专利名称：密封型电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及密封型电池，尤其涉及具有在巻绕成涡旋状的电池体内部
的中空部中，插入了筒状中心栓(centerpin)结构的密封型电池。
背景技术：
随着近年来便携式机器的普及，作为这些便携式机器的电源，正要求 轻量且高能量密度的密封型电池。在密封型电池中，从经济性的角度而言， 多使用镍氢蓄电池或锂离子二次电池等可以充放电的二次电池。尤其是以 锂粒子二次电池为代表的非水电解质二次电池，由于其比其他的二次电池 轻量且高能量密度，所以多被使用。
但是，二次电池若在充电时比通常更长时间地供给电流而形成过充电 状态，或因错误使用或所用机器的故障等导致大电流流出而形成短路状 态，则电解液分解产生气体，由于气体的产生而电池内压上升。进一步地， 若像这种过充电或短路状态继续下去，则由于上述电解液的发热而造成电 池温度的剧烈上升，会出现密闭的二次电池突然爆炸，从而造成所用机器 破损。因此，尤其在非水电解质二次电池的情况下， 一直以来使用具备防 爆用安全阀的这种电池(参考下述专利文献1和2)。
从防止机器破损、防止火灾事故等观点而言，上述安全阀需要切实起 效。因此，如下述专利文献l所示，以往在电池外筒内，在配置有电极体 的同时还配置由圆筒状的中心拴，所述电极体由夹着间隔件且对向配置的 正极板和负极板巻绕成在中心具有中空部的形状而形成，所述中心拴配置 在该电极体的中空部，将过充电等产生的气体通过在电极体中空部配置的 中心栓导入到安全阀。由于在非水电解质二次电池内部产生的气体所形成 的压力加至正极板、负极板和间隔件的重叠方向，所以为了不使中空部挤 破而导致堵塞气体通路，因而设置了中心栓。
另外，从成本和气体排出效率的角度而言，通常将细长的金属薄板沿宽度方向巻成筒状而形成中心栓。因此，在中心栓的周边方向的薄板端部 之间未接合，在其两端之间残留有狭缝。形成于该中心栓的狭缝，不仅可 以切实确保在非水电解质内部产生的气体的通路并使安全阀正常其作用， 而且起到使非水电解液良好流通的作用。即，在非水电解质二次电池的内 部，由于非水电解液可通过狭缝在中心栓的内外迸行流通，所以位于非水 电解质二次电池内部的电解液的流通性优异，离子交换顺利进行，因此可 以提高电池性能。
但是，此类非水电解质二次电池若从高处落下，或其他物品落到非水 电解质二次电池的上面时，电池外筒会产生变形。若像这样电池外筒受到 变形，则有时会出现插设在内部的中心拴也变性的情况。中心拴一但变性， 则会出现邻近狭缝的端部扎入电极体而使间隔件破损的情况，有时会造成 以下情况在电极体内部发生局部短路，出现过大的短路电流流出，非水 电解质二次电池异常发热。
因此，在下述专利文献2公开的发明中，将邻近中心栓的狭缝的端部 从中心栓的假想外周向内部配置，即使在通过外力使中心栓变形的情况 下，配置于内部的狭缝端部也难以破坏电极体，使其不发生内部短路。进 一步地，在下述专利文献2中例示了，在中心栓的侧面形成多个窗部，更 加提高了在电池内部的电解液的流通的示例。日本特开平6-196138号公报 [专利文献2]日本特开2003-229177号公报
发明内容
但是，根据提高电池容量的要求，用于配置中心栓的空间正在变小。 因此，在以往的密封型电池中，当电池外筒的底部侧面附近在局部急剧加
热时，很少有达到破裂的情况。当低熔点的间隔件等树脂部件或作为正极 电极体芯体的铝等熔融物因燃烧气体而移动时，若从中心栓的开口部分向
外部能通透的话，此类现象则没有问题。但是，当在移动中的该时刻接触 低温部件时，被急剧冷却而固定。当内部有固着物时，中心栓通过燃烧气 体的压力被举起，形成前端碰上封口体部件的状态。若形成这种状态，则 途径中心栓内的熔融物无处排出，固着于底部并使中心栓内堵塞，妨碍气体向安全阀侧的排出，因而导致破裂。
因此，本发明为鉴于上述问题点而成的发明，其目的在于提供一种不 在中心栓内残留无用的固着物，可使安全结构正常起效并切实防止破坏事 故的密封型电池。
为解决前述课题，本发明的密封型电池的特征在于，具备电极体，
所述电极体通过将夹着间隔件且对向配置的正极板和负极板巻绕成在中 心具有中空部的形状而形成；插入到上述中空部的中空状的中心栓；收纳
上述电极体的电池外筒；以及，兼作在前述电池外筒内的气压超过规定值 时排出气体的安全阀的外部端子，前述中心栓在其周面从前述中心栓的长 度方向的一端至另一端形成狭缝的同时，至少在前述外部端子侧的端部形 成切口。
关于本发明的密封型电池，在其周面形成与前述中心栓的中心轴平行 的狭缝。具备这种结构后，即使密封型电池被加热，电池外筒的内侧底面 侧被低熔点的间隔件等树脂部件或作为正极电极体芯体的铝等熔融物堵 塞，也可通过在中心栓上形成的狭缝，确保中心栓内部与电极体之间的气 流通路。另外，本发明的密封型电池在电极体的中空部配置的中心栓，其 至少在外部端子侧的端部形成切口。具备这种结构后，即使出现中心栓上 浮并使中心栓的外部端子侧的端部与外部端子接触之类的情况，也可通过 切口部分确保中心栓内部与电极体上面之间的气流通路。
因此，根据本发明的密封型电池，即使密封型电池自身被加热，进一 步地，即使受到冲击或振动等使中心栓从中空部飞出，由于确保了中心栓 内部和电极体侧之间的气流通路，因而安全阀可以正常起效，因此可以抑 制密封型电池的破裂。而且，带来这种效果的中心栓，是通过将细长的金 属板弯曲成圆柱状后，在至少一侧的端部形成缺口而制得的，因此以低成 本得到了信赖性良好的密封型电池。对于非水电解质二次电池、镍氢二次 电池等，若为在巻绕成涡旋状的电极体的中心部具备中心栓的密封型电 池，本发明可以同等适用。
在本发明的密封型电池中，前述切口优选由相对于前述中心栓的中心 轴倾斜而形成的1或更多的切断面构成。
在筒状的中心栓的端部形成的切口虽然可以为凹凸状或锯状，但如果
5为相对于中心栓的中心轴倾斜而形成的1或更多的切断面时，则容易制作。 在本发明的密封型电池中，优选前述切口也在前述电池外筒的内部底 面侧形成。
当形成位于电池外筒的内侧底面侧的筒状中心栓端部的切口时，即使 密封型电池被加热，低熔点的间隔件等树脂部件或作为正极电极体芯体的 铝等熔融物生成，也可以通过切口部确保气体在中心栓内部与电池体下面 侧之间的流通路。因此，根据所述技术方案的密封型电池，由于安全阀可 以正常起效，所以可以抑制密封型电池的破裂。
另外，在本发明的密封型电池中，优选前述中心栓的狭缝平行于前述 中心栓的中心轴而形成。
对于狭缝平行于中心拴的中心轴而形成的中心栓，因其容易成形且可 以确保气流通路，所以可以抑制密封型电池的破裂。
另外，在本发明的密封型电池中，优选将前述狭缝配置在前述中心栓 的假想外周的内部，以使其端部不与前述电极体接触，。
当形成于中心栓的狭缝被配置在中心栓的假想外周的内方时，即使在 中心栓因外力变形的情况下，狭缝端部难以对电极体带来破坏，从而抑制 内部短路的发生。因此，根据本发明的密闭电池，可以得到在即使因外力 导致前述中心栓中发生变形的情况下，也难以产生因内部短路导致的异常 发热的密封型电池。
图1图1为表示纵向将作为实施例1的密封型电池的圆筒型非水 电解质二次电池纵向切断的立体图。
图2图2A 图2C分别为实施例1 3的中心栓的正面图和横截面 图，图2D 图2E分别为比较例1和2的中心栓的正面图和横截面图。
图3图3A为表示实施例1的中心栓上浮后与端子部相接触接触 的状态的部分扩大截面图；图3B为表示比较例2的中心栓上浮与端子部 相接触的状态的部分扩大截面图。
图4图4A 图4C分别为表示本发明中可使用的中心栓的切口例的图。符号说明
IO:非水电解质二次电池 ll:正极板 lla:集电接头 llb:弯曲部 12:负极板12a:集电接头(日文集電夕:/) 13:间隔件14:涡旋状的 电极体 14a:中空部 15、 16:绝缘板 17:电池外筒 18:安全阀 19:正极 端子20a 20e:中心栓21:绝缘垫圈 22a 22c:切口部23a， 23b， 23d:切 口部 24a 24e:狭缝
具体实施例方式
以下采用实施例、比较例和图详细说明本发明的实施方式。以下所示 的实施例作为具体化本发明的技术思想的例子，例示了非水电解质二次电 池，但其意图并非是将本发明局限于这些实施例，对于权利要求书包含的 其他实施方式也同等适用。
图1为表示纵向切断作为实施例1的密封型电池的圆筒型非水电解质 二次电池的立体图。图2A 图2C分别为实施例1~3的中心栓的正面图和 横截面图，图2D 图2E分别为比较例1和2的中心栓的正面图和横截面 图。图3A为表示实施例1的中心栓上浮后与端子部相接触的状态的部分 扩大截面图；图3B为表示比较例2的中心栓上浮后与端子部相接触的状 态的部分扩大截面图。图4A 图4C分别为表示本发明中可使用的中心栓 的切口例的图。
实施例1的非水电解质二次电池10如图1所示，其采用了由正极板 11和负极板12隔着间隔件13巻绕成涡旋状的电极体14，在该电极体14 的中心形成中空部14a。电极体14在上下分别配置绝缘板15和16，被收 纳入兼作负极端子的有底的圆筒形的电池外筒17的内部。该电池外筒17 使用镀镍的铁制 品o
绝缘板15和16的中央部分被切成与中空部14a的开口同样的形状。 接着，将负极板12的集电接头12a焊接于电池外壳17的内侧底部，正极 板11的集电接头lla焊接于兼作安全阀18的正极端子19的底板部。接 着，向电池外壳17的内部注入未图示的非水电解质，电池外壳17的开口 部被兼作安全阀18的正极端子19密闭。如下显示正极板11的制备方法的例子。首先，对正极活性物质按照
锂镍钴锰复合氧化物:钴酸锂=1:9(质量比)的比例进行称量，对作为正极导 电剂的碳、作为粘合剂的聚偏氟乙烯(PVdF)粉末，按照正极活性物质: 碳:PVdF二94:3:3的质量比投入N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中，混炼制得浆 液。利用刮浆刀将该浆液涂布于15|am的铝箔芯体的两面，之后使之干燥， 在正极集电体的两面形成正极活性物质层。然后采用压縮辊压缩制得正极 板ll。制得的正极板11例如长700mm、宽55mm、厚150jam。
另外，表示负极板12的制备方法的例子如下所示。首先，将作为负 极活性物质的石墨粉末与作为粘合剂的苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)(苯乙烯: 丁二烯=1:1)的分散物分散于水中，再添加作为增粘剂的羧甲基纤维素 (CMC)，制备负极活性物质合剂浆液。将该负极活性物质合剂浆液的干燥 质量比调制成例如石墨:SBR:CMC-95:3:2。利用刮浆刀将该负极活性物质 合剂浆液涂布于l(Him的铜箔芯体的两面，使之干燥后，通过压縮辊压縮， 制得负极板12。制得的负极板12例如长750mm、宽57mm、厚150jim。
作为电解质制备方法的例子，向以20:80(体积比、2(TC)混合了氟化碳 酸乙烯酯(FEC)与碳酸甲乙酉旨(MEC)的混合溶剂中，溶解LiPF6使其为1摩 尔/升，制得非水电解液。
巻绕成涡旋状的电极体14具体通过以下的方法制备。首先，将正极 板11和负极板12夹着聚乙烯微孔膜(厚22,)的间隔件13，以相互绝缘 的状态重叠，巻绕于巻芯部件(无图示)上。这里，在重叠的状态下，形成 在最下层与最上层中配置间隔件13的状态。间隔件13与正极板11和负 极板12相比，长度宽度均较大。另一方面，负极板12比正极板11宽度 大。
铝制集电接头lla的一端被焊接于正极板ll的巻曲开始部分。同样， 镍集电接头12a的一端被焊接于负极板12的巻曲结束部分。集电接头lla、 12a为可挠性的平板，除了两端的焊接部分外，表面均被绝缘膜覆盖。另 外，为维持巻绕状态，巻绕成涡旋状的电极体14通过绝缘胶带将最外周 固定。再取下巻芯部件，在底部与中央形成有开口的绝缘板16抵接的同 时，将巻绕成涡旋状的电极体14插入圆筒状的电池外筒17内，通过从该 电极体14取下巻芯部件而形成的中空部14a，将负极集电接头12a焊接于电池外壳17的内面中央部。
接着，作为实施例l的中心栓，准备了图2A所示形状的中心栓20a。 对于该中心栓20a，首先在将不锈钢金属板(厚度0.35mm)折成圆柱状，同 时，将金属板的宽度方向的两端部向该中心栓20a的假想外周的内部弯曲， 形成具有狭缝24a的圆柱体，再通过切掉该圆柱体的长度方向的两端部以 便相对其中心轴形成倾斜的面，从而形成切断部22a和23a。该中心栓20a 的截面形状近似心脏形状，其长度为60mm、外径为3mm。
进一步地，将中心栓20a插入巻绕成涡旋状的电极体14的中空部14a 内。接着，将中央形成开口的绝缘板15抵接到巻绕成涡旋状电极体14的 上部，将正极集电接头lla穿过该绝缘板15的开口，将正极集电接头lla 的顶端焊接到兼作安全阀18的正极端子19。
接着，将规定量的非水电解质注入电池外筒17内之后，在兼作安全 阀18的正极端子19的周围抵接绝缘垫圈21，使正极端子与电极外筒17 之间电绝缘，通过拧紧电池外筒17的前端部，得到作为实施例1的密封 型电池的非水电解质二次电池10。在非水电解质二次电池10的内部产生 气体而使电池内部的压力超出规定值时，为使气体向非水电解质二次电池 外排出而设置了安全阀18。另外，该实施例1的非水电解质二次电池10 的尺寸为直径18mm、高度65mm的圆筒形，设计容量为2800mAh。
实施例2的非水电解质二次电池中使用的中心栓20b如图2B所示， 其通过将不锈钢金属板(厚度0.35mm)折成圆柱状，形成具有狭缝24b的圆 柱体，再通过切掉该圆柱体的长度方向的两端部以便相对其中心轴形成倾 斜的面，从而形成剪切部22b和23b。该中心栓20a的截面形状为C字状， 其长度为60mm、外径为3mm。另外，实施例3的非水电解质二次电池中 使用的中心栓20c具备狭缝24c，进一步地，除了仅在正极端子19侧形成 切断部22c以外，具备与实施例2的中心栓20b同样的结构。
另一方面，比较例1的非水电解质二次电池中使用的中心栓20d具备 狭缝24d，进一步地，除了仅在电池外筒17的内侧底部侧形成切断部23d 以外，具备与实施例2的中心栓同样的结构。另外，比较例2的非水电解 质二次电池中使用的中心栓20e具备狭缝24e，进一步地，除了在两端部未形成切断部以外，具备与实施例1的中心栓20a同样的结构。除了采用 如此形成的实施例2和3、比较例1和2的中心栓20b 20e以外，其他与 实施例1的情况相同，制备了作为实施例2和3及比较例1和2的密封型 电池的非水电解质二次电池(图示省略)。 「燃烧试验J
对于如上述制备的实施例1~3、比较例1和2的非水电解质二次电池， 进行如下所述的燃烧试验。首先，对于实施例1 3、比较例1和2的非水 电解质二次电池，以1It二2800mA的恒定电流过量充电至4.3V，然后用燃 烧器加热各电池的电池外筒底的侧部，检査破裂的电池数。对于实施例 1~3、比较例1和2的非水电解质二次电池，该燃烧试验各进行50个。将 结果总结如下表所示。
表1
实施例1实施例2实施例3比较例1比较例2
0个/50个0个/50个0个/50个2个/50个3个/50个
表1中的数值表示(破裂的电池个数/用于试验的电池个数)。根据表1
所示的结果可知，即不管截面为心形或c字形，相对于沿轴向形成有狭缝 的中心栓，若在正极端子19侧形成切口，则50个均未破裂，得到非常良 好的结果。与之相反，即使为沿轴向形成有狭缝的中心栓，在采用了正极 端子19侧未形成切口的中心栓的比较例1和比较例2中，则50个中有2 个(比较例l)至3个(比较例2)破裂。
出现这种效果差异的原因采用图3进行说明。图3A为表示实施例1 的中心栓20a上浮后与正极端子19相接触的状态的部分扩大截面图，图 3B为表示比较例1的中心栓20d上浮后与正极端子19相接触的状态的部 分扩大截面图。这种中心栓的上浮产生的原因在于，熔融物流入用于加热 试验的电池的中心栓内并固化，通过电池内部产生的气体的压力使中心栓 被举起。
从图3A可以明确，在实施例1的情况下，中心栓20a即使接触正极 端子19，也可通过中心栓20a的切口部22a，确保电池内部与中心栓20a 内部之间的气流通路。该点在实施例2和3的情况下也是同样的。另一方
10面，在比较例l的情况下，如图3B所示，中心栓20d的内部与电池的内 部通过正极端子19形成封闭的状态。该点在比较例2的情况下也是同样 的。因此可知，为使电池即使在高温下也不破裂，不管截面为心形或c字 形，对于沿轴向形成有狭缝的中心栓，在正极端子19侧形成切口是必要 的。
另外可知，对比实施例2和实施例3的结果时，两者得到了同样的结 果；以及对比实施例2、 3和比较例1的结果时，对于沿轴向形成有狭缝 的中心栓，不必在电池外筒的内部底面侧形成切口。但是，考虑到比较例 1和比较例2的结果，认为中心栓最好在电池外筒的内部底面侧形成切口。
另外，在上述实施例1 3中，虽然表示了中心栓20a 20c在正极端子 19侧形成的切口 22a 22c是产生一个倾斜面而进行了倾斜切断的例子，但 本发明并不局限于该形状，可以例如图4A所示，以形成多个倾斜面的方 式进行切断，或者，也可以如图4B所示切断成锯齿状，或者也可以如图 4C所示以产生间断的凹凸部的方式形成。即，只要在中心栓的端面与正 极端子相抵接19的状态下，切口部可形成在开口处可能的形状。
上述实施例1~3、比较例1和2中，表示了负极12也具备集电接头 12a，并将该集电接头12a焊接于电池外筒17的内侧底部的例子。但若可 切实得到该集电接头12与电池外筒12之间的电连接，则焊接于电池外筒 17的任意处均可，或者，将最外周侧的电极直接与电池外筒17相接触而 形成。进一步地，在本发明的实施例中，虽然对正极ll内周侧、负极12 外周侧巻绕成涡旋状的电极体14的情况进行了描述，但即使相反配置正 极11和负极12也可以达到同样作用的效果。
另外，在上述实施例1~3、比较例1和2中，虽然中心栓20a 20e的 狭缝24a 24e是平行于中心栓的中心轴形成的，但在中心栓周面上也可以 倾斜于中心轴形成，也可以在中心栓的周面上形成螺旋状，起到作为气流 通路的功能。
权利要求
1.一种密封型电池，其具备通过将夹着间隔件且对向配置的正极板和负极板卷绕成在中心具有中空部的形状而形成的电极体；被插入在所述中空部的筒状的中心栓；收纳所述电极体的电池外筒；以及，兼作当所述电池外筒内的气压超过规定值时排出气体的安全阀的外部端子，其特征在于，所述中心栓在其周面从所述中心栓的长度方向的一端至另一端形成有狭缝，且至少在所述外部端子侧的端部形成有切口。
2. 根据权利要求l所述的密封型电池，其特征在于，所述切口由相对 于所述中心栓的中心轴倾斜而形成的l个或更多的切断面构成。
3. 根据权利要求1或2所述的密封型电池，其特征在于，在所述电池 外筒的内部底面侧也形成有所述切口 。
4. 根据权利要求l所述的密封型电池，其特征在于，所述中心栓的狭 缝平行于所述中心栓的中心轴而形成。
5. 根据权利要求l所述的密封型电池，其特征在于，形成于所述中心 栓的狭缝被配置在所述中心栓的假想外周的内部，以使其端部不与所述电 极体接触。
全文摘要
本发明提供一种不在中心栓内残留无用的固着物，可使安全结构正常起效并切实防止破坏事故的密封型电池。本发明的密封型电池具备通过将夹着间隔件(13)且对向配置的正极板(11)和负极板12卷绕成在中心具有中空部(14a)的形状而形成的电极体(14)；被插入到中空部(14a)的筒状的中心栓(20a)；收纳电极体(14)的电池外筒(17)；和兼作当电池外筒(17)内的气压超过规定值时排出气体的安全阀(18)的外部端子(19)的密封型电池，其特征在于，中心栓(20a)在其周面从中心栓(20a)的长度方向的一端至另一端形成狭缝(24a)，同时至少在外部端子(19)侧的端部形成切口(22a)。
文档编号H01M2/12GK101527367SQ20091000799
公开日2009年9月9日 申请日期2009年3月6日 优先权日2008年3月7日
发明者大木雅统, 山下修一, 武藤丰茂 申请人:三洋电机株式会社