专利名称：方形电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及方形电池，特别是关于将通过隔板使正极与负极对峙并卷绕而制成的电池元件容纳在方形电池壳中并进行密闭的方形电池，更详细地说，是关于锂离子电池等的密闭形方形电池。
背景技术：
作为小型电子机器的电源，使用各种电池。作为携带电话、笔记本电脑、条码器(カムコ一ダ)等的电源，使用小型、大容量的密闭形电池的锂离子二次电池等的非水电解液电池。这种非水电解液电池使用的结构有圆筒形、方形。
作为小型电子机器电源使用的锂离子电池中，采用的结构是，在正极集电体与负极集电体上分别涂敷活性物质之后，将隔板装在两者之间，将其卷绕并容纳、密闭在电池壳内。
使用电池的机器一般具有立方体形状的电池容纳部，作为容纳于这样的电池容纳部内的电池，对于圆筒状电池来说，存在着无效容积大的问题。进一步，圆筒型电池的直径因电池容纳部分的厚度而受到了限制，因此，在小型或薄型机器中，使用厚度薄的方柱状方形电池。
在这样的电池中，存在着在电池充电、放电时，随着作为活性物质使用的物质的变化，电池的电极厚度变化的问题。
例如，锂离子电池中，在充电时锂注入到负极电极的活性物质的结晶格子中，因此，产生了负极活性物质的膨胀。
在以金属制电池壳为外装容器的方形电池中，正极活性物质、负极活性物质的膨胀会使正极电极或负极电极的活性物质的厚度增大，电池壳的侧面不可避免地要膨胀。
如果电池壳膨胀度增大，不仅会产生电池向使用电池的机器上的安装困难等问题，而且由于要预料预膨胀，准备空间，因而还会带来无效空间增加等问题。
对于镍镉蓄电池等，记载有为了防止初期活性化时电池变形，将与电池外装壳的发电元件接触的侧面做成凹形的方形密闭型电池。
例如，在日本特开昭62-126566号公报中记载的电池，在将正极板与负极板通过隔板交替层叠而得到的极板群容纳于电槽中之后，在层叠方向对电槽进行冲压加工，以电槽本身作为端板起作用，将极板群均匀且紧密地压迫在一起。
另外，在特开平7-183010号公报中记载的方形密闭电池，在方形外装壳上，在与发电元件的端板接触的侧面上预先形成凹部，将发电元件插入形成有凹部的外装壳中。
图6是为了防止以往电池壳变形的电池壳说明图，是特开平7-183010号公报所记载的电池制造方法的说明图。
图6(A)是用于说明电池壳的透视图。电池壳1的侧面2上形成有凹部3，通过先形成凹部，在将电池元件容纳于电池壳内的情况下，电池元件的端板、即板状的多个电极层叠时的端部的电极保持在因凹部的形成而向内部突出的部分，因而，长侧面里面的电极板的下端部使电池壳底部形成的曲面部崩溃的问题得到了解决。
凹部3向电池壳的壳壁面上的形成是在电池壳的内部配置带有凹部的阴模金属模，从电池壳的外部配置带有凸部的阳模金属模并通过冲压成形进行的，然而，在电池壳开口宽度4小的小型或扁平方形电池壳中，通过冲压成形进行成形是非常困难的。
也就是说，如图6(B)所示的阴模金属模的透视图那样，在电池壳内配置带有凹部的阴模金属模5，从电池壳外部使用带有与阴模金属模的凹状部6对应的凸状部的阳模金属模进行冲压成形，但是，在冲压成形之后，位于阴模拔出方向7相反方向位置的阴模金属模的壁部8因侧面2上的凹部3的形成而向电池壳内部突出。因此，阴模金属模的拔出是非常困难的。强行拔出时，在电池壳的内部会产生损伤，或者导致电池壳变形。
作为装入电池壳内部的金属模，通过使用可分割为多个的金属模，可以考虑分割金属模而取出的方法，但是，在开口宽度4小的电池中，作为金属模使用分割为多个的金属模时，由于金属模机械强度等方面的原因，事实上是不可能实施的。
发明内容
本发明提供一种方形电池，该方形电池容纳有通过隔板使正极电极与负极电极层叠而成的电池元件或通过隔板将正极电极与负极电极卷绕而制成的扁平状电池元件，在电池元件的层叠面或与扁平面平行的电池壳侧面的至少一个面上设有至少在电池壳底面侧的端部没有台阶的凹部。
上述方形电池在凹部的电池壳开口部一侧的端部设有台阶。
上述方形电池在设置于侧面的凹部的上部，设置有通过内部压力的增大而裂开的薄壁部。
上述方形电池中，凹部设有多个。
上述方形电池中，在朝向电池壳开口的方向设有多个凹部。
本发明还提供一种方形电池的制造方法，上述的方形电池是容纳有通过隔板使正极电极与负极电极层叠而成的电池元件或通过隔板将正极电极与负极电极卷绕而制成的扁平状电池元件的方形电池，其中，相对于平行于电池元件的扁平面的电池壳侧面，配置在电池壳侧面及电池壳底部侧设有敞开的凹部的阴模金属模，并配置从电池壳的外侧与阴模金属模的凹部嵌合的阳模金属模，进行冲压成形，由此形成凹部，该凹部具有至少在电池壳底面的端部没有台阶的倾斜面。
由于在电池壳的侧面形成将至少在电池壳底面侧的端部没有台阶的倾斜面和平面部结合而成的凹部，因此，凹部成形所使用的阴模金属模的取出很容易进行，即使是薄型电池，也不会损伤电池壳，不会引起电池壳变形。使用这样制作的电池壳的电池，通过凹部可防止电池壳侧面的膨胀。
图1是本发明方形电池一实施形式的说明图。
图2是本发明方形电池另一实施形式的说明图。
图3是本发明方形电池再一实施形式的说明图。
图4是本发明电池壳成形方法的说明图。
图5是本发明方形电池制造所使用的阴模金属模例子的说明图。
图6是用于防止以往电池壳变形的电池壳说明图。
具体实施例方式
本发明为在电池壳中容纳有通过隔板使正极电极与负极电极层叠而成的电池元件或通过隔板将正极电极与负极电极卷绕而制成的扁平状电池元件的方形电池，该方形电池通过在电池壳侧面的至少一个面上形成凹部，即使是电池壳开口宽度小且薄形的电池，也能防止充电时以电池元件的层叠面或垂直于扁平面的方向上的膨胀为原因引起的电池壳的变形，并且对形成凹部的金属模形状进行研究，借助于由板材的传递模塑法的一连串制造工序，可制造出形状及尺寸精度稳定的电池壳。
即是说，为了在电池壳侧面形成凹部，作为插入电池壳内部的金属模，在金属模取出方向的相反一侧设有凹部敞开的部分，易于冲压成形后金属模的取出。
另外，在本发明中，凹部并不限于底部设有平行于电池壳侧面的面的结构，还可以是断面为三角形等的多边形、圆形、椭圆形或其他曲面形状等等。
以下参照
本发明。
图1是本发明方形电池一实施形式的说明图。图1(A)是其侧视图，图1(B)是图1(A)中的A-A′向断面图。
在容纳有通过隔板使正极电极与负极电极层叠而成的电池元件或通过隔板将正极电极与负极电极卷绕而制成的扁平状电池元件的电池壳1的、电池用元件的层叠面或与扁平面平行的侧面2上形成有凹部3，在电池壳1的侧面2上所形成的凹部3的上端部9上形成台阶10。
另一方面，在凹部的下端部11不形成台阶，形成光滑的倾斜面12。
凹部3的宽度最好是电池壳宽度的30％～90％，并且最好设置在电池壳侧面的中央部。另外，为了防止电池壳的变形，在电池壳角部附近的部分形成凹部比较好。但是，在中央部形成凹部的方法对防止电池元件的变形也是有好处的。
另外，在电池壳1的侧面凹部的上端部和开口端部之间，形成有当电池壳内部的压力增大时起释放该内部压力的压力释放阀作用的薄壁部13。
在电池壳材料是铝的场合，以此目的形成的薄壁部其厚度最好是0.05～0.2mm，是电池壳宽度的30％～60％。
图2是本发明方形电池另一实施形式的说明图。图2(A)是其侧视图，图2(B)是图2(A)中的B-B′向断面图。
在容纳有通过隔板使正极电极与负极电极层叠而成的电池元件或通过隔板将正极电极与负极电极卷绕而制成的扁平状电池元件的电池壳1的层叠面或与扁平面平行的侧面2上形成有凹部3，在电池壳1的侧面2上所形成的凹部3的上端部9及下端部11的任何一处都不形成台阶，而是形成光滑的倾斜面12。
这样，通过上端部也不形成台阶而形成光滑倾斜面的结构，可使电池元件向电池壳内部的插入顺利地进行。
图3是本发明方形电池再一实施形式的说明图。图3(A)是其侧视图，图3(B)是图3(A)中的C-C′向断面图。
在容纳有通过隔板使正极电极与负极电极层叠而成的电池元件或通过隔板将正极电极与负极电极卷绕而制成的扁平状电池元件的电池壳1的层叠面或与扁平面平行的侧面2上形成有多个凹部3a、3b，在电池壳1的侧面2上所形成的凹部3的上端部9及下端部11的任何一处都不形成台阶，而是形成光滑的倾斜面12。
多个凹部3a及3b最好设置在距离电池壳2的侧面中央等间隔的位置。另外，在电池壳的厚度为0.3mm左右的情况下，凹部3a及3b的宽度最好是0.4mm～1.0mm。另外，在电池壳的壁厚为0.6mm左右的情况下，凹部3a及3b的宽度最好是0.7mm～1.0mm。再者，设置的个数最好是1个～3个。
下面，说明本发明方形电池的电池壳制造方法。
一般来说，电池壳是以板材为原材料，连续进行以拉深加工为始点的各种工序制造出来的。本发明的电池壳是通过以凹部形成工序为一连串连续工序的一个工序并插入该工序而制造出的。
由板材形成电池壳形状之后，插入可在电池壳侧面的至少一个面上形成凹部的凹状阴模金属模，用与应形成的凹部一致的阳模金属模从电池壳外部进行冲压加工，由此，至少在任意一个面上形成凹部。
形成凹部之后，一旦电池壳的侧面向内侧突出，形成凹部所使用的阴模金属模的取出是比较困难的，金属模取出时在电池壳上会产生伤痕，带来了电池壳变形等问题。然而，在本发明中，通过对所使用的金属模形状进行研究，能够以冲压成形出凹部。
图4是本发明电池壳成形方法的说明图。图4(A)是在电池壳高度方向的垂直面上剖开表示冲压成形工序的断面图，图4(B)是沿D-D′剖开的断面图，图4(C)是沿E-E′剖开的断面图。
在将阴模金属模5以凹状部6朝向电池元件的层叠面或与扁平面平行的侧面2的内侧面的方式插入电池壳1内之后，在电池壳1的侧面2上，从两侧配置两个阳模金属模14，使该阳模金属模14的凸状部15与阴模金属模5的凹状部6对应，进行冲压成形。
接着，在冲压成形后，插入电池壳内部的阴模金属模5朝拔出方向7的拔出，但如图4(C)所示，由于与阴模金属模拔出方向相反一侧的端部16的凹状部延长部是厚度与凹状部底部间的间隔相同或小于该间隔的阴模金属模5，因此，即使通过冲压成形，在电池壳的侧面2上形成凹部后产生向电池壳内部突出的部分后，也能在不损伤电池壳或电池壳不产生变形的前提下拔出该阴模金属模5。
另外，根据阴模金属模5的凹状部倾斜面17的倾斜、阴模金属模14的凸状部倾斜面18的倾斜以及两者大小的不同可调整冲压成形而形成的凹部壁面的倾斜。倾斜面与侧面所成的角度变小时，在变形部也会产生厚度变厚的部分，最好根据电池壳所使用的材料的种类、材料的厚度等进行适当的调整。
在以上说明中，描述了在电池壳两侧形成凹部的情况，但是，采用只在一个面上设有凹部的阴模金属模，就可以在任意一个面上形成凹部。
图5是可用于本发明方形电池的制造的阴模金属模例子的说明图。阴模金属模是可在任意电池壳的两侧面同时形成凹状部的阴模金属模。
图5(A)示出的阴模金属模5是这样的金属模其与拔出方向7相反一侧的下端部11以凹状部6敞开。
在利用阳模金属模挤压电池壳侧面的情况下，与电池壳侧面的凹部对应的部分产生变形，可得到在凹状部的下端部一侧形成了光滑倾斜的电池壳。由于凹状部的下端部是敞开的，因此，插入电池壳内的阴模金属模不会受到向电池壳里面突出的部分的影响，可以向电池壳外部取出。
图5(B)所示的阴模金属模5，其与拔出方向7相反一侧的下端部11以凹状部6敞开，同时，不仅凹状部延长部分，就连其他部分也一样，全部的厚度都与凹状部的厚度相同。
图5(C)所示的阴模金属模5，其拔出方向7及与该拔出方向7相反一侧的下端部11同时以凹状部6的延长部分敞开。使用图4(C)所示的阴模金属模，可制造图2所示的电池壳。
图5(D)所示的阴模金属模5，仅在用于形成电池壳侧面一个面的凹部的部分形成凹状部6，凹状部6的拔出方向7及与该拔出方向7相反一侧的下端部11均与凹状部的厚度相同。
图5(E)所示的阴模金属模5，是用于在电池壳侧面的一个面上形成多个凹部的金属模，形成有多个凹状部6a、6b，其凹状部6的拔出方向7及与该拔出方向7相反一侧的下端部11均与凹状部的厚度相同。
图5(F)所示的阴模金属模5，是用于在电池壳侧面的一个面上形成多个凹部的金属模，形成有断面为三角形的多个凹状部6a、6b，其凹状部6a、6b的拔出方向7及与该拔出方向7相反一侧的下端部11均与凹状部的厚度相同。在电池壳侧面的一个面上形成两个突起状部分，通过该突起状部分可限制电池元件的膨胀。
另外，通过断面为三角形的凹条部，将在电池壳里面所形成的突起状部分的平行于电池壳开口的面的断面与电池壳的壁面以倾斜面相结合。结果，由于形成光滑的倾斜面，因此，电池元件向电池壳内部的插入能顺利地进行。
图5(G)所示的阴模金属模5，是用于在电池壳侧面的一个面上形成多个凹部的金属模，形成有断面为三角形的多个凹状部6a、6b，在两个凹状部之间形成深度比凹状部6a或6b浅的底面平坦的凹状部6c。其拔出方向7及与该拔出方向7相反一侧的下端部11均与凹状部的厚度相同。在电池壳侧面的一个面上形成两个突起状部分，通过该突起状部分可限制电池元件的膨胀。
图5(H)所示的阴模金属模5，是用于在电池壳侧面的一个面上形成多个凹部的金属模，形成有断面为三角形的多个凹状部6a、6b、6d，在各个凹状部之间形成深度比凹状部6a、6b或6d浅的底面平坦的凹状部6c。其拔出方向7及与该拔出方向7相反一侧的下端部11均与凹状部的厚度相同。在电池壳侧面的一个面上形成三个突起状部分，通过该突起状部分可限制电池元件的膨胀。
图5(I)所示的阴模金属模5，是用于在电池壳侧面的一个面上形成一个凹部的金属模，形成有断面为三角形的多个凹状部6a，凹状部6a的拔出方向7及与该拔出方向7相反一侧的下端部11均与凹状部的厚度相同。在电池壳侧面的一个面上形成一个突起状部分，通过该突起状部分可限制电池元件的膨胀。特别是这种形状很容易制造。
图5(J)所示的阴模金属模5，是用于在电池壳侧面的一个面上形成底面平坦的凹部6c，并且，在该底面上形成断面为三角形的多个凹状部6a。
凹状部6a的拔出方向7及与该拔出方向7相反一侧的下端部11均与凹状部的厚度相同。在电池壳侧面的一个面上，在凹状部与其中央部形成一个突起状部分，通过该突起状部分可限制电池元件的膨胀。
下面，示出了本发明的实施例，说明本发明。
实施例1在由纵长48mm、横长30mm、厚4.8mm、板厚0.3mm的铝板(A3003)制成的电池壳上，利用凹部的下部敞开的阴模金属模，在电池壳侧面的各个面中央部形成宽10mm、长20mm、深0.15mm的凹部。
在电池壳内，将重量为92的锰酸锂(Li1+xMn2-XO4)粉末、重量为5的碳黑、重量为3的聚偏二氟乙烯组成的混合物涂敷在铝箔上并干燥而得到的正极、以及重量为91的石墨化中间相碳微粒(メソカ一ボンマィクロビ一ズ-meso-carbon micro beads) (大阪ガス制MCMB)、重量为1的碳黑、重量为8的聚偏二氟乙烯组成的混合物涂敷在铜箔上并干燥而得到的负极的两个电极通过微多孔性聚丙烯膜的隔板层叠，卷绕成涡卷状，制成电池元件，将该电池元件容纳在电池壳中。
将LiPF6溶解在容量为30的乙烯黑金刚石和容量为70的乙二基黑金刚石组成的混合溶媒溶中，使其浓度为1.0mol/l，将这样制成的电解液注入电池壳中，制作出锂离子二次电池。
对所得到电池100个进行充电，使电池壳侧面的厚度最大部分的平均值为4.96mm。
比较例1除了作为阴模金属模采用下部不敞开的模具这一点外，与实施例1同样，制作电池。
对所得到电池270个进行充电，使电池壳侧面的厚度最大部分的平均值为5.10mm。
权利要求
1.一种方形电池，容纳有通过隔板使正极电极与负极电极层叠而成的电池元件或通过隔板将正极电极与负极电极卷绕而制成的扁平状电池元件，其特征是，在电池元件的层叠面或与扁平面平行的电池壳侧面的至少一个面上设有凹部，该凹部由至少在电池壳底面侧的端部没有台阶的倾斜面组成。
2.根据权利要求1所述的方形电池，其特征是，在凹部的电池壳开口部一侧的端部设有台阶。
3.根据权利要求1所述的方形电池，其特征是，所述的凹部设有多个。
4.根据权利要求2所述的方形电池，其特征是，所述的凹部设有多个。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的方形电池，其特征是，在朝向电池壳开口部的方向设有多个凹部。
6.根据权利要求5所述的方形电池，其特征是，在设置于侧面的凹部的上部，设置有通过内部压力的增大而裂开的薄壁部。
7.根据权利要求5所述的方形电池，其特征是，所述的凹部设有多个。
8.根据权利要求6所述的方形电池，其特征是，所述的凹部设有多个。
9.根据权利要求5所述的方形电池，其特征是，在朝向电池壳开口的方向设有多个凹部。
10.根据权利要求6所述的方形电池，其特征是，在朝向电池壳开口的方向设有多个凹部。
11.根据权利要求7所述的方形电池，其特征是，在朝向电池壳开口的方向设有多个凹部。
12.根据权利要求8所述的方形电池，其特征是，在朝向电池壳开口的方向设有多个凹部。
13.一种方形电池的制造方法，所述的方形电池是容纳有通过隔板使正极电极与负极电极层叠而成的电池元件或通过隔板将正极电极与负极电极卷绕而制成的扁平状电池元件的方形电池，其特征是，相对于平行于电池元件的扁平面的电池壳侧面，配置在电池壳侧面及电池壳底部侧设有敞开的凹部的阴模金属模，并配置从电池壳的外侧与阴模金属模的凹部嵌合的阳模金属模，进行冲压成形，由此形成凹部，该凹部具有至少在电池壳底面的端部没有台阶的倾斜面。
全文摘要
一种方形电池,可缩小充电时电池壳侧面的膨胀,在容纳有通过隔板使正极电极与负极电极层叠而成的电池元件或通过隔板将正极电极与负极电极卷绕而制成的扁平状电池元件中,在电池元件的层叠面或与扁平面平行的电池壳侧面的至少一个面上设有凹部,该凹部是将至少在电池壳底面侧的端部没有台阶的倾斜面与平面部结合而成的凹部。
文档编号H01M10/38GK1371140SQ0210466
公开日2002年9月25日 申请日期2002年2月10日 优先权日2001年2月15日
发明者三宅浩义, 高桥昌弘 申请人:日本电气移动能株式会社