JP2013543226A - 電池ケースの封口方法 - Google Patents

Abstract

電池ケースの封口方法は、第１治具が缶体の開口の辺縁外周を囲むことにより、缶体の開口形状が制限、固定され、さらに第２治具が缶体の開口から缶体の内部空間に挿入される。缶体は金属薄片の金属引張特性を利用し、缶体の開口の辺縁形状を固定させ、さらに該缶体の側表面を平坦状にする。最後に蓋体を缶体の開口部分に置き、熱融着封口を行う。本案は治具を利用して、変形した缶体をしかるべき外形に回復するように自動調整することができ、電池ケースの封口の全プロセスを自動化量産させることができ、人件費が節約される。
【選択図】図４

Description

本発明は電池ケースの封口方法に関し、特に金属薄片により形成された缶体の形状を治具で自動調整することにより、変形した缶体をしかるべき缶体の形状に回復させ、電池ケースの封口における全プロセスを自動化量産することができる方法を示す。

リチウム電池は材料技術の大幅な飛躍により、高い電気量を必要とするものの電力供給源（例：リチウム鉄二次電池Ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｒｏｎ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｏｘｉｄｅ）とすることができ、例えば電動自転車、電動車椅子など高い電力需要の設備に使用される。この種の高容量の非水電解液二次リチウム電池は、その蓄電量および電力供給量が従来のリチウム電池より大きい。前記二次リチウム電池の電池缶体は、通常アルミニウム製の金属缶体である。
一般的に述べると、金属缶体はアルミニウムまたはステンレスからなり、少なくとも一端が開口した缶体に作製される。電池の正極、負極およびセパレータを金属缶体に封入した後、電池内部の長期的な安定した密封を保持するため、缶体の開口部位を、蓋体で様々な密封技術により確実に密閉することができ、電池の良好な防水防ガス性能を確実に保証する。

図１に示すように、一般的に述べると、二次電池１０は缶体２０（角型電池ケースを例とする）内部に複数のセル５０（図中、３つのセル５０を説明例とする）を含み、このうち該セル５０は正極層、セパレータおよび負極層を重ね合わせて構成され、さらに該セル５０および蓋体３０上の電極端４０は導電接続される。缶体２０はステンレス製、ニッケルメッキ鋼（ｎｉｃｋｅｌ−ｐｌａｔｅｄ ｓｔｅｅｌ）製、アルミニウム製またはアルミニウム合金製の金属薄片からなる。

現在、二次電池ケース１０の封口（角型電池ケースを例とする）は、缶体２０の開口の長辺縁２１および短辺縁２２と蓋体３０の長辺縁３１および短辺縁３２を、熱融着装置を利用して融着する。
一般にレーザー（Ｌａｓｅｒ）融着封口技術を採用しており、これはイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧロッド）を利用し、レーザー共振空洞で強光源（一般に窒素ランプ）の励起を受けて、１束の単一周波数の光（λ＝１．０６ｍｍ）を発し、共振を経て１束に屈折、集束される。さらに集束された焦点を缶体２０ならびに蓋体３０の長辺縁２１および３１と短辺縁２２および３２の接合部分に正確に合わせ、互いに対応する辺縁を溶解後、一体に融合させ、蓋体３０および缶体２０の密封融合の目的を達成する。

注意すべきことは、現在、二次電池ケース１０の封口プロセスにおいて、缶体２０は金属薄片であるため、該缶体２０の長辺縁２１および長辺縁２１の下側の表面２３は製造完成後、長時間、運送および据え置かれることにより、内側にへこむ現象が極めて容易に生じる。さらに、大量の缶体２０が積み重ねられるため、短辺縁２２および長辺縁２１の非垂直状態への変形がよく生じる。
以上の缶体２０における変形の問題により、二次電池ケース１０の封口プロセスは人の力に相当依存することになり、人の力で缶体２０の形状を調整する必要があり、その後、蓋体３０の電極４０と導電接続させたセル５０を、人の力で該缶体２０内に収容する。さらに缶体２０ならびに蓋体３０の長辺縁２１および３１と短辺縁２２および３２の接合部分を平らにしてから、レーザー融着封口を行う。

そこで、上記の欠点を解決するために、本発明の目的は電池ケースの封口方法を提供する。金属薄片により形成される缶体の形状を治具で調整することにより、変形した缶体をしかるべき缶体の形状に回復させ、セルの缶体内への収容を自動化することができる方法を形成する。

本発明の別の目的は、セルの缶体内への収容を自動化し、さらに缶体および蓋体の辺縁の接合部分を平らにすることにより、レーザー融着封口の全プロセスを自動化量産し、人件費が節約される。

上記目的を達成するため、本発明は電池ケースの封口方法を開示する。蓋体を金属薄片により形成される缶体の開口部分に据える二次電池に応用され、さらに熱融着封口技術を利用し、該蓋体および缶体が互いに対応する辺縁を融着する。これは以下を含む。

第１治具が該缶体の開口の辺縁外周を囲むことにより、該缶体の開口形状が制限、固定される。さらに第２治具が該缶体の開口から該缶体の内部空間に挿入され、その後、第２治具を該缶体の内部空間から分離する。金属薄片の金属引張特性を利用して、該缶体の開口形状を固定し、さらに該缶体の側表面を平坦状にする。さらに該蓋体を缶体の開口部分に収容し、熱融着封口技術を行い、該蓋体および該缶体を融着することができる。

このうち、該第２治具は前端部および後端部を含み、該前端部の断面積は、後端部の断面積および該缶体の固定された開口形状の面積より小さい。該第２治具の後端部が該缶体の内部空間に進入する最大の断面積は、該缶体の固定された開口形状の面積より小さくてはいけない。

このうち、該第１治具はさらに該缶体の側表面を被覆することができ、該缶体の開口形状および該缶体の側表面の平坦状を制限、固定する。

さらに、第３治具が該蓋体の周囲表面を平坦にすることにより、該蓋体の周囲表面全体を同一水平面に位置させることができる。

該蓋体を該缶体の開口部分に据えると、該蓋体の周囲表面は該缶体の開口の辺縁と同一水平面に位置する。すなわち該缶体の開口および該蓋体は同じサイズであり、上面溶接方式を使用して熱融着封口技術を完成することができる。

このうち、該蓋体を該缶体の開口部分に据えると、該蓋体の周囲表面は該缶体の開口の辺縁より低い。すなわち該蓋体は該缶体の開口における内周のサイズよりやや小さく、内面溶接方式を使用して熱融着封口技術を完成することができる。

このうち、該蓋体を該缶体の開口部分に据えると、該蓋体の下表面の周囲が該缶体の開口の辺縁に適合する。すなわち該蓋体および缶体の開口における外周面積のサイズが同じであり、側面溶接方式を使用して熱融着封口技術を完成することができる。

本発明の利点は、電池ケースの製作時に、正確に合わせてから溶接する必要がある、いかなる工程にも応用することができることである。金属薄片により形成される缶体の形状を治具で調整することにより、薄い金属が容易に変形および引張される物理的特性を利用し、大量の缶体が積み重ねられるため、短辺縁および長辺縁が非垂直状態に変形したり、該缶体の長辺縁および長辺縁の下側の表面が、製造完成後、長時間、運送および据え置かれるため極めて容易に内側にへこむ現象が生じるのを、自動化で解決することができる。
本技術は、金属薄片により形成される缶体の形状を治具で自動調整することにより、変形した缶体をしかるべき外形に回復させる。したがって、セルの缶体内への収容を自動化することができ、さらに缶体および蓋体の辺縁の接合部分を平らにしてレーザー融着封口を行うことができる。電池ケースの封口における全プロセスを自動化量産させることができ、人件費が節約される。

図１は、二次電池の分解概要図である。 図２は、本発明の第１治具の実施概要図である。 図３は、本発明の第１治具の別の実施概要図である。 図４は、本発明の第２治具の実施概要図１である。 図５は、本発明の第２治具の実施概要図２である。 図６は、本発明の蓋体および缶体の組合せ概要図である。 図７は、本発明の蓋体および缶体の融着封口の概要図１である。 図８は、本発明の蓋体および缶体の融着封口の概要図２である。 図９は、本発明の蓋体を平坦にする概要図である。 図１０は、本発明の蓋体および缶体の別の溶接概要図１である。 図１１は、本発明の第２治具の別の実施断面概要図１である。 図１２は、本発明の第２治具の別の実施断面概要図２である。 図１３は、本発明の蓋体および缶体の別の溶接概要図２である。

本発明の詳細な内容および技術的説明に関して、ここに実施例によりさらなる説明を行う。しかし、理解すべきことは、これらの実施例は説明を例示するのに使用したに過ぎず、本発明の実施を制限するものと解釈されるべきではない。

本発明は電池ケースの封口方法を開示する。蓋体を金属薄片により形成される缶体の開口部分に据える二次電池に応用され、さらに熱融着封口技術を利用し、該蓋体および該缶体が互いに対応する辺縁を融着する。以下の説明例は、角型電池ケースの封口を説明例とする。該方法は、電池ケースの製作時に、正確に合わせてから溶接する必要がある、いかなる工程にも応用することができる。

図２〜図７を順番に参照されたい。本発明の方法は、まず第１治具２００が缶体１１０の開口１２０の外周、すなわち図中の長辺縁１２１および短辺縁１２２の外周（図２に示す）を囲んで固定することにより、該缶体１１０の開口１２０形状が制限、固定される。
これにより、大量の缶体１１０が積み重ねられるため、短辺縁１２２および長辺縁１２１の相対関係に変形が生じる、例えば、図中の短辺縁１２２および長辺縁１２１が非垂直状態であるのを調整する。それと同時に、後に続く工程のために、該缶体１１０の開口１２０形状の制限、固定も行う。
このうち、さらに該第１治具２１０は包囲する範囲を拡大することができ、該第１治具２１０は該缶体１１０の側表面１２３を被覆することができる（図３に示す）。第１治具２１０は該缶体１１０の開口１２０形状を制限、固定する以外に、該缶体１１０の側表面１２３の平坦状も制限、固定する。

第１治具２００が該缶体１１０の開口１２０の外周を囲んで固定した後、第２治具３００が該缶体１１０の開口１２０から該缶体１１０の内部空間に挿入され（図４に示す）、その後、第２治具３００を該缶体１１０の内部空間から分離する（図５に示す）。薄い金属が容易に変形および引張される物理的特性を利用し、該缶体１１０の開口１２０の辺縁形状を固定し（例えば短辺縁１２２および長辺縁１２１を垂直状態に変形させる）、該缶体１１０の側表面１２３を平坦状にする。
このうち、該第２治具３００は前端部３１０および後端部３２０を含み、該前端部３１０の断面積は、後端部３２０の断面積および該缶体１１０の固定された開口１２０形状の面積より小さい。該第２治具３００の後端部３２０が該缶体１１０の内部空間に進入する最大の断面積は、該缶体１１０の固定された開口１２０形状の面積より小さくてはいけない。図中、該後端部３２０の最大の断面積および形状が、該蓋体１５０の断面積および形状と同じであるものを説明例とした。

缶体１１０の長辺縁１２１および長辺縁１２１の下側の側表面１２３は、製造完成後、長時間、運送および据え置かれることによって、内側にへこむ現象が生じると、該缶体１１０の開口１２０は内側にへこんで変形する。
しかし、該第２治具３００の前端部３１０が該缶体１１０の内部空間に進入することにより、第２治具３００の後端部３２０は、薄い金属が容易に変形および引張される物理的特性を利用することができ、第２治具３００が金属薄片により形成される缶体１１０の形状を調整することにより、変形した缶体１１０をしかるべき外形に回復させる。

最後に、少なくとも１つのセル１３０（図中、３つのセル１３０を説明例とする）と導電接続させた蓋体１５０を、該缶体１１０の開口１２０に据える（図６に示す）。一般に該蓋体１５０に、該蓋体１５０を貫通する２つの金属材質の電極１４０を有し、それぞれセル１３０の正極および負極と電気的に接続される。実施において、蓋体１５０およびセル１３０のいかなる既知の電気的接続構造も採用することができ、すなわち、蓋体を貫通するいかなるタイプの電極でもよい。

蓋体１５０と導電接続させたセル１３０を、該缶体１１０の内部空間に収容した後、該蓋体１５０を該缶体１１０の開口１２０部分に据えると、該蓋体１５０の周囲表面は、該缶体１１０の開口１２０の辺縁と同一水平面に位置する。すなわちレーザー４００を使用して上面溶接方式により熱融着封口技術を行うことができ（図７に示す）、該蓋体１５０周囲の金属層１５１（例えば常用される銅、アルミニウムなどの金属材質）および缶体１１０が互いに対応する辺縁（長辺縁１２１および短辺縁１２２）を融着し、電池ケースの封口が完成する。このうち、レーザー４００による熱融着封口技術は既知の技術であり、本特許の重点でないため、ここでは詳しい記載を省略する。

さらに図８を参照されたい。実施において、該第１治具２００を該缶体１１０から分離した後、レーザー４００を使用して熱融着封口技術を行ってもよく、該蓋体１５０の周囲の金属層１５１および缶体１１０が互いに対応する辺縁（長辺縁１２１および短辺縁１２２）を融着し、電池ケースの封口が完成する。

さらに図９を参照されたい。実施において、該蓋体１５０を該缶体１１０の開口１２０に据える前に、さらに第３治具５００で、上下プレス方式により、該蓋体１５０の周囲表面を平坦にすることができる。該蓋体１５０を該缶体１１０の開口１２０に据えると、該蓋体１５０の周囲表面および該缶体１１０の開口１２０の辺縁（長辺縁１２１および短辺縁１２２）が同一水平面に位置し、レーザー４００を使用して熱融着封口技術を行うのがより便利である。該蓋体１５０の周囲の金属層１５１および缶体１１０が互いに対応する辺縁を融着し、電池ケースの封口が完成する。

さらに図１０を参照されたい。実施において、該蓋体１５０を該缶体１１０の開口１２０部分に据えると、該蓋体１５０の下表面の周囲が、該缶体１１０の開口１２０の辺縁（長辺縁１２１および短辺縁１２２）に適合する。すなわち該蓋体１５０および缶体１１０の開口１２０における外周面積のサイズが同じであり、レーザー４００を使用して、側面溶接方式により、該蓋体１５０の側面の金属層１５１および缶体１１０が互いに対応する辺縁を融着することができ、電池ケースの封口が完成する。

上記説明例は、角型電池ケースを説明例とした。実施において、該缶体の開口は必ずしも角型とは限らない。第１治具が楕円形（蓋体を組み合わせる設計）、または角型であるが面取りされた面を有する場合でも、蓋体の設計に対応する第２治具を組み合わせることができ、加圧成形方式で缶体の開口形状を変化させる。

図１１から図１３を参照されたい。該第２治具３００の後端部３２０に圧迫部３２１を形成してもよく、該圧迫部３２１の断面積は、実施において、缶体１１０の開口１２０の面積よりやや大きくてよい（図１１に示す）。これにより第２治具３００が該缶体１１０の開口１２０から挿入されると、該缶体１１０の開口１２０部分の近くに切欠き（ｎｏｔｃｈ）１１１が１つ形成され（図１２に示す）、該蓋体１５０を該缶体１１０の開口１２０部分の定位置に据えるのに役立つ。
例えば、蓋体１５０にわずかに圧力を加えると、該蓋体１５０および缶体１１０の緊密な接触を確認することができる。実施において、該蓋体１５０を該缶体１１０の開口１２０部分に据えると、該蓋体１５０の周囲表面は、該缶体１１０の開口１２０の辺縁（長辺縁１２１および短辺縁１２２）より低い。
すなわち該蓋体１５０は該缶体１１０の開口１２０における内周のサイズよりやや小さく、レーザー４００を使用して内面溶接方式により、該蓋体１５０の周囲の金属層１５１および缶体１１０が互いに対応する辺縁を融着することができ、電池ケースの封口が完成する。

以上の記載は、本発明の好ましい実施例に過ぎず、これにより本発明の実施範囲を限定することはできない。すなわち、本発明の内容に基づき行われる簡単な同等の変化および修飾は、すべて本発明の保護範囲内に属する。

１０ 二次電池
２０ 缶体
５０ セル
３０ 蓋体
４０ 電極端
２１ 長辺縁
３１ 長辺縁
２２ 短辺縁
３２ 短辺縁
２３ 表面
１１０ 缶体
１１１ 切欠き
１２０ 開口
１２１ 長辺縁
１２２ 短辺縁
１２３ 側表面
１３０ セル
１４０ 電極
１５０ 蓋体
１５１ 金属層
２００ 第１治具
２１０ 第１治具
３００ 第２治具
３１０ 前端部
３２０ 後端部
３２１ 圧迫部
４００ レーザー
５００ 第３治具

Claims (8)

1. 蓋体を金属薄片により形成される缶体の開口部分に据える二次電池に応用され、さらに熱融着封口技術を利用し、前記蓋体および前記缶体が互いに対応する辺縁を融着する電池ケースの封口方法であって、前記方法が、
   第１治具が前記缶体の開口の辺縁外周を囲むことにより、前記缶体の開口の形状が制限、固定されることと、
   さらに第２治具が、前記缶体の開口から前記缶体の内部空間に挿入され、その後、第２治具を前記缶体の内部空間から分離し、前記缶体の開口形状を固定し、さらに前記缶体の側表面を平坦状にすることと、
   最後に前記蓋体を前記缶体の開口部分に据え、熱融着封口技術を行い、前記蓋体および前記缶体を融着することができることと、を含む、
   電池ケースの封口方法。
2. 前記第２治具が前端部および後端部を含み、前記前端部の断面積が、前記後端部の断面積および前記缶体の固定された開口形状の面積より小さい、請求項１に記載の電池ケースの封口方法。
3. 前記第２治具の前記後端部が前記缶体の内部空間に進入する最大の断面積が、前記缶体の固定された開口形状の面積より小さくない、請求項２に記載の電池ケースの封口方法。
4. 前記第１治具がさらに前記缶体の側表面を被覆することができ、前記缶体の開口形状および前記缶体の側表面の平坦状を制限、固定する、請求項１に記載の電池ケースの封口方法。
5. 前記蓋体を前記缶体の開口に据える前に、さらに第３治具が前記蓋体の周囲表面を平坦にすることにより、前記蓋体の周囲表面全体を同一水平面に位置させることができる、請求項１に記載の電池ケースの封口方法。
6. 前記蓋体を前記缶体の開口部分に据えると、前記蓋体の周囲表面が前記缶体の開口の辺縁と同一水平面に位置する、請求項１に記載の電池ケースの封口方法。
7. 前記蓋体を前記缶体の開口部分に据えると、前記蓋体の周囲表面が前記缶体の開口の辺縁より低い、請求項１に記載の電池ケースの封口方法。
8. 前記蓋体を前記缶体の開口部分に据えると、前記蓋体の下表面の周囲が前記缶体の開口の辺縁に適合する、請求項１に記載の電池ケースの封口方法。

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