专利名称：具有能够实现优良密封配置的电解质注入孔的方型电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方形电池，其具有可高度密封的电解质注入孔， 并且，更特别地，涉及具有安装在方形电池盒中的电极组件的方形电 池，其中电解质注入孔被形成在安装到该电池盒的打开上端的基板中， 该电解质注入孔被构成为使得该电解质注入孔的内部上端被形成向下 渐縮结构，由此，当金属球被强制插入该电解质注入孔内以使该金属 球塑性地变形，在该被强制地插入的金属球的上端形成沟槽及在该金 属球和该电解质注入孔内部表面之间的界面处产生裂缝被有效地防 止，也因此，高度的电解质密封被完成。
背景技术：
由于移动装置的日益发展，且对于这类移动装置的需求也因而增 加，使得利用二次电池做为该移动装置的能量来源的需求也急剧增加。 基于其外部及内部结构，该二次电池一般被分类为圆柱电池、方形电池及囊袋状电池。随着移动装置被小型化，具有小的宽长比的该方 形电池及囊袋状电池近来引起了相当大的注意。该方形二次电池被如下制成将包括阴极、阳极、和隔板的电极 组件放置在方形电池盒中；安装基板到该电池盒上端，例如，通过焊 接；经由在该基板中形成的电解质注入孔将电解质注入该电池盒；用 金属球密封该电解质注入孔；安装安全构件及保护电路到该基板；并 用外壳(外部盒)密封该电池盒。图1是平面图，其用沿直线A-A的垂直截面视图说明了被安装到 传统方形二次电池的电池盒的上端的基板。参照图l，该基板IOO在其中部被配置有电极端子101，其被连接至电极组件的电极抽头(例如，阳极抽头)。该基板IOO在其一侧被配置 有电解质注入孔102，用于允许透过该孔注入电解质。在该电极端子 101及该基板IOO之间设置有绝缘构件103，用以电隔离该电极端子101 与该基板200，其被连接到该电极组件的其它电极抽头(例如，阴极抽 头)以便做为电极端子。该电解质注入孔102 —般被形成为矩形截面形状，该电解质透过 该孔而被注入，如图2所示。该电解质注入孔102被用金属球104密 封，例如，铝球，该金属球104具有的直径稍大于该电解质注入孔102 的直径。特定地，该金属球104被位于在该电解质注入孔102上，且 该金属球104被从上施压使得该金属球104被塑性地变形以密封该电 解质注入孔102。结果，薄的金属板被通过激光焊接而安全地固定至该 基板100，由此该电解质注入孔102被完全地密封。但是，当该金属球被塑性地变形且被插入被形成为具有矩形垂直 截面形状的该电解质注入孔时，该金属球的下外周部分被该电解质注 入孔的内部上端向外挤压。结果，在该金属球上形成沟槽。该形成的 沟槽对通过激光焊接以密封该电解质注入孔有不良影响。更进一步， 由于该沟槽的形成，内部裂缝会沿着该金属球与该电解质注入孔内部 表面之间的界面而不断产生，并因此，该电解质注入孔的密封性变低。为了解决上述问题，日本公开未审查文献No.2004-0023253及日本 公开未审査文献No.2002-358948公开了一种方法，该方法在该电解质 注入孔的内部上端形成锥形结构，并将具有与该电解质注入孔相对应 的形状的密封构件插入该电解质注入孔以密封该电解质注入孔，而取 代该金属球。该密封结构具有防止产生上述沟槽的作用。然而，与该 密封构件(例如，该金属球)被塑性地变形以密封该电解质注入孔的情况 相比，这种密封结构存在的问题在于在该电解质注入孔及该密封构件 之间的耦合力较小，也因此，该电解质注入孔的密封性较低。由于这个原因，必需进一步进行额外的操作以便弥补该较弱的耦合力，这是 令人烦恼的。结果，根本地解决上述问题的技术的必要性被高度地增加。 发明内容技术问题因此，本发明已经被提出以解决上述问题及尚未解决的其它技术 问题。为解决上述问题已经进行了大量广泛及集中的研究及实验，结果， 本发明的发明者己经发现，当被形成在安装到电池盒的上端的基板中 的电解质注入孔被构成为该电解质注入孔的内部上端被形成为向下渐 縮结构，且金属球被强制地插入该电解质注入孔以使该金属球塑性地 变形，从而使得该电解质注入孔被该金属球所密封时，该电解质注入 孔的密封性由于在该电解质注入孔与该塑性地变形的金属球之间的高 耦合力而改善，并有效地防止了依据传统技术当金属球塑性地变形时 所导致的沟槽的形成，也有效地防止了由于该沟槽而引起的在该金属 球及该电解质注入孔的内部表面之间的界面处的持续性的裂缝的形 成，且实现了高度的电解质的密封。本发明已经基于上述发现而完成。技术方案依据本发明，上述或其它的目标能够通过提供具有被安装在方形 电池盒中的电极组件的方形电池盒而实现，其中电解质注入孔被形成 在被安装到该电池盒的打开上端的基板中，该电解质注入孔具有被构 成为向下渐縮(倾斜)结构的内部上端，且金属球系强制地插入该电解质 注入孔使得该金属球被塑性地变形以密封该电解质注入孔。5依据本发明，该电解质注入孔的内部上端被构成为上述的倾斜结 构。结果，当该金属球被强制地插入该电解质注入孔时(该金属球被施 压使得该金属球被插入该电解质注入孔)，该金属球的塑性变形被容易 地实现。其结果，在该被强制地插入的金属球的上端处的沟槽的形成 被有效地防止，在该金属球及该电解质注入孔的内部表面之间的界面 处的裂缝的产生也被有效地防止，且高度的电解质密封被完成。该电解质注入孔的倾斜结构从该电解质注入孔的上端表面向下倾斜一个角度，优选地是，20至70度，且更优选地是，30至60度。当 倾斜角度过大时，防止在该塑性地变形的金属球处形成该沟槽和裂缝 是困难的。当该倾斜角度过小时，要通过该可塑性变形来提供高的耦 合力是不可能的。并且较佳地，该倾斜结构具有对应于被插入该电解质注入孔的该 金属球的大小(该半径)的5至30%的宽度及对应于该金属球的大小(半 径)的10至25%的深度。这里，该宽度指从该电解质注入孔上端表面 与该电解质注入孔内部表面相交点至该倾斜起始点的长度。该深度指 从该电解质注入孔内部表面与该电解质注入孔上端表面相交点至该倾 斜终点的长度。如先前所述，当该倾斜结构的该宽度与该长度太小时， 其难以防止在该塑性地变形的金属球处形成该沟槽及裂缝。另一方面， 当该倾斜结构的该宽度及长度太大时，通过该塑性变形来提供高的耦 合力是不可能的。结果，该倾斜结构的倾斜角度、宽度及长度被依据该电解质注入 孔及该金属球的尺寸大小而适当地确定。在下面的实施例中，为了方 便起见，将以术语"上端内径"及"下端内径"替代宽度来描述该倾 斜结构。这里，该上端内径指该电解质注入孔在倾斜起始处的直径， 且该下端内径系指该电解质注入孔在倾斜终止处的直径。该基板密封该电池盒的打开上端。此外，该基板被连接到被安装 在该电池盒中的电极组件的电极抽头(例如，阳极抽头)以便用作电极端 子。结果，该基板并无特别的限制，只要该基板是由导电材料制成。 优选地，该基板由铝制成。该电解质注入孔的密封可以被如下完成，例如，当将该金属球定 位于该电解质注入孔的锥形结构上时，强制将该金属球插入该电解质 注入孔中，并使用激光焊接方法焊接该强制插入区域。在本案例中， 施加于该金属球的压力大小取决于该倾斜结构的宽度、深度及倾斜角度。优选地，0.2至0.5Mpa的压力被施加到该金属球。更进一步，当 完成该激光焊接后，该被强制地插入的球及该电解质周围被覆盖环氧 树脂，以便保护该被强制地插入的球及该电解质周围。该金属球并无特别的限制，只要当该金属球被强制地插入该电解 质注入孔时，该金属球能够塑性地变形，以便密封该电解质注入孔。 优选地，该金属球由与该基板相同的材料制成。例如，该金属球由铝 制成。
根据以下结合附图的详细描述，将能更清楚地理解本发明的上述及其它目的、特征与其它优势，在附图中图1是说明了传统的方形二次电池的基板的平面视图，其用沿直 线A-A的垂直截面视图说明了该基板，在基板中形成有电解质注入孔；图2是图1中的虚线圆"a"的放大视图；图3是说明依据本发明的优选实施例的方形二次电池的基板的平 面视图，其用沿直线B-B的垂直截面视图说明了该基板，在基板中形成有电解质注入孔；图4是图3中的虚线圆"b"的放大视图；图5是说明图3中示出的电解质注入孔在铝球被插入该电解质注 入孔且该铝球被紧压后的平面形状的照片(实例1);图6是说明图5中示出的该电解质注入孔的截面形状的照片；图7是说明为图1中示出的电解质注入孔在金属球被插入该电解质注入孔且该金属球被紧压后的平面形状的照片(比较实例1);图8是说明图7中示出的该电解质注入孔的截面形状的照片；图9是说明图3中示出的电解质注入孔在铝制铆钉被插入该电解质注入孔且该铝制铆钉被紧压后的平面形状的照片(比较实例2);图IO是说明图9中示出的该电解质注入孔的截面形状的照片； 图11是说明依据比较实例1观察到的沟槽形成率和依据实例1观察到的沟槽形成率之间的比较的图表；和图12是说明当电解质开始渗漏时的电解质压力的图表，测量电解质压力以便确认该电解质通过依据实例1及比较实例1及2密封的各个电解质注入孔而渗漏的可能性。
具体实施方式
现在，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。然而，应注意 的是，所说明的实施例并不能限制本发明的范围。图3是说明依据本发明的优选实施例的方形二次电池的基板的平 面视图，其用沿直线B-B的垂直截面视图说明了该基板，在基板中形 成有电解质注入孔；参照图3，该基板200在其中部配置有电极端子201,其被连接到 电极组件的阳极抽头(未示出)。该基板200在其一侧配置有电解质注入 孔202。在该基板200的上表面的邻近电解质注入孔202的预定位置处 形成沟槽，由此保持电路模块被稳定地安装到该基板200。在该电极端 子201及该基板200之间设置有电隔离该电极端子201和基板200的 绝缘构件203，其被连接到电极组件的阴极抽头。下文中，将参照图4详细描述该电解质注入孔的倾斜结构，图4 是图3中的虚线圆"b"的放大视图。参照图4，当观察该电解质注入孔202的垂直截面时，该电解质注 入孔202的内部上端被构成为向下渐缩(倾斜)结构220。具有大于该电 解质注入孔202的半径的半径R的金属球204被强制地插入该电解质 注入孔202使得该电解质注入孔能够被该金属球204密封。该电解质 注入孔202的该倾斜结构220被定义如下宽度w，其是指从该电解 质注入孔202的上端表面与该电解质注入孔202的内部表面相交的点 到该倾斜起始点的长度；深度d，其是指从该电解质注入孔202的内部 表面与该电解质注入孔202的上端表面相交的点到该倾斜终点的长度； 及倾斜角度r，其是指该电解质注入孔202的上端表面与该倾斜面之间 的夹角。所希望的倾斜结构220的尺寸如前所述。在电解质被注入电池盒后，该电池盒被如下密封。首先，该金属 球204被定位到该电解质注入孔202的上端，且该金属球204被紧压。 同时，由于该倾斜结构220的宽的上端宽度使得该金属球被稳定的定 位于该电解质注入孔的上端上。另外，在该金属球被强制地插入过程 中，金属球被塑性地变形，而由于斜坡204被形成在该电解质注入孔 202的内部上端，使得金属球204在其下圆周部分处的垂直向上的变形 被最小化，该金属球204的这种变形的最小化防止沟槽形成在该被强 制地插入的金属球的上端，并有效地防止在该金属球204中产生裂缝。 更进一步，易于强制地将该金属球204插入该电解质注入孔。结果， 不必要对该金属球204施加额外的力，并因此，对于该基板200的损 伤被最小化。下文中，本发明的实例将被更详细地描述。然而，应注意的是， 给出这些实例仅用于说明本发明，并因此，所说明的实例不能限制本 发明的范围。[实例1]在具有0.8mm的厚度的铝制基板中，通过钻孔，形成具有1.2mm的内径(下端内径)的电解质注入孔。通过锻造，在该基板的内部上端处 形成倾斜结构，其具有内径(上端内径)及大约45度的倾斜角。该基板 被通过激光焊接而固定到铝制方形电池盒的上端。随后，预定量的电解质被通过该电解质注入孔注入该电池盒。具 有1.37mm的直径的铝球被定位在该电解质注入孔上，且该铝球被以 0.4Mpa的压力强制地插入该电解质注入孔以密封该电解质注入孔。[比较实例1]除未在该电解质注入孔的内部上端形成该倾斜结构外，执行如实 例1的相同步骤。[比较实例2]除使用铝制铆钉替代该铝球用作密封该电解质注入孔的密封构件 外，执行如实例1的相同步骤。该铝制铆钉被构成为使得该铝制铆钉 的上端直径大于该铝制铆钉的下端直径，且因此，该铝制铆钉在强制 地插入该铝制铆钉时被塑性地变形。[实验实例1]图5及图6是分别说明依据实例1的该电解质注入孔的平面形状 及截面形状的照片。图7及图8是分别说明依据比较实例1的该电解 质注入孔的平面形状截面形状的照片。图9及图IO是分别说明依据比 较实例2的该电解质注入孔的平面形状及剖面形状的照片。从依据比较实例1的该电解质注入孔的照片能够看出，当该铝球 被强制地插入该电解质注入孔时，该铝球的部分被塑性地变形且被沿 着该电解质注入孔的内部表面向上推挤，并且结果，在该被强制地插 入的球的上端处形成相对于该电解质注入孔的形状的沟槽。另外还能 够看到，在铝球的塑性变形过程中，在该电解质注入孔的内部表面及 该铝球之间的界面处形成裂缝。另一方面，从依据实例1的该电解质注入孔的相片可看出，几乎 没有形成沟槽及裂缝。由图11的图表可以确认这些结果，图11的图表说明了在依据实 例1的电解质注入孔处观察的沟槽形成率，其由透过显微镜观察而精 确测量，所示比率为相对值，这里假设在依据比较实例1的该电解质 注入孔处观察的沟槽形成率为100。在依据比较实例2的该电解质注入孔中，另一方面，在该电解质 注入孔的上端表面处并未形成沟槽。然而，可确定的是在该铝球及该 电解质注入孔的内部表面之间的界面耦合力是小的。其能够从下面的实验实例2看出。 [实验实例2]当电解质开始渗漏时，量测电解质压力以便确认该电解质经由依据实例1及比较实例1及2所密封的各个该电解质注入孔渗漏的可能 性。该量测结果如图12的图表所示。如能够从图12看到的，要经由依据实例1密封的该电解质注入孔 而渗漏需要相当大的压力。另一方面，图中能够看出该电解质易于经 由依据比较实例1密封的该电解质注入孔而渗漏，即使在非常小的压 力被施加到该电解质注入孔时。另外，能够看到，依据比较实例2密封的该电解质注入孔具有的 密封力大于依据比较实例1密封的该电解质注入孔所具有的密封力， 在比较实例2中，该电解质注入孔的内部上端被构成为倾斜结构并且 铝制铆钉被用作密封构件；然而，依据比较实例2密封的该电解质注 入孔的密封力小于依据实例1密封的电解质注入孔的密封力。这是因 为比较实例2的铝制铆钉被塑性地变形到对应于实例1的铝球的被强制插入(紧密配合)的程度，因此，密封并未完成。可确认的是电解质的 存留现象的发生是由于相对小的密封力，且该现象对于密封后的附加 激光焊接有不良影响。产业应用性从以上描述可以清楚，由于该金属球的塑性变形和强制插入以及 该电解质注入孔的高密封性，依据本发明的该方形电池在该金属球与 该电解质注入孔之间提供了高的耦合力。另外，在强制插入的金属球 的上端处形成沟槽及在该金属球与该电解质注入孔的内部表面之间的 界面处产生裂缝被有效地防止。结果，本发明具有实现高的电解质密 封性的效果。虽然公布本发明的优选实施例是为了说明的目的，但本行业技术 人员将理解，在不偏离如在权利要求中公开的本发明的范围与精神下， 可进行许多修正、增加与取代。
权利要求
1.一种方形电池，其具有被安装在方形电池盒中的电极组件，其中电解质注入孔形成在基板中，该基板被安装到该电池盒的打开上端，该电解质注入孔具有以向下渐缩(倾斜)结构所构成的内部上端，以及金属球被强制地插入该电解质注入孔使得该金属球塑性地变形以密封该电解质注入孔。
2. 如权利要求1所述的方形电池，其中所述倾斜结构具有的宽度 为对应被插入所述电解质注入孔的所述金属球的大小(半径)的5至30 %。
3. 如权利要求1所述的方形电池，其中所述倾斜结构具有的深度 为对应被插入所述电解质注入孔的所述金属球的大小(半径)的10至25 %。
4. 如权利要求1所述的方形电池，其中所述倾斜结构从所述基板 的上端表面以20至70度向下倾斜。
5. 如权利要求1所述的方形电池，其中所述基板由铝制成，当所 述金属球位于所述电解质注入孔的渐縮结构上时，所述金属球被强制 地插入所述电解质注入孔，且强制插入区域被以激光焊接方式焊接。
6. 如权利要求5所述的方形电池，其中，在完成所述激光焊接之 后，被强制地插入的所述球及所述电解质被用环氧树脂覆盖。
7. 如权利要求l所述的方形电池，其中，所述金属球由铝制成。
全文摘要
这里所公开的是一种方型电池，其具有被安装在方型电池盒中的电极组件，其中电解质注入孔被形成在安装到该电池盒的打开上端的基板中，该电解质注入孔被构成为使得该电解质注入孔的内部上端被形成向下渐缩(倾斜)结构，且金属球被强制插入该电解质注入孔使得该金属球被塑性地变形以密封该电解质注入孔。依据本发明的该方形电池由于该塑性变形及该金属球的强制插入而在该金属球及该电解质注入孔之间提供高度耦合力，并提供该电解质注入孔的高度密封性。此外，有效地防止了在该被强制地插入的金属球的上端形成沟槽及在该金属球及该电解质注入孔内部表面之间的界面处产生裂缝。结果，本发明具有实现高度的电解质密封的效果。
文档编号H01M2/08GK101331629SQ200680046965
公开日2008年12月24日 申请日期2006年10月30日 优先权日2005年12月14日
发明者余昌信, 全镇宇, 权圣烈, 李承泰, 金铉轸 申请人:株式会社Lg化学