密封電池及其制備方法
【專利摘要】密封電池包括外包裝體、蓋子和焊接部。所述外包裝體具有內(nèi)部空間，該內(nèi)部空間包括惰性氣體。所述外包裝體具有與所述內(nèi)部空間連通的開口。蓋子配置為封閉所述開口，以及密封所述內(nèi)部空間。焊接部設(shè)置在所述外包裝體和所述蓋子之間的邊界處，并將所述外包裝體連接至所述蓋子。在開口從所述內(nèi)部空間朝向所述外包裝體的外部沿豎直向上的方向打開的狀態(tài)中，所述焊接部設(shè)置在高于所述內(nèi)部空間的最上部的位置。
【專利說明】
密封電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及密封電池及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]對于傳統(tǒng)密封電池，例如，日本專利申請公開號2009-259701 A (JP 2009-259701 A)描述了用于減輕作用于密封帽的連接部上的應(yīng)力的電池(JP 2009-259701 A)<JP 2009-259701 A中描述的電池包括具有注入孔的外殼，和配置為封閉該注入孔的密封帽。密封帽的邊緣部通過焊接連接至外殼，密封帽的中間部從邊緣部彎曲，以突出于外殼的外部。
[0003]此外，日本專利號4811540描述了密封電池，其用于在給定焊接條件下，密封電池容器內(nèi)形成的開口的整個外周(Japanese Patent N0.4811540)。
[0004]在JP 2009-259701 A中描述的電池中，配置為封閉注入孔的密封帽通過焊接連接至具有該注入孔的外殼。但是，當焊接密封帽時，當外殼內(nèi)的氣體被焊接熱加熱并膨脹時， 氣體闖入焊接氣氛。在這種情況下，由于焊接部截留了外殼內(nèi)的氣體，可能產(chǎn)生氣孔。氣孔是氣泡出現(xiàn)在焊接部中的現(xiàn)象。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種密封電池，其限制焊接部中氣泡的產(chǎn)生，以及該密封電池的制備方法。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的密封電池包括:外包裝體，其具有內(nèi)部空間，該內(nèi)部空間包括惰性氣體，所述外包裝體具有與所述內(nèi)部空間連通的開口；蓋子，其配置為封閉所述開口，以及密封所述內(nèi)部空間；和焊接部，其設(shè)置在所述外包裝體和所述蓋子之間的邊界處，所述焊接部配置為將所述外包裝體連接至所述蓋子，在所述開口從所述內(nèi)部空間朝向所述外包裝體的外部沿豎直向上的方向打開的狀態(tài)中，所述焊接部設(shè)置在高于所述內(nèi)部空間的最上部的位置。
[0007]根據(jù)如上配置的密封電池，當焊接所述外包裝體和所述蓋子時，將所述惰性氣體保存在所述內(nèi)部空間的最上部，從而能夠防止外包裝體內(nèi)的氣體陷入所述焊接部內(nèi)的現(xiàn)象。從而，能夠限制焊接部中氣孔的產(chǎn)生。
[0008]所述蓋子可設(shè)置在所述蓋子臨近所述焊接部的位置，所述蓋子可包括從所述外部朝向所述內(nèi)部空間突出的突出部。
[0009]根據(jù)如上配置的密封電池，在焊接所述外包裝體與所述蓋子時，能夠促進所述惰性氣體保存在所述內(nèi)部空間的最上部。
[0010]所述焊接部的最低部可以設(shè)置在高于所述內(nèi)部空間的所述最高部的位置。根據(jù)如上配置的密封電池，所述惰性氣體保存在低于所述焊接部的最低部的位置，從而能夠防止所述外包裝體內(nèi)的氣體陷入所述焊接部的現(xiàn)象。
[0011]所述外包裝體可以具有頂面，和所述蓋子設(shè)置在低于所述頂面的位置。
[0012]根據(jù)如上配置的密封電池，當焊接所述外包裝體和所述蓋子時，將保護氣體提供至內(nèi)部空間的焊接部時，能夠防止保護氣體流被蓋子干擾。因此，能夠有效地限制焊接部中氣孔的產(chǎn)生。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的密封電池的制備方法，包括:通過開口，將電解質(zhì)注入外包裝體內(nèi)， 并提供惰性氣體至所述外包裝體內(nèi)；在將所述惰性氣體提供至所述外包裝體內(nèi)之后，通過用蓋子覆蓋所述開口，形成所述外包裝體內(nèi)的密封的內(nèi)部空間，以及在所述開口從所述內(nèi)部空間朝向所述外包裝體的外部沿豎直向上的方向打開的狀態(tài)中，通過焊接連接所述外包裝體與所述蓋子之間的接觸面，所述接觸面設(shè)置在高于所述內(nèi)部空間的最上部的位置。 [〇〇14]根據(jù)如上配置的密封電池的制備方法，當焊接所述外包裝體與所述蓋子時，將惰性氣體保存在所述內(nèi)部空間的最上部內(nèi)，從而防止所述外包裝體內(nèi)的氣體陷入所述焊接部的現(xiàn)象。因此，能夠有效地限制所述外包裝體與所述蓋子之間的焊接部中氣孔的產(chǎn)生?！靖綀D說明】
[0015]參考附圖，下面將描述本發(fā)明典型實施方式的特征、優(yōu)點和技術(shù)和工業(yè)意義，其中相同的數(shù)字代表相同的元件，其中:圖1展示了本發(fā)明實施例1的密封電池的透視圖；圖2展示了沿圖1中的線I1-1I的密封電池的剖視圖；圖3展示了圖2中的密封電池的制備方法的步驟的剖視圖；圖4展示了用于對比的密封電池的制備方法的步驟的剖視圖；圖5展示了圖4中用于對比的密封電池的焊接部的剖視圖；圖6展示了沿圖5中線V1-VI的焊接部的剖視圖；圖7展示了沿圖2中的密封電池的線VI1-VII的焊接部的剖視圖；圖8展示了沿圖7中的線VII1-VIII的焊接部的剖視圖；圖9展示了圖3中的密封電池的制備方法的步驟中的第一個改進例的剖視圖；圖10展示了圖3中的密封電池的制備方法的步驟中的第二個改進例的剖視圖。【具體實施方式】
[0016]參考附圖，將描述本發(fā)明的實施方式。注意到，在以下描述中涉及的附圖中，相同的附圖標記代表相同或相似部件。
[0017]圖1展示了本發(fā)明的實施例1的密封電池的透視圖。圖2展示了沿圖1中的線II_II 的密封電池的剖視圖。
[0018]現(xiàn)在參考圖1和2,本實施例的密封電池10用于通過串聯(lián)組合多個密封電池10而得到的電池組，并設(shè)置在混合動力車輛中。電池組為用于混合動力車輛、以及內(nèi)燃機(例如汽油發(fā)動機或柴油發(fā)動機)的電源。密封電池10的典型例子為鋰離子二次電池。
[0019]密封電池10包括電池組成部分(未示出)和外包裝體11。電池組成部分通過用分隔物(separator)層壓正極板和負極板構(gòu)成。外包裝體11具有外殼形狀，電池組成部分和電解質(zhì)保存在內(nèi)部空間16內(nèi)，其形成于外包裝體11內(nèi)。
[0020]外包裝體11通過將殼體12與蓋子21彼此結(jié)合而構(gòu)成。殼體12具有整體大致長方體的形狀，其一個表面為敞開的。蓋子21具有平面形狀，其具有長方形平面圖，并設(shè)置為封閉所述殼體12的開口。蓋子21具有頂面21 a。頂面21 a面對著外包裝體11的外部的外部空間。
[0021] 殼體12和蓋子21由金屬制成。例如，殼體12和蓋子21由鋁制成。殼體12和蓋子21通過焊接彼此連接。
[0022]將預(yù)定量的惰性氣體封閉在外包裝體11的內(nèi)部空間16內(nèi)。惰性氣體的比重小于內(nèi)部空間16內(nèi)的主要氣體成分(以空氣為典型例子)的比重。惰性氣體的類型不受具體限制， 例如，可使用氦(He)。[〇〇23]注入孔24形成于外包裝體11內(nèi)。注入孔24形成為從外包裝體11的外部與內(nèi)部空間 16溝通。注入孔24形成為穿過蓋子21。注入孔24形成為開口，通過該開口，將電解質(zhì)從外包裝體11的外部注入內(nèi)部空間16。[〇〇24]在圖2中，外包裝體11所示的狀態(tài)為，注入孔24從內(nèi)部空間16朝向外包裝體11的外部沿豎直方向(箭頭101所示方向)打開。[〇〇25] 蓋子21包括臺階部26和臺階部27。當從前面看注入孔24的開口表面時，臺階部27 設(shè)置在注入孔24的外周上，臺階部26設(shè)置在臺階部27的外周上。臺階部26設(shè)置在從頂面21a 向內(nèi)部空間16凹入的位置，臺階部27設(shè)置在從臺階部26向內(nèi)部空間16進一步凹入的位置。 注入孔24的開口表面由臺階部27的內(nèi)周邊緣界定。臺階部26設(shè)置為環(huán)形方式。臺階部26的平面圖不受具體限制。但是，在該實施例中，當從前面看注入孔24的開口表面時，臺階部26 具有圓形外形。[〇〇26] 密封電池10進一步包括密封塞(帽)31和焊接部41。密封塞31設(shè)置為密封注入孔 24。內(nèi)部空間16為被密封塞31封閉的空間。密封塞31由金屬制成。例如，密封塞31由鋁制成。 外包裝體11 (蓋子21)和密封塞31通過焊接部41彼此連接。
[0027]密封塞31放置于臺階部26上。在本實施例中，密封塞31設(shè)置為不從蓋子21的頂面 21a突出。密封塞31具有頂面31a。頂面31a面對外包裝體11外部的外部空間。密封塞31設(shè)置為使頂面31a與蓋子21的頂面21a齊平。
[0028]密封塞31整體具有平坦形狀。密封塞31的平面圖與臺階部26的外形對應(yīng)，在本實施例中，密封塞31具有圓形平面視圖。密封塞31包括作為其組成的突出部33和平坦部34。 [〇〇29]突出部33設(shè)置在密封塞31的中心部分，具有圓形平面視圖。突出部33設(shè)置為從外包裝體11的外部向內(nèi)部空間16突出。當從前面看注入孔24的開口表面時，突出部33設(shè)置在一位置，在該位置突出部33突出至注入孔24的開口表面。突出部33設(shè)置為鄰近以下描述的焊接部41。突出部33設(shè)置在以環(huán)形方式設(shè)置的焊接部41內(nèi)。平坦部34設(shè)置在突出部33的外周上。平坦部34在平行于蓋子21的頂面21a的方向，以平面形狀延伸。當從前面看注入孔24 的開口表面時，平坦部34設(shè)置在一位置，在該位置，平坦部34突出到臺階部26和臺階部27 上。
[0030]平坦部34疊加在臺階部26之上。惰性氣體保存部28形成為平坦部34和臺階部27之間的空間。突出部33定位在惰性氣體保存部28內(nèi)。在如圖2所示的，在注入孔24從內(nèi)部空間 16朝向外包裝體11的外部沿豎直向上的方向打開的狀態(tài)中，惰性氣體保存部28放置于內(nèi)部空間16的最上部。
[0031]焊接部41為通過在外包裝體11與密封塞31之間的接觸面上進行焊接形成的焊接軌跡。焊接部41設(shè)置在外包裝體11(蓋子21)與密封塞31之間邊界處。焊接部41設(shè)置在具有圓形平面圖的密封塞31的外周。焊接部41以環(huán)形方式設(shè)置在平坦部34外周邊緣。焊接部41 設(shè)置有在密封塞31的方向，從頂面21a和頂面31a開始的預(yù)定深度。
[0032]焊接部41設(shè)置在高于內(nèi)部空間16的最高部的位置。焊接部41設(shè)置在高于惰性氣體保存部28的位置。具體地，在本實施例中，焊接部41的最低部設(shè)置在高于內(nèi)部空間16的最高部的位置。內(nèi)部空間16的最高部連接至焊接部41的最低部。[〇〇33]注意到，在本發(fā)明中，整個焊接部41可以不設(shè)置在高于內(nèi)部空間16的最高部的位置。例如，即使本發(fā)明包括這樣的實施例，其中焊接部41形成于深于臺階部26的安裝表面 26a的位置，密封塞31安裝在臺階部26上。
[0034]下面將描述根據(jù)本實施例的密封電池的制備方法。圖3展示了圖2中的密封電池的制備方法的步驟。[0〇35]現(xiàn)在參考圖1-3，電池組成部分(未不出)被容納在殼體12內(nèi)。蓋子21設(shè)置為封閉殼體12的開口，且殼體12通過焊接連接至蓋子21。然后，通過注入孔24,將電解質(zhì)注入外包裝體11內(nèi)，并將惰性氣體提供至內(nèi)部空間16。[〇〇36]現(xiàn)在參考圖3,密封塞31設(shè)置為封閉注入孔24,從而密封內(nèi)部空間16。同時，外包裝體11與密封塞31之間的接觸面15由密封塞31的平坦部34的外周邊緣與面對外周邊緣的外包裝體11 (蓋子21)的內(nèi)周表面形成。[〇〇37]然后，在注入孔24從內(nèi)部空間16朝向外部沿豎直方向上打開的狀態(tài)中(如圖3所示)，通過焊接連接外包裝體11與密封塞31之間的接觸面15,其設(shè)置在高于內(nèi)部空間16的最高部的位置。在本實施例中，通過朝向外包裝體11與密封塞31之間的接觸面15發(fā)射激光進行焊接，如圖中空心箭頭所示。
[0038]在焊接過程中，向外包裝體11外部的焊接區(qū)域提供保護氣體，如箭頭102所示。惰性氣體，例如氬(Ar)或氮氣(N2)用作保護氣體。主要包含這種惰性氣體并進一步包含第二氣體(二氧化碳、氧氣或氫氣)的氣體可以用作保護氣體。
[0039]焊接時，保護氣體覆蓋電弧和熔融金屬，并防止空氣進入焊接氣氛。在本實施例中，密封塞31設(shè)置為不從蓋子21的頂面21a突出，從而可以平緩地向焊接區(qū)域提供保護氣體。
[0040]通過上述步驟，得到如圖2所示的密封電池10,其中外包裝體11與密封塞31之間的接觸面15由焊接部41密封。
[0041]參考對比實施例，接下來將描述通過密封電池10獲得的效果，及根據(jù)本實施例的其制備方法。
[0042]圖4展示了用于對比的密封電池的制備方法的步驟的剖視圖。圖4為與圖3對應(yīng)的圖?，F(xiàn)在參考圖4,用于對比的密封電池具有代替圖3中的密封塞31的密封塞51。密封塞51具有從內(nèi)部空間16向外包裝體11的外部突出的形狀，且作為內(nèi)部空間16的最上部的惰性氣體保存部53形成于其中。通過具有這種結(jié)構(gòu)，在用于對比的密封電池中，外包裝體11與密封塞 51之間的接觸面15(焊接部41)設(shè)置在低于內(nèi)部空間16的最高部的位置。[〇〇43]要求密封外包裝體11與密封塞51之間的接觸面15的焊接部41具有氣密性和抗壓強度兩種功能。通常在通過激光輻射焊接時，將保護氣體吹向焊接區(qū)域，以限制在焊接部41 產(chǎn)生氣孔。但是，保護氣體不能吹入外包裝體11的內(nèi)部空間16。鑒于此，外包裝體11內(nèi)的空氣被加熱膨脹，并不能從外包裝體11逃出，從而導致容易產(chǎn)生氣孔。
[0044]作為限制氣孔的產(chǎn)生的一種方式，具有這樣一種方法，其中在外包裝體11內(nèi)提供惰性氣體。在如圖4所示的用于對比的密封電池中，如箭頭104所示，具有小比重的惰性氣體保留在惰性氣體保存部53內(nèi)，該惰性氣體保存部53放置于外包裝體11的內(nèi)部空間16的最高部。但是，由于外包裝體11與密封塞51之間的接觸面15位于低于內(nèi)部空間16的最高部的位置，所以通過惰性氣體難以保護焊接區(qū)免受外包裝體11內(nèi)的空氣的影響。
[0045]圖5展示了圖4中的用于比較的密封電池的焊接部的剖視圖。圖5展示了與圖1中沿線V-V的位置對應(yīng)的焊接部41的部分。圖6展示了沿圖5中線V1-VI的焊接部的剖視圖。在這些圖中，展示了利用CT(計算機斷層掃描)采集的焊接部的部分。
[0046]參考圖5和6,在用于對比的密封電池中，在焊接部41中，觀察到氣孔連續(xù)地排列在圓周方向，如圖5中指引線110和圖6中的指引線130所示。
[0047]作為對比，如圖3所示，在根據(jù)本實施例的密封電池10中，在焊接時，外包裝體11與密封塞31之間的接觸面15設(shè)置在高于內(nèi)部空間16的最高部。通過具有這種結(jié)構(gòu)，惰性氣體保存在位于內(nèi)部空間16的最高部處的惰性氣體保存部28內(nèi)，從而使得能夠利用惰性氣體覆蓋焊接區(qū)域，如箭頭103所示。結(jié)果，能夠防止外包裝體11內(nèi)的空氣免于陷入焊接區(qū)域，并能夠限制在焊接部41產(chǎn)生氣孔。[〇〇48]進一步地，在本實施例中，密封塞31包括突出部33，其從外包裝體11的外部向內(nèi)部空間16突出。通過這種結(jié)構(gòu)，惰性氣體容易保存在惰性氣體保存部28內(nèi)，從而使得能夠進一步有效限制氣孔的產(chǎn)生。
[0049]圖7展示了圖2中的密封電池的線VI1-VII的焊接部的剖視圖。圖8展示了沿圖7中的線VII1-VIII的焊接部的剖視圖。在這些圖中，展示了利用CT采集的焊接部的部分。
[0050]現(xiàn)在參考圖7和8,在根據(jù)本實施例的密封電池10中，如圖7中的引導線所示，氣孔比圖5和6所示的對比實施例顯著減少。
[0051]以下總體地描述了根據(jù)如上所示本發(fā)明的實施例1的密封電池10的結(jié)構(gòu)及其制備方法。根據(jù)本實施例的密封電池10包括:外包裝體11，其具有內(nèi)部空間16，該內(nèi)部空間16包括惰性氣體，所述外包裝體11具有作為與所述內(nèi)部空間16溝通的開口的注入孔24;作為蓋子的密封塞31，其配置為封閉所述注入孔24,以及密封所述內(nèi)部空間16;和焊接部41，其設(shè)置在所述外包裝體11和所述密封塞31之間的邊界處，所述焊接部配置為將所述外包裝體11 連接至所述密封塞31。在所述注入孔24以從所述內(nèi)部空間16朝向其外部的豎直向上的方向打開的狀態(tài)中，所述焊接部41設(shè)置在高于所述內(nèi)部空間16的最上部的位置。[〇〇52]進一步地，根據(jù)本實施例的密封電池10的制備方法包括:通過作為開口的注入孔 24,將電解質(zhì)注入外包裝體11內(nèi)，并提供惰性氣體至所述外包裝體11的步驟;在提供所述惰性氣體的步驟之后，通過用作為蓋子的密封塞31覆蓋所述注入孔24,形成所述外包裝體內(nèi) 11的密封的內(nèi)部空間16的步驟，以及在所述注入孔24從所述內(nèi)部空間16朝向其外部沿豎直向上的方向打開的狀態(tài)中，通過焊接連接所述外包裝體11與所述密封塞31之間的接觸面15 的步驟，所述接觸面15設(shè)置在高于所述內(nèi)部空間16的最上部的位置。
[0053]根據(jù)如此配置的本發(fā)明的實施例1的密封電池10及其制備方法，在焊接外包裝體 11與密封塞31時，能夠防止外包裝體11內(nèi)的空氣陷入焊接區(qū)域，從而使得能夠限制焊接部 41中的氣孔的產(chǎn)生。從而，可以改進外包裝體11的氣密性和抗壓強度。[〇〇54]注意到，根據(jù)本實施例的密封電池10不僅可以設(shè)置在混合動力車輛中，還可以設(shè)置在例如電動車輛中(EV)。
[0055]實施例2是實施例1所述的密封電池10的改進，及其制備方法。
[0056]圖9展示了圖3中的密封電池的制備方法的步驟的第一改進例的剖視圖。圖10展示了圖3中的密封電池的制備方法的步驟的第二改進例的剖視圖。[〇〇57]現(xiàn)在參考圖9,在該改進例中，整個密封塞31具有平坦形狀。即使具有這種結(jié)構(gòu)，也能夠在密封塞31的正下方空間保存惰性氣體，并在焊接外包裝體11和密封塞31時，防止外包裝體11內(nèi)的空氣陷入焊接區(qū)域。[〇〇58]現(xiàn)在參考圖10,在該結(jié)構(gòu)中，類似于圖2中所示的臺階部的臺階部26間歇性地設(shè)置在圓周方向(圖10中展示了一部分，其中臺階部26為斷續(xù)地)。如果臺階部26設(shè)置在圓周方向的至少兩個位置，那么密封塞31作為放置該密封塞31的基部起作用。在這種結(jié)構(gòu)中，在沒有設(shè)置臺階部26的位置，惰性氣體保存部28直接連接至焊接部41的最下部。
[0059]根據(jù)如此配置的本發(fā)明的實施例2的密封電池及其制備方法，也能夠產(chǎn)生如實施例1所示的效果。
[0060]應(yīng)該考慮的是，此處描述的實施例只是所有方面的例子，并且是非限制性的。本發(fā)明的范圍通過權(quán)利要求，而非通過說明書示出，且旨在包括意義和范圍等效于權(quán)利要求范圍內(nèi)所作的所有修改。
[0061]本發(fā)明應(yīng)用于密封電池，例如鋰離子二次電池。
【主權(quán)項】
1.密封電池，包括:外包裝體，其具有內(nèi)部空間，該內(nèi)部空間包括惰性氣體，所述外包裝體具有與所述內(nèi)部 空間連通的開口；蓋子，其配置為封閉所述開口，以及密封所述內(nèi)部空間；和焊接部，其設(shè)置在所述外包裝體和所述蓋子之間的邊界處，所述焊接部配置為將所述 外包裝體連接至所述蓋子，在所述開口從所述內(nèi)部空間朝向所述外包裝體的外部沿豎直向 上的方向打開的狀態(tài)中，所述焊接部設(shè)置在高于所述內(nèi)部空間的最上部的位置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封電池，其中，所述蓋子設(shè)置在一位置處，在該位置處所述蓋子臨近所述焊接部，和所述蓋子包括從所述外部朝向所述內(nèi)部空間突出的突出部。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的密封電池，其中，所述焊接部的最低部設(shè)置在高于所述內(nèi)部空間的所述最高部的位置。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的密封電池，其中，所述外包裝體具有頂面，和所述蓋子設(shè)置在低于所述頂面的位置。5.密封電池的制備方法，包括:通過開口，將電解質(zhì)注入外包裝體內(nèi)，并將惰性氣體提供至所述外包裝體內(nèi)；在將所述惰性氣體提供至所述外包裝體內(nèi)之后，通過用蓋子覆蓋所述開口，形成所述 外包裝體內(nèi)的密封的內(nèi)部空間，以及在所述開口從所述內(nèi)部空間朝向所述外包裝體的外部沿豎直向上的方向打開的狀態(tài) 中，通過焊接連接所述外包裝體與所述蓋子之間的接觸面，所述接觸面設(shè)置在高于所述內(nèi) 部空間的最上部的位置。
【文檔編號】H01M2/04GK105981195SQ201580006373
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年1月21日
【發(fā)明人】高須純太, 鈴木哲
【申請人】豐田自動車株式會社