CN1622364A - 方形电池及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种方形电池及其制造方法，在收纳在方形的外壳内的极板组的一端上接合负极集电体，连接上述负极集电体和作为负极的电极端子的电极柱，上述电极柱贯穿设置在封闭上述外壳的一端开口的上部盖体的保持筒部，在上述保持筒部内周和上述电极柱外周之间插装绝缘垫圈，在上述保持筒部的至少一个部位形成截面圆弧状的环状铆接凹部，由此能高可靠性地确保绝缘垫圈部的密封性。

Description

方形电池及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种横截面形状呈长方形、圆角长方形或椭圆形的方形电池，特别涉及其电极端子部的构造及该方形电池的制造方法。

背景技术

在密闭形电池方面已知这样的电池：用电极柱构成一方的电极端子，用外壳构成另一方的电极端子，电极柱的基端一体地固定在与极板组接合的集电体上，并且，间隔着密封垫圈而贯穿设置于外壳的盖体上的保持筒部，使保持筒部塑性变形以使得形成截面矩形的环状凹部，由此使在电极柱的侧面形成的截面矩形的环状凹部压接密封垫圈(例如，参照日本实开平6-45253号公报)。

另外，在方形电池方面已知这样的电池：在把将外壳的开口封闭的盖板密封焊接在外壳的开口边缘部上时，如图14所示，使盖板52的外周边以对接的状态嵌合在外壳51的开口端内周，用激光焊接53对该对接面进行密封接合，并且此时，在对要焊接的整圈之内的3个以上的部位进行临时焊接后，再对整圈进行正式焊接(例如，参照日本特开平8-315790号公报)。

另外，还知道这样的电池：为了在激光焊接时，不使其反射光照射到配置于盖板上的填密材料而产生因填密材料燃烧导致的不良，使盖板的外部露出侧主表面位于外壳的开口端的外侧，并在该状态下照射激光，由此熔融部的表面从盖板到外壳形成朝下的球面，激光的反射光朝向与填密材料相反的方向(例如，日本特开平7-272701号公报)。

另外，还知道这样的激光密封电池：如图15所示，使在外周边具有向外壳的外侧突出的环状立起部56的盖板55嵌合在圆筒形的外壳54的开口部内周，并用激光焊接57对外壳54的开口端边和环状立起部56的端边进行密封(例如，参照日本特开平9-45296号公报)。

另外，以前方形电池和圆筒形电池一样，一般是这样构成密封的电池壳体：在其电池壳体上使用有底外壳，在该有底外壳内收纳极板组后，将盖体焊接在有底外壳的一端开口上，或者间隔着垫圈安装盖体。

作为该方形电池的有底外壳的制造方法已知这样的方法：在电池壳体上使用了钢板的方形电池的情况下，对单面实施了镀镍的钢板进行深冲压加工，使镀镍面成为外壳的内侧(例如，参照日本特开平5-109393号公报)。

另外，还知道这样的方法：对浅的有底圆筒外壳进行冲压成形后，经过多阶段的冲压工序，形成深的有底的方形外壳(例如，参照日本特开平9-237613号公报)。

另外，还知道这样的方法：用平板的冲击成形形成横截面形状大致为椭圆形的中间杯体后，对该中间杯体进行连续地一并进行冲压加工和减薄拉伸的DI加工，由此形成深的有底的方形外壳(例如，参照日本特开2003-208876号公报)。

另外，还知道这样的非圆筒形电池的制造方法：将卷绕成圆筒状的极板组收纳到圆筒形包装外壳内后，对包装外壳加压形成方形等预定的形状，之后，用预定形状的盖体对包装外壳的两端开口进行封口(例如，日本特开昭60-56376号公报)。

但是，在日本实开平6-45253号公报所公开的电池中，在电极柱的贯穿部的密封构造方面，在电极柱的外周形成深度为密封垫圈的厚度尺寸程度的矩形截面的比较深的环状凹部，因保持筒部的塑性变形(铆接)使密封垫圈弯曲成截面コ字状，并压入环状凹部内，确保电极柱的保持筒贯穿部的密封性，但是在使保持简部塑性变形的阶段，垫圈有可能发生龟裂，密封状态的可靠性存在问题。另外，在冲击外力作用在电极柱的情况下，还存在该冲击力直接作用于密封垫圈的弯曲密封部，使得其断裂的问题。

另外，在上述现有的密闭形电池中的电极端子构造中，集电体和电极柱以刚性结合状态固定，并使该电极柱贯穿形成于外壳侧的盖体上的保持筒部，因此，由于集电体和电极柱的固定位置的误差或盖体的尺寸公差而难以使电极柱和保持筒部位于同芯上。但是，在电极柱和保持筒部不在同芯上的情况下，即便是想使保持筒塑性变形来压缩密封垫圈，由此进行密封，由于压缩不均匀，也会存在这样的问题：产生不能充分密封的部分，或者与此相反，密封垫圈被过度压缩而断裂，密封破坏。

另外，在外壳和盖体之间的密封构造方面，由于日本特开平8-315790号公报和日本特开平7-272701号公报所公开的方形电池中的盖板52是有板厚的平板状，因此能够容易地保持外壳51或者盖板52的端面的平面性，同时能容易地进行足够强度的激光焊接53，但是存在这样的问题：为了用平板承受预定的内压，盖板52的板厚变厚，重量变大。

另一方面，在日本特开平9-45296号公报所公开的激光密封电池方面，由于使用在外周边形成了环状立起部56的盖板55，因此能够使用板厚薄的盖板55，从而能够减轻重量，但是，如图16A所示，朝向外壳54端边和环状立起部56的端边的重合面，对垂直于它们的端面的方向照射激光58，进行激光焊接，因此，如图16B所示，这些外壳54的端边和环状立起部56的端边整体熔化，其结果是电池外壳的端面由有凹凸的焊接部59构成，因此存在不能保持平面性的问题，进而，因情况不同而存在这样的问题：产生焊接不良，从而成为液体泄漏的原因。

另外，为了消除这样的问题，如图16C所示，考虑了减小朝外壳54的开口端边和环状立起部56的端边的重合面照射的激光58的光束直径来进行密封接合，但是焊接强度减弱，如果想要确保必要的强度，则必须形成以细径使之熔化很深的焊接部60，因此存在焊接费时，生产率明显降低这样的问题。

另外，在方形电池方面，为了增大电池容量并且得到高的冷却性能，有时要求截面形状为扁平，高度尺寸大的电池，但是在如上述的日本特开平5-109393号公报、日本特开平9-237613号公报和日本特开2003-208876号公报所公开的深冲压加工中，形成高度尺寸大的有底外壳受到限制，从而存在这样的问题：难以维持预定的生产率并适应这样的要求。另外，在日本特开昭60-56376号公报所公开的技术中，不能制造截面形状为扁平的方形电池。

另外，在使用以深冲压加工形成的有底外壳时，制造多种高度尺寸的外壳还存在这样的问题：在制造设备和工序安排变更工时等的成本方面有困难，电池容量的设计自由度低。

发明内容

鉴于上述现有问题，本发明的第1个目的在于提供能以高可靠性确保构成电极端子的电极柱的贯穿部的密封性的方形电池；第2个目的在于在将盖体嵌合在外壳开口上并进行了激光焊接的方形电池中，提供能使用轻量的盖体，同时能保持外壳端面的平面性，而且具有充分的焊接强度和密封性，并且能高生产率地进行制造的方形电池；第3个目的在于提供即便是扁平的方形且高度尺寸大的任意容量的电池，也能高生产率地进行制造的方形电池；另外，第4个目的在于提供以上的方形电池的优选制造方法。

本发明的方形电池，将一方的极性的集电体与收纳在方形的外壳内的极板组的一端接合，连接一方的极性的集电体和作为电极端子的电极柱，使电极柱贯穿设置于封闭外壳的一端开口的盖体上的保持筒部，在保持筒部内周和电极柱外周之间插装绝缘垫圈，在保持筒部的至少一个部位上形成截面圆弧状的环状铆接凹部。

根据该结构，在保持筒部上形成环状铆接凹部，由此插装于电极柱和保持筒部之间的绝缘垫圈被压缩，从而能容易地确保密封性，并且环状铆接凹部是截面圆弧状，因此不用担心在保持筒部上形成环状铆接凹部时，局部过大的集中负荷作用于绝缘垫圈，产生龟裂，能稳定地确保密封性。

另外，如果间隔着缓冲部连接一方的极性的集电体和电极柱，则接合于极板组的一端的集电体和配置于外壳的盖体上的电极柱，间隔着缓冲部进行连接，因此，用缓冲部能够合理地吸收集电体和电极柱的连接位置误差、外壳或盖体的尺寸公差，不必担心产生这样的问题：设置于电极柱和盖体之间或盖体和外壳之间的绝缘垫圈部被不均匀地压缩，能够确保高可靠性的密封性。另外，即便是在冲击外力作用于电极柱的情况下，也能吸收偏离中心位置的偏移，不会对密封性施加致命的影响，能稳定地确保密封性，该偏移是因以绝缘垫圈形成的密封部为中心而电极柱容易移位引起的。

另外，优选的是：使焊接在外壳的开口上并对外壳的开口进行密封的盖体的平面形状为与外壳的开口内周嵌合的形状，在该盖体的外周边上设置向外壳的外侧突出的环状立起部，以焊接部对外壳的开口端边和环状立起部的端边进行密封，该焊接部是从盖体的环状立起部的内侧向环状立起部的端边照射激光光束而形成的。

根据该结构，作为密封外壳开口的盖体，使用在外周边上形成了环状立起部的盖体，因此能以轻量的薄板确保预定的面强度和刚性，能减小盖体重量，并能谋求电池重量的轻量化，另外，由于对外壳的开口端边和环状立起部的端边进行了焊接，因此在外壳因内压而膨胀变形时，因其焊接部成为支点，因此也能减轻作用于焊接部的力，耐内压的强度增高，并且由于从盖体的环状立起部的内侧向环状立起部的端边照射激光光束来焊接，因此即使不使激光光束直径变得特别细，也能不使整个外壳端面熔化地使外壳的开口端边和环状立起部的端边确实地熔化并焊接，能在保持外壳端面的平面性的同时，高生产率地形成具有充分强度和高密封性的焊接部。

另外，优选的是：用盖体密封对圆筒管进行了成形加工的方形筒状的外壳的两端开口并构成电池壳体。

根据该结构，由于通过对圆筒管进行成形加工来制造方形筒状的外壳，因此能高生产率地进行成形，并且即便是扁平的方形也能容易地成形，另外，能极其容易地形成任意长度的外壳，由于用盖体对该外壳两端进行密封并构成电池壳体，因此与每个都进行深冲压的情况相比，能生产率特别高地制造方形外壳。因此，能容易地并且高生产率地制造冷却性能高的扁平的方形且任意的长度，即容量的方形电池。另外，由于能任意地设定外壳的长度，因此能任意地选择极板组的长度，正因为如此，所以能共用其它的结构部件，以低成本高生产率地制造各种容量的方形电池。

本发明的方形电池的制造方法，包括：构成极板组的步骤；将集电体接合在极板组的至少一端的步骤；将间隔着绝缘部件设置电极端子的盖体密封焊接在两端开口的方形外壳的一端开口上的步骤；在一端开口上焊接了上述盖体的外壳内，从其另一端开始收纳至少一端接合了集电体的极板组的步骤；将连接在极板组的另一端的盖体密封焊接在外壳的另一端开口上的步骤。

根据该制造方法，使用两端开口的方形外壳，能高生产率地制造一端具有与外壳不同的极性的电极端子的方形电池。并且能在适当的时刻进行电极端子与极板组的一端的集电体的连接以及向盖体上的配置以及极板组的另一端和盖板的连接。

另外，如果包括：形成保持筒部的步骤，使在对外壳的一端开口进行密封的盖体上构成电极端子的电极柱贯穿该保持筒部；在接合于极板组的一端的集电体上接合电极柱的步骤；在将极板组收纳到外壳内的步骤之前，将绝缘垫圈装在电极柱上的步骤；以及在将极板组收纳到外壳内的步骤之后，对保持筒部进行铆接，并间隔着绝缘垫圈将电极柱和保持筒部之间密封的步骤；则能高生产率地制造使在外壳一端的盖体上配置的电极柱和外壳为彼此不同的电极端子的方形电池。

附图说明

图1A～图1B表示作为本发明的一实施方式的方形电池的整体结构，图1A是平面图，图1B是纵剖正视图。

图2是同一实施方式的方形电池的分解立体图。

图3是表示同一实施方式的方形电池的极板组结构的示意图。

图4是同一实施方式的方形电池的电极柱配置部的详细剖面图。

图5是同一实施方式的方形电池的电极柱配置部的其它结构例的详细剖面图。

图6A～图6B表示同一实施方式的方形电池的正极集电体，图6A是纵剖面图，图6B是平面图。

图7A～图7B表示同一实施方式的方形电池的负极集电体，图7A是平面图，图7B是局部剖面正视图。

图8A～图8B表示将同一实施方式的方形电池串联连接的连接构造，图8A是平面图，图8B是纵剖正视图。

图9A～图9C是表示同一实施方式的方形电池中的外壳和盖体的焊接工序的主要部分的剖面图。

图10A～图10B表示同一实施方式的方形电池中的内压作用时的外壳的变形状态，图10A是表示内压作用前的状态的主要部分的示意剖面图，图10B是表示内压作用时的状态的主要部分的示意剖面图。

图11A～图11B是同一实施方式和比较例的方形电池中的外壳和盖体的焊接工序以及作用的说明图。

图12A～图12D表示同一实施方式的方形电池的方形筒状外壳的制造工序，图12A是制造工序的剖面图，图12B是图12A的XIIB-XIIB箭头所示的剖面图，图12C是图12A的XIIC-XIIC箭头所示的剖面图，图12D是图12A的XIID-XIID箭头所示的剖面图。

图13是同一实施方式的方形电池的制造工序图。

图14是现有例的密闭形电池的外壳的主要部分的剖面图。

图15是其它现有例的密闭形电池的外壳的主要部分的剖面图。

图16是表示其它现有例的密闭形电池的外壳和盖体的焊接工序以及其问题点的外壳的主要部分的剖面图。

具体实施方式

以下，参考图1A～图13说明本发明的方形电池的一实施方式。

在图1A～图2中，1是由锂离子电池构成的方形电池，外壳2形成为横截面形状为扁平的长方形或者圆角长方形或者椭圆形的方形筒状、且两端开口，将兼做后述的下部盖体的正极集电体7和上部盖体13密封焊接在该外壳2的两端开口上，构成电池壳体1A，在该电池壳体1A内收纳有作为电池要素的极板组3和电解液。

如图12A～12D所示，使圆筒管41(参考图12B)通过冷拔装置43，经过中间的椭圆形截面的管44(参考图12C)，制造出预定的扁平的方筒管42(参考图12D)，通过将该方筒管42切割成预定长度而制造出方形筒状的外壳2。冷拔装置43如图12A所示，构成为使拉拔管材通过多级模具45a、45b，而得到预定截面形状的管材，并且，最好是构成为用浮动塞子46a、46b限制内面形状而成形。另外，在图12A～图12D中，示出了以两级进行拉拔的例子，但是，不用说也可以以一级对扁平的方筒管42进行拉拔。

如图3所示，将带状的正极板4、间隔件6、负极板5和间隔件6以顺次重叠的状态卷饶在薄板状的卷芯材的外周，卷饶结束后，对卷芯材进行拉拔并压缩成扁平状，由此构成极板组3，在正极板4和负极板5之间插装间隔件6的状态下，使正极板4和负极板5进行层叠。在由铝箔构成的芯材4a上涂敷正极混合剂并进行干燥而构成正极板4，在由铜箔构成的芯材5a上涂敷负极混合剂并进行干燥而构成负极板5，间隔件6由多孔性聚丙烯膜等构成。另外，该极板组3的外周根据防止短路的需要，以外周间隔件(未图示)覆盖，或者在外壳2的内周形成绝缘树脂层(未图示)。

在极板组3中，正极板4的由铝箔构成的芯材4a和负极板5的由铜箔构成的芯材5a彼此在相反侧突出出来，用激光束焊接或电子束焊接将正极集电体7接合在突出的正极的芯材4a上，用激光束焊接或电子束焊接将负极集电体8接合在突出的负极的芯材5a上。另外，由于铜对激光的反射率高，因此由铜构成的负极集电体8和负极的芯材5a焊接时，可以考虑用超声波焊接来代替激光束焊接。

正极集电体7如图1A～图1B所示，兼做将外壳2的下端开口封闭的下部盖体，如图6A～图6B所示，平面形状是与外壳2的下端部内周嵌合的椭圆形，在其整个外周边，环状立起部9朝向外侧(与极板组3相反的一侧)形成立起，使该正集电体7嵌合在外壳2的下端部，用激光束焊接等焊接外壳2的下端边和环状立起部9的端边，用该焊接部10以密封状态一体地接合。另外，在其长边方向的两端的半圆部的圆周方向的大致中央，突出地形成向内侧(极板组3侧)突出的半径方向的接合突部11，在两端部之间，在长边方向上间隔适当的距离突出地形成多个大致跨越整个宽度的接合突部12，在使这些接合突部11、12压接在从极板组3突出出来的正极的芯材4a上的状态下，对这些接合突部11、12的一部分进行激光束焊接或电子束焊接，与正极的芯材4a接合。

负极集电体8如图1A～图1B所示，设置在将外壳2的上端开口封闭的上部盖体13和极板组3的上端之间的空间上，如图7A～图7B所示，平面形状收纳配置在外壳2内的平面形状以大致椭圆形的平板构成，在其长边方向的两端的半圆部的圆周方向的大致中央部上，突出地形成向内侧(极板组3侧)突出的半径方向的接合突部14，在两端部间，在长边方向上间隔适当的距离突出地形成多个大致跨越整个宽度的接合突部15，在使这些接合突部14、15压接在从极板组3突出出来的负极的芯材5a上的状态下，对这些接合突部14、15的一部分进行激光束焊接或电子束焊接，与负极的芯材5a接合。

另外，在将由铜板构成的负极集电体8的接合突部14、15激光束焊接在由铜箔构成的负极的芯材5a上时，优选在负极集电体8的表面实施镀镍。即，由于铜具有对激光的反射率高这样的性质，因此直接用铜的表面，激光的吸收率差，可能不能进行具有稳定性的焊接接合，但是通过实施镀镍能提高激光的吸收率，能有效地进行稳定的焊接接合。另外，通过对负极集电体8的表面进行氧化处理形成氧化铜(II)膜取代镀镍，也能提高激光的吸收率，能有效地进行稳定的焊接接合。

另外，对于负极集电体8，其长边方向的一端附近部上一体弯折地形成有上表面平坦的大致Ω形或者集电弓(pantograph)形状的缓冲部16。并且，该缓冲部16也可以是将另外成形的部件一体地接合在平板状的负极电体8上的。另外，在该缓冲部16的上表面中央部，如图4和图7A～图7B所示，形成经内缘翻边加工而成的筒状突部17，该筒状突部17上嵌合有在作为负极端子的电极柱18的下端面形成的嵌合孔19，电极柱18在进行了高精度定位的状态下，用电阻焊接等一体地接合在缓冲部16上。这样，电极柱18通过缓冲部16在容许水平方向和垂直方向的位移和水平方向的摇动的状态下连接在负极集电体8上。

在电极柱的上部，形成有形成连接用平面20a的D切口部20，在其下方的适当距离的位置上形成有截面圆弧状的浅的密封用的环状沟部21。该环状沟部21根据情况不同也可以不形成，或者也可以在预定的范围内形成非常浅的多条环状沟。

上部盖体13是平面形状与外壳2的上端部内周嵌合的椭圆形，在其整个外周边上朝向外侧(与极板组3相反一侧)立起地形成有环状立起部22，该上部盖体13嵌合在外壳2的上端部，外壳2的上端边和环状立起部22的端边用激光束焊接等焊接，用其焊接部23以密封状态一体接合。

在上部盖体13上一体地立起地形成有电极柱18贯穿的保持简部24，在保持筒部24的内周和电极柱18的外周之间加装了绝缘垫圈25的状态下，使与保持筒部24的环状沟21相对应的部分进行塑性变形，使得产生缩颈，由此形成截面圆弧状的环状铆接凹部26，使绝缘垫圈25压缩，电极柱18和保持筒部24之间被密封起来。

在图4中，示出了使用单一结构的构件作为绝缘垫圈25，但是如图5所示，也可以用比较软的第1垫圈构件34构成与形成保持筒部24的环状铆接凹部26的区域对应的部分，在第1垫圈构件34的轴心方向两侧部用比第1垫圈构件34硬的第2垫圈构件35构成。此时，优选在保持筒部24的环状铆接凹部26的形成区域的轴心方向两侧部形成压缩第2垫圈构件35的辅助环状铆接凹部36。

另外，第1垫圈构件34和第2垫圈构件35也可以构成为分开的部件，也可以是一体化的结构。另外，作为第1垫圈构件34和第2垫圈构件35的组合的具体例，有例如PP(聚丙烯)和PPS(聚苯撑硫化物)的组合，或者PFA(聚四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚)和PP或PPS的组合等。

另外，在上部盖体13上，如图2所示，设置有外壳2内的内压达到一定以上则破裂向大气开放的安全阀27、向外壳2内注入电解液的注液口28(参考图1B)及其密封栓29。

另外，为了防止缓冲部16与外壳2接触短路，覆盖缓冲部16的缓冲部盖30与绝缘垫圈25形成一体地进行设置。并且，绝缘垫圈25和缓冲部盖30也可以分开构成。另外，为了防止在极板组3的上端部露出的负极板5的芯材5a和负极集电体8的外周部与外壳2接触短路，设置有绝缘框31，该绝缘框31将负极集电体8和负极板5的芯材5a的露出部的至少外周部覆盖。

在并列配置以上结构的多个方形电池1，串联连接地构成电池组40时，如图8A～图8B所示，间隔着外壳2与正极集电体7一体连接，将形成了截面L形的立起片32a的第1连接板32焊接固定在起正极端子功能的上部盖体13上，使平面形状弯折成曲柄形、并且从其一端下垂而形成垂下片33a的第2连接板33的垂下片33a的下端焊接接合在立起片32a上，将该第2连接板33的另一端焊接在作为相邻的方形电池1的负极端子的电极柱18的连接用平面20a上。另外，第1连接板32和第2连接板33也可以是一体成形品。

用这样的连接结构，在连接结构紧凑且连接电阻小的连接状态下，能依次对相邻的方形电池1进行串联连接。另外，在连接电极柱18和第2连接板33的另一端时，由于在电极柱18上形成有基于D切口部20的连接用平面20a，因此能充分确保连接面积，能高可靠性地作业性优良地实现连接电阻小的连接状态。

在上部盖体13和上述外壳2的开口端的焊接部23上，如图9A所示，在外壳2的开口上嵌合在外周边具有向外壳的外侧突出的环状立起部22的上部盖体13，从上部盖体13的环状立起部22的内侧向环状立起部22的端边靠近外壳2的开口端边的位置，从斜向照射激光束37，如图9B所示，使环状立起部22的端边和外壳2的开口端边的内周侧的一部分熔融，用所形成的焊接部23对外壳2和上部盖体13进行密封焊接。

进而，根据需要，如图9C所示，在从外壳2的开口边和环状立起部22的端边进入外壳内侧的位置上，在周方向上间隔适当的距离，如空白箭头所示放上焊接电极，在外壳2外周面和环状立起部22内周面之间进行点焊接，形成加固焊接部38。并且，该加固焊接部38并不限于电阻点焊，激光点焊、超声波点焊都可以，另外，也可以断续地进行缝焊。

另外，对于作为下部盖体的正极集电极7和外壳2的开口边的焊接部10，也同样地进行焊接，图9A～9C中用括弧示出了正极集电体7、环状立起部9以及焊接部10的参考标记。

根据这样的外壳2的封口构造，使用了在外周边形成了环状立起部22、9的盖体13、17，因此能减轻盖体重量，从而能实现电池重量的轻量化，并且，在外壳2因内压而膨胀变形时，从如图10A所示的状态到如图10B所示，外壳2的开口端边和环状立起部22、9的端边的焊接部23、10变成支点，由此能减轻作用于焊接部23、10的力，能提高对外壳2的内压的强度。

另外，由于从盖体13、7的环状立起部22、9的内侧向环状立起部22、9的端边照射激光束37进行焊接，因此即使不使激光束直径特别细，也能不使外壳2的整个端面熔融地形成确实将外壳2的开口端边和环状立起部22、9的端边熔化了的焊接部23、10。并且，如图9B所示，能高生产率地形成不仅保持了外壳2的端面的平面性、而且具有充分的强度和高的密封性的焊接部23、10。

另外，用加固焊接部38对从外壳2的开口边和环状立起部22、9的端边进入外壳内侧的位置进行加固焊接，由此能将外壳2和盖体13、7的接合强度提高一层。

另外，在本实施例中，如图11所示，使盖体13、7的壁厚比外壳2的壁厚薄，并且如上所述对壁厚薄的盖体13、7的环状立起部22、9侧照射激光束37，使之熔化，焊接在外壳2上。由此，外壳2和盖体13、7的接触部的熔融面积S1增加，能增加焊接强度。相反，如图11B所示，向外壳2侧照射激光束37，使之熔化，焊接在盖体13、7上的情况下，焊接面积S2变小，即使能密封，也难以得到充分的接合强度。并且，以相同的激光能量能增加焊接强度，可以不需要用于加固的部件和辅助焊接，能实现成本的降低。另外，由于由薄壁的板材构成盖体13、7，因此有利于冲压形成复杂的形状，并且由于在盖体的外周边形成了环状立起部，因此即使薄壁也能具有足够的耐压强度，并且能实现轻量化。

接下来，参考图13说明以上的方形电池1的制造工序。首先，用正极板4、负极板5和间隔件6构成上述的极板组3，并用组合冲压形成预定形状，之后，插入并保持在卡具上。接着，在保持在卡具上的极板组3的另一端，用激光束焊接或电子束焊接等对正极集电体7进行焊接接合。另一方面，在用电阻焊接等将电极柱18焊接接合在负极集电体8上后，用激光束焊接或电子束焊接等将该负极集电体8焊接接合在极板组3的一端。

接着，插入绝缘框31，使得将负极集电体8和极板组3的一端部的负极芯材5a露出部的外周部覆盖，之后，插入一体地形成了缓冲部盖30的绝缘垫圈25，用缓冲部盖30覆盖缓冲部16，并且在电极柱18的外周嵌合配置绝缘垫圈25。另外，向外壳2的一端开口部组装上部盖体13，用焊接部23进行一体接合，并插入在该外壳2上接合了上述负极集电体8和正极集电体7的极板组3，然后，用激光束焊接或电子束焊接等焊接该正极集电体7和外壳2，用焊接部10进行一体接合。

之后，在对收纳在外壳2内的极板组3进行热风干燥后，进行真空干燥，接着，铆接与保持筒部24的外周面的环状沟部21相对的部分，形成环状铆接凹部26，由此对电极柱18的贯穿部进行密封。之后，在进行了气密检查后，进行注液，用密封栓29进行密封，由此完成方形电池1。

根据以上的本实施方式的方形电池，将作为电极端子的电极柱18连接到负极集电体8，该负极集电体8接合在收纳于外壳2内的极板组3的一端上，使电极柱18贯穿保持筒部24，该保持筒部24设置在一体地固定在外壳2上的上部盖体13上，在保持筒部24的内周和电极柱18的外周之间插装绝缘垫圈25，在保持筒部24上形成环状铆接凹部26，使插装在电极柱18和保持筒部24之间的绝缘垫圈25压缩，确保密封性，因此通过形成环状铆接凹部26能容易地确保密封性，并且由于环状铆接凹部26的截面是圆弧状，因此不用担心在保持筒部24上形成环状铆接凹部26时，局部过大的集中负荷作用于绝缘垫圈25，使之产生龟裂，能稳定地确保密封性。

另外，由于间隔着缓冲部16将电极柱安装在负极集电体8上，因此，因外壳2或上部盖体13的尺寸公差造成的电极柱18和保持筒部24的位置偏差能被由缓冲部16带来的电极柱18的移位合理地吸收，因此不用担心产生插装在电极柱18和保持筒部24之间的绝缘垫圈25被不均等地压缩的问题，能确保高可靠性的密封性。

另外，即使在冲击外力作用于电极柱18时，也能因电极柱18以绝缘垫圈25形成的密封部为中心容易地进行摇动移位而进行吸收，不会对密封性施加致命的影响，能稳定地确保密封性。

另外，由于电极柱18和保持筒部24的芯偏移几乎没有，因此在电极柱18上只形成浅的截面圆弧状的环状沟部21，在与该环状沟部21相对应的位置，在保持筒部24上形成环状铆接凹部26使绝缘垫圈25压缩变形，由此能确保高密封性，并且用环状沟部21能确实防止绝缘垫圈25的脱出。但是，如上所述，由于电极柱18和保持筒部24的芯偏移几乎没有，因此即使不形成环状沟部21，也能确保足够高的密封性，并且，由此形成环状铆接凹部26的位置不受限制，因此作业性提高。并且，如果在适当的范围内形成多条非常浅的环状沟，则能提高密封性的同时，还能提高作业性。

另外，如图5所示，在用相对硬的第2垫圈构件35从两侧约束相对软的第1垫圈构件34的状态下，如果用在保持筒部24上形成的环状铆接凹部26进行压缩，则能进一步确保高可靠性的密封性。另外，如果用辅助环状铆接凹部36将第2垫圈构件35确实地固定在保持筒部24上，则能进一步确实地达到上述效果。

另外，将防止缓冲部16和外壳2接触的缓冲部盖30与绝缘垫圈25一体地设置，能更进一步地用缓冲部盖30确实防止缓冲部16和外壳2接触而短路，并且，由于和绝缘垫圈25一体地进行设置，因此构件数量少，能降低构件成本和组装工时。

嵌合绝缘框31，使得将与在极板组3的一端接合的负极集电体8的至少外周部和极板组3的一端部的负极板5的芯材5a的露出部覆盖，因此用绝缘框31能确实地防止极板组3的负极板5的芯材5a的露出部和外壳2接触而短路。

另外，在封闭外壳2开口的上部盖体13和下部盖体(正极集电体)7的外周边上形成有环状立起部22、9，因此即使用薄板构成这些盖体13、7，也能确保面刚性，减轻盖体重量，从而能实现电池重量的轻量化。由于对外壳2的开口边和盖体13、7的环状立起部22、9的端边进行了焊接，因此在外壳2因内压而膨胀变形时，由于外壳2的开口端边和环状立起部22、9的端边的焊接部23、10成为支点，因此能减轻作用于焊接部的力，能提高抗内压的强度。

另外，该焊接部23、10，由于从盖体13、7的环状立起部22、9的内侧向环状立起部22、9的端边照射激光束34进行焊接，因此如上所述能保持外壳2的端面的平面性，并且能高生产率地形成具有充分的强度和高密封性的焊接部23、10，另外，在从外壳的开口边和环状立起部的端边进入到外壳内侧的位置上设置有加固焊接部35，因此能进一步提高外壳2和盖体13、7的接合强度。

另外，由于在正极集电体7和负极集电体8上突出地设置有接合突部11、12、14、15，因此对正极板4和负极板5的芯材4a、5a压接集电体7、8，用该部分进行焊接，由此能更确实地进行接合，确保连接电阻小的连接状态。特别是在两端的半圆部的半径方向上设置有接合突部11、14，因此通过高效地利用卷绕成截面形状为椭圆形的极板组3的折回部的芯材更密集的部分能确保高集电效率。

另外，由于正极集电体7兼做外壳2的下部盖体，因此结构简单且能减少构件数量，并且组装工时少，因此能实现降低成本，并且由于能减少连接部位，因此能实现降低连接电阻。而且，由于在该正极集电体7上间隔适当的距离在大致整个宽度上形成有接合突部12，因此通过环状立起部9和该接合突部12的组合，能提高正极集电体7，即下部盖体的面刚性，增大正极集电体7的板厚，也能有效地抑制外壳2的内压上升时的下部盖体的膨胀变形，能实现降低成本和重量。

另外，在方形筒状的外壳2的两端开口上密封焊接下部盖体7和上部盖体13构成电池壳体1A，并且该外壳2是对圆筒管41进行冷拔成形而制造成方形筒状的，因此即使是扁平且深度深的方形的电池壳体1A也能容易且高生产率地制造。另外，外壳2是对圆筒管41进行冷拔成形而形成方形筒状，因此通过由冷拔而带来的加工硬化，能提高强度，能得到耐压强度大的电池壳体1A。另外，仅改变外壳2的长度就能极其容易地形成任意长度的电池壳体1A，因此只构成与外壳2的长度对应的长度的极板组3，并共用其它的结构部件就能以低成本高生产率地制造各种容量的方形电池。因此，能高生产率且廉价地制造冷却性能高的扁平的方形且任意的容量的方形电池1。

另外，在制造该方形电池1时，构成极板组3，在该极板组3的两端接合兼做下部盖体的正极集电体7和安装了电极柱18的负极集电体8，在两端开口的方形的外壳2的一端开口，密封焊接形成了保持筒部24的上部盖体13，电极柱18贯穿该保持筒部24，在将绝缘垫圈25安装在电极柱18上之后，在外壳2的一端开口上焊接上部盖体13，并从其另一端侧开始将极板组3收纳到外壳2内，对保持筒部24进行缩径加工，并且在外壳2的另一端开口上用焊接部10密封焊接与极板组3的另一端接合的下部盖体7，由此完成方形电池1，因此用两端开口的方形的外壳2，能高生产率地制造方形电池1，该方形电池1的电池壳体1A和在其一端配置的电极柱18构成彼此不同的极性的电极端子。

在以上的实施方式中，示出了在上部盖体13上设置了安全阀27的例子，但是外壳内压一达到或超过例如0.5～1.0MPa左右的预定压力，绝缘垫圈25就弹性变形，使外壳2内与外部空间连通，也可以使在电极柱18和保持筒部24之间插装的绝缘垫圈25具有作为安全阀的功能。这样，能省略在上部盖体13上另外设置的安全阀27，能廉价地构成方形电池1。

另外，在上述实施方式中，示出了间隔着绝缘垫圈25地使电极柱18贯穿在上部盖体13上设置的保持筒部24中的例子，但是在将电极柱18固定地设置在上部盖体13上，并用插装在上部盖体13的外周和外壳2的上端部内周之间的绝缘垫圈确保密封和绝缘的结构的方形电池中，间隔着缓冲部16连接电极柱18或者上部盖板13和极板组3的一端的集电体，由此能由缓冲部16吸收电极柱18和集电体的位置偏移。

根据以上说明，本发明的方形电池，在将外壳的一端开口封闭的盖体上设置的保持筒部内周和电极柱外周之间插装绝缘垫圈，在保持筒部的至少一个部位形成截面圆弧状的环状铆接凹部，由此能不用担心使绝缘垫圈产生龟裂地进行密封，因此能确保高可靠性的密封性。另外，由于对外壳的开口端边和盖体的环状立起部的端边进行了焊接，因此能确保外壳端面的平面性的同时，还能高生产率地形成具有充分的强度和高密封性的焊接部。并且，由于使用了方形筒状的外壳，并用盖体密封其两端，构成电池壳体，因此能容易且高生产率地制造扁平的方形并且任意长度的方形电池，另外除了外壳和极板组之外，能共用其它的结构部件以低成本制造任意容量的方形电池。由此，本发明的方形电池，对锂离子电池、镍氢电池等各种方形电池是有用的。

Claims (24)

1.一种方形电池，其特征在于：在至少一端开口的方形筒状的外壳内收纳的极板组的一端接合一方的极性的集电体，连接上述一方的极性的集电体与作为电极端子的电极柱，电极柱贯穿在将上述外壳的一端开口封闭的盖体上设置的保持筒部，在保持筒部内周和电极柱外周之间插装绝缘垫圈，在保持筒部的至少一个部位形成截面圆弧状的环状铆接凹部。

2.如权利要求1所述的方形电池，其特征在于：绝缘垫圈的与保持筒部的环状铆接凹部形成区域对应的部分具有第1柔软性，具有该第1柔软性的部分的轴心方向两侧部具有比第1柔软性硬的第2柔软性。

3.如权利要求2所述的方形电池，其特征在于：在保持筒部的环状铆接凹部形成区域的轴心方向两侧部形成了辅助环状铆接凹部。

4.如权利要求1所述的方形电池，其特征在于：一方的极性的集电体和电极柱隔着缓冲部连接。

5.如权利要求4所述的方形电池，其特征在于：在缓冲部的上表面突出形成筒状突部，使该筒状突部嵌合于在电极柱的下端形成的嵌合孔。

6.如权利要求4所述的方形电池，其特征在于：与绝缘垫圈一体地设置防止缓冲部和外壳接触的缓冲部盖。

7.如权利要求6所述的方形电池，其特征在于：设置了绝缘框，该绝缘框覆盖与极板组的一端接合的一方的极性的集电体的至少外周部和极板组的一端部的极板芯材露出部。

8.如权利要求7所述的方形电池，其特征在于：缓冲部盖和绝缘框一体地设置。

9.如权利要求1所述的方形电池，其特征在于：使焊接于外壳的开口而将外壳的开口密封的盖体的平面形状形成为与外壳的开口内周嵌合的形状，在该外壳的外周边设置向外壳的外侧突出的环状立起部，用从盖体的环状立起部的内侧向环状立起部的端边照射激光束形成的焊接部，对外壳的开口端边和环状立起部的端边进行密封。

10.如权利要求9所述的方形电池，其特征在于：使盖体的壁厚比外壳的壁厚薄。

11.如权利要求9或10所述的方形电池，其特征在于：在从外壳的开口边和环状立起部的端边进入外壳内侧的位置，设置进行点焊或者缝焊形成的加固焊接部。

12.如权利要求9所述的方形电池，其特征在于：在盖体上朝向外壳内侧突出地形成了多个接合突部，由各接合突部部分直接或者间接地焊接在极板组上，上述多个接合突部在该盖体的长边方向留有间隔、且长度基本横跨该盖体的整个宽度。

13.如权利要求1所述的方形电池，其特征在于：用盖体对将圆筒管成形加工后的方形筒状的外壳的两端开口进行密封，而构成电池壳体。

14.如权利要求13所述的方形电池，其特征在于：外壳是对圆筒管进行冷拔成形，而形成方形筒状的。

15.如权利要求13所述的方形电池，其特征在于：在极板组的至少一端接合兼做集电体的盖体，使该盖体嵌合在外壳的一端开口，来进行密封焊接。

16.如权利要求1所述的方形电池，其特征在于：用铜板构成一方的极性的集电体、即负极集电体，并且在其表面实施镀镍。

17.如权利要求1所述的方形电池，其特征在于：用铜板构成一方的极性的集电体、即负极集电体，并且在其表面形成氧化膜。

18.如权利要求1所述的方形电池，其特征在于：如果外壳内压大于或等于预定压力，则绝缘垫圈发生弹性变形，使外壳内与外部空间连通。

19.如权利要求1所述的方形电池，其特征在于：在电极柱上设置形成连接用平面的D切口部。

20.一种方形电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

构成极板组的步骤，

在极板组的至少一端接合集电体的步骤，

在两端开口的方形的外壳的一端开口，密封焊接间隔着绝缘构件设置了电极端子的盖体的步骤，

在一端开口上焊接了上述盖体的外壳内，从其另一端侧开始收纳至少在一端接合了集电体的极板组的步骤，以及

在外壳的另一端开口，密封焊接与极板组的另一端连接的盖体的步骤。

21.如权利要求20所述的方形电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

用盖体密封焊接外壳的开口的步骤，

在外壳的开口嵌合盖体的步骤，上述盖体的平面形状为与外壳的开口内周嵌合的形状、并且在外周边具有向外壳的外侧突出的环状立起部，以及

从盖体的环状立起部的内侧向环状立起部的端边照射激光束，对外壳的开口端边和环状立起部的端边进行密封焊接的步骤。

22.如权利要求20或者21所述的方形电池的制造方法，其特征在于：在将极板组收纳到外壳内的步骤之前，在极板组的另一端接合兼做集电体的盖体。

23.如权利要求20所述的方形电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

在将外壳的一端开口密封的盖体上形成保持筒部的步骤，上述保持筒部贯穿构成电极端子的电极柱，

在与极板组的一端接合的集电体上接合电极柱的步骤，

在将极板组收纳到外壳内的步骤之前，在电极柱上安装绝缘垫圈的步骤，以及

在将极板组收纳到外壳内的步骤之后铆接保持筒部，在电极柱和保持筒部之间，间隔着绝缘垫圈进行密封的步骤。

24.如权利要求20所述的方形电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

在一方的极性的集电体上，中间隔着缓冲部，固定作为一方的极性的电极端子的电极柱的步骤，

在极板组的一端接合上述一方的极性的集电体的步骤，

在上述一方的极性的集电体接合后，嵌合绝缘框的步骤，上述绝缘框覆盖该集电体的至少外周部和极板组的一端部的极板芯材露出部，以及

嵌合绝缘垫圈的步骤，上述绝缘垫圈与覆盖缓冲部的缓冲部盖和电极柱的外周嵌合。

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