JP2022045558A - 電池および該電池が備える電池ケースと、該電池ケースを構築するための電池ケース部材 - Google Patents
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Abstract
Description
ここで、かかる薄型の電池ケースを上述したような方法により作製する場合、薄板からなる2つの電池ケース部材どうしを突き合わせ、レーザー溶接等により接合することになる。しかしながら、本発明者らの検討によると、特に電池ケース部材が薄板からなる場合に、該電池ケース部材の精度(寸法・平滑性)が低いと、突き合わせの際に突き合わせ部分に隙間が生じ易く、溶接時に溶かす材料が不足することにより、接合部分に穴が開く等の溶接不良が生じるおそれがあることが分かった。
上記構成の電池ケース構築用キットによると、薄板を材料とする2つの電池ケース部材どうしを突き合わせた際に隙間が生じた場合においても、接合部が増肉部分を有するため、溶接時に溶かす材料が不足するのを未然に防止することができる。これにより、接合部分に穴が開く等の溶接不良を防止することができる。
電池ケース部材が上記構成の増肉部分を備えることにより、該電池ケース部材から構成された電池ケース内に電極体が収容された場合においても、溶接部分が電極体に不用意に干渉することを事前に防止することができる。
上記構成の増肉部分によると、上述したような溶接不良をより効果的に防止することが可能になる。
上記構成によると、上記側壁の接合部分における機械的強度が向上された電池ケースを提供することができる。
上記構成の電池ケースによると、該電池ケース内に電極体が収容された場合においても、接合部分が電極体に不用意に干渉することを事前に防止することができる。
以下の実施形態は、ここで開示される技術を限定することを意図したものではない。また、本明細書にて示す図面では、同じ作用を奏する部材・部位に同じ符号を付して説明している。そして、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。
以下、ここで開示される電池、電池ケース、および、電池ケース部材(電池ケース構築用キット)について、順次説明する。
図1および図2に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池1は、大まかにいって、電極体100(典型的には扁平形状の電極体100)と、該電極体および非水電解液(図示せず)を収容する箱型の電池ケース10と、当該電極体を収容するための開口部を塞ぐ蓋体20とを備えている。電池ケース10および蓋体20の材質としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼といった軽量で熱伝導性の良い金属材料が好ましく用いられ得る。蓋体20には外部接続用の正極端子30および負極端子40が設けられている。また、蓋体20には、リチウムイオン二次電池1の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように設定された安全弁24と、非水電解液を電池ケース10内に注入するための注液孔22が設けられている。
なお、蓋体20を電池ケース10の開口部の周縁に溶接することにより、該電池ケースと該蓋体との境界部を接合(密閉)することができる。
具体的には、本実施形態に係る捲回電極体100は、長尺状の正極集電体33の片面または両面(ここでは両面)に長手方向に沿って正極活物質層34が形成された正極シート32と、長尺状の負極集電体43の片面または両面(ここでは両面)に長手方向に沿って負極活物質層44が形成された負極シート42とを、長尺状のセパレータ(セパレータシート)50を介して重ね合わせて長尺方向に扁平形状に捲回して形成された電極体である。正負極集電体、セパレータ、正負極活物質層等を構成する材料は、従来公知のリチウムイオン二次電池において使用され得るものを特に制限なく使用することができる。なお、ここで開示される技術は、上記材料により特徴づけられるものではないため、これ以上の詳細な説明は省略する。
また、捲回電極体100の捲回軸方向における中央部分には、正極活物質層34と、負極活物質層44と、セパレータ50とが密に積層された捲回コア部分が形成されている。捲回電極体100の捲回軸方向の両端にそれぞれはみ出した正極活物質層非形成部分35および負極合材層非形成部分45には、正極集電板31および負極集電板41がそれぞれ接合され、電池の集電構造を形成するが、かかる構造は従来公知の捲回電極体を備えるリチウムイオン二次電池と同様であり、これ以上の詳細な説明は省略する。
以下、本実施形態に係る電池ケース10および該電池ケースを構築する電池ケース部材14(電池ケース構築用キット12)について詳細に説明する。
本実施形態に係る電池ケース10は、2つの電池ケース部材14が接合されて構築されている。まず、電池ケース10の外観について、図1および図4を参照しつつ説明する。
図1に示すように、電池ケース10は、2つの矩形状の幅広面と、該2つの幅広面の間に存在する3つの矩形状の側壁と、開口部とを備えた箱型の電池ケースである。また、図1に示すように、電池ケース10は、その周囲(3辺)において接合部分11を有する。ここで、図4に示すように、本実施形態に係る電池ケース10では、接合部分11における電池ケース10の外側部分Pは、該外側部分の周囲の該電池ケースの表面よりも突出しており、該接合部分における該電池ケースの内側部分Qは、該内側部分の周囲の当該電池ケースの表面よりも凹んでいる。なお、図4は図1のIV-IV線断面図を示しているが、電池ケース10における他の周囲(2辺)においても、接合部分11の断面は同様な態様である。
次に、本実施形態に係る電池ケース10を構成する電池ケース部材14の構成について、図5および図6を参照しつつ説明する。
まず、図5に示すように、本実施形態に係る電池ケース部材14は、それと対称形である他の一の電池ケース部材14と互いに接合される接合部17を有する。また、電池ケース部材14は、矩形状の幅広面と、該幅広面を囲むようにして当該幅広面の3つの辺からそれぞれ立ち上がった3つの側壁とを有している。そして、上記3つの側壁の端部それぞれは、接合部17を構成しており、接合対象である他の一の電池ケース部材14における対向する側壁の接合部17と相互に接合されるように形成されている。ここで、図5および図6に示すように、接合部17は、該接合部に連なる側壁部分と同じ断面積の本体部分15と、該本体部分に隣接する部分であって、当該接合部どうしが接合された接合部分11(図1および図4を参照)における断面積を増大させるための増肉部分16とを有している。
なお、増肉部分16の断面積の大きさは、ここで開示される技術の効果が発揮される限りにおいては特に制限されないが、溶接不良を効果的に防止するという観点からは、電池ケース10を構成する2つの電池ケース部材14のうちの少なくとも一方において、好ましくは本体部分15の断面積の10%以上、より好ましくは15%以上、20%以上であってもよく、特に好ましくは25%以上とすることができる。また、増肉部分16の断面積の大きさの上限は特に設けないが、レーザー溶接等による接合の簡便さという観点からは、好ましくは本体部分15の断面積の80%以下、より好ましくは70%以下、特に好ましくは60%以下とすることができる。
続いて、本実施形態に係る電池ケース部材14の作製方法について、図7および図8を適宜参照しつつ説明する。
本実施形態に係る電池ケース部材14(あるいは、電池構築用キット12)は、従来公知のプレス工程に基づいて作成することができる。具体的には、例えば軽量で熱伝導性の良い金属材料(例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼等)から構成されたプレート状の一枚の板金に対して、穴開けおよび面取り、絞り、外形のトリミング、曲げ等を実施することにより、図7に示すような加工板13を得る。そして、加工板13に対してコイニングを行った後、2個取り分離を行うことにより、2つの電池ケース部材14(即ち、電池ケース構築用キット12)を得ることができる。
ここで、図7は、一実施形態に係るコイニング工程の態様を模式的に示す斜視図である。図7に示すように、かかるコイニング工程においては、上ダイス200および下ダイス204と、パッド202により保持された加工板13を、コイニングパンチ206により白抜き矢印の方向に圧縮することにより、電池ケース部材14における本体部分15や、該本体部分に隣接する増肉部分16を形成することができる。なお、増肉部分16の断面積の大きさの調整は、コイニングパンチ206による圧縮圧を適宜変更すること等により実施することができる。
そして、図8は、一実施形態に係るコイニング工程の態様を模式的に示す断面図である。図8に示すように、かかるコイニング工程においては、加工板13の内径側を下ダイス204により保持しているため、コイニングパンチ206により白抜き矢印の方向に圧縮された際に、増肉部分16は電池ケース部材14の外側に向けて形成される。
続いて、本実施形態に係る電池ケース10の作製方法について説明する。
まず、電池ケース部材14における接合部17を、接合対象である対称形の他の一の電池ケース部材14における対向する接合部17と相互に突き合わせる。次に、突き合わせた部分を、レーザー溶接等により接合することにより、電池ケース10(図1を参照)を得ることができる。電池ケース部材14においては、接合部17が増肉部分16を有するため、電池ケース部材14どうしの突き合わせた際に隙間が生じた場合においても、溶接時に溶かす材料が不足するのを未然に防止することができる。これにより、接合部分11(図1を参照)に穴が開く等の溶接不良が防止された機械的強度の高い電池ケース10を提供することができる。
本実施例では、図5に示すような電池ケース部材14において本体部分15のみが形成された電池ケース部材を2つ備えたサンプル1と、電池ケース部材14のように本体部分15および増肉部分16を備えた電池ケース部材を2つ備えたサンプル2とを用意した。以下、各サンプルについて説明する。
アルミニウム製の板(Al3004-O材,縦×横×厚さ:65mm×120mm×0.4mm)を用意し、かかる板に対して絞り、曲げ、コイニングを実施した。かかるコイニングは、サーボプレス(アイダエンジニアリング社製 200Tプレス AIDA)により実施し、本体部分のみを形成した。そして、コイニング後の部材に対して2個取り分離を行うことにより、サンプル1に係る電池ケース部材(2つ)を得た。
コイニング工程において、コイニングパンチによる圧縮圧を調整することにより、本体部分および該本体部分に隣接する増肉部分を形成したこと以外はサンプル1と同様にして、サンプル2に係る電池ケース部材(2つ)を作製した。かかる増肉部分は、接合部の厚みが0.4mmから0.5mmに増大するように形成した(即ち、増肉部分の断面積の大きさが、本体部分の断面積に対して25%となるように形成した)。
上記作製した各サンプルについて、2つの電池ケース部材どうしを突き合わせ、突き合わせ時の隙間の大きさを振り、溶接時に溶接不良が起こるか否かの評価を行った。かかる溶接は、ファイバーレーザーにより実施し、溶接条件は、溶接速度:180mm/sec,スポット径:0.3mm,出力:1.4KWとした。そして、かかる溶接後、接合部分に穴が開いているか否かをカラーチェックの染み込みの有無により確認した。具体的には、接合面に対して浸透液を付着させ、該接合面の反対側から該浸透液が浸透するか否かを確認した。評価結果を、表1の該当欄に示した。
「〇」:接合部分に穴が確認されなかった(浸透液の浸透が確認されなかった)。
「×」:接合部分に穴が確認された(浸透液の浸透が確認された)。
10 電池ケース
11 接合部分
12 電池ケース構築用キット
13 加工板
14 電池ケース部材
15 本体部分
16 増肉部分
17 接合部
20 蓋体
22 注液孔
24 安全弁
30 正極端子
31 正極集電板
32 正極シート(正極)
33 正極集電体
34 正極活物質層
35 正極活物質層非形成部分
40 負極端子
41 負極集電板
42 負極シート(負極)
43 負極集電体
44 負極活物質層
45 負極活物質層非形成部分
50 セパレータ
100 電極体(捲回電極体)
200 上ダイス
202 パッド
204 下ダイス
206 コイニングパンチ
P 接合部分における電池ケースの外側部分
Q 接合部分における電池ケースの内側部分
白抜き矢印 コイニングパンチによる圧縮方向
Claims (6)
- 互いに接合される接合部を有する2つの電池ケース部材を備えた電池ケース構築用キットであって、
前記2つの電池ケース部材のそれぞれは、
矩形状の幅広面と、
該幅広面を囲むようにして当該幅広面の3つの辺からそれぞれ立ち上がった3つの側壁と、
を有しており、
前記3つの側壁の端部は、それぞれ前記接合部を構成しており、接合対象である他の一の電池ケース部材における対向する側壁の端部の接合部と相互に接合されるように形成されており、
ここで、前記接合部は、
該接合部に連なる側壁部分と同じ断面積の本体部分と、
該本体部分に隣接する部分であって、前記接合部どうしが接合された接合部分における断面積を増大させるための増肉部分と、
を有することを特徴とする、電池ケース構築用キット。 - 前記増肉部分が、前記電池ケース部材の外側に突出していることを特徴とする、請求項1に記載の電池ケース構築用キット。
- 前記2つの電池ケース部材のうち少なくとも1つにおいて、前記増肉部分の断面積が、前記本体部分の断面積の25%以上である、請求項1または2に記載の電池ケース構築用キット。
- 2つの矩形状の幅広面と、
該2つの幅広面の間に存在する3つの矩形状の側壁と、
開口部と、
を備えた六面箱型の電池ケースであって、
請求項1~3のいずれか一項に記載の2つの電池ケース部材が互いに接合されて構成されている、電池ケース。 - 前記接合部分における前記電池ケースの外側部分は、該外側部分の周囲の該電池ケースの表面よりも突出しており、
該接合部分における該電池ケースの内側部分は、該内側部分の周囲の当該電池ケースの表面よりも凹んでいることを特徴とする、請求項4に記載の電池ケース。 - 正極および負極が、セパレータを介して複数積層された電極体と、
該電極体を収容する電池ケースと、
該電池ケースにおいて、当該電極体を収容する開口部を塞ぐ蓋体と、
を備えた電池であって、
前記電池ケースとして、請求項4または5に記載の電池ケースを備える、電池。
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