CN202749423U

CN202749423U - 电池封口板、电池外壳、以及二次电池

Info

Publication number: CN202749423U
Application number: CN2012203548692U
Authority: CN
Inventors: 李杨
Original assignee: Panasonic Energy Wuxi Co Ltd
Current assignee: Panasonic Energy Wuxi Co Ltd
Priority date: 2012-07-16
Filing date: 2012-07-16
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2022-07-16

Abstract

本实用新型提供了易于激光封口焊接的电池封口板、电池外壳、以及二次电池，其特征在于，在所述电池外壳与所述封口板的接合处形成有缺口部，在对所述电池外壳和所述封口板进行激光封口焊接时，熔化的金属被容纳在所述缺口部中。根据本实用新型，可以在较低的焊接能量下得到充分的熔深，从而改善了焊接品质，得到了外观良好的电池成品。

Description

电池封口板、电池外壳、以及二次电池

技术领域

本实用新型涉及具有特定结构且易于激光封口焊接的电池封口板、电池外壳、以及具备该电池封口板和/或该电池外壳的二次电池。

背景技术

近年来，随着便携式电子设备例如笔记本电脑、移动电话、便携式信息终端(PDA)等的迅速普及，作为其电源，具有高容量密度且易于小型化的锂离子二次电池的开发愈来愈受到重视。从便携式电子设备的重量轻、易于携带的观点出发，也要求作为其电源的电池厚度更薄和小型化。

以锂离子方型电池为例，如图1所示，二次电池1一般包括金属制电池外壳2、封口板3、封栓4、护板5、引线6、以及未图示的密封在由该电池外壳和封口板形成的密闭腔内的由正极板、绝缘纸、负极板卷成的电极组及浸润在该电极组里的电解液。封口板是包括铆钉、上部绝缘片、盖板、下部绝缘片和垫片并通过铆钉将这些零件依次铆接在一起而成的部件。平板状的金属制盖板7和电池外壳2与正极相连，铆钉介由垫片与负极相连，上部绝缘片将铆钉与盖板绝缘，下部绝缘片将垫片与盖板绝缘，从而形成盖板上除了作为负极端子的铆钉以外的其他部位均为正极的形态。

另外，锂离子方型电池的装配工艺一般是这样的：将正极板与负极板隔着绝缘纸通过卷绕工序而卷绕成电极组，再通过插壳工序将电极组插入电池外壳内，然后放入护板，在经过焊接将电极组的正、负极引线分别与封口板的不同部位连接后，对封口板与电池外壳的接合处进行激光封口焊接，然后通过封口板上的注液孔注入电解液，最后通过封栓焊接将注液孔密封，即成为完整的电池。

其中，激光封口焊接是采用激光对电池外壳和封口板进行的接缝焊接，激光束沿着电池外壳上端的开口部与盖板的接合处扫描，使构成电池外壳和盖板的金属材料熔融，从而将电池外壳与盖板焊接在一起，达到密封电池的作用。此时，为了熔化电池外壳和盖板，激光需要大量的能量才能使这两种金属材料融合到一起，完成焊接过程。在使用高能量的激光进行焊接时，容易发生焊接火花、飞溅等问题，且有可能发生熔穿，但如果降低激光的焊接能量，则有可能产生焊接缺口或虚焊，导致焊接品质不良，有可能发生电池的漏液等问题。另外，焊接部的金属材料从电池表面凸起，会影响到电池的外观。

实用新型内容

本实用新型提供一种易于激光封口焊接的电池封口板，其包括平板状的金属制盖板，其特征在于，在所述盖板的外周缘的上部形成有缺口部，该缺口部在激光封口焊接时容纳发生熔化的金属。

优选所述缺口部是通过倒角加工在所述盖板的外周缘的上部形成的斜面，其C角度大于0°且小于90°。优选所述斜面的垂直高度为0.1～0.4mm的范围，所述斜面的水平长度为0.1～0.8mm的范围。

优选所述缺口部是通过开槽加工在所述盖板的外周缘的上部形成的向外侧或向上方开口的凹槽。优选所述凹槽的截面形状为V形或U形，所述凹槽的开槽深度为0.1～0.4mm的范围，所述凹槽的开口宽度为0.1～0.4mm的范围。

本实用新型还提供一种易于激光封口焊接的电池外壳，其为金属制的壳体，且在上端具有开口部，其特征在于，在所述开口部的内侧上部形成有缺口部，该缺口部在激光封口焊接时容纳发生熔化的金属。

优选所述缺口部是通过倒角加工在所述开口部的内侧上部形成的斜面，其C角度大于0°且小于90°。优选所述斜面的垂直高度为0.1～0.4mm的范围，所述斜面的水平长度为0.1～0.4mm的范围。

优选所述缺口部是通过开槽加工在所述开口部的内侧上部形成的向内侧或向上方开口的凹槽。优选所述凹槽的截面形状为V形或U形，所述凹槽的开槽深度为0.1～0.4mm的范围，所述凹槽的开口宽度为0.1～0.4mm的范围。

进而，本实用新型还提供一种易于激光封口焊接的二次电池，其具备：在上端具有开口部的电池外壳、对所述开口部进行密封的封口板、和容纳于所述电池外壳内的电极组和电解液，其特征在于，所述封口板是上述的电池封口板，和/或所述电池外壳是上述的电池外壳，在对所述电池外壳和所述封口板进行激光封口焊接时，熔化的金属被容纳在所述电池外壳和/或所述盖板的所述缺口部中。

根据本实用新型，通过在电池外壳和盖板的接合处设置缺口部，可以用于容纳在激光焊接时发生熔化的金属，并且在降低焊接能量的情况下也能得到充分的焊接深度(熔深)，因此，可以以较低的能量进行激光焊接，节省了能源，且抑制了焊接火花、飞溅等问题，降低了对封口板可能造成的损害，提高了焊接品质，且改善了焊接完成后的二次电池的外观。

附图说明

图1表示现有技术中的二次电池的纵向剖面立体图。

图2(a)(b)表示现有技术的盖板的结构的纵向剖面图以及部分放大示意图。

图3表示本实用新型的盖板的结构的立体图。

图4表示本实用新型的盖板的结构的俯视图。

图5(a)(b)表示本实用新型的盖板的结构的纵向剖面图以及部分放大示意图。

图6示意地表示现有技术中的盖板与电池外壳的配合状态，左边为焊接前的状态，右边为焊接后的状态。

图7示意地表示本实用新型中的盖板与电池外壳的配合状态，左边为焊接前的状态，右边为焊接后的状态。

图8(a)(b)表示本实用新型的盖板的又一例结构的纵向剖面图，(a)凹槽开口向上方，(b)凹槽开口向外侧。

图9分别表示了在采用现有设计和本实用新型的情况下，焊接能量与熔深之间的关系的曲线图，(a)1点测定；(b)2点测定。

图10表示本实用新型的电池外壳的结构的纵向剖面图。

图11表示本实用新型的电池外壳的又一例结构的纵向剖面图，(a)凹槽开口向上方，(b)凹槽开口向内侧。

具体实施方式

本发明者们对激光封口焊接中的影响因素进行研究后发现，造成焊接不良的主要原因在于：(1)当采用低能量的激光时，激光不容易透过材料表面而深入内部，因此焊接深度(熔深)不够，造成焊接强度不充分；(2)当增大激光能量时，焊接火花飞溅，有可能发生熔穿，且熔化的金属材料易发生溢流，损害封口板上的其他部件，并使得表面凹凸不平，造成电池的外观不良。

因此，本发明者们着眼于在电池外壳与盖板的接合处设置缺口部，这样，一方面可以在使激光容易进入构成电池外壳或盖板的材料内部，从而即使降低焊接能量也得到充分的熔深，因此，可以以较低的能量进行激光焊接。另一方面，该缺口部也可以容纳在激光焊接时发生熔化的金属，从而消除了表面的凹凸不平，改善了焊接完成后的电池外观。

该缺口部只要设置在电池外壳与盖板的接合处即可，具体而言，可以设置在盖板的外周缘的上部，也可以设置在电池外壳的开口部的内侧上部。另外，对该缺口部的形状没有特别的限定，从加工容易性的角度考虑，可以列举出具有斜面的C倒角、或者截面形状为U形、V形的凹槽等。

下面，结合附图来对本实用新型的电池封口板、电池外壳、以及具备该封口板或外壳的电池的形态进行具体的说明。但是，本实用新型并不局限于下述特定的具体实施方式。

首先，参照图2～图8对本实用新型的电池封口板的具体形态进行说明。

图2是示意性地表示现有技术的盖板结构的(a)纵向剖面图以及(b)部分放大示意图。从图2(b)可以看出，平板状的盖板7的外周缘的上部为直角，由于盖板与电池外壳通常为过盈配合，为了便于插入，因此在盖板的周缘部的下部设置有C倒角。

图3表示本实用新型的一个例子的盖板结构的立体图。图4是表示该盖板结构的俯视图。图5表示该盖板结构的纵向剖面图以及部分放大示意图。

从图3～图5可以看出，本实用新型的盖板与现有技术的盖板的区别在于，在所述盖板的外周缘的上部形成有缺口部，该缺口部是通过C倒角加工在所述盖板的外周缘的上部形成的斜面8。如图5(b)所示，斜面8与垂直于盖板表面的法线方向所成的角度(即C角)可以在大于0°且小于90°的范围内波动，优选为45°。

为了有利于激光在激光封口焊接时进入盖板的内部，斜面8的垂直高度(即图中的竖直方向的高度)优选为0.1～0.4mm的范围，如果下限值低于0.1mm，则激光熔化后的材料量不足，起不到密封作用，如果上限值高于0.4mm，则有可能发生激光熔接时，剩余的材料板材较少，激光透入电池内部，造成电极组的胶带等熔融，导致短路等问题，更优选为0.1～0.2mm。此外，为了容纳激光封口焊接时发生熔化的金属材料，由该斜面构成的缺口部必须具有一定的容积，因此，斜面8的水平长度(即图中的水平方向的长度)优选为0.1～0.8mm的范围，如果下限值低于0.1mm，则容积不够，熔融的材料凸出表面，影响外观，如果上限值高于0.8mm，则有可能发生焊接的轨道包不住电池外壳与盖板的接合处，产生缝隙，影响电池外观及性能，更优选为0.1～0.4mm，进一步优选为0.1～0.2mm。

图6示意地表示现有技术中的封口板与电池外壳的配合状态，左边为焊接前的状态，右边为焊接后的状态。当使用现有技术的封口板时，如图6所示，激光封口焊接时产生的熔化金属冷却后会突出在盖板表面。

图7示意地表示本实用新型中的封口板与电池外壳的配合状态，左边为焊接前的状态，右边为焊接后的状态。可见，通过采用本实用新型的盖板，熔化的金属较好地容纳在由上述斜面构成的缺口部中，冷却后，盖板与电池外壳的接合处比较平整。

图8表示了本实用新型的封口板的又一例结构的纵向剖面图。此时，所述缺口部是通过开槽加工在所述盖板的外周缘的上部形成的向外侧或向上方开口的凹槽。

图8(a)表示了U型凹槽9开口向上方的情况，此时，激光能够容易地进入盖板内部，因此可以在较低的能量下进行焊接。该凹槽设置于电池外壳与盖板的接合处，凹槽的外侧距电池外壳的水平距离为0～1mm的距离。当凹槽的外侧距离电池外壳为0时，意味着此时的凹槽为截面为直角的缺口。

图8(b)表示U形凹槽9开口向外侧的情况。此时，凹槽的上侧距离盖板的上表面为0.1～0.4mm的距离。由于凹槽的上表面距离盖板表面较近，只有薄薄的一层，因此在较低的能量的激光照射下，该部分的金属材料即会发生熔化，且熔化的金属材料被容纳在该凹槽中。

为了有利于激光在激光焊接时进入盖板内部，上述凹槽的开槽深度(即凹槽开口处距槽底的深度)优选为0.1～0.4mm的范围，如果下限值低于0.1mm，则激光熔化金属后，容纳面积不足，效果不明显；如果上限值高于0.4mm，则有可能在发生激光熔接时，剩余的盖板距离端子的距离较少，激光溶接时，熔化的材料飞溅到端子部，造成电池短路，更优选为0.1～0.2mm。此外，为了容纳激光封口焊接时发生熔化的金属材料，该凹槽必须具有一定的容积，因此，凹槽的开口宽度(即凹槽开口处的宽度)优选为0.1～0.4mm的范围，如果下限值低于0.1mm，则激光熔接上层材料时，整体厚度较厚，效果不明显，如果上限值高于0.4mm，则有可能发生盖板中熔融过多材料，造成熔穿现象，密封处易漏液，更优选为0.1～0.2mm。

在本实用新型中，采用“熔深”对焊接品质进行评价。熔深(焊接深度)直接反映出壳体与盖板焊接的密合性强弱，一般来说，激光能量越大，溶深深度越大，密合性越强，但能量过大会造成熔穿。

图9分别表示在采用现有设计和本实用新型的上述盖板结构的情况下，焊接能量与熔深之间的关系的曲线图。本发明者们采用设定为不同能量的激光对采用了本实用新型的盖板的电池以及采用了现有技术中的盖板的电池分别进行了激光封口焊接，并在完成焊接后的盖板的一个部位或两个不同部位测定了熔深，其结果分别示于图8(a)和图8(b)中。

如图8(a)和图8(b)所示，熔深一般随着激光能量的上升而加深，但在采用本实用新型的盖板时，在同等的激光能量条件下，本实用新型的盖板的整体溶深均比现有设计的盖板的溶深要深，因此激光能量可在原有基础上下降0.1-0.2KW，达到了削减激光能量的目标。

由上述结果可知，本实用新型的封口板通过在盖板的外周缘的上部设置缺口部，可以容纳激光封口焊接时发生熔化的金属，改善了电池的外观，不仅如此，在使用同等能量的激光的情况下，具备与现有技术相比更大的溶深，从而即使降低激光能量也能达到合乎生产的要求，整体来说达到了改善焊接品质外观、及减少激光机负荷的目的。

以上说明了缺口部形成于盖板的外周缘的上部的情况，但该缺口部也可以形成在电池外壳的开口部的内侧上部。

图10是表示本实用新型的电池外壳的结构的纵向剖面图。其中，在电池外壳2的开口部的内侧上部通过C倒角加工形成有斜面10。图11是表示本实用新型的电池外壳的又一例结构的纵向剖面图。其中，通过开槽加工在电池外壳的开口部的内侧上部形成(图11(a))向上方开口的凹槽11或(图11(b))向内侧开口的凹槽11。

此时，除了缺口部的形成部位不同，缺口部的形状与尺寸限定及其取得的效果都与该缺口部形成在封口板上的情况相同，因此省略其说明。

以上，通过具体实施方式对本实用新型的封口板和电池外壳的结构进行了例示性的说明。但本实用新型的封口板或电池外壳并不局限于上述的具体形态，可以做出各种变更。

此外，电池外壳和盖板的构成材质为金属，该金属通常为铝或铝合金。优选构成盖板的金属材料的熔点低于构成电池外壳的金属材料的熔点。另外，在激光封口焊接时发生熔化的金属，既包括构成盖板的金属材料，也包括构成电池外壳的金属材料。

本实用新型的二次电池的特征在于采用上述说明的任一种结构的封口板和/或电池外壳。

首先，对本实用新型的制造方法进行简单说明。

将正极板与负极板隔着绝缘纸通过卷绕工序而卷绕成电极组，再通过插壳工序将电极组插入电池外壳内，然后放入护板，经过焊接将电极组的正、负极引线分别与封口板的不同部位连接。

然后，运用自动压盖板设备将盖板压入电池外壳内部，使盖板的上表面与外壳的开口部平齐。在盖板与外壳开口部配合好后，对盖板与电池外壳的接合处进行激光封口熔接，通过相应参数的调整后，激光束照射在盖板与电池外壳的接合处，构成盖板和外壳壳体的金属材料发生熔化，熔融的部分填入缺口部，完成材料的快速熔合。

最后，通过封口板上的注液孔注入电解液，通过封栓焊接将注液孔密封，即形成完整的二次电池。

通过采用本实用新型的上述结构的封口板和/或电池外壳，可降低激光能量，保证焊接的品质，且改善了电池外观。

在以上的各实施方式中，虽然以方型的锂离子二次电池为例介绍了本实用新型的封口板以及具备该封口板的二次电池，但本实用新型并不限于此。上述封口板经过适当变形后也可以适用于其他外形或其他种类的电池，例如圆柱形镍氢电池、扁平型锂离子电池等。

以上，通过具体的实施方式对本实用新型进行了详细的说明，当然本实用新型并不限定于上述具体的例子。本领域技术人员可以在后附的权利要求书的记载范畴内想到各种变形或修改，这些变形例和修改例当然也属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种易于激光封口焊接的电池封口板，其包括平板状的金属制盖板，其特征在于，在所述盖板的外周缘的上部形成有缺口部，该缺口部在激光封口焊接时容纳发生熔化的金属。

2.根据权利要求1所述的电池封口板，其特征在于，所述缺口部是通过倒角加工在所述盖板的外周缘的上部形成的斜面，其C角度大于0°且小于90°。

3.根据权利要求2所述的电池封口板，其特征在于，所述斜面的垂直高度为0.1～0.4mm的范围。

4.根据权利要求2或3所述的电池封口板，其特征在于，所述斜面的水平长度为0.1～0.8mm的范围。

5.根据权利要求1所述的电池封口板，其特征在于，所述缺口部是通过开槽加工在所述盖板的外周缘的上部形成的向外侧或向上方开口的凹槽。

6.根据权利要求5所述的电池封口板，其特征在于，所述凹槽的截面形状为V形或U形。

7.根据权利要求6所述的电池封口板，其特征在于，所述凹槽的开槽深度为0.1～0.4mm的范围。

8.根据权利要求6或7所述的电池封口板，其特征在于，所述凹槽的开口宽度为0.1～0.4mm的范围。

9.一种易于激光封口焊接的电池外壳，其为金属制的壳体，且在上端具有开口部，其特征在于，在所述开口部的内侧上部形成有缺口部，该缺口部在激光封口焊接时容纳发生熔化的金属。

10.根据权利要求9所述的电池外壳，其特征在于，所述缺口部是通过倒角加工在所述开口部的内侧上部形成的斜面，其C角度大于0°且小于90°。

11.根据权利要求10所述的电池外壳，其特征在于，所述斜面的垂直高度为0.1～0.4mm的范围。

12.根据权利要求10或11所述的电池外壳，其特征在于，所述斜面的水平长度为0.1～0.4mm的范围。

13.根据权利要求9所述的电池外壳，其特征在于，所述缺口部是通过开槽加工在所述开口部的内侧上部形成的向内侧或向上方开口的凹槽。

14.根据权利要求13所述的电池外壳，其特征在于，所述凹槽的截面形状为V形或U形。

15.根据权利要求14所述的电池外壳，其特征在于，所述凹槽的开槽深度为0.1～0.4mm的范围。

16.根据权利要求14或15所述的电池外壳，其特征在于，所述凹槽的开口宽度为0.1～0.4mm的范围。

17.一种易于激光封口焊接的二次电池，其具备：在上端具有开口部的电池外壳、对所述开口部进行密封的封口板、和容纳于所述电池外壳内的电极组和电解液，其特征在于，所述封口板是权利要求1～8中任一项所述的电池封口板，和/或所述电池外壳是权利要求9～16中任一项所述的电池外壳，在对所述电池外壳和所述封口板进行激光封口焊接时，熔化的金属被容纳在所述电池外壳和/或所述盖板的所述缺口部中。