CN103119748B - 具有能够提供优良密封能力的电解质注入孔的棱柱形电池 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种具有安装在棱柱形容器中的电极组件的二次电池，其中安装到棱柱形容器的敞开上端的基板中形成的电解质注入孔的内侧包括：上部分，具有倒角结构，在该倒角结构中电解质注入孔的直径向下逐渐减小；以及下部分，具有从倒角结构连续地形成的非倒角结构，并且，当密封构件被压入到电解质注入孔中时，变形成对应于电解质注入孔的形状的密封构件由于在倒角结构与密封构件之间的剪切力而与倒角结构紧密接触，并且由于在非倒角结构与密封构件之间的摩擦相互作用而形成密封状态。因此，可以减小二次电池的缺陷率以及可以改善电解质注入孔的密封性能而无焊接。

Description

具有能够提供优良密封能力的电解质注入孔的棱柱形电池

技术领域

本发明涉及一种具有高度可密封的电解质注入孔的棱柱形电池，特别是具有安装在棱柱形容器中的电极组件的二次电池，其中安装到棱柱形容器的敞开上端的基板中形成的电解质注入孔的内侧包括：上部分，具有倒角结构，在该倒角结构中电解质注入孔的直径向下逐渐减小；以及下部分，具有从倒角结构连续地形成的非倒角结构，并且，当密封构件被压入到电解质注入孔中时，变形成对应于电解质注入孔的形状的密封构件由于在倒角结构与密封构件之间的剪切力而与倒角结构紧密接触并且由于在非倒角结构与密封构件之间的摩擦相互作用而形成密封状态。

背景技术

随着移动装置日益发展以及对这种移动装置的需求的增加，对作为移动装置的能源的二次电池的需求也已经迅速增加。基于其外结构和内结构，二次电池大体被分类为圆柱形电池、棱柱形电池以及袋形电池。由于移动装置已经小型化，所以具有小的长宽比的棱柱形电池和袋形电池最近已经吸引了相当大的关注。

棱柱形二次电池通过如下过程制造：将包括阴极、阳极以及隔膜的电极组件放置在棱柱形电池壳中，将基板例如通过焊接固定到电池壳的上端，将电解质通过形成在基板中的电解质注入孔注射到电池壳中，用金属球密封电解质注入孔，将安全元件和保护电路安装在基板上，以及用壳体（外壳）密封电池壳。

图1中示出安装到常规棱柱形二次电池的电池壳的上端的基板的平面图，且垂直截面图沿着线A-A截取。

参照图1，基板100被设置成在其中间具有电极端子101，该电极端子101连接到电极组件的电极片（例如，阳极片），使得电极端子101从基板100伸出。基板100被设置成在其一侧处具有电解质注入孔102，通过电解质注入孔102注射电解质。在伸出电极端子101与基板100之间布置有绝缘构件103，该绝缘构件103将电极端子101与基板100电隔离，该电极端子101连接到电极组件的另一电极片（例如，阴极片）以用作电极端子。

通过电解质注入孔102注射电解质，该电解质注入孔102大体以四边形形状形成，如图2中以垂直截面所示。电解质注入孔102利用密封构件104密封，密封构件104由铝形成并且其直径稍微大于电解质注入孔102的直径。具体地，密封构件104位于电解质注入孔上，然后从上面挤压密封构件104，使得密封构件104塑性变形以密封电解质注入孔102。随后，塑性变形的密封构件104的周边被激光焊接，或薄金属板被放置在塑性变形的密封构件104的上方并且被激光焊接，以密封电解质注入孔。

然而，当密封构件塑性变形并且被插入到在垂直截面上以四边形形状形成的电解质注入孔中以利用密封构件密封电解质注入孔时，密封构件的相对侧通过电解质注入孔的内侧上端被向外推动。因此，凹槽形成在密封构件上。该凹槽不利地影响电解质注入孔通过激光焊接的密封。此外，由于凹槽的形成，内侧裂纹沿着在密封构件与电解质注入孔的内侧表面之间的界面连续地形成，其结果是，降低电解质注入孔的密封性能。

将粘合剂材料施加到密封构件的表面并且挤压粘合剂材料的方法已经被研发并且被用作非焊接型密封方法。然而，在上述方法中，与密封构件相关的成本增加，并且代替焊接过程，增加了涂覆过程。由于这个原因，上述方法不具有额外的优势。

另外，日本专利申请公开No.2004-0023253和日本专利申请公开No.2002-358948公开了将电解质注入孔的内侧上端形成为具有锥形结构并且代替金属球将具有对应于电解质注入孔的形状的密封构件插入到电解质注入孔中以密封电解质注入孔的方法。该密封结构具有防止产生上文提及的凹槽的效果。然而，该密封结构具有如下问题：在电解质注入孔与密封构件之间的联接力是低的，并且因此，电解质注入孔的密封性能是低的。由于这个原因，必须进一步执行额外过程以增加此类令人烦恼的低的联接力。

因此，存在对能够从根本上解决上述问题的技术的高必要性。

发明内容

技术问题

因此，已经完成本发明来解决以上问题以及尚未解决的其它技术问题。

具体地，本发明的目的是提供一种具有特定结构和形状的电解质注入孔以及特定结构和形状的密封构件的二次电池，从而降低二次电池的缺陷率并且提高电解质注入孔的密封性能而无焊接。

技术方案

根据本发明的一个方面，上述和其它目的能够通过提供具有安装在棱柱形容器中的电极组件的二次电池来完成。其中形成在被安装到棱柱形容器的敞开上端的基板中的电解质注入孔的内侧包括：上部分，具有倒角结构，在该倒角结构中电解质注入孔的直径向下逐渐减小；以及下部分，具有从倒角结构连续地形成的非倒角结构。并且，当密封构件被压入到电解质注入孔中时，变形成对应于电解质注入孔的形状的密封构件由于在倒角结构与密封构件之间的剪切力而与倒角结构紧密接触并且由于在非倒角结构与密封构件之间的摩擦相互作用而形成密封状态。

也就是，电解质注入孔的内侧的上部分被配置成具有倒角结构，在该倒角结构中，电解质注入孔的直径向下逐渐减小。因此，当将密封构件压入到电解质注入孔中时，密封构件容易塑性变形。因此，可以防止凹槽形成在受挤压的密封构件的上端处以及防止在密封构件与电解质注入孔的内侧表面之间的界面处形成裂纹。

另外，当将密封构件压入到电解质注入孔中时，将密封构件沿着倒角结构推入到非倒角结构中。此时，密封构件变形，其结果是，产生局部弹性力。局部弹性力在倒角结构和密封构件两者处产生，从而确保密封力。另外，在非倒角结构与密封构件之间的密封接触力通过在非倒角结构与密封构件之间的弹性力而得以增加，从而确保密封构件的密封性能。

同时，在电解质注入孔的内侧的上部分被配置成具有倒角结构并且电解质注入孔的内侧的下部分被配置成具有非倒角结构的情况下，可以防止塑性变形的密封构件被引入到电解质注入孔的内侧的下部分中以及可以呈现较高的密封力，这是非常优选的。

如果倒角结构的深度太小，则塑性变形的密封构件的体积相对于倒角结构的空间相对地增加，其结果是，密封构件的相当大的部分可以从基板的顶部或底部伸出，这不是优选的。另一方面，如果倒角结构的深度太大，则可能难以密封电解质注入孔，这不是优选的。

因此，根据电解质注入孔的深度D，倒角结构可以从电解质注入孔的上端在0.3xD至0.7xD的范围内向下延伸。

另外，优选倒角结构的上端宽度大于密封构件的大小，使得将密封构件容易地压入到电解质注入孔中以有效地密封电解质注入孔而无焊接。具体地，根据密封构件的直径R，倒角结构的上端宽度（W_上）可以满足1.0xR<W_上<1.7xR的条件，并且根据密封构件的直径R，倒角结构的下端宽度（W_下）可以满足0.5xR≤W_下≤0.9xR的条件。

非倒角结构的宽度W可以等于倒角结构的下端宽度W_下以防止塑性变形的密封构件被引入到电解质注入孔的内侧的下部分中。

根据情况，在倒角结构的上端宽度W_上与下端宽度W_下之间的差异可以满足8%至42%的上端宽度W_上条件。

例如，如果在倒角结构的上端宽度W_上与下端宽度W_下之间的差异超过0.5mm，则可以使电解质注入孔频繁地变形，其结果是可能降低电解质注入孔的下部分的气密性。由于这个原因，在倒角结构的上端宽度W_上与下端宽度W_下之间的差异优选是0.1至0.5mm。

同时,在密封构件的直径R与倒角结构的下端宽度W_下之间的差异可以满足密封构件的8%至25%的直径R的条件。

例如，如果在密封构件的直径R与倒角结构的下端宽度W_下之间的差异超过0.3mm，则可以使电解质注入孔频繁地变形，其结果是可能降低电解质注入孔的下部分的气密性。由于这个原因，在密封构件的直径R与倒角结构的下端宽度W_下之间的差异优选是0.1至0.3mm。

倒角结构的倾斜角度是在倒角延长线之间的角度，可以是30至70度，优选地30至64度。

特别地，如果倒角结构的倾斜角度超过70度，可以使电解质注入孔频繁地变形，其结果是，可能降低电解质注入孔的下部分的气密性，这不是优选的。

如在先前的描述中，如果倒角结构的倾斜角度太小，则相对大的密封构件可以从基板的顶部或底部伸出，这不是优选的。另一方面，如果倒角结构的倾斜角度太大，则可能降低电解质注入孔的密封性能或可以在密封构件处形成裂纹，这不是优选的。

因此，取决于电解质注入孔和基板的尺寸，可以适当地决定倒角结构的深度、宽度、和倾斜角度。根据需要可以使密封构件部分地变形，只要使密封构件塑性变形以容易地密封电解质注入孔。

在优选的示例中，密封构件可以以球形形状形成，并且电解质注入孔在水平截面上可以以圆形形状形成。

也就是，密封构件当被挤压时塑性变形以密封电解质注入孔。优选地，密封构件是金属球。

同时，密封构件可以在密封构件位于电解质注入孔上的状态下被挤压，并且通过向下的倒角结构来增加密封构件与电解质注入孔之间的接触面积而进一步增加密封构件与电解质注入孔之间的摩擦相互作用。

另外，在密封构件被挤压之后电解质注入孔被密封的状态下，诸如环氧树脂的聚合物树脂可以被施加到电解质注入孔的周边以密闭地密封电解质注入孔的周边。

挤压密封构件的方法不受限制，只要电解质注入孔由密封构件密封。

在优选的示例中，密封构件可以在被沿顺时针方向或逆时针方向旋转的同时被挤压以密封电解质注入孔。压制机在旋转的同时向下移动。因此，与常规直接向下运动相比，施加到密封构件和电解质注入孔的冲击降低，这在提高物理密封类型气密性上非常有效。

优选地，压制机在旋转的同时执行向下运动，其通过一次挤压将密封构件挤压到电解质注入孔中。虽然电解质注入孔通过一次挤压被密封，但是施加到电解质注入孔的冲击比在常规方法中低。因此，可以防止电解质注入孔破裂和变形。此外，可以改善电解质注入孔的下部分的气密性并且可以改善过程效率。

在另一个优选的示例中，在在旋转的同时执行向下运动的压制机通过一次挤压将密封构件压入到电解质注入孔中之后，压制机可以在预定的高度处反复地挤压密封构件以密封电解质注入孔。

在这种情况下，仅通过插入和挤压密封构件而无焊接，可以容易地密封电解质注入孔，从而大大简化过程并且实现改善的密封性能。

具体地，预定的高度可以是距离电解质注入孔1至5cm，并且密封构件可以被反复地挤压5至20次。另外，从压制机施加到密封构件的压力从常规5kgf下降至3kgf。因此，可以确保在塑性变形的密封构件与电解质注入孔之间的气密性和均匀性。

附图说明

根据结合附图所作出的下列详细描述，将更清楚地理解本发明的上述及其它目的、特征和其它优势，其中：

图1是安装到常规棱柱形二次电池的电池壳的上端的基板的平面图，且垂直截面图沿着线A-A截取；

图2是示出图1的点线圆圈a的放大图；

图3是示出根据本发明的实施例的棱柱形二次电池的具有形成在其中的电解质注入孔的基板的平面图，且垂直截面图沿着线B-B截取；

图4是示出图3的点线圆圈b的放大图；

图5是示出根据本发明的实施例的用于制造二次电池的设备的典型视图；并且

图6是示出根据本发明的另一个实施例的挤压电解质注入孔和密封构件的过程的典型视图。

具体实施方式

现在，将参照附图详细地描述本发明优的选实施例。然而，应注意，本发明的范围并不受到示出的实施例的限制。

图3是示出根据本发明的实施例的棱柱形二次电池的具有形成在其中的电解质注入孔的基板的平面图，且垂直截面图沿着线B-B截取，并且图4是典型地示出图3的点线圆圈b的放大图。

参照这些附图，基板200被设置成在其中间具有电极端子201，该端子201连接到电极组件（未示出）的阳极片，使得电极端子101从基板200伸出。基板200被设置成在其一侧处具有电解质注入孔202。在基板200的相邻于电解质注入孔202的上端处形成有凹槽，通过该凹槽将保护电路模块稳定地安装到基板200。在电极端子201与基板200之间布置有绝缘构件203，该绝缘构件203将电极端子201与基板200电隔离，该电极端子101连接到电极组件的阴极片。

基板200的电解质注入孔202的内侧的上部分被配置成具有倒角结构220，在该倒角结构中，电解质注入孔202的直径向下逐渐减小。基板200的电解质注入孔202的内侧的下部分被配置成具有非倒角结构230。非倒角结构230是垂直通过的结构基本上没有倾斜。

倒角结构220从电解质注入孔的上端向下延伸，使得倒角结构220的深度d为电解质注入孔的深度D的约0.4至0.6倍。倒角结构220的作为倒角延长线之间的角度的倾斜角度r是大约45度。

另外，倒角结构220的上端宽度W_上为密封构件204的直径R的约1.2倍，并且倒角结构220的下端宽度W_下为密封构件204的直径R的约0.7倍。非倒角结构230的宽度W等于倒角结构220的下端宽度W_下。

具有大于上端宽度W_上的直径的球形密封构件204由旋转压制机压入到电解质注入孔202中以密封电解质注入孔202。密封构件204可以是金属球。

图5是示出根据本发明的实施例的用于制造二次电池的设备的典型视图，并且图6是示出根据本发明的另一个实施例的压制机挤压电解质注入孔和密封构件的操作的典型视图。

参照这些附图连同图4，二次电池制造设备400包括：模具，用以固定棱柱形容器（未示出），该棱柱形容器具有安装在其中的电极组件（未示出）和安装到其敞开的上端的基板200；压制机430，用以在向下运动（i）期间在模具420的上方执行垂直往复运动（iii）并且挤压密封构件204，使得密封构件204被压入到基板200的电解质注入孔202中；以及控制器440，用以控制压制机430的操作。

压制机430包括：圆柱体435，用以执行垂直往复运动（iii）；以及，旋转电机437，用以使压制机430旋转。因此，当压制机430执行向下运动（i)时，压制机430在沿基于密封构件204的顺时针方向执行旋转（ii）的同时挤压密封构件204。

另外，在压制机430通过一次向下运动（i)挤压密封构件204之后，在压制机430向上移动约3cm的高度L的状态下，控制器440控制压制机430以通过约10次垂直往复运动（iii）挤压密封构件204。

在这种情况下，压制机430以例如，约3kgf的压力G的相对低的压力挤压密封构件204，以确保在塑性变形的密封构件与电解质注入孔之间的气密性和均匀性。

也就是，压制机430在通过旋转电机437沿顺时针方向旋转（ii）的同时相对于密封构件204执行垂直往复运动（iii），从而防止电解质注入孔破裂和变形。此外，提高了电解质注入孔的密封性能，从而确保了电池的气密性。

虽然出于说明性目的已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员将意识到，在不脱离如在所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、增加和替换是可能的。

工业适用性

如从上文的描述明显的，根据本发明的二次电池包括具有特定结构的电解质注入孔的基板。因此，可以减小电池的制造过程的数目以及降低二次电池的缺陷率。另外，可以大大减小电解质从电池的泄漏。

Claims (13)

1.一种二次电池，具有安装在棱柱形容器中的电极组件，其中安装到所述棱柱形容器的敞开上端的基板中形成的电解质注入孔的内侧包括：上部分，具有倒角结构，在该倒角结构中所述电解质注入孔的直径向下逐渐减小；以及下部分，具有从所述倒角结构连续形成的非倒角结构，并且，当密封构件被压入到所述电解质注入孔中时，变形成对应于所述电解质注入孔的形状的所述密封构件由于所述倒角结构与所述密封构件之间的剪切力而与所述倒角结构紧密接触并且由于所述非倒角结构与所述密封构件之间的摩擦相互作用而形成密封状态，

其中，在所述密封构件沿顺时针方向或逆时针方向旋转的同时，通过一次挤压把所述密封构件压入到所述电解质注入孔中，然后所述密封构件在预定的高度处被反复挤压以而密封所述电解质注入孔。

2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，根据所述电解质注入孔的深度(D)，所述倒角结构从所述电解质注入孔的上端在0.3×D至0.7×D的范围内向下延伸。

3.根据权利要求1所述的二次电池，其中，根据所述密封构件的直径(R)，所述倒角结构的上端宽度(W_上)满足条件：1.0×R<W_上<1.7×R。

4.根据权利要求1所述的二次电池，其中，根据所述密封构件的直径(R)，所述倒角结构的下端宽度(W_下)满足条件：0.5×R≤W_下≤0.9×R。

5.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述非倒角结构的宽度(W)等于所述倒角结构的下端宽度(W_下)。

6.根据权利要求1所述的二次电池，其中在所述倒角结构的上端宽度(W_上)与下端宽度(W_下)之间的差异满足上端宽度(W_上)的8％至42％的条件。

7.根据权利要求1所述的二次电池，其中在所述密封构件的直径(R)与所述倒角结构的下端宽度(W_下)之间的差异满足所述密封构件的直径(R)的8％至25％的条件。

8.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述倒角结构的作为倒角延长线之间角度的倾斜角度是30至70度。

9.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述密封构件以球形形状形成，并且所述电解质注入孔在水平截面上是以圆形形状形成。

10.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述密封构件是金属球。

11.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述密封构件在所述密封构件位于所述电解质注入孔上的状态下被挤压，并且通过所述向下的倒角结构来增加所述密封构件与所述电解质注入孔之间的接触面积而进一步增加所述密封构件与所述电解质注入孔之间的摩擦相互作用。

12.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述预定的高度是距离所述电解质注入孔1至5cm。

13.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述密封构件被挤压5至20次。