JP2014093257A - 蓄電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】溶接だれによる変形が抑制された薄いケースを備える蓄電装置を提供する。
【解決手段】二次電池100のケース10の蓋14は、本体部14aと本体部14aよりも薄い端部14eとを備える。本体部14aと端部14eとによって蓋14の内面114dには段差部114sが形成されている。側壁12aの端面112eは、蓋14の端部14eの位置における内面114aに溶接されている。側壁12aの内面112aは段差部114sの側面114bに当接している。側壁12aは、端面112eと内面112aとの間を接続するテーパ面112cを有している。側壁12aの厚みをt1、テーパ面112cの長さをR1、端部14eの厚みをt2とすると、t1−R1<t2≦t1を満たす。
【選択図】図3

Description

本発明は、蓄電装置に関する。
側壁となるアルミニウム薄板の外面と蓋となるアルミニウム薄板の端面とを面一に合わせ、外面と端面とをレーザ溶接により接合することにより得られたケースを備えたリチウムイオン二次電池が知られている(例えば特許文献1参照)。
特開平11−77347号公報
上記リチウムイオン二次電池のケースでは、レーザ溶接により形成される溶接部が、蓋となるアルミニウム薄板の厚み方向に広がることにより、蓋となるアルミニウム薄板の端面に溶接だれが発生するおそれがある。溶接だれが発生すると、例えば、蓋となるアルミニウム薄板の端面に突起が形成される。その結果、ケースが変形してしまう。溶接だれの発生を抑制するためには、蓋となるアルミニウム薄板の厚さを十分に厚くしておく必要がある。そのため、蓋となるアルミニウム薄板を薄くすることはできない。
本発明は、溶接だれによる変形が抑制された薄いケースを備える蓄電装置を提供する。
本発明の一側面に係る蓄電装置は、ケースと、前記ケース内に収容された電極組立体と、を備える蓄電装置であって、前記ケースは、開口端部を有する側壁を備えたケース本体と、前記開口端部を閉鎖する蓋と、を備え、前記電極組立体は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、を備え、前記側壁及び前記蓋の一方が第1の板状部分であり、前記側壁及び前記蓋の他方が第2の板状部分であり、前記第2の板状部分は、本体部と、前記本体部よりも薄い端部と、を備え、前記第2の板状部分の前記本体部と前記第2の板状部分の前記端部とによって、前記第2の板状部分の内面には段差部が形成されており、前記第1の板状部分の端面は、前記第2の板状部分の前記端部の位置における前記内面に溶接されており、前記第1の板状部分の前記内面は、前記第2の板状部分の前記段差部の側面に当接しており、前記第1の板状部分は、前記第1の板状部分の前記端面と前記第1の板状部分の前記内面との間を接続するテーパ面を有しており、前記第1の板状部分の外面から前記第1の板状部分の前記内面までの距離である前記第1の板状部分の厚みをt1、前記第1の板状部分の厚み方向における前記テーパ面の長さをR1、前記第2の板状部分の前記端部の厚みをt2とすると、t1−R1<t2≦t1を満たす。
この蓄電装置では、第1の板状部分の端面と第2の板状部分の端部の位置における内面とを溶接することにより、溶接部が形成される。溶接部はテーパ面に到達しない。第2の板状部分の端部の厚みt2は溶接部の溶接深さよりも大きいので、溶接部は第2の板状部分の外面まで到達しない。よって、第1の板状部分の端面が第2の板状部分の端部の位置における内面に溶接される際に、第2の板状部分の端部に溶接だれが発生し難い。そのため、第2の板状部分の端部の変形が抑制される。
また、第2の板状部分の端部の厚みt2が第1の板状部分の厚みt1以下であるので、第2の板状部分の端部の厚みt2を薄くできる。その結果、第2の板状部分の本体部も薄くすることができる。
よって、この蓄電装置では、溶接だれによるケースの変形を抑制できると共にケースを薄くできる。
前記テーパ面が平面であってもよい。
R1≦0.5t1を満たしてもよい。
この場合、溶接深さを深くすることができるので、ケースの耐圧性を向上させることができる。
前記第2の板状部分は、前記第2の板状部分の前記端部の位置における前記内面と前記第2の板状部分の前記段差部の側面との間を接続するテーパ面を有しており、前記第1の板状部分の厚み方向における前記第2の板状部分の前記テーパ面の長さをR2とすると、R2<R1を満たしてもよい。
この場合、第1の板状部分の端面と第2の板状部分の端部の位置における内面とを溶接する際に、第1の板状部分の端面と第2の板状部分の端部の位置における内面との間に隙間が生じにくい。よって、溶接部に例えばブローホール等の欠陥が発生し難い。
前記段差部の高さをt3とすると、t1=t2+t3及びR1=0.5t1を満たしてもよい。
この場合、ケースの耐圧性を維持しながらケースをより薄くできる。
t2=t3を満たしてもよい。
前記蓄電装置が二次電池であってもよい。
本発明によれば、溶接だれによる変形が抑制された薄いケースを備える蓄電装置が提供され得る。
一実施形態に係る蓄電装置を模式的に示す断面図である。 図1のII−II線に沿った断面図である。 図1の蓄電装置のケースの一部を模式的に示す図である。 図1の蓄電装置のケースの製造方法の一工程を模式的に示す図である。 第1変形例に係るケースの一部を模式的に示す図である。 第2変形例に係るケースの一部を模式的に示す図である。 第3変形例に係るケースの一部を模式的に示す図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。図1〜図7にはXYZ直交座標系が示されている。
図1は、一実施形態に係る蓄電装置を模式的に示す断面図である。図2は、図1のII−II線に沿った断面図である。図1及び図2に示される蓄電装置としての二次電池100は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。
二次電池100は、ケース10と、ケース10内に収容された電極組立体20とを備える。ケース10は、開口端部12eを有する側壁12aを備えたケース本体(外装缶ともいう)12と、開口端部12eを閉鎖する蓋14とを備える。側壁12aは、底部12bの縁部上に設けられ得る。ケース本体12及び蓋14は、例えばアルミニウム又はステンレス鋼等の金属からなる。
電極組立体20は、正極30と、負極40と、正極30と負極40との間に配置されたセパレータ50とを備える。正極30、負極40及びセパレータ50は、例えばシート状である。複数の正極30及び複数の負極40が、セパレータ50を介して交互に積層されてもよい。ケース10内には電解液60が充填され得る。
正極30は、金属箔と金属箔上に設けられた正極活物質層とを備え得る。正極30は、縁に形成されたタブ30aを有してもよい。タブ30aには、正極活物質が保持されていない。正極30は、タブ30aを介して導電部材32に接続され得る。導電部材32は、正極端子34に接続され得る。正極端子34は、絶縁リング36を介してケース10に取り付けられてもよい。
負極40は、金属箔と金属箔上に設けられた負極活物質層とを備え得る。負極40は、縁に形成されたタブ40aを有してもよい。タブ40aには、負極活物質が保持されていない。負極40は、タブ40aを介して導電部材42に接続され得る。導電部材42は、負極端子44に接続され得る。負極端子44は、絶縁リング46を介してケース10に取り付けられてもよい。
セパレータ50としては、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。
電解液60としては、例えば有機溶媒系又は非水系の電解液等が挙げられる。
図3は、図1の蓄電装置のケースの一部を模式的に示す図である。図3に示されるケース10では、側壁12aが第1の板状部分であり、蓋14が第2の板状部分である。蓋14は、本体部14aと、本体部14aよりも薄い端部14eとを備える。蓋14の本体部14aと蓋14の端部14eとによって、蓋14の内面114dには段差部114sが形成されている。側壁12aの端面112eは例えばXY平面に平行な平面である。側壁12aの内面112aは例えばYZ平面に平行な平面である。
側壁12aの端面112eは、例えばレーザ溶接等により蓋14の端部14eの位置における内面114aに溶接されている。その結果、側壁12aの端面112eと蓋14の端部14eの位置における内面114aとの接合面には溶接部10wが形成される。溶接部10wのXZ平面における断面は、例えば溶接深さを底辺から頂点までの高さとする直角二等辺三角形の形状を有する。
側壁12aの内面112aは、蓋14の段差部114sの側面114bに当接している。側壁12aは、側壁12aの端面112eと側壁12aの内面112aとの間を接続するテーパ面112cを有している。テーパ面112cは、蓋14の内面114dから離れている。テーパ面112cは例えば平面である。テーパ面112cは、側壁12aの端面112e及び側壁12aの内面112aに対して傾斜してもよい。テーパ面112cは研削により形成され得る。
側壁12aの外面112bは、蓋14の端部14eの端面114eと同一平面上にあってもよい。側壁12aの外面112bは例えばYZ平面に平行な平面である。
蓋14は、蓋14の端部14eの位置における内面114aと蓋14の段差部114sの側面114bとの間を接続するテーパ面114cを有してもよい。内面114aは例えばXY平面に平行な平面である。側面114bは例えばYZ平面に平行な平面である。テーパ面114cは凹状の曲面(例えば球面の一部)であってもよい。テーパ面114cはテーパ面112cに対向配置され得る。テーパ面114cは、内面114a及び側面114bに対して傾斜してもよい。テーパ面114cはつぶし加工により形成され得る。
側壁12aの外面112bから側壁12aの内面112aまでの距離である側壁12aの厚みをt1とする。側壁12aの厚み方向(X方向)におけるテーパ面112cの長さをR1とする。蓋14の端部14eの厚み(蓋14の端部14eの端面114eにおける厚み)をt2とする。この場合、t1−R1<t2≦t1を満たす。R1≦0.5t1を満たしてもよい。側壁12aの厚み方向における蓋14のテーパ面114cの長さをR2とする。この場合、R2<R1を満たしてもよい。R2は例えばテーパ面114cの曲率半径である。蓋14の厚み方向(Z方向)における段差部114sの高さをt3とする。この場合、t1=t2+t3及びR1=0.5t1を満たしてもよい。t2=t3を満たしてもよい。一実施例において、t1は0.8mmであり、t2は0.8mmであり、R1は0.2mmであり、R2は0.1mmである。
二次電池100では、側壁12aの端面112eと蓋14の端部14eの位置における内面114aとを溶接することにより、溶接部10wが形成される。側壁12aのテーパ面112cは蓋14の内面114dから離れており、溶接部10wはテーパ面112cに到達しない。蓋14の端部14eの厚みt2は溶接部10wの溶接深さ(t1−R1)よりも大きいので、溶接部10wは蓋14の外面114fまで到達しない。よって、側壁12aの端面112eが蓋14の端部14eの位置における内面114aに溶接される際に、蓋14の端部14eに溶接だれが発生し難い。そのため、蓋14の端部14eの変形が抑制される。
また、蓋14の端部14eの厚みt2が側壁12aの厚みt1以下であるので、蓋14の端部14eの厚みt2を薄くできる。その結果、蓋14の本体部14aも薄くすることができるので、蓋14を全体的に薄くすることができる。
よって、二次電池100では、溶接だれによるケース10(蓋14及び側壁12a)の変形を抑制できると共にケース10(蓋14及び側壁12a)を薄くできる。
R1≦0.5t1を満たす場合、溶接深さを深くすることができるので、ケース10の耐圧性を向上させることができる。
R2<R1を満たす場合、側壁12aの端面112eと蓋14の端部14eの位置における内面114aとを溶接する際に、側壁12aの端面112eと蓋14の端部14eの位置における内面114aとの間に隙間が生じにくい。よって、溶接部10wに例えばブローホール等の欠陥が発生し難い。
図4は、図1の蓄電装置のケースの製造方法の一工程を模式的に示す図である。図3に示されるケース10は、例えば以下のようにして製造される。
まず、電極組立体20が収容されたケース本体12と蓋14とを準備する。
次に、蓋14の端部14eの位置における内面114a及び段差部114sの側面114bに、ケース本体12の側壁12aの端面112e及び内面112aをそれぞれ当接させる。
次に、側壁12aの端面112eを蓋14の端部14eの位置における内面114aに溶接する。例えば、レーザ光源500からのレーザ光Lを側壁12aの端面112eと蓋14の端部14eの位置における内面114aとの間に照射することによって溶接が行われる。レーザ光Lの照射により、溶接部10wが形成され得る。側壁12aの端面112eと蓋14の端部14eの位置における内面114aとの接合面に沿ってレーザ光Lをスキャンさせてもよい。レーザ光Lは例えばY方向に沿ってスキャンされる。レーザ光Lの出力及びスキャン速度は任意に設定され得る。レーザ光Lは、CWレーザ(連続レーザ)光でもよいし、パルスレーザ光でもよい。CWレーザ光では、レーザ光Lの出力が一定に維持される。CWレーザ光では、溶接部10wにスポット痕が残存し難い。
上記ケース10の製造方法では、溶接だれの発生が抑制されるので、溶接工程における不良率を低減することができる。
図5は、第1変形例に係るケースの一部を模式的に示す図である。図5に示されるケース10aは、R1、t1、t2及びt3が異なること以外は図3のケース10と同一の構成を備える。ケース10aでは、t1=t2+t3及びR1=0.5t1を満たす。このため、ケース10の耐圧性を維持しながらケース10をより薄くできる。ケース10aでは、t2=t3を満たす。
図6は、第2変形例に係るケースの一部を模式的に示す図である。図6に示されるケース10bは、テーパ面112cに代えてテーパ面212cを備えること以外は図3のケース10と同一の構成を備える。テーパ面212cは凸状の曲面(例えば球面の一部)であってもよい。テーパ面212cはプレスによる切断によって形成され得る。R1はテーパ面212cの曲率半径である。
図7は、第3変形例に係るケースの一部を模式的に示す図である。図7に示されるケース10cは、側壁212と蓋214とを備える。ケース10cでは、蓋214が第1の板状部分であり、側壁212が第2の板状部分である。側壁212は、本体部212aと、本体部212aよりも薄い端部212bとを備える。側壁212の本体部212aと側壁212の端部212bとによって、側壁212の内面312dには段差部312sが形成されている。蓋214の端面314eは例えばYZ平面に平行な平面である。蓋214の内面314aは例えばXY平面に平行な平面である。
蓋214の端面314eは、例えばレーザ溶接等により側壁212の端部212bの位置における内面312aに溶接されている。その結果、蓋214の端面314eと側壁212の端部212bの位置における内面312aとの接合面には溶接部10wが形成される。
蓋214の内面314aは、側壁212の段差部312sの側面312bに当接している。蓋214は、蓋214の端面314eと蓋214の内面314aとの間を接続するテーパ面314cを有している。テーパ面314cは、側壁212の内面312dから離れている。テーパ面314cは例えば平面である。テーパ面314cは、蓋214の端面314e及び蓋214の内面314aに対して傾斜してもよい。テーパ面314cは研削により形成され得る。
蓋214の外面314bは、側壁212の端部212bの端面312eと同一平面上にあってもよい。蓋214の外面314bは例えばXY平面に平行な平面である。
側壁212は、側壁212の端部212bの位置における内面312aと側壁212の段差部312sの側面312bとの間を接続するテーパ面312cを有してもよい。内面312aは例えばYZ平面に平行な平面である。側面312bは例えばXY平面に平行な平面である。テーパ面312cは凹状の曲面(例えば球面の一部)であってもよい。テーパ面312cはテーパ面314cに対向配置され得る。テーパ面312cは、内面312a及び側面312bに対して傾斜してもよい。テーパ面312cはつぶし加工により形成され得る。
蓋214の外面314bから蓋214の内面314aまでの距離である蓋214の厚みがt1である。蓋214の厚み方向(Z方向)におけるテーパ面314cの長さがR1である。側壁212の端部212bの厚みがt2である。この場合、t1−R1<t2≦t1を満たす。R1≦0.5t1を満たしてもよい。蓋214の厚み方向における側壁212のテーパ面312cの長さがR2である。この場合、R2<R1を満たしてもよい。R2はテーパ面312cの曲率半径である。側壁212の厚み方向(X方向)における段差部312sの高さがt3である。この場合、t1=t2+t3及びR1=0.5t1を満たしてもよい。t2=t3を満たしてもよい。
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば、二次電池100は、ケース10に代えてケース10a、10b又は10cを備えてもよい。ケース10a、10b及び10cではケース10と同様の作用効果が得られる。
ケース10,10aにおいて、テーパ面114cは平面であってもよいし、テーパ面112cは曲面であってもよい。ケース10bにおいて、テーパ面114cは平面であってもよいし、テーパ面212cは平面であってもよい。ケース10cにおいて、テーパ面312cは平面であってもよいし、テーパ面314cは曲面であってもよい。
10,10a,10b,10c…ケース、12…ケース本体、12a…ケース本体の側壁、12e…ケース本体の開口端部、14…蓋、14a…蓋の本体部(第2の板状部分の本体部)、14e…蓋の端部(第2の板状部分の端部)、20…電極組立体、30…正極、40…負極、50…セパレータ、100…二次電池(蓄電装置)、112a…側壁の内面(第1の板状部分の内面)、112b…側壁の外面(第1の板状部分の外面)、112c…側壁のテーパ面(第1の板状部分のテーパ面)、112e…側壁の端面(第1の板状部分の端面)、114a…蓋の端部の位置における内面(第2の板状部分の端部の位置における内面)、114b…蓋の段差部の側面(第2の板状部分の段差部の側面)、114c…蓋のテーパ面(第2の板状部分のテーパ面)、114d…蓋の内面(第2の板状部分の内面)、114s,312s…段差部、212a…側壁の本体部(第2の板状部分の本体部)、212b…側壁の端部(第2の板状部分の端部)、312a…側壁の端部の位置における内面(第2の板状部分の端部の位置における内面)、312b…側壁の段差部の側面(第2の板状部分の段差部の側面)、312c…側壁のテーパ面(第2の板状部分のテーパ面)、312d…側壁の内面(第2の板状部分の内面)、314a…蓋の内面(第1の板状部分の内面)、314b…蓋の外面(第1の板状部分の外面)、314c…蓋のテーパ面(第1の板状部分のテーパ面)、314e…蓋の端面(第1の板状部分の端面)。

Claims (7)

  1. ケースと、
    前記ケース内に収容された電極組立体と、
    を備える蓄電装置であって、
    前記ケースは、開口端部を有する側壁を備えたケース本体と、前記開口端部を閉鎖する蓋と、を備え、
    前記電極組立体は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、を備え、
    前記側壁及び前記蓋の一方が第1の板状部分であり、前記側壁及び前記蓋の他方が第2の板状部分であり、
    前記第2の板状部分は、本体部と、前記本体部よりも薄い端部と、を備え、
    前記第2の板状部分の前記本体部と前記第2の板状部分の前記端部とによって、前記第2の板状部分の内面には段差部が形成されており、
    前記第1の板状部分の端面は、前記第2の板状部分の前記端部の位置における前記内面に溶接されており、
    前記第1の板状部分の前記内面は、前記第2の板状部分の前記段差部の側面に当接しており、
    前記第1の板状部分は、前記第1の板状部分の前記端面と前記第1の板状部分の前記内面との間を接続するテーパ面を有しており、
    前記第1の板状部分の外面から前記第1の板状部分の前記内面までの距離である前記第1の板状部分の厚みをt1、前記第1の板状部分の厚み方向における前記テーパ面の長さをR1、前記第2の板状部分の前記端部の厚みをt2とすると、t1−R1<t2≦t1を満たす、蓄電装置。
  2. 前記テーパ面が平面である、請求項1に記載の蓄電装置。
  3. R1≦0.5t1を満たす、請求項1又は2に記載の蓄電装置。
  4. 前記第2の板状部分は、前記第2の板状部分の前記端部の位置における前記内面と前記第2の板状部分の前記段差部の側面との間を接続するテーパ面を有しており、
    前記第1の板状部分の厚み方向における前記第2の板状部分の前記テーパ面の長さをR2とすると、R2<R1を満たす、請求項1〜3のいずれか一項に記載の蓄電装置。
  5. 前記段差部の高さをt3とすると、t1=t2+t3及びR1=0.5t1を満たす、請求項1〜4のいずれか一項に記載の蓄電装置。
  6. t2=t3を満たす、請求項5に記載の蓄電装置。
  7. 前記蓄電装置が二次電池である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の蓄電装置。
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