超声金属焊接技术以及使用此类技术制造的电池的利记博彩app

专利名称：超声金属焊接技术以及使用此类技术制造的电池的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及超声金属焊接技术，以及用此类技术所制造的电池。 发明背景在某些条件下，气体会积聚在电池内部。如果无法使这种气体从 电池外壳中逸出，则压力积聚可最终引起电池爆炸。已经采用各种排气孔使气体在预定的爆裂压力下从电池中逸出。 排气设计包括通常用阀门、隔膜和垫圏进行密封的开口。使排气口在 达到爆裂压力之前一直与环境大气密封隔绝以防止水、空气和其它污 染物侵入电池中将是非常重要的。一些型号的电池在外壳中包括压花区域，其具有被设计成在电池 外壳内达到预定压力时会破裂的减小的壁厚。然而，这种排气设计难 以在排气必须发生在较低压力下的电池中应用，因为在较低压力下， 剪切应力不足以使薄壁破裂。此外，采用压花工艺精确地控制壁厚也 可能很成问题。发明概述下列公开内容的特征在于电池，例如圆柱形电池。所述电池包括 密封的金属外壳，所述外壳具有例如位于电池的接触杯体上的排气开 口和密封到外壳上以密封排气开口的金属薄片排气件。本公开内容的 特征也在于利用超声焊接将金属薄片排气件密封到金属杯体上的方 法。有利的是，在金属薄片排气件和接触杯体之间的密封是气密性的， 以防止水分或污染物在密封被破坏之前进入电池中。此外，在很多情况下，本文所述的方法使密封能够以使其表现出处于较窄预定范围内的爆裂压力的方式形成。此外，本文所述的焊接工艺引入(如果有的 话)微小的内应力，因此不会明显地改变或破坏金属的晶体结构。因 此，在优选的实施方案中，焊缝表现出具有基本上等于周围金属的导 电率的导电率。在一个方面，本发明的特征在于一种密封电池，所述电池包括(a) 包括正极、负极、插在正负极之间的隔板、以及电解质溶液的活性电 池组件；(b)金属外壳，所述金属外壳限定用于容纳活性电池组件的内 部腔体；(c)密封地连接到金属外壳的端部上的接触杯体，所述接触杯 体包括排气孔；和(d)连接到所述接触杯体上以密封排气孔的金属薄 片。在一些具体实施中，所述电池包括下列中的一个或多个特征。所 述金属薄片通过焊接连接到接触杯体上。所述焊缝是大致圆形的。所 述金属薄片的厚度为约0.02mm至0.25mm。所述金属薄片被构造成能 在内部腔体内达到预定压力时破裂。所述接触杯体和金属薄片由有色金属制成。所述金属外壳是大致圆柱形的。所述焊缝形成气密密封。 所述金属接触杯体包含开口 ，并且所述密封步骤包括围绕其中限定所 述开口的区域的周边进行密封。在另一方面，本发明的特征在于一种制造密封电池的方法，所述 方法包括(a)提供限定至少一个排气开口的金属接触杯体；将金属薄 片密封到接触杯体上以密封所述开口； (c)提供电池外壳；和(d)将接触 杯体连接到外壳上。在一些具体实施中，所述方法包括下列中的一个或多个特征。所 述密封步骤包括将金属薄片焊接到接触杯体上。焊接包括利用具有至 少 一个焊接凸出部的超声波发生器的超声金属焊接。焊接包括形成环 形焊缝。焊接以形成气密密封的方式进行。金属接触杯体限定一开口， 并且所述密封步骤包括围绕其中限定所述开口的区域的周边密封。可 采用全波超声波发生器进行超声金属焊接。利用包括一个或多个凹槽 和/或滚花的焊接图案执行超声金属焊接。所述方法还包括优化凹槽的 几何形状，以便凹槽的内容积(Vg)优选地大于焊接期间所转移材料的体积。采用焊座执行超声金属焊接，所述焊座在焊接期间固定接触杯 体并可使接触杯体能够在焊接的初始阶段在焊接工艺已经稳定之前横 向移动。采用具有点接触的球形结点支撑执行超声金属焊接以最小化 超声波发生器的挠曲。焊座松动地保持接触杯体以动态地补偿接触杯 体的曲度。结点支撑被放置成使点接触与通过焊接凸出部的纵向轴线 和超声波发生器的纵向轴线的平面相重合。所述方法还包括将接触杯体和排气孔组装成端帽组合件。端帽组合件还包括PTC装置和插在 PTC装置和金属薄片之间的垫片，所述垫片包括限定金属薄片暴露于 压力下的表面区域的孔。焊座具有平滑表面，例如至少抛光表面。"至 少抛光表面"是指所述表面可比抛光过的更光滑，例如研磨的或以其它 方式被加工成具有极其光滑的表面。金属薄片具有预定厚度，并且所 述方法还包括在超声金属焊接期间保持金属薄片和接触杯体的相对表 面足够平行以便平行度的偏差小于金属薄片厚度的10%。焊接凸出部 包括弹性衬垫。在又一个方面，本发明的特征在于一种使密封电池排气的方法， 所述方法包括(a)提供具有排气开口的电池外壳；(b)将排气开口用金 属薄片密封；(c)将^T属薄片构造成使它将在密封电池内达到预定压力 时破裂；和(d)选择密封步骤的工艺参数以便只要密封电池内的压力处 于或低于预定压力，密封就将是气密性的。在一些具体实施中，所述构造步骤包括选择金属薄片的厚度。所 述构型步骤也可以包括，或作为另外一种选择包括选择金属薄片的成 分和/或限定在使用期间将暴露于压力下的金属薄片的预定区域。本发明的特征也在于超声金属焊接的方法。例如，在一个方面，本发明的特征在于超声金属焊接的方法，所 述方法包括(a)采用具有至少一个焊接凸出部的超声波发生器来将焊 接压力和超声振动施加到一对待焊组件上；(b)采用具有点接触的球形 结点支撑来最小化超声波发生器的挠曲；和(c)将结点支撑定位，使得 点接触与通过焊接凸出部的纵向轴线和超声波发生器的纵向轴线的平 面重合。在另一方面，本发明的特征在于超声金属焊接的方法，所述方法 包括利用具有至少一个焊接凸出部的超声波发生器将焊接压力和超声 振动施加到 一对待焊组件上，每个焊接凸出部均具有朝向组件的表面， 所述表面包括一个或多个凹槽和/或滚花，组件的与焊接凸出部相接触 的材料在施加焊接压力时可转移到凹槽和/或滚花内。焊接凸出部的表面可为圆形的，并可包括一个凹槽或多个同心凹 槽。焊接凸出部也可包括弹性衬垫。在又一个方面，本发明的特征在于一种超声金属焊接的方法，所 述方法包括利用具有至少一个焊接凸出部的超声波发生器将焊接压力 和超声振动施加到 一对待焊组件上，每个焊接凸出部限定一开口并具 有设置在所述开口内的弹性衬垫。超声波发生器可包括至少一个焊接凸出部。超声波发生器还可包 括贯穿超声波发生器以与真空源相通的通道。本发明的一个或多个实施方案的细节阐述于附图和以下说明书 中。通过阅读说明书、附图以及权利要求书，本发明的其它特征、目 的和优点将变得显而易见。附图概述图l为电池外壳的透视图。

图1A为显示电池端帽组合件与电池 外壳的圆柱壁分解开的分解透视图。图1B为图l所示电池外壳的轴 向剖面图，该图显示电池端帽组合件的内部。图2是电池端帽组合件的分解图；图2A显示已部分组装好的电 池端帽组合件。图3为显示在将金属薄片焊接到接触杯体上之前接触杯体和金属 薄片的分解图，图3A为显示位于接触杯体内的金属薄片的透视图， 以及图3B和3C分别是显示带有焊接到接触杯体上的金属薄片的接触 杯体的透视图和顶视图。图4为沿着图3C的线4-4截取的示意性剖面图，该图显示采用超 声金属焊接粘结到接触杯体上的金属薄片。7图5为适用于将金属薄片排气件焊接到如图4所示的电池接触杯 体上的超声波发生器的透视图。图5A为超声波发生器的前视图，以 及图5B为图5A的侧一见图。图6、6A和6B为显示具有用来焊接薄铝箔(最多0.0035"(0.09mm) 厚)的各种焊接图案的超声波发生器的焊接凸出部的透视图。图7是图6B所示的超声波发生器的一部分的剖面图，具有指示 如何使用古尔丁第二定律来计算焊接图案中凹槽轮廓参数的图例。图8显示具有带有一个凹槽和锯齿紋理的焊接图案的焊接凸出 部，该焊接凸出部用来焊接较厚的铝箔。图9为包括结点支撑的超声焊接装置的示意性侧视图，图中具有 超声波发生器的纵向运动曲线、超声波发生器上的应力的曲线和通过 装置上方提供的超声波发生器传播的谐波振幅的曲线。图9A为沿着 图9的线A-A截取的剖面图。图IO为沿着图5A的线10-10横截的超声波发生器的透视图。图 IOA为图IO所示横截面的前视图，以及图IOB为图10至IOA所示超 声波发生器的一个结点的放大视图。各附图中的类似的参考符号指示类似的元件。发明详述 电池结构首先参见图1至图1B，圆柱形电池外壳10包括圆柱形管12和巻 曲到管12的端帽组合件15。管12和端帽组合件15共同限定内部腔 体13 (图1B)。圆柱形管(电池筒)12可为通常用于电池外壳的任何 材料，例如镀镍冷轧钢。圆柱形外壳IO可用于任何所需型号的圆柱形 电池，例如AA、 AAA、 AAAA、 C或D电池。端帽组合件15 (其组件显示于图2至2A中)包括杯体5、 PTC 装置7、垫圏9、金属薄片18、接触杯体14和用于将其它组件组装到 其中的主密封件ll。 PTC装置7提供安全特征，如电池领域所熟知的 那样。垫圏9提供金属薄片18和PTC装置7之间在轴向上的间隙。因此，垫圏9的内径限定金属薄片18的暴露于来自腔体13内的压力 并支撑金属薄片的区域以实现在预定压力下破裂。接触杯体14包括排气开口 16，以使气体能够从电池中逸入到接 触杯体底部和金属薄片之间的区域(未示出)中。接触杯体由适于用作电池正负端子的金属制成，通常为诸如铝之类的有色金属。电池接 触杯体上的排气开口的尺寸取决于在给定电池构型中内部压力必须要 释放的速率。如果需要，可包括一个以上的排气开口。如图3至3C详细所示，接触杯体14的排气开口 16用金属薄片 18气密性地密封。金属薄片18被围绕具有排气开口 16的区域的周边 用环形焊缝20(图3B、 3C)焊接到接触杯体14的内表面上。例如， 金属薄片可为铝箔。优选的金属薄片将在下面进行详细讨论。 一般而 言，将金属薄片18在最后电池组装之前焊接到接触杯体14上。例如， 如图2A所示，可将金属薄片焊接到接触杯体上，然后将垫圏9巻曲 进接触杯体中以形成子组件，接着将其组装到端帽组合件15中。焊缝20提供气密密封，以防止水、空气或污染物通过排气开口侵 入电池中并防止已经排进接触杯体和金属薄片之间区域中的气体逸 出。焊缝可由两个同心环(如图3B和3C所示)、或者更少或更多的 环(例如一个环、三个同心环或者三个以上的环)组成。环的数目将 由超声波发生器的焊接图案来确定，如下面将要详细讨论的那样。当接触杯体和金属薄片之间区域内的压力(和因此电池的内部压 力)超过预定压力时，金属薄片将破裂，从而使气体能够从电池中通 过端帽组合件的杯体5的开口 17 (图2)逸出。焊缝20优选地足够强以便其中将打破密封的爆裂压力由金属薄 片的性质和金属薄片的暴露于压力下的表面区域而决定。换句话讲， 密封优选地足够强以便在预定爆裂压力下的失效模式将是金属薄片的 撕裂或破裂而不是焊缝的裂开。在这种情况下，使金属薄片破裂以及 使排气发生的爆裂压力可根据用来形成排气孔的金属薄片的特性，很 精确地进行确定。例如，可选择铝箔1100-H19,所述铝箔为 0.003"(0.08mm)厚，具有暴露于压力下且直径为0.25"(6.4 mm)的受限圆环表面区域，从而在电池内部达到至少278psi的平均压力时金属薄 片将破裂。在其它具体实施中，所选择的平均爆裂压力可为例如 517psi、 636psi或925psi。排气的爆裂压力将部分地由所用金属薄片 的性质所决定。安全所要求的爆裂压力取决于电池化学性质、电池尺 寸、电池组件的设计、材料性能和任何特殊要求。例如，碱性电池的 爆裂压力大致介于200和1800psi之间，而对于LiSOCl2电池，爆裂 压力大致介于270和330psi之间。优选地，焊缝的气密性使得在达到使金属薄片破裂的压力(排气 的爆裂压力)的压力下在焊缝处没有泄漏。例如，气密性可用氦气泄 漏检测器(例如以商品名TURBO 959-50得自Varian的泄漏检测器)、 使用这种装置所规定的标准测试程序进行测试。焊接技术和参数如上所述，通常接触杯体和金属薄片均是有色金属。已发现，形 成焊缝20的特别有效的方法是通过超声金属焊接。超声金属焊接 (UMW)是一种固态连接方法，其中超声振动在压力下在贴到一起的表 面之间产生摩擦运动，从而驱散界面氧化物和污染物而使金属与金属 接触并在表面之间产生结合(扩散)过程。当频率振动被传播到两金 属的界面上、同时它们在适当的压力下被保持在一起时，在这两个金 属零件之间便形成超声焊接。保持其中一个金属零件静止，同时以超 声频率振动另一个零件。与其它焊接方法不同，UMW产生的内部应 力可忽略不计，因为焊接界面处的最大温度一般不超过待焊接金属熔 融温度的35%至50%。这在本电池制造工艺中是有利的，因为不希 望在电池组件中引起过大的热应力。UMW设备商购自例如AmTech、 Stapla 、 Dukane，Sonobond Ultrasonics、 Mecasonic以及其它供应商。 一种适用的UMW系统以 商品名ULTRAWELD-20得自AmTech， Inc.。该系统以20kHz运行并可利用全波(k)超声波发生器，其中X相当于一个完整的谐波波长。 焊接压力较低通常是优选的。适用的焊接压力将取决于待焊接的零件 以及所用的焊接系统和超声波发生器。例如，对于AA型号电池，在10采用得自AmTech的Ultraweld-20 UMW系统和与图5至5B所示以 及本文所述的超声波发生器相类似的超声波发生器时，焊接压力低于 2000psi例如550至1500psi通常是优选的，其等同于401bs至1101bs的夹紧力。可用如图4所示的UMW将金属薄片焊接到杯体上。接触杯体14 与它内部的金属薄片18被固定在夹具(也称作砧或焊座)24中。夹 具固定接触杯体，同时启动超声波发生器26以通过夹靠金属薄片18 的上表面并向其施加向下的焊接压力(箭头P)的焊接凸出部28，将 超声振动传递到杯体和金属薄片上。当启动超声波发生器26时，会发 生振动，如箭头V所示，从而形成上述的焊缝20。图5至5B中显示了适用于一些具体实施中的一种超声波发生器 26的设计。这是一个全波超声波发生器，其中焊接凸出部28位于中 心最大振幅平面(X/2)处，并因此在工作区中提供轴对称的振幅，从而 能够形成气密焊缝。超声波发生器可包括一个或多个焊接凸出部。图 5所示的超声波发生器包括四个焊接凸出部，每个均具有起到能量引 导器作用的光滑表面和凹进所述表面中的一个或多个闭合的环形凹槽 31(例如，两个同心凹槽，如图5A和6A所示)。当如图4所示施加 压力(P)和超声振动(V)时，金属薄片的材料被转移。这种转移材 料流进凹槽31中，这用于有意地增加超声能由超声波发生器传递到焊 接区域的效率。转移材料流进凹槽中在焊接期间也起到将金属薄片固 定在原位的作用。当凹槽充满材料时，通过利用移动材料下方的面积 增加焊接突出表面，工具几何形状增大了压缩力。因为大部分焊接压 力所作用的表面是光滑的，因而薄金属薄片在焊接期间免于被撕裂或 穿孔(如果这些表面包含尖锐的突起，就会发生这种情况)。凹槽的内部容积(Vg)优选地大于在焊接期间所转移材料的体积 (Vdm)，并可根据古尔丁第二定律进行计算。参见图7，凹槽31在通过 旋转轴(O-O)平面上的面积(Gl， G2， G3)可根据下列公式进行计算， 其中R1、 R2和R3为到每个凹槽重心的旋转半径Vg = 2丌x(Gl x Rl + G2 x R2 + G3 x R3)
超声波发生器设计是基于所用的特定材料、组件的几何形状、零 件的尺寸稳定性和其它考虑内容，基于UMW领域的普通技术人员所 理解的原理。因此，应当理解，本文所讨论的工具几何形状可进行修 改，以将同一原理应用到其它组件几何形状和其它应用。
图6至6B所示的焊接凸出部设计在金属薄片较薄(例如小于约 0.0035"(0.09mm))时提供可接受的焊缝。当金属薄片厚于约 0.0035"(0.09mm)时，焊接图案还可包括如图8所示的滚花图案33。 较厚的金属薄片可较好地抵抗滚花(而不是光滑的平坦表面)所施加 的压力而不会在金属薄片上穿孔或产生针孔。滚花图案33使超声波发 生器和焊缝之间的接触表面区域最大化，以产生能量转换并实现具有 所需强度的气密焊接。通过定义滚花深度、节距、交角和内含角来描 述焊接图案的几何形状。为获得气密密封并确保焊接图案不产生针孔， 滚花深度应当不超过金属薄片材料厚度的50%。滚花节距、交角和内 含角的设计取决于焊接材料的物理特性(即，其硬度、厚度、成分等)。
为了获得气密性密封， 一般需要待焊表面是平坦的和平行的。一 般而言，应当保持所焊接的组件足够平行以便平行度的偏差小于金属 薄片厚度的10%。(平行度的偏差是通过在焊接区的每个端部(即， 如果焊接区是环形的，则在直径的相对端部)测量金属薄片和接触杯 体相对表面之间的距离并取这两个测量值的差值来确定)。
在一些具体实施中，接触杯体的待焊接的表面未平直到足以获得 所需(或必需)的平行度。我们的测试已经显示，特别是在这些情况 下，将接触杯体松动地保持在焊座中会增加焊缝完整性。我们确定， 通过松动地保持接触杯体，焊接系统会补偿接触杯体上的曲度，因此 使接触杯体能够在初始的焊接压力下朝平直构型挠曲(一般而言接触 杯体的移动发生在焊接工艺稳定之前，在这之后接触杯体不再移动)。 这种动态补偿趋于增大焊接表面之间的平行度。进一步的测试显示， 为了获得所期望的焊接结果，最佳状态是在接触杯体14和焊座24之间的公差用公式D1-D2^g来确定时获得，其中Dl是焊座24的内径， D2是接触杯体14的外径以及纟是超声波发生器26的振幅。已发现， 焊座直径和接触杯体直径之差一般应当不超过超声波发生器的振动振 幅。例如，在一个具体实施中，超声波发生器的振幅为22nm而余隙 为20nm。焊座直径超过接触杯体直径的程度将取决于待焊接的接触 杯体的区域的不平坦程度。
为了防止铝积聚和组件划痕，焊接夹具的接触表面和超声波发生 器的接触表面一般应当具有最小的表面粗糙度并被涂覆以例如类金刚 石碳(DLC),以降低接触表面之间的摩擦系数。可在金属零件上提 供DLC涂层，例如由Balzers Inc.(www.balzers.com)提供。其它适用 的涂层包括将防止铝沉积并增强耐磨性的低摩擦系数涂层例如氮化 钛、氮化碳、氮化铬和其它具有类似特性的涂层。
为了使超声波发生器的挠曲最小化-如果超声波发生器未受支 撑，则其易于在焊接压力作用下向上移动从而可能影响金属薄片和接 触杯体之间的平行关系和正确对准，UMW系统可具有例如如图9所 示的结点支撑机构。优选地，将结点支撑40与超声波发生器26的接 触点沿着超声波发生器26的长度设置在位置K处，其距超声波发生 器的端部等于谐波波长的四分之一(X/4),如图9和9A所示。在优选 的具体实施中，结点支撑和超声波发生器之间的接触点与由焊接凸出 部的纵向轴线和超声波发生器的纵向轴线所限定的平面相重合以便防 止额外的旋转运动，否则这种旋转运动将影响超声波发生器、金属薄 片和接触杯体之间的平行度。结点支撑40接触超声波发生器的部分优 选地具有进行单一切点接触的球形端部42，以通过使结点支撑所吸收 的超声能最小化而使焊接效率最大化。在图9的装置上方所示曲线图 的图例如下
G:通过超声波发生器传播的压缩纵向谐波
H:应力分布
I:振幅位移
J:谐波波腹(k/2)
13K:谐波结点(X/4) L:全波(X)
M:波平面开始(^ = 0)
应当注意，将结点支撑的接触点设置成与最小谐波振幅k/4的点 相重合(其中超声波发生器基本上具有零移动)，以便因结点支撑所产 生的能量损失达到最小。
优选地，焊接是通过按预定能量焊接来进行。然而，焊接控制可 以几种其它模式进行焊接，其均能够提供合适的焊缝，例如按时间焊 接、按高度焊接、按功率焊接等。例如，在一些具体实施中，焊接以 40至80焦耳的能量模式来进行。当以20kHz运行时，振动振幅大致 处于约10至80nm的范围内，而在以40kHz运行时，振幅大致为约1 至35jim。能量模式中的主要焊接工艺参数是能量、压力和振幅。 对焊接通常具有较小影响的其它焊接参数可包括触发压力、挤压时 间、保压时间、后破裂延迟和后破裂时间。焊接者也可监测焊接时间 和焊接功率作为质量因素。
优选地，超声波发生器包括衬垫以阻尼不想要的振动。具有插在 焊接凸出部28中的阻尼衬垫44的超声波发生器设计示于图10至10B 中。
衬垫执行几个功能。从优化焊接质量的观点看，衬垫防止薄金属 薄片在焊接期间挠曲和扭曲，从而防止金属薄片变得起皱或变成波状。 衬垫在焊接期间也吸收处于非焊接区中的弥散声能。
从制造的观点看，衬垫提供用于将金属薄片排气件保持和放置在 接触杯体上的真空密封。例如，衬垫可延伸出焊接凸出部外表面一段 短距离，例如约0.003"至0.006"(0.076至0.15mm)。在一个具体实施 中，超声波发生器通过经每个焊接凸出部上的通道46和孔48所施加 的真空拾取位于定向堆叠(例如，被可伸缩的机器人手臂载放)上的 顶部金属薄片。所述堆叠然后通过臂的回缩而移出工作区，并且超声 波发生器在接触杯体之内放置并夹住金属薄片。在焊接工艺开始之前，真空管线关闭，结果在金属薄片两侧上得到环境压力。
衬垫可由具有低硬度(优选地，硬度测验器读数为35至50，肖 氏硬度A)、高的未强化强度、低的压缩残余变形和应力驰豫以及良好 耐磨性的橡胶或弹性体材料制成。适用的材料包括例如天然橡胶、诸 如腈橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶(聚异丁烯)之类的合成橡胶和诸如 Santoprene 弹性体(ExxonMobil Chemical)之类的热塑性弹性体。
材料
如上所述，接触杯体和金属薄片通常均是有色金属。接触杯体被 选择成具有适用于电池顶部组合件的导电性和适于使它能够被密封地
连接到圆柱形管(电池筒)上的物理特性。如果接触杯体和金属薄片 要如上所述通过UMW进行连接，则接触杯体和金属薄片的材料需要 相容以便能够通过UMW形成结合。
接触杯体通常具有约0.24mm至0.26mm的壁厚。接触杯体可由 铝例如5052H38铝制成。在一些具体实施中，金属薄片由与接触杯体 相同的铝合金制成。然而，对于UMW而言，并不必使用同一种类的 金属薄片材料。可用来制成接触杯体和/或金属薄片的其它适用铝合金 可包括例如IIOO、 1145和3003铝和其它铝合金。可采用其它金属， 前提条件是它们对于UMW彼此相容并适用于特定的电池应用。
金属薄片的优选厚度根据所要求的爆裂压力、所用组件的设计参 数和所用金属的物理性质进行确定。 一般来讲，适用的厚度可在 0.02mm至0.25mm范围内。将在特定应用中提供所需爆裂压力的厚度 将取决于金属的物理特性。例如，在采用上述UMW技术将金属薄片 焊接到铝接触杯体上时，5052-H19铝和1100-H19铝(每种均具有约 0.076mm(0.003英寸)金属薄片厚度)将分别给出约925psi和278psi 的平均爆裂压力。
成品电池将包括正极、负极和电极间的隔板。电池也可包括集电 器和遍布电池内部空间的电解质溶液。
如上所述，圆柱形管12可为通常用于电池外壳的任何材料。在一 些实施方案中，圆柱形管12包括金属内壁和不导电的外部材料例如热收缩塑料。
电池可采用常规方法进行组装。 其它实施方案
上文已对本发明的许多实施方案进行了描述。但是应当理解，在 不脱离本发明实质和范围的条件下可以进行各种修改。
例如，根据具体的应用而定，例如根据待焊接零件的几何尺寸和 化学性质而定，可采用其它类型的焊接超声波发生器和其它焊接参数。
此外，本文所讨论的排气件和焊接工艺可用于除了圆柱形电池以 外的其它电池类型。
此外，本文所述的超声焊接技术，例如结点支撑的定位和在超声 波发生器焊接凸出部上使用凹槽，可用来在除电池制造以外的应用中 焊接金属薄片。
因此，其它实施方案也属于以下权利要求书的范围之内。
权利要求
1. 一种密封电池，其特征在于所述电池包括活性电池组件，所述活性电池组件包括正极、负极、插在所述正极和负极之间的隔板、和电解质溶液；限定容纳所述活性电池组件的内部腔体的金属外壳；密封地连接到所述金属外壳的端部上的接触杯体，所述接触杯体包括排气孔；和金属薄片，所述金属薄片连接到所述接触杯体上以密封所述排气孔。
2. 如权利要求l所述的电池，其中所述金属薄片通过焊缝连接 到所述接触杯体上。
3. 如权利要求l所述的电池，其中所述金属薄片具有约0.02至 0.25mm的厚度。
4. 如权利要求l所述的电池，其中所述金属薄片被构造成在所 述内部腔体内达到预定压力时破裂。
5. 如权利要求l所述的电池，其中所述接触杯体和金属薄片由 有色金属制成。
6. 如权利要求1所述的电池，其中所述金属接触杯体包含开口 ， 并且所述密封步骤包括围绕其中限定所述开口的区域的周边进行密封。
7. —种制造密封电池的方法，其特征在于所述方法包括 提供限定至少一个排气开口的金属接触杯体； 将金属薄片密封到所述接触杯体上以密封所述开口 ； 提供电池外壳；和 将所述接触杯体连接到所述外壳上。
8. 如权利要求7所述的方法，其中所述密封步骤包括将所述金 属薄片焊接到所述接触杯体上。
9. 一种对密封电池进行排气的方法，其特征在于所述方法包括提供具有排气开口的电池外壳； 用金属薄片密封所述排气开口 ；将所述金属薄片构造成使它在所述密封电池内达到预定压力时 将破裂；和选择用于所述密封步骤的工艺参数，使得只要所述密封电池内 的压力等于或低于所述预定压力，所述密封将是气密性的。
10. —种超声金属焊接的方法，其特征在于所述方法包括 采用具有至少一个焊接凸出部的超声波发生器，以将焊接压力和超声振动施加到一对待焊组件上；采用具有点接触的球形结点支撑来最小化所述超声波发生器的挠曲；和将所述结点支撑定位，使得所述点接触与通过所述焊接凸出部 的纵向轴线和所述超声波发生器的纵向轴线的平面重合。
全文摘要
本发明公开了具有端帽组合件(15)的电池，所述端帽组合件(15)具有由金属薄片(18)密封的排气开口(16)。本发明也公开了用于制造此类电池的方法和工具以及对密封电池进行排气的方法。在一些具体实施中，采用超声金属焊接进行密封。
文档编号H01M2/12GK101536215SQ200780040657
公开日2009年9月16日 申请日期2007年10月31日 优先权日2006年11月3日
发明者B·马克维茨基, F·J·伯科维茨, J·贾尼克, M·C·布朗, R·福斯特 申请人:吉莱特公司