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CN103503194A - 密闭型电池及其制造方法 - Google Patents

密闭型电池及其制造方法 Download PDF

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CN103503194A
CN103503194A CN201280020668.1A CN201280020668A CN103503194A CN 103503194 A CN103503194 A CN 103503194A CN 201280020668 A CN201280020668 A CN 201280020668A CN 103503194 A CN103503194 A CN 103503194A
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CN
China
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periphery
safety valve
battery
terminal cap
enclosed
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Application number
CN201280020668.1A
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English (en)
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大和贤治
山下修一
山口勇马
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

本发明以高生产率提供具备导电性优异的带有安全阀的封口体的密闭型电池。一种通过在有底筒状的外装罐的开口部铆接固定封口体而进行密闭的密闭型电池的制造方法，其特征在于，该制造方法包括下述步骤：准备步骤，在该步骤中准备端子盖和安全阀，所述端子盖具有向电池外方突出的外部端子部和位于所述外部端子部的周缘的凸缘部，所述安全阀具有向电池内方突出的通电接触部和位于所述通电接触部的周缘的周边部，该周边部设有外周缘向电池外方折弯而成的折弯部；临时固定步骤，在该步骤中使所述安全阀和所述端子盖重合，使用所述折弯部进行临时固定；导电粘接步骤，在该步骤中将所述折弯部和所述周边部导电粘接。

Description

密闭型电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及密闭型电池，更详细而言，涉及具备带有安全阀的封口体的密闭型电池。
背景技术
非水电解质二次电池具有较高的能量密度，为高容量，因此，被广泛地利用为携带设备、电动工具等的驱动电源。
非水电解质二次电池使用可燃性的有机溶剂，因此，要求确保电池的安全性。因此，在用于密闭电池的封口体中装入在电池内压上升的情况下进行动作的电流隔断机构(例如参照专利文献1)。
使用图4说明专利文献1涉及的技术。图4是表示专利文献1涉及的密闭型电池的局部放大剖视图。如图4所示，密闭型电池在收容了电极体40和非水电解质的外装罐20的开口部隔着绝缘垫圈30配置有封口体10，并被铆接固定。另外，封口体10具有端子盖5、位于端子盖的电池内方面的安全阀3、位于安全阀的电池内方面的端子板1、将安全阀3和端子板1隔离而绝缘的绝缘板2。在此，为了保持端子盖5与安全阀3的导电接触，在端子盖5的沉孔5d中插入安全阀3的销状突起3d，在铆钉铆接固定之后对铆接部进行焊接。而且，电极体40的一方的电极和端子板1通过电极片8相连接。
对该密闭型电池的电流隔断机构的动作进行说明。当电池内压上升时，安全阀3的朝向电池内侧突出的凹部(通电接触部)3a以朝向电池外方鼓出的方式变形。当电池内压继续上升时，与安全阀3的通电接触部3a相连接的端子板1破断，从电极体40向端子盖5的电流供给被隔断。
在这样的电流隔断机构中，安全阀的上述动作需要顺利地进行，因此，要求其材料容易变形，另一方面，端子盖面对外部环境，因此，要求其材料具有强度。因此，安全阀使用柔软的铝系材料，端子盖使用刚性的铁系材料。就该材料系而言，彼此的熔点、电气特性有较大不同，因此难以将彼此良好地焊接(减小两者间的电阻)。因此，在上述技术中，主要使端子盖侧熔融进行焊接，从而将两者良好地焊接。
但是，在专利文献1的技术中，封口体的制作需要销状突起及沉孔的形成、销状突起及沉孔的对位、铆钉铆接固定、焊接等工序，存在生产效率不佳这样的问题。
另外，专利文献2～4提出有对封口体的各部件进行焊接来确保导通的技术，但是需要具有对部件进行铆接的部分或为了焊接而准备其他部件，因此，导致封口体的体积增加、工时增加，对生产率提高、电池容量增加有妨碍。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-86782号公报
专利文献2：日本特开2009-193862号公报
专利文献3：日本特开2006-351512号公报
专利文献4：日本特开2004-303571号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明是为了解决上述课题而做成的，其目的在于提供能高生产率地制造不易产生导电不良、具备节省空间的带有安全阀的封口体的密闭型电池。
用于解决课题的手段
用于解决上述课题的密闭型电池的制造方法涉及的第一本发明如下构成。
一种密闭型电池的制造方法，其通过在有底筒状的外装罐的开口部铆接固定封口体而进行密闭，该密闭型电池的制造方法的特征在于，其包括下述步骤：准备步骤，在该步骤中准备端子盖和安全阀，所述端子盖具有向电池外方突出的外部端子部和位于所述外部端子部的周缘的凸缘部，所述安全阀具有向电池内方突出的通电接触部和位于所述通电接触部的周缘的周边部，且该周边部设有外周缘向电池外方折弯而成的折弯部；临时固定步骤，在该步骤中使所述安全阀和所述端子盖重合，使用所述折弯部进行临时固定；导电粘接步骤，在该步骤中将所述折弯部与所述周边部导电粘接。
用于解决上述课题的密闭型电池的制造方法涉及的第二本发明如下构成。
一种密闭型电池的制造方法，其通过在有底筒状的外装罐的开口部铆接固定封口体而进行密闭，该密闭型电池的制造方法的特征在于，其包括下述步骤：准备步骤，在该步骤中准备端子盖和安全阀，所述端子盖具有向电池外方突出的外部端子部和位于所述外部端子部的周缘的凸缘部，所述安全阀具有向电池内方突出的通电接触部和位于所述通电接触部的周缘的周边部，所述安全阀的直径大于所述端子盖的直径；临时固定步骤，在该步骤中使所述安全阀和所述端子盖重合，将比所述凸缘部的边缘靠外侧的所述周边部向所述端子盖侧折弯而进行临时固定；导电粘接步骤，在该步骤中将折弯部附近的所述凸缘部和所述周边部导电粘接。
在上述方法中，使安全阀和端子盖重合，利用位于比端子盖的凸缘部的边缘靠外侧的安全阀的周边部向端子盖侧的折弯来将两者临时固定。采用该方法，与使用铆钉固定的方法相比，能提高生产率，且与利用安全阀铆接端子盖相比，能减小封口体体积。
另外，通过将折弯部附近的凸缘部与周边部导电粘接，能提高两者间的导电性(减小电阻)。
通过以上的作用，能以高生产率提供具备导电性优异、节省空间的带有安全阀的封口体的密闭型电池。
另外，也可以为下述结构：在临时固定步骤之后，从外侧对折弯部进行按压，使临时固定更牢固。
作为导电粘接，可采用使用焊接、导电粘接剂的方法。作为焊接，可采用使用激光、电子束等的高能量线的焊接、超声波焊接、钎焊等，其中优选激光焊接。另外，作为导电粘接剂，可以使用公知的导电粘接剂。例如，可以使用导电性填料分散于粘合剂中而成的粘接剂。作为粘合剂，优选环氧系树脂，作为导电性填料，优选银粉、镍粉、镀金粉、钯粉等金属粉、碳粉等。
在进行激光焊接的情况下，若采用以主要对凸缘部与周边部中的熔点高的材料侧照射激光的方式进行焊接的方法，则能抑制蒸发且良好地进行焊接。
作为安全阀材料，使用容易变形的铝系材料(纯铝及铝合金)，作为端子盖材料，多使用具有一定强度的铁系材料(铁及铁合金)，但在该情况下，优选以主要对熔点高的端子盖材料侧照射激光的方式进行焊接。
另外，当对折弯部附近的凸缘部与周边部的整个边界(折弯部外周)进行焊接时，两者间没有间隙，因此，能防止在电池内压上升的情况下等，从该间隙产生漏液。
另外，为了抑制封口体体积的增大、且容易地以主要对端子盖材料侧照射激光的方式进行焊接，优选为周边部的外周缘位于比凸缘部的电池外侧表面靠电池内侧表面侧的位置的结构。
用于解决上述课题的密闭型电池涉及的本发明如下构成。
一种密闭型电池，其通过在有底筒状的外装罐的开口部铆接固定封口体而进行密闭，其特征在于，所述封口体具备：端子盖，其具有向电池外方突出的外部端子部和位于所述外部端子部的周缘的凸缘部；安全阀，其具有位于比所述端子盖靠电池内方且向电池内方突出的通电接触部和位于所述通电接触部的周缘的周边部，该安全阀的直径大于所述端子盖的直径，所述安全阀的周边部的端部向所述端子盖的凸缘部侧折弯，且在折弯端部附近的所述周边部与所述凸缘部的边界部形成有导电粘接部。
发明效果
根据上述本发明，能以高生产率获得导电性优异的节省空间的带有安全阀的封口体，能提高使用该带有安全阀的封口体构成的密闭型电池的电流取出效率、生产率及体积能量密度。
附图说明
图1是本发明涉及的密闭型电池的局部放大剖视图。
图2是表示本发明涉及的密闭型电池所用的封口体的图。
图3是说明对本发明涉及的密闭型电池的端子盖和安全阀进行焊接的工序的图。
图4是专利文献1涉及的密闭型电池的局部放大剖视图。
具体实施方式
(实施方式1)
基于附图，使用应用于锂离子二次电池的例子详细地说明用于实施本发明的方式。图1是本实施方式涉及的密闭型电池的要部放大剖视图，图2是表示本发明涉及的密闭型电池所用的封口体的图。
如图1所示，本实施方式涉及的密闭型电池在收容了电极体40和非水电解质的外装罐20的开口部隔着绝缘垫圈30配置有封口体10，并被铆接固定。
另外，如图1、2所示，本实施方式涉及的密闭型电池所用的封口体10具备：通过电极片8与正极或负极电连接的端子板1；具有朝向电池外方突出的外部端子部5a的端子盖5；夹设于端子板1与端子盖5之间、在电池内部压力上升时发生变形而将端子板1与端子盖5的电连接隔断的安全阀3；在安全阀3隔断电流时防止安全阀3与端子板1的电接触的绝缘构件2。而且，电极体40的一方的电极与端子板1通过电极片8相连接。
另外，如图2、3所示，安全阀3的直径大于端子盖5的直径，且安全阀3的周边部3b向端子盖5的凸缘部5b侧折弯，折弯部附近形成有通过激光焊接被导电粘接而成的导电粘接部9。另外，周边部3b的外周缘位于比凸缘部5b的电池外侧表面靠内侧的位置。
另外，如图2、3所示，在端子盖5的外部端子部5a的一部分设有用于将电池内部的气体向电池外部放出的排气孔5c。
接着，说明上述结构的锂离子二次电池的制作方法。
＜正极的制作＞
将包含钴酸锂(LiCoO2)的正极活性物质、人造石墨等碳系导电剂和包含聚偏氟乙烯(PVDF)的粘结剂以质量比85.5∶9.5∶5的比例量取，并将它们与由N-甲基-2-吡咯烷酮构成的有机溶剂等混合，由此调制正极活性物质浆料。
接着，使用涂料机或刮刀等在由铝箔(厚度：20μm)构成的正极芯体的两面以均匀的厚度涂敷该正极活性物质浆料。
将该极板通过干燥机内而除去上述有机溶剂，由此制作干燥极板。使用辊压机对该干燥极板进行轧制、裁断。然后，利用超声波焊接安装由铝箔构成的正极集电片，由此制作正极板。
作为本实施方式涉及的锂离子二次电池所用的正极活性物质，除了上述钴酸锂以外，还可以单独或混合两种以上使用例如镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMn2O4)或利用其他元素置换在上述氧化物中含有的过渡金属的一部分而得到的氧化物等含锂过渡金属复合氧化物、磷酸铁锂(LiFePO4)等。
＜负极的制作＞
将由石墨粒子构成的负极活性物质、由丁苯橡胶构成的粘结剂和由羧甲基纤维素构成的增粘剂以质量比100∶3∶2的比例混合，并将它们与适量的水混合，由此调制负极活性物质浆料。
接着，使用涂料机或刮刀等在由铜箔(厚度：15μm)构成的负极芯体的两面以均匀的厚度涂敷该负极活性物质浆料。
将该极板通过干燥机内而除去水分，由此制作干燥极板。然后，使用辊压机对该干燥极板进行轧制、裁断。然后，利用超声波焊接安装由铜箔构成的负极集电片，由此制作负极板。
在此，作为本实施方式涉及的锂离子二次电池所用的负极材料，例如可以使用从由天然石墨、人造石墨、碳黑、焦炭、玻璃状碳、碳纤维或它们的烧成体等碳质物、硅、硅合金、锂、锂合金及能吸收·放出锂的金属氧化物构成的组中选择的一种以上。
＜电极体的制作＞
将由上述正极、负极和由聚乙烯制微多孔膜构成的隔膜利用卷取机卷绕，并设置绝缘性的止卷带，由此完成卷绕电极体。
<封口体的制作>
(准备步骤)
利用塑性加工等公知的方法制作端子盖5和安全阀3，该端子盖5具有向电池外方突出的外部端子部5a、位于外部端子部5a周缘的凸缘部5b和设于外部端子部5a肩部的排气孔5c，该安全阀3具有向电池内方突出的通电接触部3a、位于通电接触部3a周缘的周边部3b和在周边部3b上以环绕通电接触部3a的方式设置的槽口3c。需要说明的是，安全阀3的直径大于端子盖5的直径，安全阀3的周边部3b的外周缘向与通电接触部3a的突出方向相反的方向折弯。另外，端子盖的材料例如可以使用被镀镍了的铁板，安全阀的材料例如可以使用铝板。
(临时固定步骤)
然后，在上述安全阀3的上表面配置上述端子盖5，端子盖5的凸缘部5b嵌入安全阀3的周缘部3b的折弯部中，从而进行临时固定(参照图3(a))。
然后，使用冲压模具从左右方向按压，使通过铆接进行的安全阀3和端子盖5的临时固定更加牢固(参照图3(b))。
需要说明的是，安全阀3的周缘部3b的周缘的折弯也可以在安全阀3与端子盖5对位并重合后进行。
(导电粘接步骤)
对铆接固定部附近的端子盖材料照射激光(参照图3(c))，对凸缘部5b与周边部3b进行焊接(导电粘接)(参照图3(d))。此时，优选对铆接固定部整周进行激光焊接。
需要说明的是，代替激光焊接，也可以使用导电粘接剂将铆接固定部附近的端子盖5与安全阀3导电粘接。
然后，在该安全阀3的下表面隔着树脂制的绝缘板2焊接铝制的端子板1，由此制作封口体10(参照图2)。
＜电解液的制作＞
向将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸二乙酯(DEC)以体积比1∶1∶8的比例(换算成1大气压、25℃的情况下的比例)混合而成的非水溶剂中以1.0M(摩尔/升)的比例溶解作为电解质盐的LiPF6，由此得到电解液。
在此，作为本实施方式涉及的锂离子二次电池所使用的非水溶剂，不限定于上述的组合，例如也可以混合碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、γ-丁内酯等锂盐的溶解度高的高介电常数溶剂和碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、1，2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、苯甲醚、1，4-二
Figure BDA0000403050650000081
烷、4-甲基-2-戊酮、环己酮、乙腈、丙腈、二甲基甲酰胺、环丁砜、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯等低粘性溶剂来使用。另外，也可以为所述高介电常数溶剂、低粘性溶剂分别为两种以上的混合溶剂。另外，作为电解质盐，除了上述LiPF6以外，还可以单独或混合两种以上使用例如LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiClO4或LiBF4等。另外，为了提高安全阀的效果，可以向电解液中添加环己苯、特戊基苯等芳香族化合物。
＜电池的组装＞
对上述电极体的正极集电体和圆筒形角形外装罐的罐底进行焊接，向上述电解液和外装罐内注液，将封口体的端子板与负极集电体通过电极片8电连接之后，隔着垫圈对外装罐的开口部进行铆接加工而进行密封，由此组装本实施方式涉及的电池。
(实施例1)
与上述实施方式同样地制作高度65mm、直径18mm的实施例1涉及的电池。
(比较例1)
除了具备上述专利文献1的技术涉及的封口体以外，与上述实施方式同样地制作比较例1涉及的电池。在此，销状突起及沉孔的数量分别为3个。另外，沉孔的直径为大径部1.4mm，小径部1.0mm，销状突起的直径为0.9mm，高度为0.5mm。
〔生产率试验〕
利用安装端子盖和安全阀的工序中的、两者的定位所需的时间来评价上述实施例1及比较例1的电池的生产率。其结果为，比较例1需要实施例1的大概两倍的时间。
一般认为该结果是由于：在比较例1中，需要对销状突起和沉孔的位置进行对位，而在实施例1中，不需要这样的定位。
〔漏液性试验〕
分别准备100个上述实施例1及比较例1的电池，将这些电池在室温(25℃)气氛下、以恒流0.1It(125mA)充电13小时。此时，通过目视确认向安全阀上有无漏液。其结果为，实施例1的电池未看到漏液，而在比较例1中，看到100个中有3个电池漏液。
一般认为该结果是由于：在实施例1中，在外周端整周对安全阀和端子盖进行焊接，在两者间不存在间隙，而在比较例1中，仅在销状突起和沉孔之间进行安全阀和端子盖的溶接，在外周端产生间隙。
〔焊接可靠性试验〕
将上述实施例1及比较例1的电池以恒流1It(1250mA)充电至电压为4.2V，然后以恒压4.2V充电至电流为0.02It(25mA)。然后，投入到槽内温度在0.5小时内从-30℃变化到70℃的恒温槽内，进行400个以-30℃～70℃～-30℃的变化为一个循环的温度变化循环。利用AC微电阻计(日置电机制)测定试验前后的安全阀与端子盖间的电阻值。其结果是，两者的电阻上升值(试验后电阻和试验前电阻之差)的差大致相等(1mΩ以下)。
一般认为该结果是由于：实施例1、比较例1均通过焊接牢固地固定安全阀和端子盖，因此，两者之间导电接触状态几乎不因温度变化等而变化。
根据以上的各试验结果可知，根据本发明，能以高生产率实现具备导电性优异、不易发生漏液的带有安全阀的封口体的密闭型电池。
工业实用性
如以上说明的那样，根据本发明，能以高生产率实现导电性优异的带有安全阀的封口体，由此，能以低成本制造电流的取出效率优异的密闭型电池。因此，工业上的意义较大。
符号说明
1端子板
2绝缘板
3安全阀
3a通电接触部
3b周边部
3c槽口
5端子盖
5a外部端子部
5b凸缘部
5c排气孔
8电极片
9导电粘接部
10封口体
20外装罐
30绝缘垫圈
40电极体

Claims (8)

1.一种密闭型电池的制造方法，其通过在有底筒状的外装罐的开口部铆接固定封口体而进行密闭，
该密闭型电池的制造方法的特征在于，其包括下述步骤：
准备步骤，在该步骤中准备端子盖和安全阀，
所述端子盖具有向电池外方突出的外部端子部和位于所述外部端子部的周缘的凸缘部，
所述安全阀具有向电池内方突出的通电接触部和位于所述通电接触部的周缘的周边部，且该周边部设有外周缘向电池外方折弯而成的折弯部；
临时固定步骤，在该步骤中使所述安全阀和所述端子盖重合，使用所述折弯部进行临时固定；
导电粘接步骤，在该步骤中将所述折弯部与所述周边部导电粘接。
2.一种密闭型电池的制造方法，其通过在有底筒状的外装罐的开口部铆接固定封口体而进行密闭，
该密闭型电池的制造方法的特征在于，其包括下述步骤：
准备步骤，在该步骤中准备端子盖和安全阀，
所述端子盖具有向电池外方突出的外部端子部和位于所述外部端子部的周缘的凸缘部，
所述安全阀具有向电池内方突出的通电接触部和位于所述通电接触部的周缘的周边部，所述安全阀的直径大于所述端子盖的直径；
临时固定步骤，在该步骤中使所述安全阀和所述端子盖重合，将比所述凸缘部的边缘靠外侧的所述周边部向所述端子盖侧折弯而进行临时固定；
导电粘接步骤，在该步骤中将折弯部附近的所述凸缘部和所述周边部导电粘接。
3.根据权利要求1或2所述的密闭型电池的制造方法，其特征在于，
所述导电粘接步骤是对所述凸缘部和所述周边部进行焊接的步骤。
4.根据权利要求3所述的密闭型电池的制造方法，其特征在于，
所述导电粘接步骤是以主要对所述凸缘部与所述周边部中的熔点高的材料侧照射激光的方式进行焊接的步骤。
5.根据权利要求3或4所述的密闭型电池的制造方法，其特征在于，
所述导电粘接步骤是对所述折弯部附近的所述凸缘部与所述周边部的整个边界进行焊接的步骤。
6.根据权利要求1或2所述的密闭型电池的制造方法，其特征在于，
所述导电粘接步骤是使用导电粘接剂对所述凸缘部与所述周边部进行导电粘接的步骤。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的密闭型电池的制造方法，其特征在于，
所述周边部的外周缘位于比所述凸缘部的电池外侧表面靠电池内侧表面侧的位置。
8.一种密闭型电池，其通过在有底筒状的外装罐的开口部铆接固定封口体而进行密闭，其特征在于，
所述封口体具备：
端子盖，其具有向电池外方突出的外部端子部和位于所述外部端子部的周缘的凸缘部；
安全阀，其具有位于比所述端子盖靠电池内方且向电池内方突出的通电接触部和位于所述通电接触部的周缘的周边部，该安全阀的直径大于所述端子盖的直径，
所述安全阀的周边部的端部向所述端子盖的凸缘部侧折弯，且在折弯端部附近的所述周边部与所述凸缘部的边界部形成有导电粘接部。
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