缘体是涂覆在所述壳体主体的内表面的树脂涂膜。4.根据权利要求1?3中任一项所述的电池壳体，其中， 在所述封口体中的、要被所述开口端部按压的部分上预先形成有与所述开口端部嵌合的凹部。5.根据权利要求1?4中任一项所述的电池壳体，其中， 对按压于所述封口体的所述开口端部的角进行倒角。6.—种电池，其特征在于，具有: 权利要求1?5中任一项所述的电池壳体、 收纳在所述电池壳体内的电极体、 收纳在所述电池壳体内的电解质。
【文档编号】H01M2/34GK105960718SQ201580006937
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2015年1月26日
【发明人】佐田友和, 西野肇, 原口心
【申请人】三洋电机株式会社