TWI482331B - Battery box sealing method - Google Patents

Description

電池盒封口方法

本發明涉及一種電池盒封口方法，尤指透過透過治具自動調整金屬薄片所形成之罐體形狀，恢復已變形的罐體恢復成應有的罐體形狀，使電池盒封口的整個製程可自動化量產。

鋰電池由於材料技術的大幅突破，已可作為高電量需求的供電源(如：鋰鐵二次電池Lithium iron phosphate oxide)，例如使用於電動自行車、電動輪椅等高電力需求的設備，此種高容量的非水電解液二次鋰電池其儲電量及供電量均較傳統鋰電池大。前述二次鋰電池其電池罐體通常為鋁製之金屬罐體，一般而言，金屬罐體係由鋁或不鏽鋼製成至少一端開口之罐體，待電池正極、負極及隔離膜封裝於金屬罐體後，為了保持電池內部的長期穩定密封，在罐體的開口部位，會以蓋體透過不同的密封技術而將其確實封閉，以確保電池具有良好防水防氣性能。

如圖1所示，一般而言二次電池10系於罐體20(以方形電池盒為例)內部包含複數個電芯50(圖中以三個電芯50為說明例)，其中該些電芯50係由正極層、隔離層及負極層相疊置所構成，且該些電芯50與蓋體30上的電極端40導電連接。而罐體20係由不鏽鋼製、鎳鍍鋼(nickel-plated steel)製、鋁製或鋁合金製之金屬薄片。

目前二次電池盒10的封口(以方形電池盒為例)，即在罐體20之開口的長邊緣21與短邊緣22及蓋體30之長邊緣31與短邊緣32利用熱熔接裝置加以熔接。一般係採用鐳射(Laser)熔接封口技術，它是利用釔鋁石榴石(YAG棒)鐳射諧振腔中受強光源(一般為氮燈)的激勵下發出一束單一頻率的光(λ=1.06mm)經過諧振折射聚焦成一束，再把聚焦的焦點對準罐體20和蓋體30之長邊緣21與31與短邊緣22與32的接合處，使相對應的邊緣熔化後熔合為一體，以達到蓋體30與罐體20的密封熔合的目的。

值得注意的是，目前二次電池盒10的封口製程中，因為罐體20為金屬薄片，該些罐體20的長邊緣21及長邊緣21下方的表面23在被製備完成後，因為長時間的運送與置放，極易產生向內凹陷的現象；也常因為大量罐體20堆放，而產生短邊緣22與長邊緣21變形為非垂直狀態。以上罐體20變形問題使得二次電池盒10在封口的製程上相當仰賴人工，需人工將罐體20形狀調整後，再將已與蓋體30之電極40導電連接的電芯50利用人工置入該罐體20內，且將罐體20和蓋體30之長邊緣21與31與短邊緣22與32的接合處平整，再進行鐳射熔接封口。

於是，為解決上述之缺點，本發明之目的係在提供一種電池盒封口方法，透過治具調整金屬薄片所形成之罐體形狀，恢復已變形的罐體為應有的罐體形狀，形成可自動化將電芯置入罐體內之方法。

本發明的另一目的，係透過自動化將電芯置入罐體內，且罐體和蓋體之邊緣的接合處平整，使鐳射熔接封口的整個製程自動化量產，減省人工成本。

為達上述之目的，本發明揭露一種電池盒封口方法，係應用於二次電池將一蓋體置放到金屬薄片形成的一罐體的開口處，再利用熱熔接封口技術熔接該蓋體與罐體相對應的邊緣，其包括：透過一第一治具圈於該罐體之開口的邊緣外圍，用以限制固定該罐體之開口的形狀；再由一第二治具由該罐體之開口塞入到該罐體的內部空間，再將第二治具抽離該罐體的內部空間，利用金屬薄片的金屬拉伸特性，使該罐體之開口的形狀定形，且該罐體的側表面成平坦狀；再將該蓋體置入於罐體的開口處，即可進行熱熔接封口技術熔接該蓋體與該罐體。

其中，該第二治具包含前端部及後端部，該前端部截面積小於後端部截面積及該罐體之開口形狀定形的面積；而該第二治具之後端部進入該罐體內部空間之最大截面積不可小於該罐體開口之形狀定形的面積。

其中，該第一治具進一步可包覆該罐體的側表面，用以限制固定該罐體之開口的形狀，及該罐體之側表面的平坦狀。

進一步可透過一第三治具將該蓋體的周邊表面壓平，使該蓋體的全部周邊表面在同一水平面。

該蓋體置放於該罐體的開口處，該蓋體的周邊表面與該罐體開口的邊緣在同一水平面，即該罐體開口與該蓋體同尺寸，可使用上焊方式完成熱熔接封口技術。

其中，該蓋體置放於該罐體的開口處，該蓋體的周邊表面低於該罐體開口的邊緣，即該蓋體比該罐體開口內圍尺寸稍小，可使用內焊方式完成熱熔接封口技術。

其中，該蓋體置放於該罐體的開口處，該蓋體的下表面周邊緊接著該罐體開口的邊緣，即該蓋體與罐體開口外圍面積尺寸相同，可使用側焊方式完成熱熔接封口技術。

本發明的優點在於可應用於電池盒製作時任何需要對準再焊接之工藝，透過治具調整金屬薄片所形成之罐體形狀，利用薄金屬易變形與拉伸的物理特性，可自動化解決因為大量罐體堆放，而產生短邊緣與長邊緣變形為非垂直狀態，以及該些罐體的長邊緣及長邊緣下方的表面在被製備完成後，因為長時間的運送與置放，極易產生向內凹陷的現象。本技術透過治具自動調整金屬薄片所形成之罐體形狀，將已變形的罐體恢復成應有的外形，也因此可自動化將電芯置入罐體內，且罐體和蓋體之邊緣的接合處平整可進行鐳射熔接封口，使電池盒封口的整個製程可自動化量產，減省人工成本。

茲有關本發明之詳細內容及技術說明，現以實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。

本發明係揭露一種電池盒封口方法，係應用於二次電池將蓋體置放到金屬薄片形成的罐體的開口處，再利用熱熔接封口技術熔接該蓋體與該罐體相對應的邊緣。以下說明例以方形電池盒的封口為說明例，而該方法可應用於電池盒製作時任何需要對準再焊接之工藝。

請依序參閱圖2~圖7，本發明方法係先透過一第一治具200圈定於一罐體110之開口120的外圍，即圖示中的長邊緣121與短邊緣122外圍(如圖2所示)，用以限制固定該罐體110之開口120形狀，用以調整因為大量罐體110堆放，而產生短邊緣122與長邊緣121的相對關係變形，如圖中短邊緣122與長邊緣121為非垂直狀態，同時也為後續工序限制固定該罐體110之開口120形狀。其中，進一步該第一治具210可擴大包圍範圍，該第一治具210可包覆到該罐體110的側表面123(如圖3所示)，使第一治具210除了限制固定該罐體110之開口120形狀外，及也限制固定該罐體110側表面123的平坦狀。

當第一治具200圈定於該罐體110之開口120外圍後，再藉由一第二治具300由該罐體110之開口120塞入到該罐體110的內部空間(如圖4所示)，再將第二治具300抽離該罐體110的內部空間(如圖5所示)，利用薄金屬易變形與拉伸的物理特性，使該罐體110之開口120的邊緣形狀定形(例如短邊緣122與長邊緣121變形為垂直狀態)，且該罐體110的側表面120成平坦狀。其中該第二治具300包含前端部310及後端部320，該前端部310截面積小於後端部320截面積及該罐體110之開口120形狀定形的面積；而該第二治具300之後端部320進入該罐體110內部空間之最大截面積不可小於該罐體110開口120之形狀定形的面積。圖示中以該後端部320最大截面積及形狀係與該蓋體150的截面積及形狀相同為說明例。

如此，在罐體110的長邊緣121及長邊緣121下方的側表面123在被製備完成後，因為長時間的運送與置放產生向內凹陷的現象時，雖然該罐體110的開口120因為內凹陷變形，但依然可藉由該第二治具300的前端部310進入該罐體110內部空間，再由第二治具300的後端部320利用利用薄金屬易變形與拉伸的物理特性，透過第二治具300調整金屬薄片所形成之罐體110形狀，恢復已變形的罐體110為應有的外形。

最後，再將已導電連接至少一個電芯130(圖中以三個電芯130為說明例)的一蓋體150置放於該罐體110的開口120(如圖6所示)。一般該蓋體150上會有慣穿該蓋體150二個金屬材質之電極140，分別用以電性連接電芯130的正極與負極。實施上可採用任何已知的蓋體150與電芯130的電性連接結構，即任何類型慣穿蓋體的電極都可行。

將已與蓋體150導電連接之電芯130置入該罐體110的內部空間後，該蓋體150置放於該罐體110的開口120處，該蓋體150的周邊表面與該罐體110開口120的邊緣在同一水平面，即可使用鐳射400以上焊方式進行熱熔接封口技術(如圖7所示)，熔接該蓋體150周邊的金屬層151(例如常用的銅、鋁等金屬材質)與罐體110相對應的邊緣(長邊緣121與短邊緣122)，完成電池盒的封口。其中鐳射400進行熱熔接封口技術為已知技術，且非本專利重點，在此不多加贄述。

請再參閱圖8，實施上，也可將該第一治具200脫離該罐體110後，再使用鐳射400進行熱熔接封口技術，熔接該蓋體150周邊的金屬層151與罐體110相對應的邊緣(長邊緣121與短邊緣122)，完成電池盒的封口。

請再參閱圖9，實施上，該蓋體150在置放該罐體110的開口120前，進一步可透過一第三治具500透過上下壓合方式將該蓋體150的周邊表面壓平，使該蓋體150置放於該罐體110的開口120時，該蓋體150的周邊表面與該罐體110開口120的邊緣(長邊緣121與短邊緣122)在同一水平面，更方便使用鐳射400進行熱熔接封口技術，熔接該蓋體150周邊的金屬層151與罐體110相對應的邊緣，完成電池盒的封口。

請再參閱圖10所示，實施上，該蓋體150置放於該罐體110的開口120處，該蓋體110的下表面周邊緊接著該罐體110開口120的邊緣(長邊緣121與短邊緣122)，即該蓋體150與罐體110開口120外圍面積尺寸相同，可使用鐳射400側焊方式熔接該蓋體150側邊的金屬層151與罐體110相對應的邊緣，完成電池盒的封口。

上述說明例係以方形電池盒為說明例，實施上該罐體的開口不一定是方型，如果第一治具是橢圓形(配合蓋體的設計)，或是方形但有導角，都可以配合蓋體設計所對應之第二治具，以加壓成形的方式而改變罐體的開口形狀。

請參閱圖11至圖13所示，該第二治具300的後端部320可形成一壓迫部321，該壓迫部321的截面積實施上可比罐體110的開口120面積稍大(如圖11所示)，此可在第二治具320由該罐體110之開口120塞入後，在鄰近該罐體110的開口120處形成一個刻痕(notch)111(如圖12所示)，有助於該蓋體150置放於該罐體110開口120處的定位，例如稍加壓力於蓋體150上即可確認該蓋體150與罐體110緊密接觸。實施上該蓋體150置放於該罐體110的開口120處，該蓋體150的周邊表面低於該罐體110開口120的邊緣(長邊緣121與短邊緣122)，即該蓋體150比該罐體110開口120內圍尺寸稍小，可使用鐳射400內焊方式熔接該蓋體150周邊的金屬層151與罐體110相對應的邊緣，完成電池盒的封口。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

(習知)

10．．．二次電池

20．．．罐體

50．．．電芯

30．．．蓋體

40．．．電極端

21、31．．．長邊緣

22、32．．．短邊緣

23．．．表面

(本發明)

110．．．罐體

111．．．刻痕

120．．．開口

121．．．長邊緣

122．．．短邊緣

123．．．側表面

130．．．電芯

140．．．電極

150．．．蓋體

151．．．金屬層

200、210．．．第一治具

300．．．第二治具

310．．．前端部

320．．．後端部

321．．．壓迫部

400．．．鐳射

500．．．第三治具

圖1為二次電池之分解示意圖。

圖2為本發明之第一治具的實施示意圖。

圖3為本發明之第一治具的另一實施示意圖。

圖4為本發明之第二治具的實施示意圖一。

圖5為本發明之第二治具的實施示意圖二。

圖6為本發明之蓋體與罐體的組合示意圖。

圖7為本發明之蓋體與罐體熔接封口的示意圖一。

圖8為本發明之蓋體與罐體熔接封口的示意圖二。

圖9為本發明之蓋體壓平的示意圖。

圖10為本發明之蓋體與罐體另一焊接示意圖一。

圖11為本發明之第二治具的另一實施剖面示意圖一。

圖12為本發明之第二治具的另一實施剖面示意圖二。

圖13為本發明之蓋體與罐體另一焊接示意圖二。

110．．．罐體

111．．．刻痕

120．．．開口

121．．．長邊緣

122．．．短邊緣

123．．．側表面

200．．．第一治具

300．．．第二治具

310．．．前端部

320．．．後端部

Claims (8)

1. 一種電池盒封口方法，係應用於二次電池將一蓋體置放到金屬薄片形成的一罐體的開口處，再利用熱熔接封口技術熔接該蓋體與罐體相對應的邊緣，其方法包括：透過一第一治具圈於該罐體之開口的邊緣外圍，用以限制固定該罐體之開口的形狀；再由一第二治具由該罐體之開口塞入到該罐體的內部空間，再將第二治具抽離該罐體的內部空間，使該罐體之開口的形狀定形，且該罐體的側表面成平坦狀；最後再將該蓋體置放於該罐體的開口處，即可進行熱熔接封口技術熔接該蓋體與該罐體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電池盒封口方法，其中，該第二治具包含前端部及後端部，該前端部截面積小於後端部截面積及該罐體之開口形狀定形的面積。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電池盒封口方法，其中，該第二治具之後端部進入該罐體內部空間之最大截面積不可小於該罐體開口之形狀定形的面積。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電池盒封口方法，其中，該第一治具進一步可包覆該罐體的側表面，用以限制固定該罐體之開口的形狀，及該罐體之側表面的平坦狀。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電池盒封口方法，其中，該蓋體在置放該罐體的開口前，進一步可透過一第三治具將該蓋體的周邊表面壓平，使該蓋體的全部周邊表面在同一水平面。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電池盒封口方法，其中，該蓋體置放於該罐體的開口處，該蓋體的周邊表面與該罐體開口的邊緣在同一水平面。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電池盒封口方法，其中，該蓋體置放於該罐體的開口處，該蓋體的周邊表面低於該罐體開口的邊緣。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電池盒封口方法，其中，該蓋體置放於該罐體的開口處，該蓋體的下表面周邊緊接著該罐體開口的邊緣。