圓筒形鋰離子電池的制作方法
【專利摘要】本發明的鋰離子電池將隔著隔離物卷繞正極和負極所得的電極群(20)容納在電池殼體(1)內，其中，電池殼體的開口部借助襯墊被封口板(5)封口，在電極群(20)的封口板(5)側配設形成有多個開口部的絕緣板(8)，開口部具備具有最大開口面積的第一孔(8a)、具有比第一孔(8a)小的開口面積的多個第二孔(8b)，第一孔(8a)的開口率是12％以上40％以下，第二孔(8b)的開口率的和是0.3％以上10％以下，開口部整體的開口率是20％以上50％以下。
【專利說明】圓筒形鋰離子電池
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋰離子電池，特別涉及圓筒形電池的上部絕緣板的改進。
【背景技術】
[0002]一般將發電元件容納在有底圓筒形的金屬制的電池殼體中，通過金屬制的封口板對該其開口部進行封口，而構成圓筒形電池。在鋰離子二次電池等二次電池中，發電元件由電極群和電解質構成。在正極和負極之間隔著隔離物地將將正極和負極卷繞為漩渦狀而構成電極群。隔離物對正極和負極之間進行絕緣，并且具有保持電解質的功能。
[0003]封口板具有用于確保電池的安全性的閥機構。在電池發生異常且電池殼體的內部的壓力上升到規定值以上時，閥機構打開，釋放電池殼體的內部的氣體。由此，防止電池殼體的龜裂等事故。
[0004]但是，近年來，伴隨著電子設備的多功能化，電池的高容量化正在逐步發展，其結果是發生異常時的電池殼體內部的壓力的上升也逐步增大，特別地電極群的端部的上部絕緣板無法耐受該壓力而變形，電極群逐漸上升，因此有可能塞住排氣孔。為了應對該情況，提出了各種確保電池的安全性的技術。
[0005]例如，在專利文獻I中，記載了以下的技術，即將上部絕緣板的直徑設為與形成在電池殼體的槽部的內徑同等或更大的大小，來抑制電極群的移動。
[0006]專利文獻1:日本特開2002-100343號公報
【發明內容】
_7] 發明要解決的問題
[0008]但是，在現有的圓筒形電池中，在電池殼體內部的壓力異常地上升時，上部絕緣板的中心部彎曲變形,例如電極群逐漸上升，由此有可能塞住封口板的閥板的破壞閥體破壞時形成的閥孔。另外，在這樣的情況下，有可能無法迅速地釋放電池殼體的內部的氣體。
[0009]本發明就是鑒于上述問題點而提出的，其目的在于:提供一種圓筒形電池，其防止在電池殼體的內部的壓力上升時由于絕緣板的變形而塞住設置在封口板的閥板的閥孔，能夠提高安全性。
[0010]用于解決問題的方案
[0011]為了達到上述目的，本發明的圓筒形鋰離子電池將隔著隔離物卷繞或層疊正極和負極所得的電極群容納在電池殼體內，在該圓筒形鋰離子電池中，電池殼體的開口部借助襯墊被具備氣體排出閥的封口板封口，在電極群的封口板側配設形成有多個開口部的絕緣板，開口部具備具有最大開口面積的第一孔、具有比第一孔小的開口面積的多個第二孔，在絕緣板中，第一孔的開口率是12%以上40%以下，第二孔的開口率的和是0.3%以上10%以下，開口部整體的開口率是20%以上50%以下。
[0012]此外，多個第二孔的開口面積也可以全部具有相同的大小，或者具有不同的大小。另外，第一孔、以及第二孔的形狀沒有限定。[0013]對于具有最大開口面積的第一孔的開口率，為了確保電解液向電極群的注液性優選12%以上，為了確保絕緣性優選40%以下。另外，對于具有比第一孔小的開口面積的多個第二孔的開口率的和，為了確保加工性優選0.3%以上，為了確保絕緣性優選10%以下。另外，對于開口部整體的開口率，為了在異常時迅速地將從電極群產生的氣體向外部排出，優選20%以上，為了抑制電極群的移動優選50%以下。
[0014]發明的效果
[0015]根據本發明，在電池殼體的內部的壓力上升時，能夠迅速地釋放從電極群產生的氣體，并且即使電池殼體的內部的壓力上升也能夠防止絕緣板的變形，電極群不會逐漸上升，不會塞住閥孔。因此，根據本發明，能夠提高電池的安全性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是表示本發明的一個實施方式所涉及的圓筒形電池的概要結構的截面圖。
[0017]圖2是本發明的一個實施方式的上部絕緣板的概要圖。
【具體實施方式】
[0018](實施方式I)
[0019]以下，參照附圖，詳細說明本發明的實施方式。
[0020]在圖1中，通過截面圖表示本發明的一個實施方式所涉及的圓筒形電池的概要結構。圖示例子的電池10是圓筒形的鋰離子二次電池，具備將正極2、負極3、以及隔在它們之間的隔離物4卷繞為漩渦狀而構成的電極群20。電極群20與未圖示的非水電解質一起被容納在有底圓筒形的金屬制的電池殼體I中。電池殼體I的開口部被封口部5封口，由此電極群20和非水電解質被密閉在電池殼體I的內部。
[0021]封口板5由以下構成，即由導體構成的、帽子狀的端子板11、環狀的正溫度系數熱敏電阻器板(Positive Temperature Coefficient:PTC熱敏電阻器板)12、圓形的上部閥板13和下部閥板15、以及基板16、由絕緣體構成的環狀的內襯墊14。內襯墊14被配設在上部閥板13的周邊部和下部閥板15的周邊部之間，防止上部閥板13的周邊部和下部閥板15的周邊部接觸。另外，內襯墊14隔在后面說明的基板16的圓筒部16b和端子板11的周緣部之間使得兩者不接觸。
[0022]在封口板5的周緣部和電池殼體I的開口部之間，配設由絕緣體構成的外襯墊17。外襯墊17對封口板5和電池殼體I之間進行密封，并且對它們之間進行絕緣。
[0023]端子板11和PTC熱敏電阻器板12在它們的周邊部接觸。PTC熱敏電阻器板12和上部閥板13在它們的周邊部接觸。上部閥板13和下部閥板15在它們的中央部熔接。下部閥板15和基板16在它們的周邊部接觸。以上的結果是端子板11和基板16相互導通。
[0024]封口板5的基板16經由正極2和正極引線6導通。其結果是封口板5的端子板11作為電池10的正極側的外部端子發揮功能。另一方面，電池殼體I經由負極引線7與負極3導通，作為電池10的負極側的外部端子發揮功能。
[0025]基板16具有薄的圓盤狀的主體16a、從其周緣部豎起的圓筒部16b。在基板16的主體16a的周邊部上載置下部閥板15，在其周邊部上載置內襯墊14，進而在其上順序地載置下部閥板15、PTC熱敏電阻器板12、以及端子板11。這時，內襯墊14的外緣部成為比基板16的圓筒部16b的端部突出的狀態。在該狀態下，通過使基板16的圓筒部16b的上端部向內側彎曲地進行鉚接，而將端子板11、PTC熱敏電阻器板12、上部閥板13、內襯墊14、以及下部閥板15保持在基板16上。這時，端子板11、PTC熱敏電阻器板12、以及上部閥板13的周緣部被內襯墊14隔離使得不與基板16的圓筒部16b接觸。
[0026]封口板5的端子板11具有多個外部氣體通孔22。基板16也具有多個內部氣體通孔21。
[0027]對于上部閥板13，被環狀的槽13a圍住的圓形的內側部13b形成在中央部。上部閥板13的內側部13b被內側部13b的周圍的外側部13c支持。在內側部13b破壞時，在該處形成閥孔。
[0028]另一方面，對于下部閥板15，被環狀的槽15a圍住的圓形的內側部15b形成在中央部。下部閥板15的內側部15b被內側部15b的周圍的外側部15c支持。在內側部15b破壞時，在該處形成閥孔。
[0029]下部閥板15的內側部15b的直徑被設為比上部閥板13的內側部13b的直徑稍小。另外，下部閥板15的內側部15b整體與上部閥板13的內側部13b重疊。
[0030]環狀的PTC熱敏電阻器板12的中央的孔的內徑被設為比上部閥板13的可破壞部13b的直徑稍大。另外，上部閥板13的可破壞部13b整體與PTC熱敏電阻器板12的中央的孔的投射形狀重疊。內襯墊14的中央的孔的內徑被設為比PTC熱敏電阻器板12的中央的孔的內徑大。PTC熱敏電阻器板12的中央的孔的投射形狀整體與內襯墊14的中央的孔的投射形狀重疊。
[0031]在基板16設置有多個內部氣體通孔21，通過主體16a與正極引線熔接。
[0032]在電池殼體I的內部，在電極群20的上側和下側，分別配設上部絕緣板8和下部絕緣板9。
[0033]如圖2所示,在上部絕緣板8上具有多個氣體通孔,具備具有最大開口面積的孔8a和其他孔8b的多個孔，具有最大開口面積8a的孔的開口率是12%以上40%以下，具有其他孔8b的孔的開口率的和是0.3%以上10%以下，整體的開口率是20%以上50%以下。
[0034]通過以上的結構，在由于某些的事故而電池殼體I內部的壓力異常地上升時，上部閥板13和下部閥板15的可破壞部13b和15b被沖破，在上部閥板13和下部閥板15形成未圖示的閥孔。其結果是電池殼體I的內部的氣體通過上部絕緣板的氣體通孔8a、8b、基板16的內部氣體通孔21、上部閥板13和下部閥板15的上述閥孔、以及端子板11的外部氣體通孔22釋放到外部。
[0035]另外，PTC熱敏電阻器板12在流過過大電流時溫度上升，切斷電流。
[0036]另外，有時電池殼體I的內部的壓力異常地上升。在這樣的時候，也是上部絕緣板8的具有最大開口面積的孔8a的開口率是12%以上40%以下，其他孔8b的開口率的和是
0.3%以上10%以下，整體的開口率是20%以上50%以下，因此能夠防止電池殼體I的內部的壓力的上升、以及上部絕緣板8的變形，能夠防止電極群20逐漸上升等而上部閥板13和下部閥板15的閥孔被基板16完全塞住的情況。由此,能夠確保電池殼體I的內部的氣體的通道。因此，能夠提高電池的安全性。
[0037]以下，參照圖1和圖2說明了本發明的實施方式1，但本發明并不限于此。
[0038]實施例[0039]接著，說明基于實施方式I的本發明的實施例。
[0040][實施例1]
[0041]以下，制作由鋰離子二次電池構成的試驗體。
[0042](正極的制作)
[0043]作為正極活性物質，使用平均粒徑為10 μ m的含鋰鎳復合氧化物(LiNi0.85Co0.1Al0.05)。向100重量份的正極活性物質中混合作為粘接劑的8重量份的聚偏氟乙烯(PVDF)、作為導電材料的3重量份的乙炔黑、適量的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)而調制正極合劑膏。
[0044]除了正極引線6的連接部分以外，將該正極合劑膏涂抹在由鋁箔構成的正極集電體2a的兩面并進行干燥，形成正極合劑層2b。這樣，制作正極的前體，然后對其進行滾壓而得到正極。這時，對正極的前體進行滾壓使得正極集電體2a的每一面的正極合劑層2b的厚度為70 μ m。
[0045]另外，作為正極集電體2a使用的鋁箔的長度是600mm，寬度是54mm，厚度是20 μ m。另外，正極引線6的連接部分如后述那樣形成在正極的卷繞開始的部分。
[0046](負極的制作)
[0047]作為負極活性物質，使用平均粒徑為20 μ m的人造石墨。向100重量份的負極活性物質中混合作為粘接劑的I重量份的丁苯橡膠、作為增粘劑的I重量份的羧甲基纖維素、適量的水而調制負極合劑膏。
[0048]除了負極引線7的連接部分以外，將該負極合劑膏涂抹在由銅箔構成的負極集電體3a的兩面并進行干燥，形成負極合劑層3b。這樣，制作負極的前體，然后對其進行滾壓而得到負極。這時，對負極的前體進行滾壓使得負極集電體3a的每一面的負極合劑層3b的厚度為65 μ m。
[0049]另外，作為負極集電體3a使用的銅箔的長度是630臟，寬度是56臟，厚度是10 μ m。另外，負極引線7的連接部分形成在負極的卷繞結束的部分。負極引線7通過超聲波熔接法與上述連接部分連接。
[0050](封口板的制作)
[0051]制作圖1所示的封口板5。上部閥板13和下部閥板15是鋁制的。端子板11是鐵制的。基板16是鋁制的。內襯墊14是聚丙烯制的。在基本16的底面形成兩個內部氣體通孔21。
[0052](電池的組裝)
[0053]中間隔著隔離物4地層疊上述那樣制作的正極和負極，得到層疊體。對隔離物4使用厚度為20 μ m的聚乙烯制的多孔膜。將正極引線6與所得到的層疊體的正極的卷繞開始的部分連接，將負極引線7與負極的卷繞結束的部分連接。在該狀態下，將上述層疊體卷繞為漩渦狀而得到電極群20。
[0054]將這樣得到的電極群20容納在鐵制的電池殼體I中。這時,通過激光熔接法將正極引線6與在周緣部安裝了聚丙烯制的外襯墊17所得的封口板5的基板16熔接，通過電阻熔接法將負極引線7與電池殼體I的底部熔接。使用直徑(外徑)為18mm、高度為65mm、罐壁的厚度為0.15mm的電池殼體I。該電池殼體I的厚度接近通常市場銷售的圓筒形的鋰離子二次電池的電池殼體的厚度。另外，在電極群20的上側和下側分別配設玻璃苯酚制的上部絕緣板8和聚丙烯制的下部絕緣板9。對于上部絕緣板8，具有最大開口面積的孔8a的開口率是30%，其他孔8b的開口率的和是5%，整體的開口率是35%。
[0055]然后，向電池殼體I注入非水電解質。通過向以一比一的體積比將碳酸乙烯和甲基乙基碳酸混合所得的混合溶液以1.0mol/L的濃度溶解六氟化磷酸鋰(LiPF6),來調制非水電解質。
[0056]然后，在電池殼體I的相對于開口端部為5mm的位置，以在周方向上繞電池殼體I一周的方式形成向內側突出的突出部la(參照圖1)，由此將電極群20保持在電池殼體I的內部。
[0057]接著，在將封口板5配置在電池殼體I的開口部使得裝載在突出部Ia上后，使電池殼體I的開口部向內側彎曲地進行鉚接，對電池殼體I進行封口。
[0058]如以上那樣，制作由直徑18mm、高度65mm的圓筒形的鋰離子二次電池構成的10個試驗體。該鋰離子二次電池的設計容量為3400mAh。
[0059]對制作出的10個試驗體實施以下這樣的試驗。首先，在25°C的環境下，通過1500mA的電流進行充電直到電池電壓成為4.25V為止。將充電后的試驗體放置在熱板上，從25°C到200°C為止進行加熱使得溫度每秒上升1°C。然后，對在電池殼體I上產生了龜裂的試驗體的個數進行計數。在下述表I中表示其結果。
[0060][實施例2]
[0061]對于上部絕緣板8，具有最大開口面積的孔8a的開口率是12%，其他孔8b的開口率的和是9%，整體的開口率是21%，除此以外與實施例1同樣地，制作由鋰離子二次電池構成的10個試驗體。然后，對這些試驗體進行與在實施例1中進行的試驗相同內容的試驗。在下述表I中表示其結果。
[0062][實施例3]
[0063]對于上部絕緣板8，具有最大開口面積的孔8a的開口率是40 %，其他孔8b的開口率的和是5%，整體的開口率是45%，除此以外與實施例1同樣地，制作由鋰離子二次電池構成的10個試驗體。然后，對這些試驗體進行與在實施例1中進行的試驗相同內容的試驗。在下述表I中表示其結果。
[0064][實施例4]
[0065]對于上部絕緣板8，具有最大開口面積的孔8a的開口率是30 %，其他孔8b的開口率的和是0.3%，整體的開口率是30.3%，除此以外與實施例1同樣地，制作由鋰離子二次電池構成的10個試驗體。然后，對這些試驗體進行與在實施例1中進行的試驗相同內容的試驗。在下述表I中表示其結果。
[0066][實施例5]
[0067]對于上部絕緣板8，具有最大開口面積的孔8a的開口率是30 %，其他孔8b的開口率的和是10%，整體的開口率是40%，除此以外與實施例1同樣地，制作由鋰離子二次電池構成的10個試驗體。然后，對這些試驗體進行與在實施例1中進行的試驗相同內容的試驗。在下述表I中表示其結果。
[0068][實施例6]
[0069]對于上部絕緣板8，具有最大開口面積的孔8a的開口率是17%，其他孔8b的開口率的和是3%，整體的開口率是20%，除此以外與實施例1同樣地，制作由鋰離子二次電池構成的10個試驗體。然后，對這些試驗體進行與在實施例1中進行的試驗相同內容的試驗。在下述表I中表示其結果。
[0070][實施例7]
[0071 ] 對于上部絕緣板8，具有最大開口面積的孔8a的開口率是40 %，其他孔8b的開口率的和是10%，整體的開口率是50%，除此以外與實施例1同樣地，制作由鋰離子二次電池構成的10個試驗體。然后，對這些試驗體進行與在實施例1中進行的試驗相同內容的試驗。在下述表I中表示其結果。
[0072][實施例8]
[0073]對于上部絕緣板8，具有最大開口面積的孔8a的開口率是21 %，其他孔8b的開口率的和是9%，整體的開口率是30%，除此以外與實施例1同樣地，制作由鋰離子二次電池構成的10個試驗體。然后，對這些試驗體進行與在實施例1中進行的試驗相同內容的試驗。在下述表I中表示其結果。
[0074][實施例9]
[0075]對于上部絕緣板8，具有最大開口面積的孔8a的開口率是29 %，其他孔8b的開口率的和是1%，整體的開口率是30%，除此以外與實施例1同樣地，制作由鋰離子二次電池構成的10個試驗體。然后，對這些試驗體進行與在實施例1中進行的試驗相同內容的試驗。在下述表I中表示其結果。
[0076][實施例10]
[0077]對于上部絕緣板8，具有最大開口面積的孔8a的開口率是33 %，其他孔8b的開口率的和是9.5%，整體的開口率是42.5%，除此以外與實施例1同樣地，制作由鋰離子二次電池構成的10個試驗體。然后，對這些試驗體進行與在實施例1中進行的試驗相同內容的試驗。在下述表I中表示其結果。
[0078][比較例子I]
[0079]對于上部絕緣板8，具有最大開口面積的孔8a的開口率是15%，其他孔8b的開口率的和是3%，整體的開口率是18%，除此以外與實施例1同樣地，制作由鋰離子二次電池構成的10個試驗體。然后，對這些試驗體進行與在實施例1中進行的試驗相同內容的試驗。在下述表I中表示其結果。
[0080][比較例子2]
[0081]對于上部絕緣板8，具有最大開口面積的孔8a的開口率是13%，其他孔8b的開口率的和是2%，整體的開口率是15%，除此以外與實施例1同樣地，制作由鋰離子二次電池構成的10個試驗體。然后，對這些試驗體進行與在實施例1中進行的試驗相同內容的試驗。在下述表I中表示其結果。
[0082][比較例子3]
[0083]對于上部絕緣板8，具有最大開口面積的孔8a的開口率是12%，其他孔8b的開口率的和是0.3%，整體的開口率是12.3%，除此以外與實施例1同樣地，制作由鋰離子二次電池構成的10個試驗體。然后，對這些試驗體進行與在實施例1中進行的試驗相同內容的試驗。在下述表I中表示其結果。
[0084]表I
[0085]
【權利要求】
1.一種圓筒形鋰離子電池，其將隔著隔離物卷繞正極和負極而成的電極群容納在電池殼體內，該圓筒形鋰離子電池的特征在于， 上述電池殼體的開口部借助襯墊被具備氣體排出閥的封口板封口， 在上述電極群的上述封口板側配設形成有多個開口部的絕緣板， 上述開口部具備具有最大開口面積的第一孔、以及具有比該第一孔小的開口面積的多個第二孔， 在上述絕緣板中，上述第一孔的開口率是12%以上40%以下，上述第二孔的開口率的和是0.3%以上10%以下，上述開口部整體的開口率是20%以上50%以下。
2.根據權利要求1所述的圓筒形鋰離子電池，其特征在于， 上述絕緣板由在上述電池殼體的側壁向徑向內側突出地形成的槽部來保持。
3.根據權利要求1或2所述的圓筒形鋰離子電池，其特征在于， 上述正極的活性物質是含有鋰和鎳的含鋰鎳復合氧化物， 上述圓筒形鋰離子電池的每單位體積的容量是0.18Ah/cm3以上。
【文檔編號】H01M10/0587GK103931042SQ201280055522
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年12月28日 優先權日:2011年12月28日
【發明者】橫山智彥, 村岡芳幸, 福岡孝博, 宮田恭介 申請人:松下電器產業株式會社