CN102800888A - 电池的制造方法及电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电池的制造方法及电池，该电池在维持结构性强度的同时能够实现轻量化。方形容器（101）具有：矩形的底部（111）、分别竖立设置在底部（111）的各长边部（112）的矩形的长壁部（113）和分别竖立设置在底部（111）的各短边部（214）的矩形的短壁部（115）。该容器（101）还具有对弯折一张金属制平板而成为对接状态或重合状态的所述平板的部分通过焊接进行接合的焊接部（116）。所述电池具有：上述容器（101）、收纳在容器（101）中的发电元件（102）、电极端子（103）以及封闭容器（101）的盖体（104）。
Description
技术领域
本发明涉及在框体内收纳有发电元件、电解液等蓄电放电构件的充电电池等电池，尤其是涉及谋求轻量化和大电流化的电池。
背景技术
近年来，如混合动力汽车、电动汽车这样的作为驱动源或驱动源的一部分而使用电力的行驶车辆备受关注，作为这样的行驶车辆的电源，高能量容量的非水型充电电池被使用。作为所述高能量容量的蓄电池可以列举例如锂离子电池等。
搭载在汽车等行驶车辆上的充电电池采用在由金属等构成的刚性高的矩形框体中收纳发电元件、集电体的构造（例如参照专利文献1）。
近来，作为搭载在汽车等上的充电电池所要求的其他性能，要求轻量化，而且，作为框体的材质采用铝来谋求充电电池的轻量化，或使不锈钢制框体的壁厚变薄来谋求轻量化。
【专利文献1】日本特开2004－349201号公报
然而，为使充电电池轻量化，虽然可考虑使框体的壁厚变薄，但可认为满足搭载在行驶车辆上的充电电池所允许的结构性强度的同时，使框体的壁厚薄来谋求轻量化这种方式已经接近极限。
发明内容
鉴于这样的课题，本发明人认真进行实验研究的结果发现，在以往的通过拉深成型等制造框体的制造方法中，由于壁厚的偏差大，所以要使框体整体的壁厚变薄时，导致一部分的壁厚变得过薄而不能满足结构性强度。
本发明是基于上述研究结果而作出的，其目的是提供一种电池的制造方法及电池，能够在维持充电电池等电池的框体所需的结构性强度的同时谋求轻量化。
为实现上述目的，在本发明的电池的制造方法中，该电池具有：容器，其为方形并具有矩形的底部、分别竖立设置在所述底部的各长边部的矩形的长壁部和分别竖立设置在所述底部的各短边部的矩形的短壁部；发电元件，其被收纳在所述容器中；盖体，其封闭所述容器；以及电极端子，所述电池的制造方法的特征在于，包括：对构成所述容器的展开形状的一张金属制平板进行弯折而形成所述容器的形状的弯折工序；对通过所述弯折工序成为对接状态或重合状态的所述平板的部分通过焊接进行接合的焊接工序。
由此，当制造容器时，能够限制平板的塑性变形的部分。因此，能够将因金属制部件塑性变形而引起的壁厚减少限制在小范围内。而且，由于塑性变形的部分是容器的角部，所以能够尽可能地抑制塑性变形部分的结构性强度的降低。
另外，在所述弯折工序中，也可以构成为，在与所述长边部对应的所述平板的部分即两处长边对应部弯折所述平板，并且，将与所述长壁部对应的所述平板的部分即长壁对应部的沿着所述长边部的方向上的端部，按照沿垂直于所述长边对应部的方向延伸的折痕弯折。
由此，成为容器中面积最大的长壁部通过弯折而形成，因此能够在保持平板的结构性强度的状态下将其用于长壁部。而且，由于能够缩短焊接距离，所以能够降低焊接成本并提高生产率，另外，还能够尽可能地抑制焊接导致的结构性强度降低。
另外，在所述弯折工序中，也可以构成为，弯折两个所述长壁对应部的沿所述长边部的方向上的两端部的全部所述折痕。
由此，由于在短壁部的中间部产生焊接部，所以该焊接部的端部的位置与连接底部和短壁部的焊接部的端部的位置不一致（例如，直线状的两条焊接部成为T形的情况）。因此，能够避免焊接部的端部的位置一致的情况（例如，直线状的两条焊接部成为L形的情况）下产生的焊接不良。
另外，在两个长壁对应部上分别弯折沿长边部的方向上的两端部，因此短壁部（短壁对应部）作为长壁部（长壁对应部）的肋起作用，能够提高相对于长壁部（长壁对应部）挠曲的强度。因此，在弯折工序中能够尽可能地抑制长壁对应部变形，另外，能够充分地确保完成后的方形容器的结构性强度。
另外，焊接部成为L形的情况下，容器的开口部的四个角部中的两个通过焊接形成，另外两个通过弯折形成，但要使通过焊接形成的角部的形状和通过弯折形成的角部的形状成为相同的形状是困难的，通过焊接形成的角部和通过弯折形成的角部形状不同。该情况下，安装在容器上的盖体的角部的形状也需要作成与容器的各个角部相匹配的形状，将盖体安装到容器时，需要使盖的角部的形状和容器的角部的形状一致地配置，但通过在短壁部的中间部配置焊接部，容器开口部的四个角全部通过弯折形成，即，能够使四个角部的形状全部相同，该情况下，能够使盖体的角部的形状也全部相同，因此在将盖体安装到容器时，不需要注意角部的形状，能够提高生产率。
另外，在所述焊接工序中，以所述容器的所述底部的尺寸和对应的开口部的尺寸之差成为1mm以下的方式进行焊接。
这是通过采用本制造方法才能够实现的构造，能够发挥以下的从属效果。本发明人发现在以往的拉深成型中，虽然在框体整体仅产生微小的锥部，但在以紧密接触状态配置多个电池时，该锥部对电池的性能尤其是电池的寿命带来不良影响。
即，根据本发明，理想的是，以使容器的交叉的面全部垂直的方式制造电池，由此，在排列配置多个电池的情况下，能够没有间隙地排列配置电池。因此，能够减少排列配置电池的容积。另外，由于能够以面紧密接触地配置金属制容器，所以能够提高电池相互间的热传递效率。另外，由于能够抑制排列配置的电池整体的晃动，所以能够提高防振性。
而且，本发明的电池的制造方法也可以包括：在与所述长壁部对应的所述平板的部分即长壁对应部形成鼓出部的鼓出工序。
由此，通过形成鼓出部，长壁对应部的结构性强度提高，在弯折工序中能够抑制具有最大面积的长壁对应部变形。
另外，能够容易地制造能够抑制因内部的压力上升导致膨胀的电池。
另外，为实现上述目的，本发明的电池的特征在于，具有：容器，其为方形并具有矩形的底部、分别竖立设置在所述底部的各长边部的矩形的长壁部和分别竖立设置在所述底部的各短边部的矩形的短壁部，所述容器还具有对弯折一张金属制平板而成为对接状态或重合状态的所述平板的部分通过焊接进行接合的焊接部；发电元件，其被收纳在所述容器中；盖体，其封闭所述容器；以及电极端子。
由此，由于在容器中限定了塑性变形部分，所以壁厚减少的部分相对于容器的总面积小。而且，由于塑性变形的部分是容器的角部，所以成为能够抑制塑性变形部分的结构性强度降低的电池。
另外，所述焊接部配置在所述短壁部。
由此，能够以高强度状态维持长壁部的结构性强度。而且，由于焊接距离短，所以能够降低焊接成本并提高生产率，另外，能够尽可能地抑制因焊接导致的结构性强度降低。
另外，在过充电或放置于高温环境下的情况下等，即使电池的内压上升，由于焊接部配置在难以膨胀的短壁部，所以能够抑制因容器膨胀作用于焊接部而引起的变形量。
另外，所述底部的尺寸和对应的所述容器的开口部的尺寸之差为1mm以下。
由此，在排列配置多个电池的情况下，能够没有间隙地排列配置电池。因此，能够减少排列配置电池的容积。另外，由于能够以面紧密接触地配置金属制容器，所以能够提高电池相互间的热传递效率。另外，由于能够抑制排列配置的电池整体的晃动，所以能够提高防振性。
另外，所述长壁部的壁厚的偏差为所述长壁部的最大壁厚的1%以下。
由此，由于在最大面积的长壁部上不存在因壁厚局部变薄而导致结构性强度变差的部分，所以即使容器整体的壁厚变薄也能够将结构性强度维持在允许值以上，能够实现电池的轻量化。
另外，所述焊接部具有：设置在所述短壁部的中间部且沿与所述底部的面交叉的方向延伸的第一焊接部；沿与所述第一焊接部交叉的方向延伸并接合所述短壁部和所述底部的第二焊接部。
由此，能够提高电池的结构性强度。
另外，所述长壁部具有朝向该电池的内侧鼓出的鼓出部。
由此，能够提高电池的结构性强度。另外，能够增加电池的表面积并提高发热效率。尤其，能够抑制因电池内部的压力上升导致电池膨胀。另外，能够限制发电元件的电池内部的摆动幅度，从而能够抑制因振动等导致的电池内部的损伤。
根据本发明，能够在维持电池的结构性强度的同时实现更加轻量化。
附图说明
图1是从一侧示意地表示电池的外观的立体图。
图2是从图1的相反方向示意地表示电池的外观的立体图。
图3是从底部方向示意地表示电池的外观的立体图。
图4是省略容器的一部分来表示电池的内部的立体图。
图5是表示使电池紧密接触地排列的状态的侧视图。
图6是表示平板的立体图。
图7是表示弯折工序的中途的立体图。
图8是表示焊接工序前的容器的立体图。
图9是表示平板的立体图。
图10是表示金属制平板的弯折工序的中途的立体图。
图11是表示平板的立体图。
图12是表示金属制平板的弯折工序的中途的立体图。
附图标记说明
100充电电池
101容器
102发电元件
103电极端子
104盖体
111底部
112长边部
113长壁部
114短边部
115短壁部
116焊接部
121集电部件
141第二焊接部
201平板
202对接部
205开口部
212长边对应部
213长壁对应部
214折痕
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的电池及电池的制造方法的实施方式。此外，以下的实施方式只不过示出了本发明的电池及电池的制造方法的一例。因此，本发明是以以下的实施方式作为参考通过权利要求书的记载来划定保护范围，而并非只限于以下的实施方式。
图1是从一侧示意地表示电池的外观的立体图。
图2是从图1的相反方向示意地表示电池的外观的立体图。
图3是从底部方向示意地表示电池的外观的立体图。
图4是省略容器的一部分来表示电池的内部的立体图。
如这些图所示，本实施方式的电池100是能够充电且能够放电的非水电解质充电电池（例如锂离子电池），其具有容器101、发电元件102和盖体104。
容器101是方形金属制部件，其具有：矩形的底部111、分别竖立设置在底部111的各长边部112的矩形的长壁部113和分别竖立设置在底部111的各短边部114的矩形的短壁部115。另外，容器101具有通过焊接接合的焊接部116。在本实施方式的情况下，容器101由不锈钢钢板形成。另外，容器101还具有通过焊接与盖体104接合时形成的第二焊接部141。
此外，构成容器101的金属没有特别限定，可以是电镀钢板、铝或其他合金。
长壁部113是容器101中的面积最大的矩形板状的部分。长壁部113的壁厚T（参照图4）的偏差为长壁部113的最大壁厚T的1%以下。由此，由于长壁部113的壁厚是均匀的，所以长壁部113的结构性强度大致均匀。在本实施方式的情况下，不仅长壁部113的壁厚T，底部111、短壁部115的壁厚的偏差也收敛在最大壁厚T的1%以下。
短壁部115是容器101中的面积最小的矩形板状的部分。在本实施方式的情况下，短壁部115在底部111的短边部114的延伸方向（X轴方向）的中间部被分割。而且，短壁部115构成为将被分割的两个部分以在平面上对接的状态通过焊接接合在一起。也就是说，该接合部分成为焊接部116。另外，设置在短壁部115的中间部的焊接部116沿与底部111的面交叉的方向延伸地配置，成为第一焊接部161。
而且，短壁部115构成为以与底部111的短边部114垂直的对接状态通过焊接接合在一起。该接合部分也成为焊接部116。另外，接合短壁部115和底部111的焊接部116沿与第一焊接部161交叉的方向延伸地配置，成为以与第一焊接部161的端部抵接的状态配置的第二焊接部162。
如上所述，通过在短壁部115配置焊接部116，能够使焊接部116的总焊接距离最短，能够尽可能地抑制因焊接导致的容器101的结构性强度降低。另外，还能够降低因焊接不良导致的漏液的发生概率。而且，通过焊接接合沿X轴方向被分割成两部分的短边部114，能够大体上避免焊接部116被配置在长壁部113的状态。因此，长壁部113能够大体上避免因焊接导致的结构性强度降低。而且，在两个长壁部113分别弯折沿着长边部112的方向上的两端部，形成短壁部115的一部分，因此，短壁部115作为长壁部113的肋起作用，使相对于长壁部113挠曲的强度提高。
而且，在本实施方式的情况下，容器101的底部111的尺寸和对应的容器101的开口部的尺寸之差为1mm以下。具体地来说，如图1所示，底部111的短边部114的尺寸D1和对应的容器101的开口部的尺寸D2之差为1mm以下，理想情况下，尺寸D1和尺寸D2之差大致为0。同样地，如图2所示，底部111的长边部112的尺寸W1和对应的容器101的开口部的尺寸W1之差为1mm以下，理想情况下，尺寸W1和尺寸W2之差大致为0。
如上所述，将长壁部113、短壁部115相对于底部111垂直地竖立设置，由此，如图5所示，能够没有间隙地紧密接触地配置多个电池100，能够提高电池100相互的导热率。另外，能够没有空间浪费地配置电池100。
另外，由于在短壁部115的中间部产生焊接部116，所以第一焊接部161的端部的位置和第二焊接部162的端部的位置不一致，在本实施方式中，成为T形。由此，能够避免焊接部116的端部彼此一致的情况（例如成为L形的情况）下所产生的焊接不良，例如，平板的熔透变深的状态等。另外，能够省略为避免该焊接不良而在熔透变深的部分降低焊接的输出等的精细控制。
另外，在两个长壁对应部分别弯折沿着长边部的方向上的两端部，因此短壁部115（短壁对应部）作为长壁部113（长壁对应部213）的肋起作用，能够提高相对于长壁部113（长壁对应部213）挠曲的强度。因此，在弯折工序中能够尽可能地抑制长壁对应部213变形，另外，能够充分地确保完成后的方形容器的结构性强度。
盖体104是设置有电极端子103且封闭容器101的矩形板状的部件。盖体104具有与容器101大致相同的大小，并通过焊接与容器101接合。
电极端子103是将存储在发电元件102中的电力向外部导出、且为将电力存储到发电元件102而向内部导入电力的端子。在本实施方式的情况下，电极端子103分别被安装在长条板状的盖体104的两端部。
此外，电极端子103不仅可以设置在盖体104上，还可以设置在容器101上。而且，容器101也可以作为电极端子103起作用。
在本实施方式的情况下，虽然省略了发电元件102的详细图示，但发电元件102具有分离膜、负极和正极，是能够存储电力的部件。负极是在由铜形成的长条带状的负极集电体片的表面形成有负极活性物质层而形成。正极是在由铝形成的长条带状的正极集电体片的表面形成有正极活性物质层而形成。分离膜是由树脂形成的细微多孔性的片。而且，发电元件102是所谓纵向缠绕型的发电元件，将在负极和正极之间夹着分离膜地以层状配置的结构沿长度方向以整体成为长圆形状的方式卷绕而形成。另外，在发电元件102的卷绕轴方向（图中Y轴方向）的两端部分别沿着相对于发电元件102的卷绕轴垂直的方向延伸地配置有集电部件121。
此外，分离膜不仅可以由树脂形成，还可以是玻璃纤维等其他部件。另外，在图中，发电元件102被描绘成实心，但实际的发电元件102的中心部分具有沿卷绕轴延伸的管状的中心空间。另外，与中心空间的卷绕轴交叉的截面形状成为椭圆、长圆形状等。
以下，对电池100的制造方法进行说明。
图6是表示金属制平板的立体图。
此外，在该图中，平板201的壁厚为进行强调而较厚地显示，实际上平板201的厚度是从0.3mm以上0.8mm以下的范围选定的厚度。
首先，准备构成容器101的展开形状的一张金属制平板201。平板201的材质只要是金属即可，没有特别限定，但在本实施方式中使用不锈钢。此外，平板201通过从大的金属板冲裁加工等而得到。
然后，将平板201如图7所示地通过弯折加工进行弯折。进行弯折加工直至成为如图8所示的容器101的形状（弯折工序）。在本实施方式的情况下，在与长边部112对应的平板201的部分即两处长边对应部212，弯折平板201，将与长壁部113对应的平板201的部分即长壁对应部213的沿着长边对应部212（长边部112）的方向上的端部，按照沿垂直于长边对应部212的方向延伸的折痕214弯折。
然后，对通过弯折工序成为对接状态的平板201的部分即对接部202，通过焊接接合（焊接工序）。在本实施方式的情况下，在沿X轴方向被分割的短壁部115的在平面上对接的对接部202和在短壁部115和底部111之间垂直地对接的对接部202，通过焊接进行接合。
此外，焊接方法没有特别限定，可以采用激光焊接、TIG焊接等任意的焊接方法。另外，也可以在通过焊接接合的部分配置成为熔融收缩部（溶けしろ）的其他部件来进行焊接。
通过如上所述进行加工，制造出一面具有开口部205的有底方形容器101。
以下，对电池100的其他制造方法进行说明。需要说明的是，有时省略说明与所述制造方法通用的工序。
图9是表示平板的立体图。
图10是表示金属制平板的弯折工序的中途的立体图。
首先，对较大的平坦金属板实施形成鼓出部119的鼓出工序。鼓出部119通过冲压加工等形成。这样，能够对平坦金属板实施形成鼓出部119的加工，因此能够非常容易地形成鼓出部119。
然后，形成构成容器101的展开形状的一张金属制平板201。从鼓出加工后的大的金属板通过冲裁加工等进行平板201的形成。
这样，在鼓出加工后，形成平板201，由此，鼓出加工时产生的金属板的稍微的变形不会影响平板201的尺寸、形状。因此，能够抑制在通过弯折形成的焊接前的容器101的对接部分产生间隙等的不良情况，能够容易地进行焊接。另外，能够提高焊接后的机械强度。
另外，在本制造方法的鼓出工序中，在两个长壁对应部213双方都形成有朝向制造后的电池100的内侧鼓出的鼓出部119。
通过形成该结构，在制造后的电池100的状态下，能够限制位于电池100内侧的发电元件102的摆动。因此，即使在电池100产生振动、冲击的情况下，也能够减轻发电元件102等电池100内部元件的损伤。另外，不仅能够抑制电池100的容器101膨胀，还能够通过鼓出部119限制发电元件102膨胀。
此外，也可以同时进行形成平板201的冲裁加工和形成鼓出部119的冲压加工，也可以在形成平板201的冲裁加工等之后实施鼓出加工。
然后，将平板201如图12所示地通过弯折加工进行弯折。在此，由于在长壁对应部213形成有鼓出部119，所以能够提高长壁对应部213的结构性强度。因此，能够尽可能地避免因弯折加工使长壁对应部213变形等的不良情况。而且，弯折加工优选先弯折折痕214之后，再在长边对应部212进行弯折。由此，短壁对应部215作为长壁对应部213的肋起作用，能够提高长壁对应部213的结构性强度。
然后，对通过弯折工序成为对接状态的平板201的部分即对接部202，通过焊接进行接合（焊接工序）。
通过如上所述进行加工，制造出一面具有开口部205的有底方形容器101。
此外，如图11、图12所示，也可以在长壁对应部213的一个形成朝向制造后的电池100的内侧鼓出的鼓出部119，在另一个形成与所述鼓出部119的鼓出形状匹配地嵌合且朝向电池100的外侧鼓出的鼓出部119。
通过形成该结构，在将制造后的电池100以紧密接触状态排列形成为电池组的情况下，鼓出部119彼此嵌合，能够提高电池组整体的结构性强度。另外，由于电池100彼此的接触面积增加，所以能够提高热传导性。
工业实用性
本发明能够用于包含蓄电池（充电电池）在内的电池，尤其能够良好地适用于要求轻量且大电流的搭载在汽车等行驶车辆上的蓄电池。
Claims (11)
1.一种电池的制造方法，该电池具有：容器，其为方形并具有矩形的底部、分别竖立设置在所述底部的各长边部的矩形的长壁部和分别竖立设置在所述底部的各短边部的矩形的短壁部；发电元件，其被收纳在所述容器中；盖体，其封闭所述容器；以及电极端子，
所述电池的制造方法的特征在于，包括：
对构成所述容器的展开形状的一张金属制平板进行弯折而形成所述容器的形状的弯折工序；
对通过所述弯折工序成为对接状态或重合状态的所述平板的部分通过焊接进行接合的焊接工序。
2.如权利要求1所述的电池的制造方法，其特征在于，在所述弯折工序中，在与所述长边部对应的所述平板的部分即两处长边对应部弯折所述平板，并且，将与所述长壁部对应的所述平板的部分即长壁对应部的沿着所述长边部的方向上的端部，按照沿垂直于所述长边对应部的方向延伸的折痕弯折。
3.如权利要求2所述的电池的制造方法，其特征在于，在所述弯折工序中，弯折两个所述长壁对应部的沿所述长边部的方向上的两端部的全部所述折痕。
4.如权利要求1或2所述的电池的制造方法，其特征在于，在所述焊接工序中，以所述容器的所述底部的尺寸和对应的开口部的尺寸之差成为1mm以下的方式进行焊接。
5.如权利要求1所述的电池的制造方法，其特征在于，还包括：在与所述长壁部对应的所述平板的部分即长壁对应部形成鼓出部的鼓出工序。
6.一种电池，其特征在于，具有：
容器，其为方形并具有矩形的底部、分别竖立设置在所述底部的各长边部的矩形的长壁部和分别竖立设置在所述底部的各短边部的矩形的短壁部，所述容器还具有对弯折一张金属制平板而成为对接状态或重合状态的所述平板的部分通过焊接进行接合的焊接部；
发电元件，其被收纳在所述容器中；
盖体，其封闭所述容器；以及
电极端子。
7.如权利要求6所述的电池，其特征在于，所述焊接部配置在所述短壁部。
8.如权利要求6或7所述的电池，其特征在于，所述底部的尺寸和对应的所述容器的开口部的尺寸之差为1mm以下。
9.如权利要求6~8中任一项所述的电池，其特征在于，所述长壁部的壁厚的偏差为所述长壁部的最大壁厚的1%以下。
10.如权利要求6~9中任一项所述的电池，其特征在于，所述焊接部具有：设置在所述短壁部的中间部且沿与所述底部的面交叉的方向延伸的第一焊接部；沿与所述第一焊接部交叉的方向延伸并接合所述短壁部和所述底部的第二焊接部。
11.如权利要求6~10中任一项所述的电池，其特征在于，所述长壁部具有朝向该电池的内侧鼓出的鼓出部。
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