密封型电池的制作方法

技术领域

本发明涉及通过具备在电池内的压力上升时将电池内所产生的气体排出到电池外的安全阀的封口体而被密封的电池。

背景技术：

可充放电的密封型二次电池由于能量密度高，因此在高温环境下历经长时间的使用、或者产生了内部短路或外部短路的情况、或者产生了异常加热或异常冲击等的情况下，在电池内由于异常的充放电反应或者化学反应会产生气体，由此存在电池壳体膨胀或者进一步发生破裂的担心。

针对这种问题，在专利文献1中记载了在封口体内具备安全阀的密封型电池。在此，由于电池内的压力的急剧上升而使得封口体内的安全阀断裂，电池内的气体从电池盖的气体通气孔向电池外侧释放。由此，能够防止电池壳体的膨胀、破裂。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-092406

技术实现要素：

即便在通常使用时，由于与高温保存或反复充放电相伴的电池内压的上升，安全阀也会工作，有时从电池的安全阀排出电解液、可燃气体。此外，即便在异常时，在异常时的初期阶段，于电池内平缓地产生气体，也会从安全阀排出电解液、可燃气体。进而，仅在异常状态持续的情况下，电池内的反应得到促进而达到剧烈气体产生阶段，从安全阀排出高温气体。

在专利文献1所记载的技术中，记载了通过将电池内所产生的气体排出到电池外，从而能够防止电池壳体的膨胀、破裂。但是，在通常使用时的高温保存或反复充放电、或者异常时的初期阶段，在安全阀工作之际从电池排出的电解液或可燃气体有可能飞散到电池周边的较宽范围。

本发明正是鉴于上述课题而提出的，其主要目的在于提供能够防止在通常使用时或异常时的初期阶段被排出的电解液或可燃气体向宽范围的飞散、并且在异常时的剧烈气体产生阶段能够将高温气体可靠地排出到电池外的、安全性优异的密封型电池。

本发明的某形态的密封型电池，其特征在于，具备：容器，其收纳将隔离件插入在正极与负极之间所制作的电极组；和封口体，其被安装于所述容器的开口部，且包含形成有至少一个气体排气孔的多个部件，在分别形成于所述多个部件的气体排气孔之中，包含气体排气孔的面积相对于所述容器的开口部的面积之比为3.0×10^-5以上且9.1×10^-3以下的气体排气孔的部件，由熔点比异常时产生的高温气体低的部件来形成。

根据该构成，可以提供能够将电池内所产生的气体可靠地排出到电池外、并且能够将给装配有电池的设备带来的不良影响抑制到最小限度的、安全性优异的密封电池。

附图说明

图1是本发明的一实施方式所涉及的圆筒形非水电解质二次电池的剖视图。

图2(a)、(b)是表示了本发明的一实施方式所涉及的盖罩以及过滤器的形状的俯视图。

图3(a)、(b)是说明本发明的一实施方式所涉及的向电池外的气体排出的过程的剖视图。

图4是本发明的另一实施方式所涉及的圆筒形非水电解质二次电池的剖视图。

图5(a)、(b)是表示了本发明的另一实施方式所涉及的盖罩以及过滤器的形状的俯视图。

图6(a)、(b)是说明本发明的另一实施方式所涉及的向电池外的气体排出的过程的剖视图。

图7是本发明的另一实施方式所涉及的圆筒形非水电解质二次电池的剖视图。

图8是本发明的另一实施方式所涉及的圆筒形非水电解质二次电池的仰视图。

符号说明

1 正极

2 负极

3 隔离件

4 电极组

5 正极引线

6 负极引线

7、8 绝缘板

9 盖罩(盖体)

9a 盖罩孔

10 阀体(安全阀)

10a 薄壁部

12 内部盖罩

12a 内部盖罩孔

13 过滤器

13a 过滤器孔

14 垫圈

15 电池壳体

15a 薄壁部

具体实施方式

以下，基于附图来详细地说明本发明的实施方式。另外，本发明并不限定于以下的实施方式。此外，在不脱离起到本发明效果的范围之范围内可以适当变更。进而，也可以与其他实施方式组合。

图1是表示了本发明的一实施方式中的圆筒形非水电解质二次电池的构成的剖视图。

如图1所示，正极1以及负极2隔着隔离件(多孔质绝缘层)3被卷绕在一起的电极组4与非水电解液(未图示)一起被收纳在有底圆筒形的电池壳体15中。在电极组4的上下分别配置有环状的绝缘板7和绝缘板8，正极1经由正极引线5而与过滤器13接合，负极2经由负极引线6而与兼作负极端子的电池壳体15的底部接合。

过滤器13与内部盖罩12连接，内部盖罩12的突起部与金属制的阀体10接合。进而，阀体10与兼作正极端子的盖罩9连接。并且，盖罩9、阀体10、内部盖罩12、以及过滤器13成为一体而构成了封口体，经由垫圈14来密封电池壳体15的开口部。另外，构成封口体的盖罩9、阀体10、内部盖罩12、以及过滤器13之中至少一个由不同的部件来形成。

在阀体10形成有当电池内的压力达到规定值时发生断裂的薄壁部10a，薄壁部10a发生断裂，从而阀体10作为安全阀发挥功能。阀体10的薄壁部10a发生断裂，从而电池内所产生的气体或电解液经由过滤器13的过滤器孔13a、内部盖罩12的内部盖罩孔12a、阀体10的断裂部、以及盖罩9的盖罩孔9a而排出到电池外。

图2(a)、(b)是表示了本实施方式中的盖罩以及过滤器的形状的俯视图。

如图2(a)所示，盖罩9通过熔点比在异常时产生的高温气体低的部件即熔点为700℃以下的铝来形成。盖罩孔9a的开口面积被形成为7.9×10^-3mm²以上且2.4mm²以下。在将盖罩孔9a的开口面积设定为小于7.9×10^-3mm²的情况下，由于气体产生的初期阶段中的气体排气不容易，因此有可能存在因气体使得电池内的压力增高而封口体发生变形从而产生破裂。在将盖罩孔9a的开口面积设定为2.4mm²以上的情况下，在气体产生的初期阶段，安全阀工作时从电池排出的电解液或可燃气体在盖罩孔9a不受到妨碍而有可能飞散到电池外部。此外，盖罩孔9a的开口面积只要在上述的范围内，也可以存在多个盖罩孔9a。在本发明的实施方式中，说明形成有一个盖罩孔9a，盖罩孔9a的开口面积为0.8mm²的情形。

此外，如图2(b)所示，形成于过滤器13的过滤器孔13a的开口面积被形成为32.3mm²。本实施例中的过滤器孔13a的开口面积是在当前市场上供应的18650尺寸(直径18mm、高度65mm)的圆筒型锂离子二次电池中的一般性开口面积的范围内。

此外，当阀体10的薄壁部10a发生断裂时形成于阀体10的断裂面积、以及内部盖罩12的内部盖罩孔12a的开口面积被形成为大于形成于盖罩9的盖罩孔9a的开口面积，封口体中的气体排气路径的面积被形成于盖罩9的排气孔即盖罩孔9a的开口面积制约。

此外，盖罩孔9a的开口面积对应于气体产生的初期阶段中的气体排气能力，依赖于电池壳体15的开口部的大小。因而，若电池壳体15的开口部的面积变化，则盖罩孔9a的面积也变化，所以盖罩孔9a的面积相对于电池壳体15的开口部的面积(260mm²)之比优选被形成为3.0×10^-5以上且9.1×10^-3以下。

图3(a)、(b)是表示了本实施方式中的向电池外的气体排出的过程的剖视图。参照图3(a)、(b)来说明本实施方式中的向电池外的气体排出的过程。

图3(a)是表示了在气体产生的初期阶段作为安全阀的阀体10工作的状态的图。由于过充电等而使得电池温度逐渐上升，在被密封的电池壳体15内电解液汽化或分解等，若电池内的压力超过安全阀的工作压(薄壁部10a的断裂压力)，则阀体10的薄壁部10a发生断裂。由此，电池内的压力经由过滤器13的过滤器孔13a、内部盖罩12的内部盖罩孔12a、阀体10的断裂部、以及盖罩9的盖罩孔9a而释放到电池外。该阶段中的气体产生为比较低的温度且较平缓，因阀体10发生断裂，从而电解液或可燃性气体将通过作为排气孔的盖罩9的盖罩孔9a的极窄的排气面积而平缓地排出到电池外。

图3(b)是表示了在电池中异常状态进一步持续并在电池内引起迅速的化学反应从而高温气体剧烈产生的阶段中，盖罩9由于所产生的高温气体而熔化的状态的图。在该阶段中，盖罩9由于大量喷出的高温气体所引发的热而熔化，从而形成扩大化的开口面积的排气孔。由此，在电池内剧烈产生的高温气体将经由因盖罩9的熔化所形成的扩大化的开口面积的排气孔而排出到电池外。

如此一来，在通常使用时或异常时的比较低的温度且较平缓的气体产生阶段中，安全阀工作时从电池内排出的电解液或可燃气体将经由极窄的排气孔即盖罩孔9a而被排出，因此能够防止电解液或可燃气体飞散到宽范围而给电池搭载设备带来不良影响。进而，在电池中的异常状态持续而在电池内剧烈产生高温气体的阶段中，盖罩9因喷出的高温气体所引发的热而熔化，在电池内剧烈产生的高温气体将经由因盖罩9的熔化所形成的扩大化的开口面积的排气孔而被可靠地排出到电池外。其结果，能够防止在通常使用时或异常时的初期阶段被排出的电解液或可燃气体向宽范围的飞散，从而可以实现能够将给电池搭载设备带来的不良影响抑制为最小限度、并且在异常时的剧烈气体产生阶段能够将高温气体可靠地排出到电池外的、安全性优异的密封电池。

此外，在本发明中，“安全阀”包含具备当电池内的压力上升时将电池内所产生的气体排出到电池外的功能的机构，并不一定限定为本实施方式中所例示的形态。例如，作为其他的安全阀的构成，能够采用：以在特定压力下发生断裂的垫圈或密封圈来密封电池的构成；或者，以被按压于开口部的树脂或弹簧等弹性体来密封电池，在内部压力上升的情况下，从由此所引发的弹性体的变形而产生的间隙将气体排到外部的构成等。

其次，参照图4以及图5(a)、(b)来说明本发明的另一实施方式中的、气体排气孔被形成在封口体的一部分即过滤器的情况。图4是本实施方式中的圆筒形非水电解质二次电池的剖视图。图5(a)、(b)是表示了本实施方式中的盖罩以及过滤器的形状的俯视图。

如图4以及图5(b)所示，在过滤器13形成有作为气体排气孔的过滤器孔13a，过滤器13通过熔点比在异常时产生的高温气体低的部件即熔点为700℃以下的铝(熔点660℃)来构成。

过滤器13的过滤器孔13a的开口面积被形成在7.9×10^-3mm²以上且2.4mm²以下的范围。在将过滤器孔13a的开口面积设定为小于7.9×10^-3mm²的情况下，由于气体产生的初期阶段中的气体排气不容易，因此存在因气体使得电池内的压力增高而封口体发生变形从而产生破裂的担心。在将过滤器孔13a的开口面积设定为2.4mm²以上的情况下，在气体产生的初期阶段，安全阀工作时从电池排出的电解液或可燃气体在过滤器孔13a不受到妨碍而有可能飞散到电池外部。此外，过滤器孔13a的开口面积只要在上述的范围内，也可以存在多个过滤器孔13a。在本发明的实施方式中，说明形成有3个过滤器孔13a，3个过滤器孔13a合计后的开口面积为1.5mm²的情形。此外，如图5(a)所示，形成于盖罩9的盖罩孔9a的开口面积被形成为34.9mm²。本实施例中的盖罩孔9a的开口面积是在当前市场供应的18650尺寸的圆筒型锂离子二次电池中的一般性开口面积的范围内。此外，内部盖罩12的内部盖罩孔12a的开口面积、以及当阀体10的薄壁部10a发生断裂时形成于阀体10的断裂面积被形成为：大于形成于过滤器13的过滤器孔13a的开口面积。封口体中的气体排气路径的面积被形成在过滤器13的过滤器孔13a的开口面积制约。此外，过滤器孔13a的开口面积对应于气体产生的初期阶段中的气体排气能力，依赖于电池壳体15的开口部的大小、电池壳体的体积等。因而，若电池壳体15的开口部的面积(260mm²)变化，则过滤器孔13a的面积也变化，所以过滤器孔13a的面积相对于电池壳体15的开口部的面积之比优选被形成为3.0×10^-5以上且9.1×10^-3以下。

图6(a)、(b)是表示了本实施方式中的向电池外的气体排出的过程的剖视图。参照图6(a)、(b)来说明本实施方式中的向电池外的气体排出的过程。

图6(a)是表示了在气体产生的初期阶段中阀体10的薄壁部10a发生断裂而作为安全阀的阀体10进行工作的状态的图，电池内的电解液或可燃性气体将通过作为排气孔的过滤器13的过滤器孔13a的极窄的排气面积而平缓地排出到电池外。图6(b)是表示了在电池中异常状态进一步持续并在电池内引起迅速的化学反应从而高温气体剧烈产生的阶段中，过滤器13由于所产生的高温气体而熔化的状态的图。如此一来，过滤器13是在电池内产生高温气体时最先暴露于高温气体的热中的电池内最近的封口体构成部品，因此能够可靠地使作为排气孔的过滤器孔13a熔化，形成扩大化的开口面积的排气路径。由此，在异常时的剧烈气体产生阶段中能够更可靠地将高温气体排出到电池外。

其次，参照图7以及图8来说明本发明的另一实施方式中的、除了设置于封口体内的安全阀之外还具备工作压比设置于封口体内的安全阀高的第2安全阀的情况。图7是本实施方式中的圆筒形非水电解质二次电池的剖视图。图8是本实施方式中的圆筒形非水电解质二次电池的仰视图。

如图7以及图8所示，在电池壳体15的底部形成有当电池内的压力达到规定值时发生断裂的薄壁部15a，由形成于该电池壳体15的底部的薄壁部15a来构成了第2安全阀。在此，形成于电池壳体15的底部的薄壁部15a的断裂压力被形成为：大于被设置于封口体内的安全阀的工作压力。如此一来，在电池内剧烈产生高温气体的阶段中，高温气体的产生和因气体的热所引发的排气孔的熔化在时间上发生延迟的情况下，电池内的压力将超过第2安全阀的工作压，从而电池壳体15的薄壁部15a发生断裂，电池内所产生的高温气体将经由电池壳体15的断裂部而被排出到电池外。此外，即便在高温气体未达到700℃而排气孔不熔化，封口体未形成足够的气体排气路径的情况下，同样地电池内所产生的高温气体也会经由电池壳体15的断裂部而被排出到电池外。由此，在异常时的剧烈气体产生阶段中能够可靠地将高温气体排出到电池外。

此外，设置于封口体内的安全阀的工作压、以及第2安全阀的工作压并非唯一规定，只要考虑所使用的电池的种类、所假定的气体产生模式(压力上升模式)等来适当决定即可。另外，虽然第2安全阀的工作压被设定得低于电池壳体的耐压(或封口体的耐压)，但优选设定在2～8MPa的范围。在将第2工作压设定为小于2MPa的情况下，存在只是受到电池落下等的些许轻微的冲击，便会引发壳体底部薄壁部断裂，电解液从电池内流出的可能性。此外，在将第2工作压设定为8MPa以上的情况下，存在相对于剧烈气体产生而壳体底部薄壁部来不及断裂封口体便发生变形从而产生破裂之可能性。

另外，如果排气孔的一部分未熔化而残留，封口体未形成足够的气体排气路径，则包含在排气孔未熔化的情况内。

以上，通过优选的实施方式说明了本发明，但如此的记述并非限定事项，当然可以进行各种变形。例如，在上述实施方式中，作为密封型电池，以非水电解质二次电池为例来进行了说明，但并不限于此，例如也能够适用于铅蓄电池、镍镉二次电池、镍氢二次电池、碱性干电池等。此外，非水电解质二次电池的种类也并未特别限定，例如能够适用于锂离子二次电池、锂一次电池。

产业上的可利用性

本发明的密封型电池适用于个人计算机、移动电话等的电子设备、电动汽车、电动工具等的电源。