二次電池的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】二次電池
[0001 ] 本案是申請(qǐng)?zhí)枮?01180070265.3、申請(qǐng)日為2011年4月18日的同名專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及二次電池。
【背景技術(shù)】
[0003]將片狀的正極、負(fù)極隔著隔膜層疊來(lái)制作電極組，將該電極組收納在填充有電解液的金屬或樹(shù)脂制的密閉容器內(nèi)并設(shè)置與電極組兩極相連接的外部端子的鋰離子二次電池已廣為人知。
[0004]在上述二次電池中，因異常動(dòng)作導(dǎo)致電極組發(fā)熱時(shí)，存在產(chǎn)生大量的氣體、電池內(nèi)部壓力上升的情況。異常動(dòng)作有過(guò)充電、加熱、來(lái)自外部的壓力導(dǎo)致的內(nèi)部短路等。
[0005]以往，在電池容器設(shè)置排氣閥，如果容器內(nèi)壓上升則從排氣閥排出氣體，防止電池容器的破裂。然而，存在產(chǎn)生氣體時(shí)電極組因容器內(nèi)壓而移動(dòng)、排氣閥被堵塞的擔(dān)憂(yōu)。
[0006]在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中，對(duì)于在容器側(cè)面設(shè)置有氣體排出流路的二次電池，使電極組與容器側(cè)面之間的間隙的截面積(第一截面積)大于電極組與容器底面之間的間隙的截面積(第二截面積)，使得即使電極組因電極體產(chǎn)生的氣體而移動(dòng)，排氣閥也不會(huì)被堵塞。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0009]專(zhuān)利文獻(xiàn)I:日本特開(kāi)2007-220418號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明要解決的課題
[0011 ]專(zhuān)利文獻(xiàn)I記載的二次電池中，使得即使電極組移動(dòng)，排氣閥也不會(huì)被堵塞，排氣閥能夠可靠地開(kāi)裂。然而，由于排氣閥的開(kāi)口面積與第一、第二截面積相對(duì)的大小，存在因排氣閥開(kāi)裂后繼續(xù)產(chǎn)生的氣體使得電池容器內(nèi)的內(nèi)壓降低效果不足的情況。
[0012]用于解決課題的方案
[0013]本發(fā)明的第一方式的二次電池，包括:容器，其收納具有彎曲部和平面部的卷繞電極組，并具有開(kāi)口；和蓋，其塞住上述開(kāi)口并設(shè)置有排氣閥，上述容器具有與上述卷繞電極組的卷繞軸相對(duì)的一對(duì)側(cè)面，在上述容器內(nèi)設(shè)置有由上述卷繞電極組和一個(gè)上述側(cè)面形成的第一間隙部、和由上述彎曲部和上述蓋形成的第二間隙部，上述排氣閥的面積比由上述第一間隙部和上述第二間隙部形成的間隙部的最小截面積大。
[0014]本發(fā)明的第二方式的二次電池，在第一方式的二次電池中，上述第二間隙部的最大排氣流量比上述第一間隙部的最大排氣流量大。
[0015]本發(fā)明的第三方式的二次電池，在第一或第二方式的二次電池中，上述排氣閥偏置于上述容器的一個(gè)上述側(cè)面的一側(cè)。
[0016]本發(fā)明的第四方式的二次電池，包括:設(shè)有排氣閥和正負(fù)極外部端子的電池外殼；隔著隔膜層疊正負(fù)極板，在兩端設(shè)有集電部的電極組;和構(gòu)成從上述電極組的上述集電部到上述正負(fù)極外部端子的電流通路的正負(fù)極集電體，將上述電極組內(nèi)部產(chǎn)生的氣體從上述排氣閥排出的排氣流路形成在上述電池外殼與上述電極組之間，上述排氣流路包括在從上述電極組排出的氣體向著上述排氣閥時(shí)在垂直方向上流動(dòng)的第一排氣流路;和形成在上述第一排氣流路與上述排氣閥之間、從上述第一排氣流路流入的氣體到達(dá)上述排氣閥時(shí)在水平方向上流動(dòng)的第二排氣流路，上述排氣閥開(kāi)裂時(shí)的開(kāi)口面積比從上述電極組到上述排氣閥的上述排氣流路的截面積大。
[0017]發(fā)明效果
[0018]本發(fā)明的電池在排氣閥開(kāi)裂后也能夠抑制電池外殼內(nèi)部壓力的上升。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是表示本發(fā)明的二次電池的第一實(shí)施方式的外觀(guān)立體圖。
[0020]圖2是圖1的二次電池的分解立體圖。
[0021]圖3A是表示圖1的二次電池中的卷繞型電極組的立體圖。
[0022]圖3B是表示與集電體連接時(shí)預(yù)先壓縮未涂敷部后的圖3A的卷繞型電極組的立體圖。
[0023]圖4是表示圖1的二次電池中排氣閥開(kāi)裂時(shí)氣體的流動(dòng)的縱截面圖。
[0024]圖5是沿著圖4的V-V向視線(xiàn)的橫截面圖。
[0025 ]圖6是沿著圖4的V1-VI向視線(xiàn)的縱截面圖。
[0026]圖7是沿著圖4的VI1-VII向視線(xiàn)的縱截面圖。
[0027]圖8是圖4的平面圖。
[0028]圖9是表示第一實(shí)施方式中氣體流路的流路截面積為SI<S2<S3的示意圖。
[0029 ]圖1O是表示將氣體流路的流路截面積變?yōu)镾I > S2 > S3后的比較例的示意圖。
[0030]圖11是表示使二次電池強(qiáng)制內(nèi)部短路時(shí)電池內(nèi)部壓力的變化的曲線(xiàn)圖。
[0031]圖12是表示本發(fā)明的薄型鋰離子二次電池的第二實(shí)施方式中排氣閥開(kāi)裂時(shí)氣體的流動(dòng)的縱截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]參考附圖，對(duì)將本發(fā)明應(yīng)用于混合動(dòng)力車(chē)用鋰離子二次電池的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0033][第一實(shí)施方式]
[0034]如圖1和圖2所示，薄型鋰離子二次電池外觀(guān)呈大致長(zhǎng)方體的薄型形狀。該二次電池具有有底的金屬制電池桶I和輪廓與電池桶I的開(kāi)口部配合的平板狀金屬制電池蓋2。電池桶I例如由鋁合金材料制作成具有一對(duì)寬面1W、一對(duì)細(xì)長(zhǎng)窄面IN和底面IB的薄型長(zhǎng)方體。
[0035]電池蓋2在本例中為鋁合金制。電池蓋2其外周輪廓通過(guò)激光(束)焊接接合到電池桶I的開(kāi)口部10的內(nèi)周部，電池桶I的開(kāi)口部10被密封。電池外殼由電池桶I和電池蓋2構(gòu)成。
[0036]電池蓋2的中央設(shè)有排氣閥3，該排氣閥3用于在電池外殼內(nèi)的壓力上升時(shí)在預(yù)先設(shè)定的壓力下開(kāi)裂、將氣體排放到外部。排氣閥3為由與電池蓋2大致相同的金屬材料構(gòu)成的薄膜部件，通過(guò)激光焊接等接合到電池蓋2上。
[0037]電池外殼的內(nèi)部空間中收納有袋狀絕緣片12，卷繞型電極組6收納在絕緣片12內(nèi)。由此，卷繞型電極組6與電池外殼絕緣。此外，在電池外殼內(nèi)收納有電解液等。
[0038]此外，本實(shí)施方式的二次電池中，電池桶I和電池蓋2為不具有極性的中性。
[0039]如圖3A所示，卷繞型電極組6具有將帶狀隔膜6C、帶狀負(fù)極板6E、帶狀隔膜6C、帶狀正極板6D依次重疊并卷繞后的扁平卷繞構(gòu)造。在卷繞型電極組6的卷繞開(kāi)始端部上卷繞數(shù)圈隔膜6C，在其周面上隔著隔膜6C卷繞正負(fù)極板6D、6E。在卷繞型電極組6的卷繞結(jié)束端部上卷繞數(shù)圈隔膜6C，為了防止卷繞解開(kāi)，隔膜6C的最外周(圖2的最下方)利用粘合帶(圖中未示出)固定。
[0040]正極板6D在鋁合金箔的兩表面上涂敷正極活性物質(zhì)混合物制作而成。例如大致均等且大致均一地涂上(涂敷)例如包含錳酸鋰等含鋰過(guò)渡金屬?gòu)?fù)合氧化物的正極活性物質(zhì)混合物。在沿著招合金箔的長(zhǎng)邊方向(卷繞方向)的卷繞軸方向的一端部上，兩表面上形成有未涂敷正極活性物質(zhì)混合物的正極未涂敷部6A。即，正極未涂敷部6A上露出鋁合金箔(正極集電體)。
[0041]負(fù)極板6E在銅合金箔的兩表面上涂敷負(fù)極活性物質(zhì)混合物制作而成。例如大致均等且大致均一地涂上例如包含可吸附、脫附鋰離子的石墨等碳素材料的負(fù)極活性物質(zhì)混合物。在沿著銅合金箔的長(zhǎng)邊方向(卷繞方向)的卷繞軸方向的另一端部上，兩表面上形成有未涂敷負(fù)極活性物質(zhì)混合物的負(fù)極未涂敷部6B。即，負(fù)極未涂敷部6B上露出銅合金箔(負(fù)極集電體)。
[0042]隔膜6C由可透過(guò)鋰離子的微多孔片材構(gòu)成。在本例中使用數(shù)十μπι厚的聚乙烯片。
[0043]如圖2所示，電池蓋2的左右兩端部上穿設(shè)有用于連結(jié)電池內(nèi)部與外部的貫通孔(省略圖示)，正極導(dǎo)電部件4、負(fù)極導(dǎo)電部件5分別隔著絕緣性密封材料7安裝在貫通孔上。露出電池蓋2外部的正極導(dǎo)電部件4、負(fù)極導(dǎo)電部件5分別作為正負(fù)極外部端子4Τ、5Τ，連接卷繞型電極組6與電池外部的電負(fù)載或充電電源。延伸到電池桶內(nèi)部的正極導(dǎo)電部件4、負(fù)極導(dǎo)電部件5作為正極集電體4S、負(fù)極集電體5S。正極集電體4S在平面狀的正極側(cè)接合部4Α上接合到正極未涂敷部6Α，負(fù)極集電體5S在平面狀的負(fù)極側(cè)接合部5Α上接合到負(fù)極未涂敷部6Β。
[0044]卷繞型電極組6通過(guò)正負(fù)極導(dǎo)電部件4、5與電池蓋2—體化，在單端固定的狀態(tài)下被電池蓋2所支承。
[0045]圖3Β為壓縮未涂敷部6Α、6Β的中央?yún)^(qū)域后的電極組6的立體圖。電極組6在中央部形成平面部6Ρ，在兩端部中央?yún)^(qū)域形成被壓縮后的層疊體壓縮平面部6S。電極組6的平面部6Ρ的上下形成沿著卷繞的彎曲部6W。彎曲部6W由正負(fù)極箔在卷繞時(shí)彎曲而形成，正負(fù)極箔雖然層疊但并未壓縮。在圖3Β中將彎曲部6W的四角稱(chēng)為層疊體彎曲端部6Ε。
[0046]對(duì)于圖3Β的電極組6，在電池桶I內(nèi)，前后的平面部6Ρ與電池桶I的一對(duì)寬面IW隔著規(guī)定間隙相對(duì)，四個(gè)彎曲端部6Ε與電池桶I的左右窄面IN隔著規(guī)定間隙相對(duì)。此外，彎曲部6W的上表面與電池蓋2的內(nèi)表面隔著規(guī)定間隙相對(duì)地配置，彎曲部6W的下表面與電池桶I的底面IB隔著規(guī)定間隙相對(duì)地配置。這四個(gè)間隙是可作為電極組6內(nèi)部產(chǎn)生的氣體的流路的地方。針對(duì)氣體流路在后面說(shuō)明。
[0047]卷繞型電極組6在未涂敷部6Α、6Β上與正負(fù)極集電體4S、5S相接合的區(qū)域?yàn)樯鲜鰧盈B體壓縮平面部6S。卷繞多圈的正負(fù)極箔的層疊體壓縮平面部6S與正負(fù)極集電體4S、5S以超聲波焊接接合，正負(fù)極箔之間的間隙也接合。因此，卷繞型電極組6內(nèi)部因短路、發(fā)熱等產(chǎn)生的氣體幾乎不從層疊體壓縮平面部6S排出到電極組外。
[0048]另一方面，電極組6的彎曲部6W由于未被壓縮，在彎曲部6W的四個(gè)端部6E上，構(gòu)成層疊體的正負(fù)極箔相互之間形成有微小的間隙。這些微小間隙可成為電極組內(nèi)部產(chǎn)生的氣體的排出流路。因此，電極組6四角的層疊體彎曲端部6E作為氣體排出部起作用。
[0049]因卷繞型電極組6的內(nèi)部短路等導(dǎo)致的發(fā)熱而產(chǎn)生氣體的情況下，電池外殼的內(nèi)部壓力上升，排氣閥3開(kāi)裂。由此防止電池外殼的破裂，所產(chǎn)生的氣體經(jīng)過(guò)下述氣體排出流路從排氣閥3排出。
[0050]針對(duì)電池桶I內(nèi)產(chǎn)生的氣體從排氣閥3排出之前的氣體排出流路進(jìn)行說(shuō)明。
[0051]彎曲部端部6E上，層疊的多張箔片之間存在流過(guò)氣體的微小間隙。虛線(xiàn)箭頭Al表示正極側(cè)彎曲端部6E內(nèi)的微小間隙的流向，虛線(xiàn)箭頭A2表示負(fù)極側(cè)彎曲端部6E內(nèi)的微小間隙的流向。即，圖4中，如虛線(xiàn)箭頭A1、A2所示，卷繞型電極組6內(nèi)部產(chǎn)生的氣體在彎曲部端部6E內(nèi)向卷繞型電極組6的卷繞軸方向流動(dòng)。
[0052]從電極組6的彎曲端部6E排出的氣體流入電極組6的四個(gè)彎曲端部6E與電池桶I左右窄面IN隔著規(guī)定間隙相對(duì)而形成的垂直流路中，作為氣體B1、B2朝著電池蓋2流動(dòng)。將該垂直流路稱(chēng)為第一氣體排出流路FLl。
[0053]流過(guò)第一氣體排出流路FLl的氣體經(jīng)過(guò)彎曲部6W的上表面與電池蓋2的內(nèi)表面隔著規(guī)定間隙相對(duì)而形成的水平流路，到達(dá)排氣閥3。將該水平流路稱(chēng)為第二氣體排出流路FL2。
[0054]電極組6內(nèi)部