CN110024161A - 用于在分层板材中形成波纹拐角密封接头的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种成形装置配置成将金属层压板材形成为托盘形半壳，同时允许材料在成形过程中在凹部的拐角中形成褶皱，同时防止沿凸缘形成褶皱。该装置形成凸缘，使得半壳的拐角中的过量材料以起伏形状布置。因此，凸缘在每个拐角处具有波形或褶皱构造。两个这样的半壳沿着凸缘密封在一起，以形成可靠密封的包装。还描述了一种形成袋状电池的方法。

Description

用于在分层板材中形成波纹拐角密封接头的装置和方法

背景技术

锂离子电池单元以各种电池类型提供，以处理各种各样的安装情况的空间要求，并且汽车中使用的最常见类型为圆柱形电池、棱柱形电池和袋状电池。电池类型表现出基本相同的内部结构，包括阳极、阴极、将阴极空间与阳极空间隔开的隔膜、电解质/溶剂和锂源，但它们的一般尺寸、电池外壳和容积能效方面可以明显不同。

关于电池外壳，例如，圆柱形电池和棱柱形电池各自通常具有刚性外壳，该刚性外壳通常由金属或塑料制成，而袋状电池仅由金属层压膜材料制成的柔性外封套包围，该柔性外封套将实际电池空间密封以与环境隔开。可以使用拉延工艺形成袋状电池，该拉延工艺产生托盘状半壳，随后将其密封在一起以形成袋状电池外壳。例如，在由铝层压膜形成的一些传统的袋状电池外壳中，两个相同的层压膜板各自在拉延过程中形成，以包括拉延至约6mm至8mm深度的中心凹部，以及环绕中心凹部的平面凸缘。为了使用所拉延的板组装袋状电池，形成电极的活性材料和分离器以被夹在板之间的方式设置在凹部中，并且利用加热元件将板的凸缘围绕中心凹部的圆周焊接在一起，以形成传统的（拉延的）袋状电池。

然而，用于形成袋状电池的金属层压膜的最大拉延深度受到金属层压膜的金属层的材料特性的限制，由此，由于金属层压膜的拉延限制，每个半壳具有有限的深度。例如，一些铝层压膜材料具有约6mm至8mm的最大拉延深度，并且拉延至更大的深度可能导致由于该区域中的材料过应力和拉延而在半壳的拐角中撕裂铝层。因此，包括拉延步骤的成形过程将可形成的袋状电池的总高度限制为约10mm至16mm，其中通过将活性材料夹在两个拉延膜之间获得16mm的电池高度h，其中电池高度h对应于用于形成袋的材料的拉延方向。该高度限制又限制了可以储存在袋状电池内的活性材料的量。具有拉延电池外壳的这种传统的袋状电池通常由具有大面积（例如，长度和宽度尺寸）的板形成，以实现可接受的能量输出。也就是说，电池高度与长度或宽度的纵横比非常小（例如，小于0.1）。为了形成具有更大电力存储容量的电池袋状电池，期望形成具有更大总深度的袋状电池。

发明内容

在一些方面，提供了一种用于制造成形工件的成形装置。该装置包括模块和冲头，当压在一起时，模块和冲头协作以提供具有期望形状的工件。模块包括模工作表面、背离模工作表面的模支撑表面以及将模工作表面连接到模支撑表面的模周向边缘。模工作表面具有表面特征，该表面特征包括具有多边形形状的中心凹部，该多边形形状限定至少三个模顶点，每个模顶点具有拐角半径，以及在中心凹部和模周向边缘之间延伸的模凸缘。模凸缘具有在中心凹部和模周向边缘之间延伸的至少一个交替的模脊和模通道。至少一个交替的模脊和模通道沿着每个顶点的拐角半径设置，并且当在截面中观察时限定曲线轮廓。冲头包括面向模工作表面的冲头工作表面、背离冲头工作表面的冲头支撑表面以及将冲头工作表面连接到冲头支撑表面的冲头周向边缘。冲头工作表面包括表面特征，该表面特征为与模工作表面的表面特征逆的表面特征。模块和冲头可在模块和冲头间隔开第一距离的第一位置和模块和冲头间隔开小于第一距离的第二距离的第二位置之间移动。模块和冲头被配置成使得当处于工件设置在模工作表面和冲头工作表面之间的第二位置时，模块和冲头协作以提供具有期望形状的工件。

成形装置可包括以下特征中的一个或多个：当模块和冲头处于第二位置时，模块的表面特征与冲头的表面特征之间的间隔在包括模顶点的区域中比在与模顶点间隔开的区域中更大。冲头工作表面的表面特征包括具有多边形形状的中心突起，该多边形形状具有至少三个冲头顶点，每个冲头顶点具有拐角半径，以及在中心突起和冲头周向边缘之间延伸的冲头凸缘。冲头凸缘具有在中心突起和冲头周向边缘之间延伸的至少一个交替的冲头脊和冲头通道。至少一个交替的冲头脊和冲头通道沿着每个顶点的拐角半径设置，并且当在截面中观察时限定曲线轮廓。模块的中心凹部包括模端面和环绕模端面的模侧壁，每个模侧壁经由模顶点中的一个模顶点连接到相邻的模侧壁。冲头的中心突起包括冲头端面和环绕冲头端面的冲头侧壁，每个冲头侧壁经由冲头顶点中的一个冲头顶点连接到相邻的冲头侧壁。另外，当模块和冲头处于第二位置时，冲头的中心突起设置在模块的中心凹部内，使得冲头端面面向模端面并与模端面间隔开第二距离，冲头侧壁面向模侧壁并且与模侧壁间隔开第二距离，并且每个冲头顶点的拐角半径设置在每个模顶点的拐角半径的相应的一个中，并且与每个模顶点的拐角半径的相应的一个间隔开第三距离。第二距离小于第三距离。模凸缘环绕中心凹部，模凸缘在设置在相邻顶点之间的模凸缘的部分中具有线性轮廓，冲头凸缘环绕中心凹部，并且冲头凸缘在设置在相邻顶点之间的模凸缘的部分中具有线性轮廓。中心凹部具有四个侧面，并且每对相邻侧面由一个模顶点连接。中心凹部包括大致平行于凸缘的端面，以及垂直于凸缘并将端面连接到凸缘的侧面。

在一些方面，提供了一种由两个板材坯料制造密封包装的方法。该方法包括提供一种模块，其包括模工作表面、背离模工作表面的模支撑表面以及将模工作表面连接到模支撑表面的模周向边缘。模工作表面包括包含中心凹部和模凸缘的表面特征。中心凹部具有多边形形状，该多边形形状限定至少三个模顶点，每个模顶点具有拐角半径。模凸缘在中心凹部和模周向边缘之间延伸。模凸缘具有在中心凹部和模周向边缘之间延伸的至少一个交替的模脊和模通道。至少一个交替的模脊和模通道沿着每个顶点的拐角半径设置，并且当在截面中观察时限定曲线轮廓。

该方法可以包括提供与模块逆的冲头。

该方法可以包括在模块和冲头之间插入第一材料板。

该方法可以包括：在成形过程中将冲头压入模块中，使得第一材料板形成为具有由第一凸缘环绕的第一中心凹部的第一半壳，以及由在第一凸缘中在与第一中心凹部的顶点对应的位置处形成的交替的模脊和模通道限定的第一波浪。

该方法可以包括从模块和冲头中移除第一半壳。

该方法可包括在模块和冲头之间插入第二材料板。

该方法可以包括：在成形过程中将冲头压入模块中，使得第二材料板形成为具有由第二凸缘环绕的第二中心凹部的第二半壳，以及由在第二凸缘中在与第二中心凹部的顶点对应的位置处形成的交替的模脊和模通道限定的第二波浪。

该方法可以包括从模块和冲头中移除第二半壳。

该方法可以包括将第一半壳和第二半壳组装在一起，使得第一凸缘和第二凸缘的面向冲头的表面彼此接触，并且第一波浪嵌套在第二波浪内。

该方法可包括通过在第一凸缘和第二凸缘之间围绕第一和第二中心凹部的圆周形成密封线，而将第一半壳凸缘连接到第二半壳凸缘。在一些实施例中，形成密封线包括将热量施加到第一和第二凸缘中的至少一者。

该方法可以包括压制冲头的步骤，包括：使冲头相对于模块从冲头的凸缘与模块的凸缘间隔开第一距离的第一位置移动到冲头的凸缘与模块的凸缘间隔开第二距离的第二位置。第一距离足够大以允许材料板插入模块和冲头之间，并且第二距离小于第一距离。

该方法可以包括这样的特征，其中，当冲头的凸缘与模块的凸缘间隔开第二距离时，模顶点与冲头的顶点间隔开第三距离，其中第三距离大于第二距离。

在一些方面，提供了一种电池单元。电池单元包括电池外壳和设置在电池外壳中的电极组件。电池外壳包括：第一柔性金属层压膜材料板，其由具有多边形形状的第一周向边缘界定，当在俯视平面图中观察时，该多边形形状限定至少三个顶点，以及第二柔性金属层压膜材料板，其由具有多边形形状的第二周向边缘界定，当在俯视平面图中观察时，该多边形形状限定至少三个顶点。第二板与第一板堆叠，并且第一板沿着密封线连接到第二板，该密封线沿着相应的周向边缘延伸并且限定在平行于第一板和第二板的堆叠方向的平面中为曲线的路径。

电池单元可包括以下特征中的一个或多个：第一板包括具有多边形形状的第一中心凹部，该多边形形状限定至少三个第一顶点，每个第一顶点具有拐角半径，以及在第一中心凹部和第一板周向边缘之间延伸的第一凸缘。第一凸缘具有在第一中心凹部和第一板周向边缘之间延伸的至少一个交替的脊和通道。至少一个交替的脊和通道沿着每个第一顶点的拐角半径设置，并且当在截面中观察时限定曲线轮廓。类似地，第二板包括具有多边形形状的第二中心凹部，该多边形形状限定至少三个第二顶点，每个第二顶点具有拐角半径，以及在第二中心凹部和第二板周向边缘之间延伸的第二凸缘。第二凸缘具有在第二中心凹部和第二板周向边缘之间延伸的至少一个交替的脊和通道。至少一个交替的脊和通道沿着每个第二顶点的拐角半径设置，并且当在截面中观察时限定曲线轮廓。第一板和第二板由相同材料形成，该材料包括夹在聚合物层之间的铝膜层。第一板和第二板中的每者的中心凹部在成形过程中形成至大于10毫米的深度，并且凸缘没有褶皱。第一凸缘环绕第一中心凹部，并且第一凸缘在第一凸缘的设置在相邻的第一顶点之间的部分中具有线性轮廓。另外，第二凸缘环绕第二中心凹部，并且第二凸缘在第二凸缘的设置在相邻的第二顶点之间的部分中具有线性轮廓。第一中心凹部包括大致平行于第一凸缘的第一端面，以及垂直于第一凸缘并将第一端面连接到第一凸缘的第一侧面。第一中心凹部的深度大于第一板的拉延深度，其中第一中心凹部的深度对应于第一凸缘和第一端面之间的距离。

坚固的袋状电池形成装置和方法用于提供电池单元，该电池单元具有由铝层压膜形成的袋状电池外壳，该铝层压膜形成为托盘形半壳，在该半壳的拐角中没有拉延和过应力。因此，可以提供具有比通过一些传统拉延方法形成的袋状电池更大的总深度的袋状电池。例如，铝层压膜可以形成为具有大于10mm的深度的托盘形半壳，以提供高度大于20mm的袋状电池。另外，袋状电池形成为在半壳之间具有可靠的密封接头。

该装置和方法提供了一种成形工艺，该工艺在金属层压膜的拐角上没有拉延和过应力的情况下进行，同时提供了一种具有由凸缘环绕的相对深的凹部的半壳。特别地，该装置和方法将金属层压板材料形成为托盘形半壳，同时允许材料在成形过程中在凹部的拐角中形成褶皱，同时防止沿凸缘形成褶皱。该装置和方法形成凸缘，使得半壳的拐角中的过量材料以起伏形状布置。因此，凸缘在每个拐角处具有波形或褶皱构造。在凹部拐角处的凹部内形成褶皱是可接受的，因为在该区域中没有形成密封接头。然而，由于半壳沿着凸缘彼此密封，因此沿着凸缘形成褶皱是不希望的，因为它们会妨碍在两个半壳之间形成可靠的密封和连接。通过将在凸缘拐角中发现的多余材料成形为起伏或波浪，可以容纳过量的材料而不会使其自身向后折叠，并且可以沿着未褶皱的起伏表面形成可靠的密封接头。特别地，波形凸缘构造允许在半壳之间形成可靠的密封，即使在半壳深度相对较大时，例如10mm或更大。

附图说明

图1为用作成形装置的元件的冲头的透视图。

图2为用作成形装置的另一元件的模块的透视图。

图3为沿图4中线3-3可见的成形装置的剖视图。

图4为沿图2中线4-4可见的成形装置的剖视图，其示出了处于第一位置（虚线）和第二位置（实线）的成形装置。

图5为半壳的顶部透视图。

图6为半壳的底部透视图。

图7为示出由两部分板材制造密封包装的方法的流程图。

图8为包括两个半壳的电池外壳的分解图。

图9为由半壳形成且包括设置在电池外壳中的电极组件（以虚线示意性地示出）的电池的分解图。

具体实施方式

参考图1-6，成形装置10用于将工件（例如材料板120）成形为袋状电池半壳110a，其可与另一半壳连接在一起以形成用于电池单元100的袋状电池外壳102。成形装置10包括：冲头60，其在材料板120上执行压制操作；以及模块20，其在压制操作期间牢固地夹持材料板120并与冲头60配合以形成具有期望形状的半壳110a。模块20和冲头60成形为使得在其间形成的每个半壳110a设置有确保与配对半壳110b相互对齐并且有助于与配对半壳110b的可靠密封连接的特征，如下面详细讨论的。下面详细描述由两部分板材制造密封包装、诸如柔性金属箔层压电池单元外壳102的方法。另外，下面还详细描述通过这种方法形成的电池单元100。

模块20为金属块，其包括：模工作表面21、背离模工作表面21的模支撑表面22以及将模工作表面21连接到模支撑表面22的模周向边缘23。模工作表面21形成为具有表面特征，该表面特征有助于限定在成形装置10内形成的工件的形状。模工作表面21包括中心凹部26，该中心凹部26由模周向边缘23环绕并与模周向边缘23间隔开。中心凹部26具有多边形形状。在所示实施例中，中心凹部26具有直角矩形形状，但不限于此形状。因此，中心凹部26具有：第一模侧壁27；在一端连接到第一模侧壁27的第二模侧壁28；第三模侧壁29，其平行于第一模侧壁27并连接到第二模侧壁28；以及第四模侧壁30，其与第二模侧壁28平行并且与第一模侧壁27和第三模侧壁29连接。模顶点24在四个侧壁27、28、29、30的交叉处形成，并且每个模顶点24具有拐角半径。中心凹部26包括位于四个侧壁27、28、29、30的一端的封闭端32。

模工作表面21包括模凸缘34，模凸缘34环绕四个侧壁27、28、29、30的开口端31。模凸缘34在中心凹部26和模周向边缘23之间延伸，并且大致平行于中心凹部封闭端32并从中心凹部封闭端32偏移。模凸缘34具有在相邻的模顶点24之间延伸的大致平面部分。另外，模凸缘34具有设置在每个模顶点24处的波形部分38。每个波形部分38包括在中心凹部26和模周向边缘23之间延伸的交替的模脊39和模通道40。模脊39和模通道40之间的过渡是平滑弯曲的，使得每个波形部分38在截面中观察时限定起伏的曲线轮廓。另外，模脊39和模通道40在中心凹部26处具有比在模周向边缘23处更小的振幅和波长。

冲头60为金属块，其包括：面向模工作表面21的冲头工作表面61、背离冲头工作表面61的冲头支撑表面62以及将冲头工作表面61连接到冲头支撑表面62的冲头周向边缘63。冲头工作表面61形成为具有表面特征，该表面特征与模工作表面21的特征相协作，从而有助于限定在成形装置10内形成的工件的形状。

冲头工作表面61包括中心突起66，中心突起66由冲头周向边缘63环绕并与冲头周向边缘63间隔开。中心突起66具有与模中心凹部26的形状对应的形状。在所示实施例中，中心突起66具有直角矩形形状，并包括：第一冲头侧壁67，在一端连接到第一冲头侧壁67的第二冲头侧壁68，在一端连接到第二冲头侧壁68并且平行于第一冲头侧壁67的第三冲头侧壁69，以及连接到第一冲头侧壁67和第三冲头侧壁69并且平行于第二冲头侧壁68的第四冲头侧壁70。冲头顶点64在四个侧壁67、68、69、70的交叉处形成，并且每个冲头顶点64具有拐角半径。中心突起66包括位于四个侧壁67、68、69、70的一端的封闭端72。

冲头工作表面61包括冲头凸缘74，冲头凸缘74环绕四个冲头侧壁67、68、69、70的开口端71。冲头凸缘74在中心突起66和冲头周向边缘63之间延伸，并且大致平行于中心突起封闭端72并从中心突起封闭端72偏移。冲头凸缘74具有在相邻的冲头顶点64之间延伸的大致平面部分。另外，冲头凸缘74具有设置在每个冲头顶点64处的波形部分78。每个波形部分78包括在中心突起66和冲头周向边缘63之间延伸的交替的冲头脊79和冲头通道80。冲头脊79和冲头通道80之间的过渡是平滑弯曲的，使得每个波形部分78在截面中观察时限定起伏的曲线轮廓。另外，冲头脊79和冲头通道80具有在中心突起66处小于在冲头周向边缘63处的振幅和波长。

冲头工作表面61的表面特征（即，包括平面部分77和波形部分78的中心突起66和冲头凸缘74）具有与模工作表面21的表面特征的形状逆的形状（即，包括平面部分37和波形部分38的中心凹部27和模凸缘34）。然而，为了适应在模工作表面21和冲头工作表面61之间压制的工件的厚度，冲头工作表面61的表面特征的尺寸略小于模工作表面21的表面特征的尺寸，如下面进一步讨论的。

在使用中，模块20和冲头60的支撑表面22、62各自牢固地固定在压力机（未示出）内，该压力机使冲头60相对于模块20移动，以便执行压制操作。例如，模块20和冲头60可在第一缩回位置和第二前进位置之间移动。

在第一位置，模块20和冲头60间隔开第一距离d1，第一距离d1至少足以允许平面工件插入模块工作表面21和冲头工作表面61之间。

在第二位置，模块20和冲头60移动得更靠近在一起，例如通过将冲头60压入模块20中，使得冲头60的表面特征嵌套在模块20的表面特征内。更具体地，在第二位置，冲头中心突起66设置在模块中心凹部26内，使得冲头端面72面向模端面32并且与模端面32间隔开距离d2。在第二位置，冲头侧壁67、68、69、70面向模侧壁27、28、29、30并且与模侧壁间隔开距离d2。在第二位置，冲头凸缘74的平面部分37和波形部分面向模凸缘34的相应平面部分37和波形部分38，并与模凸缘34的相应平面部分37和波形部分38间隔开距离d2。另外，在第二位置，每个冲头顶点64的拐角半径65设置在相应的模顶点24的拐角半径25中，并且与每个模顶点24的相应拐角半径25间隔开距离d3，其中距离d2小于距离d3。

因此，当模块20和冲头60处于第二位置时，模块的表面特征与冲头的表面特征之间的间隔（例如，加工间隙）在包括顶点的区域中比在顶点间隔开的区域中更大。顶点24、64处的较大间隔适应在成形期间在顶点处聚集的过量工件材料的褶皱，并且允许在模块20和冲头60的面对顶点24、64之间发生褶皱，而不会损坏工件材料的拉延和过应力。应当指出，在模凸缘34的波形部分38和冲头凸缘74的波形部分78之间提供最小的过量间隔，因为在工件的凸缘中不希望褶皱。相反，波形部分38、78的起伏通过在与交替脊39、79和通道40、80的弯曲表面相对应的较长路径上修整多余材料来容纳多余材料。

第二距离d2足够小，使得当工件设置在模工作表面21和冲头工作表面61之间时，并且模块20和冲头60处于第二前进位置，模块20和冲头60配合以提供所需形状的工件。在一些实施例中，距离d2与工件的厚度有关，因为距离d2略大于工件的厚度。例如，如果用于提供工件的板材为厚度约为0.15mm的铝箔层压板，则距离d2约为0.2mm。在同一示例中，距离d3可以在0.4mm至1.0mm的范围内，或者可选地在0.5至0.7mm的范围内。在所示实施例中，距离d3约为6mm。

参考图7，现在将描述由两部分板材料制造密封包装的方法。

在初始步骤中，提供成形装置10，成形装置10包括模块20和冲头60，如上面关于图1和2所述（步骤200）。成形装置10定位在第一缩回位置，其中模块20和冲头60间隔开第一距离d1，第一距离d1至少足以允许平面工件插入模块工作表面21和冲头工作表面61之间。

当成形装置10处于第一位置时，工件插入模块20和冲头60之间（步骤202）。在所示实施例中，工件为第一材料板。在一些实施例中，第一材料板为柔性金属箔层压材料的矩形板。在第一材料板由夹在聚丙烯层和聚乙烯层之间的金属箔形成的应用中，聚丙烯层布置成面向冲头工作表面61，并且聚乙烯层被布置成面向模工作表面21。

在将第一材料板插入模块20和冲头60之间之后，将成形装置10从第一缩回位置移动到第二前进位置（步骤204）。特别地，冲头60在成形过程中被压入模块20中，从而形成第一半壳110a。例如，第一半壳110a包括第一矩形凹部126a、环绕第一凹部126a的第一凸缘134a。第一凸缘134a包括在与第一凹部126a的拐角相对应的位置处的波形部分138a，以及在波形部分138a之间延伸的平面部分137a。

接下来，将成形装置10从第二前进位置移动到第一缩回位置，并且从成形装置10移除第一半壳110a（步骤206）。

步骤200-206示出了如何使用包括模块20和冲头60的一对成形元件形成第一半壳110a。为了提供被配置成与第一半壳110配合的第二半壳110b，需要在成形装置10中使用第二组成形元件对。第二对成形元件包括配对模块（未示出）和配对冲头（未示出），其中配对模块工作表面为模块20的工作表面21的镜像，以及配对冲头工作表面为冲头60的工作表面61的镜像。下面关于步骤208-212描述形成第二半壳110b的步骤：

在成形装置10处于第一缩回位置的情况下，将第二材料板插入配对模块和配对冲头之间（步骤208）。在一些应用中，第二材料板具有与第一材料板相同的形状、尺寸和材料。在第二材料板由夹在聚丙烯层和聚乙烯层之间的金属箔形成的应用中，聚乙烯层被布置成面向冲头工作表面61，并且聚丙烯层被布置成面向模工作表面21。

在将第二材料板插入配对模块和配对冲头60之间之后，成形装置10从第一缩回位置移动到第二前进位置（步骤210）。特别地，在成形过程中将配对冲头压入配对模块中，从而形成第二半壳110b。例如，第二半壳110b为第一半壳110a的镜像，并且包括第二矩形凹部126b、环绕第二凹部126b的第二凸缘134b。第二凸缘134b包括在与凹部126b的拐角相对应的位置处的波形部分138b，以及在波形部分138b之间延伸的平面部分137b。

接下来，将成形装置10从第二前进位置移动到第一缩回位置，并且从成形装置10移除第二半壳110b（步骤212）。

一旦已形成第一半壳110a和第二半壳110b，就组装包装。这包括将第一半壳110a和第二半壳110b组装在一起，其中相应的凹部126a、126b开口彼此面对，并且待封闭的产品设置在由第一凹部126a和第二凹部126b限定的空间中。另外，相应的第一凸缘134a和第二凸缘134b对齐，并且第一半壳110a的波形部分137a与第二半壳110b的波形部分137b嵌套（步骤214）。

在组装包装之后，通过围绕凹陷部分127a、127b的圆周形成密封线，将第一半壳凸缘134a连接到第二半壳凸缘134b（步骤216）。密封线通过向第一和第二凸缘施加热量而形成，例如通过使用热密封装置、焊接或其他适当的连接技术。在对应于波形部分的区域中，密封线限定了沿波浪的曲线路径。

在一些实施例中，可以修剪掉过量的凸缘材料（例如，设置在密封线和半壳周向边缘之间的凸缘材料）。另外或另选地，然后可折叠凸缘以紧密地覆盖凹陷部分127的侧壁。

在一些实施例中，该方法用于形成袋状电池外壳102的半壳110a、110b。每个半壳110a、110b为柔性金属层压膜材料板，其在成形装置10内形成，以具有上述形状，该形状包括由凸缘134a、134b环绕的中心凹部126a、126b，其中凸缘134a、134b包括在中心凹部126a、126b的每个顶点处的波形部分138a、138b。为了提供电池100，两个半壳110a、110b组装在一起，形成电极组件200的活性材料和分离器（电极组件200用虚线示意性地表示）以及电解质设置在中心凹部126a、126b中，以使得被夹在半壳110a、110b之间。另外，半壳110a中的一者的凸缘134a与另一半壳110b的凸缘134b层叠，并且凸缘134a、134b围绕中心凹部126a、126b的圆周通利用加热元件焊接在一起，以形成密封的袋状电池100。热密封过程产生密封线，该密封线限定了为曲线的并且行进通过平行于凸缘平面部分137a、137b的平面P的路径。由于凸缘的波形部分的起伏构造，凸缘没有折叠或褶皱，并且密封线在组装的半壳110a、110b之间形成可靠的密封接头。如本文所用，术语“折叠”和/或“褶皱”是指这样的构造，其中材料层自身向后折叠，使得材料层的一部分覆盖材料层的另一部分。

在一些实施例中，用于形成袋状电池外壳102的每个半壳110a、110b具有中心凹部深度，该深度大于金属层压膜材料的拉延深度，其中中心凹部的深度对应于凸缘与凹部端面之间的距离。因此，袋状电池外壳102的电池高度大于一些传统的拉延袋状电池的电池高度。

为了将液体电解质添加到袋状电池外壳102，可以形成具有小间隙，例如约5mm至10mm的间隙的周向延伸的密封线。所述间隙允许电解质注入袋状电池外壳102中，并且还可以用于抽真空操作以从袋状电池外壳中移除气体。完成这些操作后，间隙被密封。

在一些实施例中，一个半壳110a由第一材料的第一板形成，并且配对半壳110b由第二材料的第二板形成，并且第一材料与第二材料相同。例如，第一和第二板可以由金属层压膜材料形成，该金属层压膜材料包括夹在聚合物层之间的铝膜层。在一些实施例中，当铝层压膜材料用于形成半壳110a、110b时，第一半壳110a和第二半壳中的每者的中心凹部在成形过程中形成至大于10mm的深度，并且凸缘没有折叠或褶皱。

将柔性金属层压膜折叠并焊接以形成袋状电池外壳。尽管在所示实施例中用于形成袋状电池的材料是具有聚丙烯层、铝箔层和聚乙烯层的柔性的、三层金属层压膜，但用于形成袋状电池的材料可具有更多或更少的层数和/或使用不同的材料来形成各层。在一个示例中，用于手机中的一些电池采用袋状电池外壳，其具有以下三层，它们通过相邻层之间的薄粘合剂连接：定向尼龙/铝箔/聚丙烯。在另一个示例中，用于电动车辆中的一些电池组采用具有以下四层的袋状电池外壳，所述四层通过相邻层之间的薄粘合剂连接：聚对苯二甲酸乙二醇酯/定向尼龙/铝箔/聚丙烯。

在所示实施例中，该方法用于形成电池单元的袋状电池外壳。然而，应当理解，该方法可用于形成需要可靠密封的其他产品和/或包装，包括但不限于食品包装。

在本文描述的方法中，成形装置10采用单独的两对的成形元件，其中包括模块20和冲头60的第一对用于形成第一半壳110a，以及包括配对模块和配对冲头的第二对用于形成第二半壳110b。然而，应当理解，如果模块20和冲头60以使得相应的工作表面的一半穿过对称轴线镜像相同工作表面的另一半的方式形成，则仅需要一对成形元件。

在本文所述的方法中，使用两个单独的板材坯料，并且每个坯料用于形成随后组装在一起的单个半壳。然而，应当理解，可以使用单个较大的板材坯料来形成两个半壳，并且可以通过适当地折叠较大的坯料来组装两个半壳。

以上在一些细节中描述了装置和方法的选择性说明性实施例。应当理解，本文仅描述了被认为是为澄清装置和方法所必需的结构。其他传统结构以及该装置和方法的辅助和附属部件的结构被假定为本领域技术人员已知和理解的。此外，虽然上面已经描述了装置和方法的工作示例，但是所述装置和/或方法不限于上述工作示例，而是可以在不脱离权利要求中阐述的装置的情况下执行各种设计变更。

Claims (17)

1.一种用于制造成形工件的装置，所述装置包括模块和冲头，当压在一起时，所述模块和冲头协作以提供具有期望形状的工件，

所述模块包括模工作表面、背离所述模工作表面的模支撑表面以及将所述模工作表面连接到所述模支撑表面的模周向边缘，所述模工作表面包括表面特征，所述表面特征包括：

具有多边形形状的中心凹部，所述多边形形状限定至少三个模顶点，每个模顶点具有拐角半径，以及

在所述中心凹部和所述模周向边缘之间延伸的模凸缘，所述模凸缘具有在所述中心凹部和所述模周向边缘之间延伸的至少一个交替的模脊和模通道，所述至少一个交替的模脊和模通道沿着每个顶点的拐角半径设置，并且当在截面中观察时限定曲线轮廓；

所述冲头包括面向所述模工作表面的冲头工作表面、背离所述冲头工作表面的冲头支撑表面以及将所述冲头工作表面连接到所述冲头支撑表面的冲头周向边缘，所述冲头工作表面包括与所述模工作表面的表面特征逆的表面特征，

其中，

所述模块和所述冲头可在所述模块和所述冲头间隔开第一距离的第一位置和所述模块和所述冲头间隔开小于所述第一距离的第二距离的第二位置之间移动，

所述模块和所述冲头被配置成使得当处于所述工件设置在所述模工作表面和所述冲头工作表面之间的第二位置时，所述模块和所述冲头协作以提供具有期望形状的工件。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，当所述模块和冲头处于所述第二位置时，所述模块的表面特征与所述冲头的表面特征之间的间隔在包括所述模顶点的区域中比在与所述模顶点间隔开的区域中更大。

3. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述冲头工作表面的表面特征包括：

具有多边形形状的中心突起，所述多边形形状具有至少三个冲头顶点，每个冲头顶点具有拐角半径，以及

在所述中心突起和所述冲头周向边缘之间延伸的冲头凸缘，所述冲头凸缘具有在所述中心突起和所述冲头周向边缘之间延伸的至少一个交替的冲头脊和冲头通道，所述至少一个交替的冲头脊和冲头通道沿着每个顶点的拐角半径设置，并且当在截面中观察时限定曲线轮廓。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，

所述模块的中心凹部包括模端面和环绕所述模端面的模侧壁，每个模侧壁经由所述模顶点中的一个模顶点连接到相邻的模侧壁，

所述冲头的中心突起包括冲头端面和环绕所述冲头端面的冲头侧壁，每个冲头侧壁经由所述冲头顶点中的一个冲头顶点连接到相邻的冲头侧壁，以及

当所述模块和冲头处于第二位置时，

所述冲头的中心突起设置在所述模块的中心凹部内，使得所述冲头端面面向所述模端面并与所述模端面间隔开第二距离，

所述冲头侧壁面向所述模侧壁并与所述模侧壁间隔开第二距离，以及，

每个冲头顶点的拐角半径设置在每个模顶点的拐角半径的相应拐角半径中，并且与每个模顶点的拐角半径中的相应拐角半径间隔开第三距离，其中所述第二距离小于所述第三距离。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，

所述模凸缘环绕所述中心凹部，

所述模凸缘在设置在相邻顶点之间的所述模凸缘的部分中具有线性轮廓，

所述冲头凸缘环绕所述中心凹部，以及

所述冲头凸缘在设置在相邻顶点之间的所述模凸缘的部分中具有线性轮廓。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述中心凹部具有四个侧面，并且每对相邻侧面由一个所述模顶点连接。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述中心凹部包括大致平行于所述凸缘的端面，以及垂直于所述凸缘并将所述端面连接到所述凸缘的侧面。

8.一种由两个板材坯料制造密封包装的方法，所述方法包括：

提供一种模块，所述模块包括模工作表面、背离所述模工作表面的模支撑表面以及将所述模工作表面连接到所述模支撑表面的模周向边缘，所述模工作表面包括表面特征，所述表面特征包括：

具有多边形形状的中心凹部，所述多边形形状限定至少三个模顶点，每个模顶点具有拐角半径，以及

在所述中心凹部和所述模周向边缘之间延伸的模凸缘，所述模凸缘具有在所述中心凹部和所述模周向边缘之间延伸的至少一个交替的模脊和模通道，所述至少一个交替的模脊和模通道沿着每个顶点的拐角半径设置，并且当在截面中观察时限定曲线轮廓；

提供与所述模块逆的冲头；

在所述模块和所述冲头之间插入第一材料板；

在成形过程中将所述冲头压入所述模块中，使得所述第一材料板形成为具有由第一凸缘环绕的第一中心凹部的第一半壳，以及由在所述第一凸缘中在与所述第一中心凹部的顶点对应的位置处形成的所述交替的模脊和模通道限定的第一波浪；

从所述模块和冲头中移除所述第一半壳；

在所述模块和所述冲头之间插入第二材料板；

在成形过程中将所述冲头压入所述模块中，使得所述第二材料板形成为具有由第二凸缘环绕的第二中心凹部的第二半壳，以及由在所述第二凸缘中在与所述第二中心凹部的顶点对应的位置处形成的所述交替的模脊和模通道限定的第二波浪；

从所述模块和冲头中移除所述第二半壳；

将所述第一半壳和所述第二半壳组装在一起，使得所述第一凸缘和所述第二凸缘的面向冲头的表面彼此接触，并且所述第一波浪嵌套在所述第二波浪内；

通过在所述第一凸缘和所述第二凸缘之间围绕所述第一和第二中心凹部的圆周形成密封线，而将所述第一半壳凸缘连接到所述第二半壳凸缘。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，形成密封线包括向所述第一和第二凸缘中的至少一者施加热量。

10.根据权利要求8所述的方法，其中：

压制所述冲头的步骤包括：使所述冲头相对于所述模块从所述冲头的凸缘与所述模块的凸缘间隔开第一距离的第一位置移动到所述冲头的凸缘与所述模块的凸缘间隔开第二距离的第二位置，

所述第一距离足够大以允许所述材料板插入所述模块和所述冲头之间，

所述第二距离小于所述第一距离。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，当所述冲头的凸缘与所述模块的凸缘间隔开所述第二距离时，所述模顶点与所述冲头的顶点间隔开第三距离，其中所述第三距离大于所述第二距离。

12.一种电池单元，包括：

电池外壳和设置在所述电池外壳中的电极组件，所述电池外壳包括：

由第一周向边缘界定的第一柔性金属层压膜材料板，所述第一周向边缘具有多边形形状，当在俯视平面图中观察时，所述多边形形状限定至少三个顶点，

由第二周向边缘界定的第二柔性金属层压膜材料板，所述第二周向边缘具有多边形形状，当在俯视平面图中观察时，所述多边形形状限定至少三个顶点，

其中，

所述第二板与所述第一板堆叠，并且所述第一板沿着密封线连接到所述第二板，所述密封线沿着相应的周向边缘延伸并且限定在平行于所述第一板和所述第二板的堆叠方向的平面中为曲线的路径。

13.根据权利要求12所述的电池单元，其中：

所述第一板包括：

具有多边形形状的第一中心凹部，所述多边形形状限定至少三个第一顶点，每个第一顶点具有拐角半径，以及

在所述第一中心凹部和所述第一板周向边缘之间延伸的第一凸缘，所述第一凸缘具有在所述第一中心凹部和所述第一板周向边缘之间延伸的至少一个交替的脊和通道，所述至少一个交替的脊和通道沿着每个第一顶点的拐角半径设置，并且当在截面中观察时限定曲线轮廓，以及

所述第二板包括：

具有多边形形状的第二中心凹部，所述多边形形状限定至少三个第二顶点，每个第二顶点具有拐角半径，以及

在所述第二中心凹部和所述第二板周向边缘之间延伸的第二凸缘，所述第二凸缘具有在所述第二中心凹部和所述第二板周向边缘之间延伸的至少一个交替的脊和通道，所述至少一个交替的脊和通道沿着每个第二顶点的拐角半径设置，并且当在截面中观察时限定曲线轮廓。

14.根据权利要求13所述的电池单元，其中：

所述第一板和所述第二板由相同材料形成，所述材料包括夹在聚合物层之间的铝膜层，

所述第一板和所述第二板中的每者的中心凹部在成形过程中形成至大于10毫米的深度，并且

所述凸缘没有褶皱。

15. 根据权利要求13所述的电池单元，其中：

所述第一凸缘环绕所述第一中心凹部，并且所述第一凸缘在所述第一凸缘的设置在相邻的第一顶点之间的部分中具有线性轮廓，以及

所述第二凸缘环绕所述第二中心凹部，并且所述第二凸缘在所述第二凸缘的设置在相邻的第二顶点之间的部分中具有线性轮廓。

16.根据权利要求13所述的电池单元，其中，所述第一中心凹部包括大致平行于所述第一凸缘的第一端面，以及垂直于所述第一凸缘并将所述第一端面连接到所述第一凸缘的第一侧面。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述第一中心凹部的深度大于所述第一板的拉延深度，其中所述第一中心凹部的深度对应于所述第一凸缘和所述第一端面之间的距离。