CN106252534A - 密闭型电池和用于制造其的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及密闭型电池和用于制造其的方法。所述密闭型电池包括：具有开口的外壳本体；和闭塞所述开口的密封板，所述密封板通过焊接部分与所述外壳本体接合。所述焊接部分包括与所述外壳本体和所述密封板的边界面相交的焊接底面，并且所述焊接底面与深度方向大致正交。包含所述边界面的第一虚拟平面上的所述焊接部分的深度大于包含所述外壳本体的外表面的第二虚拟平面上的所述焊接部分的深度，所述外表面位于所述边界面在所述外壳本体的厚度方向上的相对侧。

Description

密闭型电池和用于制造其的方法
技术领域
本发明涉及一种密闭型电池和一种用于制造该密闭型电池的方法。
背景技术
电池的一种典型结构是由以隔板介于其间的状态层叠在一起的正极和负极形成的发电元件收纳在电池外壳内并且该电池外壳被密闭的结构(即，密闭型电池)。通常，对于这种密闭型电池，电池外壳的内部是通过在发电元件收纳在外壳本体内之后使用适当的密封部件(例如，密封板)闭塞(密闭)外壳本体的开口而密闭的。一种用于密闭该电池外壳的开口的方法例如包括将密封部件配置在闭塞该开口的位置，以及然后通过焊接使密封部件与该开口的边缘接合。
所述外壳本体的开口的边缘和密封部件之间的接头的形状通常是角接头，其中一个部件的边缘部与另一部件的内壁靠接。然后从由这两个部件形成的角的外侧焊接这两个部件的靠接部分。
当通过利用焊接将密封外壳本体的开口的密封部件(例如，密封板)与该开口的边缘接合来密闭电池外壳时，如果在外壳本体和密封部件的靠接部分处焊接部分(即，在焊接时已熔融且然后固化的熔融固化部；下同)的焊接深度不足，则外壳本体和密封部件(例如，密封板)之间的焊接强度可能下降。因而，例如，日本专利申请公报No.2009-218099(JP 2009-218099A)和日本专利申请公报No.11-104866(JP 11-104866 A)记载了用于增大该焊接强度的技术。
JP 11-104866 A记载了通过利用高输出、高会聚激光执行焊接并增大外壳本体和密封部件的靠接部分处的焊接部分的焊接深度来确保外壳本体和密封部件的靠接部分的焊接强度的技术。
然而，对于JP 11-104866 A中记载的技术，如果焊接位置(通常为激光照射位置)有偏差，则可能无法在外壳本体和密封部件的靠接部分(即，外壳本体和密封部件之间的边界)的焊接部分处确保期望的焊接深度。即，由于电池制造工序的变动(例如，焊接位置的变动、外壳和密封部件的尺寸的变动等)，可能无法充分地确保外壳本体和密封部件之间的边界处的焊接强度。
此外，如果焊接部分的焊接深度过大并且在焊接时已熔融的部位(即，熔融部)最终达到(最终贯通)电池外壳的内壁，则在焊接时飞溅的异物(通常为金属颗粒)最终可能进入电池外壳内。进入电池外壳内的异物(飞溅物)可能导致电池中的内部短路，并且因而是不希望有的。此外，如果所述焊接部分的焊接深度过大，则在熔融部固化之后容易残留气泡(空洞)，即，容易形成所谓的空隙(也称为“气孔”)。该空隙(空洞)降低了焊接部位的强度(焊接强度)，这引起焊接品质的下降且因此是不希望的。近年来，鉴于日益增大的电池容量和电池的轻量化等，外壳本体和密封部件已变得越来越薄。由于这一点，也存在难以如JP 11-104866 A中记载的那样仅通过增大焊接部分的焊接深度来确保充分的焊接强度的情形。
JP 2009-218099 A记载了通过为密封部件赋予预定形状来确保外壳本体和密封部件的边界(靠接部分)处的焊接部分的焊接深度的技术。对于JP2009-218099 A中记载的技术，外壳本体的非焊接部分和焊接部分的边界部分平行于外壳本体的厚度方向，并且外壳本体的非焊接部分和焊接部分的边界部分的面积小。通常，非焊接部分和焊接部分的边界部分的机械强度往往小于焊接部分的机械强度和被焊接部分的非焊接部分的机械强度。因此，对于JP 2009-218099 A中记载的技术，即使能增大外壳本体和密封部件的边界(靠接部分)的接合强度，也存在难以确保外壳本体的非焊接部分和焊接部分的边界部分处的充分焊接强度的情形。
发明内容
因而，本发明提供了一种密闭型电池，其中可稳定地确保外壳本体和密封部件之间的边界的接合强度，并且其中可减少被焊接部件的焊接部分和非焊接部分的边界部分处的破断。
本发明的第一方面提供了一种密闭型电池，所述密闭型电池包括：外壳本体，所述外壳本体具有用于收纳电极体的开口；和密封板，所述密封板闭塞所述开口，所述密封板通过包含所述外壳本体和所述密封板的边界面的一部分的焊接部分与所述外壳本体接合，并且所述焊接部分沿所述边界面设置。所述焊接部分包括焊接底面，所述焊接底面是在焊接的深度方向上的最深部，所述焊接的深度方向沿着所述边界面，所述焊接底面与所述边界面相交，并且所述焊接底面与所述深度方向大致正交。所述焊接部分到达第二部件的第一表面，所述第二部件是所述外壳本体和所述密封板之中的一个部件，所述第二部件的厚度方向与所述边界面垂直，所述第一表面是位于所述边界面在所述部件的厚度方向上的相对侧的表面。从第一位置到第一虚拟平面上所述焊接底面的距离大于从第二位置到第二虚拟平面上所述焊接部分在所述深度方向上的最深部的位置的距离。所述第一位置是所述焊接部分的外表面的位置，所述第一位置在所述第一虚拟平面上，所述第一虚拟平面包含所述边界面。所述第一虚拟平面与所述边界面平行。所述外表面是所述焊接部分的与所述密闭型电池的外侧相面对的表面。所述第二位置是这样的位置，即所述第二虚拟平面在该位置与从所述第一位置延伸的线相交。所述第二虚拟平面与所述边界面平行，所述第二虚拟平面包含所述第一表面。所述线沿与所述第二虚拟平面垂直的方向延伸。
在第一方面中，当从所述第一位置到所述第一虚拟平面上所述焊接底面的距离为D并且从所述第二位置到所述第二虚拟平面上所述焊接部分在所述深度方向上的最深部的位置的距离为d时，可满足d≤0.7×D。
在上述方面中，当作为所述外壳本体和所述密封板之中的一个部件的第一部件的厚度为W、沿所述边界面的方向对应于所述第一部件的厚度方向并且所述焊接底面在与所述边界面正交的方向上的长度为A时，可满足1≤W/A≤2。
根据该方面，通过使焊接部分具有焊接底部，能稳定地确保包含外壳本体和密封板之中的一个部件(以下称为第一部件)——其中沿边界面的方向对应于第一部件的厚度方向——和第二部件的边界面的平面上的焊接部分在沿边界面的焊接深度方向上的长度(即，长度D)。例如，即使电池制造工序中存在变动(例如，焊接位置的变动、外壳和密封板的尺寸的变动等)，也能针对包含第一部件和第二部件的边界面的平面上的焊接部分在沿边界面的焊接深度方向上的长度稳定地确保期望长度。即，能稳定地确保包含外壳本体和密封板的边界面的平面上的焊接部分的强度。此外，由于焊接部分延伸到第二部件的外表面(该外表面是位于第一部件和第二部件之间的边界面在厚度方向上的相对侧的外表面)并且满足d≤0.7×D，所以增大了焊接部分和第二部件的非焊接部分之间的边界的面积。即，能减少焊接部分和第二部件的非焊接部分的边界部分处的破断。
在上述方面中，所述厚度W可在1mm以下。
根据该方面，能充分地确保焊接部分和第二部件的非焊接部分之间的边界的面积。因此，即使使用薄的第二部件，也能减少焊接部分和第二部件的非焊接部分的边界部分处的破断。
在上述方面中，所述距离D可在2mm以下。
根据该方面，即使电池制造工序中存在变动，也能针对包含第一部件和第二部件的边界面的平面上的焊接部分在沿边界面的焊接深度方向上的长度(即，长度D)确保期望长度。因此，考虑电池制造工序的变动而将焊接部分在其焊接深度方向上的长度设定为大于期望长度的必要性低。根据上述结构，能抑制空隙(气孔)的形成并且能抑制异物(飞溅物)进入电池外壳内。
在上述方面中，所述第一部件可以是所述密封板，而所述第二部件是所述外壳本体。
典型地，密封板的厚度被设定为大于外壳本体的厚度。因此，通过使第一部件为密封板，能针对包含外壳本体和密封板的边界面的平面上的焊接部分在沿边界面的焊接深度方向上的长度(即，长度D)比较容易地确保包含外壳本体和密封板的边界面的平面上的焊接部分的充分长度以确保焊接部分的强度(破坏强度)。此外，对于本发明的该方面的密闭型电池，能减少焊接部分和作为第二部件的外壳本体的非焊接部分的边界部分处的破断。即，对于上述方面的密闭型电池，可以提供在外壳本体和密封板通过焊接而接合在一起的部分处确保充分的破坏强度的密闭型电池。
此外，本发明的第二方面涉及一种用于制造任一本文中披露的密闭型电池的方法。该第二方面包括：通过激光焊接将所述外壳本体和所述密封板接合在一起。所述激光焊接包括将三个以上相互独立的激光束在激光照射部位沿所述边界面在与焊接的进行方向正交的方向上排成一列，以及同时照射所述三个以上的激光束以使得所述三个以上的激光束全都是相同输出。
根据该第二方面，通过使用三个以上相互独立的激光束的适当组合并在作为被焊接部件的密封板和外壳本体处适当地照射这些激光束，能将通过这些激光束熔融的部分(即，熔融部已固化的焊接部分)的形状控制为期望形状。结果，能制造出确保了包含外壳本体和密封板的边界面的平面上的焊接部分的强度并且减少了被焊接部件的焊接部分和非焊接部分的边界部分处的破断的密闭型电池。即，能提供针对外壳本体和密封板通过焊接接合在一起的部分确保充分的破坏强度的密闭型电池。
附图说明
下面将参照附图说明本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相似的附图标记表示相似的要素，并且其中：
图1是示出根据本发明的一个示例性实施方式的电池的外形的架构模式的透视图；
图2是示出根据本发明的示例性实施方式的电池的外壳本体和密封板之间的关系的架构模式的视图；
图3是示出图1所示的电池的密封板和外壳本体(第一部件和第二部件)的接合部位的架构模式的视图，其是与密封板和外壳本体(第一部件和第二部件)的边界面正交的截面的剖视图；
图4是示出根据本发明的示例性实施方式的电池的焊接部分的形状的架构模式的视图，其是与密封板和外壳本体(第一部件和第二部件)的边界面正交的截面的剖视图；
图5是示出用于通过焊接将外壳本体和密封板接合在一起的方法的一个示例性实施方式的架构模式的视图，其中激光照射位置是从激光照射方向看去的；
图6是示出根据试验例中所示的[焊接方法2]的激光照射程序的架构模式的视图，其中激光照射位置是从激光照射方向看去的；
图7是示出根据试验例中所示的[焊接方法3]的激光照射程序的架构模式的视图，其中激光照射位置是从激光照射方向看去的；
图8是示出根据试验例中所示的[焊接方法4]的激光照射程序的架构模式的视图，其中激光照射位置是从激光照射方向看去的；
图9是示出试验例中所示的破坏试验程序的架构模式的视图；以及
图10是示出根据本发明的另一示例性实施方式的电池的外形的架构模式的透视图。
图11是示出对根据各试验例的电池的电池外壳进行的破坏试验的结果的表。
图12是示出对根据各试验例的电池的电池外壳进行的破坏试验的结果的表。
图13是示出对根据各试验例的电池的电池外壳进行的破坏试验的结果的表。
具体实施方式
以下将适当参照附图说明本发明的示例性实施方式。在本说明书中，实施本发明所需的未特别提及的事项可理解为本领域的技术人员基于该领域中的相关技术把握的设计事项。可基于本领域中的技术常识和本说明书中披露的内容来实施本发明。在下述附图中，将使用同样的附图标记来表示具备相同作用的部件和部位。此外，附图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)不反映实际的尺寸关系。
根据本发明的示例性实施方式的电池是其中电池外壳的密封板和外壳本体如上所述通过焊接接合在一起的密闭型电池，并且特征在于焊接部分的形状。因此，电解质和电极体的类型和结构不受特别限制。由本发明的示例性实施方式提供的电池的典型例子包括各种各样的一次电池和二次电池等。这里，“二次电池”这个用语是指一般而言能反复地进行充放电的电池并且包括所谓的化学电池例如锂二次电池、钠二次电池和镍金属氢化物二次电池，以及物理电池如电气双层电容器。
这里，本文中披露的密闭型电池的总体结构是其中包括正极和负极的电极体连同未示出的电解质一起收纳在电池外壳中的密闭型电池，与常规电池相似。该电池外壳包括外壳本体和密封板，作为发电元件的电极体收纳在所述外壳本体内。该电池外壳的形状不受特别限制，并且可以呈圆筒形或方形等。
在下文中，尽管并非旨在特别地加以限制，但将使用图1所示的方形的密闭型电池100作为示例来详细说明根据本发明的电池的结构。
图1是根据本示例性实施方式的密闭型电池100的外形的透视图。如图中所示，电池外壳30是包括外壳本体32和密封板34的方形外壳。如图1和2所示，外壳本体32是包括构成外壳本体的侧面的侧壁36和未示出的底部的长方体形状的壳体。该外壳本体32具有用于在一端(其在电池处于通常使用状态时对应于上端部)处收纳电极体的矩形开口50。开口端面52在侧壁36的上表面上水平地伸出。开口端面52形成在构成该开口50的周缘的侧壁36的上表面上。
密封板34是闭塞外壳本体32的开口50的板状部件。这里，密封板34可具有大体矩形。此外，如图1和2所示，用于外部连接的正极端子42和负极端子44在密封板34上设置成使得这些端子中的每个端子的一部分从密封板34的外表面(即，当外壳本体32的开口50被闭塞时位于电池外壳30的外侧的表面；下同)突出到电池100的外部。此外，在密封板34中设置有用于将电池外壳30内部产生的气体排出到电池外壳的外部的安全阀31和用于将电解质注入电池外壳内的未示出的注入口。
外壳本体32和密封板34的材质不受特别限制，只要是能被焊接的材料即可。例如，外壳本体32和密封板34可由金属制成。特别地，优选既轻量化又具有优良导热性的金属材料。这种金属材料的例子包括铝、不锈钢和镀镍钢等。再更加优选的材料是既轻量化又具有良好导热性的铝或铝合金。此外，外壳本体32和密封板34两者可由相同或不同的材质制成。相同材质的外壳本体32和密封板34将具有相同的物理特性，例如热导率和熔点，因此金属由于焊接的热而发生的熔融不会存在偏差，这是优选的。在本示例性实施方式中，外壳本体32和密封板34两者都由铝制成。
电池外壳30配备有密封板34以闭塞外壳本体32的开口50。例如，如图1和2所示，能通过将密封板34插入(嵌入)外壳本体32的开口50中来闭塞外壳本体32的开口50。此时，外壳本体32和密封板34配置成使得密封板34的外表面38与外壳本体32的开口端面52齐平(即，处于这些位于同一平面上的状态)，如图3所示。或者，例如，如图10所示，也可通过将密封板34置于开口端面52的上方来闭塞外壳本体32的开口50。此时，外壳本体32和密封板34配置成使得外壳本体32的侧壁36的外壁面与密封板34的周缘侧面齐平(即，处于这些位于同一平面上的状态)。或者，例如，密封板34的周缘和/或形成外壳本体32的开口的侧壁可呈预定形状形成，并且这两个部件可嵌合在一起。然后，通过在沿边界面的方向上进行焊接而在包含外壳本体32和密封板34的边界面的一部分的预定区域处将外壳本体32和密封板34接合在一起。结果，密封板34没有任何间隙地闭塞外壳本体32的开口50，从而使得电池外壳30能够被密闭。
以下将利用作为被焊接部件的外壳本体32和密封板34之中的一个部件说明外壳本体32和密封板34被焊接之处的焊接部分(焊接结构)，其中沿外壳本体32和密封板34的边界面的方向对应于作为第一部件60的被焊接部件和作为第二部件62的另一部件的厚度方向。在本示例性实施方式中，将说明密封板34是第一部件60且外壳本体32是第二部件62的示例。
第一部件60和第二部件62如图3所示在其宽表面(60a和62a)彼此正交的方向上靠接在一起。此时，第一部件60的侧面60b与第二部件62的位于电池外壳30内侧的宽表面62a的端部靠接，使得第二部件62的宽表面62b与第一部件60的位于电池外壳30外侧的宽表面60a齐平。该靠接可以是其中第一部件60的与第二部件62对向的侧面60b和第二部件62的与第一部件60对向的宽表面62a两者都平坦的两个部件的靠接，或者可通过将其中至少一个形成为具有预定形状的两个部件嵌合在一起来实现第一部件60和第二部件62的靠接。
如图4所示，第一部件60和第二部件62通过在沿边界面64的方向上焊接而在包含第一部件60和第二部件62的边界面64的一部分的预定区域接合。以下，关于通过该焊接形成的焊接部分70的焊接深度方向，除非另外特别地说明，否则沿第一部件60(密封板34)和第二部件62(外壳本体32)的边界面64的方向将被说明为焊接深度方向。将第一部件60和第二部件62焊接在一起的焊接部分70具有作为在焊接的深度方向上的最深部分并且大致平行于与焊接的深度方向正交的虚拟平面的焊接底面72，如图中所示。即，焊接底面72大致垂直于焊接的深度方向。由于焊接部分70具有该焊接底面72，即使电池的制造工序中发生偏差，也可以在包含第一部件60和第二部件62的边界面64的平面上确保焊接部分70在焊接深度方向上的长度(图4中表示为“D”)。结果，能稳定地确保焊接部分70在包含第一部件60和第二部件62的边界面64的平面上的强度。从在包含第一部件60和第二部件62的边界面64的平面上确保焊接部分70在焊接深度方向上的长度的观点来看，焊接底面72优选配置在与包含第一部件60和第二部件62的边界面64的平面相交(正交)的位置。例如，当焊接底面72由包含第一部件60和第二部件62的边界面64的平面划分时，焊接底面72优选配置成使得焊接底面72的至少10％(更优选20％、更加优选40％，并且再更加优选50％)位于第一部件60侧或第二部件62侧。
这里，焊接底面72“大致平行”于与焊接深度方向正交的虚拟平面不仅限于其完全平行的情形。即，“大致平行”还包括焊接底面72看上去接近平行于与焊接深度方向正交的虚拟平面的情形。类似地，“大致正交”不仅限于完全正交。“大致正交”包含看上去接近正交的状态。例如，焊接底面72不限于完全平坦的面，而是可具有微小的凹凸。因此，对于焊接底面72，当设定焊接底面72的近似平面时，可允许与该近似平面偏离约30μm以下(优选15μm以下)的凹凸(偏差)。此外，对于焊接底面72，可允许焊接底面的近似平面相对于虚拟平面的在-10度至+10度的范围内的倾斜。
如图4所示，焊接部分70延伸到第二部件62的外表面，该外表面是位于第一部件60的边界面64在厚度方向上的相对侧的外表面(以下也可将该外表面简称为“第二部件62的外侧宽表面62c”)。这里，焊接部分70的比焊接底面72更靠近第二部件62的外侧宽表面62c的部分在焊接深度方向上的长度随着越靠近第二部件62的外侧宽表面62c而变得越小(即，该部分处的焊接深度越浅)。也就是，在第二部件62的外侧宽表面62c处焊接部分70和第二部件62的非焊接部分之间的边界74定位成比焊接底面72更靠近焊接部分的外表面侧(通常为被施加热能的表面侧)。因此，与焊接部分70和第二部件62的非焊接部分之间的边界74平行于第二部件62的厚度方向时(即，焊接底面72延伸到第二部件62的外侧宽表面62c时)相比，能增大焊接部分70和第二部件62的非焊接部分之间的边界74的面积。结果，能减少焊接部分70和第二部件62的非焊接部分的边界部分处的破断。
这里，如图4所示，在包含第一部件60和第二部件62的边界面64的平面上焊接部分70在焊接深度方向上的长度为D(mm)。即，长度D是指从包含边界面64并且平行于边界面64的第一虚拟平面上的作为焊接部分70的外表面的位置的第一位置到第一虚拟平面上的焊接底面72的距离。这里，焊接部分70的外表面是所述焊接部分的面向所述密闭型电池的外部的表面。从包含第一部件60和第二部件62的边界面64的平面上的焊接部分70的外表面76到焊接部分70和第二部件62的非焊接部分之间在第二部件62的外侧宽表面62c处的边界74在焊接深度方向上的距离为d(mm)。即，距离d是从第二位置(自第一位置沿与包含第一位置且平行于边界面64的第二虚拟平面垂直的方向延伸的线在第二位置与第二虚拟平面相交)到第二虚拟平面上的焊接部分在深度方向上的最深部分的位置的距离。当第二部件62的厚度为W(mm)且焊接底面72在与第一部件60和第二部件62的边界面64正交的方向上的长度为A(mm)时，这些满足以下关系：d≤0.7×D，且1≤W/A≤2。第二部件62的厚度W是第二部件62的与第一部件60对向的部分的厚度。
通过如上所述使W/A≤2，即使电池制造工序中存在变动(例如，第一部件60和第二部件62的尺寸的变动或焊接位置的变动)，也能稳定地确保在包含第一部件60和第二部件62的边界面64的平面上焊接部分70在焊接深度方向上的长度(即，焊接深度，长度D)。即，能稳定地确保在包含第一部件60和第二部件62的边界面64的平面上焊接部分70的强度。
另一方面，如果W/A过小(即，如果A相对于W而言过大)，则无法充分地确保焊接部分70的比焊接底面72更靠近第二部件62的外侧宽表面62c的部分，即焊接部分70的在焊接深度方向上的距离随着越靠近第二部件62的外侧宽表面62c而变得越小(即，焊接深度变得越浅)的部分。因此，焊接部分70和第二部件62的非焊接部分之间的边界74的面积将倾向于小。此外，如果距离d相对于长度D而言过大，则无法充分发挥在焊接部分70的比焊接底面72更靠近第二部件62的外侧宽表面62c的部分处由于减小在焊接深度方向上的长度(即，由于焊接深度变浅)而增大焊接部分70和第二部件62的非焊接部分之间的边界74的面积的效果。因此，通过使1≤W/A且d≤0.7×D，能确保足以抑制焊接部分70和第二部件62的非焊接部分的边界部分处的破断的面积作为焊接部分70和第二部件62的非焊接部分之间的边界74的面积。
这里，第二部件62的厚度W不受特别限制，但通常它可在1.5mm以下(例如，1.0mm以下)。对于本文中披露的技术，即使使用厚度小的第二部件62，也能确保足以抑制焊接部分70和第二部件62的非焊接部分的边界部分处的破断的面积作为焊接部分70和第二部件62的非焊接部分之间的边界74的面积。另一方面，如果使用过薄的第二部件62，则第二部件62的强度将倾向于不足。因此，第二部件62的厚度W通常可在0.3mm以上。例如，第二部件62的厚度W可在0.4mm至0.5mm的范围内。
第一部件60的厚度(称为“与第二部件62对向的部分的第一部件60的厚度”)不受特别限制。通常，第一部件60的厚度可大于第二部件62的厚度。通过将第一部件60的厚度设定得大，能将在包含第一部件60和第二部件62的边界面64的平面上焊接部分70在焊接深度方向上的距离(即，长度D)设定得大。例如，第一部件60的厚度可为第二部件62的厚度的约三至四倍。更具体地，第一部件60的厚度可处于0.9mm以上(例如，1.2mm以上)到6mm以下(例如，4mm以下)的范围内。
在包含第一部件60和第二部件62的边界面64的平面上焊接部分70在焊接深度方向上的长度(即，长度D(mm))不受特别限制，只要在包含第一部件60和第二部件62的边界面64的平面上焊接部分70处能确保充分强度即可。例如，该长度D(mm)可以与第二部件62的厚度W(mm)大致相同或大于所述厚度W。优选地，可将长度D(mm)设定在大于第二部件62的厚度W到第二部件62的厚度W(mm)的1.5倍以下的范围内(即，在W＜D≤1.5×W的范围内)。这里，如果长度D相对于第一部件60的厚度而言过大，则焊接部分70可能贯通第一部件60，这是不希望的。因此，优选将长度D设定成在第一部件60的厚度的2/3以下(更优选地，1/2以下)。从避免焊接部分70中诸如空隙的焊接缺陷的观点看，也不希望过大的长度D。从这些观点看，可在例如0.3mm以上(更优选地，0.4mm以上)到2mm以下(更优选地，1mm以下)的范围内设定长度D。典型地，长度D可以是约0.6mm。
这里，对于典型的密闭型电池，如图1或图10所示，密封板34设置有正极和负极外部端子(42和44)、用于将电解质注入电池外壳内的注入口(未示出)以及安全阀31等。通常，密封板34的厚度被设定得大，这是因为在制造和使用时外力可能施加至这些部分。即，通常，密封板34的厚度被设定为大于外壳本体32的厚度。因此，第一部件60优选可以是密封板34，而第二部件62优选可以是外壳本体32。即，如图3和4所示，能通过使密封板34的侧面60b(密封板34的周缘侧面)与外壳本体32的侧壁36的内壁面靠接并且利用焊接使包含外壳本体32和密封板34的边界面64的一部分的预定区域接合来密闭电池外壳30的内部。更具体地，如图1和图2所示，密封板34能够被嵌入由外壳本体32的侧壁36形成的开口50中。
收纳在电池外壳30内的电极体可以与常规电池的电极体相同，并且不受特别限制。典型地，可采用正极和负极通过隔板电气地隔离(绝缘)的结构。例如，电极体可以是层叠电极体或卷绕电极体。例如，电极体可以是通过将长形正极和长形负极经由两个长形隔板(例如，多孔的聚烯烃树脂板片)重叠并在纵长方向上卷绕它们、然后从与卷绕轴线正交的方向挤压并压扁卷绕体而形成为扁平形状的扁平型卷绕电极体。正极例如可以是在正极集电体(例如，铝箔)的一面或两面上形成有包含正极活性物质的正极活性物质层的电极。此外，负极例如可以是在负极集电体(例如，铝箔)的一面或两面上形成有包含负极活性物质的负极活性物质层的电极。
此外，收纳在电池外壳30内的电解质也可以与用于常规电池中的电解质相同并且不受特别限制。例如，电解质可以是在适当的非水溶剂(有机溶剂)中包含支持盐(支持电解质)的非水电解质。
这里，可以无限制地使用与用于常规的一般电池中相同的构成电极体的部件(例如，正极、负极和隔板等)和材料以及上述电解质。构成电极体的材料等和电解质的组分等不构成本发明的特征，因此将省略其详细说明。
接下来，将适当参照附图说明与根据本发明的示例性实施方式的密闭型电池的制造方法有关的用于制造具有上述结构的密闭型电池100的工序的一个示例性实施方式。本发明的密闭型电池的制造方法决不限于下述示例性实施方式。
本文中披露的密闭型电池100的制造方法包括通过焊接将外壳本体32和密封板34接合在一起。在下文中，密封板34是第一部件60且外壳本体32是第二部件62的模式将作为例子被说明。
首先，用密封板34闭塞外壳本体32的开口50。例如，如图2所示，准备在一端(其在电池处于通常使用状态时对应于上端部)处具有用于收纳电极体的开口50的外壳本体32和具有闭塞开口50的形状的密封板34。然后，使用密封板34闭塞外壳本体32的开口50。更具体地，如图3所示，将密封板34和外壳本体32在宽表面(60a和62a)彼此正交的方向上靠接在一起。此时，密封板34的侧面60b(即，密封板34的周缘侧面)与外壳本体32的侧壁36的内壁面靠接，使得外壳本体32的开口端面52与密封板34的外表面38齐平。例如，密封板34可嵌入外壳本体32的开口50中。
接下来，通过焊接将外壳本体32和密封板34接合在一起。通过从电池外壳30的外部在沿外壳本体32和密封板34的边界面64的方向上、即在与供外壳本体32和密封板34靠接在一起的齐平面正交的方向上施加热能来进行该焊接。即，向作为被焊接部件的外壳本体32和密封板34施加热能的方向(通常为激光照射方向)与焊接的深度方向一致。此外，通常沿外壳本体32和密封板34的边界面64来回进行焊接。在下文中，焊接进行的方向将被称为“焊接方向”。
用于将电极体和电解质收纳在电池外壳30中的程序不受特别限制。例如，可通过按预定程序将电极体安装在密封板34上并在使用密封板34闭塞外壳本体32的开口50时将电极体插入外壳本体32中来将电极体收纳在电池外壳30内。此外，可通过从形成在密封板34中的注入口将电解质注入电池外壳30内来将电解质收纳在电池外壳30内。这里，可使用上述电极体和非水电解质。
在下文中，将详细说明用于将外壳本体32和密封板34焊接在一起的程序。在以下说明中，密封板34将被说明为第一部件60，而外壳本体32将被说明为第二部件62。
通常通过使用各种激光中的任一种(典型地为激光束)的激光焊接或使用电子束的电子束焊接来进行焊接。可以无特别限制地使用各种激光器例如气体激光器、固体激光器、液体激光器、半导体激光器或纤维激光器中的任一种作为该激光器。例如，可优选使用YAG激光器、YVO4激光器、CO2激光器、半导体激光器或纤维激光器等。
这里，焊接如此进行，使得焊接部分70延伸到位于第一部件60和第二部件62的边界面64在厚度方向上的相对侧的表面，该表面是第二部件62的外表面(即外侧宽表面62c)。来自焊接的输入热通常沿与激光照射方向正交的方向——即沿与第一部件60和第二部件62的边界面64正交的方向(即，沿第二部件62的厚度方向)——传递(热传递)。然后，当来自焊接的输入热被传递并且第二部件62的角部熔融时，输入热沿第二部件62的外侧宽表面62c在焊接深度方向上传递。因此，焊接部分70能通过利用焊接施加充分的输入热而到达第二部件62的外侧宽表面62c。
这里，如图5所示，焊接通常进行为使得互相独立的三个以上(例如，四个以上)的激光束(图中的1至4)在激光照射部位成一列排列在与焊接方向正交的方向上。即，使用平行或大致平行于焊接方向行进的三个以上的激光束进行焊接。图中的虚线是表示激光束的路径的虚拟线(后述图6至8同样如此)。通常，利用各激光束连续进行小孔焊接(连续焊接)。此时，被照射激光束的激光照射部位周围的被焊接部件能通过来自激光焊接的输入热向其传递而熔融。即，相邻的激光束的激光照射部位之间的被焊接部件能通过来自激光焊接的输入热向其传递而熔融。因此，通过以使利用激光束熔融的各部分重叠的间隔配置多个激光束，用多个激光束熔融的各熔融部分互相一体化，从而形成单个熔融部分。然后，能通过熔融部分凝固来形成具有期望形状的焊接部分70。因此，能通过调节各激光束之间的间隔和激光强度等来形成具有焊接底面72的焊接部分70，焊接底面72是在焊接的深度方向(即，激光照射方向)上的最深部分并且大致平行于与焊接的深度方向正交的虚拟平面。各激光束的间隔和激光强度等可根据作为被焊接部件的外壳本体32和密封板34的材质和厚度以及焊接的深度等而改变，且因此不受特别限制，并且仅需被调节为处于使得能够形成焊接底面72的范围内。从形成焊接底面72的观点看，三个以上的激光束优选等间隔地配置，并且各激光束优选被同时照射以便全都为相同的激光强度。这里提到的激光强度是指激光的输出量。
从将焊接部分70的形状控制为期望形状(例如，上述形状，典型地为图4所示的形状)的观点看，优选使用激光照射直径小的激光束。例如，可优选采用以光纤为介质的纤维激光器，这是因为激光束的照射直径小(集光直径小)且光束品质优良。激光束的激光照射直径不受特别限制，但优选0.01mm以上(优选0.03mm以上)和0.1mm以下(优选0.08mm以下)的范围。
这里，优选将激光照射位置调节成使得排列成一列的多个激光束照射在第一部件60和第二部件62两者处。优选将激光束的照射位置调节成使得多个激光束在并列方向上的中心与第一部件60和第二部件62的边界面64的偏离在多个激光束在并列方向上的长度的40％以下(更优选30％以下，更加优选20％以下，并且再更加优选10％以下)。例如，各激光束排列成使得多个激光束在并列方向上的中心与第一部件60和第二部件62的边界面64的偏离在0.2mm以下(更优选在0.1mm以下)。更优选地，各激光束的激光照射位置被设定成使得多个激光束的排列中心与第一部件60和第二部件62的边界面64一致。
能通过改变激光束的数量、激光束的间隔、激光束的输出强度、激光照射的时点、激光束的照射直径和激光束的照射位置等来控制焊接部分70的形状。例如，可通过例如增加激光束的数量、拓宽激光束间隔或使用激光照射直径比较大的激光束等来增大焊接底面72在与第一部件60和第二部件62的边界面64正交的方向上的长度(即，焊接底面72的长度A)。
此外，可通过例如增大激光束的输出强度或使激光束间隔更窄等来增大焊接部分70的焊接深度(典型地为在包含第一部件60和第二部件62的边界面64的平面上焊接部分70在焊接深度方向上的长度，即上述长度D)。
此外，关于多个激光束之中配置成最靠近第二部件62的外侧宽表面62c的激光束，可通过例如使激光束的照射位置更靠近第二部件62的外侧宽表面62c或增大激光束的输出强度等来增大从包含第一部件60和第二部件62的边界面64的平面上的焊接部分70的外表面到焊接部分70和第二部件62的非焊接部分之间在第二部件62的外侧宽表面62c上的边界74在焊接深度方向上的距离(即，上述距离d)。
本文中披露的密闭型电池是这样的密闭型电池，其中外壳本体和密封板通过焊接接合在一起，可稳定地确保外壳本体和密封板之间的边界处的接合强度，并且可减少被焊接部件的非焊接部分和焊接部分的边界部分处的破断。例如，即使制造工序中存在变动(例如，外壳本体和密封板的尺寸的变动，或焊接位置的变动等)，也能发挥外壳本体和密封板的焊接部分的高级别强度(典型地为破坏强度)。即，本文中披露的电池是电池外壳的内部被非常可靠地气密密封的电池。因此，该电池可被适当地用作装设在诸如插电式混合动力车辆(PHV)、混合动力车辆(HV)或电动车辆(EV)等车辆中的驱动用电池。此外，根据本发明，提供了一种车辆，其中本文中披露的电池优选被设置为动力源(典型地为其中多个电池电连接在一起的电池组)。
在下文中，将说明与本发明有关的实施例(试验例)，但本发明决不限于该实施例(试验例)。
<外壳本体和密封板的焊接>
通过下述程序利用密封板闭塞电池的外壳本体。首先，准备由具有以A1050-O的JIS表示的合金序号的铝合金制成并且厚1.4mm的密封板。此外，准备由具有以A3003-O的JIS表示的合金序号的铝合金制成并且厚0.4mm的外壳本体。然后，在通过预定程序将作为发电元件的电极体安装在密封板上之后，将电极体插入到外壳本体中，并且将密封板嵌入外壳本体的开口中以便形成盖。更具体地，将外壳本体和密封板配置成使得密封板的外周侧面与外壳本体的侧壁的内壁面靠接，并且使密封板的外表面与电池外壳的开口端面齐平(即，使得这些处于同一平面上)。即，这里，密封板为第一部件，而外壳本体为第二部件。然后，通过以下焊接方法1至焊接方法4中的任一者在沿外壳本体和密封板的边界面的方向上将包含所述边界面的一部分的预定区域焊接并接合。结果，制得了共计22种电池(例1至22)，每种电池都具有不同形状的焊接部分。
[焊接方法1]
现在将说明焊接方法1。图5是示出焊接方法1中的激光照射位置的架构模式的视图。为了焊接，准备各自都具有0.04mm的光束直径(激光照射直径)的四个纤维激光器，并且以将各激光束(图中的1至4)在激光照射位置在与焊接方向正交的方向上排成一列的状态使用这些纤维激光器。这些激光束1至4以400mm/秒的速度(焊接速度)并列行进，其中四个激光束1至4同时照射以便全都为相同的激光强度。通过使用激光束1至4连续进行小孔焊接来进行焊接。此外，沿外壳本体32和密封板34的边界面64来回进行焊接。这里，激光强度和各激光束的间隔被设定在这样的范围内，在该范围内，焊接部分具有作为在焊接的深度方向上的最深部并且大致平行于与焊接的深度方向正交的虚拟平面的焊接底面，并且焊接部分具有延伸到外壳本体(第二部件)的外表面的形状，所述外表面是位于密封板(第一部件)的边界面在厚度方向上的相对侧的表面。将激光照射位置调节成使得四个激光束在并列方向上的中心与外壳本体32和密封板34的边界面64一致。此外，通过适当地调节激光强度和各激光束的间隔，在焊接部分的形状不同的共计10种焊接条件下进行焊接(例1至例10)。
[焊接方法2]
接下来将说明焊接方法2。在焊接方法2中，如图6所示，除激光照射位置向外壳本体32侧移动0.1mm外通过与上述焊接方法1相同的程序在焊接部分的形状不同的共计10种焊接条件下进行焊接(例11至20)。更具体地，根据例11的电池是通过在制造根据例1的电池时的焊接条件下使激光照射位置移动而制造的，并且类似地，根据例12、13、...20的电池是通过在制造根据例2、3、...10的电池时的焊接条件下使激光照射位置移动而制造的。
[焊接方法3]
接下来将说明焊接方法3。在焊接方法3中，如图7所示，将光束直径(激光照射直径)为0.3mm的纤维激光器(图7中的附图标记5)单独用于焊接，并且照射激光束以使得激光束5的中心与外壳本体32和密封板34的边界面64一致。此外，通过沿外壳本体32和密封板34的边界面64以400mm/秒的速度(焊接速度)来回连续焊接来进行焊接(例21)。
[焊接方法4]
接下来将说明焊接方法4。在焊接方法4中，除激光照射位置向外壳本体侧移动0.1mm外通过与上述焊接方法3相同的程序进行焊接(例22)。
<焊接部分的形状>
关于根据上述例1至22的电池的焊接部分的形状，图11至13是在与外壳本体32和密封板34的边界面正交的方向上的剖视图，所述方向是沿焊接部分70的焊接深度方向的方向。此外，测量i)在包含外壳本体32和密封板34的边界面的平面上焊接部分70在焊接深度方向上的深度(D(mm))，ii)从包含外壳本体32和密封板34的边界面的平面上的焊接部分70的外表面到焊接部分70和外壳本体32的非焊接部分之间在外壳本体32的外表面(该外表面位于外壳本体32和密封板34的边界面在厚度方向上的相对侧)上的边界在焊接深度方向上的距离(d(mm))，iii)外壳本体32的厚度(W(mm))，和iv)焊接底面在与外壳本体32和密封板34的边界面正交的方向上的长度(A(mm))。针对根据各例的电池，上述d相对于D的大小和上述A相对于W的大小在图11至13中被示出。
<破坏试验>
接下来，对根据上述各例的电池的电池外壳进行下述破坏试验(参见图9)，以确认外壳本体32和密封板34的焊接部分70的强度。首先，对于各电池的电池外壳，沿与外壳本体32和密封板34之间的边界正交的方向——该方向是沿焊接部分70的焊接深度方向的方向——切断包含焊接部分的部分，并且切出包含焊接部分的厚度为5mm的试验片。接下来，针对各例中的试验片，将密封板34固定，在沿密封板34和外壳本体32的边界面的方向(即，沿焊接部分的焊接深度方向的方向)上拉曳外壳本体32(即，施加拉力)，并且测量焊接部分70破断时的拉伸强度(N)。此外，关于由于拉伸而破坏的破断部分的长度(mm)，测量从切断面观察试验片时的长度，并且通过将拉伸强度(N)除以破断部分的长度(mm)来获得破坏强度(N/mm)。针对根据各例的电池，进行上述破坏试验，并且外壳本体32的破断部分在焊接部分破断之后的形状在图11至13中的相应栏中被示出。针对根据各例的电池制造十个电池，并对各电池执行破坏试验。此外，10个电池的平均测定破坏强度为35N/mm以上的那些电池被给出评价“O”，而10个电池的平均测定破坏强度低于35N/mm的那些电池被给出评价“X”。结果在图11至13中的相应栏中被示出。
如图11和12所示，例1至9和11至14具有高破坏强度。对于这些例子，焊接部分的形状是这样的，即，在焊接部分在焊接深度方向上的最深部上具有大致平行于与焊接的深度方向正交的虚拟平面的焊接底面，并且外壳本体和密封板的边界面与焊接底面相交。因此，能对包含外壳本体和密封板的边界面的平面上的焊接部分确保期望的焊接深度，从而认为能抑制包含外壳本体和密封板的边界面的平面上的焊接部分处的破断。此外，在例1至9和11至14中，焊接部分的形状为d≤0.7×D。因此，能充分地确保焊接部分和外壳本体的非焊接部分之间的边界的面积，因此认为能抑制焊接部分和外壳本体的非焊接部分的边界部分处的破断。
这里，在焊接部分的形状是在焊接部分在焊接深度方向上的最深部上具有大致平行于与焊接的深度方向正交的虚拟平面的焊接底面的形状的例1、3和5中，破坏强度高于不具有所述焊接底面的例21的破坏强度。在各例1、3、5和21中，焊接部分在焊接深度方向上的最深部位于包含外壳本体和密封板的边界面的平面上(即，焊接部分在焊接深度方向上的最深部与外壳本体和密封板的边界面相交)，并且d＝0.3×D。即，确认了能通过将焊接部分成形为使得它具有焊接底面来提高焊接部分的强度(破坏强度)。可认为这是由于通过设置焊接底面增大了焊接部分和外壳本体的非焊接部分之间的边界的面积。
另一方面，例10、15至20和22具有低破坏强度。在例15和16中，外壳本体和密封板的边界面不与焊接部分的焊接底面相交，即，焊接部分在焊接深度方向上的最深部未位于包含外壳本体和密封板的边界面的平面上。因此，包含外壳本体和密封板的边界面的平面上的焊接部分的焊接深度小于期望深度(这里，0.6mm)，可认为这是在外壳本体和密封板的边界面处容易发生破断的原因。对于例22，同样，类似地，焊接部分在焊接深度方向上的最深部偏离包含外壳本体和密封板的边界面的平面，可认为这是外壳本体和密封板的边界面处容易发生破断的原因。此外，在例10和17至20中，焊接部分的形状为d＞0.7×D，因此焊接部分和外壳本体的非焊接部分之间的边界的面积小，可认为这是焊接部分和外壳本体的非焊接部分的边界部分处容易发生破断的原因。
在W/A≤2的例1至4中，即使激光照射位置有偏差(例11至14)，也能稳定地确保包含外壳本体和密封板的边界面的平面上的焊接部分在焊接深度方向上的长度。另一方面，在W/A＞2的例5和6中，当激光照射位置有偏差时(例15和16)，难以确保期望长度(这里，0.6mm)作为包含外壳本体和密封板的边界面的平面上的焊接部分在焊接深度方向上的长度。此外，在W/A＜1的例7中，当激光照射位置有偏差时(例17)时，距离d倾向于小。由所有这些可确认，考虑到制造电池时的变动(例如，焊接位置的变动和各部件的尺寸的变动)，更优选1≤W/A≤2。
由这些结果，确认了根据本发明的示例性实施方式的焊接方法可以提供其中外壳本体和密封板以高焊接品质被焊接在一起的电池。
虽然已详细说明了本发明的具体例子，但上述示例性实施方式和例子仅仅是例子，且并非旨在限制权利要求的范围。上述具体例子的各种改型和变型也被包含在权利要求的范围内记载的技术中。

Claims (7)

1.一种密闭型电池，其特征在于包括：
外壳本体，所述外壳本体具有用于收纳电极体的开口；和
密封板，所述密封板闭塞所述开口，所述密封板通过包含所述外壳本体和所述密封板的边界面的一部分的焊接部分与所述外壳本体接合，并且所述焊接部分沿所述边界面设置，其中
所述焊接部分包括焊接底面，所述焊接底面是在焊接的深度方向上的最深部，所述焊接的深度方向沿着所述边界面，所述焊接底面与所述边界面相交，并且所述焊接底面与所述深度方向大致正交；
所述焊接部分到达第二部件的第一表面，所述第二部件是所述外壳本体和所述密封板之中的一个部件，所述第二部件的厚度方向与所述边界面垂直，所述第一表面是位于所述边界面在所述部件的厚度方向上的相对侧的表面；并且
从第一位置到第一虚拟平面上所述焊接底面的距离大于从第二位置到第二虚拟平面上所述焊接部分在所述深度方向上的最深部的位置的距离，所述第一位置是所述焊接部分的外表面的位置，所述第一位置在所述第一虚拟平面上，所述第一虚拟平面包含所述边界面，所述第一虚拟平面与所述边界面平行，所述外表面是所述焊接部分的与所述密闭型电池的外侧相面对的表面，所述第二位置是这样的位置，即所述第二虚拟平面在该位置与从所述第一位置延伸的线相交，所述第二虚拟平面与所述边界面平行，所述第二虚拟平面包含所述第一表面，所述线沿与所述第二虚拟平面垂直的方向延伸。
2.根据权利要求1所述的密闭型电池，其特征在于
当从所述第一位置到所述第一虚拟平面上所述焊接底面的距离为D，并且
从所述第二位置到所述第二虚拟平面上所述焊接部分在所述深度方向上的最深部的位置的距离为d时，
满足d≤0.7×D。
3.根据权利要求2所述的密闭型电池，其特征在于
当作为所述外壳本体和所述密封板之中的一个部件的第一部件的厚度为W、沿所述边界面的方向对应于所述第一部件的厚度方向并且所述焊接底面在与所述边界面正交的方向上的长度为A时，
满足1≤W/A≤2。
4.根据权利要求3所述的密闭型电池，其特征在于
所述厚度W在1mm以下。
5.根据权利要求3或4所述的密闭型电池，其特征在于
所述距离D在2mm以下。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的密闭型电池，其特征在于
所述第一部件是所述密封板，而所述第二部件是所述外壳本体。
7.一种用于制造根据权利要求1至6中任一项所述的密闭型电池的方法，其特征在于包括：
通过激光焊接将所述外壳本体和所述密封板接合在一起，
所述激光焊接包括将三个以上相互独立的激光束在激光照射部位沿所述边界面在与焊接的进行方向正交的方向上排成一列，以及同时照射所述三个以上的激光束以使得所述三个以上的激光束全都是相同输出。
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