制造具有减小的表面粗糙度的圆柱形电池壳体的方法与流程

制造具有减小的表面粗糙度的圆柱形电池壳体的方法1.本发明是申请号为201880024824.9的发明专利申请(国际申请号：pct/kr2018/012565、申请日：2018年10月23日、发明名称：制造具有减小的表面粗糙度的圆柱形电池壳体的方法)的分案申请。
技术领域：
：2.本技术要求享有于2017年10月23日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请第2017-0137092号的权益，通过引用将该韩国专利申请的公开内容整体并入本文。3.本发明涉及一种制造圆柱形电池壳体的方法，更特定而言，涉及一种能够执行多次作为制造电池壳体的工序之一的变薄拉深工序以降低电池壳体的表面粗糙度、由此改善电池壳体的腐蚀特性的制造圆柱形电池壳体的方法。
背景技术：
：：4.通常，存在诸如镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池和锂离子聚合物电池之类的各种二次电池。这些二次电池已开始用于诸如电动车辆和混合动力车辆、用于储存多余电力或新能源和可再生能源的电力存储设备、和备用电力存储设备之类的要求高输出的大型产品中；并且已开始用于诸如数码相机、便携式数字化通用光盘(p-dvd)播放器、mp3播放器(mp3p)、移动电话、个人数字助理(pda)、便携式游戏机(portablegamedevice)、电动工具(powertool)和电动自行车(e-bike)之类的小型产品中。5.锂二次电池通常包括正极(阴极，cathode)、隔膜(separator)和负极(阳极，anod)，它们的材料选择要考虑到电池的寿命、充电和放电容量、温度特性以及稳定性。6.基于电池壳体的形状，二次电池分为：配置为包括圆柱形壳体的圆柱形电池、配置为包括棱柱形壳体的棱柱形电池、和配置为包括由薄层压片制成的壳体的袋形电池。7.另外，电极组件被安装在电池壳体中，电极组件是配置为具有正极、隔膜和负极进行堆叠的结构并且配置为能够充电和放电的电力产生元件。电极组件分为果冻卷型电极组件或堆叠型电极组件，果冻卷型电极组件配置为具有被施加活性材料的长片型正极和长片型负极在隔膜插置在正极与负极之间的状态下进行卷绕的结构，堆叠型电极组件配置为具有预定尺寸的多个正极和预定尺寸的多个负极在隔膜插置在正极与负极之间的状态下顺序地堆叠的结构。8.在这些电极组件当中，果冻卷型电极组件被广泛地制造，因为果冻卷型电极组件易于制造、具有较高的每单位重量的能量密度并且可易于容纳在圆柱形电池壳体中。9.通常如下所述制造这种圆柱形电池壳体。首先，对由镀镍钢片制成的带型金属电池壳体材料进行冲压以便形成与所需圆柱形电池壳体对应的盘状板，并且针对该板执行深度拉深工序以便形成碟状第一中间杯体。针对第一中间杯体执行附加深度拉深工序以便形成与所需圆柱形电池壳体类似的第二中间杯体。最后，针对第二中间杯体执行拉深及变薄拉深(di，drawing和ironing)工序以便形成所需圆柱形电池壳体。10.常规的圆柱形电池壳体由通过给低碳钢镀ni制造的钢片制成。ni层用作保护fe层的保护层(protectivelayer)。图1中示出了该结构。11.在制造圆柱形电池壳体时，通过拉深工序形成电池壳体的圆柱形主体的外周表面。结果，电池壳体的表面的表面粗糙度由于拉深拉力而增大到特定水平或更高，由此圆柱形电池壳体的表面光泽度较差。12.此外，作为耐腐蚀性的测试结果，在圆柱形电池壳体的主体的外周表面上观察到了各种点(spot)腐蚀。图2中示出了在圆柱形电池壳体的主体的外周表面上观察到的点腐蚀。13.尚未有减小圆柱形二次电池的表面粗糙度、由此提高圆柱形二次电池的耐腐蚀性并因而改善圆柱形二次电池的腐蚀特性的尝试。14.另外，日本专利申请公开案第2002-015712号公开了一种配置为具有以下结构的电池壳体，即使用多级变薄拉深模执行变薄拉深工序，使得电池壳体的壁的厚度t1和电池壳体的底部的厚度t0满足以下等式t1＝αt0(α＝0.2～0.7)，并且在变薄拉深工序之后针对电池壳体的壁的内周表面执行拉深工序，使得电池壳体的壁的内周表面具有0.2μm至2.0μm的平均表面粗糙度的结构。然而，该公开案没有公开能够通过减小电池壳体的表面粗糙度提高电池壳体的耐腐蚀性的技术。15.日本专利申请公开案第2003-263974号公开了一种制造具有圆形截面形状的圆柱形金属罐的方法，该方法包括冲压由带型金属片制成的金属罐材料以形成六边形板的板冲压工序；将所述板形成为具有六边形截面形状的第一中间杯体的第一杯形成工序；拉深第一中间杯体的工序；和变薄拉深工序，其中拉深工序和变薄拉深工序相继执行(di工序)。该公开案稍微对应于本发明；然而，该公开案没有公开能够通过减小电池壳体的表面粗糙度提高电池壳体的耐腐蚀性的技术。16.日本登记专利第4119612号公开了一种棱柱形电池罐，该棱柱形电池罐配置为容纳电力产生元件、配置为构成棱柱形电池并且配置为具有近似矩形的截面形状，其中矩形电池壳体的短边的厚度大于矩形电池壳体的长边的厚度。然而，该专利没有公开能够通过减小电池壳体的表面粗糙度提高电池壳体的耐腐蚀性的技术。17.日本专利申请公开案第2009-037980号公开了一种使用拉深和变薄拉深机针对中间杯体相继执行一级拉深工序和三级变薄拉深工序的方法。然而，该公开案没有公开能够通过减小电池壳体的表面粗糙度提高电池壳体的耐腐蚀性的技术。18.就是说，尚未提出能够执行多次作为制造电池壳体的工序之一的变薄拉深工序以降低电池壳体的表面粗糙度、由此改善电池壳体的腐蚀特性的制造圆柱形电池壳体的方法。技术实现要素：19.技术问题20.鉴于上述问题及尚未解决的其他技术问题做出本发明。21.本技术的发明人已进行了各种广泛且深入的研究和试验以解决上述问题。本发明的目的是提供一种能够解决电动车辆的电池的相对低的耐腐蚀性并且提高圆柱形电池壳体的耐腐蚀性的问题的制造圆柱形电池壳体的方法。22.本发明的另一目的是提供一种能够调整圆柱形电池壳体的表面粗糙度以便提高圆柱形电池壳体的耐腐蚀性的制造圆柱形电池壳体的方法。23.本发明的又一目的是提供一种能够执行改进的深度拉深工序以便提高圆柱形电池壳体的耐腐蚀性的制造圆柱形电池壳体的方法。24.技术方案25.根据本发明的一方面，可通过提供一种制造圆柱形电池壳体的方法来实现上述及其他目的，在所述方法中，在执行形成电池壳体的主体的外周表面的深度拉深工序(deepdrawing)时，执行多次变薄拉深(ironing)工序。26.可在执行形成电池壳体的主体的深度拉深工序时，执行第一次变薄拉深工序，并且可在执行在电池壳体上形成台阶的深度拉深工序时，执行第二次变薄拉深工序。27.在变薄拉深工序之后，电池壳体的表面粗糙度(ra)可以是0.lμm或更小。28.在执行多次变薄拉深工序之后，电池壳体的厚度减小可以是均匀的。29.根据本发明的另一方面，提供了一种制造圆柱形电池壳体的方法，所述方法包括：在钢片的至少一个表面上形成镍涂层的第一步骤；在还原气氛中对经历第一步骤的钢片进行热处理的第二步骤；对经历第二步骤的钢片进行冲裁(blanking)和拉深的第三步骤；针对经历第三步骤的钢片执行第一次深度拉深工序和第一次变薄拉深工序以形成电池壳体的主体的第四步骤；针对经历第四步骤的钢片执行第二次深度拉深工序以形成所述电池壳体的主体的第五步骤；针对经历第五步骤的所述电池壳体的主体执行第三次深度拉深工序和第二次变薄拉深工序以在所述电池壳体的主体上形成台阶的第六步骤；和在经历第六步骤的所述电池壳体的主体上形成锥形部和凸缘的第七步骤。30.在第一次变薄拉深工序之后，电池壳体的表面粗糙度(ra)可以是0.2μm或更小。31.在第二次变薄拉深工序之后，电池壳体的表面粗糙度(ra)可以是0.lμm或更小。32.根据本发明的另一方面，提供了一种二次电池，所述二次电池包括使用所述制造圆柱形电池壳体的方法制造的电池壳体。33.根据本发明的又一方面，提供了一种包括所述二次电池的装置。34.所述装置可选自由电子装置、电动车辆、混合动力电动车辆和电力储存系统构成的组。附图说明35.图1是示出常规的圆柱形二次电池的镍涂层的概念图。36.图2是示出常规的圆柱形二次电池的耐腐蚀性试验结果的视图。37.图3是示出根据示例1和比较例1的圆柱形电池壳体的外观的照片。38.图4是示出根据示例1和比较例1的圆柱形电池壳体的腐蚀测试结果的照片。39.图5是示出根据示例1、比较例2和比较例3的圆柱形电池壳体的表面粗糙度(ra，rz)的图。具体实施方式40.现在，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式，使得本发明所属领域的普通技术人员能容易实施本发明的优选实施方式。然而，在详细描述本发明的优选实施方式的工作原理时，当对本文中并入的已知功能和配置的详细描述可能会使本发明的主旨模糊不清时，则将省去该详细描述。41.整个附图中将尽可能使用相同的参考标记来表示执行相似功能或操作的部件。另外，在本发明的以下描述中的一个部件“连接”至另一个部件的情况中，不仅该一个部件可直接连接至该另一个部件，而且该一个部件可经由另外的部件间接连接至该另一个部件。此外，“包括”某一元件并不意指排除其他元件，而是可进一步包括其他元件，除非另外提及。42.现在将详细参照本发明的优选实施方式，其示例示于附图中。43.图1是示出常规的圆柱形二次电池的镍涂层的概念图。44.如图1中所示，圆柱形二次电池壳体由上面形成有镍涂层的钢片(即镀镍钢片)制成。45.例如在碱性干电池或镍镉蓄电池中，镀镍钢片主要用作其中具有强碱性的氢氧化钾用作电解质溶液的电池壳体的材料。镍涂层表现出对碱性材料的高耐受性，在电池连接至外部端子时表现出稳定的接触电阻，并且在组装电池时表现出较高的点焊性。46.图2是示出常规的圆柱形二次电池的耐腐蚀性试验结果的视图。47.对圆柱形二次电池壳体的耐腐蚀性的测试是在高温高湿条件下进行的。为了观察圆柱形二次电池壳体的表面上的点腐蚀，圆柱形二次电池壳体被在60℃的温度和95％rh的湿度下保持7天。48.作为测试结果，在圆柱形二次电池壳体的表面上观察到了点腐蚀。在等于圆柱形二次电池壳体的样品总数量的50％至100％的样品的表面上的一个或多个位置处观察到了点腐蚀。49.制造圆柱形二次电池的电池壳体的常规工序可包括对镀镍基材进行冲裁和拉深的步骤(#1)和空转(idle)基材的步骤。此外，制造圆柱形二次电池的电池壳体的常规工序可进一步包括：拉深基材以形成电池壳体的步骤(其中拉深工序被执行四次)(#4至#7)；对基材进行拉深和主体变薄拉深的步骤(#8)；拉深基材的步骤(#9)；对基材进行台阶拉深的步骤(#10)；在基材上形成锥形部和凸缘的步骤(#11)；在基材中形成排气口的步骤(#12)；和修整基材的步骤(#13)。50.用于电动车辆(ev)的二次电池的非管状(notubing)模型可具有相对低的耐腐蚀性。特别是，使用二次电池的电动车辆制造商，诸如tesla，仅需要在被放入高温高湿环境(60℃、95％rh和7天，60℃95％r.h.7days)之后满足限度内的腐蚀条件的二次电池。因此，为了提高耐腐蚀性，执行变薄拉深工序，变薄拉深工序是能够使电池壳体的表面高度光泽的方法。51.圆柱形二次电池的电池壳体的表面粗糙度引起金属中的电位差，从而形成容易出现局部腐蚀的环境。因此，在表面粗糙度ra的值减小的情况下，电池壳体的表面面积可减小，从而可提高电池壳体的耐腐蚀性。52.在深度拉深圆柱形二次电池的电池壳体时，执行两次变薄拉深工序。此时，在拉深工序之后执行最后的变薄拉深工序，以增大光泽度。53.在执行拉深工序的情况下，由于在电池壳体的侧表面处产生的拉力，电池壳体的粗糙度增大并且光泽从电池壳体消失。在执行变薄拉深工序的情况下，因为变薄拉深工序是在向上推动电池壳体时执行的，所以电池壳体的厚度减小并且变得均匀。因此，由于与模具的压缩摩擦，电池壳体的粗糙度可降低并且电池壳体可具有光泽。就是说，电池壳体的表面粗糙度可随着电池壳体的变薄拉深程度增大而降低。54.本发明提供一种制造圆柱形电池壳体的方法，其特征在于，在执行深度拉深(deepdrawing)工序以形成电池壳体的主体的外周表面时，执行多次变薄拉深(ironing)工序。55.此外，在执行深度拉深工序以形成电池壳体的主体时，可执行第一次变薄拉深工序，并且作执行深度拉深工序以在电池壳体上形成台阶时，可执行第二次变薄拉深工序。56.此外，在变薄拉深工序之后，电池壳体的表面粗糙度ra可以是0.1μm或更小。57.此外，在执行多次变薄拉深工序之后，电池壳体的厚度的减小可以是均匀的。58.假定当在深度拉深步骤中针对电池壳体的主体执行一次变薄拉深工序时，电池壳体的厚度减小0.08mm。在执行两次变薄拉深工序的情况下，电池壳体的厚度在每次执行变薄拉深工序时减小0.04mm。因此，电池壳体的厚度最终减小0.08mm。59.就是说，电池壳体的厚度的减小可以是均匀的，无论变薄拉深工序被执行仅一次还是多次。60.为此，本发明可提供一种制造圆柱形电池壳体的方法，包括：在钢片的至少一个表面上形成镍涂层的第一步骤；在还原气氛中对经历第一步骤的钢片进行热处理的第二步骤；对经历第二步骤的钢片进行冲裁(blanking)和拉深的第三步骤；针对经历第三步骤的钢片执行第一次深度拉深工序和第一次变薄拉深工序以形成电池壳体的主体的第四步骤；针对经历第四步骤的钢片执行第二次深度拉深工序以形成电池壳体的主体的第五步骤；针对经历第五步骤的所述电池壳体的主体执行第三次深度拉深工序和第二次变薄拉深工序以在所述电池壳体的主体上形成台阶的第六步骤；和在经历第六步骤的所述电池壳体的主体上形成锥形部和凸缘的第七步骤。61.制造圆柱形电池壳体的方法可进一步包括在经历第七步骤的电池壳体的主体中形成排气口的步骤。62.制造圆柱形电池壳体的方法可进一步包括修整(trimming)经历第七步骤的电池壳体的主体的步骤。63.此外，在第一次变薄拉深工序之后，电池壳体的表面粗糙度ra可以是0.2μm或更小。64.此外，在第二次变薄拉深工序之后，电池壳体的表面粗糙度ra可以是0.1μm或更小。65.此外，本发明可提供一种包括使用该制造圆柱形电池壳体的方法制造的电池壳体的二次电池。66.此外，本发明可提供一种包括该二次电池的装置。67.该装置可以是选自由电子装置、电动车辆、混合动力电动车辆和电力存储系统构成的组中的一个。68.下面，将参照以下示例描述本发明。该示例仅被提供用于说明本发明而不应被解释为限制本发明的范围。69.〈示例1〉70.为了制造根据本发明的圆柱形二次电池，可执行对镀镍基材进行冲裁和拉深的步骤(#1)和空转(idle)该基材的步骤。通过以下步骤制造圆柱形电池壳体：拉深基材以形成电池壳体的步骤(其中拉深工序被执行四次)(#4至#7)；对基材进行拉深和主体变薄拉深的步骤(#8)；拉深基材的步骤(#9)；对基材进行台阶拉深和主体变薄拉深的步骤(#10)；在基材上形成锥形部和凸缘的步骤(#11)；在基材中形成排气口的步骤(#12)；和修整基材的步骤(#13)。71.具体而言，执行步骤#8处的变薄拉深工序以将基材的厚度减小0.04mm，并且执行步骤#10处的变薄拉深工序以将基材的厚度减小0.04mm。72.〈比较例1〉73.除了执行步骤#8处的变薄拉深工序以将基材的厚度减小0.08mm以及省略步骤#10处的主体变薄拉深工序之外，通过与示例1中相同的过程制造圆柱形电池壳体。74.参照与此相关的图3，可以看出，作为对如上所述制造的圆柱形电池壳体的外观进行观察的结果，根据示例1制造的圆柱形电池壳体的表面光泽度显著高于根据比较例1制造的圆柱形电池壳体的表面光泽度。75.〈实验例1〉76.针对根据示例1和比较例2制造的圆柱形电池壳体执行耐腐蚀性测试。77.圆柱形二次电池壳体的耐腐蚀性测试是在高温高湿条件下执行的。具体而言，圆柱形电池壳体被在60℃的温度和95％rh的湿度下保持7天，并对圆柱形电池壳体的外观拍照以确定圆柱形电池壳体的表面是否被腐蚀。圆柱形电池壳体的腐蚀测试结果示于图4的照片中。78.参照图4，可以看出，根据示例1制造的圆柱形电池壳体没有被腐蚀，但在根据比较例1制造的圆柱形电池壳体的表面上观察到了点腐蚀。79.〈比较例2〉80.除了执行步骤#8处的变薄拉深工序以将基材的厚度减小0.15mm之外，通过与比较例1中相同的过程制造圆柱形电池壳体81.〈比较例3〉82.除了执行步骤#8处的变薄拉深工序以将基材的厚度减小0.05mm之外，通过与比较例1中相同的过程制造圆柱形电池壳体。83.〈实验例2〉84.使用来自mitutoyo公司的表面粗糙度测量仪sj-411测量了根据示例1、比较例2和比较例3制造的圆柱形电池壳体的表面粗糙度。作为表面粗糙度，测量了ra和rz，沿圆柱形电池壳体的高度方向(垂直方向)测量每个圆柱形电池壳体的中间部分的4mm区段。基于iso4287：1997测量圆柱形电池壳体的表面粗糙度。85.图5的表格中示出了圆柱形电池壳体的表面粗糙度的测量结果。86.参照图5，根据示例1制造的圆柱形电池壳体的表面粗糙度ra的最小值、最大值和平均值分别是0.022、0.040和0.03，根据比较例2制造的圆柱形电池壳体的表面粗糙度ra的最小值、最大值和平均值分别是0.099、0.142和0.115。根据比较例3制造的圆柱形电池壳体的表面粗糙度ra的最小值、最大值和平均值分别是0.179、0.309和0.236。87.根据示例1制造的圆柱形电池壳体的表面粗糙度rz的最小值、最大值和平均值分别是0.152、0.427和0.202，根据比较例2制造的圆柱形电池壳体的表面粗糙度rz的最小值、最大值和平均值分别是0.542、0.944和0.713。根据比较例3制造的圆柱形电池壳体的表面粗糙度rz的最小值、最大值和平均值分别是0.924、2.436和1.497。88.因此，可以看出，根据示例1制造的圆柱形电池壳体的表面粗糙度降低，因此可由于根据示例1制造的圆柱形电池壳体的表面粗糙度的降低而充分预期圆柱形电池壳体的耐腐蚀性的提高。89.本发明所属领域的技术人员将理解，基于以上描述，在不背离本发明的范围的情况下，可进行各种应用和修改。90.工业实用性91.从上面的描述显而易见的是，在制造圆柱形电池壳体时，通过在执行用于形成圆柱形电池壳体的主体的外周表面的工序时执行厚度减小工序，根据本发明的制造具有减小的表面粗糙度的圆柱形电池壳体的方法具有减小圆柱形电池壳体的表面粗糙度的效果。92.此外，根据本发明具有根据表面粗糙度的腐蚀特性得到改善的效果。93.此外，由于在圆柱形电池壳体的壁的内侧上形成充分粗糙的表面，因此容纳在圆柱形电池壳体中的电极混合物或电极活性材料与圆柱形电池壳体的壁的内表面之间的接触面积增大，由此可大大减小电池的内阻。94.此外，在诸如碳之类的导电剂被施加到圆柱形电池壳体的壁的内表面的情况下，承载导电剂的力增大，由此即使在储存较长时间之后仍可维持所需的电池特性。95.此外，由于执行变薄拉深工序，因此圆柱形电池壳体的壁的厚度小于圆柱形电池壳体的底部的厚度，由此可增大圆柱形电池壳体所填充的电极混合物或电极活性材料的量，因而提高了诸如电池的充电和放电特性之类的电池的性能。当前第1页12当前第1页12
技术特征：
1.一种制造圆柱形电池壳体的方法，其中，在执行形成所述电池壳体的主体的外周表面的深度拉深工序时，执行多次变薄拉深工序并执行最终变薄拉深工序。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在执行形成所述电池壳体的主体的深度拉深工序时，执行第一次变薄拉深工序，并且在执行在所述电池壳体处形成台阶部的深度拉深工序时，执行第二次变薄拉深工序。3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述最终变薄拉深工序之后，所述电池壳体的表面粗糙度ra为0.1μm或更小。4.根据权利要求1所述的方法，其中，在执行多次所述变薄拉深工序之后，所述电池壳体的厚度的减小是均匀的。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电池壳体的厚度在每次执行变薄拉深工序时减小0.04mm。6.一种制造圆柱形电池壳体的方法，所述方法包括：在钢片的至少一个表面上形成镍涂层的第一步骤；在还原气氛中对经历了第一步骤的所述钢片进行热处理的第二步骤；对经历了第二步骤的所述钢片进行冲裁和拉深的第三步骤；针对经历了第三步骤的所述钢片执行第一次深度拉深工序和第一次变薄拉深工序以形成电池壳体的主体的第四步骤；针对在第四步骤形成的所述电池壳体的所述主体执行第二次深度拉深工序以进一步形成所述电池壳体的所述主体的第五步骤；针对经历了第五步骤的所述电池壳体的所述主体执行第三次深度拉深工序并在执行第三次深度拉深工序时执行第二次变薄拉深工序以形成所述电池壳体的所述主体的外周表面的第六步骤；以及在经历了第六步骤的所述电池壳体的所述主体处形成锥形部和凸缘的第七步骤。7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述第一次变薄拉深工序之后，所述电池壳体的表面粗糙度ra是0.2μm或更小。8.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述第二次变薄拉深工序之后，所述电池壳体的表面粗糙度ra是0.1μm或更小。9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述电池壳体的厚度在每次执行变薄拉深工序时减小0.04mm。10.一种二次电池，所述二次电池包括使用根据权利要求1至9中的任一项所述的制造圆柱形电池壳体的方法制造的电池壳体。11.一种包括根据权利要求10所述的二次电池的装置。12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述装置选自由电子装置、电动车辆、混合动力电动车辆和电力存储系统构成的组。

技术总结
本发明提供制造具有减小的表面粗糙度的圆柱形电池壳体的方法。本文公开了一种能够执行多次作为制造电池壳体的工序之一的变薄拉深工序以降低电池壳体的表面粗糙度、由此改善电池壳体的腐蚀特性的制造圆柱形电池壳体的方法。在制造圆柱形电池壳体时，通过在执行形成圆柱形电池壳体的主体的外周表面的工序时执行厚度减小工序，减小了圆柱形电池壳体的表面粗糙度。此外，根据表面粗糙度的腐蚀特性得以改善。以改善。以改善。


技术研发人员：皇甫光洙 李帝俊 郑湘锡 金俊卓 李吉永 具圣谟
受保护的技术使用者：株式会社LG新能源
技术研发日：2018.10.23
技术公布日：2023/9/14