CN104067416B - 密闭型电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够抑制电流截断机构(CID)的经时劣化的密闭型电池。电池(1)具备：电极体(10)，其浸渗电解液，作为发电元件发挥功能；壳体(20)，其将电极体(10)与所述电解液一同收纳；和CID(100)，其在异常时截断电流，CID(100)具备反转板(110)和集电板(120)，反转板(110)随着壳体(20)的内压的上升而变形，集电板(120)与反转板(110)接合，并随着反转板(110)的变形而变形，在集电板(120)设置有槽状的刻印部(123)和多个切缝(124、124...)，槽状的刻印部(123)在壳体(20)的内压变为规定值以上的情况下发生断裂，多个切缝(124、124...)形成为贯通集电板(120)的板面，多个切缝(124、124...)配置在刻印部(123)的附近，并形成为在集电板(120)变形时打开。
Description
技术领域
本发明涉及具备在异常时截断电流的电流截断机构的密闭型的二次电池。
背景技术
以往，具备将形成为片状的一对电极(正极和负极)隔着隔板层叠并卷绕而成的电极体、和与电解液一同收纳该电极体的壳体的密闭型的二次电池(以下，记为「密闭型电池」)广为人知。
在如上所述的密闭型电池中，出现过充电状态的情况下，存在由于随着壳体内的电解液的分解反应而产生的气体，发生壳体的内压上升，壳体发生破损等问题的顾虑。
为了解决这样的问题，曾提出了下述密闭型电池的方案(例如，参照专利文献1)：其具备在壳体的内压成为规定值以上的情况下截断电流的电流截断机构(Current Interrupt Device、以下记为「CID」)。
CID例如具备：反转板，其与外部端子连接，并随着壳体的内压的上升而变形；和集电板，其与该反转板和电极体的一方的电极连接。CID被构成为：随着反转板的变形，与该反转板连接的集电板发生变形，在该集电板上产生规定值以上的应力的情况下，该集电板断裂，从而密闭型电池中的电流被截断。
近年，随着密闭型电池的长寿命化，出现CID的经时劣化的问题。
CID的经时劣化，是由与密闭型电池的使用相伴的壳体的内压变动所引起的。壳体的内压由于温度变化等而反复上下，由此在集电板积蓄疲劳，有即使在壳体的内压没有到达集电板的断裂所需要的值的情况下，集电板仍发生断裂的风险。也就是说，CID的工作所需要的压力(壳体的内压)降低。
CID作为安全装置发挥功能，因此要求长期的工作保障。
因此，在具备CID的密闭型电池中，特别希望抑制CID的经时劣化。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开WO2010/053100号公报
发明内容
本发明的课题是提供一种能够抑制CID的经时劣化的密闭型电池。
本发明的密闭型电池，具备：电极体，其浸渗电解液，作为发电元件发挥功能；壳体，其将所述电极体与所述电解液一同收纳；和电流截断机构，其在异常时截断电流，所述电流截断机构具备反转板和集电板，所述反转板随着所述壳体的内压的上升而变形，所述集电板与所述反转板接合，并随着所述反转板的变形而变形，在所述集电板设置有槽状的刻印部和多个切缝，所述槽状的刻印部在所述壳体的内压变为规定值以上的情况下发生断裂，所述多个切缝形成为贯通所述集电板的板面，所述多个切缝配置在所述刻印部的附近，并形成为在所述集电板变形时打开。
在本发明的密闭新电池中，优选各切缝形成为与所述刻印部交叉。
在本发明的密闭型电池中，优选各切缝形成为直线状，并配置为相对于所述刻印部垂直。
在本发明的密闭型电池中，优选所述刻印部形成为正圆的环状，所述多个切缝相互隔开一定的间隔配置为放射状。
在本发明的密闭型电池中，优选在所述集电板的与所述反转板的接合部分的周围，形成与其他部分相比厚度小的薄壁部，在所述薄壁部配置所述刻印部和所述多个切缝，所述薄壁部从其中央部到外缘部呈波状弯曲。
根据本发明，能够抑制CID的经时劣化。
附图说明
图1是表示本发明涉及的密闭型电池的图。
图2是表示集电板的薄壁部的图，(a)是侧面切断端面图、(b)是底面图。
图3是表示集电板的薄壁部的变形的图。
图4是表示在集电板的薄壁部形成的切缝打开的样子的图。
图5是表示以往的薄壁部的变形方式的模式图。
图6是表示本发明涉及的薄壁部的变形方式的模式图，(a)是侧面图、(b)是平面图。
图7是表示在薄壁部的刻印部产生的应力的CAE分析结果的图。
图8是表示集电板的薄壁部的其他实施方式的图。
图9是表示集电板的薄壁部的其他实施方式的图。
图10是表示集电板的薄壁部的其他实施方式的图。
具体实施方式
以下，参照图1～图4，对于作为本发明涉及的密闭型电池的一实施方式的电池1进行说明。
电池1是所谓的圆筒型的电池。
再者，为方便说明，将图1中的上下方向规定为电池1的上下方向。
另外，在以下的说明中，上方和下方大致上与电池1的外部侧、和电池1的内部侧为相同意义。
如图1所示，电池1是密闭型的二次电池，具备：浸渗电解液，作为发电元件发挥功能的电极体10；将电极体10与上述电解液一同收纳的壳体20；和在异常时截断电流的CID100。
电极体10是将形成为片状的一对电极(正极和负极)隔着隔板层叠，并卷绕成圆筒状而成的构件。电极体10通过浸渗上述电解液而作为发电元件发挥功能。
壳体20是形成电池1的外装的大致圆筒状的构件。
壳体20具备收纳部21和盖部22。
收纳部21是上端面开放的有底圆筒状的构件，由铝、铁等的具有导电性的材料构成。在收纳部21的内部，电极体10与上述电解液一同被收纳。收纳部21，其底部(下端部)介由具有导电性的负极集电构件与电极体10的负极电连接(不图示)，作为电池1的负极端子发挥功能。
盖部22是堵塞收纳部21的开放面的大致圆板状的构件，由铝、铁等的具有导电性的材料构成。盖部22配置为覆盖收纳部21的开放面，收纳部21的上端部和盖部22的外周端部介由绝缘性的密封垫23被固定。盖部22形成为其中央部朝向上方突出。盖部22介由具有导电性的正极引线24、和形成CID100的构件(详细而言，是后述的反转板110和集电板120)，与电极体10的正极电连接，作为电池1的正极端子发挥功能。
在盖部22形成有多个通气孔22a以贯通其板面。
因此，收纳部21的内部空间成为没有被盖部22密闭的状态。也就是说，通过通气孔22a使壳体20的内部和外部连通。
CID100是在电池1成为过充电状态而使壳体20的内压异常地上升的情况下，截断电流的电流截断机构(Current Interrupt Device)。
CID100具备反转板110和集电板120。
反转板110和集电板120是具有导电性的大致圆板状的构件。在反转板110和集电板120之间，绝缘构件130介于其间。
绝缘构件130是具有绝缘性的环状的构件，构成为与反转板110的外周端部、和集电板120的外周端部接触。这样，反转板110的外周端部、和集电板120的外周端部的导通通过绝缘构件130被防止。
反转板110和集电板120与壳体20的盖部22同样地，介由密封垫23被固定在壳体20的收纳部21。
详细而言，从上方来看，以盖部22、反转板110、绝缘构件130、集电板120的顺序呈同心地层叠，这些构件的外周端部在通过密封垫23被夹持的状态下，固定在收纳部21的上端部。这样，盖部22和反转板110在这些外周端部导通，盖部22、反转板110、集电板120、和收纳部21的导通通过密封垫23被防止。
反转板110是在壳体20的内部形成密闭空间的构件，形成为随着去往中央部，逐渐接近于集电板120(向下方凹陷)。
如前所述，在盖部22形成有通气孔22a，因此没有通过盖部22在壳体20的内部形成密闭空间。但是，在盖部22的下方反转板110配置为堵塞收纳部21的开口面，因此通过反转板110在壳体20的内部形成密闭空间。
在反转板110的上表面形成有槽状的刻印部111。
刻印部111形成为将反转板110从其上表面向下方切削，沿着反转板110的周向连续地配置。也就是说，刻印部111在反转板110的上表面形成为连续的环状，对于反转板110呈同心地配置。
集电板120介由正极引线24与电极体10的正极电连接。
详细而言，正极引线24的一端部与集电板120的下面接合，正极引线24的另一端部与电极体10的正极接合。
在集电板120的中央部形成有与其他部分相比厚度(集电板120中电极体10侧的表面、和其相反侧的表面的距离)小的薄壁部121。
薄壁部121形成在集电板120中的与反转板110的接合部分的周围。详细而言，薄壁部121从集电板120的与反转板110的接合部分到集电板120的径向的中途部形成。薄壁部121形成为大致圆板状，与集电板120呈同心地配置。
对于薄壁部121的详细构成以后叙述。
在薄壁部121的中央部，以沿着上下方向贯通板面的方式形成有嵌合孔122。
嵌合孔122是反转板110的中央部嵌合的孔。
以在嵌合孔122嵌合反转板110的中央部的状态，反转板110和集电板120的薄壁部121在它们的接触部分通过焊接等来接合。这样，反转板110和集电板120导通，进而盖部22和电极体10的正极导通。
这样，集电板120在其中心部附近，与反转板110接合。另外，如前所述，集电板120的外周端部通过绝缘构件130与反转板110的外周端部隔离。
因此，在反转板110与集电板120之间，形成有规定的空间。
在与集电板120的薄壁部121相比靠径向外侧的位置的部分，形成有多个连通孔120a。
连通孔120a形成为沿着上下方向贯通集电板120的板面。
因此，在与集电板120相比靠下方的空间，产生与上述电解液的分解反应相伴的气体的情况下，该气体通过连通孔120a，进入会到反转板110与集电板120之间的空间。
如图2(a)和图2(b)所示，薄壁部121从嵌合孔122到集电板120的径向的中途部形成，具有正圆形状。在薄壁部121的电极体10侧的表面形成有槽状的刻印部123。
刻印部123与反转板110的刻印部111大致同样地构成，形成为切削薄壁部121的电极体10侧的表面。刻印部123沿着薄壁部121的周向连续地形成，相对于薄壁部121呈同心地配置。也就是说，刻印部123形成为正圆的环状。
再者，在图2(b)中，为方便说明，将集电板120的薄壁部121以外的部分省略图示。
如图2(a)所示，薄壁部121从其中央部到外周端部呈波状弯曲。
详细而言，薄壁部121从其中央部到外周端部在上下方向弯曲，沿着径向的切断面的形状在全部的切断位置上具有大致相同的形状。换句话说，薄壁部121具有将环状的平板沿着径向弯折的形状。具有这样的形状的薄壁部121能够通过压制加工等来形成。
如图2(b)所示，在薄壁部121形成有多个(在本实施方式中为12个)切缝124·124···。
多个切缝124·124···在嵌合孔122的周围，相互隔开一定的间隔配置为放射状。
切缝124以贯通薄壁部121的板面的方式，从薄壁部121的嵌合孔122的附近到薄壁部121的外周端部附近形成为直线状。切缝124与刻印部123交叉，并且形成为相对于刻印部123垂直。也就是说，切缝124以相对于刻印部123正交的方式，沿着薄壁部121的径向形成。
如图3所示，由于随着上述电解液的分解反应而产生的气体，使壳体20的内压(严格来讲，是收纳部21和反转板110形成的空间的压力)上升时，该气体通过集电板120的连通孔120a进入到反转板110与集电板120之间的空间，反转板110以按压上方的方式变形。与此相伴，集电板120的薄壁部121的与反转板110的接合部分向上方拉伸，薄壁部121变形。
此时，如图4所示，随着薄壁部121的变形，在薄壁部121形成的多个切缝124·124···打开。
由此，能够抑制薄壁部121向周向的变形被阻碍，能够缓和在薄壁部121的刻印部123产生的应力。
因此，能够抑制由于电池1的使用时的温度变化等，壳体20的内压在比较低的水准上下的情况下的刻印部123的疲劳的积蓄，进而能够抑制CID100的经时劣化。
另外，如图3所示，在壳体20的内压上升，集电板120的薄壁部121的与反转板110的接合部分向上方拉伸时，薄壁部121的呈波状弯曲了的部分伸长。
也就是说，薄壁部121呈波状弯曲(参照图2(a))，因此壳体20的内压上升，集电板120的薄壁部121与反转板110的接合部分向上方拉伸时，以弯曲部分伸长的方式变形。
由此，壳体20的内压上升，集电板120的薄壁部121的与反转板110的接合部分向上方拉伸时，能够缓和在薄壁部121产生的应力。详细而言，即使壳体20的内压上升，集电板120的薄壁部121的与反转板110的接合部分向上方拉伸，只要薄壁部121的呈波状弯曲的部分不完全伸开，则在薄壁部121不会产生比较大的应力，因此能够缓和在薄壁部121产生的应力。
因此，能够抑制由于电池1的使用时的温度变化等，壳体20的内压在比较低的水准上下的情况下的刻印部123的疲劳的积蓄，进而能够抑制CID100的经时劣化。
在壳体20的内压进一步上升，在薄壁部121的刻印部123产生规定值以上的应力的情况下，刻印部123断裂，反转板110和集电板120的导通被切断，进而电池1的电流被截断。
在壳体20的内压的上升进一步进行的情况下，反转板110进一步向上方上压，反转板110的刻印部111发生断裂。与此相伴，在壳体20的内部的、反转板110的上下的空间连通，随着上述电解液的分解反应而产生的气体通过盖部22的通气孔22a向壳体20的外部释放。
这样，可防止通过随着上述电解液的分解反应而产生的气体使壳体20的内压上升，从而壳体20破损的情况。
以下，参照图5和图6，对于壳体20的内压上升时的集电板120的薄壁部121的变形方式详细地说明。
图5是表示没有形成切缝124、没有呈波状弯曲的(形成为平板状的)、以往的薄壁部的变形方式的模式图。
图6是表示本发明涉及的薄壁部121的变形方式的模式图。
在此，将反转板和集电板的薄壁部的接合点设为A，以时序顺序记为A0、A1、A2。
另外，将以往的薄壁部上的任意的点设为B，以时序顺序记为B0、B1、B2。
另外，将薄壁部121上的任意点设为C，以时序顺序记为C0、C1、C2。
如图5所示，在以往的薄壁部中，A点的移动轨迹和B点的移动轨迹大致平行。
B点以相对于A点的移动轨迹不成为平行的方式移动，是由于从薄壁部的中心到B点的距离(径向的长度)变化，在薄壁部的B点的周向的长度变化，需要大的能量的缘故。
一般地，变形以能量成为最小的方式进行，因此以往的薄壁部变形为A点的移动轨迹和B点的移动轨迹大致平行。
如图6(a)和图6(b)所示，在本发明涉及的薄壁部121中，通过在薄壁部121形成的多个切缝124·124···的开闭，薄壁部121的向周向的应变被吸收，C点能够朝向薄壁部121的径向外侧移动。也就是说，通过在薄壁部121形成的多个切缝124·124···的开闭，薄壁部121的C点的周向的长度发生变化，从薄壁部121的中心到C点的距离(径向的长度)会发生变化。
由此，在薄壁部121发生变形时，能够容易使该呈波状弯曲的部分容易地伸长，能够大大地缓和在薄壁部121产生的应力。
因此，能够大大地抑制由于在电池1的使用时的温度变化等，壳体20的内压在比较低的水准上下的情况下的薄壁部121的刻印部123的疲劳的积蓄，进而能够大大地抑制CID100的经时劣化。
在图7表示在本发明的薄壁部121的刻印部123产生的应力、和在以往的薄壁部的刻印部产生的应力的CAE分析结果。
图7是表示电池的壳体的内压、和在薄壁部的刻印部产生的应力的关系的图。
如图7所示，在薄壁部的刻印部发生断裂前，电池的壳体的内压为规定的值(图7中的P)的情况下，在本发明的薄壁部121的刻印部123产生的应力与在以往的薄壁部的刻印部产生的应力相比也较小。
由此，根据本发明的薄壁部121，能够缓和在刻印部123产生的应力是很明显的。
再者，本实施方式中的薄壁部121具有沿着周向连续地形成的刻印部123，但不限定于这样的构成。
例如，如图8所示，作为本发明的薄壁部，可以采用多个刻印部223·223···断续地形成的薄壁部221。
在该情况下，形成多个刻印部223·223···和相同数量的切缝224·224···，并将各切缝224以相对于各刻印部223正交的方式配置即可。
更优选：如图9所示，在各刻印部223的两端部附近形成一对切缝224·224，并将各一对切缝224·224以相对于各刻印部223正交的方式配置。
由此，能够抑制在薄壁部221中，形成有刻印部223的部分的刚性、和没有形成刻印部223的部分的刚性的不同所引起的、应力不均匀的产生。详细而言，在各切缝224打开时，以邻接的刻印部223彼此联系的方式形成龟裂，使薄壁部221的没有形成刻印部223的部分的刚性接近于形成有刻印部223的部分的刚性，能够将在薄壁部221产生的应力均匀化。
另外，本实施方式中的薄壁部121具有形成为正圆的环状的刻印部123，但不限定于这样的构成。
例如，如图10所示，作为本发明涉及的薄壁部，可以采用具有形成为椭圆的环状的刻印部323的薄壁部321。在该情况下，将多个切缝324·324···以相对于刻印部323正交的方式形成即可。
再者，在本实施方式中，在薄壁部121形成了12个切缝124，但切缝124的数量没有限定，为了缓和薄壁部121的刻印部123产生的应力而适当设定最佳的数量即可。
另外，在本实施方式中，使切缝124与刻印部123交叉的方式形成，但切缝124至少配置在刻印部123的附近即可，也可以将切缝124以与刻印部123不交叉的方式形成。
但是，为了良好地缓和薄壁部121的刻印部123产生的应力，优选将切缝124形成为与刻印部123交叉。
另外，在本实施方式中，将切缝124形成为相对于刻印部123垂直，但也可以将切缝124形成为相对于刻印部123不垂直。
但是，为了良好地缓和薄壁部121的刻印部123产生的应力，优选将切缝124形成为相对于刻印部123垂直。
另外，在本实施方式中，将多个切缝124·124···相互隔开一定的间隔呈放射状配置，但不限定于这样的构成。
但是，在使薄壁部121的刻印部123产生的应力的偏差消失这一点上，优选将多个切缝124·124···相互隔开一定的间隔呈放射状配置。
另外，在本实施方式中，将切缝124形成为直线状，但只要切缝124打开，能够缓和在薄壁部121的刻印部123产生的应力，则也可以形成为曲线状。
再者，本实施方式中的电池1是圆筒型的电池，但作为本发明涉及的密闭型电池，也可以采用角型的电池。
产业上的利用可能性
本发明能够利用于具备在异常时截断电流的电流截断机构的密闭型的二次电池。
附图标记说明
1 电池
10 电极体
20 壳体
21 收纳部
22 盖部
100 CID
110 反转板
111 刻印部
120 集电板
121 薄壁部
122 嵌合孔
123 刻印部
124 切缝
Claims (7)
1.一种密闭型电池，具备：
电极体，其浸渗电解液，作为发电元件发挥功能；
壳体，其将所述电极体与所述电解液一同收纳；和
电流截断机构，其在异常时截断电流，所述密闭型电池的特征在于，
所述电流截断机构具备反转板和集电板，所述反转板随着所述壳体的内压的上升而变形，所述集电板与所述反转板接合，并随着所述反转板的变形而变形，
在所述集电板设置有槽状的刻印部和多个切缝，所述槽状的刻印部在所述壳体的内压变为规定值以上的情况下发生断裂，所述多个切缝形成为贯通所述集电板的板面，
所述多个切缝配置在所述刻印部的附近，并形成为在所述集电板变形时打开。
2.根据权利要求1所述的密闭型电池，其特征在于，各切缝形成为与所述刻印部交叉。
3.根据权利要求1所述的密闭型电池，其特征在于，各切缝形成为直线状，并配置为相对于所述刻印部垂直。
4.根据权利要求2所述的密闭型电池，其特征在于，各切缝形成为直线状，并配置为相对于所述刻印部垂直。
5.根据权利要求3所述的密闭型电池，其特征在于，所述刻印部形成为正圆的环状，
所述多个切缝相互隔开一定的间隔配置为放射状。
6.根据权利要求4所述的密闭型电池，其特征在于，所述刻印部形成为正圆的环状，
所述多个切缝相互隔开一定的间隔配置为放射状。
7.根据权利要求1～6的任一项所述的密闭型电池，其特征在于，在所述集电板的与所述反转板的接合部分的周围，形成与其他部分相比厚度小的薄壁部，
在所述薄壁部配置所述刻印部和所述多个切缝，
所述薄壁部从其中央部到外缘部呈波状弯曲。
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