CN116169408A - 电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电池及其制造方法,所述电池,具备:电池罐,具有在一个端部具有开口缘部的筒部、以及将所述筒部的另一个端部封闭的底部;电极体,被容纳于所述筒部;和封口构件,被固定于所述筒部以使得将所述开口缘部的开口封口,所述封口构件包含覆盖所述开口的金属的盖部,所述筒部的所述开口缘部侧的端部与所述盖部的外周侧的端部通过合金部而被接合,所述合金部包含铁和镍,所述合金部中包含的镍的含有量为1.4质量%以上。
Description
本申请是申请日为2019年12月27日、申请号为201980086133.6、发明名称为“电池及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及电池及其制造方法。
背景技术
作为将电极体容纳于电池罐之后将电池罐的开口封口的方法,如专利文献1所示,已知如下方法:将电池壳体(电池罐)的开口附近向内侧缩径从而形成环状的槽之后,在槽部的上段部上载置密封垫以及封口板,将电池壳体的开口端部隔着密封垫来铆接于封口板从而形成铆接部。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平7-105933号公报
发明内容
-发明要解决的课题-
但是,具有上述槽部以及铆接部的电池在槽部上载置封口构件,在封口构件上隔着密封垫来形成铆接部,因此封口板附近的电池的高度方向上的尺寸容易变大。因此,作为电池在提高能量密度上存在极限。
-解决课题的手段-
本发明的一方面涉及电池,具备:电池罐,具有在一个端部具有开口缘部的筒部、以及将所述筒部的另一个端部封闭的底部;电极体,被容纳于所述筒部;和封口构件,被固定于所述筒部以使得将所述开口缘部的开口封口,所述封口构件包含覆盖所述开口的金属的盖部,所述筒部的所述开口缘部侧的端部与所述盖部的外周侧的端部通过合金部而被接合,所述合金部包含铁和镍,所述合金部中包含的镍的含有量为1.4质量%以上。
本发明的另一方面涉及电池的制造方法,具备:准备电池罐的工序,所述电池罐具有在一个端部具有开口缘部的筒部、以及将所述筒部的另一个端部封闭的底部,在所述筒部的侧周面以及所述底部的表面形成镍层,在所述开口缘部的端面未形成镍层;准备具有金属的盖部的封口构件的工序;和焊接工序,将所述封口构件载置于容纳有电极体的所述电池罐以使得堵塞所述开口缘,并且将所述筒部的所述开口缘部侧的端部与所述盖部的外周侧的端部焊接来形成合金部;在所述盖部的至少外周侧的端面形成有镍层,所述镍层的厚度是3μm以上,在所述焊接工序中,使形成有所述镍层的所述盖部的端部与不包含镍的所述开口缘部的端部熔融。
-发明效果-
通过本发明,能够容易实现能量密度高的电池。
将本发明的新特征记载于附加的权利要求书中,但本发明关于结构以及内容这两方,通过与本发明的其他目的以及特征一起并比较了附图的以下的详细的说明能够进一步更好理解。
附图说明
图1A是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的例子的示意图。
图1B是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的例子的示意图。
图1C是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的例子的示意图。
图1D是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的例子的示意图。
图1E是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的例子的示意图。
图1F是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的例子的示意图。
图2A是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的另一例子的示意图。
图2B是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的另一例子的示意图。
图2C是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的另一例子的示意图。
图2D是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的另一例子的示意图。
图2E是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的另一例子的示意图。
图2F是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的另一例子的示意图。
图3A是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的又一例子的示意图。
图3B是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的又一例子的示意图。
图3C是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的又一例子的示意图。
图3D是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的又一例子的示意图。
图3E是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的又一例子的示意图。
图3F是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的又一例子的示意图。
图3G是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的又一例子的示意图。
图3H是表示本发明的实施方式所涉及的电池中,盖部与开口缘部的接合方法的又一例子的示意图。
图4是本发明的第1实施方式所涉及的电池的纵剖面示意图。
图5是本发明的第2实施方式所涉及的电池的纵剖面示意图。
图6是该电池中将盖部与开口缘部的接合部分放大的纵剖面示意图。
图7是表示该电池中将盖部与开口缘部接合之前的状态的纵剖面示意图。
-符号说明-
10、11:电池
100:电池罐
120:筒部
110:开口缘部
110T:端面
150:容纳部
130:底部
200:电极体
210:内部引线
300:封口构件
310:端子部
311:周缘部
312:中央区域
313:薄壁部
320:密封垫
321:外侧环部
322:内侧环部
323:中继环部
330:盖部
330T:端面
331:顶板部分
332:突出壁
334:支承部
350:第2密封垫
401:第1卡合部
402:第2卡合部
411:第1部分
412:第2部分
413:第3部分
414:第4部分
415:第5部分
420:接合部
421:合金部
422、422A、422B:镍层(第2镍层)
423:镍层(第1镍层)
424:在开口缘部的表面形成的镍层
425:基底金属层
501:第1外部引线
502:第2外部引线。
具体实施方式
本实施方式所涉及的电池具备:电池罐,具有在一个端部具有开口缘部的筒部、以及将筒部的另一个端部封闭的底部;电极体,被容纳于筒部;和封口构件,被固定于筒部,以使得将开口缘部的开口封口。封口构件包含覆盖开口的盖部。
这里,将筒部的两个端部相向的方向设为轴向。此外,为了方便,将从开口缘部朝向底部的方向设为下方向,将从底部朝向开口缘部的方向设为上方向。换句话说,基于使电池罐直立为底部为下方时的筒部的轴向的朝向,定义电池的上下方向。与轴向垂直的方向可能称为横向或者径向。
在筒部的开口缘部侧的端部形成第1卡合部。另一方面,在盖部的外周侧的端部形成第2卡合部。并且,第1卡合部所具有的第1面与第2卡合部所具有的第2面在重叠的状态下接合。
接合例如能够通过焊接来进行。通过焊接,电池罐内被密封,并且盖部能够被牢固地固定于电池罐。该情况下,不需要设置现有的环状槽(也称为缩径部)以及在开口缘部形成的铆接部,因此能够缩短电极体与封口构件的距离。例如,能够将电极体与端子部更加接近地配置,或者能够提高电极体到接近于端子部的位置的高度。因此,能够提高电池的能量密度。
但是,在通过焊接来将开口缘部封口的情况下,需要消除开口缘部与盖部的外周侧的端部之间的间隙,以使得不产生焊接不合格。因此,在电池罐的封口,需要将开口缘部和盖部的外周侧端部在周方向加工为大致相同形状,需要较高的加工精度。
对此,在本实施方式的电池中,第1卡合部中的第1面与第2卡合部中的第2面能够被重叠并通过焊接来接合。即,第1面与第2面在面接触的状态下焊接,由此难以在开口缘部与盖部的外周侧端部之间产生间隙,并且能够提高接合强度。例如,通过将第2卡合部按压于第1卡合部,可减少周方向的间隙,第1面与第2面能够面接触。
作为第1卡合部的一方式,开口缘部可以具有在径向上向筒部的外侧或者内侧弯曲并延伸的第1部分。该情况下,第1部分能够形成第1卡合部。
另外,所谓“弯曲并延伸”,并不局限于折弯并延伸的情况,也包含弯曲后的延伸突出部分是曲线形状、延伸突出方向连续地变化的情况(即,弯曲并延伸的情况)。这对于后述的第2~第4部分也同样。
这里,将筒部的轴向、即从底部朝向开口缘部的方向设为Z方向。此外,将与轴向垂直的方向(径向)、即从筒部的轴朝向外周的方向设为r方向。
所谓开口缘部的第1部分在径向上向筒部的外侧或者内侧弯曲并延伸,是指将表示筒部的规定部分的延伸突出方向(例如,筒部的轴向)的单位向量设为V0、将表示从该规定部分弯曲并延伸的第1部分的延伸突出方向的单位向量设为V1时,V1的r方向的分量从V0的r方向的分量变化。该情况下,在V1的r方向的分量从V0的r方向的分量减少的情况、开口缘部向径向的内侧弯曲并增加的情况下,开口缘部向径向的外侧弯曲。换言之,所谓开口缘部弯曲并延伸,是指延伸为从沿着筒部的轴向的虚拟直线在径向远离。
此外,作为第2卡合部的一方式,也可以盖部的外周侧的端部具有向轴向的底部侧或者开口缘部侧弯曲并延伸的第2部分。该情况下,第2部分能够形成第2卡合部。
这里,所谓盖部的第2部分向轴向的底部侧或者开口缘侧弯曲并延伸,是指将表示盖部的规定部分的延伸突出方向(例如,相对于筒部的轴垂直的方向)的单位向量设为W0、将表示从该规定部分弯曲并延伸的第2部分的延伸突出方向的单位向量设为W1时,W1的Z方向的分量从W0的Z方向的分量变化。该情况下,在W1的Z方向的分量从WO的Z方向的分量减少的情况、盖部的外周侧的端部向底部侧弯曲并增加的情况下,向开口缘部侧弯曲。这针对后述的第3以及第4部分也同样。换言之,所谓盖部弯曲并延伸,是指延伸为从沿着与筒部的轴垂直的方向的虚拟直线在轴向远离。
通过在筒部(开口缘部)设置弯曲的延伸突出部分(第1部分),筒部相对于轴向的力(如弹簧那样)容易挠曲。因此,在不按压的状态下,即使在周方向的一部分在第1卡合部与第2卡合部之间存在些许间隙的情况下,通过按压,筒部以及盖部的外周侧端部也适度变形,能够在第1面与第2面之间的间隙减少的状态下第1卡合部与第2卡合部进行接触。因此,通过在该状态下将开口缘部与盖部的外周侧端部焊接,可减少焊接不合格。对应于第1部分,能够在盖部设置第2部分,以使得第1面与第2面重叠。
盖部的外周侧的端部也可以具有:向筒部的轴向的底部侧或者开口缘侧弯曲并延伸的第3部分、从第3部分向与第3部分的弯曲方向相反的方向弯曲并延伸的第4部分。该情况下,第4部分能够形成第2卡合部。所谓第3部分与第4部分的弯曲方向相反,是指在第3部分向底部侧弯曲并延伸的情况下,第4部分向开口部侧弯曲并延伸,或者在第3部分向开口缘部侧弯曲并延伸的情况下,第4部分向底部侧弯曲并延伸。因此,设置有第3部分以及第4部分的盖部向外周方向之字形地弯曲。盖部可以向外周方向之字形地弯曲,也可以曲柄形状地弯曲。
另外,也可以至少在具有第3部分的盖部,第3部分形成第2卡合部。换言之,也可以具有上述的第2部分的盖部在第2部分的端部侧进一步弯曲,在与第2部分的弯曲方向不同的方向延伸。
第3部分也可以沿着筒部的内周面延伸。由此,可抑制盖部的径向的位置偏移,能够将盖部与筒部的接合部的剖面形状的偏移抑制为最小限。因此,可抑制接合强度的不均匀性。
此外,也可以取代设置第3部分,在盖部,设置在与电极体对置的表面立设并且沿着筒部的内周面延伸的肋部。通过肋部,能够得到与将第3部分沿着筒部的内周面延伸同样的效果。
第1卡合部的第1面以及第2卡合部的第2面也可以相对于径向以及轴向倾斜。倾斜的第1面能够是筒部中的外周面、内周面、或者端面。倾斜的第2面能够是盖部中的底部侧的表面(内表面或者下表面)、盖部中的开口缘部侧的表面(外表面)、或者端面。在第1面是筒部的端面的情况下,第2面也可以是盖部中的底部侧的表面。在第2面是盖部的端面的情况下,第1面也可以是筒部中的内周面。
也可以筒部的端面从与开口缘部的延伸突出方向垂直的面倾斜,倾斜面形成第1面。或者,盖部的外周侧的端面从与盖部的外周侧的端部的延伸突出方向垂直的面倾斜,倾斜面形成第2面。即,筒部的端面以及/或者盖部的外周侧的端面也可以是将金属板倾斜切断、以及/或者加工为切断面倾斜而得到的金属板的端面。
焊接的方法并不被特别限定,根据盖部以及电池罐的材质来适当选择即可。作为焊接方法,例如举例激光焊接、电阻焊接、摩擦搅拌接合、钎焊等。
也可以在第1面和所述第2面的任意一方,存在不与另一方重叠而在外部露出的区域。由此,容易进行基于热传导的激光焊接。
在封口构件,设置端子部。端子部能够与电极体的一个电极(第1电极)电连接。此外,电池罐能够与电极体的另一个电极(第2电极)电连接。例如,盖部是金属,具有贯通孔。该情况下,端子部在与盖部绝缘的状态下堵塞贯通孔。端子部与盖部之间的绝缘以及密封可以经由密封垫而进行,也可以在端子部与盖部的抵接部分涂敷绝缘剂或者对两个构件之中的一个构件的表面进行绝缘加工从而进行。
盖部经由合金部而与电池罐的筒部电连接。由此,盖部能够与电极体的第2电极电连接。因此,能够从电池的上侧(端子部侧)、特别是盖部的顶板部分取出与电池罐连接的外部端子的电压。
在通常的电池中,端子部作为电池的第1电极(例如,正极)的外部端子而发挥功能,电池罐作为第2电极(例如,负极)的外部端子而发挥功能。在各外部端子分别连接外部引线的情况下,一个外部引线被从电池的上表面导出,另一个外部引线被从电池的下表面导出。该情况下,在电池的上下方向需要用于布线的空间。
相对于此,在本实施方式的电池中,能够使盖部作为与电池罐连接的第2电极的外部端子而发挥功能。因此,能够将第1电极以及第2电极都从电池的上侧(端子部侧)集电。因此,用于对与各外部端子连接的引线进行布线的空间(布线空间)存在于端子部侧即可,布线空间被省空间化。
本实施方式所涉及的电池的制造方法例如具有:(i)准备具有在一个端部具有开口缘部的筒部、以及将筒部的另一个端部封闭的底部的电池罐的工序、(ii)准备具有覆盖开口缘部的开口的盖部的封口构件的工序、(iii)将封口构件与电池罐焊接的焊接工序。此时,工序(i)中准备的电池罐的开口缘部弯曲,在开口缘部具有相对于筒部的径向倾斜的第1面。工序(ii)中准备的盖部在盖部的外周侧的端部具有相对于筒部的轴向倾斜的第2面。上述(iii)焊接工序能够是如下工序:将封口构件载置于容纳有电极体的电池罐,并且使筒部的第1面按压并重叠于盖部的所述第2面,通过焊接来进行接合,以使得堵塞开口缘。
以下,参照附图来对本发明的实施方式所涉及的电池具体进行说明,但本发明并不限定于此。
[第1实施方式]
图1~图3是表示本实施方式所涉及的电池中,通过焊接来将盖部330与筒部120的开口缘部110接合的方法的例子的示意图。图1(图1A~图1F)是使开口缘部110的端部向径向的外侧弯曲的例子。图2(图2A~图2F)是使开口缘部110的端部向径向的内侧弯曲的例子。图3(图3A~图3H)是开口缘部110不具有弯曲部的笔直形状的例子。
在图1~图3所示的各例中,在开口缘部110的端部,形成第1卡合部401。在盖部330的外周侧的端部,形成第2卡合部402。第1卡合部401具有第1面S1,第2卡合部402具有第2面S2。第1面S1与第2面S2在焊接时,盖部330被按压于筒部120从而面接触。
在图1A~图1F中,开口缘部110在其端部,具有向径向的外侧弯曲并延伸的第1部分411。通过第1部分411,形成第1卡合部401。在图1A~图1F中,第1面S1是筒部的内周面的一部分,相对于轴向以及径向倾斜。对应于第1面S1,第2面S2也相对于轴向以及径向倾斜。
在图1A、图1B、图1D以及图1E中,第2面S2是盖部的底部侧的表面(下表面)的一部分。在图1C中,第2面S2是盖部的端面,盖部的端面从与盖部的外周侧端部的延伸突出方向(径向)垂直的面倾斜。由此,第2面S2相对于轴向以及径向倾斜。在图1F中,第2面S2是盖部的弯曲的外表面(上表面)的一部分。
在图1A、图1D以及图1E中,盖部330的外周侧的端部具有向筒部的轴向的开口缘部侧弯曲并延伸的第2部分412。通过第2部分412,形成第2卡合部402。
在图1B中,盖部330的外周侧的端部具有:向筒部的轴向的底部侧弯曲并延伸的第3部分413、从第3部分413向与第3部分的弯曲方向相反方向弯曲并延伸的第4部分414。换言之,盖部330的端部在盖部330的下表面侧折回并形成第4部分414。通过第4部分414,形成第2卡合部402。在图1B的结构中,能够扩大电池罐100内的空间。
在图1F中,盖部330的外周侧的端部向筒部的轴向的底部侧弯曲并延伸后,进一步向径向的内侧弯曲并延伸,作为盖部的弯曲的端部的第5部分415的外表面与开口缘部110的内周面的一部分即第1面S1接触。即,通过第5部分415,形成第2卡合部402。
在图1E中,第2面S2的外周侧的一部分区域在焊接时也不与第1面S1重叠,而在外部露出。另一方面,在图1F中,第1面S1的外周侧的一部分区域在焊接时也不与第2面S2重叠,而在外部露出。
在图1A~图1F中,盖部330能够通过焊接来与筒部120的开口缘部110接合。焊接能够使用激光焊接。在进行激光焊接的情况下,在图1A~图1D的例子中,通过从斜上方照射激光,能够进行对接焊接。此外,通过从上方照射激光,能够进行对接焊接以及重叠焊接。在图1E中,通过从横向照射激光,例如能够进行对接焊接以及重叠焊接。在图1F中,通过从上方照射激光,例如能够进行对接焊接。
在图2A~图2F中,开口缘部110在其端部,具有向径向的内侧弯曲并延伸的第1部分411。通过第1部分411,形成第1卡合部401。在图2A~图2E的例子中,第1面S1是筒部的端面。在图2F的例子中,第1面S1是开口缘部110的第1部分411的外周面。第1面S1通过开口缘部110的端部弯曲,从而相对于轴向以及径向倾斜。对应于第1面S1,第2面S2也相对于轴向以及径向倾斜。
在图2A、图2B、图2D~图2F中,第2面S2是盖部的底部侧的内表面(下表面)。在图2C中,第2面S2是盖部的端面,盖部的端面从与盖部的外周侧端部的延伸突出方向(径向)垂直的面倾斜。由此,第2面S2相对于轴向以及径向倾斜。
在图2A、图2D以及图2E中,盖部330的端部具有向筒部的轴向的开口缘部侧弯曲并延伸的第2部分412。通过第2部分412,形成第2卡合部402。
在图2B的例子中,盖部330的端部具有:向筒部的轴向的底部侧弯曲并延伸的第3部分413、从第3部分413向与第3部分的弯曲方向相反方向弯曲并延伸的第4部分414。通过第4部分414,形成第2卡合部402。在图2B的结构中,相比于图2E等的结构,能够扩大电池罐100内的空间。
在图2F中,盖部330的端部具有:向筒部的轴向的开口缘部侧(电池的上方)弯曲并延伸的第3部分413、从第3部分413向与第3部分的弯曲方向相反方向弯曲并延伸的第4部分414。通过第4部分414,形成第2卡合部402。通过该结构,容易扩大盖部与开口缘部重叠的区域,能够在不使电池的径向的尺寸大型化的情况下,使盖部向开口缘部稳定地卡合。
在图2E中,第2面S2的外周侧的一部分区域在焊接时也不与第1面S1重叠,而在外部露出。另一方面,在图2F中,第1面S1的外周侧的一部分区域在焊接时也不与第2面S2重叠,而在外部露出。
在图2A~图2F中,盖部330能够通过焊接来与筒部120的开口缘部110接合。焊接能够使用激光焊接。在进行激光焊接的情况下,在图2A~图2D中,通过从斜上方照射激光,能够进行对接焊接。此外,通过从上方照射激光,能够进行对接焊接以及重叠焊接。
在图2E中,例如通过从横向照射激光,能够进行对接焊接。在图2F中,例如通过从横向照射激光,能够进行对接焊接以及重叠焊接。
在图3A~图3H的例子中,第1面S1是筒部的端面。但是,在图3B、图3C、图3F以及图3G中,筒部的端面从与开口缘部的延伸突出方向(轴向)垂直的面倾斜,由此,第1面S1相对于轴向以及径向倾斜。对应于第1面S1,第2面S2也相对于轴向以及径向倾斜。
在图3A、图3C~图3E、图3G、图3H的例子中,第2面S2是盖部的底部侧的表面(内表面)。在图3B以及图3F的例子中,第2面S2是盖部的端面,盖部的端面从与盖部的外周侧端部的延伸突出方向(径向)垂直的面倾斜。由此,第2面S2相对于轴向以及径向倾斜。
在图3A~图3D中,盖部330的端部具有:向筒部的轴向的开口缘部侧(电池的上方)弯曲并延伸的第3部分413、从第3部分413向与第3部分的弯曲方向相反方向弯曲并延伸的第4部分414。通过第4部分414,形成第2卡合部402。第3部分413沿着筒部120的内周面延伸,第4部分414从第3部分413在筒部的径向向外侧延伸。换言之,在图3A~图3D中,可以说在盖部330的端部形成曲柄部。
在图3E~图3H中,在盖部330中的与电极体(未图示)的对置面设置肋部403。肋部403沿着盖部330的筒部的内周面,从盖部向电极体延伸。在图3G中,盖部的端部具有向筒部的轴向的开口缘部侧(电池的上方)弯曲并延伸的第2部分412,通过第2部分412来形成第2卡合部402。
在图3C、图3D、图3G以及图3H中,第1面S1的外周侧的一部分区域在焊接时也不与第2面S2重叠,而在外部露出。
在图3A~图3H中,盖部330能够通过焊接来与筒部120的开口缘部110接合。焊接能够使用激光焊接。在进行激光焊接的情况下,在图3A以及图3E的例子中,通过从上方照射激光,能够进行重叠焊接。在图3B~图3D、图3F~图3H的例子中,例如能够进行重叠焊接以及对接焊接任一者。
另外,在图3A~图3H中,也可以在盖部,在与筒部的内周面对置的部分(即,第3部分413或者肋部403的外周面)配置包含绝缘材料的O型环。由此,在将盖部插入到开口缘部时,能够对盖部被摩擦从而金属尘进入到电池罐内进行抑制。
此外,在图1~图3中,提取盖部与开口缘部的抵接状态来进行说明,因此在附图上,仅图示了盖部和筒部。但是,在图1~图3中公开的结构中当然也适用后述的端子部、密封垫等的封口构件的结构。
图4是本实施方式所涉及的电池10的纵剖面示意图。另外,在图4中,强调描述电池的筒部、特别是开口缘部110附近的状态。端子部310、密封垫320、盖部330等的结构构件的各要素间的尺寸比可能与实际的尺寸比不一致。
电池10具有圆筒型,具备:圆筒型的有底的电池罐100、容纳于罐内的圆筒型的电极体200、将电池罐100的开口封口的封口构件300。电池罐100具有容纳电极体200的筒部120、底部130。筒部120在其一个端部具有开口缘部110,另一个端部被底部130封闭。筒部120包含开口缘部110、容纳电极体的容纳部150。开口缘部110的开口由封口构件300封闭。
封口构件300具有:端子部310、密封垫320和盖部330。盖部330经由接合部420而与电池罐100的开口缘部110连接。
接合部420如上述的图1~图3所示,能够通过将开口缘部110与盖部330的端部彼此重叠,例如进行激光焊接来形成。在图4中,开口缘部110以及盖部330的外周侧端部是与图1C类似的方式,向径向的内侧弯曲并延伸的第1部分411的内周面(第1表面)与盖部330的端面(第2表面)在相对于轴向以及径向倾斜的状态下面接触。
端子部310例如是圆盘状,也可以具有防爆功能。具体地说,端子部310具备:用于确保构造的强度的厚壁的周缘部311以及中央区域312、发挥防爆功能的薄壁部313。薄壁部313被设置于周缘部311与中央区域312之间的区域。在中央区域312的内侧面,连接从构成电极体200的正极或者负极导出的引线210的端部。因此,端子部310具有一个端子功能。
若电池罐100的内压上升,则端子部310向外侧隆起,例如基于张力的应力集中于周缘部311与薄壁部313的边界部,从该边界部产生断裂。其结果,电池罐100的内压被释放,可确保电池10的安全性。另外,在起到本发明的效果时,防爆功能不是必须的。
密封垫320将盖部330与端子部310之间密封。密封垫320例如具有:覆盖端子部310的周缘部311的上方的外侧环部321、覆盖端子部310的周缘部311的下方的内侧环部322、将外侧环部与内侧环部连结的中继环部323。例如,密封垫320的外侧环部321、内侧环部322以及中继环部323是被一体化的成型体。
端子部310与密封垫320也可以相互接合。例如,通过将端子部310与密封垫320一体成型,可得到端子部310与密封垫320相互接合的封口体。作为一体成型的方法,能够使用嵌入成型。该情况下,端子部310以及密封垫320的形状并不被限定,能够设计为任意的形状。此外,通过端子部310与密封垫320一体成型,能够将端子部310和密封垫320处理为一个部件,电池的制造变得容易。
盖部330例如具有环状的板,具有贯通孔和包围贯通孔的顶板部分331。贯通孔被端子部310堵塞。盖部330通过密封垫320而与端子部310电绝缘。
盖部330是导电性,具有与电池罐100相同的极性。因此,能够使盖部330具有极性与端子部310不同的另一个端子功能。因此,能够将电池10的两个电极都从封口构件300的上表面集电。例如,能够在盖部330的顶板部分331连接第1外部引线501,在端子部310的中央区域312的外侧面连接第2外部引线502。
盖部330也可以还具有支承部334。支承部334从盖部的内表面(下表面)直立,向底部130在轴向延伸。通过支承部334,密封垫320在盖部330与端子部310之间被密封的状态下,固定于盖部330。从轴向观察支承部334的立设位置时的轮廓线例如是与密封垫320的外缘相似的形状。但是,轮廓线未必是封闭的连续的曲线,也可以在周方向的一部分具有未设置支承部334的区域。轮廓线也可以在密封垫320的外周面的周方向断续。
密封垫320的外径也可以在无负载状态下比支承部334的内径大。该情况下,通过压入,密封垫320的侧壁部与支承部334紧贴,能够将盖部330与端子部310之间密封。
支承部334在朝向底部130在轴向延伸后,进一步弯曲为沿着密封垫320的内侧环部322,并在内侧延伸以使得朝向端子部310的中央区域312。由此,能够更加提高盖部330与端子部310之间的密封性。支承部334弯曲并延伸的部分能够通过将直立的支承部334的一部分铆接于内周侧并使其弯曲而形成。弯曲并延伸的部分也可以不必形成于支承部334的整周,而沿着周方向间歇地形成。
也可以在比支承部334的立设位置更靠外周侧的位置,配置第2密封垫350。第2密封垫350能够夹持于盖部330与将电极体200从开口缘部110以及支承部334绝缘的上部绝缘板之间。第2密封垫350通过经由上部绝缘板(或者,直接)与电极体200抵接,来抑制电极体200在电池罐100内移位。由此,抑制向与电极体200电连接的引线施加机械压力,或者抑制电极体200与电池罐100、封口构件300碰撞从而电极体200内的电极、隔板变形。
[第2实施方式]
筒部的开口缘部侧的端部和盖部的外周侧的端部也可以通过包含铁和镍的合金部来接合。在该情况下,合金部中包含的镍的含有量也可以是1.4质量%以上。
本实施方式所涉及的电池具备:电池罐,具有在一个端部具有开口缘部的筒部、以及将筒部的另一个端部封闭的底部;电极体,容纳于筒部;和封口构件,固定于筒部以使得将开口缘部的开口封口。封口构件包含覆盖开口缘部的上述开口的盖部。
筒部的开口缘部侧的端部和盖部的外周侧的端部通过合金部而接合。接合例如能够通过焊接来进行。通过焊接,电池罐内被密封,并且盖部能够被牢固固定于电池罐。盖部经由合金部而与电池罐的筒部电连接。由此,盖部能够与电极体的另一个电极电连接。
但是,在通过焊接来形成合金部并将筒部的开口缘部与盖部密封的情况下,可能在合金部产生锈从而密闭性降低,密封耐压降低,在通常的电池使用环境中发生漏液或漏气。因此,在实现能量密度高的电池上需要抑制合金部中的锈的产生。
为了解决该问题,在本实施方式的电池中,合金部包含铁(Fe)和镍(Ni)。包含铁和镍的合金具有防锈性。特别地,在将合金部中包含的Ni的含有量设为1.4质量%以上的情况下,可得到为了抑制密封耐压的降低所必须的较高的防锈特性,能够实现高能量密度的电池。更优选地,也可以将合金部中包含的Ni的含有量设为3质量%以上。该情况下,可进一步抑制密封耐压的降低。
电池罐(筒部)以及盖部例如能够包含钢板或者不锈钢板等具有铁(Fe)的材料。电池罐(筒部)以及盖部除了铁(Fe),也可以包含铁以外的元素。铁以外的元素例如举例碳(C)、Cr、Mn、Ni、Co、Al等。电池罐(筒部)以及/或者盖部也可以是铁和铁以外的元素的合金。铁所占电池罐(筒部)以及/或者盖部的比例也可以是50质量%以上。
在通过焊接来形成合金部的情况下,合金部中能够包含电池罐的筒部的开口缘部所包含的元素、盖部的外周侧的端部所包含的元素这两方。在开口缘部以及/或者盖部包含铁(Fe)的情况下,若开口缘部以及/或者盖部的任一者包含镍(Ni),则能够形成包含铁和镍的合金部。
也可以进行镀镍处理,使用在表面形成有镍层的电池罐。由此,能够提高防锈性能。另外,被镀镍的电池罐通常将预先被镀镍的钢板切断,加工为筒状后,将开口侧的筒部切齐从而制造。该情况下,在电池罐的开口缘部的端面,未被镀镍的基底金属露出。即使在该状态下将开口缘部与盖部的端部彼此焊接,形成合金部,由于在开口缘部的端面,基底金属的铁露出,Ni几乎不存在,因此难以将合金部中包含的Ni含有量提高为1.4质量%以上。
通过对制造后的电池罐,进行将开口缘部的端面再次镀镍的处理然后进行焊接,从而也能够将合金部中包含的Ni含有量提高为1.4质量%以上。但是,成形后的电池罐相比于单板,形状较为复杂,因此若要抑制不均并进行镀敷则制造工序数增加。并且,相比于封口构件,电池罐的体积容易变大,制造设备容易大型化。结果,制造成本容易变高。
因此,在本实施方式中,作为提高合金部中包含的Ni含有量的方法的一个例子,在盖部的至少外周侧的端部例如通过镀敷而形成镍层,并且将镍层的厚度较厚地形成。由此,通过焊接时的高温从而在盖部的外周侧端部的镍层存在的Ni向开口缘部侧扩散,形成包含Fe和Ni的合金层。合金层的Ni含有量通过在盖部的外周侧的端部形成的镍层的厚度而控制,也容易提高为1.4质量%以上。另外,在使盖部的端部与开口缘部的内周面对置以及抵接并焊接的情况下,也可以在盖部的上表面(远离电池罐的底部的面),外周缘部的镍层比内周侧更厚地形成的状态下进行焊接。
焊接的方法并不被特别限定,根据盖部以及电池罐的材质来适当选择即可。作为焊接方法,例如举例激光焊接、电阻焊接、摩擦搅拌接合等。
合金部也可以覆盖开口缘部的端面的整面。该情况下,焊接前的开口缘部的端面由于合金部的形成而消失,在合金部与筒部的边界,形成在外部未露出的新的开口缘部的端面。同样地,合金部也可以覆盖盖部的外周侧端面的整面。该情况下,焊接前的盖部的外周侧端面由于合金部的形成而消失,在合金部与盖部的边界,形成在外部未露出的新的端面。
以下,将覆盖盖部的外周侧端面的镍层称为第1镍层。在焊接前,在盖部的外周侧端面形成第1镍层的情况下,也可以在焊接后,盖部的外周侧端面的一部分被合金部覆盖,盖部的外周侧端面的剩余部分被第1镍层覆盖。
也可以构成盖部的外表面的主面被镀镍,形成覆盖主面的镍层。以下,将覆盖构成盖部的外表面的主面的镍层称为第2镍层。第1镍层的至少一部分通过焊接工序而变化为合金部。在盖部的外周侧端面在焊接后残留第1镍层的情况下,第1镍层的厚度也可以比第2镍层的厚度厚。
在盖部的外周侧端面形成第1镍层、在盖部的上述主面形成第2镍层的情况下,第2镍层能够形成于与合金部相邻的第1区域、与第1区域相邻并位于与合金部相反侧的第2区域。其中,形成于第1区域的第2镍层也可以是在合金部的形成后残留的第1镍层。该情况下,若从上述主面侧观察,则第2镍层的厚度在第1区域变得比第2区域厚。
此外,合金部所包含的Ni被从第1镍层提供。合金部通过第1镍层的Ni向开口缘部的端部侧扩散而形成,因此相比于开口缘部侧,在盖部侧Ni的浓度更高,在合金部内能够具有Ni浓度的分布。
盖部的外周侧的端部也可以在筒部的轴向,向外侧(上方向)弯曲,在弯曲并朝向外侧(上方向)的突出壁的前端形成合金部。通过将接合面朝向上方,激光焊接变得容易。此外,通过将焊接位置远离电极体,能够对焊接时的向焊接部施加的热量传至电极体以及/或者电解液、电极体以及/或者电解液劣化进行抑制。
本实施方式所涉及的电池例如能够通过如下工序制造:在准备上述的电池罐的工序(i)中,准备在筒部的侧周面以及底部的表面形成镍层、在开口缘部的端面未形成镍层的电池罐,在工序(ii)中,准备在金属的盖部的至少外周侧的端面形成镍层的封口构件。镍层例如能够通过镀敷而形成。镍层的厚度为3μm以上。优选镍层的厚度为7μm以上。
然后,在(iii)焊接工序中,使形成有镍层的盖部的端部与不包含镍的开口缘部的端部熔融。由此,至少在开口缘部的端面形成包含镍的合金部,将盖部与开口缘部接合。
筒部能够包含铁或者其合金。该情况下,在准备电池罐的工序(i)中,铁层或者铁合金层能够在开口缘部的端面露出。但是,在工序(ii)中,准备在盖部的外周侧的端面形成有镍层的封口构件,在工序(iii)中,通过将筒部与盖部的端部彼此焊接来形成合金部,从而能够利用包含镍的合金部覆盖开口缘部的端面的整面。通过控制镍层的厚度以使得合金部中包含的Ni含有量为1.4质量%以上,能够制造防锈性优良且高能量密度的电池。
用于形成镍层的镀敷方法使用公知的方法即可。作为镀敷法,例如能够使用电解镀覆、无电解镀覆、溅射等。
图5是具有包含镍的合金部的本实施方式所涉及的电池11的纵剖面示意图。图6是将电池11中的盖部与开口缘部的接合部分放大的示意性的剖视图。图7是表示将盖部与开口缘部接合之前的状态的示意图。另外,在图5中,强调描绘电池的筒部、特别是开口缘部110附近的状态。端子部310、密封垫320、盖部330等的结构构件的各要素间的尺寸比可能与实际的尺寸比不一致。
电池11与电池10同样地,具有圆筒型,具有:圆筒型的有底的电池罐100、容纳于电池罐100内的圆筒型的电极体200、将电池罐100的开口封口的封口构件300。电池罐100具有容纳电极体200的筒部120、底部130。筒部120在其一个端部具有开口缘部110,另一个端部被底部130封闭。筒部120包含开口缘部110、容纳电极体的容纳部150。开口缘部110的开口被封口构件300封闭。
封口构件300具有:端子部310、密封垫320、盖部330。盖部330经由合金部421而与电池罐100的开口缘部110连接。
在图7中,将开口缘部110与盖部330的端部彼此重叠,例如通过进行激光焊接,能够形成图6所示的合金部421。在图6中,盖部330的外表面S3以及内表面S4均被镍层(第2镍层)422覆盖。
在焊接前的状态下,如图7所示,电池罐100的内表面以及外表面被镀镍,电池罐的内表面以及外表面被镍层424覆盖。但是,开口缘部110的端面110T未被镍层424覆盖,包含铁的基底金属层425露出。另一方面,盖部330的外周侧端面330T被镀镍,外周侧端面330T被镍层(第1镍层)423覆盖。
若通过焊接,形成合金部421,则开口缘部110的端面1 10T的至少一部分、以及盖部330的端面330T的至少一部分消失。此时,合金部421与筒部120的边界面成为开口缘部110的新的端面,合金部421与盖部330的边界面成为盖部330的新的端面。在图6的例子中,合金部421形成为覆盖开口缘部110的端面、以及盖部330的外周侧的端面的整面。该情况下,图7中的开口缘部110的焊接前的端面1 10T的整面、以及图7中的盖部330的焊接前的端面330T的整面通过合金部421的形成而消失,形成未露出至外部的开口缘部110以及盖部330的端面。
合金部421例如能够通过激光焊接,使开口缘部110的端部与盖部330的外周侧端部的接触区域熔融从而形成。此时,盖部的镍层423所包含的Ni向开口缘部110侧扩散,形成包含Fe以及Ni的合金部421。合金部421所包含的Ni的含有量为1.4质量%以上。但是,由于Ni从盖部的镍层423向开口缘部110侧扩散,因此在合金部421内,Ni浓度具有分布,相比于开口缘部侧(筒部侧),在盖部侧,Ni浓度能够变高。
在图7中,为了形成Ni含有量为1.4质量%以上的合金部421,覆盖盖部的端面的镍层423的膜厚为3μm以上即可,也可以是7μm以上。
在图6中,覆盖盖部330的外表面S3的镍层422具有:形成于与合金部421相邻的区域(第1区域)的镍层422A、与第1区域相邻并形成于与合金部421相反侧的区域(第2区域)的镍层422B。镍层422A是图7中的镍层423的焊接后的残留部分。在合金部421例如图6那样,形成为从开口缘部110与盖部330的接触区域具有包含圆弧的形状的剖面(例如,扇形状)的情况下,在比合金部421更靠内周侧的盖部能够残留镍层423。该情况下,若从盖部的外表面S3观察,则镍层423的残留部分即镍层422A的厚度能够比镍层422B的厚度厚。
优选电池罐100的轴向(上下方向)的合金部421的尺寸(最大宽度)比电池罐的径向(筒部的厚度方向)的合金部421的尺寸(最大宽度)小。通过该结构,在熔融部分中镍层423所占的比例容易提高。因此,容易提高合金部421中的镍的浓度。
另外,合金部421也可以不形成于盖部330的外周侧端面330T的整面,而端面330T的一部分被镍层423覆盖。
盖部的外周侧的端部在筒部的轴向向外侧(上方)弯曲,形成向外侧(上方向)突出的突出壁332。并且,在突出壁332的前端形成合金部421。
关于电池11的其他结构,与第1实施方式中的电池10同样。
在本实施方式中,使覆盖盖部330的端面的镍层423的厚度比覆盖盖部330的外表面以及内表面的镍层422大。但是,本发明并不局限于此。例如在对图2E所示的开口缘部110以及盖部330的结构应用本实施方式的情况下,也可以使覆盖盖部330的第2部分412的内表面的镍层形成为比覆盖盖部330的端面的镍层厚。
针对第1实施方式所涉及的电池,也能够应用本实施方式的方法。例如,在图1~图3所示的开口缘部110以及盖部330的结构的情况下,也可以使覆盖盖部的第2面S2的镍层的厚度形成为比其他部分厚。换句话说,也可以在盖部330的第2卡合部402,使与开口缘部110抵接的界面及其附近的镍层形成为比其他部分厚。此外,也可以使盖部330的第2卡合部402的焊接部形成面及其附近的镍层的厚度形成为比其他部分厚。
电池罐100的材质并不被特别限定,能够示例铁、以及/或者铁合金(包含不锈钢)、铜、铝、铝合金(含有微量的锰、铜等的其他金属的合金等)等。盖部330的材质也不被特别限定,能够示例与电池罐100相同的材质。
密封垫320以及350的材质不被限定,但例如作为容易一体成型的材料,能够使用聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、全氟烷氧基铝(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰胺(PA)等。
接下来,以锂离子二次电池为例,对电极体200的结构进行示例性说明。
圆筒型的电极体200是卷绕型,隔着隔板来将正极和负极涡旋状地卷绕而构成。在正极以及负极的一个连接内部引线210。内部引线210通过焊接等来与端子部310的中央区域312的内侧面连接。在正极以及负极的另一个连接另一引线,另一引线通过焊接等来与电池罐100的内面连接。此外,也可以在电池罐100的底部130与电极体200之间设置另一绝缘板(下部绝缘板)。该情况下,另一引线迂回另一绝缘板而延伸,或者穿过在另一绝缘板所形成的贯通孔。
(负极)
负极具有带状的负极集电体、形成于负极集电体的两面的负极活性物质层。对负极集电体使用金属膜、金属箔等。负极集电体的材料优选是从包含铜、镍、钛以及这些的合金及不锈钢的群选择的至少1种。负极集电体的厚度优选是例如5~30μm。
负极活性物质层包含负极活性物质,根据需要而包含粘结剂和导电剂。负极活性物质层也可以是通过气相法(例如蒸镀)而形成的堆积膜。作为负极活性物质,举例Li金属、与Li电气化学反应的金属或合金、碳材料(例如石墨)、硅合金、硅氧化物、金属氧化物(例如钛酸锂)等。负极活性物质层的厚度例如优选为1~300μm。
(正极)
正极具有带状的正极集电体、形成于正极集电体的两面的正极活性物质层。对正极集电体使用金属膜、金属箔(不锈钢箔、铝箔或铝合金箔)等。
正极活性物质层包含正极活性物质以及粘结剂,根据需要而包含导电剂。正极活性物质并不被特别限定,但能够使用LiCoO2、LiNiO2这样的含有锂复合氧化物。正极活性物质层的厚度例如优选是1~300μm。
对各活性物质层中包含的导电剂使用石墨、碳黑等。导电剂的量是每活性物质100质量部,例如为0~20质量部。对活性物质层中包含的粘结剂,使用氟树脂、丙烯酸树脂、橡胶粒子等。粘结剂的量每活性物质100质量部,例如是0.5~15质量部。
(隔板)
作为隔板,优选使用树脂制的微多孔膜、无纺布。作为隔板的材料(树脂),优选使用聚烯烃、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺等。隔板的厚度例如是8~30μm。
(电解质)
对电解质能够使用使锂盐溶解的非水溶剂。作为锂盐,举例LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、酰亚胺盐等。作为非水溶剂,举例碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯等环状碳酸酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯等链状碳酸酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯等环状羧酸酯等等。
上述中,以锂离子二次电池为例进行了说明,但无论一次电池还是二次电池,本发明都能够在使用封口体来进行电池罐的封口的电池中利用。
产业上的可利用性
本发明所涉及的电池能够利用于各种罐型的电池,例如适合使用为便携设备、混合动力汽车、电动汽车等的电源。
针对当前优选的实施方式,对本发明进行了说明,但并不限定性地解释这种公开。各种变形以及改变通过阅读上述公开对于属于本发明的技术领域的本领域技术人员能够无误且清楚。因此,附加的权利要求应解释为不脱离本发明的真正精神以及范围而包含全部变形以及改变。
Claims (16)
1.一种电池,具备:电池罐,具有在一个端部具有开口缘部的筒部、以及将所述筒部的另一个端部封闭的底部;电极体,被容纳于所述筒部;和封口构件,被固定于所述筒部以使得将所述开口缘部的开口封口,
所述封口构件包含覆盖所述开口的金属的盖部,
所述筒部的所述开口缘部侧的端部与所述盖部的外周侧的端部通过合金部而被接合,
所述合金部包含铁和镍,所述合金部中包含的镍的含有量为1.4质量%以上。
2.根据权利要求1所述的电池,其中,
所述开口缘部的端面的整面被所述合金部覆盖。
3.根据权利要求1所述的电池,其中,
所述盖部的外周侧的端面的整面被所述合金部覆盖,或者所述盖部的外周侧的端面的一部分被所述合金部覆盖、并且所述盖部的外周侧的端面的剩余部分被第1镍层覆盖。
4.根据权利要求1至3的任意一项所述的电池,其中,
构成所述盖部的外表面的主面被第2镍层覆盖。
5.根据权利要求3所述的电池,其中,
所述盖部的外周侧的端面的一部分被所述第1镍层覆盖,
构成所述盖部的外表面的主面被第2镍层覆盖,
所述第1镍层的厚度比所述第2镍层的厚度厚。
6.根据权利要求4所述的电池,其中,
所述第2镍层形成于:与所述合金部相邻的第1区域、和与所述第1区域相邻并位于与所述合金部相反的一侧的第2区域,
所述第1区域中的所述第2镍层的厚度比所述第2区域中的所述第2镍层的厚度厚。
7.根据权利要求1至3的任意一项所述的电池,其中,
在所述合金部内,在比所述开口缘部侧更靠所述盖部侧,镍的浓度高。
8.根据权利要求1至3的任意一项所述的电池,其中,
所述盖部的外周侧的端部在所述筒部的轴向朝向外侧弯曲,
在弯曲并朝向外侧的突出壁的前端形成有所述合金部。
9.根据权利要求1至3的任意一项所述的电池,其中,
所述筒部包含铁或者其合金。
10.根据权利要求1至3的任意一项所述的电池,其中,
所述电池罐的轴向的所述合金部的尺寸比所述电池罐的径向的所述合金部的尺寸小。
11.根据权利要求1至3的任意一项所述的电池,其中,
所述封口构件还具有端子部,
所述盖部具有贯通孔,所述端子部在与所述盖部绝缘的状态下堵塞所述贯通孔。
12.根据权利要求11所述的电池,其中,
所述电极体具有第1电极和第2电极,
所述第1电极与所述端子部电连接,
所述第2电极与所述电池罐电连接。
13.一种电池的制造方法,具有:
准备电池罐的工序,所述电池罐具有在一个端部具有开口缘部的筒部、以及将所述筒部的另一个端部封闭的底部,在所述筒部的侧周面以及所述底部的表面形成镍层,在所述开口缘部的端面未形成镍层;
准备具有金属的盖部的封口构件的工序;和
焊接工序,将所述封口构件载置于容纳有电极体的所述电池罐以使得堵塞所述开口缘,并且将所述筒部的所述开口缘部侧的端部与所述盖部的外周侧的端部焊接来形成合金部;
在所述盖部的至少外周侧的端面形成有镍层,
所述镍层的厚度是3μm以上,
在所述焊接工序中,使形成有所述镍层的所述盖部的端部与不包含镍的所述开口缘部的端部熔融。
14.根据权利要求13所述的电池的制造方法,其中,
所述筒部包含铁或者其合金,
在准备所述电池罐的工序中,铁层或者铁合金层在所述开口缘部的端面露出。
15.根据权利要求13或者14所述的电池的制造方法,其中,
在所述焊接工序中,在所述开口缘部的端面的整面形成所述合金部。
16.根据权利要求13或者14所述的电池的制造方法,其中,
所述封口构件还具有端子部,
所述盖部具有贯通孔,所述端子部在与所述盖部绝缘的状态下堵塞所述贯通孔。
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