蓄电装置的制作方法

1.本公开涉及蓄电装置，更详细而言，涉及具备与封口板的正极端子或者负极端子接近配置的功能部件的蓄电装置。


背景技术：

2.以往，广泛知晓具备收纳电极体的有底筒状的外装罐和安装正极端子以及负极端子并将外装罐的开口部堵塞的封口板的蓄电装置。例如，在专利文献1中公开了以下蓄电装置，具备：包括正极端子的正极集电板；包括负极端子的负极集电板；将正极的接头聚合在一起的正极接头群；以及将负极的接头聚合在一起的负极接头群，分别在正极集电板的上表面焊接正极接头群，在负极集电板的上表面焊接负极接头群。在专利文献1的蓄电装置中，通过使构成接头群的接头的长度根据层叠位置而变化，由此实现集电部中的电阻的偏差的抑制。此外，在专利文献1的蓄电装置中，各集电板与各端子经由过电流保护电路而被连接。
3.在专利文献2中公开了具备由两个电极群构成的电极体的蓄电装置，这两个电极群分别具有正极接头群与负极接头群。在专利文献2中记载了，通过将接头群以朝着电极群的层叠方向中央聚集的状态焊接于集电板，从而能够减轻作用于接头的负载。
4.在先技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2015-225736号公报
7.专利文献2：日本特开2018-200841号公报


技术实现要素：

[0008]-发明所要解决的课题-[0009]
在锂离子电池等的蓄电装置中，一般而言，在装置内部设置有具备在异常产生时用于切断电流路径的电流截断机构等的功能部件。假定针对该功能部件，例如在蓄电装置的制造时施加振动、冲击等的负载，则功能部件的性能会降低。另一方面，如果严格限制制造条件，以使得不会对功能部件施加负载，则导致生产率的降低。
[0010]-用于解决课题的手段-[0011]
本公开所涉及的蓄电装置的特征在于，具备：正极与负极隔着分隔件交替地层叠而成的电极体；收纳所述电极体的有底筒状的外装罐；安装正极端子以及负极端子，并将所述外装罐的开口部堵塞的封口板；以及在所述封口板的内表面中与所述正极端子或者所述负极端子接近配置的功能部件，所述正极包括与所述正极端子电连接的正极接头，所述负极包括与所述负极端子电连接的负极接头，所述电极体具有多个所述正极接头被层叠而成的正极接头群和多个所述负极接头被层叠而成的负极接头群，该各接头群作为将所述电极体和所述封口板连接的弹簧发挥功能，所述正极接头群以及所述负极接头群之中与所述功能部件接近的一方的接头群的弹簧常数大于另一方的接头群的弹簧常数。
[0012]-发明效果-[0013]
根据本公开所涉及的蓄电装置，能够确保良好的生产率，同时抑制对具备设置于装置内部的电流截断机构等的功能部件施加大的负载。因此，例如，在蓄电装置的制造时，振动、冲击变得难以对功能部件起作用，防止振动、冲击造成的功能部件的性能降低、损伤等。此外，即便在蓄电装置的组装工序等中不追加特别的制造条件，也能够充分地保护功能部件免受振动、冲击。
附图说明
[0014]
图1是表示作为实施方式的一例的蓄电装置的外观的立体图。
[0015]
图2是作为实施方式的一例的电极体以及封口板的立体图。
[0016]
图3是作为实施方式的一例的电极体的分解立体图。
[0017]
图4是作为实施方式的一例的电极体的剖视图。
[0018]
图5是作为实施方式的另一例的电极体的剖视图。
具体实施方式
[0019]
以下，参照附图详细地说明本公开的实施方式的一例。另外，最初设想将以下例示的多个实施方式及变形例选择性地组合。此外，在本说明书中，只要没有特别说明，“数值a～数值b”的记载是指“数值a以上且数值b以下”。
[0020]
图1是表示作为实施方式的一例的二次电池10的外观的立体图，图2是构成二次电池10的电极体11及封口板15的立体图(表示将外装罐14除去的状态的图)。图1所例示的二次电池10具备包括外装罐14和封口板15的方形容器，以作为外装体，但外装体未被限定于此。另外，本公开所涉及的蓄电装置未被限定于二次电池10，例如也可以是一次电池、或者电容器。
[0021]
如图1及图2所例示的那样，二次电池10具备电极体11、电解质、收纳电极体11及电解质的有底筒状的外装罐14、和安装正极端子12及负极端子13且将外装罐14的开口部堵塞的封口板15。电极体11具有将正极20与负极30隔着分隔件40交替地层叠起来的构造(详情参照后述的图3)。外装罐14是轴向一端开口的扁平的大致长方体形状的金属制方形容器，二次电池10是所谓的方形电池。外装罐14及封口板15例如由以铝为主成分的金属材料构成。
[0022]
以下，为了方便说明，将外装罐14的高度方向设为二次电池10的“上下方向”，将封口板15侧设为“上”，将外装罐14的底部侧设为“下”。此外，将沿着封口板15的长度方向的方向设为二次电池10的“横向”。
[0023]
电解质也可以是水系电解质，但优选为非水电解质。非水电解质也可以是固体电解质，但在本实施方式中设为使用非水电解液。非水电解液例如包括非水溶剂和溶解于非水溶剂的电解质盐。非水溶剂例如也可以使用酯类、醚类、腈类、酰胺类及这些中的两种以上的混合溶剂等。非水溶剂也可以含有用氟等的卤素原子将这些溶剂的氢的至少一部分置换而得到的卤素取代基。电解质盐例如能使用lipf6等锂盐。
[0024]
在封口板15，如上述地安装有正极端子12及负极端子13。封口板15具有细长的矩形形状，分别在长度方向一端侧配置正极端子12，在封口板15的长度方向另一端侧配置负
极端子13。正极端子12及负极端子13是相对于其他二次电池10、负载进行电连接的外部连接端子，经由绝缘构件而被安装于封口板15。
[0025]
详情后述，正极20包括与正极端子12电连接的正极接头23，负极30包括与负极端子13电连接的负极接头33。正极端子12经由正极集电板25，与将多个正极接头23层叠而成的正极接头群24电连接，负极端子13经由负极集电板35，与将多个负极接头33层叠而成的负极接头群34电连接。
[0026]
在封口板15设置有在电池的异常产生时用于切断电流路径的电流截断装置18，以作为功能部件。功能部件例如是作为二次电池10的安全装置或者控制装置发挥功能的部件。功能部件在封口板15的内表面中与正极端子12或者负极端子13接近配置。在本实施方式中，电流截断装置18附随于正极端子12而配置于正极端子12的内侧。
[0027]
电流截断装置18是在二次电池10产生异常、外装罐14的内压超过给定的压力而上升的情况下将电流路径截断的压力感测式的安全装置。电流截断装置18例如配置于正极端子12和正极集电板25之间，在通常使用时与正极端子12及正极集电板25电连接。电流截断装置18的构造未特别地加以限定，但作为一例，可列举包括翻转板的装置，该翻转板在内压上升时向从正极集电板25离开的方向翻转，将与正极集电板25的电连接切断，由此将正极端子12与正极集电板25的电流路径截断。
[0028]
此外，在封口板15设置：用于注入非水电解液的注液部16；以及用于在电池的异常产生时开阀而将气体排出的气体排出阀17。气体排出阀17配置于封口板15的长度方向中央部，注液部16配置于正极端子12和气体排出阀17之间。
[0029]
如图2所例示的那样，电极体11被分割为第一电极群11a和第二电极群11b。电极群11a、11b例如具有相互相同的层叠构造、尺寸，且层叠配置于电极体11的厚度方向。在各电极群的上端部形成由多个正极接头23构成的正极接头群24及由多个负极接头33构成的负极接头群34，且分别连接封口板15的各集电板。电极群11a、11b的外周面被分隔件40覆盖，此外被构成为在电极群11a、11b引起独立的电池反应。
[0030]
图3是电极体11的分解立体图。如图3所例示的那样，电极体11包括多个正极20和多个负极30。在构成电极体11的电极群11a、11b中，例如比正极20还多一张地包括负极30，在电极群11a、11b的厚度方向两侧配置负极30。在图3中，图示的是在正极20与负极30之间一张一张地配置的多个分隔件40，但电极群11a、11b所包括的分隔件40也可以分别是一张一张的。在该情况下，长条状的分隔件40被曲折地配置在正极20和负极30之间。
[0031]
电极体11是将多个正极20和多个负极30隔着分隔件40一张一张地交替层叠而成的层叠型的电极体。正极20包括向上方突出的正极接头23，负极30包括向上方突出的负极接头33。换言之，正极20及负极30层叠配置为各接头朝向相同的方向。此外，层叠配置为正极接头23位于电极体11的横向一端侧，负极接头33位于电极体11的横向另一端侧，并且多个正极接头23排列于电极体11的厚度方向，多个负极接头33排列于电极体11的厚度方向。
[0032]
正极20具有正极芯体21和设置在正极芯体21的表面的正极合剂层。正极芯体21能够使用铝、铝合金等在正极20的电位范围内稳定的金属的箔、将该金属配置到表层的膜等。正极合剂层优选包括正极活性物质、导电材料及粘合材料，且设置于正极芯体21的两面。正极20例如能够通过在正极芯体21上涂敷包括正极活性物质、导电材料及粘合材料等的正极合剂料浆，使涂膜干燥后，进行压缩使正极合剂层形成于正极芯体21的两面来制作。
[0033]
正极20具有在正极芯体21的表面之中在刨除正极接头23的部分(以下，设为“基部”)的全域形成了正极合剂层的构造。正极芯体21的厚度例如为5μm～20μm，优选为8μm～15μm。正极芯体21的基部在主视情况下具有四边形状，正极接头23从该四边形的一边突出。一般而言，加工一张金属箔，由此得到基部与正极接头23被一体成型的正极芯体21。
[0034]
正极活性物质使用的是锂过渡金属复合氧化物。作为锂过渡金属复合氧化物所含有的金属元素，可列举ni、co、mn、al、b、mg、ti、v、cr、fe、cu、zn、ga、sr、zr、nb、in、sn、ta、w等。其中，优选含有ni、co、mn中的至少一种。作为适宜的复合氧化物的一例，可列举含有ni、co、mn的锂过渡金属复合氧化物、含有ni、co、al的锂过渡金属复合氧化物。
[0035]
作为正极合剂层所包括的导电材料，可例示碳黑、乙炔黑、科琴黑、石墨等碳材料。作为正极合剂层所包括的粘合材料，可例示聚四氟乙烯(ptfe)、聚偏二氟乙烯(pvdf)等的氟树脂、聚丙烯腈(pan)、聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、聚烯烃脂等。此外，也可以同时采用这些树脂和羧甲基纤维素(cmc)或者其盐等的纤维素衍生物、聚环氧乙烷(peo)等。
[0036]
负极30具有负极芯体31和设置在负极芯体31的表面的负极合剂层。负极芯体31能够使用铜等在负极30的电位范围内稳定的金属的箔、将该金属配置到表层的膜等。负极合剂层优选包括负极活性物质及粘合材料，且设置在负极芯体的两面。负极30例如能够通过在负极芯体31的表面涂敷包括负极活性物质及粘合材料等的负极合剂料浆，使涂膜干燥后进行压缩，在负极芯体31的两面形成负极合剂层来制作。
[0037]
负极30具有在负极芯体31的表面之中刨除负极接头33的部分即基部的全域形成了负极合剂层的构造。负极芯体31的厚度例如为3μm～15μm，优选为5μm～10μm。与正极20的情况同样地，负极芯体31的基部在主视情况下具有四边形状，负极接头33从该四边形的一边突出。一般而言，加工一张金属箔，由此获得基部和负极接头33被一体成型的负极芯体31。
[0038]
作为负极活性物质，例如，使用可逆地吸藏、释放锂离子的碳系活性物质。适宜的碳系活性物质为鳞片状石墨、块状石墨、土状石墨等天然石墨、块状人造石墨(mag)、石墨化中间相碳微珠(mcmb)等人造石墨等的石墨。此外，负极活性物质也可以使用si及含有si的化合物中的至少一方所构成的si系活性物质，也可以同时采用碳系活性物质和si系活性物质。
[0039]
负极合剂层所包括的粘合材料与正极20的情况同样地，也能够使用氟树脂、pan、聚酰亚胺、丙烯酸树脂、聚烯烃等，优选使用丁苯橡胶(sbr)。此外，负极合剂层优选还包括cmc或者其盐、聚丙烯酸(paa)或者其盐、聚乙烯醇(pva)等。其中，优选同时采用sbr、mc或者其盐、paa或者其盐。
[0040]
图4是示意性地表示图2中的aa线剖面的图。以下，参照图2及图4，详述电极体11的正极接头群24及负极接头群34的结构。
[0041]
如图2及图4所例示的那样，电极体11具有：将多个正极接头23层叠而成的正极接头群24；以及将多个负极接头33层叠而成的负极接头群34。使多个正极接头23在电极的层叠方向上重叠，按每个电极群11a、11b一个个地形成正极接头群24。同样地，使多个负极接头33在电极的层叠方向上重叠，按每个电极群11a、11b一个个地形成负极接头群34。
[0042]
正极接头群24通过焊接等而被接合于安装在封口板15的内表面(下表面)的正极集电板25。如上所述，正极集电板25是经由电流截断装置18而与正极端子12电连接的板状
的导电构件。绝缘构件26介于封口板15和正极集电板25之间，以防止两构件的接触。同样地，负极接头群34通过焊接等而被接合于隔着绝缘构件安装在封口板15的内表面的负极集电板35。
[0043]
正极接头群24及负极接头群34作为将电极体11与封口板15连接的弹簧发挥功能。正极接头群24及负极接头群34被构成为在上下方向上伸缩，例如，在从上方按压封口板15而令封口板15和电极体11(接头群以外的部分)的间隔收缩的情况下，将封口板15推回上方。即，正极接头群24及负极接头群34进行弹性变形，由此维持电极体11和封口板15的间隔。
[0044]
正极接头群24及负极接头群34只要能作为连结电极体11和各端子的导电路径、还有作为上述弹簧发挥功能，其形状就未特别地加以限定。在图2及图4所示的示例中，电极群11a的多个正极接头23及多个负极接头33在从二次电池10的外侧朝着内侧弯曲的状态下分别被层叠，由此形成剖视下大致u字状的正极接头群24及负极接头群34。同样地，在电极群11b也形成剖视下大致u字状的接头群。另外，各接头群也可以具有从二次电池10的内侧朝着外侧弯曲的u字形状。而且，如图4那样被层叠了两个的电极群的接头群也可以配置为：相对于一方的电极群的接头群的剖面形状，另一方的电极群的接头群的剖面形状在电极群的边界线呈大致对称。
[0045]
正极接头群24也可以焊接于正极集电板25的朝向封口板15侧的上表面，优选焊接于正极集电板25的下表面。在将正极接头群24焊接到正极集电板25的下表面的情况下，更容易发现弹簧的功能。在本实施方式中，正极接头群24及负极接头群34中的任一个均焊接于集电板的下表面，但例如也可以将正极接头群24焊接于正极集电板25的下表面，将负极接头群34焊接于负极集电板35的上表面。
[0046]
在二次电池10中，使正极接头群24及负极接头群34之中与功能部件接近的一方的接头群的弹簧常数比另一方的接头群的弹簧常数大。在本实施方式中，作为功能部件，设置了附随于正极端子12的电流截断装置18，设为使与电流截断装置18接近配置的正极接头群24的弹簧常数kt大于从电流截断装置18离开的负极接头群34的弹簧常数kb。换句话说，正极接头群24与负极接头群34相比，刚性高且难以伸缩。
[0047]
通过将正极接头群24及负极接头群34的弹簧常数设为kt＞kb，从而例如在二次电池10的制造时有从上方推压封口板15那样的力起作用时，或者有从下方提升电极体11那样的力起作用时，负极接头群34要比正极接头群24更容易变形。换句话说，负极接头群34优先变形而将该力吸收，电极体11与封口板15的间隔在正极端子12侧很难减小。因此，能够防止电极体11和电流截断装置18的接触，抑制对电流截断装置18施加大的负载。
[0048]
正极接头群24及负极接头群34的各弹簧常数是对各接头群赋予载荷并根据该载荷和接头群的变形量来计算的。具体的计算法如下所述。
[0049]
(1)在长度方向中央将封口板15切断，将封口板15分离为正极端子12侧和负极端子13侧。
[0050]
(2)从分离后的封口板15的正极接头群24的正上方及负极接头群34的正上方，用自动绘图仪(auto graph)赋予载荷。
[0051]
(3)根据所赋予的载荷和赋予载荷时的各接头群的变形量(收缩量)来计算弹簧常数kt、kb。
[0052]
优选正极接头群24的弹簧常数kt相对于负极接头群34的弹簧常数kb之比(kt/kb)满足2.5≤kt/kb≤7.5的关系。通过将kt/kb设定为2.5以上，从而例如在二次电池10的制造工序中将被焊接到封口板15的电极体11插入外装罐14之际，抑制电流截断装置18向电极体11的接触变得容易起来。另一方面，如果kt/kb为7.5以下，则无需采用极端地提高正极接头群24的刚性那样的构造，或者无需采用极端地降低负极接头群34的刚性那样的构造。因此，能够高效地抑制电流截断装置18的损伤。
[0053]
正极接头群24的弹簧常数kt例如为2.5～10n/mm，优选为3～8n/mm，更优选为4～6n/mm。另外，负极接头群34的弹簧常数kb例如为0.5～2.5n/mm，优选为0.6～2n/mm，更优选为0.7～1.5n/mm。作为弹簧常数kt、kb的适宜的组合的一例，kt为4～6n/mm、kb为0.7～1.5n/mm，kt/kb为3～5。
[0054]
正极接头群24及负极接头群34的弹簧常数kt、kb能够根据正极接头23及负极接头33的构成材料、厚度、宽度、构成接头群的接头的层叠数等来变更。一般而言，因为从电池性能的观点来说限制各接头的构成材料、厚度，所以优选调整各接头的宽度，将弹簧常数kt、kb控制在上述范围内。通过增大正极接头23的宽度，减小负极接头33的宽度，从而能够提高kt/kb。或者，也可以将构成负极接头群34的多个负极接头33分为两个群，缩短一方的群的长度并焊接于另一方的群的中间部，即仅将另一方的群的负极接头33焊接于负极集电板35，减小负极接头群34的弹簧常数kb。
[0055]
图5是表示电极体11的变形例的图。如图5所例示的那样，作为将正极接头群24多次折返的形状，也能够使弹簧常数kt变化。正极接头群24例如被曲折为形成多个(在图5所示的示例中为两个)折返部。也可以仅对正极接头群24、仅对负极接头群34或者对双方的接头群适用该曲折形状。例如，也可以对正极接头群24适用该曲折形状，对负极接头群34适用图4所例示的u字形状。此外，即便在图4所示那样的层叠多个电极群的情况下，也可以对各个电极群的接头群适用图5那样的曲折形状。此时，如上所述，也可以配置为：相对于一方的电极群的接头群的剖面形状而言，另一方的电极群的接头群的剖面形状在电极群的边界线呈大致对称。这样，通过设计各接头群的形状，从而也能够变更弹簧常数kt、kb。
[0056]
在图5所示的示例中，不将电极体11分割为多个电极群而是由一个电极群构成。另一方面，也可以将多个正极接头23在电极体11的厚度方向中央分割为两组，来形成两个正极接头群24。各接头群的数量也可以相互不同，例如也可以是正极接头群24为一个、负极接头群34为多个，或者负极接头群34为一个、正极接头群24为多个。
[0057]
如上所述，根据正极接头群24及负极接头群34的弹簧常数kt、kb为kt＞kb、优选满足2.5≤kt/kb≤7.5的关系的二次电池10，能够确保良好的生产率，同时抑制对电流截断装置18施加大的负载。例如，在二次电池10的制造工序中将焊接到封口板15的电极体11插入外装罐14之际，即便对电极体11、封口板15施加了振动、冲击，负极接头群34也会优先变形来吸收负载。因此，能够抑制电流截断装置18接触电极体11。根据二次电池10，即便在组装工序等中不追加特别的制造条件，也能够充分地保护电流截断装置18免受振动、冲击。
[0058]
上述实施方式在不损及本公开的目的的范围内能够适宜设计变更。例如，在上述实施方式中，作为功能部件而例示了电流截断装置18，但功能部件也可以是用于保护电池免受过电流损伤的电流熔断器、保护电路基板，或者容纳用于抑制电池的过热的药剂的容器(槽、胶囊)等。
[0059]
此外，功能部件也可以接近配置于负极端子13，获得与上述的正极端子12接近地配置功能部件的结构同样的效果。在该情况下，需要使负极接头群的弹簧常数kb比正极接头群的弹簧常数kt大。此时，优选负极接头群34的弹簧常数kb相对于正极接头群24的弹簧常数kt之比(kb/kt)满足2.5≤kb/kt≤7.5的关系。正极接头群24的弹簧常数kt例如为0.5～2.5n/mm，优选为0.6～2n/mm，更优选为0.7～1.5n/mm。另一方面，负极接头群34的弹簧常数kb例如为2.5～10n/mm，优选为3～8n/mm，更优选为4～6n/mm。作为弹簧常数kt、kb的适宜组合的一例，kt为0.7～1.5n/mm，kb为4～6n/mm，kb/kt为3～5。
[0060]
换句话说，在将接近功能部件的一方的接头群的弹簧系数设为k，将另一方的接头群的弹簧系数设为k时，通过设为k＞k，从而能获得上述的效果。此时，一方的接头群的弹簧常数k相对于另一方的接头群的弹簧常数k之比(k/k)优选设为2.5≤k/k≤7.5，更优选设为3≤k/k≤5。
[0061]-符号说明-[0062]
10二次电池
[0063]
11电极体
[0064]
11a第一电极群
[0065]
11b第二电极群
[0066]
12正极端子
[0067]
13负极端子
[0068]
14外装罐
[0069]
15封口板
[0070]
16注液部
[0071]
17气体排出阀
[0072]
18电流截断装置
[0073]
20正极
[0074]
21正极芯体
[0075]
22正极合剂层
[0076]
23正极接头
[0077]
24正极接头群
[0078]
25正极集电板
[0079]
26绝缘构件
[0080]
30负极
[0081]
31负极芯体
[0082]
32负极合剂层
[0083]
33负极接头
[0084]
34负极接头群
[0085]
35负极集电板
[0086]
40分隔件。