JP2010505219A

JP2010505219A - 電池芯ケース及び電池芯

Info

Publication number: JP2010505219A
Application number: JP2009529488A
Authority: JP
Inventors: ワン，チュングアン; チェン，バオトン; レン，カン
Original assignee: シェンツェン・ビーエイケイ・バッテリー・カンパニー・リミテッド
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2010-02-18
Also published as: KR20090089292A; WO2008037120A1; EP2071646A4; US20100040945A1; EP2071646A1

Abstract

電池芯ケースは、筒体１、上蓋板３と下蓋板４を有している。筒体１の上部は開口し、上蓋板３が筒体上部の開口に覆い固定され、前記筒体１は底部を有して、筒体の底部は開口２を有する支持面８であり、前記下蓋板４は前記支持面８の開口２を覆い結合している。さらに、前記開口２は段差型又は錐台型開口である。そして、前記開口２の周りであって筒底の外面に第１ボス部１２が設けられ、前記下蓋板の外面であって前記筒底の開口の近くに第２ボス部１３が設けられている。前記の電池芯ケースを用いて製作した電池芯である。
【選択図】図８

Description

本発明は電池芯のケースと電池芯に係り、特にリチウムイオン電池に適用できる電池芯のケースと電池芯に関する。

リチウムイオン電池は高容量、高仕事率の電池であり、主に小型設備に用いられており、特に、携帯電話、ノート型パソコン及び携帯型電動用具に用いられている。リチウムイオン電池は一般に電池蓋板、電池缶、電解液、正、負極板及び隔膜シートで巻いた電池セルで構成されている。従来の技術では、リチウムイオン電池をパッキングするには通常以下の手順で行う。まず、電池缶に巻いた電池巻き芯を入れる。次に正負極板でリード線と蓋板モジュールを連結し、溶接する。それにレーザー溶接により蓋板で電池缶の開口部を密封する、このようにして、電池巻き芯を有する容器を作製する。ラグ溶接工程を改善するために、業界内では上下に通じる筒体が上下の二つの蓋板を溶接する作製工程が用いられている。すなわち、作製された電池セルの導電端子が蓋板と電気接続した後、上下の二つの蓋板を筒体に溶接する。この作製方法は、電池の導電端子と電池の外ケースを溶接し難いという技術難題を解決することができるが、以下の問題が生じる。すなわち、筒体の上下は蓋と底がないために、作製中に電池セルを電池ケースに入れた後、位置を制御し難く、電池セルが容器内に滑り易く、組立て困難であり、さらに、蓋板を溶接するのに一定の困難をもたらしている。

本発明の目的の第１は、電池セルの組立と位置決めが容易であり、かつ電池セルが筒体内に滑ることを防止することができる電池芯ケース及び電池芯を提供する。

本発明の目的の第２は、蓋板を溶接する品質を高めることと電池の漏液率を低減することに便利である電池芯ケース及び電池芯を提供する。

本発明の上記目的は、下記の技術手段により達成される。

上部が開口している筒体と、前記筒体上部の開口を覆って固定されている上蓋板と、下蓋板とを有する電池芯ケースにおいて、前記筒体は開口を有する支持面である底部を有し、前記下蓋板が前記支持面の開口を覆っている。

上部が開口している筒体と、電池セルと、前記筒体上部の開口を覆って固定されている上蓋板と、下蓋板とを有する電池において、前記筒体は開口を有する支持面である底部を有し、前記下蓋板が前記支持面の開口を覆っている。

さらに、前記開口の周りであって筒体底部の外面に第１ボス部が設けられ、前記下蓋板の外面に前記筒体底部の開口の近くに第２ボス部が設けられている。

さらに、前記第１ボス部は開口を囲む連続的な或いは断続的な環状ボス部であり、前記第２ボス部は連続的な或いは断続的な環状ボス部である。

さらに、前記下蓋板に爆発を防止するための溝が設けられている。

さらに、前記第１ボス部と第２ボス部の幅は筒体の壁厚さの１〜３倍であり、高さは筒底の壁厚さの１〜３倍である。

さらに、前記開口の周りであって筒底の外面に第１ボス部が設けられ、前記下蓋板の外面であって前記筒底の開口の近くに第２ボス部が設けられ、そして、前記第１ボス部と第２ボス部の間に環形溝が形成されている。

上記技術手段を用いた本発明は、以下の有益な技術効果を得ることができる。

（１）筒体は、開口を有する支持面である底部があり、そして、電池セルは支持面によって支持されるため、作製中において、電池セルが筒体の内部で滑るため、位置決めすることが難しいという技術問題を避けることができる。

（２）有底筒体は底なし筒体より強度が強く、組立作製中において、筒体の変形がないため、後続の筒体に対して整形する工程の必要がなくなる。

（３）筒体底部に第１ボス部を設けること、及び／或いは下蓋板に第２ボス部を設けることにより、溶接深さがより大きくなることで、ケースに対しての溶接不良率を大幅に下げる。従って、電池の漏液率を下げるとともに、筒体底部の厚さが大きくなることを引き起こないため、材料のコストを減少させる。それに、ボス部を通じて、超音波溶接トーチをガイドして、トーチは溶接箇所から外す可能性を下げる。

（４）筒体底部に第１ボス部を設けることと、下蓋板に第２ボス部を設けることにより、第１ボス部と第２ボス部の間の溶接箇所に、相対的に凹み、狭い環形溝が形成される。この環形溝の効果について、一つは、レーザー溶接するときに、溶接箇所で熱量の散失を有効的に防止でき、特に空気の流れが招いた熱量の散失を大幅に下げるため、所定レーザー溶接強度でより大きい溶接深さが得られて、ケースに対しての溶接不良率を大幅に下げる。従って、電池の漏液率を下げる。もう一つは、前記狭い環形溝はガイド溝であるため、超音波溶接トーチをガイドして、トーチは溶接箇所から外すことがない。

（５）ボス部の幅は筒体の壁厚さの１〜３であるように設けられることにより、ボス部の幅が狭すぎる（＜１倍）場合に加工作業が困難になることを避ける一方、ボス部の幅が広すぎる（＞３倍）場合に熱量の流失を防止するには良くないことを避ける。

（６）ボス部の高さが筒体の壁厚さの１〜３であるように設けられることにより、ボス部が高すぎる（＞３倍）場合に、電池の高さが増えることで招いた電池寸法に対しての影響を避ける一方、ボス部が低すぎる（＜１倍）場合に熱量の流失を防止するには良くないことを避ける。

（７）下蓋板に爆発防止するための溝を設けることにより、適時に内圧を解放し、電池の爆発を防止できる。

円筒型電池の構成を示す図である。図１に示す電池芯ケースの構成を示す図である。図１に示す下蓋板４の構成を示す図である。図３のＡ−Ａ断面図である。別の電池芯ケースの構成を示す図である。又別の電池芯ケースの構成を示す図である。下蓋板抜きの図６に示すＡ部の拡大図である。又、別の電池芯ケースの構成を示す図である。下蓋板抜きの図８に示すＢ部の拡大図である。図８に示す下蓋板の構成を示す底面図である。別の電池芯ケースの構成を示す図である。下蓋板抜きの図１１に示すＢ部の拡大図である。図１１に示す下蓋板の構成を示す底面図である。

以下、図面を参考にして、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

（実施例１）
本実施例に係る電池芯は、図１〜４に示すように、円筒型電池ケース筒体１、電池セル１０、上蓋板３と下蓋板４を含む。円筒型電池ケース１の上部は開口し、円筒型電池ケース１の上部には上蓋板３と結合固定する段差９が設置されている。円筒型電池ケース筒体１の底部は、電池セル１０を支持するように、段付き開口２を有する支持面８である。下蓋板４の外周縁には、段付き開口部２にマッチした段差６が設けられ、下蓋板４には、適時に電池の内圧を解放して爆発を防止するための溝５も設けられている。また、下蓋板４は支持面８の段付き開口２に密封溶接される。なお、電池に導線を溶接しやすくするため、下蓋板４の外面にはニッケル層７がめっきされているが、ニッケル層７に代わり、アルミニウム−ニッケル複合層を使用しても良い。作製中においては、電池セル１０はアルミニウム製の円筒型筒体１の内部に装入させ、支持面８により支持されている。また、電池セルには正負導電端子が設けられている。正負／負正導電端子が上蓋板３と下蓋板４にそれぞれ電気的な連接した後、溶接法で上蓋板３と下蓋板４を筒体にそれぞれ結合固定することにより、電池セルは筒体の内部に密封（シール）されている。

本発明の筒体は、ケースの底部に支持面が設置され、貫通孔付き底部を採用した構造を利用することで、作製中において、電池セルが筒体１の内部で滑ることと位置決めしにくいという技術的な問題を避けることができる。さらに、有底筒体の強度が無底筒体より高いので、組み立て工程において、筒体の変形がないので、筒体に対して後続の整形工程が不要である。下蓋板に設けられた溝は、適時に電池の内圧を解放でき、爆発を防止できる。貫通孔の周縁と下蓋板の周縁には階段状構造が形成されるので、組み立てが便利になり、位置決めを正確に実現できる。筒体上部の開口の縁と上蓋板の周縁は階段状構造が形成されるとともに、筒体の開口の内径は筒体の内径より大きく形成されるので、上蓋板と筒体との溶接による組み合わせが便利になり、位置を正確に決めることが実現できる。上蓋板及び下蓋板を筒体に対してそれぞれ組み合わせた構造を利用することで、垂直溶接で筒体の口を封じることを達成できる。垂直溶接用クランプの構造が簡単で、溶接質量が高い。また、有底開口筒体に対して、先にラグを超音波溶接を用いて溶接し、次に蓋板を溶接する方法を採用したので、ラグの溶接作業が便利になるとともに、ラグの溶接堅固性を高めることもできる。

上記電池芯ケースの電池容器筒体はアルミニウム製であり、プレス加工を通じで作製される。具体的に、プレス加工は以下の手順を含む。
（１）板材を切断して円盤状の半製品になる。
（２）円盤状の半製品を引き伸ばして（ストレッチして）所定の外形を有している有底筒体にする。
（３）筒体の底面に貫通孔を打ち抜く。
（４）貫通孔の周縁を押し抜いて、階段状にする。
切断と有底筒体を引き伸ばす（ストレッチする）のは通常の加工工程である。底面の階段付き孔は、まず有底筒体の底部をストレッチし、それから底面に段差を押し抜き、最後に所定の外形を得るように階段状開口を切り整える、という方法により作製する。

（実施例２）
もう一つの電池ケースでは、図５に示すように、円筒型電池ケース筒体１の底部は錐台面付き開口２を有する支持面８であり、それに対応して、下蓋板４の外周縁にはそれにマッチした錐台面６（未図示）が形成されている。

（実施例３）
もう一つの電池芯ケースであり、図６と図７に示すように、円筒型電池容器筒体１と、上蓋板３と、下蓋板４とを有している。円筒型電池容器筒体１の上部は開口し、上蓋板３が筒体１の上部に覆い結合し、円筒型電池容器筒体１の底部１０は、支持面８と、貫通孔２と、筒底の外面に貫通孔の周縁に設置された第１ボス部１２を有して、第１ボス部１２は連続的な環形ボス部であり、貫通孔２には円錐面１１を有し、その開口はほぼ円錐形であり、下蓋板４の外周縁は貫通孔２にマッチする外形が形成され、そして、下蓋板４は底部１０の貫通孔２に溶接を用いてシール結合されている。

第１ボス部を設置する効果について、一つは、溶接が便利になるとともに、溶接深さがより大きくなることにより、ケースに対しての溶接不良率を大幅に下げて、電池の漏液率を下げ、筒底の厚さが大きくなることを引き起こないため、材料のコストを減少する。もう一つは、ボス部を通じて、超音波溶接トーチをガイドして、トーチは溶接箇所から外す可能性を下げる。

本実施例では、電池芯ケースの壁厚さは０．３ｍｍ、筒底の厚さは０．８ｍｍである。本実施例のボス部は高さが０．３ｍｍ、幅が０．９ｍｍである。

（実施例４）
もう一つの電池芯ケースであり、図８、図９及び図１０に示すように、本実施例の構造について、下蓋板１４の外周縁に第２ボス部１３を設け、電池芯ケースの壁厚さは０．３ｍｍ、筒底の厚さは０．８ｍｍ、下蓋板の厚さは０．７ｍｍであり、本例のボス部は高さが０．６ｍｍ、幅が０．６ｍｍである他に、実施例３の構造と同じである。

第１ボス部と第２ボス部を設置する効果について、一つは、溶接が便利になるとともに、溶接深さがより大きくなるので、ケースに対しての溶接不良率を大幅に下げて、電池の漏液率を下げる。もう一つは、溶接品質の要求を満たすための前提として、下蓋板の一部に第２ボス部１３を設置することにより、筒底の厚さが大きくなることを引き起こないため、材料のコストを下げる。

（実施例５）
もう一つの電池芯ケースであり、図１１、図１２及び図１３に示すように、円筒型電池容器筒体１、上蓋板３と下蓋板４を有している。円筒型電池容器筒体１の上部は開口し、上蓋板３が筒体１の上部を覆って結合され、円筒型電池容器筒体１の底部１０は、支持面８と、貫通孔２と、筒底の外面であって貫通孔２の周縁の近くに設置された第１ボス部１２を有する。第１ボス部１２は連続的な環形ボス部である。下蓋板４には底部１０の貫通孔２の近くに第２ボス部１３が設けられている。第１ボス部１２と第２ボス部１３との間の溶接箇所に、相対的に凹み、狭い環形溝１４が形成される。下蓋板４にも、適時に内圧を解放し、電池の爆発を防止するための爆発防止溝５が設けられている。

上記環形溝１４の効果について、一つは、レーザー溶接するときに、溶接箇所で熱量の散失を有効的に防止でき、特に空気の流れが招いた熱量の散失を大幅に下げるため、所定レーザー溶接強度でより大きい溶接深さが得られて、ケースに対しての溶接不良率を大幅に下げて、電池の漏液率を下げる。もう一つは、前記狭い環形溝は、溶接するときにガイド溝の役割を果たして、ガイド溝を通じてトーチが溶接箇所から外れることがない。

（比較実験）
同じ生産工程で４００００個電池を製造し、その中で、実施例１で１００００個、実施例３，４，５で夫々１００００個を製造した。一ヶ月置いた後、検査の統計結果は以下の表で示している。

上記の表の比較から、明らかなことは、電池芯ケースの筒底に第１ボス部を設けること、及び／或いは下蓋板に第２ボス部を設けることにより、溶接深さがより大きくなるため、ケースに対しての溶接不良率を大幅に下げる。従って、電池の漏液率を下げる効果を一層向上させることができる。

指摘するべきことは、以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、これは理解の便宜上、具体的な実例をあげただけであり、本発明の範囲に対しての限定と視することにならない。更に、本発明の技術案及び好適な実施形態の描くことに基づいて、前記実施例に種々変更或いは取り替えることが可能であり、上記の同等変更或いは取り替えることは本発明の請求範囲に属する。例えば、第１ボス部と第２ボス部に連続的なものを用いたが、断続的なボス部を用いてもよい。この場合、環形ボス部の断続箇所が強度を強める効果がある。さらに、第１ボス部と第２ボス部に断熱材を充填してもよい、そうすると、レーザー溶接を行うときに溶接箇所で熱の散失を効果的に防ぎ得るので、所定のレーザー強度でより大きい溶接深さが得られて、電池の漏液率を一層下げる。

Claims

上部が開口している筒体と、前記筒体上部の開口を覆って固定されている上蓋板と、下蓋板とを有する電池芯ケースにおいて、
前記筒体は開口を有する支持面である底部を有し、前記下蓋板が前記支持面の開口を覆っていることを特徴とする電池芯ケース。
前記開口の周りであって筒底の外面に第１ボス部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池芯ケース。
前記第１ボス部は開口を囲む連続的な環状ボス部であることを特徴とする請求項２に記載の電池芯ケース。
前記第１ボス部は開口を囲む断続的な環状ボス部であることを特徴とする請求項２に記載の電池芯ケース。
前記下蓋板の外面であって前記筒底の開口の近くに第２ボス部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電池芯ケース。
前記第２ボス部は連続的な環状ボス部であることを特徴とする請求項５に記載の電池芯ケース。
前記第２ボス部は断続的な環状ボス部であることを特徴とする請求項５に記載の電池芯ケース。
前記第１ボス部と第２ボス部の幅は別々に筒体の壁厚さの１〜３倍であり、高さは別々に筒底の壁厚さの１〜３倍であることを特徴とする請求項６に記載の電池芯ケース。
前記開口の周りであって筒底の外面に第１ボス部が設けられ、前記下蓋板の外面に前記筒底の開口の近くに第２ボス部が設けられ、そして、前記第１ボス部と第２ボス部の間に環形溝が形成されていることを特徴する請求項１に記載の電池芯ケース。
前記下蓋板に爆発を防止するための溝が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の電池芯ケース。
上部が開口している筒体と、電池セルと、前記筒体上部の開口を覆って固定されている上蓋板と、下蓋板とを有する電池芯において、
前記筒体は開口を有する支持面である底部を有し、前記下蓋板が前記支持面の開口を覆っていることを特徴とする電池芯。
前記開口の周りであって筒底の外面に第１ボス部が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の電池芯。
前記第１ボス部は開口を囲む連続的な環状ボス部であることを特徴とする請求項１２に記載の電池芯。
前記第１ボス部は開口を囲む断続的な環状ボス部であることを特徴とする請求項１２に記載の電池芯。
前記下蓋板の外面には前記筒底の開口の近くに第２ボス部が設けられていることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の電池芯ケース。
前記第２ボス部は連続的な環状ボス部であることを特徴とする請求項１５に記載の電池芯。
前記第２ボス部は断続的な環状ボス部であることを特徴とする請求項１５に記載の電池芯。
前記第１ボス部と第２ボス部の幅は別々に筒体の壁厚さの１〜３倍であり、高さは別々に筒底の壁厚さの１〜３倍であることを特徴とする請求項１６に記載の電池芯。
前記開口の周りで筒底の外面に第１ボス部が設けられ、前記下蓋板の外面には前記筒底の開口の近くに第２ボス部が設けられ、前記第１ボス部と第２ボス部との間に環形溝が形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の電池芯。
前記下蓋板に爆発を防止するための溝が設けられていることを特徴とする請求項１９に記載の電池芯。