CN101083310B - 密封电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电解液很难残留在注液孔上并且可以可靠地焊接密封栓与注液孔的密封电池。在从注液孔向电池盒内注入电解液后，将密封栓焊接在注液孔上而封口注液孔。密封栓具有头部和从头部的下表面向下延伸出的轴部。注液孔具有嵌合密封栓的头部的嵌合凹部和压入密封栓的轴部的嵌入部。注液孔的嵌合凹部具有：垂直内表面部；形成为向下变窄的锥形面状的锥形内表面部；以及承受密封栓的头部的下表面的承受面部。密封栓的头部具有：下表面；与注液孔的垂直内表面部相对的垂直外表面部；以及与注液孔的锥形内表面部相对的向下变窄的锥形面状的锥形外表面部。

Description

密封电池
技术领域
本发明涉及锂离子(lithium ion)电池等的密封电池。
背景技术
在专利文献1(日本特开2000-106156号公报(图5))、2(日本特开2002-358948号公报(图1))中公开了一种在用盖堵住电池罐的上面开口的电池盒内容纳电极体或电解液等的密封电池。在该密封电池中，从设在盖上的注液孔向电池罐内注入电解液，接着在上述注液孔上嵌合密封栓并使用激光(laser)等将密封栓的上端周边部缝(seam)焊在注液孔的上端周边部上，从而用密封栓密封状封口注液孔。
在上述电解液注入后，有时在注液孔的上面的周边附近等上残留一些电解液。若在该状态下由于停电等故障(trouble)而暂时停止制造，则上述残留的电解液的溶剂蒸发而析出电解质。
在专利文献1中，在用密封栓封口注液孔时，密封栓的头部(凸缘)的下表面顶在注液孔的周边附近，若在该注液孔的周边附近残留电解液，则如上所述在电解质析出时，在将密封栓嵌合在注液孔上时密封栓的头部的下表面与上述析出的电解质接触，密封栓以倾斜的状态插入注液孔中，或者注液孔的周边附近被密封栓的头部额外压下相当于析出的电解质的厚度部分而使盖变形。
在这种场合，导致在密封栓的头部的下表面与注液孔的周边部之间产生间隙，在密封栓与注液孔的焊接部产生针孔(pin hole)等。其结果，不能保持电池的密封性。
在专利文献2中，注液孔的上部的内周面做成向下变窄的锥形面，随之密封栓的头部的侧面做成向下变窄的锥形面。而且，在用密封栓封口注液孔时，密封栓的头部的锥形面以沿注液孔的锥形面接触的状态嵌合(参照专利文献2的第0010段)。由于在上述注液孔的锥形面上未残留电解液，因此在密封栓的头部的锥形面与注液孔的锥形面之间，不会产生因上述电解质析出而引起的间隙。
可是，在专利文献2中，密封栓的上端周边部的厚度变小相当于密封栓的头部为向下变窄的锥形状的量，在沿着密封栓的上端周边部与注液孔的上端周边部的边界焊接时，密封栓的上端周边部的焊接变得不充分(参照专利文献2的图1(D))。
因此，密封栓的上端周边部与注液孔的上端周边部的焊接变得不充分，使得注液孔的密封性下降。若延长用激光的照射时间，则虽然提高密封栓的上端周边部的熔化量，但导致焊接的热量会传递到电池内，有可能导致电极体的变形等。
另外，在电池的生产线(line)上，用零件供给器(parts feeder)对齐密封栓的上下方向，且在使密封栓整齐排列的状态下供给至生产线。这时，在零件供给器中，将密封栓的头部的下表面侧放置在导轨(guide rail)上，将密封栓排列成适当的姿势，而在专利文献2中，由于密封栓的头部的整体为锥形状，因此在放置于导轨上时密封栓呈倾斜姿势。在该场合，有可能在生产线上产生密封栓的供给错误(error)。
发明内容
于是，本发明的目的在于提供一种电解液很难残留在注液孔上并可以将密封栓可靠地封口在注液孔上，而且可以可靠地焊接密封栓与注液孔的密封电池。
本发明作为对象的密封电池，如图1所示，在从设置于电池盒6上的注液孔16向电池盒6内注入电解液后，使密封栓17嵌合在注液孔16上并将密封栓17的上端周边部焊接在注液孔16的上端周边部上，从而封口注液孔16。在这里，定义电池盒6的外面侧为上，电池盒6的内面侧为下。
本发明特征在于，如图1及图3所示，密封栓17具有焊接在注液孔16的上端周边部上的头部22和从该头部22的下表面22c的中央向下延伸出的轴部23，密封栓17的头部22的下表面22c大致垂直于密封栓17的上下方向，注液孔16具有嵌合密封栓17的头部22的嵌合凹部26和嵌入密封栓17的轴部23的嵌入部27，注液孔16的嵌合凹部26的内周面具有：相对电池盒6的外表面即形成注液孔16的周边的面大致在垂直方向上延伸的垂直内表面部26a；与垂直内表面部26a的下端连接并形成为向下变窄的锥形面状的锥形内表面部26b；以及与锥形内表面部26b的下端连接并承受密封栓17的头部22的下表面22c的承受面部26c，注液孔16的嵌合凹部26的承受面部26c构成大致垂直于注液孔16的上下方向的面，密封栓17的头部22的外周面具有：上述下表面22c；与注液孔16的垂直内表面部26a相对的垂直外表面部22a；以及与注液孔16的锥形内表面部26b相对的向下变窄的锥形面状的锥形外表面部22b。
密封栓17的头部22或轴部23横截面包括圆形或四边形等形状。与该密封栓17的形状一致地设定注液孔16的嵌合凹部26或嵌入部27的形状。上述密封栓17的锥形外表面部22b及上述注液孔16的锥形内表面部26b包括向下变窄的圆锥形状的情况或方锥形状的情况等。
注液孔16的嵌合凹部26的承受面部26c的从嵌入部27侧的内边缘到锥形内表面部26b侧的外边缘的宽度尺寸L1越小，越能减少残留在承受面部26c上的电解液的量，但是若上述宽度尺寸L1过小，则不能可靠地承受密封栓17的头部22的下表面22c。从而，上述嵌合凹部26的承受面部26c的上述宽度尺寸L1最好设定在0.1～0.4mm的范围内。
在可靠焊接密封栓17的上端周边部与注液孔16的上端周边部方面，最好密封栓17和注液孔16的双方适当熔化，且成为适度的焊接深度，从一点考虑最好密封栓17的上端周边部和注液孔16的上端周边部的双方是垂直的面，且该垂直面的上下尺寸较大。也就是，注液孔16的嵌合凹部26的垂直内表面部26a的上下尺寸L2和密封栓17的头部22的垂直外表面部22a的上下尺寸L3最好分别为0.1mm以上，更好是0.25mm以上。若注液孔16的垂直内表面部26a的上下尺寸L2或密封栓17的垂直外表面部22a的上下尺寸L3的上限值过大，则由于不能形成注液孔16的锥形内表面部26b或密封栓17的锥形外表面部22b等，因此按照电池盒6的厚度尺寸来决定。
若锥形内表面部26b相对注液孔16的嵌合凹部26的承受面部26c的倾斜角度d1过小，则有可能在锥形内表面部26b上残留电解液。若上述锥形内表面部26b的倾斜角度d1过大，则相对上述承受面部26c不能加大注液孔16的上端周边的周向长度尺寸，导致在该部分焊接时的热量集中在注液孔16的周边而过度传递到电池盒内，有可能导致电极体的变形等。因此，上述锥形内表面部26b的倾斜角度d1最好在30～60°的范围内，更好是在40～50°的范围内。
从防止电解液向注液孔16与密封栓17之间的侵入等方面考虑，最好在注液孔16的嵌入部27上压入密封栓17的轴部23。
本发明具有以下效果。
根据本发明，通过在注液孔16上设置锥形内表面部26b，可加大注液孔16的上端面，并且可减小注液孔16的承受面部26c的面积。从而，在从注液孔16向电池盒6内注入电解液时，可减少残留在注液孔16的承受面部26c上的电解液的量，即使该残留电解液的溶剂蒸发而析出电解质，也可减少其量。也就是，可抑制由于上述电解质的析出而在注液孔16的承受面部26c与密封栓17的头部22的下表面22c之间产生间隙，并且可防止在密封栓17的上端周边部与注液孔16的上端周边部的焊接部产生针孔等。其结果，可靠得到电池的密封性。
而且，如上所述由于可加大注液孔16的上端面，所以在用激光等将密封栓17的上端周边焊接在注液孔16的上端周边上时，可以减少该焊接的热量集中在狭窄的面积上。由此，可以防止焊接的热量过渡传递到电池内而导致电极体2的变形等。再有，在注液孔16的锥形内表面部26b的形成部分上，由于电池盒6的上下方向的厚度变大，所以注液孔16的形成部分的电池盒6的强度变大该变大部分的量。从而，在将密封栓17嵌合在注液孔16上时，能够可靠防止注液孔16的周边部分的电池盒6挠曲。
由于密封栓17的头部22的上端部和注液孔16的上端部分别为垂直，所以在用激光等焊接密封栓17的头部22的上端部与注液孔16的上端部时，可以均匀焊接密封栓17的头部22的上端部与注液孔16的上端部，能够可靠焊接密封栓17与注液孔16。
而且，在电池的生产线上，在用零件供给器对齐密封栓的上下方向且在使密封栓整齐排列的状态下供给至生产线上时，能够以密封栓17的头部22的下表面22c为基准将密封栓17整齐排列成适当的姿势，可以将密封栓17以适当的姿势可靠地向生产线供给。
附图说明
图1是本发明的密封电池的纵剖主视图。
图2是密封电池的分解立体图。
图3是表示密封栓及注液孔的剖面的放大图。
图中：
1-电池罐；3-盖；16-注液孔；17-密封栓；22-头部；
22a-垂直外表面部；22b-锥形外表面部；22c-下表面；23-轴部；
23a-垂直面部；23b-引导面部；26-嵌合凹部；26a-垂直内表面部；
26b-锥形内表面部；26c-承受面部；27-嵌入部。
具体实施方式
如图1及图2所示，本发明的密封电池包括：在上面具有左右横宽的开口的有底方筒形状的电池罐1；容纳在电池罐1内的电极体2及非水电解液；堵住电池罐1的开口上面进行密封的左右横宽的盖3；以及配置在盖3的内侧上的塑料(plastic)制的绝缘体5。电池罐1的左右宽度尺寸为29.0mm，上下高度尺寸为46.0mm，前后厚度尺寸为4.2mm。由电池罐1和盖3形成电池盒6。
如图1所示，电极体2在带状的正极与带状的负极之间插入带状的隔离板(separator)的状态下卷绕成螺旋状来制作。电极体2在卷绕状态下呈图2所示的扁平状。正极在带状的正极集电体的表里两面上形成有含有钴酸锂(lithium cobalt oxide)等正极活性物质的正极活性物质层，如图1及图2所示，从正极集电体引出薄板状的正极集电引线(lead)10。
负极在带状的负极集电体的表里两面上形成有含有石墨等负极活性物质的负极活性物质层，从负极集电体引出薄板状的负极集电引线11。隔离板由聚乙烯(polyethylene)树脂等微多孔性薄膜(film)等构成。非水电解液通过在混合碳酸乙烯酯(ethylene carbonate)和碳酸甲基乙基酯(ethyl methylcarbonate)的溶剂中溶解LiPF6来制作。
电池罐1是铝(aluminum)合金等板材的深拉深成型品。盖3是铝合金等板材的冲压(press)成型品，在电池罐1的开口周边用激光等缝焊盖3的外周边缘。由此，形成电池盒6。如图1所示，在盖3的中央通过上侧的绝缘密封件(packing)12及下侧的绝缘板13呈贯通状安装负极端子15。在盖3的左右方向的靠右端呈上下贯通状形成有用于将电解液注入电池罐1内的注液孔16。注液孔16用密封栓17堵住。也就是，使密封栓17嵌合在注液孔16上之后，用激光等将密封栓17的上端周边部焊接在注液孔16的上端周边部上。
在负极端子15的下端，在盖3的内面连接由左右横宽的薄板构成的引线体19。引线体19向注液孔16的相反侧延伸，用上述绝缘板13与盖3绝缘。在该引线体19的下面焊接负极集电引线11。正极集电引线10在盖3的背面焊接在绝缘板13与注液孔16之间的空间(space)中。由此，正极集电引线10与盖3及电池罐1导通，盖3及电池罐1带电为正极电位。在盖3的左右方向的靠一端侧(图2的靠左端)形成有开裂通气口(vent)20，开裂通气口20在电池内压异常上升时开裂而释放电池内压。
如图3所示，密封栓17具有：焊接在注液孔16的上端周边部上的圆盘状的头部22；以及从该头部22的下表面22c的中央向下延伸出的圆柱状的轴部23。密封栓17的头部22的下表面22c为垂直于密封栓17的轴心(上下方向)的水平面，且与密封栓17的上表面22d大致平行。头部22的外径尺寸比轴部23的外径尺寸要大。头部22的上下厚度尺寸为0.5mm。
注液孔16具有：嵌合密封栓17的头部22的圆柱面状的嵌合凹部26；以及呈贯通状压入(嵌入)密封栓17的轴部23的圆柱面状的嵌入部27。嵌合凹部26的内周面具有：相对盖3的上表面3a在垂直方向延伸的垂直内表面部26a；与垂直内表面部26a的下端连接并形成为向下变窄的锥形面状的锥形内表面部26b；以及与锥形内表面部26b的下端连接并承受密封栓17的头部22的下表面22c的承受面部26c。上述盖3的上表面3a是电池盒6的外表面并构成形成注液孔16的周边的面。
注液孔16的承受面部26c成为垂直于注液孔16的轴心(上下方向)的水平面。注液孔16的嵌合凹部26的垂直内表面部26a的上下尺寸L2为0.3mm。盖3的上下厚度尺寸为0.8mm，注液孔16的嵌入部27的上下尺寸为0.3mm。注液孔16的承受面部26c的从嵌入部27侧的内边缘到锥形内表面部26b侧的外边缘的宽度尺寸L1是0.3mm。
密封栓17的头部22的外周面具有：上述下表面22c；与注液孔16的垂直内表面部26a相对的圆柱面状的垂直外表面部22a；以及与垂直外表面部22a的下端连接并与注液孔16的锥形内表面部26b相对的向下变窄的锥形面状的锥形外表面部22b。在锥形外表面部22b的下端连接有上述下表面22c。
密封栓17的垂直外表面部22a的外径尺寸比注液孔16的垂直内表面部26a的内径尺寸稍小。在密封栓17的锥形外表面部22b与注液孔16的锥形内表面部26b之间稍微留有间隙。密封栓17的垂直外表面部22a的上下尺寸L3为0.3mm。
锥形内表面部26b相对注液孔16的承受面部26c的倾斜角度d1是45°。密封栓17的头部22的锥形外表面部22b的倾斜角度设定为与注液孔16的锥形内表面部26b的倾斜角度d1相等。密封栓17的锥形外表面部22b用C0.15～C0.25的C倒角加工形成。
密封栓17的轴部23的外周面具有：相对盖3的上面在垂直方向上形成的圆柱面状的垂直面部23a；以及与垂直面部23a的下端连接并形成为向下变窄的锥形面状的引导面部23b。在向注液孔16嵌合密封栓17时，引导面部23b向注液孔16的嵌入部27引导密封栓17的轴部23。在密封栓17的上面形成有图1所示的环(ring)状槽25。
注液孔16的嵌入部27的内径尺寸设定为与压入前的密封栓17的轴部23的外形尺寸相等或稍小。在将密封栓17压入到注液孔16时，如图1所示，密封栓17的轴部23的下部向注液孔16的下侧突出。
当装配电池时，如上所述，事先相对盖3分别安装负极端子15、绝缘密封件12、绝缘板13以及引线体19。然后，在将电极体2及绝缘体5容纳在电池罐1内之后，按照上述要领在引线体19上焊接负极集电引线11，在盖3上焊接正极集电引线10。接着，在电池罐1的开口周边缝焊盖3之后，真空减压电池罐1内并从注液孔16注入非水电解液。
在结束上述注入后，在注液孔16中插入密封栓17，在注液孔16的嵌入部27压入密封栓17的轴部23，接着通过沿着进入到注液孔16的嵌合凹部26内的密封栓17的头部22的上端周边用激光进行缝焊，从而注液孔16以用密封栓17堵住的状态被封口。
上述密封栓17设在电池盒6的任何一处都可以，也可以设在例如电池罐1的底面或侧面。

Claims (8)

1.一种密封电池，在从设置于电池盒上的注液孔向上述电池盒内注入电解液后，使密封栓嵌合在上述注液孔上并将上述密封栓的上端周边部焊接在上述注液孔的上端周边部上，从而封口上述注液孔，其特征在于，
上述密封栓具有焊接在上述注液孔的上端周边部上的头部和从该头部的下表面的中央向下延伸出的轴部，
上述密封栓的头部的下表面垂直于上述密封栓的上下方向，
上述注液孔具有嵌合上述密封栓的头部的嵌合凹部和嵌入上述密封栓的轴部的嵌入部，
上述嵌合凹部的内周面具有：相对上述电池盒的外表面即形成上述注液孔的周边的面在垂直方向上延伸的垂直内表面部；与上述垂直内表面部的下端连接并形成为向下变窄的锥形面状的锥形内表面部；以及与上述锥形内表面部的下端连接并承受上述密封栓的头部的下表面的承受面部，
上述承受面部为与上述注液孔的上下方向垂直的面，
上述密封栓的头部的外周面具有：上述下表面；与上述注液孔的垂直内表面部相对的垂直外表面部；以及与上述注液孔的锥形内表面部面对的向下变窄的锥形面状的锥形外表面部。
2.根据权利要求1所述的密封电池，其特征在于，
上述注液孔的嵌合凹部的承受面部的从上述嵌入部侧的内边缘到上述锥形内表面部侧的外边缘的宽度尺寸在0.1～0.4mm的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的密封电池，其特征在于，
上述注液孔的嵌合凹部的垂直内表面部的上下尺寸和上述密封栓的头部的垂直外表面部的上下尺寸分别是0.1mm以上。
4.根据权利要求1或2所述的密封电池，其特征在于，
上述锥形内表面部相对上述注液孔的承受面部的倾斜角度在30～60°的范围内。
5.根据权利要求3所述的密封电池，其特征在于，
上述锥形内表面部相对上述注液孔的承受面部的倾斜角度在30～60°的范围内。
6.根据权利要求1或2所述的密封电池，其特征在于，
上述密封栓的轴部压入上述注液孔的嵌入部中。
7.根据权利要求3所述的密封电池，其特征在于，
上述密封栓的轴部压入上述注液孔的嵌入部中。
8.根据权利要求4所述的密封电池，其特征在于，
上述密封栓的轴部压入上述注液孔的嵌入部中。 
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