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JP2020057463A - Battery exterior material, battery, and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2020057463A JP2018185384A JP2018185384A JP2020057463A JP 2020057463 A JP2020057463 A JP 2020057463A JP 2018185384 A JP2018185384 A JP 2018185384A JP 2018185384 A JP2018185384 A JP 2018185384A JP 2020057463 A JP2020057463 A JP 2020057463A
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雅人 大塚
努 東
Tsutomu Azuma
努 東
冨村 宏紀
Hiroki Tomimura
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Abstract

To provide a battery exterior material for occupying a small space, a battery, and a manufacturing method thereof.SOLUTION: A battery exterior material (1) is formed of joined stainless foils (1a, 1b), and has a battery chamber (2) and a flange unit (3a) including a laser welded unit (5). The laser welded unit (5) is formed so that, in a cross section when cut along a plane perpendicular to an extending direction, a plate gap G near the laser welded unit (5) satisfies G≤1t and a welding width W satisfies 1t≤W≤10t (t: a thickness of a stainless steel foil on a side irradiated with laser).SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、電池外装材、電池、およびそれらの製造方法に関する。   The present invention relates to a battery exterior material, a battery, and a method for producing the same.

近年、電気自動車の開発が精力的に行われており、世界的に電気自動車の急速な普及が見込まれている。電気自動車に搭載される蓄電池(二次電池)は、省スペース化および更なる寿命延長の両方を求められている。また、高機能化が進展する携帯型の各種電子機器に搭載される二次電池についても同様の要望がある。   2. Description of the Related Art In recent years, the development of electric vehicles has been energetically performed, and the rapid spread of electric vehicles worldwide is expected. A storage battery (secondary battery) mounted on an electric vehicle is required to both save space and further extend its life. In addition, there is a similar demand for secondary batteries mounted on various types of portable electronic devices that have advanced functions.

リチウムイオン電池は、代表的な二次電池である。リチウムイオン電池の一例として、2つの金属箔を互いに接合して形成された電池容器と該容器内に封入された電池要素とを有する電池が知られている。この種の電池では、一般に、電池外装用材料として片面または両面に樹脂をラミネート被覆した金属箔が用いられている。上記電池容器は、2つの上記金属箔を当接させて互いに熱圧着(ヒートシール)することにより形成される。   Lithium-ion batteries are typical secondary batteries. As an example of a lithium-ion battery, a battery having a battery container formed by joining two metal foils to each other and a battery element sealed in the container is known. In this type of battery, a metal foil having one or both surfaces laminated with a resin is generally used as a battery exterior material. The battery container is formed by bringing the two metal foils into contact with each other and thermocompression bonding (heat sealing) each other.

特許文献1には、アルミニウム箔の両面に樹脂を貼り付けて形成されるラミネートフィルムを用いて製造されたラミネート型電池が記載されている。また、特許文献2には、ラミネート被覆した二つの金属箔を互いにヒートシールした後に、ヒートシール部の一部(端面)をレーザ溶接することによって接合部のガスバリア性を高める技術が記載されている。   Patent Literature 1 describes a laminated battery manufactured using a laminated film formed by attaching a resin to both surfaces of an aluminum foil. In addition, Patent Document 2 describes a technique of heat-sealing two laminated metal foils to each other, and then laser welding a part (end face) of the heat-sealed portion to improve a gas barrier property of a bonded portion. .

特開2015−103291号公報JP-A-2005-103291 特開2013−184290号公報JP 2013-184290 A 特開2004−71290号公報JP 2004-71290 A

しかしながら、特許文献1に記載の技術では、電池室から電池外縁までの長さ(いわゆるフランジ長さ)として例えば10mm〜20mm程度の長さを要する。このようなフランジ長さは、電池の性能劣化を長期間にわたって抑制するため、すなわちヒートシール部における水分透過を抑制するために必要となっている(例えば、特許文献3参照)。その結果、電池容器によって生じるデッドスペースが必然的に大きくなる。   However, the technique described in Patent Literature 1 requires a length from the battery chamber to the outer edge of the battery (so-called flange length) of, for example, about 10 mm to 20 mm. Such a flange length is necessary for suppressing performance deterioration of the battery over a long period of time, that is, for suppressing moisture permeation in the heat seal portion (for example, see Patent Document 3). As a result, the dead space created by the battery container is inevitably increased.

また、特許文献2に記載の技術においても同様に、ヒートシール部およびレーザ溶接部により生じるデッドスペースが大きくなる。そのため、電池を搭載する空間におけるスペース効率(空間利用効率)を向上させること、すなわち電池の省スペース化には限界があった。   Similarly, in the technique described in Patent Literature 2, the dead space generated by the heat seal portion and the laser weld portion also increases. Therefore, there is a limit to improving the space efficiency (space use efficiency) in the space in which the battery is mounted, that is, to reducing the space of the battery.

本発明の一態様は、記従来の問題点に鑑みなされてものであり、その目的は、占有スペースの小さい電池外装材、電池、およびそれらの製造方法を提供することにある。   One aspect of the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a battery exterior material, a battery, and a method for manufacturing the same, which occupy a small space.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電池外装材は、接合されたステンレス箔により形成されている、電池要素を収容する電池室と、前記電池室の周囲の少なくとも一部に配置された接合部と、を有し、前記接合部は、前記ステンレス箔同士がレーザ溶接されて形成された溶接部を少なくとも一部に含み、レーザを照射された側の前記ステンレス箔を第1のステンレス箔とし、反対側の前記ステンレス箔を第2のステンレス箔とすると、前記溶接部は、該溶接部の延伸方向に垂直な面で切ったときの断面において、該溶接部の近傍における前記第1のステンレス箔と前記第2のステンレス箔との板間隙間Gが下記式(1)を満足するとともに、前記第1のステンレス箔の表面における前記溶接部の前記延伸方向に対して垂直な方向の溶接幅Wが下記式(2)を満足するように形成されている。   In order to solve the above problem, a battery exterior material according to one embodiment of the present invention includes a battery chamber that houses a battery element and is formed of a bonded stainless steel foil, and at least a part of a periphery of the battery chamber. And a welded portion formed by laser welding the stainless steel foils to each other at least in part, and the stainless steel foil on the side irradiated with the laser is Assuming that the stainless steel foil is the first stainless steel foil and the opposite stainless steel foil is a second stainless steel foil, the welded portion has a cross section taken along a plane perpendicular to the extending direction of the welded portion, and has a vicinity of the welded portion. The gap G between the first stainless steel foil and the second stainless steel foil satisfies the following expression (1), and is perpendicular to the extending direction of the welded portion on the surface of the first stainless steel foil. What Weld width W of direction is formed so as to satisfy the following formula (2).

G≦1t・・・(1)
1t≦W≦10t・・・(2)
ここで、tは前記第1のステンレス箔の厚さである。
G ≦ 1t (1)
1t ≦ W ≦ 10t (2)
Here, t is the thickness of the first stainless steel foil.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電池は、前記電池外装材と、前記電池室に収容されている前記電池要素と、を有する。   In order to solve the above-described problem, a battery according to one embodiment of the present invention includes the battery exterior material and the battery element housed in the battery chamber.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電池外装材の製造方法は、第1のステンレス箔および第2のステンレス箔を互いに重ね合わせて、電池要素を収容する電池室となる内部空間を形成する空間形成工程と、前記電池室の周囲の少なくとも一部にて、前記第1のステンレス箔にレーザを照射することにより前記第1および第2のステンレス箔をレーザ溶接して溶接部を形成するレーザ溶接工程と、を含み、前記レーザ溶接工程では、前記溶接部の延伸方向に垂直な面で切ったときの断面において、前記レーザを照射する箇所における前記第1のステンレス箔と前記第2のステンレス箔との板間隙間Gが下記式(1)を満足するとともに、前記第1のステンレス箔の表面における前記溶接部の前記延伸方向に対して垂直な方向の溶接幅Wが下記式(2)を満足するように前記溶接部を形成する。   In order to solve the above problems, a method for manufacturing a battery exterior material according to one embodiment of the present invention provides a battery chamber for housing a battery element by stacking a first stainless steel foil and a second stainless steel foil on each other. A space forming step of forming an internal space, and laser welding of the first and second stainless steel foils by irradiating the first stainless steel foil with a laser in at least a part of the periphery of the battery chamber. And a laser welding step of forming a portion, in the laser welding step, the first stainless steel foil at a location where the laser is irradiated, in a cross section when cut along a plane perpendicular to the extending direction of the welded portion The gap G between the plate and the second stainless steel foil satisfies the following expression (1), and the gap G in the direction perpendicular to the stretching direction of the welded portion on the surface of the first stainless steel foil. Contact width W to form the welded portion so as to satisfy the following formula (2).

G≦1t・・・(1)
1t≦W≦10t・・・(2)
ここで、tは前記第1のステンレス箔の厚さである。
G ≦ 1t (1)
1t ≦ W ≦ 10t (2)
Here, t is the thickness of the first stainless steel foil.

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電池の製造方法は、前記電池外装材の製造方法において、前記電池室に前記電池要素を収容する工程をさらに含む。   In order to solve the above problems, a method for manufacturing a battery according to one embodiment of the present invention further includes a step of housing the battery element in the battery chamber in the method for manufacturing a battery exterior material.

本発明の一態様によれば、占有スペースの小さい電池外装材、電池、およびそれらの製造方法を提供することができる。   According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a battery exterior material, a battery, and a method for manufacturing the same, which occupy a small space.

本発明の一実施形態における電池外装材または電池の構成を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view showing roughly composition of a battery exterior material or a battery in one embodiment of the present invention. 2枚のステンレス箔を板押え治具にて固定するとともに板間隙間を調節可能とした状態にて行ったレーザ溶接試験について説明するための図である。It is a figure for explaining a laser welding test performed in the state where two stainless steel foils were fixed with a plate holding jig and the gap between plates was adjustable. レーザ溶接部の断面について、光学顕微鏡を用いて観察した様子を示す模式図であって、(a)〜(c)はそれぞれ板間隙間が10μm、80μm、40μmの場合の結果について示す図であるIt is a schematic diagram which shows the mode observed about the cross section of the laser welding part using the optical microscope, Comprising: (a)-(c) is a figure which shows the result at the time of 10 micrometers, 80 micrometers, and 40 micrometers of board gaps, respectively. 本発明の実施形態1における電池外装材または電池の製造過程であって、(a)はレーザ溶接部が形成された後であってヒートシール部が形成される前の状態を示す斜視図であり、(b)は図4の(a)に示す状態の次工程にて熱融着シートをセットした状態の側面図、(c)は図4の(b)に示す状態の後の工程にてヒートシール後にフランジ部のうち不要な部分を除去した後の電池外装材または電池を示す斜視図である。FIG. 4A is a perspective view illustrating a state in which a battery exterior material or a battery is manufactured in Embodiment 1 of the present invention, in which a laser welded portion is formed and a heat seal portion is not formed. 4B is a side view showing a state in which the heat-sealing sheet is set in the next step after the state shown in FIG. 4A, and FIG. 4C is a side view after the state shown in FIG. It is a perspective view which shows the battery exterior material or the battery after unnecessary parts were removed from the flange part after heat sealing. 本発明の一実施形態におけるレーザ溶接部を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows the laser welding part in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における電池外装材の製造方法に用いられるレーザ溶接装置の一例を示す図である。It is a figure showing an example of a laser welding device used for a manufacturing method of a battery exterior material in one embodiment of the present invention. 参考例におけるレーザ溶接部の断面について、光学顕微鏡を用いて観察した様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mode observed about the cross section of the laser welding part in a reference example using an optical microscope.

以下に、本発明の一実施形態における、ステンレス箔同士を重ね合わせてレーザ溶接することにより電池室を形成した、占有スペースの小さい電池外装材および該電池外装材を有する電池について説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をより良く理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A〜B」は、「A以上B以下」を意味する。本出願における各図面に記載した構成の形状および寸法(長さ、奥行き、幅等)は、実際の形状および寸法を必ずしも反映させたものではなく、図面の明瞭化および簡略化のために適宜変更している。   Hereinafter, a battery packaging material having a small occupied space and a battery having the battery packaging material, in which a stainless steel foil is overlapped with each other and laser welded to form a battery chamber in one embodiment of the present invention, will be described. The following description is for the purpose of better understanding the gist of the present invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified. Unless otherwise specified in this specification, “A to B” representing a numerical range means “A or more and B or less”. The shapes and dimensions (length, depth, width, etc.) of the components described in the drawings in the present application do not necessarily reflect the actual shapes and dimensions, and may be appropriately changed for clarification and simplification of the drawings. doing.

以下では、先ず、本発明の一実施形態における電池外装材または電池の構成を概略的に説明し、次いで、本発明者らが見出した本発明の知見の概略について説明する。その後、上記電池外装材または電池について詳細に説明する。   Hereinafter, first, the configuration of the battery exterior material or the battery in one embodiment of the present invention will be schematically described, and then, the outline of the findings of the present invention found by the present inventors will be described. Then, the battery exterior material or the battery will be described in detail.

<電池外装材(電池)の概要>
図1は、本実施形態における電池外装材1または該電池外装材1を有する電池100の構成を概略的に示す斜視図である。
<Outline of battery exterior material (battery)>
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a battery exterior material 1 or a battery 100 having the battery exterior material 1 in the present embodiment.

図1に示すように、本実施形態における電池外装材1は、電池室2およびフランジ部(接合部)3を有している。この電池室2に電池要素が収容されるとともに、該電池要素と電極部4とが電池室2の外部へ電力を供給可能となるように電気的に接続されることによって、電池100が形成される。   As shown in FIG. 1, the battery exterior material 1 in the present embodiment has a battery chamber 2 and a flange portion (joining portion) 3. A battery 100 is formed by accommodating a battery element in the battery chamber 2 and electrically connecting the battery element and the electrode unit 4 so that power can be supplied to the outside of the battery chamber 2. You.

電池室2は、電池要素を収容するための内部空間である。例えば、電池室2は、平面視したときの形状が矩形である凸部を有する二枚のステンレス箔1a・1bを、当該凸部を向い合せて重ねたときに当該2つの凸部によって形成される空間である。電池室2は、ステンレス箔1aおよびステンレス箔1bを接合することにより形成されたフランジ部3によって封止されている。   Battery room 2 is an internal space for housing battery elements. For example, the battery chamber 2 is formed by two stainless steel foils 1a and 1b each having a rectangular projection when viewed in a plan view and having the projections facing each other. Space. The battery chamber 2 is sealed by a flange 3 formed by joining the stainless steel foil 1a and the stainless steel foil 1b.

フランジ部3は、電池室2の周囲の全周にわたって配置されている。フランジ部3は、ステンレス箔1aおよびステンレス箔1bが互いにレーザ溶接されることにより形成されたレーザ溶接部5と、二枚のステンレス箔1a・1bの間に配された熱融着シートの熱融着により形成されたヒートシール部6とを含む。レーザ溶接部5の端部は、ヒートシール部6に密着し、あるいは包含されている。このレーザ溶接部5について詳しくは後述する。なお、図1に示す電池外装材1(電池100)は、製品として使用される前に、フランジ部3の不要部分(具体的にはレーザ溶接部5の周縁部)は削除される。   The flange portion 3 is arranged over the entire periphery of the battery chamber 2. The flange portion 3 is formed of a laser welded portion 5 formed by laser-welding the stainless steel foil 1a and the stainless steel foil 1b to each other, and a heat-fused sheet formed between the two stainless steel foils 1a and 1b. And a heat seal portion 6 formed by attachment. The end of the laser weld 5 is in close contact with or contained in the heat seal 6. The details of the laser weld 5 will be described later. In addition, before the battery exterior material 1 (battery 100) shown in FIG. 1 is used as a product, an unnecessary portion of the flange portion 3 (specifically, a peripheral portion of the laser welded portion 5) is deleted.

ヒートシール部6は、フランジ部3の一部であり、熱融着シートの熱融着によって形成されている部分である。また、ヒートシール部6は、ステンレス箔1a・1bの接合部のうちの、電極部4を挟持する部分である。ヒートシール部6は、例えば、熱融着シートのスリット部に電極部4が挿通されている熱融着シートの熱融着によって形成されている。なお、ヒートシール部6の具体的な態様は特に限定されない。   The heat seal portion 6 is a part of the flange portion 3 and is a portion formed by heat fusion of a heat fusion sheet. Further, the heat seal portion 6 is a portion of the joining portion of the stainless steel foils 1a and 1b that sandwiches the electrode portion 4. The heat sealing portion 6 is formed, for example, by heat sealing a heat sealing sheet in which the electrode portion 4 is inserted into a slit portion of the heat sealing sheet. In addition, the specific aspect of the heat seal part 6 is not specifically limited.

電極部4は、フランジ部3によって、より具体的にはヒートシール部6によって、挟持されている。電極部4は、電池室2内の電池要素と電池室2の外部とを電気的に接続するための部材である。   The electrode portion 4 is sandwiched by the flange portion 3, more specifically, by the heat seal portion 6. The electrode part 4 is a member for electrically connecting a battery element in the battery chamber 2 and the outside of the battery chamber 2.

<本発明の知見>
上記のようなステンレス箔1a・1b(ステンレス鋼の極薄厚の薄板)は、アルミニウムよりも強度や剛性が高いため、電池外装材の素材として好適に用いることができる。その一方で、ステンレス鋼はアルミニウムよりも比重が大きい。よって、上記ステンレス箔1a・1bの厚さは、軽量化、省スペース化、およびコスト低減等の理由により、電池外装材1として十分な物性(例えば、強度など)を有する範囲においてなるべく薄くすることが求められる。例えば、ステンレス箔1a・1bは、実用上、100μm程度以下の板厚であり得る。
<Knowledge of the present invention>
Since the stainless steel foils 1a and 1b (stainless steel thin plate) have higher strength and rigidity than aluminum, they can be suitably used as a material of a battery exterior material. On the other hand, stainless steel has a higher specific gravity than aluminum. Therefore, the thickness of the stainless steel foils 1a and 1b should be as thin as possible within a range having sufficient physical properties (for example, strength) as the battery exterior material 1 for reasons such as weight reduction, space saving, and cost reduction. Is required. For example, the stainless steel foils 1a and 1b may have a thickness of about 100 μm or less in practical use.

そして、ステンレス箔1a・1bを電池外装材に適用するにあたって、上記のようにフランジ部3にレーザ溶接部5を形成することができれば、フランジ長さを短くすることができる。なお、レーザ溶接を行う場合、ステンレス箔1a・1bは、ラミネート樹脂による表面被覆を要しない。   In applying the stainless steel foils 1a and 1b to the battery exterior material, if the laser welded portion 5 can be formed on the flange portion 3 as described above, the flange length can be reduced. When laser welding is performed, the stainless steel foils 1a and 1b do not require surface coating with a laminate resin.

ここで、上述のような凸部を形成するためにプレス加工等を行ったステンレス箔1a・1bは、凸部の周辺(フランジ)にシワが生じる。つまり、凸部を形成後のフランジは、平坦ではなく、波打ったりひねりが生じたりしている。また、ステンレス箔1a・1bは、厚さが薄いことから、シワが非常に生じ易くかつ熱歪みの影響を大きく受ける。   Here, in the stainless steel foils 1a and 1b that have been subjected to press working or the like to form the above-described convex portions, wrinkles are generated around the convex portions (flanges). That is, the flange after the formation of the convex portion is not flat, but is wavy or twisted. Further, since the stainless steel foils 1a and 1b are thin, wrinkles are very likely to occur and are greatly affected by thermal distortion.

このようなステンレス箔1a・1bのフランジ同士を重ね合わせてレーザ溶接することによって、気密性を確保したレーザ溶接部5を形成することは容易では無い。ましてや、そのようなレーザ溶接部を電池室2の周囲に(或る程度の長距離にわたって)安定して形成することは非常に困難であった。   It is not easy to form a laser-welded portion 5 that secures airtightness by overlapping such flanges of the stainless steel foils 1a and 1b and performing laser welding. Moreover, it has been very difficult to stably form such a laser weld around the battery chamber 2 (over a certain long distance).

本発明者らは、薄厚のステンレス箔同士をレーザ溶接して電池外装材を製造するに際して、レーザ溶接部を安定して形成するために要求される条件について鋭意検討を行った。その結果、本発明者は、以下の着想および知見を得て本発明を想到した。   The present inventors have conducted intensive studies on conditions required for stably forming a laser welded portion when manufacturing a battery exterior material by laser welding thin stainless steel foils to each other. As a result, the present inventors have arrived at the present invention with the following ideas and findings.

レーザ溶接の際、レーザの照射を受けた側のステンレス箔の溶融により形成される溶融金属が、ステンレス箔同士の板間隙間を埋める。そのため、板間隙間が広すぎると溶け落ち等の不具合が生じ易い。ここで、100μm程度以下の板厚であるステンレス箔1a・1bをレーザ溶接する場合、熱歪によってシワが生じ易く、該シワによって板間隙間が増大する。   During laser welding, a molten metal formed by melting the stainless steel foil on the side irradiated with the laser fills the gap between the stainless steel foils. For this reason, if the gap between the plates is too wide, problems such as burn-through tend to occur. Here, when the stainless steel foils 1a and 1b each having a thickness of about 100 μm or less are laser-welded, wrinkles are likely to occur due to thermal strain, and the wrinkles increase the gap between the plates.

ステンレス鋼は、鉄やアルミニウムに比べて熱伝導率が小さいことから局所的な温度変化が生じ易く、そのため熱歪によるシワが発生し易い。特に、例えばSUS304のようなオーステナイト系のステンレス鋼を用いる場合、熱膨張係数が比較的大きいことから、レーザによって加熱された際の熱歪が大きく成り得る。   Since stainless steel has a lower thermal conductivity than iron and aluminum, local temperature changes are likely to occur, and therefore wrinkles due to thermal strain are likely to occur. In particular, when an austenitic stainless steel such as SUS304 is used, for example, since the coefficient of thermal expansion is relatively large, thermal distortion when heated by a laser can be large.

本発明者らは、以下のように着想した。すなわち、レーザ溶接により形成される溶接部の幅(以下、溶接幅と称することがある)が広いと溶融金属量も多くなり、溶け落ち等の不具合を防止しやすくなる。その一方で、溶接幅が広すぎると溶接部近傍に熱歪によるシワが生じ易く、局所的に板間隙間を増大させる要因となり得る。上記のような板厚の薄いステンレス箔1a・1bをレーザ溶接するにあたって、溶接時の溶け落ちや穴開きを防止するには、板間隙間を制御するのみならず、溶接幅を適切に管理することが重要であると推察した。   The present inventors conceived as follows. That is, if the width of a welded portion formed by laser welding (hereinafter, sometimes referred to as a weld width) is large, the amount of molten metal increases, and it becomes easy to prevent problems such as burn-through. On the other hand, if the welding width is too wide, wrinkles due to thermal strain are likely to be generated in the vicinity of the welded portion, which may be a factor to locally increase the inter-plate gap. In laser welding of the thin stainless steel foils 1a and 1b as described above, in order to prevent burn-through and perforation during welding, not only control the gap between the plates but also appropriately manage the welding width. I thought it was important.

(検証試験)
上記の着想に基づいて本発明者らが実施した検証試験について、図2および図3を参照して以下に説明する。図2は、2枚のステンレス箔を板押え治具にて固定するとともに板間隙間を調節可能とした状態にて行ったレーザ溶接試験について説明するための図である。検証試験は、結果の解釈を容易にするために薄厚のステンレス平板(凸部を形成する加工を行っていないステンレス箔)を用いて行った。
(Verification test)
A verification test performed by the present inventors based on the above idea will be described below with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram for describing a laser welding test performed in a state where two stainless steel foils are fixed with a plate holding jig and the gap between the plates is adjustable. The verification test was performed using a thin stainless steel plate (stainless-foil without forming the convex portion) to facilitate interpretation of the result.

図2に示すように、支持台11の上に、下側板押え治具12b、ステンレス箔10b、シム板13、ステンレス箔10a、および上側板押え治具12aをこの順に載置して検証試験を行った。シム板13は、ステンレス箔10aおよびステンレス箔10bに挟持されており、シム板13の厚さを変化させることによって、ステンレス箔10aとステンレス箔10bとの間の距離(板間隙間G1)を調節することができる。この場合、板間隙間G1は、シム板13の厚さと略同一である。   As shown in FIG. 2, a lower plate holding jig 12b, a stainless steel foil 10b, a shim plate 13, a stainless steel foil 10a, and an upper plate holding jig 12a are placed on the support base 11 in this order to perform a verification test. went. The shim plate 13 is sandwiched between the stainless steel foils 10a and 10b, and the distance between the stainless steel foils 10a and 10b (the gap G1 between the plates) is adjusted by changing the thickness of the shim plate 13. can do. In this case, the gap G1 between the plates is substantially the same as the thickness of the shim plate 13.

ステンレス箔10aおよびステンレス箔10bとして、SUS304のBA材(鏡面に近い光沢を有するような表面仕上げの状態の素材)を用いた。   As the stainless steel foil 10a and the stainless steel foil 10b, a SUS304 BA material (a material having a surface finish having gloss close to a mirror surface) was used.

上側板押え治具12aには、ステンレス箔10aにレーザビームLB1を照射するための溝14aが形成されている。下側板押え治具12bには、溝14aに対応する位置に溝14bが形成されている。この下側の溝14bは、レーザビームLB1の照射熱の伝熱により下側板押え治具12bが溶解することを防止する。なお、溝14aおよび溝14bは、実際は、紙面を貫く方向の手前側から奥側に連続して形成されている(図2のように平面視した場合、矩形の開口部となる)。   A groove 14a for irradiating the stainless steel foil 10a with the laser beam LB1 is formed in the upper plate holding jig 12a. A groove 14b is formed in the lower plate holding jig 12b at a position corresponding to the groove 14a. The lower groove 14b prevents the lower plate holding jig 12b from melting due to heat transfer of the irradiation heat of the laser beam LB1. Note that the grooves 14a and 14b are actually formed continuously from the near side to the far side in the direction penetrating the paper surface (when viewed in a plan view as shown in FIG. 2, they are rectangular openings).

(試験1:板間隙間の条件)
板厚が40μmのステンレス箔10aおよびステンレス箔10bを用いて、シム板13の厚さ(すなわち、板間隙間G1)を10μm〜80μmに変化させた条件にて、溝14aを介してステンレス箔10aにレーザビームLB1を照射してレーザ溶接を行った。レーザ溶接機としてファイバーレーザ溶接機を用い、Arガスを20L/minで流すことによりシールドガスとした。レーザビームLB1は、焦点位置をステンレス箔10aの表面とし、レーザスポット径をφ(直径)100μm、レーザ出力を150Wとした。また、溶接速度(レーザの掃射速度)を12.5m/minとした。
(Test 1: Conditions between sheet gaps)
Using the stainless steel foil 10a and the stainless steel foil 10b having a thickness of 40 μm, the thickness of the shim plate 13 (that is, the gap G1 between the plates) is changed from 10 μm to 80 μm, and the stainless steel foil 10a is inserted through the groove 14a. Was irradiated with a laser beam LB1 to perform laser welding. A fiber laser welder was used as the laser welder, and Ar gas was flowed at 20 L / min to obtain a shield gas. The laser beam LB1 had a focal position on the surface of the stainless steel foil 10a, a laser spot diameter of φ (diameter) of 100 μm, and a laser output of 150 W. The welding speed (laser sweep speed) was 12.5 m / min.

上記の試験を行った結果について、図3を用いて説明する。図3は、レーザ溶接部の断面が観察可能となるように処理を行った観察用試料について、光学顕微鏡を用いて上記断面を観察した様子について示す模式図である。図3の(a)〜(c)は、それぞれ板間隙間G1が10μm、80μm、40μmの場合の結果について示す図である。ここで、図3に示す断面は、レーザ溶接部が延びる方向(延伸方向)に垂直な面で切ったときの断面である。   The results of the above test will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a state in which the above-described cross section is observed using an optical microscope with respect to an observation sample that has been processed so that the cross section of the laser welded portion can be observed. FIGS. 3A to 3C are diagrams showing the results when the gap G1 between the plates is 10 μm, 80 μm, and 40 μm, respectively. Here, the cross section shown in FIG. 3 is a cross section taken along a plane perpendicular to the direction (extending direction) in which the laser welded portion extends.

図3の(a)に示すように、板間隙間G1を10μmとして試験した結果、均整のとれた形状のレーザ溶接部15aが形成された。ここで、上記断面における、ステンレス箔10aのレーザ照射側の表面S1にて計測されるレーザ溶接部の幅を溶接幅W1とする。レーザ溶接部15aの溶接幅W1は約190μmであった。   As shown in FIG. 3A, as a result of the test with the inter-plate gap G1 set to 10 μm, a laser welded portion 15a having a uniform shape was formed. Here, the width of the laser welded portion measured on the surface S1 on the laser irradiation side of the stainless steel foil 10a in the above section is defined as a welding width W1. The welding width W1 of the laser weld 15a was about 190 μm.

これに対して、図3の(b)に示すように、板間隙間G1を80μmとして試験した結果、レーザ溶接によりステンレス箔10aが溶け落ち、レーザ溶接部を形成することができなかった。   On the other hand, as shown in FIG. 3 (b), as a result of the test in which the gap G1 between the plates was 80 μm, the stainless steel foil 10a was melted down by laser welding, and a laser welded portion could not be formed.

そこで、本発明者らは、板間隙間G1を調整して試験を繰り返し、その結果、板間隙間G1が40μm以下である場合、溶け落ちが発生せずレーザ溶接部を形成できることがわかった。図3の(c)に示すように、板間隙間G1を40μmとして試験をした結果、レーザ溶接によりレーザ溶接部15bが形成された。レーザ溶接部15bは、概略的には以下のように形成されるものと推察される。すなわち、レーザビームLB1によって溶融した金属(溶融金属)が、重力によって垂下することによりステンレス箔10bと接触する。レーザビームLB1の照射による熱が、溶融金属を介してステンレス箔10bに伝播してステンレス箔10aおよびステンレス箔10bが融合する。その後、熱影響部が急冷されて、凝固収縮することによりレーザ溶接部15bが形成される。レーザ溶接部15bは、ステンレス箔10bにおける熱影響部の幅よりもステンレス箔10aにおける熱影響部の幅の方が大きくなっている。   Then, the present inventors adjusted the inter-plate gap G1 and repeated the test, and as a result, it was found that when the inter-plate gap G1 was 40 μm or less, no burn-through occurred and a laser welded portion could be formed. As shown in FIG. 3C, the test was performed with the gap G1 between the plates set to 40 μm. As a result, a laser welded portion 15b was formed by laser welding. It is presumed that the laser weld 15b is formed roughly as follows. That is, the metal (molten metal) melted by the laser beam LB1 contacts the stainless steel foil 10b by hanging down by gravity. Heat generated by the irradiation of the laser beam LB1 propagates through the molten metal to the stainless steel foil 10b, and the stainless steel foil 10a and the stainless steel foil 10b are fused. Thereafter, the heat-affected zone is rapidly cooled and solidified and contracted, thereby forming the laser welded portion 15b. In the laser welded portion 15b, the width of the heat-affected zone in the stainless steel foil 10a is larger than the width of the heat-affected zone in the stainless steel foil 10b.

図3の(c)に示す断面において、レーザ溶接部15bの溶接幅W1は以下のように定義される。すなわち、上記断面における、ステンレス箔10aの表面S1とレーザ溶接部15bとの境界を2点特定することができる。これら2点のうち、一方を境界点16aとし、他方を境界点16bとする。レーザ溶接部15bの溶接幅W1は、境界点16aと境界点16bとの間の距離として表され、約390μmであった。   In the cross section shown in FIG. 3C, the welding width W1 of the laser welded portion 15b is defined as follows. That is, two points in the cross section between the surface S1 of the stainless steel foil 10a and the laser welded portion 15b can be specified. One of these two points is a boundary point 16a, and the other is a boundary point 16b. The welding width W1 of the laser weld 15b was expressed as the distance between the boundary point 16a and the boundary point 16b, and was about 390 μm.

さらに、ステンレス箔の板厚を10μm〜100μmと変化させて同様の試験を行った。その結果、板間隙間G1は、ステンレス箔の板厚をtとすると、下記式(3)の関係を満足することを要することがわかった;
G1≦1t・・・(3)
ここで、ステンレス箔10aおよびステンレス箔10bの厚さが互いに異なる場合、上記板厚tはステンレス箔10aの厚さである。これは、レーザの照射を受ける側のステンレス箔の厚さが重要となるためである。
Further, the same test was performed by changing the thickness of the stainless steel foil to 10 μm to 100 μm. As a result, it has been found that the inter-plate gap G1 needs to satisfy the relationship of the following expression (3), where t is the plate thickness of the stainless steel foil;
G1 ≦ 1t (3)
Here, when the thicknesses of the stainless steel foil 10a and the stainless steel foil 10b are different from each other, the plate thickness t is the thickness of the stainless steel foil 10a. This is because the thickness of the stainless steel foil on the side receiving the laser irradiation is important.

上記式(3)の関係を満たすことにより、レーザ溶接の際に、溶融金属が下方に曲がるように垂れていき、下板に接触するという現象が生じる安定性を高めることができる。   By satisfying the relationship of the above equation (3), it is possible to increase the stability of the phenomenon that the molten metal hangs downward and contacts the lower plate during laser welding.

(試験2:溶接幅の条件)
ここで、上述したように、電池外装材1を製造する際には、フランジに存在するシワによって板間隙間が変動し得る。そのような場合であっても、レーザ溶接部を安定して形成することが求められる。そこで、本発明者らは、上記式(3)の関係を踏まえて、板間隙間G1を最も厳しい条件である1tに固定して、上記板厚tを20μm〜100μmと変化させるとともに、溶接幅W1を変化させて試験を行った。
(Test 2: Conditions for welding width)
Here, as described above, when manufacturing the battery packaging material 1, the gap between the plates may fluctuate due to the wrinkles existing in the flange. Even in such a case, it is required that the laser weld be formed stably. Then, the present inventors fixed the gap G1 between the plates to 1t which is the strictest condition based on the relationship of the above formula (3), changed the plate thickness t from 20 μm to 100 μm, and changed the welding width. The test was performed by changing W1.

溶接幅W1の調整は以下のように行った。すなわち、レーザビームLB1のスポット径をφ30μm、100μm、200μmに変化させるとともに、レーザ出力を300W以下、溶接速度を12.5m/min以下の範囲にて種々変化させて調整した。その他の条件は上記試験1と同じである。   Adjustment of the welding width W1 was performed as follows. That is, the spot diameter of the laser beam LB1 was changed to φ30 μm, 100 μm, and 200 μm, and the laser output was adjusted to 300 W or less and the welding speed was varied to 12.5 m / min or less. Other conditions are the same as those in Test 1 described above.

試験結果をまとめて表1に示す。なお、表1において、溶接幅W1を板厚tの倍数にて表記している。例えば、表1における板厚tが20μmの例では、溶接幅W1を10μm〜400μmの範囲、すなわち0.5t〜20tの範囲で変化させて試験を行った。   Table 1 summarizes the test results. In Table 1, the welding width W1 is represented by a multiple of the plate thickness t. For example, in the example in which the plate thickness t in Table 1 is 20 μm, the test was performed by changing the welding width W1 in the range of 10 μm to 400 μm, that is, 0.5 t to 20 t.

Figure 2020057463
Figure 2020057463

上記表1では、レーザ照射側の板(上板)であるステンレス箔10aに穴が開いたり溶け落ちが生じたりした条件に×印を付している。また、ステンレス箔10aに穴が開くことなくレーザ溶接部を形成することができた条件に○印を付している。   In Table 1 above, conditions where holes or burn-through occurred in the stainless steel foil 10a, which is the plate (upper plate) on the laser irradiation side, are marked with a cross. In addition, the condition that a laser welded portion could be formed without opening a hole in the stainless steel foil 10a is marked with a circle.

いずれの板厚tの条件においても、溶接幅W1が10tを超えると不適であった。これは、熱歪により深いシワが発生することによって、板間隙間が大きくなりすぎてステンレス箔10aの穴あきを誘発したと考えられる。また、溶接幅W1が1t未満の場合も不適であった。これは、レーザが局所的に照射されることによって溶融部が狭くなりすぎ、板間隙間1tを埋めるための溶融金属を生成することができず、ステンレス箔10aに穴が開いたと考えられる。   In any condition of the plate thickness t, the welding width W1 was inappropriate when the welding width W exceeded 10 t. This is considered to be due to the fact that deep wrinkles were generated due to the thermal strain, so that the gap between the plates became too large and the stainless steel foil 10a was perforated. Also, the case where the welding width W1 was less than 1 t was unsuitable. This is presumably because the laser beam was locally irradiated, so that the molten portion became too narrow, so that a molten metal for filling the interplate gap 1t could not be generated, and a hole was opened in the stainless steel foil 10a.

したがって、溶接幅W1は、下記式(4)の関係を満足することを要することがわかった;
1t≦W1≦10t・・・(4)。
Therefore, it has been found that the welding width W1 needs to satisfy the relationship of the following equation (4);
1t ≦ W1 ≦ 10t (4).

以上のように、本発明者らは、上記式(3)の条件(板間隙間G1が1t以下)かつ上記式(4)の条件を共に満たすことにより、レーザ溶接の際に適正量の溶融金属によって板間隙間G1を埋めることができ、レーザ溶接部を安定して形成することができるという知見を得た。   As described above, the present inventors satisfy the condition of the above equation (3) (the gap G1 between the plates is 1 t or less) and the condition of the above equation (4) so that an appropriate amount of melting can be achieved during laser welding. It has been found that the gap G1 between the plates can be filled with metal, and the laser weld can be formed stably.

<電池外装材1の詳細な説明>
以上のような知見に基づいて本発明者らが想到した本実施形態の電池外装材1について、図4および図5を用いて以下に詳細に説明する。本実施形態の電池外装材1は、上記知見に基づく方法(詳しくは電池外装材の製造方法として後述する)にてレーザ溶接を行うことによって製造されるものである。
<Detailed description of battery exterior material 1>
The battery exterior material 1 of the present embodiment conceived by the inventors based on the above findings will be described below in detail with reference to FIGS. 4 and 5. The battery package 1 of the present embodiment is manufactured by performing laser welding by a method based on the above knowledge (to be described in detail later as a method of manufacturing a battery package).

図4は、本実施形態の電池外装材1または電池100の製造過程であって、(a)はレーザ溶接部5が形成された後であって、ヒートシール部6が形成される前の状態を示す斜視図である。   4A and 4B show a manufacturing process of the battery outer packaging material 1 or the battery 100 according to the present embodiment. FIG. 4A shows a state after the laser welded part 5 is formed and before the heat seal part 6 is formed. FIG.

図4の(a)に示すように、電池外装材1は、フランジ部3にレーザ溶接部5を有している。レーザ溶接部5は、凸部が形成された2つのステンレス箔1a・1bを、互いに異なる方向に凸部が向くように重ね合わせた状態にて、一方のステンレス箔1aのフランジにレーザを照射して重ね合わせ部をレーザ溶接することにより形成される。   As shown in FIG. 4A, the battery outer casing 1 has a laser weld 5 on the flange 3. The laser welding part 5 irradiates a laser beam to the flange of one of the stainless steel foils 1a in a state where the two stainless steel foils 1a and 1b on which the convex parts are formed are overlapped so that the convex parts face in different directions. Is formed by laser welding the overlapped portion.

(ステンレス箔)
ステンレス箔1a・1bは、フェライト系ステンレス鋼であってもよく、その他のステンレス鋼種であってもよい。ステンレス箔1a・1bは、強度および成形加工性の観点から、SUS304等のオーステナイト系ステンレス鋼が好ましい。
(Stainless steel foil)
The stainless steel foils 1a and 1b may be ferritic stainless steel or other stainless steel types. The stainless steel foils 1a and 1b are preferably made of austenitic stainless steel such as SUS304 from the viewpoint of strength and formability.

ステンレス箔1a・1bの厚さは、その強度の観点から、20μm以上であることが好ましく、30μm以上であることがより好ましく、40μm以上であることがさらに好ましい。また、ステンレス箔1a・1bの厚さは、軽量化および溶接の安定性の観点から、100μm以下であることが好ましく、70μm以下であることがより好ましく、50μm以下であることがさらに好ましい。例えば、ステンレス箔1a・1bの厚さは、20μm以上100μm以下であることが好ましい。   The thickness of the stainless steel foils 1a and 1b is preferably 20 μm or more, more preferably 30 μm or more, and further preferably 40 μm or more, from the viewpoint of the strength. Further, the thickness of the stainless steel foils 1a and 1b is preferably 100 μm or less, more preferably 70 μm or less, and still more preferably 50 μm or less, from the viewpoint of weight reduction and welding stability. For example, the thickness of the stainless steel foils 1a and 1b is preferably 20 μm or more and 100 μm or less.

より具体的に、ステンレス箔1a・1bは、強度、化学的安定性および成形加工性などの観点から、その引張強さが700MPa以上であり、その伸びが45%以上であるオーステナイト系ステンレス鋼であることが好ましい。   More specifically, the stainless steel foils 1a and 1b are austenitic stainless steels having a tensile strength of 700 MPa or more and an elongation of 45% or more from the viewpoints of strength, chemical stability, moldability and the like. Preferably, there is.

ステンレス箔1a・1bの引張強さは、上記強度の観点から、700MPa以上であることが好ましく、750MPa以上であることがより好ましい。また、ステンレス箔1a・1bの引張強さの上限値は、入手の容易さなどの実現性の観点から適宜に決めることができ、例えば、900MPa以下であることが好ましく、800MPa以下であることがより好ましい。ステンレス箔1a・1bの引張強さは、引張試験によって測定することができ、例えば焼鈍または調質圧延によって調整することができる。   The tensile strength of the stainless steel foils 1a and 1b is preferably 700 MPa or more, more preferably 750 MPa or more, from the viewpoint of the above strength. In addition, the upper limit of the tensile strength of the stainless steel foils 1a and 1b can be appropriately determined from the viewpoint of feasibility such as availability, and is, for example, preferably 900 MPa or less, and more preferably 800 MPa or less. More preferred. The tensile strength of the stainless steel foils 1a and 1b can be measured by a tensile test, and can be adjusted by, for example, annealing or temper rolling.

ステンレス箔1a・1bの伸びは、上記成形加工性の観点から、45%以上であることが好ましく、55%以上であることがより好ましい。ステンレス箔1a・1bの伸びの上限値は、入手の容易さなどの実現性の観点から適宜に決めることができ、例えば、75%以下であることが好ましく、70%以下であることがより好ましい。ステンレス箔1a・1bの伸びは、引張試験によって測定することができ、例えば圧延した後に希ガスまたは非酸化性ガス(水素ガスなど)の雰囲気で焼鈍することによって高めることができる。   The elongation of the stainless steel foils 1a and 1b is preferably 45% or more, more preferably 55% or more, from the viewpoint of the moldability. The upper limit of the elongation of the stainless steel foils 1a and 1b can be appropriately determined from the viewpoint of feasibility such as availability, and is preferably, for example, 75% or less, and more preferably 70% or less. . The elongation of the stainless steel foils 1a and 1b can be measured by a tensile test, and can be increased by, for example, rolling and then annealing in an atmosphere of a rare gas or a non-oxidizing gas (such as a hydrogen gas).

また、ステンレス箔1a・1bは、溶接の安定性の観点から、ラミネートなどの樹脂層を表面に有さないことが好ましい。   Moreover, it is preferable that the stainless steel foils 1a and 1b do not have a resin layer such as a laminate on the surface from the viewpoint of welding stability.

ステンレス箔1a・1bの上記凸部は、例えば絞り加工や張り出し加工等、凸部を形成するための通常の加工法によって形成することができる。上記凸部は、フランジにおけるシワの発生を抑制する観点から、張り出し加工によって形成されていることが好ましい。   The convex portions of the stainless steel foils 1a and 1b can be formed by a normal processing method for forming the convex portions, such as a drawing process or an overhanging process. From the viewpoint of suppressing the occurrence of wrinkles in the flange, the projection is preferably formed by overhanging.

ステンレス箔1aおよびステンレス箔1bは、互いに同じ素材であってよく、互いに異なる素材であってもよい。例えば、ステンレス箔1aおよびステンレス箔1bの板厚が互いに同じであってよく、互いに異なっていてもよい。   The stainless steel foil 1a and the stainless steel foil 1b may be made of the same material or different materials. For example, the plate thicknesses of the stainless steel foil 1a and the stainless steel foil 1b may be the same or different from each other.

(電極部)
電極部4は、電池要素の一部であってもよいし、電池外装材1の構成に含まれていてもよい。電極部4の位置および数は、特に限定されない。電極部4は、電池の電極に使用可能な部材から適宜に選ぶことが可能である。たとえば、電極部4の形状の例には、板状、円柱状、線状が含まれる。電極部4の材料の例には、アルミニウム、銅および炭素が含まれる。
(Electrode part)
The electrode part 4 may be a part of the battery element or may be included in the configuration of the battery exterior material 1. The position and number of the electrode units 4 are not particularly limited. The electrode portion 4 can be appropriately selected from members usable for electrodes of the battery. For example, examples of the shape of the electrode unit 4 include a plate shape, a columnar shape, and a linear shape. Examples of the material of the electrode unit 4 include aluminum, copper, and carbon.

(電池要素および電池)
図4の(b)は、図4の(a)に示す状態の次工程にて熱融着シートをセットした状態側面図である。図4の(b)に示すように、電池要素20は、電池室2に収容される。電池要素20は、電池を構成する公知の部材の組み合わせによって構成され、フィルム等によって絶縁を施されて電池室2に収容される。電池要素20の構成要素の例には、正極、負極、セパレータおよび電解質が含まれ、当該電解質の例には、電解液、固体電解質およびゲル状電解質が含まれる。これらは、電池要素20の種類に応じて適宜に組み合わされて電池要素20を構成する。電池要素20を含むことにより構成される電池100の種類は、一次電池であってもよいし二次電池であってもよい。当該二次電池の例には、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル水素電池およびニッケルカドミウム電池が含まれる。
(Battery element and battery)
FIG. 4B is a side view showing a state where the heat-sealing sheet is set in the next step after the state shown in FIG. As shown in FIG. 4B, the battery element 20 is housed in the battery chamber 2. The battery element 20 is configured by a combination of known members constituting a battery, is insulated by a film or the like, and is housed in the battery chamber 2. Examples of the components of the battery element 20 include a positive electrode, a negative electrode, a separator, and an electrolyte, and examples of the electrolyte include an electrolytic solution, a solid electrolyte, and a gel electrolyte. These are combined as appropriate according to the type of the battery element 20 to form the battery element 20. The type of the battery 100 configured by including the battery element 20 may be a primary battery or a secondary battery. Examples of the secondary battery include a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel metal hydride battery, and a nickel cadmium battery.

(ヒートシール部)
図4の(a)および(b)に示すように、熱融着シート7は折り曲げ部を有しているとともに折り曲げ部の折線に沿って開口するスリット部を含んでおり、該スリット部に電極部4が挿通された状態にて熱融着シート7を熱融着することにより、ヒートシール部6(図1参照)を形成することができる。
(Heat seal part)
As shown in FIGS. 4A and 4B, the heat-sealing sheet 7 has a bent portion and includes a slit opening along the fold line of the bent portion. By heat-sealing the heat-sealing sheet 7 with the part 4 inserted, the heat-sealing part 6 (see FIG. 1) can be formed.

熱融着シート7は、熱可塑性樹脂の連続相で構成されている。当該熱可塑性樹脂は、ヒートシール用の熱融着シートの樹脂材料に使用可能な熱可塑性樹脂であればよく、その例には、ポリエチレンおよびポリプロピレンなどのポリオレフィン、ならびにポリエチレンテレフタレートが含まれる。   The heat sealing sheet 7 is composed of a continuous phase of a thermoplastic resin. The thermoplastic resin may be any thermoplastic resin that can be used as a resin material of a heat sealing sheet for heat sealing, and examples include polyolefins such as polyethylene and polypropylene, and polyethylene terephthalate.

熱融着シート7の厚さは、ヒートシールが可能な範囲であればよく、例えば50〜150μmであればよい。   The thickness of the heat-sealing sheet 7 may be within a range in which heat sealing is possible, and may be, for example, 50 to 150 μm.

熱融着シート7は、熱融着シートの形態を維持する観点から、熱融着シートを補強する骨材をさらに含んでいてもよい。当該骨材の例には、フィラーおよび非溶融性のシートが含まれる。当該フィラーの例には、柔軟性のある短繊維が含まれる。上記非溶融性のシートは、熱融着シートのヒートシールによって溶融せずに残存するシートであり、その例には、不織布および織物が含まれる。   The heat-sealing sheet 7 may further include an aggregate for reinforcing the heat-sealing sheet from the viewpoint of maintaining the shape of the heat-sealing sheet. Examples of the aggregate include a filler and a non-meltable sheet. Examples of such fillers include flexible short fibers. The non-fusible sheet is a sheet that remains without being melted by heat sealing of the heat-sealing sheet, and examples thereof include nonwoven fabrics and woven fabrics.

上記非溶融性のシートを有する熱融着シートは、熱融着シートと非溶融性のシートとを貼り合わせてなるシートであってもよいし、市販品であってもよい。当該市販品の例には、大日本印刷株式会社製の熱融着フィルムPPa−F(72)、PPa−F(100)、PPa−N(72)、PPa−N(100)およびPPa−Yが含まれる。   The heat-sealing sheet having the non-fusible sheet may be a sheet obtained by laminating the heat-fusing sheet and the non-fusible sheet, or may be a commercially available product. Examples of the commercially available products include thermal fusion films PPa-F (72), PPa-F (100), PPa-N (72), PPa-N (100), and PPa-Y manufactured by Dai Nippon Printing Co., Ltd. Is included.

ヒートシール部6における熱融着シート7の状態は、ヒートシール部6の断面の観察または超音波により、確認することが可能である。   The state of the heat-sealing sheet 7 in the heat seal portion 6 can be confirmed by observing the cross section of the heat seal portion 6 or by ultrasonic waves.

ヒートシール部6における熱融着シート7の折り曲げ部は、ヒートシール部6におけるレーザ溶接部5に連なる位置に位置している。すなわち、熱融着シート7は、折り曲げられることによって形成された稜線が、フランジ部3の奥に位置するように配されている。なお、熱融着シート7は、上記稜線が電池外装材1の外部側の方向を向くように配されていてもよい。   The bent portion of the heat-sealed sheet 7 in the heat-sealed portion 6 is located at a position connected to the laser-welded portion 5 in the heat-sealed portion 6. That is, the heat-fused sheet 7 is arranged such that the ridge line formed by bending is located at the back of the flange portion 3. In addition, the heat sealing sheet 7 may be arranged so that the ridge line is directed to the direction of the outside of the battery exterior material 1.

(レーザ溶接部)
レーザ溶接部5は、ステンレス箔(第1のステンレス箔)1aにレーザが照射され、ステンレス箔1aおよびステンレス箔(第2のステンレス箔)1bがレーザ溶接されることにより形成された部分である。本実施形態では、レーザ溶接部5は、ステンレス箔1a・1bの二本の長辺および一方の短辺に沿って形成されている。レーザ溶接部5は、上記長辺において、ステンレス箔1aの一方の短辺から溶接されていない他方の短辺に向けて、当該他方の短辺から適当な間隔を有する位置まで形成されている。この他方の短辺側における上記間隔は、ヒートシール部6のシール長さと実質的に同じである。
(Laser weld)
The laser welded portion 5 is a portion formed by irradiating a laser to the stainless steel foil (first stainless steel foil) 1a and laser welding the stainless steel foil 1a and the stainless steel foil (second stainless steel foil) 1b. In this embodiment, the laser weld 5 is formed along two long sides and one short side of the stainless steel foils 1a and 1b. The laser welded portion 5 is formed on the long side from one short side of the stainless steel foil 1a to the other short side that is not welded to a position having an appropriate distance from the other short side. The interval on the other short side is substantially the same as the seal length of the heat seal portion 6.

図4の(c)は、図4の(b)に示す状態の後の工程にてヒートシール後にフランジ部3のうち不要な部分を除去した後の電池外装材1または電池100を示す斜視図である。図4の(c)に示すように、レーザ溶接部5およびヒートシール部6を形成した後、フランジ部3のうち不要な部分を除去することによって、フランジ部3aを有する電池外装材1(電池100)が得られる。   FIG. 4C is a perspective view showing the battery exterior material 1 or the battery 100 after removing unnecessary portions of the flange portion 3 after heat sealing in a process after the state shown in FIG. 4B. It is. As shown in FIG. 4 (c), after forming the laser welding portion 5 and the heat sealing portion 6, by removing unnecessary portions of the flange portion 3, the battery exterior material 1 having the flange portion 3a (the battery 100) are obtained.

フランジ部3aにおけるレーザ溶接部5を有する部分の突出長さ(電池室2の側壁からステンレス箔1a・1bの側縁までの距離)は、レーザ溶接部5を形成することが可能な範囲であって、レーザ溶接部5によって気密および液密に電池室2を密閉可能な範囲となっていればよい。上記突出長さが小さいほど、占有スペースの小さい電池外装材1(電池100)とすることができる。上記突出長さは、6mm以下であることが好ましく、5mm以下であることがより好ましく、4mm以下であることがさらに好ましい。上記突出長さは、レーザ溶接部5を形成する際の作業性の観点から、1mm以上であることが好ましい。   The protruding length (the distance from the side wall of the battery chamber 2 to the side edges of the stainless steel foils 1a and 1b) of the portion having the laser weld 5 in the flange 3a is in a range where the laser weld 5 can be formed. Thus, it is only necessary that the laser chamber 5 has a range in which the battery chamber 2 can be hermetically and liquid-tightly sealed. The smaller the protruding length, the smaller the battery occupation material 1 (battery 100) occupying space. The protrusion length is preferably 6 mm or less, more preferably 5 mm or less, and even more preferably 4 mm or less. The protrusion length is preferably 1 mm or more from the viewpoint of workability when forming the laser welded portion 5.

レーザ溶接部5について、図5を用いてさらに詳細に説明する。図5は、レーザ溶接部5が延びる方向(レーザ溶接部5の延伸方向)に垂直な面で切ったときの断面を拡大して示す断面図である。   The laser weld 5 will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a cross section taken along a plane perpendicular to the direction in which the laser weld 5 extends (the direction in which the laser weld 5 extends).

図5に示すように、上記断面において、レーザが照射された側のステンレス箔(第1のステンレス箔)1aの表面S11と、レーザ溶接部5との境界を2点特定することができる。これら2点のうち、電池室2に近い側の点を境界点5aとし、他方を境界点5bとする。境界点5aと境界点5bとの間の距離を、レーザ溶接部5の溶接幅Wとする。   As shown in FIG. 5, in the cross section, two points of the boundary between the surface S11 of the stainless steel foil (first stainless steel foil) 1a on the side irradiated with the laser and the laser welded portion 5 can be specified. Of these two points, a point closer to the battery chamber 2 is defined as a boundary point 5a, and the other is defined as a boundary point 5b. The distance between the boundary point 5a and the boundary point 5b is defined as the welding width W of the laser welded portion 5.

ここで、上記断面において、レーザ溶接部5の近傍におけるステンレス箔1aとステンレス箔1bとの板間隙間として、電池室2側の板間隙間G11と、他方側の板間隙間G12とが存在する。板間隙間G11・G12は、レーザ溶接を行う際のステンレス箔1a・1bの板間隙間と対応している。本明細書において、板間隙間G11・G12を、レーザ溶接部5におけるレーザ溶接前の板間隙間Gとして特定する。これは、レーザ溶接を行う際のステンレス箔1a・1bの板間隙間について、レーザ溶接を行った後には、もはや直接的に知ることはできないためである。なお、板間隙間G11と板間隙間G12とが異なる場合、値が大きい方をレーザ溶接前の板間隙間Gとして採用する。   Here, in the cross section, as the inter-plate gap between the stainless steel foil 1a and the stainless steel foil 1b in the vicinity of the laser welded portion 5, there is an inter-plate gap G11 on the battery chamber 2 side and an inter-plate gap G12 on the other side. . The gaps G11 and G12 between the plates correspond to the gaps between the stainless steel foils 1a and 1b when performing the laser welding. In the present specification, the inter-plate gaps G11 and G12 are specified as the inter-plate gap G before laser welding in the laser welded portion 5. This is because the gap between the plates of the stainless steel foils 1a and 1b at the time of performing the laser welding can no longer be directly known after performing the laser welding. When the inter-plate gap G11 and the inter-plate gap G12 are different, the larger value is adopted as the inter-plate gap G before laser welding.

レーザ溶接部5の近傍における板間隙間とは、例えば、レーザ溶接部5から40〜80μm離れた位置の板間隙間である。板間隙間G11・G12は、上記断面を観察することにより直接的に計測してもよく、非接触光学式厚み計を用いてレーザ溶接部5の近傍を計測することにより得られた計測値からステンレス箔1a・1bの合計板厚を減じることにより測定してもよい。板間隙間G11・G12は、レーザ溶接部5から40〜80μmの範囲内の複数箇所を測定して得られた結果を平均した平均値であってよい。或いは、板間隙間G11・G12は、上記範囲内における測定結果のうち最大値を採用してもよい。   The inter-plate gap in the vicinity of the laser weld 5 is, for example, an inter-plate gap at a position 40 to 80 μm away from the laser weld 5. The inter-plate gaps G11 and G12 may be measured directly by observing the cross section, or from a measurement value obtained by measuring the vicinity of the laser welded portion 5 using a non-contact optical thickness gauge. It may be measured by reducing the total thickness of the stainless steel foils 1a and 1b. The inter-plate gaps G11 and G12 may be an average value obtained by averaging the results obtained by measuring a plurality of locations within a range of 40 to 80 μm from the laser welded portion 5. Alternatively, the interplate gaps G11 and G12 may adopt the maximum value among the measurement results within the above range.

(板間隙間および溶接幅)
本実施形態の電池外装材1は、上記断面において、下記式(1)および式(2)の条件を満たすレーザ溶接部5を有している;
G≦1t・・・(1)
1t≦W≦10t・・・(2)
上記式において、
G:上記板間隙間G11・G12に基づく値であって、間接的に特定されたレーザ溶接前の板間隙間
t:ステンレス箔1aの厚さ
W:上記溶接幅
である。
(Gap between plates and welding width)
The battery exterior material 1 of the present embodiment has a laser weld 5 satisfying the following formulas (1) and (2) in the above cross section;
G ≦ 1t (1)
1t ≦ W ≦ 10t (2)
In the above equation,
G: A value based on the inter-plate gaps G11 and G12, and the indirectly specified inter-plate gap before laser welding t: the thickness W of the stainless steel foil 1a: the welding width.

上記のようなレーザ溶接部5は、例えば、溶接幅Wを制御しつつ板間隙間Gを低減するようにレーザ溶接を行うことができるレーザ溶接装置を用いて形成することができる。そのようなレーザ溶接装置の一例については、電池外装材1の製造方法として後述する。これにより、電池外装材1(電池100)のフランジ部3aにおけるレーザ溶接部5を有する部分の突出長さ(電池室2の側壁からステンレス箔1a・1bの側縁までの距離)を6mm以下とすることができる。   The laser welding portion 5 as described above can be formed using, for example, a laser welding device that can perform laser welding so as to reduce the gap G between the plates while controlling the welding width W. An example of such a laser welding apparatus will be described later as a method of manufacturing the battery outer package 1. Thereby, the protruding length (the distance from the side wall of the battery chamber 2 to the side edges of the stainless steel foils 1a and 1b) of the portion having the laser welded portion 5 in the flange portion 3a of the battery exterior material 1 (battery 100) is set to 6 mm or less. can do.

(溶接位置)
また、レーザ溶接部5は、ステンレス箔1aにおける電池室2を形成する凸部の側壁を側壁部21とすると、側壁部21からの位置関係として以下の条件をさらに満たしていることが好ましい。このことについて、図5を参照して以下に説明する。
(Weld position)
Further, assuming that the side wall of the protrusion forming the battery chamber 2 in the stainless steel foil 1 a is the side wall 21, the laser welded portion 5 preferably further satisfies the following condition as a positional relationship from the side wall 21. This will be described below with reference to FIG.

図5に示すように、電池室2の一部を形成するステンレス箔1aにおける凸部1a1の周囲の部分を周辺部1a2とし、周辺部1a2から側壁部21に向かうようにステンレス箔1aが曲線を描いて立ち上がる部分を立ち上がり部22とする。そして、ステンレス箔1aの表面S11における電池室2から遠い側の立ち上がり部22の始端をR止まり部(R止まり点)23とする。   As shown in FIG. 5, a portion of the stainless steel foil 1 a forming a part of the battery chamber 2 around the protrusion 1 a 1 is defined as a peripheral portion 1 a 2, and the stainless steel foil 1 a has a curved line extending from the peripheral portion 1 a 2 toward the side wall 21. The portion that is drawn and rises is the rise portion 22. The starting end of the rising portion 22 on the surface S11 of the stainless steel foil 1a farther from the battery chamber 2 is defined as an R stop portion (R stop point) 23.

レーザ溶接部5は、図5に示す断面において、溶接幅Wの中心位置とR止まり部23との間の距離Dが1mm以上5mm以下の範囲内となっていることが好ましい。この理由は以下のとおりである。すなわち、レーザ溶接後に、フランジ部3を短く切断することによって省スペースかつ軽量な電池外装材1となることから、レーザ溶接は、側壁部21にできるだけ近い位置にて行うことが好ましい。また、側壁部21の近傍は、形状効果により剛性が高く、加工によるシワ(波打ち)が比較的少ないためレーザ溶接に好適である。一方で、レーザ溶接時には、側壁部21の近傍に治具を配置する必要がある。そのため、距離Dは、R止まり部23から1mm以上であることが好ましい。また、距離Dが側壁部21から離れるほどフランジのシワの影響を受けて板間隙間Gが必然的に大きくなり、上記条件(1)を満たし難くなる。そのため、距離DがR止まり部23から6mm程度となるようにレーザ溶接を行った場合、ステンレス箔1aの溶け落ちが生じることがある。   In the laser welded portion 5, in the cross section shown in FIG. 5, it is preferable that the distance D between the center position of the welding width W and the R stop portion 23 is in the range of 1 mm or more and 5 mm or less. The reason is as follows. That is, after the laser welding, the flange portion 3 is cut short so that the space-saving and lightweight battery exterior material 1 is obtained. Therefore, the laser welding is preferably performed at a position as close as possible to the side wall portion 21. The vicinity of the side wall 21 has high rigidity due to the shape effect and has relatively few wrinkles (wavy) due to processing, so that it is suitable for laser welding. On the other hand, at the time of laser welding, it is necessary to arrange a jig near the side wall 21. Therefore, the distance D is preferably 1 mm or more from the R stop 23. Further, as the distance D becomes farther from the side wall portion 21, the gap G between the plates is inevitably increased due to the influence of the wrinkles of the flange, and it becomes difficult to satisfy the above condition (1). Therefore, when laser welding is performed such that the distance D is about 6 mm from the R stop portion 23, the stainless steel foil 1a may be burnt off.

なお、レーザ溶接部5は、少なくとも一部が上記距離Dの範囲内となっていてよい。本実施形態においては、電池外装材1を上方から見て平面視した場合、電池室2(凸部1a1)の四隅の部分の側壁と、レーザ溶接部5との距離については上記範囲外となることがあってもよい。他の実施形態において、電池室が種々の形状であったとしても、レーザ溶接部5の少なくとも一部について、溶接幅Wの中心位置とR止まり部23との間の距離Dが上記範囲内となっていればよい。   Note that at least a part of the laser weld 5 may be within the range of the distance D. In the present embodiment, when the battery exterior material 1 is viewed from above and viewed from above, the distance between the side walls of the four corners of the battery chamber 2 (projection 1a1) and the laser welded portion 5 is outside the above range. It may be. In another embodiment, even if the battery chamber has various shapes, the distance D between the center position of the welding width W and the R stop portion 23 is within the above range for at least a part of the laser welded portion 5. It just needs to be.

(形状)
また、本実施形態の電池外装材1が有するレーザ溶接部5は、一側面では、以下のような特徴を有している。
(shape)
Further, the laser welded portion 5 included in the battery exterior material 1 of the present embodiment has the following features on one side.

ステンレス箔1bの表面であって、ステンレス箔1aの表面S11から遠い側の面を表面S12とする。   The surface of the stainless steel foil 1b that is farther from the surface S11 of the stainless steel foil 1a is referred to as a surface S12.

図5に示すように、レーザ溶接部5は、ステンレス箔1aおよびステンレス箔1bのいずれにおいても、表面S11および表面S12からレーザ溶接部5の中心に向かって凹んで形成されている。換言すれば、レーザ溶接部5の表ビードおよび裏ビードはレーザ溶接部5の中心に向かって窪むように形成されている。これは、レーザ溶接された直後に、急冷されることによって凝固収縮が生じたためであると考えられる。本明細書において、このようなレーザ溶接部5を薄厚部25と称する。   As shown in FIG. 5, the laser weld 5 is formed so as to be recessed from the surfaces S11 and S12 toward the center of the laser weld 5 in both the stainless steel foil 1a and the stainless steel foil 1b. In other words, the front bead and the back bead of the laser weld 5 are formed so as to be depressed toward the center of the laser weld 5. It is considered that this is because solidification shrinkage occurred due to rapid cooling immediately after laser welding. In this specification, such a laser welded portion 5 is referred to as a thin portion 25.

本実施形態の電池外装材1は、レーザ溶接部5の少なくとも一部が上記薄厚部25となっている。このような薄厚部25は、板厚の非常に薄いステンレス箔同士を、適正な条件にてレーザ溶接することにより形成することができる。薄厚部25は、レーザ溶接によって形成された緻密な溶接部となっており、高い気密性を有するとともに高い強度を有する。したがって、レーザ溶接部5の気密性および強度が向上する。   In the battery package 1 of the present embodiment, at least a part of the laser weld 5 is the thin portion 25. Such a thin portion 25 can be formed by laser welding stainless steel foils having extremely small thicknesses under appropriate conditions. The thin portion 25 is a dense welded portion formed by laser welding, and has high airtightness and high strength. Therefore, the airtightness and strength of the laser weld 5 are improved.

(その他の構成)
電池外装材1は、本実施の形態における効果が得られる範囲において、前述した構成以外の他の構成を有していてもよい。当該他の構成の例には、前述した電極部4のほかに、安全弁が含まれる。
(Other configurations)
Battery exterior material 1 may have a configuration other than the configuration described above as long as the effects of the present embodiment can be obtained. Examples of the other configuration include a safety valve in addition to the electrode unit 4 described above.

また、電池外装材1または電池100は、レーザ溶接部5が形成された部分およびその周辺部における、ステンレス箔1aの表面であってステンレス箔1bに対向する面、および、ステンレス箔1bの表面であってステンレス箔1aに対向する面、に樹脂層を有していない。なお、ステンレス箔1a・1bは、レーザ溶接部5が形成されるフランジ部分の表面に樹脂層を有していないとともに、その一方でレーザ溶接部5が形成される箇所以外の部分の表面に樹脂層などの被覆層を有していてもよい。   In addition, the battery exterior material 1 or the battery 100 includes a portion where the laser welded portion 5 is formed and a portion around the portion, the surface of the stainless steel foil 1a facing the stainless steel foil 1b, and the surface of the stainless steel foil 1b. There is no resin layer on the surface facing the stainless steel foil 1a. The stainless steel foils 1a and 1b do not have a resin layer on the surface of the flange portion where the laser welding portion 5 is formed, and on the other hand, have a resin layer on the surface other than where the laser welding portion 5 is formed. It may have a coating layer such as a layer.

<電池外装材の製造方法>
本実施形態における電池外装材1の製造方法について、図6を用いて以下に説明する。図6は、本実施形態における電池外装材1の製造方法に用いられるレーザ溶接装置の一例を示す図である。
<Production method of battery exterior material>
A method for manufacturing the battery exterior material 1 in the present embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a laser welding apparatus used in the method for manufacturing the battery exterior material 1 according to the present embodiment.

先ず、プレス加工等により凸部が形成されたステンレス箔1a・1bのフランジ同士を重ね合わせて、電池要素20を収容するための電池室2となる内部空間を形成する(空間形成工程)。   First, the flanges of the stainless steel foils 1a and 1b on which the convex portions are formed by press working or the like are overlapped to form an internal space that becomes the battery chamber 2 for accommodating the battery element 20 (space forming step).

次いで、ステンレス箔1aのフランジにレーザを照射することにより、ステンレス箔1aおよびステンレス箔1bを互いにレーザ溶接する。これによりレーザ溶接部5を形成する(レーザ溶接工程)。なお、本実施形態における製造方法では、複数回のレーザ照射ではなく1回のレーザ照射にてレーザ溶接を行うことによりレーザ溶接部5を形成する。   Next, the stainless steel foil 1a and the stainless steel foil 1b are laser-welded to each other by irradiating a laser to the flange of the stainless steel foil 1a. Thereby, the laser welding part 5 is formed (laser welding process). In the manufacturing method according to the present embodiment, the laser welding portion 5 is formed by performing laser welding not by a plurality of laser irradiations but by one laser irradiation.

電池外装材1(電池100)を製造するためには、板厚100μm以下程度のステンレス箔同士をレーザ溶接することによって、例えば長さ100mm以上程度に渡るレーザ溶接部5を、気密性を確保するように連続して形成することが求められる。そのようなレーザ溶接部5は、本発明者らが見出した上述の知見に基づいて、例えば図6に示すようなレーザ溶接装置を用いて形成することができる。なお、上述の板間隙間および溶接幅の条件を満たすようにレーザ溶接を行うことができればよく、レーザ溶接装置の具体的な態様は特に限定されるものではない。   In order to manufacture the battery exterior material 1 (battery 100), the laser welded portions 5 having a length of, for example, about 100 mm or more are hermetically sealed by laser welding stainless steel foils having a thickness of about 100 μm or less. It is required to form continuously. Such a laser welded portion 5 can be formed using, for example, a laser welding device as shown in FIG. 6 based on the above-described findings found by the present inventors. In addition, what is necessary is just to be able to perform laser welding so that conditions of the above-mentioned board gap and welding width may be satisfied, and the specific mode of a laser welding device is not specifically limited.

図6に示すように、本実施形態におけるレーザ溶接装置40は、支持台41の上に下側板押え治具42を載置し、下側板押え治具42と板押えローラ43・44とによってステンレス箔1a・1bのフランジを挟持した状態にて、レーザビームLB2を照射するようになっている。ここでは、ステンレス箔1a・1bにより形成される電池室2には、電池要素20が収容されている。   As shown in FIG. 6, the laser welding apparatus 40 according to the present embodiment mounts a lower plate holding jig 42 on a support 41 and uses a lower plate holding jig 42 and plate holding rollers 43 and 44 to form a stainless steel plate. The laser beam LB2 is irradiated while the flanges of the foils 1a and 1b are sandwiched. Here, the battery element 20 is accommodated in the battery chamber 2 formed by the stainless steel foils 1a and 1b.

下側板押え治具42の高さは、ステンレス箔1bの成形高さと同じになっており、支持台41の上にステンレス箔1bを載置すると、フランジが下側板押え治具42に載置される。板押えローラ43は、側壁部21の近傍に配置されている。板押えローラ43と下側板押え治具42とによって、ステンレス箔1a・1bのフランジを押圧して固定する。   The height of the lower plate holding jig 42 is the same as the forming height of the stainless steel foil 1b. When the stainless steel foil 1b is placed on the support 41, the flange is placed on the lower plate holding jig 42. You. The plate pressing roller 43 is arranged near the side wall 21. The flanges of the stainless steel foils 1a and 1b are pressed and fixed by the plate holding roller 43 and the lower plate holding jig 42.

また、板押えローラ44は、レーザビームLB2をステンレス箔1aに照射するための光路を形成するように、板押えローラ43から離間して、ステンレス箔1a・1bの外縁に近い側に配置されている。   Further, the plate holding roller 44 is disposed on the side close to the outer edges of the stainless steel foils 1a and 1b so as to be separated from the plate holding roller 43 so as to form an optical path for irradiating the laser beam LB2 onto the stainless steel foil 1a. I have.

板押えローラ43・44はそれぞれ、ステンレス箔1aに接触するように配置されているとともに、支持部材45・46によって回転可能に軸支されている。支持部材45・46にはそれぞれ弾性体47が接続されている。弾性体47は、例えばバネ、ゴム等により形成されている。弾性体47は、支持部材45・46を介して板押えローラ43・44に対してステンレス箔1aを押圧するように力を加える。   The plate pressing rollers 43 and 44 are arranged so as to be in contact with the stainless steel foil 1a, and are rotatably supported by support members 45 and 46, respectively. Elastic bodies 47 are connected to the support members 45 and 46, respectively. The elastic body 47 is formed of, for example, a spring, rubber, or the like. The elastic body 47 applies a force to the plate pressing rollers 43 and 44 via the supporting members 45 and 46 so as to press the stainless steel foil 1a.

或いは、支持部材45・46にはそれぞれ、弾性体47の代わりにまたは弾性体47と組み合わせて、図示しない油圧シリンダまたは空圧シリンダが接続されていてもよい。この場合、油圧シリンダまたは空圧シリンダは、支持部材45・46を介して板押えローラ43・44に対してステンレス箔1aを押圧するように力を加える。   Alternatively, a hydraulic cylinder or a pneumatic cylinder (not shown) may be connected to each of the support members 45 and 46 instead of or in combination with the elastic body 47. In this case, the hydraulic cylinder or the pneumatic cylinder applies a force to the plate pressing rollers 43 and 44 via the support members 45 and 46 so as to press the stainless steel foil 1a.

板押えローラ43・44と下側板押え治具42とによって、ステンレス箔1a・1bのフランジを押圧して固定する。これにより、ステンレス箔1a・1bのフランジに押え力を及ぼすことができる。   The flanges of the stainless steel foils 1a and 1b are pressed and fixed by the plate holding rollers 43 and 44 and the lower plate holding jig 42. Thereby, a pressing force can be exerted on the flanges of the stainless steel foils 1a and 1b.

図6に示す断面において、板押えローラ43がステンレス箔1aに接触する位置と、板押えローラ44がステンレス箔1aに接触する位置との間の距離(板押え間距離)Xは、適宜設定されてよく、例えば2.5mmであってよい。   In the cross section shown in FIG. 6, the distance X between the position where the plate pressing roller 43 contacts the stainless steel foil 1a and the position where the plate pressing roller 44 contacts the stainless steel foil 1a (inter-plate pressing distance) is appropriately set. May be, for example, 2.5 mm.

また、板押えローラ43および板押えローラ44による押え力は、弾性体47による押付け量やバネ定数を変化させて調節してもよい。或いは、油圧シリンダまたは空圧シリンダが設けられている場合、圧力調整バルブを用いて油圧シリンダまたは空圧シリンダによる押え力を調整してもよい。これにより、ステンレス箔1a・1bの凸部が、絞り成形により形成された場合と、張出成形により形成された場合とに応じて(シワの量および深さに応じて)、押え力を変化させて板間隙間Gを調整することができる。   The pressing force of the plate pressing roller 43 and the plate pressing roller 44 may be adjusted by changing the amount of pressing by the elastic body 47 and the spring constant. Alternatively, when a hydraulic cylinder or a pneumatic cylinder is provided, the pressing force by the hydraulic cylinder or the pneumatic cylinder may be adjusted using a pressure adjusting valve. Thereby, the pressing force changes according to the case where the convex portions of the stainless steel foils 1a and 1b are formed by draw forming and the case where they are formed by overhang forming (depending on the amount and depth of wrinkles). Thus, the inter-plate gap G can be adjusted.

レーザ溶接工程により、ステンレス箔1a・1bの三辺(一対の長辺および一端側の短辺)に沿ってレーザ溶接部5が形成される。それにより、電池室2の三方(一対の長辺および一端側の短辺)がレーザ溶接部5によって液密かつ気密に封止される。   The laser welding process forms the laser welded portion 5 along three sides (a pair of long sides and a short side at one end) of the stainless steel foils 1a and 1b. Thereby, three sides (a pair of long sides and a short side on one end side) of the battery chamber 2 are liquid-tightly and air-tightly sealed by the laser weld 5.

本実施形態のレーザ溶接工程では、ステンレス箔1a・1bの三辺を溶接するが、ステンレス箔1a・1bの電極部4側には、ヒートシール部6となる部分を残す。したがって、レーザ溶接部5の二か所の端部(溶接端)は、ステンレス箔1a・1bの端縁までには至らない。   In the laser welding process of the present embodiment, three sides of the stainless steel foils 1a and 1b are welded, but a part to be the heat seal part 6 is left on the electrode part 4 side of the stainless steel foils 1a and 1b. Therefore, the two ends (weld ends) of the laser weld 5 do not reach the edges of the stainless steel foils 1a and 1b.

その後、ステンレス箔1a・1bの周縁部の残りの部分に、折り曲げ部で折り曲げられた熱融着シート7を挟む(融着前準備工程)。   Thereafter, the heat-sealing sheet 7 bent at the bending portion is sandwiched between the remaining portions of the peripheral portions of the stainless steel foils 1a and 1b (preparation step before fusion).

次いで、上記周縁部の残りの部分を加熱して熱融着シート7を熱融着させてヒートシールする(封止工程)。封止工程では、ステンレス箔1a・1bに挟まれる熱融着シート7を熱融着させることが可能なシール方法を用いることができる。当該シール方法の例には、超音波振動を発生する押圧子または加熱される押圧子によって押圧する加熱圧着法が含まれる。上記封止工程により、熱融着シート7が融け、樹脂成分がレーザ溶接部5の端部を包むように密着する。こうして、ヒートシール部6が形成され、電池室2は、完全に液密かつ気密に密閉される。   Next, the remaining portion of the peripheral portion is heated to cause the heat-sealing sheet 7 to be heat-sealed and heat-sealed (sealing step). In the sealing step, a sealing method capable of heat-sealing the heat-sealing sheet 7 sandwiched between the stainless steel foils 1a and 1b can be used. Examples of the sealing method include a thermocompression bonding method in which pressing is performed by a pressing element that generates ultrasonic vibration or a pressing element that is heated. By the above sealing step, the heat-sealing sheet 7 is melted, and the resin component adheres tightly so as to wrap the end of the laser welded portion 5. Thus, the heat sealing portion 6 is formed, and the battery chamber 2 is completely liquid-tightly and air-tightly sealed.

上記製造方法は、本実施の形態の効果が得られる範囲において、前述の工程以外の他の工程をさらに含んでいてもよい。たとえば、上記製造方法は、ヒートシール部6となる上記周縁部の残りの部分に電極部4を挟む工程(電極挟持工程)をさらに含んでいてもよい。   The above manufacturing method may further include other steps other than the above steps as long as the effects of the present embodiment can be obtained. For example, the above-described manufacturing method may further include a step of sandwiching the electrode portion 4 in the remaining portion of the peripheral portion that becomes the heat seal portion 6 (electrode sandwiching step).

電極挟持工程は、上記封止工程までに行われていればよい。たとえば、電極挟持工程は、上記空間形成工程、上記レーザ溶接工程、または上記融着前準備工程と同時に行われてもよい。また、上記レーザ溶接工程から上記融着前準備工程までの間に行われてもよいし、上記融着前準備工程後に行われてもよい。   The electrode clamping step may be performed before the sealing step. For example, the electrode sandwiching step may be performed simultaneously with the space forming step, the laser welding step, or the preparation step before fusion. Further, it may be performed between the laser welding step and the pre-fusion preparation step or may be performed after the pre-fusion preparation step.

より具体的には、電極部4は、上記空間形成工程時に電池要素20が上記凸部に収容されるとともにステンレス箔1a・1bの周縁部における端部に配置されていてもよい。また、電極部4は、レーザ溶接部5が形成された後に、電池室2に予め収容されている電池要素20の適所に差し込まれることにより、ステンレス箔1a・1bの周縁部における他端部に配置されてもよい。或いは、電極部4は、熱融着シート7のスリット部に挿通された状態で、熱融着シート7の配置とともに電池室2に挿入されて、ステンレス箔1a・1bの周縁部における他端部に配置されてもよい。或いは、電極部4は、ステンレス箔1a・1bの周縁部における他端部に配置された熱融着シート7のスリット部を通って電池室2の外部から電池室2内に挿入されて、ステンレス箔1a・1bの周縁部における他端部に配置されてもよい。   More specifically, the electrode portion 4 may be arranged at the end of the stainless steel foils 1a and 1b at the peripheral portion of the stainless steel foil 1a and 1b while the battery element 20 is accommodated in the convex portion during the space forming step. Further, after the laser welded portion 5 is formed, the electrode portion 4 is inserted into an appropriate position of the battery element 20 housed in the battery chamber 2 in advance, so that the other end portion at the peripheral edge portion of the stainless steel foils 1a and 1b is formed. It may be arranged. Alternatively, the electrode section 4 is inserted into the battery chamber 2 together with the arrangement of the heat sealing sheet 7 in a state of being inserted through the slit section of the heat sealing sheet 7, and the other end portions at the peripheral edges of the stainless steel foils 1 a and 1 b. May be arranged. Alternatively, the electrode portion 4 is inserted into the battery chamber 2 from the outside of the battery chamber 2 through the slit portion of the heat-sealing sheet 7 disposed at the other end of the peripheral edge of the stainless steel foils 1a and 1b. The foils 1a and 1b may be arranged at the other end in the peripheral portion.

このように、電極挟持工程は、熱融着シート7がスリット部を有する場合では、スリット部に電極部4を挿通させるように行われる。電極部4は、スリット部を挿通することにより、電池室2の短手方向の所期の位置に配置されやすく、短手方向への位置のずれを生じにくい。   As described above, the electrode sandwiching step is performed such that the electrode portion 4 is inserted through the slit portion when the heat sealing sheet 7 has the slit portion. By inserting the electrode portion 4 through the slit portion, the electrode portion 4 is easily arranged at a desired position in the short direction of the battery chamber 2, and is unlikely to be displaced in the short direction.

以上のように、本実施形態における電池外装材の製造方法は上記レーザ溶接工程を含み、該レーザ溶接工程では、レーザ溶接部5の延伸方向に垂直な面で切ったときの断面において、レーザビームLB2を照射する箇所におけるステンレス箔1aとステンレス箔1bとの板間隙間Gが下記式(1)を満足するとともに、ステンレス箔1aの表面におけるレーザ溶接部5の上記延伸方向に対して垂直な方向の溶接幅Wが下記式(2)を満足するようにレーザ溶接部5を形成する;
G≦1t・・・(1)
1t≦W≦10t・・・(2)
ここで、tはステンレス箔1aの厚さである。
As described above, the manufacturing method of the battery exterior material in the present embodiment includes the above-described laser welding step. In the laser welding step, the laser beam is cut in a cross section taken along a plane perpendicular to the stretching direction of the laser welding portion 5. The inter-plate gap G between the stainless steel foil 1a and the stainless steel foil 1b at the location where the LB2 is irradiated satisfies the following expression (1), and the direction perpendicular to the stretching direction of the laser welded portion 5 on the surface of the stainless steel foil 1a. To form the laser welded portion 5 so that the welding width W of the following satisfies the following expression (2);
G ≦ 1t (1)
1t ≦ W ≦ 10t (2)
Here, t is the thickness of the stainless steel foil 1a.

これにより、板厚100μm以下程度のステンレス箔同士をレーザ溶接することによって、例えば長さ100mm以上程度に渡るレーザ溶接部5を、気密性を確保するように連続して形成することができる。そのようなレーザ溶接部5を形成した後、フランジ部3の不要部分(具体的にはレーザ溶接部5の周縁部)を削除して、占有スペースの小さい電池外装材1を製造することができる(図4の(c)参照)。   Thus, by laser welding stainless steel foils having a thickness of about 100 μm or less, a laser welded portion 5 having a length of about 100 mm or more can be continuously formed so as to ensure airtightness. After forming such a laser welded portion 5, an unnecessary portion of the flange portion 3 (specifically, a peripheral portion of the laser welded portion 5) is deleted, and the battery exterior material 1 occupying a small space can be manufactured. (See (c) of FIG. 4).

また、本実施形態における電池外装材の製造方法は、複数回のレーザ照射ではなく1回のレーザ照射にてレーザ溶接を行うことによりレーザ溶接部5を形成することができる。そのため、製造効率を高めることができる。   Further, in the method for manufacturing a battery exterior material according to the present embodiment, the laser welding portion 5 can be formed by performing laser welding not by a plurality of laser irradiations but by one laser irradiation. Therefore, manufacturing efficiency can be improved.

また、上記レーザ溶接工程では、前述のように溶接幅Wの中心位置とR止まり部23との距離が1mm以上5mm以下の範囲内となるようにレーザ溶接部5の少なくとも一部を形成する。これにより、ステンレス箔1aの溶け落ちが生じる虞をより一層抑制することができる。その結果、レーザ溶接部5を安定して形成することができる。   In the laser welding step, at least a part of the laser welded portion 5 is formed such that the distance between the center position of the welding width W and the R stop portion 23 is in the range of 1 mm or more and 5 mm or less as described above. Thereby, the possibility that the stainless steel foil 1a may be burnt off can be further suppressed. As a result, the laser weld 5 can be formed stably.

<電池およびその製造方法>
本発明の一実施の形態に係る電池100は、電池外装材1と、電池室2に収容されている電池要素20とを有する(図1、図4、図6参照)。電池100は、前述の電池外装材1の製造方法において、ステンレス箔1a・1bの凸部により形成される内部空間(電池室2)に電池要素20を収容する工程をさらに含む方法によって製造することが可能である。
<Battery and its manufacturing method>
A battery 100 according to an embodiment of the present invention includes a battery exterior material 1 and a battery element 20 housed in a battery chamber 2 (see FIGS. 1, 4, and 6). The battery 100 is manufactured by the method for manufacturing the battery exterior material 1 described above, which further includes a step of housing the battery element 20 in an internal space (battery chamber 2) formed by the convex portions of the stainless steel foils 1a and 1b. Is possible.

(変形例)
なお、ステンレス箔1a・1bの平面視したときの形状は、矩形でなくてもよい。また、上記凸部の平面視したときの形状も、矩形でなくてもよい。これらの平面視したときの形状は、円形であってもよいし、三角形および六角形などの矩形以外の多角形であってもよいし、楕円形などの非円形であってもよいし、その他の形状であってもよい。また、上記凸部の断面形状も、矩形でなくてもよく、U字またはV字状の形状などのであって他の形状を含んでいてもよい。
(Modification)
Note that the shape of the stainless steel foils 1a and 1b in plan view may not be rectangular. Also, the shape of the above-mentioned convex portion in plan view may not be rectangular. These planar shapes may be circular, polygons other than rectangles such as triangles and hexagons, non-circles such as ellipses, and others. The shape may be as follows. Also, the cross-sectional shape of the convex portion need not be rectangular, but may be U-shaped or V-shaped, and may include other shapes.

また、フランジ部は、電池室の全周にわたって配置されていなくてもよい。たとえば、電池室は、必要に応じて上記凸部が2つ形成されている一枚のステンレス箔を折り曲げて溶接し、そしてヒートシールすることによって形成されていてもよい。この場合、フランジ部は、上記ステンレス箔の周縁部における、上記ステンレス箔の折り返し部分以外の部分に形成される。このように、本実施の形態では、フランジ部は、電池室の周縁部の少なくとも一部に配置される。   Further, the flange portion may not be arranged over the entire circumference of the battery chamber. For example, the battery chamber may be formed by bending, welding, and heat-sealing a single piece of stainless steel foil having two projections as necessary. In this case, the flange portion is formed at a portion other than the folded portion of the stainless steel foil in the peripheral portion of the stainless steel foil. As described above, in the present embodiment, the flange portion is arranged on at least a part of the peripheral portion of the battery chamber.

また、電極部およびヒートシール部の位置は、電池室の両端部のうちの一方の端部に限定されない。電極部およびヒートシール部は、フランジ部の任意の位置に配置され得る。たとえば、電池室の両端部のそれぞれから電極部が一つずつ外部へ延出する場合には、ヒートシール部は、上記ステンレス箔の両端部のそれぞれに形成される。この場合、レーザ溶接部5は、上記ステンレス箔の両側縁(長辺)のそれぞれに、上記ステンレス箔の両端部にヒートシール部6のシール長さを残して形成される。   Further, the positions of the electrode portion and the heat seal portion are not limited to one of the two end portions of the battery chamber. The electrode part and the heat seal part can be arranged at any positions of the flange part. For example, in the case where one electrode portion extends outside from each of both ends of the battery chamber, heat seal portions are formed at each of both ends of the stainless steel foil. In this case, the laser welded portion 5 is formed on each of both side edges (long sides) of the stainless steel foil while leaving the sealing length of the heat seal portion 6 at both ends of the stainless steel foil.

熱融着シート7は、スリット部を有していなくてもよい。この場合、電極部4は、上記ステンレス箔の周縁部に挿入された熱融着シート7を破って電池室2に挿入されてもよい。あるいは、熱融着シート7は、積層方向における電極部4の両側、すなわち電池外装材1の厚さ方向における上記ステンレス箔の周縁部と電極部4との間のそれぞれ、に折り曲げられた状態で挟まれてもよい。   The heat sealing sheet 7 does not have to have a slit portion. In this case, the electrode portion 4 may be inserted into the battery chamber 2 by breaking the heat-sealing sheet 7 inserted into the peripheral portion of the stainless steel foil. Alternatively, the heat-fused sheet 7 is folded on both sides of the electrode portion 4 in the laminating direction, that is, between the peripheral portion of the stainless steel foil and the electrode portion 4 in the thickness direction of the battery package 1. May be sandwiched.

ステンレス箔1a・1bは、例えばSUS304のBA材であるが、これに限定されない。例えば、SUS304よりも熱伝導率が高いステンレス鋼種、またはSUS304よりも熱膨張係数が低いステンレス鋼種について、本発明を適用できることは勿論である。これは、熱伝導率および熱膨張係数が、熱歪の生じ易さ、すなわちレーザ溶接部における穴あきと関係するためである。   The stainless steel foils 1a and 1b are, for example, BA material of SUS304, but are not limited thereto. For example, it goes without saying that the present invention can be applied to a stainless steel type having a higher thermal conductivity than SUS304 or a stainless steel type having a lower thermal expansion coefficient than SUS304. This is because the thermal conductivity and the coefficient of thermal expansion are related to the susceptibility to thermal strain, that is, the perforation in the laser weld.

また、電池外装材1(または電池100)は、フランジ部3の一部が電極部4を絶縁しつつ挟持することができるようになっていればよい。そのため、フランジ部3の一部が、ヒートシール以外の方法により形成されていてもよい。   In addition, the battery exterior material 1 (or the battery 100) only needs to be able to hold a part of the flange portion 3 while insulating the electrode portion 4. Therefore, a part of the flange portion 3 may be formed by a method other than heat sealing.

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上記説明において開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made within the scope shown in the claims. The present invention also relates to an embodiment obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the above description. Included in the technical scope of the invention.

以下、実施例および比較例により、本発明の一態様における電池外装材(電池)についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the battery exterior material (battery) according to one embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.

ステンレス箔として、寸法165mm×220mm、板厚20、40、60、80、100μmのSUS304のBA材を用いた。それらのステンレス箔をプレス成形することにより、成形加工品であるステンレス箔外包材を作製した。当該ステンレス箔外包材は、平面視したときに、矩形の成形部とその周囲のフランジ部とによって構成される。上記プレス成形の条件は、パンチRが1mm、ダイRが1mmであり、成形部の寸法は、成形高さが4mm、平面視したときの大きさが140mm×190mm角、コーナRが5mmである。レーザ溶接する際の3辺のフランジの長さは、上記成形部の側壁から10mmとした。電極端子を取り付けてヒートシールする辺のフランジの長さは、側壁から15mmとした。   As the stainless steel foil, a SUS304 BA material having dimensions of 165 mm × 220 mm and plate thicknesses of 20, 40, 60, 80, and 100 μm was used. The stainless steel foil was subjected to press molding to produce a stainless steel foil outer packaging material as a molded product. The stainless steel foil outer wrapping material, when viewed in a plan view, is constituted by a rectangular molded portion and a peripheral flange portion. The conditions of the press molding are as follows: the punch R is 1 mm, the die R is 1 mm, and the dimensions of the molded portion are a molding height of 4 mm, a size in a planar view of 140 mm × 190 mm square, and a corner R of 5 mm. . The length of the three sides of the flange at the time of laser welding was set to 10 mm from the side wall of the molded portion. The length of the flange on the side to which the electrode terminal was attached and heat-sealed was 15 mm from the side wall.

同じ板厚同士の上記ステンレス箔外包材を、上記成形部が互いに逆方向を向くようにして重ね合わせた。上記成形部により形成される内部空間(電池室)に電池要素を収容した。上記電池要素は、積層した正極、負極およびセパレータを含み、フィルムで覆われて絶縁を施されている。上記電池要素を、電極端子(電極部)を付けた状態で上記電池室に収容した。電極部は、上記正極および負極のそれぞれに接続される。上記電極部は、厚さ約0.4mmの細長な矩形のアルミ製の板状部材であり、ヒートシールする辺のフランジの部分を経て電池室の外部に延出するように配置した。   The stainless steel foil outer packaging materials having the same plate thickness were overlaid so that the formed portions faced in opposite directions. The battery element was housed in the internal space (battery compartment) formed by the above-mentioned molded part. The battery element includes a laminated positive electrode, negative electrode, and separator, and is covered with a film to be insulated. The battery element was housed in the battery chamber with electrode terminals (electrode portions) attached. The electrode unit is connected to each of the positive electrode and the negative electrode. The electrode portion was a thin rectangular aluminum plate member having a thickness of about 0.4 mm, and was disposed so as to extend to the outside of the battery chamber through a flange portion on the side to be heat-sealed.

前述したレーザ溶接装置(図6参照)を用いてレーザ溶接することによりレーザ溶接部を形成した。レーザスポット径はφ30、100、200μm、レーザ出力は300W以下とし、溶接速度は最大12.5m/minとした。板押え間距離は2.5mmとした。   A laser weld was formed by laser welding using the above-described laser welding apparatus (see FIG. 6). The laser spot diameter was φ30, 100, 200 μm, the laser output was 300 W or less, and the welding speed was 12.5 m / min at the maximum. The distance between the plate holders was 2.5 mm.

(実施例1:溶接位置)
フランジにおけるレーザ溶接する位置を、側壁部のR止まり点から1mmの位置とし、そこから順次遠ざけて6mmの位置まで変化させて、各種の位置条件にてそれぞれレーザ溶接を行った。成形部の長手方向に沿って溶接する場合、電極端子が取り付けられる辺の端から13mmまでは未溶接のままとした。そして、成形部の長手方向に沿って溶接した溶接線と、成形部の短手方向に沿って溶接した溶接線とが交差するようにして、上記ステンレス箔外包材のフランジの3辺をレーザ溶接した。このようにして、電極部が配置されない部分にレーザ溶接部を形成した。
(Example 1: welding position)
The laser welding position on the flange was set at 1 mm from the R stop point of the side wall portion, and the laser welding was performed under various position conditions while sequentially changing the distance from the R stopping point to a position of 6 mm. In the case of welding along the longitudinal direction of the formed portion, the non-welded portion was left 13 mm from the end of the side to which the electrode terminal was attached. Then, the welding line welded along the longitudinal direction of the formed portion and the welding line welded along the shorter direction of the formed portion intersect with each other, and the three sides of the flange of the stainless steel foil outer packaging material are laser-welded. did. In this way, a laser weld was formed in a portion where the electrode portion was not arranged.

以上のように形成したレーザ溶接部について、結果を表2に示す。   Table 2 shows the results of the laser welds formed as described above.

Figure 2020057463
Figure 2020057463

上記表2では、レーザ照射側のステンレス箔(上板)に溶け落ちが生じた条件に×印を付している。また、上板に穴が開くことなくレーザ溶接部を形成することができた条件に○印を付している。   In Table 2 above, conditions where burn-through occurred on the stainless steel foil (upper plate) on the laser irradiation side are marked with a cross. In addition, the condition that the laser welded portion could be formed without making a hole in the upper plate is marked with a circle.

表2に示すように、いずれの板厚tにおいても、レーザ溶接部の中心位置と側壁部のR止まり点との距離が6mm以上となると、上板に溶け落ちが生じることがわかる。これは、側壁部から離れるほど、フランジのシワの影響を受けて板間隙間が大きくなるためである。   As shown in Table 2, at any thickness t, when the distance between the center position of the laser welded portion and the R stop point of the side wall portion is 6 mm or more, it can be seen that burn-through occurs in the upper plate. This is because, as the distance from the side wall increases, the gap between the plates becomes larger under the influence of the wrinkles of the flange.

(実施例2:板間隙間)
次いで、フランジにおけるレーザ溶接位置を、側壁部のR止まり点から1mm以上5mm以内の範囲内とするとともに、溶接幅Wが10tとなるようにレーザ溶接条件を調整してレーザ溶接を行った。レーザ溶接後の板間隙間の測定には、非接触光学式厚み計(ユニオン光学製THS-10)を用いた。不具合のないレーザ溶接部については、レーザ溶接部が延びる方向に直交する方向において、レーザ溶接部の端から40〜80μm離れた位置にて厚みを測定し、得られた測定値から2枚のステンレス箔の厚みを減じることにより板間隙間を求めた。一方で、溶け落ちで穴が開いた部分については、当該部分の近傍の位置(40〜80μm離れた位置)にて厚みを測定し、得られた測定値から2枚のステンレス箔の厚みを減じることにより板間隙間を求めた。
(Example 2: gap between plates)
Next, laser welding was performed by setting the laser welding position on the flange within a range of 1 mm or more and 5 mm or less from the R stopping point of the side wall, and adjusting the laser welding conditions so that the welding width W was 10 t. A non-contact optical thickness gauge (THS-10 manufactured by Union Optical Co., Ltd.) was used to measure the gap between the plates after laser welding. For a laser weld having no defect, the thickness was measured at a position 40 to 80 μm away from the end of the laser weld in a direction perpendicular to the direction in which the laser weld extended, and two stainless steels were measured from the measured values. The gap between the plates was determined by reducing the thickness of the foil. On the other hand, for a portion where a hole has been opened due to burn-through, the thickness is measured at a position near the portion (a position apart from 40 to 80 μm), and the thickness of the two stainless steel foils is subtracted from the obtained measurement value. Thereby, the gap between the plates was obtained.

板厚tが20、40、60、80、100μmの上記ステンレス箔外包材について、レーザ溶接部の種々の位置における板間隙間Gを測定するとともに穴あきの有無を調べた。また、参考例として、板厚tが400μmの上記ステンレス箔外包材を作製し、該ステンレス箔外包材についても試験を行った。結果をまとめて表3に示す。   With respect to the above-mentioned stainless steel foil outer wrapping materials having plate thicknesses t of 20, 40, 60, 80, and 100 μm, the gaps G between the plates at various positions of the laser welded portion were measured and the presence or absence of perforations was examined. Further, as a reference example, the above stainless steel foil outer packaging material having a plate thickness t of 400 μm was prepared, and a test was also performed on the stainless steel foil outer packaging material. Table 3 summarizes the results.

Figure 2020057463
Figure 2020057463

表3に示すように、板間隙間Gが1t以下の場合、上板の溶け落ちが生じることなく、そのため穴あきは発生しなかった(本発明例)。一方で、板間隙間Gが1tを超えると、上板の溶け落ちが生じることによって穴あきが発生した(比較例)。   As shown in Table 3, when the gap G between the plates was 1 t or less, there was no burn-through of the upper plate, and therefore no perforation occurred (Example of the present invention). On the other hand, when the gap G between the plates exceeded 1 t, burnout of the upper plate occurred, resulting in perforation (comparative example).

また、板厚tが400μmのステンレス箔外包材(No.22および23の参考例)の場合、板間隙間Gが0.8tの条件であっても穴あきが生じることがあった。これは、本発明例である板厚tが20〜100μmのステンレス箔外包材の場合とは異なる結果である。本発明例では、板間隙間Gが0.8tの場合であっても、正常に溶接することができる。   Further, in the case of the stainless steel foil outer packaging material having a plate thickness t of 400 μm (Reference Examples of Nos. 22 and 23), even when the gap G between the plates was 0.8 t, a hole was sometimes formed. This is a different result from the case of the stainless steel foil outer packaging material having a plate thickness t of 20 to 100 μm which is an example of the present invention. In the example of the present invention, welding can be performed normally even when the gap G between the plates is 0.8 t.

この理由は、参考例のように板厚が厚い場合、熱容量が大きくレーザ溶接時に抜熱しにくいため金属の溶融状態が本発明例に比べて長く続くことから、溶融金属が垂れて穴あきを生じ易いためであると考えられる。   The reason is that when the plate thickness is large as in the reference example, the heat capacity is large and it is difficult to remove heat during laser welding. It is thought that this is because it is easy.

(参考例)
また、本発明例との比較のために、板厚tが400μmの参考例について、板間隙間Gが0.8tよりもさらに小さい場合におけるレーザ溶接部の穴あきの有無を調査する試験を行った。具体的には、溶接幅Wが3.5tの条件にて板間隙間Gを110μm〜200μm、すなわち板厚比0.28t〜0.5tとした場合について試験した。結果を表4に示す。
(Reference example)
In addition, for comparison with the present invention example, a test was conducted for investigating the presence or absence of perforations in the laser welded portion when the inter-plate gap G was smaller than 0.8 t for a reference example having a plate thickness t of 400 μm. . Specifically, the test was performed under the condition that the welding width W was 3.5 t and the gap G between the plates was 110 μm to 200 μm, that is, the plate thickness ratio was 0.28 t to 0.5 t. Table 4 shows the results.

Figure 2020057463
Figure 2020057463

表4に示すように、板厚tが400μmのステンレス箔外包材を用いる場合、板厚比0.28tでは穴あきが生じなかったものの(No.31)、0.28tよりも大きい板厚比では穴あきが生じた(No.32〜34)。   As shown in Table 4, when a stainless steel foil outer packaging material having a thickness t of 400 μm was used, no hole was formed at a thickness ratio of 0.28 t (No. 31), but a thickness ratio larger than 0.28 t. Then, perforations occurred (Nos. 32-34).

また、板間隙間Gを120μm(0.3t)として試験を行った結果、図7に示すようにレーザ溶接部に穴あきが生じた。図7は、参考例におけるレーザ溶接部の断面について、光学顕微鏡を用いて観察した様子を示す模式図である。   Further, as a result of the test performed with the gap G between the plates set to 120 μm (0.3 t), holes were formed in the laser welded portion as shown in FIG. FIG. 7 is a schematic view showing a state in which a cross section of the laser welded portion in the reference example is observed using an optical microscope.

図7に示すように、ステンレス箔100aおよびステンレス箔100bはそれぞれ、板厚tが400μmであり、板間隙間Gは120μm(板厚比0.3t)である。また、溶接幅Wは1.4mm(板厚比3.5t)である。この参考例では、板厚tが400μmと厚いことから、ステンレス箔の熱容量が大きい。そのため、板間隙間Gが本発明の範囲内の条件であっても、レーザ溶接時に溶融状態が比較的長く続き、溶融金属が垂れてしまって穴あきが生じると考えられる。これに対して、上述の本発明の実施例に示すように、同程度の板厚比において、板厚が小さい場合は溶け落ちが生じることなく健全な溶接部を形成することができる。   As shown in FIG. 7, each of the stainless steel foil 100a and the stainless steel foil 100b has a plate thickness t of 400 μm, and a gap G between the plates is 120 μm (plate thickness ratio 0.3t). The welding width W is 1.4 mm (3.5 t in thickness ratio). In this reference example, since the plate thickness t is as thick as 400 μm, the heat capacity of the stainless steel foil is large. Therefore, even if the inter-plate gap G is within the range of the present invention, it is considered that the molten state continues for a relatively long time during the laser welding, and the molten metal drips and holes are formed. On the other hand, as shown in the above-described embodiment of the present invention, a sound weld portion can be formed without causing burn-through when the plate thickness is small at the same plate thickness ratio.

以上の結果を総括すると、本発明例では板厚が20〜100μmという薄い材料を対象としており、溶融状態での熱容量が小さいことから、溶融金属の冷却が早く、かつ熱影響部は収縮を伴って凝固してレーザ溶接部を形成する。そのため、板間隙間Gの板厚比が 1.0tと大きい場合であっても、また溶接幅Wが10tと大きい場合であっても、穴あきを生じることなくレーザ溶接部を形成することができる。換言すれば、本発明例では、板厚が薄いことによって熱容量が小さいこと等の理由により、例えば400μmのような板厚のステンレス箔を用いる場合とは明確に異なる現象が生じている。よって、従来技術に基づいて、本発明の板間隙間および溶接幅の条件範囲(技術的思想)には容易に想到し得ないことがわかる。   Summarizing the above results, the present invention is directed to a thin material having a plate thickness of 20 to 100 μm, and has a small heat capacity in a molten state, so that the molten metal is cooled quickly and the heat-affected zone is accompanied by shrinkage. Solidifies to form a laser weld. Therefore, even when the thickness ratio of the gap G between the plates is as large as 1.0 t, and even when the welding width W is as large as 10 t, it is possible to form the laser welded portion without forming a hole. it can. In other words, in the example of the present invention, a phenomenon that is clearly different from the case where a stainless steel foil having a thickness of, for example, 400 μm is used occurs because the heat capacity is small due to the small thickness. Therefore, based on the conventional technology, it can be understood that the condition range (technical idea) of the gap between plates and the welding width of the present invention cannot be easily reached.

(密閉性評価)
上述の試験において、外観検査にて問題の無かった(穴あきが生じなかった)試料を供試材とした。165mm×26mm×0.1mmのポリオレフィン系熱融着フィルム(大日本印刷株式会社製)に、スリット部を形成し、スリット部を含む中心線で折り曲げた。そして、得られた熱融着シートを、供試材の未溶接の部分から2本のレーザ溶接部の端に突き当たるまで挿入した。熱融着シートのスリット部に電池室から延出する電極部を挿通し、熱融着シートで電極部を挟んだ。そして、電極部および熱融着シートをステンレス箔外包材の未溶接部のフランジで挟み、当該部分をヒートシーラーで190℃、10秒間加圧してヒートシールにより接合した。そして、レーザ溶接部の不要な部分を切断して除去した。これにより、電池を作製した(図4の(c)参照)。
(Evaluation of sealing performance)
In the above-mentioned test, a sample having no problem (no perforation) in the appearance inspection was used as a test material. A slit portion was formed in a 165 mm × 26 mm × 0.1 mm polyolefin-based heat sealing film (manufactured by Dai Nippon Printing Co., Ltd.), and the film was bent at a center line including the slit portion. Then, the obtained heat-sealed sheet was inserted from the unwelded portion of the test material until it reached the ends of two laser welds. The electrode portion extending from the battery chamber was inserted into the slit of the heat-sealing sheet, and the electrode portion was sandwiched between the heat-sealing sheets. Then, the electrode portion and the heat-sealing sheet were sandwiched between flanges of the non-welded portion of the stainless steel foil outer packaging material, and the portion was pressed with a heat sealer at 190 ° C. for 10 seconds and joined by heat sealing. Then, unnecessary portions of the laser welds were cut and removed. Thus, a battery was produced (see FIG. 4C).

作製した電池における電池外装材の一部に穴を開け、電池室内を抜気することにより負圧にした状態で、Heリーク試験を行い気密性の調査を行った。その結果、外観観察で問題のなかった供試材を用いて作製した電池は、Heリーク試験において問題は無く、充分な気密性を有していた。   A hole was made in a part of the battery exterior material of the manufactured battery, and a negative pressure was created by evacuating the inside of the battery chamber, and a He leak test was performed to check the airtightness. As a result, a battery manufactured using a test material having no problem in appearance observation had no problem in the He leak test and had sufficient airtightness.

本発明は、リチウムイオン電池などの二次電池に好適に利用することができる。例えば、電気自動車等の車両に搭載される二次電池、各種電子機器に搭載される二次電池、等に利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized suitably for secondary batteries, such as a lithium ion battery. For example, it can be used for a secondary battery mounted on a vehicle such as an electric vehicle, a secondary battery mounted on various electronic devices, and the like.

1 電池外装材
1a・1b ステンレス箔
2 電池室
3 フランジ部(接合部)
5 レーザ溶接部(溶接部)
20 電池要素
100 電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery exterior material 1a ・ 1b Stainless steel foil 2 Battery room 3 Flange part (joining part)
5 Laser welds (welds)
20 battery element 100 battery

Claims (10)

接合されたステンレス箔により形成されている、電池要素を収容する電池室と、
前記電池室の周囲の少なくとも一部に配置された接合部と、を有し、
前記接合部は、前記ステンレス箔同士がレーザ溶接されて形成された溶接部を少なくとも一部に含み、
レーザを照射された側の前記ステンレス箔を第1のステンレス箔とし、反対側の前記ステンレス箔を第2のステンレス箔とすると、
前記溶接部は、該溶接部の延伸方向に垂直な面で切ったときの断面において、
該溶接部の近傍における前記第1のステンレス箔と前記第2のステンレス箔との板間隙間Gが下記式(1)を満足するとともに、
前記第1のステンレス箔の表面における前記溶接部の前記延伸方向に対して垂直な方向の溶接幅Wが下記式(2)を満足するように形成されていることを特徴とする電池外装材。
G≦1t・・・(1)
1t≦W≦10t・・・(2)
(ここで、
t:前記第1のステンレス箔の厚さ)
A battery chamber that houses the battery element, which is formed by the joined stainless steel foil,
A joint disposed at least at a part of the periphery of the battery chamber,
The joining portion includes at least a welded portion formed by laser welding the stainless steel foils to each other,
When the stainless steel foil on the side irradiated with the laser is a first stainless steel foil and the stainless steel foil on the opposite side is a second stainless steel foil,
In the cross section when the welded portion is cut along a plane perpendicular to the extension direction of the welded portion,
The gap G between the first stainless steel foil and the second stainless steel foil in the vicinity of the welded portion satisfies the following expression (1),
A battery exterior material, wherein a welding width W of the surface of the first stainless steel foil in a direction perpendicular to the stretching direction of the welded portion satisfies the following expression (2).
G ≦ 1t (1)
1t ≦ W ≦ 10t (2)
(here,
t: thickness of the first stainless steel foil)
前記第1および第2のステンレス箔は、板厚が20μm以上100μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の電池外装材。   2. The battery packaging material according to claim 1, wherein the first and second stainless steel foils have a thickness of 20 μm or more and 100 μm or less. 3. 前記電池室の一部は、前記第1のステンレス箔によって形成されており、
前記第1のステンレス箔における前記電池室を形成する凸部の周囲の部分を周辺部とし、
前記電池外装材の前記断面において、前記周辺部から前記凸部の側壁部に向かって前記第1のステンレス箔が曲線を描いて立ち上がる部分を立ち上がり部とし、前記第1のステンレス箔の表面における該立ち上がり部の始端をR止まり点とすると、
前記溶接部の少なくとも一部は、前記溶接幅Wの中心位置と前記R止まり点との距離が1mm以上5mm以下の範囲内となるように形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電池外装材。
Part of the battery chamber is formed by the first stainless steel foil,
A peripheral portion of the first stainless steel foil around the convex portion forming the battery chamber,
In the cross section of the battery exterior material, a portion where the first stainless steel foil rises in a curved line from the peripheral portion toward the side wall portion of the convex portion is defined as a rising portion, and the portion on the surface of the first stainless steel foil is formed. If the starting point of the rising portion is the R stop point,
The at least one part of the said welding part is formed so that the distance of the center position of the said welding width W and the said R stopping point may be in the range of 1 mm or more and 5 mm or less. Battery exterior material according to 1.
前記第1のステンレス箔におけるレーザを照射された側の面を第1の面とし、前記第2のステンレス箔における前記第1の面から遠い側の面を第2の面とすると、
前記溶接部は、前記断面において、前記第1の面および前記第2の面のいずれにおいても、該溶接部の外縁から該溶接部の中心に向かって凹むように形成された薄厚部を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電池外装材。
Assuming that the surface of the first stainless steel foil on the side irradiated with the laser is a first surface, and the surface of the second stainless steel foil on the side far from the first surface is a second surface,
The welded portion includes a thin portion formed in the cross section so as to be recessed from an outer edge of the welded portion toward a center of the welded portion on both the first surface and the second surface. The battery exterior material according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記第1および第2のステンレス箔は、溶接部が形成された部分における互いに対向する面に樹脂層を有していないことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電池外装材。   The battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the first and second stainless steel foils do not have a resin layer on surfaces facing each other in a portion where a weld is formed. Exterior materials. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の電池外装材と、前記電池室に収容されている前記電池要素と、を有する電池。   A battery comprising: the battery exterior material according to claim 1; and the battery element housed in the battery chamber. 第1のステンレス箔および第2のステンレス箔を互いに重ね合わせて、電池要素を収容する電池室となる内部空間を形成する空間形成工程と、
前記電池室の周囲の少なくとも一部にて、前記第1のステンレス箔にレーザを照射することにより前記第1および第2のステンレス箔をレーザ溶接して溶接部を形成するレーザ溶接工程と、を含み、
前記レーザ溶接工程では、前記溶接部の延伸方向に垂直な面で切ったときの断面において、
前記レーザを照射する箇所における前記第1のステンレス箔と前記第2のステンレス箔との板間隙間Gが下記式(1)を満足するとともに、
前記第1のステンレス箔の表面における前記溶接部の前記延伸方向に対して垂直な方向の溶接幅Wが下記式(2)を満足するように前記溶接部を形成することを特徴とする電池外装材の製造方法。
G≦1t・・・(1)
1t≦W≦10t・・・(2)
(ここで、
t:前記第1のステンレス箔の厚さ)
A space forming step of superimposing the first stainless steel foil and the second stainless steel foil on each other to form an internal space serving as a battery chamber for housing the battery element;
A laser welding step of irradiating the first stainless steel foil with a laser to form a weld by laser-irradiating the first and second stainless steel foils with at least a part of the periphery of the battery chamber. Including
In the laser welding step, in a cross section when cut along a plane perpendicular to the stretching direction of the welded portion,
The gap G between the first stainless steel foil and the second stainless steel foil at the position where the laser is irradiated satisfies the following expression (1),
A battery exterior, wherein the welding portion is formed such that a welding width W of the surface of the first stainless steel foil in a direction perpendicular to the stretching direction of the welding portion satisfies the following expression (2). The method of manufacturing the material.
G ≦ 1t (1)
1t ≦ W ≦ 10t (2)
(here,
t: thickness of the first stainless steel foil)
前記第1および第2のステンレス箔は、板厚が20μm以上100μm以下であることを特徴とする請求項7に記載の電池外装材の製造方法。   The method of claim 7, wherein the first and second stainless steel foils have a thickness of 20 μm or more and 100 μm or less. 前記電池室の一部は、前記第1のステンレス箔によって形成されており、
前記第1のステンレス箔における前記電池室を形成する凸部の周囲の部分を周辺部とし、
前記電池外装材の前記断面において、前記周辺部から前記凸部の側壁部に向かって前記第1のステンレス箔が曲線を描いて立ち上がる部分を立ち上がり部とし、前記第1のステンレス箔の表面における該立ち上がり部の始端をR止まり点とすると、
前記レーザ溶接工程では、前記溶接幅Wの中心位置と前記R止まり点との距離が1mm以上5mm以下の範囲内となるように前記溶接部の少なくとも一部を形成することを特徴とする請求項7または8に記載の電池外装材の製造方法。
Part of the battery chamber is formed by the first stainless steel foil,
A peripheral portion of the first stainless steel foil around the convex portion forming the battery chamber,
In the cross section of the battery exterior material, a portion where the first stainless steel foil rises in a curved line from the peripheral portion toward the side wall portion of the convex portion is defined as a rising portion, and the portion on the surface of the first stainless steel foil is formed. If the starting point of the rising portion is the R stop point,
The laser welding step, wherein at least a part of the welding portion is formed such that a distance between a center position of the welding width W and the R stopping point is within a range of 1 mm or more and 5 mm or less. 9. The method for producing a battery exterior material according to 7 or 8.
請求項7〜9のいずれか一項に記載の電池外装材の製造方法において、前記電池室に前記電池要素を収容する工程をさらに含む、電池の製造方法。   The method for manufacturing a battery exterior material according to any one of claims 7 to 9, further comprising a step of housing the battery element in the battery chamber.
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