Батарея и способ ее изготовления
Предложенный способ изготовления батареи включает в себя этапы размещения генерирующего ток элемента (3) в корпусе (2) батареи, который является эллиптическим в поперечном сечении, размещения герметизирующего элемента (5) в отверстии корпуса (2) батареи с проложенным между ними уплотнителем (4) и герметизации отверстия путем его обжима внутрь, при этом герметизацию края (2а) длинной стороны корпуса (2) батареи на этапе герметизации осуществляют на формующей поверхности (17) с закругленным поперечным сечением, в то время как герметизацию краев (2b) дугообразной стороны, которая соединяет противоположные поверхности длинных сторон, осуществляют на плоской формующей поверхности (18), в результате чего получают батарею, имеющую уплотнение по всей периферии отверстия в корпусе (2) батареи, причем это уплотнение является однородным, превосходным по своей герметичности и высоконадежным, а батарея обладает отличными свойствами в отношении безопасности при отсутствии риска утечки жидкости. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к батарее, пригодной для использования в качестве химического источника тока в портативных электронных устройствах или т.п., и к способу ее изготовления.
Уровень техники
Работа современных портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны, мобильные информационные терминалы и т.п., зависит в значительной степени не только от вмонтированных в них полупроводниковых элементов и электронных схем, но также и от работы герметизированных перезаряжаемых батарей (аккумуляторов), и, соответственно, изыскиваются возможности увеличения емкости герметизированных перезаряжаемых батарей, установленных в таких устройствах, а также уменьшения их массы и размера. В качестве герметичной перезаряжаемой батареи, которая может удовлетворять этим требованиям, были разработаны никель-металл-гидридные перезаряжаемые батареи, имеющие примерно вдвое большую плотность энергии, чем никель-кадмиевые перезаряжаемые батареи, а за ними следуют литий-ионные батареи, имеющие еще большую плотность энергии. Оба типа сейчас используются для различных применений.
Эти герметизированные перезаряжаемые батареи в основном образованы обеспечивающими электродвижущую силу элементами, состоящими из переплетенных или многослойных положительных и отрицательных электродов с проложенными между ними разделяющими прокладками (сепараторами) и жидкого электролита, причем эти элементы заключены в цилиндрическом, призматическом или плоском корпусе батареи и герметизированы путем обжима или лазерной сварки. Призматические или плоские батареи являются особенно подходящими для сокращения толщины устройств, для которых они используются, и поэтому они все больше используются для портативных электронных устройств, таких как мобильные телефоны. Способ лазерной сварки для герметизации плоской батареи, в котором герметизирующую пластину приваривают к открытому концу корпуса, имеет недостатки, заключающиеся в том, что его стоимость является высокой, а производительность - низкой, и в том, что в случае с литиевыми перезаряжаемыми батареями есть опасность воспламенения во время лазерной сварки из-за использования органического жидкого электролита.
В альтернативном способе для размещения обеспечивающих электродвижущую силу элементов используют недорогой и обеспечивающий высокую производительность корпус батареи, который имеет удлиненное овальное поперечное сечение, с уплотнителем и герметизирующим элементом, помещаемыми на открытом конце корпуса батареи, и открытый конец корпуса батареи обжимают для обеспечения герметизирующего уплотнения, аналогично обычным цилиндрическим батареям. Более конкретно, как показано на фиг.5А-5С, обжимной инструмент 21, используемый в процессе обжима корпуса батареи, имеет углубление 22 с отверстием такой же формы, как и поперечное сечение корпуса батареи, и с формующей поверхностью 23, имеющей закругленное поперечное сечение одинакового радиуса кривизны по всей периферии внутреннего дна углубления 22. Углубление 22 обжимного инструмента 21 плотно сажают на открытый конец корпуса 32 батареи и прикладывают заданное давление, посредством чего вся окружность открытого конца корпуса 32 батареи закругляется с образованием обжатого участка 33, как показано на фиг.6, который обеспечивает герметичность батареи 31. Ссылочным номером 24 на фиг.5А-5С обозначено выходное углубление, выполненное в центре внутреннего дна углубления 22.
Чтобы описать проблему более конкретно, обратимся теперь к фиг.7, из которой видно, что в батарее 31, в которой открытый конец корпуса 32 батареи обжат с использованием обжимного инструмента 21, показанного на фиг.5А-5С, форма поперечного сечения различается для линейных обжатых участков 34 вдоль краев длинной стороны корпуса 32 батареи и дугообразных обжатых участков 35 вдоль дугообразных краев, соединяющих обе длинные стороны корпуса батареи, поскольку дугообразные края обжимаются более легко, чем края длинной стороны. В некоторых случаях на границах 36 между ними или поблизости могут быть сформированы неправильно согнутые участки 37, обусловленные деформацией или короблением, происходящими из-за различия в формах их поперечного сечения. Это может привести к трудностям при обеспечении надежности герметизации или сопротивления уплотнения батареи давлению и приводит к уменьшению прочности уплотненной части батареи. Утечка жидкости или газа из уплотненной части будет понижать давление внутри и вызовет неправильную работу предохранительного механизма, такой как механизм отключения тока внутри герметизирующей пластины, в том случае, когда он должен приходить в действие в ответ на повышение давления внутри батареи из-за перезарядки или т.п. Как результат, безопасность батареи может быть поставлена под сомнение. Уменьшенное сопротивление уплотнения давлению также влияет на сопротивление утечке жидкости во время хранения при высоких температурах.
Возможное решение по предотвращению коробления на границах между линейными обжатыми участками 34 и дугообразными обжатыми участками 35 могло бы состоять в формировании плоской формующей поверхности по периферии внутреннего дна углубления 22 обжимного инструмента 21 вместо закругленной формующей поверхности 23. Однако надежность обжима на линейных обжатых участках 34 была бы тогда понижена, что привело бы к опасности утечки жидкости.
В одном из предложенных альтернативных способов обжим выполняют с использованием закругленной формующей поверхности, после чего края длинной стороны верхнего конца корпуса батареи штампуют (см., например, выложенную публикацию японского патента № 2000-331654). В другом предложенном способе линейные края длинной стороны обжимают с использованием формующей поверхности с закругленным поперечным сечением, имеющим радиус более 90°, а дугообразные края, соединяющие оба края длинной стороны, обжимают с использованием формующей поверхности, имеющей меньший радиус, чем этот (см., например, выложенную публикацию японского патента № 2002-324523).
В любом случае, однако, как для линейных обжатых участков 34, так и для дугообразных обжатых участков 35 используют закругленную формующую поверхность, и герметизирующие свойства этих линейных и дугообразных обжатых участков 34 и 35 не гарантированы достаточным образом, потому что они имеют различные характеристики обжима-герметизации. Эта проблема становится существенной в ситуации, когда толщина корпуса батареи и, соответственно, уплотнителя становится все меньше при одновременном увеличении емкости батареи и уменьшении толщины батареи.
Ввиду наличия этих проблем в традиционных технологиях цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить батарею, которая является однородно и плотно обжатой по всей периферии открытого конца плоского корпуса батареи, имеющего овальное поперечное сечение, и которая имеет отличные свойства в отношении безопасности при отсутствии риска утечки жидкости из-за ее высоконадежной герметизации, и способ изготовления такой батареи.
Раскрытие изобретения
Чтобы решить вышеизложенные проблемы, в настоящем изобретении предложен способ изготовления батареи, включающий в себя этап размещения обеспечивающих электродвижущую силу элементов в корпусе батареи, имеющем овальное поперечное сечение, этап помещения герметизирующего элемента на открытый конец корпуса батареи с проложенным между ними уплотнителем и этап герметизации батареи путем обжима внутрь открытого конца корпуса батареи. На этапе герметизации края длинной стороны корпуса батареи обжимают посредством формующей поверхности, имеющей закругленное поперечное сечение, а дугообразные края, соединяющие оба края длинной стороны, обжимают посредством плоской формующей поверхности. Прочность герметизации обжимом тем самым сокращается на дугообразных краях, которые обжимаются более легко, чем края длинной стороны, так что как дугообразные края, так и края длинной стороны имеют в целом одинаковые герметизирующие свойства. Таким образом, открытый конец плоского корпуса батареи, имеющего овальное поперечное сечение, включая границы между дугообразными участками и участками длинной стороны, является однородно обжатым по всей периферии с отличными герметизирующими свойствами. Соответственно, нет опасности, что возникнет ситуация, когда падение давления из-за утечки жидкости или газа из уплотненной части вызовет неправильную работу предохранительного механизма, такого как механизм отключения тока внутри герметизирующей пластины, в том случае, когда он должен приходить в действие в ответ на увеличение давления внутри батареи, происходящего из-за перезарядки или т.п., из-за чего безопасность батареи ставится под сомнение. Изготовленная таким образом батарея является высоконадежной благодаря ее отличному сопротивлению утечке во время хранения при высоких температурах.
Батарея согласно настоящему изобретению имеет корпус батареи, полученный посредством описанного выше способа изготовления батареи. Герметизированные обжимом края длинной стороны корпуса батареи имеют плоские верхние поверхности, а дугообразные края, соединяющие оба края длинной стороны, имеют закругленное поперечное сечение. Предпочтительно дугообразные края, соединяющие оба края длинной стороны, являются более высокими, чем герметизированные обжимом края длинной стороны корпуса батареи.
Таким образом, края длинной стороны обжаты с получением плоских верхних поверхностей и закругленных внутрь или сплющенных кончиков, в то время как дугообразные края, соединяющие оба края длинной стороны, обжаты с получением закругленного поперечного сечения, не вызывая при этом коробления изоляционного уплотнителя. Герметизирующие свойства на обоих участках сделаны таким образом одинаковыми, и однородно обжатый участок сформирован по всей периферии открытого конца корпуса батареи, включая границы между дугообразными участками и участками длинной стороны. Соответственно, нет опасности того, что возникает ситуация, когда падение давления из-за утечки жидкости или газа из герметичной части вызовет неправильную работу предохранительного механизма, такого как механизм отключения тока внутри герметизирующей пластины, в том случае, когда он должен приходить в действие в ответ на увеличение давления внутри батареи, происходящего из-за перезарядки или т.п., из-за чего безопасность батареи ставится под сомнение. Получающаяся в результате батарея является высоконадежной благодаря ее отличному сопротивлению утечке во время хранения при высоких температурах. За счет изготовления дугообразных краев, соединяющих оба края длинной стороны, на 0,1-0,5 мм выше, чем герметизированные обжимом края длинной стороны корпуса батареи, степень сжатия изоляционного уплотнителя сделана одинаковой на дугообразных участках и участках длинной стороны, обеспечивая то, что герметизирующие свойства являются однородными.
Краткое описание чертежей
Фиг.1А и фиг.1В иллюстрируют один вариант выполнения батареи согласно настоящему изобретению, причем фиг.1А представляет собой общий вид в перспективе, а фиг.1В представляет собой увеличенный вид в перспективе герметизированного состояния батареи.
Фиг.2 представляет собой увеличенное поперечное сечение вдоль линии II-II на фиг.1А.
Фиг.3 представляет собой увеличенное поперечное сечение вдоль линии III-III на фиг.1А.
Фиг.4А представляет собой вид сверху, фиг.4В представляет собой увеличенное поперечное сечение вдоль линии IVB-IVB на фиг.4А, а фиг.4С представляет собой увеличенное поперечное сечение вдоль линии IVC-IVC на фиг.4А, иллюстрирующие обжимной инструмент, используемый в способе изготовления согласно тому же варианту выполнения батареи.
Фиг.5А представляет собой вид сверху, фиг.5В представляет собой увеличенное поперечное сечение вдоль линии VB-VB на фиг.5А, а фиг.5С представляет собой увеличенное поперечное сечение вдоль линии VC-VC на фиг.5А, иллюстрирующие обжимной инструмент, используемый в способе изготовления традиционной батареи.
Фиг.6 представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий герметизированное состояние традиционной батареи.
Фиг.7 представляет собой частичный вид сверху, иллюстрирующий проблему при герметизированном состоянии традиционной батареи.
Наилучшие варианты осуществления изобретения
Один вариант выполнения батареи по настоящему изобретению в виде литий-ионной перезаряжаемой батареи (аккумулятора) и способ ее изготовления будет описан ниже со ссылкой на фиг.1А по фиг.4С. Настоящее изобретение не должно ограничиваться конкретным типом батареи и может применяться к другим батареям, таким как никель-кадмиевые батареи и никель-металл-гидридные батареи, при условии, что батарея имеет плоское овальное поперечное сечение.
Как показано на фиг.1А и фиг.1В, батарея 1 структурирована в виде литий-ионной перезаряжаемой батареи и имеет плоскую форму с удлиненным овальным поперечным сечением, причем ее ширина W в четыре-восемь раз больше, чем ее толщина t. Как показано на фиг.2 и фиг.3, батарея 1 образована обеспечивающими электродвижущую силу элементами 3, состоящими из положительного и отрицательного электродов, расположенных напротив друг друга с проложенными между ними сепараторами, и жидкого электролита, причем эти элементы помещены в корпус 2 батареи с плоским дном и открытым верхним концом. Материалом корпуса 2 батареи может быть недорогая никелированная медь или легкий алюминиевый сплав, в зависимости от назначения его использования. Открытый конец корпуса 2 батареи герметизирован посредством обжатого участка 12, который сформирован путем пластичной деформации внутрь всей периферии открытого конца корпуса 2 батареи после того, как на этом открытом конце в качестве герметизирующего элемента были размещены изоляционный уплотнитель 4 и герметизирующая пластина 5. Ссылочный номер 20 обозначает металлическую усиливающую пластину, прикрепленную в заданном положении ниже открытого верхнего конца корпуса 2 батареи посредством лазерной сварки или т.п. для поддержки герметизирующей пластины 5.
Герметизирующая пластина 5 включает в себя крышку 7 с выступающей частью 6, причем эта крышка служит в качестве электродного вывода одной полярности. Корпус 2 батареи служит в качестве электродного вывода другой полярности. Герметизирующая пластина 5 состоит из фильтра 8 и предохранительного вентиляционного механизма 10, элемента 11 с положительным температурным коэффициентом (ПТК) и крышки 7, размещенной внутри фильтра 8, с проложенным между ними внутренним уплотнителем 9. Фильтр 8 соединен с обеспечивающими электродвижущую силу элементами 3 и с крышкой 7 через предохранительный вентиляционный механизм 10 и ПТК-элемент 11.
Обжатый участок 12 на открытом конце корпуса 2 батареи сформирован в виде плоских обжатых участков 13, имеющих плоские верхние поверхности 13а, вдоль краев 2а длинной стороны корпуса 2 батареи и дугообразных обжатых участков 14, имеющих закругленное поперечное сечение, вдоль дугообразных краев 2b, соединяющих оба края длинной стороны корпуса 2 батареи.
Как показано на фиг.4А - фиг.4С, обжимной инструмент 15, используемый для формирования обжатого участка 12, имеет углубление 16 с отверстием такой же формы, как и поперечное сечение корпуса 2 батареи, и закругленную формующую поверхность 17 и плоскую формующую поверхность 18 по периферии внутреннего дна углубления 16. Углубление 16 обжимного инструмента 15 плотно сажают на открытый конец корпуса 2 батареи и прикладывают заданное давление. Закругленная формующая поверхность 17 является формующей поверхностью, имеющей закругленное поперечное сечение, предусмотренное на линейных участках, соответствующих краям 2а длинной стороны корпуса 2 батареи. Плоская формующая поверхность 18 является плоской формующей поверхностью, предусмотренной на дугообразных участках, соответствующих дугообразным краям 2b корпуса 2 батареи. Радиус r кривизны закругленной формующей поверхности 17 и радиус r кривизны на углах плоской формующей поверхности 18 являются одинаковыми. Ссылочный номер 19а обозначает выпускное углубление, сформированное в центре внутреннего дна углубления 16, а ссылочный номер 19b обозначает толкательный штифт для удаления батареи 1 после процесса обжима.
Линейные края длинной стороны открытого конца корпуса 2 батареи пластически деформируют посредством закругленной формующей поверхности 17 для сжатия изоляционного уплотнителя 4 и для герметизации обжимом края корпуса батареи надежным образом. Дугообразные участки, соединяющие оба края длинной стороны, пластически деформируют посредством плоской формующей поверхности 18 внутрь от внешней периферии дуги для герметизации обжимом. Таким образом, края длинной стороны обжимают так, чтобы получить плоские верхние поверхности и закругленные внутрь или сплющенные кончики, в то время как дугообразные края, соединяющие оба края длинной стороны, обжимают так, чтобы получить закругленное поперечное сечение, не вызывая при этом коробления изоляционного уплотнителя. Герметизирующие свойства на обоих участках сделаны таким образом одинаковыми, и по всей периферии открытого конца корпуса батареи, включая границы между дугообразными участками и участками длинной стороны, сформирован однородно обжатый участок. Соответственно, нет опасности того, что возникает ситуация, когда падение давления из-за утечки жидкости или газа из уплотненной части вызовет неправильную работу предохранительного механизма, такого как механизм отключения тока внутри герметизирующей пластины, в том случае, когда он должен приходить в действие в ответ на увеличение давления внутри батареи, происходящего из-за перезарядки или т.п., из-за чего безопасность батареи ставится под сомнение. Предложенная батарея является высоконадежной благодаря ее отличному сопротивлению утечке во время хранения при высоких температурах.
Вместо упрочняющей пластины на внешней поверхности в заданном положении ниже открытого верхнего конца корпуса батареи может быть сформирована канавка, так что выступающая внутрь часть используется как участок опоры для размещения герметизирующей пластины. При этом будут достигнуты такие же эффекты.
Полное описание способа изготовления батареи 1 с вышепредставленной конфигурацией состоит в следующем: обеспечивающие электродвижущую силу элементы 3 размещают в корпусе 2 батареи, имеющем овальное поперечное сечение; упрочняющую пластину 20 вставляют с открытого конца корпуса 2 батареи и приваривают в заданном положении; изоляционный уплотнитель 4 и герметизирующую пластину 5 помещают на открытом конце корпуса 2 батареи и фильтр 8 подсоединяют к электроду одной полярности, простирающемуся от обеспечивающих электродвижущую силу элементов 3; и, наконец, открытый конец корпуса 2 батареи герметизируют обжимом с использованием обжимного инструмента 15, как описано выше, для завершения изготовления батареи 1.
Согласно этому варианту осуществления, описанному выше, однородный и воздухонепроницаемый обжатый участок 12 формируется по всей периферии открытого конца плоской батареи 1, имеющей овальное поперечное сечение, и, следовательно, высоконадежная герметизация достигается даже несмотря на то, что толщина корпуса батареи или уплотнителя уменьшается при одновременном увеличении емкости батареи и уменьшении толщины батареи. Таким образом изготавливают защищенные от утечки, тонкие батареи 1 с хорошей производительностью.
Промышленная применимость
Как описано выше, настоящее изобретение обеспечивает возможность формирования однородного обжатого участка с отличными герметизирующими свойствами по всей периферии открытого конца плоского корпуса батареи, имеющего овальное поперечное сечение, и обеспечивает получение батареи, имеющей отличные свойства в отношении безопасности при отсутствии риска утечки жидкости благодаря ее высоконадежной герметизации.
1. Способ изготовления батареи, включающий в себя этапы размещения обеспечивающих электродвижущую силу элементов (3) в корпусе (2) батареи, имеющем овальное поперечное сечение; размещения герметизирующего элемента (5) на открытом конце корпуса (2) батареи с проложенным между ними уплотнителем (4); и герметизации батареи путем обжима внутрь открытого конца корпуса (2) батареи, при этом на этапе герметизации края (2а) длинной стороны корпуса (2) батареи обжимают с помощью формующей поверхности (17), имеющей закругленное поперечное сечение, а дугообразные края (2b), соединяющие оба края длинной стороны, обжимают с помощью плоской формующей поверхности (18).
2. Батарея, содержащая обеспечивающие электродвижущую силу элементы (3), заключенные в корпусе (2) батареи, имеющем овальное поперечное сечение; и герметизирующий элемент (5), помещенный на открытом конце корпуса (2) батареи, с проложенным между ними уплотнителем (4), причем открытый конец обжат внутрь для герметизации батареи, и при этом края (2а) длинной стороны корпуса (2) батареи обжаты с помощью имеющей закругленное поперечное сечение формующей поверхности (17) обжимного инструмента (15) с получением плоских верхних поверхностей (13а), а дугообразные края (2b), соединяющие оба края длинной стороны корпуса (2) батареи, обжаты с помощью плоской формующей поверхности (18) обжимного инструмента (15).
3. Батарея по п.2, в которой дугообразные края (2b), соединяющие оба края длинной стороны, являются более высокими, чем герметизированные обжимом края (2а) длинной стороны корпуса (2) батареи.
