CN1619860A - 密闭方形电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子二次电池等的方型形状的密闭方形电池。当盖焊接在外壳主体的上面开口上时，使一部分的焊接强度变弱，得到一面实现电池的防爆，一面充分地确保对由下落等引起的撞击的电池强度的密闭方形电池。具有上面有开口的方筒形的外壳主体(4)和内嵌在外壳主体(4)的开口中的方形的盖(5)的外壳主体(4)的开口和盖(5)形成前后宽度尺寸相对于左右长度尺寸小的左右横宽形。外壳主体(4)的开口周边和盖(5)的外周边焊接成左右横宽的方框状。外壳主体(4)和盖(5)之间的焊接部(10)在前后的长边部分(10a·10b)的左右方向的端侧具有焊接强度弱的脆弱部(11)。

Description

密闭方形电池
技术领域
本发明是关于锂离子(Lithium Ion)二次电池等的方型形状的密闭方形电池。
背景技术
在特开2001-43845号公报(段落号0009-0011、图1)、特开2003-17029号公报(段落号0015·0020、图1·5)、特开平9-259842号公报(段落号0021-0023、图2·5)、特开2001-135358号公报(段落号0029-0030、图4)中，公开了在方筒形状的外壳主体的上端开口中内嵌盖，用激光(laser)将盖的外周边和外壳主体的开口周边之间焊接成密封状的密封方形电池。
在特开2001-43845号公报(段落号0009-0011、图1)、特开2003-17029号公报(段落号0015·0020、图1·5)中，当盖和外壳主体之间进行焊接时，使焊接部的一部分的焊接强度比其他部分弱。于是，在由于过充电等产生的气体(gas)引起电池内压异常上升的情况下，伴随电池的膨胀，上述焊接强度弱的部分比其他部分前开裂，电池内的气体从该裂缝放出。由此达到电池的防爆。
在特开2001-43845号公报(段落号0009-0011、图1)中，使焊接强度弱的部分在电池上面的左右横宽方向的中央被相对地配置在2处，并与在电池上面的中央配置的负极端子等输出端子靠近。输出端子从电池上面突出，当电池误落下时容易和地面等碰撞。在此情况下，电池上面的中央发生大的弯曲，上述焊接强度弱的部分容易发生开裂。
另外，在电池在使用状态长时间放置时，气体积存在电池内，具有大面积的电池的前后壁被向前后方向按压。此时，在电池上面，应力在中央集中，因此存在焊接强度弱的部分发生开裂的危险。
在特开2003-17029号公报(段落号0015·0020、图1·5)中，使盖的外周边的一部分的厚壁变薄而使焊接强度变弱的部分配置在电池上面的左右横宽方向的一端。因此，在上述长时间放置时，焊接强度弱的部分变得不易开裂，但电池上面的左右横宽方向的一端的强度就变得不充分，在由于电池的下落等，在电池的左右横宽方向的一端施加撞击的情况下，上述盖的薄壁部就容易发生变形而开裂。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种密封方形电池，其在盖焊接在外壳主体的上面开口中时，使一部分的焊接强度变弱，一面适当地达到防爆，一面充分地保证由电池下落等引起的撞击的电池强度。
本发明作为对象的密封方形电池，如图1和图2所示，包括上面有开口的有底筒状的外壳主体4和内嵌在外壳主体4的开口中的盖5，外壳主体4的开口和盖5形成相对于左右长度尺寸前后宽度尺寸小的左右横宽形状，沿外壳主体4的开口周边和盖5的外周边的边界焊接。这里所谓的外壳主体4的开口上面和盖5，如图1所示，包括短边部分10c成直线状，或如图9所示，短边部分10c成圆弧形状等。
本发明如图4所示，其特征是：上述外壳主体4和盖5之间的焊接部10在前后的长边部分10a·10b的左右方向的端侧分别形成焊接强度弱的脆弱部11·11，而且前侧的长边部分10a的脆弱部11和后侧的长边部分10b的脆弱部11配置在外壳主体4的上面的对角位置。再者，上述的端不仅表示前后的长边部分10a·10b与左右的短边部分10c·10c相交处，而且也包括在长边部分10a·10b与短边部分10c·10c相交处向长边部分10a·10b的中央侧仅靠近长边部分10a·10b的长度尺寸L1的10％左右的地方。
这里的焊接相当激光焊接或电阻焊接等。脆弱部11相当于使焊道(bead)变窄而形成的部分，或使熔透深度变浅而形成的部分等。在激光焊接的情况下，使激光光束的照射输出比其他的焊接部分弱或通过缩短照射时间就能够形成脆弱部11。
在外壳主体4和盖5之间的焊接部10中，也可以在至少一方的长边部分10a·10b上的左右方向的任一方的端部形成脆弱部11。
具体地说，脆弱部11的长度尺寸L2相对于焊接部10的长边部分10a·10b的长度尺寸L1的比率较好是在15～50％内，最好是在20～50％的范围内。如果脆弱部11的长度尺寸L2小于长边部分10a·10b的长度尺寸L1的15％，脆弱部11就变得不易开裂，并且即使脆弱部11发生开裂，其开口面积也变小，电池内的气体的放出速度也变得不足够，得不到恰当的防爆效果。如果大于50％，由于焊接部10全体的焊接强度变得过小，在长时间放置电池时或由于撞击等，脆弱部11变得容易开裂。
焊接部10的脆弱部11的熔透深度相对于脆弱部11以外的焊接部分的熔透深度的比率最好是在40～80％的内。脆弱部11的熔透深度如果小于40％，焊接强度就变得过小，由于撞击等脆弱部11变得容易开裂。如果脆弱部11的熔透深度大于80％，就存在脆弱部11以外的焊接部分比脆弱部11先开裂的危险。在此情况下，由于容纳电池的机器以电池内的气体等从脆弱部11排出为前提设计气体排出路等，因此如果气体从脆弱部11以外的开裂处排出，气体难以适当排出。
按照本发明，通过仅使焊接部10的一部分的焊接强度变弱的简单的工序变更来达到电池的防爆，因此通过冲压(press)加工或切削加工等即使在外壳主体4或盖5上不形成防爆用的薄壁部，仅这样也能达到电池制造的简便化。
由于长时间放置电池，气体积存在电池内，从而外壳主体4的前后壁被向前后方向外侧按压，即使应力集中在外壳主体4的上面中央，由于在外壳主体4的上面的左右方向的端侧形成脆弱部11，因此上述应力不容易使脆弱部11开裂，即使在不使用状态长期保存电池，也能够防止脆弱部11的误开裂。而且在电池内压急剧上升的情况下，即使盖5在靠近左右方向的端部发生大的弯曲，并在靠近该端部应力集中，利用该应力能够确实地使脆弱部11断裂，从而能够可靠地实现电池的防爆。
在此基础上，脆弱部11·11如果分别配置在外壳主体4的上面的对角位置，则脆弱部11·11就分散在左右，能够充分地确保对电池的下落等引起的撞击强度。
附图说明
图1是密封方形电池的平面图。
图2是电池的一部分剖开的主视图。
图3是表示电池的异常膨胀状态的立体图。
图4是实施例3的密封方形电池的平面图。
图5是表示实施例3的电池异常膨胀状态的立体图。
图6是对比例5的密封方形电池的平面图。
图7是对比例6的密封方形电池的平面图。
图8是对比例7的密封方形电池的平面图。
图9是表示密封方形电池的其他方式的平面图。
符号说明
4外壳主体
5盖
10焊接部
10a焊接部的前侧的长边部分
10b焊接部的后侧的长边部分
10c焊接部的短边部分
11脆弱部
L1焊接部的长边部分的长度尺寸
L2焊接部的脆弱部的长度尺寸
具体实施方式
实施例1
附图表示有关本发明的密封方形电池的实施例，如图2所示，在相对上下高度尺寸和左右长度尺寸，前后尺寸小的薄型方形的电池外壳1中容纳电极体2和非水电解液。在电池外壳1内的上端配置塑料制的绝缘体(insulator)3。电池外壳1的左右长度设定成18mm，前后宽度尺寸设定成5mm，上下高度尺寸设定成20mm。
电池外壳1包括上面有开口的有底方筒形的外壳主体4、以及内嵌在外壳主体4的开口上端中的方形状的盖5。外壳主体4是将铝(aluminum)板深拉深加工形成的，前后左右的4个角形成圆弧状。
使隔离片介于薄片(sheet)状的正极和负极之间卷成涡流状后，与电池外壳1的断面形状一致、将全体压垮成断面方形的扁平状而形成电极体2。从电极体2的正极和负极的各电极分别向上引出正负的集电引线(lead)6·7。
盖5是由铝合金板构成的冲压成形品，外周边利用激光密封焊接在外壳主体4的开口上端。外壳主体4的开口和盖5，如图1所示，相对左右长度尺寸，形成前后宽度尺寸小的左右横宽。
盖5和外壳主体4之间的焊接部10，沿盖5的外周边和外壳主体4的开口周边的边界设定成左右横宽的方框状，是前后的长边部分10a·10b中的一方(后侧)的长边部分10b，左右方向的一端部(在图1中是左侧)成为焊接强度比其他部分的弱的脆弱部11。
如图2所示，负极端子17通过绝缘密封件(packing)14、盖绝缘板15和压板16，贯通状地安装在盖5的中央。在盖5的左右的一端侧设置注液孔18，电解液通过该注液孔18注入电池外壳1内。在电解液注入后注液孔18被密封。
在压板16的内面焊接负极集电引线7。压板16是导电性的金属板，和负极端子17导通。正极集电引线6在盖绝缘板15和注液孔18之间焊接在盖5的内面上。借此，正极集电引线6与电池外壳1导通，电池外壳1兼作正极端子。盖5的厚度尺寸是1.0mm。
当装配电池时，在外壳主体4内安装电极体2和绝缘体3后，在盖5上一体地组装负极端子17、绝缘密封件14、盖绝缘板15和压板16的组合体中，在压板16的内面焊接负极集电引线7，在盖5的内面焊接正极集电引线6。正极集电引线6也可以焊接在外壳主体4的侧面长边内面。
接着，在外壳主体4的开口上端内嵌盖5，使用激光沿外壳主体4的开口周边和盖5的外周边的边界，缝焊焊接成左右横宽的方形框状。此时，在焊接部100的后侧的长边部分10b形成先前的脆弱部11。此后，从注入孔18向电池外壳1内注入非水电解液，密封注入孔18就完成电池组装。
在脆弱部11上，激光光束的照射输出设定在85W进行焊接。在脆弱部11以外的焊接部分，激光光束的照射输出设定在150W进行焊接。由此，在脆弱部11上，焊道宽度尺寸为0.4mm，熔透深度成为0.1mm。脆弱部11以外的焊接部分，焊道宽度尺寸成为0.5mm，熔透深度成为0.18mm。也就是，脆弱部11的熔透深度相对于脆弱部11以外的焊接部分的熔透深度的比率为大致56％。
脆弱部11从仅距一方的短边部分10c(在图1中是左侧)1mm的位置向右方向延伸，其左右长度尺寸L2达到5mm。也就是，相对长边部分10a·10b的长度尺寸L1是17.5mm，脆弱部11的左右长度尺寸L2的比率大致为上述长度尺寸L1的29％。
仅以使焊道宽度狭窄、或使熔透深度浅的任一种可以形成脆弱部11。用缩短激光光束的照射时间也能够形成脆弱部11。
由于过充电等在电池内产生气体，如果电池内压超过规定值并异常上升，电池外壳1就发生膨胀变形。若电池外壳1膨胀变形进行到临界点附近，如图3所示，脆弱部11就比脆弱部11以外的焊接部分前开裂，电池内的气体从该裂缝20放出，而达到电池防爆。
实施例2
在实施例2中，激光光束的照射输出增大设定至100W形成脆弱部11。也就是，脆弱部11的焊道宽度尺寸成为0.43mm，熔透深度尺寸成为0.14mm，脆弱部11的熔透深度相对于脆弱部11以外的焊接部分的熔透深度的比率为大致78％。其他的方面和实施例1相同，因而省略说明。
实施例3
在实施例3中，如图4所示，在前后的长边部分10a·10b的左右方向的各端部分别形成脆弱部11·11，前侧的长边部分10a的脆弱部11和后侧的长边部分10b的脆弱部11分别配置在电池外壳1的上面的对角位置。
各脆弱部11从仅距短边部分10c的1mm的位置沿左右方向延伸，左右长度尺寸L2分别达到5mm。也就是，脆弱部11的长度尺寸L2相对于长边部分10a·10b的长度尺寸的17.5mm的比率为大致29％。激光光束的照射输出设定在85W形成各脆弱部11，各脆弱部11的熔透深度相对于脆弱部11以外的焊接部分的熔透深度的比率为大致56％。
如果电池内压超过规定值，电池外壳1发生膨胀变形，如图5所示，脆弱部11·11比脆弱部11以外的焊接部分先发生开裂，电池内的气体从该裂缝20·20放出，而达到电池的防爆。再者，如果脆弱部11·11的任一方发生开裂，就能够放出电池内的气体，因此不必要两脆弱部11·11同时开裂。其他方面和实施例1相同，因而省略说明。
实施例4
在实施例4中，在实施例3中的处于对角位置的脆弱部11·11的长度尺寸L2分别设定长至8.5mm。也就是，脆弱部11·11的长度尺寸L2相对长边部分10a·10b的长度尺寸L1的比率大致是49％。其他方面和实施例3相同，因而省略说明。
实施例5
实施例5是和实施例3大致相同的构成，不同点是，电池外壳1的左右长度尺寸设定成34mm，前后宽度尺寸设定成5mm，上下高度尺寸设定成50mm而形成，与使该电池变大相一致，也将电极体2设定得较大。
在实施例5中，脆弱部11·11和实施例3相同地在长边部分10a·10b的左右方向的各端部对角配置，各脆弱部11是从仅距短边部分10c的1mm的位置沿左右方向延伸，形成长度尺寸L2为10mm。也就是，脆弱部11·11的长度尺寸L2相对于33.4mm的长边部分10a·10b的长度尺寸L1的比率，和实施例3同样是大致30％。其他方面和实施例3相同，因而省略说明。
对比例1
在对比例1中，不设置脆弱部11，以相同的焊接强度遍及全周焊接盖5的外周边和外壳主体4的开口周边。其他方面和实施例1相同。
对比例2
在对比例2中，实施例1中的脆弱部11的长度尺寸L2设定得大到10mm。也就是，脆弱部11的长度尺寸L2相对于长边部分10a·10b的长度尺寸L1的比率大致是57％。其他方面和实施例1相同。
对比例3
在对比例3中，实施例1中的脆弱部11的长度尺寸L2设定得小到2mm。也就是，脆弱部11的长度尺寸L2相对于长边部分10a·10b的长度尺寸L1的比率大致是12％。其他方面和实施例1相同。
对比例4
在对比例4中，使实施例1中的激光光束的照射输出降低到70W而形成脆弱部11。也就是，脆弱部11的焊道宽度尺寸为0.38mm，熔透深度尺寸小到0.07mm，脆弱部11的熔透深度相对于脆弱部11以外的焊接部分的熔透深度的比率为大致39％。其他方面和实施例1相同。
对比例5
在对比例5中，如图6所示，在前后的长边部分10a·10b的左右方向的各端中央部分别相对地形成脆弱部11·11。各脆弱部11的长度尺寸L2是5mm。其他方面和实施例3相同。
对比例6
在对比例6中，如图7所示，在前后的长边部分10a·10b的左右方向的一方的端部(在图7中是左侧)分别相对地形成脆弱部11·11。其他方面和
实施例3相同。
对比例7
在对比例7中，如图8所示，在后侧的长边部分10b上，在仅距左右的各短边部分10c的1mm的位置分别配置脆弱部11·11。其他方面和实施例3相同。
试验
分别准备实施例1～5和对比例1～7的各电池各20个，进行使负极端子17位于下侧，从1.5m的高度分别使各20个电池各下落20次，另外使负极端子17位于上侧，从1.5m的高度分别使各20个电池各下落20次的下落试验，调查各电池的脆弱部11有无开裂。
另外，分别准备实施例1～5和对比例1～7的各电池各20个，各电池充电至4.2V后，以1.0C进行12V的过充电试验，调查各电池的破裂或着火等有无发生。结果示于表1中。
                                                        表1
                             脆弱部的开裂个数 破裂或着火等的发生个数
负极端子位于下侧 负极端子位于上侧
实施例1     0/20     0/20     0/20
实施例2     0/20     0/20     0/20
实施例3     0/20     0/20     0/20
实施例4     0/20     0/20     0/20
实施例5     0/20     0/20     0/20
对比例1     0/20     0/20     19/20
对比例2     2/20     1/20     1/20
对比例3     0/20     0/20     8/20
对比例4     4/20     2/20     0/20
对比例5     5/20     2/20     3/20
对比例6     2/20     0/20     0/20
对比例7     1/20     1/20     0/20
如表1所示，对于实施例1～5，在下落试验中，所有的电池脆弱部11都没有开裂，另外在过充电试验中也没有发生破裂或着火等。对比例1因为不设置脆弱部11，所以在下落试验中，所有的电池脆弱部11都没有开裂，但在过充电试验中，20个中的19个电池发生破裂或着火等。
对比例2，在过充电试验中20个电池中仅1个发生破裂等，但在下落试验中使负极端子17位于下侧进行下落时，20个电池中的2个发生脆弱部11的开裂，使负极端子17位于上侧时，20个电池中的1个发生脆弱部11的开裂。这可以认为是因为仅使脆弱部11的长度变大脆弱部11变得容易发生开裂。
对比例3，仅脆弱部11的长度减小就提高焊接部10的强度，在下落试验中，所有的电池的脆弱部11都没有开裂，但在过充电试验中，20个电池中的8个发生破裂等。
对比例4，仅使激光光束的照射输出减小，就降低焊接部10的焊接强度，在过充电试验中不发生破裂或着火等，但在下落试验中在负极端子17位于下侧时，20个电池中的4个发生脆弱部11的开裂，在负极端子17位于上侧时，20个电池中的2个发生脆弱部11的开裂。
对比例5，在下落试验中使负极端子17位于下侧时，20个电池中的5个发生脆弱部11的开裂，在使负极端子17位于上侧时，20个电池中的2个发生脆弱部11的开裂。这认为是因为：各脆弱部11分别在长边部分10a·10b的左右方向的中央部，因此当下落时伴随电池上面的中央发生大的弯曲，脆弱部11容易发生开裂。
另外，对比例5，在过充电试验中，20个电池中的3个发生破裂等。这认为是：由于即使因过充电引起的电池内的气体压力上升，外壳主体4发生膨胀，其应力也集中在电池上面的左右方向的端侧，在配置在端侧上面的中央部分的脆弱部11·11上产生的应力并不变得过于大。
对比例6，虽在过充电试验中不发生破裂等，但在下落试验中使负极端子17位于下侧时，20个电池中的2个发生脆弱部11的开裂。这认为是：由于在长边部分10a·10b的左右方向的端部相对地配置2个脆弱部11·11，因而其左右方向的端部的强度变小。
对比例7，虽在过充电试验中不发生破裂等，但在下落试验中使负极端子17位于下侧时，20个电池中的1个发生脆弱部11的开裂，使负极端子17位于上侧时，20个电池中的1个发生脆弱部11的开裂。这认为是：由于在后侧的长边部分10b的左右方向的端部分别设置2个脆弱部11·11，因而后侧的长边部分10b的强度变小。
焊接部10的左右的短边部分10c，如图9所示，也可以是圆弧状。上述焊接也可以是电阻焊等。

Claims (4)

1.密闭方形电池，包括上面有开口的有底筒形的外壳主体和内嵌在上述外壳主体的上述开口中的盖，上述外壳主体的上述开口上面和上述盖形成前后宽度尺寸相对于左右长度尺寸小的左右横宽形状，
在沿上述外壳主体的上述开口周边和上述盖的外周边的边界焊接而成的密闭方形电池中，其特征在于，上述外壳主体和上述盖之间的上述焊接部，在前后的长边部分的左右方向的端侧分别形成焊接强度弱的脆弱部，而且上述前侧的长边部分的上述脆弱部和上述后侧的长边部分的上述脆弱部配置在上述外壳主体的上面的对角位置。
2.密闭方形电池，包括上面有开口的有底筒形的外壳主体和内嵌在上述外壳主体的上述开口中的盖，上述外壳主体的上述开口和上述盖形成前后宽度尺寸相对于左右长度尺寸小的左右横宽形状，在沿上述外壳主体的上述开口周边和上述盖的外周边的边界焊接而成的密闭方形电池中，其特征在于，上述外壳主体和上述盖之间的上述焊接部之中，在至少一方的长边部分中的左右方向的任一方的端部形成焊接强度弱的脆弱部。
3.根据权利要求1或2所述的密闭方形电池，其特征在于，上述焊接部的上述脆弱部的左右长度尺寸相对于上述长边部分的长度尺寸的比率在15～50％内。
4.根据权利要求1或2所述的密闭方形电池，其特征在于，上述焊接部的上述脆弱部的熔透深度相对于上述脆弱部以外的焊接部的熔透深度的比率在40～80％内。
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