CN105723542B - 方形电池 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题在于获得一种能够确保预先设定焊接电池罐与电池盖之间的焊接部的焊接强度的方形电池。本发明的方形电池(1)具备被四个侧壁部包围的电池罐亦即侧壁部的高度方向一侧的上端部开口且在高度方向另一侧的下端部具有底面部的电池罐(100)以及焊接于电池罐的上端部并密封电池罐的电池盖(200),上述方形电池的特征在于,具有如下结构:在电池罐与电池盖之间形成有与侧壁部的高度方向交叉的横向的横界面(Fx)以及与横界面交叉并沿着侧壁部的高度方向的纵向的纵界面(Fy),通过向沿着侧壁部的高度方向的纵向照射的激光(EB)焊接横界面的至少一部分与纵界面的至少一部分。
Description
技术领域
本发明涉及具备形成有开口部的立方体形状的电池罐、密封电池罐的开口部的电池盖、以及配置于由电池罐与电池盖划分的空间内并具有正负极板的扁平绕组的方形电池及其制造方法。
背景技术
在车载用锂离子电池中,使用圆柱形、方形的封闭型电池。迄今为止多使用圆柱形电池,但从作为车载用实现安装密度的提高的观点来看,近年来,趋向于使用方形电池。方形的电池以及将方形的电池多个组合的组电池要求小型化、轻型化,从而与此相伴热烈地研究了电池罐的板厚的薄尺化。
在方形电池中,多使用具有通过深拉深冲压法等使开口部的深度尺寸比短边尺寸大的立方体形状的金属制造的电池罐。在该立方体形状的电池罐内经由绝缘片而收纳有扁平绕组。
扁平绕组将具有集电箔的正极板和负极板重叠卷绕或者多片交替地层叠而成,在两端部分开配置有正极活性物质混合剂的未涂布部与负极活性物质混合剂的未涂布部。在未涂布部分别通过超声波法等接合有极板。电池罐的开口部被金属制造的电池盖密封。在电池盖经由用于与电池盖进行电绝缘并且保持电池内部的气密的垫圈而固定有用于与外部负载连接的正极端子以及负极端子。电池盖通过激光束焊接法等焊接于电池罐,从而密封电池罐的开口部。
在专利文献1的方形电池中,通过激光将电池罐和电池盖平角焊而构成电池容器。即,在电池盖设置有嵌入电池罐的开口部的嵌入部以及与电池罐的开口部的上端面抵接的凸缘部,电池盖在嵌入部嵌入开口部的状态下,在宽幅侧面侧以及窄幅侧面侧双方,将上述凸缘部平角焊并固定于电池罐的开口部的上端面。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2011-181215号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1的构造的情况下,通过激光将电池罐和电池盖平角焊而构成电池容器。即,在电池罐的板厚的范围内进行平角焊,因此随着电池容器的板厚薄尺化,可焊接范围变窄。另外,在因部件精度的偏差而在电池罐的板厚的范围外与电池盖进行焊接的情况下,熔深的范围变窄。因此,存在预先决定的焊接强度的确保变得困难的担忧。
本发明鉴于上述的点而完成,其目的在于提供一种将电池罐与电池盖之间焊接的焊接部能够确保预先设定的焊接强度的方形电池。
用于解决课题的方法
解决上述课题的本发明的方形电池为一种方形电池,其具备:被四个侧壁部包围的电池罐亦即该侧壁部的高度方向一方侧的上端部开口且在高度方向另一方侧的下端部具有底面部的电池罐;以及焊接于所述电池罐的上端部而密封所述电池罐的电池盖,上述方形电池的特征在于,具有如下结构:在所述电池罐和所述电池盖之间形成有与所述侧壁部的高度方向交叉的横向的横界面以及与该横界面交叉并沿着所述侧壁部的高度方向的纵向的纵界面,通过向沿着所述侧壁部的高度方向的纵向照射的激光来焊接所述横界面的至少一部分与所述纵界面的至少一部分。
发明的效果
根据本发明,能够容易地确保预先设定的焊接强度。此外,上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明变得清楚。
附图说明
图1是方形电池的外观立体图。
图2是图1所示的方形电池的分解立体图。
图3是表示将扁平绕组的一部分展开的状态的立体图。
图4A是表示第一实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,且是表示焊接前的剖面的图。
图4B是表示第一实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,且是表示焊接后的剖面的图。
图5A是表示在图4A、图4B所示的电池罐的开口部与电池盖的嵌合部之间存在间隙的情况下的剖视图,且是表示焊接前的剖面的图。
图5B是表示在图4A、图4B所示的电池罐的开口部与电池盖的嵌合部之间存在间隙的情况下的剖视图,且是表示焊接后的剖面的图。
图6A是表示第二实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,且是表示焊接前的剖面的图。
图6B是表示第二实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,且是表示焊接后的剖面的图。
图7A是表示第三实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,且是表示焊接前的剖面的图。
图7B是表示第三实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,且是表示焊接后的剖面的图。
图8A是表示第四实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,且是表示焊接前的剖面的图。
图8B是表示第四实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,且是表示焊接后的剖面的图。
图9A是表示第五实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,且是表示焊接前的剖面的图。
图9B是表示第五实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,且是表示焊接后的剖面的图。
图10A是表示第六实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,且是表示焊接前的剖面的图。
图10B是表示第六实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,且是表示焊接后的剖面的图。
图11A是表示第七实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,且是表示焊接前的剖面的图。
图11B是表示第七实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,且是焊接后的剖面的图。
图12A是表示第八实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,且是表示焊接前的剖面的图。
图12B是表示第八实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,且是表示焊接后的剖面的图。
图13是表示第一实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的其他的构造例的俯视图。
图14是图13的A-A线剖视图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的方形电池的各实施方式详细地进行说明。
[第一实施方式]
图1是作为本发明的方形电池的一实施方式的方形电池的外观立体图,图2是图1所示的方形电池的分解立体图。
方形电池1例如是作为组合有多个方形电池1的组电池搭载于电动汽车(EV)、混合动力汽车等的高容量的锂离子二次电池,具有在扁平方形的电池容器内以封闭的状态收容扁平绕组与非水电解液的结构。
如图1所示,方形电池1具备由电池罐100与电池盖200构成的方形的电池容器。电池罐100以及电池盖200的材质例如是铝或者铝合金等铝系金属。电池罐100形成为具有一对宽幅侧壁部100a、一对窄幅侧壁部100b以及底面部100c且上表面开口的矩形箱状。即,如图2所示,电池罐100具有如下形状,被四个侧壁部包围,侧壁部的高度方向一侧的上端部凭借开口部100d开口,在高度方向另一侧的下端部具有底面部100c的形状。
此外,在本实施方式中,为了便于说明,将底面部100c与开口部100d之间的方向设为上下的高度方向,将底面部100c侧设为下侧,将开口部100d侧设为上侧,将与高度方向交叉的方向设为左右的横向,但这些是用于说明方形电池1的结构的简易的附加方向,不意味着铅垂方向或者水平方向。
电池罐100的一对宽幅侧壁部100a从长方形的底面部100c的一对长边朝向上方延伸突出,一对窄幅侧壁部100b从底面部100c的一对短边朝向上方延伸突出。这些一对宽幅侧壁部100a与一对窄幅侧壁部100b经由具有预定的曲面形状的倒角而相互连续,具有固定的闭合剖面形状并上下延伸。电池罐100的一对宽幅侧壁部100a与一对窄幅侧壁部100b具有大致固定的板厚,从底面部100c延伸突出至相互相同的高度位置。电池罐100的开口部100d以具有沿着与宽幅侧壁部100a以及窄幅侧壁部100b正交的方向延展的俯视大致矩形状的方式朝向电池罐100的上方开口。
电池盖200由具有关闭电池罐100的开口部100d的大小的长方形的平板部件构成。电池盖200在电池盖200与电池罐100的上端部抵接的状态下被激光焊接于电池罐100,从而密封电池罐100的开口部100d。
在电池盖200配设有正极端子6以及负极端子7。正极端子6与负极端子7设置于相互沿电池盖200的长边方向分离的位置。正极端子6与负极端子7具有沿着电池盖200的上表面平行地延展的上表面,该上表面构成能够供母线焊接的母线焊接面。
在电池盖200设置有气体排出阀202。气体排出阀202例如通过冲压加工使电池盖200局部地薄壁化而成。在气体排出阀202上以在开裂时形成有较大的开口的方式形成有开裂槽。对于气体排出阀202而言,方形电池因过充电等异常而发热在内部产生气体,当电池容器内的压力上升到达预定压力时开裂,从内部排出气体,从而减少电池容器内的压力。
如图2所示,在电池罐100收容有扁平绕组10。
扁平绕组10在被由三个部件构成的绝缘壳体41、42覆盖的状态下收容于电池罐100内。绝缘壳体41、42的材质是聚丙烯等具有绝缘性的树脂。由此,电池罐100与扁平绕组10电绝缘。
扁平绕组10的正极电极62(参照图3)经由正极集电体64而电连接于正极端子6,扁平绕组10的负极电极72经由负极集电体74而电连接于负极端子7。由此,从扁平绕组10经由正极端子6以及负极端子7向外部负载供给电力,或者,经由正极端子6以及负极端子7将外部发电电力供给至扁平绕组10而来进行充电。
电池盖组装体2构成为包括电池盖200、安装于设置于电池盖200的一对贯通孔201的每一个的正极端子6以及负极端子7、正极集电体64、负极集电体74、一对垫圈5、以及分别位于电池盖200的上下表面的一对绝缘部件8。
电池盖组装体2通过对正极端子6以及负极端子7的每一个进行铆接工序,来对垫圈5进行压缩,从而划分并固定电池容器的内面侧与外面侧。此处,正极端子6以及正极集电体64的材质是铝或者铝合金。负极端子7以及负极集电体74的材质是铜或者铜合金。绝缘部件8以及垫圈5的材质是聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫醚、全氟烷氧基树脂等具有绝缘性的树脂。
在电池盖200设置有注液孔203。方形电池1在电池罐100内收容扁平绕组10,通过电池盖200关闭电池罐100的开口部100d,在将电池盖200焊接接合于电池罐100后,从注液孔203向电池罐100内注入电解液。作为电解液,例如能够使用在碳酸乙烯酯等碳酸酯系的有机溶剂溶解六氟磷酸锂(LiPF6)等锂盐的非水电解液。注液孔203在向电池罐100内注入电解液后,被密封栓3密封。密封栓3焊接于电池盖200而密封注液孔203。
注液孔203沿电池盖200的厚度方向贯通形成,在该电池盖200的上表面侧沿着注液孔203的外周在同心圆上凹设有圆环状的环状凹部。环状凹部在构成电池容器的一侧面的电池盖200的上表面(电池容器的外部)侧,朝向电池容器的内侧凹陷的设置,例如通过锪孔加工而形成。密封栓3呈圆盘形状,在注液工序后,嵌入注液孔203并通过激光焊接气密密封。密封栓3例如由铝、铝合金等铝系金属形成。
参照图3,对扁平绕组10进行说明。图3是表示将图2所示的扁平绕组10的卷绕终端部侧展开的状态的立体图。
如图3所示,作为蓄电元件的扁平绕组10通过在长条状的正极电极62以及负极电极72之间夹持隔离物80并呈扁平形状卷绕于卷绕轴W的周围而做成层叠构造。即,扁平绕组10是在两端形成有剖面呈半圆弧形状的弯曲面部且两弯曲面部之间形成大致平坦的平坦面部的扁平形状的卷绕电极组。
正极电极62具有正极箔61与将在正极活性物质调配粘接材料(粘接剂)的正极活性物质混合剂涂布于正极箔61的两面而形成的正极活性物质混合剂层63。负极电极72具有负极箔71与将在负极活性物质调配粘接材料(粘接剂)的负极活性物质混合剂涂布于负极箔71的两面而形成的负极活性物质混合剂层73。在正极活性物质与负极活性物质之间进行充放电。
正极箔61是厚度20~30μm左右的铝合金箔,负极箔71是厚度15~20μm左右的铜合金箔。隔离物80的材料是多孔质的聚乙烯树脂。正极活性物质是锰酸锂等含锂的过渡金属复合氧化物,负极活性物质是能够可逆地吸收、释放锂离子的石墨等碳材料。
扁平绕组10的宽度方向(与卷绕方向正交的卷绕轴W方向)的两端部的一方成为层叠有未形成正极活性物质混合剂层63的未涂布部(正极箔61的露出部)的部分。另外,另一方成为层叠有未形成负极活性物质混合剂层73的未涂布部(负极箔71的露出部)的部分。正极侧未涂布部的层叠体以及负极侧未涂布部的层叠体分别向扁平绕组10的厚度方向(图3的箭头D方向)被预先压溃,从而分别在电池盖组装体2的正极集电体64与正极集电保护箔65之间以及负极集电体74与负极集电保护箔75之间(参照图2)通过超声波接合而被连接。
图4A、图4B是表示本实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,图4A是表示焊接前的剖面的图,图4B是表示焊接后的剖面的图。
电池罐100具有在电池罐100的上端部与侧壁部的高度方向交叉的横向的上端面121、在电池罐100的内侧与外侧沿着侧壁部的高度方向的纵向的内壁面111以及外壁面131。
电池盖200具有沿着外周部设置的凸缘部220与在除了外周部之外的内侧部分形成的下凸部210。下凸部210具有比凸缘部220更向电池罐100侧突出并嵌入电池罐100的开口部100d的大小。电池盖200形成为凸缘部220的厚度比下凸部210的厚度薄,从而在凸缘部220与下凸部210之间形成有盖阶梯面211。盖阶梯面211具有作为凸缘部220的厚度与下凸部210的厚度的差量的高度。
电池盖200载置于电池罐100上,由此下凸部210嵌入电池罐100的开口部100d。而且,凸缘部220的下表面(第一对置面)221与电池罐100的上端面121相接,并且电池盖200的盖阶梯面(第二对置面)211对置地配置在电池罐100的内壁面111。
因此,在电池罐100的上端面121与电池盖200的凸缘部220的下表面221之间形成与电池罐100的侧壁部的高度方向垂直的横向的横界面Fx,在电池罐100的内壁面111与电池盖200的盖阶梯面211之间形成与横界面Fx正交并沿着电池罐100的侧壁部的高度方向的纵向的纵界面Fy。即,电池盖200具有与电池罐100的上端面对置地形成横界面Fx的第一对置面(下表面221)以及与第一对置面正交并与电池罐100的内壁面对置地形成纵界面Fy的第二对置面(盖阶梯面211)。就横界面Fx与纵界面Fy而言,相互正交且在角部K1交叉的剖面成为L字状,并沿着电池盖200的外周遍布整周地连续形成。此外,横界面Fx可以不与侧壁部的高度方向完全垂直,另外,横界面Fx与纵界面Fy也可以不完全正交。
电池盖200通过激光EB焊接于电池罐100,从而对开口部100d进行封闭密封。如图4A所示,激光EB从电池盖200的上方向沿着电池罐100的侧壁部的高度方向的纵向照射,从而对横界面Fx的至少一部分与纵界面Fy的至少一部分进行焊接。
激光EB从电池盖200的上方朝向比外周端面222靠内侧预定距离的位置亦即角部K1的正上方位置照射。而且,将沿着激光EB的照射方向的深度方向以及与照射方向交叉的宽度方向双方向同时地熔融,形成将电池盖200与电池罐100之间焊接的焊接部301。激光EB以电池罐100的外壁面131为基准进行照射。
焊接部301设置为包括横界面Fx与纵界面Fy正交的角部K1,从而对电池罐100与电池盖200之间进行气密密封。焊接部301形成为从电池盖200的上表面熔融至比凸缘部220的厚度更深的位置,以焊接宽度w1将横界面Fx接合,以焊接高度w2将第二边界面部F2接合。即,横界面Fx从横界面Fx与纵界面Fy交叉的角部K1以预先设定的焊接宽度部分w1进行局部地焊接,纵界面Fy从角部K1以预先设定的焊接深度部分w2进行局部地焊接。焊接部301沿着纵界面Fy遍布整周地连续设置。
根据上述的方形电池1,在横界面Fx与纵界面Fy双方分别进行焊接,因此与仅焊接横界面Fx与纵界面Fy的任意一方的情况相比,能够抵抗沿高度方向作用的力与沿横向作用的力双方,从而能够获得较高的焊接强度。
特别地,就方形电池1而言,因内压的上升等而向电池容器膨胀的方向变形,从而作用有将电池盖200的凸缘部220从电池罐100的上端面121剥下的方向的力,即剥离横界面Fx的拉伸方向的力,但通过焊接部301,除了横界面Fx之外,沿与横界面Fx正交的方向延伸的纵界面Fy也被焊接。因此,在电池盖200的盖阶梯面211与电池罐100的内壁面111之间作用剪断方向的力,从而能够抵抗剥离电池盖200的方向的力,进而能够获得较高的焊接强度。因此,能够获得稳定的焊接强度,从而能够获得抑制焊接强度的偏差的效果。
图5A、图5B是表示在图4A、图4B所示的电池罐的开口部与电池盖的嵌合部之间存在间隙的情况下的剖视图,图5A是表示焊接前的剖面的图,图5B是表示焊接后的剖面的图。
在方形电池1的各结构部件通常存在尺寸公差,特别是在组装量产制品的情况下,如图5A所示,往往在电池罐100的内壁面111与电池盖200的盖阶梯面211之间局部地产生间隙G。即便在上述的情况下,也从电池盖200的上方朝向角部K1照射激光EB,由此能够形成焊接部301。
焊接部301设置于横界面Fx与纵界面Fy正交的角部K1,从而对电池罐100与电池盖200之间进行气密密封。如图5B所示,焊接部301即使在产生了间隙G的情况下,也能够以焊接宽度w1将横界面Fx接合,以焊接高度w2将第二边界面部F2接合。
因此,与仅焊接横界面Fx与纵界面Fy的任意一方的情况相比,能够抵抗沿高度方向作用的力与沿横向作用的力双方,从而能够获得较高的焊接强度。因此,不被在电池罐100与电池盖200之间产生的间隙G左右,能够获得稳定的焊接强度,从而能够获得抑制焊接强度的偏差的效果。
就方形电池1而言,从电池罐100的上方照射激光EB,使焊接部301沿电池盖200的厚度方向贯通并熔融至电池罐100,从而将横界面Fx与纵界面Fy双方分别接合。电池罐100是薄板的冲压成形品,因此电池罐110的上端部的刚性较低,开口部100d的尺寸形状容易产生偏差。
因此,若欲从电池罐100的侧方照射激光来将电池罐100和电池盖200之间焊接,则激光的焦距容易偏移,从而需要用于调整焦距的高度的控制,进而存在难以制造的问题。另外,在从电池罐100的侧方照射激光来焊接电池罐100和电池盖200之间的情况下,存在焊接部比电池罐100的外壁面131更向侧方突出的担忧,从而担心在使多个并排而形成组电池时,焊接部干涉而对排列性造成影响。
对此,本实施方式的方形电池1从电池盖200的上方照射激光EB,因此焦距难以偏移,从而能够简单地进行焊接,进而能够获得固定的焊接品质,具有容易制造的效果。另外,能够防止焊接部301比电池罐100的外壁面131向侧方突出,从而在形成组电池的情况下组装性良好。
方形电池1以电池罐100的外壁面131为基准照射激光EB而被焊接。激光EB以在距电池罐100的外壁面131为电池罐100的板厚量的位置遍布电池盖200的外周整周地连续移动的方式进行照射。
如图5A、图5B所示,电池盖200存在因尺寸公差而向横向错位的担忧,因此若假设以电池盖200的外周端面222为基准照射激光EB,则无法凭借尺寸公差正确地捕捉角部K1,而存在产生无法同时地焊接横界面Fx与纵界面Fy双方的情况的隐患。
对此,本实施方式的方形电池1以电池罐100的外壁面131为基准照射激光EB,因此能够将激光EB的照射宽度设定为考虑了尺寸公差的宽度,由此能够正确地捕捉角部K1,从而同时地焊接横界面Fx与纵界面Fy双方。
方形电池1的纵界面Fy的焊接部301的焊接高度w2比电池盖200的盖阶梯面211短,在焊接部301的下方形成有电池罐100的内壁面111与电池盖200的盖阶梯面211对置的部分。因此,能够通过该对置部分捕捉在照射激光EB时产生的溅射,从而能够防止溅射侵入电池容器的内部。
图13是表示第一实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的其他的构造例的俯视图,图14是图13的A-A线剖视图。
在上述的说明中,对焊接部301沿着纵界面Fy遍布整周地连续设置的情况进行了说明,但电池罐100的宽幅侧壁部100a与窄幅侧壁部100b之间的角部的电池罐100的刚性较高,且膨胀变形量较少,因此也可以不沿着纵界面Fy设置焊接部301,例如,在电池罐100的角部,也可以通过焊接部307仅焊接横界面Fx。根据上述的结构,不需要沿着角部的R形状照射激光EB,能够将轨迹仅形成矩形状,从而能够使照射激光EB的照射位置的控制简化。
[第二实施方式]
接下来,使用图6A、图6B对本发明的方形电池的第二实施方式进行说明。图6A、图6B是表示第二实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,图6A是表示焊接前的剖面的图,图6B是表示焊接后的剖面的图。此外,对与第一实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记,从而省略其详细的说明。
在本实施方式中,特征之处在于在电池盖200的上表面设置上凸部230。上凸部230在对电池盖200进行冲压成形时一体成形。上凸部230在比凸缘部220靠电池盖200的厚度方向且朝向从电池罐100分离的一侧突出,在与凸缘部220之间具有台阶面231。
台阶面231配置于比下凸部210和凸缘部220之间的盖阶梯面211靠电池盖200的内侧,即比盖阶梯面211靠从外周端面222分离的一侧。因此,能够使照射电池盖200的激光EB的部分的厚度变薄,从而缩小激光EB的输出,能够实现节能化。
电池盖200在其上表面设置上凸部230,由此能够相应地降低下凸部210的突出高度。因此,在关闭电池罐100的开口部100d的情况下,能够更大地确保电池容器的内部容积,从而能够与容积增大的部分相应地增大扁平绕组10的大小而实现电池的高容量化。另外,降低下凸部210的突出高度,从而能够防止电池盖200的刚性降低,进而能够实现电池盖200的强度提高。
[第三实施方式]
接下来,使用图7A、图7B对本发明的方形电池的第三实施方式进行说明。图7A、图7B是表示第三实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,图7A是表示焊接前的剖面的图,图7B是表示焊接后的剖面的图。此外,对与上述的各实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记,从而省略其详细的说明。
在本实施方式中,特征之处在于在凸缘部220的外周端部设置凭借激光EB的照射而熔融并成为焊接部的突起部240。突起部240在对电池盖200进行冲压成形时一体成形。突起部240从凸缘部220朝向作为与上凸部230相同的方向的上方突出,沿着电池盖200外周遍布整周地连续设置。而且,在本实施方式中,突出至与上凸部230相同的高度,从而具有比电池罐100的板厚小的横向宽度。
突起部240配置于照射有凸缘部220的激光EB的位置的侧方,凭借激光EB的照射而熔融。激光EB从电池盖200的上方朝向作为横界面Fx与纵界面Fy的交点的角部K1被照射,从而在沿着激光EB的照射方向的深度方向以及与照射方向交叉的宽度方向双方向同时熔融,进而形成焊接电池盖200与电池罐100之间的焊接部302。
突起部240因激光EB而被熔融并用为焊接部302的焊接补充金属。如图7B所示,焊接部302的体积增大突起部240熔融的量,从而冷却速度变慢,进而能够缓和在焊接后的凝固收缩时作用的应力。因此,能够有效地防止焊接部302的破裂等,从而能够获得较高的焊接品质。
[第四实施方式]
接下来,使用图8A、图8B对本发明的方形电池的第四实施方式进行说明。图8A、图8B是表示第四实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,图8A是表示焊接前的剖面的图,图8B是表示焊接后的剖面的图。此外,对与上述的各实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记,从而省略其详细的说明。
在本实施方式中,特征之处在于,在电池盖200的下凸部210设置加强筋部250。
加强筋部250在对电池盖200进行冲压成形时成形为一体。加强筋部250以从下凸部210朝向下方突出而与电池罐100的内壁面111对置的方式沿着下凸部210的外周端部遍布整周地设置。下凸部210与凸缘部220之间的盖阶梯面211通过加强筋部250延伸突出至比下凸部210靠下方,将纵界面Fy向下方延长而使其距离更长,从而能够遍布更宽的面积地与电池罐100的内壁面111对置。
因此,能够使焊接高度w2延长,使针对作用于纵界面Fy的剪断方向的力的阻力更大。另外,增长比焊接部301靠下方的纵界面Fy的距离,而在电池罐100的内壁面111与电池盖200的盖阶梯面211之间捕捉焊接部301的焊接时的焊接金属(溅射),从而防止侵入电池容器的内部,进而能够进行更高品质的电池的组装。
[第五实施方式]
接下来,使用图9A、图9B对本发明的方形电池的第五实施方式进行说明。图9A、图9B是表示第五实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,图9A是表示焊接前的剖面的图,图9B是表示焊接后的剖面的图。此外,对与上述的各实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记,从而省略其详细的说明。
在本实施方式中,特征之处在于,做成如下构造,在电池罐100的上端部形成阶梯差,向该阶梯差嵌入电池盖200,将形成于电池罐100和电池盖200之间的两个边界面激光焊接。
电池罐100在电池罐100的上端部具有上层端面122、下层端面123、罐阶梯面124。上层端面122与下层端面123沿与电池罐100的侧壁部的高度方向正交(交叉)的横向方向形成。上层端面122设置于电池罐100的上端部的外壁面131侧,下层端面123在比上层端面122靠电池罐100的下端部侧设置于电池罐100的内壁面111侧。罐阶梯面124夹设于上层端面122与下层端面123之间并在沿着电池罐100的侧壁部的高度方向的纵向上形成。上层端面122与下层端面123在对电池罐100进行冲压成形时一体成形。上层端面122与下层端面123沿着电池罐100的上端部遍布整周地连续设置。
电池盖200载置在电池罐100上,由此关闭电池罐100的开口部100d,从而下表面241与电池罐100的下层端面123抵接,外周端面222与电池罐100的罐阶梯面124对置。因此,在电池罐100的下层端面123与电池盖200的下表面241之间形成有横界面Fx,在电池罐100的罐阶梯面124与电池盖200的外周端面222之间形成有纵界面Fy。即,电池盖200的下表面241与电池罐100的下层端面123对置并构成形成横界面Fx的第一对置面,电池盖200的外周端面222与第一对置面正交且与罐阶梯面124对置并构成形成纵界面Fy的第二对置面。横界面Fx与纵界面Fy相互正交且在角部K2交叉的剖面成为L字状,沿着电池盖200的外周遍布整周地连续形成。
电池盖200通过激光EB而焊接于电池罐100,从而对开口部100d进行封闭密封。如图9A所示,激光EB从电池盖200的上方向沿着电池罐100的侧壁部的高度方向的纵向照射,将横界面Fx的至少一部分与纵界面Fy的至少一部分焊接。
激光EB从电池盖200的上方沿着纵界面Fy朝向横界面Fx与纵界面Fy正交的角部K2照射。而且,使沿着激光EB的照射方向的深度方向以及与照射方向交叉的宽度方向双方向同时熔融,形成将电池盖200和电池罐100之间焊接的焊接部303。激光EB以电池罐100的外壁面131为基准进行照射。
焊接部303设置为包括横界面Fx与纵界面Fy正交的角部K1,从而对电池罐100和电池盖200之间进行气密密封。焊接部303从电池盖200的上表面熔融至比角部K2更深的位置而成,从而以焊接宽度w3将横界面Fx接合,遍布纵向整体地将纵界面Fy接合。
即,横界面Fx从角部K2以预先设定的焊接宽度部分w3局部地焊接,并纵界面Fy遍布纵向整体地被焊接。焊接部301沿着纵界面Fy遍布整周地连续设置。
根据上述的方形电池1,在横界面Fx与纵界面Fy双方分别被焊接,因此与仅焊接横界面Fx和纵界面Fy中任意一方的情况相比,能够抵抗沿高度方向作用的力和沿横向作用的力双方,从而能够获得较高的焊接强度。
特别地,方形电池1因内压的上升等而沿电池容器膨胀的方向变形,从而作用有将电池盖200的外周部从电池罐100的下层端面123剥下的方向的力,即作用有剥离横界面Fx的拉伸方向的力,但通过焊接部303,在横界面Fx之外,也焊接沿与横界面Fx正交的方向延伸的纵界面Fy。因此,能够在电池盖200和电池罐100之间作用剪断方向的力而抵抗将电池盖200剥离的方向的力,从而能够获得较高的焊接强度。
方形电池1的横界面Fx的焊接部301的焊接宽度w3比电池罐100的下层端面123短,在比焊接部303靠电池容器的内部侧,形成有电池罐100的下层端面123和电池盖200的下表面241对置的部分。因此,能够通过该对置部分捕捉在照射激光EB时产生的溅射,从而能够防止溅射侵入电池容器的内部。
[第六实施方式]
接下来,使用图10A、图10B对本发明的方形电池的第六实施方式进行说明。图10A、图10B是表示第六实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,图10A是表示焊接前的剖面的图,图10B是表示焊接后的剖面的图。此外,对与上述的各实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记,从而省略其详细的说明。
在本实施方式中,特征之处在于,电池罐100的罐阶梯面124和电池盖200的外周端面222中任意一方的纵向高度比另一方高,通过激光EB的照射使更高的一方局部地熔融而形成熔料。
电池罐100的罐阶梯面124的高度比电池盖200的厚度大,在电池盖200的上端部设置有配置于比电池盖200的上表面251靠上方的突起部132。突起部132在对电池罐100进行冲压成形时一体成形。突起部132沿着电池罐100的开口部100d的外缘遍布整周地设置。
电池盖200通过激光EB的照射而焊接于电池罐110,从而对开口部100d进行密封。激光EB从电池盖200的上方沿着纵界面Fy朝向角部K2照射,将沿着激光EB的照射方向的深度方向以及与照射方向交叉的宽度方向双方向同时熔融,而形成焊接电池盖200与电池罐100之间的焊接部304。
突起部132因激光EB而被熔融并用为焊接部304的焊接补充金属。如图10B所示,焊接部304的体积增大突起部132熔融的量,从而能够缓和在焊接后的凝固收缩时作用的应力。因此,能够有效地防止焊接部302的破裂等,从而能够进行高品质的焊接。
[第七实施方式]
接下来,使用图11A、图11B对本发明的方形电池的第七实施方式进行说明。图11A、图11B是表示第七实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,图11A是表示焊接前的剖面的图,图11B是表示焊接后的剖面的图。此外,对与上述的各实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记,从而省略其详细的说明。
在本实施方式中,特征之处在于,与上述的第六实施方式相同地,电池罐100的罐阶梯面124和电池盖200的外周端面222中任意一方的纵向的高度比另一方高,通过激光EB的照射使更高的一方局部地熔融而形成熔料。
电池罐100的罐阶梯面124的高度比电池盖200的厚度小。
电池盖200的厚度比电池罐100的罐阶梯面124的高度大,电池盖200的外周部的上端缘部252在比电池罐100的上层端面122靠上方的位置露出。
电池盖200通过激光EB的照射焊接于电池罐110,从而对开口部100d进行密封。激光EB从电池盖200的上方沿着纵界面Fy朝向角部K2照射,在沿着激光EB的照射方向的深度方向以及与照射方向交叉的宽度方向双方向同时熔融,而形成将电池盖200和电池罐100之间焊接的焊接部305。
电池盖200的外周部的上端缘部252因激光EB而被熔融并用为焊接部305的焊接补充金属。如图11B所示,焊接部305的体积增大上端缘部252熔融的量,从而能够缓和在焊接后的凝固收缩时作用的应力。因此,能够有效地防止焊接部302的破裂等,从而能够获得较高的焊接品质。
[第八实施方式]
接下来,使用图12A、图12B对本发明的方形电池的第八实施方式进行说明。图12A、图12B是表示第八实施方式的电池罐与电池盖的接合部分的构造例的剖视图,图12A是表示焊接前的剖面的图,图12B是表示焊接后的剖面的图。此外,对与上述的各实施方式相同的构成要素标注相同的附图标记,从而省略其详细的说明。
在本实施方式中,特征之处在于是如下结构,在电池罐100的上端部与电池盖200的外周端部分别设置阶梯差并相互组合,对形成于电池罐100和电池盖200之间的多个边界面分别进行激光焊接。
电池罐100具有在电池罐100的上端部与侧壁部的高度方向正交(交叉)的横向的上层端面122、在比上层端面122靠电池罐100的下端部侧形成于电池罐100的内部侧的横向的下层端面123、以及夹设于上层端面122和下层端面123之间并沿着侧壁部的高度方向的纵向的罐阶梯面124。
电池盖200具有与电池罐100的下层端面123对置并形成横界面Fx的凸缘部220的下表面(第一对置面)221、与凸缘部220的下表面221正交且与电池罐100的罐阶梯面124对置并形成第一纵界面Fy1的外周端面(第二对置面)222、以及与凸缘部220的下表面221正交且与电池罐100的内壁面111对置并形成第二纵界面Fy2的盖阶梯面(第三对置面)211。
电池盖200载置在电池罐100上,由此将电池罐100的开口部100d闭塞,从而如图12A所示,凸缘部220的下表面221与电池罐100的下层端面123抵接,外周端面222与电池罐100的罐阶梯面124对置。而且,电池盖200的盖阶梯面211与电池罐100的内壁面111对置。
因此,在电池罐100的罐阶梯面124和电池盖200的外周端面222之间形成有第一纵界面Fy1,在电池罐100的下层端面123和电池盖200的凸缘部220之间形成有横界面Fx,并且,在电池罐100的内壁面111和电池盖200的盖阶梯面211之间形成有第二纵界面Fy2。
第一纵界面Fy1与第二横界面Fx相互正交并在角部K3交叉,横界面Fx与第二纵界面Fy2相互正交并在角部K4交叉,边界面整体的剖面形状成为曲柄状,沿着电池盖200的外周遍布整周地连续形成。
电池盖200通过激光EB焊接于电池罐100,从而对开口部100d进行封闭密封。如图12A所示,激光EB从电池盖200的上方以包含纵界面Fy1、Fy2的宽度朝向角部K3、K4照射,将沿着激光EB的照射方向的深度方向以及与照射方向交叉的宽度方向双方向同时熔融,而形成焊接电池盖200和电池罐100之间的焊接部306。
焊接部306对电池罐100与电池盖200之间进行气密密封。焊接部306从电池盖200的上表面熔融至比角部K3、K4深的位置而成,从而将第一纵界面Fy1遍布高度方向地接合,将横界面Fx遍布横向地接合,以焊接高度w2接合第二纵界面Fy2。
根据上述的方形电池1,在三个边界面分别焊接,因此与仅焊接任一个边界面的情况相比,能够抵抗沿高度方向作用的力与沿横向作用的力双方,从而能够获得较高的焊接强度。
此外,本发明不限定于上述的各实施方式的内容,能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。例如,在第八实施方式中,以分别将三个边界面焊接的情况为例进行了说明,但也可以形成将纵界面Fy1、Fy2的任意一方与横界面Fx之间焊接的构造,能够获得较高的焊接强度。
此外,如第二实施方式~第四实施方式所示那样,在电池盖200的表面设置上凸部230的构造、作为熔料在电池盖200设置突起部240的构造、在电池盖200设置加强筋部250的构造在第五实施方式~第七实施方式所示的构造中也有效。
这些构造不仅仅只有上述所示的效果,也包括以下的效果。在激光焊接时从位于外侧的电池盖侧照射激光,从而防止熔融金属无意地向比电池罐的开口部靠外侧流出,因此能够提高完成品中的电池罐尺寸精度,从而在通过支架等拘束电池罐的使用方法的情况下,能够不在意焊接后的熔融金属部而以平面进行拘束。
本发明的方形电池具有将正极电极、负极电极以及隔离物卷绕为扁平形状而成的扁平绕组、收容扁平绕组并在一端部具有开口部且另一端部被关闭从而侧面由宽幅侧面与窄幅侧面形成的扁平立方体形状的电池罐以及接合于电池罐侧面的端面的接合部,具备通过焊接密封电池罐的开口部的电池盖,在电池盖的上表面具有焊接部,上述电池盖的接合部在厚度方向的剖面的与上述电池罐侧面的端面至少交叉的两个面接合,在接合部的上述交叉的两个面具有熔融部的方形电池的技术的思想的范围内考虑的其他的方式也包含于本发明的范围内。
以上,对本发明的实施方式进行了详述,但本发明不限定于上述的实施方式,能够在不脱离权利要求书所记载的本发明的精神的范围内,进行各种设计变更。例如,上述的实施方式为了容易明确本发明而详细地说明,未必限定于具备说明的全部的结构。另外,能够将某实施方式的结构的一部分置换成其他的实施方式的结构,另外,也能够对某实施方式的结构添加其他的实施方式的结构。并且,能够对各实施方式的结构的一部分追加、删除、置换其他的结构。
符号说明
1—方形电池,100—电池罐,111—内壁面,121—上端面,122—上层端面,123—下层端面,124—罐阶梯面,200—电池盖,210—下凸部,211—盖阶梯面(第二对置面、第三对置面),220—凸缘部,221—下表面(第一对置面),222—外周端面,230—上凸部,241—下表面,301-307—焊接部,Fx—横界面,Fy—纵界面,EB—激光。
Claims (3)
1.一种方形电池,其具备:被四个侧壁部包围的电池罐亦即该侧壁部的高度方向一方侧的上端部开口且在高度方向另一方侧的下端部具有底面部的电池罐;以及焊接于所述电池罐的上端部而密封所述电池罐的电池盖,上述方形电池的特征在于,
具有如下结构:在所述电池罐和所述电池盖之间形成有与所述侧壁部的高度方向交叉的横向的横界面以及与该横界面交叉并沿着所述侧壁部的高度方向的纵向的纵界面,通过向沿着所述侧壁部的高度方向的纵向照射的激光来焊接所述横界面的至少一部分与所述纵界面的至少一部分,所述横界面从该横界面与所述纵界面交叉的角部以预先设定的焊接宽度量局部地焊接,所述纵界面从所述角部以预先设定的焊接深度量局部地焊接,
所述电池罐具有:在该电池罐的上端部与所述侧壁部的高度方向交叉的横向的上端面;与该上端面交叉并在所述电池罐的内侧沿着所述侧壁部的高度方向的纵向的内壁面;以及在所述电池罐的外侧沿着所述侧壁部的高度方向的纵向的外壁面,所述上端面遍布所述内壁面和所述外壁面之间地形成,
所述电池盖具有与所述电池罐的上端面对置并形成所述横界面的第一对置面以及与该第一对置面交叉并与所述电池罐的内壁面对置并形成所述纵界面的第二对置面,
所述电池盖具有沿着该电池盖的外周部设置的凸缘部以及比该凸缘部向所述电池罐侧突出并嵌入所述电池罐的开口的下凸部,由与所述电池罐的上端面对置的所述凸缘部的下表面形成所述第一对置面,由夹设于所述凸缘部和所述下凸部之间并与所述电池罐的侧壁部对置的盖阶梯面形成所述第二对置面,
所述电池盖还具有比所述凸缘部向所述电池盖的厚度方向且从所述电池罐分离的一侧突出的上凸部。
2.根据权利要求1所述的方形电池,其特征在于,
所述电池盖具有从所述凸缘部向与所述上凸部相同的方向突出并利用所述激光而被熔融的突起部。
3.根据权利要求1所述的方形电池,其特征在于,
所述电池盖具有从所述下凸部突出并与所述电池罐的侧壁部对置的加强筋部。
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