專(zhuān)利名稱(chēng)：：電化學(xué)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及密閉型的電化學(xué)元件，更詳細(xì)地說(shuō)，涉及即使在因電化學(xué)元件內(nèi)部產(chǎn)生氣體而內(nèi)壓急劇上升的情況下，也能夠通過(guò)確保氣體管道，使排氣闊有效地發(fā)揮作用的技術(shù)。
背景技術(shù)：
：電化學(xué)元件，特別是能夠充放電的能量密度較高的非水電解質(zhì)二次電池，以進(jìn)一步提高能量密度為目標(biāo)，正在積極地探討新的大容量活性物質(zhì)的導(dǎo)入。作為具體的例子，對(duì)于正極，從鋰鈷氧化物(l池ium-cobaltoxide)向鋰鎳氧化物(l他ium-nickeloxide)，對(duì)于負(fù)極，從黑鉛向含有硅(silicon)或錫(tin)等合金材料，活性物質(zhì)的展開(kāi)正在進(jìn)展之中。采用這些活性物質(zhì)的非水電解質(zhì)二次電池，通常是介由隔膜(Separator)層疊正極和負(fù)極構(gòu)成電極群，并在將此電極群收容到殼體內(nèi)之后，通過(guò)用封口板封口殼體的開(kāi)口部形成為密閉結(jié)構(gòu)的情況比較多。采用這樣的密閉結(jié)構(gòu)時(shí)需要設(shè)置以下兩個(gè)安全裝置。第l，為了將在內(nèi)部短路或高溫保存等發(fā)生意外時(shí)產(chǎn)生的氣體排放到殼體的外部，例如，可將當(dāng)殼體內(nèi)的內(nèi)壓達(dá)到指定壓力時(shí)工作的排氣閥內(nèi)置在封口板。第2，將設(shè)置在封口板的端子電氣性地連接到正極或負(fù)極中的任意一個(gè)電極，并將殼體電氣性地連接到另一個(gè)電極，這樣，不僅封口板和殼體電氣性地絕緣，而且在電極群和封口板之間配置穿孔板將這兩者也電氣性地絕緣(例如，參照日本專(zhuān)利公開(kāi)公報(bào)特開(kāi)2002-231314號(hào))。穿孔板，例如，由以聚乙烯樹(shù)脂或聚丙烯樹(shù)脂等聚烯烴樹(shù)脂(polyolefinresin)或玻璃布作為基材，并含有無(wú)機(jī)添加劑的酚醛樹(shù)脂等制作而成。但是，上述的大容量活性物質(zhì)雖然潛能(Potential)很高，但在發(fā)生意外時(shí)產(chǎn)生的氣體的量或產(chǎn)生速度也很快。在加上由于采用這些大容量活性物質(zhì)的非水電解質(zhì)二次電池，為了進(jìn)一步提高能量密度，大多數(shù)情況下盡可能地消減殼體內(nèi)部的剩余體積，然而在快速地產(chǎn)生氣體時(shí)，因?yàn)橹僚艢忾煹臍怏w的路徑受到限制，出現(xiàn)不能順暢地向殼體的外部排放氣體的問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題，其目的在于，在將能量密度較高的非水電解質(zhì)二次電池等電化學(xué)元件以密閉結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)用化時(shí)，通過(guò)合理化殼體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，即使在出現(xiàn)意外時(shí)也能夠使安全裝置正常地工作。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的發(fā)明者們?cè)囍鴮?duì)出現(xiàn)意外時(shí)在殼體內(nèi)部急速地產(chǎn)生氣體時(shí)安全裝置不能正常地工作的主要原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析。其結(jié)果，弄清了在殼體內(nèi)內(nèi)壓急劇上升時(shí)，隨意設(shè)置在電極群和封口板之間的穿孔板變形，引起了內(nèi)置在封口板的排氣閥的附近的變形，因此，氣體不能有效地到達(dá)排氣閥，排放效率降低。本發(fā)明就是基于此分析結(jié)果所做的發(fā)明。具體而言，本發(fā)明的電化學(xué)元件是將正極和負(fù)極介由隔膜層疊的電極群收容到具有開(kāi)口部的殼體，并用封口板將上述殼體的開(kāi)口部封口的電化學(xué)元件，包括排氣閥，當(dāng)上述殼體內(nèi)的內(nèi)壓達(dá)到指定壓力時(shí)工作，將上述殼體內(nèi)的產(chǎn)生氣體向外部排放；穿孔板，具有孔部，被設(shè)置在上述電極群和上述排氣閥之間，其中，上述穿孔板，除去上述孔部的面積占上述開(kāi)口部的面積的20%以上且50%以下。圖l是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的電化學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的概略圖。圖2是表示用封口板封口之前的殼體的開(kāi)口部的一個(gè)例子的概略圖。圖3是局部地表示上述電化學(xué)元件的縱向剖視圖。圖4是表示從排氣闊側(cè)觀察時(shí)的穿孔板和電極群的巻芯孔及中芯的圖。圖5是用于說(shuō)明確認(rèn)在高溫下的氣體產(chǎn)生的舉動(dòng)的測(cè)定方法的概略圖。圖6是表示基于不同的正極活性物質(zhì)的、在高溫下的氣體產(chǎn)生的舉動(dòng)之差的特性圖。具體實(shí)施例方式以下，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明的電化學(xué)元件的一個(gè)實(shí)施方式為，將正極和負(fù)極介由隔膜層疊而成的電極群被收容到殼體，此殼體的開(kāi)口部被封口板封口。并且設(shè)置有具有在此殼體內(nèi)的內(nèi)壓達(dá)到指定壓力時(shí)工作，并將殼體內(nèi)的產(chǎn)生氣體排放到外部的功能的排氣閥；和配置在電極群及排氣閥之間的穿孔板。以下，對(duì)本實(shí)施例的電化學(xué)元件的具體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。圖l是表示本實(shí)施例的電化學(xué)元件的概略圖，圖2是表示從殼體的開(kāi)口部觀察用封口板封口之前的狀態(tài)時(shí)的一個(gè)例子的概略圖。圖3是局部地表示電化學(xué)元件的縱向剖視圖。在殼體4內(nèi)收容電極群3和穿孔板2。電極群3，將正極板和負(fù)極板介由隔膜層疊，并巻成旋渦狀而成。在此電極群3被殼體4收容之后，在電極群3的上部配置穿孔板2，通過(guò)用封口板l將殼體上端的開(kāi)口部封口，從而構(gòu)成本實(shí)施例的電化學(xué)元件。另外，如圖3所示，從電極群3的上表面突出的正極導(dǎo)線12插通后述的穿孔板2的孔部5b并被焊接到封口板l。穿孔板2配置在電極群3和封口板1之間，穿孔板2，也可以為如圖l所示的直徑略小于封口板l的圓板狀，或者，也可以為如圖2所示的兩端形成為圓弧狀的細(xì)長(zhǎng)形狀的板狀。另外，穿孔板2也可以為其它的形狀。不管哪種類(lèi)型的穿孔板2，都在穿孔板2設(shè)置孔部。在本實(shí)施例中，作為孔部，設(shè)置有第l孔部5a和第2孔部5b。第2孔部5b，例如是圓形狀的貫通孔，形成在穿孔板2的中央部。第2孔部5b與電極群3的中心配置在同一個(gè)軸上。第l孔部5a由以?shī)A住第2孔部5b的方式分別形成在第2孔部5b的兩側(cè)的貫通孔構(gòu)成。兩個(gè)第l孔部5a為互相對(duì)稱(chēng)的形狀。第l孔部5a及第2孔部5b成為在發(fā)生意外時(shí)在殼體4內(nèi)中急劇產(chǎn)生的氣體的通道。因此，氣體容易順暢地被引導(dǎo)朝向設(shè)置在封口板l的排氣閥ll。并且，由于除去第l孔部5a及第2孔部5b的穿孔板2的面積為殼體4的開(kāi)口部的面積的20X以上且50X以下，所以，既可以將在發(fā)生意外時(shí)急劇地產(chǎn)生的氣體確實(shí)地引導(dǎo)到排氣閥ll，又能夠以一定的機(jī)械性強(qiáng)度牢固地維持電極群3和封口板1的電氣性絕緣。在此，將除去孔部5a及5b的穿孔板2的面積相對(duì)于殼體開(kāi)口部的面積的比率定義為穿孔板面積比。即，穿孔板面積比意味著相對(duì)于開(kāi)口部的面積的遮斷氣體的面積的比例。如果穿孔板面積比不足20%，則在施加電化學(xué)元件墜落等沖擊時(shí)穿孔板2存在破損的可能性。因此，如果穿孔板面積比不足20%就存在不能保持電極群3和封口板1的電氣性絕緣的可能性。反之，因?yàn)槿绻┛装迕娣e比超過(guò)50%，用于將意外時(shí)急劇地產(chǎn)生的氣體確實(shí)地引導(dǎo)到排氣閥ll的路徑不足，所以，會(huì)引起穿孔板2的變形。另外，也可以除了穿孔板2之外，還在電極群3和封口板1之間配置絕緣性零部件。但是，此時(shí)，不能讓此絕緣性零部件去堵塞意外時(shí)產(chǎn)生的氣體的路徑，所以，需要其機(jī)械性強(qiáng)度與穿孔板2相比非常低，或者，需要具有與穿孔板2同樣面積的孔部。穿孔板2的第l孔部5a及第2孔部5b的位置及形狀可以任意地選擇。而且，在圖2中表示了設(shè)置兩個(gè)第l孔部5a和第2孔部5b的結(jié)構(gòu)，但是，這并不是說(shuō)必須具備這兩個(gè)第l孔部5a和第2孔部5b。但是，因?yàn)橥ǔ５碾娀瘜W(xué)元件在以封口板l封口之前在殼體內(nèi)注入電解液，如果考慮此電解液的注入，則孔部5b最好設(shè)置在大體上中央的位置。而且，不一定非得形成兩個(gè)第l孔部5a，例如，只設(shè)置一個(gè)第l孔部5a，并且該第l孔部5a在第2孔部5b的周?chē)貓A周方向延伸的形狀也可以。此時(shí)，第l孔部5a最好形成半圈以上。另外，形成三個(gè)以上第l孔部5a也可以。穿孔板2的厚度既具有充分的機(jī)械性強(qiáng)度，且此厚度本身不成為能量密度降低的主要原因?yàn)橐恕＞唧w而言，在3.0Ah以下容量的電化學(xué)元件中，穿孔板2的厚度在0.21.0mm的范圍內(nèi)為宜。此適當(dāng)范圍同電化學(xué)元件的容量成比例適當(dāng)?shù)刈兓?。另外，上述?開(kāi)口部"實(shí)質(zhì)上與殼體4的內(nèi)徑同義。具體而言，在殼體4內(nèi)收容電極群3及穿孔板2之后，作為預(yù)加工(pretreatment)，縮小殼體4的上部附近的直徑后配置封口板1而進(jìn)行斂縫封口，但是，此"開(kāi)口部"在殼體的上部附近不是指縮小后的開(kāi)口部而是指縮小前的開(kāi)口部，與除殼體4的上部以外的位置的殼體4的內(nèi)徑相同。而且，在本實(shí)施例中，表示了排氣閥ll內(nèi)置在封口板l的例子，但是，不限定于此。例如，在電極群3的軸朝向與封口板1的方向不同的方向的電池中，排氣閥也可以不內(nèi)置在封口板中。在此情況下，穿孔板2也配置在電極群和排氣閥之間。穿孔板2具有電氣性地絕緣電極群3和封口板1的功能。據(jù)此，不需要上述的絕緣性零部件。為使穿孔板2具有絕緣功能，例如，可以采用硬質(zhì)絕緣材料構(gòu)成穿孔板2。作為此絕緣材料，例如，可以采用酚醛樹(shù)脂(Bakelite)等耐熱性樹(shù)脂、玻璃石炭酸(Glassphenol)等玻璃纖維強(qiáng)化樹(shù)脂或強(qiáng)化塑料等。而且，為使穿孔板2具有絕緣功能，也可以由至少在一面配置絕緣材料的金屬板構(gòu)成穿孔板2。在采用硬質(zhì)絕緣材料構(gòu)成穿孔板2時(shí)，穿孔板2的成形困難，造價(jià)昂貴。為此，如果采用至少在金屬板的一面配置絕緣材料的構(gòu)成，可以廉價(jià)地制造出具有充分的強(qiáng)度和絕緣性的穿孔板2。作為在金屬板的至少一面配置絕緣材料的構(gòu)成的具體例子，例如可以采用在SUS或鐵等金屬板的至少一面粘貼聚丙烯或聚乙烯等樹(shù)脂材料而進(jìn)行固定的構(gòu)成、在金屬板涂敷絕緣性涂料進(jìn)行涂層的構(gòu)成等。作為此涂層方法例如可以采用噴涂和浸漬(Dipping)等方法。從牢固地維持電極群3和封口板1的電氣性絕緣的觀點(diǎn)來(lái)看，最好在金屬板的兩面都配置絕緣材料。另外，只在金屬板的一面配置絕緣材料時(shí)，考慮到在正極電位下金屬板存在熔析的可能性，因此，使有可能與正極接觸的封口板l的底部與配置有絕緣材料的一面相互對(duì)峙為宜。而且，因?yàn)橐泊嬖诖┛装?的孔部5a、5b作為通過(guò)正極或負(fù)極的集電導(dǎo)線的孔而被利用的情況，所以，在金屬板的穿孔截面也配置絕緣材料為宜。另外，例如，在電極群3的軸朝向與封口板1的方向不同的方向的電池中，穿孔板2也可以具有電氣性地絕緣電極群3和殼體4的功能。此時(shí)的穿孔板的具體的構(gòu)成，例如采用以硬質(zhì)絕緣材料構(gòu)成上述的穿孔板2本身的構(gòu)成、或通過(guò)至少在一面配置有絕緣材料的金屬板構(gòu)成穿孔板2的構(gòu)成。正極，作為活性物質(zhì)，使用鋰鎳復(fù)合氧化物。作為電化學(xué)元件選擇了非水電解質(zhì)二次電池時(shí)，正極的活性物質(zhì)可以采用鋰鈷復(fù)合氧化物(LiC0l.xMx02，M為任意的金屬元素，0^x<l)或鋰錳復(fù)合氧化物(LiMriLxMx02或LiMn2-xMx04，M為任意的金屬元素，O^x<1)等，但是，其中，尤其以鋰鎳復(fù)合氧化物(LiNi!-xMx02，M為任意的金屬元素，0Sx<1)在意外時(shí)的氣體產(chǎn)生量極其多。然而，通過(guò)設(shè)置穿孔板2，可以將在意外時(shí)在殼體內(nèi)產(chǎn)生的氣體確實(shí)地引導(dǎo)至排氣閥。電極群3為如上所述的巻繞結(jié)構(gòu)。電極群3，可以為將帶狀的正極和負(fù)極以?shī)A住隔膜的狀態(tài)巻繞的巻繞結(jié)構(gòu)，也可以為將長(zhǎng)方形的正極和負(fù)極介由隔膜層疊的多層層疊結(jié)構(gòu)。但是，在巻繞結(jié)構(gòu)中，由于電極群3的內(nèi)部的間隙只在殼體4的上下方向形成，在發(fā)生意外時(shí)產(chǎn)生的氣體不橫向擴(kuò)散而是朝向封口板l。因此，通過(guò)巻繞結(jié)構(gòu)，基于穿孔板2的效果更容易被發(fā)揮。另外，巻繞結(jié)構(gòu)的電極群3可以為圓筒型，也可以為方筒形。無(wú)論哪種結(jié)構(gòu)都可以得到同樣的效果。穿孔板2不要遮蔽從電極群3排出的氣體的流路中估計(jì)流量最多的氣體流路為宜。此流路被遮蔽的比例越小，氣體排放可以更有效地進(jìn)行。此流路，在圓筒型的巻繞式電池的情況下，為通過(guò)將巻繞極板構(gòu)成時(shí)所使用的巻芯在巻繞極板后抽出而形成的巻芯孔，或者為插入到此巻芯孔的中芯的內(nèi)孔(氣體排放手段)。另外，中芯是為了能應(yīng)付排放氣體時(shí)產(chǎn)生隔膜等堵塞的情況而插入到巻芯孔的部件。由于中芯的存在，可以抑制堵塞并確實(shí)地進(jìn)行氣體的排放。另外，方形電池的情況下的流路為巻芯部和電極群之間的間隙、殼體的角部和電極群之間的間隙等。以下，參照?qǐng)D4，對(duì)在電極群的內(nèi)側(cè)配設(shè)中芯時(shí)用于排放氣體的流路與穿孔板之間的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。圖4是從排氣閥側(cè)觀察穿孔板5A的圖。如圖4所示，在電極群3的內(nèi)側(cè)形成有抽出巻芯后的巻芯孔5B，在此巻芯孔5B中配設(shè)有中芯5C。中芯5C由圓筒狀的部件構(gòu)成，是具有內(nèi)孔的氣體排放體。因此，由電極群3的底部排出的氣體通過(guò)中芯5C的內(nèi)孔上升，并被引導(dǎo)至排氣閥。在穿孔板5A的中央部分形成的孔部的周邊部設(shè)置有不讓使中芯5C在受到?jīng)_擊或氣體排放時(shí)彈出的突起部5D。由于此突起部5D部分遮蔽中芯5C的內(nèi)孔或從巻芯孔5B排出的氣體的流路，因此，其面積盡可能地小為宜。但是，如果突起部5D太小，則不能確保用于壓住中芯5C的充分的強(qiáng)度。因此，需要將突起部5D的尺寸限制在某種程度。將基于巻芯孔5B的內(nèi)徑計(jì)算出的內(nèi)周圓的面積，即，巻芯孔5B的截面積設(shè)為S0，將從排氣閥側(cè)觀察時(shí)存在于巻芯孔5B內(nèi)的穿孔板5A的突起部5D的面積設(shè)為S1。即，面積S1是巻芯孔5B中被突起部5D堵塞的面積。在此，將巻芯部開(kāi)口面積比R1如下式(1)進(jìn)行定義。Rl=(SO—SI)/SO......(1)而且，將基于中芯5C的內(nèi)徑計(jì)算出的內(nèi)周圓的面積，g卩，內(nèi)孔的截面積設(shè)為S2，將從排氣閥側(cè)觀察時(shí)存在于比中芯5C更靠近內(nèi)側(cè)的穿孔板的突起部5D的面積設(shè)為S3。艮卩，面積S3是內(nèi)孔的截面積中被突起部5D堵塞的面積。在此，將中芯部開(kāi)口面積比R2如下式(2)進(jìn)行定義。R2=(S2—S3)/S2......(2)巻芯部開(kāi)口面積比R1為0.45以上為宜。另一方面，中芯部開(kāi)口面積比R2為0.3以上為宜。如果在此范圍，能夠使氣體容易地從排氣閥排出。下面，對(duì)由非水電解質(zhì)二次電池構(gòu)成電化學(xué)元件時(shí)的具體的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。正極是在鋁箔等芯材的表面設(shè)置混合劑層的結(jié)構(gòu)?；旌蟿邮窃谏鲜龅幕钚晕镔|(zhì)中，添加黑鉛(graphite)或炭黑(carbonblack)等導(dǎo)電劑、聚偏二氟乙烯(polyvinylidenefluoride,PVDF)或聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)等粘結(jié)劑，以及根據(jù)需要添加的羧甲基纖維素(carboxymethylcellulose,CMC)等增粘劑而成的層。負(fù)極是在銅箔等芯材的表面設(shè)置混合劑層的結(jié)構(gòu)。混合劑層是在黑鉛或可以與鋰合金化的材料等活性物質(zhì)中，根據(jù)需要添加納米碳纖維(carbonnanofiber)或炭黑等導(dǎo)電劑、PVDF苯乙烯(styrene)—丁二烯(butadiene)的共聚物(SBR)等粘結(jié)劑，根據(jù)需要添加CMC等增粘劑而成的層。隔膜可以采用由聚乙烯和聚丙烯等聚烯烴(polyolefm)構(gòu)成的微多孔膜。作為電解液(非水電解質(zhì))，可以采用在鎖狀碳酸酉旨(chaincarbonate)及/或環(huán)狀碳酸酉旨(cycliccarbonate)的單體或混合物的溶劑中溶解LiPF6和LiBF4等電解質(zhì)的電解液。作為電池殼體，可以使用由圓筒型或方型的鐵或鋁構(gòu)成的成型物。以下表示作為非水電解質(zhì)二次電池的實(shí)施例，但是，本發(fā)明的電化學(xué)元件不限于此實(shí)施例。實(shí)施例(負(fù)極)將作為活性物質(zhì)的塊狀人造黑鉛(日立化成生產(chǎn)的MAG-D/商品名)96重量份、作為粘結(jié)劑的SBR以固體成分比3重量份、作為增稠劑的CMC(第一工業(yè)制藥(株)制造)l重量份以及適量的水，用行星式攪拌機(jī)(PlanetaryMixer)進(jìn)行混合，調(diào)制出負(fù)極混合劑用糊齊U。將此糊劑涂敷在由銅箔構(gòu)成的集流體(厚度為10ym)的兩面，并在干燥后通過(guò)滾軋切割獲得了負(fù)極(58mmx600mm，厚度為170um)。(正極)將作為活性物質(zhì)的LiCo02粉末93重量份和作為導(dǎo)電劑的乙炔黑(acetyleneblack，AB)4重量份進(jìn)行混合。在所得到的粉末，混合作為粘結(jié)劑的PVDF的N-甲基-2-吡咯烷酮(N-Methyl-2-Pyrrolidone，NMP)溶液(吳羽化學(xué)工業(yè)(株)制造#1320/商品名)，使其固體成分比為3重量份。在所得到的混合物中添加適量的NMP調(diào)制出正極混合劑用糊劑。將此糊劑涂敷在由鋁箔構(gòu)成的集流體(厚度為15um)的兩面，在干燥后滾軋，并在85'C下使其充分地脫水后進(jìn)行切割，從而獲得正極(57mmx550mm，厚度為180ym)。另一方面，除了用LiCOo.2Nio.802作為活性物質(zhì)，減少對(duì)鋁箔的涂敷量，并且緩慢地進(jìn)行滾軋，使單位面積的理論容量及厚度一致以外，用與正極A相同的配方制造了正極B。(電極群)將正極A和上述的負(fù)極介由隔膜(Celgard公司制造弁2320/商品名，厚度為0.02mm)以巻芯為中心巻繞為圓筒型。然后，從電極群抽出巻芯，構(gòu)成直徑為17.6mm、高度為60mm的電極群A(理論容量為2550mAh)。據(jù)此，在電極群的中心存在巻芯孔。另一方面，除了將用正極B代替正極A以外，用與電極群A同樣地方法構(gòu)成電極群B。(穿孔板)加工直徑為18mm的玻璃石炭酸板(厚度為0.5mm)，制造了圖2所示設(shè)計(jì)的穿孔板2。然后，通過(guò)使孔部相似地變化制造出七種穿孔板2。在這七種穿孔板2中，除去了孔部的面積分別為0.38cm2(穿孔板A)、0.50cm2(穿孔板B)、0.75cm2(穿孔板C)、0.87cm2(穿孔板D)、1.00cm2(穿孔板E)、1.25cm2(穿孔板F)以及1.38cm2(穿孔板G)。另外，對(duì)于穿孔板D，讓第l孔部5a的面積保持不變，再制造出只讓第2孔部5b的面積縮小的穿孔板I、J、K。除去了孔部的穿孔板I、J、K的面積分別為0.87cm2、0.99cm2、1.00cm2。而且，將直徑為18mm的鐵板(厚度為0.5mm)穿孔，并加工成與樣品(應(yīng)為穿孔板)D相同的形狀及面積。在此板上噴涂作為絕緣材料的氟樹(shù)脂，并使氟樹(shù)脂的厚度達(dá)到15um，從而制造了穿孔板H。(非水電解質(zhì)二次電池)在由直徑為18.30mm、內(nèi)徑為17.85mm(開(kāi)口部面積為2.50cm2)、高度為68mm的鐵構(gòu)成的圓筒型的殼體收容電極群A之后，將從電極群A的底部突出的負(fù)極導(dǎo)線焊接到殼體的底面。然后，在電極群的巻芯孔插入作為氣體排放體的中芯。此時(shí)電極群的巻芯孔的內(nèi)徑為3.5mm，中芯的內(nèi)徑為2.8mm。另外，中芯的厚度是0.25mm。并且，在電極群A的上側(cè)配置穿孔板A(電池AA)、穿孔板B(電池AB)、穿孔板C(電池AC)、穿孔板D(電池AD)、穿孔板E(電池AE)、穿孔板F(電池AF)、穿孔板G(電池AG)、穿孔板H(電池AH)、穿孔板I(電池AI)、穿孔板J(電池AJ)和穿孔板K(電池AK)，并使從電極群A的表面突出的正極導(dǎo)線貫通穿孔板的孔部并焊接到封口板。封口板內(nèi)置有工作壓力為14.7MPa的排氣閥。另一方面，在收容電池AAAG的殼體中收容電極群B之后，將從電極群B的底部突出的負(fù)極導(dǎo)線焊接到殼體的底面。并且，在電極群B的上側(cè)配置穿孔板A(電池BA)、穿孔板B(電池BB)、穿孔板C(電池BC)、穿孔板D(電池BD)、穿孔板E(電池BE)、穿孔板F(電池BF)、穿孔板G(電池BG)、穿孔板H(電池BH)、穿孔板I(電池BI)、穿孔板J(電池BJ)和穿孔板K(電池BK)，并使從電極群B的表面突出的正極導(dǎo)線貫通這些穿孔板的孔部并焊接到封口板。封口板內(nèi)置有工作壓力為14.7MPa的排氣閥。在通過(guò)機(jī)器加工縮小這些殼體的上部的直徑之后，將在包含體積比為1:3的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸甲乙酯(EMC)的非水溶劑的混合物中溶解1.2M的LiPF6的非水電解質(zhì)注入，并通過(guò)在殼體上部的縮小的部分上配置封口板并進(jìn)行斂縫而封口。據(jù)此，完成非水電解質(zhì)二次電池。其中，電池ABAF、AHAJ、BA(應(yīng)為BB)BF、BHBJ為實(shí)施例，電池AA、AG、AK、BA、BG、BK為比較例。對(duì)于這些非水電解質(zhì)二次電池，在重復(fù)進(jìn)行兩次用500mA終止電壓為4.1v的恒流充電和用500mA終止電壓為3.0v的恒流放電之后，進(jìn)行以下的測(cè)試。(墜落測(cè)試)抽出20個(gè)各電池，在測(cè)量開(kāi)路電壓之后，使其從150cm的高度墜落10次，再次測(cè)量開(kāi)路電壓。墜落前后的開(kāi)路電壓的壓差為20mv以上則認(rèn)定為"電壓異常"。電壓異常的產(chǎn)生率通過(guò)表l進(jìn)行表示。(氣體產(chǎn)生的舉動(dòng)(behavior)差的確認(rèn))抽出電池AD及BD各1個(gè)，在25°C的周?chē)鷾囟?ambienttemperature)下，對(duì)其以1500mA進(jìn)行終止電壓為4.2v的恒流充電，接著，以4.2v進(jìn)行終止電流為100mA的恒壓充電。將此電池收容到圖5所示的耐壓容器內(nèi)加熱到25(TC。在此強(qiáng)制的條件下氣體急劇產(chǎn)生。然后，測(cè)量耐壓容器內(nèi)的溫度及壓力的變化。具體的測(cè)量方法如下所示。g卩，在具有加熱器8、壓力計(jì)9及溫度計(jì)10的腔室7(Chamber)中設(shè)置電池6，并通過(guò)加熱器8加溫電池6，在達(dá)到25CTC時(shí)溫度保持恒定。通過(guò)250'C的高溫曝曬，在電池6中產(chǎn)生的氣體通過(guò)排氣閥被排放到電池6的外面(即腔室7中)，但是，在此，用理想氣體的狀態(tài)方程式(PV=nRT、P為壓力，V為體積，n為氣體分子的摩爾數(shù)，R為常數(shù)，T為溫度)，將通過(guò)壓力計(jì)9及溫度計(jì)10測(cè)量出的腔室7中的壓力及溫度的變化換算為2(TC的氣體排氣量。圖6的縱軸表示此氣體的排氣量的累計(jì)量，橫軸表示經(jīng)過(guò)時(shí)間。(氣體產(chǎn)生時(shí)的排氣閥的工作確認(rèn))抽出20個(gè)各電池，以與"氣體產(chǎn)生的舉動(dòng)差的確認(rèn)"相同的要領(lǐng)進(jìn)行充電之后，在將此電池收容到圖5所示的耐壓容器內(nèi)后以25(TC進(jìn)行加熱。因在此強(qiáng)制的條件下急劇地產(chǎn)生氣體，所以在氣體排放到殼體外面之后，從耐壓容器中取出電池檢査電池的外表。將通過(guò)排氣閥排放出氣體的電池認(rèn)定為"合格"。其結(jié)果通過(guò)表l進(jìn)行表示。表1:<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>由表l可以得出，如果穿孔板面積比不足20%，電壓異常(內(nèi)部短路)的產(chǎn)生就急劇地增加。分解符合該情況的電池AA及BA進(jìn)行分析可以確認(rèn)，由于墜落施加的沖擊穿孔板損壞，不能保持電極群和封口板的電氣性絕緣。表l表示巻芯部開(kāi)口面積比及中芯部開(kāi)口面積比，但是，此巻芯部開(kāi)口面積比為通過(guò)上述式(1)導(dǎo)出的R1，中芯部開(kāi)口面積比為通過(guò)上述式(2)導(dǎo)出的R2。如果中芯部開(kāi)口面積比R2低于45X，且?guī)喰静块_(kāi)口面積比R1低于30。/。，則排氣閥動(dòng)作合格率就降低。此排氣閥工作合格率較低的電池是位于氣體排放口正上方的第2孔部5b的面積較小的電池，作為合格率降低的原因，可推測(cè)為在氣體的流路中，氣體的流量最多的流路被穿孔板遮蔽?？芍肆髀繁徽诒蔚谋嚷试叫。M(jìn)行氣體排放的效率就越高。另一方面，從氣體產(chǎn)生時(shí)的排氣閥的工作確認(rèn)的結(jié)果可知，如果穿孔板面積比超過(guò)50%，則排氣閥正常工作的合格率就極端地下降。分解符合該情況的電池AG及BG進(jìn)行分析可以確認(rèn)穿孔板變形堵塞了電極群和排氣闊之間的路徑。在電極群A、B都使用穿孔板面積比超過(guò)50X的穿孔板G的時(shí)候合格率極端地下降，但是，其中，使用電極群B的電池BG的合格率明顯下降。作為其理由，可以想到使用電池AD及BD測(cè)量的氣體產(chǎn)生的舉動(dòng)差的影響。S卩，因?yàn)殡姌O群B所采用的鋰鎳復(fù)合氧化物在熱分解后氣體產(chǎn)生量非常多，所以，如果使用穿孔板面積比不適當(dāng)?shù)拇┛装?，?wèn)題就比較明顯。從此結(jié)果可知，在選擇非水電解質(zhì)二次電池作為電化學(xué)元件，且作為正極的活性物質(zhì)采用鋰鎳復(fù)合氧化物時(shí)，通過(guò)使用適當(dāng)?shù)拇┛装逍Ч麜?huì)更顯著地得以發(fā)揮。在此，對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行概述。(1)在本實(shí)施方式中，因?yàn)槌タ撞康拇┛装宓拿娣e為殼體開(kāi)口部的面積的2050%，所以，即使在施加墜落等沖擊時(shí)也可以防止穿孔板的破損，而且能夠適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行通過(guò)孔部的產(chǎn)生氣體的排放。(2)上述排氣閥也可以設(shè)置在上述封口板。(3)上述穿孔板也可以具有電氣性地絕緣上述電極群和上述封口板的功能。在此情況下，因?yàn)樵诖┛装逡酝庖部梢圆辉O(shè)置絕緣性零部件，所以，能夠減少零部件數(shù)目。(4)上述穿孔板也可以具有電氣性地絕緣上述電極群和上述殼體的功能。(5)上述穿孔板也可以由硬質(zhì)絕緣材料構(gòu)成。(6)上述穿孔板也可以由至少在一面配置有絕緣材料的金屬板構(gòu)成。在此情況下，可以廉價(jià)地制造出具有充分的強(qiáng)度和絕緣性的穿孔板。(7)作為上述正極的活性物質(zhì)也可以采用鋰鎳復(fù)合氧化物。在此情況下，即使在作為正極的活性物質(zhì)使用氣體產(chǎn)生量較多的鋰鎳復(fù)合氧化物的情況下，也可以通過(guò)規(guī)定穿孔板的孔部的面積，能夠適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行通過(guò)排氣閥的氣體排放。(8)上述電極群也可以為巻繞結(jié)構(gòu)。(9)上述電極群設(shè)置有可以通過(guò)產(chǎn)生氣體的間隙，且將從上述排氣閥觀察時(shí)的上述間隙的面積設(shè)為SO，從上述排氣閥觀察時(shí)的上述間隙被上述穿孔板堵塞的面積設(shè)為S1，則用(S0-S1)/S0所表示的開(kāi)口面積比為0.45以上為宜。在此情況下，通過(guò)穿孔板可以防止產(chǎn)生氣體的流動(dòng)被妨礙。(10)上述電極群設(shè)置有具有可以通過(guò)產(chǎn)生氣體的內(nèi)孔的氣體排放體，且將從上述排氣閥觀察時(shí)的上述內(nèi)孔的面積設(shè)為S2，從上述排氣閥觀察時(shí)的上述內(nèi)孔被上述穿孔板堵塞的面積設(shè)為S3，則用(S2-S3)/S2所表示的開(kāi)口面積比為0.3以上為宜。在此情況下，通過(guò)穿孔板可以防止產(chǎn)生氣體的流動(dòng)被妨礙。(11)上述穿孔板的孔部的周邊設(shè)置有從上述排氣閥觀察堵塞上述氣體排放體的內(nèi)孔的一部分的突起部為宜。在此情況下，既可以通過(guò)穿孔板的孔部允許產(chǎn)生氣體的排放，又可以防止被突起部沖擊時(shí)或氣體排放時(shí)氣體排放體彈出。如以上說(shuō)明，根據(jù)本實(shí)施方式，即使在發(fā)生意外，殼體內(nèi)部迅速地產(chǎn)生氣體的情況下，排氣閥也能順暢地工作，而且，可以提供電氣絕緣牢固的高能量密度的電化學(xué)元件。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)榭梢蕴峁└邷貢r(shí)的安全性?xún)?yōu)良，而且，電絕緣牢固的高能量密度的電化學(xué)元件，所以，產(chǎn)業(yè)上的利用可能性比較高，其效果也顯著。權(quán)利要求1.一種電化學(xué)元件，是將正極和負(fù)極介由隔膜層疊的電極群收容到具有開(kāi)口部的殼體，并用封口板將上述殼體的開(kāi)口部封口的電化學(xué)元件，其特征在于包括排氣閥，當(dāng)上述殼體內(nèi)的內(nèi)壓達(dá)到指定壓力時(shí)工作，將上述殼體內(nèi)的產(chǎn)生氣體向外部排放；穿孔板，具有孔部，被設(shè)置在上述電極群和上述排氣閥之間，其中，上述穿孔板，除去上述孔部的面積占上述開(kāi)口部的面積的20％以上且50％以下。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的電化學(xué)元件，其特征在于上述排氣閥被設(shè)置在上述封口板中。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)元件，其特征在于上述穿孔板具有電氣性地絕緣上述電極群和上述封口板的功能。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的電化學(xué)元件，其特征在于上述穿孔板具有電氣性地絕緣上述電極群和上述殼體的功能。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電化學(xué)元件，其特征在于上述穿孔板由硬質(zhì)絕緣材料構(gòu)成。6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電化學(xué)元件，其特征在于上述穿孔板由至少在一面配置了絕緣材料的金屬板構(gòu)成。7.根據(jù)權(quán)利要求l所述的電化學(xué)元件，其特征在于作為上述正極的活性物質(zhì)，使用鋰鎳復(fù)合氧化物。8.根據(jù)權(quán)利要求l所述的電化學(xué)元件，其特征在于上述電極群為巻繞結(jié)構(gòu)。在上述電極群中，設(shè)有可以讓產(chǎn)生氣體通過(guò)的間隙，設(shè)從上述排氣閥觀察時(shí)的上述間隙的面積為SO，從上述排氣閥觀察時(shí)的上述間隙被上述穿孔板堵塞的面積為S1，則用(S0-S1)/S0所表示的開(kāi)口面積比為0.45以上。9.<image>imageseeoriginaldocumentpage3</image>10.根據(jù)權(quán)利要求l所述的電化學(xué)元件，其特征在于在上述電極群中，設(shè)有具有可以讓產(chǎn)生氣體通過(guò)的內(nèi)孔的氣體排放體，設(shè)從上述排氣閥觀察時(shí)的上述內(nèi)孔的面積為S2，從上述排氣閥觀察時(shí)的上述內(nèi)孔被上述穿孔板堵塞的面積為S3，則用(S2-S3)/S2所表示的開(kāi)口面積比為0.3以上。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電化學(xué)元件，其特征在于在上述穿孔板的孔部的周邊設(shè)有突起部，當(dāng)從上述排氣閥觀察時(shí)，該突起部堵塞上述氣體排放體的內(nèi)孔的一部分。全文摘要本發(fā)明提供一種即使在出現(xiàn)意外時(shí)也能夠使安全裝置正常地工作的電化學(xué)元件，所述電化學(xué)元件包括排氣閥，當(dāng)殼體(4)內(nèi)的內(nèi)壓達(dá)到指定壓力時(shí)工作，將殼體內(nèi)的產(chǎn)生氣體向外部排放；穿孔板(2)，具有孔部(5a、5b)，被設(shè)置在電極群(3)和排氣閥之間。穿孔板(2)的除去孔部(5a、5b)的面積占?xì)んw開(kāi)口部的面積的20％以上且50％以下。穿孔板(2)具有電氣性地絕緣電極群(3)和封口板(1)的功能。文檔編號(hào)H01M2/34GK101416331SQ20078001166公開(kāi)日2009年4月22日申請(qǐng)日期2007年3月29日優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日發(fā)明者上田智通,宮田恭介,島田幹也,西野肇申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社