DE102015106786A1

DE102015106786A1 - Sekundärbatterie und Herstellungsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102015106786A1
Application number: DE102015106786.2A
Authority: DE
Inventors: Hiroya Umeyama; Hiroshi Takamatsu; Yukio Harima; Yasushi Hirakawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-06-02
Filing date: 2015-04-30
Publication date: 2015-12-03
Anticipated expiration: 2035-05-01
Also published as: JP6135602B2; CN105140424A; JP2015228334A; CN105140424B; DE102015106786B4; US9705111B2; KR20150138815A; US20150349303A1; KR101760419B1

Abstract

Es wird eine Sekundärbatterie geschaffen, bei der ein Batteriedeckel (1) an einem Batteriegehäuse (2) befestigt wird, indem der Batteriedeckel (1) in eine Öffnung des Batteriegehäuses (2), das die Öffnung hat, eingesetzt wird, und Laserstrahlen auf einen Stoßabschnitt zwischen dem Batteriegehäuse (2) und den Batteriedeckel (1) gestrahlt werden, um ein Stoßschweißen auszuführen, wobei, wenn eine batteriedeckelseitige Schweißnaht, die in dem Batteriedeckel (1) ausgebildet ist, eine Distanz von einer Fläche des Batteriedeckels (1) zu einem unteren Ende der batteriedeckelseitigen Schweißnaht hat, die als batteriedeckelseitige Schweißtiefe definiert ist, und eine batteriegehäuseseitige Schweißnaht, die in dem Batteriegehäuse (2) ausgebildet ist, eine Distanz von der Fläche des Batteriedeckels (1) zu einem unteren Ende der batteriegehäuseseitigen Schweißnaht hat, die als batteriegehäuseseitige Schweißtiefe definiert ist, die batteriedeckelseitige Schweißtiefe tiefer ist, als die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe.

Description

Diese nicht-vorläufige Anmeldung basiert auf der am 2. Juni 2014 bei japanischen Patentamt eingereichten japanischen Patentanmeldung JP 2014-113961 A , deren Inhalt hierin vollständig durch Bezugnahme einbezogen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sekundärbatterie und ein Herstellungsverfahren hierfür.
Beschreibung des Standes der Technik
Bei Speicherelementen wie beispielsweise Lithium-Ionen-Sekundärbatterien (Lithium-Ionen-Akkus), Natrium-Batterien, einem elektrischen Doppelschicht-Kondensator und einem Lithium-Ionen-Kondensator wird ein Leistungserzeugungselement, das elektrische Leistung erzeugt, in einem Batteriegehäuse mit einem Boden aufgenommen, ein Batteriedeckel wird in eine Öffnung des Batteriegehäuses eingesetzt und ein Laserstrahl wird auf einen Stoßabschnitt zwischen dem Batteriegehäuse und dem Batteriedeckel gestrahlt, um ein Stoßschweißen durchzuführen.
Die offengelegten japanischen Patentanmeldungen JP 2011-092944 A , JP 2007-157519 A , JP 2008-126315 A , JP 2006-324160 A , JP 11-90657 A und JP 2002-292486 A offenbaren jeweils eine Schweißstruktur, bei der ein Batteriedeckel unter Verwendung eines Laserstahls an einem Batteriegehäuse befestigt wird.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
In den letzten Jahren wurden zunehmend Sekundärbatterien mit höherer Kapazität gefordert. Da es nötig ist, Anschlüsse an einem Batteriedeckel auszubilden, muss der Batteriedeckel eine Festigkeit und eine gewisse Plattendicke aufweisen. Das Batteriegehäuse jedoch hat eine dünnere Plattendicke, um die Kapazität zu erhöhen. Daher wird, beim Stoßschweißen des Batteriedeckels und des Batteriegehäuses, eine Differenz der Wärmekapazität zwischen dem Batteriedeckel und dem Batteriegehäuse erhöht, wobei der Batteriedeckel relativ betrachtet eine größere Wärmekapazität hat und schwerer schmilzt, wohingegen das Batteriegehäuse eine geringere Wärmekapazität hat und leichter schmilzt.
Wenn ein Laserstrahl zum Schweißen abgestrahlt wird, dehnen sich der Batteriedeckel und das Batteriegehäuse mit der Wärme aus und ziehen sich während der Verdichtung zusammen. Nach der Verschmelzung bzw. Fusion kühlt der Batteriedeckel mit der größeren Wärmekapazität früher ab und zieht sich zusammen bzw. kondensiert. Hierbei ist, da der Batteriedeckel eine größere Dicke hat, die Kontraktion des Batteriedeckels größer als die des Batteriegehäuses, und es ist schwer für das Batteriegehäuse, das eine geringere Dicke hat, einem Kontraktionsvolumen des Batteriedeckels zu folgen (dieses zu kompensieren). Daher kommt es zu einem Bruch auf Seiten des Batteriegehäuses, das die niedrigere Wärmekapazität hat, und es bestehen Bedenken hinsichtlich der Schweißfestigkeit zwischen dem Batteriegehäuse und dem Batteriedeckel.
Die in der offengelegten japanischen Patentanmeldung JP 2011-092944 A diskutierte Technik offenbart ein Verbindungsverfahren, das einen ersten Laserstrahl auf ein erstes Element strahlt, das eine größere Wärmekapazität hat (den Batteriedeckel) und einen zweiten Laserstrahl, der eine geringere Intensität als der erste Laserstrahl hat, auf ein Element strahlt, das eine geringere Wärmekapazität hat (das Batteriegehäuse), um ein „Schlüsselloch” im ersten Element und im zweiten Element auszubilden. Daher besteht einer erhöhte Wahrscheinlichkeit, dass nach dem Verschmelzen das Element mit der höheren Wärmekapazität (der Batteriedeckel) früher abkühlt und sich verdichtet und ein Bruch bzw. Riss auf Seiten des Elements mit der niedrigeren Wärmekapazität (dem Batteriegehäuse) auftritt.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2007-157519 A offenbart eine Technik, die eine Bruch- bzw. Zugfestigkeit verbessert, indem durch Verwenden eines Schlitzes, der in einer Seitenfläche eines Batteriedeckels ausgebildet ist, eine Schmelzgrenze verstärkt wird. Die offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2008-126315 A offenbart eine Technik, die ein Werkstück unter Verwendung von zwei Laserstrahlen verschweißt, wobei eine Eindring- bzw. Einbrandtiefe eines ersten Laserstrahls geringer ist, als eine Eindringtiefe eines zweiten Laserstrahls. Die offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2006-324160 A offenbart eine Technik, bei der die Dicke eines Stoßabschnitts dünner ist, als die Dicke eines Batteriedeckels und eine Schweißnaht derart ausgebildet wird, dass sie unter einer Stoßfläche verläuft. Die offengelegte japanische Patentanmeldung JP 11-90657 offenbart eine Technik, bei der ein Eindring- bzw. Einbrandbereich eines Batteriedeckels an Eckabschnitten geringer ausgebildet ist, als an Abschnitten an den Längsseiten des Batteriedeckels. Die offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2002-292486 A offenbart eine Technik, die den Reflexionsgrad eines Laserstrahl auf einen Batteriedeckel mit schlechter Wärmeschmelzfähigkeit niedriger einstellt als auf ein Batteriegehäuse, um die Wärmeschmelzfähigkeit des Batteriedeckels zu verbessern und einen guten Eindringzustand zu erzielen.
Die vorliegende Erfindung wurde ausgehend von einem Problem gemacht, dass eine Differenz hinsichtlich der Wärmekapazität zwischen einem Batteriedeckel und einem Batteriegehäuse erhöht ist und der Batteriedeckel eine höhere Wärmekapazität hat und schwer zu schmelzen ist, wohingegen das Batteriegehäuse eine niedrigere Wärmekapazität hat und leicht zu schmelzen ist. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sekundärbatterie, die eine Schweißfestigkeit beim Stoßschweißen zwischen einem Batteriedeckel und einem Batteriegehäuse gewährleisten kann und das Auftreten eines Risses oder Bruchs auf Seiten des Batteriegehäuses, das eine Wärmekapazität hat, die relativ betrachtet niedriger ist, als die des Batteriedeckels, unterdrücken kann, sowie ein Herstellungsverfahren hierfür zu schaffen.
Die Sekundärbatterie ist eine Sekundärbatterie, bei welcher ein Batteriedeckel an einem Batteriegehäuse befestigt wird, indem der Batteriedeckel in eine Öffnung des Batteriegehäuses, das die Öffnung hat, eingesetzt wird, und Laserstrahlen auf einen Stoßabschnitt zwischen dem Batteriegehäuse und den Batteriedeckel gestrahlt werden, um ein Stoßschweißen auszuführen, wobei, wenn eine batteriedeckelseitige Schweißnaht bzw. -markierung, die in dem Batteriedeckel ausgebildet ist, eine Distanz von einer Fläche des Batteriedeckels zu einem unteren Ende der batteriedeckelseitigen Schweißnaht hat, die als batteriedeckelseitige Schweißtiefe definiert ist, und eine batteriegehäuseseitige Schweißnaht bzw. -markierung, die in dem Batteriegehäuse ausgebildet ist, eine Distanz von der Fläche des Batteriedeckels zu einem unteren Ende der batteriegehäuseseitigen Schweißnaht hat, die als batteriegehäuseseitige Schweißtiefe definiert ist, die batteriedeckelseitige Schweißtiefe tiefer ist, als die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe.
Gemäß der Sekundärbatterie kann, durch Einstellen der batteriedeckelseitigen Schweißtiefe tiefer als die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe bei der batteriegehäuseseitigen Schweißnaht und der batteriedeckelseitigen Schweißnaht, eine Grenze des Schmelzens durch das Schweißen geneigt werden. Daher kann eine Schweißgrenze zwischen dem Batteriedeckel und dem Batteriegehäuse mit einer relativ langen Länge ausgebildet werden und die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Batteriedeckel und dem Batteriegehäuse kann, im Vergleich mit einem Fall, bei dem die Verbindungslänge zwischen dem Batteriedeckel und dem Batteriegehäuse kurz ist, verbessert werden.
Das Verfahren zum Herstellen einer Sekundärbatterie ist ein Verfahren zum Herstellen einer Sekundärbatterie, bei dem ein Batteriedeckel an einem Batteriegehäuse befestigt wird, indem der Batteriedeckel in eine Öffnung des Batteriegehäuses, das die Öffnung hat, eingesetzt wird, und Laserstrahlen auf einen Befestigungsabschnitt zwischen dem Batteriegehäuse und den Batteriedeckel gestrahlt werden, um ein Stoßschweißen auszuführen, aufweisend die Schritte: Strahlen eines ersten Laserstahls auf den Batteriedeckel und Strahlen eines zweiten Laserstrahls auf das Batteriegehäuse, wobei eine Intensität des ersten Laserstrahls größer ist, als eine Intensität des zweiten Laserstrahls.
Gemäß dem Herstellungsverfahren der Sekundärbatterie wird, bei der Sekundärbatterie, bei der der Batteriedeckel durch Stoßschweißen durch das Abstrahlen von Laserstrahlen am Batteriegehäuse befestigt wird, die batteriedeckelseitige Schweißtiefe tiefer ausgebildet als die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe. Hierdurch wird die Seite des Batteriedeckels stärker geschweißt, als die Seite des Batteriegehäuses, so dass der Batteriedeckel einen Zustand höherer Temperatur annimmt als das Batteriegehäuse. Als Ergebnis startet die Verfestigung bzw. Erstarrung oder Aushärtung auf der Seite des Batteriegehäuses, das eine relativ niedrige Temperatur hat, und das Auftreten eines Bruchs bzw. Risses auf Seiten des Batteriegehäuses kann unterdrückt werden.
Die vorstehende sowie weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
KURZE BSCHREIBUNG DER ZEICHUNG
1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Gesamtaufbaus einer Sekundärbatterie gemäß einer Ausführungsform;
2 zeigt eine Schnittdarstellung, die einen Zustand der Stoßschweißung zwischen einem Batteriedeckel und einem Batteriegehäuse in einem Schnitt entlang einer Linie II-II betrachtet in Richtung der Pfeile von 1 zeigt;
3 zeigt eine Ansicht, die ein Verfahren zum Stoßschweißen des Batteriedeckels und des Batteriegehäuses der Sekundärbatterie (das Verfahren zum Herstellen der Sekundärbatterie) gemäß der Ausführungsform zeigt;
4 zeigt eine Ansicht, die einen schematischen Aufbau einer Schweißvorrichtung zeigt, die verwendet wird, um den Batteriedeckel und das Batteriegehäuse der Sekundärbatterie stoßzuschweißen;
5 zeigt eine Ansicht, die eine interne Temperaturverteilung (CAE-Analyse) in dem Batteriedeckel und dem Batteriegehäuse der Sekundärbatterie zum Zeitpunkt des Stoßschweißens zwischen dem Batteriedeckel und dem Batteriegehäuse zeigt;
6 zeigt eine Ansicht, die Laserausgabeverhältnisse und Verschmelzungszustände in Beispielen 1 bis 8 und Vergleichsbeispielen 1 bis 16 darstellt;
7 zeigt eine Ansicht, die Grenzflächen-Eindringtiefen, Zugfestigkeiten und Bewertungen bei den Beispielen 1 bis 3 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 darstellt; und
8 zeigt eine Schnittdarstellung, die einen Zustand der Stoßschweißung zwischen einem Batteriedeckel und einem Batteriegehäuse bei einem Vergleichsbeispiel zeigt.
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird beispielhaft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die Zeichnung beschrieben. Wann immer auf eine Zahl, Größe oder dergleichen bei der nachfolgend beschriebenen Ausführungsform Bezug genommen wird, ist, sofern nicht anders angegeben, der Umfang der vorliegenden Beschreibung nicht auf diese Zahl, Größe oder dergleichen beschränkt. Gleiche oder korrespondierende Teile werden mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei diese nicht wiederholt beschrieben werden. Es ist beabsichtigt, die Merkmale der Ausführungsform in geeigneter Weise je nach Verwendung zu kombinieren. Zudem sind die in der Zeichnung enthaltenen Abbildungen nicht maßstabsgetreu dargestellt sondern teilweise in unterschiedlichen Verhältnissen gezeichnet, um das Verständnis einer Struktur zu erleichtern.
[Gesamtaufbau der Sekundärbatterie 10]
Ein Gesamtaufbau einer Sekundärbatterie 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird Bezug nehmend auf 1 beschrieben. 1 ist eine perspektivische Darstellung, die einen Gesamtaufbau einer Sekundärbatterie 10 der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Sekundärbatterie 10 ist eine Sekundärbatterie mit einem nicht wässrigen Elektrolyt, und eine Mehrzahl von Sekundärbatterien 10 werden in Reihe kombiniert, um einen Batteriepack zu bilden, der zur Montage an einem Hybridfahrzeug oder dergleichen geeignet ist. Der Batteriepack dient zusammen mit einer Verbrennungskraftmaschine wie einem Benzinmotor oder einem Dieselmotor als Antriebsleistungsquelle für das Hybridfahrzeug. Der Aufbau der Sekundärbatterie 10, der nachfolgend beschrieben wird, ist jedoch nicht auf eine Sekundärbatterie mit einem nicht wässrigen Elektrolyt beschränkt.
Die Sekundärbatterie 10 hat ein (nicht dargestelltes) Batterieelement, ein Batteriegehäuse 2, das das Batterieelement aufnimmt, einen Batteriedeckel 1, einen positiven Elektrodenanschluss 3P und einen negativen Elektrodenanschluss 3N. Der positive Elektrodenanschluss 3P und der negative Elektrodenanschluss 3N sind außerhalb des Batteriegehäuses 2 als externe Anschlüsse 3 der Sekundärbatterie 10 ausgebildet.
Das Batteriegehäuse 2 hat die Form eines im Wesentlichen rechteckigen, in der Form eines Parallelepipeds ausgebildeten Gehäuses mit einem Boden und einer Öffnung 2a in eine Richtung, und das Batterieelement ist darin aufgenommen. Der Batteriedeckel 1 hat die Form einer flachen Platte mit einer rechteckigen ebenen Gestalt und wird zum Abdecken der Öffnung 2a im Batteriegehäuse 2 befestigt. Das Batteriegehäuse 2 sowie der Batteriedeckel 1 bestehen aus einem metallischen Material wie beispielsweise Aluminium.
[Zustand des Stoßschweißens]
Nachfolgend wird ein Zustand des Stoßschweißens zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 Bezug nehmend auf 2 beschrieben. Es sei angemerkt, dass 2 eine Querschnittansicht ist, die einen Zustand des Stoßschweißens zwischen dem Batteriedeckel und dem Batteriegehäuse in einem Schnitt entlang einer Linie II-II und in Richtung der Pfeile in 1 betrachtet darstellt.
Der Batteriedeckel 1 wird zum Abdecken der Öffnung 2a im Batteriegehäuse 2 befestigt. Ein winziger Spalt g1 ist zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Spalt g1 etwa 50 μm. Aluminium wird für den Batteriedeckel 1 verwendet und eine Plattendicke t1 ist etwa 1,4 mm. Aluminium wird für das Batteriegehäuse 2 verwendet und eine Plattendicke t2 ist etwa 0,4 mm.
Zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 ist eine Schweißung bzw. Schweißnaht WR, die durch Stoßschweißen ausgebildet ist, zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 verlaufend ausgebildet. Die Schweißung bzw. Schweißnaht WR verläuft von einer Fläche S des Batteriedeckels 1 in Dickenrichtung des Batteriedeckels 1, und hat eine batteriedeckelseitige Schweißnaht WR1 auf der Seite des Batteriedeckels 1 sowie eine batteriegehäuseseitige Schweißnaht WR2 auf der Seite des Batteriegehäuses 2. Die batteriedeckelseitige Schweißnaht WR1 und die batteriegehäuseseitige Schweißnaht WR2 sind integral ausgestaltet, um die Schweißnaht WR zu bilden. Die Schweißnaht WR ist ein Bereich, in dem das Aluminiummaterial des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 durch Hitze zum Zeitpunkt des Stoßschweißens schmilzt, dann kondensiert und somit rekristallisiert wird, wobei eine Grenzlinie WL zwischen der Schweißlinie WR und nicht-verschmolzenen Bereichen des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 beobachtet werden kann.
Die Fläche S des Batteriedeckels 1 bezeichnet eine Fläche des Batteriedeckels 1, deren Position sich vor und nach dem Schweißen nicht verändert, obgleich die Oberfläche der Fläche S des Batteriedeckels 1 durch das Schweißen nach dem Schweißen ansteigen kann, wie in 8 gezeigt ist und später beschrieben werden wird.
In der Schweißnaht WR ist, wenn die batteriedeckelseitige Schweißnaht WR1, die im Batteriedeckel 1 ausgebildet ist, eine Distanz von der Fläche S des Batteriedeckels 1 zu einem unteren Ende I der batteriedeckelseitigen Schweißnaht WR1 hat, die als batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 definiert ist, und eine batteriegehäuseseitige Schweißnaht WR2, die im Batteriegehäuse 2 ausgestaltet ist, eine Distanz von der Fläche S des Batteriedeckels 1 zu einem unteren Ende II der batteriegehäuseseitigen Schweißnaht WR2 hat, die als batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2 definiert ist, die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 derart ausgestaltet, dass sie tiefer ist als die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2.
Zudem ist zwischen der batteriedeckelseitigen Schweißnaht WR1 und der batteriegehäuseseitigen Schweißnaht WR2 ein Einbrand- bzw. Eindringbereich WR3 ausgestaltet, dessen Distanz von der Fläche S des Batteriedeckels 1 zu einem unteren Ende III eine Tiefe D3 hat, die geringer ist als die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 und die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2. Der Eindringbereich WR3 liegt im Wesentlichen an einem Grenzbereich zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2. Als Ergebnis hat die Grenzlinie WL in der Schweißlinie WR eine im Wesentlichen W-förmige Gestalt. Die unteren Enden I, II und III, die vorstehend beschrieben wurden, bezeichnen jeweils einen Punkt, bei dem die Steigung einer Tangente zur Grenzlinie WL 0° ist.
Es sei angemerkt, dass, solange die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 in der Schweißlinie WR tiefer ist als die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2, die Tiefe D3 des Eindringbereichs WR3 identisch zur batteriegehäuseseitigen Schweißtiefe D2 der batteriegehäuseseitigen Schweißnaht WR2 sein kann.
[Verfahren zum Stoßschweißen des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2]
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Fixieren des Batteriedeckels 1 am Batteriegehäuse 2 durch Einsetzen des Batteriedeckels 1 in das Batteriegehäuse 2 mit der Öffnung 2a und Strahlen von Laserstrahlen auf einen Befestigungsabschnitt zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 zum Ausführen eines Stoßschweißens als Verfahren zum Herstellen einer Sekundärbatterie 10 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau Bezug nehmend auf die 3 und 4 beschrieben. Es sei angemerkt, dass 3 eine Ansicht ist, die ein Verfahren zum Stoßschweißen des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 der Sekundärbatterie 10 (Verfahren zum Herstellen der Sekundärbatterie 10) der vorliegenden Ausführungsform zeigt und 4 eine Ansicht ist, die einen schematischen Aufbau einer Schweißvorrichtung zeigt, die zum Stoßschweißen des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 der Sekundärbatterie 10 verwendet wird.
Bezug nehmend auf 3 wird ein erster Laserstrahl LB1 auf den Batteriedeckel 1 abgestrahlt, und ein zweiter Laserstrahl LB2 wird auf das Batteriegehäuse 2 abgestrahlt. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 werden an Stellen L1 abgestrahlt, die im gleichen Abstand von einer Grenzlinie BL zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 liegen. In der vorliegenden Ausführungsform ist L1 eine Stelle, die um etwa 0,15 mm von der Grenzlinie BL beabstandet ist.
In der Form der vorliegenden Ausführungsform ist eine Intensität des ersten Laserstrahls LB1 größer als eine Intensität des zweiten Laserstrahls LB2, ein abgestrahlter Laserstrahldurchmesser d1 des ersten Laserstrahls LB1 ist ein Strahldurchmesser, der etwa 10% bis 20% der Dicke t1 des Batteriedeckels 1 entspricht, und ein abgestrahlter Laserstrahldurchmesser d2 des zweiten Laserstrahls LB2 ist ein Strahldurchmesser, der etwa 10% bis 20% der Dicke t2 des Batteriegehäuses 2 entspricht. Genaue Strahlintensitäten und Laserstrahldurchmesser des abgestrahlten ersten Laserstrahls LB1 und zweiten Laserstrahls LB2 werden in den später beschriebenen Beispielen beschrieben.
4 zeigt eine konkrete Schweißvorrichtung. Die Sekundärbatterie 10 als zu verschweißendes Objekt wird an einem Tisch 100 fixiert. Der Tisch 100 ist horizontal in X- und Y-Richtung beweglich. Über der Sekundärbatterie 10 ist ein Lasergenerator bzw. -oszillator 300 angeordnet, der Laserstrahlen auf den Tisch 100 in eine vertikal nach unten gerichtete Richtung abstrahlt. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 werden vom Lasergenerator 300 abgestrahlt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Computer (PC) 200 als Steuervorrichtung verwendet, um die Bewegung des Tisches 100 zu steuern und das Abstrahlen des ersten Laserstrahls LB1 und des zweiten Laserstrahls LB2 durch den Lasergenerator 300 zu steuern. Es sei angemerkt, dass ein exklusiver Controller als Steuervorrichtung verwendet werden kann.
[Temperaturverteilung im Batteriedeckel 1 und im Batteriegehäuse 2]
Nachfolgend wird die Temperaturverteilung im Batteriedeckel 1 und im Batteriegehäuse 2 beim Stoßschweißen zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Schweißvorrichtung Bezug nehmend auf 5 beschrieben. 5 ist eine Ansicht, die die interne Temperaturverteilung(CAE (Computer Aided Engineering)-Analyse) beim Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 der Sekundärbatterie 10 zum Zeitpunkt des Stoßschweißens zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 zeigt. In 5 sind Temperaturzustände von 0°C bis 990°C unter Verwendung eines 10-stufigen Schraffurmusters dargestellt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist, wie vorstehend beschrieben, die Intensität des ersten Laserstrahls LB1, der auf den Batteriedeckel 1 gestrahlt wird, größer als die Intensität des zweiten Laserstrahls LB2, der auf das Batteriegehäuse 2 gestrahlt wird, der abgestrahlte Laserstrahldurchmesser d1 des ersten Laserstrahls LB1 hat einen Strahldurchmesser, der 10% bis 20% der Dicke t1 des Batteriedeckels 1 entspricht, und der abgestrahlte Laserstrahldurchmesser d2 des zweiten Laserstrahls LB2 hat einen Strahldurchmesser, der 10% bis 20% der Dicke t2 des Batteriegehäuses 2 entspricht. Daher befindet sich der Batteriedeckel 1 in einem Zustand höherer Temperatur als das Batteriegehäuse 2, und eine Hochtemperaturstelle in Dickenrichtung des Batteriedeckels 1 erreicht eine tiefere Position im Batteriedeckel 1 im Vergleich zum Batteriegehäuse 2.
Durch Ausbilden einer derartigen Temperaturverteilung schmilzt die Seite des Batteriedeckels 1 stärker als die Seite des Batteriegehäuses 2, wobei relativ betrachtet die Seite des Batteriedeckels 1 in einem Zustand höherer Temperatur ist und die Seite des Batteriegehäuses 2 in einem Zustand niedrigerer Temperatur ist. Als Ergebnis ist die Wärmemenge im Batteriedeckel 1 größer als im Batteriegehäuse 2. Da zudem die Wärmeleitfähigkeit des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 deutlich höher ist als die Wärmeleitfähigkeit von Luft, wird die Wärme in eine Richtung nach unten verteilt und weiter in Richtung zum Inneren des Batteriedeckels 1 geleitet. Als Ergebnis beginnt sich das Batteriegehäuse 2 früher zu verfestigen als der Batteriedeckel 1.
Wenn ein Metall gekühlt und ausgehärtet wird, zieht sich sein Volumen zusammen. Da das Batteriegehäuse 2 mit einem geringeren Kontraktionsvolumen früher auszuhärten beginnt als der Batteriedeckel 1 mit einem größeren Kontraktionsvolumen ist es möglich, ein Schweißen auszuführen, das ein Verschmelzen und Verfestigen ausführt, ohne, dass ein Bruch oder dergleichen in der Nähe der Grenze zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 auftritt.
Da zudem die Hochtemperaturposition im Batteriedeckel 1 im Vergleich zu dem Batteriegehäuse 2 eine tiefere Stelle erreicht, steigt das Schmelzvolumen des Batteriedeckels 1 an und die Größe (Länge) des Spalts an der Grenze zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 kann verringert werden. Daher kann ein stabiler Schmelzverbindungszustand zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 erzielt werden.
Darüber hinaus wird, als Zustand nach dem Verschmelzen, angenommen, dass die Festigkeit der Grenze zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 verringert ist und dass, wenn eine Last aufgebracht wird, es ausgehend von der Grenzlinie zu einem Bruch bzw. Riss kommt. In der vorliegenden Ausführungsform kann die Grenze zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 derart ausgestaltet werden, dass diese, wie durch eine dicke gestrichene Linie L11 in 5 gezeigt, eine relativ große Länge hat. Hierdurch kann die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 im Vergleich zu einem Fall, bei welchem die Verbindungslänge zwischen diesem kurz ist, verbessert werden.
Insbesondere hat, da die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 tiefer als die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2 ausgestaltet ist, die dicke gestrichelte Linie L11, die als Grenze des Verschmelzens durch das Schweißen dient, eine steile (annähernd vertikale) Steigung, wie in 5 dargestellt ist. Wenn im Gegensatz dazu die dicke gestrichelte L11 beispielsweise annähernd horizontal ist, ist die Länge der dicken gestrichelten Linie L11 (die Länge der Grenzlinie) gering, was im Vergleich zu dem Fall, bei dem die dicke gestrichelte Linie L11 lang ist, zu einer schwachen Verbindungsfestigkeit führt.
Dementsprechend kann, durch Ausgestalten der batteriedeckelseitigen Schweißtiefe D1 tiefer als der batteriegehäuseseitigen Schweißtiefe D2, wie bei der vorliegenden Ausführungsform gezeigt, die Grenzlinie zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 mit einer großen Länge ausgestaltet werden, so dass die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 verbessert werden kann.
[Beispiele]
Nachstehend werden Beispiele der Sekundärbatterie und des Herstellungsverfahrens für diese gemäß der vorliegenden Ausführungsform Bezug nehmend auf die 6 bis 8 beschrieben. 6 zeigt eine Ansicht, die Laserausgabeverhältnisse und Schmelzzustände von Beispielen 1 bis 8 und Vergleichsbeispielen 1 bis 16 zeigt, 7 ist eine Ansicht, die Grenzflächeneindringtiefen, Zugfestigkeiten und Bewertungen von Beispielen 1 bis 3 und Vergleichsbeispielen 1 und 2 zeigt, und 8 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand einer Stoßschweißung zwischen einem Batteriedeckel und einem Batteriegehäuse bei einem Vergleichsbeispiel zeigt.
Bei jedem Beispiel und jedem Vergleichsbeispiel wurde ein geeigneter Bereich des Werts für den Ausdruck [batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2/batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1] × 100%, der ein Verhältnis zwischen der batteriegehäuseseitigen Schweißtiefe D2 und der batteriedeckelseitigen Schweißtiefe D1 darstellt, verifiziert. Als Evaluierungsverfahren wurde (a) eine Einbrand- bzw. Eindringtiefe einer Grenzfläche (die batteriedeckelseitige Schweißtiefe sowie die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe) durch Überwachung eines Querschnitts eines geschweißten Abschnitts gemessen, wobei n (die Zahl der Wiederholungen) auf 10 eingestellt wurde. Es sei angemerkt, dass, selbst wenn ein Bruch auftrat, der Bruch nicht in den Abmessungen enthalten war. Zudem wurde (b) ein Zugversuch durchgeführt, der eine Kraft auf den Batteriedeckel 1 in eine vertikal nach oben gerichtete Richtung aufbrachte.
In jedem Beispiel und jedem Vergleichsbeispiel wurde A1050 (t1 = 1,4 mm) für den Batteriedeckel 1 verwendet und A3003 (t2 = 0,4 mm) wurde für das Batteriegehäuse 2 verwendet. Ein erster Laserstrahl LB1 wurde auf den Batteriedeckel 1 gestrahlt (die Seite des Deckels in 6), und ein zweiter Laserstrahl LB2 wurde auf das Batteriegehäuse 2 gestrahlt (die Gehäuseseite in 6). Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden an Stellen abgestrahlt, die in gleichen Abständen um 0,15 mm von der Grenzlinie BL zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 entfernt lagen, (siehe 3). Die Gesamtausgabe des ersten Laserstrahls LB1 und des zweiten Laserstrahls LB2 ist 1350 W. Die Ausgabeverhältnisse zwischen dem ersten Laserstrahl LB1 und dem zweiten Laserstrahl LB2 sind in 6 dargestellt. Die Schweißgeschwindigkeit durch den ersten Laserstrahl LB1 und den zweiten Laserstrahl LB2 ist 24 m/min.
(Beispiel 1)
In Beispiel 1 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 831 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 519 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,6:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,04 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 10%.
Bei diesen Bedingungen war die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 0,73 mm, und die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 war 0,47 mm. Dementsprechend hatte der Ausdruck [batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2/batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1] × 100% einen Wert von 65%.
(Beispiel 2)
In Beispiel 2 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 799 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 551 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,45:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,04 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 10%.
Bei diesen Bedingungen war die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 0,69 mm, und die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 war 0,51 mm. Dementsprechend hatte der Ausdruck [batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2/batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1] × 100% einen Wert von 75%.
(Beispiel 3)
In Beispiel 3 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 763 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 587 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,3:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,04 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 10%.
Bei diesen Bedingungen war die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 0,65 mm, und die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 war 0,55 mm. Dementsprechend hatte der Ausdruck [batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2/batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1] × 100% einen Wert von 85%.
(Beispiel 4)
In Beispiel 4 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 868 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 482 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,8:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,08 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 20%.
Bei diesen Bedingungen war die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 0,72 mm, und die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 war 0,42 mm. Dementsprechend hatte der Ausdruck [batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2/batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1] × 100% einen Wert von 58%.
(Beispiel 5)
In Beispiel 5 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 831 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 519 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,6:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,08 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 20%.
Bei diesen Bedingungen war die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 0,71 mm, und die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 war 0,45 mm. Dementsprechend hatte der Ausdruck [batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2/batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1] × 100% einen Wert von 63%.
(Beispiel 6)
In Beispiel 6 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 799 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 551 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,45:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,08 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 20%.
Bei diesen Bedingungen war die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 0,61 mm, und die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 war 0,49 mm. Dementsprechend hatte der Ausdruck [batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2/batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1] × 100% einen Wert von 80%.
(Beispiel 7)
In Beispiel 7 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 763 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 587 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,3:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,08 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 20%.
Bei diesen Bedingungen war die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 0,63 mm, und die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 war 0,53 mm. Dementsprechend hatte der Ausdruck [batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2/batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1] × 100% einen Wert von 84%.
(Beispiel 8)
In Beispiel 8 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 707 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 643 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,1:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,08 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 20%.
Bei diesen Bedingungen war die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 0,61 mm, und die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 war 0,55 mm. Dementsprechend hatte der Ausdruck [batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2/batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1] × 100% einen Wert von 90%.
(Vergleichsbeispiel 1)
In Vergleichsbeispiel 1 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 691 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 659 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,05:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,04 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 10%.
Bei diesen Bedingungen war die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 0,60 mm, und die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 war 0,60 mm. Dementsprechend hatte der Ausdruck [batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2/batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1] × 100% einen Wert von 100%.
(Vergleichsbeispiel 2)
In Vergleichsbeispiel 2 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 675 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 675 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,04 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 10%.
Bei diesen Bedingungen war die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 0,55 mm, und die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 war 0,65 mm. Dementsprechend hatte der Ausdruck [batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2/batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1] × 100% einen Wert von 110%. In einem Zustand, bei welchem die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2 tiefer als die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 ist, wie vorstehend beschrieben, wird ein Querschnitt, wie in 8 dargestellt, erhalten.
(Vergleichsbeispiel 3)
In Vergleichsbeispiel 3 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 868 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 482 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,8:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,02 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 5%. Bei diesen Bedingungen kam es nicht zu einer Schweißverbindung.
(Vergleichsbeispiel 4)
In Vergleichsbeispiel 4 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 831 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 519 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,6:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,02 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 5%. Bei diesen Bedingungen kam es nicht zu einer Schweißverbindung.
(Vergleichsbeispiel 5)
In Vergleichsbeispiel 5 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 799 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 551 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,45:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,02 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 5%. Bei diesen Bedingungen kam es nicht zu einer Schweißverbindung.
(Vergleichsbeispiel 6)
In Vergleichsbeispiel 6 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 763 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 587 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,3:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,02 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 5%. Bei diesen Bedingungen kam es nicht zu einer Schweißverbindung.
(Vergleichsbeispiel 7)
In Vergleichsbeispiel 7 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 707 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 643 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,1:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,02 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 5%. Bei diesen Bedingungen kam es nicht zu einer Schweißverbindung.
(Vergleichsbeispiel 8)
In Vergleichsbeispiel 8 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 691 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 659 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,05:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,02 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 5%. Bei diesen Bedingungen kam es nicht zu einer Schweißverbindung.
(Vergleichsbeispiel 9)
In Vergleichsbeispiel 9 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 675 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 675 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,02 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 5%. Bei diesen Bedingungen kam es nicht zu einer Schweißverbindung.
(Vergleichsbeispiel 10)
In Vergleichsbeispiel 10 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 868 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 482 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,8:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,12 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 25%.
Bei diesen Bedingungen war die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 0,75 mm, wohingegen keine Spitze in Schweißtiefenrichtung auf Seiten des Batteriegehäuses 2 auftrat.
(Vergleichsbeispiel 11)
In Vergleichsbeispiel 11 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 831 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 519 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,6:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,12 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 25%.
Bei diesen Bedingungen war die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 0,73 mm, wohingegen keine Spitze in Schweißtiefenrichtung auf Seiten des Batteriegehäuses 2 auftrat.
(Vergleichsbeispiel 12)
In Vergleichsbeispiel 12 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 799 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 551 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,45:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,12 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 25%.
Bei diesen Bedingungen war die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 0,69 mm, wohingegen keine Spitze in Schweißtiefenrichtung auf Seiten des Batteriegehäuses 2 auftrat.
(Vergleichsbeispiel 13)
In Vergleichsbeispiel 13 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 763 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 587 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,3:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,12 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 25%.
Bei diesen Bedingungen war die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 0,65 mm, wohingegen keine Spitze in Schweißtiefenrichtung auf Seiten des Batteriegehäuses 2 auftrat.
(Vergleichsbeispiel 14)
In Vergleichsbeispiel 14 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 707 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 643 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,1:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,12 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 25%.
Bei diesen Bedingungen war die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 0,63 mm, wohingegen keine Spitze in Schweißtiefenrichtung auf Seiten des Batteriegehäuses 2 auftrat.
(Vergleichsbeispiel 15)
In Vergleichsbeispiel 15 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 691 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 659 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1,05:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,12 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 25%.
Bei diesen Bedingungen war die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 0,60 mm, wohingegen keine Spitze in Schweißtiefenrichtung auf Seiten des Batteriegehäuses 2 auftrat.
(Vergleichsbeispiel 16)
In Vergleichsbeispiel 16 wurde eine Ausgabe des ersten Laserstrahls LB1 auf 675 W eingestellt und eine Ausgabe des zweiten Laserstrahls LB2 wurde auf 675 W eingestellt. Dementsprechend war das Laserstrahlausgabeverhältnis 1:1. Der erste Laserstrahl LB1 und der zweite Laserstrahl LB2 wurden mit einem Laserstrahldurchmesser von 0,12 mm abgestrahlt und das Verhältnis relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 war 25%.
Bei diesen Bedingungen war die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 von der Fläche S des Batteriedeckels 1 0,55 mm, wohingegen keine Spitze in Schweißtiefenrichtung auf Seiten des Batteriegehäuses 2 auftrat.
Die Ergebnisse der vorstehend beschriebenen Vergleichsbeispiele 3 bis 9 zeigen, dass, wenn der ausgestrahlte Laserstrahldurchmesser ein geringes Verhältnis (5%) relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und Batteriegehäuses 2 hat, auch der verschmolzene Bereich dünn ist und den Spalt (g1) zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 nicht ausfüllen kann. Zudem zeigen die vorstehend beschriebenen Ergebnisse der Vergleichsbeispiele 12 bis 18, dass, wenn der ausgestrahlte Laserstrahldurchmesser ein hohes Verhältnis (25%) relativ zur Plattendicke des Batteriedeckels 1 und des Batteriegehäuses 2 hat, der Schmelzbereich ebenfalls dick ist und somit keine Spitze in Schweißtiefenrichtung auf Seiten des Batteriegehäuses 2 auftritt und eine in 2 dargestellte Schmelzform nicht erzielt werden kann.
Es kann somit gesagt werden, dass der ausgestrahlte Laserstrahldurchmesser des ersten Laserstrahls vorzugsweise einen Strahldurchmesser von 10% bis 20% der Dicke (t1) des Batteriedeckels 1 hat, und der ausgestrahlte Laserstrahldurchmesser des zweiten Laserstrahls einen Strahldurchmesser von 10% bis 20% der Dicke (t2) des Batteriegehäuses 2 hat.
Nachfolgend werden eine Einbrand- bzw. Eindringtiefe D3 (siehe 2), eine Zugfestigkeit (N/mm) eines Batteriedeckels 1 und eine Bewertung eines jeden der Beispiele 1 bis 3 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 Bezug nehmend auf 7 beschrieben. Es sei angemerkt, dass, bezüglich der Eindringtiefe D3 und des Werts der Zugfestigkeit (N/mm) des Batteriedeckels 1 der Minimalwert und der Maximalwert, die mit einer Einstellung von n gleich 10 erhalten wurden, in Klammern dargestellt sind und der Durchschnittswert als repräsentativer Wert dargestellt wird.
In Beispiel 1 war die Eindringtiefe D3 0,58 mm und die Zugfestigkeit war 58 (N/mm). Wenn die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2 (Gehäusespitze) 65% relativ zur batteriedeckelseitigen Schweißtiefe D1 (Deckelspitze) war, war die Verschmelzung ausreichend, um den Spalt (g1) zwischen dem Batteriedeckel 1 und dem Batteriegehäuse 2 zu füllen und die Eindringtiefe D3 wurde stabilisiert. Als Ergebnis trat im Zugversuch ein Riss von der Grenze zwischen dem verschmolzenen Abschnitt und dem Batteriegehäuse 2 (dicke gestrichelte Linie L11 in 5) auf.
In Beispiel 2 war die Eindringtiefe D3 0,62 mm und die Zugfestigkeit war 61 (N/mm). Wenn die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2 (Gehäusespitze) 75% relativ zur batteriedeckelseitigen Schweißtiefe D1 (Deckelspitze) war, trat kein Bruch in dem Einbrandbereich auf und im Zugversuch eine wurde Zugfestigkeit erhalten, die höher als in Beispiel 1 war. Ein Riss trat an der Grenze zwischen dem verschmolzenen Abschnitt und dem Batteriegehäuse 2 (dicke gestrichelte Linie L11 in 5) wie in Beispiel 1 auf.
In Beispiel 3 war die Eindringtiefe D3 0,65 mm und die Zugfestigkeit war 62 (N/mm). Wenn die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2 (Gehäusespitze) 85% relativ zur batteriedeckelseitigen Schweißtiefe D1 (Deckelspitze) war, trat kein Bruch im Einbrandbereich auf und im Zugversuch eine wurde Zugfestigkeit erhalten, die höher als in Beispiel 2 war. Es trat ein Riss von der Grenzlinie zwischen dem verschmolzenen Abschnitt und dem Batteriegehäuse 2 (dicke gestrichelte Linie L11 in 5) wie in den Beispielen 1 und 2 auf.
Ausgehend auf den vorstehend beschriebenen Bewertungsergebnissen der Beispiele 1 bis 3 ist bevorzugt, dass der Ausdruck [batteriegehäuseseitige Schweißtiefe (D2)/batteriedeckelseitige Schweißtiefe (D1)] × 100%, der ein Verhältnis zwischen der batteriegehäuseseitigen Schweißtiefe D2 und der batteriedeckelseitigen Schweißtiefe D1 darstellt, einen Wert von 65% bis 85% hat. Es ist auch bevorzugt, dass die Intensität des ersten Laserstrahls 1,3 bis 1,6 Mal höher als die Intensität des zweiten Laserstrahls ist.
In Vergleichsbeispiel 1 war die Eindringtiefe D3 0,64 mm und die Zugfestigkeit war 30 (N/mm). Wenn der Batteriedeckel 1 und das Batteriegehäuse 2 ähnliche Schmelzmengen hatten, startete die Verfestigung aufgrund der Größe der Wärmekapazität früher von Seiten des Batteriedeckels 1 und es kam zu einem Bruch im Batteriegehäuse 2, was die Zugfestigkeit verringerte.
In Vergleichsbeispiel 2 war die Eindringtiefe D3 0,60 mm und die Zugfestigkeit war 18 (N/mm). Da der Batteriedeckel 1 einen geringen Wärmeeintrag aber eine hohe Wärmekapazität hat, hat sich der Batteriedeckel 1 früher verfestigt, so dass ein Bruch im Batteriegehäuse 2 auftrat, was zu einer Verringerung der Zugfestigkeit führte.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist gemäß der Sekundärbatterie und dem Herstellungsverfahren für selbige nach obiger Ausführungsform bei der Sekundärbatterie, bei welcher der Batteriedeckel 1 am Batteriegehäuse 2 durch Stoßschweißen mittels Abstrahlen von Laserstrahlen befestigt wird, die batteriedeckelseitige Schweißtiefe D1 tiefer ausgeführt als die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe D2. Dadurch wird die Seite des Batteriedeckels 1 stärker geschweißt als die Seite des Batteriegehäuses 2 und der Batteriedeckel 1 befindet sich in einem Zustand höherer Temperatur als das Batteriegehäuse 2. Als Ergebnis beginnt die Verfestigung von Seiten des Batteriegehäuses 2, das eine relativ niedrige Temperatur hat, und das Auftreten von Brüchen von Seiten des Batteriegehäuses 2 kann unterdrückt werden.
Obgleich die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist klar, dass die hierin offenbarte Ausführungsform beispielhaft und keinesfalls beschränkend ist. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch den Umfang der Ansprüche definiert und es ist beabsichtigt, sämtliche Abwandlungen im Umfang und Äquivalenzbereich des Umfangs der Ansprüche zu umfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014-113961 A [0001]
JP 2011-092944 A [0004, 0007]
JP 2007-157519 A [0004, 0008]
JP 2008-126315 A [0004, 0008]
JP 2006-324160 A [0004, 0008]
JP 11-90657 A [0004]
JP 2002-292486 A [0004, 0008]
JP 11-90657 [0008]

Claims

Sekundärbatterie, bei der ein Batteriedeckel (1) an einem Batteriegehäuse (2) befestigt wird, indem der Batteriedeckel (1) in eine Öffnung des Batteriegehäuses (2), das die Öffnung hat, eingesetzt wird, und Laserstrahlen auf einen Stoßabschnitt zwischen dem Batteriegehäuse (2) und den Batteriedeckel (1) gestrahlt werden, um ein Stoßschweißen auszuführen, wobei, wenn eine batteriedeckelseitige Schweißnaht (WR1), die in dem Batteriedeckel (1) ausgebildet ist, eine Distanz von einer Fläche (S) des Batteriedeckels (1) zu einem unteren Ende (I) der batteriedeckelseitigen Schweißnaht (WR1) hat, die als batteriedeckelseitige Schweißtiefe (D1) definiert ist, und eine batteriegehäuseseitige Schweißnaht (WR2), die in dem Batteriegehäuse (2) ausgebildet ist, eine Distanz von der Fläche (S) des Batteriedeckels (1) zu einem unteren Ende (II) der batteriegehäuseseitigen Schweißnaht (WR2) hat, die als batteriegehäuseseitige Schweißtiefe (D2) definiert ist, die batteriedeckelseitige Schweißtiefe (D1) tiefer ist, als die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe (D2).
Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei der Ausdruck [batteriegehäuseseitige Schweißtiefe (D2)/batteriedeckelseitige Schweißtiefe (D1)] × 100%, der ein Verhältnis zwischen der batteriegehäuseseitigen Schweißtiefe (D2) und der batteriedeckelseitigen Schweißtiefe (D1) darstellt, einen Wert von 65% bis 85% hat.
Sekundärbatterie nach Anspruch 1 oder 2, aufweisend einen Einbrandbereich (WR3) zwischen der batteriedeckelseitigen Schweißnaht (WR1) und der batteriegehäuseseitigen Schweißnaht (WR2), dessen Distanz von der Fläche (S) des Batteriedeckels (1) zu einem unteren Ende (III) eine Tiefe (D3) hat, die geringer ist als die batteriedeckelseitige Schweißtiefe (D1) und die batteriegehäuseseitige Schweißtiefe (D2).
Verfahren zum Herstellen einer Sekundärbatterie, bei dem ein Batteriedeckel (1) an einem Batteriegehäuse (2) befestigt wird, indem der Batteriedeckel (1) in eine Öffnung des Batteriegehäuses (2), das die Öffnung hat, eingesetzt wird, und Laserstrahlen auf einen Befestigungsabschnitt zwischen dem Batteriegehäuse (2) und den Batteriedeckel (1) gestrahlt werden, um ein Stoßschweißen auszuführen, aufweisend die Schritte: Strahlen eines ersten Laserstahls auf den Batteriedeckel (1) und Strahlen eines zweiten Laserstrahls auf das Batteriegehäuse (2), wobei eine Intensität des ersten Laserstrahls größer ist, als eine Intensität des zweiten Laserstrahls.
Verfahren zum Herstellen einer Sekundärbatterie nach Anspruch 4, wobei ein Laserstrahldurchmesser (d1) des abgestrahlten ersten Laserstrahls ein Strahldurchmesser ist, der 10% bis 20% einer Dicke des Batteriedeckels (1) entspricht, und ein Laserstrahldurchmesser (d2) des abgestrahlten zweiten Laserstrahls ein Strahldurchmesser ist, der 10% bis 20% einer Dicke des Batteriegehäuses (2) entspricht.
Verfahren zum Herstellen einer Sekundärbatterie nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Intensität des ersten Laserstrahls 1,3 bis 1,6-mal größer ist, als die Intensität des zweiten Laserstrahls.