CN103443955B - 层叠式电池的包覆件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的层叠式电池的包覆件的制造方法以在内外一个表面上设置热可塑性树脂层（30）并在内外另一个表面上设置润滑被膜（31）的奥氏体系的不锈钢箔（32）为原材料，以设置热可塑性树脂层（30）的面与冲头（42）对置的方式配置不锈钢箔（32），在使冲头（42）的肩部（42c）所接触的、不锈钢箔（32）的环状区域（32a）的温度为20℃以下并使环状区域（32a）的外部区域（32b）的温度为40℃以上且100℃以下的状态下，不使用润滑油地对不锈钢箔（32）实施拉延加工。
Description
技术领域
本发明涉及层叠式电池的包覆件的制造方法，特别地，涉及这样的新的改进：以在内外一个表面上设置热可塑性树脂层并在内外另一个表面上设置润滑被膜的奥氏体系的不锈钢箔为原材料，在适合于上述原材料的温度条件下不使用润滑油地进行拉延加工，据此能够对应于电池的大容量化并且能够降低在层叠式电池的内部混入杂质的可能性。
背景技术
近年来，作为例如锂电池等二次电池的形式之一，利用包覆件（层压板）将电池元件密封起来的层叠式电池备受注目。在下述的专利文献1中公开了以奥氏体系的不锈钢箔作为原材料，对常温的不锈钢箔实施拉延加工，据此来制造形成了用于容纳电池元件的突出部的包覆件。这样，通过使用以不锈钢箔作为原材料的包覆件，能够构成重量轻且强度高的层叠式电池。
这样的层叠式电池适用于电动汽车等，为了实现延长电动汽车的续航距离等目的，期望其容量大。为了增大层叠式电池的容量，需要确保更大的能够容纳电池元件的空间，但在上述那样的结构中，由于对常温的不锈钢箔实施拉延加工，因此若欲形成深的突出部，则会发生破裂等成形不良。
在下述的专利文献2中公开了下述结构，即在对奥氏体系的不锈钢板实施拉延加工时，对不锈钢箔的与冲头接触的区域进行冷却，而对其外部区域进行加热，一边供给润滑油一边进行将冲头压入不锈钢箔的温热加工，据此实现深拉延。
（现有技术文献）
（专利文献）
专利文献1：日本特开2004-52100号公报
专利文献2：日本特开2009-113058号公报
发明内容
（发明所要解决的问题）
本申请人研究了在制造如专利文献1所记载那样的层叠式电池的包覆件时，采用专利文献2所记载那样的拉延加工，明确了会产生以下的问题。即，在上述的专利文献2所记载的方法中，由于一边供给润滑油一边进行拉延加工，因此需要在拉延加工后进行脱脂清洗，但在使用通过该拉延加工制造出的包覆件来构成层叠式电池的情况下，存在润滑油、附着在润滑油上的尘埃等混入电池内部的可能性，会成为状况不良的原因。另一方面，即使单纯地不使用润滑油，也会无法使材料顺利地移动而无法实现深拉延。
本发明为了解决上述那样的问题而提出，其目的在于提供能够对应于电池的大容量化并且能够降低杂质混入层叠式电池的内部的可能性的层叠式电池的包覆件的制造方法。
（解决问题的措施）
在本发明所涉及的层叠式电池的包覆件的制造方法中，以在内外一个表面上设置热可塑性树脂层并且在内外另一个表面上设置润滑被膜的奥氏体系的不锈钢箔为原材料，以设置了热可塑性树脂层的面与冲头对置的方式配置不锈钢箔，在使冲头的肩部所接触的、不锈钢箔的环状区域的温度为20℃以下并使环状区域的外部区域的温度为40℃以上且100℃以下的状态下，不使用润滑油地对不锈钢箔实施拉延加工，据此制造形成了用于容纳电池元件的突出部的层叠式电池的包覆件。
（发明的效果）
根据本发明的层叠式电池的包覆件的制造方法，由于以在内外一个表面上设置热可塑性树脂层并在内外另一个表面设置了润滑被膜的奥氏体系的不锈钢箔为原材料，在适合于上述原材料的温度条件下，不使用润滑油地进行拉延加工，因此利用加热而软化的热可塑性树脂层以及润滑被膜发挥以往的润滑油的功能，能够不使用润滑油地实现深拉延。据此，能够对应于电池的大容量化，并且能够降低杂质混入层叠式电池的内部的可能性。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的层叠式电池的立体图。
图2是沿图1的II-II线的截面图。
图3是图2的第一以及第二包覆件的截面图。
图4是表示用于制造图2的第二包覆件的层叠式电池的包覆件的制造方法的实施中使用的模具的结构图。
图5是表示应用了本实施方式的层叠式电池的包覆件的制造方法的情况下的拉延加工性的说明图。
图6是表示使用了润滑油的情况下的拉延加工性的说明图。
图7是表示对省镍（Ni）奥氏体系不锈钢箔应用本实施方式的层叠式电池的包覆件的制造方法的情况下的拉延加工性的说明图。
图8是表示对省镍（Ni）奥氏体系不锈钢箔使用了润滑油的情况下的拉延加工性的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。
（实施方式1）
图1是表示本发明的实施方式1的层叠式电池的立体图。在图中，在电池壳体2的内部容纳有电池元件1。众所周知，电池元件1是正电极、负电极以及隔板（separator）的层叠体，并浸在电解液中。电池元件1与一对接头3（正电极以及负电极的引出端子）连接。接头3向电池壳体2的外部引出，与未图示的外部电源或外部负载连接。在电池壳体2上设置有多个安装孔2a。安装孔2a用于例如将层叠式电池安装在电动汽车等安装对象上。
接下来，图2是沿图1的II-II线的截面图。如图所示，电池壳体2包括平板状的第一包覆件20以及设置了突出部21a的第二包覆件21。电池元件1容纳于由第二包覆件21的突出部21a与第一包覆件20形成的容纳空间22。即，突出部21a用于容纳电池元件1。另外，突出部21a通过拉延加工而形成，在后文中使用附图详细地进行说明。
接下来，图3是图2的第一以及第二包覆件20、21的截面图。如图所示，第一以及第二包覆件20、21以在内外一个表面上设置热可塑性树脂层（层叠层）并在内外另一个表面上设置润滑被膜31的不锈钢箔32为原材料。
热可塑性树脂层30是由加热到120～200℃的程度就会熔融的树脂构成的60μm左右的树脂层。在第一以及第二包覆件20、21的热可塑性树脂层30相互重合的状态下，一边按压第一以及第二包覆件20、21，一边对第一以及第二包覆件20、21施加热，使第一以及第二包覆件20、21的热可塑性树脂层30相互热熔接（热密封（heat-seal）），据此形成图1所示的电池壳体2。作为上述的热可塑性树脂层30，例如可以单独地使用热熔接绝缘性膜即聚乙烯膜或聚丙烯膜，或者也可以将聚对苯二甲酸乙二醇酯膜接合在不锈钢箔32的接合部分，并在上述膜上层叠聚乙烯膜或者聚丙烯膜等热熔接绝缘性膜而形成。
润滑被膜31是为了赋予包覆件20、21优异的成形性、耐化学品性而设置的2μm左右的层。作为上述润滑被膜31，可以使用例如本申请人在日本特开2008-307092号公报中公开的树脂被膜，即从聚乙烯醇树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂中选出的一种或两种以上所形成的、OH基的分子量占该树脂的总分子量的比例为0.2以上的材料等。
作为不锈钢箔32，可以使用10～400μm的程度的奥氏体系的不锈钢板。关于奥氏体系不锈钢，越是若在常温下施加形变则奥氏体不稳定的钢种，奥氏体越容易发生马氏体相变，因此具有与加工硬化相结合地通过相变硬化而显著地硬质化的性质。因此，通过一边冷却后述的冲头42（参照图4）的肩部42d所接触的、不锈钢箔32的环状区域而维持高强度，一边加热其外部区域来抑制马氏体相变所导致的硬质化，能够大幅地提高拉延加工性。
接下来，图4是表示用于制造图2的第二包覆件21的层叠式电池的包覆件的制造方法的实施中所使用的模具4的结构图。如图所示，在模具4上设置有以夹着不锈钢箔32的方式配置的下模40以及上模45。在下模40上设置有底座41、固定于底座41的冲头42、配置于冲头42的外周位置且经由缓冲销43而与底座41连结的压料板（blankholder）44。在上模45上设置有滑座（slide）46、配置在压料板44的上方且经由间隔件47固定于滑座46的冲模48。
在滑座46上连接有未图示的伺服电机。滑座46、间隔件47以及冲模48、即上模45利用来自伺服电机的驱动力，而向与下模40接近以及远离的方向被一体地驱动。上模45向与下模40接近的方向移位，据此冲头42与不锈钢箔32一起被压入冲模48的内侧，来实施拉延加工。
在冲头42上设置有与未图示的外部制冷剂系统连接的导入路42a、经过导入路42a导入制冷剂的冷却室42b、以及排出来自冷却室42b的制冷剂的排出路42c。即，冲头42可以利用制冷剂向冷却室42b的导入而被冷却。上述被冷却的冲头42与不锈钢箔32接触，据此将冲头42的肩部42d所接触的、不锈钢箔32的环状区域32a冷却。另外，关于不锈钢箔32的冷却范围，至少环状区域32a被冷却即可，也可以不仅是环状区域32a，而包括环状区域32a的内侧区域来冷却。在本实施方式中，由于构成为利用冲头42对不锈钢箔32进行冷却，因此不仅是环状区域32a，而且直至环状区域32a的内部区域也被冷却。
另外，虽未图示，但通过将经由弹簧等与滑座连结的对置冲头配置在与冲头对置的位置，并且在对置冲头上设置制冷剂导入的冷却室，能够进一步提高不锈钢板32的冷却效果。
在压料板44以及冲模48中，内置有用于加热这些压料板44以及冲模48的加热器44a、48a。不锈钢箔32被这些加热了的压料板44以及冲模48夹持，据此环状区域32a的外部区域32b被加热。
接下来，对使用图4的模具4的层叠式电池的包覆件的制造方法进行说明。在制造图2所示的具有突出部21a的第二包覆件21的情况下，在处于上模45离开下模40的状态时，以设置了热可塑性树脂层30的面与冲头42对置的方式将不锈钢箔32载置在冲头42以及压料板44之上，而后使上模45下降到由压料板44以及冲模48夹持不锈钢箔32的位置为止。使不锈钢箔32的载置方向为设置了热可塑性树脂层30的面与冲头42对置的方向是为了如图2所示那样，利用热可塑性树脂层30将第一包覆件20与第二包覆件21热熔接。另外，在将冲头42配置在上方且将冲模48配置在下方的情况下，不锈钢箔32被载置在冲模48上。
此时，将冲头42冷却并加热压料板44以及冲模48，据此使不锈钢箔32的环状区域32a处于20℃以下且0℃以上，并且使不锈钢箔32的外部区域32b处于40℃以上且100℃以下，优选为60℃以上且100℃以下，更优选为60℃以上且80℃以下。
使环状区域32a处于20℃以下是因为，若高于20℃，则无法充分地获得因马氏体相变引起的冲头部的断裂强度的提高。另外，使环状区域32a处于0℃以上是因为，若环状区域小于0℃，则霜会附着在冲头42、环状区域上而有损成型品的成形性，并且存在脱模时因温度收缩而导致成型品溃形的担忧。
使外部区域32b处于40℃以上是因为，若外部区域32b的温度小于40℃，则无法充分地获得抑制因马氏体相变而引起的硬质化的效果。另外，使外部区域32b处于100℃以下是因为，存在若外部区域的温度高于100℃，则热可塑性树脂层30会熔融的担忧。通过避免热可塑性树脂层30的熔融，能够维持第一包覆件20和第二包覆件21的热密封性能。另外，是因为通过使外部区域的温度处于40℃以上且100℃以下，能够使热可塑性树脂层30成为软化的状态而不熔融。通过这样使热可塑性树脂层30软化可以得到热可塑性树脂层30的润滑性。
在使环状区域32a以及外部区域32b的温度成为上述那样的温度后，使上模45进一步下降。据此，冲头42与不锈钢箔32一起被压入冲模48的内侧，来实施拉延加工，制造具有突出部21a的第二包覆件21。贯穿这样的拉延加工的整体都不使用润滑油。
接下来，图5是表示应用了本实施方式的层叠式电池的包覆件的制造方法的情况下的拉延加工性的说明图。本申请人利用图4所示的结构，使用圆形形状的模具4以各种拉延比（原材料的直径／加工品的直径）的条件，尝试制造了具有φ40的突出部21a的包覆件21。另外，作为热可塑性树脂层30，采用60μm的聚丙烯膜（酸改性聚丙烯（厚度为30μm，熔点为120℃）＋均聚聚丙烯（厚度为30μm，熔点为160℃）），作为润滑被膜31，采用添加了10%的蜡的2μm的水性聚氨酯树脂膜，作为不锈钢箔32，采用了板厚为100μm的奥氏体系的不锈钢箔（SUS304）。此外，冲头42的直径为40.0mm，冲头肩部R为2.5mm，冲模48的孔径为40.4mm，冲模肩R为2.0mm。
在这种条件下，将环状区域32a（冲头42）的温度设为10℃，使外部区域32b（压料板44以及冲模48）的温度从常温（25℃）至100℃变化而进行了拉延加工。如图5所示，在常温下即使进行拉延比为2.1的加工也产生了成形不良。然而，在使外部区域32b的温度处于40℃以上且100℃以下的范围的情况下，即使进行了拉延比更大的加工，也能够成形。从上述结果可知，通过应用本实施方式的温度条件，能够不使用润滑油地实现深拉延。
接下来，图6是表示使用了润滑油的情况下的拉延加工性的说明图。作为比较例，本申请人针对未设置热可塑性树脂层30以及润滑被膜31的板厚为100μm的奥氏体系的不锈钢箔（SUS304），如以往技术那样一边供给润滑油，一边实施了拉延加工。如图6所示，在使用了润滑油的情况下，与应用了本实施方式的方法的情况相比，能够成形的拉延比的上限低。可以认为这是由于，在本实施方式的温度范围内，通过加热而软化的热可塑性树脂层30以及润滑被膜31与润滑油相比具有优异的润滑性。从上述结果可知，以设置有热可塑性树脂层30以及润滑被膜31的奥氏体系的不锈钢箔32为原材料、并对上述原材料实施温热加工的优越性。
接下来，图7是表示将本实施方式的层叠式电池的包覆件的制造方法应用于省镍（Ni）奥氏体系不锈钢箔的情况下的拉延加工性的说明图。本申请人也针对使用板厚为100μm的省镍（Ni）奥氏体系不锈钢箔（16Cr-2.5Ni-3Mn-3Cu）作为不锈钢箔32的情况，调查了加工性。如图7所示，在常温下进行了拉延比为2.1的加工的情况下也产生了成形不良，但在将外部区域32b的温度设定在40℃以上且100℃以下的范围内的情况下，即使进行了拉延比更大的加工也能够成形。从上述结果可知，通过应用本实施方式的温度条件，即使是省镍（Ni）奥氏体系不锈钢箔也能够不使用润滑油地实现深拉延。另外，关于图7所示的实施例的加工条件，除了不锈钢箔32的原材料之外，与图5所示的实施例的加工条件相同。
接下来，图8是表示针对省镍（Ni）奥氏体系不锈钢箔使用了润滑油的情况下的拉延加工性的说明图。与图6的比较例同样地，针对未设置热可塑性树脂层30以及润滑被膜31的、板厚为100μm的省镍（Ni）奥氏体系不锈钢箔，如以往技术那样一边供给润滑油一边实施了拉延加工。如图8所示，在使用了润滑油的情况下，与应用本实施方式的方法的情况相比，能够成形的拉延比的上限低。可以认为这是由于，在本实施方式的温度范围内，通过加热而软化的热可塑性树脂层30以及润滑被膜31与润滑油相比具有优异的润滑性。从上述结果可知，即使在将省镍（Ni）奥氏体系不锈钢箔作为原材料的情况下，实施温热加工也是具有优势的。
在这种层叠式电池的包覆件的制造方法中，以在内外一个表面上设置热可塑性树脂层30并且在内外另一个表面上设置润滑被膜31的奥氏体系的不锈钢箔32为原材料，在适合于上述原材料的温度条件下不使用润滑油地进行拉延加工，据此能够对应于电池的大容量化，并能够降低杂质混入层叠式电池的内部的可能性。另外，由于能够制造设置了足够深的突出部21a的包覆件21，因此即使与平板状的第一包覆件20贴合也能够确保充分的容纳空间22。由于通过实施拉延加工而包覆件产生形变，因此存在若贴合具有突出部的包覆件彼此，则会发生因形变引起的贴合不良的情况，但如本实施方式那样通过使一个包覆件20为平板状，能够降低发生贴合不良的可能性。
另外，在实施方式中说明了，通过将冲头42冷却并加热压料板44以及冲模48，使不锈钢箔32的环状区域32a为20℃以下且0℃以上，并使不锈钢箔32的外部区域32b为40℃以上且100℃以下的情况，但将环状区域以及外部区域的温度设定为规定温度的方法并不局限于此，例如，也可以采用在加热作为原材料的不锈钢箔整体后，使与冲头不同的冷却体抵住环状区域等的方法。
Claims (1)
1.一种层叠式电池的包覆件的制造方法，其中，
以在内外一个表面上设置热可塑性树脂层(30)并在内外另一个表面上设置润滑被膜(31)的奥氏体系的不锈钢箔(32)为原材料，以设置了所述热可塑性树脂层(30)的面与冲头(42)对置的方式配置所述不锈钢箔(32)，在使所述冲头(42)的肩部(42d)所接触的、所述不锈钢箔(32)的环状区域(32a)的温度为20℃以下且0℃以上并使所述环状区域(32a)的外部区域(32b)的温度为40℃以上且100℃以下的温度的状态下，不使用润滑油而对所述不锈钢箔(32)实施拉延加工，据此制造形成了用于容纳电池元件(1)的突出部(21a)的层叠式电池的包覆件(21),
其中，所述热可塑性树脂层(30)单独地使用作为热熔接绝缘性膜的聚乙烯膜或聚丙烯膜而形成，或者将聚对苯二甲酸乙二醇酯膜接合在所述不锈钢箔(32)的接合部分并在其上层叠聚乙烯膜或聚丙烯膜而形成，
所述润滑被膜(31)为从聚乙烯醇树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂中选出的一种或两种以上所形成的、OH基的分子量占树脂的总分子量的比例为0.2以上的材料。
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