CN115088117A - 封口体以及电池 - Google Patents

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Abstract

电池具备：壳体，具有筒部、将筒部的一个端部封闭的底部、以及与筒部的另一个端部连续的开口缘部；电极体，容纳于筒部；封口体，被固定于开口缘以使得将开口缘部的开口封口，所述电池中使用如下的封口体，其具有：封口板，由第1金属构成；端子构件，由与第1金属不同的第2金属构成，被保持于封口板。封口板具有：固定端子构件的固定部、位于周缘的环状的周缘部、和形成于固定部与周缘部之间的薄壁部。固定部具有从封口板的外表面突出的突起部，突起部向内侧弯曲，以使得在固定部与突起部之间夹着端子构件的一部分。

Description

封口体以及电池
技术领域
本公开涉及具备电极体和容纳电极体的电池罐的电池。
背景技术
电池通常具有电池罐、容纳于电池罐的电极体。电池罐具有开口缘部，开口缘部的开口通过封口体而被封口。
作为封口体的结构，例如在专利文献1中，具备金属制的盘状的盖壳体、薄板状的安全阀以及金属制的盖帽从电池罐的内部向外部依次被重叠而得到的密闭盖。密闭盖隔着绝缘性的衬垫而与电池罐的开放端铆接，将电池罐封口。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-90892号公报
发明内容
-发明要解决的课题-
在专利文献1中，由于将重叠有盖壳体、安全阀以及盖帽的层叠体隔着绝缘性的衬垫而被夹入电池罐的开放端的状态下铆接，因此电池中的铆接部分的高度变高。因此，担心电池的能量密度降低。
-解决课题的手段-
本公开的一方面涉及一种封口体，具有：封口板，由第1金属构成；和端子构件，由与所述第1金属不同的第2金属构成，被保持于所述封口板，所述封口板具有：固定所述端子构件的固定部、位于周缘的环状的周缘部、和形成于所述固定部与所述周缘部之间的薄壁部，所述固定部具有从所述封口板的外表面突出的突起部，所述突起部向内侧弯曲，以使得在所述固定部与所述突起部之间夹着所述端子构件的一部分。
本公开的另一方面涉及一种电池，具备：壳体，具有筒部、将所述筒部的一个端部封闭的底部、以及与所述筒部的另一个端部连续的开口缘部；电极体，被容纳于所述筒部；和上述封口体，所述封口体被固定于所述开口缘部以使得将所述开口缘部的开口封口。
-发明效果-
根据本公开，能够避免封口体中的周缘部成为层叠体。因此，即使在设置端子构件的情况下，也能够抑制电池中的铆接部分的高度变高，容易提高能量密度。
附图说明
图1是本公开的一实施方式所涉及的电池的主要部分的纵剖面示意图。
图2是将图1中封口板的突起部与端子构件的凸缘部的卡合部分放大表示的主要部分剖视图。
具体实施方式
本实施方式所涉及的封口体具有：封口板，构成为包含第1金属；和端子构件，构成为包含与第1金属不同的第2金属，被保持于封口板。封口板具有：固定端子构件的固定部、位于周缘的环状的周缘部、形成于固定部与周缘部之间的薄壁部。固定部具有从封口板的外表面突出的突起部。突起部向内侧弯曲以使得在固定部与突起部之间夹着端子构件的一部分。
封口体被用于在电池中将收纳电极体的壳体的开口部密封。在封口体中，封口板与电极体的一个电极(例如，正极)电连接。在电池的安装中，封口板还与外部引线等的集电构件电连接，经由封口板，进行电极体的一个电极与外部引线之间的电连接。封口板与外部引线例如通过焊接而被接合。
作为构成封口板的第1金属，例如是轻型且耐腐蚀性优良，因此能够优选使用铝或者铝合金。但是，包含铝的封口板与包含铝以外的金属的集电构件的焊接不容易，难以形成基于焊接的良好的接合。因此，存在集电构件与封口体的连接希望通过容易焊接的金属材料(例如，包含铁的材料)来进行的这种要求。
为了该目的，采用专利文献1的结构，能够使用铁制的盖帽，将盖壳体、安全阀以及盖帽重叠并通过铆接加工而封口。但是，该情况下，由于在层叠状态的构件将开口缘部铆接来进行封口，因此需要铆接部的高度(厚度)，在要将电池维持为一定的高度的情况下，由于铆接部的高度而电极体的高度受到限制。相反地，若要维持电极体的高度，则电池的高度变高。因此，难以实现能量密度高的电池。
此外，在专利文献1所述的结构中，将盖壳体、安全阀以及盖帽这三种构件重叠并通过衬垫而密封，因此构件间的界面较多，气密性容易降低。
对此，通过本实施方式，即使在封口板和端子构件包含不同材料的情况下，也能够在封口板与端子构件之间维持良好的电连接。另一方面，与集电构件的电连接能够经由固定于封口板的端子构件而进行。端子构件的材料中使用容易进行与集电构件的连接的任意的材料即可，可以使用包含铁的材料。由此，并不依赖于构成封口板的金属材料，能够在封口体与外部引线之间实现良好的电连接。另外，集电构件具有将多个电池彼此电连接的功能、或者将电池与外部的电子设备、电子电路连接的功能。该集电构件可以是引线，也可以是在两端具有焊接位置的金属板。
此外，由于壳体的开口部的密封例如能够通过将开口缘部隔着衬垫铆接于封口板来进行，因此不会由于端子构件导致铆接部的高度变高。因此，容易实现能量密度高的电池。
此外，通过避免封口体的周缘部是构件的层叠体，相比于周缘部是构件的层叠体的结构，可能成为气体或水分的通道的、铆接部分的构件彼此的界面的数量减少。因此，作为电池，密封的可靠性提高。
封口板具有固定部，在固定部，设置向封口板的外表面突出的突起部。突起部从封口板的外表面立起后，向内侧(即，封口后的电池中的筒部的内周方向)弯曲延伸，在固定部与突起部之间夹着端子构件的端部的一部分。由此，端子构件与封口板卡合并且电连接，端子构件被固定于封口板。此外，突起部向远离封口板的薄壁部的方向弯曲并与端子构件卡合。因此，在使突起部弯曲时，能够抑制固定部的一部分向薄壁部侧逃避而薄壁部的厚度变动。
突起部例如通过使用金属模等而对突起部施加力从而被弯曲。此时，向位于比弯曲位置更靠根部侧的位置的突起部的部分也施加弯曲方向的力。伴随于此，可能根部部分变形，弯曲方向侧的封口板的厚度变动。因此，若在比突起部的立起位置更靠弯曲方向侧的位置存在薄壁部，则薄壁部的厚度可能变动。对此，通过突起部向远离薄壁部的方向弯曲，能够抑制薄壁部的厚度偏差。
具体地，固定部是封口板中假定与端子构件的接触的部分以及其附近的区域。此外，也是比薄壁部厚、在其周围形成有薄壁部的区域。另外，突起部可以在固定部形成为环状(或者筒状)，也可以在周方向断续地设置。通过端子构件利用固定部而连接，相比于端子构件被配置为覆盖薄壁部的结构，难以阻碍薄壁部移位。换言之，在高度方向，考虑到壳体内的压力上升的情况下薄壁部移位的区域，不需要将端子构件(特别是顶板部)设计成从薄壁部离开一定程度以上，能够抑制端子构件的大型化。
端子构件例如具有：顶板部、从顶板部的周缘向封口板弯曲并延伸的侧壁部、和凸缘部。凸缘部与侧壁部连接，并且例如在与顶板部平行的面方向向外侧延伸。通过端子构件具有侧壁部、凸缘部，能够抑制顶板部中与集电构件焊接接合时产生的热量向电池内部传递。侧壁部也可以遍及顶板部的整周地弯曲并延伸。该情况下，端子构件可以是帽(cap)形状。顶板部相当于帽的盖部分，侧壁部相当于帽的侧壁部分。侧壁部可以从顶板部在周方向断续地配置。另外，端子构件也可以是不存在侧壁部、凸缘部的圆板。该情况下，突起部向作为圆板的端子构件的周缘弯曲。
凸缘部从侧壁部的封口板侧的端部向远离顶板部的方向(即，封口后的电池中的筒部的外周方向)延伸。凸缘部可以遍及侧壁部的端部的整周地向远离顶板部的方向突出，也可以在侧壁部的端部的整周上的一部分向远离顶板部的方向突出。凸缘部可以从侧壁部的端部弯曲并从顶板部延伸，也可以立设于侧壁部的外周面上。此外，凸缘部可以是板状，特别地，在不是设置于侧壁部的整周上而是局部设置的情况下，也可以是柱状、锥体状的突起。此外，在凸缘部是板状的情况下，在凸缘部的外周缘形成基于台阶状、斜面的凹部，可以在该凹部容纳向端子构件弯曲的突起部的一部分。通过该结构，能够减小端子构件与突起部的连接空间。此外，在凸缘部是板状的情况下，与位于厚度方向的两端的主面连接的凸缘部的端面倾斜，突起部弯曲为沿着该端面的倾斜而倾斜。通过该结构，能够将凸缘部的上述端面与突起部电连接。
凸缘部被夹在封口板的突起部和对置于突起部的封口板的外表面之间，通过按压而在与封口板紧贴的状态下被固定。进一步地，可以在突起部与凸缘部之间形成基于焊接的接合，以使得紧贴变得牢固。基于焊接的接合可以是基于激光焊接的接合。激光焊接从突起部的外表面照射激光，通过贯通焊接而进行即可。该情况下，若凸缘部的厚度比侧壁部的厚度薄，则容易进行贯通焊接。另外，不是必须进行贯通焊接，在突起部覆盖凸缘部的上表面(凸缘部中与固定部对置的面的背面)的情况下，仅通过焊接来将该突起部与凸缘部接合即可。
使用上述封口体，能够实现能量密度高的电池。本实施方式所涉及的电池具备：壳体，具有筒部、将筒部的一个端部封闭的底部、以及与筒部的另一个端部连续的开口缘部；电极体，容纳于筒部；和上述封口体。封口体被固定于开口缘部以使得将开口缘部的开口封口。
以下，将从封口体朝向电极体的方向设为下方向，将从电极体朝向封口体的方向设为上方向。一般地，在使壳体直立以使得底部为下方时，与朝向开口缘部的筒部的轴平行的方向为上方向。以下，有时上下方向上的长度称为高度。
壳体的开口的密封例如能够通过在封口板的周缘部配置衬垫、将开口缘部隔着衬垫而铆接于封口板的周缘部来进行。例如，在筒部的外周面形成环状的槽部以使得筒部的内周面向筒部的内侧突出，并且使开口缘部向比槽部更靠开口侧的位置弯曲。使开口缘部弯曲为在开口缘部与槽部之间夹着衬垫以及封口板，能够将封口体与开口缘部之间密封。换言之，能够通过在槽部与开口缘部之间夹着包含衬垫的封口体从而将封口体与开口缘部之间密封。该情况下，端子构件不被利用于封口，因此不会由于端子构件而限制电极体的高度，不会成为实现能量密度高的电池上的妨碍。
以下，参照附图来对本公开的实施方式所涉及的封口体以及电池具体进行说明，但本发明并不限定于此。
图1是具备本实施方式所涉及的封口体130的电池10的主要部分的纵剖面示意图。电池10具有圆筒型，具备：圆筒型的有底的壳体110、容纳于罐内的圆筒型的电极体120、将壳体110的开口封口的封口体130。
壳体110具有：容纳电极体120的筒部111、将筒部111的一个端部封闭的底部112、与筒部111的另一个端部连续的开口缘部113。开口缘部113的开口被封口体130封闭。
封口体130具有：封口板131、配置于封口板131的周缘部131B的衬垫133。封口板131可以是圆盘状，具有防爆功能。具体地说，封口板131被设置于中央区域，具备：为了确保构造的强度而厚壁的固定部131A以及周缘部131B、发挥防爆功能的薄壁部131C。薄壁部131C被设置于周缘部131B与固定部131A之间的区域。周缘部131B以及薄壁部131C例如形成为环状以使得包围固定部131A。
封口体130还具备端子构件135。端子构件135在固定部131A卡合于封口板131，被保持于封口板131。
端子构件135例如是具有顶板部135A、从顶板部135A的周缘向封口板131弯曲并延伸的侧壁部135B的帽状。在端子构件135，凸缘部135C延伸为从侧壁部135B的封口板131侧的端部向筒部111的外周方向弯曲，远离顶板部135A。
在固定部131A，设置从封口板131的外表面突出的突起部131D。突起部131D向筒部111的内周方向弯曲，与端子构件135的凸缘部135C卡合。由此，端子构件135被固定于封口板131，并且电连接。突起部131D以及凸缘部135C可以遍及侧壁部135B的整周而形成，也可以在侧壁部135B的周的一部分间歇地形成。
封口板131由第1金属构成。第1金属例如可以是包含铝的金属。包含铝的金属例如可以是金属铝或者铝合金。与此相对地，端子构件135由与构成封口板131的第1金属不同的第2金属构成。第2金属例如可以是包含铁以及镍的至少任一者的金属。包含铁的金属例如可以是铁或者铁合金。作为铁合金，可以使用不锈钢。作为第2金属，可以使用对铁或者铁合金以镍等实施了镀敷的材料。
为了使固定以及电连接牢固，可以在突起部131D与凸缘部135C的卡合部分形成基于焊接的接合。焊接例如能够从顶板部135A侧向覆盖凸缘部135C的突起部131D的外表面照射激光，进行贯通焊接即可。焊接可以在侧壁部135B的周上的一个位置进行，也可以在多个位置进行。
图2是将图1中的封口板131与端子构件135的卡合部分放大表示的剖视图。在突起部131D与凸缘部135C之间，形成基于贯通焊接的焊接痕170。焊接痕170贯通凸缘部135C，能够形成到超过夹着凸缘部135C而与突起部131D对置的封口板131(固定部131A)的外表面的深度。为了基于焊接的接合容易形成到贯通凸缘部135C的深度，可以在端子构件135，使凸缘部135C的厚度D2比侧壁部135B的厚度D1薄。
此外，封口板131在固定部131A的内表面(与电极体120对置的一侧的表面)与端子板160接触。端子板160具有：中央区域160A、周缘部160B、设置于中央区域160A与周缘部160B之间的薄壁部160C。端子板160的中央区域160A与封口板131的固定部131A接触。端子板160的中央区域160A与封口板131的固定部131A可以被焊接。
另一方面，端子板160的周缘部160B与从构成电极体120的正极或者负极导出的内部引线122的端部连接。由此，封口板131(以及端子构件135)具有一个端子功能。通过在端子构件135连接集电构件302，能够进行与电极体120的一个电极(第1电极)的电连接。
另外，在端子板160的周缘部160B与封口板131的固定部131A之间，存在绝缘构件150。绝缘构件150可以与衬垫133一体地形成。另外，在本公开的电池中，端子板160和绝缘构件150不是必须的。内部引线122可以与固定部131A直接连接。
在壳体110的筒部111与开口缘部113之间，设置内径比开口缘部113的筒部分的内径以及筒部111的内径小的槽部114。即，开口缘部113经由槽部114而与筒部111连续。
在比槽部114更靠上侧(远离电极体120的一侧)，配置封口体130，开口缘部113弯曲为夹着被配置于槽部114上的封口体130(封口板131以及衬垫133)。由此，衬垫133在上下方向被按压，电池10被封口。通过基于按压的衬垫的排斥力，可确保电池10的气密性。
可以在比槽部114更靠下侧(电极体120侧)配置内部绝缘板140，防止电极体120与封口体130以及端子板160的接触。在内部绝缘板140，设置规定的引线孔141。从构成电极体120的一个电极导出的内部引线122穿过引线孔141而与端子板160连接，与封口体130电连接。另一方面，构成电极体120的另一个电极(第2电极)与壳体110电连接。
在封口体130，封口板131与衬垫133例如可以通过嵌件成型而一体成型。
衬垫133的材质并不被特别限定，例如作为容易一体成型的材料，能够使用聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、全氟烷氧基烷烃(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰胺(PA)等。
在本实施方式的电池10中，若内压上升，则向封口体130以及端子板160施加朝向外方向的压力。由此，封口板131以及端子板160被向外侧推起。若内压超过规定值，则首先端子板160的薄壁部160C断裂，中央区域160A与周缘部160B被电分离。结果，封口板131与内部引线122的电连接断开，流过电池10内的电流被切断。
在即使电流被切断的状态下，电池10的内压也不降低的情况下，例如由张力引起的应力集中于封口板131的周缘部131B与薄壁部131C的边界部，从该边界部产生断裂。结果，电池10的内压被释放，可确保电池10的安全性。另外，上述的电流切断机构并不限定本发明。本发明能够应用于具备电流切断机构的电池、不具备电流切断机构的电池的任一者。关于电流切断机构的结构，并不限定于上述的具体例，可以采用任意的结构。
在上述实施方式中，将端子构件135设为帽状，但也可以不必是帽状。在端子构件135，侧壁部135B可以在顶板部135A的整周弯曲并延伸，也可以在顶板部135A的周的一部分不设置侧壁部。由于端子构件135不用于封口，因此即使在顶板部135A的周的一部分存在未设置侧壁部135B(以及凸缘部135C)的区域，也不会影响气密性。
此外，在上述实施方式中，示例了在壳体110的筒部111设置槽部114来进行封口的情况，但本发明并不被槽部限定。本公开的端子构件并不局限于通过上述的封口方法制造的电池，在采用现有的未设置槽部的封口方法的情况下也能够优选使用。
作为未设置槽部的封口方法，例如举例：通过焊接来封口的方法、将衬垫的侧壁部隔着壳体的开口缘部而向开口的径向(朝向筒部的轴的方向)按压的方法。在这些情况下，通过未设置槽部，能够将电极体的高度增长与槽部的宽度(高度)相应的部分，因此能够进一步高容量化。
接下来，以锂离子二次电池为例，对电极体120的结构进行示例性说明。
圆筒型的电极体120是卷绕型，将正极和负极隔着隔离件卷绕为螺旋状而构成。在正极以及负极的一者连接内部引线122。内部引线122与封口板131的固定部131A电连接。在正极以及负极的另一者，连接其他引线，其他引线通过焊接等而与壳体110的内表面连接。
(负极)
负极具有带状的负极集电体、形成于负极集电体的两面的负极活性物质层。对负极集电体，使用金属薄膜、金属箔等。负极集电体的材料优选是从包含铜、镍、钛以及这些的合金及不锈钢的群中选择的至少1种。负极集电体的厚度例如优选为5～30μm。
负极活性物质层包含负极活性物质，根据需要而包含粘结剂和导电剂。负极活性物质层也可以是通过气相法(例如蒸镀)而形成的堆积膜。作为负极活性物质，举例Li金属、与Li电化学反应的金属或合金、碳材料(例如黑铅)、硅合金、硅氧化物、金属氧化物(例如钛酸锂)等。负极活性物质层的厚度例如优选为1～300μm。
(正极)
正极具有带状的正极集电体、形成于正极集电体的两面的正极活性物质层。对正极集电体，使用金属薄膜、金属箔(不锈钢箔、铝箔或铝合金箔)等。
正极活性物质层包含正极活性物质以及粘结剂，根据需要而包含导电剂。正极活性物质并不被特别限定，能够使用LiCoO2、LiNiO2那样的含锂复合氧化物。正极活性物质层的厚度例如优选为1～300μm。
对各活性物质层中包含的导电剂，使用石墨、碳黑等。导电剂的量是每活性物质100质量部例如为0～20质量部。对活性物质层中包含的粘结剂，使用氟树脂、丙烯酸树脂、橡胶粒子等。粘结剂的量是每活性物质100质量部例如为0.5～15质量部。
(隔离件)
作为隔离件，优选使用树脂制的微多孔膜、无纺布。作为隔离件的材料(树脂)，优选为聚烯烃、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺等。隔离件的厚度例如为8～30μm。
(电解质)
对电解质，能够使用使锂盐溶解的非水溶剂。作为锂盐，举例LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、酰亚胺盐类等。作为非水溶剂，举例碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯等环状碳酸酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯等链状碳酸酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯等环状羧酸酯等。
上述中，以锂离子二次电池为例进行了说明，但本公开无论一次电池还是二次电池，能够在使用封口体来进行电池罐的封口的电池中利用。
产业上的可利用性
本公开所涉及的电池能够利用于各种罐型的电池，例如适合用作为便携设备、混合动力汽车、电动汽车、电动辅助自行车、电动摩托等的电源。
-符号说明-
10：电池
110：壳体
111：筒部
112：底部
113：开口缘部
114：槽部
120：电极体
122：内部引线
130：封口体
131：封口板
131A：固定部
131B：周缘部
131C：薄壁部
131D：突起部
133：衬垫
135：端子构件
135A：顶板部
135B：侧壁部
135C：凸缘部
140：内部绝缘板
141：引线孔
150：绝缘构件
160：端子板
160A：中央区域
160B：周缘部
160C：薄壁部
170：焊接痕
302：集电构件。

Claims (7)

1.一种封口体，具有：
封口板，由第1金属构成；和
端子构件，由与所述第1金属不同的第2金属构成，被保持于所述封口板，
所述封口板具有：固定所述端子构件的固定部、位于周缘的环状的周缘部、和形成于所述固定部与所述周缘部之间的薄壁部，
所述固定部具有从所述封口板的外表面突出的突起部，
所述突起部向内侧弯曲，以使得在所述固定部与所述突起部之间夹着所述端子构件的一部分。
2.根据权利要求1所述的封口体，其中，
所述端子构件具有：顶板部、从所述顶板部的周缘向所述封口板弯曲并延伸的侧壁部、和从所述侧壁部的所述封口板侧的端部向远离所述顶板部的方向延伸的凸缘部，
所述凸缘部与所述突起部卡合。
3.根据权利要求2所述的封口体，其中，
在所述突起部与所述凸缘部之间，形成基于焊接的接合。
4.根据权利要求3所述的封口体，其中，
所述凸缘部的厚度比所述侧壁部的厚度薄。
5.根据权利要求1～3的任一项所述的封口体，其中，
所述第1金属包含铝，
所述第2金属包含铁以及镍的至少任一者。
6.一种电池，具备：
壳体，具有筒部、将所述筒部的一个端部封闭的底部、以及与所述筒部的另一个端部连续的开口缘部；
电极体，被容纳于所述筒部；和
权利要求1～5所述的封口体，
所述封口体被固定于所述开口缘部以使得将所述开口缘部的开口封口。
7.根据权利要求6所述的电池，其中，
在所述筒部的外周面形成环状的槽部，以使得所述筒部的内周面向所述筒部的内侧突出，
所述封口体还具有覆盖所述周缘部的衬垫，
所述开口缘部弯曲为在所述开口缘部与所述槽部之间夹着所述衬垫以及所述封口板，从而所述封口体与所述开口缘部之间被密封。
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