CN101212030A - 密闭型电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种熔接强度出色的密闭型电池及其制造方法。本发明的密闭型电池，其具有于外装罐的开口处嵌合了封口体的嵌合部分，用高能源光束熔接密封该嵌合部分，其特征在于：上述高能源光束熔接的至少一处的熔接痕上表面的最低点，比相邻的熔接痕表面的最低点，处于朝上述外装罐底方向更低的位置，且上述一处的熔接痕底面的最低点，比上述相邻的熔接痕底面的最低点，处于朝上述外装罐底方向更低的位置。

Description

密闭型电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及密闭型电池，更具体地说，涉及密闭型电池的熔接强度的改善。
背景技术
方形的密闭型电池，由于易于安装在电子设备内部，所以被用作各种各样的电子设备的驱动电源。
这种密闭型电池，外装罐的开口部与封口体嵌合，通过激光熔接该嵌合部分，从而进行密闭来制作，但如果熔接强度不足，电池坠落时就会产生裂缝(裂纹)，从而就有从该裂缝泄漏电解液，或使氧气和水分浸入电池内部而降低电池性能的问题。
为了解决这个问题，可以考虑增加激光强度，加大激光熔接的深度，但采用这种方法，就会导致产生熔接飞溅和激光装置提早老化的问题。
作为提高电池熔接强度的技术，有下列专利文献1～3。
【专利文献1】特开2002-292486号公报
【专利文献2】特开2006-19089号公报
【专利文献3】特开2006-260883号公报
专利文献1是使封口盖的激光反射率比外装罐的激光反射率更低的技术，根据该技术，据说可减少激光熔接部密封性能的下降。
专利文献2是使激光熔接外装罐与封口板而形成的点熔接痕与外装罐的高度方向平行，且在从外装罐外表面到封口板的距离为最短的平面切断时，其断面为从点熔接痕底面向上述外装罐的外方呈山峰状隆起的形状，山峰状的隆起顶点比包含封口板外表面的平面更靠近封口板的内表面的技术，根据技术，据说可提高熔接强度。
专利文献3的技术，具有以下工序：准备一个方形壳体的工序，该方形壳体的构成开口部周边的侧壁的开口部断面的外表面侧为直线状，且在构成该开口部周边的侧壁中，至少在上述直线状外表面的长度为最长的侧壁开口部断面上，该断面中央部分的厚度比其两端厚；在封闭上述开口部的位置配置可堵塞该开口部的大小的封口部件的工序；通过从上述壳体的侧方向上述封口部件与上述开口部周边的侧壁的边界部照射高密度能量，从而对应该侧壁的厚度而不断改变该侧壁厚度方向的熔接深度，将封口部件熔接在该壳体上的工序。根据技术，据说可提高熔接强度。
可是，即使采用上述各项技术，至今也未能得到有足够熔接强度的电池。
发明内容
本发明鉴于上述事由，其目的在于提供一种熔接强度出色的密闭型电池及其制造方法。
解决上述课题的涉及电池的本发明是一种密闭型电池，其具有在外装罐的开口处嵌合封口体的嵌合部分，并用激光高能光束熔接密封该嵌合部分，其特征在于，上述高能射束点熔接的至少一处的熔接痕上表面的最低点，处于比相邻的熔接痕上表面最低点在上述外装罐的底方向上更低的位置，而且上述一个熔接痕的底面最低点，处于比上述相邻的熔接痕底面的最低点在上述外装罐的底方向上更低的位置。
在上述构成中，熔接痕的一部分，比相邻的熔接痕处于外装罐底方向上更低的位置，在这个低位置的熔接痕上，意味着熔接进行到很深的位置。通过设置在这一部分的深熔接痕，增强熔接强度。
在这里，所谓熔接痕是指通过高能射束熔接的区域(三维性的熔接范围)的痕迹，是指可通过外观观察和观察其断面就可以知道的痕迹。
在上述构成中，可以构成为：上述一处熔接痕上表面的最低点，处于比上述相邻的熔接痕表面的最低点在外装罐的底方向上低0.05～0.2mm的位置，上述一处熔接痕底面最低点处于比相邻的熔接痕底面的最低点在外装罐的底方向上低0.1mm以上的位置。
通过这个构成，可进一步增加熔接强度。再者，0.05mm、0.1mm是比通过一般的高能射束熔接产生的偏差更显著增大的值。
在上述构成中，可以构成为：上述外装罐是方形的外装罐，在上述高能射束熔接嵌合部分的至少角部形成处于上述较低的位置的熔接痕。
在上述构成中，还可以构成为：上述外装罐是方形的外装罐，在上述封口体中央部设置外部电极端子，至少在上述封口体的端子横向部分(T)形成处于上述较低位置的熔接痕。
关于采用方形外装罐电池的角部，或封口板的端子横向部分(T)，由于形状性的原因或对树脂部件的热影响等原因，有时难以提高激光的输出，这些地方熔接强度低的情况很多。为此，如果至少在这些位置进行深熔接，可使熔接强度飞跃性地提高。再者，低位熔接，不仅在角部及端子横向部分，也可以在外装罐和封口体的嵌合部分全部形成。
在这里，所谓角部的意思是方形外装罐的开口部四角附近的区域，所谓端子横向部分T的意思是电极端子横侧的区域，电极端子的长度L以上且3L以下的区域。
涉及解决上述课题的电池制造方法的第一发明，其特征在于，具备：第一步骤，在外装罐的开口前端形成向该外装罐的轴向内侧凹陷的凹部；第二步骤，在具有上述凹部的外装罐上嵌合封口体，使得该封口体外侧面的外周边和上述外装罐凹部的上端成为同一平面；和第三步骤，对该嵌合部分进行高能射束熔接。
涉及解决上述课题的电池制造方法的第二发明，其特征在于，具备：第一步骤，在封口体外侧面的周边部分形成从外周端向内侧延伸的凹槽；第二步骤，将具有上述凹槽的封口板嵌合到外装罐的开口上，使得该封口板外周边部的表面与外装罐开口的上端成为同一平面；和第三步骤，对该嵌合部分进行高能射束熔接。
涉及解决上述课题的电池制造方法的第三发明，其特征在于，具备：第一步骤，在外装罐的开口前端形成向该外装罐的轴向内侧凹陷的凹部；第二步骤，在封口体外侧面的外周边部分形成从外周端向内侧延伸的凹槽；第三步骤，将具有上述凹部的外装罐和具有上述凹槽的封口板进行嵌合，使得上述外装罐凹部的上端和上述封口体外侧面成为同一平面；和第四步骤，对该嵌合部分进行高能射束熔接。
通过这些构成，当高能射束照射嵌合部分时，设置在凹部及/或凹槽的部分与其他部分相比，热熔接的产生可到达更深的地方(到达外装罐底方向上很低的位置)。由此，通过在需要更强的熔接强度的部分形成凹部及/或凹槽，用同样强度的高能射束可提高该部分的熔接强度。因此，根据这些构成，不会对发电要素和其他构成部件带来无用的热损坏，从而可制作出所需要的具有充分熔接强度的密闭型电池。
另外，构成为：在设有凹部及/或凹槽的部分上形成的熔接痕，其上表面的最低点处于比相邻的熔接痕上表面的最低点在外装罐的底方向上更低的位置，上述一个熔接痕的底面最低点，处于比上述相邻的熔接痕底面的最低点在外装罐的底方向上更低的位置。
在上述各构成中，所谓「使得该封口体外侧面的外周边和上述外装罐凹部的上端成为同一平面」、「使得具有上述凹槽的封口板外周边部分的表面与外装罐开口的上端成为同一平面」、「使得上述外装罐凹部的上端和上述封口体外侧面成为同一平面」是指使未形成凹部或凹槽的部分的上表面(顶面)一致，但在外装罐及封口体设置凹部和凹槽的情况下，也优选使凹部和凹槽的位置一致。该凹部和凹槽，可通过切削加工、冲压加工、化学表面处理等形成。
在上述构成中，可以构成为：上述凹部及凹槽的宽度L1为0.1～0.2mm，上述凹部及凹槽的深度L2为0.05～0.1mm，上述凹部及凹槽的间隔L3为0.5～1.0mm，上述凹槽的长度L4为0.2～0.6mm。
如果上述凹部及凹槽的宽度L1未达到0.1mm，处于外装罐的底方向上低位置的点熔接痕就不能充分形成。另一方面，如果L1比0.2mm大，处于外装罐方向上低位置的点熔接痕就会相连，从而产生飞溅物发生或对发电要素带来热损坏的可能。另外，如果上述凹部及凹槽的深度L2未达到0.05mm，熔接痕的深度不足，就不能充分提高熔接强度。另一方面，如果L2比0.1mm大，照射面的激光焦点偏差就会加大，因而很难进行高强度熔接。另外，如果上述凹部及凹槽的间隔L3未达到0.5mm，处于外装罐的底方向上低位置的熔接痕就会相连，从而给发电要素带来的热损坏就会加大。另一方面，如果L3比1.0mm大，处于外装罐的底方向上高位置的熔接痕就会相连，提高熔接强度的效果就会不足。另外，如果凹槽的长度L4过短就不能形成具有充分强度的熔接痕。因此，做上述规定是优选的。
发明的效果
如以上所说明的，由于根据本发明可特别提高外装罐和封口体的嵌合部分的熔接强度，所以可提供一种密封性、坚固性出色的密闭型电池。
附图说明
图1(a)是本发明电池的封口体外周边的剖面图，图1(b)是本发明的电池外装罐开口部和封口体的嵌合部分的主要部分放大透视图。
图2是熔接前外装罐开口部和封口体的嵌合部分的主要部分放大图。
图3(a)是用于实验1的电池熔接前的平面图，图3(b)是用于实验1的电池熔接后的平面图。
图4(a)是用于实验2的电池熔接前的平面图，图4(b)是用于实验2的电池熔接后的平面图。
图5是现有电池的封口体外周边的剖面图。
具体实施方式
下面，利用附图对用于实施本发明的最佳实施方式进行详细说明。图1(a)是本发明电池的封口体外周边的剖面图，图1(b)是本发明的电池外装罐开口部和封口体的嵌合部分的主要部分放大透视图，图2是熔接前的外装罐开口部和封口体的嵌合部分的主要部分放大图。
利用外装罐、封口体两者中的一个或双方，其中外装罐在外装罐开口前端形成向该外装罐的轴向内侧凹陷的凹部，封口体在封口体外侧面的外周边部分形成从外周边向内侧延伸的凹槽，如图2所示，以使上述外装罐凹部的上端和上述封口体外侧面成为同一平面的方式，使上述封口体与上述外装罐的开口部嵌合，并通过脉冲激光熔接该嵌合部分来制作本发明的电池。
由此，如图1所示，由激光熔接形成的点熔接痕的至少一部分，比相邻的点熔接痕处于比外装罐底方向更低的位置。根据该结构，由于形成图1所示的熔接深度很深的点熔接痕，所以可特别增加熔接强度。
(实验1：负极端子横向压入强度测试)
如图3(a)所示，在端子横向部分T为10mm的外装罐开口端上形成向该外装罐轴向内侧凹陷的凹部。该外装罐凹部、即图2所示的凹部的宽度L1是0.2mm，深度L2是0.1mm，间隔L3是1.0mm。将封口体与具有上述凹部的外装罐嵌合，以使该封口体外侧面的外周边和上述外装罐凹部的上端成为同一平面，然后对该嵌合部分进行激光熔接，制作五个模型电池1。再者，在该模型电池1中收纳着具有正极、负极和隔板(separator)的电极体，但不注入电解液。另外，对封口体的外周边不做任何加工。
如图3(a)所示，在端子横向部分T为10mm的外周边部分上，在封口体外侧面的外周边部分形成从外周端向内侧延伸的凹槽。该封口体的凹槽、即图2所示的凹部的宽度L1是0.2mm，深度L2是0.1mm，间隔L3是1.0mm，(端子横向各边各有11个凹部)，长度L4是0.4mm(与封口体凸缘部的厚度相等)。使外装罐的开口部与上述封口体嵌合，以使该外装罐开口部的顶面和封口体外周边的顶面成为同一平面，然后对该嵌合部分进行激光熔接，制作五个模型电池2。再者，在该模型电池2中收纳着具有正极、负极和隔板的电极体，但不注入电解液。另外，对外装罐的开口部不做任何加工。
作为比较，采用外装罐开口前端没有形成凹部的外装罐和外周边没有形成凹槽的封口体，制作五个比较电池1。
如图3(b)所示，用前端为3的圆棒对该模型电池1、2及比较电池1的端子加压，测量封口激光熔接部分的压入强度(封口激光熔接部分断裂时的负荷)。其结果如下表1所示。
  模型电池1   模型电池2   比较电池1
 电池a   360N(331～414)   355N(340～363)   269N(244～291)
 电池b   424N(421～426)   430N(420～435)   363N(348～390)
平均值(最小值～最大值)
在上述表1中，电池a是指厚度4.6mm、宽度34mm、高度50mm的电池，电池b是指厚度5.5mm、宽度34mm、高度50mm的电池。
由上述表1可知，本发明涉及的模型电池的熔接强度，在电池a中为355N、360N，在电池b中为424N、430N，优于比较电池1的269N、363N。
这可以按下述考虑。本发明涉及的模型电池，如图1所示一部分在很深的位置接合。因此当施加外力时，该位置的力传导不连续，所以可抑制熔接部的整体变形，结果可认为熔接强度得到特别提高。另一方面，比较电池1，如图5所示，由于熔接深度大体恒定，当施加外力时均匀的力加到熔接部分上，熔接部分容易裂开。因此可认为不能得到充分的熔接强度。
(实验2：角部压入强度测试)
如图4(a)所示，在外装罐的开口前端形成向该外装罐的轴向内侧凹陷的凹部，在封口体外侧面的外周边部分形成了凹槽。该外装罐及封口体的凹部以及凹槽、即图2所示的凹部的宽度L1是0.2mm，深度L2是0.1mm，间隔L3是1.0mm。使上述封口体与外装罐的开口部嵌合，以使得上述外装罐凹部的上端和上述封口体外侧面成为同一平面，然后对该嵌合部分进行激光熔接，制作五个厚65mm、宽度34mm、高度50mm的模型电池3。再者，在该模型电池3中，收纳着具有正极、负极和隔板的电极体，但不注入电解液。
作为比较，采用外装罐的开口前端未形成凹部的外装罐和外周边未形成凹槽的封口体，制作五个比较电池2。
用前端3的圆棒向该模型电池3及比较电池2的图4(b)所示的角部加压，测量封口激光熔接部分的压入强度(封口激光熔接部分断裂时的负荷)。其结果如下表2所示。
  模型电池3   比较电池2
  结果   309N(288～333)   234N(221～245)
平均值(最小值～最大值)
由上述表2可知，本发明涉及的模型电池3的熔接强度为309N，优于比较电池2的234N。其原因与上述实验1观察到的理由相同。
(实验3：坠落试验)
如图3(a)所示，在端子横向为10mm的部分，在外装罐的开口前端形成向该外装罐的轴向内侧凹陷的凹部，在封口体外侧面的外周边部分形成凹槽。该外装罐及封口体的凹部、即图2所示的凹部及凹槽的宽度L1是0.2mm，深度L2是0.1mm，间隔L3是1.0mm。使上述封口体与外装罐的开口部嵌合，以使得外装罐凹部的上端和封口体外侧面成为同一平面，然后对该嵌合部分进行激光熔接，制作五个厚度55mm、宽度34mm、高度50mm的模型电池4。再者，该模型电池4中收纳着具有正极、负极和隔板的电极体，但不注入电解液。
作为比较，采用外装罐的开口前端未形成凹部的外装罐、外周边未形成凹槽的封口体，制作五个比较电池3。
从1.65m的高度向混凝土地面上实施电池各面(6面)的坠落，测定直到封口激光熔接部分(熔接痕)破裂为止的组数(把各面向下各坠落1次，6面结束为1组)。其结果如下表3所示。
  模型电池4   比较电池3
  结果   40组NG(32～50)   24组NG(18～28)
平均值(最小值～最大值)
由上述表3可知，本发明涉及的模型电池4的耐冲击性为40组，优于比较电池3的24组。其原因与上述实验1观察到的理由相同。
另外，本发明涉及的电池，一般可适用于以激光熔接封口的电池，可应用于所有的一次电池、二次电池。上述实验，用脉冲激光熔接进行，在附图上图示明确的点痕。在这种情况下，本发明的密闭型电池，至少一处点熔接痕上表面的最低点处于上述外装罐的底方向上比相邻的点熔接痕上表面的最低点更低的位置，且上述一处点熔接痕底面的最低点处于上述外装罐的底方向上比上述相邻的点熔接痕底面的最低点更低的位置。而且本发明不仅仅是脉冲激光熔接，作为高能射束，即使利用采用CW(连续振荡型)激光的熔接，或是采用电子束的熔接等、周知的熔接方法也可得到同等的效果。在这种情况下，不会象脉冲激光熔接那样产生明确的点痕。因此，本发明的密闭型电池，至少一处的熔接痕上表面的最低点及底面的低点处于外装罐的底方向上比该处相邻的熔接痕更低的位置。另外，本发明的密闭型电池，除方形电池以外，也可应用于圆柱型电池。
(工业上的可利用性)
如以上所说明的，由于根据本发明可实现熔接强度出色的密闭型电池，所以产业上的意义很大。

Claims (8)

1.一种密闭型电池，其具有于外装罐的开口处嵌合了封口体的嵌合部分，并用高能射束熔接密封该嵌合部分，
所述高能射束熔接的至少一处的熔接痕上表面的最低点，处于在所述外装罐的底方向上比相邻的熔接痕上表面最低点更低的位置，
而且所述一处熔接痕的底面最低点，处于在所述外装罐的底方向上比所述相邻的熔接痕底面的最低点更低的位置。
2.如权利要求1所述的密闭型电池，其特征在于，
所述一处熔接痕上表面的最低点，处于比所述相邻的熔接痕表面的最低点在外装罐的底方向上低0.05～0.2mm的位置，
所述一处熔接痕底面的最低点，处于比相邻的熔接痕底面的最低点在外装罐的底方向上低0.1mm以上的位置。
3.如权利要求1所述的密闭型电池，其特征在于，
所述外装罐是方形的外装罐，
在所述高能射束熔接嵌合部分的至少角部，形成处于所述较低位置的熔接痕。
4.如权利要求1所述的密闭型电池，其特征在于，
所述外装罐是方形的外装罐，
在所述封口体中央部分设置外部电极端子，
至少在所述封口体的端子横向部分(T)中形成处于所述较低位置的熔接痕。
5.一种密闭型电池的制造方法，具备：
第一步骤，在外装罐的开口前端形成向该外装罐的轴向内侧凹陷的凹部；
第二步骤，使封口体与具有所述凹部的外装罐嵌合，以使得该封口体外侧面的外周边和所述外装罐凹部的上端成为同一平面；和
第三步骤，对该嵌合部分进行高能射束熔接。
6.一种密闭型电池的制造方法，具备：
第一步骤，在封口体外侧面的周边部分形成从外周端向内侧延伸的凹槽；
第二步骤，将具有所述凹槽的封口板嵌合到外装罐的开口上，以使得该封口板的外周边部分的上表面与外装罐开口的上端成为同一平面；和
第三步骤，对该嵌合部分进行高能射束熔接。
7.一种密闭型电池的制造方法，具备：
第一步骤，在外装罐的开口前端形成向该外装罐的轴向内侧凹陷的凹部；
第二步骤，在封口体外侧面的外周边部分形成从外周端向内侧延伸的凹槽；
第三步骤，将具有所述凹部的外装罐和具有所述凹槽的封口板进行嵌合，以使得所述外装罐凹部的上端和所述封口体外侧面成为同一平面；和
第四步骤，对该嵌合部分进行高能射束熔接。
8.如权利要求5-7的任意一项所述的密闭型电池的制造方法，其特征在于，
所述凹部及凹槽的宽度L1为0.1～0.2mm，所述凹部及凹槽的深度L2为0.05～0.1mm，所述凹部及凹槽的间隔L3为0.5～1.0mm，所述凹槽的长度L4为0.2～0.6mm。
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