專利名稱:非水電解質電池的外殼及其制造方法
技術領域:
本發(fā)明涉及用來將由鋁層壓膜等包裝的非水電解質電池主體進行外包裝的外殼及其制造方法。更詳細地說,涉及將非水電解質電池利用合成樹脂制的薄殼主體,或與膜狀的薄板材的外周固接成為一體的合成樹脂的框架部件進行外包裝的非水電解質電池的外殼及其制造方法。
背景技術:
現(xiàn)在,必須對外包裝鋰離子電池的不銹鋼盒、鋁盒等金屬殼體,以及以鋁層壓膜包裝的聚合物電池的主體再進行外包裝以保護其不受跌落和外部沖擊的破壞。這種外包裝方法,公知的有將電池主體以鋁板、塑料等殼狀物密閉包覆的方法及通過注射模塑成形在電池主體的外表面上包覆熱可塑性樹脂而成為包裝狀態(tài)的方法等。
另外,作為電池包覆用的熱收縮合成樹脂使用由聚氯乙烯等組成的熱收縮管是眾所周知的。作為熱收縮管,由聚烴類的離子交聯(lián)聚合物樹脂為主要成分的混合組成物構成的延伸管也是公知的(例如,參照日本專利申請?zhí)亻_平11-170365號公報)。
然而,現(xiàn)有的外包裝方法并不能全部解決需求,尚存的問題很多。特別是,像便攜式電話這樣的裝置要求電池盡量薄,也出現(xiàn)了與此相應的電池。在將電池以薄的熱收縮管包覆時,有時一部分形成折皺,要大量生產穩(wěn)定質量的制品,在可靠性方面存在問題。另外,注射模塑成形在批量生產性能方面優(yōu)異,但在現(xiàn)有的注射模塑成形中,由于熔融樹脂的流動的關系,如果壁厚很薄,流動很差而形成限制。
因為便攜式電話等要求具有耐藥性、難燃性的坯料,在可以滿足這些要求的,例如,PBT(聚對苯二甲酸丁酯)樹脂中混入由無機材料構成的難燃材料時,因為熔融樹脂的流動差,最低需要0.3~0.4mm的壁厚,薄壁成形相當困難。所以,只要是利用現(xiàn)在的一般技術的注射模塑成形方法,利用小于等于規(guī)定壁厚的注射模塑成形方法是受到限制的。特別是,鋰離子聚合物二次電池的特征在于可實現(xiàn)薄型和輕量,所以不能采用抹煞這一特征的厚壁的外包裝。
另外,該鋰離子聚合物二次電池的外殼,即使是薄型和輕量,在強度方面也也要求穩(wěn)定。另一方面,在容納電子部件的薄壁成形品的制造方法中,提出了利用薄膜構成薄壁部分并利用注射模塑成形來形成厚壁部分的辦法(日本專利申請?zhí)亻_2002-283507號公報)。然而,該薄壁成形品,由于不是完全包覆外表面的制品,在電池的外包裝上不能采用。
發(fā)明內容
本發(fā)明正是在這種技術背景下完成的,其目的在于達到下述目的。
本發(fā)明的目的在于在提供一種通過以合成樹脂制的膜狀的薄板材或通過注射模塑成形來構成非水電解質電池殼體的側面而實現(xiàn)極薄的外包裝,同時強度上也穩(wěn)定的非水電解質電池的外殼及其制造方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種適于利用生產性高的注射模塑成形方法大量生產、易于進行制造的非水電解質電池的外殼及其制造方法。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種可以形成設計優(yōu)異的外包裝的非水電解質電池的外殼及其制造方法。
本發(fā)明的優(yōu)點是,因為將形狀不同的殼體主體和蓋板或兩個配合的同一形狀的成形品接合而構成,并且將此接合部作成臺階結構而形成一體,可以使外殼很薄并且可以充分確保機械強度。
本發(fā)明的另一優(yōu)點是可以使電池組的容量體積效率和容量重量效率提高。
另外,本發(fā)明的再一個優(yōu)點是外殼的制造方法不復雜,可以采用可以進行大量生產的注射模塑成形方法。
另外,本發(fā)明的再一個優(yōu)點是,因為外殼的一部分可利用注射模塑成形來形成,在形狀方面自由度擴大,也可以制出設計上感覺優(yōu)異的制品。
為了解決上述問題,采用了以下的裝置。
本發(fā)明第1方面的非水電解質電池的外殼,是對非水電解質電池進行外包裝的外殼(4),其特征在于包括在側面的外周緣部分上具有一體設置的矩形的殼體主體外周框架(9)的、用來容納上述非水電解質電池的合成樹脂制的殼體主體(4a);由覆蓋容納于上述殼體主體(4a)中的上述非水電解質電池的開放側的側面的合成樹脂制的膜狀的側板(4c),及與上述側板(4c)的外周緣部分固接成為一體的合成樹脂制的蓋板外周框架(10)組成的蓋板(4b);以及用來使上述殼體主體外周框架(9)和上述蓋板外周框架(10)對置并接合成一體的接合部。
另外,在本發(fā)明中所說的膜狀,指的是薄膜、薄板及片狀物,不一定是非是薄膜不可。
本發(fā)明第2方面的非水電解質電池的外殼的特征在于,在本發(fā)明第1方面所述的非水電解質電池的外殼中,上述接合部,具有用來決定上述殼體主體外周框架(9)和上述蓋板外周框架(10)的相對位置的定位裝置(9a、10a)。
本發(fā)明第3方面的非水電解質電池的外殼的特征在于,在本發(fā)明第2方面所述的非水電解質電池的外殼中,在上述定位裝置(9a、10a)上形成剖面結構為階梯狀的第1臺階部(9a),在上述蓋板外周框架(10)上形成剖面結構為階梯狀的第2臺階部(10a),上述第1臺階部(9a)及上述第2臺階部(10a)對置嵌合而接合成一體。
本發(fā)明第4方面的非水電解質電池的外殼的特征在于,在本發(fā)明第1或第2方面所述的非水電解質電池的外殼中,在上述殼體主體(4a)上形成作為可以與上述非水電解質電池的輸入輸出端子接觸地貫通的貫通孔的端子窗(3)。
本發(fā)明第5方面的非水電解質電池的外殼的特征在于,在本發(fā)明第3方面所述的非水電解質電池的外殼中,上述第1臺階部(9a)及上述第2臺階部(10a)構成為具有高度不同的表面。
本發(fā)明第6方面的非水電解質電池的外殼的制造方法,是本發(fā)明第1方面所述的非水電解質電池的外殼的制造方法,其特征在于利用注射模塑成形模具進行注射模塑成形,而形成上述殼體主體(4a);在注射模塑成形模具中插入上述側板(4c),通過注射合成樹脂將蓋板外周框架(10)與上述側板(4c)的外周緣部分固接成為一體而形成上述蓋板(4b);使上述殼體主體外周框架(9)和上述蓋板外周框架(10)對置并接合成一體,制造上述外殼(4)。
本發(fā)明第7方面的非水電解質電池的外殼的制造方法的特征在于,在本發(fā)明第6方面所述的非水電解質電池的外殼的制造方法中,上述固接是對上述注射模塑成形模具中的上述蓋板外周框架(10)利用熔融樹脂的熱熔接,上述接合是利用超聲波焊接的接合。
本發(fā)明第8方面的非水電解質電池的外殼的制造方法的特征在于,在本發(fā)明第7方面所述的非水電解質電池的外殼的制造方法中,為了進行上述超聲波焊接,在上述殼體主體外周框架(9)和/或蓋板外周框架(10)上形成用于上述接合的作為凸部的焊接部(22)。
本發(fā)明第9方面的非水電解質電池的外殼,是對非水電解質電池進行外包裝的外殼,其特征在于包括以膜狀覆蓋比上述非水電解質電池的比其它側面更寬的側面的合成樹脂制的第1側板(44e);以膜狀覆蓋與上述非水電解質電池的上述寬側面對置的側面的合成樹脂制的第2側板(44c);與上述第1側板(44e)的外周緣部分固接成為一體的合成樹脂制的第1外周框體(44f);與上述第2側板(44c)的外周緣部分固接成為一體的合成樹脂制的第2外周框體(44d);以及用來使上述第1外周框體(44f)和上述第2外周框體(44d)對置并接合成一體的接合部。
本發(fā)明第10方面的非水電解質電池的外殼的特征在于,在本發(fā)明第9方面所述的非水電解質電池的外殼中,上述接合部,具有用來決定上述第1外周框體(44f)和第2外周框體(44d)的相對位置的定位裝置(49a)。
本發(fā)明第11方面的非水電解質電池的外殼的特征在于,在本發(fā)明第10方面所述的非水電解質電池的外殼中,上述定位裝置(49a),是在上述第1外周框體(44f)及上述第2外周框體(44d)上形成的用來互相嵌合來定位的凹部(49a)及插入到上述凹部(49a)的凸部。
本發(fā)明第12方面的非水電解質電池的外殼的特征在于,在本發(fā)明第9方面所述的非水電解質電池的外殼中,在上述第1外周框體(44f)和/或上述第2外周框體(44d)上形成作為可以與上述非水電解質電池的輸入輸出端子相接觸地貫通的貫通孔的端子窗(43)。
本發(fā)明第13方面的非水電解質電池的外殼的制造方法,是本發(fā)明第9方面所述的非水電解質電池的外殼的制造方法,其特征在于在注射模塑成形模具中插入上述第1側板(44e),通過注射合成樹脂將上述第1外周框體(44f)與上述第1側板(44e)的外周緣部分固接成為一體而形成第1殼體主體(44a);在注射模塑成形模具中插入上述第2側板(44c),通過注射合成樹脂將上述第2外周框體(44d)與上述第2側板(44c)的外周緣部分固接成為一體而形成第2殼體主體(44b);使上述第1殼體(44a)和上述第2殼體(44b)對置并使上述第1外周框體(44f)和上述第2外周框體(44d)接合成一體。
本發(fā)明第14方面的非水電解質電池的外殼的制造方法的特征在于,在本發(fā)明第13方面所述的非水電解質電池的外殼的制造方法中,上述固接是對上述注射模塑成形模具中的第1外周框體和第2外周框體利用熔融樹脂的熱熔接,上述接合是利用超聲波焊接的接合。
本發(fā)明第15方面的非水電解質電池的外殼的制造方法的特征在于,在本發(fā)明第14方面所述的非水電解質電池的外殼的制造方法中,為了進行上述超聲波焊接,在上述第1外周框體(44f)和/或第2外周框體(44d)上形成用于上述接合的作為凸部的焊接部(22)。
另外,在本發(fā)明中所說的非水電解質電池,指的是在電解質中包含非水電解質的電池。此非水電解質材料,包含電解液、聚合物凝膠電解質、固體電解質、聚合物電解質、熔融鹽電解質等。另外,電池不僅包含二次電池,也包含一次電池。在包含非水電解質材料的電池中包括鋰離子電池、鋰離子二次電池、鋰離子聚合物電池。
圖1為示出鋰離子聚合物二次電池的外觀圖。
圖2為示出鋰離子聚合物二次電池的分解狀態(tài)的說明圖。
圖3為沿著圖1的X-X的剖面圖。
圖4為沿著圖1的Y-Y的剖面圖。
圖5為在蓋板成形時的注射模塑成形模具的剖面圖。
圖6為示出在封閉注射模塑成形模具的狀態(tài)的剖面圖。
圖7為注射模塑成形模具的蓋板的外周框體的部分擴大圖。
圖8為示出向外周框體的腔室注射熔融樹脂的狀態(tài)的剖面圖。
圖9為接合后的外殼的部分剖面圖。
圖10為示出利用超聲波焊接將蓋板接合到殼體主體時的狀態(tài)的剖面圖。
圖11為形成側面的薄板材的另一形狀的示例。
圖12為示出向實施方式2的外周外框的腔室注射熔融樹脂的狀態(tài)的剖面圖。
圖13為示出實施方式2的成形后的蓋板的部分剖面圖。
圖14為示出實施方式3的真空成形用的熱成形模具的剖面的剖面圖。
圖15為示出實施方式3的注射模塑成形的模具的封閉狀態(tài)的剖面圖。
圖16為實施方式3的注射模塑成形后的蓋板的剖面圖。
圖17為示出實施方式4的注射模塑成形的模具的封閉狀態(tài)的剖面圖。
圖18為實施方式4的注射模塑成形的模具的部分擴大圖。
圖19為實施方式4的注射模塑成形后的蓋板的部分擴大圖。
圖20為實施方式5的注射模塑成形后的蓋板的部分擴大圖。
圖21為實施方式6的注射模塑成形后的蓋板的部分擴大圖。
圖22為示出在實施方式7中蓋板成形時的注射模塑成形的模具的剖面圖。
圖23為示出在實施方式7中的注射模塑成形的模具的封閉狀態(tài)的剖面圖。
圖24為示出另一形狀的鋰離子聚合物二次電池的外觀圖。
圖25為示出圖24的鋰離子聚合物二次電池的分解狀態(tài)的說明圖。
具體實施例方式以下對本發(fā)明的實施方式1予以說明。圖1為示出應用本發(fā)明的鋰離子聚合物二次電池1的外觀圖,圖2為示出分解該鋰離子聚合物二次電池1的分解部件的示圖。圖3為沿著圖1的X-X的剖面圖,圖4為沿著圖1的Y-Y的剖面圖。
鋰離子聚合物二次電池1,是用作便攜式電話等的可以反復充電的電池。鋰離子聚合物二次電池1是通過將電解液置換為凝膠狀的聚合物電解質實現(xiàn)薄型輕量的電池。在本實施例中,實現(xiàn)了薄型(例如,3.8mm)電池,可以應用于便攜式電話等等之中。
鋰離子聚合物二次電池1的外殼4,是以后述的方法制造的合成樹脂制的殼體。該外殼4基本上由殼體主體4a和蓋板4b構成。在此外殼4的殼體主體4a上形成3個作為貫通孔的端子窗3,電流通過此端子窗3出入。圖2為鋰離子聚合物二次電池的分解部件圖。電池元件2,是構成電池的鋰離子聚合物二次電池的主體。
電池元件2的帶狀正極和帶狀負極是經聚合物電解層和/或隔離片層疊而成,在縱向方向上卷繞的同時,從正極和負極分別向外部引出正極端子5和負極端子6。正極是在帶狀正極集電體上形成正極活性物質層,還在正極活性物質層上形成聚合物電解質層,還在負極活性物質層上形成聚合物電解質層。正極端子5及負極端子6,分別與正極集電體和負極集電體相接合。關于這些部分的詳細材質、功能的說明,因為與本發(fā)明的主旨無關,予以省略。
電池元件2用鋁層壓膜7包裝。此鋁層壓膜7,具有由從內側依次為聚丙烯(PP)層、鋁層、聚酰胺層等制成的層疊結構。鋁層用于防止水分侵入電池內部。聚丙烯層,在防止聚合物電解質的變質的同時,成為鋁層壓膜7的接合面。即,用于封接鋁層壓膜7的接合是通過將此聚丙烯層互相對置實施熱熔接而完成。
聚酰胺層用于使鋁層壓膜7具有強度和阻氣性。在電池元件2的矩形外周的3個方向上,鋁層壓膜7延伸配置。即,具有位于電池元件2的側部的側部邊部7b和位于上部的上部邊部7a。側部邊部7b和上部邊部7a,為了防止水分從外部侵入電池元件2的內部,使聚丙烯層間的熱熔接部配置成為具有寬度。
長條帶狀的正極端子5及負極端子6,分別彎折而層疊于上部邊部7a的一部分之上。與此正極端子5及負極端子6鄰接配置保護電路基板8。保護電路基板8上的端子和正極端子5及負極端子6的前端,通過點焊、超聲波焊接等連接而實現(xiàn)電導通。因為保護電路基板8與上部邊部7a一起容納于電池元件2的厚度之內,可以達到小型化。
在保護電路基板8上安裝有恒溫器、PTC、溫度熔斷器等保護元件和/或保護用電子電路(未圖示)。另外,在保護電路基板8上,配置有作為用來取出電流的接觸端子的輸入輸出端子8a,該輸入輸出端子8a可與從端子窗3插入的機器側的端子相接觸。另外,本例的端子窗3是在殼體主體4a的側面上形成的,但也可以在與此側面相差90°的另一個表面,例如蓋板4b上形成,或在橫跨殼體主體4a和蓋板4b而形成。電池元件2及保護電路基板8,容納于對開結構的殼體主體4a內并由蓋板4b覆蓋。
本發(fā)明的實施方式1涉及這樣的外殼4,由對開狀的殼體主體4a及蓋板4b構成,由這兩個框體夾持電池元件2及保護電路基板8等而形成包裝。完成的鋰離子聚合物二次電池1,是其中包裝有電池元件2及保護電路基板8等并與殼體主體4a及蓋板4b形成一體的制品。在此外殼4的表面上,利用標簽等顯示制品名、制造公司名等等。
現(xiàn)在,如前所述,一直是使用合成樹脂制的塑料模壓殼體。然而,該合成樹脂制的塑料模壓殼體,雖然能夠利用注射模塑成形制造復雜形狀的制品,但在減小厚度方面是有限度的。與此相比,本發(fā)明的實施方式1的特征在于,因為使用薄板材或薄板材與注射模塑成形的組合,所以可以加工輕薄并且具有復雜形狀的制品。另外,如后所述,還具有模具結構簡單的優(yōu)點。
本發(fā)明的外殼4,發(fā)揮了這種材料的特點;容納鋰離子聚合物二次電池1的殼體主體4a包含盡可能薄的注射模塑成形的表面部分9b(側面)和外周緣部分制成為具有臺階部9a的殼體主體外周框架9;與殼體主體4a對置的蓋板4b包含合成樹脂膜狀(薄膜)側板4c(側面)和具有通過注射模塑成形形成的用來包覆側板4c的外周緣部分的臺階部10a的蓋板外周框架10;殼體主體4a的殼體主體外周框架9和蓋板4b的蓋板外周框架10通過臺階部9a、10a對置并接合,從而得到壁薄但具有強度的制作容易的外殼4。
在殼體主體4a的內部的端部,可根據(jù)需要一體形成用來支持保護電路基板8的基板支持凸緣,但在本實施方式中未圖示。另外,鋰離子聚合物二次電池1在殼體主體4a內的配置不能偏離,這是自不待言的。這樣,圖3和圖4示出容納作為非水電解質電池的電池元件2的外殼4的結構。
下面對外殼4的制造方法予以說明。本實施方式的殼體主體4a,是通過同時對同一個腔室注射模塑成形形成容納電池元件2的表面部分9b和殼體主體外周框架9的一體結構。在殼體主體4a的殼體主體外周框架9上形成剖面結構為階梯狀的臺階部9a。為了嵌入此部分之中,也可以配置下切部,此時注射模塑成形可利用公知的分割模具或利用彈性變形進行起模。
因為該注射模塑成形方法基于一般的方法,其說明省略。容納電池元件2的表面部分9b,在對外殼4要求的機械強度范圍內做得盡可能地薄。另一方面,蓋板4b一方,如圖5所示,覆蓋電池元件2的蓋板4b的表面部分,由合成樹脂制的膜狀(在本例中為0.1mm)的薄板材20(薄板材4c的坯料)構成。也可以預先在薄板材20一方的表面上印刷制品的規(guī)格、商標等,或粘貼標簽等。
因為在成形前坯料的表面是平的,所以具有在其上印刷型號名稱、容量、產地的顯示或代替印刷而粘貼標簽是很容易的優(yōu)點。薄板材20的坯料是合成樹脂,可使用PBT(聚對苯二甲酸丁酯)、ABS樹脂、PC(聚碳酸酯)、PET(聚對苯二甲酸乙酯)等。在本實施方式1中,使用板厚為0.02~0.3mm左右的坯料。如圖5所示,該薄板材20可利用真空吸附等裝置配置于注射模塑成形模具的固定模具11。
之后,使可動模具12移動到固定模具上對薄板材20加壓,使其發(fā)生如圖6、圖7所示的塑性變形。此塑性變形的薄板材20的形狀為箱形,圍繞其外周緣部分為錐形部分21。由于錐形部分21的變形,在角部可能形成折皺,但如后所述,由于通過對構成蓋板外周框架10的熔融樹脂進行注射模塑成形可使其軟化拉伸,所以不會成為問題。
如圖6、圖7所示,為形成蓋板外周框架10,從注射模塑成形機的噴嘴前端向直澆道13注射熔融樹脂,通過橫澆道14及澆口15填充構成蓋板外周框架10的腔室16。借助該填充,錐形部分21延伸而成為如圖8所示的與可動模具12的腔室表面密接的狀態(tài),構成蓋板外周框架10。構成蓋板外周框架10的合成樹脂,可使用與上述的薄板材20同一材質的PBT、ABS、PC、PET等樹脂。優(yōu)選是使用與構成電池元件2的鋁層壓膜7的熱膨脹系數(shù)接近的耐藥性優(yōu)異的材質。其原因是即使是電池元件2受熱發(fā)生熱收縮也可以跟隨其一起變化。
通過對此腔室16進行熔融樹脂填充,如前所述,該熔融樹脂與薄板材20發(fā)生熱熔接而構成蓋板外周框架10。為了進行熱熔接,蓋板外周框架10與薄板材20為同一樹脂材料為優(yōu)選。另外,因為通常的注射模塑成形,考慮到提高生產性是同時生產多個制品,所以實際上是通過橫澆道14對多個腔室16以及其他腔室(未圖示)將熔融的合成樹脂體同時進行注射,同時形成多個蓋板4b。
殼體主體4a的厚度為接近電池元件2的厚度的尺寸。在此殼體主體4a的殼體主體外周框架9上設置有端子窗3,并且,在此殼體主體4a的殼體主體外周框架9的端部形成定位孔A或定位凸部(圓筒)B。在殼體主體4a的殼體主體外周框架9上設置凸部B時,在蓋板4b的蓋板外周框架10上設置定位孔A。如上所述,在殼體主體4a、蓋板4b的外周緣部分上形成殼體主體外周框架9、蓋板外周框架10。此殼體主體外周框架9、蓋板外周框架10的接合部構成臺階部9a、10a,在殼體主體4a、蓋板4b接合時,可經此臺階部9a、10a接合。
通過在此接合部上分別形成臺階部9a、10a,可提高外殼4機械強度。圖9為接合后的外殼的部分剖面圖。如圖9所示,在蓋板4b一側的負載力為F時,借助構成臺階部9a、10a,該接合部也可通過臺階部9a、10a承受對方一側的殼體主體4a的負載F。
因此,例如,與整個表面為平坦結構的接合部相比較,因為負載F在由接合部承受的同時,也由階梯的頂接部分9c承受,所以可進一步提高接合強度。這種結構是即使受到由于例如跌落而產生的沖擊負載,也不必擔心蓋板4b和殼體主體4a會發(fā)生剝離等而使外殼4破損的結構。
沿著蓋板4b的蓋板外周框架10的臺階部10a,根據(jù)需要形成用于超聲波焊接的焊接部(隆起)22。在此接觸部上形成的焊接部(隆起)22,是為了增強與對方一側的接合的強度和使其容易進行而形成的。此焊接部22,也可設置于對方一側的接合部上。接合部,即使是平坦的形狀,也可以利用熱熔接進行接合,而在形狀為凸形時,可強化接合力。
另外,殼體主體4a和蓋板4b接合時的定位,可通過使上述相互接合部的臺階部9a、10a配合而進行,但在接合部上制作可將在殼體主體4a上形成的銷子(未圖示)插入到保護電路基板8或在另一方的蓋板4b上形成的定位孔進行接合的形狀,因為殼體主體4a和蓋板4b,包含保護電路基板8,可互相定位,更為優(yōu)選。
圖10為示出利用超聲波焊接的剖面圖。將利用上述方法成形的殼體主體4a,插入到夾具(固定卡具)25的定位凹部26而定位。在此殼體主體4a的內部承載電池元件2,并在其上部面對面承載蓋板4b。
在此狀態(tài)下,在利用超聲波焊接裝置的超聲波振蕩器(未圖示)驅動的固定喇叭口28的前端固定的工具喇叭口27下降,對蓋板4b的蓋板外周框架10部分加壓。超聲波焊接的原理是對兩個合成樹脂的接合面施加超聲波振動并利用摩擦熱進行焊接。
就是說,在將要焊接的兩個合成樹脂成形品的一個與施加超聲波振動的工具喇叭口27相接觸時,從工具喇叭口27的前端向成形品傳遞的超聲波振動能量,在兩個成形品的接合面上變?yōu)闄C械振動(稱為“沖擊效應”)。于是,在整個接合面上發(fā)生摩擦熱,該部分熔融并且接合面在瞬間焊接在一起。
殼體主體4a的焊接部22,變成稱為隆起的焊接部,在將超聲波能量集中于此焊接部22時,蓋板外周框架10的接合面的溫度迅速上升,結果焊接完成。
這樣,如圖10所示,在將殼體主體4a和蓋板4b在箭頭方向上對接時,殼體主體外周框架9和蓋板外周框架10的接觸部的臺階部9a、10a互相接合。這種超聲波焊接的加工質量美觀,焊接時間短。在應用于本發(fā)明的外殼4時,可應用于制品小的場合,可獲得高效率處理的效果。因為此接合在一旦對接之后是不能分解的,所以實際上在將電池元件2、保護電路基板8等組裝之后,就使其對接而形成一體。圖9為接合后的外殼4的對接部分的部分剖面圖。
另外,本實施方式1的圖,是供說明用的示意圖,實際上薄板材20、蓋板外周框架10是極薄的形狀,并且非常輕。利用本發(fā)明的外殼4進行外包裝時,因為除了形成蓋板外周框架10之外還設置有臺階部9a、10a,所以強度很強。另外,在設計上顯示優(yōu)異的效果,之外制品的鋰離子聚合物二次電池1,成為結實而具有高級感的制品。
另外,因為標簽、印刷等利用薄板材20的臺階也容易處理,所以可以實施多種設計,并且可以提高生產性。蓋板4b的薄板材20,如前所述,在注射模塑成形時構成折曲的外周緣部分,所以也可以預先將薄板材20制作成為可折曲的形狀。圖11為其一例,為示出形成側面的薄板材4c的原來形狀的示圖,該薄板材4c在四個角部有切口23并且形成曲折線24。
因為在插入到注射模塑成形模具中之前就形成了切口23和折曲線24,所以在成形時薄板材20a的變形容易,可得到外殼4的正確成形。另外,在本實施方式中,如圖所示,蓋板部件的外周緣部分是制作成為折曲形狀,但也可以是不成形的平面形狀。下面對此實施方式予以說明。
圖12為示出實施方式2的蓋板4b成形時的注射模塑成形模具的部分剖面圖。在上述的實施方式1中,在使薄板材20塑性變形后,對蓋板外周框架10進行注射模塑成形。在圖12的實施方式2中,是薄板材20不延伸到蓋板外周框架10的外周緣部分之外的結構。所以,在腔室30中薄板材20實質上不變形。此實施方式2,因為不需要對注射模塑成形后的薄板材20進行修整,制造容易。圖13為示出實施方式2的成形后的蓋板4b的部分剖面圖。
上述的實施方式1及2,都是在注射模塑成形模具內使構成外殼4的側面的蓋板4b的側板4c成形為預先規(guī)定的形狀。在本實施方式3中,是在插入到注射模塑成形模具中之前利用熱成形進行。圖14為示出的真空成形用的熱成形模具25的剖面的剖面圖。如圖14所示的方法,是將作為熱可塑性的片材20b固定于熱成形模具25a之上,利用加熱器34進行加熱而軟化的片材20b由與真空裝置連通的真空回路35吸附到熱成形模具25a上而成形。
之后,利用切斷裝置(未圖示)對經過熱成形的片材20b的外周進行修整。如圖15所示,將經過熱成形和修整的片材20b插入到注射模塑成形模具內。與上述實施方式一樣,注射熔融樹脂,通過橫澆道14及澆口15填充構成蓋板外周框架10的腔室36而成形。
之后,如圖16所示,利用切刀29將片材20b的外周的多余部分切斷而完成蓋板4b。另外,上述的熱成形是真空成形,成形氣壓小于等于1氣壓,但也可以使用2~8個氣壓大小的壓縮空氣成形的壓空成形(壓力成形)。
本實施方式4,與實施方式3一樣,在插入到注射模塑成形模具之前利用熱成形進行這一點是相同的。利用切斷裝置(未圖示)對經過熱成形的薄板材20的外周進行修整這一點也相同。然而,如圖18所示,利用切斷使經過熱成形和修整的薄板材20c在切斷面上產生毛邊31。
在上述注射模塑成形后,在上述注射模塑成形之后需要在超聲波焊接之前或之后加入去除毛邊31的毛邊去除工序。本實施方式5,省略了此毛邊去除工序。構成蓋板外周框架10的薄板材20c的外周緣部分32被切斷為比蓋板外周框架10的厚度h(圖19)短。
此外周緣部分32位于圖17示出的注射模塑成形模具的腔室33內,對此腔室33進行注射模塑成形時,薄板材20c的外周緣部分32軟化而與此熔融樹脂熱熔接成為一體(圖19的狀態(tài))。即使是樹脂的材質不同,如果著色劑相同時,薄板材20c和蓋板外周框架10的邊界用肉眼不能判別。所以,實施方式4的成形方法,沒有在注射模塑成形的修整操作,具有可以減少工序的優(yōu)點。
圖20示出的示例中外殼4的殼體主體4a或蓋板4b的接合部的臺階部9a、10a具有設置成為階梯狀的多個高度不同的接合部分。圖示的是蓋板4b的示例,但在殼體主體4a中也一樣。接合面積變大,接合力提高,對于來自蓋板外周框架10的外部的力,因為與前述示例一樣,可由殼體主體4a的殼體主體外周框架9承受,在強化外殼4這一點上有效果。
圖21為將外殼4的接合部的臺階部9a、10a作成傾斜面的示例。圖示的是蓋板4b的示例,但在殼體主體4a中也一樣。此傾斜面是臺階部9a、10a的特殊例,對于來自蓋板外周框架10的外部的力,因為與前述示例一樣,可由殼體主體4a的殼體主體外周框架9承受,在強化外殼4這一點上有效果。
在圖5至圖8示出的實施方式1的薄板材的熱成形中,如圖5圖8所示,考慮到錐形部分21的變形部分熔接到外周框體上,薄板材20的塑性變形的尺寸較大。與此相對,在本實施方式7中,如圖22所示,薄板材20,與圖20所示的薄板材20相比,具有較小的尺寸。
本實施方式的另一特征是將可動模具12的角部12a有意識地設置成為R形狀。與上述一樣,在將利用真空吸附到固定模具11上的薄板材20在和可動模具12之間加壓發(fā)生塑性變形之后,成為圖23。在此塑性變形后,薄板材20的外周緣部分21a,納入可動模具12內,并且不會延伸到模具框架之外。此外周框架部分21a,成為與可動模具12的角部12a配合的R形狀。
熔接樹脂,經直澆道13、橫澆道14從澆口15填充時,在沿著可動模具12的角部12a的R形狀對外周框架部分21a整個覆蓋的狀態(tài)下,以具有階梯形狀的方式熔接。在作為外殼4完成時,該外殼4的角部,成為具有R形狀的平滑的曲線的形狀。通過變成R形狀,可以在強化外殼4的強度的同時,在設計上也可以產生平滑而柔軟的圖像的效果。
圖24為示出應用本發(fā)明的鋰離子聚合物二次電池的外觀圖,圖25為示出鋰離子聚合物二次電池的分解狀態(tài)的分解部件圖。上述的圖1~圖4所示的殼體主體4a,是通過同時對同一個腔室注射模塑成形形成容納電池元件2的表面部分9b和殼體主體外周框架9的一體結構。
圖24及25中示出的鋰離子聚合物二次電池40的外殼44是第1殼體主體44a和第2殼體主體44b的分割結構部分接合成一體的結構。此第1殼體主體44a及第2殼體主體44b,與上述實施方式1至8中的殼體主體4a的制造方法大致一樣,因為關于其結構、制造方法的說明重復而予以省略。
第1殼體主體44a的第1側板44e,如上所述,是合成樹脂制的膜狀的壁厚很薄的結構。在此第1側板44e的外周緣部分上,在上述方法中合成樹脂制的第1外周框體44f,利用注射模塑成形方法成形并且在模具內固接成為一體。同樣,第2殼體主體44b,以膜狀利用注射模塑成形方法使合成樹脂制的第2外周框體44d與合成樹脂制的第2側板44c及此第2側板44c外周緣部分成形并且形成一體。
將第1外周框體44f和第2外周框體44d對置并利用超聲波焊接、粘接劑等方法接合成一體。在此外殼44的第1殼體主體44a上形成3個作為貫通孔的端子窗43,電流通過此端子窗43出入。在第2殼體主體44b上形成基板支持凸緣49和定位孔49a等。因為在組裝時第2殼體主體44b的定位銷插入到定位孔49a中,所以第1殼體主體44a和第2殼體主體44b的組裝精度高。
電池元件42、保護電路基板48、正極端子45及負極端子46等,與上述的鋰離子聚合物二次電池1實質上是相同的結構和功能,其說明省略。
在上述的實施方式1~7中,在外周框體的外側配置薄板材20作為外皮,但也并非必須將薄板材20配置于外周框體的外側,也可以配置于內側。
上述的本發(fā)明的非水電解質電池的外殼的實施方式,是應用于用鋁層壓膜包裝的聚合物電池。然而,本發(fā)明的外殼,也可以應用于對鋰離子電池進行外包裝的不銹鋼盒、鋁盒等金屬殼體的外包裝。
權利要求
1.一種非水電解質電池的外殼,是對非水電解質電池進行外包裝的外殼(4),其特征在于包括在側面的外周緣部分上具有一體設置的矩形的殼體主體外周框架(9)的、用來容納上述非水電解質電池的合成樹脂制的殼體主體(4a);由覆蓋容納于上述殼體主體(4a)中的上述非水電解質電池的開放側的側面的合成樹脂制的膜狀的側板(4c),及與上述側板(4c)的外周緣部分固接成為一體的合成樹脂制的蓋板外周框架(10)組成的蓋板(4b);以及用來使上述殼體主體外周框架(9)和上述蓋板外周框架(10)對置并接合成一體的接合部。
2.如權利要求1所述的非水電解質電池的外殼,其特征在于上述接合部,具有用來決定上述殼體主體外周框架(9)和上述蓋板外周框架(10)的相對位置的定位裝置(9a、10a)。
3.如權利要求2所述的非水電解質電池的外殼,其特征在于上述定位裝置(9a、10a)為,在上述殼體主體外周框架(9)上形成剖面結構為階梯狀的第1臺階部(9a),在上述蓋板外周框架(10)上形成剖面結構為階梯狀的第2臺階部(10a),上述第1臺階部(9a)及上述第2臺階部(10a)對置嵌合而接合成一體。
4.如權利要求1或2所述的非水電解質電池的外殼,其特征在于在上述殼體主體(4a)上形成作為可以與上述非水電解質電池的輸入輸出端子接觸地貫通的貫通孔的端子窗(3)。
5.如權利要求3所述的非水電解質電池的外殼,其特征在于上述第1臺階部(9a)及上述第2臺階部(10a)構成為具有高度不同的表面。
6.一種非水電解質電池的外殼的制造方法,是權利要求1所述的對非水電解質電池進行外包裝的外殼的制造方法,其特征在于利用注射模塑成形模具進行注射模塑成形,而形成上述殼體主體(4a);在注射模塑成形模具中插入上述側板(4c),通過注射合成樹脂將蓋板外周框架(10)與上述側板(4c)的外周緣部分固接成為一體而形成上述蓋板(4b);使上述殼體主體外周框架(9)和上述蓋板外周框架(10)對置并接合成一體,制造上述外殼(4)。
7.如權利要求6所述的非水電解質電池的外殼的制造方法,其特征在于上述固接是對上述注射模塑成形模具中的上述蓋板外周框架(10)利用熔融樹脂的熱熔接,上述接合是利用超聲波焊接的接合。
8.如權利要求7所述的非水電解質電池的外殼的制造方法,其特征在于為了進行上述超聲波焊接,在上述殼體主體外周框架(9)和/或上述蓋板外周框架(10)上形成有用于上述接合的作為凸部的焊接部(22)。
9.一種非水電解質電池的外殼,是對非水電解質電池進行外包裝的外殼,其特征在于包括以膜狀覆蓋上述非水電解質電池的比其它側面更寬的側面的合成樹脂制的第1側板(44e);以膜狀覆蓋與上述非水電解質電池的上述寬側面對置的側面的合成樹脂制的第2側板(44c);與上述第1側板(44e)的外周緣部分固接成為一體的合成樹脂制的第1外周框體(44f);與上述第2側板(44c)的外周緣部分固接成為一體的合成樹脂制的第2外周框體(44d);以及用來使上述第1外周框體(44f)和上述第2外周框體(44d)對置并接合成一體的接合部。
10.如權利要求9所述的非水電解質電池的外殼,其特征在于上述接合部,具有用來決定上述第1外周框體(44f)和上述第2外周框體(44d)的相對位置的定位裝置(49a)。
11.如權利要求10所述的非水電解質電池的外殼,其特征在于上述定位裝置(49a),是在上述第1外周框體(44f)及上述第2外周框體(44d)上形成的用來互相嵌合來定位的凹部(49a)及插入到上述凹部(49a)的凸部。
12.如權利要求9所述的非水電解質電池的外殼,其特征在于在上述第1外周框體(44f)和/或上述第2外周框體(44d)上形成作為可以與上述非水電解質電池的輸入輸出端子相接觸地貫通的貫通孔的端子窗(43)。
13.一種非水電解質電池的外殼的制造方法,是權利要求9所述的對非水電解質電池的外殼進行外包裝的外殼的制造方法,其特征在于在注射模塑成形模具中插入上述第1側板(44e),通過注射合成樹脂將上述第1外周框體(44f)與上述第1側板(44e)的外周緣部分固接成為一體而形成第1殼體主體(44a);在注射模塑成形模具中插入上述第2側板(44c),通過注射合成樹脂將上述第2外周框體(44d)與上述第2側板(44c)的外周緣部分固接成為一體而形成第2殼體主體(44b);使上述第1殼體(44a)和上述第2殼體(44b)對置并使上述第1外周框體(44f)和上述第2外周框體(44d)接合成一體。
14.如權利要求13所述的非水電解質電池的外殼的制造方法,其特征在于上述固接是對上述注射模塑成形模具中的第1外周框體和第2外周框體利用熔融樹脂的熱熔接,上述接合是利用超聲波焊接的接合。
15.如權利要求14所述的非水電解質電池的外殼的制造方法,其特征在于為了進行上述超聲波焊接,在上述第1外周框體(44f)和/或上述第2外周框體(44d)上形成用于上述接合的作為凸部的焊接部(22)。
全文摘要
一種具有批量生產性、壁薄且抗損傷能力強的非水電解質電池的外殼。該外殼(4)由殼體主體(4a)及蓋板(4b)構成,在裝入鋰離子聚合物二次電池等非水電解質電池之后,通過夾持進行接合成一體。蓋板(4b)由合成樹脂制的膜狀的薄板材(4c)的坯料構成,外殼(4)制作得很薄。殼體主體(4a)和蓋板(4b)的殼體主體外周框架(9)、蓋板外周框架(10)利用注射模塑成形方法成形,構成臺階部(9a)、(10a)。由于具有此臺階部,成為即使存在沖擊等也可以確保機械強度的結構,成為抗損傷能力強的外殼(4)。
文檔編號H01M2/10GK1692508SQ200380100590
公開日2005年11月2日 申請日期2003年12月17日 優(yōu)先權日2002年12月17日
發(fā)明者平塚賢, 坂本美津夫, 成富正德 申請人:索尼株式會社, 大成普拉斯株式會社