專(zhuān)利名稱(chēng)：密閉型二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及密閉型二次電池(典型地整體形狀為方形(長(zhǎng)方體形狀)的密閉型二次電池)。詳細(xì)地說(shuō)涉及具備由于內(nèi)壓上升而工作的電流切斷機(jī)構(gòu)的密閉型二次電池。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，鋰離子二次電池、鎳氫電池等二次電池，優(yōu)選作為個(gè)人計(jì)算機(jī)和/或便攜終端等所謂的便攜電源和/或車(chē)輛驅(qū)動(dòng)用電源使用。特別是輕量且能夠得到高能量密度的鋰離子二次電池，作為優(yōu)選作為電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)等車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)用高輸出電源使用的電池，備受期待。作為這樣的二次電池的典型的結(jié)構(gòu)之一，能夠列舉將具備正極以及負(fù)極的電極體與電介質(zhì)一起密閉于電池殼體內(nèi)而成的密閉結(jié)構(gòu)的電池(密閉型電池)。在對(duì)這種電池進(jìn)行充電處理時(shí)，在具有由不良電池的存在和/或充電裝置的故障引起的誤工作等情況下，設(shè)想有向電池供給通常以上的電流、陷入過(guò)充電狀態(tài)的情況。在該過(guò)充電等時(shí)，電池反應(yīng)快速進(jìn)行在密閉的電池殼體內(nèi)部產(chǎn)生氣體，該電池殼體的內(nèi)壓上升，有可能由于該異常內(nèi)壓(氣體壓)而產(chǎn)生該殼體的變形等。為了應(yīng)對(duì)這樣的異常，作為現(xiàn)有技術(shù)，提出了具備電流切斷機(jī)構(gòu)的電池結(jié)構(gòu)，所述電流切斷機(jī)構(gòu)使用伴隨著電池的異常的殼體內(nèi)部的壓力(氣體壓)使部件變形，使通電部分物理性地開(kāi)裂而切斷電流。例如，作為與具備這樣的結(jié)構(gòu)的電流切斷機(jī)構(gòu)的二次電池相關(guān)的以往例，可以列舉專(zhuān)利文獻(xiàn)I。該文獻(xiàn)所記載的電流切斷機(jī)構(gòu)，具備:在被收置于方狀的密閉型二次電池的殼體內(nèi)部的電極體連接的矩形板狀的集電板；和能夠通電地焊接于該集電板的一部分的翻轉(zhuǎn)板(電流切斷閥)，構(gòu)成為，在殼體內(nèi)壓(氣體壓)上升了時(shí)由于該氣體壓該翻轉(zhuǎn)板向從電極體以及集電板離開(kāi)的方向反轉(zhuǎn)、變形，與該變形一起包含上述焊接了的部分的集電體的一部分?jǐn)嗔?。這樣翻轉(zhuǎn)板反 轉(zhuǎn)、變形而從集電體的主體脫離，由此實(shí)現(xiàn)電流切斷。專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2010-212034號(hào)公報(bào)在上述專(zhuān)利文獻(xiàn)I所記載那樣的結(jié)構(gòu)的電流切斷機(jī)構(gòu)中，為了在達(dá)到了預(yù)先設(shè)定的殼體內(nèi)壓(即預(yù)定的氣體壓)時(shí)正確地切斷電流，為了在達(dá)到了該殼體內(nèi)壓時(shí)與上述翻轉(zhuǎn)板(電流切斷閥)的反轉(zhuǎn)、變形一起迅速進(jìn)行包含上述焊接部分的集電體的一部分的斷裂，進(jìn)行:將集電板的該被焊接的部分及其周?chē)纬傻帽燃姲宓钠渌糠窒鄬?duì)要薄，進(jìn)而/或者在要斷裂的部位預(yù)先形成槽(notch:切槽部)等措施。但是，在作為電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)(包含插電式混合動(dòng)力汽車(chē))等車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)電源用使用的密閉型二次電池中，為了進(jìn)一步的高性能化，要求高輸出且大容量(典型地為I時(shí)間率容量為3Ah以上、例如為5 20Ah或者20Ah以上(例如為20 30Ah)的大容量)的電池。因此，要求作為個(gè)人計(jì)算機(jī)和/或便攜終端的電源使用(即民生用)的電池不能比的高速充放電。但是，在要求比以往的車(chē)輛驅(qū)動(dòng)電源用二次電池更高速的充放電的情況下，在具備上述結(jié)構(gòu)的電流切斷機(jī)構(gòu)的密閉型二次電池中，需要構(gòu)筑電流切斷機(jī)構(gòu)以使即使在該高速充放電時(shí)也維持正常不會(huì)進(jìn)行意外的工作。例如，如上所述，為了在預(yù)定的殼體內(nèi)壓(氣體壓)時(shí)使電流切斷閥(翻轉(zhuǎn)板)迅速反轉(zhuǎn)、變形并使集電板的一部分?jǐn)嗔?，在該集電板形成的薄壁部分?或形成有槽(notch)的部分的截面面積比周?chē)南鄬?duì)較厚的部分的截面面積小。特別是在薄壁部分進(jìn)而設(shè)有槽的情況下，該槽形成部的截面面積變得更小。在高速充放電時(shí)大電流在這樣的較小的截面面積的部分流動(dòng)時(shí)，由于產(chǎn)生的焦耳熱該部分發(fā)熱，在該發(fā)熱過(guò)度過(guò)剩的情況下，該部位可能會(huì)伴隨著過(guò)熱而熔斷。該熔斷會(huì)成為電流切斷的原因，所以不優(yōu)選。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于這一點(diǎn)而完成的，其目的在于提供在伴隨著電池的高輸出化的高速充放電時(shí)也防止由上述焦耳熱引起的集電板的熔斷、并且具備在產(chǎn)生預(yù)定的殼體內(nèi)壓(氣體壓)的情況下高精度地實(shí)現(xiàn)電流切斷的可信性高的電流切斷機(jī)構(gòu)的密閉型二次電池。本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，在采用使用矩形板形狀的集電板和電流切斷閥的電流切斷機(jī)構(gòu)的情況下，關(guān)于該矩形板形狀集電板的形狀、設(shè)計(jì)該集電板以使其具備預(yù)定的條件，從而能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的，完成本發(fā)明。即，在此所公開(kāi)的密閉型二次電池是具備下述部件的密閉型二次電池:具備正極以及負(fù)極的電極體；收置所述電極體的電池殼體；設(shè)置于所述電池殼體的外面、分別與所述電極體的正極以及負(fù)極電連接的正極端子以及負(fù)極端子；和在所述殼體內(nèi)的內(nèi)壓上升超過(guò)了預(yù)定水平時(shí)將電流切斷的電流切斷機(jī)構(gòu)。所述電流切斷機(jī)構(gòu)，在所述電極體的正極與所述正極端子之間或者所述電極體的負(fù)極與所述負(fù)極端子之間，具備與所述正極端子及負(fù)極端子的任一端子電連接的電流切斷閥和與所述電極體的正極及負(fù)極的任一電極電連接的矩形板狀的集電板。另外，所述矩形板狀的集電板，由形成得相對(duì)較薄的中央薄壁部和在該中央薄壁部的周?chē)倚纬傻孟鄬?duì)較厚的厚壁部構(gòu)成，并且在該中央薄壁部的內(nèi)側(cè)以預(yù)定的直徑形成有斷裂用的環(huán)狀槽。 另外，所述電流切斷閥，其一部分在所述環(huán)狀槽的內(nèi)側(cè)能夠通電地接合于所述集電板的中央薄壁部，在所述殼體內(nèi)的內(nèi)壓上升超過(guò)了預(yù)定水平時(shí)，電流切斷閥由于該內(nèi)壓向從所述集電板離開(kāi)的方向變形并且所述集電板的中央薄壁部在所述環(huán)狀槽的部分?jǐn)嗔?，由此帶著所述斷裂了的中央薄壁部的電流切斷閥從所述集電板離開(kāi)而實(shí)現(xiàn)電流切斷。本說(shuō)明書(shū)中術(shù)語(yǔ)“矩形板形狀”不限定于具有4個(gè)為真正直角的角部的形狀。在此所說(shuō)的“矩形板形狀”中包括具有一個(gè)或多個(gè)切掉上述直角角部的一部分而形成的變形角部(cuttingshaped corner)的矩形板形狀、或者,具有一個(gè)或多個(gè)R形狀(round-shaped)角部的矩形板形狀。而且，在此所公開(kāi)的密閉型二次電池，其特征在于:以通過(guò)所述環(huán)狀槽的中心點(diǎn)且與矩形板狀集電板的短邊平行的方向的截面為基準(zhǔn)截面，所述矩形板狀的集電板被設(shè)計(jì)為滿(mǎn)足下面的全部條件:( I)所述基準(zhǔn)截面上的所述厚壁部的截面面積A與所述基準(zhǔn)截面上的所述中央薄壁部的截面面積B的關(guān)系式:B/A的值為0.05以上且0.15以下，其中截面面積A與截面面積B的單位為mm2 ；
(2)所述厚壁部與所述環(huán)狀槽的距離P與所述環(huán)狀槽上的殘留部的截面面積C的關(guān)系式:P/C的值為1.6以下，其中距離P的單位為_(kāi)，截面面積C的單位為mm2。在此所公開(kāi)的密閉型二次電池所具備的電流切斷機(jī)構(gòu)，以上述的結(jié)構(gòu)的矩形板形狀的集電板與電流切斷閥為主構(gòu)成要素而構(gòu)成，并且該矩形板形狀集電板同時(shí)具備上述(O的條件(即上述基準(zhǔn)截面上的厚壁部的截面面積與中央薄壁部的截面面積B的關(guān)系式:B/A的值為0.05以上且0.15以下)與上述(2)的條件(即上述厚壁部與環(huán)狀槽的距離P與該環(huán)狀槽上的殘留部的截面面積C的關(guān)系式:P/C的值為1.6以下)。在該結(jié)構(gòu)的密閉型二次電池中，能夠在預(yù)定的殼體內(nèi)壓(氣體壓)時(shí)使電流切斷閥迅速變形而使集電板的一部分?jǐn)嗔眩⑶夷軌蚴乖诟咚俪浞烹姇r(shí)那樣大電流流動(dòng)時(shí)在形成有上述環(huán)狀槽的部位產(chǎn)生的焦耳熱高效地向厚壁部方向散逸。由此抗熔斷性(耐熱性)提高，該部分難以熔斷。因此，與電池的高輸出化所要求的高速充放電相對(duì)應(yīng)地提高電流切斷機(jī)構(gòu)的可信性，能夠提供更高品質(zhì)的密閉型二次電池(例如密閉型鋰離子二次電池)。優(yōu)選，其特征在于:所述B/A的值為0.07以上且0.12以下，所述P/C的值為0.5以上且1.3以下。另外，優(yōu)選，其特征在于:所述環(huán)狀槽上的殘留部的截面面積C (mm2)為0.3以上，所述厚壁部與所述環(huán)狀槽的距離P (mm)為0.5以下。關(guān)于上述(I)的條件與(2)的條件，通過(guò)具備上述數(shù)值范圍，能夠進(jìn)一步提高電流切斷機(jī)構(gòu)抗熔斷性(耐熱性)。另外，在此所公開(kāi)的密閉型二次電池的優(yōu)選的另一個(gè)技術(shù)方案中，其特征在于:所述環(huán)狀槽的直徑為4mm以上(典型為4mm以上且6mm以下)。通過(guò)設(shè)置這樣的直徑尺寸的環(huán)狀槽，能夠使預(yù)定的殼體內(nèi)壓(氣體壓)時(shí)的電流切斷閥的工作(即集電板的 斷裂)正確性和耐熱性的提高在較高的維度上同時(shí)成立。另外，在此所公開(kāi)的密閉型二次電池的優(yōu)選的另一個(gè)技術(shù)方案中，其特征在于:所述中央薄壁部的厚度為0.15mm以下。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)具備上述(I)的條件與(2)的條件，能夠使在高速充放電時(shí)那樣大電流流動(dòng)時(shí)在形成有上述環(huán)狀槽的部位產(chǎn)生的焦耳熱高效地向厚壁部方向散逸，所以即使中央薄壁部的厚度為0.15mm以下也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)熔斷的較高的抵抗性(耐熱性)。另外根據(jù)本發(fā)明，作為具備上述(I)的條件與(2)的條件、能夠使預(yù)定的殼體內(nèi)壓(氣體壓)時(shí)的電流切斷閥的工作(即集電板的斷裂)正確性和耐熱性的提高在較高的維度上同時(shí)成立的電池的優(yōu)選的一個(gè)技術(shù)方案，可以列舉所謂的方形狀的鋰離子二次電池之外的密閉型二次電池，其特征在于:所述電極體為將長(zhǎng)條片狀的正極以及長(zhǎng)條片狀的負(fù)極與長(zhǎng)條片狀的隔片一起卷繞而成的扁平形狀的卷繞電極體，所述電池殼體與該卷繞電極體的形狀相對(duì)應(yīng)地形成為收置該卷繞電極體的扁平的方形狀。另外本發(fā)明提供一種電池組，其特征在于:將在此所公開(kāi)的某一密閉型二次電池設(shè)為單電池，具備多個(gè)單電池且這些單電池相互電連接。該結(jié)構(gòu)的電池組，維持構(gòu)成其的單電池的電流切斷機(jī)構(gòu)的可信性、同時(shí)抗熔斷性(耐熱性)也優(yōu)異，所以作為電動(dòng)汽車(chē)和/或混合動(dòng)力汽車(chē)等車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)用電源比較合適。另外，本發(fā)明提供一種具備在此所公開(kāi)的任一密閉型二次電池或者電池組作為驅(qū)動(dòng)用電源的插電式混合動(dòng)力汽車(chē)(PHV)、混合動(dòng)力汽車(chē)(HV)電動(dòng)汽車(chē)(EV)等車(chē)輛。


圖1是示意性表示一個(gè)實(shí)施方式涉及的密閉型鋰離子二次電池(鋰離子電池)的外形的立體圖。圖2是示意性表示一個(gè)實(shí)施方式涉及的密閉型鋰離子二次電池中的集電體的結(jié)構(gòu)的圖。圖3是示意性表示在一個(gè)實(shí)施方式涉及的密閉型鋰離子二次電池的正極側(cè)設(shè)置的電流切斷機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)(電流切斷前)的剖視圖。圖4是示意性表示在一個(gè)實(shí)施方式涉及的密閉型鋰離子二次電池的正極側(cè)設(shè)置的電流切斷機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)(電流切斷后)的剖視圖。圖5是圖2中的V-V線剖視圖，表示一個(gè)實(shí)施方式涉及的密閉型鋰離子二次電池的電流切斷機(jī)構(gòu)所具備的矩形板形狀的集電板的基準(zhǔn)剖面。圖6是表示一個(gè)實(shí)施方式涉及的電池組的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖7是示意性表示具備一個(gè)實(shí)施方式涉及的電池組的車(chē)輛(汽車(chē))的側(cè)視圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明1:車(chē)輛；10:二次電池(鋰離子電池)；12:電池殼體；14:殼體本體；16:封口板(蓋體)；18:負(fù)極端子；20:正極端子；22:連接端子；22B:貫通孔；

22C:頂端部；24:密封墊；26:絕緣板；28:封口體片；30:翻轉(zhuǎn)板(電流切斷閥)；30A:中央凹部；32:絕緣支架；50:卷繞電極體；52:正極片；54:隔片；55:卷繞芯部；60:正極集電片；70:正極集電體；71:連結(jié)部(臂部)；72:集電板；74:中央薄壁部;74A:氣體流通孔；78:厚壁部；78A:氣體流通孔；79:環(huán)狀槽(notch)；80:電流切斷機(jī)構(gòu)；100:電池組
具體實(shí)施例方式在說(shuō)明書(shū)中，所謂“鋰離子二次電池”，指的是作為電解質(zhì)離子利用鋰離子、通過(guò)伴隨著正負(fù)極間的鋰離子的電荷的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)充放電的二次電池。一般稱(chēng)為鋰離子電池(或者鋰離子二次電池)等的二次電池，是本說(shuō)明書(shū)中的鋰離子二次電池所包含的典型例。另夕卜，在說(shuō)明書(shū)中，所謂“活性物質(zhì)”指的是在正極側(cè)或者負(fù)極側(cè)與蓄電有關(guān)的物質(zhì)(化合物)。即，指的是在電池充放電時(shí)與電子的吸藏以及釋放有關(guān)的物質(zhì)。下面，作為在此所示的密閉型二次電池的一例，一邊參照附圖一邊對(duì)與鋰離子二次電池(鋰離子電池)10有關(guān)的優(yōu)選的一個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。不用于進(jìn)行特別限定，但在下面以將繞型的電極體(下面稱(chēng)為“卷繞電極體”)與非水電解液收置于方形(即長(zhǎng)方體的箱形狀)的殼體內(nèi)的形態(tài)的鋰離子電池為例進(jìn)行說(shuō)明。各圖中的尺寸關(guān)系(長(zhǎng)度、寬度、厚度等)不反映實(shí)際的尺寸關(guān)系。另外，對(duì)于起到相同作用的部件、部位標(biāo)注相同符號(hào)，重復(fù)的說(shuō)明有時(shí)省略或者簡(jiǎn)略化。 另外，本發(fā)明只要具有在此所公開(kāi)的結(jié)構(gòu)的電流切斷機(jī)構(gòu)，二次電池的種類(lèi)并不限定于鋰離子二次電池(典型地為具備非水電解質(zhì)的鋰離子二次電池)，也能夠適用于鎳氫電池等其他的二次電池。本實(shí)施方式涉及的鋰離子二次電池10，是圖2所示的扁平形狀的卷繞電極體50與未圖示的液狀電解質(zhì)(電解液)一起收置于與卷繞電極體50的形狀相對(duì)應(yīng)的圖1所示的扁平的長(zhǎng)方體形狀的電池殼體(即外裝容器)12內(nèi)而構(gòu)成的電池。電池殼體12由在一端(相當(dāng)于電池10的通常的使用狀態(tài)下的上端部)具有開(kāi)口部的箱形(即有底長(zhǎng)方體形狀)的殼體本體14和安裝于該開(kāi)口部將該開(kāi)口部封閉的由矩形狀板部件構(gòu)成的封口板(蓋體)16構(gòu)成。該封口板(蓋體)16焊接于殼體本體14的開(kāi)口部周緣，由此構(gòu)成與扁平形狀的卷繞電極體50的寬度較寬面相對(duì)的一對(duì)殼體寬度較寬面和與該殼體寬度較寬面相鄰的4個(gè)矩形狀殼體面(B卩，其中的一個(gè)矩形狀殼體上表面由封口板16構(gòu)成)的六面體形狀的密閉結(jié)構(gòu)的電池殼體12。沒(méi)有特別限制，但作為這種方形電池的六面體形狀殼體的合適的尺寸，能夠例示，殼體本體14以及封口板16的長(zhǎng)邊側(cè)的長(zhǎng)度:約80 200mm (例如100 150mm),殼體本體14以及封口板16的短邊側(cè)的長(zhǎng)度(即殼體12的厚度):約8 25mm (例如10 20mm)，殼體12的高度:約70 150_。殼體12的材質(zhì)只要與在以往的密閉型電池中使用的相同即可，沒(méi)有特別限制。優(yōu)選以輕量且導(dǎo)熱性良好的金屬材料為主體構(gòu)成的殼體12，作為這樣的金屬制材料，可以例示鋁、不銹鋼、鍍鎳鋼等。本實(shí)施方式所涉及的殼體12 (殼體本體14以及封口板16)由鋁或者以招為主體的合金構(gòu)成。另外，殼體12 (殼體本體14以及封口板16)的厚度沒(méi)有特別限定，但在構(gòu)成車(chē)輛驅(qū)動(dòng)電源用的密閉型電池的情況下，0.3mm 2mm左右比較適當(dāng)，優(yōu)選為0.5mm Imm左右。如圖1所示，在封口板16上形成有外部連接用的正極端子20以及負(fù)極端子18。在這些外部端子18、20上 ，能夠根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的鋰離子電池10的利用形態(tài)而安裝適當(dāng)形狀的端子板或者外部連接端子。在封口板16的兩端子18、20之間，形成有構(gòu)成為在殼體12的內(nèi)壓上升到預(yù)定水平(例如，設(shè)定閥門(mén)打開(kāi)壓力0.3 1.0Mpa左右)以上的情況下釋放該內(nèi)壓的薄壁的安全閥40和注液口 42 (圖1為在注液后該注液口 42由密封件43密封而遮掩的狀態(tài))。如圖2所示，卷繞電極體50與通常的鋰離子電池的卷繞電極體同樣，通過(guò)下述的步驟制作:將長(zhǎng)條片狀正極(正極片)52和與該正極片52同樣的未圖示的長(zhǎng)條片狀負(fù)極(負(fù)極片)與合計(jì)兩條長(zhǎng)條片狀隔片(分隔片)54 一起層疊而在長(zhǎng)度方向上卷繞，接下來(lái)從側(cè)面方向擠壓并壓扁所得到的卷繞體。具體地說(shuō)，正極片52與負(fù)極片在寬度方向上稍稍錯(cuò)位地層疊，以使該正極片和負(fù)極片中任一個(gè)的寬度方向的一端分別從隔片54的寬度方向的一端以及另一端露出，在該狀態(tài)下正極片52與負(fù)極片被卷繞。其結(jié)果，在卷繞電極體50的卷繞軸方向的一方以及另一方的端部，分別形成有正極片52以及負(fù)極片的寬度方向的一端從卷繞芯部55 (即正極片、負(fù)極片與隔片緊密地卷繞的部分)向外側(cè)露出的部分。在圖2中，圖示了正極片52的露出部分52A，該正極片52的露出部分52A，經(jīng)由配置于殼體12的內(nèi)部的正極集電片60以及正極集電體70與上述外部連接用的正極端子20電連接。未圖示的負(fù)極側(cè)也同樣，經(jīng)由配置于殼體12的內(nèi)部的未圖示的負(fù)極集電片以及負(fù)極集電體與上述外部連接用的負(fù)極端子18電連接。
另外，在本實(shí)施方式所涉及的鋰離子電池10中，電流切斷機(jī)構(gòu)80由正極端子20的一部分和正極集電體70的一部分構(gòu)成。關(guān)于該電流切斷機(jī)構(gòu)80后述。構(gòu)成卷繞電極體50的材料以及部件本身與以往的鋰離子電池所具備的電極體同樣即可，沒(méi)有特別限制。例如正極片52可以是在長(zhǎng)條狀的正極集電體(例如鋁箔)之上形成有正極活性物質(zhì)層的結(jié)構(gòu)。作為在該正極活性物質(zhì)層的形成中使用的正極活性物質(zhì)，能夠沒(méi)有特別限定地使用以往以來(lái)在鋰離子電池中使用的物質(zhì)的一種或者兩種以上。作為優(yōu)選例，可以列舉:鎳酸鋰(LiNi02)、鈷酸鋰(LiCo02)、錳酸鋰(LiMn2O4)等作為構(gòu)成金屬元素包含鋰和遷移金屬元素的氧化物(鋰遷移金屬氧化物)和/或磷酸錳鋰(LiMnP04)、磷酸鐵鋰(LiFePO4)等包含作為構(gòu)成金屬元素鋰和遷移金屬元素的磷酸鹽等。負(fù)極片可以是在長(zhǎng)條狀的負(fù)極集電體(例如銅箔)之上形成有負(fù)極活性物質(zhì)層的結(jié)構(gòu)。作為在該負(fù)極活性物質(zhì)層的形成中使用的負(fù)極活性物質(zhì)，能夠沒(méi)有特別限定地使用以往以來(lái)在鋰離子電池中使用的物質(zhì)的一種或者兩種以上。作為優(yōu)選例，可以列舉:石墨、無(wú)定形碳等碳系材料、鋰遷移金屬氧化物、鋰遷移金屬氮化物等。另外，作為上述隔片的優(yōu)選例，可以列舉由多孔聚烯烴系樹(shù)脂等構(gòu)成。作為液狀電解質(zhì)(電解液)，能夠沒(méi)有特別限定地使用與以往以來(lái)在鋰離子電池中使用的非水電解液同樣的電解液。典型的該非水電解液具有在適當(dāng)?shù)姆撬軇┲泻兄С蛛娊赓|(zhì)(鹽類(lèi))而成的組成。作為上述非水溶劑，能夠使用例如從由碳酸乙酯、碳酸丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、1，2-二甲基乙醚、1，2-二乙基乙醚、四氫呋喃、1，3-二環(huán)氧乙烷等構(gòu)成的群中選擇的一種或者兩種以上。另外，作為上述支持電解質(zhì)，能夠使用例如 LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3'LiC4F9SO3'LiN (CF3SO2) 2、LiC (CF3SO2) 3 等鋰鹽。作為一例，可以列舉在碳酸乙酯與碳酸二乙酯的混合溶劑(例如質(zhì)量比1:1)中以約lmol/L的濃度含有LiPF6的非水電解液。另外，也可以代替電解液而采用固體狀和/或膏狀的電解質(zhì)。下面，一邊參照附圖一邊對(duì)電流切斷機(jī)構(gòu)80進(jìn)行詳細(xì)敘述。首先，對(duì)正極端子20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。如圖2所示， 在卷繞電極體50的卷繞軸方向的一方的端部露出的露出部分52A上，連接有鋁或者以鋁為主體的合金制的正極集電片60。以從該集電片60向上方(即封口板方向)延伸的方式形成有鋁或者以鋁為主體的合金制的正極集電體70。正極集電體70由:接近封口板16的內(nèi)面?zhèn)榷渲贸膳c該內(nèi)面大致平行的矩形板形狀(典型為長(zhǎng)方形的板形狀)的集電體本體即集電板72 ;和連結(jié)該集電板72與正極集電片60的臂狀的連結(jié)部71，構(gòu)成。集電板72由后述的電流切斷閥(翻轉(zhuǎn)板)30的一部分(中央凹部30A)焊接的中央薄壁部74和其周?chē)南鄬?duì)較厚的厚壁部78構(gòu)成。中央薄壁部典型形成為圓狀或者矩形狀。另外，如圖2所示，在中央薄壁部74的中心部以及厚壁部78的多個(gè)部位(在本實(shí)施方式中為2個(gè)部位)，形成有氣體流通孔74A、78A。另外，在中央薄壁部74的內(nèi)側(cè)以預(yù)定的直徑形成有斷裂用的環(huán)狀槽79。沒(méi)有特別限定，但在作為車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)電源用而使用的電池的情況下，該矩形板形狀的集電板72的短邊側(cè)的長(zhǎng)度(短徑)典型為6_ 15mm左右，集電板72的長(zhǎng)邊側(cè)的長(zhǎng)度(長(zhǎng)徑)典型地規(guī)定為短徑的2 5倍左右。另外，厚壁部78的厚度典型為2mm以下(例如0.4mm 2mm),優(yōu)選為Imm以下(例如0.5mm 1mm)。中央薄壁部74的厚度典型地為0.2mm以下(例如0.05mm 0.2mm),優(yōu)選為0.15mm以下(例如0.08mm 0.15mm)。另外，中央薄壁部74的大小沒(méi)有特別限制，但形成為將與集電板72的短徑側(cè)的長(zhǎng)度的40 70%相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度(例如在集電板72的短邊為8mm的情況下為3.2mm 5.6mm)設(shè)為直徑的圓形或者方形狀是比較適當(dāng)?shù)摹－h(huán)狀槽79的直徑優(yōu)選為4mm以上(典型地為4mm以上且6mm以下)。另外，環(huán)狀槽79的形成位置從提高抗熔斷性(耐熱性)的觀點(diǎn)出發(fā)，厚壁部78與環(huán)狀槽79的距離P為
0.5mm以下是適當(dāng)?shù)?，?yōu)選為0.2 0.4mm (例如0.3mm±0.05mm左右)。另外，環(huán)狀槽79的切入深度，使該環(huán)狀槽79上的殘留部的厚度至少為0.025mm左右是適當(dāng)?shù)?，?yōu)選為0.03mm以上(例如0.03mm 0.08mm左右)。如果殘留部的厚度過(guò)小，則抗熔斷性降得過(guò)低而不優(yōu)選，相反如果殘留部的厚度過(guò)大，則在產(chǎn)生預(yù)定的殼體內(nèi)壓時(shí)上述集電板的斷裂變得困難，所以不優(yōu)選。如上所述，在本發(fā)明的實(shí)施時(shí)，上述矩形板形狀集電板72如圖5所示，將通過(guò)環(huán)狀槽79的中心點(diǎn)且與該集電板72的短邊平行的方向的截面設(shè)為基準(zhǔn)截面，設(shè)計(jì)成具備下面的全部條件:(I)基準(zhǔn)截面上的厚壁部78的截面面積A (mm2)與基準(zhǔn)截面上的中央薄壁部74的截面面積B (mm2)的關(guān)系式:B/A的值為0.05以上且0.15以下(更優(yōu)選B/A的值為0.07以上且0.12以下)；(2)所述厚壁部與所述環(huán)狀槽的距離P (mm)和所述環(huán)狀槽上的殘留部的截面面積C (mm2)的關(guān)系式:P/C的值為1.6以下(更優(yōu)選P/C的值為0.5以上且1.3以下)。進(jìn)而，環(huán)狀槽7 9上的殘留部的截面面積C (mm2)優(yōu)選為0.3以上。另外，厚壁部78與環(huán)狀槽79的距離P (mm)特別優(yōu)選設(shè)計(jì)為0.5以下(參照后述的實(shí)施例)。另一方面，如圖3所示，本實(shí)施方式涉及的正極端子20在封口板16的外面?zhèn)?，具?安裝于預(yù)先在封口板16上形成的正極安裝孔16A中的筒狀連接端子22 ;和被夾入該筒狀連接端子22與封口板16 (安裝孔16A的周緣)之間的密封墊24。在筒狀連接端子22的貫通孔22B內(nèi)，封入有橡膠制的端子塞23。進(jìn)而，本實(shí)施方式所涉及的正極端子20在封口板16的內(nèi)面?zhèn)?，具備分別形成有上述筒狀連接端子22能夠插入其中的插入孔的、矩形蓋狀的合成樹(shù)脂制的絕緣板26以及金屬制的封口體片28。更具體地說(shuō)，如圖3所示，與正極集電體70電連接的筒狀連接端子22被插入分別在密封墊24、封口板16絕緣板26以及封口體片28形成的孔內(nèi)，其頂端部22C如圖所示那樣被夾箍，由此這些部件22、24、16、26、28固定為一體。另外，在該矩形蓋狀的封口體片28的邊緣部，焊接有矩形板狀的作為電流切斷閥起作用的翻轉(zhuǎn)板30，進(jìn)而在集電板72以及翻轉(zhuǎn)板30的周邊部，出于該集電板72以及翻轉(zhuǎn)板30的定位與周邊部的電絕緣的目的，配置有合成樹(shù)脂制的絕緣支架32。另外，矩形板狀的翻轉(zhuǎn)板30的中央部凹陷以經(jīng)由形成于對(duì)應(yīng)的絕緣支架32的中央部的孔與集電板72的中央薄壁部74相接，該翻轉(zhuǎn)板30的中央凹部30A通過(guò)激光焊接或者超聲波焊接而接合于集電板72的中央薄壁部74的環(huán)狀槽79的內(nèi)側(cè)。換而言之，在正極集電體70的集電板72的中央薄壁部74，在上述翻轉(zhuǎn)板30的中央凹部30A的接合部位存在斷裂用環(huán)狀槽79。上述結(jié)構(gòu)的結(jié)果，正極片52經(jīng)由正極露出部分52A、極集電片60、正極集電體70、翻轉(zhuǎn)板30以及封口體片28與連接端子22電連接。而且翻轉(zhuǎn)板30，形成為如果電池殼體12內(nèi)的壓力(氣體壓)增大到預(yù)定值以上、則向連接端子22側(cè)撓曲變形(典型的是向連接端子22側(cè)翻轉(zhuǎn)、變形)，并且在該翻轉(zhuǎn)板30的中央凹部30A焊接有集電板72，所以在殼體12內(nèi)的壓力超過(guò)預(yù)定值、翻轉(zhuǎn)板30如上所述那樣變形了時(shí)，伴隨于此集電板72的中央薄壁部74在環(huán)狀槽79的部分?jǐn)嗔?。由此，如圖4所示，翻轉(zhuǎn)板30與集電板72之間的電連接被切斷。另外，本實(shí)施方式所涉及的電流切斷機(jī)構(gòu)80設(shè)置于正極端子20側(cè)，但并不限定于該形態(tài)，也可以設(shè)置于負(fù)極端子18偵U。下面，介紹與由本發(fā)明提供的集電板有關(guān)的幾個(gè)具體的試驗(yàn)例，但并不是有意將由本發(fā)明提供的集電板限定于下面介紹的形態(tài)。<試驗(yàn)例:各尺寸、形狀的集電板(樣本O 7)的耐熱性評(píng)價(jià)>制作合計(jì)7種(樣本0、1、2、3、4、5以及6)矩形板形狀的鋁制集電板72，與對(duì)于圖5的基準(zhǔn)截面進(jìn)行表示的集電板72有關(guān)的各尺寸和/或截面面積按下面的表I所示設(shè)計(jì)。另外，各樣本的集電板的長(zhǎng)徑尺寸設(shè)為短徑尺寸的2.5倍。另一方面，準(zhǔn)備上述的圖3所示的8mm (短徑)X 20mm (長(zhǎng)徑)的矩形狀且厚度為0.3mm 0.5mm左右的翻轉(zhuǎn)板30。然后，在中央薄壁部74的中心部即氣體流通孔74A的周緣部且比環(huán)狀槽79靠?jī)?nèi)側(cè)的部位激光焊接有翻轉(zhuǎn)板30的中央凹部30A。使用上述各樣本的集電板與翻轉(zhuǎn)板的接合體而評(píng)價(jià)抗熔斷性(耐熱性)。具體地說(shuō)，對(duì)于各樣本接合體，向集電板與翻轉(zhuǎn)板之間通入大容量電流(在此為1500A)，計(jì)測(cè)到通過(guò)此時(shí)產(chǎn)生的焦耳熱熔斷環(huán)狀槽的部分為止的時(shí)間(秒:sec)。將結(jié)果表示于表I的相應(yīng)欄中。 表I
權(quán)利要求
1.一種密閉型二次電池，具備: 具備正極以及負(fù)極的電極體； 收置所述電極體的電池殼體； 設(shè)置于所述電池殼體的外面、分別與所述電極體的正極以及負(fù)極電連接的正極端子以及負(fù)極端子；和 在所述殼體內(nèi)的內(nèi)壓上升超過(guò)了預(yù)定水平時(shí)將電流切斷的電流切斷機(jī)構(gòu)；所述密閉型二次電池的特征在于: 所述電流切斷機(jī)構(gòu)，在所述電極體的正極與所述正極端子之間或者所述電極體的負(fù)極與所述負(fù)極端子之間，具備與所述正極端子及負(fù)極端子的任一端子電連接的電流切斷閥和與所述電極體的正極及負(fù)極的任一電極電連接的矩形板狀的集電板； 所述矩形板狀的集電板，由形成得相對(duì)較薄的中央薄壁部和在該中央薄壁部的周?chē)倚纬傻孟鄬?duì)較厚的厚壁部構(gòu)成，并且在該中央薄壁部的內(nèi)側(cè)以預(yù)定的直徑形成有斷裂用的環(huán)狀槽； 所述電流切斷閥，其一部分在所述環(huán)狀槽的內(nèi)側(cè)能夠通電地接合于所述集電板的中央薄壁部； 在所述殼體內(nèi)的內(nèi)壓上升超過(guò)了預(yù)定水平時(shí)，電流切斷閥由于該內(nèi)壓向從所述集電板離開(kāi)的方向變形并且所述集電板的中央薄壁部在所述環(huán)狀槽的部分?jǐn)嗔?，由此帶著所述斷裂了的中央薄壁部的電流切斷閥從所述集電板離開(kāi)而實(shí)現(xiàn)電流切斷； 在此，以通過(guò)所述環(huán)狀槽的中心點(diǎn)且與矩形板狀集電板的短邊平行的方向的截面為基準(zhǔn)截面，所述矩形板狀的集 電板被設(shè)計(jì)為滿(mǎn)足下面的全部條件: (1)所述基準(zhǔn)截面上的所述厚壁部的截面面積A與所述基準(zhǔn)截面上的所述中央薄壁部的截面面積B的關(guān)系式:B/A的值為0.05以上且0.15以下，其中截面面積A與截面面積B的單位為mm2 ； (2)所述厚壁部與所述環(huán)狀槽的距離P與所述環(huán)狀槽上的殘留部的截面面積C的關(guān)系式:P/C的值為1.6以下，其中距離P的單位為_(kāi)，截面面積C的單位為mm2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密閉型二次電池，其特征在于:所述B/A的值為0.07以上且0.12以下，所述P/C的值為0.5以上且1.3以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的密閉型二次電池，其特征在于:所述環(huán)狀槽上的殘留部的截面面積C為0.3以上，所述厚壁部與所述環(huán)狀槽的距離P為0.5以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項(xiàng)所述的密閉型二次電池，其特征在于:所述環(huán)狀槽的直徑為4mm以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任意一項(xiàng)所述的密閉型二次電池，其特征在于:所述中央薄壁部的厚度為0.15mm以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中的任意一項(xiàng)所述的密閉型二次電池，其特征在于:所述電極體為將長(zhǎng)條片狀的所述正極以及長(zhǎng)條片狀的所述負(fù)極與長(zhǎng)條片狀的隔片一起卷繞而成的扁平形狀的卷繞電極體； 所述電池殼體與該卷繞電極體的形狀相對(duì)應(yīng)地形成為收置該卷繞電極體的扁平的長(zhǎng)方體狀。
7.—種電池組,其特征在于:將權(quán)利要求1 6中的任意一項(xiàng)所述的密閉型二次電池設(shè)為單電池，具備多個(gè)單電池且這些單電池相互電連接。
8.—種車(chē)輛，其中:作為驅(qū)動(dòng)用電源具備權(quán)利要求1 6中的任意一項(xiàng)所述的密閉型二次電池或者權(quán) 利要求7所述的電池組。
全文摘要
本發(fā)明提供具備防止由高速充放電時(shí)的焦耳熱引起的集電板的熔斷的耐熱性較的電流切斷機(jī)構(gòu)的密閉型二次電池。密閉型二次電池的電流切斷機(jī)構(gòu)構(gòu)成為，在殼體內(nèi)的內(nèi)壓上升超過(guò)預(yù)定水平時(shí)電流切斷閥由于該內(nèi)壓向從矩形板形狀的集電板離開(kāi)的方向變形，集電板在該集電板的中央薄壁部的環(huán)狀槽的部分?jǐn)嗔?，將與矩形板形狀集電板的短邊平行的方向的截面設(shè)為基準(zhǔn)截面(1)基準(zhǔn)截面上的厚壁部(78)的截面面積A(mm2)與中央薄壁部的截面面積B(mm2)的關(guān)系式B/A的值為0.05以上且0.15以下；并且(2)厚壁部與環(huán)狀槽的距離P(mm)與該環(huán)狀槽上的殘留部的截面面積C(mm2)的關(guān)系式P/C的值為1.6以下。
文檔編號(hào)H01M10/0525GK103227311SQ20131003027
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月27日
發(fā)明者原田宏紀(jì), 犬飼博史, 高田登志廣, 山內(nèi)康弘, 橫山喜紀(jì) 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社, 三洋電機(jī)株式會(huì)社