專利名稱：適合于細(xì)長(zhǎng)形產(chǎn)品的密封電池的制作方法
本申請(qǐng)基于日本申請(qǐng)No.11-71865，其內(nèi)容在此引用作為參考。
本發(fā)明涉及密封電池，密封電池通過將封閉蓋激光焊接在電池外殼上來密封。本發(fā)明尤其涉及長(zhǎng)方形密封電池。
近年來，密封電池已廣泛用于便攜式電子設(shè)備如移動(dòng)電話、視聽設(shè)備和計(jì)算機(jī)的電源。典型密封電池包括如鎳-氫蓄電池和鎳鎘蓄電池的堿性電池以及鋰離子電池。
廣泛使用圓柱形和長(zhǎng)方形密封電池，長(zhǎng)方形電池由于在便攜式設(shè)備中使用時(shí)具有優(yōu)良的節(jié)省空間的潛力而引起特別關(guān)注。
密封電池的結(jié)構(gòu)如下。首先進(jìn)行金屬板深沖壓處理形成帶有密封底殼的圓柱形外殼，由正極和負(fù)極組成的發(fā)電元件放置在外殼內(nèi)，封閉蓋安裝在外殼的開口上。然后氣密密封封閉蓋和外殼的邊緣，以防止電解質(zhì)或氣體的泄漏。
盡管目前趨于使用鋁合金例如將錳加入到鋁中所產(chǎn)生的合金，以便降低電池的重量，但仍經(jīng)常使用鍍鎳鋼或不銹鋼來制備外殼。
常利用機(jī)械捻縫以形成密封。由于該技術(shù)難以密封長(zhǎng)方形密封電池，這種電池常利用激光焊接來密封。將激光束在封閉蓋的邊緣和外殼的開口邊緣周圍掃描以進(jìn)行激光焊接。電池的可靠性和壽命極大地受該焊接密封效果好壞的影響。
當(dāng)利用激光焊接密封電池時(shí)，希望抑制激光束在焊接部件處的能量。這是因?yàn)榉忾]蓋通常經(jīng)墊圈與電極端的一個(gè)相連接，如果限制激光束的能量，墊圈在激光焊接過程期間不太可能受到損壞。使用低能量的激光也使得制造過程的能量效率高。
當(dāng)使用同一額定功率的激光源時(shí)，在焊接部件處設(shè)定成低功率激光可提高掃描速度。同時(shí)，用于形成電池的焊接密封的焊接裝置通常只包括一個(gè)激光源，激光源利用光纖維分裂成幾束，以便能同時(shí)焊接多個(gè)電池。如果降低激光設(shè)定功率，可同時(shí)焊接更多個(gè)電池而不用改變激光源的輸出，從而提高制造過程的效率。
然而，當(dāng)降低用于密封電池的設(shè)定激光功率時(shí)，問題在于裂縫會(huì)沿激光焊接線出現(xiàn)。電池部件易于被激光熔化，形成金屬的熔化坑。當(dāng)這些坑冷卻時(shí)，周圍金屬處產(chǎn)生的熱應(yīng)力拉伸這些坑。當(dāng)激光束的功率較低時(shí)，熔化坑的溫度突然下降，這導(dǎo)致大的熱應(yīng)力。
當(dāng)電池外殼和封閉蓋由鋁合金片構(gòu)成時(shí)，焊接部件上特別容易出現(xiàn)裂縫。這是因?yàn)殇X合金的抗拉強(qiáng)度比鐵或不銹鋼的要低，并且因?yàn)殇X的導(dǎo)熱率高，這意味著熔化部件快速冷卻。
就一個(gè)例子而言，日本公開專利申請(qǐng)No.S61-3664教導(dǎo)了一種制備封閉蓋的技術(shù)，封閉蓋131具有卷起外緣132，卷起外緣132激光焊接到外殼10的開口邊緣上(參見圖8)。在該技術(shù)中，不存在熱量從熔化坑流向封閉蓋中心的線性路徑，這降低了熱量從熔化坑的擴(kuò)散，從而降低了焊接部件處發(fā)生的熱應(yīng)力。
然而，當(dāng)卷起封閉蓋的外緣時(shí)，電池上表面的寬度(等于圖8的水平面長(zhǎng)度)增加到兩倍于卷起外緣132的寬度，卷起外緣132的寬度是圖8中W2所示的封閉蓋131的厚度的二倍。當(dāng)整個(gè)電池的寬度是大約幾毫米時(shí)，然而，例如在細(xì)長(zhǎng)方形密封電池中難以使用該技術(shù)。
本發(fā)明的目的是提供通過抑制用于形成焊接密封的激光束的入射功率，并同時(shí)防止裂縫形成來簡(jiǎn)化細(xì)長(zhǎng)方形電池制備的技術(shù)。
本發(fā)明通過在激光焊接到密封電池的外殼開口的密封板外表面中形成凹降來實(shí)現(xiàn)上述目的。凹降指密封板外表面在周邊處高于中心位置。
當(dāng)密封板的周邊激光焊接到開口邊緣時(shí)，密封板的凹降切斷從焊接部件到密封板中心的熱線性傳導(dǎo)路徑，從而抑制熱量從焊接部件的擴(kuò)散。這降低了焊接部件處所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，并意味著裂縫少，甚至當(dāng)降低激光束功率時(shí)。
在密封板的外表面形成凹降的一種方法是在用于形成密封板的材料表面上形成溝槽。另一種方法是施加壓力給除形成密封板的材料周邊部件以外的部位。通過例如鍛造法可容易形成密封板。
凹降可在非常接近外緣的密封板中形成。這表明可使該密封板窄于密封板外緣卷起的情況，如圖8所示。結(jié)果，本發(fā)明提供比傳統(tǒng)電池要窄的細(xì)長(zhǎng)方形密封電池，但不出現(xiàn)焊接密封裂縫。
當(dāng)外殼和密封板由鋁合金組成時(shí)，裂縫是個(gè)特殊問題。這表明對(duì)于由該材料形成的電池通過本發(fā)明抑制裂縫特別顯著。
結(jié)合說明本發(fā)明的特定實(shí)施例的附圖，通過如下描述，本發(fā)明的這些和其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。在附圖中

圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施例的長(zhǎng)方形密封電池的透視圖；圖2A和2B分別表示沿圖1的線A-A′和B-B′的電池截面圖；圖3A-3D表示制備用于本發(fā)明的第一實(shí)施例的密封板的工藝；圖4A表示利用密封板密封的外殼，凹降形成在密封板上，而圖4B表示利用沒有凹降的密封板密封的外殼；圖5是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的長(zhǎng)方形密封電池的透視圖；圖6A和6B分別表示沿圖6的線A-A′和B-B′的電池截面圖；圖7A-7C表示制備用于本發(fā)明的第二實(shí)施例的密封板的工藝；和圖8表示比較例的長(zhǎng)方形密封電池的截面圖。
第一實(shí)施例電池結(jié)構(gòu)圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施例的長(zhǎng)方形密封電池的透視圖。圖2A和2B分別表示沿圖1的線A-A′和B-B′的電池截面圖。該長(zhǎng)方形密封電池是鋰離子電池，其構(gòu)成在用封閉結(jié)構(gòu)30密封外殼10的開口之前，將發(fā)電元件插入帶有密封底殼的長(zhǎng)方形外殼10中，發(fā)電元件包括已被電解質(zhì)浸漬過的螺旋卷繞電極(下文稱為電極結(jié)構(gòu)20)。
由Al-Mn型合金板形成帶有密封底殼呈矩形柱狀的外殼10。Al-Mn型合金的主要金屬是鋁，可使電池變輕，而加入錳可使外殼的抗拉強(qiáng)度高于只使用鋁的情況。
如圖1所示，封閉結(jié)構(gòu)30具有穿過密封板31的負(fù)極端32，密封板31加工成適合外殼10的開口，墊圈33隔開密封板31和負(fù)極端32。
密封板31由與外殼10相同的Al-Mn合金板構(gòu)成并與外殼10的開口成相同矩形。在密封板31的外表面的邊緣周圍形成溝槽311。預(yù)定寬度的外緣(下文稱為“平臺(tái)”)310位于該溝槽311的外側(cè)，該平臺(tái)310激光焊接到外殼10的開口邊緣11，從而密封電池。
該溝槽311內(nèi)的側(cè)表面中更靠近電池外側(cè)的表面此后稱為凹降312。
為使電池的內(nèi)部體積最大，應(yīng)使外殼10和密封板31在可保持適當(dāng)強(qiáng)度的范圍內(nèi)盡可能薄。通常外殼10的厚度設(shè)在約0.5mm，而密封板31的厚度通常設(shè)定為約0.8mm。使密封板31略比外殼10厚，以便防止當(dāng)負(fù)極端32固定到密封板31時(shí)密封板31變形。
負(fù)極端32由平板形狀的端部320和圓柱形套管321組成。端部320呈空心狀，橡膠元件322裝入在端部320的空心空間內(nèi)，以形成安全閥。
通孔313位于密封板31的中心，負(fù)極端32的套管321插入通孔313。凹槽314形成在密封板31外表面中的該通孔313周圍，以容納負(fù)極端32的端部320。
當(dāng)如上所述的電池較窄時(shí)，負(fù)極端32的端部320的寬度幾乎與密封板31的寬度相同。這表明凹槽314非?？拷?13的兩側(cè)上的溝槽311，或如圖2A所示，凹槽314和溝槽311組合成單個(gè)凹部。
由突起34a和基座34b組成的集電體板34與負(fù)極端32的套管321連接，突起34a朝電池內(nèi)部突起。該負(fù)極端32和集電體板34通過墊圈33與密封板31絕緣，并通過對(duì)套管321的端部砸邊固定到密封板31。
通過螺旋卷繞其間有隔板的層疊的負(fù)極板和正極板來形成電極結(jié)構(gòu)20。然后側(cè)著放置所得的圓柱體并壓扁以得到圓形橫截面的圓柱體。
通過將層狀碳(粉末石墨)涂覆在板狀芯上制備出負(fù)極板，并經(jīng)引線板把負(fù)極與集電體板34的突起34a電連接。另一方面，通過將正極混合物涂覆在板狀芯上制備出正極板，正極混合物由(a)作為正極活性材料的包括鋰的復(fù)合氧化物(如鋰鈷氧化物)和(b)導(dǎo)電劑(如乙炔黑)組成。正極板與也充當(dāng)正極端的外殼10直接連接。
作為一個(gè)例子，通過在由碳酸亞乙酯和碳酸二甲酯組成的混合溶劑中溶解LiPF6溶解物，可制備用于浸漬電極結(jié)構(gòu)的電解質(zhì)。
應(yīng)注意在圖2A和2B中未示出，由絕緣樹脂組成的絕緣套管位于電極結(jié)構(gòu)20和密封板31之間，以防電極結(jié)構(gòu)20和密封板31相接觸并將電極結(jié)構(gòu)20固定在外殼10的給定位置上。
電池制備方法如下描述用于制備如上所述長(zhǎng)方形密封電池的方法。
通過將Al-Mn合金平板進(jìn)行深沖壓處理制造具有封閉底殼的矩形柱體來制得外殼10。
可以如下方式制備密封板31。將Al-Mn合金平板放置在垂直其平面的壓力下，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)溝槽311和凹槽314的凹部。然后沖壓通孔313和所得密封板31的外側(cè)邊緣，產(chǎn)生單個(gè)的密封板31。
如下描述可用于制備密封板31的鍛造工藝。由于也可用于鑄幣，該技術(shù)稱為制幣技術(shù)。
如圖3A所示，合金板(用于制備密封板31)放置在沖壓機(jī)70的壓力下，沖壓機(jī)70的突起71形狀對(duì)應(yīng)溝槽311和凹槽314，使對(duì)應(yīng)溝槽311和凹槽314的凹部形成(參見圖3B)。之后，沖頭80和模具81用于剪切圖3C所示的合金板，形成通孔313。最后，沖頭90和模具91用于剪切密封板31的外緣，從而完成其成形。
應(yīng)注意圖3A-3D表示從合金板沖壓出密封板31的外緣之前，在圖3A中形成溝槽311的情況，但溝槽311可在已沖壓出密封板31之后形成。
如上所述的工藝可相對(duì)容易地制備出密封板31，從密封板31的外緣到溝槽311的距離T非常小。該距離T對(duì)應(yīng)平臺(tái)310，如圖2A所示。
形成封閉結(jié)構(gòu)30將墊圈33和負(fù)極端32裝入密封板31的通孔313中，集電體板34的基座34b裝入負(fù)極端32的套管321中(注意在該過程中端部320的蓋和橡膠元件322脫離負(fù)極端32)，然后對(duì)套管321的端部砸邊。
電極結(jié)構(gòu)20的制造在卷繞層壓電極成圓柱體之前，層疊帶狀負(fù)極、帶狀隔板和帶狀正極，帶狀負(fù)極具有附著的引線板21。然后壓扁所得的圓柱體，得到圓形橫截面的圓柱體。
將電極結(jié)構(gòu)20插入外殼10，引線板21穿過絕緣套管并與集電體板34電連接。
接著，絕緣套管和封閉結(jié)構(gòu)30緊壓到外殼10的開口中，將激光束沿其邊緣周圍掃描使封閉結(jié)構(gòu)30的平臺(tái)310和外殼10的開口邊緣11焊接在一起。
釔鋁石榴石(YAG)脈沖激光(例如，發(fā)射50pps的光)可用作激光源。如圖2B所示，激光50聚焦于密封板31的平臺(tái)310與開口邊緣11的界面上，從而形成小圓形點(diǎn)(幾百微米范圍的直徑)。
以該方式照射激光，可選擇地熔化暴露在激光下的電池部件，而焊接部件附近的其它材料(如墊圈或絕緣套管)幾乎不受到熱損傷。
暴露在激光束下的電池部件，即密封板31的平臺(tái)310和外殼10的開口邊緣11熔化，形成快速硬化的溶化坑60。
當(dāng)激光源發(fā)射出激光時(shí)，調(diào)節(jié)激光脈沖頻率和掃描速度，使激光脈沖形成的點(diǎn)適當(dāng)重疊前一脈沖。通常使用40-60％范圍內(nèi)的重疊。
當(dāng)照射激光50時(shí)，將加速氣流供給激光50形成的點(diǎn)上。以此方式，在加速氣體存在下金屬熔化有助于阻止熔化部件的氧化。盡管可使用氫氣、氧氣或惰性氣體如氬氣，但常使用氮?dú)庾鳛榧铀贇怏w。
以此方式使激光50掃描，可將密封板31的平臺(tái)310和外殼10的開口邊緣11沿其界面的整個(gè)長(zhǎng)度周圍焊接在一起，從而密封電池。
之后，電解質(zhì)注入負(fù)極端32的套管321內(nèi)，最后固定橡膠元件322和端部320的蓋。
溝槽311的作用通過在密封板31的外緣周圍形成溝槽311，制備出凹降312。該凹降312為密封板31的上表面的區(qū)域，在該區(qū)域密封板31的高度下降，從而朝密封板31中心的高度低于邊緣。
焊接期間，凹降312的存在可抑制熱量從熔化坑60朝密封板31的中心擴(kuò)散。本發(fā)明人相信這是由于如下原因。
圖4A表示利用密封板31密封的外殼10，凹降312形成在密封板31內(nèi)。圖4B表示利用密封板231密封的外殼10，未在密封板31內(nèi)形成凹降(溝槽)。
在每種情況下，當(dāng)照射激光50時(shí)，從熔化坑60擴(kuò)散的熱量主要傳輸?shù)矫芊獍?31或231)，如白色箭頭C1和C2所示，或到外殼10，如白色箭頭D所示。更大部分熱量以由箭頭C1和C2所示的方向朝密封板(31或231)的中心擴(kuò)散。
如圖4B所示，當(dāng)在密封板231內(nèi)未形成凹降時(shí)，存在沿密封板231的表面從熔化坑60到密封板231中心的線性熱傳導(dǎo)路徑，如白色箭頭C2所示。與之相反，當(dāng)在密封板31內(nèi)形成凹降312時(shí)，如圖4A所示，沒有沿表面的線性熱傳導(dǎo)路徑，因此圖4A中沒有白色箭頭C2。
當(dāng)與未形成凹降(溝槽)的情況相比時(shí)，在密封板31內(nèi)形成凹降312可抑制激光焊接期間熱量從熔化坑60擴(kuò)散到密封板31的中心。這放慢了熔化坑60的冷卻，從而降低在熔化坑60處產(chǎn)生的熱應(yīng)力。這表明甚至當(dāng)降低激光功率時(shí)，也可避免焊接密封的裂縫。
通過降低用于密封每個(gè)電池的激光功率，也可降低對(duì)其它材料例如位于焊接部件附近的墊圈的熱損傷。
為充分實(shí)現(xiàn)如上所述的效果，應(yīng)當(dāng)如下所述形成平臺(tái)310和溝槽311。
密封板31的外緣與溝槽311之間的距離T(即平臺(tái)310的寬度T)應(yīng)當(dāng)設(shè)定成盡可能小，以抑制激光焊接期間所發(fā)生的熱量擴(kuò)散。然而，如距離T太窄，不能適當(dāng)形成熔化坑60，不能得到足夠強(qiáng)的焊接接點(diǎn)。因此，應(yīng)當(dāng)參考這兩個(gè)需要來設(shè)定距離T。
溝槽311的寬度和深度應(yīng)大一些，以抑制激光焊接期間所產(chǎn)生的熱量擴(kuò)散。然而，將溝槽311深度設(shè)定為低值可使密封板31保持必要的強(qiáng)度。因此應(yīng)將該值設(shè)定在考慮二者的范圍內(nèi)。
在鋁外殼的細(xì)長(zhǎng)方形鋰離子電池的情況下，適當(dāng)設(shè)定密封板的厚度約為0.8mm，用于焊接的激光束的光點(diǎn)直徑約為0.8mm。在這種情況下，形成深度約為0.15-0.2mm的熔化坑60。
按照上述設(shè)定，優(yōu)選距離T約為0.4-0.45mm，優(yōu)選溝槽311的深度至少為0.2mm(即約0.3mm)，而優(yōu)選外殼的開口寬度約為0.4mm。
如下所詳述，密封板31的外緣與溝槽311之間的距離T設(shè)定成比本實(shí)施例的密封板31的厚度(加工之前)小很多。這可降低密封板31的寬度，從而容易制備寬度6mm或更小的細(xì)長(zhǎng)方形密封電池。
第二實(shí)施例圖5是表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的長(zhǎng)方形密封電池的透視圖。圖6A和6B分別表示沿圖2的線A-A′和B-B′的該電池橫截面。
圖5、6A和6B中與第一實(shí)施例所述部件標(biāo)號(hào)相同的部件為同一部件。
該第二實(shí)施例中的所述電池結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例所述的電池結(jié)構(gòu)相同，只是密封板31的形狀有差別。如上，第二實(shí)施例的密封板31在密封板31的外表面內(nèi)具有凹降312，凹降312為一傾斜表面，在該表面上密封板31的外側(cè)表面高度下降，使得朝密封板31的內(nèi)部比外側(cè)緣低。在第一實(shí)施例中，沿密封板31的邊緣周圍形成溝槽311，產(chǎn)生該凹降312。然而，在第二實(shí)施例中，密封板31的整個(gè)中心部分315下凹，凹降312標(biāo)記出在該低中心部分315和密封板31的邊緣周圍的平臺(tái)310之間的界面。
除密封板31之外，按照與制備第一實(shí)施例的電池相同的方法，制備出該第二實(shí)施例的電池。
本實(shí)施例的密封板31由平面Al-Mn合金板制成。施加壓力給該板的平面，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)中心部分315的幾乎在整個(gè)板上的凹部。沖壓出密封板31的外緣和通孔313，制備單個(gè)密封板31。
更詳細(xì)地，利用鍛造工藝(制幣技術(shù))制備出對(duì)應(yīng)凹槽314的凹部。
接著，如圖7A所示，沖頭100和模具101在對(duì)應(yīng)中心部分315的位置處垂直于密封板31的平面移動(dòng)，模具101的尺寸對(duì)應(yīng)中心部分315，從而形成在中心部分315的凹部。
此后以與圖3C和3D所述的相同方式處理密封板31。之后，利用沖頭81和模具81來剪切合金板，如圖7B所示，形成通孔313。最后，利用沖頭90和模具91來剪切密封板231的外緣，如圖7C所示，從而完成其成形。
當(dāng)在圖7A中形成中心部分315之后，所述例子在圖7C中沖壓出密封板23 1的外緣時(shí)，通過相反順序進(jìn)行這些步驟也可制備出密封板231。
如上所述的步驟可相對(duì)容易地制備出密封板31，平臺(tái)310的寬度T非常小。
至于第一實(shí)施例所述的密封板31，密封板231具有形成在其外緣周圍的凹降312。這意味著激光焊接期間，熱量從熔化坑60擴(kuò)散到密封板31的中心較少，從而甚至當(dāng)使用低功率的激光束時(shí)，也能抑制裂縫。
為充分實(shí)現(xiàn)如上所述的效果，形成平臺(tái)310和凹降312如下。如第一實(shí)施例中，從密封板231的外緣到凹降312的距離T應(yīng)設(shè)定成盡可能小，以抑制激光焊接期間產(chǎn)生的熱量擴(kuò)散。為此，由于凹降312的存在，密封板231的高度變化應(yīng)設(shè)定成盡可能高。如上所述，當(dāng)密封板的厚度約為0.8mm并且用于焊接的激光束的光點(diǎn)直徑約為0.8mm時(shí)，優(yōu)選距離T應(yīng)當(dāng)約為0.4-0.45mm，以及優(yōu)選凹降312的高度應(yīng)當(dāng)約為0.2mm(即約0.3mm)。
正如第一實(shí)施例中，使從密封板31的外緣到凹降312的距離T小于密封板231的厚度，就能使密封板231更窄，從而容易制備寬度6mm或更小的細(xì)長(zhǎng)方形密封電池。
比較例1圖8表示用作第一比較例的長(zhǎng)方形密封電池的橫截面。圖8中，與圖1和2所示電池相同的部件如上所述用同一標(biāo)號(hào)表示。
該比較例1的電池使用卷起外緣132的密封板131。該卷起緣132激光焊接到外殼10的開口邊緣11。然而，除這點(diǎn)之外，該比較例1的電池與本發(fā)明的實(shí)施例所述的電池相同。
通過沖壓工藝可形成密封板131的卷起緣132。
關(guān)于電池的寬度如下比較第一實(shí)施例、第二實(shí)施例和比較例的電池寬度。
圖2B、6B和8中，測(cè)量從負(fù)極端32的端部320邊緣到密封板的邊緣的距離L1。
比較例1中，卷起緣132朝向端部320的側(cè)面，卷起緣132的寬度等于密封板131的板厚度W2。這表明需把距離L1設(shè)定成大于板厚度W2，給出不等式L1＞W(wǎng)2。
另一方面，當(dāng)?shù)谝缓偷诙?shí)施例的電池需要設(shè)定距離L1大于距離T時(shí)，不要求把距離L1設(shè)定成大于板厚度W2。因?yàn)榫嚯xT能設(shè)定成遠(yuǎn)小于密封板131的板厚度W2，可使第一和第二實(shí)施例電池的距離L1相對(duì)于比較例1的電池的距離L1更小。
例如，當(dāng)密封板的板厚度W2為0.8mm而距離T為0.4mm時(shí)，可使第一和第二實(shí)施例的電池的距離L1為0.4mm，比比較例的電池更小。
這表明第一和第二實(shí)施例可用于比比較例1的電池窄0.8mm的電池。
應(yīng)注意到可修整比較例1的卷起緣132，以降低其寬度，從而降低電池的寬度，相信這種工藝將使制造工藝復(fù)雜。因此第一和第二實(shí)施例的制備方法更好。
基于這些考慮，對(duì)于比較例以及第一和第二實(shí)施例，估計(jì)電池最小寬度如下。
實(shí)際完成全部上述電池要求端部320的寬度W3至少為3.7mm左右，開口邊緣處的外殼厚度W1至少為0.4mm左右，以及密封板的板厚度至少為0.8mm左右。
比較例中，估計(jì)電池的最小厚度L為(3.7+0.4*2+0.8*2)＝6.1mm左右。
第一和第二實(shí)施例中，可設(shè)定距離T為0.4mm，這種情況下估計(jì)電池寬度的最小值L為(3.7+0.4*2+0.4*2)＝5.3mm左右。
可稍微降低開口邊緣處的外殼厚度W1、寬度W3和距離T，這將電池寬度降低到4.9mm左右。
實(shí)際例1基于第一實(shí)施例，利用0.8mm厚的鋁合金板作為密封板，制備第一實(shí)施例的長(zhǎng)方形密封電池。
電池尺寸設(shè)定為高度20mm、長(zhǎng)度30mm和寬度8mm。密封板的外緣與溝槽之間的距離設(shè)定為0.4mm、溝槽深度為0.3mm、以及溝槽端部的溝槽寬度為0.4mm。
比較例2除在密封板內(nèi)未形成溝槽311以外，以與實(shí)際例1的相同方式制備包括密封板的長(zhǎng)方形密封電池。
通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)際例1可利用75％的用于比較例2的激光功率來激光焊接。
實(shí)驗(yàn)1空氣泄漏測(cè)試制備用于實(shí)際例1和比較例2的大量密封板。這些密封板均固定到空的外殼上，然后利用激光焊接來密封。
之后，經(jīng)密封板31內(nèi)的通孔引入空氣，以將內(nèi)壓提高到4kg/cm2。然后觀察焊接密封處的泄漏發(fā)生。
表1列出該實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
表1
從表1可看出，實(shí)際例1發(fā)生的泄漏比比較例2少。這表明甚至當(dāng)?shù)凸β始す馐糜诩す夂附訒r(shí)，也能抑制焊接密封處的裂縫。這種效果是由于在密封板的外表面的外緣周圍形成溝槽，如第一實(shí)施例所述。
實(shí)驗(yàn)2存儲(chǔ)性能的測(cè)試在70℃溫度和90％濕度下存儲(chǔ)實(shí)際例1和比較例2的電池。測(cè)量10天和20天之后的電池質(zhì)量變化。
表2列出該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表2
從表2可看出，實(shí)際例1的電池質(zhì)量降低比比較例2的電池小。認(rèn)為原因如下。比較例2中激光焊接期間大量熱量散失，這導(dǎo)致負(fù)極端的墊圈的彈性損失。這削弱氣密封性。
其它分析如上所述，本發(fā)明描述在密封板的外表面內(nèi)提供溝槽狀凹部的方法，密封板激光焊接到密封電池的外殼開口。通過施加垂直壓力于密封板并改變施加壓力的位置，形成該凹部。以此方式在密封板的外緣周圍形成凹降，甚至當(dāng)使用低功率激光來密封電池時(shí)，也能抑制焊接密封處的裂縫形成。這改善了制備密封電池時(shí)的生產(chǎn)率并簡(jiǎn)化制備工藝。
由于當(dāng)由鋁合金制成的密封板和外殼制備電池時(shí)，容易形成裂縫，本發(fā)明的效果特別突出。實(shí)施例描述了外殼和密封板由鋁合金形成的情況，但本發(fā)明也可應(yīng)用于由其它材料如不銹鋼構(gòu)成的電池。
本發(fā)明對(duì)細(xì)長(zhǎng)方形密封電池如上述實(shí)施例所述的電池特別有效。然而，應(yīng)清楚本發(fā)明也可應(yīng)用于圓柱形密封電池。
最后，上述實(shí)施例描述了本發(fā)明用于鋰二次電池的情況，這由于本發(fā)明對(duì)這種電池特別有效。本發(fā)明也可應(yīng)用于其它類型的二次電池如鎳氫電池或一次電池。
盡管參考附圖利用例子充分描述了本發(fā)明，但應(yīng)注意到對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說可進(jìn)行各種變化和改型。因此，除非這種變化和改型脫離本發(fā)明的范圍，它們都應(yīng)包括在本發(fā)明內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種密封板，該密封板激光焊接到電池的外殼開口，以密封電池，其特征在于密封板具有形成在表面內(nèi)的凹降，當(dāng)密封板激光焊接到外殼上時(shí)該表面成為外表面，凹降位于外表面的周邊附近，使得周邊處的外表面高于靠近密封板中心處的位置。
2.按照權(quán)利要求1的密封板，其中溝槽形成在外表面內(nèi)，凹降為溝槽的側(cè)表面。
3.按照權(quán)利要求1的密封板，其中位于凹降內(nèi)部的外表面中心區(qū)比周邊低。
4.按照權(quán)利要求1的密封板，其中從周邊到凹降的距離小于用于形成密封板的材料厚度。
5.按照權(quán)利要求1的密封板，其中由凹降引起的外表面高度差至少為0.2mm，但小于用于形成密封板的材料厚度。
6.按照權(quán)利要求1-5中的任一個(gè)的密封板，其中密封板由主成分是鋁的合金構(gòu)成。
7.一種密封電池，包括外殼，形狀為具有開口的密封底殼柱體；一組電極，裝在外殼內(nèi)；和如權(quán)利要求1-5中的任一個(gè)所述的密封板，通過激光焊接固定到開口，以密封電池。
8.按照權(quán)利要求7的密封電池，還包括負(fù)極端，它穿過位于密封板的中心部分內(nèi)的孔；和絕緣體，位于負(fù)極端和密封板之間。
9.按照權(quán)利要求7的密封電池，其中密封電池為長(zhǎng)方形。
10.按照權(quán)利要求9的密封電池，其中密封電池的寬度不大于6mm。
11.一種密封電池，包括外殼，形狀為具有開口的密封底殼柱體，由主成分是鋁的合金構(gòu)成；一組電極，裝在外殼內(nèi)；和如權(quán)利要求6所述的密封板，通過激光焊接固定到開口以密封電池。
12.一種密封板的制備方法，密封板激光焊接到電池外殼的開口以密封電池，包括分離步驟，從用于形成密封板的板材分離出密封板；和凹降形成步驟，在當(dāng)密封板焊接到電池時(shí)成為外表面的表面上在密封板的周邊附近形成凹降，凹降使周邊處的外表面高于靠近密封板中心的位置。
13.按照權(quán)利要求12的制備方法，其中凹降形成步驟在分離步驟前或后進(jìn)行。
14.按照權(quán)利要求12的制備方法，其中凹降形成步驟通過垂直于板材平面壓制板材來形成溝槽，其中凹降是溝槽的一部分。
15.按照權(quán)利要求12的制備方法，其中凹降形成步驟通過在對(duì)應(yīng)于密封板的中心部分而不是密封板外表面的外緣位置處，垂直于板材平面壓制板材來形成凹降。
16.按照權(quán)利要求12-15中的任一個(gè)的制備方法，其中凹降形成步驟利用鍛造工藝形成凹降。
17.按照權(quán)利要求12-15中的任一個(gè)的制備方法，其中板材由主成分為鋁的合金組成。
18.一種密封電池的制備方法，包括外殼制備步驟，用于制備具有密封底殼和開口的柱形外殼；密封板制備步驟，用于按照權(quán)利要求12-15中的任一個(gè)所述的制備方法制備密封開口的密封板；插入步驟，將發(fā)電元件經(jīng)開口插入外殼內(nèi)；固定步驟，將密封板固定到外殼的開口邊緣；和焊接步驟，利用激光將密封板和邊緣焊接在一起。
19.按照權(quán)利要求18的制備方法，還包括電極端固定步驟，通過經(jīng)位于密封板中心部分內(nèi)的孔穿過電極端，以及將絕緣體插入在電極端與密封板之間來固定電極端，該密封板在密封板制備步驟中制備。
20.一種密封電池的制備方法，包括；外殼制備步驟，用于制備具有密封底殼的柱形外殼，外殼具有開口并由主成分是鋁的合金組成；密封板制備步驟，用于按照權(quán)利要求17所述的制備方法制備密封開口的密封板；插入步驟，將發(fā)電元件經(jīng)開口插入外殼內(nèi)；固定步驟，將密封板固定到外殼的開口邊緣；和焊接步驟，利用激光將密封板和邊沿焊接在一起。
全文摘要
密封電池具有外殼開口,利用激光焊接到外殼的密封板來密封外殼開口。密封板具有形成在密封板外表面的周邊附近的凹降,從而在密封板的周邊處的密封板表面高于中心位置。當(dāng)密封板激光焊接到外殼的邊緣時(shí),凹降的存在表明沒有從焊接部件到密封板中心的直接熱傳導(dǎo)路徑,這降低了熱量從焊接部件的散失。結(jié)果,降低了焊接部件處產(chǎn)生的熱應(yīng)力,這表明甚至當(dāng)使用低功率激光束時(shí),也能抑制焊接接點(diǎn)處的裂縫形成。
文檔編號(hào)H01M2/02GK1267920SQ0010674
公開日2000年9月27日 申請(qǐng)日期2000年3月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月17日
發(fā)明者宮崎德之, 山內(nèi)康弘 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社