DE102016110488A1

DE102016110488A1 - Abgedichtete Batterie und ein Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE102016110488A1
Application number: DE102016110488.4A
Authority: DE
Inventors: Hiroya Umeyama; Yukio Harima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-06-12
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2016-12-15
Also published as: CN106252534A; KR101838382B1; CN106252534B; KR20160146548A; US10103363B2; JP2017004832A; JP6213784B2; US20160365546A1

Abstract

Eine abgedichtete Batterie enthält: einen Gehäusehauptkörper (30), welcher eine Öffnung aufweist; und eine Abdichtplatte (34), welche die Öffnung (50) schließt, wobei die Abdichtplatte (34) mit dem Gehäusehauptkörper (30) durch einen Schweißabschnitt (70) verbunden ist. Der Schweißabschnitt (70) enthält eine untere Schweißfläche (72), die sich mit der Grenzfläche (64) des Gehäusehauptkörpers (30) und der Abdichtplatte (34) schneidet, wobei die untere Schweißfläche (72) im Wesentlichen orthogonal zu der Tiefenrichtung ist. Eine Tiefe des Schweißabschnitts (70) auf einer ersten virtuellen Ebene, welche die Grenzfläche (64) enthält, ist größer als die Tiefe des Schweißabschnitts (70) auf einer zweiten virtuellen Ebene, welche eine Außenfläche des Gehäusehauptkörpers (30) enthält, wobei die Außenfläche die gegenüberliegende Seite der Grenzfläche (64) in der Dickenrichtung des Gehäusehauptkörpers (30) ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine abgedichtete Batterie und ein Verfahren zum Herstellen derselben.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Eine typische Struktur einer Batterie ist eine Struktur, in welcher ein leistungserzeugendes Element, dass durch Stapeln einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode mit einem dazwischenliegenden Separator gebildet ist, in einem Batteriegehäuse aufgenommen ist, und dieses Batteriegehäuse abgedichtet ist (d. h., eine abgedichtete Batterie). Typisch für diese abgedichtete Batterie ist, dass das Innere des Batteriegehäuses durch Schließen (Abdichten) einer Öffnung eines Gehäusehauptkörpers mit einem geeigneten Abdichtelement (beispielsweise einer Abdichtplatte) abgedichtet wird, nachdem das leistungserzeugende Element in dem Gehäusehauptkörper aufgenommen ist. Ein Verfahren zum Abdichten der Öffnung dieses Batteriegehäuses beinhaltet ein Anordnen des Abdichtelements in einer Position, welche die Öffnung schließt, und ein anschließendes Verbinden des Abdichtelements mit einem Rand der Öffnung, beispielsweise durch Schweißen.
Die Form der Verbindung zwischen dem Rand der Öffnung des Gehäusehauptkörpers und dem Abdichtelement ist typischerweise eine Eckverbindung, in welcher ein Randabschnitt von einem Element an einer Innenwand des anderen Elements anliegt. Die zusammengesetzten Abschnitte bzw. Stoßabschnitts dieser zwei Elemente werden dann von außerhalb des durch die zwei Elemente gebildeten Winkels geschweißt.
Wenn das Batteriegehäuse durch Verbinden eines Abdichtelements (beispielsweise der Abdichtplatte), welches die Öffnung des Gehäusehauptkörpers abdichtet, mit dem Rand der Öffnung durch Schweißen verbunden wird, kann sich die Schweißstärke zwischen dem Gehäusehauptkörper und dem Abdichtelement (z. B. der Abdichtplatte) verringern, wenn die Schweißtiefe eines Schweißabschnitts (d. h. ein schmelz-gefestigter Abschnitt, welcher zu dem Schweißzeitpunkt geschmolzen wurde und sich dann verfestigt hat, nachfolgend als solcher bezeichnet) an dem zusammengesetzten Abschnitt bzw. Stoßabschnitt des Gehäusehauptkörpers und des Abdichtelements nicht ausreichend ist. Daher beschreiben beispielsweise die japanische Offenlegungsschrift JP 2009-218099 A und die japanischen Offenlegungsschrift JP H11-104866 A eine Technologie, um die Schweißstärke zu erhöhen.
Die JP 11-104866 A beschreibt eine Technologie, welche eine Schweißstärke eines Stoßabschnitts eines Gehäusehauptkörpers und eines Abdichtelement sicherstellt, indem das Schweißen unter Verwendung eines Lasers mit hoher Ausgangsleistung und hoher Konvergenz ausgeführt wird, und die Schweißtiefe des Schweißabschnitts an dem Stoßabschnitt des Gehäusehauptkörpers und des Abdichtelements erhöht wird.
Bei der in der JP H11-104866 A beschriebenen Technologie kann jedoch, wenn die Schweißposition (typischerweise eine Laserbestrahlungsposition) abweicht, eine gewünschte Schweißtiefe an dem Schweißabschnitt des Stoßabschnitts des Gehäusehauptkörpers und des Abdichtelements (d. h. die Grenze zwischen dem Gehäusehauptkörper und dem Dichtelement) nicht sichergestellt werden. D. h., eine Schweißstärke bzw. Schweißfestigkeit an der Grenze zwischen dem Gehäusehauptkörper und dem Abdichtelement kann aufgrund einer Variation im Batterieherstellprozess (z. B. eine Variation der Schweißposition, Variation der Größe des Gehäuses und des Abdichtelements, etc.) nicht ausreichend sichergestellt werden.
Wenn die Schweißtiefe des Schweißabschnitts übermäßig ist und die Stelle, welche zu dem Schweißzeitpunkt geschmolzen wurde (d. h., der geschmolzene Abschnitt), am Ende die Innenwand des Batteriegehäuses erreicht (am Ende durch die Innenwand geht), können Fremdstoffe (typischerweise Metallpartikel) von Schweißspritzern zu dem Schweißzeitpunkt in das Batteriegehäuse gelangen. Fremdstoffe (Schweißspritzer), welche in das Batteriegehäuse gelangen, können einen internen Kurzschluss in der Batterie verursachen, was deshalb unerwünscht ist. Wenn die Schweißtiefe des Schweißabschnitts zu groß ist, bleibt wahrscheinlich auch eine Blase (Hohlraum) zurück, nachdem der geschmolzene Abschnitt gehärtet ist, d. h., eine sogenannte Pore (auch als „Lunker” bezeichnet) wird wahrscheinlich gebildet. Diese Blase (Hohlraum) verringert die Stärke bzw. Festigkeit der Schweißstelle (Schweißstärke), was zu einer Verringerung der Schweißqualität führt, und daher unerwünscht ist. In den letzten Jahren wurden im Hinblick auf eine steigende Batteriekapazität und Verringerung des Batteriegewichts und dergleichen der Gehäusehauptkörper und das Abdichtelement immer dünner. Ausgehend hiervon gibt es ebenso Fälle, in welchen es schwierig ist, eine ausreichende Schweißstärke nur durch Erhöhen der Schweißtiefe des Schweißabschnitts, wie in der JP H11-104866 A beschrieben, sicherzustellen.
Die JP 2009-218099 A beschreibt eine Technologie, welche die Schweißtiefe eines Schweißabschnitts an einer Grenze (Stoßabschnitt) eines Gehäusehauptkörpers und eines Abdichtelements sicherstellt, indem dem Abdichtelement eine vordefinierte Form gegeben wird. In der in der JP 2009-218099 A beschriebenen Technologie ist ein Grenzabschnitt eines Nicht-Schweißabschnitts und eines Schweißabschnitts des Gehäusehauptkörpers parallel zu einer Dickenrichtung des Gehäusehauptkörpers und die Fläche des Grenzabschnitts des Nicht-Schweißabschnitts und des Schweißabschnitts des Gehäusehauptkörpers ist klein. Typischerweise neigt die mechanische Stärke bzw. Festigkeit des Grenzabschnitts des Nicht-Schweißabschnitts und des Schweißabschnitts dazu, geringer als die mechanische Stärke des Schweißabschnitts und die mechanische Stärke des Nicht-Schweißabschnitts eines Schweißabschnitts zu sein. Mit der in der JP 2009-218099 A beschriebenen Technologie gibt es daher, obwohl die Verbindungsstärke der Grenze (zusammengesetzter Abschnitt bzw. Stoßabschnitt) des Gehäusehauptkörpers und des Abdichtelements erhöht werden kann, Fälle, in welchen es schwierig ist, eine ausreichend hohe Schweißstärke an dem Grenzabschnitt des Nicht-Schweißabschnitts und des Schweißabschnitts des Gehäusehauptkörpers sicherzustellen.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung schafft daher eine abgedichtete Batterie, in welcher eine Verbindungsstärke bzw. Verbindungsfestigkeit zwischen einem Gehäusehauptkörper und einem Abdichtelement zuverlässig sichergestellt werden kann, und in der ein Brechen an einem Grenzabschnitt eines Schweißabschnitts und eines Nicht-Schweißabschnitts eines Schweißelements verringert wird.
Ein erster Aspekt der Erfindung schlägt eine abgedichtete Batterie vor, die enthält: einen Gehäusehauptkörper, welcher eine Öffnung zum Aufnehmen eines Elektrodenkörpers aufweist; und eine Abdichtplatte, welche die Öffnung schließt, wobei die Abdichtplatte mit dem Gehäusehauptkörper durch einen Schweißabschnitt verbunden ist, welcher einen Abschnitt einer Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte enthält, und der Schweißabschnitt entlang der Grenzfläche ausgebildet ist. Der Schweißabschnitt enthält eine untere Schweißfläche, welche in einer Schweißtiefenrichtung der tiefste Abschnitt ist, wobei die Schweißtiefenrichtung entlang der Grenzfläche verläuft, die untere Schweißfläche sich mit der Grenzfläche schneidet, und die untere Schweißfläche im Wesentlichen orthogonal zu der Tiefenrichtung ist. Der Schweißabschnitt erreicht eine erste Fläche eines zweiten Elements, wobei das zweite Element ein Element von dem Gehäusehauptkörper und der Abdichtplatte ist, eine Dickenrichtung des zweiten Elements senkrecht zu der Grenzfläche ist, die erste Fläche eine Fläche auf einer der Grenzfläche in der Dickenrichtung gegenüberliegenden Seite des Elements ist. Eine Distanz von einer ersten Position zu der unteren Schweißfläche auf einer ersten virtuellen Ebene ist größer als eine Distanz von einer zweiten Position zu einer Position des tiefsten Abschnitts des Schweißabschnitts in der Tiefenrichtung auf einer zweiten virtuellen Ebene. Die erste Position ist eine Position auf einer Außenfläche des Schweißabschnitts, wobei die erste Position auf der ersten virtuellen Ebene ist und die erste virtuelle Ebene die Grenzfläche enthält. Die erste virtuelle Ebene ist parallel zu der Grenzfläche. Die Außenfläche ist eine Fläche des Schweißabschnitts, wobei die Außenfläche zur Außenseite der abgedichteten Batterie zeigt. Die zweite Position ist eine Position, an welcher eine Linie, welche sich von der ersten Position erstreckt, die zweite virtuelle Ebene schneidet. Die zweite virtuelle Ebene ist parallel zu der Grenzfläche, wobei die zweite virtuelle Ebene die erste Fläche enthält. Die Linie erstreckt sich in einer Richtung senkrecht zu der zweiten virtuellen Ebene.
In dem ersten Aspekt, kann, wenn die Distanz von der ersten Position zu der unteren Schweißfläche auf der ersten virtuellen Ebene D ist und die Distanz von der zweiten Position zu der Position des tiefsten Abschnitts des Schweißabschnitts in der Tiefenrichtung auf der zweiten Ebene d ist, d ≤ 0,7·D erfüllt sein.
In dem obigen Aspekt kann, wenn eine Dicke eines ersten Elements W ist, wobei das erste Element ein Element von dem Gehäusehauptkörper und der Abdichtplatte ist, eine Richtung entlang der Grenzfläche einer Dickenrichtung des ersten Elements entspricht, und eine Länge der unteren Schweißfläche in einer Richtung orthogonal zu der Grenzfläche A ist, 1 ≤ W/A ≤ 2 erfüllt sein.
Indem der Schweißabschnitt den unteren Schweißabschnitt aufweist, kann gemäß diesem Aspekt die Länge in der Schweißtiefenrichtung entlang der Grenzfläche des Schweißabschnitts auf der Ebene, welche die Grenzfläche von dem einem Element von dem Gehäusehauptkörper und der Abdichtplatte enthält, in welcher eine Richtung entlang der Grenzfläche einer Dickenrichtung von diesem (nachfolgend auch als erstes Element bezeichnet) und dem zweiten Element entspricht (d. h. die Länge D), sichergestellt werden. Beispielsweise kann, selbst wenn es eine Variation in dem Batterieherstellprozess gibt (z. B. eine Variation der Schweißposition, eine Variation der Größe des Gehäuses und der Dichtplatte, etc.), eine gewünschte Länge für die Länge des Schweißabschnitts in der Schweißtiefenrichtung entlang der Grenzfläche auf der Ebene, welche die Grenzfläche des ersten Elements und des zweiten Elements enthält, sichergestellt werden. D. h., Die Stärke des Schweißabschnitts kann auf der Ebene sichergestellt werden, welche die Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte enthält. Weil sich der Schweißabschnitt zu der Außenfläche des zweiten Elements erstreckt, welche die Außenfläche auf der gegenüberliegenden Seite in der Dickenrichtung von der Grenzfläche zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element ist, und d ≤ 0,7·D erfüllt ist, erhöht sich die Fläche der Grenze zwischen dem Schweißabschnitt und dem Nicht-Schweißabschnitt des zweiten Elements. D. h., ein Brechen an dem Grenzabschnitt des Schweißabschnitts und des Nicht-Schweißabschnitts des zweiten Elements kann reduziert werden.
In dem obigen Aspekt kann die Dicke W gleich oder kleiner 1 mm sein.
Gemäß diesem Aspekt kann die Fläche der Grenze zwischen dem Schweißabschnitt und dem Nicht-Schweißabschnitt des zweiten Elements ausreichend sichergestellt werden. Selbst wenn ein dünnes zweites Element verwendet wird, kann daher ein Brechen des Grenzabschnitts des Schweißabschnitts und des Nicht-Schweißabschnitts des zweiten Elements reduziert werden.
In dem obigen Aspekt kann die Distanz D gleich oder kleiner 2 mm sein.
Gemäß diesem Aspekt kann, selbst wenn es eine Variation im Batterieherstellprozess gibt, eine gewünschte Länge für die Länge des Schweißabschnitts in der Schweißtiefenrichtung entlang der Grenzfläche auf der Ebene, welche die Grenzfläche des ersten Elements und des zweiten Elements (d. h., die Länge D) enthält, sichergestellt werden. Die Notwendigkeit, die Länge des Schweißabschnitts in der Schweißtiefenrichtung des Schweißabschnitts größer als gewünscht unter Berücksichtigung einer Variation im Batterieherstellprozess einzustellen, ist daher gering. Gemäß der oben beschriebenen Struktur kann das Bilden einer Blase bzw. eines Hohlraums (Lunkers) verhindert werden und es kann verhindert werden, dass Fremdstoffe (Spritzer) in das Batteriegehäuse gelangen.
In dem obigen Aspekt kann das erste Element die Abdichtplatte und das zweite Element der Gehäusehauptkörper sein.
Typischerweise wird die Dicke der Abdichtplatte größer als die Dicke des Gehäusehauptkörpers eingestellt. Indem das erste Element die Abdichtplatte ist, kann daher, um die Stärke (Bruchfestigkeit) des Schweißabschnitts auf der Ebene, welche die Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte enthält, eine ausreichende Länge des Schweißabschnitts relativ leicht für die Länge des Schweißabschnitts in der Schweißtiefenrichtung entlang der Grenzfläche auf der Ebene sichergestellt werden, welche die Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte (d. h., die Länge D) enthält. Mit der abgedichteten Batterie des Aspekts der Erfindung kann auch ein Brechen an dem Grenzabschnitt des Schweißabschnitts und des Nicht-Schweißabschnitts des Gehäusehauptkörpers, welcher das zweite Element ist, sichergestellt werden. D. h., mit der abgedichteten Batterie des obigen Aspekts ist es möglich eine abgedichtete Batterie auszubilden, in welcher eine ausreichende Bruchfestigkeit an einem Abschnitt sichergestellt wird, an dem der Gehäusehauptkörper und die Abdichtplatte durch Schweißen miteinander verbunden werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer der hierin beschriebenen abgedichteten Batterien. Der zweite Aspekt umfasst: Verbinden des Gehäusehauptkörpers und des Abdichtelements durch Laserschweißen. Das Laserschweißen umfasst: Ausrichten von drei oder mehr voneinander unabhängigen Laserstrahlen in einer Linie in einer Richtung, die orthogonal zu einer Schweißvorschubrichtung entlang der Grenzfläche ist, an einem Laserbestrahlungsabschnitt und simultanes Ausstrahlen der drei oder mehr Laserstrahlen derart, dass die drei oder mehr Laserstrahlen alle die gleiche Ausgangsleistung haben.
Gemäß diesem zweiten Aspekt kann durch Verwenden einer geeigneten Kombination von drei oder mehr voneinander unabhängigen Laserstrahlen und ein geeignetes Ausstrahlen dieser Laserstrahlen auf die Abdichtplatte und den Gehäusehauptkörper, welche die Schweißelemente sind, die Form eines Abschnitts, der durch die Laserstrahlen geschmolzen wird (d. h., der Schweißabschnitt, an dem sich die geschmolzenen Abschnitte verfestigt haben) entsprechend einer gewünschten Form gesteuert werden. Im Ergebnis kann eine abgedichtete Batterie, in welcher die Stärke des Schweißabschnitts auf der Ebene, welche die Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte enthält, sichergestellt wird, und ein Brechen an dem Grenzabschnitt des Schweißabschnitts und des Nicht-Schweißabschnitts der Schweißelemente reduziert wird, hergestellt werden. D. h., es kann eine abgedichtete Batterie ausgebildet werden, in welcher eine ausreichende Bruchfestigkeit für einen Abschnitt sichergestellt wird, an dem der Gehäusehauptkörper und die Abdichtplatte durch Schweißen verbunden werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale und Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Element kennzeichnen, und wobei:
1 eine perspektivische Ansicht ist, welche eine Skizze der Außenform einer Batterie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 eine Ansicht ist, welche eine Skizze des Verhältnisses zwischen einem Gehäusehauptkörper und einer Abdichtplatte der Batterie gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt;
3 eine Ansicht ist, welche eine Skizze eines Verbindungsabschnitts der Abdichtplatte und des Gehäusehauptkörpers (ein erstes Element und ein zweite Element) der in 1 dargestellten Batterie zeigt, welche eine Schnittansicht eines Querschnitts zeigt, der orthogonal zu einer Grenzfläche der Abdichtplatte und des Gehäusehauptkörpers (des ersten Elements und des zweiten Elements) ist;
4 eine Ansicht ist, welche eine Skizze der Form eines Schweißabschnitts der Batterie gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt, welche eine Schnittansicht eines Querschnitts zeigt, der orthogonal zu der Grenzfläche der Abdichtplatte und des Gehäusehauptkörpers (des ersten Elementes und des zweiten Elements) ist;
5 eine Ansicht ist, welche eine Skizze einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zum Verbinden des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte miteinander durch Schweißen darstellt, in welcher eine Laserbestrahlungsposition von einer Laserbestrahlungsrichtung gezeigt wird;
6 eine Ansicht ist, welche eine Skizze eines Laserbestrahlungsprozesses gemäß einem [Schweißverfahren 2] darstellt, welches in einem Testbeispiel dargestellt ist, in welcher die Laserbestrahlungsposition aus der Laserbestrahlungsrichtung gesehen wird;
7 eine Ansicht ist, welche eine Skizze eines Laserbestrahlungsprozesses gemäß einem [Schweißverfahren 3] darstellt, welches in einem Testbeispiel dargestellt ist, in welcher die Laserbestrahlungsposition aus der Laserbestrahlungsrichtung gesehen wird;
8 eine Ansicht ist, welche eine Skizze eines Laserbestrahlungsprozesses gemäß einem [Schweißverfahren 4] darstellt, das in einem Testbeispiel dargestellt ist, in welcher die Laserbestrahlungsposition aus der Laserbestrahlungsrichtung gesehen wird;
9 eine Ansicht ist, die eine Skizze eines Bruchtestprozesses darstellt, das in einem Testbeispiel gezeigt wird; und
10 eine perspektivische Ansicht ist, die eine Skizze der Außenform einer Batterie gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung darstellt.
11 eine Tabelle ist, welche Ergebnisses eines Bruchtests darstellt, der mit dem Batteriegehäuse der Batterie gemäß jedem Testbeispiel durchgeführt wurde.
12 eine Tabelle ist, welche Ergebnisse eines Bruchtests darstellt, der mit dem Batteriegehäuse der Batterie gemäß jedem Testbeispiel durchgeführt wurde.
13 eine Tabelle ist, welche Ergebnisse eines Bruchtests darstellt, der mit dem Batteriegehäuse der Batterie gemäß jedem Testbeispiel durchgeführt wurde.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter entsprechender Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In dieser Spezifikation können Sachverhalte, für welche nicht speziell genannt ist, dass diese zum Ausführen der Erfindung notwendig sind, von einem Fachmann als Gestaltungssachverhalte auf Basis des Stands der Technik verstanden werden. Die Erfindung kann auf Basis von technischem Grundwissen in dem Gebiet und dem in dieser Spezifikation beschriebenen Inhalt ausgeführt werden. In den unten beschriebenen Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um Elemente und Abschnitte zu kennzeichnen, welche die gleiche Funktion erfüllen. Auch reflektieren dimensionale Verhältnisse bzw. Maßstäbe oder Abmessungen (Länge, Weite, Dicke und ähnliches) in den Zeichnungen keine tatsächlichen Dimensionen.
Die Batterie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine abgedichtete Batterie, in welcher eine Abdichtplatte und ein Gehäusehauptkörper eines Batteriegehäuses miteinander durch Schweißen, wie oben beschrieben, verbunden werden, und ist durch die Form des Schweißabschnitts gekennzeichnet. Daher sind der Typ und die Struktur von dem Elektrolyt und dem Elektrolytkörper nicht speziell beschränkt. Typische Beispiele der Batterie, welche durch die beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung ausgebildet sind, enthalten eine breite Variation von Primärbatterien und Sekundärbatterien und dergleichen. Hierbei meint der Begriff „Sekundärbatterie” im Allgemeinen Batterien, welche wiederholt geladen und entladen werden können, und enthält sogenannte chemische Batterien, wie beispielsweise Lithiumsekundärbatterien, Natriumsekundärbatterien und Nickel-Metallhybridbatterien, sowie physikalische Batterien, wie beispielsweise elektrische Doppelschichtkondensatoren.
Hierbei ist die Grundstruktur der hierin beschriebenen abgedichteten Batterie eine abgedichtete Batterie, in welcher ähnlich wie bei herkömmlichen Batterien ein Elektrodenkörper, der eine positive Elektrode und eine negative Elektrode enthält, zusammen mit einem nicht dargestellten Elektrolyt in einem Batteriegehäuse aufgenommen wird. Dieses Batteriegehäuse enthält einen Gehäusehauptkörper in welchem der Elektrodenkörper, welcher ein leistungserzeugendes Element ist, aufgenommen ist, und eine Abdichtplatte. Die Form dieses Batteriegehäuses ist nicht speziell beschränkt und kann zylindrisch oder viereckig oder dergleichen sein.
Obwohl nicht beabsichtigt ist, die Struktur hierauf zu beschränken, wird nachfolgend die Struktur der Batterie gemäß der Erfindung in Detail unter Verwendung einer viereckigen abgedichteten Batterie 100, die in 1 dargestellt ist, als ein Beispiel beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht der Außenform der abgedichteten Batterie 100 gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform. Wie in der Zeichnung dargestellt, ist ein Batteriegehäuse 30 ein viereckiges Gehäuse, das einen Gehäusehauptkörper 32 und eine Abdichtplatte 34 enthält. Wie in den 1 und 2 dargestellt, ist der Gehäusehauptkörper 32 ein quaderförmiges Gehäuse, das eine Seitenwand 36, welche eine Seitenfläche des Gehäusehauptkörpers bildet, und einen nicht dargestellten unteren Abschnitt bzw. Bodenabschnitt enthält. Dieser Gehäusehauptkörper 32 weist eine viereckige Öffnung 50 zum Aufnehmen des Elektrodenkörpers an einem Ende auf (welches einem oberen Endabschnitt entspricht, wenn die Batterie in ihrem normalen Verwendungszustand ist). Eine Öffnungsendfläche bzw. offene Endfläche 52 erstreckt sich horizontal an einer Oberfläche der Seitenwand 36. Die offene Endfläche 52 ist auf der Oberfläche der Seitenwand 36 gebildet, welche einen peripheren Rand dieser Öffnung 50 bildet.
Die Abdichtplatte 34 ist ein plattenförmiges Element, welches die Öffnung 50 des Gehäusehauptkörpers 32 schließt. Hier kann die Abdichtplatte 34 eine allgemein rechteckige Form aufweisen. Zudem sind, wie in 1 und 2 dargestellt, ein positiver Elektrodenanschluss 42 und ein negativer Elektrodenanschluss 44 für eine externe Verbindung auf der Abdichtplatte 34 ausgebildet, so dass ein Abschnitt von jedem von diesen Anschlüssen von einer Außenfläche der Abdichtplatte 34 zur Außenseite der Batterie 100 hervorsteht (d. h., eine Fläche, die außerhalb des Batteriegehäuses 30 angeordnet ist, wenn die Öffnung 50 des Gehäusehauptkörpers 32 geschlossen ist; nachfolgend als solches bezeichnet). Auch sind ein Sicherheitsventil 31 zum Auslassen von im Inneren des Batteriegehäuses 30 erzeugtem Gas nach außen von dem Batteriegehäuse und eine Einfüllöffnung, die nicht dargestellt ist, zum Einfüllen von Elektrolyt in das Batteriegehäuse in der Abdichtplatte 34 ausgebildet.
Die Materialien des Gehäusehauptkörpers 32 und der Abdichtplatte 34 sind nicht speziell beschränkt, solange es ein Material ist, welches geschweißt werden kann. Beispielsweise sind der Gehäusehauptkörper 32 und die Abdichtplatte 34 aus Metall. Insbesondere ist ein Metallmaterial zu bevorzugen, welche sowohl leicht ist als auch eine ausgezeichnete thermische Leitfähigkeit aufweist. Beispiele eines solchen Metallmaterials enthalten Aluminium, Edelstahl und vernickelten Stahl und ähnliches. Ein besonders bevorzugtes Material ist Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, die sowohl leicht ist als auch eine gute thermische Leitfähigkeit aufweist. Auch können der Gehäusehauptkörper 32 und die Abdichtplatte 34 beide aus den gleichen oder unterschiedlichen Materialien bestehen. Der Gehäusehauptkörper 32 und die Abdichtplatte 34 aus dem gleichen Material haben die gleichen physikalischen Eigenschaften, wie die thermische Leitfähigkeit und Schmelztemperatur, wodurch es keine Ungleichheit beim Schmelzen des Metalls aufgrund der Wärme vom Schweißen gibt, was zu bevorzugen ist. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist sowohl der Gehäusehauptkörper 32 als auch die Abdichtplatte 34 aus Aluminium hergestellt.
Das Batteriegehäuse 30 ist mit der Abdichtplatte 34 ausgestattet, um die Öffnung 50 des Gehäusehauptkörpers 32 zu schließen. Wie beispielsweise in 1 und 2 dargestellt ist, kann die Öffnung 50 des Gehäusehauptkörpers 32 geschlossen werden, indem die Abdichtplatte 34 in die Öffnung 50 des Gehäusehauptkörpers 32 eingefügt (eingepasst) wird. Zu diesem Zeitpunkt sind der Gehäusehauptkörper 32 und die Abdichtplatte 34 derart angeordnet, dass die Außenfläche 38 der Abdichtplatte 34 bündig mit der Öffnungsendfläche 52 des Gehäusehauptkörpers 32 ist (d. h., in einem Zustand, in dem diese auf der gleichen Ebene sind), wie in 3 dargestellt ist. Alternativ kann die Öffnung 50 des Gehäusehauptkörpers 32 auch durch Platzieren der Abdichtplatte 34 auf der Öffnungsendfläche 52 geschehen, wie in 10 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt sind der Gehäusehauptkörper 32 und die Abdichtplatte 34 derart angeordnet, dass eine Außenwandfläche der Seitenwand 36 des Gehäusehauptkörpers 32 bündig mit einer peripheren Randseitenfläche der Abdichtplatte 34 ist (d. h. in einem Zustand, in dem diese auf derselben Ebene liegen). Alternativ kann beispielsweise ein peripherer Rand der Abdichtplatte 34, und/oder eine Seitenwand, welche die Öffnung des Gehäusehauptkörpers 32 bildet, in einer vordefinierten Form gebildet sein, und diese beiden Element können zusammengefügt werden. Dann werden der Gehäusehauptkörper 32 und die Abdichtplatte 34 miteinander durch Schweißen in einer vordefinierten Region, welche einen Abschnitt einer Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers 32 und der Abdichtplatte 34 enthält, in einer Richtung entlang der Grenzfläche verbunden. Im Ergebnis wird die Öffnung 50 des Gehäusehauptkörpers 32 durch die Abdichtplatte 34 geschlossen, ohne dass irgendein Zwischenraum entsteht, wodurch sichergestellt ist, dass das Batteriegehäuse 30 abgedichtet ist.
Nachfolgend wird ein Schweißabschnitt (Schweißstruktur), an dem der Gehäusehauptkörper 32 und die Abdichtplatte 34 geschweißt werden, beschrieben, wobei ein Element von dem Gehäusehauptkörper 32 und der Abdichtplatte 34, welche Schweißelemente sind, bei welchen eine Richtung entlang der Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers 32 und der Abdichtplatte 34 einer Dickenrichtung des Schweißelements entspricht, als ein erstes Element 60 und das andere als ein zweites Element 62 beschrieben werden. In dieser beispielhaften Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben werden, in dem die Abdichtplatte 34 das erste Element 60 und der Gehäusehauptkörper 32 das zweite Element 62 ist.
Das erste Element 60 und das zweite Element 62 werden in einer Richtung zusammengesetzt, in welcher weite Flächen (60a und 62a) von diesen orthogonal zueinander sind, wie in 3 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt liegt eine Seitenfläche 60b des ersten Elements 60 an einem Endabschnitt einer weiten Fläche 62a des zweiten Elements 62 an, welches an der Innenseite des Batteriegehäuses 30 angebracht ist, so dass die weite Fläche 62b des zweiten Elements 62 mit einer weiten Fläche 60a des ersten Elements 60 bündig ist, das an der Außenseite des Batteriegehäuses 30 positioniert ist. Dieses Zusammensetzen kann das Zusammensetzen von zwei Elementen sein, in welchen sowohl die Seitenfläche 60b des ersten Elements 60, welche dem zweiten Element 62 gegenüberliegt, und die weite Fläche 62b des zweiten Elements 62, welche dem ersten Element 60 gegenüberliegt, eben sind, oder das Zusammensetzen des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 kann durch Zusammenpassen von zwei Elementen realisiert werden, von welchen zumindest eines mit einer vordefinierten Form gebildet ist.
Wie in 4 dargestellt, werden das erste Element 60 und das zweite Element 62 an einer vordefinierten Region durch Schweißen in einer Richtung entlang einer Grenzfläche 64 zusammengesetzt bzw. verbunden, welche einen Abschnitt der Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 enthält,. Nachfolgend wird bezüglich der Schweißtiefenrichtung des Schweißabschnitts 70, der durch dieses Schweißen gebildet ist, sofern dies nicht anders spezifiziert wird, die Richtung entlang der Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 (die Abdichtplatte 34) und des zweiten Elements 62 (der Gehäusehauptkörper 32) als die Schweißtiefenrichtung beschrieben. Der Schweißabschnitt 70, der das erste Element 60 und das zweite Element 62 miteinander verschweißt, weist eine untere Schweißfläche 72 auf, welche der tiefste Abschnitt in der Schweißtiefenrichtung bzw. der Schweißnaht ist, und ist im Wesentlichen parallel zu einer virtuellen Ebene, die orthogonal zu der Schweißtiefenrichtung ist, wie in der Zeichnung dargestellt. D. h., die untere Schweißfläche 72 ist im Wesentlichen senkrecht zu der Schweißtiefenrichtung. Da der Schweißabschnitt 70, diese untere Schweißfläche 72 aufweist, ist es möglich, eine Länge des Schweißabschnitts 70 (durch „D” in 4 gekennzeichnet) in der Schweißtiefenrichtung auf einer Ebene sicherzustellen, welche die Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 enthält, selbst wenn eine Abweichung im Herstellprozess der Batterie auftritt. Im Ergebnis kann die Stärke bzw. Festigkeit des Schweißabschnitts 70 auf der Ebene, welche die Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 enthält, zuverlässig sichergestellt werden. Aus dem Gesichtspunkt des Sicherstellens der Länge des Schweißabschnitts 70 in der Schweißtiefenrichtung auf der Ebene, welche die Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 enthält, wird die untere Schweißfläche 72 bevorzugt an einer Position angeordnet, die mit der Ebene schneidet (orthogonal zu dieser ist), welche die Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 enthält. Wenn beispielsweise die untere Schweißfläche 72 durch die Ebene geteilt wird, welche die Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 enthält, wird die untere Schweißfläche 72 bevorzugt derart angeordnet, dass zumindest 10% (vorzugsweise 20%, noch bevorzugter 40% und besonders bevorzugt 50%) der unteren Schweißfläche 72 auf der Seite des ersten Elements 60 oder der Seite des zweiten Elements 62 positioniert werden.
Hier ist die untere Schweißfläche 72, welche „im Wesentlichen parallel” zu der virtuellen Ebene ist, die orthogonal zu der Schweißtiefenrichtung ist, nicht auf den Fall beschränkt, in dem sie vollständig parallel ist. D. h., „im Wesentlichen parallel” enthält auch einen Fall, in dem die untere Schweißfläche 72 nahezu parallel zu der virtuellen Ebene ist, die orthogonal zu der Schweißtiefenrichtung ist. Ähnlich ist „im Wesentlichen orthogonal” nicht nur auf vollständig orthogonal beschränkt. „Im Wesentlichen orthogonal” enthält einen Zustand, welcher scheinbar nahezu orthogonal ist. Beispielsweise ist die untere Schweißfläche 72 nicht auf eine vollständig ebene Fläche beschränkt und kann kleine Unebenheiten aufweisen. Daher können bei der unteren Schweißfläche 72, wenn eine angenäherte Ebene der unteren Schweißfläche 72 eingestellt ist, Unebenheiten (Abweichungen) von nicht mehr als etwa 30 μm (vorzugsweise nicht mehr als 15 μm) von dieser angenäherten Ebene zugelassen sein. Auch kann bei der unteren Schweißfläche 72 eine Neigung innerhalb eines Bereichs von –10 Grad bis +10 Grad bezüglich der virtuellen Ebene für die angenäherte Ebene der unteren Schweißfläche zugelassen sein.
Wie in 4 gezeigt, erstreckt sich der Schweißabschnitt 70 zu einer Außenfläche des zweiten Elements 62, welche die Außenfläche an der gegenüberliegenden Seite von der Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 in der Dickenrichtung ist (nachfolgend kann diese Außenfläche auch vereinfacht als „Außenweitenfläche 62c des zweiten Elements 62” bezeichnet werden). Die Länge eines Abschnitts des Schweißabschnitts 70, welcher näher zu der Außenweitenfläche 62c des zweiten Elements 62 ist als die untere Schweißfläche 72, wird in der Schweißtiefenrichtung kleiner (d. h., Schweißtiefe an diesem Abschnitt ist geringer), je näher er an der Außenweitenfläche 62c des zweiten Elements 62 ist. D. h., eine Grenze 74 zwischen einem Nicht-Schweißabschnitt des zweiten Elements 62 und dem Schweißabschnitt 70 an der Außenweitenfläche 62c des zweiten Elements 62 ist weiter an der Außenseitenfläche (typischerweise der Seite mit der Fläche, auf welche thermische Energie aufgebracht wird) des Schweißabschnitts positioniert als die untere Schweißfläche 72. Daher kann die Fläche der Grenze 74 zwischen dem Schweißabschnitt 70 und dem Nicht-Schweißabschnitt des zweiten Elements 62 im Vergleich dazu erhöht werden, wenn die Grenze 74 zwischen dem Schweißabschnitt 70 und dem Nicht-Schweißabschnitt des zweiten Elements 62 parallel zu der Dickenrichtung des zweiten Elements 62 ist (d. h., wenn sich die untere Schweißfläche 72 zu der Außenweitenfläche 62c des zweiten Elements 62 erstreckt). Im Ergebnis kann ein Brechen des Grenzabschnitts des Schweißabschnitts 70 und des Nicht-Schweißabschnitts des zweiten Elements 62 verringert werden.
Wie in 4 dargestellt, ist eine Länge des Schweißabschnitts 70 in der Schweißtiefenrichtung auf der Ebene, welche die Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 enthält, D (mm). D. h., die Länge D bezieht sich auf eine Distanz von einer ersten Position, welche eine Position der Außenfläche des Schweißabschnitts 70 ist, auf einer ersten virtuellen Ebene, welche die Grenzfläche 64 enthält, und parallel zu der Grenzfläche 64 ist, zu der unteren Schweißfläche 72 auf der ersten virtuellen Ebene. Die Außenfläche des Schweißabschnitts 70 ist eine Fläche des Schweißabschnitts, welcher der Außenseite der abgedichteten Batterie gegenüberliegt. Eine Distanz in der Schweißtiefenrichtung von einer Außenfläche 76 des Schweißabschnitts 70 auf der Ebene, welche die Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 enthält, zu der Grenze 74 zwischen dem Nicht-Schweißabschnitt des zweiten Elements 62 und dem Schweißabschnitt 70 an der Außenweitenfläche 62c des zweiten Elements 62, ist d (mm). D. h., die Distanz d ist die Distanz von einer zweiten Position, wo eine Linie, welche sich von der ersten Position in einer Richtung erstreckt, die senkrecht zu einer zweiten virtuellen Ebene ist, welche die erste Position enthält, und parallel zu der Grenzfläche 64 ist, mit der zweiten virtuellen Ebene schneidet, zu der Position des tiefsten Abschnitts des Schweißabschnitts in der Tiefenrichtung auf der zweiten virtuellen Ebene. Wenn die Dicke des zweiten Elements 62 W (mm) ist und die Länge der unteren Schweißfläche 72 in einer Richtung orthogonal zu der Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 A (mm) ist, erfüllt dies das Verhältnis: d ≤ 0,7·D, und 1 ≤ W/A ≤ 2. Die Dicke W des zweiten Elements 62 ist die Dicke eines Abschnitts des zweiten Elements 62, welcher dem ersten Element 60 gegenüberliegt.
Indem wie oben beschrieben W/A ≤ 2 gilt, kann, selbst wenn es eine Variation in dem Batterieherstellprozess gibt (z. B. eine Variation in der Größe des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 oder eine Variation in der Schweißposition), die Länge des Schweißabschnitts 70 in der Schweißtiefenrichtung auf der Ebene, welche die Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 enthält (d. h., die Schweißtiefe, die Länge D) zuverlässig sichergestellt werden. D. h., die Stärke bzw. Festigkeit des Schweißabschnitts 70 auf der Ebene, welche die Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 enthält, kann sichergestellt werden.
Auf der anderen Seite kann, wenn W/A zu klein ist (d. h., wenn A zu groß bezüglich W ist), ein Abschnitt des Schweißabschnitts 70, welcher näher an der Außenweitenfläche 62c des zweiten Elements 62 als die untere Schweißfläche 72 ist, d. h., ein Abschnitt des Schweißabschnitts 70, bei dem die Distanz in der Schweißtiefenrichtung kleiner wird (d. h., wo die Schweißtiefe enger wird), je näher er der Außenweitenfläche 62c des zweiten Elements 62 kommt, nicht ausreichend sichergestellt werden. Daher wird die Fläche der Grenze 74 zwischen dem Schweißabschnitt 70 und dem Nicht-Schweißabschnitt des zweiten Elements 62 dazu neigen, klein zu sein. Wenn die Distanz d bezüglich der Länge D zu groß ist, kann der Effekt des Erhöhens der Fläche der Grenze 74 zwischen dem Schweißabschnitt 70 und dem Nicht-Schweißabschnitt des zweiten Elements 62 aufgrund der Verringerung der Länge in der Schweißtiefenrichtung (d. h., aufgrund der enger werdenden Schweißtiefe) an dem Abschnitt des Schweißabschnitts 70, der näher an der Außenweitenfläche 62c des zweiten Elements 62 als die untere Schweißfläche 72 liegt, nicht ausreichend dargestellt werden. Indem 1 ≤ W/A, und d ≤ 0,7·D gilt, kann daher eine Fläche, die ausreichend ist, um einen Bruch an dem Grenzabschnitt des Schweißabschnitts 70 und des Nicht-Schweißabschnitts des zweiten Elements 62 zu verhindern, als die Fläche der Grenze 74 zwischen dem Schweißabschnitt 70 und dem Nicht-Schweißabschnitt für das zweite Element 62 sichergestellt werden.
Die Dicke W des zweiten Elements 62 ist nicht speziell beschränkt, sondern kann typischerweise gleich oder kleiner als 1,5 mm (z. B. gleich oder kleiner als 1,0 mm). Bei der hierin beschriebenen Technologie kann, selbst wenn ein zweites Element 62 mit einer geringen Dicke verwendet wird, eine Fläche, die ausreichend ist, um ein Brechen an dem Grenzabschnitt des Schweißabschnitts 70 und des Nicht-Schweißabschnitt des zweiten Elements 62 zu verhindern, als die Fläche der Grenze 74 zwischen dem Schweißabschnitt 70 und dem Nicht-Schweißabschnitt für das zweite Element 62 sichergestellt werden. Auf der anderen Seite neigt, wenn ein zweites Element 62, das zu dünn ist, verwendet wird, die Stärke bzw. Festigkeit des zweiten Elements 62 dazu, nicht ausreichend zu sein. Die Dicke W des zweiten Elements 62 kann daher typischerweise gleich oder größer als 0,3 mm sein. Beispielsweise kann die Dicke W des zweiten Elements 62 innerhalb eines Bereichs von 0,4 mm bis 0,5 mm sein.
Die Dicke des ersten Elements 60 (als die „Dicke des ersten Elements 60 eines Abschnitts, welcher dem zweiten Element 62 gegenüberliegt” bezeichnet) ist nicht speziell beschränkt. Typischerweise kann die Dicke des ersten Elements 60 größer als die Dicke des zweiten Elements 62 sein. Indem die Dicke des ersten Elements 60 groß eingestellt wird, kann die Länge des Schweißabschnitts 70 in der Schweißtiefenrichtung auf der Ebene, welche die Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 enthält, (d. h., die Länge D) groß eingestellt werden. Die Dicke des ersten Elements 60 kann beispielsweise annähernd drei bis vier Mal so groß wie die Dicke des zweiten Elements 62 sein. Noch genauer kann die Dicke des ersten Elements 60 in einem Bereich von nicht weniger als 0,9 mm (z. B., nicht weniger als 1,2 mm) bis zu nicht mehr als 6 mm (z. B. nicht mehr als 4 mm) liegen.
Die Länge des Schweißabschnitts 70 in der Schweißtiefenrichtung auf der Ebene, welche die Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 enthält, (d. h., die Länge D (mm)) ist nicht speziell beschränkt, solange eine ausreichende Festigkeit bei dem Schweißabschnitt 70 auf der Ebene sichergestellt werden kann, welche die Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 enthält. Diese Länge D (mm) kann beispielsweise annähernd gleich der, oder größer als die, Dicke W (mm) des zweiten Elements 62 sein. Vorzugsweise kann die Länge D (mm) in einen Bereich eingestellt werden, der größer als die Dicke W des zweiten Elements 62 bis zu nicht mehr als das 1,5-fache der Dicke W (mm) des zweiten Elements 62 ist (d. h. innerhalb eines Bereichs von W ≤ D ≤ 1,5·W). Wenn die Länge D bezüglich der Dicke des ersten Elements 60 zu groß ist, kann hier der Schweißabschnitt 70 durch das erste Element 60 gehen, was nicht wünschenswert ist. Daher wird die Länge D vorzugsweise derart eingestellt, dass sie nicht mehr als 2/3 (besonders bevorzugt nicht mehr als 1/2) der Dicke des ersten Elements 60 ist. Auch aus dem Gesichtspunkt eines Vermeidens von Schweißdefekten, wie beispielsweise Blasen in dem Schweißabschnitt 70, ist eine Länge D, welche zu lang ist, nicht wünschenswert. Aus diesen Gesichtspunkten kann die Länge D innerhalb eines Bereichs von beispielsweise nicht weniger als 0,3 mm (besonders bevorzugt nicht weniger als 0,4 mm) bis zu nicht mehr als 2 mm (besonders bevorzugt nicht mehr als 1 mm) eingestellt werden. Typischerweise kann die Länge D annähernd 0,6 mm sein.
Bei einer typischen abgedichteten Batterie ist die Abdichtplatte 34 mit positiven und negativen externen Anschlüssen (42 und 44), einer Einfüllöffnung, welche nicht dargestellt ist, zum Einfüllen von Elektrolyten in das Batteriegehäuse, und einem Sicherheitsventil 31 und ähnlichem, wie in 1 oder 10 dargestellt ist, ausgestattet. Normalerweise wird die Dicke der Abdichtplatte 34 groß eingestellt, weil eine externe Kraft zu dem Zeitpunkt der Herstellung und der Verwendung auf diese Abschnitte wirken kann. D. h., die Dicke der Abdichtplatte 34 wird typischerweise größer als die Dicke des Gehäusehauptkörpers 32 eingestellt. Das erste Element 60 kann daher vorzugsweise die Abdichtplatte 34 sein, und das zweite Element 62 kann vorzugsweise der Gehäusehauptkörper 32 sein. D. h., wie in den 3 und 4 dargestellt, kann das Innere des Batteriegehäuses 30 durch die Seitenfläche 60b der Abdichtplatte 34 (die Umfangsrandseitenfläche der Abdichtplatte 34), welche gegen die Innenwandfläche der Seitenwand 36 des Gehäusehauptkörper 32 gestoßen wird, und eine vordefinierte Region, welche einen Abschnitt der Grenzfläche 64 des Gehäusehauptkörpers 32 und der Abdichtplatte 34 enthält, welche durch Schweißen verbunden werden, abgedichtet werden. Noch genauer kann die Abdichtplatte 34 in die Öffnung 50 eingepasst werden, welche durch die Seitenwand 36 des Gehäusehauptkörpers 32 gebildet ist, wie in 1 und 2 dargestellt.
Der Elektrodenkörper, welcher im Inneren des Batteriegehäuses 30 aufgenommen ist, kann der gleiche sein wie bei einer herkömmlichen Batterie und ist nicht speziell beschränkt. Eine Struktur, in welcher eine positive Elektrode und eine negative Elektrode durch einen Separator elektrisch getrennt (isoliert) sind, kann typischerweise verwendet werden. Beispielsweise kann der Elektrodenkörper ein gestapelter Elektrodenkörper oder ein gerollter Elektrodenkörper sein. Beispielsweise kann der Elektrodenkörper ein flach gerollter Elektrodenkörper sein, welcher in einer flachen Form durch Überlappen einer langen positiven Elektrode und einer langen negativen Elektrode über zwei lange Separatoren (beispielsweise poröse Polyolefinharzbahnen) und ein Rollen dieser in der Längsrichtung und dann Stampfen und Quetschen des gerollten Körpers von einer Richtung, die orthogonal zu der Rollachse ist, gebildet werden. Die positive Elektrode kann beispielsweise eine Elektrode sein, in der eine Positiv-Elektroden-Aktivmaterialschicht, welche ein positives Elektroden-Aktivmaterial enthält, auf einer oder beiden Seiten eines positiven Elektrodenkollektors (z. B. Aluminiumfolie) gebildet ist. Auch die negative Elektrode kann beispielsweise eine Elektrode sein, in der eine Negativ-Elektroden-Aktivmaterialschicht, welche ein negatives Elektroden-Aktivmaterial enthält, auf einer oder beiden Seiten eines negativen Elektrodenkollektors (z. B. Aluminiumfolie) gebildet ist.
Auch der im Inneren des Batteriegehäuses 30 aufgenommene Elektrolyt kann der gleiche sein, welcher in einer herkömmlichen Batterie verwendet wird, und ist nicht speziell beschränkt. Beispielsweise kann der Elektrolyt ein nicht-wässriger Elektrolyt sein, welcher beispielsweise ein unterstützendes Salz (einen unterstützenden Elektrolyten) in einem geeigneten nicht-wässrigem Lösungsmittel (ein organisches Lösungsmittel) enthält.
Auch können hier Elemente (z. B. die positive Elektrode, die negative Elektrode und die Separatoren und ähnliches) und Materialien, welche den Elektrodenkörper und den oben beschrieben Elektrolyten bilden, welche die gleichen wie die in einer herkömmlichen typischen Batterie sind, ohne Beschränkung verwendet werden. Die Materialien und ähnliches, welche den Elektrodenkörper und die Bestandteile und ähnliches des Elektrolyten bilden, kennzeichnen nicht die Erfindung, so dass auf eine detaillierte Beschreibung derselben verzichtet wird.
Nachfolgend wird eine beispielhafte Ausführungsform eines Prozesses zum Herstellen der abgedichteten Batterie 100, welche die oben beschriebene Struktur aufweist, welcher ein Herstellverfahren der abgedichteten Batterie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung betrifft, mit entsprechender Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Das Herstellverfahren der abgedichteten Batterie der Erfindung ist in keiner Weise auf die beispielhafte Ausführungsform beschränkt, die unten beschrieben wird.
Das Herstellverfahren der abgedichteten Batterie 100, welches hier beschrieben wird, enthält ein Verbinden des Gehäusehauptkörpers 32 und der Abdichtplatte 34 miteinander durch Schweißen. Nachfolgend wird eine Form als ein Beispiel beschrieben, in der die Abdichtplatte 34 das erste Element 60 und der Gehäusehauptkörper 32 das zweite Element 62 ist.
Zuerst wird die Öffnung 50 des Gehäusehauptkörpers 32 durch die Abdichtplatte 34 geschlossen. Beispielsweise werden der Gehäusehauptkörper 32, welcher die Öffnung 50 zum Aufnehmen des Elektrodenkörpers an einem Ende (welches dem oberen Endabschnitt entspricht, wenn die Batterie in einem normalen Verwendungszustand ist) aufweist, und die Abdichtplatte 34, welche ein Form aufweist, welche die Öffnung 50 schließt, vorbereitet, wie in 2 dargestellt. Dann wird die Öffnung 50 des Gehäusehauptkörpers 32 mit der Abdichtplatte 34 geschlossen. Genauer gesagt werden die Abdichtplatte 34 und der Gehäusehauptkörper 32 in einer Richtung zusammengesetzt, in der die Weitenflächen (60a und 62a) orthogonal zueinander sind, wie in 3 dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt, wird die Seitenfläche 60b der Abdichtplatte 34 (d. h., die Umfangsrandseitenfläche der Abdichtplatte 34) derart gegen die Innenwandfläche der Seitenwand 36 des Gehäusehauptkörpers 32 gefügt, dass die offene Endfläche 52 des Gehäusehauptkörpers 32 bündig mit der Außenfläche 38 der Abdichtplatte 34 ist. Beispielsweise kann die Abdichtplatte 34 in die Öffnung 50 des Gehäusehauptkörpers 32 eingepasst werden.
Der Gehäusehauptkörper 32 und die Abdichtplatte 34 werden anschließend miteinander durch Schweißen verbunden. Dieses Schweißen wird durch Aufbringen thermischer Energie von außerhalb des Batteriegehäuses 30 in einer Richtung entlang der Grenzfläche 64 des Gehäusehauptkörpers 32 und der Abdichtplatte 34 durchgeführt, d. h., in einer Richtung, die orthogonal zu der bündigen Fläche ist, an welcher der Gehäusehauptkörper 32 und die Abdichtplatte 34 aneinander anliegen. D. h., die Richtung, in welcher die thermische Energie auf den Gehäusehauptkörper 32 und die Abdichtplatte 34 aufgebracht wird, welche die Schweißelemente sind, (typischerweise die Laserbestrahlungsrichtung) stimmt mit der Schweißtiefenrichtung überein. Das Schweißen wird typischerweise durch ein Herumgehen entlang der Grenzfläche 64 des Gehäusehauptkörpers 32 und der Abdichtplatte 34 durchgeführt. Nachfolgend wird die Richtung, in welcher das Schweißen fortschreitet, als die „Schweißrichtung” bezeichnet.
Der Prozess zum Aufnehmen des Elektrodenkörpers und des Elektrolyten in dem Batteriegehäuse 30 ist nicht speziell beschränkt. Beispielsweise kann der Elektrodenkörper im Inneren des Batteriegehäuses 30 durch Anbringen des Elektrodenkörpers an der Abdichtplatte 34 durch einen vordefinierten Prozess und Einfügen des Elektrodenkörpers in den Gehäusehauptkörper 32, aufgenommen werden, wenn die Öffnung 50 des Gehäusehauptkörpers 32 mit der Abdichtplatte 34 geschlossen wird. Auch kann der Elektrolyt im Inneren des Batteriegehäuses 30 durch Einfüllen des Elektrolyten in das Batteriegehäuse 30 von der Einfüllöffnung, welche in der Abdichtplatte 34 gebildet ist, aufgenommen werden. Hier können der Elektrodenkörper und der nicht-wässrige Elektrolyt, welche oben beschrieben sind, verwendet werden.
Der Prozess zum Zusammenschweißen des Gehäusehauptkörpers 32 und der Abdichtplatte 34 wird nachfolgend im Detail beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Abdichtplatte 34 als das erste Element 60 beschrieben, und der Gehäusehauptkörper 32 wird als das zweite Element 62 beschrieben.
Das Schweißen wird typischerweise durch Laserschweißen, das irgendeines von verschiedenem Laserlicht (typischerweise ein Laserstrahl) verwendet, oder Elektronenstrahlschweißen, das einen Elektronenstrahl verwendet, durchgeführt. Irgendeiner von verschiedenen Laser, wie beispielsweise ein Gaslaser, ein Festkörperlaser, ein Flüssiglaser, ein Halbleiterlaser oder ein Faserlaser, kann ohne eine bestimmte Beschränkung als der Laser verwendet werden. Beispielsweise können vorzugsweise ein YAG-Laser, ein YVO₄-Laser, ein CO₂-Laser, ein Halbleiterlaser oder ein Faserlaser oder ähnliches verwendet werden.
Hier wird das Schweißen ausgeführt, bei dem der Schweißabschnitt 70 sich zu der Fläche an der gegenüberliegenden Seite in der Dickenrichtung von der Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 erstreckt, welches die Außenfläche des zweiten Elements 62 ist (d. h., die Außenweitenfläche 62c). Der Wärmeeintrag vom Schweißen wird normalerweise in eine Richtung übertragen, die orthogonal zu der Laserbestrahlungsrichtung ist, d. h., in einer Richtung, die orthogonal zu der Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 ist (d. h., in der Dickenrichtung des zweiten Elements 62) (Wärmeübertragung). Wenn der Wärmeeintrag von dem Schweißen übertragen wird und die Ecke des zweiten Elements 62 schmilzt, wird der Wärmeeintrag in der Schweißtiefenrichtung entlang der Außenweitenfläche 62c des zweiten Elements 62 übertragen. Der Schweißabschnitt 70 kann daher die Außenweitenfläche 62c des zweiten Elements 62 durch Aufbringen eines ausreichenden Wärmeeintrags durch das Schweißen erreichen.
Wie in 5 gezeigt, wird das Schweißen hier typischerweise derart durchgeführt, dass drei oder mehr (z. B. vier oder mehr) Laserstrahlen (1 bis 4 in der Zeichnung), welche voneinander unabhängig sind, in einer Reihe in einer Richtung ausgerichtet werden, welche orthogonal zu der Schweißrichtung an einem Laserbestrahlungsabschnitt ist. D. h., das Schweißen wird mit drei oder mehr Laserstrahlen durchgeführt, welche parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Schweißrichtung verlaufen. Die gestrichelten Linien in der Zeichnung sind virtuelle Linien (das gleiche gilt für die später beschriebenen 6 bis 8), welche die Pfade der Laserstrahlen anzeigen. Typischerweise wird ein Stichlochschweißen (keyhole welding) kontinuierlich (kontinuierliches Schweißen) durch jeden Laserstrahl durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt können die Schweißelemente um den Laserbestrahlungsabschnitt, den die Laserstrahlen bestrahlen, durch den Wärmeeintrag von dem Laserschweißen, welcher auf diese übertragen wird, geschmolzen werden. D. h., die Schweißelemente zwischen den Laserbestrahlungsabschnitten von benachbarten Laserstrahlen können durch den Wärmeieintrag von dem Laserschweißen, welcher auf diese übertragen wird, geschmolzen werden. Indem die Mehrzahl von Laserstrahlen in Intervallen angeordnet wird, bei welchen sich die durch die Laserstahlen die geschmolzenen Abschnitte überlappen, werden die geschmolzenen Abschnitte, welche durch die Mehrzahl von Laserstrahlen geschmolzen werden, miteinander derart verbunden, dass ein einzelner geschmolzener Abschnitt gebildet wird. Dann kann der Schweißabschnitt 70, welcher eine gewünschte Form aufweist, durch das Erstarren des geschmolzenen Abschnitts gebildet werden. Der Schweißabschnitt 70, welcher die untere Schweißfläche 72 aufweist, welche der tiefste Abschnitt in der Schweißtiefenrichtung ist (d. h., der Laserbestrahlungsrichtung), und der im Wesentlichen parallel zu einer virtuellen Ebene ist, die orthogonal zu der Schweißtiefenrichtung ist, kann daher durch Anpassen der Intervalle zwischen den Laserstrahlen und der Laserintensität und ähnlichem gebildet werden. Die Intervalle der Laserstrahlen und die Laserintensität und ähnliches können sich in Abhängigkeit des Materials und der Dicke des Gehäusehauptkörpers 32 und der Abdichtplatte 34, welche die Schweißelemente sind, und der Schweißtiefe und ähnlichem ändern und sind daher nicht speziell beschränkt sondern müssen nur innerhalb eines Bereich angepasst werden, welcher ermöglicht, dass die untere Schweißfläche 72 gebildet wird. Aus dem Gesichtspunkt des Bildens der unteren Schweißfläche 72 werden die drei oder mehr Laserstrahlen vorzugsweise zu gleichbeabstandeten Intervallen angeordnet und die Laserstrahlen werden vorzugsweise derart simultan ausgestrahlt, dass sie alle die gleiche Laserintensität aufweisen. Die Laserintensität, auf welche hierin Bezug genommen wird, bezieht sich auf den Betrag der Ausgangsleistung der Laser.
Aus dem Gesichtspunkt eines Steuerns der Form der Schweißabschnitts 70 auf eine gewünschte Form (z. B. die oben beschriebene Form, typischerweise die in 4 dargestellte Form) wird vorzugsweise ein Laserstrahl verwendet, welcher einen kleinen Laserstrahldurchmesser aufweist. Beispielsweise kann ein Faserlaser, in welchem eine optische Faser das Medium ist, bevorzugt verwendet werden, weil der Strahldurchmesser des Laserstrahls klein ist (der Wirkdurchmesser klein ist) und die Strahlqualität hervorragend ist. Der Laserstrahldurchmesser des Laserstrahls ist nicht speziell beschränkt, aber ein Bereich von nicht weniger als 0,01 mm (vorzugsweise nicht weniger als 0,03 mm) und nicht mehr als 0,1 mm (vorzugsweise nicht mehr als 0,08 mm) wird bevorzugt.
Die Laserstrahlposition wird vorzugsweise derart angepasst, dass die Mehrzahl von Laserstrahlen, welche in einer Reihe ausgerichtet sind, hier sowohl das erste Element 60 als auch das zweite Element 62 bestrahlen. Die Strahlposition der Laserstrahlen wird bevorzugt derart angepasst, dass eine Abweichung vom dem Zentrum in der parallelen Richtung der Mehrzahl von Laserstrahlen von der Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 nicht mehr als 40% (vorzugsweise nicht mehr als 30%, besonders bevorzugt nicht mehr als 20%, und ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 10%) der Länge in der parallelen Richtung der Mehrzahl von Laserstrahlen ist. Die Laserstrahlen werden beispielsweise derart ausgerichtet, dass die Abweichung vom Zentrum in der parallelen Richtung der Mehrzahl von Laserstrahlen von der Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 nicht mehr als 0,2 mm ist (vorzugsweise nicht mehr als 0,1 mm). Besonders bevorzugt wird die Laserbestrahlungsposition der Laserstrahlen derart eingestellt, dass das Zentrum der Ausrichtung der Mehrzahl von Laserstrahlen an der Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 ausgerichtet ist.
Die Form des Schweißabschnitts 70 kann durch Ändern der Anzahl von Laserstrahlen, der Intervalle der Laserstrahlen, der Ausgabeintensität der Laserstrahlen, des Zeitpunkts der Laserbestrahlung, des Bestrahlungsdurchmessers der Laserstrahlen und der Bestrahlungspositionen der Laserstrahlen und ähnlichem gesteuert werden. Beispielsweise kann die Länge der unteren Schweißfläche 72 in einer Richtung, die orthogonal zu der Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 ist (d. h., eine Länge A des unteren Schweißfläche 72), beispielsweise durch Erhöhen der Anzahl der Laserstrahlen, durch Aufweiten der Laserstrahlintervalle, oder durch Verwenden von Laserstrahlen mit relativ großen Laserstrahldurchmessern oder ähnlichem, erhöht werden.
Auch kann die Schweißtiefe des Schweißabschnitts 70 (typischerweise die Länge des Schweißabschnitts 70 in der Schweißtiefenrichtung auf einer Ebene, welche die Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 enthält, d. h., die oben beschriebene Länge D) durch beispielsweise ein Erhöhen der Ausgabeintensität der Laserstrahlen oder durch ein Verengen der Laserstrahlintervalle oder ähnliches erhöht werden.
Bezüglich des Laserstrahls, der am nächsten zu der Außenweitenfläche 62c des zweiten Elements 62 aus der Mehrzahl der Laserstrahlen angeordnet ist, kann auch die Distanz in der Schweißtiefenrichtung von der Außenfläche des Schweißabschnitts 70 auf der Ebene, welche die Grenzfläche 64 des ersten Elements 60 und des zweiten Elements 62 enthält, zu der Grenze 74 zwischen dem Nicht-Schweißabschnitt des zweiten Elements 62 und dem Schweißabschnitt 70 auf der Außenweitenfläche 62c des zweiten Elements 62 (d. h., die Distanz d, die oben beschrieben wurde), durch beispielsweise ein Annähern der Bestrahlungsposition des Laserstrahls an die Außenweitenfläche 62c des zweiten Elements 62, oder ein Erhöhen der Ausgabeintensität des Laserstrahls oder ähnlichem, erhöht werden.
Die hierin beschriebene abgedichtete Batterie ist eine abgedichtete Batterie, in welcher der Gehäusehauptkörper und die Abdichtplatte miteinander durch Schweißen verbunden sind, wobei die Verbindungsstärke bzw. Verbindungsfestigkeit an der Grenze zwischen dem Gehäusehauptkörper und der Abdichtplatte sichergestellt wird und ein Brechen an dem Grenzabschnitt des Nicht-Schweißabschnitts und eines Schweißabschnitts von Schweißelementen reduziert wird. Selbst wenn es eine Variation im Herstellprozess gibt (z. B. eine Variation der Größe des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte, oder eine Variation der Schweißposition, oder ähnlichem), kann ein hoher Grad an Stärke bzw. Festigkeitsgrad (typischerweise die Bruchfestigkeit) des Schweißabschnitts des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte erzielt werden. D. h., die hierin beschriebene Batterie ist eine Batterie, in welcher das Innere des Batteriegehäuses sehr zuverlässig hermetisch abgedichtet ist. Diese Batterie kann daher in geeigneter Weise als eine Antriebsbatterie verwendet werden, die in einem Fahrzeug wie beispielsweise einem Plug-in-Hybridfahrzeug (PHV), einem Hybridfahrzeug (HV), oder einem elektrischen Fahrzeug (EV) oder ähnlichem verwendet wird. Gemäß der Erfindung wird auch ein Fahrzeug, in dem die hierin beschriebenen Batterie bevorzugt als eine Leistungsquelle vorgsehen ist (typischerweise ein Batteriepack, in dem eine Mehrzahl von Batterien elektrisch miteinander verbunden sind) ausgebildet.
Nachfolgend wird ein Beispiel (ein Testbeispiel), welches die Erfindung betrifft, beschrieben, aber die Erfindung ist in keiner Weise auf dieses Beispiel (Testbeispiel) beschränkt.
<Schweißen des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte>
Der Gehäusehauptkörper der Batterie wird durch die Abdichtplatte durch den unten beschriebenen Prozess geschlossen. Zuerst wurde eine Abdichtplatte, welche aus einer Aluminiumlegierung mit einer Legierungsnummer, die durch JIS aus A1050-O gekennzeichnet ist, besteht und 1,4 mm dick ist, hergestellt. Ebenso wurde ein Gehäusehauptkörper, der aus einer Aluminiumlegierung mit einer Legierungsnummer, die durch JIS aus A3003-O gekennzeichnet ist, besteht und 0,4 mm dick ist, vorbereitet. Nach dem Anbringen eines Elektrodenkörpers, der ein leistungserzeugendes Elements ist, an der Abdichtplatte durch einen vordefinierten Prozess, wurde dann der Elektrodenkörper in den Gehäusehauptkörper eingefügt, und die Abdichtplatte wurde in die Öffnung des Gehäusehauptkörpers eingefügt, um so einen Deckel zu bilden. Noch genauer wurden der Gehäusehauptkörper und die Abdichtplatte derart angeordnet, dass die Außenumfangsseitenfläche der Abdichtplatte gegen die Innenwandfläche der Seitenwand des Gehäusehauptkörpers stößt und die Außenfläche der Abdichtplatte bündig mit der Öffnungsendfläche des Batteriegehäuses ist (d. h., derart, dass diese auf derselben Ebene liegen). Hierbei ist die Abdichtplatte das erste Element und der Gehäusehauptkörper ist das zweite Element. Dann wird eine vordefinierte Region, welche einen Abschnitt der Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte enthält, geschweißt und in einer Richtung entlang der Grenzfläche durch irgendeines der unten stehenden Schweißverfahren 1 bis Schweißverfahren 4 verbunden. Im Ergebnis wurden insgesamt 22 Formen von Batterien (Beispiele 1 bis 22), jede mit einem unterschiedlich geformten Schweißabschnitt, hergestellt.
[Schweißverfahren 1]
Nun wird das Schweißverfahren 1 beschrieben. 5 ist eine Ansicht, welche eine Skizze der Laserbestrahlungsposition in dem Schweißverfahren 1 darstellt. Zum Schweißen wurden vier Faserlaser mit jeweils einem Strahldurchmesser (Laserbestrahlungsdurchmesser) von 0,04 mm vorbereitet und diese Faserlaser wurden mit den Laserstrahlen (1 bis 4 in der Zeichnung) verwendet, welche in einer Reihe in einer Richtung, die orthogonal zu der Schweißrichtung an den Laserbestrahlungspositionen ist, ausgerichtet. Diese Laserstrahlen 1 bis 4 verlaufen parallel bei einer Geschwindigkeit (Schweißgeschwindigkeit) von 400 mm/Sekunde, wobei die vier Laserstrahlen 1 bis 4 simultan derart ausstrahlen, dass alle die gleiche Laserintensität aufweisen. Das Schweißen wird durch ein kontinuierliches Stichlochschweißen mit den Laserstrahlen 1 bis 4 durchgeführt. Zudem wird das Schweißen durch ein Herumgehen entlang der Grenzfläche 64 des Gehäusehauptkörpers 32 und der Abdichtplatte 34 durchgeführt. Die Laserintensität und die Intervalle der Laserstrahlen werden innerhalb eines Bereichs eingestellt, in dem der Schweißabschnitt eine untere Schweißfläche aufweist, welche in der Schweißtiefenrichtung der tiefste Abschnitt ist, und im Wesentlichen parallel zu einer virtuellen Ebene ist, die orthogonal zu der Schweißtiefenrichtung ist, und der Schweißabschnitt weist eine Form auf, die sich zu einer Außenfläche des Gehäusehauptkörpers erstreckt (dem zweiten Element), welche eine Fläche an der gegenüberliegenden Seite von der Grenzfläche der Abdichtplatte (dem ersten Element) in der Dickenrichtung ist. Die Laserbestrahlungsposition wird derart angepasst, dass das Zentrum in der parallelen Richtung der vier Laserstrahlen an der Grenzfläche 64 des Gehäusehauptkörpers 32 und der Abdichtplatte 34 ausgerichtet ist. Auch wurde ein Schweißen insgesamt unter 10 Arten von Schweißbedingungen durchgeführt, in welchen sich die Form der Schweißabschnitte unterscheiden, indem die Laserintensität und die Intervalle der Laserstrahlen geeignet angepasst werden (Beispiel 1 bis Beispiel 10).
[Schweißverfahren 2]
Nachfolgend wird das Schweißverfahren 2 beschrieben. In dem Schweißverfahren 2 wird das Schweißen durch den gleichen Prozess wie dem oben beschriebenen Schweißverfahren 1 unter insgesamt 10 Arten von Schweißbedingungen durchgeführt, bei welchen die Form des Schweißabschnitts unterschiedlich ist, außer, dass die Laserbestrahlungsposition um 0,1 mm zu der Seite des Gehäusehauptkörpers 32, wie in 6 dargestellt, (Beispiele 11 bis 20) bewegt wurde. Noch genauer wurde eine Batterie gemäß Beispiel 11 durch Bewegen der Laserbestrahlungsposition unter den Schweißbedingungen hergestellt, wenn eine Batterie gemäß Beispiel 1 hergestellt wurde, und ähnlich wurden Batterien gemäß der Beispiele 12, 13, ..., 20 durch Bewegen der Laserbestrahlungsposition unter den Schweißbedingungen hergestellt, wenn Batterien gemäß den Beispielen 2, 3, ..., 10 hergestellt wurden.
[Schweißverfahren 3]
Nachfolgend wird ein Schweißverfahren 3 beschrieben. Bei dem Schweißverfahren 3 wurde ein einzelnder Faserlaser (Bezugszeichen 5 in 7) mit einem Strahldurchmesser (Laserbestrahlungsdurchmesser) von 0,3 mm zum Schweißen verwendet, und ein Laserstrahl wurde derart ausgestrahlt, dass das Zentrum des Laserstrahls 5 an der Grenzfläche 64 des Gehäusehauptkörpers 32 und der Abdichtplatte 34 ausgerichtet wurde, wie in 7 dargestellt. Auch wurde das Schweißen durch ein kontinuierliches Schweißen bei einer Geschwindigkeit (Schweißgeschwindigkeit) von 400 mm/Sekunde entlang der Grenzfläche 64 des Gehäusehauptkörpers 32 und der Abdichtplatte 34 (Beispiel 21) herum durchgeführt.
[Schweißverfahren 4]
Nachfolgend wird ein Schweißverfahren 4 beschrieben. In dem Schweißverfahren 4 wurde ein Schweißen durch den gleichen Prozess wie dem oben beschriebenen Schweißverfahren 3 durchgeführt, außer dass die Laserbestrahlungsposition 0,1 mm zu der Seite des Gehäusehauptkörpers bewegt wurde (Beispiel 22).
<Form des Schweißabschnitts>
Bezüglich der Form des Schweißabschnitts der Batterien gemäß der Beispiele 1 bis 22, die oben beschrieben sind, sind 11 bis 13 Schnittansichten in eine Richtung, die orthogonal zu der Grenzfläche des Gehäusehauptkörper 32 und der Abdichtplatte 34 ist, welche eine Richtung entlang der Schweißtiefenrichtung des Schweißabschnitts 70 ist. Zudem wurden i) die Tiefe (D (mm)) in der Schweißtiefenrichtung des Schweißabschnitts 70 auf der Ebene, welche die Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers 32 und der Abdichtplatte 34, enthält, ii) die Distanz (d (mm)) in der Schweißtiefenrichtung von der Außenfläche des Schweißabschnitts 70 auf der Ebene, welche die Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers 32 und der Abdichtplatte 34 enthält, zu der Grenze zwischen dem Nicht-Schweißabschnitt des Gehäusehauptkörpers 32 und dem Schweißabschnitt 70 auf der Außenfläche des Gehäusehauptkörpers 32, welche auf der gegenüberliegenden Seite in der Dickenrichtung von der Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers 32 und der Abdichtplatte 34 ist, iii) die Dicke (W (mm)) des Gehäusehauptkörpers 32, und iv) die Länge (A (mm)) der unteren Schweißfläche in einer Richtung, die orthogonal zu der Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers 32 und der Abdichtplatte 34 ist, gemessen. Die oben beschriebene Größe von d bezüglich D und die oben beschriebene Größe von A bezüglich W für die Batterie gemäß jedes Beispiels werden in den 11 bis 13 dargestellt.
<Bruchtest>
Anschließend wurde ein Bruchtest, der unten beschrieben wird (siehe 9), mit dem Batteriegehäuse der Batterie gemäß einem jeden der oben beschriebenen Beispiele durchgeführt, um die Stärke bzw. Festigkeit des Schweißabschnitts 70 des Gehäusehauptkörpers 32 und der Abdichtplatte 34 zu überprüfen. Zuerst wurde für das Batteriegehäuse jeder Batterie ein Abschnitt, welcher den Schweißabschnitt enthält, in eine Richtung geschnitten, die orthogonal zu der Grenze zwischen dem Gehäusehauptkörper 32 und der Abdichtplatte 34 ist, welche eine Richtung entlang der Schweißtiefenrichtung des Schweißabschnitts 70 ist, und ein Teststück, das eine Dicke von 5 mm aufweist und den Schweißabschnitt enthält, wurde ausgeschnitten. Anschließend wurde bei dem Teststück in jedem Beispiel die Abdichtplatte 34 befestigt, und der Gehäusehauptkörper 32 wurde in einer Richtung entlang der Grenzfläche der Abdichtplatte 34 und des Gehäusehauptkörpers 32 (d. h., eine Richtung entlang der Schweißtiefenrichtung des Schweißabschnitts) gezogen (d. h., eine Spannung bzw. ein Zug wurde aufgebracht), und die Zugfestigkeit (N), wenn der Schweißabschnitt 70 gebrochen ist, wurde gemessen. Auch wurde bezüglich der Länge (mm) des Bruchabschnitts, welcher aufgrund der Spannung bzw. des Zugs gebrochen ist, die Länge gemessen, wenn das Teststück von der Schneidfläche gesehen wird, und die Bruchfestigkeit (N/mm) wurde durch Teilen der Zugfestigkeit (N) durch die Länge (mm) des Bruchabschnitts ermittelt. Für die Batterie gemäß jedes Beispiels wurde der oben beschriebene Bruchtest durchgeführt und die Form des Bruchabschnitts des Gehäusehauptkörpers 32, nach dem Bruch des Schweißabschnitts, wird in der entsprechenden Spalte in 11 bis 13 dargestellt. Zehn Batterien wurden für die Batterie gemäß einem jeden Beispiel hergestellt und der Bruchtest wurde bei jeder der Batterien durchgeführt. Zudem wurden die Batterien, in welchen die durchschnittlich gemessene Bruchfestigkeit der 10 Batterien 35 N/mm oder mehr war, mit „O” bewertet und die Batterien, in welchen die durchschnittlich gemessene Bruchfestigkeit der 10 Batterien weniger als 35 N/mm war, wurden mit „X” bewertet. Die Ergebnisse werden in der entsprechenden Spalte in 11 bis 13 dargestellt.
Wie in 11 und 12 dargestellt, wiesen die Beispiele 1 bis 9 und 11 bis 14 eine hohe Bruchfestigkeit auf. Bei diesen Beispielen ist die Form der Scheißabschnitte eine Form, welche eine untere Schweißfläche aufweist, die im Wesentlichen parallel zu einer virtuellen Ebene ist, die orthogonal zu der Schweißtiefenrichtung auf dem tiefsten Abschnitt in der Schweißtiefenrichtung des Schweißabschnitts ist, und die Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte schneidet sich mit der unteren Schweißfläche. Daher kann eine gewünschte Schweißtiefe für den Schweißabschnitt auf der Ebene sichergestellt werden, welche die Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte enthält, so dass angenommen wird, dass ein Brechen des Schweißabschnitts auf der Ebene, welche die Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte enthält, verhindert werden kann. In den Beispielen 1 bis 9 und 11 bis 14 war die Form des Schweißabschnitts auch d ≤ 0,7·D. Die Fläche der Grenze zwischen dem Schweißabschnitt und dem Nicht-Schweißabschnitt des Gehäusehauptkörpers kann daher ausreichend sichergestellt werden, so dass angenommen wird, dass ein Brechen an dem Grenzabschnitt des Schweißabschnitts und des Nicht-Schweißabschnitt des Gehäusehauptkörpers verhindert werden kann.
In den Beispielen 1, 3 und 5, in welchen die Form des Schweißabschnitts eine Form ist, welche eine untere Schweißfläche aufweist, die im Wesentlichen parallel zu der virtuellen Ebene ist, welche orthogonal zu der Schweißtiefenrichtung auf dem tiefsten Abschnitt in der Schweißtiefenrichtung des Schweißabschnitts ist, war die Bruchfestigkeit höher als diese im Beispiel 21, welches nicht die untere Schweißfläche aufweist. In jedem Beispiel 1, 3, 5 und 21 ist der tiefste Abschnitt in der Schweißtiefenrichtung des Schweißabschnitts auf einer Ebene positioniert, welche die Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte enthält (d. h., der tiefste Abschnitt in der Schweißtiefenrichtung des Schweißabschnitts schneidet sich mit der Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte) und d = 0,3·D. D. h., es wurde bestätigt, dass die Stärke bzw. Festigkeit (Bruchfestigkeit) des Schweißabschnitts durch Formen des Schweißabschnitts derart verbessert werden kann, dass er die untere Schweißfläche aufweist. Es wird davon ausgegangen, dass dies aufgrund der Tatsache zutrifft, dass sich die Fläche der Grenze zwischen dem Schweißabschnitt und dem Nicht-Schweißabschnitt des Gehäusehauptkörpers durch Ausbilden der unteren Schweißfläche erhöht.
Auf der anderen Seite wiesen die Beispiele 10, 15 bis 20 und 22 eine niedrige Bruchfestigkeit auf. In den Beispielen 15 und 16 schneidet sich die Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte nicht mit der unteren Schweißfläche des Schweißabschnitts, d. h., der tiefste Abschnitt in der Schweißtiefenrichtung des Schweißabschnitts ist nicht auf einer Ebene positioniert, welche die Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte enthält. Die Schweißtiefe des Schweißabschnitts auf der Ebene, welche die Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte enthält, war geringer als die gewünschte Tiefe (hier 0,6 mm), weshalb davon ausgegangen wird, dass leicht ein Bruch an der Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte auftrat. Ebenso bei Beispiel 22 war der tiefste Abschnitt in der Schweißtiefenrichtung des Schweißabschnitts ähnlich von der Ebene entfernt, welche die Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte enthält, weshalb davon ausgegangen wird, dass leicht ein Bruch an der Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte auftrat. Auch ist in den Beispielen 10 und 17 bis 20 die Form des Schweißabschnitts d > 0,7·D, so dass die Fläche der Grenze zwischen dem Schweißabschnitt und dem Nicht-Schweißabschnitt des Gehäusehauptkörpers klein ist, weshalb davon ausgegangen wird, dass leicht ein Bruch an dem Grenzabschnitt des Schweißabschnitts und des Nicht-Schweißabschnitts des Gehäusehauptkörpers auftrat.
In den Beispielen 1 bis 4, in welchen W/A ≤ 2 gilt, konnte, selbst wenn die Laserbestrahlungsposition abweicht (Beispiele 11 bis 14), die Länge des Schweißabschnitts in der Schweißtiefenrichtung auf der Ebene, welche die Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte enthält, sichergestellt werden. Auf der anderen Seite war es in den Beispielen 5 und 6, in welchen W/A > 2 gilt, wenn die Laserbestrahlungsposition abweicht (Beispiele 15 und 16), schwer, die gewünschte Länge (hier 0,6 mm) als die Länge des Schweißabschnitts in der Schweißtiefenrichtung auf der Ebene sicherzustellen, welche die Grenzfläche des Gehäusehauptkörpers und der Abdichtplatte enthält. Auch neigt in Beispiel 7, in dem W/A < 1 gilt, wenn die Laserbestrahlungsposition aus war (Beispiel 17), die Distanz d dazu klein zu sein. Aus all diesem wurde bestätigt, dass 1 ≤ W/A ≤ 2 im Hinblick auf eine Variation zu bevorzugen ist, wenn die Batterie hergestellt wird (d. h., eine Variation der Schweißposition und eine Variation der Größe der Elemente).
Aus diesen Ergebnissen wurde bestätigt, dass es Schweißverfahren gemäß der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung möglich macht, eine Batterie auszubilden, in welcher der Gehäusehauptkörper und die Abdichtplatte mit einer hohen Schweißqualität zusammengeschweißt werden.
Während bestimmte Beispiele der Erfindung im Detail beschrieben wurden, sind die oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen und Beispiele nichts anderes als Beispiele und diese sind nicht dazu gedacht, den Umfang der Ansprüche zu beschränken. Verschiedene Modifikationen und Variationen der bestimmten oben beschriebenen Beispiele sind auch in der Technologie enthalten, welche in dem Umfang der Ansprüche beschrieben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2009-218099 A [0004, 0008, 0008, 0008]
JP 11-104866 A [0004, 0005, 0006, 0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS aus A1050-O [0075]
JIS aus A3003-O [0075]

Claims

Abgedichtete Batterie, dadurch gekennzeichnet, dass sie aufweist: einen Gehäusehauptkörper (30), welcher eine Öffnung (50) zum Aufnehmen eines Elektrodenkörpers aufweist; und eine Abdichtplatte (34), welche die Öffnung (50) schließt, wobei die Abdichtplatte (34) mit dem Gehäusehauptkörper (30) durch einen Schweißabschnitt (70) verbunden ist, welcher einen Abschnitt einer Grenzfläche (64) des Gehäusehauptkörpers (30) und der Abdichtplatte (34) enthält, und der Schweißabschnitt (70) entlang der Grenzfläche (64) ausgebildet ist, wobei der Schweißabschnitt (70) eine untere Schweißfläche (72) enthält, welche in einer Schweißtiefenrichtung der tiefste Abschnitt ist, wobei die Schweißtiefenrichtung entlang der Grenzfläche (64) verläuft, sich die untere Schweißfläche (72) mit der Grenzfläche (64) schneidet, und die untere Schweißfläche (72) im Wesentlichen orthogonal zu der Tiefenrichtung ist; der Schweißabschnitt eine erste Fläche eines zweiten Element erreicht, wobei das zweite Element ein Element von dem Gehäusekörper (30) und der Abdichtplatte (34) ist, eine Dickenrichtung des zweiten Elements senkrecht zu der Grenzfläche (64) ist, die erste Fläche eine Fläche auf einer der Grenzfläche (64) in der Dickenrichtung gegenüberliegenden Seite des Elements ist; und eine Distanz von einer ersten Position zu der unteren Schweißfläche (72) auf einer ersten virtuellen Ebene größer ist als eine Distanz von einer zweiten Position zu einer Position des tiefsten Abschnitts des Schweißabschnitts (70) in der Tiefenrichtung auf einer zweiten virtuellen Ebene, wobei die erste Position eine Position auf einer Außenfläche des Schweißabschnitts (70) ist, die erste Position auf der ersten virtuellen Ebene ist, die erste virtuelle Ebene die Grenzfläche (64) enthält, die erste virtuelle Ebene parallel zu der Grenzfläche (64) ist, die Außenfläche eine Fläche des Schweißabschnitts (70) ist, und die Außenfläche zur Außenseite der abgedichteten Batterie zeigt, und wobei die zweite Position eine Position ist, an welcher sich eine Linie, welche sich von der ersten Position erstreckt, mit der zweiten virtuellen Ebene schneidet, die zweite virtuelle Ebene parallel zu der Grenzfläche (64) ist, die zweite virtuelle Ebene die erste Fläche enthält, und sich die Linie in einer Richtung senkrecht zu der zweiten virtuellen Ebene erstreckt.
Abgedichtete Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Distanz von der ersten Position zu der unteren Schweißfläche (72) auf der ersten virtuellen Ebene D ist, und die Distanz von der zweiten Position zu der Position auf dem tiefsten Abschnitt des Schweißabschnitts (70) in der Tiefenrichtung auf der zweiten virtuellen Ebene d ist, d ≤ 0,7·D erfüllt ist.
Abgedichtete Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn eine Dicke eines ersten Elements W ist, wobei das erste Element ein Element von dem Gehäusehauptkörper (30) und der Abdichtplatte (34) ist, eine Richtung entlang der Grenzfläche (64) einer Dickenrichtung des ersten Elements entspricht, und eine Länge der unteren Schweißfläche (72) in einer Richtung orthogonal zu der Grenzfläche A ist, 1 ≤ W/A ≤ 2 erfüllt ist.
Abgedichtete Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke W gleich oder kleiner 1 mm ist.
Abgedichtete Batterie nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz D gleich oder kleiner 2 mm ist.
Abgedichtete Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element die Abdichtplatte (34) ist und das zweite Element der Gehäusehauptkörper (30) ist.
Verfahren zum Herstellen der abgedichteten Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es aufweist, Verbinden des Gehäusehauptkörpers (30) und der Abdichtplatte (34) miteinander durch Laserschweißen, wobei das Laserschweißen umfasst: Ausrichten von drei oder mehr voneinander unabhängigen Laserstrahlen in einer Linie in einer Richtung orthogonal zu einer Schweißvorschubrichtung entlang der Grenzfläche (64) an einem Laserbestrahlungsabschnitt, und simultanes Ausstrahlen der drei oder mehr Laserstrahlen derart, dass die drei oder mehr Laserstrahlen alle die gleiche Ausgangsleistung haben.