JP2015185345A - 蓄電装置、及び蓄電装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便に溶接効率を向上できる蓄電装置、及び蓄電装置の製造方法を提供すること。【解決手段】開口部１３ａを有する本体部材１３と開口部１３ａを塞ぐ蓋部材１４とを有するケース１１と、ケース１１に収容されている電極組立体１２とを備え、本体部材１３と蓋部材１４とは溶接されている二次電池１０の製造方法において、開口部１３ａを蓋部材１４で塞ぐように本体部材１３と蓋部材１４とを相互に位置決めする位置決め工程と、本体部材１３と蓋部材１４との溶接部２５において蓋部材１４をロールヘミング加工により塑性変形させて近接させるヘミング工程と、溶接部２５において本体部材１３と蓋部材１４とを溶接する溶接工程と、を含む。【選択図】図２

Description

この発明は、蓄電装置、及び蓄電装置の製造方法に関する。

従来から、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、電動機などへの供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などが搭載されている。例えば特許文献１に示されるように、この種の二次電池は、電極が層状に重なった電極組立体を外装缶（本体部材）に収容するとともに、その外装缶の開口部に封口体（蓋部材）に取り付けることによって気密性を確保している。

特開平９−１２０８３６号公報

ところで、外装缶と封口体の取り付けには、例えばレーザ溶接やシーム溶接等の各種の溶接方法を採用できる。そして、外装缶と封口体とを溶接する場合には、外装缶と封口体との間に適切なクリアランスを確保することで、溶接効率を向上させることができる。しかしながら、外装缶と封口体との間に適切なクリアランスを確保するためには、外装缶や封口体を製造するときに高い加工精度が要求されるなど、簡便に製造することが難しくなる。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、簡便に溶接効率を向上できる蓄電装置、及び蓄電装置の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する蓄電装置の製造方法は、開口部を有する第１部材と前記開口部を塞ぐ第２部材とを有するケースと、前記ケースに収容されている電極組立体とを備え、前記第１部材と前記第２部材とは溶接されている蓄電装置の製造方法において、前記開口部を前記第２部材で塞ぐように、前記第１部材と前記第２部材とを相互に位置決めする位置決め工程と、前記第１部材と前記第２部材との溶接部において前記第１部材及び前記第２部材のうち少なくとも一方をロールヘミング加工により塑性変形させて近接させるヘミング工程と、前記溶接部において前記第１部材と前記第２部材とを溶接する溶接工程と、を含むことを要旨とする。

この構成によれば、第１部材と第２部材との溶接部において第１部材及び第２部材の少なくとも一方をロールヘミング加工により塑性変形させて近接させることで、第１部材と第２部材との間で適切なクリアランスを設定できる。したがって、第１部材や第２部材を製造するときに高い加工精度を要求することなく、簡便に溶接効率を向上できる。

上記蓄電装置の製造方法において、前記第１部材は、前記電極組立体を収容する本体部材であり、前記第２部材は、前記本体部材の開口部を塞ぐ蓋部材であり、前記ヘミング工程では、ヘミングローラを前記蓋部材の縁部に当接させることにより、前記蓋部材を塑性変形させて前記本体部材に近接させることが好ましい。

この構成によれば、蓋部材の縁部を塑性変形させて本体部材に近接させることで、本体部材と蓋部材との間に適切なクリアランスを設定できる。したがって、本体部材と蓋部材とを溶接するに際して、簡便に溶接効率を向上できる。

上記蓄電装置の製造方法において、前記ヘミングローラは、円弧状の凹部を有し、前記ヘミング工程では、前記蓋部材の縁部に前記凹部を当接させることにより前記縁部を凸円弧状に成形することが好ましい。

この構成によれば、ヘミング工程において本体部材と蓋部材とを近接させることに加えて、蓋部材の縁部を凸円弧状に加工できることから、蓋部材の面取りを別工程で行う必要がなくなる。

また、上記課題を解決する蓄電装置は、開口部を有する第１部材と前記開口部を塞ぐ第２部材とを有するケースと、前記ケースに収容されている電極組立体とを備え、前記第１部材と前記第２部材とは溶接されている蓄電装置において、前記第１部材と前記第２部材とは、前記第１部材と前記第２部材との溶接部において前記第１部材及び前記第２部材のうち少なくとも一方をロールヘミング加工により塑性変形させた状態で溶接されていることを要旨とする。

この構成によれば、第１部材及び第２部材の少なくとも一方をロールヘミング加工により塑性変形させて近接させることで適切なクリアランスを設定できる。したがって、簡便に溶接効率を向上できる。

本発明によれば、簡便に溶接効率を向上できる。

二次電池及びヘミングローラを模式的に示す斜視図。 ヘミングローラを模式的に示す側面図。 （ａ），（ｃ），（ｅ）は、ヘミング加工前の蓋部材を模式的に示す断面図、（ｂ），（ｄ），（ｆ）は、ヘミング加工後の蓋部材を模式的に示す断面図。 （ａ）及び（ｂ）は、別の実施形態におけるヘミングローラを模式的に示す側面図。

以下、二次電池の一実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、直方体状のケース１１と、該ケース１１に収容された電極組立体１２とを有する。二次電池１０は、リチウムイオン二次電池である。

ケース１１は、有底四角筒状の本体部材１３と、本体部材１３の開口部１３ａを塞ぐ四角板状の蓋部材１４とを有する。ケース１１は、例えばアルミニウムやステンレスなどの金属製である。本体部材１３と蓋部材１４とは、例えばレーザ溶接やシーム溶接などによって溶接されている。本実施形態では、本体部材１３が第１部材となり、蓋部材１４が第２部材となる。

また、図２に示すように、蓋部材１４の角部１４ａは、全周にわたって凸アール形状（凸円弧状）である。図中において二点鎖線で示すように、溶接前の蓋部材１４における角部１４ａは、凸アール形状ではなく直角形状である。

また、蓋部材１４は、本体部材１３の開口部１３ａに挿入される扁平な直方体状の凸部１４ｂを有する。凸部１４ｂは、開口部１３ａより僅かに小さい。そして、蓋部材１４は、該蓋部材１４の全周にわたって、凸部１４ｂが設けられた部分よりも厚さが薄い縁部としてのフランジ部１４ｄを有する。ケース１１には、図示しない電解質（電解液）が収容されている。

電極組立体１２は、シート状の複数の正極電極とシート状の複数の負極電極とが層状に重なった積層型の電極組立体である。電極組立体において、正極電極と負極電極とは、間に介在するセパレータにより相互に絶縁されている。

また、図１に示すように、二次電池１０は、ケース１１の外側に突出するように蓋部材１４に固定された外部端子として正極端子１６と負極端子１７とを有する。正極端子１６と電極組立体１２の正極電極とは、ケース１１の内部において電気的に接続されている。負極端子１７と電極組立体１２の負極電極とは、ケース１１の内部において電気的に接続されている。

次に、蓋部材１４をヘミング加工するときに用いられるヘミング加工装置２０について説明する。
図２に示すように、ヘミング加工装置２０は、略円柱状のヘミングローラ２１を有する。ヘミングローラ２１の先端部には、ヘミングローラ２１の周方向に沿って、且つ全周にわたって凹円弧状（凹アール形状）の凹部としての凹円弧部２１ａが設けられている。ヘミングローラ２１の基端部には、シャフト２２が軸線まわりで一体に回転可能に連結されている。

シャフト２２は、例えばヘミングローラ２１及びシャフト２２を移動可能なロボットアームなどの先端に固定されている。また、シャフト２２には、シャフト２２を軸線まわりで回転させるモータが接続されている。

次に、二次電池１０の製造方法について、作用とともに説明する。
図２に示すように、別の工程を経て用意された電極組立体１２を開口部１３ａから挿入し、本体部材１３に収容する。次に、本体部材１３の開口部１３ａを塞ぐように本体部材１３と蓋部材１４とを相互に位置決めする位置決め工程を行う。位置決め工程では、凸部１４ｂが本体部材１３の開口部１３ａに挿入されるように蓋部材１４を載置することで、蓋部材１４が該蓋部材１４の面方向に沿って移動しないように位置決めできる。この状態において、フランジ部１４ｄにおける本体部材１３側の面である対向面１４ｃと、本体部材１３の開口部１３ａまわりの端面１３ｂとは対向している。

次に、ヘミングローラ２１を蓋部材１４の角部１４ａに当接させて蓋部材１４を塑性変形させ、蓋部材１４のフランジ部１４ｄを本体部材１３の端面１３ｂに近接（密着）させるヘミング工程を行う。

図１に示すように、ヘミング工程では、ヘミングローラ２１の凹円弧部２１ａを蓋部材１４の角部１４ａに接触させた状態で垂直方向Ｄ１に加圧する。そして、ヘミングローラ２１を軸線まわりで回転させながら、蓋部材１４のフランジ部１４ｄに沿って、且つ全周にわたって移動させる（矢印Ｙ１に示す）。これにより、蓋部材１４の角部１４ａは、ヘミングローラ２１の凹円弧部２１ａに倣って、凸アール形状に成形される。同時に、蓋部材１４のフランジ部１４ｄと本体部材１３の端面１３ｂとは密着される。

ここで、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、本体部材１３及び蓋部材１４が適正な精度で製造されている場合には、本体部材１３と蓋部材１４とを組付けた状態から既に、対向面１４ｃと端面１３ｂとの間にクリアランスが殆ど存在しない。このような状態において、例えばレーザ溶接やシーム溶接によって溶接を行った場合には、本体部材１３と蓋部材１４との間における溶接不良の発生率を抑えることができる。

これに対して、図３（ｃ）及び（ｅ）に示すように、対向面１４ｃが端面１３ｂに対して傾斜している場合や、逆に端面１３ｂが対向面１４ｃに対して傾斜している場合、本体部材１３と蓋部材１４とを組付けた状態において、対向面１４ｃと端面１３ｂとの間にはクリアランスが生じる。

本実施形態では、図３（ｄ）及び（ｆ）に示すように、ヘミング加工により蓋部材１４のフランジ部１４ｄを塑性変形させることで、対向面１４ｃと端面１３ｂとの間におけるクリアランスを減少させ、対向面１４ｃと端面１３ｂとを密着させることができる。

なお、蓋部材１４における金属組織は、ヘミング加工前には蓋部材１４の面方向に沿って延びている一方で、ヘミング加工後には、角部１４ａの凸アール形状に沿って湾曲する。なお、蓋部材１４における金属組織は、蓋部材１４の断面を電子顕微鏡や金属顕微鏡で観察することで確認できる。

また、一般に、本体部材１３と蓋部材１４との間のクリアランスは、加工精度のばらつきによって、１つのケース１１のなかでも一定にならない。このため、例えば金型などによりフランジ部１４ｄの全体を同時に塑性変形させる構成を採用した場合には、対向面１４ｃと端面１３ｂとが密着する部分と、密着していない部分とが生じ易い。

これに対して、本実施形態では、ヘミングローラ２１を蓋部材１４の全周にわたって順に当接させることで、対向面１４ｃと端面１３ｂとを一部分ずつ確実に密着させることができる。即ち、蓋部材１４の全周にわたって、対向面１４ｃと端面１３ｂとを密着させ、クリアランスを適切に調節できる。

次に、本体部材１３と蓋部材１４とを溶接して接合する溶接工程を行う。溶接工程は、例えば対向面１４ｃと端面１３ｂとの接触部分に対してレーザ光を照射することにより行うことができる（レーザ溶接）。また、溶接工程は、例えばフランジ部１４ｄにおける対向面１４ｃとは反対面に第１電極を接触させる一方で、本体部材１３に第２電極を接続するとともに、第１電極及び第２電極の間で通電することにより行うこともできる（シーム溶接）。

本実施形態では、対向面１４ｃと端面１３ｂとの接触部分が溶接部２５となる。対向面１４ｃと端面１３ｂとは、ヘミング工程によって密着されていることから、溶接効率が向上され、これにより溶接不良の発生が抑制される。なお、溶接不良としては、ブローホールやクラックなどがある。

なお、別の工程において、電極組立体１２の正極電極と正極端子１６とを接続するとともに、正極端子１６を蓋部材１４に固定する。同様に、別の工程において、電極組立体１２の負極電極と負極端子１７とを接続するとともに、負極端子１７を蓋部材１４に固定する。そして、ケース１１に設けられた図示しない注入口から電解質をケース１１内に注入することで二次電池１０が完成される。

上記実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）本体部材１３と蓋部材１４との溶接部２５において蓋部材１４をロールヘミング加工により塑性変形させて近接させることで、本体部材１３と蓋部材１４との間に適切なクリアランスを確保できる。したがって、本体部材１３や蓋部材１４を製造するときに高い加工精度を要求することなく、簡便に溶接効率を向上できる。

（２）特に、本実施形態では、蓋部材１４の縁部であるフランジ部１４ｄを塑性変形させて本体部材１３に近接させることで、蓋部材１４と本体部材１３との間に適切なクリアランスを確保できる。したがって、本体部材１３と蓋部材１４とを溶接するに際して、簡便に溶接効率を向上できる。

（３）ヘミング工程において本体部材１３と蓋部材１４とを近接させることに加えて、蓋部材１４の角部１４ａを凸円弧状に加工できることから、蓋部材１４の縁部（角部１４ａ）の面取りを別工程で行う必要がなくなる。

（４）そして、二次電池１０として、蓋部材１４をロールヘミング加工により塑性変形させて近接させることで適切なクリアランスを確保できる。したがって、簡便に溶接効率を向上できる。

（５）ヘミングローラ２１を蓋部材１４の全周にわたって順に当接させることで、蓋部材１４と本体部材１３を一部分ずつ確実に密着させることができる。したがって、蓋部材１４の全周を同時に塑性変形させる構成と比較して、蓋部材１４の全周にわたってクリアランスを適切に調節できる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○ ヘミングローラ２１の形状を変更してもよい。例えば、図４（ａ）に示すように、ヘミングローラ２１の外周面は略円弧状であってもよい。この場合、ヘミング工程では、ヘミングローラ２１をフランジ部１４ｄの基端部に当接させるとよい。また、図４（ｂ）に示すように、ヘミングローラ２１は、凹円弧部２１ａを省略した円柱状であってもよい。この場合、ヘミング工程において角部１４ａは、凸アール形状に成形されない。

○ ヘミング工程では、ヘミングローラ２１の位置を固定しておき、電極組立体１２を収容したケース１１を移動させることにより、蓋部材１４の全周にわたってヘミングローラ２１を順に当接させてもよい。また、ケース１１とヘミングローラ２１の両方を移動させてもよい。

○ ヘミング工程と溶接工程とを同時に行ってもよい。
○ 本体部材１３は、複数の開口部を有していてもよい。この場合、複数の開口部のうち少なくとも１つの開口部について、ヘミング加工を行って蓋部材１４を本体部材１３に密着させて溶接するとよい。

○ 電極組立体１２は、捲回型の電極組立体であってもよい。この場合、電極組立体１２は、帯状の正極電極と帯状の負極電極との間に帯状のセパレータを介在させた状態で捲回して形成される。

○ ケース１１を構成する部材は３つ以上であってもよく、各部材の形状を変更してもよい。例えば、ケース１１は、開口部を有する第１部材と開口部を有する第２部材とを開口部同士が対向するように組み合わせて形成してもよい。

○ ケース１１の形状は、収容される電極組立体１２の形状に対応させて適宜変更してもよい。例えば、ケース１１は円柱型であってもよい。この場合、有底円筒状の本体部材１３と、円盤状の蓋部材１４とを用いるとよい。

○ 二次電池１０は、リチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等の他の二次電池であってもよい。
○ 二次電池に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタとして具体化してもよい。

上記実施形態から把握できる技術的思想を以下に記載する。
（イ）前記本体部材は、有底四角筒状であり、前記蓋部材は、四角板状であることが好ましい。

１０…二次電池（蓄電装置）、１１…ケース、１２…電極組立体、１３…本体部材（第１部材）、１３ａ…開口部、１４…蓋部材（第２部材）、１４ａ…角部、１４ｄ…フランジ部、２１…ヘミングローラ、２１ａ…凹円弧部（凹部）

Claims (4)

1. 開口部を有する第１部材と前記開口部を塞ぐ第２部材とを有するケースと、前記ケースに収容されている電極組立体とを備え、前記第１部材と前記第２部材とは溶接されている蓄電装置の製造方法において、
   前記開口部を前記第２部材で塞ぐように、前記第１部材と前記第２部材とを相互に位置決めする位置決め工程と、
   前記第１部材と前記第２部材との溶接部において前記第１部材及び前記第２部材のうち少なくとも一方をロールヘミング加工により塑性変形させて近接させるヘミング工程と、
   前記溶接部において前記第１部材と前記第２部材とを溶接する溶接工程と、を含むことを特徴とする蓄電装置の製造方法。
2. 前記第１部材は、前記電極組立体を収容する本体部材であり、
   前記第２部材は、前記本体部材の開口部を塞ぐ蓋部材であり、
   前記ヘミング工程では、ヘミングローラを前記蓋部材の縁部に当接させることにより、前記蓋部材を塑性変形させて前記本体部材に近接させる請求項１に記載の蓄電装置の製造方法。
3. 前記ヘミングローラは、円弧状の凹部を有し、
   前記ヘミング工程では、前記蓋部材の縁部に前記凹部を当接させることにより前記縁部を凸円弧状に成形する請求項２に記載の蓄電装置の製造方法。
4. 開口部を有する第１部材と前記開口部を塞ぐ第２部材とを有するケースと、前記ケースに収容されている電極組立体とを備え、前記第１部材と前記第２部材とは溶接されている蓄電装置において、
   前記第１部材と前記第２部材とは、前記第１部材と前記第２部材との溶接部において前記第１部材及び前記第２部材のうち少なくとも一方をロールヘミング加工により塑性変形させた状態で溶接されていることを特徴とする蓄電装置。