[发明专利]电池以及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是关于一次电池、二次电池等电池的发明。特别是关于圆筒形和方形电池的金属外壳的改良的发明。

背景技术

近年来，随着可携带机器的更加普及，对小型的一次电池以及二次电池的需要正不断增加。作为一次电池，以锰干电池、碱锰干电池、还有锂电池为主，对应各种用途被广泛使用。另外，作为二次电池，过去多使用将碱水溶液作为电解液使用的碱蓄电池、即镍镉蓄电池，还有以贮氢合金作为负极使用的镍氢蓄电池，而最近，以重量更轻作为特征的有机电解液的锂离子二次电池正急速拍向市场。

又，以可携带机器用小型二次电池为中心电池形状也从以往的代表性的圆筒形，硬币形外，近年开始增加方形，最近更有纸状的薄形电池渐渐登场。

这类电池寻求的性能中，作为最近的重要倾向，是电池的高能量密度化。电池的能量密度有两大表示方法。一个是体积能量密度(wh/l)，它作为电池小型化的指标使用。另一个是重量能量密度(wh/kg)，它作为电池轻量化的指标使用。作为小型化和轻量化的指标的体积能量密度(wh/l)和重量能量密度(wh/kg)大的电池由于适应市场的要求而受到重视，各电池系列中，环绕着改良电池的能量密度的竞争达到白热化。

决定电池能量密度高低的，虽然是以构成发电要件的正极和负极的电池活性物质为中心，但是，此外电解质和隔离层也很重要，现在为了电池高能量密度化对这类物质进行的改良正非常活跃。

另一方面，以往对容纳这些发电要件的电池外壳，即电池的金属外壳的小型化和轻量化常被忽视，而近年来作为重要的问题被重新认识，正在谋求积极加以改善。

如能制作出更薄的电池外壳，在同以往相同形状而变薄的部分里，能够容纳更多的电池活性物质，从而能够提高电池整体的体积能量密度。又，如果电池的外壳能用比重更轻的材料来制造的话，由于与以往同一形状而且轻量化，电池的整体重量可以减少，从而能够提高电池整体的重量能量密度。

已有的电池外壳(金属外壳)的制造方法，以利用压机多次反复深冲制成规定形状的电池外壳的工艺方法(下称“自动连续深冲工艺”)为主流。但是，作为电池外壳能够更加薄型化，使体积能量密度得到提高的电池外壳的值得特别提及的技术，而且还是能够进一步提高生成能力的技术，DI工作方案引人注目。也就是，在制作传统的电池外壳时，主要采用以深冲加工为主的方法，但采用DI工作方案(冲压和减薄拉深)，使用冲压和减薄拉深两种方法加工更有效。(见日本专利特公平7-99686号公报)。

这种DI工作方案，如特公平7-99686号公报等所示，是在利用压机进行深冲的工序制成杯状中间产品之后，用利用减薄拉深机进行的减薄工序，以一个工序从上述杯状中间产品连续制成规定形状的有底圆筒形电池外壳的方法，与自动连续深冲工艺方式相比较，具有因工序数目削减生产能力得以提高，因外壳侧壁厚度减小而减轻重量以及容量得以提高，应力腐蚀减轻的特点，其利用率提高了。而且以往在上述制造方法中，为确保电池外壳的耐压强度和封口部的强度，作为电池外壳的材料，采用较高硬度的镀镍钢板。利用该DI方案来谋求金属外壳的薄壁化，使电池的体积能量密度提高了2～5％左右。

又，迄今为止实际使用的电池中，整个电池的重量中金属外壳所占有的重量比例，虽然同因电池尺寸、使用的材料、电池外壳的制造方法等的不同而略有偏差，但在圆筒形的镍氢蓄电池和锂离子二次电池中为10-20重量％左右，在方形的镍氢蓄电池和锂离子二次电池中所占有的重量比例为30～40重量％左右，约有圆筒形的二倍大小。特别是关于方形，由于难以确保电池外壳的耐压强度，所以其比例也取得较高。

这些电池的外壳，即电池的金属外壳的小型化，轻量化的倾向对于上述电池的能量密度的提高是有效的，但是在另一方面，电池在充电放电或者放置等实际使用中作为与能量密度同样重要、不能忽视的性能，有质量的可靠性以及安全性。在不能充电的一次性电池中，长期保存时容量的确保、漏液的防止和稳定的放电特性等质量的可靠性是不可欠缺的。在能反复充放电的二次电池中，除了一次性电池所要求的特性之外，循环使用寿命和安全性等性能更加重要。

以往，这种电池的金属外壳，要满足高能量密度化和质量可靠性以及安全性两方面的要求是非常困难的。即，追求电池金属外壳的高能量密度化，往往会造成电池的变形和在异常事态中产生破裂而发生电解液漏液等麻烦。另一方面，如果选择牢固的金属外壳，则往往会牺牲高能量密度化，找不到兼顾这两者的有效办法。