CN110998896A - 制造能量储存装置的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于制造能量储存装置的方法。在该制造能量储存装置的方法中，盖板组件通过将盖板、外部端子和导电板部集成而被形成，所述盖板覆盖容纳板的壳体的开口，所述外部端子暴露于盖板外部，所述导电板部以重叠的方式设置在盖板内部。盖组件被设置在振动夹具和接收夹具之间，所述板的片被设置在所述导电板部和振动夹具之间，并且超声波焊接被施加到所述片和导电板部。

Description

制造能量储存装置的方法
技术领域
本发明涉及一种能量储存装置的制造方法。
背景技术
可充电且可放电的能量储存装置被用于各种设备中，所述设备例如是移动电话和汽车。使用电能作为动力源的车辆，例如电动汽车(EV)或插电式(plug-in)混合电动汽车(PHEV)，需要大量的能量。因此，包括多个能量储存装置的大容量能量储存模块被安装在这种车辆上。
能量储存装置包括：具有开口的壳体：多个正极板和多个负极板，容纳在壳体中的多个正极板和多个负极板，所述正极板和所述负极板在之间设置有分隔件并且被彼此堆叠；以及覆盖壳体的开口的盖板。片被分别形成在正极板和负极板上。对应于正极板和负极板的两个外部端子安装在盖板上。外部端子和片经由导电构件彼此连接(例如，参见专利文献1)。
现有技术文件
专利文件
专利文献1：JP-A-2016-91659
发明内容
本发明要解决的问题
为了降低能量储存装置的制造成本，期望提高能量储存装置的生产率。
本发明是鉴于这样的情况做出的，并且本发明的目的是提供一种用于制造能量储存装置的方法，该方法可以提高能量储存装置的生产率。
解决问题的手段
在根据本发明的制造能量储存装置的方法中，盖板组件通过将盖板、外部端子和导电板部集成而被形成，所述盖板覆盖容纳板的壳体的开口，所述外部端子暴露于盖板外部，所述导电板部以重叠的方式设置在盖板内部，将盖组件设置在振动夹具和接收夹具之间，将所述板的片设置在所述导电板部和振动夹具之间，并且将超声波焊接施加到所述片和导电板部。
发明的优点
传统上，设置在盖板内部的导电板部和板的片的超声波焊接被以将导电板部和片夹在振动夹具和接收夹具之间的方式执行。在本发明中，首先形成包括盖板、外部端子和导电板部的盖组件，所述盖组件被设置在振动夹具和接收夹具之间，并且在将片设置在盖组件的导电板部和振动夹具之间的状态下，所述片和导电板部通过超声波焊接彼此相互结合。并非总是需要在干燥室中形成盖组件。当在形成盖组件的阶段中发生制造缺陷时，由于片仍未被焊接，因此仅在制造过程中的盖组件可以被丢弃。即，没有必要丢弃整个板。因此，可以提高能量储存装置的生产率。
附图说明
图1是能量储存装置的示意性透视图。
图2是能量储存装置的示意性前视图。
图3是沿着图2中的线III-III截取的能量储存装置的示意性截面图。
图4是沿着图2中的线IV-IV截取的盖板(lid plate)和盖板附近的区域的局部放大截面图。
图5是示出盖板和盖板附近的区域的局部放大截面图，其用于说明能量储存装置的制造方法。
图6是示出盖板和盖板附近的区域的局部放大截面图，其用于说明能量储存装置的制造方法。
图7是示出盖板和盖板附近的区域的局部放大截面图，其用于说明能量储存装置的制造方法。
图8是示出盖板和盖板附近的区域的局部放大截面图，其用于说明能量储存装置的制造方法。
具体实施方式
在下文中，参考附图描述根据本发明的实施例的能量储存装置的制造方法。图1是能量储存装置的示意性透视图，图2是能量储存装置的示意性前视图。能量储存装置1也可以是锂离子二次电池(secondary battery)。
能量储存装置1包括壳体2，壳体2具有长方形平行六面体的(parallelepiped)形状并且在纵向方向上延伸。稍后描述的堆叠电极组件3被与电解质溶液(electrolytesolution)一起容纳在壳体2中。在该实施例中，壳体2由金属壳体形成。用于形成金属壳体的材料可以例如是铝、铝合金或不锈钢。壳体2具有：矩形的底壁7和矩形的顶壁8，它们彼此相对地设置并且具有大致相同的大小；矩形的后壁10，其将底壁7的短边和顶壁8的短边分别彼此连接，并且其面积小于底壁7和顶壁8的面积；以及两个矩形的侧壁11、11，它们将底壁7的长边和顶壁8的长边分别彼此连接，并且它们的面积大于底壁7和顶壁8的面积。开口2a(参见图3、图4)被形成在壳体2的前侧，并且盖板9覆盖开口2a。在该实施方式中，盖板9垂直于安装在能量储存装置1的安装表面(图中未示出)上的底壁7延伸，并且盖板9形成能量储存装置的侧表面的一部分。或者，也可以将盖板设置在顶壁8的与蓄电装置1的底壁7相对的一侧的位置处。
如图2所示，正极外部端子4通过外垫(gasket)19被安装在盖板9的外表面的一个端部，并且负极外部端子5通过外垫19被安装在盖板9的外表面的另一端部。正极外部端子4和负极外部端子5暴露出相应的平坦的外表面，并且诸如汇流条(bus bar)的导电构件(未在图中示出)被焊接到正极外部端子4和负极外部端子5。破裂阀(rupture valve)6在正极外部端子4与负极外部端子5之间被形成在盖板9上。
图3是沿着图2中的线III-III截取的能量储存装置1的示意性截面图。如图3所示，堆叠电极组件3包括多个正极板12、多个负极板13和多个分隔件14。当从穿过图3中的侧壁11、11的方向观察，正极板12、负极板13和分隔件14分别具有矩形的形状。所述多个正极板12和所述多个负极板13彼此交替地堆叠，其中分隔件14被夹在正极板12和负极板13之间。在图3中，从相应的负极板13延伸出负极片16(稍后描述)在这些负极片16的远端侧被捆扎，并且所述负极片16被连接到导电板部18a。为了增加能量储存装置1的能量密度(为了减小负极外部端子5与负极板13之间的电流路径所占据的空间)，负极片16被以弯曲的状态容纳在壳体2的内部。尽管未在图中示出，但是从正极板12延伸的正极片15(稍后描述)也具有与负极片16基本相同的构造。
正极板12具有：具有导电性的箔状或片状的正极基底；和层叠在正极基底(substrate)的两面上的正活性物质层(positive active material layer)。负极板13具有：具有导电性的箔状或片状的负极基底；和层叠在负极集电器(current collector)的两面上的负活性物质层。
分隔件14由片状或膜状的材料制成，所述材料允许电解质溶液渗透到分隔件14中。作为用于形成分隔件14的材料，例如，可以举出织造布(woven fabric)、非织造布或多孔且片状或膜状的树脂。分隔件14使正极板12和负极板13彼此分离，并且同时将电解质溶液保持在正极板12和负极板13之间。
图4是沿图2中的线IV-IV截取的盖板9和盖板9附近的区域的局部放大截面图。两个通孔9a、9b在盖板9中以在盖板9的纵向上彼此间隔开的方式形成。破裂阀6被设置在两个通孔9a、9b之间。或者，破裂阀6可以设置在与盖板9相对设置的后壁10(见图3)上。
如图4所示，在部中，具有电绝缘性的内垫20(第二绝缘构件)设置在盖板9的内位于通孔9a的附近的位置处。内垫20具有矩形板形状的垫主体，该垫主体的长边与盖板9的长度方向平行，并且垫主体沿盖板9的内表面延伸并与盖板9的内表面接触。在内垫20的垫主体中形成有通孔，并且在该垫主体上形成有圆筒状的凸台(boss)20b以包围所述通孔。在内垫20的垫主体的与堆叠电极组件3相对的表面上，形成有沿盖板9的长度方向延伸的凹部20a。内垫20具有环状的突出部，该环状的突出部用于分别在凸台20b的外周侧的衬垫主体的两面上被压缩。用于被压缩的突出部不限于环形，并且可以在周向上以隔开的方式形成多个用于被压缩的突出部。用于被压缩的突出部可以仅形成在垫主体的一侧表面(外表面或内表面)。壳体2的气密性可以通过使用于被压缩的突出部通过按压而塌陷来确保。
具有电绝缘性的外垫19(第一绝缘构件)在盖板9的外表面上被设置在通孔9a的附近处。外垫19具有与内垫20大致相同的矩形板形状，并且，在外垫19的中央部形成有通孔19a。该通孔19a的直径比内垫20的凸台20b的外径大。在外垫19的一个表面上形成有凹部19b。外垫19的另一表面被设置为与盖板9的外表面相对。内垫20的凸台20b被***到形成在盖板9中的通孔9a和形成在外垫19中的通孔19a中。凸台20b的远端表面与凹部19b的底表面大致共平面。
正极外部端子4呈板状，并且在正极外部端子4的中央附近通孔4a被形成在正极外部端子4内。通孔4a的内径与凸台20b的内径大致相等。在通孔4a的周围，沉孔4b形成在正极外部端子4的一个表面上。正极外部端子4被设置在凹部19b的内部以使正极外部端子4的另一表面与凹部19b的底面彼此相对。通孔4a和凸台20b被同轴地设置，并且沉孔4b被暴露于外。
正极外部端子4和外垫19被设置在盖板9的外表面上，内垫20和正极集电器17被设置在盖板9的内表面上。当将汇流条(bus bar)或类似物焊接到正极外部端子4上时，焊接产生的热量有可能会被容易地传递到外垫19。用于确保壳体2的气密性而设置有用于被压缩的突出部如前所述地被设置在内垫20上，并且因此热量被极少地传递到用于被压缩的突出部，从而通过用于被压缩的突出部实现的壳体2的气密性能够被维持。
正极集电器17安装在正极外部端子4上。正极集电器17包括：矩形的正极导电板部17a，其长边与盖板9的长度方向平行；以及圆筒状的正极导电轴部17b，其从正极导电板部17a的一个表面突出。正极导电轴部17b的外径设定为小于正极外部端子4的通孔4a的直径和内垫20的凸台20b的内径。在本实施例中，虽然正极导电轴部17b是空心的(空心铆钉)，但是作为替代方案，正极导电轴部可以是实心的(实心铆钉)。正极导电板部17a的另一表面形成为平坦的。虽然优选的是正极导电板部17a的另一表面是平坦表面，但只要不失去片的接合性，则在某种程度上允许凹陷的存在。正极导电板部17a和正极导电轴部17b彼此一体地形成。在本实施方式中，正极导电板部17a和正极导电轴部17b被形成为由相同材料形成的整体零件。
正极导电板部17a的尺寸在盖板9的长度方向上，即在盖板9的平面方向上，大于正极外部端子4的尺寸。如图4所示，如在截面中看到的，正极导电板部17a的一端17d和另一端17e分别从正极外部端子4的一侧端4c和另一侧端4d在盖板9的平面方向上突出。
正极导电轴部17b被从内垫20的凹部20a***到凸台20b中，并且正极导电轴部17b的远端部17c被设置在正极外部端子4的通孔4a外并且被模压(swaged)。被模压的远端部17c被设置在沉孔4b的内部。正极导电板部17a配置在凹部20a的内部。通过模压远端部17c，正极外部端子4、外垫19、盖板9和内垫20被夹持在远端部17c和正极导电板部17a之间。
如图4所示，所述多个正极板12分别具有带状的正极片15。正极片15的尺寸在盖板9的长度方向上，即在盖板9的平面方向上，比正极外部端子4的尺寸大。正极片15通过超声焊接连接到正极导电板部17a的另一表面，所述另一表面即为相对于正极导电板部17a的正极导电轴部17b从其突出的表面而言在相反的一侧上的正极导电板部17a的表面。正极片15连接到正极导电板部17a，其范围从正极导电板部17a的从正极外部端子4的一侧端4c突出的部分到正极导电板部17a的从正极外部端子4的另一侧端部4d突出的部分。正极片15被连接到正极导电板部17a的与正极导电轴部17b相反地设置的另一表面的至少一部分。
在盖板9的通孔9b附近，设置有内垫20、外垫19、负极外部端子5和负极集电器18。这些内垫20、外垫19、负极外部端子5以及负极集电器18具有与上述设置在通孔9a附近的内垫20、外垫19、正极外部端子4和正极集电器17大致相同的结构。因此，对这些部分的详细描述在适当时被省略。
负极外部端子5包括通孔5a和沉孔5b。负极集电器18包括：负极导电板部18a；以及从负极导电板部18a的一个表面突出的负极导电轴部18b。负极导电轴部18b的远端部18c被模压。负极导电板部18a的尺寸在盖板9的长度方向上，即在盖板9的平面方向上，大于负极外部端子5的尺寸。
所述多个负极板13分别具有带状的负极片16。负极片16的尺寸在盖板9的长度方向上，即在盖板9的平面方向上，比负极外部端子5的尺寸大。在盖板9的平面方向上，负极导电板部18a的一端18d和另一端18e分别从负极外部端子5的一侧端5c和另一侧端5d突出。负极片16通过超声波焊接连接到负极导电板部18a的另一表面，其范围从负极导电板部18a的从负极外部端子5的一侧端5c突出的部分到负极导电板部18a的从负极外部端子5的另一侧端5d突出的部分。
在上述能量储存装置1中，通过堆叠多个正极板12和多个负极板13而形成的堆叠电极组件被使用。但是替代地，也可以使用通过将之间设置有分隔件的正极板和负极板卷绕而形成的卷绕电极组件。尽管正极外部端子4和负极外部端子5设置在盖板9上，但是正极外部端子4和负极外部端子5可以被分别设置在壳体2的两个表面上。
接下来，对制造能量储存装置1的方法进行说明。图5至图8是示出盖板9和盖板9附近的区域的局部放大截面图以用于描述制造能量储存装置1的方法。
如图5所示，首先，内垫20被设置在盖板9内，并且将凸台20b被***到通孔9a中。外垫19被设置在盖板9外，并且凸台20b的远端被***到通孔19a中。正极外部端子4被配置在凹部19b的内部，并且通孔4a和凸台20b被同轴地配置。
接下来，如图6所示，正极集电器17被设置在内垫20内。正极导电轴部17b被***到凸台20b中，并且正极导电轴部17b的远端部17c从通孔4a突出到外部。正极导电板部17a被设置在凹部20a的内部。
接下来，如图7所示，远端部17c通过按压而被模压(swaged)(通过由按压而带来的扩张)。被模压的远端部17c在沉孔4b的内部展开，并且正极外部端子4被固定到外垫19。可以使被模压的远端部17c的外表面和正极外部端子4的外表面彼此大致共面。或者，可以采用这样的设置，其中后述的接收夹具(receiving jig)32支撑被模压的远端部17c的外表面。由于对正极导电轴部17b的远端部17c的模压，包括正极导电板部17a、内垫20、盖板9、外垫19和正极外部端子4的各个构件被按压到彼此，从而几乎可以消除各个构件之间的间隙。
如图5至图7所示，对于负极外部端子5，也以与正极外部端子4同样的方式，凸台20b被从盖板9的内侧***通孔9b中，外垫19被设置在盖板9的外部，并且凸台20b的远端被***到通孔19a中。负极导电轴部18b被从盖板9的内部***到凸台20b中，负极导电轴部18b的远端部18c从通孔4a突出到外部，并且负极导电板部18a被设置在凹部20a的内部。远端部18c被模压以便将负极外部端子5固定到外垫19。可以使被模压的远端部18c的外表面和负极外部端子5的外表面彼此大致共面。彼此。或者，可以采用这样的设置，其中被模压的远端部18c的外表面由后面描述的接收夹具32支撑。由于对负极导电轴部18b的远端部18c的模压，包括负极导电板部18a、内垫20、盖板9、外垫19以及负极外部端子5的各个构件被按压，从而几乎可以消除各个构件之间的间隙。
由于对远端部17c、18c的模压，盖板9、正极外部端子4和负极外部端子5以及正极导电板部17a和负极导电板部18a被集成到彼此彼此从而形成盖组件25。
接下来，如图8所示，振动夹具31被设置在正极导电板部17a内，接收夹具32被设置在正极外部端子4外。进一步地，在正极接15被设置在振动夹具31和正极导电板部17a之间。由于振动夹具31的振动，正极导电板部17a和正极片15通过超声焊接而彼此结合。
同样地，振动夹具31被设置在负极导电板部18a内，接收夹具32被设置在负极外部端子5外。进一步地，负极片16被设置在该振动夹具31和负极导电板部18a之间。由于振动夹具31的振动，负极导电板部18a和负极片16通过超声波焊接而彼此结合。
在超声波焊接完成之后，将堆叠电极组件3被容纳在壳体2中，并且盖板9封闭壳体2的开口2a，从而制造能量储存装置1(参见图4)。
如上所述，通过模压远端部17c、18c，几乎可以消除各个构件之间的间隙，并且因此形成了各个构件彼此一体地结合的盖组件25。结果，超声波的振动能量不会被不希望的间隙消耗，并且因此能够容易地将振动能量集中地施加到正极片15和负极片16。因此，可以有效地进行正极导电板部17a与正极片15之间的焊接以及负极导电板部18a与负极片16之间的焊接。
不平整被形成在振动夹具31的表面和接收夹具32的表面上。在进行超声波焊接之后，由不平整引起的痕迹，例如凹槽或不平整，被形成在正极片15和负极片16以及正极外部端子4和负极外部端子5上。
正极片15和负极片16被与堆叠电极组件3一起容纳在壳体2中，并且盖组件25封闭开口2a，从而制造能量储存装置1。
在根据本实施方式的制造能量储存装置1的方法中，首先形成包括盖板9、外部端子4、5以及导电板部17a、18a的盖组件25，并且盖组件25被设置在振动夹具31和接收夹具32之间，并且在片15、16设置在盖组件25的导电板部17a和振动夹具31之间的状态下，片15、16和导电板部17a、18a通过超声波焊接被彼此结合。并非总是需要在干燥室中形成盖组件25。当在形成盖组件25的阶段中发生制造缺陷时，由于片15、16仍未被焊接，因此只是在制造过程中的盖组件可以被丢弃。即，不需要丢弃整个堆叠电极组件3。因此，可以提高能量储存装置1的生产率。
导电板部17a、18a的导电轴部17b、18b被***到形成于盖板9和外部端子4、5中的通孔9a、9b、4a、5a中，该导电轴部17b、18b从表面突出，所述表面在与片15、16焊接到的表面相反的一侧，并且导电轴部17b、18b的远端固定到外部端子4、5，从而形成盖组件25。相应地，可以就在导电轴部17b、18b下方焊接片15、16，并且因此能够缩短片15、16与外部端子4、5之间的电流路径，从而能够降低电流路径的电阻损失。
具有绝缘性的外垫19设置在盖板9与外部端子4、5之间，并且具有绝缘性的内垫20设置在盖板9与导电板部17a、18a之间。片15、16被设置在导电板部17a、18a和振动夹具31之间外部端子4、5和片15、16在从振动夹具31朝向接收夹具32指向的方向上彼此重叠的状态中。
传统上，盖板9内的导电板部17a、18a和所述板的片15、16之间的超声波焊接是在仅有导电板部17a、18a和板的片15、16被夹在振动夹具31和接收夹具32之间的状态下进行的。然而，尚未尝试通过将由合成树脂(诸如聚苯硫醚(PPS)，聚丙烯(PP)等)制成的垫(gasket)与导电板部17a、18a和片15、16一起夹在例如振动夹具31和接收夹具32之间来进行超声波焊接。
该实施例的导电板部17a、18a具有大的平坦表面以与片15、16结合。导电板部17a、18a通过板状垫主体由盖板9支撑。盖板9在大面积上支撑导电板部17a、18a。导电轴部17b、18b与导电板部17a、18a一体形成。由于对导电轴部17b、18b的远端部17c、18c的模压，包括导电板部17a、18a、内垫20、盖板9、外垫19和外部端子4、5的各个构件被按压，从而几乎消除了各个构件之间的间隙。利用这种构造，通过在垫片与导电板部17a、18a以及片15、16一起夹在振动夹具31和接收夹具32之间的状态下进行超声波焊接，可以将片15、16更好地焊接到导电板部17a、18a。
应当理解，本说明书中公开的实施例在所有方面都是出于示例性的目的而提供的，而不是限制性的。在各个实施例中描述的技术特征可以彼此组合，并且本发明的范围旨在包括落入权利要求和等同于权利要求的范围内的所有修改。
可以将片15、16的尺寸设置为等于或略小于外部端子4、5的尺寸，只要可以充分抑制电流路径的电阻即可。通过将片15、16结合到导电板部17a、18a的与导电轴部17b、18b相对设置的部分以及布置在该部分的两侧上的部分，片15、16与导电板部分17a、18a之间的接触面积可以被确保。
尽管针对能量储存装置1是锂离子二次电池的情况进行了描述，但是能量储存装置1不限于锂离子二次电池。能量储存装置1可以是其他的二次电池中的一种，例如镍氢电池。此外，能量储存装置1可以是一次电池(primary battery)或诸如电容器的电化学电池。
附图标记说明
1：能量储存装置
2：壳体
2a：开口
4：正极外部端子
4a：通孔
5：负极外部端子
5a：通孔
9：盖板
12：正极板
13：负极板
17：正极集电器
17a：正极导电板部
17b：正极导电轴部
18：负极集电器
18a：负极导电板部
18b：负极导电轴部
19：外垫(第一绝缘构件)
20：内垫(第二绝缘构件)
25：盖组件

Claims (5)

1.一种用于制造能量储存装置的方法，其中，
通过将盖板、外部端子和导电板部集成来形成盖板组件，所述盖板覆盖容纳板的壳体的开口，所述外部端子暴露至盖板外部，所述导电板部以重叠的方式设置在盖板内部，
将盖组件设置在振动夹具和接收夹具之间，将所述板的片设置在所述导电板部和振动夹具之间，和对所述片和导电板部施加超声波焊接。
2.根据权利要求1所述的制造能量储存装置的方法，其中，所述导电板部的导电轴部被***到形成于所述盖板和外部端子中的通孔中，所述导电轴部从在焊接所述片的表面的相反的一侧的表面突出，并且所述导电轴部的远端被固定到所述外部端子从而形成所述盖组件。
3.根据权利要求1或2所述的制造能量储存装置的方法，其中，在所述盖板与所述外部端子之间设置第一绝缘构件，从而形成所述盖组件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制造能量储存装置的方法，其中，在所述盖板与所述导电板部之间设置第二绝缘构件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制造能量储存装置的方法，其中，所述板的片被设置在所述导电板部和所述振动夹具之间所述外部端子和所述片在从振动夹具朝向接收夹具指向的方向上彼此重叠的状态中。
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