CN101208817A - 电池罐及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电池罐，其可以确保开口部侧的强度，而且不会使极板组受到损伤而可以顺利地收纳极板组。该电池罐具有筒状侧部、底部以及开口部，其中，所述筒状侧部具有形成于所述底部侧的第一侧部和形成于所述开口部侧的第二侧部；进行调整使所述第一侧部的厚度T1和所述第二侧部的厚度T2满足关系式：T1＜T2，而且所述筒状侧部的内径从所述开口部侧到所述底部侧是恒定的。
Description
技术领域
本发明涉及一种作为碱性干电池、镍氢蓄电池以及以锂离子电池为代表的非水电解质二次电池等的外装壳体使用的电池罐及其制造方法。
背景技术
近年来，随着便携式设备的发展，作为设备电源使用的电池的使用数量不断增加。因此，从市场的角度上说，对于二次电池和一次电池都强烈要求降低产品的价格。
作为用于提高作为电池的外装壳体使用的电池罐的生产效率并降低电池罐的生产成本的制造方法，人们提出了DI工艺(Drawing andIroning)。在DI工艺中，对于具有不同的拉深、减径挤压直径的多个冲模以上述拉深、减径挤压直径连续减小的方式进行配置，从而对由表面进行过镀镍处理的钢基材形成且由有底筒状体构成的罐基材一边采用成形冲头进行加压一边使其连续地通过上述的多个冲模。由此，对上述罐基材进行拉深加工和减径挤压加工。通过该拉深加工和减径挤压加工，便制作出预定形状的电池罐。
此时，为了确保成为电池罐封口部的开口端部的强度，并且获得内部容积较大的电池罐，在电池罐的开口部侧形成厚壁部，并且在底部侧形成薄壁部。
为了获得上述的形状，在以前的工艺中使用的成形冲头具有：插入罐基材中且设置于前方的罐形成部，以及设置于罐形成部的后方且直径小于罐形成部的后端部。因此，由该工艺得到的电池罐的筒状侧部于底部侧形成薄壁部，于开口部侧形成厚壁部(例如专利文献1和2)。
但是，形成于按上述工艺制作的电池罐上的厚壁部被形成为：电池罐的筒状侧部的外径从开口端部侧到底部侧是恒定的。其结果是，按上述工艺制作的电池罐的筒状侧部的内径在开口端部侧减小。另一方面，收纳有极板组的电池罐底部侧的内径从开口端部侧开始增大。
以前的电池罐由于具有上述的形状，所以存在的问题是：当将极板组收纳于电池罐内时，极板组与电池罐的开口部接触而容易受到损伤。
专利文献1：特开平5-89861号公报
专利文献2：特开2004-241186号公报
发明内容
于是，本发明为解决上述的问题，其目的在于提供一种电池罐，当将极板组收纳于电池罐内时，不会使极板组受到损伤而可以顺利地收纳极板组，而且可以确保收纳有极板组的电池罐的容积大小和开口部的强度。另外，本发明的目的还在于提供一种电池罐的制造方法，其可以容易且切实地获得上述的电池罐。
本发明涉及一种电池罐，其具有筒状侧部、底部以及开口部，该电池罐的特征在于：所述筒状侧部具有形成于所述底部侧的第一侧部和形成于所述开口部侧的第二侧部；所述第一侧部的厚度T1和所述第二侧部的厚度T2满足关系式(1)：T1＜T2，而且所述筒状侧部的内径从所述开口部侧到所述底部侧是恒定的。
这样，由于电池罐所具有的形状是：其筒状侧部的内径从开口部侧到底部侧是恒定的，所以能够获得一种电池罐，当将极板组收纳于电池罐内时，不会使极板组受到损伤而可以顺利地收纳极板组，而且可以确保收纳有极板组的电池罐内的容积大小和开口部的强度。
另外，在上述电池罐中，优选的是所述筒状侧部在所述第一侧部和所述第二侧部之间，具有从所述第一侧部侧到所述第二侧部侧厚度逐渐增大的边界部；而且所述边界部的从所述第一侧部侧到所述第二侧部侧的长度L1、所述第一侧部的厚度T1、以及所述第二侧部的厚度T2满足关系式(2)：50≤{L1/(T2-T1)}≤100。
另外，本发明还涉及一种电池罐的制造方法，其包括：
工序1：对由有底筒状体构成的罐基材一边采用成形冲头进行加压一边使其连续地通过多个成形冲模内而进行拉深和减径挤压加工，由此获得如下的中间产品：其具有筒状侧部、底部以及开口部；所述筒状侧部具有形成于所述底部侧的第一侧部和形成于所述开口部侧的第二侧部；所述第一侧部的厚度T1和所述第二侧部的厚度T2满足关系式(1)：T1＜T2，而且所述筒状侧部的外径从所述开口部侧到所述底部侧是恒定的。
工序2：在所述工序1之后，将具有直径与所述第二侧部的内径同尺寸的插入部、和设置在所述插入部的后方且直径与所述第一侧部的内径同尺寸的凸部的扩口冲头从所述插入部侧插入至所述中间产品的所述开口部，由此在所述凸部对所述第二侧部从内侧向外侧加压，进行加工使所述筒状侧部的内径从所述开口部侧到所述底部侧变为恒定，从而得到电池罐。
另外，在上述工序中，优选的是所述扩口冲头的凸部在所述罐基材的长度方向的长度L2、和所述第二侧部在所述罐基材的长度方向的长度L3满足关系式(3)：0.05≤{L3/L2}≤0.4。
根据本发明，可以提供一种用作非水电解质二次电池等的外装壳体的电池罐，其可以确保开口部侧的强度，而且不会使极板组受到损伤而可以顺利地将极板组收纳于电池罐内。
通过使用根据本发明得到的电池罐，可以获得一种高容量且可靠性优良的电池。
附图说明
图1是本发明的一实施方案的有底圆筒形电池罐的纵向剖视图。
图2是表示本发明的电池罐的制造方法中的DI工序的纵向剖视图。
图3是表示通过本发明的电池罐的制造方法中的DI工序获得中间产品的状态的纵向剖视图。
图4是表示向本发明的电池罐的制造方法所获得的中间产品中插入扩口冲头的工序的纵向剖视图。
图5是表示通过插入本发明的电池罐的制造方法中的扩口冲头而获得电池罐的状态的纵向剖视图。
图6是使用了本发明电池罐的锂离子二次电池的纵向剖视图。
具体实施方式
下面参照附图就本发明优选的实施方案进行说明。此外，本发明并不仅限于这些实施方案。
图1是作为本发明的一实施方案的有底圆筒形电池罐的纵向剖视图。
有底圆筒形的电池罐1由筒状侧部2、底部3以及开口部4构成。筒状侧部2具有：形成于底部3侧的第一侧部2a，形成于开口部4侧的第二侧部2b，以及形成于第一侧部2a和第二侧部2b之间、且从第一侧部2a侧到第二侧部2b侧厚度逐渐增大的边界部2c；而且第一侧部2a的厚度T1和第二侧部2b的厚度T2满足关系式(1)：T1＜T2。
另外，筒状侧部2的内径从底部3侧到开口部4侧是恒定的(即图1中的电池罐的第一侧部2a的内径D1以及第二侧部2b的内径D2满足关系式：D1＝D2的形状)。因此，本发明所提供的电池罐1可以确保电池罐1的开口部4的强度，而且在电池的制作过程中，不会使包含正极、负极以及隔膜的极板组与开口部4接触而受到损伤，可以顺利地将极板组收纳在电池罐1内。
此时，边界部2c的从第一侧部2a侧到第二侧部2b侧的长度L1、第一侧部2a的厚度T1、以及第二侧部2b的厚度T2优选满足关系式(2)：50≤{L1/(T2-T1)}≤100。此外，长度L1例如可以通过调整图2所示的成形冲头6的锥部6c的尺寸以及图4所示的扩口冲头12的锥部12c的尺寸等来进行控制。
在制作的电池罐1中，通过使上述{L1/(T2-T1)}所具有的值在50以上，则在形成电池罐1后，当为了形成环状沟而在边界部2c上进行沟槽加工时，可以抑制在第一侧部2a和第二侧部2b之间产生的应力，从而环状沟的形成变得容易。另一方面，通过使上述{L1/(T2-T1)}所具有的值在100以下，则在环状沟形成时，由于边界部2c达到极板组的收纳部分而产生的对极板组的挤压作用受到抑制，从而可以防止极板组的损伤。
将极板组收纳在电池罐1中，然后使用封口体进行封口，此时，在电池罐1的筒状侧部2中的第一侧部2a和第二侧部2b之间的边界部2c上进行沟槽加工，以形成环状沟。然后，在环状沟的上方，经由绝缘垫圈对封口体进行敛缝，由此将电池封口。
作为本发明电池罐的制造方法中的一个实施方案，下面就有底圆筒形电池罐1的制造方法进行说明。
下面参照图2以及图3，就以下所示的工序(1)进行说明。
工序(1)：使用成形冲模7和成形冲头6，将由有底筒状体构成的罐基材5加工成图3所示的有底圆筒形中间产品8。成形冲模7具有1个拉深冲模7a以及在拉深冲模7a的后方配置成3级的减径挤压冲模7b～7d。一边采用成形冲头6对罐基材5进行加压，一边使其连续地通过冲模7a～7d，从而对罐基材5连续地实施1级拉深加工和3级减径挤压加工(DI工艺)。冲模7a～7d的构成是：其内径da～dd按照da～dd的顺序逐渐减小。
在上述工序(1)中使用的成形冲头6具有罐形成部6b、后端部6a以及锥部6c。罐形成部6b设置在插入罐基材5的一侧，用以形成底部10以及筒状侧部9的第一侧部9a。后端部6a设置在罐形成部6b的后方，用以形成第二侧部9b。再者，锥部6c设置在罐形成部6b和后端部6a之间，锥部6c的直径从后端部6a侧向罐形成部6b侧逐渐增大。另外，后端部6a的直径d1以及罐形成部6b的直径d2满足关系式：d1＜d2。
另外，由有底筒状体构成的罐基材5例如使用由如下方法获得的基材，即把单面或双面镀镍的钢板供给至压力机，冲切成预定形状后进行拉深加工。此时，作为构成罐基材1的材料，例如可以使用以铁为主体的冷轧钢等。
由上述工序(1)得到的中间产品8具有筒状侧部9、底部10以及开口部11。筒状侧部9具有：形成于底部10侧的第一侧部9a，形成于开口部11侧的第二侧部9b，以及形成于第一侧部9a和第二侧部9b之间、且从第一侧部9a侧到第二侧部9b侧厚度逐渐增大的边界部9c。
再者，如图4所示，在上述的中间产品8中，第一侧部9a的内径D10和第二侧部9b的内径D20满足关系式：D10＞D20，且筒状侧部9的外径D30从开口部11到底部10侧是恒定的。
在以往的技术中，由于将上述的中间产品8用作电池罐，所以在收纳极板组时，存在的问题是极板组受到第二侧部9b的挤压而容易损伤。为了解决这样的问题，本发明的电池罐的制造方法的特征在于：接着上述的工序(1)而进行如下所示的工序(2)。
下面参照图4以及图5，就以下所示的工序(2)进行说明。
工序(2)：使用扩孔冲头12，将中间产品8加工成有底圆筒形电池罐1。
扩孔冲头12具有直径d20与中间产品8的第二侧部9b的内径D20同尺寸的插入部12b、和设置在插入部12b的后方且直径d10与中间产品8的第一侧部9a的内径D10同尺寸的凸部12a。因此，凸部12a的直径d10和插入部的直径d20满足关系式：d10＞d20。在插入部12b和凸部12a之间设置有锥部12c。通过在扩孔冲头12上设置锥部12c，便可以顺利地进行凸部12a向中间产品8中的插入。
将扩口冲头12从插入部12b侧插入至中间产品8的开口部11，在插入过程中，在凸部12a对中间产品8所具有的第二侧部9a和边界部9c从内侧向外侧加压。结果，便得到一种如图1所示的电池罐1，其具有从开口部4侧到底部3侧内径恒定(即D1＝D2)的筒状侧部2。此时，由于插入部12b的直径比第一侧部9a小，所以电池罐1的第一侧部2a和底部3的尺寸变得与中间产品8的第一侧部9a和底部10相同。
在此，如图4所示，扩口冲头12的凸部12a的长度L2、和第二侧部9b的长度L3优选满足关系式(3)：0.05≤(L3/L2)≤0.4。使(L3/L2)具有0.05以上的值，由此在插入扩口冲头12之后，由在第二侧部9b上发生作用的回弹所产生的欲复原的力可以受到抑制，从而容易进行加工使筒状侧部9的内径从开口部11侧到底部10侧变为恒定。另一方面，使(L3/L2)具有0.4以下的值，由此扩口冲头12的凸部12a与筒状侧部9之间的阻力受到抑制，从而因筒状侧部9的底部10侧的压曲引起的电池罐1的底部10侧的直径增大可以受到抑制。
根据以上的本发明的电池罐的制造方法，可以容易且切实地将具有外径从开口部侧到底部侧是恒定的筒状侧部的电池罐加工成具有内径从开口部侧到底部侧是恒定的筒状侧部的电池罐。在该电池罐中，由于第一侧部的厚度T1和第二侧部的厚度T2满足关系式(1)：T1＜T2，所以能够维持电池罐的开口部的强度。另外，由于筒状侧部的内径从开口部侧到底部侧是恒定的，所以极板组往电池罐内的插入可以不会损伤极板组而得以顺利地进行。
在上述的实施方案中，就电池罐中的筒状侧部的横断面为圆形的情况进行了说明，但上述横断面也可以是倒角的矩形、椭圆形或者多边形等。此时，在加工电池罐的工序中，通过使用与所希望的横断面的形状相适应的罐基材、成形冲头以及扩口冲头，便可以优选实施本发明。另外，电池罐的底部即可以是平坦的，也可以具有兼作正极和负极的任一方的端子的突起。
本发明的电池罐例如在碱性干电池、镍氢蓄电池、以及以锂离子二次电池为代表的非水电解质二次电池等中，可以在收纳各自通常使用的极板组、以制作电池时优选使用。
实施例
下面就本发明的实施例以及比较例进行说明。本发明的内容并不局限于这些实施例。
《实施例1》
根据上述实施方案所说明的本发明的电池罐的制造方法，制作了本发明的电池罐。具体地说，按照以下的方法，制作了本发明的电池罐。
将实施了镀镍的钢板冲切成圆形，以实施了镀镍的成为内侧的方式进行拉深加工，从而得到由有底筒状体构成的罐基材。采用具有图2所示结构的成形冲模以及成形冲头，对得到的由有底筒状体构成的罐基材进行DI工艺(工序(1))，成形为圆筒形，从而得到具有图4所示结构的中间产品8。
其次，在由上述得到的中间产品8中，插入具有图4所示结构的扩口冲头12，以形成内径从开口部4侧到底部3侧是恒定的(即D1＝D2)筒状侧部2，从而制作出具有图1所示结构的本发明的电池罐1(工序(2))。
在工序(2)中，所使用的扩口冲头12的凸部的长度L2为1.0mm。
由上述得到的电池罐1呈圆筒形，其尺寸为：外径18mm、以及高度65mm。而且筒状侧部2(第一侧部2a、第二侧部2b、边界部2c)的内径为17.76mm，电池罐1的底部3的厚度约为0.3mm，第一侧部2a的厚度T1为0.12mm，第二侧部2b的厚度T2为0.2mm。另外，第一侧部2a在罐基材的长度方向的长度为54.7mm，第二侧部2b在罐基材的长度方向的长度L3为6mm，边界部2c在罐基材的长度方向的长度L1为4mm。
《比较例1》
将在实施例1的工序(1)中得到的中间产品8作为比较用电池罐。中间产品8的第二侧部9b的内径D2为17.6mm，第一侧部9a的内径D1为17.76mm。
[评价试验]
对于实施例1以及比较例1的电池罐，使插入电池罐中的极板组的直径在17.55～17.75mm的范围作各种改变，以研究极板组向电池罐内的插入。此外，极板组的直径通过改变极板的厚度来进行调整。
极板组使用锂离子二次电池通常使用的极板组。如图6所示，将通过聚乙烯制隔膜27分隔的正极板25和负极板26卷绕成螺旋状而构成极板组。
正极板25按以下的步骤进行制作。也就是说，调配由正极活性物质、乙炔黑、聚四氟乙烯的水性分散液以及羧甲基纤维素水溶液构成的正极浆料，继而将得到的正极浆料涂覆在铝箔的两面并进行干燥。然后，对上述涂覆后的铝箔进行压延，并裁切成预定的大小，便得到正极板25。此外，本实施例的正极活性物质使用钴酸锂，但本发明并不局限于此。
负极板26按以下的步骤进行制作。也就是说，调配由负极活性物质、苯乙烯-丁二烯橡胶的水性分散液以及羧甲基纤维素水溶液构成的负极浆料，继而将得到的负极浆料涂覆在铜箔的两面并进行干燥。然后，对上述涂覆后的铜箔进行压延，并裁切成预定的大小，便得到负极板26。此外，本实施例的负极活性物质使用来源于焦炭的人造石墨，但本发明并不局限于此。
极板组向制作的电池罐内的插入性的研究结果如表1所示。此外，表1中的“1”表示能够将极板组顺利地插入电池罐内的情况，“2”表示虽然能够将极板组插入电池罐内、但极板组有变形或伤痕等损伤的情况，“3”表示不能将极板组插入电池罐内的情况。
表1
| 极板组的直径(mm) | |||||
| 17.55 | 17.60 | 17.65 | 17.70 | 17.75 | |
| 比较例1 | 1 | 2 | 3 | 3 | 3 |
| 实施例1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
实施例1的电池罐即使极板组的直径超过17.6mm，也由于能够顺利地插入电池罐内，所以不会使极板组受到损伤。另一方面，在本发明的中间产品即比较例1的电池罐中，如果使用具有17.6mm直径的极板组，则插入性变差，从而使极板组受到损伤。再者，当极板组所具有的直径在17.65mm以上时，则不能将极板组插入电池罐内。由上可知：通过使用本发明的电池罐，直径比以前更大的极板组能够插入电池罐内。一般认为其结果是，与以前相比，可以获得容量更大的电池。
《实施例2》
如表2所示，通过改变边界部的从第一侧部侧到第二侧部侧的长度L1而使{L1/(T2-T1)}的值做出各种改变，除此以外，采用与实施例1同样的方法制作电池罐A～D。
表2
| L1(mm) | {L1/(T2-T1)} | |
| 电池罐A | 2 | 25 |
| 电池罐B | 4 | 50 |
| 电池罐C | 8 | 100 |
| 电池罐D | 10 | 125 |
使用电池罐A～D按以下的步骤进行封口，便制作出图6所示的锂离子二次电池。收纳在电池罐21中的极板组使用直径为17.75mm的极板组。通过正极引线25a将正极板25与封口体22之间进行电连接，通过负极引线26a将负极板26与电池罐21的底部内表面之间进行电连接。在极板组的上下部分别设置有绝缘环28a和28b。
往电池罐21内注入电解液。电解液使用在碳酸亚乙酯和碳酸甲乙酯的混合溶剂中溶解有LiPF6的溶液。然后，使用设置有安全阀且兼作正极端子的封口体22对电池罐21的开口部进行封口。在对电池罐21的开口部进行封口时，经由绝缘垫圈23在封口体22的端缘部对电池罐21的开口部进行敛缝。此时，在电池罐1的筒状侧部2的边界部2c进行沟槽加工，便制作出形成有预定形状的环状沟29的电池罐21。然后，在环状沟29的上部配置绝缘垫圈23。电池罐21和封口体22用绝缘垫圈23进行电绝缘。
在使用{L1/(T2-T1)}所具有的值为50～100的电池罐B和C的情况下，则在上述电池的制作过程中，极板组不会受到损伤，可以切实地形成预定形状的环状沟。但是，对于边界部的从第一侧部侧到第二侧部侧的长度L1较短的电池罐A，当在边界部进行沟槽加工、以在电池罐上形成环状沟时，则在第一侧部与边界部之间产生应力，从而难以在电池罐上形成预定的环状沟。另外，对于边界部的从第一侧部侧到第二侧部侧的长度L1较长的电池罐D，则在电池罐上形成环状孔时，因边界部达到极板组的收纳部分而推压极板组，从而使极板组受到损伤。
《实施例3》
如表3所示那样地改变在利用工序(2)将中间产品加工成电池罐时所使用的扩口冲头的凸部在罐基材的长度方向的长度L2，由此使(L3/L2)的值做出各种改变，除此以外，采用与实施例1同样的方法制作电池罐E～I。然后，测定了各电池罐的第二侧部的内径D2以及电池罐的底部的内径D3。其测量结果如表3所示。
表3
| L2(mm) | L3/L2 | D2(mm) | D3(mm) | |
| 电池罐E | 0.12 | 0.02 | 17.70 | 18.00 |
| 电池罐F | 0.3 | 0.05 | 17.76 | 18.00 |
| 电池罐G | 1.2 | 0.2 | 17.76 | 18.00 |
| 电池罐H | 2.4 | 0.4 | 17.76 | 18.00 |
| 电池罐I | 3 | 0.5 | 17.76 | 18.05 |
在使用(L3/L2)为0.05～0.4的扩口冲头所进行的加工中，可以获得具有预定内径的电池罐F～H。
对于使用凸部在罐基材的长度方向的长度L2较短的扩口冲头而制作的电池罐E，当在工序(2)中将中间产品加工成电池罐时，由回弹所产生的欲复原的力在第二侧部上发生作用，从而所进行的加工不能使筒状侧部的内径从开口部侧到底部侧是恒定的。另一方面，对于使用凸部在罐基材的长度方向的长度L2较长的扩口冲头而制作的电池罐I，扩口冲头的凸部与电池罐的筒状侧部之间的阻力增大，以致筒状侧部的底部侧产生压曲，电池罐的底部侧的内径比预定的形状有所增大，从而不能获得具有预定内径的电池罐。
本发明的电池罐优选用作碱性干电池、镍氢蓄电池以及以锂离子电池为代表的非水电解质二次电池等的外装壳体。
Claims (4)
1.一种电池罐，其具有筒状侧部、底部以及开口部，该电池罐的特征在于：
所述筒状侧部具有形成于所述底部侧的第一侧部和形成于所述开口部侧的第二侧部；
所述第一侧部的厚度T1和所述第二侧部的厚度T2满足关系式(1)：T1＜T2，而且所述筒状侧部的内径从所述开口部侧到所述底部侧是恒定的。
2.根据权利要求1所述的电池罐，其特征在于：
所述筒状侧部在所述第一侧部和所述第二侧部之间，具有从所述第一侧部侧到所述第二侧部侧厚度逐渐增大的边界部；
所述边界部的从所述第一侧部侧到所述第二侧部侧的长度L1、所述第一侧部的厚度T1、以及所述第二侧部的厚度T2满足关系式(2)：50≤{L1/(T2-T1)}≤100。
3.一种电池罐的制造方法，其包括：
工序1：对由有底筒状体构成的罐基材一边采用成形冲头进行加压一边使其连续地通过多个成形冲模内而进行拉深和减径挤压加工，由此获得如下的中间产品：
其具有筒状侧部、底部以及开口部，
所述筒状侧部具有形成于所述底部侧的第一侧部和形成于所述开口部侧的第二侧部，
所述第一侧部的厚度T1和所述第二侧部的厚度T2满足关系式(1)：T1＜T2，而且所述筒状侧部的外径从所述开口部侧到所述底部侧是恒定的；
工序2：在所述工序1之后，将具有直径与所述第二侧部的内径同尺寸的插入部、和设置在所述插入部的后方且直径与所述第一侧部的内径同尺寸的凸部的扩口冲头从所述插入部侧插入至所述中间产品的所述开口部，
由此在所述凸部对所述第二侧部从内侧向外侧加压，进行加工使所述筒状侧部的内径从所述开口部侧到所述底部侧变为恒定，从而得到电池罐。
4.根据权利要求3所述的电池罐的制造方法，其特征在于：所述凸部在所述罐基材的长度方向的长度L2、和所述第二侧部在所述罐基材的长度方向的长度L3满足关系式(3)：0.05≤{L3/L2}≤0.4。
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