專利名稱：組裝封口體及使用該組裝封口體的電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于電池，具體來說是關(guān)于電池中所使用的組裝封口體的改良。
背景技術(shù)：
電池已知有很多種類。例如，作為小型日常生活用的代表性電池有鋰二次電池。 鋰二次電池能夠在常溫下使用，具有高的工作電壓和高能量密度，以及良好的循環(huán)特性。因此，鋰二次電池作為例如手機，便攜信息終端(PDA)，筆記本電腦，攝像機等的便攜小型電子設(shè)備的電源被廣泛地利用。近年來，伴隨著便攜性電子設(shè)備的高性能化，作為電源而被使用的電池也被期望具有更高的性能。另一方面，大型電池被用于電力儲藏，以及混合動力汽車和可外接充電式混合動力電動汽車等的電動汽車的馬達驅(qū)動。特別是，使用于所述電動汽車的電源的電池需要具有高容量，還需要具有高輸出特性等。由此，對于電池的高性能化的要求變得更高。但是，電池自身的性能提高之后，在產(chǎn)生短路等問題時，由于電池的構(gòu)成等以及電解質(zhì)的分解所產(chǎn)生的氣體使得電池的內(nèi)壓容易上升。進一步地，由于這樣的問題，會有電池的溫度急劇地上升的情況發(fā)生。因此，為了進一步提高電池的安全性，需要進一步地謀求對策。以往，為了進一步提高電池的安全性，進行了各種研究。例如，在專利文獻1中公開了，在封口板的不與電解液，電解液蒸汽或者電解液分解氣體接觸的部分，設(shè)有感應(yīng)電池內(nèi)的壓力而工作的電流斷路裝置。專利文獻1的目的在于，在過充放電時，即使電池內(nèi)壓上升，也可以防止電池著火或者破裂。在專利文獻2中，公開了具有電流斷路導(dǎo)線的封口板。即使由于電解液的分解而產(chǎn)生可燃性的氣體，通過設(shè)在所述封口板上的閥膜，將電流斷路導(dǎo)線與含有所述可燃性氣體的空氣隔離。專利文獻2的目的在于防止在過充電時或者短路時產(chǎn)生電池破裂或者電池內(nèi)產(chǎn)生的可燃性氣體在電流切斷時發(fā)生閃燃。在專利文獻3中，公開了一種安全裝置，其包括對應(yīng)于電池盒的內(nèi)壓的上升而向電池盒的外側(cè)方向的移動的隔壁，使電池反應(yīng)部和端子導(dǎo)通的導(dǎo)電體，支撐于所述隔壁并切斷所述導(dǎo)電體的刃部。專利文獻3的目的在于，在電池內(nèi)壓上升時可以確實地將電流通路切斷，即使產(chǎn)生火花，也能防止電解液的蒸汽、分解氣體閃燃。在專利文獻4中公開了一種電流斷路機構(gòu)，其配置有2個中空圓形的連接板使其各內(nèi)周側(cè)端部連接，所述2個連接板之間且在所述2個連接板的內(nèi)周側(cè)配置有熱膨脹樹脂， 在熱膨脹樹脂外周側(cè)配置有非膨脹樹脂。專利文獻4的目的在于，在電池發(fā)生異常時，瞬時切斷電流?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1 日本特開平7-254401號公報專利文獻2 日本特開平6-215760號公報
專利文獻3 日本特開平10-321213號公報

專利文獻4 日本特開2007-194069號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題專利文獻1 3所公開的技術(shù)，意在在電池內(nèi)壓上升時，停止放電。但是，例如作為電動汽車的電源而使用的高容量的電池在產(chǎn)生短路問題時，有時在電池內(nèi)壓沒有上升的期間，電池溫度已經(jīng)上升了。進一步地，電池溫度在短時間內(nèi)上升時，為了密封電池而使用的墊圈發(fā)生劣化，電池內(nèi)產(chǎn)生的氣體向外部泄露。因此，被假設(shè)為電池內(nèi)壓上升之前電池溫度就上升了的電池，即使應(yīng)用專利文獻1 3所公開的技術(shù)，在發(fā)生問題時，并不一定會確實地停止放電。專利文獻4所公開的技術(shù)中，在熱膨脹樹脂的厚度方向的兩側(cè)配置的2個連接板僅是線接觸。由此，如專利文獻4的表1所記載的，2個連接板之間的電阻值顯示為0. 04 Ω 這樣非常高的值。例如作為電動汽車的電源而使用的電池，需要有高輸出特性。為了達成高輸出特性，需要電池的內(nèi)部電阻盡可能的小。但是，專利文獻4所公開的電池，如上所述，2個連接板間的電阻值非常的高，因此可以認為電池的內(nèi)部電阻也非常的高。即，專利文獻4所公開的電池，不僅作為電動汽車的電源，而且作為日常生活用電池，也難以具有高的性能。因此，本發(fā)明的目的在于，特別對于具有高容量和高輸出特性的電池，在電池發(fā)生問題時，可以確實地停止充放電。解決問題的手段本發(fā)明涉及一種電池用組裝封口體，其用于對收容發(fā)電單元的電池盒進行封口， 該電池用組裝封口體包括(i)具有外部端子的導(dǎo)電性的蓋子；(ii)配置在與發(fā)電單元相對一側(cè)、且與發(fā)電單元所包含的一方的電極連接的導(dǎo)電性膜狀材料；(iii)配置在蓋子和導(dǎo)電性膜狀材料之間的閥芯，以及(iv)配置在閥芯和導(dǎo)電性膜狀材料之間的熱膨脹性材料，導(dǎo)電性膜狀材料和閥芯在至少一處的規(guī)定的位置，以導(dǎo)通狀態(tài)接合，在熱膨脹性材料膨脹了規(guī)定倍率時，導(dǎo)電性膜狀材料和閥芯的接合斷開，導(dǎo)電性膜狀材料和閥芯的導(dǎo)通被切斷。本發(fā)明還涉及一種電池，其包括發(fā)電單元；收容發(fā)電單元的電池盒；對電池盒的開口部封口用的組裝封口體。發(fā)明的效果在本發(fā)明中，導(dǎo)電性膜狀材料和閥芯在至少一處的規(guī)定的位置處于金屬接合的狀態(tài)，因此導(dǎo)電性膜狀材料和閥芯可以低電阻連接。因此，例如，可以維持高的輸出特性。進一步地，通過在導(dǎo)電性膜狀材料和閥芯之間配置熱膨脹性材料，在產(chǎn)生問題且電池溫度上升時，連接的導(dǎo)電性膜狀材料和閥芯可以確實地分離。因此，通過本發(fā)明，特別是對于具有高容量及高輸出特性的電池，能夠探測電池內(nèi)部的異常，確實地停止充放電。例如，根據(jù)本發(fā)明，在電池內(nèi)壓上升之前電池溫度上升時，可以確實地停止充放電。本發(fā)明的區(qū)別特征記載在權(quán)利要求中，關(guān)于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及內(nèi)容，以及本申請的其他的目的及特征，參照結(jié)合附圖的以下的說明可以更好的被理解。


圖1是概 略地示出本發(fā)明的一實施形態(tài)的電池的縱截面圖。圖2是概略地示出在熱膨脹性材料膨脹之后，閥芯和導(dǎo)電性膜狀材料的位置關(guān)系的縱截面圖。圖3是圖2的圓III內(nèi)部的放大圖。圖4是概略地示出本發(fā)明的其它的實施形態(tài)的電池所包含的組裝封口體縱截面圖。圖5是概略地示出比較例制作的電池的縱截面圖。符號說明10 電池11電池盒12發(fā)電單元13第1電極14第2電極15 隔膜16上部絕緣板17下部絕緣板18絕緣墊圈19第1導(dǎo)線20第2導(dǎo)線30、40組裝封口體31 蓋子31a外部端子32導(dǎo)電性膜狀材料3lb、32a 貫通孔33、41 閥芯33a 凸部33b閥芯的中央部31C、33C設(shè)于閥芯的周緣部的平坦部34熱膨脹性材料35絕緣層42閥芯的薄壁部
具體實施例方式本發(fā)明的一實施形態(tài)的電池包括發(fā)電單元、收容發(fā)電單元的電池盒、對電池盒的開口部封口的組裝封口體。組裝封口體包括(i)具有外部端子的導(dǎo)電的蓋子，( )配置在與所述發(fā)電單元相對的一側(cè)，且連接于所述發(fā)電單元所包含的一個電極的導(dǎo)電性膜狀材料，Qii) 配置在所述蓋子和所述導(dǎo)電性膜狀材料之間的導(dǎo)電的閥芯，及(iv)配置在所述閥芯和所述導(dǎo)電性 膜狀材料之間的熱膨脹性材料。所述導(dǎo)電性膜狀材料和所述閥芯在至少一處的規(guī)定的位置以導(dǎo)通的狀態(tài)接合，所述熱膨脹性材料以規(guī)定的倍率膨脹時，所述導(dǎo)電性膜狀材料和所述閥芯的接合斷開，所述導(dǎo)電性膜狀材料和所述閥芯的導(dǎo)通狀態(tài)也被切斷。以下，參照圖1 3對本實施形態(tài)的電池進行說明。圖1是示出本發(fā)明的一實施形態(tài)的電池的縱截面圖。圖2概略地示出在熱膨脹性材料膨脹之后，閥芯和導(dǎo)電性膜狀材料的位置關(guān)系。圖3是圖2的圓III內(nèi)的放大圖。又，在圖1 3中，相同的結(jié)構(gòu)單元都采用相同的符號。進一步地，圖2僅示出組裝封口體。圖1的密閉型的圓筒形電池10包括電池盒11、收容在圓筒形電池盒11內(nèi)的發(fā)電單元12、以及組裝封口體30。發(fā)電單元12包含第1電極13、第2電極14、配置在第1 電極13和第2電極14之間的隔膜15，以及電解質(zhì)(圖中未示出)。又，在本實施形態(tài)中， 可以是第1電極13是正極，第2電極14是負極，也可以是第1電極13是負極，第2電極14 是正極。發(fā)電單元12配置在電池盒11內(nèi)。在發(fā)電單元12和電池盒11的內(nèi)底部之間，配置有下部絕緣板17，在發(fā)電單元12的上部，配置有上部絕緣板16。在圖1的電池10中，電池盒11的開口部由組裝封口體30封口。具體來說，夾著絕緣墊圈18將電池盒11的開口端部與組裝封口體30的周緣部鉚接，由此將電池盒11的開口部封口。組裝封口體30包括(i)具有外部端子31a的導(dǎo)電的蓋子31，(ii)導(dǎo)電性膜狀材料32，(iii)配置在蓋子31和導(dǎo)電性膜狀材料32之間的導(dǎo)電的閥芯33，及(iv)配置在閥芯33和導(dǎo)電性膜狀材料32之間的熱膨脹性材料34。導(dǎo)電性膜狀材料32配置在與蓋子31 的相反側(cè)，即與發(fā)電單元12相對的一側(cè)。蓋子31以及閥芯33由例如，導(dǎo)電性膜狀材料構(gòu)成。熱膨脹性材料34，在被加熱到超過電池的通常使用溫度范圍后膨脹。電池的通常使用溫度域是指，例如，-30°C 60°C的范圍。對于組裝封口體30，在蓋子31的周緣部設(shè)有平坦部31c，在閥芯33的周緣部，設(shè)有平坦部33c。通過蓋子31的平坦部31c和閥芯33的平坦部33c層疊，使得蓋子31和閥芯33電連接。進一步地，設(shè)有絕緣層35用以覆蓋蓋子31和閥芯33的層疊的周緣部。導(dǎo)電性膜狀材料32(以下，稱為下部導(dǎo)電膜32)和閥芯33，例如，至少在一處部分地處于金屬接合的狀態(tài)。具體來說，例如，閥芯33具有被配置為包圍閥芯33的中央部33b、 且向下部導(dǎo)電膜32側(cè)突出的凸部33a。凸部33a的頂部例如部分的與下部導(dǎo)電膜32處于金屬接合的狀態(tài)。由此，下部導(dǎo)電膜32和閥芯33電接合，進而，下部導(dǎo)電膜32和蓋子31 電連接。下部導(dǎo)電膜32的周緣部中間夾著絕緣層35被鉚接在蓋子31和閥芯33層疊后的周緣部上。因此，設(shè)在閥芯33的凸部33a和下部導(dǎo)電膜32的接合被斷開后，下部導(dǎo)電膜32 和閥芯33的導(dǎo)通也就被切斷。根據(jù)電池的用途、下部導(dǎo)電膜32及閥芯33的厚度及材質(zhì)等，適當(dāng)?shù)剡x擇設(shè)在閥芯33的凸部33a數(shù)量以及下部導(dǎo)電膜32和閥芯33的連接面積。 閥芯33可以具有相互獨立的多個凸部33a，也可以如圖1所示，在閥芯33設(shè)有沿著規(guī)定的圓周連續(xù)地相連的凸部33a。具體來說，閥芯33可以沿著規(guī)定的圓周連續(xù)地相連以包圍熱膨脹性材料34，且具有向下部導(dǎo)電膜32側(cè)突出的凸部。此時，所述凸部，與下部導(dǎo)電膜32處于接合的狀態(tài)。所述凸部可以部分的與下部導(dǎo)電膜32接合，也可以是凸部整體與下部導(dǎo)電膜32接合。同樣地，閥芯33可以沿規(guī)定的圓周被設(shè)置，以包圍熱膨脹性材料 34，且具有向下部導(dǎo)電膜32側(cè)突出的至少一個獨立的凸部。此時，所述至少一個獨立的凸部的一部份或者全部與下部導(dǎo)電膜32處于接合的狀態(tài)。第1導(dǎo)線19的一端連接到第1電極13，第1導(dǎo)線19的另一端連接到組裝封口體 30的下部導(dǎo)電膜32的發(fā)電單元12側(cè)的表面。第2導(dǎo)線20的一端連接到第2電極14，第 2導(dǎo)線20的另一端連接到電池盒11的內(nèi)底面。熱膨脹性材料34配置在下部導(dǎo)電膜32和閥芯33之間。對于圖1所示的組裝封口體30，相對于閥芯33的凸部33a熱膨脹性材料34配置在電池10的半徑方向更內(nèi)側(cè)。艮口， 熱膨脹性材料34與閥芯33的中央部33b相對，且被連續(xù)地相連的凸部33a包圍。膨脹性材料34膨脹到規(guī)定倍率后，閥芯33被向蓋子31側(cè)上壓，或者下部導(dǎo)電膜32被向下方下壓， 其結(jié)果是，如圖2所示，閥芯33的凸部33a與下部導(dǎo)電膜32分離。因此，可以防止電流從下部導(dǎo)電膜32向閥芯33流動。即，隨著電池溫度的上升，可以使電流斷路。如上所述，下部導(dǎo)電膜32和閥芯33在至少一處規(guī)定的位置處于金屬接合的狀態(tài)， 因此下部導(dǎo)電膜32和閥芯33可以低電阻連接。因此，例如，可以維持高的輸出特性。進一步地，通過在下部導(dǎo)電膜32和閥芯33之間，配置熱膨脹性材料34，在產(chǎn)生問題等而電池溫度上升時，處于金屬接合狀態(tài)的下部導(dǎo)電膜32和閥芯33可以確實地分離。因此，通過上述結(jié)構(gòu)，特別是對于具有高容量及高輸出特性的電池，可以探測電池內(nèi)部的異常，并確實地停止充放電。例如，通過上述結(jié)構(gòu)，電池溫度上升時，可以確實地停止充放電。熱膨脹性材料34的膨脹率優(yōu)選在120°C以上達到最大。此時，熱膨脹性材料34在 120°C的膨脹率最好達到200 400%。由此，可以確實地停止電池的充放電。進一步地，即使電池在高電壓下，下部導(dǎo)電膜32和閥芯33分離之后，可以確實地防止在位于下部導(dǎo)電膜 32和閥芯33的接合部的部分之間產(chǎn)生火花。在通常使用時，作為電動汽車電源而使用的高容量的電池的溫度在80°C以下。另一方面，這樣的電池發(fā)生問題時，電池溫度上升超過80°C。因此，通過使用膨脹率在充分高于80°C的溫度，即在120°C以上時達到最大的熱膨脹性材料34，可以僅在電池發(fā)生問題時， 確實地停止放電。熱膨脹性材料34最好在120°C以上開始膨脹。作為滿足上述特性的熱膨脹性材料34，例如是膨脹性石墨、蛭石等膨脹性無機材料。其中優(yōu)選膨脹性石墨。膨脹性石墨在120°C左右開始膨脹，因此最適合上述用途。膨脹性石墨是例如，將石墨(天然鱗片石墨、熱分解石墨)，經(jīng)過無機酸(硫酸，硝酸等)和強氧化劑(高氯酸鹽，高錳酸鹽，重鉻酸鹽等)處理后得到的石墨層間化合物。進一步地，熱膨脹性材料34除了膨脹性無機材料，根據(jù)需要，也可以含有絕緣性的樹脂材料等。作為所述樹脂材料，可以使用橡膠材料，聚亞安酯樹脂，聚烯烴樹脂，環(huán)氧樹月旨，丙烯腈_苯乙烯_ 丁二烯共聚物(ABS)樹脂，聚碳酸酯樹脂，丙烯酸樹脂，聚酰胺樹脂， 聚酰胺_酰亞胺樹脂，酚醛樹脂等。作為橡膠材料，例如有氯丁橡膠，異戊二烯橡膠，苯乙烯-丁二烯橡膠，丙烯酸酯橡膠，天然橡膠等。作為聚烯烴樹脂例如有聚乙烯樹脂，聚丙烯樹脂等。熱膨脹性材料包括膨脹性無機材料和樹脂材料等時，膨脹性無機材料的量，只要能使下部導(dǎo)電膜32和閥芯33確實地分離，并不需要特別地限定。膨脹性無機材料的量，例如，理想的熱膨脹性材料的量是1 90重量％，5 50重量％則更好。熱膨脹性材料包含膨脹性無機材料和樹脂材料等時，熱膨脹性材料的膨脹率，可以通過調(diào)節(jié)膨脹性無機材料的量來控制。熱膨脹性材料在120°C的膨脹率通過[(在120°C的厚度)/(未膨脹狀態(tài)下的厚度)]X 100來求得。這里，未膨脹狀態(tài)下的厚度，是遠低于膨脹開始溫度的溫度下的厚度 (例如，25°c下的厚度)，也是配置于閥芯和下部導(dǎo)電膜之間時的厚度。電池溫度上升到120°C以上時，即熱膨脹性材料34加熱到120°C以上時，熱膨脹性材料34膨脹，由金屬接合部接合著的下部導(dǎo)電膜32和閥芯33分離。此時，如圖3所示，設(shè)置所述金屬接合部的位置，即下部導(dǎo)電膜32和閥芯33最接近之處，下部導(dǎo)電膜32和閥芯 33之間的距離H優(yōu)選為0. 4mm以上，在Imm以上則更好。這里，下部導(dǎo)電膜32和閥芯33之間的距離H是指，在下部導(dǎo)電膜32和閥芯33金屬接合之處，下部導(dǎo)電膜32最接近于閥芯 33的位置，與閥芯33的凸部33a最接近于下部導(dǎo)電膜32的位置之間的垂直距離。特別是對于電壓高的電池來說，在下部導(dǎo)電膜32和閥芯33最接近之處，如果下部導(dǎo)電膜32和閥芯33之間的距離短，下部導(dǎo)電膜32和閥芯33之間有時會產(chǎn)生火花。但是， 在下部導(dǎo)電膜32和閥芯33之間最接近之處，通過使下部導(dǎo)電膜32和閥芯33之間的距離 H為0. 4mm以上，可以防止下部導(dǎo)電膜32和閥芯33之間產(chǎn)生火花。即使在電池電壓為50V 這樣的高電壓的情況下，距離H如果為0. 4mm以上，則可以防止火花的發(fā)生。熱膨脹性材料34膨脹之后的下部導(dǎo)電膜32和閥芯33之間的距離H，可以通過調(diào)節(jié)例如熱膨脹之前的熱膨脹性材料的厚度、熱膨脹性材料在120°C的膨脹率來進行控制。配置在下部導(dǎo)電膜32和閥芯33之間的熱膨脹性材料34的厚度，可以根據(jù)下部導(dǎo)電膜32及閥芯33的形狀等來相應(yīng)地選擇。蓋子31和閥芯33是由導(dǎo)電性膜狀材料，例如金屬箔構(gòu)成的。作為蓋子31的構(gòu)成材料優(yōu)選鍍Ni的冷軋鋼板(SPCC、SPCD)，或者不銹鋼。作為閥芯33的構(gòu)成材料，優(yōu)選例如鋁(例如1N50，A1050)或者鋁合金(例如3003 等的3000系)。作為導(dǎo)電性膜狀材料(下部導(dǎo)電膜)32的構(gòu)成材料，優(yōu)選使用例如鋁合金(5052， 3003)。作為絕緣層35的構(gòu)成材料，可以使用例如，聚丙烯(PP)，聚苯硫醚(PPS)，四氟乙烯_全氟代乙烯基醚共聚物(PFA)。構(gòu)成蓋子31的膜狀材料的厚度優(yōu)選為0. 4 1mm。導(dǎo)電性膜狀材料(下部導(dǎo)電膜)3的厚度優(yōu)選為0. 4 1mm。構(gòu)成閥芯33的膜狀材料的厚度優(yōu)選為0. 2 0. 5mm。 絕緣層35的厚度并沒有特別地限定，0. 5 Imm即可。進一步地，如圖1所示，金屬制的第1導(dǎo)線19最好與下部導(dǎo)電膜32的與配置熱膨脹性材料34的面相反的面的與熱膨脹性材料34相對的部分連接。即，第1導(dǎo)線19和下部導(dǎo)電膜32的連接部最好隔著下部導(dǎo)電膜32與熱膨脹性材料34相對。
在發(fā)電單元12發(fā)生短路等問題時，發(fā)電單元12的溫度上升。通常，與電池內(nèi)的氣體環(huán)境相比，產(chǎn)生的熱的傳導(dǎo)速度在金屬中更快。即，發(fā)電單元12產(chǎn)生的熱更易于通過金屬制的第1導(dǎo)線19傳導(dǎo)。因此，通過第1導(dǎo)線19與下部導(dǎo)電膜32的與配置熱膨脹性材料 34的面相反的面的、與熱膨脹性材料34相對的部分連接，可以使發(fā)電單元12產(chǎn)生的熱迅速地傳給熱膨脹性材料34。這樣，即使電池溫度急劇上升的情況，也可以迅速且確實地停止充放電。構(gòu)成材料的選擇也需要根據(jù)電池的種類，在第1電極是正極的情況下，作為第1導(dǎo)線19的構(gòu)成材料例如是鋁、鈦等。在第2電極是負極的情況下，作為第2導(dǎo)線20的構(gòu)成材料例如是銅、鎳等。 進一步地，設(shè)于組裝封口體的安全機構(gòu)，可以在電池內(nèi)壓増加時工作。S卩，可以在電池內(nèi)壓増加時，使電流斷路。下面參照圖4對其進行說明。在圖4中，與圖1相同的構(gòu)成單元都采用相同的符號。圖4所示的組裝封口體40中，蓋子31具有在其厚度方向貫通蓋子31的貫通孔 31b，下部導(dǎo)電膜32，具有在其厚度方向貫通下部導(dǎo)電膜32的貫通孔32a，同時閥芯41的凸部33a最好設(shè)有薄壁部42。此時，最好在凸部33a設(shè)有薄壁部42，使得由于電池內(nèi)壓的上升而使凸部33a在薄壁部42處破斷，從而使下部導(dǎo)電膜32和閥芯41完全地分離。由此，在電池溫度上升同時電池內(nèi)壓又上升時，熱膨脹性材料34膨脹，而且對應(yīng)于電池內(nèi)壓薄壁部42破斷。因此，下部導(dǎo)電膜32和閥芯41進一步地確實的分離，而且電池內(nèi)產(chǎn)生的氣體可以釋放到外部。薄壁部42的厚度優(yōu)選在閥芯41的厚度的20% 50%范圍。例如，薄壁部42的厚度可以是0. 03 0. 05mm。如果薄壁部42的厚度小于閥芯41的厚度的20%，則薄壁部 42的形成就比較困難。如果薄壁部42的厚度大于閥芯41的厚度的50%，則在電池內(nèi)壓上升時，薄壁部42難以破斷。這里，閥芯的厚度是指構(gòu)成閥芯的金屬箔的厚度?；蛘撸部梢允且酝褂玫碾姵貎?nèi)壓上升時使電流斷路的機構(gòu)與圖1所示的電流斷路機構(gòu)組合使用。在熱膨脹性材料包含膨脹性石墨時，可以在閥芯的與熱膨脹性材料接觸的部分配置耐熱性的絕緣片?？紤]到膨脹后的膨脹性石墨的電阻達到數(shù)十Ω，因此即使閥芯、含有膨脹性石墨的熱膨脹性材料和下部導(dǎo)電膜直接接觸，如果閥芯和下部導(dǎo)電膜的接合斷開，則電流也可以充分地斷路。如上所述，通過在閥芯的與熱膨脹性材料接觸的部分進一步地配置耐熱性的絕緣片，可以提高熱膨脹性材料和閥芯之間的絕緣性。其結(jié)果是，熱膨脹性材料包含膨脹性石墨時的電流斷路功能可以進一步地提高。作為所述耐熱性的絕緣片的構(gòu)成材料，例如是聚酰胺、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、 聚醚酰亞胺、聚醚醚酮等。耐熱性的絕緣片的厚度，只要能將閥芯和熱膨脹性材料絕緣，并沒有特別地限定。下面，再次參照圖1，對組裝封口體30以外的構(gòu)成單元進行說明。以下設(shè)第1電極 13為正極、第2電極14為負極進行說明。正極可以包含例如，正極集電體、以及形成于正極集電體的正極活物質(zhì)層。正極活物質(zhì)層可以包含正極活物質(zhì)和根據(jù)需要包含的粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑等。使用的 正極活物質(zhì)可以對應(yīng)電池的種類恰當(dāng)?shù)剡x擇。制作的電池是鋰電池時，作為正極活物質(zhì)可以使用鈷酸鋰(LiCoO2),鎳酸鋰(LiNiO2),錳酸鋰(LiMn2O4)等含鋰過渡金
屬氧化物，二氧化錳等。制作的電池是堿性蓄電池時，作為正極活物質(zhì)可以使用氫氧化鎳等。或者，可以使用該領(lǐng)域公知的燒結(jié)鎳正極。作為添加到正極的粘結(jié)劑例如有聚四氟乙烯以及聚偏氟乙烯。作為添加到正極的導(dǎo)電劑，例如有天然石墨(鱗片石墨等)、人造石墨、膨脹石墨等的石墨類，乙炔黑、科琴黑、槽黑、爐黑、燈黑、熱裂法炭黑等的炭黑類，碳纖維，金屬纖維等的導(dǎo)電性纖維類，銅、鎳等的金屬粉末類，以及聚苯衍生物等的有機導(dǎo)電性材料。作為構(gòu)成正極集電體的材料，例如有鋁、鋁合金、鎳、鈦等。負極可以包括例如，負極集電體，及形成于負極集電體的負極活物質(zhì)層。負極活物質(zhì)層可以包括負極活物質(zhì)，另根據(jù)需要還可以包括粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑等。使用的負極活物質(zhì)可以對應(yīng)于電池的種類恰當(dāng)?shù)剡x擇。制作的電池是鋰電池時， 作為負極活物質(zhì)例如有金屬鋰、鋰合金、石墨等的碳材料，硅單體、硅合金、硅的氧化物，錫、 錫合金、錫的氧化物等。制作的電池是堿性蓄電池時，作為負極活物質(zhì)可以使用該領(lǐng)域公知的金屬氫化物。作為添加到負極的粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，可以使用與正極使用的材料相同的材料。作為負極集電體的構(gòu)成材料，例如有不銹鋼、鎳、銅等。電解質(zhì)也可以對應(yīng)于電池的種類適當(dāng)?shù)剡x擇。制作的電池是鋰電池時，作為電解質(zhì)可以使用非水電解質(zhì)。非水電解質(zhì)包括非水溶劑和溶解在其中的溶質(zhì)。作為非水溶劑，可以使用例如，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等。這些非水溶劑可以單獨使用也可以兩種以上組合使用。作為溶質(zhì)可以使用例如LiPF6, LiBF4、LiCl4, LiAlCl4, LiSbF6,, LiSCN, LiCl、 LiCF3SO3^ LiCF3CO2, LiAsF6, LiN (CF3SO2) 2、LiB10Cl10以及酰亞胺類。這些可以單獨使用也可以兩種以上組合使用。制作的電池是堿蓄電池時，作為電解質(zhì)可以使用堿性電解質(zhì)。堿性電解質(zhì)可以包含例如，比重為1. 30氫氧化鉀水溶液和以40g/L的濃度溶解于其中的氫氧化鋰。作為構(gòu)成隔膜15的材料，可以使用將第1電極(正極)13和第2電極(負極)14 絕緣、且使電池內(nèi)保持化學(xué)的穩(wěn)定的該領(lǐng)域的公知的材料。作為這樣的材料例如是聚乙烯、 聚丙烯、或者是聚乙烯和聚丙烯的混合物，或者是乙烯丙烯的共聚物。作為構(gòu)成電池盒11的材料，可以例如是鍍鎳(Ni)的鋼板，不銹鋼。本發(fā)明對于標(biāo)稱容量為4Ah以上的電池特別有效。如上所述，高容量的電池在產(chǎn)生短路等問題時，在電池內(nèi)壓沒有上升期間，電池溫度有時會上升。如果電池溫度急劇上升，則密封電池用的絕緣墊圈會劣化，電池內(nèi)產(chǎn)生的氣體會向外部泄露。因此，對于通過電池內(nèi)壓的上升而使電流斷路的現(xiàn)有的電池來說，在產(chǎn)生問題時，不能充分地停止放電。另一方面，在本發(fā)明中，通過熱膨脹性材料的膨脹可以使電流斷路。因此，根據(jù)本發(fā)明，特別是對于具有高容量及高輸出特性的電池，即使電池內(nèi)部產(chǎn)生了異常，也可以確實地停止充放電。
進一步地，將包括上述組裝封口體30的電池作為電動汽車等的電源使用時，為了得到高的輸出特性，組裝封口體30的電阻值優(yōu)選在ΙπιΩ以下。組裝封口體30的電阻值可以使用例如4點端子法測定。在蓋子31和下部導(dǎo)電膜 32之間流通規(guī)定值的電流，并在此時測定蓋子31和下部導(dǎo)電膜32之間的電壓?？筛鶕?jù)所述電流值和測定的電壓值，求出組裝封口體30的電阻值。

組裝封口體30的電阻值可以根據(jù)下部導(dǎo)電膜32和閥芯33的接合面積，蓋子31、 下部導(dǎo)電膜32以及閥芯33的構(gòu)成材料等調(diào)節(jié)。特別是，鋰二次電池具有高電壓且高容量。因此，在鋰二次電池發(fā)生問題時，電池溫度會急劇上升。因此，通過在鋰二次電池中應(yīng)用本發(fā)明，可以進一步地提高鋰二次電池的安全性。實施例《實施例1》制作圖1所示的密閉型的圓筒形電池。(1)正極板的制作作為正極活物質(zhì)使用鈷酸鋰(LiCoO2)。將85重量份的正極活物質(zhì)、10重量份的作為導(dǎo)電劑的碳粉末和作為粘結(jié)劑的聚偏氟乙烯(以下，簡稱為PVDF)的N-甲基-2-吡咯烷酮(以下，簡稱為NMP)溶液混合，得到正極合劑漿料。PVDF的添加量為5重量份。將得到的正極合劑漿料塗布在由厚度為15 μ m的鋁箔構(gòu)成的集電體的兩面，經(jīng)干燥、軋制制作成厚度為100 μ m的正極板。(2)負極板的制作將95重量份的作為負極活物質(zhì)的人造石墨粉末和作為粘結(jié)劑的PVDF的NMP溶液混合，得到負極合劑漿料。PVDF的添加量為5重量份。將得到的負極合劑漿料塗布在由厚度為10 μ m的銅箔構(gòu)成的集電體的兩面，經(jīng)干燥、軋制制作成厚度為100 μ m的負極板。(3)非水電解質(zhì)的調(diào)制非水電解質(zhì)是通過以1. 5mol/L的濃度將六氟磷酸鋰(LiPF6)溶解在體積比為 1:1: 8的碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯的混合溶劑中調(diào)制而成的。(4)組裝封口體的制作如圖1所示制作組裝封口體。作為熱膨脹性材料使用膨脹性石墨(在120°C下的膨脹率200% )。首先，將規(guī)定的金屬箔沖壓加工，以得到蓋子、下部導(dǎo)電膜及閥芯。在閥芯設(shè)有沿著規(guī)定的圓周連續(xù)的凸部。僅在本實施例1中，在閥芯的預(yù)定與膨脹后的膨脹性石墨接觸的部分配置耐熱性的樹脂片。只是，膨脹后的膨脹性石墨的電阻較高，因此即使不設(shè)置該耐熱性的樹脂片，只要閥芯和下部導(dǎo)電膜的接合被斷開，就可以使電流斷路。然后，在下部導(dǎo)電膜的與閥芯相對的面配置有熱膨脹性材料。熱膨脹性材料被配置為在下部導(dǎo)電膜和閥芯接合時位于設(shè)于閥芯的凸部的內(nèi)周側(cè)位置。閥芯的凸部和下部導(dǎo)電膜電阻焊接使得閥芯和下部導(dǎo)電膜接合。閥芯和下部導(dǎo)電膜的焊接面積為1.5mm2以上。然后，閥芯的與下部導(dǎo)電膜接觸側(cè)的相反側(cè)層疊了蓋子。下部導(dǎo)電膜的周緣部中間夾著絕緣層被鉚接在所述層疊體的周緣部上，使得蓋子和閥芯的層疊體的周緣部被覆蓋，從而得到組裝封口體。蓋子的厚度為0. 5mm,閥芯的厚度為0. 4mm，下部導(dǎo)電膜的厚度為0. 5mm。這里，各部材的厚度是構(gòu)成所述部材的金屬箔的厚度。(5)密閉型電池的制作

在得到的正極板和負極板之間，配置厚度為25 μ m的隔膜，從而得到層疊體。將得到的層疊體卷繞成卷狀，制作成圓柱狀的極板群。將得到的極板群和如上述那樣調(diào)制成的非水電解質(zhì)28ml—同收容在內(nèi)徑為29πιπιΦ的鍍鎳的鐵制有底盒內(nèi)。鍍鎳的鐵箔的厚度為 0. 4mm。鋁制正極導(dǎo)線的一端連接正極板，正極導(dǎo)線的另一端連接于組裝封口體的下部導(dǎo)電膜的、配置熱膨脹性材料的面相反的面的、與熱膨脹性材料相對的部分。銅制負極導(dǎo)線的一端與負極板連接，負極導(dǎo)線的另一端與電池盒的內(nèi)底面連接。分別在極板群的上部設(shè)置上部絕緣板，下部設(shè)置下部絕緣板。電池盒的開口端部夾著絕緣墊圈被鉚接在組裝封口體的周緣部上，將電池盒的開口部封口，制作成密閉型電池。得到的電池的標(biāo)稱容量為6800mAh。將這樣得到的電池作為電池1。《實施例2》除了熱膨脹性材料使用3M公司的阻火層(商品名，由含有氯丁橡膠和蛭石的樹脂組合物構(gòu)成的片狀材料，在120°C下的膨脹率300% )之外，其它都與實施例1相同，制作出電池2?！秾嵤├?》除了熱膨脹性材料使用三井金屬塗料化學(xué)(株)制的> ^ t力:V卜(商品名，由含有聚氨酯樹脂和膨脹性石墨的樹脂組合物構(gòu)成的片材料，在120°C下的膨脹率400% ) 之外，其它都與實施例1相同，制作出電池3?！侗容^例1》除了使用圖5所示的現(xiàn)有的組裝封口體51之外，與實施例1同樣地制作出密閉型的圓筒形電池50。將得到的電池作為比較電池1。又，在圖5中，與圖1相同的構(gòu)成單元都采用相同的符號，將其說明省略。組裝封口體51包括具有外部端子52a的蓋子52、上閥芯53、下閥芯54，及下部導(dǎo)電膜55。在上閥芯53上設(shè)有圓形的或者C形的薄壁部53a。在下閥芯54上設(shè)有圓形的薄壁部54a。在圓形的薄壁部54a的內(nèi)側(cè)，設(shè)有向上閥芯53的方向突出的凸部54b，凸部54b 與上閥芯53電連接。在上閥芯53和下閥芯54之間設(shè)有絕緣層56，上閥芯53僅與下閥芯 54的凸部54b接觸。上閥芯53與蓋子52連接，下閥芯54與下部導(dǎo)電膜55連接。蓋子52上設(shè)有貫通其厚度方向的貫通孔52b，下部導(dǎo)電膜55設(shè)有貫通其厚度方向的貫通孔55b。在電池50中，電池內(nèi)部產(chǎn)生氣體之后，電池內(nèi)壓上升。產(chǎn)生的氣體通過下部導(dǎo)電膜55的貫通孔55b進入到組裝封口體51的內(nèi)部，將下閥芯54上壓。此時，下閥芯54的薄壁部54a被斷開，上閥芯53和下閥芯54分離。因此，電池內(nèi)部電流被切斷。即使電流被斷路，電池內(nèi)壓可能仍進一步上升。此時，上閥芯53的薄壁部53a被斷開，在電池內(nèi)部產(chǎn)生的氣體通過蓋子52的貫通孔52b釋放到外部。
[評價]
對電池1 3及比較電池1進行以下的加熱試驗。對各電池以6. SA(IC)的電流進行充電，同時在組裝封口體付近以120°C進行加熱。其結(jié)果是，電池1 3在充電的途中，可以停止充電。而另一方面，比較電池1不能停止充電。如上所述，通過使用在閥芯和下部導(dǎo)電膜之間配置了熱膨脹性材料的組裝封口體，在產(chǎn)生問題使電池溫度上升時等，可以確實地停止充放電。本發(fā)明中僅對優(yōu)選的實施形態(tài)進行了說明，但并不能解釋為僅限于本申請所公開的內(nèi)容。本領(lǐng)域技術(shù)人員在了解本申請所公開的內(nèi)容后是可以明確本申請的各種變形及改變的。因此，本申請的權(quán)利要求可以解釋為包括不脫離本發(fā)明精神和范圍的全部的變形和改變。產(chǎn)業(yè)上利用的可能性包括上述組裝封口體的電池進一步地提高了安全性，因此可以適用于例如，手機、 筆記本電腦，專業(yè)高清攝像機等的便攜電子設(shè)備的驅(qū)動用電源。進一步地，所述電池還可以適用于混合動力電動汽車、可外接充電式混合動力電動汽車、電動自行車等的電源。
權(quán)利要求
1.一種電池用組裝封口體，其用于對收容發(fā)電單元的電池盒進行封口，其特征在于，包括(i)具有外部端子的導(dǎo)電性的蓋子；(ii)配置在與所述發(fā)電單元相對一側(cè)、且與所述發(fā)電單元所包含的一方的電極連接的導(dǎo)電性膜狀材料；(iii)配置在所述蓋子和所述金屬板之間的閥芯，以及(iv)配置在所述閥芯和所述導(dǎo)電性膜狀材料之間的熱膨脹性材料，所述導(dǎo)電性膜狀材料和所述閥芯在至少一處的規(guī)定的位置，以導(dǎo)通狀態(tài)接合，在所述熱膨脹性材料膨脹了規(guī)定倍率時，所述導(dǎo)電性膜狀材料和所述閥芯的接合斷開，所述導(dǎo)電性膜狀材料和所述閥芯的導(dǎo)通被切斷。
2.如權(quán)利要求1所述的電池用組裝封口體，其特征在于，所述閥芯具有包圍所述熱膨脹性材料的、沿著規(guī)定的圓周連續(xù)相連的凸部，所述凸部向所述導(dǎo)電性膜狀材料側(cè)突出，所述導(dǎo)電性膜狀材料和所述凸部處于接合的狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的電池用組裝封口體，其特征在于，所述閥芯具有包圍所述熱膨脹性材料的、沿著規(guī)定的圓周被設(shè)置的至少一個獨立的凸部，所述至少一個獨立的凸部向所述導(dǎo)電性膜狀材料側(cè)突出，所述導(dǎo)電性膜狀材料和所述凸部處于接合的狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的電池用組裝封口體，其特征在于， 所述熱膨脹性材料的膨脹率在120°C以上達到最大。
5.如權(quán)利要求4所述的電池用組裝封口體，其特征在于， 所述熱膨脹性材料在120°C的膨脹率為200 400%。
6.如權(quán)利要求1所述的電池用組裝封口體，其特征在于， 所述熱膨脹性材料包含膨脹性無機材料。
7.如權(quán)利要求6所述的電池用組裝封口體，其特征在于， 所述膨脹性無機材料包含膨脹性石墨。
8.如權(quán)利要求7所述的電池用組裝封口體，其特征在于，在所述閥芯的與所述熱膨脹性材料接觸的部分配置有耐熱性的絕緣片。
9.如權(quán)利要求1所述的電池用組裝封口體，其特征在于， 所述熱膨脹性材料進一步地包含樹脂材料。
10.如權(quán)利要求1所述的電池用組裝封口體，其特征在于，所述熱膨脹性材料加熱到120°c以上時，通過所述熱膨脹性材料的膨脹，使得在所述接合的位置，所述導(dǎo)電性膜狀材料和所述閥芯分離0. 4mm以上的距離，
11.如權(quán)利要求1所述的電池用組裝封口體，其特征在于，所述蓋子具有在其厚度方向貫通所述蓋子的貫通孔，所述導(dǎo)電性膜狀材料具有在其厚度方向貫通所述導(dǎo)電性膜狀材料的貫通孔，所述閥芯具有向所述導(dǎo)電性膜狀材料側(cè)突出的凸部，所述導(dǎo)電性膜狀材料和所述閥芯的凸部處于接合的狀態(tài)，在所述閥芯的凸部設(shè)有薄壁部。
12.如權(quán)利要求1所述的電池用組裝封口體，其特征在于， 電阻值為ImΩ以下。
13.一種電池，其特征在于，包括 發(fā)電單元；收容所述發(fā)電單元的電池盒；對所述電池盒的開口部封口用的權(quán)利要求1記載的組裝封口體。
14.如權(quán)利要求13所述的電池，其特征在于，所述發(fā)電單元具有第1電極、第2電極、配置在所述第1電極和所述第2電極之間的隔所述第1電極和所述導(dǎo)電性膜狀材料通過第1導(dǎo)線電連接，所述第1導(dǎo)線和所述導(dǎo)電性膜狀材料的連接部隔著所述導(dǎo)電性膜狀材料與所述熱膨脹性材料相對。
15.如權(quán)利要求13所述的電池，其特征在于， 標(biāo)稱容量為4Ah以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用于電池的組裝封口體的改良。本發(fā)明的目的在于，特別對于具有高容量和高輸出特性的電池，在電池發(fā)生問題時，可以確實地停止充放電。本發(fā)明的一實施形態(tài)的電池用組裝封口體包括(i)具有外部端子的導(dǎo)電性的蓋子；(ii)配置在與發(fā)電單元相對一側(cè)、且與發(fā)電單元所包含的一方的電極連接的金屬板；(iii)配置在蓋子和導(dǎo)電性膜狀材料之間的導(dǎo)電的閥芯，以及(iv)配置在閥芯和導(dǎo)電性膜狀材料之間的熱膨脹性材料。在所述導(dǎo)電性膜狀材料和所述閥芯的至少一處的規(guī)定的位置，以導(dǎo)通狀態(tài)接合，在所述熱膨脹性材料以規(guī)定倍率膨脹了之后，所述導(dǎo)電性膜狀材料和所述閥芯的接合斷開，所述導(dǎo)電性膜狀材料和所述閥芯的導(dǎo)通被切斷。
文檔編號H01M2/12GK102160214SQ20108000267
公開日2011年8月17日 申請日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月27日
發(fā)明者平川靖 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社