JP5691998B2 - 電池ケース - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
以下、参考例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。
本参考例の電池要素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。
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。
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、本参考例では縁部間距離Aが板厚の約1.5倍となっている。
因みに、本参考例では、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。
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、本参考例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、本参考例では、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。
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。
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、本参考例では、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。
(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。
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。
(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。
(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。
次に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参考例の説明を援用し、符号を共通して用いる。
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、先の参考例と同様に溶接深さ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。
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、参考例と異なるものの、参考例の作用効果(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。
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(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 (3)
- 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、
前記ケース側テーパー面と前記蓋側テーパー面が溶接され、
前記第1曲率は前記第2曲率より大きく、溶接深さに対する溶接限界隙間の比の値は、tan0°より大きく、tan10°より小さいことを特徴とする電池ケース。 - 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記載の電池ケース。
- 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2記載の電池ケース。
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