JP5207046B2 - 密閉型電池およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、密閉型電池、詳しくは、ケース本体と蓋体とを溶接により接合した構成の密閉型電池およびその製造方法に関する。

近年、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池は、車両搭載用電源、あるいはパソコン及び携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく利用できるものとして期待されている。

リチウムイオン電池の一態様では、金属製（典型的にはアルミニウム製）の電池ケースに電極体や電解液等が収容されており、かかる電池ケースの開口部には金属製（典型的にはアルミニウム製）の蓋体が装着され、電池ケースと蓋体との接触部位がレーザー溶接等の溶接により接合されることにより上記開口部が封口されている。この種の従来技術としては、例えば特許文献１，２が挙げられる。
特許文献１に開示される電池では、蓋体の裏面（該蓋体を電池ケースに装着するときに、該ケースの内部側に配される面）には、該装着時に電池ケースの内方に入り込む凸部が設けられている。このため、かかる蓋体を電池ケースに装着すると、該蓋体は該ケースの（側壁における）上面および内壁面の一部（開口部周縁近傍）に接触している。そして、このような蓋体とケースとの接触部位を該ケースの側方からレーザー溶接している。

特開平１１−７７３４７号公報 特開平１０−１４４２６８号公報

特許文献１記載の技術によると、上記接触部位を含む溶接部を備えたリチウムイオン電池において、上記溶接部のうちケース側壁の外壁面に近い部分（すなわち直接レーザー照射された部位に近い部分）は、溶融部（溶接部の中で母材（すなわち上記蓋体とケース）が溶融した部分）となり得る。このため、溶接に伴う熱収縮が起こって圧縮応力が発生する。一方、溶接時にケース内部にスパッタ等の異物が侵入することを回避するためには、上記溶接による溶融部が上記ケース側壁の内壁面にまで及ばない（貫通しない）ことが好ましい。かかる場合には、上記内壁面側の非溶融部では、上記外壁面側に対して引張り応力が発生し得る。このため、上記電池ケースと蓋体との溶接部において、その溶融部での圧縮応力と非溶融部での引張り応力が上記側壁の外壁面側と内壁面側の両側で作用し得るために亀裂が発生し、結果、電池の気密性が低下する虞がある。

また、特許文献２の技術によると、電池ケース本体の開口部の内周縁は、蓋を受けるよう外開きの穴側のテーパ状に形成されている。一方、蓋においては、該蓋の外周が上記開口部のテーパにはめ込まれる軸側のテーパとして形成されている。そして、上記蓋をケース本体の開口部にはめ込んでから、上記テーパ同士の接触部を蓋の上面に向けて上からレーザー溶接する。ここで、上記接触部を含む溶接部はほぼテーパ面上にあるため、該テーパ面方向とレーザーの照射方向とが異なる。この結果、上記溶接部に生じ得る熱応力のバランスが悪くなり、電池ケースと蓋体との良好且つ安定な接合状態を維持できない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、溶接による電池ケースと蓋体との接合部分の密閉性を向上させて、高い気密性を維持し得る密閉型電池を提供することである。また、他の目的は、そのような密閉型電池を好適に製造する方法を提供することである。

上記目的を実現するべく、本発明によって提供される密閉型電池は、電極体を収容するケース本体であって該電極体を収容するための開口部がケース上面に形成されたケース本体と、前記開口部の周縁を構成するケース本体の側壁の上面に相当する開口端面上に載置される蓋体であって、該載置された際に該開口端面に接する外縁部と、該蓋体の裏面側に形成された凸部であって該載置された際に該開口部の内方に入り込む凸部と、を有する蓋体とを備える。この密閉型電池では、前記ケース本体と前記蓋体とは、前記開口端面上に蓋体が載置された状態で前記ケース本体側壁と前記蓋体の外縁部との境界線を含む所定領域が該ケースの側方からの溶接により溶融されることによって相互に接合されている。ここで、前記開口部周縁を構成するケース本体の側壁には、該ケース本体の内面を構成して鉛直方向に広がる内壁面と該ケース本体の上面を構成して水平方向に広がる前記開口端面との間に該水平な開口端面から該鉛直な内壁面に至る傾斜面部が形成されている。且つ、前記蓋体には、前記傾斜面部に接する傾斜凸部側面が前記凸部の側面の少なくとも一部に形成されている。そして、前記溶接により溶融された領域は、前記開口端面を越えて前記傾斜面部と前記傾斜凸部側面の境界部位に及んでいることを特徴とする。

本明細書において「電池」とは、所定の電気エネルギーを取り出し得る蓄電装置をいい、特定の蓄電機構（電極体や電解質の構成）に限定されない。リチウムイオン電池等のリチウム二次電池、ニッケル水素二次電池その他の二次電池、或いは電気二重層キャパシタ等の物理電池は、ここでいう電池に包含される典型例である。
また、本明細書において「電極体」とは、少なくとも一つずつの正極及び負極を含み、電池（蓄電装置）の主体を成す構造体をいう。

上記構成の密閉型電池によると、上記ケース本体と上記蓋体との接触部位には、該ケース本体の上記傾斜面部と該蓋体の裏面側の傾斜凸部側面との境界部位（接触面）が含まれる。かかる接触部位をケース本体側方から溶接するにあたり、該溶接により溶融される領域（すなわち溶融部）が上記開口端面を越えて上記境界部位にも及んでいるように溶接すると、該溶接による熱収縮に伴って生じ得る圧縮応力は、上記境界部位を挟む両側（すなわち蓋体側とケース本体側）ではどちらも該境界部位に向かう方向に働き得る。このことにより、上記ケース本体と上記蓋体との溶融部に生じ得る圧縮応力のうち、該ケース本体の内壁面側（すなわち上記傾斜面部と傾斜凸部側面とを境界とする部位およびその近傍）の圧縮応力は、上記傾斜面部および傾斜凸部側面に対応する傾斜角度で傾斜した方向に生じ得る。かかる傾斜方向に生じ得る上記内壁面側の圧縮応力は、外壁面側（すなわち、上記開口端面を境界とする部位およびその近傍）の圧縮応力と均衡し得る。したがって、本発明によると、上記応力の不均衡による溶接部（溶融部）の亀裂等の発生が抑制されて、高い溶接（接合）強度で且つ安定して接合状態を維持し得る上記ケース本体と上記蓋体とを備える高気密な密閉型電池を得ることができる。

また、上記ケース本体側壁の傾斜面部および上記蓋体の傾斜凸部側面を持たない構成の電池では、上記ケース本体と蓋体とを強固に接合させることを目的として、互いの接触部位をケース側方から溶接する際に、上記側壁の内壁面側まで完全に溶融させる場合があり得る。しかし、上述のように、かかる場合にはスパッタ等の異物がケース内部に侵入する虞がある。ここで、本発明に係る密閉型電池によると、上記傾斜面部およびこれに対応する上記傾斜凸部側面を備えることにより、溶接時に上記内壁面側まで溶融させなくても、高い接合強度でケース本体と蓋体との接触部位を接合させることができる。なお、上記傾斜面部は、上記水平な開口端面から鉛直な内壁面に向けて傾斜していればよく、その面は平面であっても曲面であってもよい。また、上記傾斜凸部側面についても、上記傾斜面部の面形状に対応していればよいので、平面であっても曲面であってもよい。

ここに開示される密閉型電池の好ましい一態様では、前記蓋体の表面側には、前記裏面側の凸部とほぼ対応する部位に凹部が形成されており、該凹部の周縁から該凹部内の底面に至る傾斜凹部側面が形成されている。ここで、前記傾斜凸部側面と前記傾斜凹部側面とは、蓋体の断面からみてほぼ平行になるように形成されていることを特徴とする。上記ケース本体と上記蓋体とを溶接する際に、上記傾斜凹部側面を押さえる（押圧する）と、上記ケース本体と上記蓋体との接触部位のうち上記傾斜面部と上記傾斜凸部側面との接触部位（境界部位）を上記蓋体の表面側から該境界部位に対してほぼ垂直になるように押さえることができるので、結果、より強固にケース本体と蓋体とを接合させ易くなる。

ここに開示される密閉型電池の別の好ましい一態様では、前記傾斜面部は、前記鉛直方向から３０〜６０°の傾斜角度で傾斜していることを特徴とする。さらに好ましい一態様では、前記開口端面における前記ケース本体側壁の壁厚方向の幅は、該ケース本体側壁の壁厚の４０〜６０％の長さに規定されていることを特徴とする。
傾斜面部や開口端面がこのような寸法であることにより、これらをケース本体側壁の上面に容易に形成することができる。また、上記ケース本体と蓋体とを溶接する際に、溶融部における上記傾斜面部と上記傾斜凸部側面との境界部位に生じ得る上記圧縮応力の大きさと方向とが、上記開口端面を境界とする部位に生じ得る圧縮応力とうまく均衡し得るので、上記ケース本体と蓋体とをより高い接合強度で接合することができる。

また、ここに開示される密閉型電池として、特に好ましくは、前記ケース本体側壁の壁厚および前記蓋体の板厚はともに０．３ｍｍ〜１ｍｍの範囲にあり、前記傾斜面部は、前記鉛直方向から３０〜５０°の傾斜角度で傾斜していることを特徴とする電池である。
また、ここに開示される密閉型電池において、前記傾斜面部が曲面形状を有する態様として特に好ましくは、前記ケース本体側壁の壁厚および前記蓋体の板厚はともに０．３ｍｍ〜１ｍｍの範囲にあり、前記傾斜面部は、前記ケース本体の内面側に膨らむように湾曲した円弧面（典型的には１／４円弧面）であり、前記蓋体の傾斜凸部側面は、前記円弧面に対応する曲率の円弧面状（典型的には１／４円弧面状）に湾曲していることを特徴とする電池である。

また、上記目的を実現するべく、本発明は上記のような構成の密閉型電池を製造する方法を提供する。本発明により提供される方法は、以下の（１）〜（５）を包含する。すなわち、（１）ケース上面に形成された開口部と、該開口部の周縁を構成する側壁に内面を構成して鉛直方向に広がる内壁面と、前記側壁の上面を構成して水平方向に広がる開口端面とを備えるケース本体であって、前記内壁面と前記開口端面との間に該水平な開口端面から該鉛直な内壁面に至る傾斜面部が形成されているケース本体を用意すること、（２）前記開口端面上に載置された際に該開口端面に接する外縁部と、裏面側に形成される凸部であって該載置された際に前記開口部の内方に入り込む凸部とを備える蓋体であって、該載置された際には前記傾斜面部に接する傾斜凸部側面が前記凸部の側面の少なくとも一部に形成されている蓋体を用意すること、（３）前記開口部から、用意した電極体を前記ケース本体に収容すること、（４）前記開口端面上に前記蓋体を載置すること、および、（５）前記側壁と前記蓋体の外縁部との境界線を含む所定領域を該ケースの側方からの溶接により溶融させることによって相互に接合すること、を包含している。ここで、前記溶接の際は、前記蓋体の表面側のうち少なくとも前記外縁部と、前記凸部とほぼ対応する部位に形成された凹部の周縁から該凹部内の底面に至る傾斜凹部側面と、を含む領域を押圧しながら溶接し、前記溶接により溶融させる領域が、前記開口端面を越えて前記傾斜面部と前記傾斜凸部側面の境界部位に及ぶように溶接することを特徴とする。
かかる製造方法によると、ケース本体と蓋体との接触部位を該ケース本体側方から溶接（典型的にはレーザー溶接）によって接合する際に、該溶接により溶融される領域が上記開口端面を越えて上記傾斜面部と上記傾斜凸部側面との境界部位に及ぶように溶接することで、上記接触部位を強固に接合できる。また、上記蓋体の表面側から上記境界部位をほぼ垂直に押圧することにより、より一層強固に上記接触部位を接合させ得る。その一方、上記溶接により上記ケース本体の内壁面を貫通するまで溶融させることで接合強度を確保する必要がないので、ケース内部に侵入し得るスパッタ等の異物の発生を効果的に防ぐことができる。

ここに開示される製造方法の好ましい一態様では、前記押圧の際に、該押圧する領域の面形状を備えた構成の押え治具を用いることを特徴とする。これにより、上記開口端面と外縁部との水平な接触部位と、上記傾斜面部と傾斜凸部側面との傾斜した接触部位とを同時にかつ均等な力で押圧することができる。

また、本発明は、ここに開示されるいずれかの密閉型電池、あるいはここに開示される方法により製造された密閉型電池を備えた車両を提供する。本発明により提供される密閉型電池は、ケース本体と蓋体とが互いの接触部位において強固に接合し得ることから、かかる密閉型電池を自動車等の車両に搭載した際、走行時に振動が生じても上記ケース本体と蓋体との接合部における高い気密性は維持され、例えばケース内部の電解質等が漏出する等の不具合も防止され得る。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、電極体や電解質の構成、電極体の作製手順、電池の構築手順等、電池の構築に係る一般的技術等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

特に限定することを意図したものではないが、以下、密閉型リチウムイオン電池１０（以下、単に「電池」ということもある。）を例として本発明を詳細に説明する。また、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化することがある。また、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。

図１〜図５を参照しながら、本実施形態のリチウムイオン電池１０について説明する。図１は、本実施形態に係る電池１０の外観を示す模式的な斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図３は、蓋体３０がケース本体２０の開口端面２４上に載置された際の該蓋体３０とケース本体２０との接触部位を模式的に示す断面図である。図４（ａ）は、本実施形態に係る電池１０の蓋体３０とケース本体２０との接触部位にケース本体２０の側方から溶接された際の溶融部８０を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、ケース本体側壁に傾斜面部を有さない構成の電池における蓋体１３０とケース本体１２０との接触部位にケース本体１２０の側方から溶接された際の溶融部８０を模式的に示す断面図である。図５は、本実施形態に係る電池１０の蓋体３０とケース本体２０との接触部位を溶接する工程の一部を示す模式的な断面図である。なお、上記の図中、正極端子５２絶縁部材５６、ナット５８については断面表示していない。
図１〜図３に示されるように、本実施形態に係る電池１０の全体の構成としては、該電池１０は従来の電池と同様に、典型的には所定の電池構成材料（正負極それぞれの活物質、正負極それぞれの集電体、セパレータ等）を具備する電極体６０（本実施形態では扁平形状の捲回型電極体）と、該電極体６０および適当な電解質（典型的には液状電解質）を収容するケース本体２０と、蓋体３０とを備える。

図１および図２を参照にして、本実施形態に係るケース本体２０の構成について説明する。ケース本体２０は、電極体６０を収容するための開口部２１をケース上面部分に備えた有底形状（本実施形態では箱型または角型形状）を有している。この開口部２１の周縁を構成するケース本体２０の側壁２２において、該側壁２２の上面２３には水平方向Ｐに広がる開口端面２４が形成されている。また、該開口端面２４の外側の周縁は、上記側壁２２における鉛直方向Ｑに広がる外壁面２７と垂直に接している。一方、上記開口端面２４の内側の周縁については、該開口端面２４と上記側壁２２の鉛直方向Ｑに広がる内壁面２５との間に、該開口端面２４から該内壁面２５に向けて傾斜した傾斜面部２６が形成されている。

上記傾斜面部２６は、上記鉛直方向Ｑに広がる内壁面２５から所定の傾斜角度θを有して傾斜している。かかる傾斜角度θとは、好ましくは３０〜６０°の範囲内に規定される傾斜角度であり、より好ましくは３０〜５０°の範囲内であり、特に好ましい例としては３０°あるいは４５°が挙げられる。かかる傾斜角度θが上記範囲の上限を上回ると、上記傾斜面部２６の傾斜が浅くなりすぎる。後述するように、蓋体３０をケース本体２０に嵌合するために蓋体３０の裏面側に形成される凸部３４の側面部分に傾斜面部２６が形成される。このため、傾斜面部２６の傾斜が浅くなると、上記凸部３４の凸出具合も小さくなるので、蓋体３０がケース本体２０に嵌合しにくくなり、該蓋体３０が該ケース本体２０から外れ易くなる。一方、上記傾斜角度θが上記範囲の下限を下回ると、上記開口端面２４の幅（すなわち上記側壁２２の壁厚方向の長さ）が蓋体３０を載置し易い程度に広く規定された場合では、ケース本体２０と蓋体３０との溶接時に溶融される領域（溶融部）が上記傾斜面部２６と後述の傾斜凸部側面３５との境界部位（傾斜面部２６と傾斜凸部側面３５とが互いに接触している面）まで及びにくくなり、該傾斜面部２６による接合強度を向上させる効果が十分に発揮されにくい。

上記開口端面２４では、上記ケース本体２０の側壁２２の壁厚方向の幅が、該側壁２２の壁厚を１００％として４０〜６０％の長さに規定されていることが好ましい。かかる幅が上記範囲の上限を上回ると、上記傾斜面部２６の傾斜角度θが好適範囲を逸脱し、小さくなり過ぎる虞がある。一方、上記開口端面２４の幅が上記範囲の下限を下回ると、上記傾斜面部２６の傾斜角度θが上記好適範囲を逸脱して大きくなり過ぎる（すなわち傾斜面部２６の傾斜が浅くなり過ぎる）。また、蓋体３０を上記開口端面２４上に安定した状態で載置しづらい。このことにより、上記開口端面２４の上記側壁２２の壁厚方向の幅は、上記範囲内で上記傾斜面部２６の傾斜角度θとの兼ね合いで設定されることが好ましい。例えば、かかる幅は、上記側壁２２の壁厚が０．５ｍｍであれば、０．２ｍｍ〜０．３ｍｍの間で規定され得る。

ケース本体２０の材質としては、軽量で熱伝導性が良い金属材料が好ましく、例えばアルミニウム（アルミニウム合金を含む）、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等を好ましく用いることができる。また、かかるケース本体２０には、典型的には、上記材質として挙げられた金属種のいずれか（典型的にはアルミニウムまたはその合金）からなる材料を従来公知の方法を用いて加工された板材が採用される。例えば、上記金属材料を溶解、鋳造して鋳塊を得て、該鋳塊を均質加熱処理後、熱間圧延および冷間圧延を実施して圧延板にして、該圧延板を焼鈍してから所望の板厚になるまで再度冷間圧延を実施することにより所望の板材を得る方法が挙げられる。このときの板厚としては、凡そ０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度が好ましい。

このようにして得られた板材からケース本体２０を成形する方法としては、従来の方法と同様でよく、特に限定されない。例えば、上記板材を所定形状にカットし、これを複数回にわたり絞り加工やしごき加工等を行って徐々にケース本体２０の外観形状（本実施形態では有底の扁平な箱型形状）になるように側壁２２を成形していき、最後にトリミング等の加工を実施して側壁２２の上面２３（すなわち開口端面２４や傾斜面部２６）を上記したような形状に仕上げることにより上記ケース本体２０が得られる。このようにして得られたケース本体２０の（側壁２２の）板厚は、好ましくは０．３ｍｍ〜１ｍｍであり、より好ましくは０．３ｍｍ〜０．７ｍｍ程度であり、特に好ましくは凡そ０．５ｍｍである。

次に、図１〜図２を参照にしながら、本実施形態に係る蓋体３０の構成について、ケース本体２０との関係とともに説明する。蓋体３０は、上記ケース本体２０上面の開口部２１を塞ぎ得る形状（本実施例では扁平な略長方形状）を有している。蓋体３０は、上記ケース本体２０の開口端面２４上に載置されて、上記開口部２１を閉塞している。かかる蓋体３０は、上記開口端面２４上に載置された際に該開口端面２４と接する外縁部３２と、該蓋体３０の裏面（蓋体３０を上記開口端面２４上に載置したときにケース内部に対向する側の面）側に凸出した凸部３４とを備えている。該凸部３４の側面の少なくとも一部（本実施形態では該側面全面）には、上記傾斜面部２６に対応する傾斜凸部側面３５が形成されている。このため、蓋体３０がケース本体２０（開口端面２４）上に載置されると、上記外縁部３２の裏側面３２ａが該開口端面２４に接するとともに、上記凸部３４は上記傾斜凸部側面３５において上記傾斜面部２６と接した状態で上記開口部２１の内方に入り込む（嵌り込む）ようになっている。すなわち、上記蓋体３０はケース本体２０に嵌合される。このことにより、上記ケース本体２０の開口部２１は、上記蓋体３０によって隙間なく塞がれ得る。また、蓋体３０が上記のように載置された際には、ケース本体２０の側壁２２の外壁面２７と蓋体３０の外縁部３２の外周端面とは、面一で（すなわち、互いに同一の面上にある状態で）接するようになっている。

蓋体３０の表面側には、外縁部３２より内側で上記裏面側の凸部３４とほぼ対応する部位に凹部３６が形成されている。そして、上記凸部３４の側面に形成された傾斜凸部側面３５と同様に、上記凹部３６には、該凹部３６の周縁から該凹部３６内の底面３８に向けて傾斜した傾斜凹部側面３７が形成されている。該傾斜凹部側面３７と上記傾斜凸部側面３５とは、上記蓋体３０の断面視でほぼ平行になっている。
なお、上述のように本実施形態では、蓋体３０の上記凸部３４の側面は全面にわたり傾斜凸部側面３５となっていて、該傾斜凸部側面３５がケース本体２０の側壁２２における傾斜面部２６と接している。他の実施形態として、例えば、上記凸部３４の側面には、傾斜凸部側面３５に加え、上記側壁２２の内壁面２５に対応する（接する）側面であって鉛直方向に広がる側面が形成されており、蓋体３０が上記開口端面２４上に載置された際に、上記凸部３４の側面が傾斜面部２６および該傾斜面部２６から続く上記内壁面２５（の一部）にも接し得るような形態でもよい。

図１および図２に示されるように、蓋体３０には、典型的には端子取出し孔（図示せず）が２か所に形成されている。外部接続用の端子５２，５４は、上記端子取出し孔を挿通した状態で例えばカラー等の絶縁部材５６を介して上記蓋体３０に取り付けられている。かかる端子５２，５４は、上記ケース本体２０内に収容された電極体６０と電気的に接続されている。各端子５２，５４の取付け構造は特に制限されず、従来の電池と同様の構造をとることができる。例えば、本実施形態では、正極端子５２は、その一方の端部を電極体６０の軸方向（該電極体６０が捲回型であれば捲回軸方向）の一端に形成された正極集電体６３に接続されることにより、電極体６０の正極と電気的に接続されている。正極端子５２の他方の端部は、上記蓋体３０の表面側から突出している。負極端子５４についても同様に、その一端は電極体６０の負極に接続され、他端は上記蓋体３０の表面側から突出している。突出した該端子５２，５４は、例えばナット５８等により蓋体３０に固定されている。なお、正負極の接続端子の取付け構造自体は本発明を特徴づけるものではないので、より詳細な説明は省略する。

蓋体３０の材質としては、上述したケース本体２０と同じ材質であることが好ましいが、ケース本体２０と異なる材質であってもよい。蓋体３０を成形する方法としては、典型的にはケース本体２０を成形するのに採用され得る金属材料（典型的にはアルミニウムまたはその合金材料）からなる板材を用いて、例えばプレス加工等を実施して上記のような形状に成形することができる。蓋体３０に成形されたときの好ましい板圧としては、０．３ｍｍ〜１ｍｍが好ましく、より好ましくは０．３ｍｍ〜０．７ｍｍであり、特に好ましくは凡そ０．５ｍｍである。

次に、本実施形態に係る電極体６０について説明する。電極体６０は、長尺シート状の正極集電体６３の表面に正極活物質層を有する正極シート６２、長尺シート状の負極集電体（図示せず）の表面に負極活物質層を有する負極シート（図示せず）、及び長尺シート状のセパレータ６６からなり、正極シート６２および負極シートの間に２枚のセパレータ６６を、正極シート６２、セパレータ６６、負極シート、セパレータ６６の順で重ね合わせて捲回し、得られた捲回体を側面方向（すなわち捲回軸方向と直交する方向）から押し潰して拉げさせることによって、上記ケース本体２０に収容可能な扁平形状に成形されている。
捲回される正極シート６２において、その長手方向に沿う一方の端部には正極活物質層が付与されずに正極集電体６３が露出しており、一方、捲回される負極シートにおいても、その長手方向に沿う一方の端部は負極活物質層が付与されずに負極集電体が露出している。このことにより、電極体６０の長手方向（すなわち捲回軸方向）の一端には上記露出した正極集電体６３が積層しており、他端には上記露出した負極集電体が積層している。
また、上述のように、露出した上記正極集電体６３が積層された部分には正極端子５２が、露出した上記負極集電体が積層された部分には負極端子５４がそれぞれ接合され、さらに上記扁平形状に形成された正極シート６２または負極シートと電気的に接続されている。接合方法としては、従来公知の方法でよく、例えば超音波溶接法、抵抗溶接法等の各種溶接法が用いられ得る。なお、本実施形態では捲回型の電極体について説明したが、積層型の電極体であってもよく、特に限定されない。

上記のような電極体６０を構成する材料及び部材自体は、従来のリチウムイオン電池に備えられる電極体と同様でよく、特に制限はない。例えば、正極シート６２を構成する正極集電体６３としては、導電性の良好な金属からなるシート材を用いることができる。例えば、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金製の導電性部材が挙げられる。また、正極活物質層の主成分たる電極活物質としては、従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。例えばリチウムニッケル系複合酸化物（リチウムとニッケルとを構成金属元素として含む酸化物であって、ニッケルサイトの一部がコバルトやアルミニウム等の他の金属元素で置換されたものを含む。典型的にはＬｉＮｉＯ_２）、リチウムコバルト系複合酸化物（典型的にはＬｉＣｏＯ_２）、リチウムマンガン系複合酸化物（典型的にはＬｉＭｎ_２Ｏ_４）等のリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。
一方、負極シートを構成する負極集電体としては、例えば銅等の金属からなるシート材（好ましくは銅箔）を用いることができる。また、負極活物質層の主成分たる電極活物質としては、従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。例えば、グラファイトカーボンやアモルファスカーボン等の炭素系材料が挙げられる。
正極シート６２及び負極シートは、上記各電極活物質を適当な溶媒に分散させた組成物をそれぞれの集電体上に付与し、該組成物を乾燥させることにより好ましく作製され得る。なお、必要に応じて、導電材、結着材、及び増粘材等を上記組成物に添加することができる。

上記作製した正極シート６２及び負極シートの間に重ねて使用される好適なシート状のセパレータ６６としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等の多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。なお、電解質として固体電解質もしくはゲル状電解質を使用する場合には、合成樹脂製のセパレータが不要な場合（すなわちこの場合には電解質自体がセパレータとして機能し得る。）があり得る。また、正極端子５２の構成材料として、該端子５２に接合される正極集電体６３と同種の金属材料（好ましくはアルミニウム）を好ましく用いることができる。一方、負極端子５４の構成材料として、該端子５４に接合される負極集電体と同種の金属材料（好ましくは銅）を好ましく用いることができる。
以上のようにして、ケース本体２０、蓋体３０および電極体６０が用意（作製）される。

次に、特に限定することを意図したものではないが、図４〜図５を参照にしながら、本実施形態に係るリチウムイオン電池１０を構築する（製造する）方法の一つの好ましい実施態様について説明する。
まず、図１および図２に示される上記構成（すなわち、ケース上面に開口部２１を備えた有底箱形状を有しており、側壁２２の上面２３における水平な開口端面２４と、該開口端面２４と上記側壁２２の内壁面２５に至る傾斜面部２６を備えた構成）を有するケース本体２０を用意（作製）する。
次に、図１および図２に示される上記構成（すなわち、上記ケース本体２０の開口部２１を塞ぎ得る形状を有しており、上記開口端面２４上に載置された際に該開口端面２４と接する外縁部３２と、該蓋体３０の裏面側に形成された凸部３４と、該凸部３４の側面の少なくとも一部に上記傾斜面部２６に対応する傾斜凸部側面３５とを備えた構成）を有する蓋体３０を用意（作製）する。
次に、上述の電極体６０を用意する。そして、図２に示されるように、例えば、該電極体６０の捲回軸方向の各端部に形成されている積層された正極集電体６３の上下方向（鉛直方向Ｑ）の中央部分に正極端子５２を（該部分を押し潰すようにして）取り付ける。負極端子５４についても同様にして負極集電体に取り付ける。
次いで、端子５２，５４がそれぞれ付設された扁平な上記電極体６０を、扁平な上記ケース本体２０に収容する。該電極体６０をケース本体２０に収容した後、図示しない電解液（例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合溶媒にＬｉＰＦ_６等のリチウム塩（支持塩）を適当量溶解させたもの）を該ケース本体２０内に注入する。そして、ケース本体２０の開口部２１から上方に向けて突出した正負極の各端子５２，５４を、絶縁部材５６を介して上記蓋体３０の端子取出し孔（図示せず）に挿通させながら、蓋体３０を上記ケース本体２０に装着（載置）して上記開口部２１を塞ぐ。このとき、蓋体３０の外縁部３２の裏側面３２ａが上記開口端部２４と接するようにする。また、蓋体３０の裏面側の凸部３４の側面における傾斜凸部側面３５が、ケース本体２０の側壁２２における傾斜面部２６と接しており、上記凸部３４が上記開口部２１内に入り込むことにより、蓋体３０はケース本体２０に嵌合している。

次いで、上記蓋体３０が開口端面２４上に載置されたケース本体２０において、該ケース本体２０と蓋体３０との接触部位、すなわち該ケース本体２０の側壁２２と上記蓋体３０の外縁部３２との境界線を含む所定の領域を上記ケース本体２０の側方から周回させて溶接する。溶接方法としては、ＹＡＧ等の固体結晶を媒質とするレーザーを用いた固体レーザー溶接、炭酸ガス等のガスを媒質とするガスレーザー溶接等、単色光のコヒーレントビームを用いたレーザー溶接や、集束した電子ビームを用いた電子ビーム溶接を好ましく採用することができる。
ここで、上記蓋体３０と上記ケース本体２０との接触部位をケース本体２０の側方（すなわち側壁２２の外壁面２７側）から溶接していく際には、該溶接により溶融される領域が、上記接触部位のうち上記外縁部３２の裏側面３２ａと開口端面２４同士の接触部位（境界部位）を含む領域を越え、さらに上記傾斜凸部側面３５と傾斜面部２６同士の接触部位を含む領域に及ぶような出力（レーザー溶接ならばレーザー強度）で溶接を行うことが好ましい。このような溶接を行うことにより、蓋体３０とケース本体２０との接合強度を高くすることができる。その理由としては以下に示すとおりである。すなわち、図４（ａ）に示されるように、上記溶接による熱収縮に伴って溶融部８０に発生する圧縮応力について、上記蓋体３０とケース本体２０との境界部位のうち上記外縁部３２の裏側面３２ａと上記開口端面２４との水平な境界部位を挟む両側（すなわち蓋体３０側とケース本体２０側）に働く圧縮応力８２は、鉛直方向Ｑに沿って互いに該境界部位に向かう方向に生じ得る。一方、上記傾斜面部２６と傾斜凸部側面３５との境界部位を挟む両側に働く圧縮応力８４は、傾斜した該境界部位に向かう方向に生じ得る。かかる圧縮応力８４は、上記の鉛直方向Ｑに働く圧縮応力８２と均衡し合うため、内壁面２５側の非溶融部における蓋体３０とケース本体２０との境界部位に、該蓋体３０と該ケース本体２０とを引き離し得る方向へ引張り応力が発生しても、該引張り応力に対し、上記均衡し合う圧縮応力８２，８４は十分に対抗し得る。この結果、蓋体３０とケース本体２０とを強固に接合し、且つそのような接合状態を長く維持することができる。なお、図４（ｂ）に示されるように、上記のような傾斜面部２６と傾斜凸部側面３５とを備えない構成の電池では、蓋体１３０とケース本体１２０との接触部位をケース本体１２０の側方から溶接しても、その溶融部１８０には、上記圧縮応力８２のような鉛直方向Ｑに沿って働く圧縮応力１８２は生じるものの、該ケース本体１２０の内壁面側の非溶融部には鉛直方向Ｑに沿う引張り応力１８３が生じ得るため、蓋体１３０とケース本体１２０とを強固に接合することは難しい。

上記のようにして本実施形態に係る蓋体３０とケース本体２０とを該ケース本体２０の側方から溶接するにあたり、上記蓋体３０の表面側の領域のうち、外縁部３２の表側面３２ｂと、上記凸部３４とほぼ対応する部位に形成された凹部３６の周縁から該凹部３６内の底面３８に至る傾斜凹部側面３７とを少なくとも含む領域を、押圧しながら溶接することが好ましい。このように上記領域を押圧しながら溶接することにより、上記開口端面２４と上記外縁部３２の裏側面３２ａ同士、および上記傾斜面部２６と上記傾斜凸部側面３５同士を確実に接触させることができ、それぞれの接触部位を溶接し、その接触部位を含む所定領域を確実に溶融させて蓋体３０とケース本体２０とをより強固に接合させ得る。

また、かかる蓋体３０の表面側における上記領域を押圧する際には、押え治具７２を用いることが好ましい。すなわち、かかる押え治具７２において、該押圧する際に上記蓋体３０の表面側と接し得る面には、上記蓋体３０の外縁部３２の表側面３２ｂと上記傾斜凹部側面３７の面形状（すなわち凹凸形状）に対応する面形状であって該表側面３２ｂと傾斜凹部側面３７の面形状と対称な面形状が形成されていることが好ましい。このような面形状を備えた押え治具７２を、その対応する面形状に合わせるようにして蓋体３０の表面側の上記領域上に載置して、該押え治具７２を（典型的には鉛直方向Ｑに沿う下方向に向けて）押圧すると、上記開口端面２４と上記外縁部３２の表側面３２ｂとの水平な接触部位と、上記傾斜面部２６と傾斜凸部側面３５との傾斜した接触部位とを同時に且つ均等に分散された力で押圧することができるので、より強固に且つ容易に上記接触部位を含む領域を溶接することができる。

以上のようにして、蓋体３０とケース本体２０との接触部位を接合してケース本体２０の開口部２１を封口することにより、本実施形態に係る電池１０が完成する。

次に、図６および図７を参照にしながら、本実施形態に係る電池１０の改変例について説明する。図６は、本実施形態に係る電池１０の改変例の要部を示す模式的な断面図である。図７は、本実施形態に係る電池１０の改変例における蓋体３０とケース本体２０との接触部位を溶接する工程の一部を示す模式的な断面図である。図６に示される改変例では、ケース本体２０の側壁２２における傾斜面部２６が、ケース本体２０の内面側に膨らむように湾曲した円弧面（典型的には１／４円弧面）となるように形成されている点において、上述の実施形態とは異なっている。このような曲面形状を傾斜面部２６が備える実施形態では、蓋体３０の裏面側に形成されている凸部３４の側面においても、少なくともその一部に上記傾斜面部２６と対応する円弧面（典型的には１／４円弧面）となる部分が形成されている。また、図６に示されるように、上記凸部３４の側面は、傾斜面部２６に対応する部分（すなわち傾斜凸部側面３５）には上記円弧面形状を有するとともに、上記蓋体３０をケース本体２０の開口端面２４上に載置した際に側壁２２の内壁面２５に接触し得る鉛直な側面３９をも有することが好ましい。さらに、かかる蓋体３０の表面側についても、上記凸部３４に対応する凹部３６の傾斜凹部側面３７も、傾斜凸部側面３５にほぼ対応するように所定角度の円弧面状を有していることが好ましい。かかる蓋体３０の表面側の形状は上記裏面側と対応した形状になっているため、該蓋体３０とケース本体２０とを該ケース本体２０の側方から溶接する際に該蓋体３０の表面側を押圧すると、該蓋体３０とケース本体２０を確実に接触させてより一層強固に接合させることができる。また、かかる溶接を行う際には、図７に示されるように、外縁部３２の表側面３２ｂと上記湾曲した円弧面状の傾斜凹部側面３７の面形状と対称な面形状を備えた押え治具７４を用いて、上記表側面３２ｂと傾斜凹部側面３７とを押圧しながら行うことが好ましい。

ここで、本実施形態に係る電池１０として、以下に示す４つの寸法（例１〜例４）で４種類の電池を作製した。なお、かかる４つの電池は全て、蓋体３０とケース本体２０とがレーザー溶接により接合された。また、レーザーの出力強度は全ての４電池で同じ条件で行った。
例１に係る電池では、ケース本体２０の側壁２２の壁厚および蓋体３０の板厚がともに０．５ｍｍ程度になるようにして、ケース本体２０と蓋体３０をそれぞれ成形した。ケース本体２０の傾斜面部２６は、鉛直方向Ｑから４５°の傾斜角度θで傾斜させた。開口端面２４の側壁２２の壁厚方向の幅は、０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ程度とした。蓋体３０の外縁部３２の裏側面３２ａと傾斜凸部側面３５の寸法は、上記開口端面２４と傾斜面部２６にそれぞれ対応するように規定した。また、蓋体３０の全面にわたってどの部分においても板厚が０．５ｍｍ程度で一定になるように該蓋体３０の表面側の寸法を規定した。
また、例２に係る電池では、ケース本体２０の側壁２２の壁厚および蓋体３０の板厚がともに０．５ｍｍ程度になるようにして、ケース本体２０と蓋体３０をそれぞれ成形した。ケース本体２０の傾斜面部２６は、鉛直方向Ｑから３０°の傾斜角度θで傾斜させた。開口端面２４の側壁２２の壁厚方向の幅は、０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ程度とした。蓋体３０の外縁部３２の裏側面３２ａと傾斜凸部側面３５の寸法は、上記開口端面２４と傾斜面部２６にそれぞれ対応するように規定した。蓋体３０の全面にわたってどの部分においても板厚が０．５ｍｍ程度で一定になるように該蓋体３０の表面側の寸法を規定した。
例３に係る電池では、ケース本体２０の側壁２２の壁厚および蓋体３０の板厚がともに０．５ｍｍ程度になるようにして、ケース本体２０と蓋体３０をそれぞれ成形した。ケース本体２０の傾斜面部２６は、ケース本体２０の内面側に膨らむような曲率半径０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の１／４円弧面状に湾曲させた。開口端面２４の側壁２２の壁厚方向の幅は、０．３ｍｍ〜０．２ｍｍ程度とし、蓋体３０の外縁部３２の裏側面３２ａと傾斜凸部側面３５の寸法は、上記開口端面２４と傾斜面部２６にそれぞれ対応するように規定した。蓋体３０の全面にわたってどの部分においても板厚が０．５ｍｍ程度で一定になるように該蓋体３０の表面側の寸法を規定した。
例４に係る電池では、ケース本体２０の側壁２２の壁厚および蓋体３０の板厚がともに０．５ｍｍ程度になるようにして、ケース本体２０と蓋体３０をそれぞれ成形した。ケース本体２０の側壁２２の上面２３には上記のような傾斜面部２６を設けなかった。このため、蓋体３０の凸部３４の裏側の側面には、鉛直方向Ｑに広がる内壁面２５に対応する鉛直な側面部を形成し、傾斜凸部側面３５については設けなかった。

上記のようにして作製した例１の電池について、溶接により互いに接合している蓋体３０のみを把持して所定の荷重で持ち上げ、該蓋体３０をケース本体２０から引き剥がす試験を行った。蓋体３０がケース本体２０から剥がれたときの荷重を蓋体３０とケース本体２０との接合強度とした。例２〜例４の電池についても同様の試験を行った。この結果、例１〜例３の電池は、いずれも例４の電池と比較して３０％以上（好ましいものでは５０％以上）の接合強度で蓋体３０とケース本体２０とが接合していることが分かった。このことにより、ケース本体２０の側壁２２に形成された傾斜面部２６と、該傾斜面部２６に対応する傾斜凸部側面３５であって蓋体３０の裏面側に形成された凸部３４の側面における傾斜凸部側面３５とを備える電池１０は、これらを具備しない電池と比べて、蓋体３０とケース本体２０の接合強度において顕著に優れた効果を有することがわかった。

このように蓋体３０とケース本体２０とが強固に接合し得る本実施形態に係る電池１０は、特に自動車等の車両に搭載されるモーター（電動機）用電源として、好適に使用し得る。したがって本発明は、図８に模式的に示されるように、かかる電池１０を単電池として複数個配列して組電池１００を構築し、かかる組電池１００を電源として備える車両（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）１を提供することができる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん種々の改変が可能である。また、電池の種類は上述したリチウムイオン電池に限られず、電極体構成材料や電解質が異なる種々の内容の電池、例えばリチウム金属やリチウム合金を負極とするリチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、あるいは電気二重層キャパシタであってもよい。また、上述の実施形態のケース本体２０は角型（箱型）形状に成形されているが、この形状に限定されず、例えば円筒型形状であってもよい。

本実施形態に係る電池の外観を示す模式的な斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 蓋体がケース本体の開口端面上に載置された際の該蓋体とケース本体との接触部位を模式的に示す断面図である。 （ａ）本実施形態に係る電池の蓋体とケース本体との接触部位にケース側方から溶接された際の溶融部を模式的に示す断面図である。（ｂ）ケース本体側壁に傾斜面部を有さない構成の電池において、蓋体とケース本体との接触部位にケース側方から溶接された際の溶融部を模式的に示す断面図である。 蓋体とケース本体との接触部位を溶接する工程の一部を示す模式的な断面図である。 本実施形態に係る電池の改変例の要部を示す模式的な断面図である。 本実施形態に係る電池の改変例における蓋体とケース本体との接触部位を溶接する工程の一部を示す模式的な断面図である。 本実施形態に係る密閉型電池を備えた車両を模式的に示す側面図である。

符号の説明

Ｐ 水平方向
Ｑ 鉛直方向
１ 車両
１０ 密閉型電池
２０ ケース本体
２１ 開口部
２２ 側壁
２３ 上面
２４ 開口端面
２５ 内壁面
２６ 傾斜面部
２７ 外壁面
３０ 蓋体
３２ 外縁部
３２ａ 裏側面
３２ｂ 表側面
３４ 凸部
３５ 傾斜凸部側面
３６ 凹部
３７ 傾斜凹部側面
３８ 底面
５２ 正極端子
５４ 負極端子
５６ 絶縁部材
５８ ナット
６０ 電極体
６２ 正極シート
６３ 正極集電体
６６ セパレータ
７２，７４ 押え治具
１００ 組電池

Claims (9)

1. 電極体を収容するケース本体であって該電極体を収容するための開口部がケース上面に形成されたケース本体と、
   前記開口部の周縁を構成するケース本体の側壁の上面に相当する開口端面上に載置される蓋体であって、該載置された際に該開口端面に接する外縁部と、該蓋体の裏面側に形成された凸部であって該載置された際に該開口部の内方に入り込む凸部と、を有する蓋体と
   を備える密閉型電池であって、
   前記ケース本体と前記蓋体とは、前記開口端面上に蓋体が載置された状態で前記ケース本体側壁と前記蓋体の外縁部との境界線を含む所定領域が該ケースの側方からの溶接により溶融されることによって相互に接合されており、
   ここで、前記開口部周縁を構成するケース本体の側壁には、該ケース本体の内面を構成して鉛直方向に広がる内壁面と該ケース本体の上面を構成して水平方向に広がる前記開口端面との間に該水平な開口端面から該鉛直な内壁面に至る傾斜面部が形成されており、且つ、前記蓋体には、前記傾斜面部に接する傾斜凸部側面が前記凸部の側面の少なくとも一部に形成されており、
   前記溶接により溶融された領域は、前記開口端面を越えて前記傾斜面部と前記傾斜凸部側面の境界部位に及んでいることを特徴とする、密閉型電池。
2. 前記蓋体の表面側には、前記裏面側の凸部とほぼ対応する部位に凹部が形成されており、該凹部の周縁から該凹部内の底面に至る傾斜凹部側面が形成されており、
   ここで、前記傾斜凸部側面と前記傾斜凹部側面とは、蓋体の断面からみてほぼ平行になるように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の密閉型電池。
3. 前記傾斜面部は、前記鉛直方向から３０〜６０°の傾斜角度で傾斜していることを特徴とする、請求項１または２に記載の密閉型電池。
4. 前記開口端面における前記ケース本体側壁の壁厚方向の幅は、該ケース本体側壁の壁厚の４０〜６０％の長さに規定されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の密閉型電池。
5. 前記ケース本体側壁の壁厚および前記蓋体の板厚はともに０．３ｍｍ〜１ｍｍの範囲にあり、
   前記傾斜面部は、前記鉛直方向から３０〜５０°の傾斜角度で傾斜していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の密閉型電池。
6. 前記ケース本体側壁の壁厚および前記蓋体の板厚はともに０．３ｍｍ〜１ｍｍの範囲にあり、
   前記傾斜面部は、前記ケース本体の内面側に膨らむように湾曲した円弧面であり、
   前記蓋体の傾斜凸部側面は、前記円弧面に対応する曲率の円弧面状に湾曲していることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の密閉型電池。
7. 密閉型電池の製造方法であって；
   ケース上面に形成された開口部と、該開口部の周縁を構成する側壁に内面を構成して鉛直方向に広がる内壁面と、前記側壁の上面を構成して水平方向に広がる開口端面とを備えるケース本体であって、前記内壁面と前記開口端面との間に該水平な開口端面から該鉛直な内壁面に至る傾斜面部が形成されているケース本体を用意すること；
   前記開口端面上に載置された際に該開口端面に接する外縁部と、裏面側に形成される凸部であって該載置された際に前記開口部の内方に入り込む凸部とを備える蓋体であって、該載置された際には前記傾斜面部に接する傾斜凸部側面が前記凸部の側面の少なくとも一部に形成されている蓋体を用意すること；
   前記開口部から、用意した電極体を前記ケース本体に収容すること；
   前記開口端面上に前記蓋体を載置すること；および、
   前記側壁と前記蓋体の外縁部との境界線を含む所定領域を該ケースの側方からの溶接により溶融させることによって相互に接合すること；
   を包含しており、
   ここで、前記溶接の際は、前記蓋体の表面側のうち少なくとも前記外縁部と、前記凸部とほぼ対応する部位に形成された凹部の周縁から該凹部内の底面に至る傾斜凹部側面と、を含む領域を押圧しながら溶接し、
   前記溶接により溶融させる領域が、前記開口端面を越えて前記傾斜面部と前記傾斜凸部側面の境界部位に及ぶように溶接することを特徴とする、密閉型電池の製造方法。
8. 前記押圧の際に、該押圧する領域の面形状と対称な面形状を備えた構成の押え治具を用いることを特徴とする、請求項７に記載の密閉型電池の製造方法。
9. 請求項１〜６のいずれかに記載の密閉型電池、あるいは請求項７または８に記載の方法により製造された密閉型電池を備える車両。

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