JP2013093208A - 電池ケース - Google Patents

Abstract

【課題】過度に高い加工精度が要求されず、ケース本体と蓋と溶接不良を確実に防止することができる電池ケースの提供にある。
【解決手段】電池要素１１の収容空間および開口部２６を有するケース本体２１と、開口部２６を覆う蓋２２と、を備え、ケース本体２１の開口部側端部における内側面にケース側テーパー面２７が形成された電池ケースである。ケース側テーパー面２７は、第１傾斜角度αに設定された傾斜面であり、蓋側テーパー面３４は、ケース側テーパー面２７と対向し、第２傾斜角度βに設定された傾斜面であり、第１傾斜角度αは第２傾斜角度βより小さい。
【選択図】 図３

Description

この発明は、電池ケースに関し、特に、電池要素が収容されるケース本体と、ケース本体の開口部を閉塞する蓋とを備えた電池ケースに関する。

従来の電池ケースとしては、例えば、特許文献１に開示された密閉型電池の密閉構造が存在する。
特許文献１に開示された密閉型電池の密閉構造は、密閉型電池においてケース本体と蓋との間に形成されたケース本体の開口部の内周縁が、蓋を受けるように外開きの穴側のテーパーとして形成されている。
蓋の外周は、開口部のテーパーにはめ込まれる軸側のテーパーとして形成されている。
ケース本体および蓋のテーパーは、蓋をケース本体にはめ込んだときに蓋とケース本体との接合のための溶接を蓋の上面に向かう方向から行い得るテーパーである。
蓋がケース本体の開口部にはめ込まれた状態で、蓋とケース本体との接合部が蓋の上面に向かう方向から溶接され気密に接合される。

特許文献１に開示された密閉型電池の密閉構造によれば、ケース本体と蓋を接合するに際し、簡単な部品加工で両者の互いの位置決めができ、蓋への加工溶接が他にあっても、これらの溶接を同一方向から行うことが可能となるとしている。

特開平１０−１４４２６８号公報

しかしながら、特許文献１に開示された密閉型電池の密閉構造では、ケース本体のテーパーと蓋のテーパーとを隙間無く一致させるためには、過度に高い加工精度が要求されるという問題がある。
両テーパーの加工精度が不十分な場合、ケース本体のテーパーと蓋のテーパーとの間に隙間が生じて溶接時において溶接不良を招く可能性がある。
溶接不良を招くと、ケース本体と蓋の十分な密閉性を確保することができなくなる。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、過度に高い加工精度が要求されず、ケース本体と蓋と溶接不良を確実に防止することができる電池ケースの提供にある。

上記の課題を解決するために、本発明は、電池要素の収容空間および開口部を有するケース本体と、前記ケース本体と接合され、前記開口部を覆う蓋と、を備え、前記ケース本体の開口部側端部における内側面にケース側テーパー面が形成され、前記蓋の周縁に前記ケース側テーパー面と対向する蓋側テーパー面が形成された電池ケースであって、前記ケース側テーパー面は、前記ケース本体の内側面に対する傾斜角度が第１傾斜角度に設定された傾斜面であり、前記蓋側テーパー面は、前記ケース側テーパー面と対向し、前記ケース本体の内側面に対する傾斜角度が第２傾斜角度に設定された傾斜面であり、前記第１傾斜角度は前記第２傾斜角度より小さいことを特徴とする。

また、本発明は、電池要素の収容空間および開口部を有するケース本体と、前記ケース本体と接合され、前記開口部を覆う蓋と、を備え、前記ケース本体の開口部側端部における内側面にケース側テーパー面が形成され、前記蓋の周縁に前記ケース側テーパー面と対向する蓋側テーパー面が形成された電池ケースであって、前記ケース側テーパー面は、第１曲率に設定された曲面であり、前記蓋側テーパー面は、前記ケース側テーパー面と対向し、曲率が第２曲率に設定された曲面であり、前記第１曲率は前記第２曲率より大きいことを特徴とする。

本発明によれば、ケース本体に蓋を溶接する際、ケース側テーパー面の外縁部と蓋側テーパー面の外縁部とが当接し、ケース側テーパー面の内縁部と蓋側テーパー面の内縁部との間に隙間が形成される。
ケース側テーパー面の外縁部と蓋側テーパー面の外縁部とを溶接することにより、過度に高い加工精度が要求されることなく、ケース本体と蓋の溶接不良を確実に防止することができる。

また、本発明では、上記の電池ケースにおいて、前記第１傾斜角度と前記第２傾斜角度との角度差は、０°より大きく１０°以内に設定されている構成としてもよい。
この場合、第１傾斜角度と第２傾斜角度との角度差が０°より大きく１０°以内であるため、ケース側テーパー面および蓋側テーパー面の外縁部から内縁部へ向けて溶接による接合部を形成することができ、溶接による接合不良を確実に防止することができる。

また、本発明では、上記の電池ケースにおいて、前記ケース側テーパー面と前記蓋側テーパー面がレーザー溶接により接合される構成としてもよい。
この場合、ケース側テーパー面の外縁部と蓋側テーパー面の外縁部はレーザー溶接されることでより隙間無く接合されるから、ケース本体と蓋の接合不良を確実に防止することができる。

また、本発明では、上記の電池ケースにおいて、前記レーザー溶接による接合部は、前記ケース側テーパー面および前記蓋側テーパー面の外縁部から内縁部へ向けてケース本体の板厚以上の距離にわたり接合されている構成としてもよい。
この場合、ケース側テーパー面および蓋側テーパー面の外縁部から内縁部へ向けてケース本体の板厚以上の距離にわたり溶接される。
このため、ケース本体と蓋とをレーザー溶接により確実に接合することができ、接合不良を確実に防止することができる。

本発明によれば、過度に高い加工精度が要求されず、ケース本体と蓋と溶接不良を確実に防止することができる電池ケースを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電池の一部を分解した斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る電池の一部を破断して示す正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る電池ケースの要部の拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る電池ケースの要部の拡大断面図である。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る電池ケースについて図面を参照して説明する。
図１に示すように、電池１０は電池要素１１と電池要素１１を収容する電池ケース１２を備えている。

電池要素１１は、図１に示すように、正極１３と、負極１４と、正極１３と負極１４の間に設けられるセパレータ１５と、を備えている。
本実施形態の電池要素１１は、二次電池としてのリチウム電池を構成する要素であり、例えば、次のように製造される。
正極１３、セパレータ１５、負極１４の順に積層された積層体を巻回し、扁平状に成形することにより巻回電極体を得る。
なお、巻回電極体には、正電極１６および負電極１７が備えられている。
次に、巻回電極体を電池ケース１２のケース本体２１に収容した後、非水電解液を注入し、ケース本体２１を蓋２２により封止することにより薄型の電池１０を得る。
なお、図１では、電池要素１１の構造説明のために、一部の電池要素１１についてケース本体２１内の巻回電極体の端部を示すほか、巻回電極体の一部を拡大して正極１３、負極１４およびセパレータ１５を示す。

電池ケース１２はケース本体２１と蓋２２を有し、ケース本体２１は直方体の箱であり、アルミニウム製またはステンレス鋼製である。
図１に示すように、横断面形状が矩形となるケース本体２１の側板は、互いに対向する一対の第１側板部２３と、第１側板部２３と直角の面となる第２側板部２４とから構成されている。
図２に示すように、ケース本体２１は底板部２５を備え、ケース本体２１の底板部２５の反対側には開口された開口部２６が形成されている。
ケース本体２１内には電池要素１１を収容する収容空間が形成され、開口部２６は収容空間に電池要素１１を収容するために形成されている。

図３に示すように、ケース本体２１の第２側板部２４の開口部２６側端部における内側面にケース側テーパー面２７が形成されている。
ケース側テーパー面２７は、ケース本体２１の第２側板部２４の内側面に対する傾斜角度が第１傾斜角度αに設定された傾斜面である。
ケース側テーパー面２７は外側となる外縁部２８と内側となる内縁部２９を備えている。
第１傾斜角度αは、ケース側テーパー面２７の外縁部２８と内縁部２９との間の縁部間距離Ａがケース本体２１の板厚Ｔ以上となるように設定されており、本実施形態では縁部間距離Ａが板厚の約１．５倍となっている。
因みに、本実施形態では、第１側板部２３および第２側板部２４の開口部２６側端部における内側面にそれぞれケース側テーパー面２７が形成されている。
つまり、開口部２６にわたってケース側テーパー面２７が形成されている。
図示されないが、第１側板部２３の開口部２６側端部における内側面に形成されたケース側テーパー面２７は、第１側板部２３の内側面に対する傾斜角度が第１傾斜角度αに設定されている。
このように構成されたケース側テーパー面２７は、電池要素１１をケース本体２１に挿入する際にケース本体２１へ挿入し易くするガイドとしての機能を持つ。
また、ケース側テーパー面２７の一部は、レーザー溶接により蓋２２と接合される接合面としての機能を果たす。

次に、電池ケース１２の蓋２２について説明する。
蓋２２はアルミニウム製またはステンレス鋼製である。
図１に示すように、蓋２２はケース本体２１の開口部２６を覆う板状部材である。
蓋２２の周縁は、ケース本体２１の第１側板部２３に対応する一対の長辺３１と、第２側板部２４に対応する一対の短辺３２により形成されている。
また、蓋２２は電池要素１１の正電極１６および負電極１７を挿通する通孔３３を備えている。
蓋２２の周縁にケース側テーパー面２７と対向する蓋側テーパー面３４が形成されている。
蓋側テーパー面３４は蓋２２の側面を形成し、ケース本体２１の第２側板部２４の内側面に対する傾斜角度が第２傾斜角度βに設定された傾斜面である。
また、蓋側テーパー面３４は、蓋２２の厚さ方向（板厚方向）に対する傾斜角度が第２傾斜角度βに設定された傾斜面である。
蓋側テーパー面３４は外側となる外縁部３５と内側となる内縁部３６を備えている。
第２傾斜角度βは、蓋側テーパー面３４の外縁部３５と内縁部３６との間の縁部間距離Ｂがケース本体２１の板厚Ｔ以上となるように設定されており、本実施形態では蓋側テーパー面３４における縁部間距離Ｂがケース側テーパー面２７の縁部間距離Ａとほぼ等しい。
そして、第１傾斜角度αは第２傾斜角度βよりも小さく設定されている。
因みに、本実施形態では、長辺３１および短辺３２にそれぞれ蓋側テーパー面３４が形成されている。
蓋側テーパー面３４は、蓋２２がケース本体２１の開口部２６を覆う状態では、ケース側テーパー面２７と対向する。

次に、ケース本体２１と蓋２２とのレーザー溶接による接合について説明する。
ケース本体２１に巻回電極体を収容した後、非水電解液を注入することにより、ケース本体２１に収容された電池要素１１が構成され、ケース本体２１の開口部２６を蓋２２により覆う。
図３に示すように、第１傾斜角度αは第２傾斜角度βよりも小さく設定されていることから、蓋２２が開口部２６を覆う状態では、ケース側テーパー面２７は外側となる外縁部２８と蓋側テーパー面３４の外縁部３５が当接する。
そして、外側から内側へ向かうにつれてケース側テーパー面２７と蓋側テーパー面３４との間に隙間が生じて隙間が大きくなっている。
この状態で、レーザー溶接機を用いて、互いに当接しているケース側テーパー面２７と蓋側テーパー面３４をレーザー溶接する。
図３に示すように、レーザー光Ｙをケース側テーパー面２７および蓋側テーパー面３４に沿う方向から照射することによりケース側テーパー面２７および蓋側テーパー面３４が接合される。

本実施形態では、ケース本体２１と蓋２２との溶接不良を発生させないための寸法条件が設定されている。
図３に示すように、ケース本体２１の第２側板部２４の板厚Ｔとしたとき、ケース側テーパー面２７および蓋側テーパー面３４における溶接深さＤとする。
溶接深さＤはケース本体２１および蓋２２の表面側からのレーザー溶接により形成される接合部の深さであり、溶接箇所の強度確保のために板厚Ｔ相当以上の距離にわたり接合されていることを必要とする。
ケース側テーパー面２７と蓋側テーパー面３４との隙間のうち、溶接不良を招くことなくレーザー溶接が可能な隙間を溶接限界隙間Ｌとする。
例えば、本実施形態では、溶接限界隙間Ｌを０．１ｍｍとすると、０．１ｍｍよりも大きくなるケース側テーパー面２７と蓋側テーパー面３４の隙間では、溶接不良を招くことのないレーザー溶接が不可能となる。

第１傾斜角度α、第２傾斜角度βとの角度差（β−α）は、溶接深さＤおよび溶接限界隙間Ｌを用いて以下の式で示される。
（β―α）＝ｔａｎ^−１（Ｌ／Ｄ）
例えば、溶接深さＤは板厚Ｔに相当する距離１．０ｍｍとし、溶接限界隙間Ｌを０．１ｍｍとすると、角度差（β―α）は５．７°となる。
角度差（β―α）が０＜（β―α）＜１０を満たす場合には、ケース側テーパー面２７は外側となる外縁部２８と蓋側テーパー面３４の外縁部３５が当接し、ケース側テーパー面２７の内縁部２９と蓋側テーパー面３４の内縁部３６との間に隙間が生じる。
また、角度差（β―α）が０＜（β―α）＜１０を満たす場合には、溶接深さＤにおけるケース側テーパー面２７と蓋側テーパー面３４との隙間が溶接限界隙間Ｌを越えることがない。
従って、角度差（β―α）０＜（β―α）＜１０が満たされる場合には、ケース本体２１と蓋２２との間では溶接不良が生じない。

因みに、角度差（β―α）が（β−α）≧１０の場合、要求される溶接深さＤにおけるケース側テーパー面２７と蓋側テーパー面３４との隙間が溶接限界隙間Ｌを越えることになり、必要な溶接深さＤが得られず、ケース本体２１と蓋２２との溶接不良を招く。
角度差（β―α）が０に近くなる場合ほど、ケース側テーパー面２７と蓋側テーパー面３４に要求される加工精度が高くなる。
また、角度差（β―α）は１０に近くなるほどケース側テーパー面２７と蓋側テーパー面３４に要求される加工精度は緩和されるが、ケース側テーパー面２７と蓋側テーパー面３４との隙間が大きくなる。

レーザー溶接が開口部２６にわたって行われると、ケース本体２１と蓋２２が隙間無く接合され、ケース本体２１の収容空間と外部とは遮断される。

本実施形態の電池ケースは、以下の作用効果を奏する。
（１）ケース側テーパー面２７の外縁部２８と蓋側テーパー面３４の外縁部３５とが当接し、ケース側テーパー面２７の内縁部２９と蓋側テーパー面３４の内縁部３６との間に隙間が形成される。ケース側テーパー面２７の外縁部２８と蓋側テーパー面３４の外縁部３５とを溶接することにより、過度に高い加工精度が要求されることなく、ケース本体２１と蓋２２の溶接不良を確実に防止することができる。
（２）ケース側テーパー面２７および蓋側テーパー面３４が傾斜面により形成されるため、ケース側テーパー面２７および蓋側テーパー面３４の加工は曲面である場合よりも容易となる。

（３）ケース側テーパー面２７の外縁部２８と蓋側テーパー面３４の外縁部３５はレーザー溶接により隙間無く接合されるから、ケース本体２１と蓋２２の接合不良を確実に防止することができる。
（４）第１傾斜角度αと第２傾斜角度βとの角度差（β−α）が０°より大きく１０°以内であるため、ケース側テーパー面２７（および蓋側テーパー面３４）の外縁部２８（３５）から内縁部２９（３６）へ向けて溶接される接合部を形成することができる。接合部が要求される溶接深さＤに対応し、溶接深さＤにおいて確実にレーザー溶接が施される。その結果、ケース本体２１と蓋２２との溶接箇所において十分な強度を確保することができ、レーザー溶接による接合不良を確実に防止することができる。

（５）ケース側テーパー面２７はケース本体２１の内側面に対して傾斜する傾斜面であることから、ケース本体２１に巻回電極体を収容する際に、巻回電極体を案内するガイドとして機能する。このため、巻回電極体を傷つけることなく円滑にケース本体２１に収容することができる。特に、ケース本体２１が弾性変形可能であって、巻回電極体とケース本体２１のクリアランスが０より小さい場合、挿入時におけるケース本体２１による巻回電極体の損傷を回避することができる。

（第２の実施形態）
次に第２の実施形態に係る電池ケースについて説明する。
本実施形態の電池ケースでは、ケース本体のケース側テーパー面が第１曲率に設定された曲面であり、蓋側テーパー面が第２曲率に設定された曲面である。
ケース側テーパー面および蓋側テーパー面を除く要素は同一であるため、同一の要素については先の実施形態の説明を援用し、符号を共通して用いる。

図４に示すように、電池ケース４１のケース本体２１のケース側テーパー面４２は、曲率半径Ｒ１により規定される第１曲率（１／Ｒ１）に設定された曲面により形成されている。
ケース側テーパー面４２の外縁部４３と内縁部４４との間の中央付近が凸となる凸曲面である。
蓋２２の蓋側テーパー面４５は、ケース側テーパー面４２と対向し、曲率半径Ｒ２により規定される第２曲率（１／Ｒ２）に設定された曲面により形成されている。
蓋側テーパー面４５の外縁部４６と内縁部４７との間の中央付近が凹となる凹曲面である。
第１曲率（１／Ｒ１）は第２曲率（１／Ｒ２）よりも大きく設定されており、先の実施形態と同様に溶接深さＤにおいて溶接限界隙間Ｌを越えないように、第１曲率（１／Ｒ１）と第２曲率（１／Ｒ２）との曲率差（１／Ｒ２−１／Ｒ１）が設定されている。

本実施形態では、ケース本体２１のケース側テーパー面４２と蓋２２の蓋側テーパー面４５を傾斜面でなく曲面により形成することも可能である。
そして、接合部が要求される溶接深さＤを得られるようにレーザー溶接により溶接される。
本実施形態の電池ケース４１は、ケース側テーパー面４２および蓋側テーパー面４５を傾斜面でなく曲面である点で、第１の実施形態と異なるものの、第１の実施形態の作用効果（１）〜（５）とほぼ同等の作用効果を奏する。

上記の実施形態は、本発明の一実施形態を示すものであり、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、下記のように発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能である。
○ 上記の実施形態では、ケース本体の開口部側端部にわたってケース側テーパー面を形成したり、蓋の長辺および短辺の全てに蓋側テーパー面を形成したりしたが、ケース用テーパー面と蓋側テーパー面を本体ケースと蓋との接合面の一部に設けてもよい。この場合、ケース用テーパー面と蓋側テーパー面が互いに対向するようにケース用テーパー面と蓋側テーパー面を形成する。
○ 上記の第２の実施形態では、ケース側テーパー面を凸曲面とし、蓋側テーパー面を凹曲面としたが、例えば、ケース側テーパー面を凹曲面とし、蓋側テーパー面を凸曲面としてもよい。この場合も、ケース側テーパー面の外縁部と蓋側テーパー面の外縁部とを溶接することにより、過度に高い加工精度が要求されることなく、ケース本体と蓋の溶接不良を確実に防止することができる。
○ 上記の実施形態では、ケース本体の開口部側端部と、接合された蓋の表面が同一面としたが、ケース本体の開口部側端部と、接合された蓋の表面が同一面でなくてもよい。例えば、接合された蓋の表面がケース本体の開口部側端部位置よりもケース本体の内側に位置してもよいし、逆に、接合された蓋の表面がケース本体の開口部側端部位置よりもケース本体の外側に位置してもよい。この場合でもケース側テーパー面および蓋側テーパー面の外縁部又は外縁部付近が当接する状態となり、レーザー溶接が可能である。また、ケース本体の開口部側端部と、接合された蓋の表面を同一面とする必要がないため、ケース本体および蓋は高い寸法精度を要求されることなく製作することができる。
○ 上記の実施形態では、横断面形状が矩形となる電池ケースとしたが、電池ケースの横断面形状は特に限定されない。例えば、横断面形状が矩形以外の多角形や円形の電池ケースであってもよい。電池ケースの横断面形状が矩形でなくても、過度に高い加工精度が要求されることなく、ケース本体と蓋の溶接不良を確実に防止することができる。

１０ 電池
１１ 電池素子
１２、４１ 電池ケース
１３ 正極
１４ 負極
１５ セパレータ
２１ ケース本体
２２ 蓋
２３ 第１側板部
２４ 第２側板部
２５ 底板部
２６ 開口部
２７、４２ ケース側テーパー面
２８、４３ 外縁部
２９、４４ 内縁部
３４、４５ 蓋側テーパー面
３５、４６ 外縁部
３６、４７ 内縁部
４１ 電池ケース（第２の実施形態）
Ａ 縁部間距離（ケース側テーパー面）
Ｂ 縁部間距離（蓋側テーパー面）
Ｄ 溶接深さ
Ｌ 溶接限界隙間
Ｔ 板厚
Ｒ１、Ｒ２ 曲率半径

Claims (5)

1. 電池要素の収容空間および開口部を有するケース本体と、前記ケース本体と接合され、前記開口部を覆う蓋と、を備え、前記ケース本体の開口部側端部における内側面にケース側テーパー面が形成され、前記蓋の周縁に前記ケース側テーパー面と対向する蓋側テーパー面が形成された電池ケースであって、
   前記ケース側テーパー面は、前記ケース本体の内側面に対する傾斜角度が第１傾斜角度に設定された傾斜面であり、
   前記蓋側テーパー面は、前記ケース側テーパー面と対向し、前記ケース本体の内側面に対する傾斜角度が第２傾斜角度に設定された傾斜面であり、
   前記第１傾斜角度は前記第２傾斜角度より小さいことを特徴とする電池ケース。
2. 電池要素の収容空間および開口部を有するケース本体と、前記ケース本体と接合され、前記開口部を覆う蓋と、を備え、前記ケース本体の開口部側端部における内側面にケース側テーパー面が形成され、前記蓋の周縁に前記ケース側テーパー面と対向する蓋側テーパー面が形成された電池ケースであって、
   前記ケース側テーパー面は、第１曲率に設定された曲面であり、
   前記蓋側テーパー面は、前記ケース側テーパー面と対向し、曲率が第２曲率に設定された曲面であり、
   前記第１曲率は前記第２曲率より大きいことを特徴とする電池ケース。
3. 前記第１傾斜角度と前記第２傾斜角度との角度差は、０°より大きく１０°以内に設定されていることを特徴とする請求項１記載の電池ケース。
4. 前記ケース側テーパー面と前記蓋側テーパー面がレーザー溶接により接合されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の電池ケース。
5. 前記レーザー溶接による接合部は、前記ケース側テーパー面および前記蓋側テーパー面の外縁部から内縁部へ向けてケース本体の板厚以上の距離にわたり接合されていることを特徴とする請求項４記載の電池ケース。

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