专利名称：密闭型二次电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将由正极板和负极板隔着多孔质绝缘体进行卷绕或层叠而成的电极组收纳在金属壳体中的密闭型二次电池。
背景技术：
密闭型电池尤其是作为小型便携设备等的驱动用电源使用的密闭型二次电池，为人所知的有以高容量的碱性蓄电池为代表的水系电解液二次电池、和以锂离子二次电池为代表的非水电解液二次电池等密闭型二次电池。
这些密闭型二次电池呈如下的密闭结构将由正极板和负极板隔着多孔质绝缘体进行层叠或卷绕而成的电极组与电解液一起在上下经由绝缘板而收纳在金属壳体中，然后将该金属壳体的开口部经由垫圈而用封口板进行封口。另外，将从电极组导出的正、负极引线与封口板和金属壳体进行连接，从而封口板和金属壳体兼做正、负极中的任一个的外部端子。
在成为这样的密闭结构的情况下，为人所知的技术有在与兼做一方的外部端子 (例如正极端子)的封口板连接的正极引线和电极组之间配置有绝缘性的绝缘环，从而使正极引线和电极组电绝缘(例如参照专利文献1)。此外，在该绝缘环上设置有向金属壳体的开口部方向立起的立起部，从而防止被折曲收纳的正极引线错误地与金属壳体(负极) 接触。
另外，在专利文献2中，记载着用以玻璃布为基材、并含有无机添加剂的酚醛树脂的层叠板构成配置于电极组上部的绝缘板的技术。这样构成的绝缘板由于热固化时的收缩性较低，因而厚度均勻而没有翘曲，可以防止过充电时的极板组的变形。
现有技术文献
专利文献
专利文献1 日本特开平11-31487号公报
专利文献2 日本特开2002-231314号公报发明内容
发明所要解决的课题
如专利文献1所述的结构的绝缘环在使正极引线和电极组、以及金属壳体(负极) 和正极引线电绝缘方面是有效的，而这种结构的绝缘环可以使用冲裁加工性优良的聚乙烯树脂或聚丙烯树脂等。然而，这样的树脂的耐热性较低(软化温度较低)，因而在二次电池发生过充电等异常时，当电池内产生高温、高压气体时，绝缘环软化，电极组在高压气体的作用下而使封口板破坏，从而有可能飞到电池外。特别地，在使用每单位质量的容量比钴系大的镍系作为正极活性物质的情况下，异常时的气体发生量比钴系增大3倍左右，因而有可能使这样的问题变得显著。
另外，如专利文献2所述的绝缘板不仅热固化时的收缩性低，而且耐热性也优良。然而，这种结构的绝缘板由于冲裁加工性低，因而难以设置如专利文献1所述的立起部。因此，被折曲收纳的正极引线有可能错误地与金属壳体(负极)接触而发生短路。特别地，在电池的外径减小(例如由18mm减小至14mm)的情况下，这样的问题有可能变得显著。
本发明是鉴于这样的课题而完成的，其主要目的在于提供一种二次电池，其可以防止引线与电极组以及金属壳体的接触，同时在过充电等异常时，也可以防止电极组的飞出ο
用于解决课题的手段
为解决上述的课题，本发明涉及一种密闭型二次电池，其将由正极板和负极板隔着多孔质绝缘体进行卷绕或层叠而成的电极组收纳在金属壳体中，其特征在于金属壳体的开口部用兼做一方的电极端子的封口板进行封口，正极板或负极板的任一方经由引线而与封口板连接，在电极组的上部，配置有由第1绝缘板和比第1绝缘板的软化温度高的第2 绝缘板层叠而成的上部绝缘板，上部绝缘板的外周部被配置为与形成于金属壳体侧面的卡合部卡合在一起。
根据这样的构成，通过在电极组的上部设置的上部绝缘板，使引线和电极组电绝缘，可以防止被折曲收纳的引线错误地与金属壳体接触，同时通过使用软化温度高的第2 绝缘板作为上部绝缘板的构成部件，可以防止在二次电池的过充电等异常时，在电池内产生的高温、高压气体的作用下，电极组因封口板遭到破坏而飞出到电池外。
发明的效果
根据本发明，可以提供一种密闭型二次电池，其可以防止引线与电极组以及金属壳体的接触，同时在过充电等异常时，也可以防止电极组的飞出。
图1是本发明的一实施方式的圆筒形锂二次电池的示意剖视图。
图2是本发明的一实施方式的耐热保护板的立体图。
图3是本发明的一实施方式的绝缘板的立体图。
图4是本发明的其它实施方式的绝缘板和耐热保护板的立体图。
图5是本发明的其它实施方式的绝缘板和耐热保护板的侧视图。
图6是本发明的其它实施方式的绝缘板和耐热保护板的立体图。
图7是本发明的其它实施方式的耐热保护板的立体图。
图8是本发明的其它实施方式的绝缘板从耐热保护板侧观察时的立体图。
图9是本发明的其它实施方式的绝缘板从耐热保护板侧观察时的立体图。
具体实施方式
本发明的一实施方式涉及一种密闭型二次电池，其将由正极板和负极板隔着多孔质绝缘体进行卷绕或层叠而成的电极组收纳在金属壳体中，其中，金属壳体的开口部用兼做一方的电极端子的封口板进行封口，正极板或负极板的任一方经由弓丨线而与所述封口板连接，在电极组的上部，配置有由第ι绝缘板和比第1绝缘板的软化温度高的第2绝缘板层叠而成的上部绝缘板，上部绝缘板的外周部被配置为与形成于金属壳体侧面的卡合部卡合在一起。
在某一优选的实施方式中，第2绝缘板的软化温度在250°C以上。
在某一优选的实施方式中，第1绝缘板由聚烯烃系树脂或聚酰亚胺系树脂构成， 第2绝缘板由以玻璃布为基材、并含有无机添加剂的酚醛树脂的层叠板构成。
在某一优选的实施方式中，上述无机添加物由选自氧化铝、二氧化硅、氢氧化铝、 氢氧化钙、氢氧化镁以及碳酸钙之中的至少一种材料构成。
在某一优选的实施方式中，第1绝缘板具有向金属壳体的开口部方向立起的立起部。
在某一优选的实施方式中，所述卡合部由对金属壳体的侧面进行塑性加工而形成的沟部所构成，上部绝缘板的外周部被配置为与形成于金属壳体侧面的沟部的下部卡合在一起。
在某一优选的实施方式中，正极板的正极活性物质为锂-镍系氧化物或锂-镍-锰系氧化物。
在某一优选的实施方式中，金属壳体的外径在14mm以下。
在某一优选的实施方式中，在第1绝缘板的表面形成有凹部，第2绝缘板与凹部嵌合在一起。
在某一优选的实施方式中，在第1绝缘板或第2绝缘板的至少一方的层叠面形成有气体排放孔或气体排放路径。
某一优选的实施方式的密闭型二次电池被构成为将由正极板和负极板隔着多孔质绝缘体进行层叠或卷绕而成的电极组与电解液一起在上下经由绝缘板而收纳在金属壳体中，然后将该金属壳体的开口部经由垫圈而用封口板进行封口 ；所述密闭型二次电池的特征在于在配置于所述电极组上部的绝缘板的下表面侧，配置有耐热保护板，该耐热保护板的构成和形状是不会堵塞在该绝缘板上形成的注液孔、引线引出孔以及气体排放孔，而且由耐热性优良的绝缘材料形成。通过配置该耐热保护板，即使达到过充电等异常状态的高温，也具有能够防止电极组的变形和飞出的效果。
某一优选的实施方式的特征在于绝缘板和耐热保护板通过嵌合部而嵌合结合在一起。通过在绝缘板上设置嵌合凹部，并将耐热保护板嵌入嵌合凹部中，从而具有使耐热保护板和绝缘板结合一体化，不会堵塞在绝缘板上形成的注液孔、引线引出孔以及气体排放孔而使组装容易完成的效果。
某一优选的实施方式的特征在于通过在绝缘板上设置的定位突起和在耐热保护板上设置的结合孔而进行定位。由此，具有使耐热保护板和绝缘板结合一体化，不会堵塞在绝缘板上形成的注液孔、引线引出孔以及气体排放孔而使组装容易完成的效果。
某一优选的实施方式的特征在于在绝缘板和耐热保护板的重合部设置有气体流路。由此，由于在绝缘板和耐热保护板的重合部设置有气体流路，因而当在过充电之类的异常状态下于电池内部大量产生气体时，具有高效地排出气体的效果。
某一优选的实施方式的特征在于在绝缘板或耐热保护板的重合部的至少一方上设置有气体流路。由此，在绝缘板和耐热保护板的重合部设置有气体流路，从而当在过充电之类的异常状态下于电池内部大量产生气体时，具有高效地排出气体的效果。
某一优选的实施方式的特征在于在绝缘板或耐热保护板的重合部的至少一方上设置有突出部。由此，在绝缘板和耐热保护板的重合部设置有气体流路，从而当在过充电之类的异常状态下于电池内部大量产生气体时，具有高效地排出气体的效果。
下面基于附图就本发明的实施方式进行详细的说明。此外，本发明并不局限于以下的实施方式。另外，在不脱离本发明产生效果的范围的范围内，可以进行适当的变更。再者，与其它实施方式的组合也是可能的。
图1是本发明的一实施方式的圆筒形锂离子二次电池的示意剖视图。
如图1所示，本实施方式的锂离子二次电池将由正极板和负极板隔着多孔质绝缘体进行卷绕或层叠而成的电极组1收纳在金属壳体4中。金属壳体4的开口部用兼做一方的电极端子的封口板6进行封口，正极板或负极板的任一方经由引线8而与封口板6连接。 在电极组1的上部，配置有由第1绝缘板2和比第1绝缘板2的软化温度高的第2绝缘板 (以下有时也称为“耐热保护板”)7层叠而成的上部绝缘板，上部绝缘板的外周部被配置为与形成于金属壳体4侧面的卡合部9卡合在一起。
此外，在以下的说明中，为了说明的简便，对封口板6兼做正极端子、金属壳体4兼做负极端子的情况进行说明。
根据这样的构成，通过在电极组1的上部设置的上部绝缘板，使引线8和电极组1 电绝缘，可以防止被折曲收纳的正极引线8错误地与金属壳体4接触，同时通过使用软化温度高的第2绝缘板7作为上部绝缘板的构成部件，可以防止在二次电池的过充电等异常时， 在电池内产生的高温、高压气体的作用下，电极组1因封口板6遭到破坏而飞出到电池外。
在此，第2绝缘板7的软化温度优选为250°C以上。在锂离子二次电池的情况下， 在过充电等异常时，电池内产生的气体的温度上升到大约250°C左右，具有比该温度高的软化温度的第2绝缘板7即使曝露在高温气体中也不会软化。因此，由于上部绝缘板的外周部被配置为与形成于金属壳体4侧面的卡合部9卡合在一起，因而即使电池内达到高压，也可以通过第2绝缘板7阻止电极组1的飞出。
此外，异常时产生的气体有时也在瞬间达到250°C以上的高温，即使在此情况下， 由于电池的安全阀工作，因而电池内的温度下降。因此，即使在电池内产生在第2绝缘板7 的软化温度以上的气体，第2绝缘板7也不会马上软化，从而可以维持通过第2绝缘板7阻止电极组1的飞出的效果。
在此，第1绝缘板2只要是具有耐电解液性质的材料就没有特别的限制，例如优选由聚烯烃系树脂或者聚酰亚胺系树脂构成。这些材料由于冲裁加工性优良，因而在第1绝缘板2上能够容易地形成向金属壳体4的开口部方向立起的立起部。由此，可以更有效地防止被折曲收纳的正极引线8错误地与金属壳体4接触。
另外，第2绝缘板只要是具有耐电解液性质、且具有250°C以上的软化温度的材料就没有特别的限制，例如优选由以玻璃布为基材、并含有无机添加剂的酚醛树脂的层叠板构成。该材料的软化温度非常高，达250°C，例如即使电池内的温度达到250°C左右的高温， 以致造成二次电池的热失控，通过第2绝缘板7也可以阻止电极组1的飞出。
另外，卡合部9例如可以由通过挤压加工形成于金属壳体4的侧面的沟部构成，在此情况下，上部绝缘板的外周部被配置为与形成于金属壳体4的侧面的沟部9的下部卡合在一起。
另外，密闭型二次电池的种类并没有特别的限制，在例如当为锂离子二次电池时、 使用锂-镍系氧化物或者锂-镍-锰系氧化物作为正极板的正极活性物质的情况下，可以更加发挥本发明的效果。在使用镍系材料作为正极活性物质的情况下，异常时的气体发生量与钴系相比，増大3倍左右，但即使在此情况下，通过第2绝缘板7也可以有效地阻止电极组1的飞出。另外，金属壳体4的外径并没有特別的限制，但在例如使用14mm以下的小尺寸的情况下，可以更加发挥本发明的效果。在第2绝缘板7由以上述的玻璃布为基材、并含有无机添加剂的酚醛树脂的层叠板构成的情况下，由于冲裁加工性较低，因而难以在第2绝缘板7上设置立起部。然而，在第1绝缘板2由上述的聚烯烃树脂等材料构成的情况下，由于冲裁加工性较高，因而能够在第1绝缘板2上容易地设置立起部。因此，即使金属壳体4的外径较小，为14mm以下，借助于在第1绝缘板2上设置的立起部，也可以有效地防止被折曲收纳的正极引线错误地与金属壳体(负极)接触而发生短路。此外，本发明中的“软化温度”是指通过JIS-K7196-1991中记载的热机械分析 (TMA)而测得的温度。下面參照图2 图9，就本实施方式的锂离子二次电池的具体构成进行进ー步的说明。图2是耐热保护板(第2绝缘板)7的立体图。为了不堵塞第1绝缘板2的注液孔加，在耐热保护板7的中央设置有山形的缺ロ 7c。进而作为正极引线8的引出孔，设置有直线部7e。另外，耐热保护板7的外周部以沿圆筒形锂离子二次电池的内径尺寸的方式形成为圆弧部7d,而且在外周部的负极方向侧设置有突出部7b，由此耐热保护板7不会在圆筒形锂离子二次电池内部旋转，从而构成为定位的形状。图3是第1绝缘板2的立体图。在中央设置有圆形的注液孔2a，从该部位往电极组的内部注入电解液。从电极组1延伸出来的正极引线8需要与封ロ板6焊接在一起，第1 绝缘板2的引线引出孔2b是为此而设置的。之所以在第1绝缘板2上设置3个气体排放孔2d，是为了当在过充电之类的异常状态下于电池内部大量产生气体吋，使气体高效地排出。而且筒状的立起部2c具有使金属壳体4的沟部9与正极引线8电绝缘的效果。另外，作为耐热保护板7，优选的构成为与图4以及图5所示的第1绝缘板2嵌合结合在一起。通过在第1绝缘板2上设置嵌合凹部加，使之与耐热保护板7两端的圆弧部 7d嵌合，耐热保护板7和第1绝缘板2得以定位，从而具有不会堵塞而可以切实地确保在第 1绝缘板2上形成的注液孔加、引线引出孔2b以及气体排放孔2d的效果。另外，作为耐热保护板7，优选的构成为使其相对于设置有图6所示的定位突起2f 的第1绝缘板2进行定位。也就是说，其构成为在耐热保护板7上设置使第1绝缘板2的定位突起2f得以嵌入的结合孔7f，从而使两者嵌合并进行定位。由此，耐热保护板7和第 1绝缘板2得以定位，从而具有不会堵塞在第1绝缘板2上形成的注液孔加、引线引出孔2b 以及气体排放孔2d而可以切实地确保3个孔的效果。另外，作为耐热保护板7，优选的是设置图7所示的气体流路7a。由此，通过在与第1绝缘板2的重合部设置有气体流路，从而当在过充电之类的异常状态下于电池内部大量产生气体吋，具有高效地排出气体的效果。另外，优选在第1绝缘板2或者耐热保护板7的至少一方上，设置图8所示的气体流路2g。由此，通过在第1绝缘板2与耐热保护板7的重合部设置有气体流路，从而当在过充电之类的异常状态下于电池内部大量产生气体吋，具有高效地排出气体的效果。
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另外，优选在第1绝缘板2或者耐热保护板7的至少一方上，设置图9所示的突出部池。由此，通过在第1绝缘板2与耐热保护板7的重合部设置有气体流路，从而当在过充电之类的异常状态下于电池内部大量产生气体吋，具有高效地排出气体的效果。另外，在本实施方式中，就圆筒形锂二次电池进行了说明，本发明当然并不局限于锂二次电池，即便是碱性蓄电池也可以得到同样的效果。实施例(实施例1)以下使用附图，就本发明的实施例进行说明。使多孔质绝缘体介于正极板和负极板之间并将该正极板和负极板卷绕或层叠而构成电极组1，而且将该电极组1与电解液一起在上下经由第1绝缘板2、3而收纳在金属壳体4中，从而制作出圆筒形锂离子二次电池。 作为在电极组1的上部配置的绝缘构造，使用图2所示的耐热保护板7以及图3所示的第 1绝缘板2。在此，金属壳体4使用外径为14mm的金属壳体。正极板是于集电体的单侧或两面，涂覆在溶剂中混炼分散有正极活性物质和粘结齐U、以及根据需要添加的导电剂、增稠剂的料浆状合剤，使其干燥并进行压延而制作活性物质层，然后在该活性物质层上设置素色部，从而焊接正极引线的极板。在此，正极活性物质使用作为锂-镍系氧化物的LiNia8Coai5Alaci5Or负极板是于集电体的一面，涂覆在有机溶剂中混炼分散有负极活性物质、粘结剂、 以及根据需要添加的导电助剂的料浆状合剤，使其干燥后进行压延而制作活性物质层，然后在该活性物质层上设置素色部，从而焊接负极引线的极板。作为多孔质绝缘体的隔膜，使用厚度为15 μ m 30 μ m、由単独的聚乙烯树脂、聚丙烯树脂或者它们的掺合物所构成的材料。作为非水电解液，可以通过在非水溶剂中溶解电解质而进行调配，作为所述非水溶剤，例如可以使用碳酸亚乙酷、碳酸亚丙酷、碳酸亚丁酯等，这些非水溶剂能够単独地、或者以ニ种以上的混合溶剂的方式使用。在电极组1的上部配置有耐热保护板7，在耐热保护板7上配置有第1绝缘板2， 在电极组1的下部配置有下部绝缘板3。耐热保护板7由以玻璃布为基材、并含有无机添加剂的酚醛树脂的层叠板构成。 从强度、配合性、价格等角度考虑，玻璃布的玻璃纤维直径优选为4 15 μ m左右。另外，作为无机添加剤，使用平均粒径比玻璃布的玻璃纤维直径更小的材料。当为了使酚醛树脂热固化而进行加热时，则产生熔融流动，但此时通过使用无机添加剂的平均粒径比玻璃纤维直径更小的材料，无机添加剂的流动不会受到玻璃布纤维的阻碍，因而可以得到組成均勻、 且没有翘曲的酚醛树脂的层叠板。作为通过并用这样的玻璃布而可以抑制酚醛树脂的热固化性的无机添加剤，优选的是选自氧化铝、ニ氧化硅、氢氧化铝、氢氧化钙、氢氧化镁、碳酸钙之中的1种以上。作为酚醛树脂，虽然有粉末状的、清漆状的，但从对于玻璃酚醛的浸渍性的角度考虑，优选的是清漆状的。酚醛树脂的层叠板可以通过在玻璃布中浸渍添加有无机添加剂的酚醛清漆而制作预成型料(preimpregnation)、然后层叠规定张数的该预成型料并进行加热和加压而进行制作。此时的加热温度优选为150 200°C，加压カ优选为3 7MPa，时间优选为60 150分钟的范围。第1绝缘板2优选的是一直以来使用的具有耐电解液性质、且冲裁加工性优良的聚乙烯树脂和聚丙烯树脂等聚烯烃树脂。(实施例2)将如下的锂离子电池设定为实施例2 如图4、图5所示，其将耐热保护板7和通过嵌合凹部2e而嵌合结合在一起的第1绝缘板2配置在电极组1的上部。(实施例3)将如下的锂离子电池设定为实施例3 如图6所示，其将设置有结合孔7f的耐热保护板7和通过定位突起2f而进行定位的第1绝缘板2配置在电极组1的上部。(实施例4)将如下的锂离子电池设定为实施例4 其将如图3所示的第1绝缘板2和如图7所示的设置有气体流路7a的耐热保护板7配置在电极组1的上部。(实施例5)将如下的锂离子电池设定为实施例5 其将如图8所示的设置有用于气体排放的气体流路2g的绝缘板和如图2所示的耐热保护板7配置在电极组1的上部。(实施例6)将如下的锂离子电池设定为实施例6 其将如图9所示的设置有突出部池的第1 绝缘板2和如图2所示的耐热保护板7配置在电极组1的上部。(比较例1)除了在电极组1的上部配置的第1绝缘板2不使用耐热保护板7以外，将与实施例1同样制作的电池设定为比较例1。作为比较方法，对于各实施例、比较例分别准备5个单电池而进行假想为异常状态的过充电试验和燃烧试验。将试验中封ロ部遭到破坏、从而电极组1飞出的状态定义为 “破裂”，将有破裂者记为“有破裂”，将没有破裂者记为“没有破裂”，试验结果如(表1)所不。表 权利要求
1.一种密闭型二次电池，其将由正极板和负极板隔着多孔质绝缘体进行卷绕或层叠而成的电极组收纳在金属壳体中，其中，所述金属壳体的开口部用兼做一方的电极端子的封口板进行封口，所述正极板或负极板的任一方经由弓I线而与所述封口板连接，在所述电极组的上部，配置有由第1绝缘板和比该第1绝缘板的软化温度高的第2绝缘板层叠而成的上部绝缘板，所述上部绝缘板的外周部被配置为与形成于所述金属壳体侧面的卡合部卡合在一起。
2.根据权利要求1所述的密闭型二次电池，其中，所述第2绝缘板的软化温度为250°C 以上。
3.根据权利要求1所述的密闭型二次电池，其中，所述第1绝缘板由聚烯烃系树脂或者聚酰亚胺系树脂构成，所述第2绝缘板由以玻璃布为基材、并含有无机添加剂的酚醛树脂的层叠板构成。
4.根据权利要求3所述的密闭型二次电池，其中，所述无机添加物由选自氧化铝、二氧化硅、氢氧化铝、氢氧化钙、氢氧化镁以及碳酸钙之中的至少一种材料构成。
5.根据权利要求1所述的密闭型二次电池，其中，所述第1绝缘板具有向金属壳体的开口部方向立起的立起部。
6.根据权利要求1所述的密闭型二次电池，其中，所述卡合部由对所述金属壳体的侧面进行塑性加工而形成的沟部所构成，所述上部绝缘板的外周部被配置为与形成于所述金属壳体侧面的所述沟部的下部卡合在一起。
7.根据权利要求1所述的密闭型二次电池，其中，所述密闭型二次电池为锂离子二次电池，所述正极板的正极活性物质为锂-镍系氧化物或者锂-镍-锰系氧化物。
8.根据权利要求1所述的密闭型二次电池，其中，所述金属壳体的外径在14mm以下。
9.根据权利要求1所述的密闭型二次电池，其中，在所述第1绝缘板的表面形成有凹部，所述第2绝缘板与所述凹部嵌合在一起。
10.根据权利要求1所述的密闭型二次电池，其中，在所述第1绝缘板或所述第2绝缘板的至少一方的层叠面形成有气体排放孔或气体排放路径。
全文摘要
本发明涉及一种密闭型二次电池，其将由正极板和负极板隔着多孔质绝缘体进行卷绕或层叠而成的电极组(1)收纳在金属壳体(4)中，其中，金属壳体(4)的开口部用兼做一方的电极端子的封口板(6)进行封口，正极板或负极板的任一方经由引线而与封口板(6)连接。在电极组的(4)上部，配置有由第1绝缘板(2)和比第1绝缘板(2)的软化温度高的第2绝缘板(7)层叠而成的上部绝缘板，上部绝缘板的外周部被配置为与形成于金属壳体(4)侧面的卡合部(9)卡合在一起。
文档编号H01M2/34GK102549811SQ201080045340
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月2日 优先权日2009年12月4日
发明者九之池直人, 宫田恭介, 杉本修二 申请人:松下电器产业株式会社