CN1199298C

CN1199298C - 便于密封电解液注入孔的密封电池

Info

Publication number: CN1199298C
Application number: CNB001083597A
Authority: CN
Inventors: 宫崎德之; 山内康弘
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: KR20000076884A; EP1037292A1; CN1268777A; US6455193B1; KR100571228B1; TW439312B; JP2000268811A; JP4111621B2

Abstract

一种二次电池，有装在外壳内的发电元件。用其中设有注入电解液用的注入孔的密封帽覆盖外壳中的开口。用密封塞密封注入孔，密封塞由固定在密封面表面上以覆盖注入孔的支承件和至少一部分用弹性材料制成并由支承件支承的以堵塞注入孔的堵塞件构成。堵塞件用弹性材料制成并用支承件压入注入孔内。结果能容易而可靠地气密注入孔。为易于控制可把支承件做大，由此减少在密封塞连接到注入孔中时不恰当的供料之类的缺陷。

Description

便于密封电解液注入孔的密封电池

本申请以申请号为11-71864的日本专利申请为基础，该日本申请的内容在此引作参考。

技术领域

本发明涉及密封电池，特别涉及电池制造方法，在电池外壳的开口中设有密封板，密封板中设置的注入孔使能用密封塞密封的电解液注入。

背景技术

近年来，密封电池也广泛用作诸如移动电话，视听装置和计算机等便携式电子设备用的电源。有代表性的密封电池包括碱性电池，例如镍—氢蓄电池，和镍铬蓄电池，和锂离子电池。

广泛使用的两种电池是圆柱形和矩形密封电池，便携式装置中使用矩形电池时，由于它有优良的空间节约潜力，因而它受到特别关注。

密封电池的构造如下。用电解液浸渍一组正负电极形成发电元件。该发电元件放在金属圆筒构成的外壳内。用密封板密封金属壳内的开口，密封板的边缘与金属壳气密地密封，以防止电解液或气体泄漏。通常用机械填缝法构成该密封，但是在矩形密封电池中也通常采用激光焊。

一组用电解液浸渍的电极作为构件。通用的方法是，在电解液注入金属壳之前把电极组插入金属壳中，并用密封板密封电池。但是，用激光焊构成密封板与外壳中孔的边缘之间的密封时，由于电解液附着在待焊件上，在很多情况下不能构成合适的密封。

考虑到该问题，日本公开专利申请NO平-11-025936提出了以下方法。在密封板中构成直径范围为1-2mm的小孔，使电解液能注入电池。用喷嘴把电解液注入注入孔之前，首先用密封板密封金属壳中的开口。此后，用密封塞密封注入孔，密封塞激光焊到密封板，以密封电池。

用上述方法，电解液注入电池之前，密封板用激光焊在外壳中的开口上，因此，不会有因电解液附着在焊接件上而造成的密封缺陷。但是，电解液仍有可能附着在用于堵塞注入孔的密封塞上。密封塞激光焊到密封板上时，必须精确地按密封塞的外围进行焊接。但是，如果电解液附着在注入孔边缘，焊接时会出现飞溅，引起焊接缺陷。这是一个常见的问题。

为保持注入孔的小尺寸，则要使密封注入孔的密封塞很小，这就使密封塞在制造中难以控制并难以插入注入孔中。这也构成了电池制造问题。

本发明的主要目的是，提供密封电池的制造方法，(a)能减少密封板中设置的注入孔在塞封时出现的缺陷，和(b)易于密封处理。

发明内容

为达到所述目的，根据本发明的密封电池，它有发电元件、外壳、密封板、和密封塞，发电元件插入外壳内，外壳中的开口用其中设有注入电解液用的注入孔的密封板覆盖，注入孔用密封塞密封，所述密封塞包括：一支承件，其形状足以固定一堵塞件和覆盖注入孔，该支承件固定在密封板表面上以覆盖注入孔；和该堵塞件至少一部分用弹性材料构成，其形状足以被压入注入孔而将注入孔气密地密封，该堵塞件并用支承件支承，以堵塞注入孔。

根据本发明的密封塞，用于密封密封电池的密封板中设置的注入孔，注入孔用于把电解液注入密封电池，密封塞包括：一支承件，其形状足以固定一堵塞件和覆盖注入孔，该支承件固定在密封板表面上覆盖注入孔的位置；和该堵塞件至少一部分用弹性材料制成，其形状足以被压入注入孔而将注入孔气密地密封，该堵塞件并用支承件支承，以堵塞注入孔。

根据本发明的密封方法，用于密封密封电池的密封板中设置的注入孔，注入孔用于把电解液注入密封电池中，密封方法包括：密封塞制备步骤，用于制备由支承件和至少一部分由弹性材料制成并被支承件支承的堵塞件构成的密封塞；密封塞连接步骤，用于把密封塞连接到密封板，使支承件覆盖注入孔，并把堵塞件压入注入孔。

用这类密封堵塞密封注入孔时，用支承件支承密封塞的弹性堵塞件以堵塞注入孔，形成气密封。支承件连接到密封板而它们之间的连接不需要气密封，按此方法能安全而容易地密封电池。

电解液附着在注入孔边缘上时，不会造成工艺问题，例如把支承件连接到密封板用的焊接工艺。

这就是说，即使在注入孔边缘存在电解液时本发明也不会出现密封缺陷。

根据注入孔尺寸可把本密封塞的堵塞件做得很小，而为了便于操作密封塞可以把支承件做得很大。结果，也能避免制造中密封塞与注入孔对不准。

本密封塞可以用平板作支承件，使用弹性材料以构成堵塞件。这使密封塞较容易制造。

堵塞件底部的宽度要大于注入孔直径，以确保部件密封。这样做时，最好在注入孔周围的密封板中形成凹槽，以容纳堵塞件的底部。

形成支承件的外缘使支承件能容易地连接到密封板，以达到密封板边缘。这支承件边缘能使焊接到密封板边缘。

密封板的外缘最好是向上卷，使边缘容易焊到支承件边缘上。

通过以下结合附图对本发明的具体实施例的说明，本发明的这些目的和其它目的，优点和特征将会变得清楚。

附图说明

图1是本发明实施例的矩形密封电池的透视图；

图2是沿图1中A-A′线的电池的横截面图；

图3是作为对比例的矩形密封电池的透视图；

图4是沿图3中A-A′线的电池横截面图；

图5A和5B分别是本发明实施例和对比例中用的密封塞的尺寸。

具体实施方式

电池的总结构

图1是本发明实施例的矩形密封电池的透视图。图2是沿图1中A-A′线的电池的横截面图。

本矩形密封电池是二次锂电池。发电元件中已用无水电解液浸渍的螺旋缠绕电极(没画)装入有闭合底的矩形筒外壳10中。用闭合结构30覆盖外壳10中的开口。

用Al-Mn^★型合金板按有闭合底的矩形筒形状构成外壳10。Al-Mn型合金中的主要金属是铝，使电池重量轻，而添加锰可使外壳比只用铝时有更高的抗拉强度。

如图1所示，闭合结构30形状有能装入外壳10的开口中的密封板31。构成穿过密封板31的负极端32，设置把密封板31和负(电)极端32隔开的绝缘垫圈33。

用与外壳10相同的Al-Mn合金板按与外壳10中开口相同的矩形构成密封板31。在密封板31的的外边缘设置朝电池外边弯曲的向上卷的凸缘310。用激光焊把这些向上卷的凸缘310密封到外壳中开口的孔边11。

为使电池内部空间达到最大，在保证适当强度的范围内应把外壳10和密封板31做得尽可能的薄。外壳10的厚度通常规定在0.5mm左右，而密封板31的厚度通常规定在0.8mm左右。使密封板31稍厚于外壳10，以防止负(电)极端32固定到密封板31时密封板31变形。

负(电)极端32设置成帽320与轴铆接的形状。在帽320中设置安全阀机构。

负(电)极端通过垫圈33装入密封板31中设置的通孔中，并用朝密封板31卷边的轴的底部固定到密封板31。

密封板31中设置注入孔34，并用密封塞35闭合。以下详细说明该注入孔34和密封塞35。

电池的内部分结构没有示出，但它是由一组螺旋缠绕电极构成。把叠层板卷成有卵形横截面的筒形之前，把其间有隔板正负电极板的叠层构成这组电极。

给芯板上加层状碳(石墨粉)制成负电极板，并通过引线板电连接到负电极端32。另一方面，给芯板上加(a)作为正电极活性材料的包含锂的复合氧化物(例如锂钴氧化物)和(b)导电剂(例如乙炔黑)构成的正电极混合物，构成正电极板。正电极板直接连接到外壳10，它也作正电极端。

例如，把LiPF₆溶质溶解在由碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯构成的混合溶剂中制成用于浸渍电极结构的电解液。

电极结构与密封板31之间设有用绝缘树脂构成的绝缘轴套，以阻止电极结构与密封板31接触。

注入孔和密封塞

注入孔34是直径为1-2mm的孔。

如图2所示，密封塞35由其表面上(图2中，是下表面)形成有凸起件352的平压制板351构成。用弹性材料构成该凸起件352。

压制板351连接到密封板的外表面(图2中是上表面)以覆盖注入孔34，凸起件352插入注入孔34并在该插入位置由压制板351支承。

要求构成压制板351的材料有足够硬度，以便凸起件352能压入注入孔34，同时能容易焊到密封板31。例如，用与密封板31相同的铝合金制成压制板351。

要求要构成凸起件352的弹性材料能耐电解液腐蚀和耐电池正常使用中出现的高温度。例如，可用EP橡胶。

更详细地说，压制板351是比图2中水平方向的密封板31稍窄的矩形板，该方向在下面称作“横向”。压制板351两边上的横向边缘351a在密封板31表面覆盖注入孔34的位置处用装入密封板31的压制板351经激光焊到向上卷的凸缘310。

以下详细说明凸起件352的形状。

凸起件352像一个带边的帽子，它由中心柱352a，和底座352b构成。中心柱352a是直径几乎与注入孔34的直径相等的有一套锥度的圆柱。中心柱352a底部的直径稍大于注入孔34的直径。另一方面，底座352b的直径大于中心柱352a的直径。

密封板31的外表面中的注入孔34周围形成槽341以使底座352b能装入。该槽341的深度稍高于底座352b的高度。

按上述形状构成的带凸起件352的密封塞35装入注入孔34时，中心柱352a的底部的外缘对着注入孔34的内表面压入，密封电池的那部分。凸起件352的底座352b的表面对着槽341压入并密封那部分。结果，在凸起件352与注入孔34之间形成牢牢的密封。

电池的制造方法

以下说明上述矩形密封电池的制造方法。

把Al-Mn合金平板经深冲压制成有闭合底的矩形筒制成外壳10。

按以下方式制成密封板31。Al-Mn合金平板经深冲压制成向上卷的边缘10以及经锻造制成相当于槽341的凹槽。平板冲出负电极端用的通用孔和注入孔34，制成的密封板31沿向上卷的凸缘310的边缘冲制。

把垫圈33和负电极端32装入密封板31，之后负电极端32卷边到密封板31构成闭合结构30。

叠层电极绕成圆筒形之前，用连接有引线板的叠片状负极，片状隔板和片状正极重叠制成螺旋卷绕电极。之后，把制成的圆筒侧着，并压扁，制成有卵形横截面的圆筒。

密封塞35制造如下：

从铅合金板上冲出一个适当尺寸的坯件构成压制板351。在压制板351的一个表面上用树脂材料构成凸起件352，制成密封塞35。

更详细地说，用粘接剂将其连接到压制板351之前，按凸起件352的放置形状形成生EP橡胶，之后，进行硫化。另一个方法是，在压制板351的表面上按凸起件352的形状构成生EP橡胶，之后硫化。

下面说明用外壳10，闭合构件30(在该步骤没有密封塞35)，一组电极和上述方法制的密封塞35如何装配电池。

电极构件插入外壳10，负电极引线板穿过绝缘轴套并电连接到负电极端32。

之后，绝缘轴套和闭合构件30压入外壳10中的开口中，用激光束在其周围扫描把闭合构件30的向上凸缘310和外壳10的孔边11焊在一起。

如不用密封板31边缘处形成的向上卷的凸缘310进行激光焊，则要考虑从焊件向密封板31的中心的热流。这种散热会使激光件加到焊件的能量减少，使焊件容易破裂。但是，本实施例中，向上卷的凸缘310形成在密封板31中，因此，进行激光焊时，没有从焊件到密封板中心的直线路径。这会减少焊件的散热，从而减少了此处产生的热应力。结果，甚至在激光束功率减小时也能抑制焊点破裂。

之后，用电解液注入喷嘴经注入孔34把无水电解液注入外壳10中。

最后，密封塞35连接到注入孔34上，使凸起件352压进注入孔34。密封塞35用激光焊把压制板351两边上的横向边缘351a固定到向上卷的凸缘310上。进行该激光焊时，最好加外力，把压制板351压到密封板31上。

本实施例中用的密封方法的效果

以下通过与图3和图4所示对比例的比较说明本实施例中用的密封方法的效果。本说明书的后面会详细说明该对比例。但重点是用密封塞135密封注入孔，密封塞135完全是用铝合金构成的，其直径基本上等于注入孔34的直径。

本实施例和对比例中，在密封塞插入注入孔34而使其密封之前，无水电解液经注入孔34注入外壳34中，之后，密封塞激光焊到电池。但是，进行该激光焊时，注入孔34的边缘上往往会有无水电解液。

用对比例的密封塞135时，为了有助于焊接密封，在激光焊的过程中应使密封塞135和注入孔34之间的边缘气密。如果注入孔34的边缘处有无水电解液，密封塞135注入到注入孔34就像是对要焊到一起的底座135b与槽341之间的边缘上存在的无水电解液加压(即按图2和4中的箭头C所示方向加压)。这会造成激光焊过程中的飞溅，导致密封不良。

另一方面，当本实施例的密封塞35插入注入孔34和压制板351焊到密封板31时，用压制板351把凸起件352压进注入孔34中，使凸起件352与注入孔34之间形成气密封。甚至当压制板351激光焊到密封板31时也不会得到气密封，把凸起件352对着注入孔挤压仍能使注入孔34密封，因此，在要进行激光焊的部分存在电解液时不会使电池密封不良。

由于本实施例中，要进行激光焊的部分处于距离注入孔34一定距离处。因此，不会出现注入孔34的边缘上存在的无水电解液在焊接部分周围挤出的现象。这就是说，不会出现因无水电解液存在而造成的焊接缺陷。

用本实施例所述的密封塞35能容易而安全地密封注入孔34。

用对比例的密封塞135时，必须焊接注入孔34的边缘四周。但是，用本实施例，压制板351两边上的横向边缘351a焊到向上卷起的凸缘310，以把密封板31固定到压制板351。

由于密封板的边缘比其中心部分激光束更容易照射到，本实施例比对比例更容易进行激光焊。

要求激光束的轴垂直于焊接件表面(即，为了保持焊接面的高度不变)。

对比例中，要形成使密封板的底座135b装入的槽341，以恒定激光束入射表面的高度。本实施例中，规定向上卷起的凸缘310的高度大致等于压制板351的厚度，使向上卷起的凸缘310的高度等于横向边缘351a的高度，因此，较容易保持入射表面的恒定高度。

本发明的进一步的效果是，密封塞更容易控制并连接到电池。该效果以下会更详细说明。

对比例的密封塞135的直径是大致等于注入孔34的直径的小直径。这使其在实际制造中难以正确地把密封塞135插入注入孔34中。例如，密封塞移动并插入注入孔之前，即使密封塞135放在吸盘上也会出问题。

另一方面，本实施例的密封塞35是用几乎与电池本身宽度相同的压制板351构成。这就使密封塞35容易连接到吸盘并正确定位和连接密封塞35。

按此方法，用本实施例的密封塞35时会减少密封塞连接中出现的问题。

可能的改进和其它说明

已说明过的本实施例的密封塞35有完全用弹性材料制成的凸起件352，尽管这种凸起件352只有一部分可以用弹性材料制成。

例如，只有凸起件352的中心柱352a可以用弹性材料制成，底座352b用刚性材料制成，反之，凸起件352的中心柱352a用刚性材料制成，只是凸起件352的底座352b用弹性材料制成。

但是，为了达到密封好，凸起件352的表面最好用弹性材料制成。这就是说，如上所述整个凸起件352最好用弹性材料制造。或者，凸起件352的内芯用刚性材料制造，但其表面要用弹性材料制造。

本实施例中，用对压制板351的横向边缘351a和向上卷的凸缘310进行激光焊的较容易的工艺把压制板351连接到密封板31。但是，密封板31的任何部分和压制板351的外边缘都能焊接。

本实施例中，是以矩形板为例来说明压制板351，但压制板351可以是任何形状，形状如圆形。

本实施例中，为便于激光焊压制板和密封板，已说明的压制板是用与密封板相同的铝合金制成的。但是，压制板不必用与密封板相同的材料制造。

本实施例中，所述的外壳和密封板是用铝合金制成，尽管用不锈钢或其它材料也能达到本发明的目的。如上所述，压制板最好用与密封板相同的材料(如不锈钢等)制造。

压制板351只需固定密封板31的表面以覆盖注入孔34，把凸起件352压入注入孔34，以起到密封塞35中的支承件的功能。尽管压制板是板状更好，压制板351也可以不是板状，但是，密封塞也能制成例如带棒形支承件的密封件。

本实施例说明了用于锂二次电池的外壳，尽管本发明能用于使用无水电解液的任何电池，例如，镍-氢或其它任何碱性电池。本发明不限于二次电池，也能用于原电池。

最后，本实施例说明了矩形密封电池，本发明也能用于柱形密封电池。

实例

按上述实施例制成矩形密封电池，该电池高48mm、宽30mm、厚10mm。

用0.8mm厚的铝合金板制造密封板31，注入孔34的直径是1.6mm。

密封塞35的尺寸如图5A所示，它的总高度是1.8mm，压制板351宽4.3mm，厚0.4mm，凸起件352的中心柱352a最宽部分的直径是1.7mm，底座352b的直径是2.2mm。

对比例

图3是用作对比例的常规矩形密封电池的透视图。图4是沿图3中A-A′线的该电池的横截面图。

图3和4中与图1和2中相同的构件用相同的数字指示。

对比例的矩形密封电池与本实施例的实例的差别是密封注入孔34所用的方法不同。

更详细的说，对比例用的密封塞的直径与注入孔34的直径相同，为了密封注入孔34，密封塞完全用铝合金制成，以此代替本发明的密封塞。

密封塞135的形状与本实施例的密封塞35的凸起件352的形状相同。它由要装入注入孔34的凸起件135a和其直径大于凸起件135a的直径并要装入槽341的底座135b构成。

密封塞135的底座135b的外缘激光焊到密封板31中的槽341，以密封注入孔34。

如上所述，本发明的实例中密封板31的尺寸和注入孔34的尺寸相同。

密封塞135的尺寸示于图5B中，它的总高度是1.2mm，凸起件135a最宽处的直径是1.6mm，底座135b的直径是2.2mm。

试验

在生产线上制成上述的本发明的实例和对比例。对两种电池测试注入孔34的泄漏率和密封塞的连接缺陷率。

生产线上，用连续滑动密封塞35把密封塞插入密封塞35或密封塞135沿轨道进入预定位置，在此处用吸盘吸住一个密封塞35或135之后插入注入孔34。之后，只在密封塞已正确插入注入孔34的电池位置处进行激光焊。

然后，对用本发明实例方法连续制成的电池和对比例进行老化试验。

测得的泄漏率，是在老化试验中注入孔34与密封塞之间的间隙中漏出电解液的电池比率。

测得的连接缺陷率是在密封注入孔34时密封塞的不恰当的插入注入孔34电池比率。

试验结果列于表1中。

表1

	实例	对比例
	实例	对比例	泄漏率	0.75％	21.82％
连接缺陷率	0.15％	5-30％	泄漏率	0.75％	21.82％

从表1可看出，本发明实例的电池比对比例电池其泄漏率和连接缺陷比要小很多。

实例电池的低泄漏率表明注入孔34和密封塞35之间的密封缺陷很少。

在轨道上连续供给密封塞135造成密封塞135相互挤压，由于供给密封塞造成的问题而使对比例电池出现高连接缺陷率。由于发明实例中的密封塞35连续顺利地供给到预定位置，而使发明实例电池的连接缺陷率小。

如上所述，按本发明密封电池的密封板中设置的注入孔时，能容易而恰当地构成密封。在密封塞在实际制造中连接到注入孔时，连接缺陷数还会减少。这就是说，本发明结构明显地提高了密封电池的生产效率。

尽管用实例结合附图充分说明了本发明。注意，对本行业技术人员而言，还会有各种变化和改型，但是这些变化和改型不脱离本发明范围，它们均包括在本发明要求保护的范围内。

Claims

1、密封电池，它有发电元件、外壳、密封板、和密封塞，发电元件插入外壳内，外壳中的开口用其中设有注入电解液用的注入孔的密封板覆盖，注入孔用密封塞密封，所述密封塞包括：

一支承件，其形状足以固定一堵塞件和覆盖注入孔，该支承件固定在密封板表面上以覆盖注入孔；和

该堵塞件至少一部分用弹性材料构成，其形状足以被压入注入孔而将注入孔气密地密封，该堵塞件并用支承件支承，以堵塞注入孔。

2、按权利要求1的密封电池，其特征在于，支承件是焊到密封板的平板，堵塞件以支承件表面向外凸起。

3、按权利要求2的密封电池，其特征在于，支承件用与密封板相同的材料制成。

4、按权利要求1的密封电池，其特征在于，堵塞件至少一部分用耐电解液腐蚀的橡胶制成。

5、按权利要求1的密封电池，其特征在于，密封电池是矩形。

6、按权利要求1至5中任一项的密封电池，其特征在于，支承件有扩大成密封板边缘大小的边缘。

7、按权利要求6的密封电池，其特征在于，密封板有向上卷起的外边缘，支承件焊到密封板的外边缘。

8、按权利要求1至5中任一项的密封电池，其特征在于，堵塞件有宽于注入孔的底座。

9、按权利要求8的密封电池，其特征在于，堵塞件有比堵塞件的凸起部分宽的底座。

10、按权利要求8的密封电池，其特征在于，密封板用注入孔周围的凹进部分构成，凹进部分的形状与堵塞件的底座匹配。

11、密封塞，用于密封密封电池的密封板中设置的注入孔，注入孔用于把电解液注入密封电池，密封塞包括：

一支承件，其形状足以固定一堵塞件和覆盖注入孔，该支承件固定在密封板表面上覆盖注入孔的位置；和

该堵塞件至少一部分用弹性材料制成，其形状足以被压入注入孔而将注入孔气密地密封，该堵塞件并用支承件支承，以堵塞注入孔。

12、按权利要求11的密封塞，其特征在于，支承件是平板，堵塞件从支承件表面向外凸起。

13、按权利要求12的密封塞，其特征在于，支承件用金属板制成。

14、按权利要求11的密封塞，其特征在于，堵塞件的至少一部分用耐电解液腐蚀的橡胶制成。

15、按权利要求11至14中任一项的的密封塞，其特征在于，堵塞件有比注入孔宽的底座。

16、按权利要求11至14中任一项的密封塞，其特征在于，堵塞件有比堵塞件的凸起部分宽的底座。

17、密封方法，用于密封密封电池的密封板中设置的注入孔，注入孔用于把电解液注入密封电池中，密封方法包括：

密封塞制备步骤，用于制备由支承件和至少一部分由弹性材料制成并被支承件支承的堵塞件构成的密封塞；

密封塞连接步骤，用于把密封塞连接到密封板，使支承件覆盖注入孔，并把堵塞件压入注入孔。

18、按权利要求17的密封方法，其特征在于，密封塞连接步骤，用焊接法把支承件连接到密封板。