密闭型二次电池的制作方法
【专利摘要】正极板1以及负极板2夹着分隔件3卷绕而成的电极组4被收容于电池外壳5内，电池外壳5的开口部被封口板10封口。封口板10是上部金属板11、阀体12以及下部金属板13层叠而成的封口板，在电极组4中电池外壳5的开口部侧配置有绝缘板6，电极组4的一个极的极板介由引线8连接于下部金属板13，在下部金属板13以及绝缘板6中形成有第1开口部13a以及第2开口部6a，将第1开口部13a的面积设为S1、将第2开口部6a的面积设为S2时，S2/S1的值处于1.8～3.3的范围。
【专利说明】密闭型二次电池
【技术领域】
[0001]本发明涉及具备将电池内产生的气体排出到电池外的保险阀的密闭型二次电池的改良。
【背景技术】
[0002]可充放电的密闭型二次电池的能量密度高，因此发生内部短路或外部短路的情况或者产生异常加热、异常冲击等的情况下，担心在电池内部急剧的充放电反应或化学反应引起急剧的气体产生，从而使电池外壳膨胀或进一步破裂。因此，密闭型二次电池中大多设置保险阀(防爆结构)，在电池内的压力达到规定值时，保险阀将电池内产生的气体排出到电池外。
[0003]另一方面，作为提高能量密度的密闭型二次电池，已知将正极板以及负极板夹着分隔件卷绕或层叠而成的电极组与电解液一起收容于电池外壳内的结构。在此，电池外壳的开口部隔着垫片由具备保险阀的封口板封口，正极板介由正极引线连接于封口板，负极板介由负极引线连接于电池外壳的底部。此时，为了防止电极组在电池外壳内移动或变形同时防止正极板或负极板与正极引线以及负极引线或电池外壳接触而产生内部短路，在电极组的上下配置有绝缘板。
[0004]然而，在提高了能量密度的密闭型二次电池中，在内部短路等异常时，如果由于电池内的温度以及压力急剧增加而变形的电极组阻塞保险阀，则电池外壳可能破裂。
[0005]因此，专利文献I中记载了为了防止电极组的变形，由耐热性以及强度优异的以玻璃布为基材的酚醛树脂构成在电极组的上部配置的绝缘板的技术。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2002 - 231314号公报
【发明内容】
_9] 发明要解决的问题
[0010]然而，即便在电极组的上部配置的绝缘板中使用耐热性以及强度优异的材料，电池内的压力急剧上升时，例如如果即便保险阀工作也不能迅速释放电池内的压力，则担心电池外壳自身破裂。此外，担心急剧上升的压力直接作用于封口板时，封口板自身脱离电池夕卜壳。
[0011]本发明是鉴于所述的问题而成的，其主要的目的在于提供即便电池内的压力异常上升，也能够将电池内产生的异常气体安全地排出到电池外的密闭型二次电池。
_2] 用于解决问题的方案
[0013]本发明的密闭型二次电池为正极板以及负极板夹着分隔件卷绕或层叠而成的电极组收容于电池外壳内的密闭型二次电池，电池外壳的开口部隔着垫片被封口板封口，封口板是上部金属板、阀体以及下部金属板层叠而成的封口板，电极组中在电池外壳的开口部侧配置有绝缘板，电极组的一个极的极板介由引线连接于下部金属板，下部金属板以及绝缘板中分别形成有第I开口部以及第2开口部，将第I开口部的面积设为S1、第2开口部的面积设为S2时，S2/S1的值处于1.8?3.3的范围。
[0014]一种优选的实施方式中，上述下部金属板的第I开口部具有相对于电池外壳的横截面积为10%以上大小的面积。
[0015]在另一状态的实施方式中，上述绝缘板被形成于电池外壳的侧壁的凹部保持。此外，上述绝缘板优选由玻璃酚醛树脂形成。
[0016]发明的效果
[0017]本发明能够提供:即便电池内的压力异常上升、也能够将电池内产生的异常气体安全地排出到电池外的密闭型二次电池。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是表示本发明的一实施方式中的密闭型二次电池的结构的截面图。
[0019]图2是表示下部金属板的第I开口部的面积与绝缘板的第2开口部的面积的关系的曲线图。
[0020]图3的(a)?(d)是表示下部金属板以及绝缘板的形状的平面图。
【具体实施方式】
[0021]以下基于附图详细地说明本发明的实施方式。需要说明的是，本发明并不限定于以下的实施方式。此外，在不脱离实现本发明的效果的范围内可以适当改变。进而，也可以为与其它的实施方式的组合。
[0022]图1是示意性地表示本发明的一实施方式中的密闭型二次电池100的结构的截面图。
[0023]如图1所示，将正极板I以及负极板2夹着分隔件3卷绕而成的电极组4与电解液一起被收纳于电池外壳5内。电池外壳5的开口部隔着垫片14被封口板10封口。封口板10为上部金属板(兼作正极端子)11、阀体12以及下部金属板13层叠而成的结构。正极板I介由正极引线8连接于下部金属板13，负极板2介由负极引线9连接于电池外壳5的底部。此外，在电极组4的上下分别设置有绝缘板6、7。需要说明的是，配置于电极组4的上方的绝缘板6被形成于电池外壳5的侧壁的凹部5a保持。
[0024]在下部金属板13以及绝缘板6中分别形成有第I开口部13a以及第2开口部6a。此外，在上部金属板11中还形成有通向电池外的排气孔11a。在此，电池外壳5内产生异常气体、电池外壳5内的压力超过规定值时，阀体12破裂，电池外壳5内产生的气体介由绝缘板6的第2开口部6a、下部金属板13的第I开口部13a、阀体12的开口部12a以及上部金属板11的排气孔Ila向电池外排气。
[0025]在电池外壳5内产生的异常气体的上述排气结构中，为了应对急剧的压力上升而将异常气体安全地向电池外排气，考虑各开口部的排气能力的排气设计至今并未进行。即，如上述所述，绝缘板6要求防止电极组的变形的功能，因此绝缘板6的第2开口部6a的面积考虑绝缘板6所要求的强度而确定其大小。此外，下部金属板13的第I开口部13a的面积也考虑高能量化所要求的集电效率而确定其大小。[0026]然而，本发明人等发现:不考虑下部金属板13的第I开口部13a的排气能力以及绝缘板6的第2开口部6a的排气能力，分别独立地确定各开口部13a、6a的面积时，担心在电池外壳5内产生的异常气体不能安全地排出到电池外。
[0027]例如，在下部金属板13的第I开口部13a的排气能力相对于绝缘板6的第2开口部6a的排气能力不足时，担心在包含下部金属板13的封口板10上作用过度的压力、封口板10飞离电池100。相反，绝缘板6的第2开口部6a的排气能力相对于下部金属板13的第I开口部13a的排气能力不足时，担心电池外壳5内的压力过度地上升、电池外壳5破裂。
[0028]本发明是基于所述见解而成的，为了使得即便电池内的压力异常上升也能够将电池内产生的异常气体安全地排出到电池外，规定下部金属板13的第I开口部13a的面积与绝缘板6的第2开口部6a的面积的关系，实现上述排气结构中的最适的排气设计。
[0029]本发明人等为了确定上述关系，制作了如图1所示的密闭型二次电池100，研究电池内的压力异常上升时的气体的排气能力以及下部金属板13的第I开口部13a的面积与绝缘板6的第2开口部6a的面积的关系。
[0030]研究中制作了下述结构的锂离子二次电池。
[0031]正极板I是在由铝形成的集电体上涂布使由镍酸锂形成的正极活性物质、由聚偏氟乙烯(PVDF)形成的粘结剂、以及由乙炔黑形成的导电剂分别分散于溶剂中而成的浆料，干燥之后进行轧制来制作。
[0032]负极板2是在由铜箔形成的集电体上涂布使由石墨形成的负极活性物质、以及由丁苯橡胶形成的粘结剂分别分散于溶剂中而成的浆料，干燥之后进行轧制来制作。
[0033]将所得到的正极板I以及负极板2夹着由聚乙烯形成的分隔件3卷绕来制作电极组4,将其收容于外径18mm的圆筒形的电池外壳5内，电池外壳5的开口部隔着垫片14被封口板10封口，制作锂离子二次电池100。
[0034]需要说明的是，构成封口板10的上部金属板11、阀体12以及下部金属板13分别使用厚度0.4mm的铁、厚度0.15mm的铝以及厚度0.4mm的铝来制作。此外，绝缘板6使用厚度0.3mm的玻璃酚醛树脂来制作。
[0035]在此，制作分别改变了下部金属板13的第I开口部13a的面积SI以及绝缘板6的第2开口部6a的面积S2的电池，进行安全性的试验。
[0036]在此，安全性的试验如下进行:通过从外部对各电池施加200°C的热，强制性地使电池处于热失控状态，调查封口板10是否飞散以及电池外壳5是否破裂。
[0037]图2是示出其结果的曲线图，图中的黑圆点标记表示未产生封口板10的飞散以及电池外壳5的破裂的电池，X标记表不产生封口板10的飞散或电池外壳5的破裂的电池。
[0038]如图2所示，S2/S1的值处于1.8?3.3的范围的电池不产生封口板10的飞散以及电池外壳5的破裂。另一方面，S2/S1的值大于3.3时，产生封口板10的飞散，并且，S2/SI的值小于1.8时,产生电池外壳5的破裂。
[0039]因此，为了使得即便电池内的压力异常上升也能够将在电池内产生的异常气体安全地排出到电池外，下部金属板13的第I开口部13a的面积SI与绝缘板6的第2开口部6a的面积S2的关系的S2/S1的值优选处于1.8?3.3的范围。
[0040]在本发明中，设定为下部金属板13的第I开口部13a的面积SI比绝缘板6的第2开口部6a的面积S2小，因此电池整体的排气能力由开口部的面积小的下部金属板13进行速率控制。因此，电池整体的排气能力需要确保一定的大小，其基准可以以相对于电池外壳5的横截面积的下部金属板13的第I开口部13a的面积SI所占的比例来规定。
[0041]电池整体所要求的排气能力根据电池的种类而不同，典型的是，下部金属板13的第I开口部13a相对于电池外壳5的横截面积优选具有5%以上大小的面积。
[0042]例如，锂离子二次电池的情况下，作为正极活性物质，使用LiNiO2等Li/Ni系复合氧化物的电池与使用LiCoO2等Li/Co系复合氧化物的电池相比异常时产生的每单位时间的气体量多。因此，在将Li/Ni系复合氧化物用于正极活性物质的锂离子二次电池中，下部金属板13的第I开口部13a的面积SI优选具有相对于电池外壳5的横截面积为10%以上的大小。如图2所示的电池的情况，电池外壳5的横截面积约为254_，因此为了将电池内产生的异常气体安全地排出到电池外，优选将下部金属板13的第I开口部13a的面积SI设为25.4mm(图中P所示的线)以上。
[0043]本发明中，下部金属板13以及绝缘板6的材料、形状等没有特别限定，此外，各开口部13a、6a的形状也可以取任意形状。
[0044]图3是示出下部金属板13以及绝缘板6的形状的一个例子的平面图。图3的(a)、(b)是示出下部金属板13以及第I开口部13a的形状的图，图3的(c)、(d)是示出绝缘板6以及第2开口部6a的形状的图。
[0045]以上，通过适宜的实施方式来说明本发明，但如此记述并非限定事项，自然可以进行各种改变。例如，上述实施方式中，作为密闭型二次电池，以锂离子二次电池为例子进行说明，但并不限定于它，例如，也可以适用于镍氢蓄电池等其它的非水电解质二次电池。
[0046]此外，上述实施方式中，作为电极组4使用将正极板I以及负极板2夹着分隔件3卷绕而成的电极组，也可以使用将正极板I以及负极板2夹着分隔件3层叠而成的电极组。
[0047]此外，上述实施方式中，作为密闭型二次电池，以圆筒形的二次电池为例子进行说明，但不限定于它，例如，也可以为四方形的二次电池。
[0048]产业h的可利用件
[0049]本发明作为汽车、电动摩托或电动游乐设备等的驱动用电源是有用的。
[0050]附图标记说明
[0051]I 正极板
[0052]2 负极板
[0053]3 分隔件
[0054]4 电极组
[0055]5 电池外壳
[0056]5a 凹部
[0057]6、7绝缘板
[0058]6a 第 2 开口部
[0059]8 正极引线
[0060]9 负极引线
[0061]10 封口板
[0062]11上部金属板(正极端子)
[0063]Ila排气孔[0064]12阀体
[0065]12a 开口部
[0066]13下部金属板
[0067]13a 第 I 开口部
[0068]14垫片
[0069]100密闭型二次电池
【权利要求】
1.一种密闭型二次电池，其为正极板以及负极板夹着分隔件卷绕或层叠而成的电极组收容于电池外壳内的密闭型二次电池， 所述电池外壳的开口部隔着垫片被封口板封口， 所述封口板是上部金属板、阀体以及下部金属板层叠而成的封口板， 所述电极组中在所述电池外壳的开口部侧配置有绝缘板， 所述电极组的一个极的极板介由引线连接于所述下部金属板， 所述下部金属板以及所述绝缘板中分别形成有第I开口部以及第2开口部， 将所述第I开口部的面积设为S1、所述第2开口部的面积设为S2时，S2/S1的值处于1.8?3.3的范围。
2.根据权利要求1所述的密闭型二次电池，其中，所述下部金属板的所述第I开口部具有相对于所述电池外壳的横截面积为10%以上的大小的面积。
3.根据权利要求1或2所述的密闭型二次电池，其中，所述绝缘板被形成于所述电池外壳的侧壁的凹部保持。
4.根据权利要求1所述的密闭型二次电池，其中，所述绝缘板由玻璃酚醛树脂形成。
【文档编号】H01M10/04GK103718334SQ201280036241
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年9月28日 优先权日:2011年9月29日
【发明者】清水启介, 横山智彦, 藤川万乡 申请人:松下电器产业株式会社