專利名稱：殼式二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種殼式二次電池，特別涉及一種用于殼式二次電池的電解質(zhì)注入孔的密封結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
二次電池為可反復(fù)充電的電池，其可在緊湊的結(jié)構(gòu)中具有較大的電容量。在各種二次電池中，最近開(kāi)發(fā)出鎳-金屬氫化物(Ni-MH)電池和鋰離子(Li-ion)電池，并將其用于殼式二次電池中。二次電池可以根據(jù)所采用的電解質(zhì)分為不同種類，如采用液體電解質(zhì)、固體聚合物電解質(zhì)或凝膠相(gel-phase)電解質(zhì)。
在一種采用液體電解質(zhì)的鋰二次電池的情況下，由于鋰和水(H2O)之間會(huì)發(fā)生反應(yīng)，必須采用一種非水型液體電解質(zhì)。由于鋰二次電池采用非水型液體電解質(zhì)，所以鋰二次電池在其充電過(guò)程中不會(huì)受到水的分解電壓的影響，這樣，鋰二次電池具有較高的電池電壓。
液體電解質(zhì)由游離于有機(jī)溶劑中的鋰鹽構(gòu)成。這里，有機(jī)溶劑包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、含有烷基的碳酸酯，或與上述成分類似的有機(jī)化合物。
采用固體電解質(zhì)的鋰二次電池不會(huì)產(chǎn)生固體電解質(zhì)的泄漏。但是，與普通化學(xué)電池類似，在采用液體電解質(zhì)的殼式鋰離子二次電池中，防止液體電解質(zhì)的泄漏也十分重要。具體地說(shuō)，由于鋰離子二次電池被用作移動(dòng)電話、計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理及便攜式攝像機(jī)等貴重電子器材的電源，液體電解質(zhì)的泄漏成為亟待解決的問(wèn)題。
典型地，在殼式二次電池中，液體電解質(zhì)的泄漏主要發(fā)生在殼與蓋組件之間的焊接部以及蓋組件上的電解質(zhì)注入孔。
圖1是包括蓋板110的電解質(zhì)注入孔112及插塞的殼式二次電池的上部的部分截面圖。
參見(jiàn)圖1，在電極組件12被插入殼11中后，殼11的開(kāi)口通過(guò)蓋組件100密封。蓋組件100通過(guò)焊接連接到殼11上，從而使殼11的開(kāi)口被蓋組件覆蓋。電解質(zhì)注入孔112形成在蓋組件100的蓋板110內(nèi)。在蓋組件100被焊接到殼11上后，電解質(zhì)通過(guò)電解質(zhì)注入孔112注入到殼11中。然后將球形的插塞160壓入電解質(zhì)注入孔112以密封電解質(zhì)注入孔112。插塞160被壓入在蓋板110一側(cè)上形成的電解質(zhì)注入孔112中并被焊接到蓋板110上。由于即使是在插塞160被機(jī)械地壓入蓋板110的電解質(zhì)注入孔112，電解質(zhì)也有可能通過(guò)插塞160和蓋板110之間形成的細(xì)縫而泄漏，因此必須將插塞160焊接到蓋板110上。
蓋板110和形成插塞160的球通常采用鋁制成。由于鋁具有極佳的電和熱傳導(dǎo)特性，因此通常采用激光焊接將插塞160焊接到蓋板110上。當(dāng)激光束照射到在插塞160邊緣形成的焊接部分時(shí)，插塞160和在蓋板110中形成的電解質(zhì)注入孔112的內(nèi)部部分被部分地焊接在一起，從而使插塞160被焊接到蓋板110上。
近期，殼被制造成具緊湊尺寸，以實(shí)現(xiàn)輕重量及較高的電池容量。因此，近期制成了厚度小于1mm的蓋板。如果蓋板的厚度減小，那么蓋板的機(jī)械強(qiáng)度將降低，由于外力造成蓋板變形的可能性增加。特別地，在安全孔形成在蓋板而不是殼的下部的殼式二次電池中，如果安全孔設(shè)置在蓋板的處理區(qū)域附近，蓋板在處理過(guò)程中可能會(huì)被外力造成嚴(yán)重變形。
如果蓋板在生產(chǎn)過(guò)程中由于外力會(huì)輕易產(chǎn)生變形，那么由于蓋板的變形會(huì)導(dǎo)致在焊接部分形成裂縫，以及諸如焊接的一定處理步驟不易進(jìn)行。因而，由于焊接的失敗將會(huì)導(dǎo)致電解質(zhì)的泄漏。
圖2是示出在通過(guò)將鋁球壓入電解質(zhì)注入孔來(lái)密封殼時(shí)在電解質(zhì)注入孔附近產(chǎn)生的問(wèn)題的部分截面圖，圖3示出了在圖2中所示密封部分進(jìn)行焊接工作時(shí)產(chǎn)生的問(wèn)題的部分截面圖。
參見(jiàn)圖2和圖3，在鋁球被壓入電解質(zhì)注入孔時(shí)，靠近電解質(zhì)注入孔的蓋板110的預(yù)定部分被壓下。另外，形成插塞160’的鋁球并未完全插入電解質(zhì)注入孔，鋁球的上部從蓋板110的上表面向上突出。另外，在蓋板110中形成的電解質(zhì)注入孔的下部變得更寬，從而使得鋁球的預(yù)定部分插入電解質(zhì)注入孔中。也就是說(shuō)，插塞160’的外表面不能與電解質(zhì)注入孔的內(nèi)壁緊密地接觸，而只與電解質(zhì)注入孔的入口部分接觸。因此，插塞160’對(duì)電解質(zhì)注入孔的密封功能將受到損害。因此，盛在殼中的電解質(zhì)會(huì)流到電解質(zhì)注入孔的入口部分，并在電解質(zhì)注入孔的入口部分形成位于插塞160’和電解質(zhì)注入孔之間的細(xì)縫。特別的，如果向鋁球上施加壓力會(huì)造成電池變形，從而發(fā)生電解質(zhì)泄漏。
另外，雖然電解質(zhì)不會(huì)被泄漏到蓋板110的上表面，但是位于插塞160’和電解質(zhì)注入孔之間的細(xì)縫可能充滿電解質(zhì)。如果在位于插塞160’和形成電解質(zhì)注入孔內(nèi)壁的蓋板110之間的焊接部分進(jìn)行焊接工作，如果電解質(zhì)污染了位于插塞160’和電解質(zhì)注入孔之間的焊接部分，那么焊接的可靠性降低。另外，如圖3所示，在被污染的焊接部分形成稱為“渣(spatter)”的雜質(zhì)區(qū)162，電解質(zhì)可能會(huì)通過(guò)該雜質(zhì)區(qū)或在從焊接部分除去雜質(zhì)區(qū)后在焊接部分形成的針孔而泄漏。另外，外部濕氣或氧氣可能通過(guò)針孔滲透入殼中，造成膨脹現(xiàn)象。因此，需要一種能夠可靠密封電解質(zhì)注入孔的殼式二次電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種通過(guò)在小尺寸殼式二次電池中在球被壓入電解質(zhì)注入孔時(shí)防止蓋板發(fā)生變形而能夠可靠密封電解質(zhì)注入孔的殼式二次電池。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供了一種可以通過(guò)在球被壓入電解質(zhì)注入孔時(shí)防止蓋板產(chǎn)生變形而能夠防止位于蓋板和殼之間的焊接部分發(fā)生變形的殼式二次電池。
本發(fā)明的又一實(shí)施例提供了一種可以在位于電解質(zhì)注入孔和插塞之間的焊接部分進(jìn)行焊接工作時(shí)能夠防止出現(xiàn)“渣(spatter)”的殼式二次電池。
一種殼式二次電池包括電極組件，其包括正極板、負(fù)極板、以及置于正極板和負(fù)極板之間的隔板；用以容納電極組件的殼；連接到殼的開(kāi)口部分的蓋組件，其包括形成有電解質(zhì)注入孔的蓋板和焊接在電解質(zhì)注入孔上以密封電解質(zhì)注入孔的插塞，其中插塞包括軟鋁。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，插塞中至少一部分包括軟鋁，該軟鋁在氬氛(argonatmosphere)下經(jīng)過(guò)軟化處理。
軟鋁球的維氏(Vickers)硬度值小于27，優(yōu)選地，在微硬度測(cè)量?jī)x測(cè)量下等于或小于26。
蓋板采用厚度等于或小于1mm的鋁或鋁合金制成。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過(guò)將軟鋁球壓入電解質(zhì)注入孔形成插塞，從蓋板上表面突出的插塞的上部的高度等于或小于0.15mm。如果插塞的上部高度超過(guò)0.15mm，那么在接下來(lái)的激光焊接工序中將很難保證焊接均勻，或是插塞的預(yù)定區(qū)域不能完全溶化，從而形成針孔。
當(dāng)蓋板和插塞采用鋁合金制成時(shí)，通過(guò)點(diǎn)焊或者連續(xù)激光焊接將蓋板焊接到插塞。


圖1所示為包括蓋板中傳統(tǒng)的電解質(zhì)注入孔及插塞的殼式二次電池的上部的部分截面圖；圖2所示為在通過(guò)將鋁球壓入電解質(zhì)注入孔以密封殼時(shí)在傳統(tǒng)的電解質(zhì)注入孔附近產(chǎn)生的問(wèn)題的部分截面圖；圖3示出了在圖2中所示的密封部分進(jìn)行焊接工作時(shí)產(chǎn)生的的問(wèn)題的部分截面圖；圖4所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的矩形鋰離子二次電池的分解透視圖；以及圖5和圖6分別示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例在壓入步驟和焊接步驟中位于電解質(zhì)注入孔和插塞之間的連接狀態(tài)的部分截面圖。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖4，矩型鋰離子二次電池包括具有陰極13、隔板14和陽(yáng)極15的電極組件12；用于容納電極組件12的殼11，以及與殼11相連的蓋組件。
為了制造電極組件12，陰極13和陽(yáng)極15呈大面積的板型，以增加電的容量，隔板14置于陰極13和陽(yáng)極15之間。接著，這種層疊結(jié)構(gòu)螺旋卷繞，以果凍卷的形式形成電極組件12。在電極組件被卷繞之前隔板14設(shè)置在陰極13或陽(yáng)極15的上表面，以防止陽(yáng)極15與陰極13接觸。
陰極13包括以具有極佳導(dǎo)電特性的薄金屬如鋁箔制成的正極集電器；以及主要由基于鋰的氧化物組成并涂覆在正極集電器的兩表面上的正極活性材料。正極導(dǎo)件16電連接到正極集電器上不含有正極活性材料的預(yù)定部分。
陽(yáng)極15包括具有極佳導(dǎo)電特性的薄金屬如銅箔制成的負(fù)極集電器；以及主要由碳構(gòu)成并涂覆在負(fù)極集電器的兩表面上的負(fù)極活性材料。負(fù)極導(dǎo)件17電連接到不含有負(fù)極活性材料的負(fù)極集電器的預(yù)定部分。
陰極13和陽(yáng)極15的極性以及正極導(dǎo)件16和負(fù)極導(dǎo)件17的極性可以彼此互換。絕緣帶18纏繞在正極導(dǎo)件和負(fù)極導(dǎo)件16和17與電極組件12的上表面之間的面間表面(interfacial surface)上，以防止陰極13和陽(yáng)極15之間短路。
隔板14采用聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯、聚丙烯的共聚物制成。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，隔板14的寬度大于陰極13和陽(yáng)極15的寬度，以防止陰極13和陽(yáng)極15之間發(fā)生短路。
如圖4所示，矩形鋰離子電池的殼11為通過(guò)深沖壓工藝制成的基本上呈六面體形狀的金屬容器。殼可以作為一端子。殼優(yōu)選采用具有重量輕、導(dǎo)電性好及抗腐蝕的鋁或鋁合金制成。但是，也可以采用鐵制造殼11。殼11是用來(lái)容納電極組件和電解質(zhì)的容器。殼11的上部形成有開(kāi)口區(qū)以接受電極組件12，并用蓋組件進(jìn)行密封。在圓柱型鋰離子電池中，殼為圓柱形狀。
蓋組件包括平板型蓋板110，其尺寸和形狀與殼11的開(kāi)口部分相對(duì)應(yīng)。在一實(shí)施例中，蓋板110優(yōu)選采用鋁或鋁合金制成，以提高與殼11的可焊性。蓋板110具有位于中部的貫穿孔111，其用于容納電極端子130。電極端子130穿過(guò)蓋板110的貫穿孔。管狀的墊圈120安裝在電極端子130上以使電極端子130和蓋板110電絕緣。絕緣板140安裝在蓋板110下方并位于蓋板110中部附近，以及端板150排列在絕緣板140下方。
正極導(dǎo)件16通過(guò)焊接與蓋板110電連接，以及負(fù)極導(dǎo)件17通過(guò)焊接電連接到電極端子130。電極端子130通過(guò)墊圈120與蓋板110絕緣，而負(fù)極導(dǎo)件17以蛇形折疊。正極導(dǎo)件16和負(fù)極導(dǎo)件17根據(jù)極性分別電連接到正溫度系數(shù)(PTC)器件和保護(hù)電路模塊。
此時(shí)，絕緣殼190安裝到電極組件12的上表面，以使電極組件12與蓋組件電絕緣，并覆蓋電極組件12的上部。絕緣殼190采用具有絕緣特性的高分子聚合樹(shù)脂(high polymer resin)，在一實(shí)施例中，絕緣殼190采用聚丙烯制成。絕緣殼190形成有位于中部的導(dǎo)件孔191，其用于允許電極組件12的中間部分和負(fù)極導(dǎo)件17貫穿。此外，絕緣殼190在一側(cè)形成有電解質(zhì)孔192。如果在導(dǎo)件孔191旁形成有用于正極導(dǎo)件16的導(dǎo)件孔，則電解質(zhì)孔192可以省略。
電解質(zhì)注入孔112形成在蓋板110的一側(cè)。電解質(zhì)注入孔112在將電解質(zhì)注入殼11后通過(guò)插塞260密封。
插塞260通過(guò)將一鋁或鋁合金的球部件機(jī)械地壓入電解質(zhì)注入孔112形成。因而，插塞260必須具有大于電解質(zhì)注入孔112的直徑。在位于電解質(zhì)注入孔112和插塞260之間的焊接部分進(jìn)行激光焊接。
下面，將介紹一種一種具有上述結(jié)構(gòu)的二次電池的制造方法。首先，具有依次層迭陰極13、隔板14和陽(yáng)極15的電極組件12以果凍卷的形式卷起來(lái)。電極組件12插入矩型殼11內(nèi)。
然后，將絕緣殼190設(shè)置在電極組件12的上表面。正極導(dǎo)件16和負(fù)極導(dǎo)件17貫穿導(dǎo)件孔191從絕緣殼中伸出。
此后，連接蓋組件與殼11的開(kāi)口部分。首先，位于殼外周邊部分的電極端子130和墊圈120通過(guò)貫穿孔111插入蓋板110中。接著，電極端子130通過(guò)在蓋板110和端板150之間插入絕緣板140電連接到位于蓋板110下的端板150。
正極導(dǎo)件16直接焊接到蓋板110的下表面，負(fù)極導(dǎo)件17焊接到電極端子130的下端，同時(shí)負(fù)極導(dǎo)件17以蛇形折疊。
接著，將蓋板110焊接到殼11以將殼11電連接到陰極13、正極導(dǎo)件16和蓋板110，從而使殼11為正極性。另外，電極端子130電連接到陽(yáng)極15、負(fù)極導(dǎo)件17和端板150，從而使電極端子130為負(fù)極性。
然后，電解質(zhì)通過(guò)電解質(zhì)注入孔112注入殼11中。電解質(zhì)被注入殼11之后，在電解質(zhì)注入孔112上放置球以密封電解質(zhì)注入孔112。球通過(guò)在電解質(zhì)注入孔112中形成插塞260的機(jī)械壓入工藝插入電解質(zhì)注入孔112中。為了提高是解質(zhì)注入孔112的密封效果，將插塞焊接到蓋板110上。
圖5和圖6分別示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例在壓入步驟和焊接步驟中電解質(zhì)注入孔和插塞之間的連接狀態(tài)的部分截面圖。
參見(jiàn)圖6，蓋板110采用厚度大約為0.8mm的鋁制成，以實(shí)現(xiàn)薄而容量高的電池。在電解質(zhì)注入孔的入口部分可形成一傾斜部分250?；蛘?，電解質(zhì)注入孔的內(nèi)壁可以以沒(méi)有傾斜部分的直結(jié)構(gòu)形成。用于密封電解質(zhì)注入孔的鋁球包括軟鋁球。鋁球采用由比1050AL更軟的1070Al制成。通過(guò)在氬氛下對(duì)1070AL進(jìn)行球形成處理可以增加鋁球的軟度。軟鋁球的硬度大約為維氏硬度值(HV)26。
由于球采用軟鋁制成，所以即使在蓋板110采用厚度約為0.8mm的鋁板制成時(shí)，可以輕松地將球壓入電解質(zhì)注入孔。因此，在壓入工序后，可以減少?gòu)纳w板110的上表面突出的球上部的預(yù)定部分。此外，現(xiàn)制成的(now-created)插塞260可以與電解質(zhì)注入孔的內(nèi)壁均勻并緊密地接觸。施加到球上的壓力主要用于使球變形而使蓋板不變形。因此，由于球是由軟性材料形成的，因此可以降低壓力，防止蓋板110在壓力的作用下而發(fā)生變形或損壞。
為了將鋁球壓入電解質(zhì)注入孔，可以采用氣缸驅(qū)動(dòng)方法或凸輪驅(qū)動(dòng)方法。氣缸驅(qū)動(dòng)方法采用由氣缸驅(qū)動(dòng)的沖壓機(jī)撞擊軟鋁球。另一方面，凸輪驅(qū)動(dòng)方法通過(guò)由凸輪驅(qū)動(dòng)的沖壓機(jī)撞擊軟鋁球。特別地，根據(jù)凸輪驅(qū)動(dòng)方法，沖壓機(jī)與橢圓形的凸輪連接，從而使沖壓機(jī)隨著凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)在預(yù)定距離內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。從而，較小的壓力迅速而頻繁地施加到軟鋁球上，以分布撞擊力。因此，施加到蓋板上的壓力可以降低，從而使蓋板的變形減到最小。
由于由球形成的插塞260與電解質(zhì)注入孔的整個(gè)內(nèi)壁緊密接觸，因此電解質(zhì)不會(huì)存流在插塞260’和電解質(zhì)注入孔之間，以及在插塞260’和電解質(zhì)注入孔之間不會(huì)形成使電解質(zhì)泄漏的細(xì)縫。
在這種情況下，如果插塞260焊接到蓋板110上，那么可能取得如圖6所示的密集焊接區(qū)。因此，可以有效防止由于渣和細(xì)縫造成的殼式二次電池的泄漏。
表1到表3給出了，由微硬度測(cè)量?jī)x測(cè)量出的一般的鋁板、普通1050AL球以及根據(jù)本發(fā)明的1070AL球(D＝1.1mm)的維氏(Vickers)硬度值。Hv值為通過(guò)將標(biāo)準(zhǔn)棱錐狀(standard pyramid)壓頭的重量除以第一和第二對(duì)角線長(zhǎng)度的積，然后乘以1.854得到的通用Vickers硬度值。
表1(普通鋁板)


表2(1050AL)

表3(1070AL)

從上表中可以看出，本發(fā)明的軟鋁球比普通鋁球軟約15％。此外，本發(fā)明軟鋁球的Vickers硬度值小于27，其平均值約為26。但是，普通鋁球的Vickers硬度值基本上超過(guò)了27，并且平均值約為29.5。
如上所述，本發(fā)明的二次電池可以解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，例如，在位于蓋板和殼之間的焊接部分的焊接失敗、細(xì)縫和在蓋板的電解質(zhì)注入孔和插塞之間發(fā)生的電解質(zhì)泄漏。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以防止位于電解質(zhì)注入孔和插塞之間的焊接部分在焊接過(guò)程中由于電解質(zhì)充滿焊接部分而被污染，并同時(shí)防止在焊接部分形成針孔。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，可以防止電解質(zhì)從殼式二次電池中泄漏，從而提高殼式二次電池的可靠性。
雖然結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明的目的，但是熟悉本領(lǐng)域的人員可以在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)對(duì)本發(fā)明作出各種改進(jìn)、附加物和替代物。
權(quán)利要求
1.一種殼式二次電池，包括電極組件，其包括正極板、負(fù)極板，以及位于所述正極板和負(fù)極板之間的隔板；殼，用于容納所述電極組件；以及蓋組件，其連接到所述殼，并包括形成有電解質(zhì)注入孔的蓋板，和焊接在所述電解質(zhì)注入孔上以密封電解質(zhì)注入孔的軟鋁插塞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼式二次電池，其特征在于，所述插塞是通過(guò)將軟鋁球壓入所述電解質(zhì)注入孔形成的，所述軟鋁球是通過(guò)在氬氛下執(zhí)行將1070AL形成球的處理而形成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的殼式二次電池，其特征在于，在采用微硬度測(cè)量?jī)x測(cè)量時(shí)所述軟鋁球的維氏硬度值小于27。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的殼式二次電池，其特征在于，所述軟鋁球的維氏硬度值等于或小于26。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼式二次電池，其特征在于，所述蓋板采用厚度等于或小于1mm的鋁或鋁合金制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼式二次電池，其特征在于，所述插塞通過(guò)將軟鋁球壓入所述電解質(zhì)注入孔形成，并且從所述蓋板的上表面突出的插塞的上部的高度等于或小于0.15mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的殼式二次電池，其特征在于，所述蓋板通過(guò)點(diǎn)焊或者激光焊接而焊接到所述插塞上。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種殼式二次電池，包括電極組件，其包括正極板、負(fù)極板、以及置于正極板和負(fù)極板之間的隔板；用以容納電極組件的殼；連接到殼開(kāi)口部分的蓋組件。蓋板上形成有電解質(zhì)注入孔和焊接在電解質(zhì)注入孔上以密封電解質(zhì)注入孔的插塞。
文檔編號(hào)H01M2/36GK1649199SQ20051000296
公開(kāi)日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2005年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月27日
發(fā)明者金奉基 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社