JP2024156232A - 円筒型電池及び電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電池モジュール内に取り付けられる場合の占有スペースを低減できる、高さの低い円筒型電池を提供する。
【解決手段】円筒型電池は、ハウジング１と、第１集電部材２とを含み、ハウジングは開口と、電極体３を収容するための収容室１１とを有し、第１集電部材は、収容室内に位置し、電極体に接続される第１本体部２１及びハウジングに接続される第２本体部２２を含む。ハウジングの側壁にはビーディング部位１２が設けられており、ビーディング部位は収容室へ凹むことによって、ハウジングの外部側壁において第１凹部を形成するとともにハウジングの内部側壁において第１突起を対応して形成し、第２本体部は第１本体部のエッジから、第１突起の、開口に向く側まで延在する。第１集電部材をハウジングの側壁に溶接し、ビーディング工程によって溶接区間を前記ビーディング部位の突起面に溶接する。
【選択図】図６

Description

本発明は、電池技術分野に関し、特に円筒型電池及び電気機器に関する。

従来技術において、円筒型電池の中には溶接位置及びビーディング部位を予め用意する必要があるため、電池ハウジングの高さが高くなる。それにより、電池が電池モジュールに組み立てられた場合、電池モジュールではより広い内部空間を確保する必要があり、エネルギー密度が明らかに降下する。

本発明が解決しようとする技術的課題は、電池モジュール内に取り付けられる場合の占有スペースを低減できる、高さの低い円筒型電池を提供することにある。

本発明は、以上の技術的課題を解決するために、以下の技術的解決手段を採用する。

円筒型電池であって、ハウジングと、第１集電部材とを含む。前記ハウジングは開口と、電極体を収容するための収容室とを有する。前記第１集電部材は、前記収容室内に位置し、第１本体部及び第２本体部を含む。前記第１本体部は前記電極体に接続され、第２本体部は前記ハウジングに接続される。前記ハウジングの側壁にはビーディング部位が設けられており、前記ビーディング部位は前記収容室へ凹むことによって、前記ハウジングの外部側壁において第１凹部を形成するとともに前記ハウジングの内部側壁において第１突起を対応して形成し、前記第２本体部は前記第１本体部のエッジから、前記第１突起の、前記開口に向く側まで延在する。

好ましくは、前記第２本体部は、溶接区間と、位置制限区間とを含み、前記位置制限区間は前記溶接区間と前記第１本体部を連結し、前記第２本体部は前記溶接区間によって前記第１突起に接続する。具体的に、前記ビーディング部位が前記収容室へ凹む前に、前記第２主体部は溶接区間と、前記溶接区間と前記第１主体部の間に位置する緩衝区間を含む。前記ビーディング部位は前記緩衝区間に対応するように設けられ、前記緩衝区間は前記ビーディング部位に伴って内側へ凹んで湾曲変形することができる。前記ビーディング部位が前記収容室へ凹んで前記ハウジングの内部側壁で前記第１突起を対応して形成する際、前記第１突起は、前記緩衝区間が内向きに屈曲変形して位置制限区間を形成するように前記緩衝区間を押圧する。前記第１突起と前記位置制限区間とはビーディング工程によってともに成形されるため、前記位置制限区間を適合に成型するための追加工程は必要がない。

好ましくは、前記ハウジングには、前記収容室に連通する開口が設けられ、前記溶接区間は、前記第１突起の一側に位置しかつ前記開口に向く。前記溶接区間の位置ではレーザ溶接が直接実施可能であり、それによって前記溶接区間と前記第１突起とを固定接続する。

好ましくは、前記位置制限区間と前記第１突起とは、断面形状が一致する。成形された前記位置制限区間と前記第１突起の形状を一致させることにより、前記第１集電部材をより確実に固定することができる。

好ましくは、前記位置制限区間と前記第１突起とは、いずれも断面形状がＶ字形である。Ｖ字形に成形することにより、優れた位置制限固定効果を実現することができる。

好ましくは、前記位置制限区間及び前記溶接区間は、前記第１突起の表面に当接する。前記位置制限区間が前記第１突起に当接することにより、位置制限固定効果を保証することができ、前記溶接区間が前記第１突起に当接することにより、溶接作業を容易にするとともに溶接効果を向上させることができる。

好ましくは、前記緩衝区間は、断面形状が折り線形（例えば、逆Ｚ字形）又は弧形である。２つの点の間で、折り線形と弧形はいずれも直線より長さが長いため、前記緩衝区間の中間部分が十分な変形長さを提供できるようになる。

好ましくは、前記第１本体部と前記第２本体部は一体成形される。一体成形によって、前記第１本体部と、変形後に形成された前記位置制限区間及び溶接区間とは確実な構造強度を有する。

好ましくは、前記第２本体部は、延在方向が前記第１本体部に垂直である。前記第２本体部が前記第１本体部に垂直になることにより、前記緩衝区間が追加された前記第１集電部材は、前記収容室内に直接組み込まれることができる。

好ましくは、前記円筒型電池は、開口をカバーする蓋板アセンブリを更に含む。前記蓋板アセンブリは蓋板と第１絶縁封止部材とを含み、前記蓋板は前記第１絶縁封止部材内に嵌められて前記ハウジングと絶縁する。

本発明は、上述した円筒型電池を含む電気機器をさらに開示する。前記電気機器は、携帯電話、腕時計、車両、電動玩具、電動工具などの製品であってもよく、その具体的な製品における他の具体的な構成は従来技術と近似し、説明を省略するが、主に本発明に係る円筒型電池を適用した点で相違する。

本発明に係る円筒型電池の技術的効果は以下の通りである。前記緩衝区間が前記ハウジングの前記ビーディング部位に対応して設けられるため、円筒型電池のビーディング工程が行われるとき、前記ビーディング部位の内壁が突起すると、前記緩衝区間も従って屈曲して変形する。この場合、前記緩衝区間は引張変形する。前記溶接区間は前記ビーディング部位の突起面へ当接し、前記溶接区間と前記ビーディング部位の突起面とは溶接接続される。溶接位置をビーディング部位に対応して設置することにより、電池ハウジングにおいて２つの位置を用意する必要がなくなって、電池の高さを低減することができる。

従来技術における円筒型電池の側面構造の断面模式図である。 本発明に係る円筒型電池の、ビーディング工程が行われておらずかつ蓋板アセンブリが取り付けられていない場合の側面構造の断面模式図である。 図１におけるＡ部分の部分構造拡大模式図である。 本発明に係る円筒型電池の、ビーディング工程が完成したが蓋板アセンブリが取り付けられていない場合の側面構造の断面模式図である。 図３におけるＢ部分の部分構造拡大模式図である。 本発明に係る円筒型電池の、ビーディング工程が完成しかつ蓋板アセンブリが取り付けられた場合の側面構造の断面模式図である。

当業者が理解しやすくするために、以下、実施形態に関連して本発明をさらに説明する。実施形態に記載する内容は、本発明を限定するものではない。

関連技術による円筒型電池においては、図１に示すように、第１極性接続板が第１極性タブに溶接され、第２極性接続板が第２極性タブに溶接され、そして、第１極性接続板が第１極性端子に溶接され、第２極性接続板７の周方向側壁がハウジング１の内側壁に溶接され、ビーディング部位１２は、ビーディング工程によって内向きに突出してボス１７を形成し、蓋板アセンブリ５１（図示せず）は、開口１４をカバーしてボス１７に当接し、第２極性接続板７とハウジング側壁との溶接位置７１は、ボス１７の下側に位置する。このように、溶接位置７１及びビーディング部位１２を予め用意する必要があるため、電池ハウジングの高さが高くなって、占用空間が大きくなることを、発明者らが発見した。
これに鑑みて、本開示は円筒型電池を提供し、詳しくは以下の実施形態を参照して説明する。

＜実施形態１＞
図２～図５に示すように、円筒型電池は、ハウジング１と、前記ハウジング１に設けられる収容室１１と、前記収容室１１に連通する開口１４及び端子貫通孔１５とを含む。前記収容室１１内には、電極体３と、前記電極体３の両端にそれぞれ接続される第１集電部材２及び第２集電部材４とが取り付けられる。前記第１集電部材２は負極接続部材であり、前記開口１４に向くように設けられ、前記第２集電部材４は正極接続部材であり、前記端子貫通孔１５に向くように設けられる。前記ハウジング１は鋼材料で製造される。
前記第１集電部材２は、溶接によりタブに電気接続される第１本体部２１と、前記第１本体部２１のエッジから外向きに延在する第２本体部２２とを含む。前記第２本体部２２は緩衝区間２３と溶接区間２４とを含み、前記緩衝区間２３は、一端が前記第１本体部２１に接続され、他端が前記溶接区間２４に接続される。前記ハウジング１の側壁にはビーディング部位１２が設けられ、前記ビーディング部位１２は前記緩衝区間２３に対応して設けられる。前記円筒型電池は、ビーディング工程が行われた後、前記ハウジング１の前記ビーディング部位１２が内向きに凹んで、前記ハウジング１の外部側壁において第１凹部１６を形成するとともに前記ハウジング１の内部側壁において第１突起１３を対応して形成し、前記第１突起１３の頂部が前記緩衝区間２３を押し付けることにより前記緩衝区間２３が屈曲変形して位置制限区間２５を形成する。このとき、前記第２本体部２２は前記第１本体部２１のエッジから、前記第１突起１３の、前記開口１４に向く側まで延在する。ここで、前記第１突起１３と前記位置制限区間２５とは断面形状が一致する（例えば、いずれも断面形状がＶ字形である）。前記位置制限区間２５と前記溶接区間２４は前記第１突起１３に当接する。
前記円筒型電池は、前記開口１４をカバーする蓋板アセンブリ５と、前記第２集電部材４に接続される端子アセンブリ６とをさらに含む。前記蓋板アセンブリ５と前記開口１４はカシメ封口される。前記蓋板アセンブリ５は、蓋板５１と、第１絶縁封止部材５２とを含み、前記蓋板５１は前記第１絶縁封止部材５２に嵌められ、カシメされた後、前記蓋板５１は前記ハウジング１から絶縁される。前記蓋板５１の中心位置には注液口が設けられ、前記蓋板５１には環状薄肉領域がさらに設けられ、該環状薄肉領域は圧力を逃がして爆発を防止するために用いられる。前記端子アセンブリ６は、端子６１と、第２絶縁封止部材６２と、絶縁部材６３とを含む。前記端子６１は、一端が前記第２集電部材４に接続され、他端が前記端子貫通孔１５を介して貫通する。前記第２絶縁封止部材６２は、前記端子貫通孔１５のエッジを囲んで設けられ、前記第２絶縁封止部材６２は、前記端子６１に緊密に当接して封止を実現する。前記絶縁部材６３は、前記第２絶縁封止部材６２と前記第２集電部材４との間に設けられる。

本実施形態において、前記溶接区間２４は前記第１突起１３の一側に位置し且つ前記開口１４に向くため、溶接するときには前記開口１４を介して直接溶接することができ、溶接作業が容易になる。また、前記溶接区間２４は前記第１突起１３の上側面に当接しているため、溶接の良品率が高い。なお、前記第１突起１３の上側面とは、前記第１突起１３の、前記開口１４に向く側の表面である。

本実施形態において、前記溶接区間２４の長さは位置制限区間２５の長さより短い。このように設計することにより、位置制限区間２５は十分な長さを有して、第１突起１３の頂部を覆うことができ、したがって位置制限区間２５の、第１突起１３に対する位置制限固定効果を向上させる。

本実施形態において、前記緩衝区間２３は、断面形状が折り線形（例えば、逆Ｚ字形）である。折り線形の中間部分の長さは、変形のために十分な長さを確保できるとともに、溶接時に前記溶接区間２４の伸びのために十分な長さを提供して、緩衝区間２３の解放を保証する。

本実施形態に係る円筒型電池の製造プロセスの主なステップは、以下の２種類を含む。

第１種類：
ステップ１において、巻回して円筒型のベア電極体を得る。
ステップ２において、正極タブ、負極タブを平らにこする。
ステップ３において、正極タブを第２集電部材４に溶接し、負極タブを第１集電部材２に溶接する。
ステップ４において、電極体アセンブリをハウジングに入れる。
ステップ５において、第２集電部材４を正極端子６１に超音波トルク溶接する。
ステップ６において、溝入れすることにより、前記ハウジング１の前記ビーディング部位１２が内向きに凹み、前記ビーディング部位１２の外部側壁が凹んで第１凹部１６を形成し、内部側壁が突起して第１突起１３を形成し、前記緩衝区間２３が前記第１突起１３によって押し付けられて屈曲変形して位置制限区間２５を形成し、前記第１突起１３が前記位置制限区間２５によって形成された溝に緊密に当接し、前記第１突起１３と前記位置制限区間２５が固定される。
ステップ７において、前記第１突起１３の上面において溶接区間２４を前記第１突起１３に溶接する。
ステップ８において、蓋板アセンブリ５を取り付け、カシメ封口する。

第２種類：
ステップ１において、正極板と負極板に対して、複数のタブを形成するようにダイカットする。
ステップ２において、巻回して円筒型のベア電極体を取得し、正極タブ、負極タブを平らに叩く。
ステップ３において、正極タブを第２集電部材４に溶接し、負極タブを第１集電部材２に溶接する。
ステップ４において、電極体アセンブリをハウジングに入れる。
ステップ５において、第２集電部材４を正端子６１に超音波トルク溶接する。
ステップ６において、溝入れすることにより、前記ハウジング１の前記ビーディング部位１２が内向きに凹み、前記ビーディング部位１２の外部側壁が凹んで第１凹部１６を形成し、内部側壁が突起して第１突起１３を形成し、前記緩衝区間２３が前記第１突起１３によって押し付けられて屈曲変形して位置制限区間２５を形成し、前記第１突起１３が前記位置制限区間２５によって形成された溝に緊密に当接し、前記第１突起１３と前記位置制限区間２５が固定される。
ステップ７において、前記第１突起１３の上面において溶接区間２４を前記第１突起１３に溶接する。
ステップ８において、蓋板アセンブリ５を取り付け、カシメ封口する。

本実施形態に係る円筒型電池は、ビーディングプロセスステップにより、前記ハウジング１の前記ビーディング部位１２を内向きに凹ませ、したがって前記ビーディング部位１２の内部側壁が突起して形成する第１突起１３が前記緩衝区間２３を押し付けて屈曲変形させ、この場合に前記緩衝区間２３が引張変形し、前記第１突起１３と前記位置制限区間２５とはいずれも断面形状がＶ字形になり、前記溶接区間２４が前記第１突起１３の上面に当接し、さらに前記溶接区間２４を前記ボス１３の上面に直接溶接し、溶接時、前記溶接区間２４は伸びるが、前記位置制限２５は前記溶接区間２４に接続されているため、前記溶接区間２４が伸びるときには十分な長さが提供される。

前記緩衝区間２３を設置するとともにビーディングプロセスステップを行い、溝入れしてから溶接することにより、前記溶接区間２４を前記ビーディング部位１２の突起面に溶接して溶接の良品率を向上させる。それとともに、溶接位置をビーディング部位１２に対応して設置することにより、電池ハウジングにおいて２つの位置を用意する必要がなくなって、電池の高さを低減できる。また、前記緩衝区間２３を設けることによって溶接及び屈曲による応力を大きく緩和して、第１集電部材２のき裂を効果的に防止し、溶接箇所における構造の剛性及び安定性を向上させ、円筒型電池の使用安定性及び耐用性が保証される。

＜実施形態２＞
電気機器であって、前記円筒型電池を含む。当該電気機器は、車両、携帯電話、携帯装置、ノートパソコン、汽船、宇宙機、電動玩具、電動工具などであってもよい。車両は、ガソリン自動車、ガス自動車又は新エネルギー自動車であってもよく、新エネルギー自動車は、電気自動車、ハイブリッド自動車又はレンジエクステンダー自動車などであってもよい。宇宙機は、飛行機、ロケット、スペースシャトル及び宇宙船などを含む。電動玩具は、例えばゲーム機、電気自動車玩具、電気汽船玩具及び電動飛行機玩具などの定置式又は移動式の電動玩具を含む。電動工具は、例えば電動ドリル、電動グラインダ、電動レンチ、電動ドライバ、電動ハンマ、インパクトドリル、コンクリートバイブレータ及び電動カンナなどの、金属切削電動工具、研磨電動工具、組立電動工具及び鉄道用電動工具を含む。本願実施形態は、以上の電気機器に対して特に限定しない。

なお、本発明の説明において、「中心」、「横方向（Ｘ）」、「縦方向（Ｙ）」、「高さ方向（Ｚ）」、「長さ」、「幅」、「厚さ」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」、「時計回り」、「反時計回り」などの方位用語で示す方位及び位置関係は、図面に示す方位又は位置関係に基づくものであり、本発明を記述しやすくしかつ説明を簡素化するためのものに過ぎず、係る装置又は部品が特定方位を有するか、特定方位で構造や操作されることを指示又は暗示するものではなく、本発明の具体的な保護範囲に対する制限として理解されるべきではない。

また、「第１」、「第２」などの用語は、単に説明の目的で用いられるものであり、相対的な重要性を指示又は暗示するか又は技術的構成の数を暗黙的に指示するものとして理解されるべきではない。よって、「第１」、「第２」で記述された構成は、１つ又は複数の当該構成を明示的又は暗黙的に含んでもよい。本発明の説明において、「複数」とは、別途説明がない限り、２つ又は２つ以上を意味する。

本発明において、別途に明確に規定及び限定しない限り、「組立」、「連接」、「接続」などの用語は、広義に理解されるべきである。例えば、固定接続、着脱可能な接続、又は一体化接続であってもよく、機械接続であってもよく、直接接続又は中間媒体を介する接続であってもよく、２つの素子の内部連通であってもよい。当業者であれば、具体的な状況に基づいて、これらの用語の、本発明における具体的な意味を理解することができる。

上述した実施形態は、本発明のいくつかの実施形態を示したものに過ぎず、その説明は具体的かつ詳細であるが、本発明の範囲に対する制限として理解されるべきではない。なお、当業者であれば、本発明の構想から逸脱せずにいくつかの変形や改良を作り出すことができるが、これらもすべて本発明の保護範囲に該当する。つまり、本発明の保護範囲は、添付の特許請求の範囲に準じるべきである。

１ ハウジング
１１ 収容室
１２ ビーディング部位
１３ 第１突起
１４ 開口
１５ 端子貫通孔
１６ 第１凹部
１７ ボス
２ 第１集電部材
２１ 第１本体部
２２ 第２本体部
２３ 緩衝区間
２４ 溶接区間
２５ 位置制限区間
３ 電極体
４ 第２集電部材
５ 蓋板アセンブリ
５１ 蓋板
５２ 第１絶縁封止部材
６ 端子アセンブリ
６１ 端子
６２ 第２絶縁封止部材
６３ 絶縁部材
７ 第２極性接続板
７１ 溶接位置

Claims (10)

1. 円筒型電池であって、
   ハウジング（１）と、第１集電部材（２）とを含み、
   前記ハウジング（１）は、開口（１４）と、電極体（３）を収容するための収容室（１１）とを有し、
   前記第１集電部材（２）は、前記収容室（１１）内に位置し、第１本体部（２１）及び第２本体部（２２）を含み、前記第１本体部（２１）は前記電極体（３）に接続され、第２本体部（２２）は前記ハウジング（１）に接続され、
   前記ハウジング（１）の側壁にはビーディング部位（１２）が設けられており、前記ビーディング部位（１２）は前記収容室（１１）へ凹むことによって、前記ハウジング（１）の外部側壁において第１凹部（１６）を形成するとともに前記ハウジング（１）の内部側壁において第１突起（１３）を対応して形成し、
   前記第２本体部（２２）は前記第１本体部（２１）のエッジから、前記第１突起（１３）の、前記開口（１４）に向く側まで延在する
   ことを特徴とする円筒型電池。
2. 前記第２本体部（２２）は、溶接区間（２４）と、位置制限区間（２５）とを含み、前記位置制限区間（２５）は前記溶接区間（２４）と前記第１本体部（２１）を連結し、前記第２本体部（２２）は前記溶接区間（２４）によって前記第１突起（１３）に接続する
   ことを特徴とする請求項１に記載の円筒型電池。
3. 前記溶接区間（２４）は前記第１突起（１３）の、前記開口（１４）に向く側に位置する
   ことを特徴とする請求項２に記載の円筒型電池。
4. 前記溶接区間（２４）の長さは位置制限区間（２５）の長さより短い
   ことを特徴とする請求項３に記載の円筒型電池。
5. 前記位置制限区間（２５）及び前記溶接区間（２４）は前記第１突起（１３）の表面に当接する
   ことを特徴とする請求項２に記載の円筒型電池。
6. 前記位置制限区間（２５）と前記第１突起（１３）は断面形状が一致する
   ことを特徴とする請求項２に記載の円筒型電池。
7. 前記位置制限区間（２５）及び前記第１突起（１３）はいずれも断面形状がＶ字形である
   ことを特徴とする請求項２に記載の円筒型電池。
8. 前記第１本体部（２１）と前記第２本体部（２２）は一体成形される
   ことを特徴とする請求項１に記載の円筒型電池。
9. 前記開口（１４）をカバーする蓋板アセンブリ（５）を更に含み、前記蓋板アセンブリ（５）は蓋板（５１）と第１絶縁封止部材（５２）とを含み、前記蓋板（５１）は前記第１絶縁封止部材（５２）内に嵌められて前記ハウジング（１）と絶縁する
   ことを特徴とする請求項１に記載の円筒型電池。
10. 電気機器であって、
    請求項１～９のいずれか１項に記載の円筒型電池を含む
    ことを特徴とする電気機器。