[发明专利]二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及具有安全阀的二次电池。

背景技术

近年来，考虑到环境问题，以锂离子电池为代表的二次电池已不仅应用到移动对象例如混合电动车（HEV）、电动车（EV）、叉式升降机和挖掘机，还应用到工业目的例如不间断电源（UPS）和太阳能发电所产生电力的存储。随着二次电池使用的扩展，寻求提高二次电池的容量和能量密度。除了提高二次电池的性能，二次电池的安全性也成为重要的问题。二次电池的实例包括镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。由于镉有毒，用镍氢电池或锂离子电池来替换镍镉电池。在现有的二次电池中，锂离子二次电池特别适用于提高能量密度，且目前正在积极开发。

镍氢电池和锂离子二次电池包括，具有金属集流部件和形成于金属集流部件的表面上的负极活性材料层的负极，保持电解质的隔板，以及具有金属集流部件和形成于金属集流部件的表面上的正极活性材料层的正极，作为其主要构成元件。镍氢电池具有用于正极的镍氧化物和用于负极的贮氢合金。锂离子二次电池具有用于正极的锂金属氧化物和用于负极的碳材料例如石墨。

从电池结构的角度而言，二次电池被大致分为具有卷绕型电极组的卷绕型二次电池和具有堆叠型电极组的堆叠型二次电池，在卷绕型二次电池中，具有带状形状的负极、隔板和正极卷绕成涡旋状，且在堆叠型二次电池中，具有矩形形状的负极、隔板和正极交替布置。通常，具有矩形形状的负极、隔板和正极交替布置的堆叠型二次电池比卷绕型二次电池更适用于提高单位体积的能量密度，该卷绕型二次电池包括更大的并不有助于发电的空间体积，例如用于卷绕具有带状形状的负极、隔板和正极的轴芯。这是因为堆叠型二次电池不需要卷绕用的轴芯，并且容易使外部输出用的正极端子和负极端子形成在电池壳的同一表面上，因而包括较小的并不有助于发电的空间体积。

在这样的二次电池中，容纳电极组的电池壳体的开口部被具有外部输出用的正极端子和负极端子的盖板紧密地密封。在相关技术中，通常通过在用盖板密封电池壳体之前，将外部输出用的正极和负极端子与包括负极、隔板和正极的电极组电连接而组装这样的二次电池。外部输出用的正极端子和负极端子各自包括端子体和形成于端子体基部处的端子基部。暴露于电池壳外部的各端子的部分被称为“端子体”，且容纳在电池壳中的各端子的部分被称为“端子基部”。通常，各端子的端子基部与电极组电连接。之后，将通过组装设置于盖板的外部输出用的正极端子和负极端子以及电极组而形成的一体结构容纳在电池壳体中。然后，经绝缘部件将盖板安装到电池壳体的开口部。在电池壳中，构成电极组的隔板、正极和负极用电解质浸渍。

根据相关技术的这种类型的二次电池设置有安全阀以提高电池的安全性。作为根据相关技术包括安全阀的二次电池的实例，专利文件1提出一种卷绕型二次电池，其中设置有安全阀的区域（以下称为“安全阀区域”）的面积为0.15～1.2cm²/电池容量（Ah）。专利文件2提出一种卷绕型二次电池，其中在卷绕芯空间中布置排气管，并且其中基于电池容量、电池的充电控制用最大电压和电池的横截面积而规定安全阀区域的面积。专利文件3描述了电池容量为100Ah的电池的实施方式，其中卷绕型电极容纳在矩形电池壳中，并且其中布置有直径为30mm的开裂阀。

相关技术文件

专利文件

专利文件1：JP06-187957A

专利文件2：JP2007-73212A

专利文件3：JP2007-220508A

发明内容

技术问题

具有高电池容量的电池在出现异常时产生大量的气体，因此需要面积较大的安全阀区域。如果安全阀区域的面积对于电池容量而言太小，则待排出到电池壳外部的气体量可能对于所产生气体的量而言太小。因此，即使开启安全阀电池壳的内压也可能不停止升高，这可能导致电池壳自身的破损。此外，由于在较高的内压下出现破损，破损的冲击等对周围环境产生较大的影响。因此，理想的是在电池容量变大时提高安全阀区域的面积，并在适当的内压下释放气体。

而且，为了在具有高电池容量的电池中抑制放电过程中的温度升高，需增加导电部件例如正极和负极的外部输出端子的尺寸。这是因为具有高电池容量的电池在较高的电流下放电，因此在导电部件例如正极和负极的外部输出端子处产生更多的热量，从而使电池的容许安全温度与实际电池温度之间的余量（margin）降低，除非导电部件的电阻降低。因此，增加安全阀和导电部件的尺寸连同增加二次电池的容量变得有必要。