CN110635072A - 封口体 - Google Patents

Abstract

提供容易制造并且能够进一步小型化的密闭型电池用的封口体。密闭型电池用的封口体(1)具有：第一正极盖，其具有敛缝部以及排气口；(2)导电性金属箔，其位于第一正极盖上；(3)保护元件，其位于导电性金属箔上，且具有熔断器功能；以及(4)第二正极盖，其位于保护元件上，且具有排气口，通过上述第一正极盖的敛缝部对上述导电性金属箔、上述保护元件以及上述第二正极盖进行敛缝。

Description

封口体

本申请是申请号为201480009506.7的中国发明专利申请(申请日：2014年2月18日，优先权日：2013年2月20日；发明名称：封口体)的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种密闭型电池用的封口体。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、工作电压高、放电时的电压平稳性优异、自放电少、不存在记忆效应等优点，因此适合用作例如移动电话、个人计算机、摄像机等的电源。然而，在锂离子电池等含有有机溶剂作为电解液的充电电池中，存在因过充电、内部短路等异常、或误使用等，而导致电解液分解，在电池内部产生气体，电池的内压上升等问题。

对于这样的问题，例如，在专利文献1中公开了一种具有封口体100的密闭型电池，如图1所示，该封口体100包括：具有排气孔的阀盖102、隔着内部垫圈104而位于阀盖102之上的防爆阀106、位于防爆阀106之上的PTC元件108、以及位于PTC元件108之上的具有排气孔的正极端子110。若具有该封口体的密闭型电池的电池内压超过设定值，则防爆阀106工作，通过将气体向电池外部排出而防止电池的内压的上升。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-283588号公报

然而，在上述这样的封口体中，由于在正常时防爆阀成为电流的路径，因此为了可靠地实现防爆阀106与阀盖102的电连接，需要在它们的连接位置112处进行两者的焊接。因此，在制造封口体时，需要焊接工序，存在制造工序变得繁琐这样的问题。

另外，PTC元件在异常时工作(跳闸)而成为高电阻，能够切断在该PTC元件中流动的电流，但在工作后会流通有微小电流(漏电流)。然而，根据异常的种类不同而要求电路完全断开。因此，在以往的封口体中，为了切断该微小电流，对防爆阀附加作为电流切断机构(CID：Current Interrupt Device)的功能。因此，在上述的封口体100中，在防爆阀工作后，为了能够切断阀盖102与防爆阀106的电连接，在阀盖102与防爆阀106的凸缘部之间设置有绝缘性的内部垫圈104。因此，存在封口体整体的厚度因垫圈的厚度而相应地变厚这样的问题。另外，由于部件数量增多，因此各个部件固有的尺寸(厚度)偏差的影响变大，还存在因敛缝而施加于PTC元件的负载压力不稳定，PTC元件的耐电压特性降低这样的问题。

另外，由于防爆阀同时具备作为防爆阀的功能和作为电流切断机构的功能，因此还存在防爆阀的形状以及构造复杂，防爆阀本身的加工繁琐这样的问题。

发明内容

发明要解决的课题

因此，本发明所要解决的课题在于，提供一种容易制造并且能够进一步小型化的密闭型电池用的封口体。

用于解决课题的方法

第一主旨为，本发明提供一种封口体，其为密闭型电池用的封口体，所述封口体的特征在于，具有：

(1)第一正极盖，其具有敛缝部以及排气口；

(2)导电性金属箔，其位于第一正极盖上；

(3)保护元件，其位于导电性金属箔上，且具有熔断器功能；以及

(4)第二正极盖，其位于保护元件上，且具有排气口，

通过所述第一正极盖的敛缝部来固定所述导电性金属箔、所述保护元件以及所述第二正极盖。

在本发明的封口体中，由于具有上述(3)的熔断器功能的保护元件作为电流切断机构而发挥功能，因此导电性金属箔只需作为防爆阀而发挥功能即可。因此，导电性金属箔无需采用复杂的形状以及结构。另外，无需确保导电性金属箔的凸缘部与第一正极盖的绝缘。因此，无需在导电性金属箔与第一正极盖之间配置绝缘性垫圈。此外，导电性金属箔与第一正极盖面接触，并且通过第一正极盖的敛缝部所进行的按压而可靠地完成导电性金属箔与第一正极盖的电连接，因此无需对导电性金属箔和第一正极盖进行焊接。

第二主旨为，本发明提供一种具有本发明的封口体的密闭型电池。

发明效果

本发明的封口体使用具有熔断器功能的保护元件作为电流切断机构，能够简化作为防爆阀的导电性金属箔的形状以及结构，另外，无需对导电性金属箔和第一正极盖进行焊接。由此能够简化封口体的制造。并且，能够提供更加小型化的封口体。

附图说明

图1通过剖视图示意性地示出以往的密闭型电池用的封口体。

图2通过剖视图示意性地示出本发明的密闭型电池用的封口体的一个方式。

图3通过俯视图示意性地示出图2的封口体。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的封口体进行详细说明。但是，本发明的封口体不限于图示的方式。

在图2中通过沿其厚度方向的剖视图示意性地示出本发明的封口体的一个方式，在图3中通过俯视图示意性地示出本发明的封口体的一个方式。

图示的封口体10是圆筒型电池用的封口体，在第一正极盖12上，依次层叠有导电性金属箔14、具有熔断器功能的保护元件16以及第二正极盖18，封口体10具有位于上述构件的周围以及第二正极盖18的凸缘部(外缘部)20上的绝缘性垫圈22，它们通过位于第一正极盖12的边缘部的敛缝部24而被固定。

在图示的方式中，第一正极盖12在其中央部具有排气口26。该排气口26设置为用于在因电解液以及/或活性物质等的异常反应而在电池内部产生气体导致电池内压上升而使防爆阀工作时，将气体向电池外部排出。因此，优选在排气口26的正上方不存在具有熔断器功能的保护元件。另外，第一正极盖12具有敛缝部24，在第一正极盖12上，将构成封口体的其他构件设置于规定的位置后，通过将该敛缝部24向内侧弯折而将其他部件固定。

在本发明中，第一正极盖由导电性金属形成。该导电性金属并不特别限定，例如在封口体是锂离子电池用封口体的情况下，优选为铝或铝合金。

在图示的方式中，导电性金属箔14是圆盘状的金属箔，作为防爆阀而发挥功能。另外，在正常时，导电性金属箔14防止电解液经由排气口向电池外部漏出。

在本发明中，形成导电性金属箔14的金属材料只要是对于电解液具有耐蚀性的材料则并不特别限定，例如在封口体是锂离子电池用封口体的情况下，优选为铝或铝合金。

上述导电性金属箔的厚度只要是能够作为防爆阀而发挥功能的厚度则并不特别限定。本领域技术人员能够根据封口体的结构，尤其是保护元件的内径，适当确定上述导电性金属箔的厚度，以使得在加载有所希望的压力(一般来说为10～15kgf)的情况下，防爆阀工作(破裂)。

上述导电性金属箔能够通过例如压延这样通常的金属箔的制造方法容易地制造。

在本发明中，具有熔断器功能的保护元件是指，能够在封口体中流通有过大电流的情况下熔断，从而切断该过大电流的具有非恢复型的熔断器功能的保护元件。

在图示的方式中，保护元件16是如下的保护元件(盘型保护元件)，呈圆环状且包括：

(i)层状部件，其由绝缘性树脂形成，且具有至少一个贯通开口部；

(ii)导电性金属薄层电极，其位于层状部件的各主表面上；以及

(iii)熔断器层，其位于规定至少一个该贯通开口部的侧面上，且与导电性金属薄层电极电连接。

需要说明的是，在图示的方式中，为了简便，省略了熔断器层以及位于层状部件的各主表面上的导电性金属薄层电极的图示，图示了作为整体的保护元件16。该盘型保护元件例如被国际公开第2012/118153号(包括附图所图示的保护元件及其制造方法在内的全部公开内容通过参照而引入本说明书中)公开。

由上述绝缘性树脂形成的层状部件具有至少一个贯通开口部。该贯通开口部沿着层状部件的厚度方向延伸并贯通层状部件，在电池内部中产生气体而防爆阀工作的情况下，该贯通开口部与第一正极盖的排气口26以及第二正极盖的排气口28气体连通，以便能够将在电池内部产生的气体向电池外部排出。该贯通开口部的位置以及数量并不特别限定，可以在层状部件的中心部设置一个，或者也可以在具有中心贯通开口部的圆环状的层状部件的周状部分设置多个，例如两个、三个或四个。

构成层状部件的绝缘性树脂只要是具有绝缘性的树脂则并不特别限定。例如，能够例示聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、氟树脂、ABS树脂、聚碳酸酯-ABS合金树脂、PBT树脂、弹性体等树脂。尤其优选使用聚乙烯、聚偏二氟乙烯这样的树脂。

该层状部件具有配置在其两侧的主表面上的导电性金属薄层电极而成。该导电性金属薄层电极只要是具有导电性的金属的薄层(例如，厚度为0.1μm～100μn左右)则并不特别限定，例如可以由铜、镍、铝、金等金属构成，也可以由多个金属薄层形成。

在各主表面上具备导电性金属薄层电极的层状部件能够通过如下方式制造，即，通过同时按压构成层状部件的绝缘性树脂和构成金属薄层的金属片(或金属箔)，从而获得在金属片(或金属箔)之间夹有绝缘性树脂的状态的压出物。在其他的方式中，也可以通过如下方式制造，即，例如通过按压获得绝缘性树脂的层状物，将该层状物夹在金属片(或金属箔)之间，将它们热压接为一体而获得压接物。此外，在其他的方式中，也可以通过对绝缘性树脂的层状部件实施导电性金属的镀层，从而在两侧的主表面上形成导电性金属薄层电极。像这样得到的具有导电性金属的层状部件(压出物或压接物等)处于在两侧的主表面具有导电性金属薄层电极的多个绝缘性树脂的层状部件邻接而集合的状态，通过以规定的形状、尺寸切割该层状部件，能够获得单独的具有导电性薄层的层状部件。

对于层状部件的形态，只要厚度方向的尺寸比其他方向的尺寸小，优选为非常小(例如片状形态)，则并不特别限定。在图示的方式中，层状部件的平面形状是圆环状，但并不特别限定，优选为与封口体的平面形状对应的形状。

上述保护元件具有熔断器层，该熔断器层位于规定至少一个贯通开口部的侧面上，且与位于层状部件的两侧主表面的导电性金属薄层电极电连接。

在本发明中，上述熔断器层可以是一个金属层，也可以包括熔点不同的多个金属层，但优选包括熔点不同的多个金属层。

作为形成上述金属层的金属材料，只要具有导电性则并不特别限定，例如，可以列举Ni、Cu、Ag、Au、Al、Zn、Rh、Ru、Ir、Pd、Pt、Ni-Au合金、Ni-P合金、Ni-B合金、Sn、Sn-Ag合金、Sn-Cu合金、Sn-Ag-Cu合金、Sn-Ag-Cu-Bi合金、Sn-Ag-Cu-Bi-In合金、Sn-Ag-Bi-In合金、Sn-Ag-Cu-Sb合金、Sn-Sb合金、Sn-Cu-Ni-P-Ge合金、Sn-Cu-Ni合金、Sn-Ag-Ni-Co合金、Sn-Ag-Cu-Co-Ni合金、Su-Bi-Ag合金、Sn-Zn合金、Sn-In合金、Sn-Cu-Sb合金、Sn-Fe合金、Zn-Ni合金、Zn-Fe合金、Zn-Co合金、Zn-Co-Fe合金、Sn-Zn合金、Pd-Ni合金以及Sn-Bi合金。

优选为，上述熔断器层包括：由从Ni、Cu、Ag、Au、Al、Zn、Sn、Rh、Ru、Ir、Pd、Pt、Ni-Au合金、Ni-P合金以及Ni-B合金中选出的金属材料形成的一个金属层、以及由从Sn、Sn-Ag合金、Sn-Cu合金、Sn-Ag-Cu合金、Sn-Ag-Cu-Bi合金、Sn-Ag-Cu-Bi-In合金、Sn-Ag-Bi-In合金、Sn-Ag-Cu-Sb合金、Sn-Sb合金、Sn-Cu-Ni-P-Ge合金、Sn-Cu-Ni合金、Sn-Ag-Ni-Co合金、Sn-Ag-Cu-Co-Ni合金、Su-Bi-Ag合金、Sn-Zn合金以及Sn-Bi合金中选出的金属材料形成的另一金属层。更优选为，上述熔断器层包括由Ni形成的金属层、以及由Sn、Sn-Cu合金或Sn-Bi合金形成的金属层。

这样，通过将熔断器层设为熔点不同的多个金属层，在过大电流欲从一个主表面上的导电性金属薄层电极朝向另一主表面上的导电性金属薄层电极流动的情况下，过大电流集中流过熔断器层而发热，其结果是，首先，由具有相对较低的熔点的金属形成的金属层熔融。其结果是，流过该金属层的电流向由具有相对较高的熔点的金属形成的金属层流动，流过该金属层的电流增大，由具有相对较高的熔点的金属形成的金属层迅速熔融，由此迅速且可靠地切断过大电流。通过采用这样的结构，对于并未大幅超过熔断器层的额定电流的过大电流，例如额定容量的两倍左右的过大电流，也能够提供可靠的保护，能够提高保护元件的作为电流切断机构的功能。

在一个方式中，可以省略上述保护元件的(ii)导电性金属薄层电极中的、导电性金属箔侧的导电性金属薄层电极。在该情况下，导电性金属箔也作为盘型保护元件的一个电极而发挥功能。即，导电性金属箔与上述层状部件的主表面相接，通过上述盘型保护元件的熔断器层而与第二正极盖侧的导电性金属薄层电极直接连接。通过采用这样的结构，能够省略一方的导电性金属薄层电极，因此能够减少部件数量，另外能够减小厚度。

在图示的方式中，第二正极盖18具有排气口28。该排气口28与上述第一正极盖12的排气口26相同，设置为用于在因电解液以及/或活性物质等的异常反应而在电池内部产生气体，导致电池内压上升而使防爆阀工作时，将气体排出。

在本发明中，第二正极盖由导电性金属形成。该导电性金属并不特别限定，但例如在封口体是锂离子电池用封口体的情况下，优选为镀镍钢。

在图示的方式中，在导电性金属箔14、保护元件16及第二正极盖18的周围以及第二正极盖18的凸缘部20上设置有绝缘性垫圈22。导电性金属箔14、保护元件16、第二正极盖18以及绝缘性垫圈22在如图示那样设置后，通过第一正极盖12的敛缝部24而被固定。

在本发明中，绝缘性垫圈只要对于电解液具有耐蚀性且具有绝缘性，则能够使用常用的垫圈。例如，作为该绝缘性垫圈的材料，可以列举绝缘性树脂，例如聚丙烯、聚乙烯等。

上述绝缘性垫圈确保第一正极盖、保护元件(详细而言，在图示的方式中是保护元件的第二正极盖侧的主表面上的导电性金属薄层电极)以及第二正极盖之间的绝缘。通过使该第一正极盖与保护元件以及第二正极盖之间绝缘，能够防止电流直接从第一正极盖流向第二正极盖，换言之，能够防止电流不经由熔断器层地流通。通过采用这样的结构，保护元件工作而切断从导电性金属箔经由保护元件向第二正极盖流通的电流，由此能够切断在封口体中流通的电流。另外，上述绝缘性垫圈防止电解液的漏液。

在本发明的封口体中，在因某种异常而产生过大电流的情况下，具有熔断器功能的保护元件工作，切断该电流。另外，在电池的内部产生气体而导致电池的内压超过设定值的情况下，作为防爆阀的导电性金属箔工作，将气体向电池的外部排出，由此防止电池的内压异常上升。

在一个方式中，在本发明的封口体中，在作为防爆阀的导电性金属箔工作之前，使具有熔断器功能的保护元件工作，切断电流。

图示的封口体10例如能够通过以下的方式制造。

首先，准备敛缝部24处于延伸的状态的碟形的第一正极盖12。在该第一正极盖的壁面的内侧设置绝缘性垫圈22。此时，在第一正极盖的底面部未设置有绝缘性垫圈。

接着，在第一正极盖的内部依次层叠导电性金属箔14、保护元件16、第二正极盖18。需要说明的是，导电性金属箔14和保护元件16也可以预先粘合而成为一个部件。

最后，将第一正极盖的敛缝部向内侧弯折，对导电性金属箔14、保护元件16、第二正极盖18以及绝缘性垫圈22进行敛缝而固定。

在本发明的封口体中，第一正极盖12与导电性金属箔14面接触，接触面积大，并且，该接触部分被敛缝部分按压，因此无需进行用于可靠地实现两者的电连接的焊接。因此，本发明的封口体能够容易地制造。在本发明的封口体中，导电性金属箔只要具有作为防爆阀的功能即可，因此，与以往的封口体中的还作为电流切断机构而发挥功能的防爆阀相比，能够简化形状以及结构。

另外，在本发明的封口体中，由于不需要第一正极盖的底面部与导电性金属箔的凸缘部之间的绝缘，因此与在此处需要绝缘层的以往的封口体相比能够减小厚度。另外，由于能够减少封口体的部件的层叠方向的部件数量，因此能够抑制厚度的偏差，能够使施加于部件的负载压力更加稳定。

本发明的封口体能够适当应用作密闭型电池，尤其是圆筒型电池，具体而言圆筒型锂离子充电电池的封口体。因此，本发明还提供具有本发明的封口体的密闭型电池，尤其是圆筒型电池，具体而言是圆筒型锂离子充电电池。

工业上的可利用性

本发明的封口体能够用作密闭型电池，例如圆筒型的密闭型电池，具体而言圆筒型的锂离子充电电池的封口体。

附图标记说明

10…封口体

12…第一正极盖

14…导电性金属箔

16…保护元件

18…第二正极盖

20…第二正极盖的凸缘部

22…绝缘性垫圈

24…敛缝部

26…排气口

28…排气口

100…封口体

102…阀盖

104…内部垫圈

106…防爆阀

108…PTC元件

110…正极端子

112…连接位置

Claims (16)

1.一种封口体，其为密闭型电池用的封口体，所述封口体的特征在于，具有：

第一正极盖，其具有敛缝部以及排气口；

导电性金属箔，其直接位于第一正极盖的表面上；

保护元件，其位于导电性金属箔上，且具有熔断器功能；以及

第二正极盖，其位于保护元件上，且具有排气口，以及

绝缘性垫圈，所述绝缘性垫圈设置在导电性金属箔、保护元件及第二正极盖的周围以及第二正极盖的凸缘部上，并且没有设置在导电性金属箔与第一正极盖之间，

其中，通过所述第一正极盖的敛缝部和所述绝缘性垫圈来固定所述导电性金属箔、所述保护元件以及所述第二正极盖，并且所述第一正极盖和所述导电性金属箔之间的接触部足够大使得所述第一正极盖和所述导电性金属箔之间的电连接无需焊接。

2.根据权利要求1所述的封口体，其中，

具有熔断器功能的保护元件具有：

(i)层状部件，其由绝缘性树脂形成，且具有至少一个贯通开口部；

(ii)导电性金属薄层电极，其位于层状部件的各主表面上；以及

(iii)熔断器层，其位于规定至少一个该贯通开口部的侧面上，且与导电性金属薄层电极电连接。

3.根据权利要求2所述的封口体，其中，

省略所述导电性金属薄层电极中的所述导电性金属箔侧的导电性金属薄层电极，另一方的导电性金属薄层电极与导电性金属箔通过所述熔断器层直接连接。

4.根据权利要求2或3所述的封口体，其中，

熔断器层包括熔点不同的多个金属层。

5.根据权利要求2至3中任一项所述的封口体，其中，

熔断器层包括由Ni形成的金属层、以及由Sn、Sn-Cu合金或Sn-Bi合金形成的金属层。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的封口体，其中，

导电性金属箔是铝箔。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的封口体，其中，

所述封口体是圆筒型电池用封口体。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的封口体，其中，

所述封口体是锂离子充电电池用封口体。

9.根据权利要求1所述的封口体，其中，

所述导电性金属箔是防爆阀。

10.根据权利要求9所述的封口体，其中，

所述防爆阀被构造成在10-15kgf的压力下释放电池内的气体压力。

11.根据权利要求1所述的封口体，其中，

所述导电性金属箔被构造成防止电解液经由排气口向电池外部漏出。

12.根据权利要求1所述的封口体，其中，

所述保护元件是电流切断机构。

13.根据权利要求4所述的封口体，其中，

过大电流被构造成流过所述熔断器层以产生热以便将具有比第二金属层低的熔点的第一金属层熔融，其中所述过大电流被构造成流过所述第二金属层，其中所述过大电流被构造成响应于流过所述第二金属层而被切断。

14.一种密闭型电池，其具有权利要求1至13中任一项所述的封口体。

15.根据权利要求14所述的密闭型电池，其中，

所述密闭型电池是圆筒型电池。

16.根据权利要求14或15所述的密闭型电池，其中，

所述密闭型电池是锂离子充电电池。

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