TWI525875B - 稜柱形電池殼的製造方法 - Google Patents

Description

稜柱形電池殼的製造方法

本發明係關於一種稜柱形電池殼的製造方法，且更特別係關於一種稜柱形電池殼的製造方法，其中稜柱形電池殼之主體經由擠出程序和多個拉引程序而被製造，以致該主體具有所要厚度，且防止裂痕形成於該主體中，藉此降低缺陷率。

隨著行動裝置之技術發展及需求增加，對於作為能量來源之二次電池的需求亦快速地增加。特別地，具有高能量密度及放電電壓之鋰二次電池被積極地研究且廣泛地商業化。

二次電池依照電池殼形狀被分類成包括在圓柱形或稜柱型金屬罐中之果凍捲形結構的圓柱形或稜柱形電池，以及包括在鋁層合片之囊袋形殼中的果凍捲形結構的囊袋形電池。

在電池殼中所容納之電極組合件是具有陰極、分隔件及陽極之可再充電產生裝置，且被分類成摺疊形電極組合 件(果凍捲形結構，其係藉由捲繞經活性材料塗覆之長片形陰極和經活性材料塗覆之長片型陽極與其間之分隔件而形成)，以及堆疊形電極組合件(其係藉由連續堆疊多個具有預定大小之陰極和多個具有預定大小之陽極與其間之分隔件而形成)。其中，該果凍捲形結構係容易製造且每單位重量具有高的能量密度。

圖1是說明包括上述果凍捲形結構之稜柱形電池的分解透視圖。圖2是說明圖1之電池殼的垂直剖面視圖。

參考圖1，稜柱形電池1包括容納在稜柱形殼20中之果凍卷形結構10以及配備有凸起電極接頭且偶合該殼20之上方開放端之頂蓋30。

該果凍捲形結構10之陽極經由陽極凸出片(tab)12電連通至在該頂蓋30上所設置之陽極接頭32的下端，且該陽極接頭32藉由絕緣構件34與該頂蓋30電絕緣。用於該果凍捲形結構10之另一電極的陰極凸出片14電連通至由傳導材料諸如鋁或不鏽鋼所形成之該頂蓋30。因此，該頂蓋30功能是作為陰極接頭。

片形絕緣構件40插於該稜柱形殼20與該果凍捲形結構10之間，以致除了該陽極凸出片12與該陰極凸出片14之外，使該果凍捲形結構10與該頂蓋30彼此絕緣，然後該頂蓋30設置於其上，且然後沿著該頂蓋30與該稜柱形殼20之接觸表面進行焊接程序以使該頂蓋30與該稜柱形殼20互相偶合。之後，經由電解質注入孔43注入電解質，然後將金屬球(未顯示)焊接至該電解質注入孔 43以將該電解質注入孔43密封，再然後將環氧樹脂施加至經焊接之區域以完成該稜柱形電池。

通常，如上述配置之二次電池殼係使用多階段深拉引方法製造，且該稜柱形殼20之側壁如圖2中所說明的具有相同厚度(A=A')。該多階段深拉引方法是使用一系列連續程序由板至最終之中空殼的製造方法，以致具有高的程序效率，但具有以下限制。首先，因為該多階段深拉引方法具有約10或更多個複雜且精密的程序，用於該等程序之裝置的製造成本明顯是高的。其次，因為適合深拉引程序之材料類型明顯受限，故難以獲得具有所要之材料性質的電池殼。

為應付在依照該多階段深拉引方法製造稜柱形電池殼時的限制，經由擠出成形程序製造稜柱形中空主體，然後緊密接觸該稜柱形中空主體下端之密封構件係經由鍛造、切坯或切割程序製造，再然後互相焊接該稜柱形中空主體與該密封構件，藉此製造具有經密封之下端的稜柱形中空電池殼。

然而，在該擠出成形程序中所製造之稜柱形中空主體的最小厚度限於0.7至0.8毫米的範圍。然而，現行之電池殼被要求要具有約0.3至0.5毫米範圍之厚度。因此，該擠出成形程序無法符合現行之電池殼的厚度。

為應付此限制，韓國專利註冊1182643(經引證之文件)係關於一種經由擠出成形程序和拉引成形程序製造電池殼的技術，其中：經由該擠出成形程序將原料形成為經 擠出之中空材料；經由該拉引成形程序將該經擠出之中空材料成形為具有所要厚度之電池殼主體；製造分開的密封構件；且將該電池殼主體與該分開的密封構件互相接合，藉此製造該電池殼。

在此情況中，因為該經擠出之中空材料經由單一拉引程序而具有所要厚度，該中空之經擠出材料的形狀被劇烈地改變，以致增加缺陷率諸如該電池殼主體之裂痕。

此外，因為該電池殼主體與該密封構件僅經由超音波硬焊互相接合，故當發生焊接缺陷時，電解質可能經由缺陷區域漏出。

<引證之文件>

[專利文件1]韓國專利註冊1182643

因此，本發明專注於提供一種稜柱形電池殼的製造方法，其中該稜柱形電池殼主體係經由擠出程序及多個拉引程序製造，以致該主體具有所要厚度，且防止裂痕形成於其中，藉此減低缺陷率。

依照本發明之一方面，提供一種稜柱形電池殼的製造方法，其包含：將原料擠出成為具有二個開放端的稜柱形中空材料(步驟(a))；將該中空材料拉引多次以具有 所要之厚度(步驟(b))；藉由將該經拉引的中空材料切割成預定長度以製造主體(步驟(c))；形成具有形狀對應於該主體之開放端的密封蓋(步驟(d))；及將該密封蓋接合至該主體之開放端(步驟(e))。

步驟(e)可藉由雷射焊接而進行。

在步驟(b)中，該中空材料在每個拉引程序中厚度改變的範圍是由15%至25%。

該方法另包含在步驟(b)中之每個拉引程序後，對該經拉引之中空材料進行熱處理(步驟(b'))。

在該拉引程序之最終拉引程序後並不進行步驟(b')。

在步驟(b')中對該經拉引之中空材料之熱處理係藉由退火而進行。

該方法可另包含：在步驟(c)後，在該主體之開放端中形成防漏凹陷(步驟(c'))；在步驟(d)後形成凸起部及防漏凸起(步驟(d'))，其中該凸起部係由該密封蓋導入該主體之開放端，且該防漏凸起係形成在該凸起部之側面。

該方法可另包含在步驟(e)之前藉由將該密封蓋之凸起部導入該主體而將該防漏凸起插入該防漏凹陷中(步驟(e'))。

該方法可另包含在步驟(c)之後，在該主體之開放端中形成接合凹陷(步驟(c"))，其中將該密封蓋插入該主體之接合凹陷中，然後在步驟(e)中接合至該主體 之開放端。

該主體及該密封蓋係由選自鋁(Al)、銅(Cu)、鐵(Fe)、不鏽鋼(SUS)、陶瓷、聚合物、及彼等之均等物之任一者所形成。

一種稜柱形電池殼可使用依照本發明之步驟製造。

依照本發明，可達成以下效果。

首先，稜柱形電池殼主體係經由擠出程序及多個拉引程序製造，以致該主體具有所要厚度，且防止裂痕形成於其中，藉此減低缺陷率。

其次，在每個拉引程序後，對中空材料進行熱處理，以降低該中空材料之硬度及強度且改良其成形性，藉此在隨後之拉引程序中防止缺陷發生。

第三，在主體及密封蓋上形成防漏凹陷及防漏凸起，藉此防止電解質由電池殼漏出。

1‧‧‧稜柱形電池

10‧‧‧果凍捲形結構

12‧‧‧陽極凸出片

14‧‧‧陰極凸出片

20‧‧‧稜柱形殼

30‧‧‧頂蓋

32‧‧‧陽極接頭

34‧‧‧絕緣構件

40‧‧‧片形絕緣構件

43‧‧‧電解質注入孔

50‧‧‧原料

60‧‧‧稜柱形中空材料

70、71、72‧‧‧模具

100、100'‧‧‧主體

110‧‧‧防漏凹陷

110'‧‧‧接合凹陷

200、200'‧‧‧密封蓋

210‧‧‧凸起部

220‧‧‧防漏凸起

300、300'‧‧‧雷射焊接機

310、310'‧‧‧雷射光束

圖1是說明包括果凍捲形結構之稜柱形電池的分解透視圖；圖2是說明圖1之稜柱形電池殼的垂直剖面視圖；圖3是說明依照本發明之具體例製造稜柱形電池殼之方法的流程圖；圖4A至5B是多個視圖，彼等說明依照本發明之具 體例，使用稜柱形電池殼製造方法所製造之不同形狀的主體和密封蓋，以及其間之接合狀態。

在以下說明及申請專利範圍之範圍中所用之用詞不限於已在字典中慣用之用詞，且應被解釋成具有與其在相關技藝背景中之意義符合的意義，以致本揭示將是透徹且完整的，且將完全地將本發明觀念之範圍傳遞給精於此技藝之人士。

因此，本文中所建議之具體例和圖僅是用於說明目的之較佳實例，非意圖限制本發明之範圍，故應了解在不偏離本發明之精神及範圍下，可有彼等之均等型或改良型。再者，將列出與習知之功能或配置相關之詳細描述以不致不必要地混淆本發明之主題。

在下文中，將參照附圖來描述依照本發明之較佳具體例的稜柱形電池殼的製造方法。

依照本發明之具體例的稜柱形電池殼的製造方法包括：個別製造具有二開放端之中空稜柱形的主體以及具有對應於該主體之開放端之形狀的密封蓋的步驟；將該主體與該密封蓋互相偶合且接合的步驟。在本文中使用"稜柱形"一詞以廣泛地表達：殼之橫剖面包括一平直的部分以代替彎曲的部份諸如圓形或橢圓形。例如，該橫剖面可以是三角形、四邊形、五邊形或長方形(其一對邊(長邊)比對應之另一對邊(短邊)長)。另外，該橫剖面在二平 直部份彼此相交之處可具有圓形的轉彎部分。

圖3是說明依照本發明之具體例之稜柱形電池殼之製造方法的流程圖。

參照圖3，稜柱形電池殼的製造方法包含：將原料50擠出成為具有二個開放端的稜柱形中空材料60之步驟(a)；將該中空材料60拉引多次以具有所要之厚度的步驟(b)；藉由將該經拉引的中空材料60切割成預定長度以製造主體100的步驟(c)；形成具有形狀對應於該主體100之開放端的密封蓋200的步驟(d)；及將該密封蓋200接合至該主體100之開放端的步驟(e)。

在該步驟(a)中，該原料50經由擠出程序被成形為該中空材料60。

就此而論，該原料50被壓向一個具有對應於該中空材料60之形狀的模槽的模且被擠出。該原料50可以由由選自鋁(Al)、銅(Cu)、鐵(Fe)、不鏽鋼(SUS)、陶瓷、聚合物、及彼等之均等物之任一者所形成，這些適合於該擠出程序，但本發明不限於這些。進行該步驟(a)之擠出裝置是在相關技藝中被普遍使用之習知裝置，且因此將省略其詳細描述。

在該步驟(b)中，該經擠出之中空材料60被拉引多次。

使用一般拉引程序以使原料通過具有比該原料之橫剖面積小之橫剖面積的模具且拉引該原料，藉此獲得具有與該模具之橫剖面相同之橫剖面的產物。

並且在該步驟(b)中，模具70被製備且該中空材料60通過模具70之間，且因此該中空材料60之厚度被減小。在步驟(b)中，藉由多次進行該拉引程序，該中空材料60之厚度達到所要厚度。因為該中空材料60之厚度應隨著多次拉引程序之進行而減小，該等拉引程序之個別模具組70、71和72之內徑逐漸減小。

如上述，因為該中空材料60之厚度在該步驟(b)中藉由多次拉引該中空材料60達成所要厚度，該中空材料60之厚度變化在單一拉引程序中並不大。因為該中空材料60之厚度在相關技藝中經由單一拉引程序達到所要厚度，該中空材料60之形狀明顯地改變以致頻頻地在其中形成裂痕而增加缺陷率。然而，依照本發明，該中空材料60之厚度經由該等拉引程序達成所要厚度，而非經由單一拉引程序。因此，在單一拉引程序中該中空材料60之形狀的改變並不明顯，故防止裂痕形成於其中。

在該步驟(b)之每個拉引程序中該中空材料60之厚度改變受限於15%至25%之範圍內。若在單一拉引程序中該中空材料60之厚度改變超過25%，則在該中空材料60中形成裂痕的可能性依照該改變而增加。因此，在每個拉引程序中該中空材料60之厚度的改變可以是25%或更少。若在單一拉引程序中該中空材料60之厚度改變小於15%，則在該中空材料60中並不形成裂痕。然而，需要多個額外的拉引程序而增加模具製造成本，因此增加總製造成本。因此，在每個拉引程序中該中空材料60之厚度 的改變範圍可以在15%至25%。

本發明另包括在步驟(b)之每個拉引程序後對該中空材料60進行熱處理步驟(b')。

一般之熱處理係藉由以合適速度進行加熱及冷卻程序而改良材料特性且包括驟冷、回火及退火。

該退火合適地加熱金屬材料以移除藉由一程序所造成之影響及在該金屬材料內部結構中所殘留之熱歷程(history)，且是一種熱處理方法，其中諸如金屬之材料被加熱至預定溫度且緩慢地冷卻以校正該材料之內部變形。該退火減低材料之硬度和強度且改良其成形性以獲得預定之結構。因此，該步驟(b')之熱處理可以是退火。

亦即，該熱處理係藉由在每個拉引程序後之步驟(b')中使該中空材料60退火而進行，以致改良其成形性，藉此在隨後之拉引程序中改良拉引成形性。

可以不在該步驟(b)之拉引程序的最後拉引程序後進行該步驟(b')之熱處理。因此，經由該最終拉引程序所得之該中空材料60之機械性被確保。

在該步驟(c)中，經由該拉引程序所拉引之該中空材料60被切割。

在該步驟(c)中，該中空材料60藉由獨立的切割裝置(未顯示)被切割成預定長度。該預定長度對應於所要產物之長度且可依照產物類型改變。亦即，經由該拉引程序而具有該所要厚度之該中空材料60藉由該切割裝置切割成預定長度，以製造該主體100。用於切割該中空材料 60之切割裝置在相關技藝中普遍地被使用且係習知的，且因此將省略其詳細說明。

在該步驟(d)中，形成該密封蓋200。

對該原料50進行壓製程序以成為密封蓋200，其形狀對應於該主體100之開放端。該密封蓋200可經由該壓製程序被製造，但本發明不限於此。因此，該密封蓋200可經由不同程序之一(諸如切割程序及鍛造程序)被製造。

如上述製造之該主體100和該密封蓋200以清潔液清潔。然後，進行該密封蓋200與該主體100之開放端的接合步驟(e)。

在該步驟(e)中，該密封蓋200係與該主體100之開放端接觸，然後以來自雷射焊接機300之雷射光束310照射，藉此該主體100與該密封蓋200之接觸表面互相被焊接。在該主體100與該密封蓋200互相接合之處的接合表面的形狀可以有多種變化。

在下文中，依照例示之具體例，將詳細描述形成該接合表面之步驟(其中該主體100與該密封蓋200互相貼合)及經由多個程序所形成之不同形狀之該接合表面。

<用於接合表面之第一具體例>

參照圖4A，在該步驟(c)之後提供在該主體100中形成防漏凹陷110的步驟(c')。該防漏凹陷110係藉由使用諸如切割程序之方法形成在該主體100之開放端內 側。

在該步驟(d)之後，另外提供在該密封蓋200上形成凸起部210及防漏凸起220的步驟(d')。該凸起部210之形狀對應於該主體100之內部中空，且該防漏凸起220係在該凸起部210之側面方向凸起成為一對應於該防漏凹陷110的形狀。該凸起部210和該防漏凸起220可經由切割程序或鍛造程序形成，但本發明不限於此。

當如上述地將該防漏凹陷110形成在該主體100中，且將該凸起部210和該防漏凸起220形成在該密封蓋200上之時，在該步驟(e)之前進行將該密封蓋200之凸起部210導入該主體100之中空部分的步驟(e')。藉由如上述地將該凸起部210導入該主體100之中空部分，將該防漏凸起220插入且偶合至該主體100之該防漏凹陷110(參照圖4B)。

之後，如圖4B所說明的，藉由從該雷射焊接機300將該雷射光束310發射在該主體100與該密封蓋200之間以進行使該主體100與該密封蓋200互相接合的步驟(e)。

當該主體100與該密封蓋200如上述地互相接合時，藉由該防漏凹陷110和該防漏凸起220所提供之該主體100與該密封蓋200之接合表面具有經多次彎曲之形狀。亦即，即使在發生焊接缺陷時，因為該主體100與該密封蓋200之接合表面具有該彎曲形狀，極大地防止電解質由該主體100漏出

<用於接合表面之第二具體例>

參照圖5A，在該步驟(c)之後提供在主體100'中形成接合凹陷110'的步驟(c")。該接合凹陷110'係藉由切割該主體100'之開放端而由該主體100'之外部至其內部所形成的，且具有一個對該主體100'之外部開放的部分。如上述，該接合凹陷110'經由該切割而形成，但本發明不限於此。

當該主體100'係如上述在該開放端具有該接合凹陷110'時，密封蓋200'在步驟(d)中被形成為對應於該接合凹陷110'之形狀。

將被形成為對應於該主體100'之接合凹陷110'之形狀的密封蓋200'插入該接合凹陷110'中。之後，如圖5B中所說明的，藉由從該雷射焊接機300'將該雷射光束310'發射在該主體100'與該密封蓋200'之間以進行使該主體100'與該密封蓋200'互相接合的步驟(e)。

在如上述所配置之依照本發明之稜柱形電池殼的製造方法中，該稜柱形電池殼之該主體100和100'係經由該擠出程序和該等拉引程序製造，以致該主體100和100'具有所要之厚度，且防止裂痕形成於其中，藉此減少缺陷率。

此外，在每個拉引程序後對該中空材料60進行該熱處理，以減低該中空材料60之硬度和強度且改良其成形性，藉此在隨後之拉引程序中防止缺陷發生。

此外，將該防漏凹陷和該防漏凸起形成在該主體100 及該密封蓋200上，藉此防止電解質由該電池殼漏出。

稜柱形電池殼之製造方法已依照前述之本發明的例示具體例描述。

前述具體例應僅視為描述性的意義且不用於限制目的。因此，本發明之範圍不僅藉由本發明之詳細描述也藉由所附之申請專利範圍來定義。此外，應了解：在不偏離本發明之精神或範圍下，所附之申請專利範圍也有其他均等型及改良型。

1‧‧‧稜柱形電池

10‧‧‧果凍捲形結構

12‧‧‧陽極凸出片

14‧‧‧陰極凸出片

20‧‧‧稜柱形殼

30‧‧‧頂蓋

32‧‧‧陽極接頭

34‧‧‧絕緣構件

40‧‧‧片形絕緣構件

43‧‧‧電解質注入孔

Claims (10)

1. 一種稜柱形電池殼的製造方法，其包含：將原料擠出成為具有二個開放端的稜柱形中空材料(步驟(a))；將該中空材料拉引多次以具有所要之厚度(步驟(b))；藉由將該經拉引的中空材料切割成預定長度以製造主體(步驟(c))；形成具有形狀對應於該主體之開放端的密封蓋(步驟(d))；及將該密封蓋接合至該主體之開放端(步驟(e))。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟(e)係藉由雷射焊接而進行。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在步驟(b)中該中空材料在每個拉引程序中厚度改變的範圍是由15%至25%。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其另包含在步驟(b)中之每個拉引程序後，對該經拉引之中空材料進行熱處理(步驟(b'))。
5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該拉引程序之最終拉引程序後並不進行步驟(b')。
6. 如申請專利範圍第4項之方法，其中在步驟(b')中對該經拉引之中空材料之熱處理係藉由退火而進行。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，其另包含： 在步驟(c)後，在該主體之開放端中形成防漏凹陷(步驟(c'))；及在步驟(d)後形成凸起部及防漏凸起(步驟(d'))，其中該凸起部係由該密封蓋導入該主體之開放端，且該防漏凸起係形成在該凸起部之側面。
8. 如申請專利範圍第7項之方法，其另包含在步驟(e)之前藉由將該密封蓋之凸起部導入該主體而將該防漏凸起插入該防漏凹陷中(步驟(e'))。
9. 如申請專利範圍第1項之方法，其另包含在步驟(c)之後，在該主體之開放端中形成接合凹陷(步驟(c"))，其中將該密封蓋插入該主體之接合凹陷中，然後在步驟(e)中接合至該主體之開放端。
10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該主體及該密封蓋係由選自鋁(Al)、銅(Cu)、鐵(Fe)、不鏽鋼(SUS)、陶瓷及聚合物之任一者所形成。