CN1898818A - 大致呈椭圆形的电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大致呈椭圆形的电池，其包括：横断面形状大致呈椭圆形的电池外壳(2)、大致呈椭圆形的封口板(3)以及极板组，其中所述封口板的断面形状设计为U字形，所述电池的厚度设定为4mm或以上，纵横尺寸比设定为3或以上，藉此可以提供一种如下的电池，即不需要昂贵的设备和工时，便可以很容易地对电池内部产生的气体进行排气阀的开阀控制，同时具有可以简易且安全地排出气体的排气机构。

Description

大致呈椭圆形的电池
技术领域
本发明涉及电池的气体排气机构。
背景技术
以前的方形电池具有电池外壳，在该电池外壳的内部安装着由正极、负极、隔膜等构成的极板组，同时填充电解液；而且在电池外壳的开口部配设有加工成形状与电池外壳的开口部相同的封口板；在封口板上，通过焊接接合着安全阀，该安全阀具有防爆机构，在电池外壳内部产生的气体压力的作用下使阀门打开。另外，电池外壳的开口部和封口板沿其边界进行焊接处理，从而使封口板和电池外壳实现一体化，并使电池外壳的内部处于密闭状态。
对于以方形电池为主的以前的电池，当极板组产生大量的气体而使内压急剧升高时，常常将气体排到电池外部。在这样的电池中，通常设置有排气机构。该排气机构在分隔电池内部和外部的封口板等上设置着安全阀，该安全阀加工有呈V字形或C字形的沟部和薄壁部等。
另一方面，作为没有安全阀的排气机构，常常直接在封口板上加工出呈V字形或C字形的沟部和薄壁部等。这些沟部和薄壁部当电池内部产生气体而使内压达到预定的压力时，就会将电池内部的气体排到外部。
专利文献1：特开2001-043845号公报
但是，在方形电池上难以形成大的排气机构而只能设置小的排气机构。为此，在形成沟部和薄壁部时，如果不进行高精度的加工，则在规定的压力下，就不能将电池内的气体排到外部，并且很难进行开阀控制，从而需要昂贵的加工装置并耗费大量时间，这便成为高成本的主要原因。
另外，专利文献1公开了一种方形电池，其设置有将方形筒状容器的开口部和封口板的短边侧端部彼此接合在一起的连接部等焊接强度比其它焊接部设定得弱一些的脆弱焊接部。但是，由于难以控制焊珠宽度(weld bead width)和焊透深度，所以难以稳定地进行开阀的压力控制。
在此，本发明就是要解决上述的课题，其目的在于提供一种不需要昂贵的设备和工时等便可以很容易地进行排气阀的开阀控制的电池。
发明内容
为实现上述的目的，本发明的电池是大致呈椭圆形的电池，其包括：横断面形状大致呈椭圆形的电池外壳、大致呈椭圆形的封口板以及极板组。上述封口板的断面形状呈U字形，所述电池的厚度为4mm或以上，纵横尺寸比为3或以上。
通过设计为这样的结构，为具有排气机构不需要在电池上进行沟部加工和薄壁部加工，为制作排气阀而不需要进行高精度的加工，因此可以设计出低成本且容易进行开阀的压力控制的排气机构。
附图说明
图1是本实施例的电池的立体图。
图2是表示该电池的电池内压上升时的状态的立体图。
图3是该电池封口部的立体图。
图4是为了确认该电池排气机构的作动状况，表示直线部和圆周部的断面位置的立体图。
图5A是该电池的直线部在变形前的剖面图，图5B是该电池的直线部在变形后的剖面图。
图6A是该电池的圆周部在变形前的剖面图，图6B是该电池的圆周部在变形后的剖面图。
图7是表示该电池的曲率半径R的图。
图8是在本实施例中，表示为比较而进行试验的以前的方形电池的立体图。
具体实施方式
本发明涉及一种如图1所示的大致呈椭圆形的电池1，其包括：横断面形状大致呈椭圆形的电池外壳2、大致呈椭圆形的封口板3和极板组；而且其构成是：所述封口板3的断面形状呈U字形，所述电池1的厚度为4mm或以上，纵横尺寸比为3或以上；其产生的效果是：通过简易的排气机构便可以安全地排出气体。此外，所述纵横尺寸比用电池宽度W(mm)与电池厚度T(mm)之比W/T来表示。
另外，本发明的上述电池外壳2为两端开口的筒状，可以简单且低成本地制作电池外壳2，同时还可以容易地获得任意长度的电池外壳2，而且可以简单地制作任意容量的电池。
再者，在使用筒状电池外壳2的情况下，为了在一个开口端部以圆周部和直线部的交点为起点有选择性地使焊接部发生断裂，只在一个开口端设置U字形的封口板3，或者将一个开口端部的开阀压力设定得比另一个开口端部的开阀压力低一些，藉此便可以进行排气机构的定位。
在此，本发明的电池在横断面形状为椭圆形状的电池外壳2的内部，收纳着由正极、负极和隔膜构成的极板组，配置有断面形状呈U字状且加工成与电池外壳的开口部相同的椭圆形状的封口板3，沿着电池外壳2的开口部和封口板3之间的边界进行焊接处理，从而使电池内部处于密闭状态。
本发明者在电池外壳内的内压上升、以致大致呈椭圆形的电池1变形为图2所示的形状时，从大致呈椭圆形的电池1的纵横尺寸比和电池厚度T之间的关系，发现电池外壳2和封口板3的变形形态有所不同，因电池外壳2和封口板3的变形，使得焊接部以圆周部和直线部的交点为起点发生断裂，由此不需要昂贵的设备和工时等，便可以获得容易将气体排到外部的电池。
另外，在本发明中，焊接方法可以使用激光焊接、点焊接等通常的焊接方法。
实施例1
下面就本发明更具体的实施方案进行说明。
本发明以图3所示的大致呈椭圆形的电池1的圆周部5和直线部4的交点7为起点，利用电池外壳2和封口板3的变形而使之断裂，从而将气体排出。但是，随着电池厚度T(mm)、以及由电池的电池宽度W(mm)与电池厚度T(mm)求出的纵横尺寸比(W/T)之数值的不同，电池外壳2和封口板3的变形形态将有所不同，为此进行了以下的研究。此外，使用铝作为电池外壳2和封口板3的材料。
另外，电池1的圆周部5的曲率半径R正如图7所示的那样，是从连接圆周部端部的直线之中心到圆周的外周的距离，此时2R＝T。
本实施例将封口板3焊接在电池外壳2上使电池处于密闭状态，并使电池内的压力上升，以便研究各种大小的电池是否稳定地以圆周部5和直线部4的交点7为起点发生断裂，能否进行稳定的开阀控制。此外，本实施例进行测量时将开阀压力设定为3kgf/cm2。表1～表5示出了本实施例所使用的电池的电池厚度T、电池宽度W、曲率半径R以及纵横尺寸比W/T之间的关系。
另外，表6示出了气体排出试验的结果。此外，表6中的“○”表示在预定的压力下可稳定地打开排气阀，“×”表示在预定的压力下不能稳定地打开排气阀。
                                                 表1
  电池厚度T(mm)   4   5   10   20   30
  电池宽度W(mm)   8   10   20   40   60
  曲率半径R(mm)   2   2.5   5   10   15
  纵横尺寸比(W/T)   2   2   2   2   2
                                                      表2
  电池厚度T(mm)   4   5   10   20   30
  电池宽度W(mm)   12   15   30   60   90
  曲率半径R(mm)   2   2.5   5   10   15
  纵横尺寸比(W/T)   3   3   3   3   3
                                                     表3
  电池厚度T(mm)   4   5   10   20   30
  电池宽度W(mm)   16   20   40   80   120
  曲率半径R(mm)   2   2.5   5   10   15
  纵横尺寸比(W/T)   4   4   4   4   4
                                                       表4
  电池厚度T(mm)   4   5   10   20   30
  电池宽度W(mm)   24   30   60   120   180
  曲率半径R(mm)   2   2.5   5   10   15
  纵横尺寸比(W/T)   6   6   6   6   6
                                                       表5
  电池厚度T(mm)   4   5   10   20   30
  电池宽度W(mm)   32   40   80   160   240
  曲率半径R(mm)   2   2.5   5   10   15
  纵横尺寸比(W/T)   8   8   8   8   8
                                                       表6
  电池厚度T(mm)
  4   5   10   20   30
  纵横尺寸比   2   ×   ×   ×   ×   ×
  3   ○   ○   ○   ○   ○
  4   ○   ○   ○   ○   ○
  6   ○   ○   ○   ○   ○
  8   ○   ○   ○   ○   ○
从这些结果可以确认：通过将电池的厚度设定为4mm或以上、纵横尺寸比设定为3或以上，便可以使从圆周部5和直线部4的交点7处产生的断裂稳定地进行。
另一方面，表6表示为[×]的电池，不能以直线部4和圆周部5的交点7为起点进行开阀，开阀部分是不规则的。一般认为这是因为开阀部分是不规则的，以致开阀压力也变得不稳定。
在此，关于排气机构产生动作的情况，将在下面进行更为详细的说明。
图4表示将本发明的电池的封口部沿电池的厚度T方向切断时的直线部4和圆周部5各自的切断位置。如图4所示，直线部4沿切断面V-V切断，圆周部5沿切断面VI-VI切断。
图5A及图5B分别表示直线部4的电池外壳2和封口板3的变形前与变形后的形状。如果电池外壳内的内压上升，则电池外壳2的中央部鼓起来。然后，随着电池外壳中央部的鼓起，电池外壳2的开口部(电池外壳2和封口板3的接合部分)将拉向电池外壳2的中央部。再者，如果电池外壳2的中央部鼓起，电池厚度增加，则封口板3的直线部就会向电池内部产生变形。
与此相对照，圆周部5的变形形态与直线部4不同。也就是说，正如表示变形前的形状的图6A及表示变形后的形状的图6B分别所表示的那样，电池外壳2的内压上升时，电池外壳2的中央部就会鼓起来。然后，随着电池外壳中央部的鼓起，电池外壳2的开口部将拉向电池外壳的中央部。在此，一方面圆周部如上述直线部那样，圆周部将向电池内部产生变形，另一方面，要抑制变形的力将发生作用，因而不会发生变形。再者，当电池外壳2的中央部鼓起来时，相对于电池内部的方向，向反方向变形所需要的力大于向相同方向变形所需要力，因而使封口板3的圆周部得以扩大。
由于这样的变形形态的不同，以致在直线部和圆周部交点的部分有剪切应力发生作用，所以以该交点为起点，电池外壳2和封口板3的接合面发生断裂，从而在电池外壳2的内部蓄积的气体被排到外部。
此外，本实施例在进行测量时将开阀压力设定为3kgf/cm2，不过，在20kgf/cm2以下(优选为10kgf/cm2以下)时，也可以得到同样的效果。这些数值可以根据电池外壳和封口板的焊接条件(激光焊接时为激光能量等)来进行适当的设定。
另外，本实施例将铝用作电池外壳及封口板材料，不过，即使采用铁等金属材料，也能得到同样的效果。
此外，作为比较例，用方形电池11进行了同样的试验，所述方形电池11如图8所示，其使用加工成扁平矩形形状的扁平矩形筒状电池外壳12。基于在椭圆形筒状容器中进行的结果，所使用的电池被设定为如下的电池，即电池厚度为5(mm)及30(mm)，纵横尺寸比为3、4、6及8，这样可使电池外壳12和封口板13稳定地进行断裂，表7汇总了气体排气的结果。此外，[-]表示没有进行试验。
                                          表7
  电池厚度T(mm)
  4   5   10   20   30
纵横尺寸比   2   -   -   -   -   -
  3   -   ×   -   -   ×
  4   -   ×   -   -   ×
  6   -   ×   -   -   ×
  8   -   ×   -   -   ×
从表7中可以确认，加工成扁平矩形形状的方形电池11，即使在加工成椭圆形状的电池通过预定的压力可以使排气阀打开的电池厚度T、纵横尺寸比(W/T)的条件下，也不能得到良好的效果。
可以认为其原因在于：加工成扁平矩形形状的方形电池11，因扁平矩形筒状电池外壳12所具有的四个角而看不到如加工成椭圆形状的电池那样的变形，所以不能得到良好的防爆机构。
正如以上所说明的那样，本发明的电池的防爆机构与由薄壁部和沟部构成的防爆机构相比，可以非常简单地进行设置，不要花费工夫和劳力，而且不需要使用昂贵的精密加工装置，就可以在电池上设置所需要的防爆机构，所以对电池而言，在谋求作业成本和设备费用的降低方面是有用的。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1、一种大致呈椭圆形的电池，其包括：横断面形状大致呈椭圆形的电池外壳(2)、大致呈椭圆形的封口板(3)以及极板组，其中所述封口板的断面形状呈U字形，所述电池的厚度为4mm或以上，纵横尺寸比为3或以上，而且所述电池外壳与封口板边界的圆周部(5)与直线部(4)的交点(7)作为气体排出用断点发挥作用。
2、根据权利要求1所述的大致呈椭圆形的电池，其中所述电池外壳(2)为两端开口的筒状。
3、根据权利要求1或2所述的大致呈椭圆形的电池，其中所述电池外壳(2)和所述封口板(3)通过焊接进行接合。

Claims (3)

1、一种大致呈椭圆形的电池，其包括：横断面形状大致呈椭圆形的电池外壳(2)、大致呈椭圆形的封口板(3)以及极板组，其中所述封口板的断面形状呈U字形，所述电池的厚度为4mm或以上，纵横尺寸比为3或以上。
2、根据权利要求1所述的大致呈椭圆形的电池，其中所述电池外壳(2)为两端开口的筒状。
3、根据权利要求1或2所述的大致呈椭圆形的电池，其中所述电池外壳(2)和所述封口板(3)通过焊接进行接合。
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