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CN101276898A - 密闭型电池和其制造方法 - Google Patents

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CN101276898A CNA2008100834633A CN200810083463A CN101276898A CN 101276898 A CN101276898 A CN 101276898A CN A2008100834633 A CNA2008100834633 A CN A2008100834633A CN 200810083463 A CN200810083463 A CN 200810083463A CN 101276898 A CN101276898 A CN 101276898A
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Abstract

本发明提供通过可靠地焊接电极端子和集电部件，能够发挥优越的电池性能的密闭型电池和其制造方法。负极端子(18)包括：圆盘状端子部(180)、在前端部(187)具有与外部连通的中空部(185)的主体部(181)、在集电部件(22)的插通口附近形成的圆锥台部(铆接覆盖材料)(182)。圆锥台部(182)的底面(C)以与集电部件(22)的下方的主面部(B)密接的方式铆接压接。还有，以在圆锥台部(182)的周缘区域中形成多个焊点部(183)的方式，激光焊接圆锥台部(182)和集电部件(22)。

Description

密闭型电池和其制造方法
技术领域
本发明涉及密闭型电池和其制造方法，尤其涉及用于在制造时良好地焊接电极端子和集电部件的技术。
背景技术
近年来，移动电话或便携式信息终端(PDA)等便携式电子设备正在急速普及。
在这些电子设备中，作为高能量密度的电源，多使用镍氢电池或锂电池等密闭型电池。
密闭型电池通常在具有有底方形等形状的外装罐中一同收容电极体和电解液，并用封口板密封内部。电极体例如具有：经由带状隔板重叠正负两极板，并将其以旋涡状卷绕而成形的结构。负极板经由接合导线(leadtab)与集电部件连接，该集电部件与配置于封口体的电极端子(负极端子)连接。正极板经由接合导线与兼作正极端子的外装罐连接。
作为密闭型电池的制造工序的一例，首先在由铝合金构成的方形外装罐中收容所述电极体。另一方面，如图5的剖面图所示，按顺序重叠封口板160和间隔件20、集电部件22等，经由衬垫17向其中插通电极端子部件18x的主体部181，该电极端子部件18x具有在前端部187具备中空部185的该主体部181(图5(a)～(b))。然后，在插通后，使主体部181局部地向与其长边方向正交的方向扩径，形成板状部182x。
接着，在各主面部B、C‘使板状部182x和集电部件22密接，同时，将它们分阶段(在此为两阶段)铆接压接(图5(c)～(d))。在此，在仅进行铆接压接的情况下，电解液等浸入板状部182x和集电部件22之间，导致电阻值不稳定，因此，从与板状部182x的下方主面部E的主面垂直的方向附近，向铆接压接区域的一部分照射激光，进行焊接(图6(a))。
然后，使从电极体延伸出的接合导线与集电部件22连接，在外装罐的开口部装配封口板160，将两者焊接。从设置于封口板160上的注入口向电池内部注入电解液，然后，用密封塞子堵住注入口，将其密封。
【专利文献1】特开2003-272604号公报
【专利文献2】特开2001-291506号公报
然而，在以往的密闭型电池的制造工序中，如下所述存在电极端子和集电部件的焊接不充分进行，从而导致电池性能不合格的问题。
即，根据图6(a)所示的例子可知，在板状部182x的周缘形成有具有相对于集电部件22的主面部B的平面方向所成的角度θ1为锐角的端面的倾斜端部184x。在此，在区域S1上的板状部18x和集电部件22的焊接时，若从相对于板状部182x的主面部E的主面垂直的方向附近照射激光，则该倾斜端部184x正下方的集电部件22的主面部B附近被倾斜端部184x周边的主面部E遮蔽，不被激光照射。从而，在照射激光时，有时发生只有倾斜端部184x附近受到热能而熔解，并不熔入集电部件22的情况。另外，由于倾斜端部184x和其正下方的主面部B之间存在有间隙，因此，激光的能量不传递到集电部件22侧，而集中于倾斜端部184x，因此，还产生部件由于过热而在溅射中缺失的问题。
这样的焊接不合格引起的各问题可能损伤电极端子和集电部件的导通稳定性，或由于在溅射中缺失的部件的混入而引起短路。从而，它们是为了得到良好的电池性能而需要尽早解决的问题。
发明内容
本发明是鉴于这样的问题而做成的，其目的在于提供通过可靠地焊接电极端子和集电部件，能够发挥优越的电池性能的密闭型电池和其制造方法。
为了解决上述问题，本发明提供一种密闭型电池经由隔板重叠正负极板而成的电极体与具有主面部的集电部件电连接，具有主体部的电极端子的该主体部插通所述集电部件，电极体及集电部件被密闭于外装体内，其中，电极端子在从集电部件的插通口露出的主体部的区域具有圆锥台部，该圆锥台部形成为底面与集电部件的主面部密接，圆锥台部的底面和所述集电部件的主面部被铆接压接，且圆锥台部和集电部件在包含圆锥台部的底面周缘的区域被焊接。
在此，也可以如下所述：所述主体部具有开口的前端部，所述圆锥台部通过该开口的前端部的周围在扩径作用下变形而成。
另外，也可以如下所述：圆锥台部和集电部件在包含圆锥台部的底面周缘的区域由能量束点焊。
进而，本发明提供一种密闭型电池的制造方法，其包括：扩径步骤，其使具有主体部的端子部件的该主体部插通具有主面部的集电部件的主面部，将所插通的主体部局部地扩径而形成板状部，由此将集电部件和端子部件铆接压接；成形步骤，其通过将板状部成形，使底面与所述主面部对置而形成圆锥台部；焊接步骤，其在将圆锥台部的底面和集电部件的主面部相互铆接压接的状态下，在包含圆锥台部的周缘的区域焊接圆锥台部和集电部件。
在此，也可以如下所述：在成形步骤中，用压模使板状部的周缘变形，从而形成圆锥台部。
另外，本发明提供一种密闭型电池的制造方法，其包括：插通步骤，其使具有前端开口为研钵状的主体部的端子部件的该主体部插通具有主面部的集电部件；扩径步骤，其通过将所插通的主体部局部地扩径，形成底面与所述主面部对置的圆锥台部，同时，铆接压接集电部件和端子部件；焊接步骤，其在将圆锥台部的底面和集电部件的主面部相互铆接压接的状态下，在包含圆锥台部的底面周缘的区域焊接圆锥台部和集电部件。
还有，本申请中所提及的圆锥台部的“上表面”及“底面”依次是指在圆锥台部中“面积大的面”及“面积小的面”。
另外，本申请中所提及的“锥台”是指实质形状，考虑了实际制造工序中的公差。
根据具有以上结构的本发明可知，插通集电部件的电极端子的主体部具备圆锥台部，且在该圆锥台部中，面积比上表面大的底面与集电部件的主面部接近配置。
因此，圆锥台部的底面能够在其整个面上与集电部件的主面部无间隙地密接，且在将圆锥台部的上表面从其垂直方向附近观察的情况下，圆锥台部的底面的周缘端部和其周边的集电部件的区域在圆锥台部的锥状倾斜端部的周围一同向外部露出。
从而，在从与所述圆锥台部的上表面垂直的方向利用激光照射等进行焊接时，所照射的激光良好地照射在圆锥台部的底面的周缘端部和其周边的集电部件的区域。其结果，圆锥台部和集电部件一同熔解，熔化而凝固，由此形成无偏移的焊接部分。
其结果，可抑制像以往那样，在激光焊接时，只有电极端子熔解，不熔入集电部件，从而产生焊接不合格，或由于溅射缺失而导致内部短路发生等问题，能够形成优越的焊接部分。
从而，在本发明中，即使在使用时，成为电解液浸入电极端子和集电部件之间等状态，也能够防止焊接不合格所引起的内部电阻的上升，能够发挥稳定的电池性能。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1中的方形密闭电池的结构的剖面图。
图2是表示实施方式1的电池的集电部件和正极端子周边的结构的图。
图3是表示实施方式1的电池的制造工序的一部分(封口体的制造工序)的图。
图4是表示实施方式2的电池的制造工序的一部分(封口体的制造工序)的图。
图5是表示以往的电池的制造工序的一部分(封口体的制造工序)的图。
图6是表示以往的电池的制造工序(封口体的制造工序)和其问题的图。
图中：1-密闭型电池；2-电极体；11-正极板；12-负极板；13-隔板；14-电极体；15-外装罐；16-封口体；17-衬垫；18-负极端子；18a、18x-端子部件；19-负极导线；20-间隔件；21-注液口；160-封口板；180-端子部；181-主体部；182-圆锥台部；182x-板状部；183-点焊部(焊点)；184、184x-倾斜端部；185-中空部；186-倾斜部；187-前端部。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明，当然，本发明不限定于这些方式。从而，可以在不脱离本发明的技术范围的范围内适当变更而实施。
<实施方式1>
1.密闭型电池的结构
图1是本发明的一适用例的密闭型电池(以下，简称为“电池1”)的结构的剖面立体图。
电池1是方形锂离子电池，主要包括封口体16、电极体14、方形外装罐15(以下，简称为“外装罐15”)等各部件。在此，作为该电池1的一例，制作纵42.5mm(z方向)×横33.7mm(x方向)×进深4.2mm(y方向)的尺寸。
外装罐15是将板状铝合金材料深冲加工而成的有底方形的外装体。其箱体的内部收容旋涡状电极体14及规定的电解液。该外装罐15的开口部151与封口体16中的封口板160的周缘部161被激光焊接，密封内部。
封口体16具有：冲裁铝合金板体而成的封口板160；配设于其下方的主面侧的间隔件20，而且配设有负极端子18，所述负极端子18经由衬垫17插通封口板160的主面中央部和间隔件20。封口板160上的21是在制造时注入电解液后被填充密封的注液口痕。
负极端子18由镍构成，如图2(a)所示，包括：配置于电池外部的圆盘状端子部180；具有与外部连通的中空部185的主体部181；在主体部181的前端部187局部形成的圆锥台部(铆接覆盖材料)182。在本实施方式1中，在从集电部件22的插通口露出的电极端子18的主体部181的区域配设有圆锥台部182这一点与以往结构不同。
圆锥台部182的底面C以与集电部件22的插通口周边的主面部B密接的方式被铆接压接，如图2(b)所示，在多个焊点部183被激光焊接。还有，在如图2(b)中，示出了设置两处焊点部183的例子，当然，不限定于此，例如，也可以在一定范围内以互相重叠的方式连续设置多个焊点部。
间隔件20通过将绝缘材料(聚丙烯等)射出成形而构成，在外装罐15的开口部151附近将电极体14朝向外装罐15的内部固定，起到防止该电极体14振动的作用。
集电部件22由镍构成，配设为：在位于间隔件20的下方的主面中央的插通口附近，可与所述圆锥台部182铆接压接及激光焊接。该集电部件22经由镍构成的接合导线19，与电极体14的负极板12电阻连接。
电极体14是依次层叠均为带状的正极板11、隔板13、负极板12、隔板13，并将其卷绕，从侧面压扁而成形为扁平剖面形状的电极体。
还有，从确保能量密度的观点出发，电极体14的体积优选相对于外装罐15的容积尽量设定得大。
正极板11通过在铝等正极芯体表面涂敷以作为正极活性物质的钴酸锂(LiCoO2等)为主体而混合了导电剂和结合剂的正极合剂而成。该正极板11通过导电性接头(tab)(未图示)与外装罐15的内表面电连接。由此，外装罐15同时发挥正极端子的作用。
负极板12通过在铜等负极芯体表面涂敷以作为负极活性物质的碳质材料为主体而混合了结合剂的负极合剂而成。
隔板13是聚乙烯制微多孔性的薄膜，用于正极板11和负极板12的绝缘。其耐热温度设定为120℃左右。
还有，图1中为了便于说明，隔板13图示为与正负极板11、12大致相同尺寸的长条状，但也可以将该隔板的上下任一个形成为袋状，向其中放入正极板11，并与负极板12实现绝缘。
电极体14中浸渍的电解液由1MLiPF6-EC/DMC(EC∶DMC＝30∶70的体积比、25℃)等非水系组成构成。
根据具有以上结构的锂离子电池1，在充电时，在正极板11中，钴酸锂中的锂成为离子(LiCoO2→Li1-xCoO2+xLi++xe-)，锂离子Li+在电解液中流通，向负极板12侧移动。
另一方面，在负极板12侧，锂离子Li+进入构成石墨的碳结晶的层内。
还有，在放电时，发生与其相反的电池反应，取出外部功率(作为一例为800mAh)。
在此，电池1在负极端子18的圆锥台部182和集电部件22的焊接部分周边的结构上具有特征。即，如图4(d)所示，负极端子18的圆锥台部182中，面积大的底面C在其整个面上与集电部件22的主面部B密接，面积小的上表面D配置于远离集电部件22的位置。
由此，圆锥台部182的具有锥状端面的倾斜端部184和主面部B在平面方向之间的角度θ2被调节为钝角。
根据该圆锥台部182可知，在制造时从与上表面D的平面垂直的方向(z反方向)或其附近的角度(包括从垂直角度倾斜了10°左右的照射角度)照射激光的情况下，对于集电部件22和圆锥台部182，能够激光照射包括底面C的周缘的区域，使其一同熔解，熔化后凝固，由此可进行良好的点焊。
以下，针对该特征，与封口体16的制造工序一同进行说明。
2.封口体16的制造工序
在本实施方式1的制造工序中，如下所述，依次经过圆锥台部182的成形步骤、集电部件22及圆锥台部182的焊接步骤。
首先，准备端子部件18x(铆接压接前的负极端子18)(所述的图5(a))。然后，经由作为绝缘部件的衬垫17，将端子部件18x依次插通封口板160、间隔件20、集电部件22(图5(b))。
其次，使用规定的压模，进行使中空部185在与主体部181的长度方向上交叉的方向上(在此为水平方向)扩径的扩径步骤。由此，阶段性地(在此为(c)及(d)两个阶段)进行铆接处理，使前端部187的周围变形，形成板状部182x(图5(d))。
接着，如图3所示，准备加工冲头(模)A，所述加工冲头A具有与板状部182互补的凹部，且在该凹部的周缘具有规定角度(例如，2π-θ2)的倾斜部A1。然后，以使倾斜部A1与板状部182x的周缘抵接的方式按压该模A，进行使板状部182x局部变形的成形步骤(图3(a))。通过该追加加工，将板状部182x成形为圆锥台部182(图3(b))。然后，在与圆锥台部182的成形的同时，将倾斜端部184的端面相对于集电部件22的主面部B的平面方向之间的角度θ2调节为钝角(图3(b))。
接着，从与圆锥台部182的上表面D的平面方向垂直的方向或其附近的方向照射激光，进行焊接步骤。激光的照射范围在集电部件22的主面部B和圆锥台部182中至少为包括该圆锥台部182的周缘的区域。
此时，在区域S2，圆锥台部182的底面C在其整个面上与集电部件22的主面部B良好地密接，且圆锥台部182的周缘和主面部B的边界区域相对于激光露出。从而，照射的激光的能量无偏斜地传递给集电部件22及倾斜端部184两者，两者一同熔解、熔化后凝固。由此，在焊接部形成焊点部(焊点)183。如上所述地构成封口体16。
这样在本实施方式1中，对于在焊接步骤中照射的激光，倾斜端部184和其周边的主面部B一同露出，集电部件22不像以往那样被板状部182x的周缘遮盖。其结果，可抑制焊接不合格或部件的溅射缺失等问题的发生，能够良好地焊接集电部件22及圆锥台部182。
还有，通过铆接压接处理的方法，未必能使圆锥台部182的底面C的整个面与主面部B密接，有时在其周缘区域密接。然而，即使在这样的情况下，在焊接步骤中被激光照射的区域S2中，对集电部件22和圆锥台部182都密接的部分照射激光，因此，可形成良好的焊点部183。
<实施方式2>
对于实施方式2，以与实施方式1的差异为中心进行说明。
在实施方式1中，在成形步骤时，利用铆接压接，用模A使板状部182x的端部变形，由此形成圆锥台部182，但本发明不限定于该制造方法。
图4是表示本实施方式2的制造方法的图。如该图中的方法所示，端子部件18a还可以使用在主体部181的前端设置有中空部185，且该中空部185的开口的前端周围设置有研钵状倾斜部186的端子部件。
若使用这样形状的端子部件18a，则在制造时，将其插通封口板160、间隔件20、集电部件22后(插通步骤、图4(a)～(b))，利用第一次铆接压接处理扩展中空部185。然后，利用第二次铆接压接处理进而扩展中空部185(图4(c))，将其扩径，由此形成圆锥台部182(扩径步骤、图4(d))。在该例子中，倾斜部186最终成为圆锥台部182的倾斜端部(184)。
根据该方法可知，即使在铆接压接处理后不使用模A，倾斜部186也形成为与实施方式1中的倾斜端部184同等的结构。另外，与实施方式1相同，底面C在其整个面上与主面部B密接。从而，根据使用这样的端子部件18a的本实施方式2可知，除了在圆锥台部182和集电部件22的焊接步骤中起到与实施方式1相同的效果之外，还能够期待制造工序的进一步简单化。
<实施例的制作>
作为实施例，制作上述实施方式1的电池，利用各种实验，进行性能评价。
(激光焊接的品质评价)
将具备圆锥台部182的电池1作为实施例，将只有具备板状部182x这一点与实施例不同的电池作为比较例而制作。对于这些电池，进行负极端子和集电部件的激光焊接，目视确认该焊接部分中的焊接不合格的产生的有无。激光照射的条件如下：脉冲持续时间1.6ms、间距0.22mm、输出1.0J/p、照射角度10°。
该实验结果示出在表1中。
【表1】
激光焊接的品质评价结果
  实施例   比较例
  焊接不合格产生的有无   发生0个/500个   发生74个/500个
  不合格的详细情况   -   溅射产生品：产生11个/500个焊接不合格品(仅端子熔化)：产生63个/500个
*制作4.2×33.7×42.5(mm)尺寸的实施例、比较例电池。
*激光照射条件如下：脉冲持续时间1.6ms、间距0.22mm、输出1.0J/p、照射角度10°、圆锥台部端面的锥角为30°～60°的范围。
实验的结果如表1所示，确认的情况如下：比较例中只有板状部182x的周缘端部184x熔解，不熔入集电部件22而只接触(焊接不合格品)，另外，在板状部182x中发生溅射所引起的部件缺失的电池(溅射品)比焊接不合格数目少。
另一方面，实施例与比较例相比，焊接不合格被大幅度改进，500个个体中没有焊接不合格。因此，在实施例中，能够确认如下情况：通过利用圆锥台部182，可确保形成稳定的焊点部183。
(电池可靠性的评价)
对进行了上述激光焊接的实施例及比较例的各电池，分别进行规定的下落试验、热冲击试验、高温加湿试验，用内部电阻值的上升值评价各试验后的电池可靠性。试验数为N＝10个。
各试验条件和试验结果示出在表2中。
【表2】
电池可靠性的评价结果
Figure A20081008346300131
*1：使放电状态的电池从混凝土上1.65m处下落。
*2：对于满充电状态的电池，将在-30℃下放置30分钟后、在70℃下放置30分钟的循环重复1000次。
*3：将满充电状态的电池在温度70℃且湿度90％的气氛中放置20天。
*4：由于持续冲击，负极端子和集电部件脱落(发生3个/10个)。
通过下落试验，能够确认比较例的溅射产生品、焊接不合格品的内部电阻均发生了大幅度的上升。其原因如下：由于这些比较例中，在负极端子18x和集电部件22的连接部分中均没有进行规定的焊接，因此，在下落的冲击、振动的作用下，电解液浸入该连接部分，导致两者的导通不稳定。另外，在焊接不合格品中，确认到如下不良情况：通过向电池内部持续施加机械负荷，集电部件22和负极端子18x脱落(发生3个/10个)。在这种情况下，发生了与上述发生溅射缺失的电池相同的导通不稳定。
与此相对，在实施例中，由于通过利用圆锥台部182，可靠地焊接负极端子18和集电部件22，因此，即使受到下落的冲击、振动而产生所述电解液的浸入，也可确保良好的导电性，抑制了内部电阻值的上升。
这样的实施例中的稳定的导电性也能够在热冲击试验及高温加湿试验中大致相同地得到确认。即，在各试验实施后，实施例及比较例的内部电阻值均发生增加，但可以说实施例在其上升值的离散、大小比比较例小的方面上明显比比较例优越。
根据基于以上各实验的实施例的结果，可确认本发明的优势性。
<其他事项>
在上述实施方式中，对将本发明适用于锂离子电池的例子进行了说明，但是当然电池的种类不限定于此，还可以适用于其他镍氢电池等各种电池。
进而，在上述实施方式1中，例示了将带状的正负极板11、12经由隔板13卷绕而成的卷绕体结构的电极体14，但也可以利用层叠长条(堆)状电极、隔板而成的结构的电极体。
在各实施方式中，例示了在电极端子18中形成圆锥台部182的结构和制造方法，但在电极端子18的主体部181为方柱状或多边形状的情况下，若实施各实施方式中所述的制造方法，则有时也形成方锥台部或多边锥台部。在此，本发明的形成于主体部181的锥台部不限定于圆锥台部182，也可以形成这样的方锥台部或多边锥台部。
另外，本发明中，针对集电部件22和电极端子18的焊接不合格的问题，通过将端子部件18x的板状部182x加工成圆锥台部182等形状来解决，因此，也可以仅在板状部182x的焊接预定部位，加工形成图2所示的具有锥状端面的倾斜端部184。即使为这样的结构，也能够期待与各实施方式相同的效果。
另外，点焊部183不限定于用激光焊接形成的例子，也可以使用电子束或其他能量束。进而，点形状也不限定于由外观识别的形状，例如，也可以通过使各点接近，形成作为整体呈线状痕的焊接部183。
产业上的可利用性
本发明的密闭型电池和其制造方法例如可以适用于普通电源用的方形锂离子电池等的制造方法。

Claims (6)

1.一种密闭型电池，经由隔板重叠正负极板而成的电极体与具有主面部的集电部件电连接，具有主体部的电极端子的该主体部插通所述集电部件，电极体及集电部件被密闭于外装体内，所述密闭型电池的特征在于，
电极端子在从集电部件的插通口露出的主体部的区域具有圆锥台部，该圆锥台部形成为底面与集电部件的主面部密接，
圆锥台部的底面和所述集电部件的主面部被铆接压接，且圆锥台部和集电部件在包含圆锥台部的底面周缘的区域被焊接。
2.根据权利要求1所述的密闭型电池，其特征在于，
所述主体部具有开口的前端部，所述圆锥台部通过该开口的前端部的周围在扩径作用下变形而成。
3.根据权利要求1或2所述的密闭型电池，其特征在于，
圆锥台部和集电部件在包含圆锥台部的底面周缘的区域由能量束点焊。
4.一种密闭型电池的制造方法，其特征在于，包括：
扩径步骤，其使具有主体部的端子部件的该主体部插通具有主面部的集电部件的主面部，将所插通的主体部局部地扩径而形成板状部，由此将集电部件和端子部件铆接压接；
成形步骤，其通过将板状部成形，使底面与所述主面部对置而形成圆锥台部；
焊接步骤，其在将圆锥台部的底面和集电部件的主面部相互铆接压接的状态下，在包含圆锥台部的周缘的区域焊接圆锥台部和集电部件。
5.根据权利要求4所述的密闭型电池的制造方法，其特征在于，
在成形步骤中，用压模使板状部的周缘变形，从而形成圆锥台部。
6.一种密闭型电池的制造方法，其特征在于，包括：
插通步骤，其使具有前端开口为研钵状的主体部的端子部件的该主体部插通具有主面部的集电部件；
扩径步骤，其通过将所插通的主体部局部地扩径，形成底面与所述主面部对置的圆锥台部，同时，铆接压接集电部件和端子部件；
焊接步骤，其在将圆锥台部的底面和集电部件的主面部相互铆接压接的状态下，在包含圆锥台部的底面周缘的区域焊接圆锥台部和集电部件。
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