电池及其制造方法与流程

1.本发明涉及电池及其制造方法，特别地，涉及使用了圆筒状壳体的密闭型的电池及其制造方法。


背景技术：

2.近年来，便携电话、移动终端等的便携式设备、医疗用腕带终端、智能眼镜、无线耳机、手写笔等的可穿戴设备的高性能化、小型轻型化的发展显著。这种电子设备的电源希望是小型且高容量的电池。通常，这种电池采用经由密封垫通过盖部而将容纳电极组的电池壳体的开口部铆接封口的构造。
3.并且，关于这些小型密闭形电池，以封口状态的提高、电极组的损伤防止为目的，针对电池壳体、密封垫，进行了各种探讨。
4.例如，在专利文献1中，记载了以下内容：为了解决基于电池壳体的铆接的封口的技术课题，通过将具有比电池罐的封口槽部的曲率半径大的曲率半径的密封垫圈在轴向压缩，从而增大电池罐与密封垫圈的接触面的沿面距离。
5.此外，在专利文献2中，记载了以下内容：使用将密封部与筒部一体化的环状的密封垫，防止在电池振动时电极组较大地振动，并且避免电池制造时的电极组的损伤。
6.在先技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：日本特开平1
‑
248455号公报
9.专利文献2：国际专利申请公开第2017/017930号


技术实现要素：

10.但是，专利文献1所述的密闭形电池虽然增大电池罐槽部与密封垫圈的接触面的沿面距离，但为了该目的，若更深地形成槽部，则对槽部与其周围的密封垫过度施加槽形成时的压力，在该槽部、密封垫可能产生破裂、裂纹。并且，可能从在槽部、密封垫产生的这些破裂、裂纹的部分漏出电解液，发生电池封口部的密闭性降低的课题。
11.另一方面，在专利文献2所述的电池中，为了使密封垫的装配作业容易，将壳体槽部的内径设计为比密封垫的筒部的外径充分大(参照专利文献2的段落[0039])。因此，在注入电解液之后，担心电解液浸入到壳体内周面与密封垫的间隙、特别是从壳体槽部到开口部的壳体内周面与密封垫的间隙。其结果，在基于铆接的封口时，担心所述浸入的电解液附着于电池封口部的附近、壳体上部，产生电池污染。
[0012]
此外，在将电池长期保管的情况下，担心残留于所述壳体内周面与密封垫的间隙的电解液渗出、渗出的电解液作为电解质而析出(白污染)。
[0013]
这样的污染损害作为商品的电池的美观，大量的电解液漏出导致电池特性的降低并损害电池的可靠性。此外，若漏出的电解液附着于电池的制造设备并污染设备，则担心电池的组装不合格。
[0014]
本发明解决上述那样的课题，提供一种能够抑制在电池封口部中的电池壳体内周面与密封垫的间隙存在电解液、并在电池制造时或电池保存时防止来自封口部的电解液漏出的电池以及其制造方法。
[0015]
本发明所涉及的第1方式涉及电池，具备：壳体，在一端具有开口部以及在另一端具有底部，并具备筒状侧面部；电极组，在所述壳体中与电解液一起被容纳；盖部，对所述壳体的开口部进行封口；和密封垫，被配置于所述壳体的开口部与所述盖部之间，所述壳体在所述筒状侧面部的一部分具有向壳体内侧突出的环状的槽部，所述密封垫具有容纳所述盖部的密封部、和从所述密封部向所述电极组侧延伸的筒部，在所述密封垫的筒部与所述壳体的槽部最深部具有相互抵接的部分，所述密封垫的抵接部分被所述壳体的槽部最深部压缩。
[0016]
本发明所涉及的第2方式涉及电池的制造方法，具备：在一端具有开口部以及在另一端具有底部并具备筒状侧面部的壳体内，容纳电极组的工序；在所述壳体的筒状侧面部的一部分，形成向壳体内侧突出的环状的槽部的工序；将具备容纳盖部的密封部和从所述密封部延伸的筒部的密封垫向所述壳体槽部内插入，以使得所述密封垫的所述筒部被所述壳体的槽部最深部压缩的工序；向所述壳体内注入电解液的工序；和将所述壳体的开口部和所述盖部经由所述密封垫的密封部而密闭的工序。
[0017]
在本发明的电池以及其制造方法中，密封垫的筒部以被壳体的槽部最深部压缩的状态而插入，因此能够抑制电解液从密封垫与壳体的间隙泄漏。由此，能够防止电解液的泄漏所导致的电池污染、白污染。
附图说明
[0018]
图1是本实施方式所涉及的电池的纵剖视图。
[0019]
图2的(a)是盖部的纵剖视图，(b)是密封垫的纵剖视图，(c)是表示电池壳体的开口部与槽部的主要部位纵剖视图。
[0020]
图3的(a)是密封垫的仰视图，(b)是入槽后的电池壳体俯视图。
具体实施方式
[0021]
以下，参照附图来对本发明所涉及的电池及其制造方法的实施方式进行说明。关于文中使用的用语，并不限定本发明，关于各附图中的各结构部件的形状、尺寸也相对图示，并不限定本发明。
[0022]
(电池的整体结构)
[0023]
首先，以下，对本实施方式所涉及的电池1的整体结构进行说明。
[0024]
图1是本实施方式所涉及的电池1的纵剖视图。图1所示的电池1具备：将第1电极(例如正极)12和第2电极(例如负极)22隔着隔板11卷绕构成的电极组10、具有环状的槽部32的电池壳体30、被配置于电池壳体30的开口部的密封垫50、容纳于电池壳体30内的电解液(未图示)、将密封垫50的开口部封口的盖部70。接下来，以下，对各结构部件进行说明。
[0025]
(电极组)
[0026]
电极组10将第1电极12和第2电极22隔着隔板11卷绕并构成为柱状体。第1电极12具有第1集电体片和形成于其两面的第1活性物质层(均未图示)。第2电极22也具有第2集电
体片和形成于其两面的第2活性物质层(均未图示)。第1电极12经由第1集电引线14而与具有导电性的盖部70连接。另一方面，第2电极22经由第2集电引线24而与具有导电性的电池壳体30的开口附近内周面连接。在此，盖部70作为电池1的第1端子(例如正极端子)而发挥功能，电池壳体30作为电池1的第2端子(例如负极端子)而发挥功能。
[0027]
进一步详细说明第1电极12和第2电极22分别为正极以及负极的情况。
[0028]
正极12具有正极集电体片和形成于其两面的正极活性物质层(未图示)。对正极集电体片能够使用公知的正极集电体片，但在电池是锂离子二次电池的情况下，例如使用铝、铝合金等的金属箔，作为其厚度，例如使用10μm～20μm，但并不限定于此。
[0029]
正极活性物质层作为必须成分而包含正极活性物质，作为任意成分而包含粘着剂、导电剂等。作为正极活性物质，能够使用公知的活性物质，作为锂离子二次电池的正极活性物质，优选使用含锂复合氧化物，例如使用licoo2、linio2、limn2o4等。此外，作为锂一次电池的正极活性物质，使用二氧化锰、氟化石墨等。作为正极活性物质层的厚度，例如使用70μm～130μm，但并不限定于此。
[0030]
对锂离子二次电池的正极集电引线14，例如能够使用铝、铝合金、镍、镍合金、铁、不锈钢等的材料。其厚度例如使用10μm～120μm，但并不限定于此。正极集电引线14穿过密封垫50的筒部60的中空，连接于兼作正极端子的盖部70的底面。
[0031]
负极22具有负极集电体片和形成于其两面的负极活性物质层(未图示)。对负极集电体片能够使用公知的负极集电体片，但在电池是锂离子二次电池的情况下，例如使用不锈钢、镍、铜、铜合金等的金属箔。其厚度例如使用5μm～20μm，但并不限定于此。
[0032]
负极活性物质层作为必须成分而包含负极活性物质，作为任意成分而包含粘着剂、导电剂等。作为负极活性物质，能够使用公知的负极活性物质，但在电池是锂离子二次电池的情况下，例如使用金属锂、硅合金、锡合金等的合金、石墨、硬碳等的碳材料、硅化合物、锡化合物、钛酸锂等。负极活性物质层的厚度例如使用70μm～150μm，但并不限定于此。
[0033]
对锂离子二次电池的负极集电引线24，例如能够使用镍、镍合金、铁、不锈钢、铜、铜合金等的材料。其厚度例如能够使用10μm～120μm，但并不限定于此。负极集电引线24连接于电池壳体30的开口附近的壳体侧壁的内表面(图示连接位置38)。
[0034]
对配置于正极12与负极22之间的隔板11，能够使用公知的隔板，可使用绝缘性的微多孔薄膜、织布或者无纺布而形成。对锂离子二次电池的隔板，例如能够使用聚丙烯、聚乙烯等的聚烯烃。对其厚度可使用10μm～50μm，但适当地为10μm～30μm。
[0035]
(电解液)
[0036]
对电解液能够使用公知的电解液。在锂离子二次电池的情况下，包含公知的锂盐和公知的非水溶剂。例如，作为非水溶剂，可使用环状碳酸酯、链状碳酸酯、环状羧酸酯等，作为锂盐，例如可使用lipf6、libf4等，但并不限定于这些。
[0037]
(电池壳体)
[0038]
图1所示的电池壳体30是圆筒状，在一端具有开口部，并且在另一端具有堵塞该开口部的底部。在电池壳体30的开口部附近，形成环状的槽部32。该环状的槽部32向电池壳体30的内侧突出。另外，电池壳体30是筒形状即可，除了圆筒状，也可以是椭圆柱状。
39.图2是构成电池1的封口部分的电池壳体30、密封垫50、盖部70的、组装电池1之前的状态下的剖视图。图3中表示密封垫50的仰视图和电池壳体30的俯视图。
[0040]
在电池壳体30，如图2的(c)以及图3的(b)所示，在壳体侧面的一部分形成向壳体的内侧突出的环状的槽部32。环状的槽部32具有：最突出的槽部最深部34、和从电池壳体30的侧面部向槽部最深部34延伸的缩径部36。即如图1以及图2的(c)所示，缩径部36构成为直径逐渐变小。
[0041]
此外，环状的槽部32的槽部最深部34被设计为将尺寸d设为直径的圆形。另外，电池壳体30通过具有导电性的材料而制作，例如使用具有0.05mm～0.2mm的厚度的不锈钢，但并不限定于此。
[0042]
(密封垫以及盖部)
[0043]
密封垫50具有：容纳盖部70的密封部52、和从密封部52向容纳于电池壳体30内的电极组10延伸的筒部60。另一方面，密封部52具有：对盖部70的凸缘72的下表面进行支承的平坦状的支承部、和对凸缘的上表面进行保持的保持部。这样，密封垫50的筒部60成为从密封垫50的密封部52的平坦状支承部向容纳于电池壳体30内的电极组10延伸的构造。
[0044]
此外，密封垫的筒部60作为在盖部70与电极组10之间设置空间的隔离物而发挥功能。通过使密封垫50的密封部52与筒部60一体化并将相当于筒部的高度部分的空间部分设置于盖部70与电极组10之间，能够使负极集电引线24与电池壳体30的侧面的焊接容易，能够防止电池的使用时、搬运时电极组10移动或者振动。
[0045]
电池壳体30的外径越小，具有本发明的形状的密封垫50的有效性越大，具体地说优选电池壳体外径为10mm以下，更加优选为6mm以下，进一步优选为4.5mm以下。此外，考虑制造上的现实性，优选电池壳体30的外径为3mm以上。
[0046]
如图2的(a)所示，盖部70具有向盖部70的径向外侧延伸的凸缘72、和在其中央向上方突出的端子部74，这些通过具有导电性的材料而一体地构成。盖部70的凸缘72被密封垫50的密封部52保持。这样，密封垫50的密封部52容纳盖部70，密封垫50的密封部52与电池壳体30的开口部铆接在一起，成为电池1被封口的构造。
[0047]
在本发明中，在密封垫50从电池壳体30的开口部插入时，被插入为密封垫50的筒部60被壳体的槽部最深部34压缩。由此，密封垫50的筒部60与壳体的槽部最深部34以紧贴的状态而接触。优选该抵接部分62以沿着周方向的线或者面连续地紧贴于电池壳体30的槽部最深部34。此外，如图3的(a)所示，密封垫50被设计为：在穿过槽部最深部34与筒部60的抵接部分62而朝向径向内侧的面，抵接部分62的外周面为具有尺寸d的直径的圆形状。
[0048]
另外，在图1以及图2的(b)中，图示为密封垫50的筒部60与电池壳体30的侧面平行地延伸，但只要抵接部分62的外周面是具有直径d的圆形状，也可以是稍具有锥度的漏斗状。
[0049]
密封垫50优选通过具有针对电解质的耐性的材质而成形，例如优选使用氟树脂、聚烯烃、聚酰胺等，其中更加优选氟树脂，例如优选使用四氟乙烯与全氟烷氧基乙烯基醚的共聚物(pfa)。
[0050]
本实施方式所涉及的电池1构成为环状的槽部32的槽部最深部34的内径d比抵接于槽部最深部34的筒部的外径d小。即，密封垫50以该筒部60被槽部最深部34压缩的状态而插入到电池壳体30，因此能够消除槽部最深部34与筒部60的抵接部分62的间隙。因此，能够防止容纳于电池壳体30的电解液经由槽部32而泄漏。
[0051]
更具体地说，优选槽部最深部34的内径d与筒部60的外径d之差(d
‑
d)为
‑
0.01～
‑
0.20mm。此外，优选槽部最深部34的内径d与筒部60的外径d之比(d/d)为0.93～0.99。进一步地，优选槽部最深部34的内径d与筒部60的外径d之差除以筒部60的外径d的压缩率(1
‑
d/d)为0.1～7.5％，更加优选为1～6％。由此，能够更加可靠地防止经由槽部32的泄漏。
[0052]
此外，上述说明了电池壳体30被设计为槽部最深部34的侧周面具有内径d的正圆形状，但由于电池壳体30的外径较小，因此不容易将槽部最深部34加工为具有完全的正圆形状。但是，在槽部最深部34不是完全的正圆形状而是具有近似于正圆的剖面形状的情况下，优选将其最大内径dmax与内切于近似正圆的剖面形状的正圆的直径dtrue之差(dmax
‑
dtrue)除以正圆的直径dtrue所得的值(以下，设为变形率)设为0.01以下，由此能够更加有效地防止经由槽部32的泄漏。另一方面，若变形率超过0.02则担心实质电解液减少。
[0053]
此外，即使在密封垫50的密封部52与电池壳体30的边界产生间隙58的情况下，通过密封垫50的筒部60以被环状的槽部32的槽部最深部34压缩的状态被插入，从而筒部60与槽部最深部34线状或者面状地连续地紧贴，能够防止电解液的泄漏。
[0054]
如以上说明那样，通过本实施方式，通过将电池壳体30的槽部最深部34的内径d设计为小于与槽部最深部34抵接的筒部的外径d，能够防止经由环状的槽部32的电解液的渗出。因此，能够解决基于铆接的封口时电解液泄漏并附着于封口部附近或壳体上部的电池污染、长期保管时残留于封口部的电解液渗出导致的白污染的课题。其结果是，能够确保作为商品的电池的美观，并且能够在不产生电解液量的不足的情况下实现具有高可靠性的电池。此外，也能够减少泄漏的电解液转印至周边的量产设备并污染所导致的组装不合格。
[0055]
(电池的制造方法)
[0056]
接下来，以下，对本实施方式所涉及的电池的制造方法进行说明。
[0057]
首先，准备上述说明的电极组10。将电极组10从开口部向电池壳体30插入，以使得电极组10的负极集电引线24以及正极集电引线14向电池壳体30的开口部(图中上方)延伸。将负极集电引线24在连接位置38焊接于电池壳体30的侧周面。并且，在形成电池壳体30的开口部的端部附近形成环状的槽部32。
[0058]
然后，将密封垫50从开口部向电池壳体30插入。此时，设计为环状的槽部32的槽部最深部34的内径d比抵接于槽部最深部34的密封垫筒部的外径d小，因此密封垫50以其筒部60被环状的槽部32的槽部最深部34压缩的状态而被插入。
[0059]
正极集电引线14被从筒部60的中空部引出，与盖部70焊接。密封垫50的筒部60向电极组10较深地延伸，由于在负极集电引线24与正极集电引线14之间存在筒部60，因此可避免各集电引线间的接触。
[0060]
接下来，通过真空注液方式，向电池壳体30的内部注入电解液。此时，如上所述，在电解液注液前，密封垫50的筒部60的一部分已经通过槽部最深部34而以压缩状态插入，筒部60与槽部最深部34没有间隙地紧贴，因此在电解液注入时，电解液不会浸入到位于比环状的槽部32更靠上方的位置的壳体内侧面。
[0061]
这样，在本发明的制造方法中，在位于比槽部更靠上方的位置的壳体内侧面，在其与对面的密封垫的间隙不会存在电解液，能够防止电池的长期保存时等从该部分漏出电解液。
[0062]
此外，由于密封垫50的筒部60与壳体30的槽部最深部34紧贴，因此即使电池壳体30内容纳的电解液提升，也能够防止电解液从槽部最深部34向上方漏出。
[0063]
接下来，盖部70被容纳于密封部52，最后，通过将电池壳体30的开口部隔着密封垫50而与盖部70铆接，从而得到圆筒型的电池1。
[0064]
如上述那样，将电池壳体30的槽部最深部34的内径d设计为小于抵接于槽部最深部34的部分的筒部60的外径d，筒部60以被环状的槽部32的槽部最深部34压缩的状态而插入，从而密封垫50的筒部60以线状或者面状连续地紧贴于电池壳体30的槽部最深部34，因此即使在密封垫50的密封部52与电池壳体30的边界产生间隙58的情况下，也能够防止电解液的泄漏。
[0065]
另外，关于电池壳体30的槽部最深部34的内径d、抵接于槽部最深部34的部分的筒部60的外径d、变形率的测定、以及电池污染、白污染的确认，例如能够使用keyence社制的数字显微镜(vhf
‑
700f)来进行。
[0066]
实施例
[0067]
通过下述要件，针对将筒部60的外径d不同的密封垫50插入到槽部最深部34的内径d(＜d)一定的电池壳体30并制作的多个实施例以及比较例所涉及的电池1，进行比较。
[0068]
实施例1～5以及比较例1～3中使用的电池壳体30的槽部最深部34的内径d为3.60mm，相对于正圆的目标的变形率为1％以下，比较例4中使用的电池壳体30的槽部最深部34的内径d为3.67mm，相对于正圆的目标的变形率为2％以上。
[0069]
此外，实施例1～5中使用的筒部60与槽部最深部34抵接的部分的筒部60的外径d分别为3.69mm、3.73mm、3.65mm、3.85mm以及4.00mm，比较例1～4中使用的外径d分别为3.57mm、3.55mm、3.50mm以及3.55mm。
[0070]
针对实施例1～5以及比较例1～4所涉及的电池1，对以下的项目进行评价。评价结果在表1中表示。另外，在实施例1～5中，内径d小于外径d，在比较例1～4中，内径d大于外径d。
[0071]
[表1]
[0072][0073]
1)电解液减少量(样本个数：n＝50)
[0074]
分别测量注液前的电池重量(w1)、注液后的电池重量(w2)、封口后的电池重量
(w3)，根据以下的式子，计算电解液的减少量。
[0075]
(注液后重量
‑
注液前重量)
‑
(封口后重量
‑
注液前重量)
[0076]
＝(w2
‑
w1)
‑
(w3
‑
w1)＝w2
‑
w3
[0077]
在表1的评价表中，表示50个样本全部数量的平均值。在表1的评价表中，实施例1～5的电解液减少量实质小于比较例1～4的电解液减少量。
[0078]
2)电池污染(样本个数：n＝50)
[0079]
针对封口后的电池1，通过显微镜来从电池1的上部以及侧面进行观察，评价有无电解液的附着。在表1的评价表中，针对50个的样本全部数量，在未确认电解液的附着的情况下表示标记，在即使确认一个电解液的附着的情况下表示
×
标记。在表1的评价表中，在实施例1～5中未观察到电池污染，在比较例1～4中观察到电池污染。
[0080]
3)基于耐泄漏性
‑
减压检查(样本个数：n＝50)的白污染
[0081]
对封口后的电池1，依次进行规定的初始充电、高温老化、充放电，调整为充电率(soc)30％之后，在减压环境下评价有无泄漏的发生(泄漏检查)。另外，在泄漏检查中，在约
‑
70kpa的减压环境下将电池1放置15分钟后，评价有无来自封口部的泄漏的发生。在表1的评价表中，对50个样本全部数量，通过显微镜观察而未观察到泄漏的情况下表示标记，通过显微镜观察观察到至少一个泄漏但通过目视未观察到泄漏的情况下表示δ标记，通过目视观察到至少一个泄漏的情况下表示
×
标记。在表1的评价表中，在实施例5中通过显微镜观察观察到泄漏，但在实施例1～5中未观察到目视下的泄漏，在比较例1～4中通过目视观察到泄漏。
[0082]
4)耐泄漏性
‑
热循环(样本个数：n＝50)
[0083]
对封口后的电池1，依次进行规定的初始充电、高温老化、充放电，调整为充电率(soc)100％之后，在以下环境下进行热循环试验，评价有无泄漏(白污染)的发生。即热循环试验如下，i)以
‑
10℃保管1小时后，花费1小时来使其温度上升到60℃，以60℃保管1小时，ii)花费1小时来将温度下降到
‑
10℃并保管1小时，iii)将上述i)以及ii)的工序作为1个循环(所需时间4小时)，反复1000个循环后，评价有无来自封口部的泄漏的发生。在表1的评价表中，对50个样本全部数量，通过显微镜观察未观察到泄漏的情况下表示
○
标记，通过显微镜观察观察到至少一个泄漏但通过目视未观察到泄漏的情况下表示δ标记，通过目视观察到至少一个泄漏的情况下表示
×
标记。在表1的评价表中，在实施例4、5中通过显微镜观察观察到泄漏，但在实施例1～5中未观察到目视下的泄漏，在比较例1～4中通过目视观察到泄漏。
[0084]
5)向量产设备的电解液的转印污染
[0085]
对封口夹具进行显微镜观察，评价有无电解液的附着。虽然表1的评价表中未表示，但在实施例1～5中未观察到电解液向封口夹具的附着，但在比较例1～4中发生电解液向封口夹具的附着，观察到封口工序中的不合格的增大。
[0086]
根据以上的评价，通过将电池壳体30的槽部最深部34的内径d设计为小于抵接于槽部最深部34的部分的筒部60的外径d，筒部60以被环状的槽部32的槽部最深部34压缩的状态插入，从而成为密封垫50的筒部60以线状或者面状连续地紧贴于电池壳体30的槽部最深部34的状态，因此能够防止电解液的泄漏所导致的电池污染、白污染。
[0087]
产业上的可利用性
[0088]
本发明能够应用于使用了圆筒状壳体的密闭形电池及其制造方法。
[0089]
‑
符号说明
‑
[0090]
1 电池
[0091]
10 电极组
[0092]
11 隔板
[0093]
12 第1电极
[0094]
14 正极集电引线
[0095]
22 第2电极
[0096]
24 负极集电引线
[0097]
30 电池壳体
[0098]
32 槽部
[0099]
34 槽部最深部
[0100]
36 缩径部
[0101]
38 连接位置
[0102]
50 密封垫
[0103]
52 密封部
[0104]
58 间隙
[0105]
60 筒部
[0106]
62 抵接部分
[0107]
70 盖部
[0108]
72 凸缘
[0109]
74 端子部。