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部空間，該內部空間包括惰性氣體。所述外包裝體具有與所述內部空間連通的開口。蓋子配置為封閉所述開口，以及密封所述內部空間。焊接部設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中，所述焊接部設置在高于所述內部空間的最上部的位置。
【專利說明】
密封電池及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及密封電池及其制備方法。【背景技術】
[0002]對于傳統密封電池，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的氣體，可能產生氣孔。氣孔是氣泡出現在焊接部中的現象。
【發明內容】
[0005]本發明提供了一種密封電池，其限制焊接部中氣泡的產生，以及該密封電池的制備方法。
[0006]根據本發明的密封電池包括:外包裝體，其具有內部空間，該內部空間包括惰性氣體，所述外包裝體具有與所述內部空間連通的開口；蓋子，其配置為封閉所述開口，以及密封所述內部空間；和焊接部，其設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中，所述焊接部設置在高于所述內部空間的最上部的位置。
[0007]根據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部空間的最上部，從而能夠防止外包裝體內的氣體陷入所述焊接部內的現象。從而，能夠限制焊接部中氣孔的產生。
[0008]所述蓋子可設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部空間突出的突出部。
[0009]根據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部空間的最上部。
[0010]所述焊接部的最低部可以設置在高于所述內部空間的所述最高部的位置。根據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的氣體陷入所述焊接部的現象。
[0011]所述外包裝體可以具有頂面，和所述蓋子設置在低于所述頂面的位置。
[0012]根據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生。
[0013]根據本發明的密封電池的制備方法，包括:通過開口，將電解質注入外包裝體內， 并提供惰性氣體至所述外包裝體內；在將所述惰性氣體提供至所述外包裝體內之后，通過用蓋子覆蓋所述開口，形成所述外包裝體內的密封的內部空間，以及在所述開口從所述內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，所述接觸面設置在高于所述內部空間的最上部的位置。 [〇〇14]根據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部空間的最上部內，從而防止所述外包裝體內的氣體陷入所述焊接部的現象。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生。【附圖說明】
[0015]參考附圖，下面將描述本發明典型實施方式的特征、優點和技術和工業意義，其中相同的數字代表相同的元件，其中:圖1展示了本發明實施例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]現在參考圖1和2,本實施例的密封電池10用于通過串聯組合多個密封電池10而得到的電池組，并設置在混合動力車輛中。電池組為用于混合動力車輛、以及內燃機(例如汽油發動機或柴油發動機)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成。外包裝體11具有外殼形狀，電池組成部分和電解質保存在內部空間16內，其形成于外包裝體11內。
[0020]外包裝體11通過將殼體12與蓋子21彼此結合而構成。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]將預定量的惰性氣體封閉在外包裝體11的內部空間16內。惰性氣體的比重小于內部空間16內的主要氣體成分(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。注入孔24形成為從外包裝體11的外部與內部空間 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，將電解質從外包裝體11的外部注入內部空間16。[〇〇24]在圖2中，外包裝體11所示的狀態為，注入孔24從內部空間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 設置在注入孔24的外周上，臺階部26設置在臺階部27的外周上。臺階部26設置在從頂面21a 向內部空間16凹入的位置，臺階部27設置在從臺階部26向內部空間16進一步凹入的位置。 注入孔24的開口表面由臺階部27的內周邊緣界定。臺階部26設置為環形方式。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設置為密封注入孔 24。內部空間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，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設置在密封塞31的中心部分，具有圓形平面視圖。突出部33設置為從外包裝體11的外部向內部空間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設置為鄰近以下描述的焊接部41。突出部33設置在以環形方式設置的焊接部41內。平坦部34設置在突出部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。在如圖2所示的，在注入孔24從內部空間 16朝向外包裝體11的外部沿豎直向上的方向打開的狀態中，惰性氣體保存部28放置于內部空間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設置在具有圓形平面圖的密封塞31的外周。焊接部41以環形方式設置在平坦部34外周邊緣。焊接部41 設置有在密封塞31的方向，從頂面21a和頂面31a開始的預定深度。
[0032]焊接部41設置在高于內部空間16的最高部的位置。焊接部41設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的最低部設置在高于內部空間16的最高部的位置。內部空間16的最高部連接至焊接部41的最低部。[〇〇33]注意到，在本發明中，整個焊接部41可以不設置在高于內部空間16的最高部的位置。例如，即使本發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]現在參考圖1-3，電池組成部分(未不出)被容納在殼體12內。蓋子21設置為封閉殼體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,將電解質注入外包裝體11內，并將惰性氣體提供至內部空間16。[〇〇36]現在參考圖3,密封塞31設置為封閉注入孔24,從而密封內部空間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)的內周表面形成。[〇〇37]然后，在注入孔24從內部空間16朝向外部沿豎直方向上打開的狀態中(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,其設置在高于內部空間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設置為不從蓋子21的頂面21a突出，從而可以平緩地向焊接區域提供保護氣體。
[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對應的圖。現在參考圖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具有從內部空間16向外包裝體11的外部突出的形狀，且作為內部空間16的最上部的惰性氣體保存部53形成于其中。通過具有這種結構，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)設置在低于內部空間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域，以限制在焊接部41 產生氣孔。但是，保護氣體不能吹入外包裝體11的內部空間16。鑒于此，外包裝體11內的空氣被加熱膨脹，并不能從外包裝體11逃出，從而導致容易產生氣孔。
[0044]作為限制氣孔的產生的一種方式，具有這樣一種方法，其中在外包裝體11內提供惰性氣體。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，該惰性氣體保存部53放置于外包裝體11的內部空間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免受外包裝體11內的空氣的影響。
[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設置在高于內部空間16的最高部。通過具有這種結構，惰性氣體保存在位于內部空間16的最高部處的惰性氣體保存部28內，從而使得能夠利用惰性氣體覆蓋焊接區域，如箭頭103所示。結果，能夠防止外包裝體11內的空氣免于陷入焊接區域，并能夠限制在焊接部41產生氣孔。[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的外部向內部空間16突出。通過這種結構，惰性氣體容易保存在惰性氣體保存部28內，從而使得能夠進一步有效限制氣孔的產生。
[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]現在參考圖7和8,在根據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如上所示本發明的實施例1的密封電池10的結構及其制備方法。根據本實施例的密封電池10包括:外包裝體11，其具有內部空間16，該內部空間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,以及密封所述內部空間16;和焊接部41，其設置在所述外包裝體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以從所述內部空間16朝向其外部的豎直向上的方向打開的狀態中，所述焊接部41設置在高于所述內部空間16的最上部的位置。[〇〇52]進一步地，根據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,將電解質注入外包裝體11內，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 11的密封的內部空間16的步驟，以及在所述注入孔24從所述內部空間16朝向其外部沿豎直向上的方向打開的狀態中，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設置在高于所述內部空間16的最上部的位置。
[0053]根據如此配置的本發明的實施例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內的空氣陷入焊接區域，從而使得能夠限制焊接部 41中的氣孔的產生。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，根據本實施例的密封電池10不僅可以設置在混合動力車輛中，還可以設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。即使具有這種結構，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內的空氣陷入焊接區域。[〇〇58]現在參考圖10,在該結構中，類似于圖2中所示的臺階部的臺階部26間歇性地設置在圓周方向(圖10中展示了一部分，其中臺階部26為斷續地)。如果臺階部26設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。在這種結構中，在沒有設置臺階部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]根據如此配置的本發明的實施例2的密封電池及其制備方法，也能夠產生如實施例1所示的效果。
[0060]應該考慮的是，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。本發明的范圍通過權利要求，而非通過說明書示出，且旨在包括意義和范圍等效于權利要求范圍內所作的所有修改。
[0061]本發明應用于密封電池，例如鋰離子二次電池。
【主權項】
1.密封電池，包括:外包裝體，其具有內部空間，該內部空間包括惰性氣體，所述外包裝體具有與所述內部 空間連通的開口；蓋子，其配置為封閉所述開口，以及密封所述內部空間；和焊接部，其設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中，所述焊接部設置在高于所述內部空間的最上部的位置。2.根據權利要求1所述的密封電池，其中，所述蓋子設置在一位置處，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部空間突出的突出部。3.根據權利要求1或2所述的密封電池，其中，所述焊接部的最低部設置在高于所述內部空間的所述最高部的位置。4.根據權利要求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，將電解質注入外包裝體內，并將惰性氣體提供至所述外包裝體內；在將所述惰性氣體提供至所述外包裝體內之后，通過用蓋子覆蓋所述開口，形成所述 外包裝體內的密封的內部空間，以及在所述開口從所述內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 中，通過焊接連接所述外包裝體與所述蓋子之間的接觸面，所述接觸面設置在高于所述內 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
【發明人】高須純太, 鈴木哲
【申請人】豐田自動車株式會社