CN203250793U

CN203250793U - 电池及电池的制造装置

Info

Publication number: CN203250793U
Application number: CN2011900003118U
Authority: CN
Inventors: 平井刚
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2011-02-01
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: KR20120112656A; JP2011159498A; EP2533323A1; TW201212338A; US20130071727A1; WO2011093503A1

Abstract

本实用新型的电池具有：容器主体（20），具有至少一端开口的开口部；以及盖（21），具备比开口部的直径大的外径尺寸并闭塞开口部。盖（21）相对于容器主体（20）外嵌合，对盖（21）的端部与容器主体（20）进行焊接而构成电池容器（10）。由于盖（21）相对于容器主体（20）外嵌合而焊接，因此盖（21）不会向容器主体（20）的内侧落入，而且因焊接而熔融的金属不会向容器主体（20）的内侧进入。本实用新型还提供了一种电池的制造装置。

Description

电池及电池的制造装置

技术领域

本发明涉及电池、电池的制造装置及电池的制造方法。

本申请对于2010年2月1日向日本提出申请的特愿2010-020325号而主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

一直以来，电池或由多个电池构成的电池组被用作电子设备等的电源。作为这种电池的例子，近年来如锂离子二次电池等那样能量密度高的二次电池的开发不断发展，这种电池或电池组也被用作电力机动车的电源或家庭用的蓄电装置等。

在此一般的二次电池包括：贮藏电解液的电池容器；收容在电池容器内而与电解液接触的电极板；设置在电池容器的外部而与电极板电连接的电极端子。电池容器例如包括具有开口的容器主体和闭塞开口的盖。在容器主体中收容了电极板等之后，以闭塞开口的方式安装盖等，由此制造出这种二次电池。

作为向容器主体安装盖的方法，列举有例如专利文献1公开的技术。在专利文献1中，将盖内嵌合在作为容器主体的电池箱的开口，在使电池箱的开口端与盖成为一个面的状态下，利用激光焊接机对该接缝进行焊接。另外，在本说明书中，内嵌合是指使用具有与电池箱的开口的直径大致相同的外径尺寸的盖，将盖嵌合在电池箱的内侧的方法。

在先技术文献

专利文献

专利文献1日本特开2003-181666号公报

在如专利文献1那样将盖内嵌合于容器主体的电池容器中，存在以下的课题。

作为第一课题，列举出如下的点：将盖内嵌合于容器主体之后，当向容器主体安装盖时，由于盖向容器主体的内侧落入等，会额外地花费将盖与容器主体对位的劳力和时间。为了防止盖的落入，例如只要将容器主体的内径尺寸设定得大于盖的外径尺寸，并实现容器主体的开口缘部的薄壁化，将盖固定在薄壁化的部分即可。根据该方法，虽然能够防止盖的落入，但为了薄壁化而需要高精度的切削加工等，生产性降低。

另外，在上述专利文献1中，使容器主体的开口向上而对容器主体和盖进行焊接。作为第二课题，列举出如下的点：在这种焊接方法中，对容器主体与盖的接缝进行焊接时，熔融的金属顺着接缝流入容器主体的内侧。流入的熔融金属与电池容器内的构件接触等，成为电池容器内会产生短路等缺陷的原因。

发明内容

本发明为了解决上述的各种课题而完成，目的之一在于提供一种能够以低成本组装的电池、该电池的制造方法及制造装置。

本发明的电池具有：容器主体，具有开口部；以及盖，具备顶板部和侧壁部，正极端子及负极端子隔着绝缘构件安装于所述盖，所述盖闭塞所述开口部并外嵌合于所述容器主体，所述侧壁部的端部与所述容器主体焊接。

如此，由于将盖外嵌合于容器主体，因此在将盖安装于容器主体时，盖不会向容器主体的内侧落入。因此，与将盖内嵌合于容器主体的结构相比，容易将盖安装于容器主体，从而成为能够以低成本组装的电池。而且，由于盖焊接在容器主体的外周面，因此在焊接盖时熔融的金属不会向容器主体的内侧流入，从而成为良好的电池。因此，焊接金属不易与配置在电池容器内的构件干涉，从而成为不易产生干涉引起的短路等不良情况的良好的电池。

此外，本发明的电池优选在上述本发明所涉及的电池中，所述端部具备薄壁部，所述薄壁部与所述容器主体焊接。

此外，本发明的电池优选在上述本发明所涉及的电池中，所述容器主体具备朝向容器外侧呈凸形状的嵌合凸部，所述盖具备与所述嵌合凸部的形状对应的凹形状的嵌合凹部，所述嵌合凸部与所述嵌合凹部嵌合，从而进行所述外嵌合。

本发明的电池的制造装置，制造上述的本发明的电池，其具备：支承台，载置所述电池；反转机构，保持所述容器主体并使其反转；焊接机构，对所述端部与所述容器主体进行焊接；以及控制部，控制所述反转机构及所述焊接机构，在所述支承台形成有收纳所述电池的电极端子的避让部，所述控制部控制所述反转机构，以所述避让部收容所述电极端子的方式使所述容器主体反转且载置于所述支承台，并且对所述焊接机构进行控制，以通过所述焊接机构对所述端部与所述容器主体进行焊接。

根据本发明的电池的制造装置，使盖外嵌合于容器主体而使该容器主体反转，然后进行焊接，因此盖不会向容器主体的底面内侧落入。因此，容易将盖稳定地安装于容器主体，能够有效且高精度地将盖焊接于容器主体。而且，因焊接工序而熔融的金属不会向容器主体的内侧进入，能够制造良好的电池。如此，根据本发明，能够制造低成本且良好的电池。

发明效果

在本发明中，由于盖外嵌合而焊接于容器主体，因此能够降低电池的组装成本，而且能防止焊接时的熔融金属向容器主体的内侧进入。根据本发明的电池，能够构成低成本且良好的电池。

附图说明

图1是表示本发明的电池的一实施方式的立体图。

图2中的（a）是图1的A-A’线向视剖视图，图2中的（b）是图1的B-B’线向视剖视图。

图3是表示电池容器的制造方法的一实施方式的流程图。

图4中的（a）～（c）是表示对容器主体的处理的工序图。

图5中的（a）～（d）是表示对盖的处理的工序图。

图6中的（a）、（b）是表示组装盖和容器主体的工序的工序图。

标号说明

1...二次电池（电池），

2...二次电池的制造装置，

8...支承台，

9...激光焊接装置，

10...电池容器，

11...正极端子（电极端子），

12...负极端子（电极端子），

13...正极板，

13a...正极引片，

13a...负极引片，

13b...连接部，

14...负极板，

14a...负极引片，

14b...连接部，

15...隔板，

20...容器主体，

20a...开口，

20b...外周面，

21...盖，

22...电解液注入口，

23...嵌合部，

24...嵌合凸部，

25...嵌合凹部，

26...焊接部，

27...安装孔，

28...薄壁部，

30...容器主体，

31、32...盖，

33...顶板部，

34...侧壁部，

81...避让部，

82...反转机构，

83...控制部，

84...驱动机构，

85...盖嵌机构，

L...激光束，

S10～S12、S20～S22、S30～S33...步骤

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式。在说明使用的附图中，为了便于理解地表示特征部分，有时使附图中的结构的尺寸或比例尺与实际的结构不同。而且，在实施方式中，对于同样的结构要素，标注相同标号进行图示，有时省略其详细说明。

图1是表示本发明的电池的一实施方式的二次电池1的简要结构的立体图，图2（a）是图1中的A-A’线向视剖视图，图2（b）是图1中的B-B’线向视剖视图。本实施方式的二次电池1是层叠型的锂离子二次电池，但本发明的适用范围并不局限于层叠型的锂离子二次电池。本发明也能够适用于卷绕型的锂离子二次电池、锂离子二次电池以外的二次电池、一次电池等电池。

如图1所示，二次电池1包括电池容器10、作为电极端子的正极端子11及负极端子12。电池容器10包括一端开口的容器主体20和闭塞盖容器主体20的开口的盖21。另外，电池容器10是金属容器，例如是由铝构成且外形为大致棱柱状（大致长方体状）的中空容器。作为电池容器10的外形，也可以是大致棱柱状的其他的形状、例如大致圆柱状。

容器主体20具有呈环状地将中空轴的四周包围的壁面，例如为圆筒状或方筒状。关于容器主体20的与中空轴正交的截面的外周的轮廓，可以是圆形、椭圆形等的闭曲线、多边形、将多边形的角修圆的形状、以及将它们组合的形状（例如椭圆）中的任一种。而且，关于容器主体20的与中空轴正交的截面的内周的轮廓，可以与外周同样地为闭曲线、多边形等中的任一个，外周的轮廓和形状既可以相同也可以不同。本实施方式的容器主体20为方筒状，外周的轮廓及内周的轮廓大致为矩形。

正极端子11及负极端子12设置在电池容器10的一个外表面上。正极端子11及负极端子12为柱状（在此为圆柱状），向配置有端子的面的法线方向突出。正极端子11经由图示省略的连接部（例如，高电阻体）而与电池容器10电连接。电池容器10的电位被控制成例如与正极端子11大致同电位，以免电池容器10与锂离子发生反应。

以下，基于图1所示的XYZ坐标系而说明结构要素的位置关系。

在该XYZ正交坐标系中，X方向及Y方向是沿着配置有电极端子的面的方向，Z方向是该面的法线方向。在此，正极端子11、负极端子12排列的方向为X方向。负极端子12相对于正极端子11配置在X正方向侧。

如图2（a）、（b）所示，容器主体20是具有开口20a的大致棱柱状的中空容器。盖21以覆盖开口20a的方式闭塞开口20a而嵌合在容器主体20的外侧，覆盖容器主体20的外周面20b的一部分（以下，将该嵌合的形态定义为“外嵌合”）。此外，在本实施方式中，盖21通过焊接部26而与容器主体20的外周面20b接合。而且，在盖21形成有开口，在该开口隔着绝缘构件而安装正极端子11及负极端子12。而且，在盖21中的闭塞开口20a的部分设有图1所示的电解液注入口22。

在本实施方式中，在容器主体20的外周面20b中的覆盖有盖21的部分上设有朝向容器主体20的外侧呈凸形状的嵌合凸部24。在此，嵌合凸部24设置在外周面20b的周向（以Z轴为中心的周围）的大致整周。在盖21的覆盖外周面20b的部分的内壁上设有与上述的嵌合凸部24的形状对应的凹形状的嵌合凹部25。在此，嵌合凹部25设置在外周面20b的周向的大致整周。嵌合凸部24、嵌合凹部25通过冲压加工等形成，相互嵌合而构成嵌合部23。此外，如后所述，若仅着眼于容器主体20与盖21的定位的容易性，未必非要将嵌合凸部24或嵌合凹部25设置在整周。例如也可以隔开规定的间隔而将嵌合凸部24和嵌合凹部25断续设置。

在容器主体20内沿着Y方向反复配置正极板13及负极板14。正极板13与负极板14对置配置。在正极板13与负极板14之间设置隔板15，以免正极板13与负极板14接触。正极板13及负极板14由导体箔或导体薄板构成。

在正极板13中的Z方向的端部上向X负方向偏离而形成正极引片13a。正极引片13a与连接部13b导通并连接（简记为导通连接），连接部13b与正极端子11导通连接。多个正极板13的正极引片13a一并地与正极端子11导通连接。

在负极板14的Z方向的端部上向X正方向偏离而形成负极引片14a。负极引片14a与连接部14b导通而被导通连接，连接部14b与负极端子12导通连接。多个负极板14的负极引片14a一并地与负极端子12电连接。

含有锂离子的电解成分以与正极板13及负极板14接触的方式贮藏在电池容器10内。作为电解成分的贮藏方式，例如既可以是将含有电解成分的电解液积存在电池容器10内的方式，也可以是将含有电解成分的固形物收容在电池容器10内的方式。由于以免锂离子与电池容器10反应的方式控制电池容器10的电位，因此能防止电池容器10的合金化等。也可以通过利用绝缘膜等覆盖电池容器10的内表面，来将电池容器10与电解成分绝缘。

在以上那样的结构的电池容器10中，由于盖21外嵌合于容器主体20，因此与盖21嵌合（内嵌合）在容器主体20的内侧的情况相比，盖21不会向容器主体20的内侧落入，从而容易组装电池容器10。

此外，若形成为盖21的嵌合凹部25与容器主体20的嵌合凸部24嵌合的结构，则盖21相对于容器主体20产生位置错动的情况格外减少，从而容易组装电池容器10。而且，即使焊接部26产生的熔融金属向容器主体20的内部流出也会留在嵌合部23内，因此能防止或减少熔融金属向容器主体20的内侧流入的情况。尤其是嵌合凸部24及嵌合凹部25设置在外周面20b的周向的大致整周时，能大致可靠地防止熔融金属的一部分向容器主体20的内侧流入的情况。

在使用这种电池容器10构成的二次电池1中，组装电池容器10的情况变得容易，因此能够降低制造成本而形成为低成本。而且，焊接的熔融金属不会向容器主体20的内侧流入，因此能防止在容器主体20的内侧产生熔融金属发生冷却凝固导致的短路。如此，本发明的二次电池1能够实现低成本化，而且电池特性变得良好。

接着，说明本发明的二次电池的制造方法的一实施方式。图3是表示二次电池的制造方法的一实施方式的流程图。如图3所示，二次电池1的制造方法大致包括以下的工序。另外，在以下的说明中，说明利用自动化的生产线进行制造的情况，但并不局限于此，也可以使1个以上的工序或各工序中的一部分为手动化。

首先在步骤S10中准备容器主体。具体而言，使用带式传送设备等搬运装置等准备容器主体而向下一工序搬运。在步骤S11中对容器主体进行嵌合凹部的形成等的加工。在步骤S12中向容器主体收容并安装电极板等容器主体附带物。而且，与步骤S10并行地在步骤S20中准备盖。具体而言，使用带式传送设备等的搬运装置准备盖而向下一工序搬运。在步骤S21中对盖进行嵌合凹部的形成等加工。在步骤S22中向盖安装电极端子等盖附带物。具体而言，利用树脂将盖与电极端子结合并安装。在步骤S12及S22完成之后，在步骤S30中将电极板与电极端子电连接。在步骤S31中将盖外嵌合于容器主体。在步骤S32中对容器主体和盖进行焊接而制造电池容器。在步骤S33中，通过将电解液注入并存储在电池容器的内部等来制造二次电池。

另外，在步骤S22中，采用如下的方法：取代利用上述的树脂的结合，使用PFA等的填料（密封材料）进行电绝缘并确保电池容器的密封性等，对盖与电极端子进行机械结合。

以下，详细叙述上述的二次电池1的制造方法中的各工序。

图4（a）～（c）是表示与容器主体相关的处理的工序图。

作为与容器主体相关的处理，首先，如图4（a）所示，准备具有开口20a的容器主体30（步骤S10）。容器主体30是形成嵌合凸部24之前的容器主体20。接着，如图4（b）所示，在容器主体30形成嵌合凸部24，作为容器主体20（步骤S11）。嵌合凸部24例如可以通过冲压加工等形成。接着，如图4（c）所示，在容器主体20内收容安装有连接部13b的正极板13、安装有未图示的连接部14b的负极板14、隔板15等（步骤S12）。

另外，例如出于消减成本的要求和二次电池1的设计规格等的情况，有时也不形成嵌合凸部24。这种情况下，省略步骤S11而向步骤S12前进。

图5（a）～（d）是表示对盖的处理的工序图。

作为与盖相关的处理，首先，如图5（a）所示，准备盖31（步骤S20）。在此，准备在盖31的顶板部33设有用于安装正极端子11等的安装孔27的盖31。接着，如图5（b）所示，通过冲压加工等对盖31的侧壁部34的端部进行比侧壁部34的厚度薄的薄壁化而形成薄壁部28（步骤S21）。薄壁部28在后述的焊接中被用作焊接构件。盖31的侧壁部34是将盖31安装于容器主体20的状态下对容器主体20的外周面20b进行覆盖的部分。接着，如图5（c）所示，在盖32形成嵌合凹部25而作为盖21（步骤S21）。嵌合凹部25例如可以通过冲压加工等形成。接着，如图5（d）所示，向盖21的安装孔27安装正极端子11或未图示的负极端子12等（步骤S22）。

另外，如上述那样在容器主体未形成嵌合凸部时，也可以省略对应的嵌合凹部25的形成。而且，关于薄壁部28，也可以省略。关于安装孔27，只要在步骤S22之前形成即可，也可以在步骤S21中形成。

图6（a）、（b）是表示将盖和容器主体组装的工序的工序图。

在将盖21和容器主体20组装时，如图6（a）所示，在将连接部13b与正极端子11电连接之后，将盖21外嵌合于容器主体20（步骤S30、S31）。在此，以嵌合凸部24与嵌合凹部25嵌合的方式使用处理器等，将盖21覆盖并压入容器主体20。通过使嵌合凸部24与嵌合凹部25嵌合，而盖21不易产生与容器主体20的位置错动。接着，如图6（b）所示，以盖21与支承台8对置的方式使用处理器等保持容器主体20并使其反转，之后，将盖21的侧壁部34（参照图5）的端部、即薄壁部28或薄壁部28附近与容器主体20的外周面20b焊接（步骤S32）。

在本实施方式中，将外嵌合有盖21的容器主体20以盖21朝向下方的方式（以下，只要未特别说明，就将外嵌合有盖21的容器主体20的盖21朝向下方的动作称为“反转”），在载置于支承台8的状态下，通过激光焊接装置9等焊接机构进行焊接。支承台8具有对正极端子11和负极端子12等的从盖21突出的部分进行收容的避让部81，为了向该避让部81收纳正极端子11和负极端子12而使容器主体20反转。激光焊接装置9包括激光束源或光强度均匀化光学系统等，将激光束L向焊接部分照射。

如此在本实施方式的二次电池1的制造方法中，由于使盖21朝向下方，因此能够从上方看到盖21的内表面与容器主体20的外周面20b的高低差。换言之，向所述高低差照射激光束L的方向的选择自由度升高，容易避免在焊接的部分反射出的激光束L的坏影响等。而且，在向下姿态下焊接变得容易，从而能够高精度地控制焊接的部分的位置。

另外，在盖21与容器主体20的焊接时，由于将盖21外嵌合于容器主体20，因此能防止熔融的金属流入到容器主体20的内侧。由于将薄壁部28或薄壁部28附近与容器主体20焊接，因此激光束L的照射位置允许的误差增大薄壁部28的尺寸，能减少容器主体20或盖21过度地熔融的情况。熔融的金属顺着容器主体20的外周面20b，进入到容器主体20的外周面20b与盖21的内表面的界面。由此，容器主体20内的气密性升高。换言之，由于能够良好地填埋容器主体20的外径尺寸与盖21的内径尺寸的误差产生的空隙，因此关于尺寸所允许的误差增大。因此，容器主体20或盖21要求的加工精度降低，能够降低加工所需的成本。此外在设置由嵌合凸部24及嵌合凹部25构成的嵌合部23时，熔融的金属由嵌合部23遮挡，因此能格外防止比嵌合部23向下方垂下的情况。

如此，通过将盖21焊接于容器主体20，能得到图1所示的电池容器10。而且，通过从电解液注入口22向电池容器10内注入电解液，而能得到二次电池1（步骤S33）。

接着，说明上述的二次电池的制造方法的尤其是适用于步骤S31、S32的制造装置的一实施方式。如图6所示，二次电池1的制造装置2大致成为以下的装置结构。另外，在说明中，对于已经说明的结构、构件，标注同一编号，适当省略说明。

二次电池1的制造装置2至少具备将盖21外嵌合于容器主体20的盖嵌机构85，使外嵌合有盖21的容器主体20反转的反转机构82、支承台8、激光焊接装置9、及控制反转机构82和激光焊接装置9的控制部83。

此外，二次电池1的制造装置根据需要，可以还具备形成嵌合凸部24或嵌合凹部25的机构、将容器主体20与盖21外嵌合的机构、注入电解液的机构。

盖嵌机构85及反转机构82例如是处理器。盖嵌机构85具有在反转机构82保持有容器主体20的状态下将盖21外嵌合于容器主体20的功能。另外，在将盖21外嵌合于容器主体20时，可以在作业台等上载置有容器主体20的状态下通过反转机构82来保持容器主体20。而且，反转机构82具有使外嵌合有盖21的容器主体20反转的功能。更具体而言，基于来自控制部83的控制信号，反转机构82使容器主体20反转而载置于支承台8，以便于在形成于支承台8的避让部81收纳正极端子11等。

激光焊接装置9具有如下的功能：在反转机构82将容器主体20载置于支承台8之后，基于控制部83的控制信号，向薄壁部28照射激光束L而对盖21与容器主体20进行焊接。激光焊接装置9与公知的驱动机构84连接，基于来自控制部83的控制信号，能够以沿着薄壁部28（遍及电池容器10的整周）照射激光束L的方式移动。由此，能够使激光焊接装置9沿着盖21的端部移动并对盖21的端部与电池容器10进行焊接。另外，通过激光焊接装置9对盖21的端部与电池容器10焊接的形态并不局限于上述情况，例如也可以固定激光焊接装置9，使外嵌合有盖21的容器主体20旋转而通过激光焊接装置9进行焊接。

控制部83由搭载于PC的CPU等构成，向反转机构82、激光焊接装置9及驱动机构84等送出控制信号而进行用于实现上述的各功能的控制。

如以上所述构成的二次电池1的制造装置2使外嵌合有盖21的容器主体20反转而以盖21朝向下方（与支承台8对置的方向）位移之后，通过激光焊接装置9进行焊接。由此，能够将激光束L以向下姿态照射，在薄壁部28处熔融的金属进入到容器主体20的外周面20b 与盖21的内表面的界面。由此，如上所述，能够提高容器主体20内的气密性。

另外，本发明的技术范围并未限定为所述实施方式。在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行多样的变形。例如，即使未设置嵌合凹部或嵌合凸部，能得到盖与容器主体的组装变得容易的效果。

关于嵌合凹部或嵌合凸部的形态，能够进行各种变形。也可以在容器主体的外周面设置朝向容器主体的外侧呈凹形状的嵌合凹部，并且在盖的内壁设置朝向盖的内侧呈凸形状的嵌合凸部，而将嵌合凹部与嵌合凸部嵌合。若嵌合部朝向电池容器的内侧凸出，则能够减少电池容器的外表面的凹凸。而且，若嵌合部从电池容器的内部朝向外侧凸出，则能够避免电池容器内部的构件与嵌合部的干涉。而且，嵌合凹部或嵌合凸部也可以仅设置在电池容器的周向的局部。

容器主体也可以使用轴向的两端开口的方式。这种情况下，只要对开口的至少一方适用本发明而安装盖即可，也可以对双方适用本发明而安装盖。

Claims

1.一种电池，具有：

容器主体，具有开口部；以及

盖，具备顶板部和侧壁部，

正极端子及负极端子隔着绝缘构件安装于所述盖，所述盖闭塞所述开口部并外嵌合于所述容器主体，所述侧壁部的端部与所述容器主体焊接。

2.根据权利要求1所述的电池，其中，

所述端部具备薄壁部，

所述薄壁部与所述容器主体焊接。

3.根据权利要求2所述的电池，其中，

所述容器主体具备朝向容器外侧呈凸形状的嵌合凸部，所述盖具备与所述嵌合凸部的形状对应的凹形状的嵌合凹部，所述嵌合凸部与所述嵌合凹部嵌合，从而进行所述外嵌合。

4.一种电池的制造装置，制造权利要求1～3中任一项所述的电池，其具备：

支承台，载置所述电池；

反转机构，保持所述容器主体并使其反转；

焊接机构，对所述端部与所述容器主体进行焊接；以及

控制部，控制所述反转机构及所述焊接机构，

在所述支承台形成有收纳所述电池的电极端子的避让部，

所述控制部控制所述反转机构，以所述避让部收容所述电极端子的方式使所述容器主体反转且载置于所述支承台，并且对所述焊接机构进行控制，以通过所述焊接机构对所述端部与所述容器主体进行焊接。