圆筒形二次电池以及其制造方法

摘要

本发明的1个实施方式的圆筒形非水电解液二次电池(10A)中的封口体(20A)具备：正极帽(23)；安全阀(24A)，其与正极帽(23)电连接；多个突起(24c)，环状且断续地配置在安全阀(24A)的通电接触部(24b)的外周侧，分别向中心侧倾斜地形成；和绝缘构件(25A)，其至少被覆多个突起(24c)中的顶部以及中心侧的侧面、和安全阀(24A)中的中心侧的表面，为嵌合在多个突起(24c)的中心侧的环状且纵截面形状被折弯成Z状，端子板(21)嵌合固定在绝缘构件(25A)的中心侧，并且经由绝缘构件(25A)的中心开口焊接连接到通电接触部(24b)。

权利要求

1.一种圆筒形二次电池，具备：

封口体，其隔着垫片铆接固定在有底筒状的圆筒形外包装罐的开口部；和配置在所述圆筒形外包装罐的内部，正极极板以及负极极板分别在夹着隔膜相互绝缘的状态下卷绕的卷绕电极体以及电解液，所述封口体具有：

端子帽，其向所述圆筒形外包装罐的外方侧突出；

端子板，其位于比所述端子帽更靠所述卷绕电极体侧的位置，与所述正极极板或所述负极极板电连接；

安全阀，其配置在所述端子帽与所述端子板间，结构为周边部与所述端子帽能通电地连接，设置在所述周边部以外的通电接触部与所述端子板能通电焊接连接，在内部压力上升时阻断与所述端子板的通电；和绝缘构件，其配置在所述端子板的周边部与所述安全阀间，所述封口体还具备：

突起，其在所述安全阀的所述卷绕电极体侧即所述通电接触部的外周侧朝向中心侧倾斜而形成；和绝缘构件，其至少被覆所述突起中的顶部以及所述安全阀的中心侧的侧面和所述安全阀中的中心侧的表面，嵌合在所述突起的所述安全阀的中心侧的纵截面形状折弯成Z状，所述端子板嵌合固定在所述绝缘构件的所述安全阀的中心侧，并经由所述绝缘构件的中心开口焊接连接到所述通电接触部。

2.根据权利要求1所述的圆筒形二次电池，其中，所述突起由环状的1个突起、或环状且断续的形成的多个突起构成，所述绝缘构件是环状。

3.根据权利要求1所述的圆筒形二次电池，其中，在所述端子板的向所述绝缘构件的嵌入方向外周部形成锥形部。

4.根据权利要求1所述的圆筒形二次电池，其中，所述突起通过冲压加工而形成。

5.一种圆筒形二次电池的制造方法，具有：

将正极极板以及负极极板在分别夹着隔膜相互绝缘的状态下卷绕，来形成卷绕电极体的工序；

作为安全阀，使用在周边部以外具有内部压力上升时从所述周边部破断的通电接触部、在所述通电接触部的外周侧具有朝向所述安全阀的中心侧倾斜而形成的突起的安全阀，能通电地配置端子帽和与形成所述安全阀的所述突起的面相反侧的面，通过使纵截面形状折弯成Z状的绝缘构件嵌合在所述突起的所述安全阀的中心侧，来至少被覆所述突起中的顶部以及所述安全阀的中心侧的侧面、和所述安全阀中的中心侧的表面，将与所述正极极板或所述负极极板电连接的端子板嵌合在所述绝缘构件的所述安全阀的中心侧，接下来将所述端子板和所述安全阀的通电接触部经由所述绝缘构件的中心开口进行焊接连接，由此形成封口体的工序；

将所述卷绕电极体配置在有底筒状的圆筒形外包装罐的内部、并将电解液注入到所述圆筒形外包装罐的内部的工序；和将所述封口体隔着垫片配置在所述圆筒形外包装罐的开口部使得所述端子帽处于外方侧，通过铆接所述圆筒形外包装罐的开口部将所述封口体密封固定在所述圆筒形外包装罐的开口部侧的工序。

6.根据权利要求5所述的圆筒形二次电池的制造方法，其中，将所述突起形成为环状的1个突起、或环状且断续的形成的多个突起，作为所述绝缘构件使用环状的构件。

7.根据权利要求6所述的圆筒形二次电池的制造方法，其中，作为所述绝缘构件，使用向所述突起的嵌入方向外周侧的直径大于所述突起的前端侧的内径的构件。

8.根据权利要求6所述的圆筒形二次电池的制造方法，其中，作为所述端子板，使用大于所述绝缘构件的所述突起的角部的内径的端子板。

9.根据权利要求5所述的圆筒形二次电池的制造方法，其中，所述突起在所述安全阀的中心侧的角部赋予圆角。

10.根据权利要求5所述的圆筒形二次电池的制造方法，其中，作为所述绝缘构件，使用所述Z状的折弯角度大于所述突起相对于所述安全阀的倾斜角度的构件。

11.根据权利要求5所述的圆筒形二次电池的制造方法，其中，作为所述绝缘构件，使用对向所述突起的嵌入部的角部赋予圆角的构件。

12.根据权利要求5所述的圆筒形二次电池的制造方法，其中，作为所述端子板，使用在向所述绝缘构件的嵌入方向的角部形成锥形部的端子板。

说明书

圆筒形二次电池以及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及具备安全阀的圆筒形二次电池以及其制造方法。

背景技术

[0002] 过去，作为镍氢蓄电池和非水电解质二次电池，较多使用圆筒形的电池。这些圆筒形二次电池的封口部通过使正极帽、正温度系数热敏电阻(PTC)以及安全阀分别接触而将它们电连接，但在工具用途、电动车(EV)、混合动力电动车(HV、PHEV)等面向大电流用的模型中，为了取出大电力而采用无PTC方式。

[0003] 作为这样的圆筒形二次电池中的无PTC方式的封口部之一，例如如下述专利文献1公开的那样，已知通过铆接以及激光焊接将正极帽和安全阀固定的构成。在组装该无PTC方式的封口部时，隔着绝缘构件配置安全阀和电极体的导通部件即端子板，用附着于绝缘构件的两面的粘合剂将安全阀和端子板固定，对安全阀的电流阻断部分和端子板进行激光焊接来使它们电气导通。

[0004] 先行技术文献

[0005] 专利文献

[0006] 专利文献1：JP特开2008-282679号公报

[0007] 发明的概要

[0008] 发明要解决的课题

[0009] 但是，关于上述专利文献1所公开的无PTC方式的封口部，存在以下(1)以及(2)的课题，寻求改善。

[0010] (1)在封口体的生产时需要安全阀和端子板的定位，生产率低这一点。

[0011] (2)在对端子板施加冲击时易于对安全阀与端子板间的焊接部位加负荷，产生焊接脱落这一点。

发明内容

[0012] 根据本发明的1个实施方式的圆筒形二次电池以及其制造方法，由于能通过使安全阀、绝缘构件以及端子板分别嵌合来将它们一体化，因此提升了封口体的生产率，并能提供耐冲击性良好的圆筒形二次电池。

[0013] 用于解决课题的手段

[0014] 在本发明的1个实施方式的圆筒形二次电池中，具备：封口体，其隔着垫片铆接固定在有底筒状的圆筒形外包装罐的开口部；和配置在所述圆筒形外包装罐的内部，正极极板以及负极极板分别在夹着隔膜(seprator)相互绝缘的状态下卷绕的卷绕电极体以及电解液，所述封口体具有：端子帽，其向所述圆筒形外包装罐的外方侧突出；端子板，其位于比所述端子帽更靠所述卷绕电极体侧的位置，与所述正极极板或所述负极极板电连接；安全阀，其配置在所述端子帽与所述端子板间，结构为周边部与所述端子帽能通电地连接，设置在所述周边部以外的通电接触部与所述端子板能通电焊接连接，在内部压力上升时阻断与所述端子板的通电；和绝缘构件，其配置在所述端子板的周边部与所述安全阀间，具备：突起，其在所述安全阀的所述卷绕电极体侧即所述通电接触部的外周侧朝向中心侧倾斜而形成；绝缘构件，其至少被覆所述突起中的顶部以及所述安全阀的中心侧的侧面和所述安全阀中的中心侧的表面，嵌合在所述突起的所述安全阀的中心侧的纵截面形状折弯成Z状，所述端子板嵌合固定在所述绝缘构件的所述安全阀的中心侧，并经由所述绝缘构件的中心开口焊接连接到所述通电接触部。

[0015] 另外，在本发明的1个实施方式的圆筒形二次电池的制造方法中，具有：将正极极板以及负极极板在分别夹着隔膜相互绝缘的状态下卷绕，来形成卷绕电极体的工序；作为安全阀，使用在周边部以外具有内部压力上升时从所述周边部破断的通电接触部、在所述通电接触部的外周侧具有朝向所述安全阀的中心侧倾斜而形成的突起的安全阀，能通电地配置端子帽和与形成所述安全阀的所述突起的面相反侧的面，通过使纵截面形状折弯成Z状的绝缘构件嵌合在所述突起的所述安全阀的中心侧来至少被覆所述突起中的顶部以及所述安全阀的中心侧的侧面、和所述安全阀中的中心侧的表面，将与所述正极极板或所述负极极板电连接的端子板嵌合在所述绝缘构件的所述安全阀的中心侧，接下来将所述端子板和所述安全阀的通电接触部经由所述绝缘构件的中心开口进行焊接连接，由此形成封口体的工序；将所述卷绕电极体配置在有底筒状的圆筒形外包装罐的内部、并将电解液注入到所述圆筒形外包装罐的内部的工序；和使所述端子帽成为外方地将所述封口体隔着垫片配置在所述圆筒形外包装罐的开口部、通过铆接所述圆筒形外包装罐的开口部将所述封口体密封固定在所述圆筒形外包装罐的开口部侧的工序。

[0016] 发明的效果

[0017] 根据本发明的1个实施方式的圆筒形二次电池，由于存在形成于安全阀的朝向安全阀的中心侧倾斜的突起，且能用嵌合在该突起的所述安全阀的中心侧的纵截面形状折弯成Z状的绝缘构件从全方位确实地固定端子板，因此在对端子板施加冲击的情况下，也难以对安全阀和端子板的焊接部位加负荷，难以出现焊接脱落。

[0018] 另外，根据本发明的1个实施方式的圆筒形二次电池的制造方法，由于绝缘构件以及端子板的定位变得容易，因此提升了生产率，并能容易地制造起到上述效果的圆筒形二次电池。

附图说明

[0019] 图1A是实验例1中所用的圆筒形非水电解液二次电池的纵截面图，图1B是图1A的封口体的部分放大纵截面图，图1C是安全阀的底视图。

[0020] 图2是表示实验例1的封口体的组装工序的部分放大纵截面图以及各部材的具体的构成的部分放大纵截面图。

[0021] 图3A是实验例2中所用的圆筒形非水电解液二次电池的封口体部分的纵截面图，图3B是图3A的封口体的部分放大纵截面图。

具体实施方式

[0022] 以下参考附图来详细说明用于实施本发明的形态。其中，以下所示的实施方式例示了圆筒形非水电解液二次电池作为用于将本发明的技术思想具体化的圆筒形二次电池，但并不意图将本发明特定为圆筒形非水电解液二次电池。本发明在例如具备安全阀的圆筒形镍氢蓄电池等未脱离权利要求的范围所示的技术思想地进行了各种变更的构成中运能运用。

[0023] 首先，参考图1A以及图3A来说明各实验例中共通的圆筒形非水电解质二次电池的具体的构成以及制造方法。

[0024] [正极极板的制作]

[0025] 正极极板11如下那样制作。首先，将作为正极活性物质的锂钴复合氧化物(LiCoO2)95质量份、作为导电剂的乙炔黑2.5质量份、和作为粘结剂的聚偏氟乙烯(PVdF)粉末2.5质量份在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中混合，来调制正极合剂浆。接下来，用刮刀法将正极合剂浆涂敷在由厚度20μm的铝箔构成的正极芯体的两面，在干燥后用压缩辊进行压延。接下来，卷绕开始侧的正极芯体露出部通过焊接安装铝制的正极接头12，制作正极极板11。

[0026] [负极极板的制作]

[0027] 另外，负极极板13如下那样制作。首先，将作为负极活性物质的石墨粉末、作为粘结剂的丁苯橡胶(SBR)(苯乙烯∶丁二烯＝1∶1)、和作为增稠剂的羧甲基纤维素(CMC)分别成为石墨∶SBR∶CMC＝95∶3∶2地添加到水中，来调制负极合剂浆。通过刮刀法将该负极合剂浆涂敷在厚度8μm的铜箔制的负极芯体的两面，在干燥后用压缩辊进行压延。接下来，通过焊接在卷绕结束侧的负极芯体露出部安装由铜镍被覆件构成的负极接头14，制作负极极板13。

[0028] [非水电解液的调制]

[0029] 将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(MEC)和碳酸二乙酯(DEC)以体积比30∶60∶10(25℃)的比例进行混合后，使浓度成为1mol/L地溶解六氟磷酸锂(LIPF6)，调制非水电解液。

[0030] 使正极接头12成为卷绕开始侧地隔着由聚乙烯制微多孔质膜构成的隔膜15将上述那样制作的正极极板11以及负极极板13卷绕为相互绝缘的状态，在最外周粘贴聚丙烯制的胶带，由此制作圆筒状的卷绕电极体16。

[0031] [电池的组装]

[0032] 在上述那样制作的卷绕电极体16的上下配置中央开孔的绝缘板17以及18，在合适的位置将负极接头14折弯成L字状，使得前端部与有底圆筒状的外包装罐19的底部平行。将具备如此折弯的负极接头14的卷绕电极体16插入到圆筒状的外包装罐19内。接下来，通过电阻焊接将负极接头14固定在外包装罐19的底部的内侧。

[0033] 进而，将正极接头12穿过形成在上侧的绝缘板17的中央的孔并折弯成S字状，将其前端部焊接在构成封口体20A(实验例1)或20B(实验例2)的端子板21。另外，关于与各实验例对应的封口体20A以及20B的具体的构成，在后面叙述。

[0034] 之后，在外包装罐19内注入上述的非水电解液，在真空浸透后，用垫片22夹着封口体20A或20B的周围，以铆接固定外包装罐19的开口端部，由此制作各实验例的非水电解液二次电池10A(实验例1)以及10B(实验例2)。该非水电解液二次电池10A以及10B分别直径为18mm，长度为65mm，设计容量为2800mAh。

[0035] [实验例1]

[0036] 使用图1以及图2来说明实验例1的封口体20A的具体的构成。实验例1的封口体20A具有：成为正极端子的正极帽23；安全阀24A；和配置在安全阀24A的外周侧与端子板21的外周侧间、在中央部有开口的绝缘构件25A。将位于安全阀24A的中央部的通电接触部24b和端子板21的中央部激光焊接，在该部分进行安全阀24A与端子板21间的电导通。

[0037] 在安全阀24A的外周侧，在中央部的通电接触部24b的周围成为环状或断续地成为环状地形成例如由V字状的槽构成的薄壁部24a。将安全阀24A的外周侧和形成在正极帽23的外周侧的凸缘部焊接，使它们电气导通。安全阀24A具备如下功能：在电池内部的压力上升时变形，薄壁部24a破断而阻断通电接触部24b与正极帽23间的电导通，电流不再流到外部。

[0038] 在实验例1的封口体20A中的安全阀24A，在与端子板21对置一侧，在通电接触部24b的外周侧环状且断续地形成多个例如8个突起24c，这些突起24c分别向安全阀24A的中心侧倾斜。这些多个突起24c从安全阀24A的表面倾斜角度A(A＜90°)，并如图2的步骤1所示那样，对安全阀24A的中心侧的角部24d赋予圆角(R)。如此，若对角部24d赋予圆角(R)，则易于嵌合后述的绝缘构件25A，组装变得容易。另外，由于若使多个突起24c的角度A为锐角，则在使绝缘构件25A嵌合在多个突起24c后绝缘构件25A难以脱落，因此之后的工序的组装变得容易。

[0039] 该封口体20A的组装如以下那样进行。首先，将安全阀24A的外周侧和形成在正极帽23的外周侧的凸缘部焊接，从而将安全阀24A和正极帽23一体化。接下来，如图2的步骤2以及3所示那样，使环状且纵截面形状被折弯成Z状的绝缘构件25A嵌合在多个突起24c的中心侧。如图2的步骤2所示那样，该绝缘构件25A的Z状的折弯角度B大于多个突起24c相对于安全阀24A的倾斜角度A(其中A＜B＜90°)，进而，将绝缘构件25A向多个突起24c嵌入的方向的外周侧的直径比多个突起24c的角部24d的内径大了余隙C。另外，对绝缘构件25A向多个突起24c嵌入的部分的角部25a赋予(圆角)R。

[0040] 如此，若设为A＜B＜90°，并使绝缘构件25A向多个突起24c嵌入的方向的外周侧的直径比多个突起24c的角部24d的内径大，则由于在使绝缘构件25A嵌合到多个突起24c后绝缘构件25A难以脱落，因此变得易于进行之后的工序。另外，由于若对绝缘构件25A向多个突起24c嵌入的部分的角部25a赋予圆角(R)，则变得易于将绝缘构件25A嵌合到多个突起24c的内侧，因此组装变得容易。

[0041] 接下来，如图2的步骤3所示那样，将端子板21嵌合到嵌合在多个突起24c的内侧的绝缘构件25A的中心侧。另外，端子板21的向绝缘构件25A的嵌合方向外径，比绝缘构件25A的端子板21的接纳部侧的内径大了余隙D。另外，如图2的步骤4所示那样，端子板21的向绝缘构件25A嵌入的方向的角部21a跨外径方向的长度E、厚度方向的长度F形成锥形部。

[0042] 若如此使端子板21的向绝缘构件25A的嵌合方向外径大于绝缘构件25A的端子板21的接纳部侧的内径，则由于在使端子板21嵌合到绝缘构件25A后端子板21难以脱落，因此易于进行之后的工序。另外，若在端子板21的向绝缘构件25A的嵌入方向的角部21a形成锥形部，则变得易于使端子板21嵌合到绝缘构件25A的内侧。

[0043] 由此，绝缘构件25A在通过绝缘构件25A与安全阀24A绝缘的状态下稳固地定位、固定在多个突起24c的内侧。之后，通过将端子板21和安全阀24A的通电接触部24b激光焊接来确保端子板21与安全阀24A间的电导通。另外，端子板21与安全阀24A的通电接触部24b间的焊接不仅能采用激光焊接，还能采用基于电子束等的高能射线的焊接法。

[0044] 另外，在实验例1的封口体20A中，A＝60°、B＝62°、C＝0.04mm、D＝0.03mm、R的曲率半径＝0.20mm、D＝0.03mm、E＝0.10mm以及F＝0.15mm。其中，这些数值并不是临界的值，只要满足A＜B＜90°、0＜C＜R、D＜E以及E＜F的条件，就能实验性地适宜设定。

[0045] [实验例2]

[0046] 使用图3来说明实验例2的封口体20B。该实验例2的封口体20B与实验例1的封口体20A构成上相异的点在于，在与安全阀24B的端子板21对置的一侧未形成突起这一点以及绝缘构件25B成为环状的圆板状这一点，其它构成都实质与实验例1的封口体20A的情况同样。
为此，关于实验例2的封口体20B，对与实验例1的封口体20A相同的构成部分赋予相同参考标号，并省略它们的详细说明。

[0047] 实验例2的封口体20B的组装如下那样进行。作为绝缘构件25B，使用成为环状的圆板状、两面涂敷粘合剂(图示省略)的构件。首先，用粘合剂包围安全阀20B的通电接触部24b的周围地将绝缘构件25B贴附、固定。接下来，将端子板21通过粘贴在贴附于绝缘构件25B的表面的绝缘构件25B的表面来进行固定。由此，缘构件25B被在和安全阀24B绝缘的状态下固定。之后，通过将端子板21和安全阀24B的通电接触部24b激光焊接来确保端子板21与安全阀24B间的电导通，完成实验例2的封口体20B。

[0048] [生产率的确认]

[0049] 分别对实验例1的封口体20A以及实验例2的封口体20B测量连续进行一定数量的制造所需要的时间，其结果确认到实验例1的封口体20A的制造时间只用实验例2的封口体的制造时间的约1/2即可。认为这是因为，在实验例1的封口体20A中，仅将绝缘构件25A嵌合到形成在安全阀24A的多个突起24c，接下来只要嵌合端子板21组装就结束，与此相对，在实验例2的封口体20B中，绝缘构件25B的定位以及端子板21的定位需要花费时间。

[0050] [耐冲击性试验]

[0051] 接下来，分别对上述那样制作的实验例1的圆筒形非水电解质二次电池10A以及实验例2的圆筒形非水电解质二次电池10B不特别进行充电操作地进行耐冲击性试验。耐冲击性试验分别对多个圆筒形非水电解质二次电池10A、10B，使正极帽23向下1次、使外包装罐19的底部向下1次以及使外包装罐19的侧面向下1次，分别从1.85m的高度落下到混凝土上，将此作为1组，用形成在安全阀24A或24B与端子板21间的焊接部的焊接脱落发生率进行评价。将结果汇总示出在表1。

[0052] [表1]

[0053]

[0054] 从表1所示的结果确认到，在实验例1的圆筒形非水电解质二次电池10A的情况下，比实验例2的圆筒形非水电解质二次电池10B的情况下耐冲击性更良好。认为这是因为，在实验例1的封口体20A中，由于将绝缘构件25A嵌合在形成于安全阀24A的多个突起24c，端子板21隔着绝缘构件25A嵌合在多个突起，因此相比于实验例2的圆筒形非水电解质二次电池10B的情况，落下时的冲击更难加在形成于安全阀24A与端子板21间的焊接部。

[0055] 另外，在上述实验例1中，作为安全阀24A，示出了使用突起24c为多个环状且断续地形成的构成的示例，但该突起也可以是1个环状，进而也可以不是环状。同样地，作为绝缘构件25A示出了使用环状构成的示例，但该绝缘构件只要配合突起的形状而嵌合即可，也可以不是环状。

[0056] 标号的说明

[0057] 10A、10B 圆筒形非水电解质二次电池

[0058] 11 正极极板

[0059] 12 正极接头

[0060] 13 负极极板

[0061] 14 负极接头

[0062] 15 隔膜

[0063] 16 卷绕电极体

[0064] 17、18 绝缘板

[0065] 19 外包装罐

[0066] 20A、20B 封口体

[0067] 21 端子板

[0068] 21a 角部

[0069] 22 垫片

[0070] 23 正极帽

[0071] 24A、24B 安全阀

[0072] 24a 薄壁部

[0073] 24b 通电接触部

[0074] 24c 突起

[0075] 24d 角部

[0076] 25A、25B 绝缘构件