CN104871340B - 电池壳用的盖体 - Google Patents
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Abstract
在通过压印加工而与盖体主体(4)一体地形成有环状薄壁部(50)的结构中，形成以从盖体主体(4)突出的方式与盖体主体(4)形成为一体的突出部(6)，在该突出部(6)的平坦部(61)设置环状薄壁部(50)。
Description
技术领域
本发明涉及一种由构成电池的电池壳的金属板构成的电池壳用的盖体。
背景技术
作为使用至今的这种电池壳用的盖体，能列举出例如专利文献1等所示的结构。图6是表示现有的使用盖体的电池壳的分解立体图。图中，盖体1和有底筒状的壳主体2一起构成电池壳3。盖体1以及壳主体2由铝、铝合金、镀镍钢板、不锈钢等金属板构成。在盖体1中设置有盖体主体4和安全阀5。盖体主体4是俯视观察时形成为具有短边40和长边41的矩形状的平面部。安全阀5是用于在电池壳3内的压力超过规定值的情况下开裂从而将电池壳3内的压力释放到外部，以此防止电池壳3内的压力(以下，称为壳内压力)上升导致电池壳3破裂的构件。该安全阀5包括环状薄壁部50，该环状薄壁部50通过对构成盖体1的材料的金属板按压刻印冲头的压印加工(冲压加工)而与盖体主体4形成为一体。在电池壳3内的压力超出规定值的情况下通过环状薄壁部50的整体或者大部分断裂，从而使得安全阀5开裂。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-285892号公报
发明内容
发明要解决的问题
本申请的发明人发现了在反复进行如上所述的电池壳3的试制以及安全阀5的动作确认的过程中，由于在由金属板构成的盖体主体4中通过压印加工一体地形成环状薄壁部50而产生了特有的问题。
图7是表示壳内压力上升时的图6的盖体1的变形的说明图。如图7所示，在壳内压力上升的情况下，盖体1的盖体主体4以在沿着盖体主体4的短边方向4a的大致中央处形成沿着盖体主体4的长边方向4b延伸的棱线4c的方式变形为弧线形。因此，对配置在盖体主体4的中央部的安全阀5的环状薄壁部50施加的拉伸应力，在短边方向上比长边方向上高。另一方面，由于环状薄壁部50的内周区域，因压印加工的影响而增厚，因而壳内压力上升时的环状薄壁部50的内周区域的变形比盖体主体4整体的变形更缓慢地进行。因此，会导致应力在距离棱线4c更远的环状薄壁部50的一部分(盖体主体4的长边41一侧的部分)处过度集中。
当作用于环状薄壁部50的应力过度集中于环状薄壁部50的一部分时，仅会使这一部分断裂。在这种情况下，由于电池壳3内的压力从断裂的一部分逃逸，因而安全阀5无法正常开裂，导致壳内压力的释放速度变慢(将该状态称为慢漏)。即，在如上所述的现有结构中，因为没有针对伴随着壳内压力上升时的盖体主体4的变形的应力集中采取对策，所以安全阀5有时会无法正常开裂。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种电池壳用的盖体，能避免应力过度集中在环状薄壁部的一部分，并能使安全阀更可靠地开裂。
用于解决问题的方案
本发明的电池壳用的盖体是由构成电池壳的金属板构成的电池壳用的盖体，具备：盖体主体，俯视观察时形成为具有短边以及长边的矩形；安全阀，包括通过压印加工与盖体主体形成为一体的环状薄壁部，在电池壳内的压力超出规定值的情况下开裂，将电池壳内的压力释放到外部；以及突出部，以从盖体主体突出的方式与盖体主体形成为一体，突出部包括从盖体主体延伸出的竖壁和以周围被竖壁围起的方式设置于竖壁的端部的平坦部，安全阀设置于突出部的平坦部。
发明效果
根据本发明的电池壳用的盖体，由于在以从盖体主体突出的方式与盖体主体形成为一体的突出部的平坦部设置有安全阀，因而即使在壳内压力上升的情况下，也能将环状薄壁部的周边区域的变形抑制地很小。由此，能避免应力过度集中在环状薄壁部的一部分，并能使安全阀更可靠地开裂。
附图说明
图1是表示基于本发明的实施方式1的电池壳用的盖体的立体图。
图2是表示图1的盖体的俯视图。
图3是沿着图2的线III-III的剖视图。
图4是表示壳内压力上升时的图1的盖体的变形的说明图。
图5是表示基于本发明的实施方式2的电池壳用的盖体的俯视图。
图6是表示使用现有的盖体的电池壳的分解立体图。
图7是表示壳内压力上升时的图6的盖体的变形的说明图。
具体实施方式
以下，关于用于实施本发明的实施方式，参照附图进行说明。
实施方式1
图1是表示基于本发明的实施方式1的电池壳3用的盖体1的立体图，图2是表示图1的盖体1的俯视图，图3是沿着图2的线III-III的剖视图。此外，对于和现有的电池壳用的盖体(参照图6以及图7)相同或者等同的部分使用相同的附图标记进行说明。图1所示的盖体1与有底筒状的壳主体2(参照图6)一起构成例如在锂离子电池等电池中用于收容电解液的电池壳3(参照图6)。盖体1整体由不锈钢制金属板构成。
盖体1具有盖体主体4、安全阀5、以及突出部6。盖体主体4如图2所示，是俯视观察时形成为具有短边40以及长边41的矩形状的大致平面状的平板部。从盖体主体4的外缘开始，沿着盖体主体4的板厚方向竖直设立有侧壁部42。凸缘部43从侧壁部42的前端部开始，弯曲成大致直角。
安全阀5包括环状薄壁部50和弯曲部51。环状薄壁部50为构成安全阀5的边缘部的椭圆形的槽，通过对作为盖体1的材料的金属板进行多段压印加工而与盖体主体4形成为一体。该环状薄壁部50如图3所示，壁厚比盖体1内的其它的板面薄，在电池壳3的壳内压力超出规定值的情况下最先裂开，使安全阀5整体开裂。弯曲部51为环状薄壁部50的内周侧的板部，通过吸收利用压印加工形成环状薄壁部50时的多余厚度，沿着板厚方向弯曲变形(参照图3)。
突出部6例如通过冲压加工等的突出加工，以从盖体主体4突出的方式与盖体主体4形成为一体。突出部6包括竖壁60和平坦部61。竖壁60为沿着盖体主体4的板厚方向从盖体主体4延伸出的壁体。平坦部61是以周围被竖壁60围起的方式设置于竖壁60的端部的平坦的板部，如图2所示俯视观察时形成为为矩形状。即，在本实施方式中，突出部6作为整体形成为剖面四角形状的方筒状。竖壁60优选为沿着盖体主体4的板厚方向从盖体主体4垂直地延伸。通过由垂直于盖体主体4的壁面包围平坦部61的周围，能提高对于壳内压力(电池壳3内的压力)上升的刚性。
此处，如现有的结构那样，在壳内压力(电池壳3内的压力)上升时，在盖体主体4整体以在沿着盖体主体4的短边方向4a的大致中央处形成沿着盖体主体4的长边方向4b延伸的棱线4c的方式变形为弧线形的情况(参照图7)下，安全阀5有时不能正常开裂。在本实施方式中，将安全阀5(环状薄壁部50)设置于突出部6的平坦部61处。由此，在环状薄壁部50的周边区域，能得到对图7所示的盖体主体4的变形的刚性。
沿着短边方向4a的平坦部61的短边方向长度8(参照图2)，在使盖体主体4的短边40的长度为W的情况下为0.75W以下。沿着盖体主体4的板厚方向的竖壁60的高度9(参照图3)，在使盖体主体4的板厚为t的情况下为1.25t以上。沿着长边方向4b的平坦部61的长边方向长度10(参照图2)为1.5W以下。关于这些尺寸的意义在后述的实施例中示出。
突出部6在由盖体1以及壳主体2构成了电池壳3时，既可以以朝向电池壳3的外部突出的方式形成，也可以以朝向内部突出的方式形成。但是，优选以朝向电池壳3的内部突出的方式形成。朝向电池壳3的内部形成突出部6的方式对于因壳内压力的上升而作用于突出部6的应力，能得到更大的刚性。
在本实施方式中，环状薄壁部50设定为点对称的形状，环状薄壁部50的中心位置50a(中心点)配置成与连结平坦部61的对角的两条对角线6b的交点6c相一致(参照图2)。这样，通过使对角线6b的交点6c和环状薄壁部50的中心位置50a一致，能在环状薄壁部50的周边区域变形时，使应力遍及环状薄壁部50整体，最均等地分散。
接着，关于作用进行说明。图4是表示壳内压力上升时的图1的盖体1的变形的说明图。如图4所示，通过将环状薄壁部50及其周边区域设置在突出部6的平坦部61(竖壁60的内侧)，即使壳内压力上升，盖体主体4的变形也很难殃及环状薄壁部50及其周边区域。因此，与现有结构相比，能将环状薄壁部50的周边区域的变形抑制地很小，避免伴随着壳内压力上升时的盖体主体4的变形而应力过度集中到环状薄壁部50的一部分。由此，能防止只有环状薄壁部50的一部分断裂而引起慢漏，能使安全阀5更可靠地开裂。
接着，示出实施例。本发明的发明人将壁厚0.8mm的SUS430板作为材料，制作图1所示的盖体1，将该盖体1焊接在壳主体2上从而制成了电池壳3。并且，盖体主体4的长边41为160mm，盖体主体4的短边40为40mm，电池壳3整体的高度为100mm。此处，盖体主体4的短边40的长度为W。该长度W是规定本发明的突出部6的形状的基础上应该考虑的标准长度。
此外，安全阀5的环状薄壁部50为10mm×15mm的长椭圆，通过多段压印使环状薄壁部50的最薄部的厚度为50μm。安全阀5的工作内压以0.8～1.4MPa的范围为目标。
突出部6在图1所示的位置以朝向电池壳3的内部突出的方式形成。突出部6的尺寸为：沿着短边方向4a的平坦部61的短边方向长度8为20mm，竖壁60的高度9为2mm，平坦部61的长边方向长度10为24mm。此外，在用于使突出部6从盖体主体4突出的突出加工中，冲头R及冲模R为2mm，大致四角形的突出部的角部的R为3mm。此外，为了进行比较还制作了使用未设置突出部6的现有盖体的电池壳3，作为比较例。
如上所述在制作了电池壳3之后，在电池壳3的底面(与盖体1对置的面)连接水压试验机，不局限于电池壳3的周围地向电池壳3内施加了压力。安全阀5的工作状态和工作压的结果如下表1所示。此外，安全阀5的开裂状态用目测判定。
[表1]
如表1所示，使用了未设置突出部6的现有盖体1的电池壳3在施加了0.8MPa的压力的阶段，环状薄壁部50的一部分断裂而发生慢漏。另一方面，使用了设置有突出部6的盖体1的电池壳3在施加了1.2MPa的压力的阶段，能确认安全阀5的正常开裂。
接着，根据上述的突出部6的尺寸，只将平坦部61的短边方向长度8在18mm～30mm的范围内进行变更，并进行了相同的试验。结果如表2所示。
[表2]
如表2所示，在将短边方向长度8作为28mm以下的情况下(相对于标准长度W(＝40mm)，短边方向长度8为0.75W以下的情况)，虽然能确认安全阀5正常开裂，但是当短边方向长度8为32mm时(当短边方向长度8为比0.75W更大时)，环状薄壁部50的一部分会断裂而发生慢漏。可以认为这是由于：当短边方向长度8大时，壳内压力上升时变形会在环状薄壁部50周边的广大区域内持续进行，不能将该区域的变形抑制地很小，施加给环状薄壁部50的拉伸应力在短边方向上远远高于长边方向，无法均等地分散该应力。
接着，根据上述的突出部6的尺寸，只将竖壁60的高度9在0.8mm～2.0mm的范围内进行变更，并进行了相同的试验。结果如表3中所示。
[表3]
如表3所示，在将竖壁60的高度9作为1.0mm以上的情况下(盖体主体4的壁厚为t(＝0.8mm)，竖壁60的高度9为1.25t以上的情况)，虽然能确认安全阀5正常开裂，但是当竖壁60的高度9为0.8mm时(当竖壁60的高度9为比1.25t更小时)，环状薄壁部50的一部分会断裂而发生慢漏。可以认为这是由于：当竖壁60的高度9小时，在盖体主体4由于壳内压力而变形时，竖壁60的刚性不能承受该变形的应力，不能将环状薄壁部50的周边区域的变形抑制地很小。
接着，根据上述的突出部6的尺寸，只将平坦部61的长边方向长度10在20mm～70mm的范围内进行变更并进行了相同的试验。结果如表4所示。
[表4]
如表4所示，在将长边方向长度10作为60mm以下的情况下(相对于标准长度W(＝40mm)，长边方向长度10为1.5W以下的情况)，虽然能确认安全阀5正常开裂，但是当长边方向长度10为70mm时(当长边方向长度10为比1.5W更大时)，环状薄壁部50的一部分断裂而发生慢漏。可以认为这是由于：当平坦部61的长边方向长度10长时，不能确保环状薄壁部50的周边区域的刚性，不能将该区域的变形抑制地很小。
这样的电池壳3用的盖体1由于在以从盖体主体4突出的方式与盖体主体4形成为一体的突出部6的平坦部61设置有环状薄壁部50，因而即使在壳内压力上升的情况下，也能将环状薄壁部50的周边区域的变形抑制地很小。由此，能避免应力过度集中到环状薄壁部50的一部分，能使安全阀更可靠地开裂。而且，在构成盖体1的金属板为不锈钢的情况下，会产生由于不锈钢比铝等的强度高，因而很难使环状薄壁部50稳定地开裂这一问题，但是如本实施方式那样，通过将环状薄壁部50和其周边区域设置在突出部6的平坦部61，能使安全阀5更可靠地开裂。即，本发明在构成盖体1的金属板为不锈钢的情况下尤其有效。
此外，由于使平坦部61的短边方向长度8为0.75W以下，竖壁60的高度9为1.25t以上，平坦部61的长边方向长度10为1.5W以下，因而能更可靠地避免应力过度集中到环状薄壁部50的一部分，能使安全阀5更可靠地开裂。
进而，由于突出部6以从盖体主体4朝向电池壳3的内部突出的方式形成，因而对于由于壳内压力的上升而作用于突出部6的应力，能得到更大的刚性，能更可靠地避免应力过度集中到环状薄壁部50的一部分。
实施方式2.
图5是表示基于本发明的实施方式2的电池壳用的盖体1的俯视图。在实施方式1中，虽然说明了环状薄壁部50的中心位置50a(中心点)被配置成与连结平坦部61的对角的两条对角线6b的交点6c相一致(参照图2)，但在本实施方式2中，环状薄壁部50的连结平坦部61的角的两条对角线6b的交点6c被配置在环状薄壁部50的内部且与环状薄壁部50的中心位置50a不一致的位置。而且，所谓的环状薄壁部50的内部，不仅包括环状薄壁部50的内侧，还包括环状薄壁部50本身。其它的结构与实施方式1相同。
接着，关于作用进行说明。在壳内压力上升的情况下，例如，如图4等所示，环状薄壁部50的周边区域以平坦部61的角为基端进行变形。因此，如实施方式1那样，只要使对角线6b的交点6c与环状薄壁部50的中心位置50a一致，则环状薄壁部50的周边区域进行变形时的应力就会均等地分散到环状薄壁部50整体。
另一方面，如图5所示，在环状薄壁部50被配置成交点6c和中心位置50a相互不一致(偏离)的情况下，按照中心位置50a偏离交点6c的偏离方向以及偏离量，在施加给环状薄壁部50的应力中产生梯度。通过该应力梯度，能调整环状薄壁部50的断裂的进展。
具体地说，如图5所示，在将环状薄壁部50配置成中心位置50a位于比交点6c更靠右侧的位置的情况下，能从环状薄壁部50的左端开始断裂。此时，通过调整偏离量，能使环状薄壁部50的大部分断裂，并且使环状薄壁部50的一部分保持与盖体主体4相连接的状态。通过采用这样的结构，即使在安全阀5开裂的情况下，也能防止安全阀5从电池壳3脱落。
这样的电池壳3用的盖体1由于环状薄壁部50的连结平坦部61的角的两条对角线6b的交点6c被配置在环状薄壁部50的内部且与环状薄壁部50的中心位置50a不一致的位置，因而能在作用于环状薄壁部50的应力中有意图地产生梯度，通过该应力梯度能调整环状薄壁部50的断裂的进展。
Claims (4)
1.一种电池壳用的盖体，其为由构成电池壳(3)的金属板构成的盖体，其特征在于，
具备：
盖体主体(4)，俯视观察时形成为具有短边(40)以及长边(41)的矩形状；
安全阀(5)，包括通过压印加工与所述盖体主体(4)形成为一体的环状薄壁部(50)，在所述电池壳(3)内的压力超出规定值的情况下开裂并将所述电池壳(3)内的压力释放到外部；以及
突出部(6)，以从所述盖体主体(4)突出的方式与所述盖体主体(4)形成为一体，
所述突出部(6)包括从所述盖体主体(4)延伸出的竖壁(60)、和以周围被所述竖壁(60)围起的方式设置于所述竖壁(60)的端部的平坦部(61)，
所述安全阀(5)设置于所述突出部(6)的所述平坦部(61)，
沿着所述盖体主体(4)的短边方向(4a)的所述平坦部(61)的短边方向长度(8)在使所述盖体主体(4)的短边(40)的长度为W的情况下为0.75W以下，
沿着所述盖体主体(4)的板厚方向的所述竖壁(60)的高度(9)在使所述盖体主体(4)的板厚为t的情况下为1.25t以上，
沿着所述盖体主体(4)的长边方向(4b)的所述平坦部(61)的长边方向长度(10)为1.5W以下。
2.根据权利要求1所述的电池壳用的盖体，其特征在于，
所述平坦部(61)被设为在俯视观察时为矩形状，
连结所述平坦部(61)的对角的两条对角线(6b)的交点(6c)被配置于所述环状薄壁部(50)的内部且与所述环状薄壁部(50)的中心位置(50a)不一致的位置。
3.根据权利要求1或2所述的电池壳用的盖体，其特征在于，
所述突出部(6)以从所述盖体主体(4)朝向所述电池壳(3)的内部突出的方式形成。
4.根据权利要求1或2所述的电池壳用的盖体，其特征在于，
所述金属板为不锈钢。
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