專利名稱：密閉方形電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于鋰離子(Lithium Ion)二次電池等的方型形狀的密閉方形電池。
背景技術(shù)：
在特開2001-43845號公報(段落號0009-0011、圖1)、特開2003-17029號公報(段落號0015·0020、圖1·5)、特開平9-259842號公報(段落號0021-0023、圖2·5)、特開2001-135358號公報(段落號0029-0030、圖4)中，公開了在方筒形狀的外殼主體的上端開口中內(nèi)嵌蓋，用激光(laser)將蓋的外周邊和外殼主體的開口周邊之間焊接成密封狀的密封方形電池。
在特開2001-43845號公報(段落號0009-0011、圖1)、特開2003-17029號公報(段落號0015·0020、圖1·5)中，當(dāng)蓋和外殼主體之間進(jìn)行焊接時，使焊接部的一部分的焊接強(qiáng)度比其他部分弱。于是，在由于過充電等產(chǎn)生的氣體(gas)引起電池內(nèi)壓異常上升的情況下，伴隨電池的膨脹，上述焊接強(qiáng)度弱的部分比其他部分前開裂，電池內(nèi)的氣體從該裂縫放出。由此達(dá)到電池的防爆。
在特開2001-43845號公報(段落號0009-0011、圖1)中，使焊接強(qiáng)度弱的部分在電池上面的左右橫寬方向的中央被相對地配置在2處，并與在電池上面的中央配置的負(fù)極端子等輸出端子靠近。輸出端子從電池上面突出，當(dāng)電池誤落下時容易和地面等碰撞。在此情況下，電池上面的中央發(fā)生大的彎曲，上述焊接強(qiáng)度弱的部分容易發(fā)生開裂。
另外，在電池在使用狀態(tài)長時間放置時，氣體積存在電池內(nèi)，具有大面積的電池的前后壁被向前后方向按壓。此時，在電池上面，應(yīng)力在中央集中，因此存在焊接強(qiáng)度弱的部分發(fā)生開裂的危險。
在特開2003-17029號公報(段落號0015·0020、圖1·5)中，使蓋的外周邊的一部分的厚壁變薄而使焊接強(qiáng)度變?nèi)醯牟糠峙渲迷陔姵厣厦娴淖笥覚M寬方向的一端。因此，在上述長時間放置時，焊接強(qiáng)度弱的部分變得不易開裂，但電池上面的左右橫寬方向的一端的強(qiáng)度就變得不充分，在由于電池的下落等，在電池的左右橫寬方向的一端施加撞擊的情況下，上述蓋的薄壁部就容易發(fā)生變形而開裂。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種密封方形電池，其在蓋焊接在外殼主體的上面開口中時，使一部分的焊接強(qiáng)度變?nèi)?，一面適當(dāng)?shù)剡_(dá)到防爆，一面充分地保證由電池下落等引起的撞擊的電池強(qiáng)度。
本發(fā)明作為對象的密封方形電池，如圖1和圖2所示，包括上面有開口的有底筒狀的外殼主體4和內(nèi)嵌在外殼主體4的開口中的蓋5，外殼主體4的開口和蓋5形成相對于左右長度尺寸前后寬度尺寸小的左右橫寬形狀，沿外殼主體4的開口周邊和蓋5的外周邊的邊界焊接。這里所謂的外殼主體4的開口上面和蓋5，如圖1所示，包括短邊部分10c成直線狀，或如圖9所示，短邊部分10c成圓弧形狀等。
本發(fā)明如圖4所示，其特征是上述外殼主體4和蓋5之間的焊接部10在前后的長邊部分10a·10b的左右方向的端側(cè)分別形成焊接強(qiáng)度弱的脆弱部11·11，而且前側(cè)的長邊部分10a的脆弱部11和后側(cè)的長邊部分10b的脆弱部11配置在外殼主體4的上面的對角位置。再者，上述的端不僅表示前后的長邊部分10a·10b與左右的短邊部分10c·10c相交處，而且也包括在長邊部分10a·10b與短邊部分10c·10c相交處向長邊部分10a·10b的中央側(cè)僅靠近長邊部分10a·10b的長度尺寸L1的10％左右的地方。
這里的焊接相當(dāng)激光焊接或電阻焊接等。脆弱部11相當(dāng)于使焊道(bead)變窄而形成的部分，或使熔透深度變淺而形成的部分等。在激光焊接的情況下，使激光光束的照射輸出比其他的焊接部分弱或通過縮短照射時間就能夠形成脆弱部11。
在外殼主體4和蓋5之間的焊接部10中，也可以在至少一方的長邊部分10a·10b上的左右方向的任一方的端部形成脆弱部11。
具體地說，脆弱部11的長度尺寸L2相對于焊接部10的長邊部分10a·10b的長度尺寸L1的比率較好是在15～50％內(nèi)，最好是在20～50％的范圍內(nèi)。如果脆弱部11的長度尺寸L2小于長邊部分10a·10b的長度尺寸L1的15％，脆弱部11就變得不易開裂，并且即使脆弱部11發(fā)生開裂，其開口面積也變小，電池內(nèi)的氣體的放出速度也變得不足夠，得不到恰當(dāng)?shù)姆辣Ч?。如果大?0％，由于焊接部10全體的焊接強(qiáng)度變得過小，在長時間放置電池時或由于撞擊等，脆弱部11變得容易開裂。
焊接部10的脆弱部11的熔透深度相對于脆弱部11以外的焊接部分的熔透深度的比率最好是在40～80％的內(nèi)。脆弱部11的熔透深度如果小于40％，焊接強(qiáng)度就變得過小，由于撞擊等脆弱部11變得容易開裂。如果脆弱部11的熔透深度大于80％，就存在脆弱部11以外的焊接部分比脆弱部11先開裂的危險。在此情況下，由于容納電池的機(jī)器以電池內(nèi)的氣體等從脆弱部11排出為前提設(shè)計氣體排出路等，因此如果氣體從脆弱部11以外的開裂處排出，氣體難以適當(dāng)排出。
按照本發(fā)明，通過僅使焊接部10的一部分的焊接強(qiáng)度變?nèi)醯暮唵蔚墓ば蜃兏鼇磉_(dá)到電池的防爆，因此通過沖壓(press)加工或切削加工等即使在外殼主體4或蓋5上不形成防爆用的薄壁部，僅這樣也能達(dá)到電池制造的簡便化。
由于長時間放置電池，氣體積存在電池內(nèi)，從而外殼主體4的前后壁被向前后方向外側(cè)按壓，即使應(yīng)力集中在外殼主體4的上面中央，由于在外殼主體4的上面的左右方向的端側(cè)形成脆弱部11，因此上述應(yīng)力不容易使脆弱部11開裂，即使在不使用狀態(tài)長期保存電池，也能夠防止脆弱部11的誤開裂。而且在電池內(nèi)壓急劇上升的情況下，即使蓋5在靠近左右方向的端部發(fā)生大的彎曲，并在靠近該端部應(yīng)力集中，利用該應(yīng)力能夠確實地使脆弱部11斷裂，從而能夠可靠地實現(xiàn)電池的防爆。
在此基礎(chǔ)上，脆弱部11·11如果分別配置在外殼主體4的上面的對角位置，則脆弱部11·11就分散在左右，能夠充分地確保對電池的下落等引起的撞擊強(qiáng)度。


圖1是密封方形電池的平面圖。
圖2是電池的一部分剖開的主視圖。
圖3是表示電池的異常膨脹狀態(tài)的立體圖。
圖4是實施例3的密封方形電池的平面圖。
圖5是表示實施例3的電池異常膨脹狀態(tài)的立體圖。
圖6是對比例5的密封方形電池的平面圖。
圖7是對比例6的密封方形電池的平面圖。
圖8是對比例7的密封方形電池的平面圖。
圖9是表示密封方形電池的其他方式的平面圖。
符號說明4外殼主體5蓋10焊接部10a焊接部的前側(cè)的長邊部分10b焊接部的后側(cè)的長邊部分10c焊接部的短邊部分11脆弱部L1焊接部的長邊部分的長度尺寸L2焊接部的脆弱部的長度尺寸具體實施方式
實施例1附圖表示有關(guān)本發(fā)明的密封方形電池的實施例，如圖2所示，在相對上下高度尺寸和左右長度尺寸，前后尺寸小的薄型方形的電池外殼1中容納電極體2和非水電解液。在電池外殼1內(nèi)的上端配置塑料制的絕緣體(insulator)3。電池外殼1的左右長度設(shè)定成18mm，前后寬度尺寸設(shè)定成5mm，上下高度尺寸設(shè)定成20mm。
電池外殼1包括上面有開口的有底方筒形的外殼主體4、以及內(nèi)嵌在外殼主體4的開口上端中的方形狀的蓋5。外殼主體4是將鋁(aluminum)板深拉深加工形成的，前后左右的4個角形成圓弧狀。
使隔離片介于薄片(sheet)狀的正極和負(fù)極之間卷成渦流狀后，與電池外殼1的斷面形狀一致、將全體壓垮成斷面方形的扁平狀而形成電極體2。從電極體2的正極和負(fù)極的各電極分別向上引出正負(fù)的集電引線(lead)6·7。
蓋5是由鋁合金板構(gòu)成的沖壓成形品，外周邊利用激光密封焊接在外殼主體4的開口上端。外殼主體4的開口和蓋5，如圖1所示，相對左右長度尺寸，形成前后寬度尺寸小的左右橫寬。
蓋5和外殼主體4之間的焊接部10，沿蓋5的外周邊和外殼主體4的開口周邊的邊界設(shè)定成左右橫寬的方框狀，是前后的長邊部分10a·10b中的一方(后側(cè))的長邊部分10b，左右方向的一端部(在圖1中是左側(cè))成為焊接強(qiáng)度比其他部分的弱的脆弱部11。
如圖2所示，負(fù)極端子17通過絕緣密封件(packing)14、蓋絕緣板15和壓板16，貫通狀地安裝在蓋5的中央。在蓋5的左右的一端側(cè)設(shè)置注液孔18，電解液通過該注液孔18注入電池外殼1內(nèi)。在電解液注入后注液孔18被密封。
在壓板16的內(nèi)面焊接負(fù)極集電引線7。壓板16是導(dǎo)電性的金屬板，和負(fù)極端子17導(dǎo)通。正極集電引線6在蓋絕緣板15和注液孔18之間焊接在蓋5的內(nèi)面上。借此，正極集電引線6與電池外殼1導(dǎo)通，電池外殼1兼作正極端子。蓋5的厚度尺寸是1.0mm。
當(dāng)裝配電池時，在外殼主體4內(nèi)安裝電極體2和絕緣體3后，在蓋5上一體地組裝負(fù)極端子17、絕緣密封件14、蓋絕緣板15和壓板16的組合體中，在壓板16的內(nèi)面焊接負(fù)極集電引線7，在蓋5的內(nèi)面焊接正極集電引線6。正極集電引線6也可以焊接在外殼主體4的側(cè)面長邊內(nèi)面。
接著，在外殼主體4的開口上端內(nèi)嵌蓋5，使用激光沿外殼主體4的開口周邊和蓋5的外周邊的邊界，縫焊焊接成左右橫寬的方形框狀。此時，在焊接部100的后側(cè)的長邊部分10b形成先前的脆弱部11。此后，從注入孔18向電池外殼1內(nèi)注入非水電解液，密封注入孔18就完成電池組裝。
在脆弱部11上，激光光束的照射輸出設(shè)定在85W進(jìn)行焊接。在脆弱部11以外的焊接部分，激光光束的照射輸出設(shè)定在150W進(jìn)行焊接。由此，在脆弱部11上，焊道寬度尺寸為0.4mm，熔透深度成為0.1mm。脆弱部11以外的焊接部分，焊道寬度尺寸成為0.5mm，熔透深度成為0.18mm。也就是，脆弱部11的熔透深度相對于脆弱部11以外的焊接部分的熔透深度的比率為大致56％。
脆弱部11從僅距一方的短邊部分10c(在圖1中是左側(cè))1mm的位置向右方向延伸，其左右長度尺寸L2達(dá)到5mm。也就是，相對長邊部分10a·10b的長度尺寸L1是17.5mm，脆弱部11的左右長度尺寸L2的比率大致為上述長度尺寸L1的29％。
僅以使焊道寬度狹窄、或使熔透深度淺的任一種可以形成脆弱部11。用縮短激光光束的照射時間也能夠形成脆弱部11。
由于過充電等在電池內(nèi)產(chǎn)生氣體，如果電池內(nèi)壓超過規(guī)定值并異常上升，電池外殼1就發(fā)生膨脹變形。若電池外殼1膨脹變形進(jìn)行到臨界點(diǎn)附近，如圖3所示，脆弱部11就比脆弱部11以外的焊接部分前開裂，電池內(nèi)的氣體從該裂縫20放出，而達(dá)到電池防爆。
實施例2在實施例2中，激光光束的照射輸出增大設(shè)定至100W形成脆弱部11。也就是，脆弱部11的焊道寬度尺寸成為0.43mm，熔透深度尺寸成為0.14mm，脆弱部11的熔透深度相對于脆弱部11以外的焊接部分的熔透深度的比率為大致78％。其他的方面和實施例1相同，因而省略說明。
實施例3在實施例3中，如圖4所示，在前后的長邊部分10a·10b的左右方向的各端部分別形成脆弱部11·11，前側(cè)的長邊部分10a的脆弱部11和后側(cè)的長邊部分10b的脆弱部11分別配置在電池外殼1的上面的對角位置。
各脆弱部11從僅距短邊部分10c的1mm的位置沿左右方向延伸，左右長度尺寸L2分別達(dá)到5mm。也就是，脆弱部11的長度尺寸L2相對于長邊部分10a·10b的長度尺寸的17.5mm的比率為大致29％。激光光束的照射輸出設(shè)定在85W形成各脆弱部11，各脆弱部11的熔透深度相對于脆弱部11以外的焊接部分的熔透深度的比率為大致56％。
如果電池內(nèi)壓超過規(guī)定值，電池外殼1發(fā)生膨脹變形，如圖5所示，脆弱部11·11比脆弱部11以外的焊接部分先發(fā)生開裂，電池內(nèi)的氣體從該裂縫20·20放出，而達(dá)到電池的防爆。再者，如果脆弱部11·11的任一方發(fā)生開裂，就能夠放出電池內(nèi)的氣體，因此不必要兩脆弱部11·11同時開裂。其他方面和實施例1相同，因而省略說明。
實施例4在實施例4中，在實施例3中的處于對角位置的脆弱部11·11的長度尺寸L2分別設(shè)定長至8.5mm。也就是，脆弱部11·11的長度尺寸L2相對長邊部分10a·10b的長度尺寸L1的比率大致是49％。其他方面和實施例3相同，因而省略說明。
實施例5實施例5是和實施例3大致相同的構(gòu)成，不同點(diǎn)是，電池外殼1的左右長度尺寸設(shè)定成34mm，前后寬度尺寸設(shè)定成5mm，上下高度尺寸設(shè)定成50mm而形成，與使該電池變大相一致，也將電極體2設(shè)定得較大。
在實施例5中，脆弱部11·11和實施例3相同地在長邊部分10a·10b的左右方向的各端部對角配置，各脆弱部11是從僅距短邊部分10c的1mm的位置沿左右方向延伸，形成長度尺寸L2為10mm。也就是，脆弱部11·11的長度尺寸L2相對于33.4mm的長邊部分10a·10b的長度尺寸L1的比率，和實施例3同樣是大致30％。其他方面和實施例3相同，因而省略說明。
對比例1在對比例1中，不設(shè)置脆弱部11，以相同的焊接強(qiáng)度遍及全周焊接蓋5的外周邊和外殼主體4的開口周邊。其他方面和實施例1相同。
對比例2在對比例2中，實施例1中的脆弱部11的長度尺寸L2設(shè)定得大到10mm。也就是，脆弱部11的長度尺寸L2相對于長邊部分10a·10b的長度尺寸L1的比率大致是57％。其他方面和實施例1相同。
對比例3在對比例3中，實施例1中的脆弱部11的長度尺寸L2設(shè)定得小到2mm。也就是，脆弱部11的長度尺寸L2相對于長邊部分10a·10b的長度尺寸L1的比率大致是12％。其他方面和實施例1相同。
對比例4在對比例4中，使實施例1中的激光光束的照射輸出降低到70W而形成脆弱部11。也就是，脆弱部11的焊道寬度尺寸為0.38mm，熔透深度尺寸小到0.07mm，脆弱部11的熔透深度相對于脆弱部11以外的焊接部分的熔透深度的比率為大致39％。其他方面和實施例1相同。
對比例5
在對比例5中，如圖6所示，在前后的長邊部分10a·10b的左右方向的各端中央部分別相對地形成脆弱部11·11。各脆弱部11的長度尺寸L2是5mm。其他方面和實施例3相同。
對比例6在對比例6中，如圖7所示，在前后的長邊部分10a·10b的左右方向的一方的端部(在圖7中是左側(cè))分別相對地形成脆弱部11·11。其他方面和對比例7在對比例7中，如圖8所示，在后側(cè)的長邊部分10b上，在僅距左右的各短邊部分10c的1mm的位置分別配置脆弱部11·11。其他方面和實施例3相同。
試驗分別準(zhǔn)備實施例1～5和對比例1～7的各電池各20個，進(jìn)行使負(fù)極端子17位于下側(cè)，從1.5m的高度分別使各20個電池各下落20次，另外使負(fù)極端子17位于上側(cè)，從1.5m的高度分別使各20個電池各下落20次的下落試驗，調(diào)查各電池的脆弱部11有無開裂。
另外，分別準(zhǔn)備實施例1～5和對比例1～7的各電池各20個，各電池充電至4.2V后，以1.0C進(jìn)行12V的過充電試驗，調(diào)查各電池的破裂或著火等有無發(fā)生。結(jié)果示于表1中。
表1

如表1所示，對于實施例1～5，在下落試驗中，所有的電池脆弱部11都沒有開裂，另外在過充電試驗中也沒有發(fā)生破裂或著火等。對比例1因為不設(shè)置脆弱部11，所以在下落試驗中，所有的電池脆弱部11都沒有開裂，但在過充電試驗中，20個中的19個電池發(fā)生破裂或著火等。
對比例2，在過充電試驗中20個電池中僅1個發(fā)生破裂等，但在下落試驗中使負(fù)極端子17位于下側(cè)進(jìn)行下落時，20個電池中的2個發(fā)生脆弱部11的開裂，使負(fù)極端子17位于上側(cè)時，20個電池中的1個發(fā)生脆弱部11的開裂。這可以認(rèn)為是因為僅使脆弱部11的長度變大脆弱部11變得容易發(fā)生開裂。
對比例3，僅脆弱部11的長度減小就提高焊接部10的強(qiáng)度，在下落試驗中，所有的電池的脆弱部11都沒有開裂，但在過充電試驗中，20個電池中的8個發(fā)生破裂等。
對比例4，僅使激光光束的照射輸出減小，就降低焊接部10的焊接強(qiáng)度，在過充電試驗中不發(fā)生破裂或著火等，但在下落試驗中在負(fù)極端子17位于下側(cè)時，20個電池中的4個發(fā)生脆弱部11的開裂，在負(fù)極端子17位于上側(cè)時，20個電池中的2個發(fā)生脆弱部11的開裂。
對比例5，在下落試驗中使負(fù)極端子17位于下側(cè)時，20個電池中的5個發(fā)生脆弱部11的開裂，在使負(fù)極端子17位于上側(cè)時，20個電池中的2個發(fā)生脆弱部11的開裂。這認(rèn)為是因為各脆弱部11分別在長邊部分10a·10b的左右方向的中央部，因此當(dāng)下落時伴隨電池上面的中央發(fā)生大的彎曲，脆弱部11容易發(fā)生開裂。
另外，對比例5，在過充電試驗中，20個電池中的3個發(fā)生破裂等。這認(rèn)為是由于即使因過充電引起的電池內(nèi)的氣體壓力上升，外殼主體4發(fā)生膨脹，其應(yīng)力也集中在電池上面的左右方向的端側(cè)，在配置在端側(cè)上面的中央部分的脆弱部11·11上產(chǎn)生的應(yīng)力并不變得過于大。
對比例6，雖在過充電試驗中不發(fā)生破裂等，但在下落試驗中使負(fù)極端子17位于下側(cè)時，20個電池中的2個發(fā)生脆弱部11的開裂。這認(rèn)為是由于在長邊部分10a·10b的左右方向的端部相對地配置2個脆弱部11·11，因而其左右方向的端部的強(qiáng)度變小。
對比例7，雖在過充電試驗中不發(fā)生破裂等，但在下落試驗中使負(fù)極端子17位于下側(cè)時，20個電池中的1個發(fā)生脆弱部11的開裂，使負(fù)極端子17位于上側(cè)時，20個電池中的1個發(fā)生脆弱部11的開裂。這認(rèn)為是由于在后側(cè)的長邊部分10b的左右方向的端部分別設(shè)置2個脆弱部11·11，因而后側(cè)的長邊部分10b的強(qiáng)度變小。
焊接部10的左右的短邊部分10c，如圖9所示，也可以是圓弧狀。上述焊接也可以是電阻焊等。
權(quán)利要求
1.密閉方形電池，包括上面有開口的有底筒形的外殼主體和內(nèi)嵌在上述外殼主體的上述開口中的蓋，上述外殼主體的上述開口上面和上述蓋形成前后寬度尺寸相對于左右長度尺寸小的左右橫寬形狀，在沿上述外殼主體的上述開口周邊和上述蓋的外周邊的邊界焊接而成的密閉方形電池中，其特征在于，上述外殼主體和上述蓋之間的上述焊接部，在前后的長邊部分的左右方向的端側(cè)分別形成焊接強(qiáng)度弱的脆弱部，而且上述前側(cè)的長邊部分的上述脆弱部和上述后側(cè)的長邊部分的上述脆弱部配置在上述外殼主體的上面的對角位置。
2.密閉方形電池，包括上面有開口的有底筒形的外殼主體和內(nèi)嵌在上述外殼主體的上述開口中的蓋，上述外殼主體的上述開口和上述蓋形成前后寬度尺寸相對于左右長度尺寸小的左右橫寬形狀，在沿上述外殼主體的上述開口周邊和上述蓋的外周邊的邊界焊接而成的密閉方形電池中，其特征在于，上述外殼主體和上述蓋之間的上述焊接部之中，在至少一方的長邊部分中的左右方向的任一方的端部形成焊接強(qiáng)度弱的脆弱部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的密閉方形電池，其特征在于，上述焊接部的上述脆弱部的左右長度尺寸相對于上述長邊部分的長度尺寸的比率在15～50％內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的密閉方形電池，其特征在于，上述焊接部的上述脆弱部的熔透深度相對于上述脆弱部以外的焊接部的熔透深度的比率在40～80％內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋰離子二次電池等的方型形狀的密閉方形電池。當(dāng)蓋焊接在外殼主體的上面開口上時，使一部分的焊接強(qiáng)度變?nèi)酰玫揭幻鎸崿F(xiàn)電池的防爆，一面充分地確保對由下落等引起的撞擊的電池強(qiáng)度的密閉方形電池。具有上面有開口的方筒形的外殼主體(4)和內(nèi)嵌在外殼主體(4)的開口中的方形的蓋(5)的外殼主體(4)的開口和蓋(5)形成前后寬度尺寸相對于左右長度尺寸小的左右橫寬形。外殼主體(4)的開口周邊和蓋(5)的外周邊焊接成左右橫寬的方框狀。外殼主體(4)和蓋(5)之間的焊接部(10)在前后的長邊部分(10a·10b)的左右方向的端側(cè)具有焊接強(qiáng)度弱的脆弱部(11)。
文檔編號H01M2/02GK1619860SQ200410103919
公開日2005年5月25日 申請日期2004年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月21日
發(fā)明者椙棟直人, 杣友良樹, 高石季也, 青木將太 申請人:日立麥克賽爾株式會社