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CN1604356A - 密封型电池 - Google Patents

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CN1604356A
CN1604356A CNA2004100809116A CN200410080911A CN1604356A CN 1604356 A CN1604356 A CN 1604356A CN A2004100809116 A CNA2004100809116 A CN A2004100809116A CN 200410080911 A CN200410080911 A CN 200410080911A CN 1604356 A CN1604356 A CN 1604356A
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Abstract

本发明提供一种不会使绝缘密封件的密封性降低、使电池容量增加的密封型电池。具有堵住电池盒的开口的盖、设在盖上的端子安装孔、介由绝缘密封件嵌合在端子安装孔中的负极端子。负极端子包括头部、连接在头部下面的锥形部、突出于锥形部下方而设置的轴部。绝缘密封件配有：具有负极端子的轴部插通的插通孔的筒部、介于负极端子的头部和盖之间的凸缘部。负极端子的锥形部的上端的外径尺寸设定成比在安装前的自由状态下插通孔的上端开口的内径尺寸更大。通过上下方向的压缩使负极端子密封，锥形部的外周面向斜下方按压绝缘密封件的插通孔的上端开口周围边缘，以压瘪的状态紧贴在插通孔的上端开口周围边缘。

Description

密封型电池
技术领域
本发明涉及安装在小型电器等上的锂离子(lithium ion)二次电池等密封型电池。
背景技术
在专利文献1～7的密封型电池中，在堵住电池盒的开口上面的盖上设置贯通状的端子安装孔，介由分别配置在盖的内外的绝缘密封件以及绝缘板，输出端子被密封固定在端子安装孔中不能被拔出来。
在上述密封时，输出端子的头部按压在绝缘密封件的上面，绝缘密封件紧贴在输出端子的头部以及盖的上面，以绝缘密封件使输出端子和盖之间密封而保持在气密、液密状态，同时电绝缘。
对该密封型电池来说，伴随电器的高性能化要求增加电池容量，然而电器的电池收放空间(space)不能简单地改变。为此，考虑了不改变电池的外型尺寸增大电池盒的内部容积，通过增大电池盒内的电极，来增加电池容量。
对例如通过将与输出端子的下面接触的绝缘密封件削薄，将输出端子的头部引入电池里面，仅该引入的部分就使电池盒的上下尺寸变大进行了研究。
【专利文献1】实开平7-14559号公报(段落编号0017-0020、图1)
【专利文献2】特开平7-105919号公报(段落编号0008、图2)
【专利文献3】特开平10-241651号公报(段落编号0021、图1)
【专利文献4】特开2002-324541号公报(段落编号0004、图4)
【专利文献5】特开2003-45407号公报(段落编号0010、图1)
【专利文献6】特开2000-208130号公报(段落编号0016-0017、图1、4)
【专利文献7】特开2003-272574号公报(段落编号0020-0021、图1、4)
然而，一旦绝缘密封件变薄，绝缘密封件的强度变小密封时绝缘密封件被割破，在绝缘密封件上产生裂纹，会有绝缘密封件导致的输出端子和盖之间密封性变差的问题。
发明内容
对此，本发明的目的是提供一种确保绝缘密封件的密封性，同时能够增加电池容量的密封型电池。
如图1以及图4所示，本发明的密封型电池具有堵住电池盒1的开口上面的盖7、以贯通状设在盖7上的端子安装孔13、介由绝缘密封9嵌合在端子安装孔13中的输出端子11。电池盒1由铝(aluminum)、不锈钢(stainless)、镀镍(nickel-plated)的铝、镀镍的铁、或者铝和镍的覆盖层(clad)等做成。盖7由铝板、不锈钢板、镀镍的铝板或镀镍的铁板等为原材料的冲压(press)成型品等做成。
输出端子11包括露出于盖7上面的头部19；形成外周面倾斜成向下逐渐变窄状的锥形面、与头部19的下面连接的锥形部21；突出于锥形部21的下方而设置的轴部22，绝缘密封件9配有：具有输出端子11的轴部22插通的插通孔21的筒部25；设在筒部25的上端外周介于输出端子11的头部19和盖7之间的凸缘部26。
在组装前的自由状态，输出端子11的锥形部21设定成至少上端的外径尺寸比绝缘密封件9的插通孔24的上端开口的内径尺寸更大。因此，通过上下方向的压缩使输出端子11密封时，锥形部21的外周面向斜下方向按压绝缘密封件9的插通孔24的上端开口周围边缘而以压瘪状态紧贴起来。在这里的输出端子11有正极端子的场合和负极端子的场合。绝缘密封件9的插通孔24的开口周围边缘可以发生弹性变形被压瘪，也可以发生塑性变形被压瘪。
锥形部21相对于输出端子11的轴部22的倾斜角度θ1(参照图4)较好是30～80度，更好是40～60度。上述倾斜角度θ1比30度更小的话，锥形部21向斜下方向按压绝缘密封9的插通孔24的上端开口周围边缘的力就会过小，倾斜角度θ1比80度更大的话，上述按压力就分散到绝缘密封件9的很大的范围，密封性就变差。
可以在输出端子的头部19的下面中央和锥形部21之间设有台阶部20，设定成台阶部20的外径尺寸比盖7的端子安装孔13的上端开口的内径尺寸更大，台阶部20的下面介由绝缘密封件9面对端子安装孔13的开口周围边缘的上面。
绝缘密封件9的筒部25的外周面的上端和凸缘部26的下面以形成于外周面的外径尺寸向上变大的锥形面上的斜面部28连接起来，在组装前的自由状态，上述斜面部28能够设定成至少上端的外径尺寸比盖7的端子安装孔13的上端开口的内径尺寸更大。这样的话，以上下方向的压缩来密封输出端子11的话，绝缘密封件9的斜面部28的外周面就以压瘪的状态紧贴在盖7的端子安装孔13的上端开口周围边缘。这时，绝缘密封件9的斜面部28可以发生弹性形变而压瘪，也可以发生塑性性变而压瘪。
斜面部28相对于绝缘密封件9的筒部25的倾斜角度θ2(参照图4)较好是30～80度，更好是40～60度。这是因为，上述倾斜角度θ2比30度更小的话，向斜下方向按压端子安装孔13上端开口周围边缘的力变得过小，比80度更大的话，上述按压力就分散到绝缘密封件9的很大的范围，密封性就变差。
在盖7的上面，凹进去形成与绝缘密封件9的凸缘部26嵌合的承受座27，能够设定成以密封输出端子11的状态，仅输出端子11的头部19向盖7的上方突出。
采用本发明，密封时输出端子11的锥形部21的外周面向斜下方按压绝缘密封件9的筒部25的插通孔24的上端开口周围边缘，以压瘪插通孔24上端开口周围边缘部的状态局部强力地紧贴在一起。因此，锥形部21的外周面和插通孔24的上端开口周围边缘部分之间的紧贴性提高，同时，上述按压力也向变宽的方向作用于插通孔24，筒部25的外周面和盖7的端子安装孔13的里面之间的紧贴性很高。这样就能够很好地维持输出端子11和盖7之间的密封性。
密封时上下方向的压缩力因比头部19更先接触到绝缘密封件9的锥形部21而止住，几乎不施加到头部19的下面和绝缘密封件9的凸缘部26的上面之间。为此，即使绝缘密封件9的凸缘部26的上下厚度变小，密封时绝缘密封件9的凸缘部29割破，不会在凸缘部26出现破裂。
因此，即使绝缘密封件9的凸缘部26的上下厚度变小，向电池内部拉入输出端子11的头部19，仅该拉入部分使得电池盒1的上下尺寸相对变大，能够使电池容量设定得更大。
台阶部20设在输出端子11上时，由于密封时台阶部20比输出端子11的头部19更先按压到绝缘密封件9，能够很好地维持台阶部20和盖7之间的密封性，台阶部20承受住密封时的压缩力，由此上述压缩力能够几乎完全不施加到头部19的下面和绝缘密封件9的凸缘部26的上面之间。因此，这一点也有利于将电池容量设定成很大。
在绝缘密封件9上设置斜面部28的话，由于在密封时斜面部28以被压瘪的状态向斜下方按压盖7的端子安装孔13的上端开口周围边缘，紧贴在盖7的端子安装孔13的开口周围边缘，所以能够很好地维持绝缘密封件9和盖7的密封性，斜面部28承受住密封时的压缩力，由此上述压缩力完全不施加到凸缘部26和盖7的上面之间。
因此，使绝缘密封件9的凸缘部26的上下厚度变小，将凸缘部26拉入盖7里面，仅该拉入的部分使电池盒1的上下尺寸以及电极相对变大，所以可将电池容量设定成很大。
绝缘密封件9的凸缘部26嵌合到盖7的承受座27上，做成在密封时仅输出端子11的头部19向盖7的上方突出的样子时，就可以使头部19的厚度变薄而增大电极尺寸，仅这部分就可以使电池容量增大。
附图说明
图1表示本发明的密封型电池的封口结构的纵向截面图。
图2密封型电池整体的纵向截面图。
图3密封型电池的俯视图。
图4封口结构的分解纵向截面图。
图中
1电池盒         21锥形部
7盖             22轴部
9绝缘密封件     24插通孔
11负极端子      25筒部
13端子安装孔    26凸缘部
19头部          28斜面部
20台阶部
具体实施方式
实施例1
附图展示的是把本发明应用于方形的锂离子二次电池的实施例。如图2所示，具有上面开口的有底方形筒状电池盒1、填充在电池盒1内的电极体以及非水电解液，堵住电池盒1的开口上面的封口机构。电池盒1是将铝板等深拉加工而形成的，兼作正极的输出端子。电池盒1设定成左右长度为18mm，前后长度为5mm，上下长度为20mm。
电池盒1内的电极体包括：以钴酸锂(lithium cobalt oxide)(LiCoO2)为活性物质的薄片状正极；以能够吸收、释放锂离子的碳材料为活性物质的负极；和介于正极和负极之间的微孔性聚乙烯薄膜(polythylene film)制的隔离片(separator)，卷成涡流状并压瘪成扁平状而成形。从正极及负极分别向上导出导电接头(tab)5、6。作为非水电解液用的是按1.0摩尔/升(mol/l)的比例把LiPF6溶解在将碳酸乙烯(ethylene carbonate)(EC)和碳酸甲基乙酯(methyl ethylcarbonate)(MEC)按1∶2的体积比混合起来的溶媒中的溶液。
上述封口机构包括：堵住电池盒1的开口上面的长方形的盖7；配置在盖7内侧配置的塑料(plastic)制的绝缘体(insulator)8；绝缘密封件9；配置在盖7里面的绝缘板10；介由绝缘密封件9以及绝缘板10相对于盖7密封固定的负极输出端子(负极端子)11；和配置在绝缘板10下侧的金属制按压板12。
盖7是以铝板为原材料的冲压成型品，用激光(laser)密封焊接在电池盒1的上端开口周围边缘。如图4所示，在盖7的中央设有内外贯通状的绝缘密封件9以及负极端子11通过的圆形端子安装孔13。在盖7的上面，端子安装孔13周围形成凹进去的承受座14。
在图3中，在盖7的左右方向的一端设有防爆用开裂出口15，在盖7的另一端设有注入电解液用的注入孔16。开裂出口15在一旦电池盒1的内压超过一定值时，就破裂并释放出电池盒1内的气体。注入孔16在电解液被注入电池盒1内后被密封。
负极端子11由表面镀上铜镍的铁制的轴体做成，如图1以及图4所示，它包括：露出于盖7的上面的头部19；连接在头部19的下面中央的圆盘状的台阶部20；和介由锥形部21突出于台阶部20的下方而设置的圆柱状的轴部22；形成于轴部22的下端面的凹坑23。头部19形成俯视看去呈左右横宽的椭圆状。锥形部21的外周面形成倾斜成向下逐渐变窄状的锥形面。
绝缘密封件9是具有耐热性及绝缘性的聚丙烯(polypropylene)、四氟乙烯-全氟代烷氧乙烯共聚物(tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxyethylenecopolymer)(PFA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)(PET)、或聚亚苯基氧化物(polyphenyleneoxide)(PPO)等合成树脂成型品，可以有一些弹性变形，并且可以塑性变形。绝缘密封件9具有：设置负极端子11的轴部22插通的插通孔24的空心圆筒形的筒部25；向筒部25的上端外周伸张而形成且介于负极端子11的头部19和盖7之间的左右横宽的椭圆形凸缘部26，筒部25的外周面的上端和凸缘部26的下面用斜面部28连接起来。在凸缘部26的上面形成凹进去的与负极端子11的头部19的下部嵌合的承受座27。斜面部28的外周面形成外径尺寸向上变大的锥形面。
绝缘密封件9做成在凸缘部26上承受座27的厚度为0.4mm，凸缘部26的外周部厚度为0.6mm。斜面部28相对于绝缘密封件9的筒部25的倾斜角度θ2为如图4所示的45度。盖7的厚度为0.8mm。负极端子11做成头部19的上下厚度为0.5mm，台阶部20的上下厚度为0.1mm。锥形部21相对于负极端子11的轴部22的倾斜角度θ1为45度。在密封安装负极端子11的状态，设定成仅头部19突出于盖7的外侧上方。
在图3中，负极端子11的头部19设定成左右方向的长直径的尺寸L1和前后方向的短直径尺寸L2分别大于盖7的端子安装孔13的内径尺寸。如图4所示，台阶部20的外径尺寸比盖7的端子安装孔13的上端开口的内径尺寸更大，台阶部20的下面面对端子安装孔13的开口周围边缘的上面。
绝缘密封件9的轴部22的外径尺寸设定成比端子安装孔13的内径尺寸更小。在组装前的自由状态，负极端子11的锥形部21的上端的外径尺寸设定成比绝缘密封件9的插通孔24的上端开口的内径尺寸更大。
绝缘板10与绝缘密封件9同样为具有耐热性以及绝缘性的聚乙烯等的合成树脂成型品，可以发生弹性变形和塑性变形。如图4所示，在绝缘板10上形成有贯通状的密封件插通孔30。按压板12由轴插通孔31被钻成贯通状而形成的镍板等的金属板做成。
绝缘密封件9的插通孔24的内径尺寸设定成与负极端子11的轴部22的外径尺寸几乎相同。绝缘密封件9的筒部25的外径尺寸设定成与盖7的端子安装孔13的内径尺寸几乎相同。组装前的自由状态的斜面部28的外径尺寸设定成在从上端直到下方几乎所有的部分比端子安装孔13的上端开口的内径尺寸更大。
绝缘板10的密封件插通孔30的内径尺寸设定成与负极端子11的轴部22的外径尺寸相同，或比它仅大一点。按压板12的轴插通孔31的内径尺寸设定成仅比负极端子11的轴部22的外径尺寸大一点。
按图1所示的顺序把负极端子11、绝缘密封件9、盖7、绝缘板10以及按压板12组装起来时，设定负极端子11的轴部22在上下方向的长度使负极端子11的轴部22的下端比按压板12更向下突出。
具体地说，在盖7的下侧将绝缘板10和按压板12依次重叠起来配置，将绝缘密封件9的筒部25从上方穿过盖7的端子安装孔13，将负极端子11的轴部22从上方穿过绝缘密封件9的插通孔24。这时，负极端子11的轴部22的下端插通绝缘板10的密封件插通孔30和按压板12的轴插通孔31，使之突出于按压板12的下侧。
在密封时，用夹具按压负极端子11的头部19，通过向上下方向压缩负极端子11，如图1所示，压瘪负极端子11的轴部22的突出下端并向外面翻折。这样，在盖7和负极端子11的轴部22的下端的翻折部(铆钉部)之间，夹住绝缘板10和按压板12而固定。另外，绝缘密封件9固定在负极端子11和盖7的端子安装孔13之间，使负极端子11、绝缘密封件9、绝缘板10、按压板12与盖7一体化。
在上述密封时，负极端子11的台阶部20被陷入绝缘密封件9的插通孔24周围的上面，负极端子11的锥形部21的外周面使绝缘密封件9的插通孔24的上端开口周围边缘以压瘪斜向下方变形的内嵌状态紧贴起来。这时，绝缘密封件9的斜面部28的外周面以压瘪的状态呈紧贴状陷入盖7的端子安装孔13的上端开口周围边缘。
这样，盖7和负极端子11被绝缘密封件9确实密封成气密、液密状态，同时电绝缘。还有，调整绝缘密封件9的凸缘部26的上下厚度或盖7的承受座14的厚度使负极端子11的头部19的下面与盖7的上面在几乎相同的高度位置。
绝缘密封件9的凸缘部26的上下厚度过薄的话，由于绝缘性以及密封固定时的强度低，所以该凸缘部26具有承受座27的部分的厚度设定在0.3mm以上，较好是0.4mm或以上。盖7的承受座14的部分的厚度由于薄的话密封固定时变形，从而电池的封口的密封性不好，所以较好是在0.3mm或以上，更好是0.4mm或以上。
上述电极体如下制作。正极是将作为导电辅助剂的鳞片状的石墨按重量比加到作为正极活性物质的钴酸锂中混合起来，将该混合物和使聚偏二氟乙烯(polyvinylidenefluoride)溶解到N-甲基吡咯烷酮(N-methylpyrrolidone)的溶液混合来调制糊剂(paste)。将该含有正极活性物质的糊剂均匀地涂敷在厚15μm的带状铝箔做成的正极集电体的两面，干燥后形成含有正极活性物质的涂膜。
在卷起来的状态，在位于正极最外周的正极集电体部分不涂敷含有上述正极活性物质的糊剂，使正极集电体露出。在干燥后使该带状正极集电体压缩成型在所定的宽度处切断后，将正极的铝制导电接头6的下端焊接在上述正极集电体的露出部分，制作带状的正极。
负极是将作为负极活性物质的石墨系炭材料和使聚偏二氟乙烯溶解到N-甲基吡咯烷酮的溶液混合起来调制糊剂。将含有该负极活性物质的糊剂均匀地涂敷在厚10μm的带状铜箔做成的负极集电体的两面，干燥后形成含有负极活性物质的涂膜。在干燥后使该带状体压缩成型在所定的宽度处切断后，以卷起来的状态将负极的镍制导电接头5的下端焊接在负极集电体的内周面的位置，制作带状的负极。然后，将正极和负极介由所定宽度的隔离片卷成涡流状后，压瘪成扁平状。
在组装电池整体时，首先将电极体和绝缘体8安装在电池盒1内。其次，在将负极端子11等一体组装在盖7上而成的上述组装体，将负极的导电接头5焊接在按压板12的下面，将正极的导电接头6焊接在盖7的里面。
其次，将盖7内嵌在电池盒1的上端，用激光焊接盖7和电池盒1的嵌合面并密封。然后，从注入孔16向电池盒1内注入非水电解液，密封注入孔16。这样就完成了电池的制作。
还有，绝缘密封件9和绝缘板10也可以用具有绝缘性的橡胶(rubber)等做成。负极端子11的头部19可以任意选定小尺寸形状、椭圆形、圆盘形等。负极端子11也可以不在头部19和锥形部21之间设置台阶部20，直接在头部19的下面中央设置锥形部21。另外，在绝缘密封件9上不设斜面部28也可以。
图示的例子中电池盒1和与它嵌合的盖7做成俯视看去呈左右横宽的长方形，但是也可以使左右短边部为圆弧状而全体呈椭圆状。盖7和电池盒1的嵌合面也可以用电阻焊接来密封，也可以用合成树脂粘接剂等来密封。负极端子11的锥形部21的上端的外径尺寸也可以在上下方向的大部分比绝缘密封件9的插通孔24的上端开口的内径尺寸更大。
实施例2
在实施例2中，分别将绝缘密封件9的凸缘部26中承受座27的上下厚度和盖7的承受座14的上下厚度设定为0.3mm。在盖7中承受座14以外的部分的上下厚度设定为0.6mm。其它与实施例1相同。
实施例3
在实施例3中，将负极端子11的头部19的厚度设定为0.4mm。其它与
实施例1相同。
实施例4
在实施例4中，将锥形部21相对于负极端子11的轴部22的倾斜角度θ1设定为60度。其它与实施例1相同。
实施例5
在实施例5中，将电池盒1的左右长度设定为34mm、前后长度为5mm、上下长度为50mm，将正极、负极以及隔离片设定成与电池盒1吻合的尺寸。其它与实施例1相同。
比较例1
在比较例1中，从负极端子11省略锥形部21和台阶部20，其它与实施例1相同。
比较例2
从负极端子11省略锥形部21和台阶部20，同时从绝缘密封件9省略斜面部28。其它与实施例1相同。
试验
分别准备实施例1-5以及比较例1、2的电池各十个，将各电池贮藏在温度60℃、湿度90％RH的恒温槽内。然后，测量贮藏前后各电池的重量变化，同时以1kHz测量贮藏前后各电池内部电阻的变化。另外，将贮藏前后的电池以0.2C的恒定电流进行放电直至电压到3.0V以下，测量贮藏前后的各电池容量的变化并求出容量维持率。表1给出了其结果。还有，在电池的重量变化中，以贮藏前的重量为100，对电池内部电阻，贮藏前内部电阻为100。
【表1】
    重量变化 内部电阻的变化  容量维持率(％)
    实施例1     100     202     83
    实施例2     99.8     224     81
    实施例3     100     207     82
    实施例4     99.7     238     80
    实施例5     99.9     195     81
    比较例1     97.5     321     67
    比较例2     97.1     347     64
如表1所示，在实施例1-5中，在贮藏前后内部电阻的变化在1.95-2.38倍的范围内，与此相对比，在比较例1、2中，在贮藏前后内部电阻的变化在3.2倍以上。再有，在实施例1-5中，贮藏前后的容量维持率也有80-83％，与此相对比，在比较例1、2中，贮藏前后的容量维持率在67％以下。这是因为在比较例1、2中，密封性比实施例1-5更差，发生了电解液的泄漏等。

Claims (4)

1.一种密封型电池，其特征在于，具有：堵住电池盒的开口上面的盖；以贯通状设在上述盖上的端子安装孔；介由绝缘密封件嵌合在上述端子安装孔中的输出端子，
上述输出端子包括露出于上述盖的上面的头部；形成外表面倾斜成向下逐渐变窄状的锥形面、且连接在上述头部下面的锥形部；和突出于上述锥形部的下方设置的轴部，
上述绝缘密封件配有：具有上述输出端子的上述轴部插通的插通孔的筒部；设在上述筒部的上端外周并介于上述输出端子的上述头部和上述盖之间的凸缘部，
在组装前的自由状态，上述输出端子的上述锥形部设定成至少上端的外径尺寸比上述绝缘密封件的上述插通孔的上端开口的内径尺寸更大，
通过以上下方向的压缩使上述输出端子密封，上述锥形部的外周面向斜下方按压上述绝缘密封件的上述插通孔的上端开口周围边缘并以压瘪状态紧贴起来。
2.如权利要求1所述的密封型电池，其特征在于，在上述输出端子的上述头部的下面中央和上述锥形部之间设置台阶部，上述台阶部设定成其外径尺寸比上述端子安装孔的上端开口的内径尺寸更大，上述台阶部的下面介由上述绝缘密封件面对上述端子安装孔的开口周围边缘的上面。
3.如权利要求1或2所述的密封型电池，其特征在于，上述绝缘密封件的上述筒部的外周面的上端和上述凸缘部的下面以形成于外周面的外径尺寸向上变大的锥形面上的斜面部连接起来，
在组装前的自由状态，上述斜面部设定成至少上端的外径尺寸比上述盖的上述端子安装孔的上端开口的内径尺寸更大，
通过以上下方向的压缩使上述输出端子密封，上述斜面部的外周面以压瘪的状态紧贴在上述盖的上述端子安装孔的上端开口周围边缘上。
4.如权利要求1、2或3所述的密封型电池，其特征在于，在上述盖的上面凹进去形成上述绝缘密封件的上述凸缘部嵌合的承受座，设定成在使上述输出端子密封的状态，仅上述输出端子的上述头部向上述盖的上方突出。
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