JP7487420B2

JP7487420B2 - 電池

Info

Publication number: JP7487420B2
Application number: JP2023531491A
Authority: JP
Inventors: 劉亮亮; 祝媛; 劉建華; 劉金成
Original assignee: Eve Energy Co Ltd
Current assignee: Eve Energy Co Ltd
Priority date: 2021-01-13
Filing date: 2021-11-22
Publication date: 2024-05-20
Anticipated expiration: 2041-11-22
Also published as: WO2022151837A1; CN214280162U; KR20230104244A; JP2023546986A

Description

本願は、出願日が２０２１年１月１３日で、出願番号が２０２１２００９２６７４．４である中国特許出願の優先権を主張し、該出願の全ての内容は引用により本願に組み込まれている。

本願は、電池の技術分野に関し、例えばマイクロの電池に関する。

ピン式マイクロリチウムイオン電池は、通常、側辺押圧の方式を採用して封口され、この封口方式には、以下の欠陥が存在する。１、側辺押圧は、一般的に、溝転造の方式を採用して実現され、溝転造により封口、密封されたリチウムイオン電池は、直径方向において占用する空間が大きいため、電池の内部容量が低くなり、これにより、電池の直径の微小化に限界性が存在し、一般的に、直径３．６ｍｍ付近までしか作れない。２、注液孔がなく、一般的に、滴下式を採用して注液し、操作が困難であり、且つ自動化が実現できない。３、封口の溶接時に、小径の電池は、中心のシーラント層の安定性が影響を受けやすく、溶接難度が大きい。

本願は、直径が小さく、密封しやすく、同等の体積で容量がより大きく、エネルギー密度が大きい電池を提供する。

一実施例は、収容チャンバを有するケースと、前記収容チャンバ内に取り付けられるセルと、前記ケース内に挿入され且つ側壁が前記ケースの側壁に溶接されるように設けられる第１の本体、及び前記第１の本体に設けられ且つ絶縁的に接続される電極接続材を備える第１のキャップアセンブリと、前記ケース内に挿入され且つ側壁が前記ケースの側壁に溶接されるように設けられる第２の本体を備える第２のキャップアセンブリと、を備え、そのうち、前記ケースの両端にはそれぞれ開口が設けられており、それらのうちの１つの前記開口が前記第１のキャップアセンブリにより閉塞され、他の１つの前記開口が前記第２のキャップアセンブリにより閉塞され、前記セルには２つのタブが設けられており、それらのうちの１つのタブが前記電極接続材に接続され、他の１つのタブが前記第２の本体に接続される、電池を提供する。

本願の一実施例の電池の断面模式図である。本願の一実施例の電池の分解模式図である。本願の一実施例の第１のキャップアセンブリの断面模式図である。本願の一実施例の第１のキャップアセンブリの分解模式図である。本願の一実施例の第２のキャップアセンブリの断面模式図である。本願の一実施例の第１のキャップアセンブリとセルとの組立模式図である。本願の一実施例の第１のキャップアセンブリ、セル及びケースの組立模式図である。本願の一実施例の第２のキャップアセンブリの第２の本体とセルの負極タブとの溶接状態図である。本願の一実施例の第２の本体とケースとの組立後の構造模式図である。

１・・・ケース、１１・・・収容チャンバ、２・・・セル、２１・・・正極タブ、２２・・・負極タブ、３・・・第１のキャップアセンブリ、３１・・・第１の本体、３１１・・・取付孔、３１２・・・第１の位置規制材、３２・・・電極接続材、３２１・・・接続部、３２２・・・第１の位置規制部、３３・・・第１の絶縁材、３４・・・第２の絶縁材、３５・・・第３の絶縁材、３６・・・第２の位置規制部、４・・・第２のキャップアセンブリ、４１・・・第２の本体、４１１・・・注液孔、４１２・・・第２の位置規制材、４２・・・閉塞板。

本願の説明において、別途明確に規定及び限定されない限り、用語「繋がる」、「接続」、「固定」は広義に理解されるべきであり、例えば、固定接続であってもよいし、取り外し可能な接続であってもよく、又は一体になってもよく、機械的接続であってもよいし、電気的接続であってもよく、直接繋がってもよいし、中間媒体を介して間接的に繋がってもよく、２つの素子の内部の連通又は２つの素子の相互作用の関係であってもよい。当業者であれば、上記用語の本願における具体的な意味は、具体的な状況に応じて理解することができる。

本願において、別途明確に規定及び限定されない限り、第１の特徴が第２の特徴の「上」又は「下」にあることは、第１の特徴と第２の特徴が直接接触することを含んでもよいし、第１の特徴と第２の特徴が直接接触せず、それらの間の他の特徴を介して接触することを含んでもよい。さらに、第１の特徴が第２の特徴の「上」、「上方」及び「上面」にあることは、第１の特徴が第２の特徴の真上及び斜め上にあることを含むか、又は単に第１の特徴の水平高さが第２の特徴よりも高いことを示す。第１の特徴が第２の特徴の「下」、「下方」及び「下面」にあることは、第１の特徴が第２の特徴の真下及び斜め下にあることを含むか、又は単に第１の特徴の水平高さが第２の特徴よりも小さいことを示す。

図１ないし図４に示すように、本願の実施例の電池は、ケース１及びセル２を備え、前記ケース１内は、収容チャンバ１１を有し、前記セル２は、前記収容チャンバ１１内に取り付けられ、前記ケース１の両端にはそれぞれ開口が設けられており、それらのうちの１つの前記開口が第１のキャップアセンブリ３により閉塞され、他の１つの前記開口が第２のキャップアセンブリ４により閉塞され、前記第１のキャップアセンブリ３は、第１の本体３１を備え、前記第１の本体３１には、電極接続材３２が絶縁的に接続されており、前記第１の本体３１は、前記ケース１内に挿入され且つ側壁が前記ケース１の側壁に溶接され、前記第２のキャップアセンブリ４は、第２の本体４１を備え、前記第２の本体４１は、前記ケース１内に挿入され且つ側壁が前記ケース１の側壁に溶接され、前記セル２は、それらのうちの１つのタブが前記電極接続材３２に接続され、他の１つのタブが前記第２の本体４１に接続される。溶接の方式により、第１の本体３１、第２の本体４１はそれぞれケース１の側壁に接続され、溶接時には、ケース１の外側壁から溶接を施すことができ、効果的に溶接難度が低減され、密封効果が高められ、且つ電池の直径方向の空間を占用することなく、同等の電池サイズで、本願の電池は、ケース１内の空間が最も大きく、エネルギー密度も大きい。

本実施例において、ケース１の開口は、ケース１の高さ方向の両端に設けられる。

一実施例において、ケース１は、円柱状を呈し、高さと直径との比が２：１よりも大きく、例えば３：１、４：１、５：１、６：１、７：１、８：１、９：１又は１０：１などである。一実施例において、ケース１の直径は５ｍｍよりも小さい。他の実施例において、ケース１の直径は３ｍｍである。

前記セル２は、正極タブ２１及び負極タブ２２を備え、正極タブ２１は、第１のキャップアセンブリ３における電極接続材３２に溶接されるが、負極タブ２２は、第２のキャップアセンブリ４の第２の本体４１に溶接される。具体的な溶接方式は、レーザ溶接又は抵抗溶接であってもよい。他の実施例において、さらに、セル２の正極タブ２１及び負極タブ２２の溶接位置を交換し、即ち、負極タブ２２と電極接続材３２とを溶接し、正極タブ２１と第２の本体４１とを溶接してもよい。

また、セル２とケース１とを絶縁させるために、セル２の上端面及び下端面にはそれぞれ絶縁ガスケット（図示せず）が設けられ、そのうち、セル２の上端の絶縁ガスケットは、セル２と電極接続材３２との間に位置し、セル２の下端の絶縁ガスケットは、セル２と第２の本体４１との間に位置する。

本実施例において、セル２は、巻回式セルであり、巻回式セルの軸線は、ケース１の中心軸線と平行であるか又は重なっている。他の実施例において、セル２は、積層式セルであってもよい。

一実施例において、図５に示すように、前記第２の本体４１には、注液孔４１１が貫通開設され、前記注液孔４１１は、閉塞材により閉塞される。第２の本体４１に注液孔４１１を設けることにより、小径の電池の自動化注液の実現を可能にし、効果的に注液難度を低減させ、注液速度を高めることができる。

本実施例において、前記閉塞材は、閉塞板４２であり、前記閉塞板４２は、前記第２の本体４１の前記ケース１の内部から離れた一側面に溶接又は粘着される。板状の閉塞材は、電池の高さ方向のサイズを減少させることができ、且つ製造難度が低く、閉塞しやすい。

一実施例において、図１及び図３に示すように、前記第１の本体３１の側壁には１周の第１の位置規制材３１２が環状に設けられ、前記第１の位置規制材３１２の前記ケース１に近い一側面は、前記ケース１の端面に当接する。第１の位置規制材３１２を設けることにより、第１のキャップアセンブリ３とケース１との組付時に、第１のキャップアセンブリ３の位置を限定し、第１のキャップアセンブリ３のケース１の内部に陥入する部分の位置を正確にできることを保証することができる。

一実施例において、図１及び図５に示すように、前記第２の本体４１の側壁には、１周の第２の位置規制材４１２が環状に設けられ、前記第２の位置規制材４１２の前記ケース１に近い一側面は、前記ケース１の端面に当接する。第２の位置規制材４１２を設けることにより、第２のキャップアセンブリ４とケース１との組付時に、第２のキャップアセンブリ４の位置を限定し、第２のキャップアセンブリ４のケース１の内部に陥入する部分の位置を正確にできることを保証することができる。

一実施例において、図３に示すように、前記電極接続材３２は、接続部３２１及び第１の位置規制部３２２を備え、前記第１の位置規制部３２２は、前記接続部３２１の一端に固定され、前記第１の本体３１には、取付孔３１１が貫通開設され、前記第１の本体３１は、対向して設けられる第１の側面及び第２の側面を有し、前記第１の側面は、前記ケース１の内部に向かい、前記第２の側面は、前記ケース１の外部に向かい、前記第１の位置規制部３２２は、前記第１の側面に設けられ、前記接続部３２１の前記第１の位置規制部３２２から離れた一端は、前記取付孔３１１を通過して前記第２の側面に延伸し、前記接続部３２１と前記取付孔３１１の孔壁との間には、第１の絶縁材３３が設けられ、前記第１の位置規制部３２２と前記第１の本体３１との間には、第２の絶縁材３４が設けられる。Ｔ型構造の電極接続材３２を設けることにより、第１の本体３１と良好な組付を形成し、セル２のタブに溶接の位置を提供することができ、第１の絶縁材３３及び第２の絶縁材３４を設けることにより、電極接続材３２と第１の本体３１との間の電気的導通の発生を回避し、さらに電極接続材３２とケース１との電気的導通の発生を防止することができる。

本実施例において、前記接続部３２１の前記第１の位置規制部３２２から離れた一端には、第２の位置規制部３６が設けられ、前記第２の位置規制部３６及び前記第１の位置規制部３２２は、それぞれ前記第１の本体３１の両側に設けられ、前記第２の位置規制部３６と前記第１の本体３１との間には、第３の絶縁材３５が設けられる。第２の位置規制部３６を設けることにより、電池の外部電源と接続する位置の面積を増加させ、電気的導通の確実性を高めることができ、第３の絶縁材３５を設けることにより、第２の位置規制部３６と第１の本体３１との間の電気的導通の発生を回避することができる。

一実施例において、接続部３２１は、第２の位置規制部３６にかしめられる。

一実施例において、前記第１の絶縁材３３、前記第２の絶縁材３４及び前記第３の絶縁材３５は、プラスチックを採用して一体射出成形される。一体射出成形された３つの絶縁材は、組立難度を効果的に低減させることができ、同時に密封及び絶縁の確実性を保証し、第１のキャップアセンブリ３を組立後に１つの一体的な構造に形成させ、第１のキャップアセンブリ３とケース１との組立を容易にさせることもできる。

本実施例において、前記第１の絶縁材３３、第２の絶縁材３４及び第３の絶縁材３５からなる一体的な構造は、ポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＰＥ）、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ、ＰＰ）及びポリテトラフルオロエチレン（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＰＦＡ）、ポリブチレンテレフタレート（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈａｔｈａｌａｔｅ、ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｐｈｉｄｅ、ＰＰＳ）などの電気絶縁プラスチックのうちの任意の１種の材料を採用して作られる。

ＰＥは、エチレンが重合して作られた熱可塑性樹脂である。工業において、エチレンと少量のα－オレフィンの共重合体も含まれる。ポリエチレンは、無臭、無毒で、ワックスのような手触りがして、優良な耐低温性能（最低使用温度が－１００°Ｃないし－７０°Ｃに到達可能である）を有し、化学安定性がよく、大多数の酸やアルカリの腐食に耐えられる。常温で一般的な溶剤に不溶であり、吸水性が小さく、電気絶縁性が優良である。

ＰＰは、プロピレンが付加重合反応してなる重合体であり、白色でワックス状の材料であり、外観が透明で軽く、燃えやすく、融点が１６５℃で、１５５℃付近で軟化し、使用温度範囲が－３０℃～１４０℃である。

ＰＦＡ（別名、パーフルオロアルキル化合物、可溶性ポリテトラフルオロエチレン）は、少量のパーフルオロプロピルパーフルオロビニルエーテルとポリテトラフルオロエチレンの共重合体である。溶融粘結性は強化され、溶体粘度は低下するが、性能は、ポリテトラフルオロエチレンと比べて変化がない。この種の樹脂は、直接普通の熱可塑性成形方法を採用して製品に加工することができる。ＰＦＡは、温度－２００℃ないし２６０℃の環境に長期使用され、卓越した耐化学腐食性があり、全ての化学品のいずれに対しても、耐腐食性があり、摩擦係数がプラスチックにおいて最も低く、よい電気性能もあり、その電気絶縁性は温度の影響を受けず、「プラスチックの王」と呼ばれている。ＰＦＡは、耐化学薬品性がポリテトラフルオロエチレンと類似し、フッ化ビニリデンよりも良好であり、耐クリープ性及び圧縮強度がポリテトラフルオロエチレンよりも良好であり、引張強度が高く、伸び率が１００～３００％に到達可能であり、誘電性が良好で、耐放射性能が優れ、難燃性が大きく、毒や害がなく、生体不活性を有し、人体内に植え込むことができる。

一実施例において、電池の組立過程は、以下の通りである。

Ｓ１００において、図３に示すように、電極接続材３２の接続部３２１の第１の位置規制部３２２から離れた一端が第２の位置規制部３６にかしめられるように、電極接続材３２、第１の本体３１及び第２の位置規制部３６を組み立て、電極接続材３２、第１の本体３１及び第２の位置規制部３６が１つの一体的な第１のキャップアセンブリ３に組み立てられるように、電極接続材３２と第１の本体３１との間に絶縁材を射出形成し、第２の位置規制部３６と第１の本体３１との間に絶縁材を射出形成し、
Ｓ２００において、図６に示すように、セル２を巻回し、セル２の正極タブ２１を第１のキャップアセンブリ３の第１の位置規制部３２２（即ち電極接続材３２）に溶接させ、
Ｓ３００において、図７に示すように、セル２及び第１のキャップアセンブリ３がケース１内に組み付けられるように、セル２及び第１のキャップアセンブリ３をケース１と組み立て、第１の本体３１がケース１に溶接固定されるように、ケース１の外壁から溶接を施し、
Ｓ４００において、図８に示すように、セル２の負極タブ２２を第２のキャップアセンブリ４の第２の本体４１に溶接し、
Ｓ５００において、図９に示すように、第２の本体４１をケース１の他端の開口内に組み付け、第２の本体４１がケース１に溶接固定されるように、ケース１の外壁から溶接を施し、
Ｓ６００において、注液し、化成し、
Ｓ７００において、図１に示すように、注液孔４１１を閉塞するために、第２の本体４１に閉塞板４２を溶接する。

本明細書の説明において、用語「上」などの方位又は位置関係は、図面に示す方位又は位置関係に基づくものであり、説明を容易にし、操作を簡略化するためのものに過ぎず、かかる装置又は素子が特定の方位を有し、特定の方位から構成されて操作されなければならないことを指示又は暗示するものではないと理解すべきであり、従って、本願を制限するものとしては理解できない。

本明細書の説明において、参考用語「一実施例」などの説明は、該実施例に関連する具体的な特徴、構造、材料又は特徴が本願の少なくとも１つの実施例又は例に含まれていることを意味する。本明細書において、上記用語に対する模式的な表現は、必ずしも同じ実施例を指すものではない。

Claims

収容チャンバを有するケースと、
前記収容チャンバ内に取り付けられるセルと、
前記ケース内に挿入され且つ側壁が前記ケースの側壁に溶接されるように設けられる第１の本体、及び前記第１の本体に設けられ且つ絶縁的に接続される電極接続材を備える第１のキャップアセンブリと、
前記ケース内に挿入され且つ側壁が前記ケースの側壁に溶接されるように設けられる第２の本体を備える第２のキャップアセンブリと、を備え、
前記ケースの両端にはそれぞれ開口が設けられており、それらのうちの１つの前記開口が前記第１のキャップアセンブリにより閉塞され、他の１つの前記開口が前記第２のキャップアセンブリにより閉塞され、
前記セルには２つのタブが設けられており、それらのうちの１つのタブが前記電極接続材に接続され、他の１つのタブが前記第２の本体に接続され、
第１の絶縁材と、第２の絶縁材と、第３の絶縁材とをさらに備え、前記電極接続材は、接続部及び第１の位置規制部を備え、前記第１の位置規制部は、前記接続部の一端に固定され、前記第１の本体には、取付孔が貫通開設され、前記第１の本体は、対向して設けられる第１の側面及び第２の側面を有し、前記第１の側面は、前記ケースの内部に向かい、前記第２の側面は、前記ケースの外部に向かい、前記第１の位置規制部は、前記第１の側面に設けられ、前記接続部の前記第１の位置規制部から離れた一端は、前記取付孔を通過して前記第２の側面を超えて延伸し、
前記第１の絶縁材は、前記接続部と前記取付孔の孔壁との間に設けられ、前記第２の絶縁材は、前記第１の位置規制部と前記第２の本体との間に設けられ、
前記接続部の前記第１の位置規制部から離れた一端には、第２の位置規制部が設けられており、前記第２の位置規制部と前記接続部とは、独立した２つの部材であり、前記第２の位置規制部は、前記第２の側面の上方に設けられ、および前記第３の絶縁材は、前記第２の位置規制部と前記第１の本体との間に設けられる、
電池。
前記第２の本体には、注液孔が貫通開設され、前記注液孔は、閉塞材により閉塞される、
請求項１に記載の電池。
前記第１の本体の側壁には、１周の第１の位置規制材が環状に設けられ、前記第１の位置規制材の前記ケースに近い一側面は、前記ケースの端面に当接する、
請求項１に記載の電池。
前記第２の本体の側壁には、１周の第２の位置規制材が環状に設けられ、前記第２の位置規制材の前記ケースに近い一側面は、前記ケースの端面に当接する、
請求項１に記載の電池。
前記第１の絶縁材、前記第２の絶縁材及び前記第３の絶縁材は、プラスチックを採用して一体射出成形される、
請求項１に記載の電池。
前記ケースは、円柱状であり、高さと直径との比が２：１よりも大きいか又は等しい、
請求項１に記載の電池。
前記ケースの直径は、５ｍｍよりも小さい、
請求項６に記載の電池。
前記ケースの直径は、３ｍｍである、
請求項７に記載の電池。