JP5991148B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電装置に関する。

側壁となるアルミニウム薄板の外面と蓋となるアルミニウム薄板の端面とを面一に合わせ、外面と端面とをレーザ溶接により接合することにより得られたケースを備えたリチウムイオン二次電池が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開平１１−７７３４７号公報

上記リチウムイオン二次電池のケースでは、レーザ溶接により形成される溶接部が、蓋となるアルミニウム薄板の厚み方向に広がることにより、蓋となるアルミニウム薄板の端面に溶接だれが発生するおそれがある。溶接だれが発生すると、例えば、蓋となるアルミニウム薄板の端面に突起が形成される。その結果、ケースが変形してしまう。溶接だれの発生を抑制するためには、蓋となるアルミニウム薄板の厚さを十分に厚くしておく必要がある。そのため、蓋となるアルミニウム薄板を薄くすることはできない。

本発明は、溶接だれによる変形が抑制された薄いケースを備える蓄電装置を提供する。

本発明の一側面に係る蓄電装置は、ケースと、前記ケース内に収容された電極組立体と、を備える蓄電装置であって、前記ケースは、開口端部を有する側壁を備えたケース本体と、前記開口端部を閉鎖する蓋と、を備え、前記電極組立体は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、を備え、前記側壁及び前記蓋の一方が第１の板状部分であり、前記側壁及び前記蓋の他方が第２の板状部分であり、前記第２の板状部分は、本体部と、前記本体部よりも薄い端部と、を備え、前記第２の板状部分の前記本体部と前記第２の板状部分の前記端部とによって、前記第２の板状部分の内面には段差部が形成されており、前記第１の板状部分の端面は、前記第２の板状部分の前記端部の位置における前記内面に溶接されており、前記第１の板状部分の前記内面は、前記第２の板状部分の前記段差部の側面に当接しており、前記第１の板状部分は、前記第１の板状部分の前記端面と前記第１の板状部分の前記内面との間を接続するテーパ面を有しており、前記第１の板状部分の外面から前記第１の板状部分の前記内面までの距離である前記第１の板状部分の厚みをｔ１、前記第１の板状部分の厚み方向における前記テーパ面の長さをＲ１、前記第２の板状部分の前記端部の厚みをｔ２とすると、ｔ１−Ｒ１＜ｔ２≦ｔ１を満たす。

この蓄電装置では、第１の板状部分の端面と第２の板状部分の端部の位置における内面とを溶接することにより、溶接部が形成される。溶接部はテーパ面に到達しない。第２の板状部分の端部の厚みｔ２は溶接部の溶接深さよりも大きいので、溶接部は第２の板状部分の外面まで到達しない。よって、第１の板状部分の端面が第２の板状部分の端部の位置における内面に溶接される際に、第２の板状部分の端部に溶接だれが発生し難い。そのため、第２の板状部分の端部の変形が抑制される。

また、第２の板状部分の端部の厚みｔ２が第１の板状部分の厚みｔ１以下であるので、第２の板状部分の端部の厚みｔ２を薄くできる。その結果、第２の板状部分の本体部も薄くすることができる。

よって、この蓄電装置では、溶接だれによるケースの変形を抑制できると共にケースを薄くできる。

前記テーパ面が平面であってもよい。

Ｒ１≦０．５ｔ１を満たしてもよい。

この場合、溶接深さを深くすることができるので、ケースの耐圧性を向上させることができる。

前記第２の板状部分は、前記第２の板状部分の前記端部の位置における前記内面と前記第２の板状部分の前記段差部の側面との間を接続するテーパ面を有しており、前記第１の板状部分の厚み方向における前記第２の板状部分の前記テーパ面の長さをＲ２とすると、Ｒ２＜Ｒ１を満たしてもよい。

この場合、第１の板状部分の端面と第２の板状部分の端部の位置における内面とを溶接する際に、第１の板状部分の端面と第２の板状部分の端部の位置における内面との間に隙間が生じにくい。よって、溶接部に例えばブローホール等の欠陥が発生し難い。

前記段差部の高さをｔ３とすると、ｔ１＝ｔ２＋ｔ３及びＲ１＝０．５ｔ１を満たしてもよい。

この場合、ケースの耐圧性を維持しながらケースをより薄くできる。

ｔ２＝ｔ３を満たしてもよい。

前記蓄電装置が二次電池であってもよい。

本発明によれば、溶接だれによる変形が抑制された薄いケースを備える蓄電装置が提供され得る。

一実施形態に係る蓄電装置を模式的に示す断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図１の蓄電装置のケースの一部を模式的に示す図である。 図１の蓄電装置のケースの製造方法の一工程を模式的に示す図である。 第１変形例に係るケースの一部を模式的に示す図である。 第２変形例に係るケースの一部を模式的に示す図である。 第３変形例に係るケースの一部を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。図１〜図７にはＸＹＺ直交座標系が示されている。

図１は、一実施形態に係る蓄電装置を模式的に示す断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図１及び図２に示される蓄電装置としての二次電池１００は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。

二次電池１００は、ケース１０と、ケース１０内に収容された電極組立体２０とを備える。ケース１０は、開口端部１２ｅを有する側壁１２ａを備えたケース本体（外装缶ともいう）１２と、開口端部１２ｅを閉鎖する蓋１４とを備える。側壁１２ａは、底部１２ｂの縁部上に設けられ得る。ケース本体１２及び蓋１４は、例えばアルミニウム又はステンレス鋼等の金属からなる。

電極組立体２０は、正極３０と、負極４０と、正極３０と負極４０との間に配置されたセパレータ５０とを備える。正極３０、負極４０及びセパレータ５０は、例えばシート状である。複数の正極３０及び複数の負極４０が、セパレータ５０を介して交互に積層されてもよい。ケース１０内には電解液６０が充填され得る。

正極３０は、金属箔と金属箔上に設けられた正極活物質層とを備え得る。正極３０は、縁に形成されたタブ３０ａを有してもよい。タブ３０ａには、正極活物質が保持されていない。正極３０は、タブ３０ａを介して導電部材３２に接続され得る。導電部材３２は、正極端子３４に接続され得る。正極端子３４は、絶縁リング３６を介してケース１０に取り付けられてもよい。

負極４０は、金属箔と金属箔上に設けられた負極活物質層とを備え得る。負極４０は、縁に形成されたタブ４０ａを有してもよい。タブ４０ａには、負極活物質が保持されていない。負極４０は、タブ４０ａを介して導電部材４２に接続され得る。導電部材４２は、負極端子４４に接続され得る。負極端子４４は、絶縁リング４６を介してケース１０に取り付けられてもよい。

セパレータ５０としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。

電解液６０としては、例えば有機溶媒系又は非水系の電解液等が挙げられる。

図３は、図１の蓄電装置のケースの一部を模式的に示す図である。図３に示されるケース１０では、側壁１２ａが第１の板状部分であり、蓋１４が第２の板状部分である。蓋１４は、本体部１４ａと、本体部１４ａよりも薄い端部１４ｅとを備える。蓋１４の本体部１４ａと蓋１４の端部１４ｅとによって、蓋１４の内面１１４ｄには段差部１１４ｓが形成されている。側壁１２ａの端面１１２ｅは例えばＸＹ平面に平行な平面である。側壁１２ａの内面１１２ａは例えばＹＺ平面に平行な平面である。

側壁１２ａの端面１１２ｅは、例えばレーザ溶接等により蓋１４の端部１４ｅの位置における内面１１４ａに溶接されている。その結果、側壁１２ａの端面１１２ｅと蓋１４の端部１４ｅの位置における内面１１４ａとの接合面には溶接部１０ｗが形成される。溶接部１０ｗのＸＺ平面における断面は、例えば溶接深さを底辺から頂点までの高さとする直角二等辺三角形の形状を有する。

側壁１２ａの内面１１２ａは、蓋１４の段差部１１４ｓの側面１１４ｂに当接している。側壁１２ａは、側壁１２ａの端面１１２ｅと側壁１２ａの内面１１２ａとの間を接続するテーパ面１１２ｃを有している。テーパ面１１２ｃは、蓋１４の内面１１４ｄから離れている。テーパ面１１２ｃは例えば平面である。テーパ面１１２ｃは、側壁１２ａの端面１１２ｅ及び側壁１２ａの内面１１２ａに対して傾斜してもよい。テーパ面１１２ｃは研削により形成され得る。

側壁１２ａの外面１１２ｂは、蓋１４の端部１４ｅの端面１１４ｅと同一平面上にあってもよい。側壁１２ａの外面１１２ｂは例えばＹＺ平面に平行な平面である。

蓋１４は、蓋１４の端部１４ｅの位置における内面１１４ａと蓋１４の段差部１１４ｓの側面１１４ｂとの間を接続するテーパ面１１４ｃを有してもよい。内面１１４ａは例えばＸＹ平面に平行な平面である。側面１１４ｂは例えばＹＺ平面に平行な平面である。テーパ面１１４ｃは凹状の曲面（例えば球面の一部）であってもよい。テーパ面１１４ｃはテーパ面１１２ｃに対向配置され得る。テーパ面１１４ｃは、内面１１４ａ及び側面１１４ｂに対して傾斜してもよい。テーパ面１１４ｃはつぶし加工により形成され得る。

側壁１２ａの外面１１２ｂから側壁１２ａの内面１１２ａまでの距離である側壁１２ａの厚みをｔ１とする。側壁１２ａの厚み方向（Ｘ方向）におけるテーパ面１１２ｃの長さをＲ１とする。蓋１４の端部１４ｅの厚み（蓋１４の端部１４ｅの端面１１４ｅにおける厚み）をｔ２とする。この場合、ｔ１−Ｒ１＜ｔ２≦ｔ１を満たす。Ｒ１≦０．５ｔ１を満たしてもよい。側壁１２ａの厚み方向における蓋１４のテーパ面１１４ｃの長さをＲ２とする。この場合、Ｒ２＜Ｒ１を満たしてもよい。Ｒ２は例えばテーパ面１１４ｃの曲率半径である。蓋１４の厚み方向（Ｚ方向）における段差部１１４ｓの高さをｔ３とする。この場合、ｔ１＝ｔ２＋ｔ３及びＲ１＝０．５ｔ１を満たしてもよい。ｔ２＝ｔ３を満たしてもよい。一実施例において、ｔ１は０．８ｍｍであり、ｔ２は０．８ｍｍであり、Ｒ１は０．２ｍｍであり、Ｒ２は０．１ｍｍである。

二次電池１００では、側壁１２ａの端面１１２ｅと蓋１４の端部１４ｅの位置における内面１１４ａとを溶接することにより、溶接部１０ｗが形成される。側壁１２ａのテーパ面１１２ｃは蓋１４の内面１１４ｄから離れており、溶接部１０ｗはテーパ面１１２ｃに到達しない。蓋１４の端部１４ｅの厚みｔ２は溶接部１０ｗの溶接深さ（ｔ１−Ｒ１）よりも大きいので、溶接部１０ｗは蓋１４の外面１１４ｆまで到達しない。よって、側壁１２ａの端面１１２ｅが蓋１４の端部１４ｅの位置における内面１１４ａに溶接される際に、蓋１４の端部１４ｅに溶接だれが発生し難い。そのため、蓋１４の端部１４ｅの変形が抑制される。

また、蓋１４の端部１４ｅの厚みｔ２が側壁１２ａの厚みｔ１以下であるので、蓋１４の端部１４ｅの厚みｔ２を薄くできる。その結果、蓋１４の本体部１４ａも薄くすることができるので、蓋１４を全体的に薄くすることができる。

よって、二次電池１００では、溶接だれによるケース１０（蓋１４及び側壁１２ａ）の変形を抑制できると共にケース１０（蓋１４及び側壁１２ａ）を薄くできる。

Ｒ１≦０．５ｔ１を満たす場合、溶接深さを深くすることができるので、ケース１０の耐圧性を向上させることができる。

Ｒ２＜Ｒ１を満たす場合、側壁１２ａの端面１１２ｅと蓋１４の端部１４ｅの位置における内面１１４ａとを溶接する際に、側壁１２ａの端面１１２ｅと蓋１４の端部１４ｅの位置における内面１１４ａとの間に隙間が生じにくい。よって、溶接部１０ｗに例えばブローホール等の欠陥が発生し難い。

図４は、図１の蓄電装置のケースの製造方法の一工程を模式的に示す図である。図３に示されるケース１０は、例えば以下のようにして製造される。

まず、電極組立体２０が収容されたケース本体１２と蓋１４とを準備する。

次に、蓋１４の端部１４ｅの位置における内面１１４ａ及び段差部１１４ｓの側面１１４ｂに、ケース本体１２の側壁１２ａの端面１１２ｅ及び内面１１２ａをそれぞれ当接させる。

次に、側壁１２ａの端面１１２ｅを蓋１４の端部１４ｅの位置における内面１１４ａに溶接する。例えば、レーザ光源５００からのレーザ光Ｌを側壁１２ａの端面１１２ｅと蓋１４の端部１４ｅの位置における内面１１４ａとの間に照射することによって溶接が行われる。レーザ光Ｌの照射により、溶接部１０ｗが形成され得る。側壁１２ａの端面１１２ｅと蓋１４の端部１４ｅの位置における内面１１４ａとの接合面に沿ってレーザ光Ｌをスキャンさせてもよい。レーザ光Ｌは例えばＹ方向に沿ってスキャンされる。レーザ光Ｌの出力及びスキャン速度は任意に設定され得る。レーザ光Ｌは、ＣＷレーザ（連続レーザ）光でもよいし、パルスレーザ光でもよい。ＣＷレーザ光では、レーザ光Ｌの出力が一定に維持される。ＣＷレーザ光では、溶接部１０ｗにスポット痕が残存し難い。

上記ケース１０の製造方法では、溶接だれの発生が抑制されるので、溶接工程における不良率を低減することができる。

図５は、第１変形例に係るケースの一部を模式的に示す図である。図５に示されるケース１０ａは、Ｒ１、ｔ１、ｔ２及びｔ３が異なること以外は図３のケース１０と同一の構成を備える。ケース１０ａでは、ｔ１＝ｔ２＋ｔ３及びＲ１＝０．５ｔ１を満たす。このため、ケース１０の耐圧性を維持しながらケース１０をより薄くできる。ケース１０ａでは、ｔ２＝ｔ３を満たす。

図６は、第２変形例に係るケースの一部を模式的に示す図である。図６に示されるケース１０ｂは、テーパ面１１２ｃに代えてテーパ面２１２ｃを備えること以外は図３のケース１０と同一の構成を備える。テーパ面２１２ｃは凸状の曲面（例えば球面の一部）であってもよい。テーパ面２１２ｃはプレスによる切断によって形成され得る。Ｒ１はテーパ面２１２ｃの曲率半径である。

図７は、第３変形例に係るケースの一部を模式的に示す図である。図７に示されるケース１０ｃは、側壁２１２と蓋２１４とを備える。ケース１０ｃでは、蓋２１４が第１の板状部分であり、側壁２１２が第２の板状部分である。側壁２１２は、本体部２１２ａと、本体部２１２ａよりも薄い端部２１２ｂとを備える。側壁２１２の本体部２１２ａと側壁２１２の端部２１２ｂとによって、側壁２１２の内面３１２ｄには段差部３１２ｓが形成されている。蓋２１４の端面３１４ｅは例えばＹＺ平面に平行な平面である。蓋２１４の内面３１４ａは例えばＸＹ平面に平行な平面である。

蓋２１４の端面３１４ｅは、例えばレーザ溶接等により側壁２１２の端部２１２ｂの位置における内面３１２ａに溶接されている。その結果、蓋２１４の端面３１４ｅと側壁２１２の端部２１２ｂの位置における内面３１２ａとの接合面には溶接部１０ｗが形成される。

蓋２１４の内面３１４ａは、側壁２１２の段差部３１２ｓの側面３１２ｂに当接している。蓋２１４は、蓋２１４の端面３１４ｅと蓋２１４の内面３１４ａとの間を接続するテーパ面３１４ｃを有している。テーパ面３１４ｃは、側壁２１２の内面３１２ｄから離れている。テーパ面３１４ｃは例えば平面である。テーパ面３１４ｃは、蓋２１４の端面３１４ｅ及び蓋２１４の内面３１４ａに対して傾斜してもよい。テーパ面３１４ｃは研削により形成され得る。

蓋２１４の外面３１４ｂは、側壁２１２の端部２１２ｂの端面３１２ｅと同一平面上にあってもよい。蓋２１４の外面３１４ｂは例えばＸＹ平面に平行な平面である。

側壁２１２は、側壁２１２の端部２１２ｂの位置における内面３１２ａと側壁２１２の段差部３１２ｓの側面３１２ｂとの間を接続するテーパ面３１２ｃを有してもよい。内面３１２ａは例えばＹＺ平面に平行な平面である。側面３１２ｂは例えばＸＹ平面に平行な平面である。テーパ面３１２ｃは凹状の曲面（例えば球面の一部）であってもよい。テーパ面３１２ｃはテーパ面３１４ｃに対向配置され得る。テーパ面３１２ｃは、内面３１２ａ及び側面３１２ｂに対して傾斜してもよい。テーパ面３１２ｃはつぶし加工により形成され得る。

蓋２１４の外面３１４ｂから蓋２１４の内面３１４ａまでの距離である蓋２１４の厚みがｔ１である。蓋２１４の厚み方向（Ｚ方向）におけるテーパ面３１４ｃの長さがＲ１である。側壁２１２の端部２１２ｂの厚みがｔ２である。この場合、ｔ１−Ｒ１＜ｔ２≦ｔ１を満たす。Ｒ１≦０．５ｔ１を満たしてもよい。蓋２１４の厚み方向における側壁２１２のテーパ面３１２ｃの長さがＲ２である。この場合、Ｒ２＜Ｒ１を満たしてもよい。Ｒ２はテーパ面３１２ｃの曲率半径である。側壁２１２の厚み方向（Ｘ方向）における段差部３１２ｓの高さがｔ３である。この場合、ｔ１＝ｔ２＋ｔ３及びＲ１＝０．５ｔ１を満たしてもよい。ｔ２＝ｔ３を満たしてもよい。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されない。

例えば、二次電池１００は、ケース１０に代えてケース１０ａ、１０ｂ又は１０ｃを備えてもよい。ケース１０ａ、１０ｂ及び１０ｃではケース１０と同様の作用効果が得られる。

ケース１０，１０ａにおいて、テーパ面１１４ｃは平面であってもよいし、テーパ面１１２ｃは曲面であってもよい。ケース１０ｂにおいて、テーパ面１１４ｃは平面であってもよいし、テーパ面２１２ｃは平面であってもよい。ケース１０ｃにおいて、テーパ面３１２ｃは平面であってもよいし、テーパ面３１４ｃは曲面であってもよい。

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…ケース、１２…ケース本体、１２ａ…ケース本体の側壁、１２ｅ…ケース本体の開口端部、１４…蓋、１４ａ…蓋の本体部（第２の板状部分の本体部）、１４ｅ…蓋の端部（第２の板状部分の端部）、２０…電極組立体、３０…正極、４０…負極、５０…セパレータ、１００…二次電池（蓄電装置）、１１２ａ…側壁の内面（第１の板状部分の内面）、１１２ｂ…側壁の外面（第１の板状部分の外面）、１１２ｃ…側壁のテーパ面（第１の板状部分のテーパ面）、１１２ｅ…側壁の端面（第１の板状部分の端面）、１１４ａ…蓋の端部の位置における内面（第２の板状部分の端部の位置における内面）、１１４ｂ…蓋の段差部の側面（第２の板状部分の段差部の側面）、１１４ｃ…蓋のテーパ面（第２の板状部分のテーパ面）、１１４ｄ…蓋の内面（第２の板状部分の内面）、１１４ｓ，３１２ｓ…段差部、２１２ａ…側壁の本体部（第２の板状部分の本体部）、２１２ｂ…側壁の端部（第２の板状部分の端部）、３１２ａ…側壁の端部の位置における内面（第２の板状部分の端部の位置における内面）、３１２ｂ…側壁の段差部の側面（第２の板状部分の段差部の側面）、３１２ｃ…側壁のテーパ面（第２の板状部分のテーパ面）、３１２ｄ…側壁の内面（第２の板状部分の内面）、３１４ａ…蓋の内面（第１の板状部分の内面）、３１４ｂ…蓋の外面（第１の板状部分の外面）、３１４ｃ…蓋のテーパ面（第１の板状部分のテーパ面）、３１４ｅ…蓋の端面（第１の板状部分の端面）。

Claims (7)

1. ケースと、
   前記ケース内に収容された電極組立体と、
   を備える蓄電装置であって、
   前記ケースは、開口端部を有する側壁を備えたケース本体と、前記開口端部を閉鎖する蓋と、を備え、
   前記電極組立体は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、を備え、
   前記側壁及び前記蓋の一方が第１の板状部分であり、前記側壁及び前記蓋の他方が第２の板状部分であり、
   前記第２の板状部分は、本体部と、前記本体部よりも薄い端部と、を備え、
   前記第２の板状部分の前記本体部と前記第２の板状部分の前記端部とによって、前記第２の板状部分の内面には段差部が形成されており、
   前記第１の板状部分の端面が、前記第２の板状部分の前記端部の位置における前記内面に溶接されることによって、前記第１の板状部分の前記端面と、前記第２の板状部分の前記端部の位置における前記内面との間に溶接部が設けられ、
   前記第１の板状部分の厚み方向及び前記第２の板状部分の厚み方向を含む平面における前記溶接部の断面が、溶接深さを底辺から頂点までの高さとする直角二等辺三角形の形状を有しており、
   前記第１の板状部分の内面は、前記第２の板状部分の前記段差部の側面に当接しており、
   前記第１の板状部分は、前記第１の板状部分の前記端面と前記第１の板状部分の前記内面との間を接続するテーパ面を有しており、
   前記第１の板状部分の外面から前記第１の板状部分の前記内面までの距離である前記第１の板状部分の厚みをｔ１、前記第１の板状部分の厚み方向における前記テーパ面の長さをＲ１、前記第２の板状部分の前記端部の厚みをｔ２とすると、ｔ１−Ｒ１＜ｔ２≦ｔ１を満たす、蓄電装置。
2. 前記テーパ面が平面である、請求項１に記載の蓄電装置。
3. Ｒ１≦０．５ｔ１を満たす、請求項１又は２に記載の蓄電装置。
4. 前記第２の板状部分は、前記第２の板状部分の前記端部の位置における前記内面と前記第２の板状部分の前記段差部の側面との間を接続するテーパ面を有しており、
   前記第１の板状部分の厚み方向における前記第２の板状部分の前記テーパ面の長さをＲ２とすると、Ｒ２＜Ｒ１を満たす、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電装置。
5. 前記段差部の高さをｔ３とすると、ｔ１＝ｔ２＋ｔ３及びＲ１＝０．５ｔ１を満たす、請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄電装置。
6. ｔ２＝ｔ３を満たす、請求項５に記載の蓄電装置。
7. 前記蓄電装置が二次電池である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の蓄電装置。

Images