JP5862682B2 - 電池容器、及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、一方が開口したケース部材と、開口を塞ぐための封口部材と、を溶接により接合した電池容器、及びその製造方法に関するものである。
近年、携帯端末、電気自動車、ハイブリッドカーなどの電源として様々な電池が利用されており、その電池用の様々な電池容器が提案されている。例えば、一方が開口し、内部に電池部材を収容するためのケース部材と、開口を塞ぐための封口部材と、を備え、ケース部材の突出部と封口部材の突出部とを合わせ溶接により接合する電池容器の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、上記特許文献１に示す製造方法においては、例えば、突出部が小さく、溶接ビームのエネルギーが大きい場合に、突出部が溶け落ちてしまい、溶接欠陥が生じる虞がある。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、溶接を最適に行うことで、その信頼性を向上させた電池容器、及びその製造方法を提供することを主たる目的とする。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、溶接を最適に行うことで、その信頼性を向上させた電池容器、及びその製造方法を提供することを主たる目的とする。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、一方が開口したケース部材と、前記開口を塞ぐための封口部材と、を備える電池容器であって、前記ケース部材と封口部材とを接触させ溶接ビームを照射して溶融させる溶融部近傍に、欠肉部が形成されており、前記溶融部が前記欠肉部に到達するように、前記ケース部材と封口部材とが溶接されている、ことを特徴とする電池容器である。
この一態様において、前記溶接ビームの照射方向における前記欠肉部の幅は、前記溶融部の溶込み深さの１／３以上であってもよい。
この一態様において、前記溶接ビームの照射方向に沿って、前記ケース部材若しくは前記封口部材の外部側に厚くなる厚肉部が形成され、前記溶融部が前記厚肉部の範囲内に収まるように前記溶接されてもよい。
この一態様において、前記厚肉部は、外側に徐々に厚さが増加する増肉徐変部と、該増肉徐変部に一体的に形成され厚さが一定の増肉一定部と、を有しており、前記増肉一定部の厚さから前記厚肉部以外の通常面の厚さを減算した値が前記溶融部の溶込み深さの１／３以上であってもよい。
この一態様において、前記厚肉部の高さから前記増肉徐変部の高さを減算した値が前記溶融部の溶込み深さ以下であってもよい。
この一態様において、前記欠肉部は、前記封口部材の外縁及びケース部材の開口のうち少なくとも一方に、前記外縁及び開口に沿って、溝状に全周又は断続的に形成されてもよい。
この一態様において、前記欠肉部は、前記封口部材の外縁に沿って、前記溶融部近傍で封口部材の上面角部を、曲面からなる隅部を有するように斜め下方に向かって切り欠いて形成されてもよい。
この一態様において、前記ケース部材と前記封口部材とはレーザ溶接により接合され密閉されてもよい。
他方、上記目的を達成するための本発明の一態様は、一方が開口したケース部材と、前記開口を塞ぐための封口部材と、を溶接により接合する電池容器の製造方法であって、前記ケース部材と封口部材とを接触させ溶接ビームを照射して溶融させる溶融部近傍に、欠肉部を形成するステップと、前記溶融部が前記欠肉部に到達するように前記溶接を行うステップと、を含む、ことを特徴とする電池容器の製造方法であってもよい。
この一態様において、前記溶接ビームの照射方向における前記欠肉部の幅は、前記溶融部の溶込み深さの１／３以上であってもよい。
この一態様において、前記ケース部材若しくは前記封口部材には、前記溶接ビームの照射方向に沿って、前記ケース部材若しくは前記封口部材の外部側に厚くなる厚肉部が形成されており、前記溶融部が前記厚肉部の範囲内に収まるように前記溶接されていてもよい。
この一態様において、前記溶接ビームの照射方向における前記欠肉部の幅は、前記溶融部の溶込み深さの１／３以上であってもよい。
この一態様において、前記溶接ビームの照射方向に沿って、前記ケース部材若しくは前記封口部材の外部側に厚くなる厚肉部が形成され、前記溶融部が前記厚肉部の範囲内に収まるように前記溶接されてもよい。
この一態様において、前記厚肉部は、外側に徐々に厚さが増加する増肉徐変部と、該増肉徐変部に一体的に形成され厚さが一定の増肉一定部と、を有しており、前記増肉一定部の厚さから前記厚肉部以外の通常面の厚さを減算した値が前記溶融部の溶込み深さの１／３以上であってもよい。
この一態様において、前記厚肉部の高さから前記増肉徐変部の高さを減算した値が前記溶融部の溶込み深さ以下であってもよい。
この一態様において、前記欠肉部は、前記封口部材の外縁及びケース部材の開口のうち少なくとも一方に、前記外縁及び開口に沿って、溝状に全周又は断続的に形成されてもよい。
この一態様において、前記欠肉部は、前記封口部材の外縁に沿って、前記溶融部近傍で封口部材の上面角部を、曲面からなる隅部を有するように斜め下方に向かって切り欠いて形成されてもよい。
この一態様において、前記ケース部材と前記封口部材とはレーザ溶接により接合され密閉されてもよい。
他方、上記目的を達成するための本発明の一態様は、一方が開口したケース部材と、前記開口を塞ぐための封口部材と、を溶接により接合する電池容器の製造方法であって、前記ケース部材と封口部材とを接触させ溶接ビームを照射して溶融させる溶融部近傍に、欠肉部を形成するステップと、前記溶融部が前記欠肉部に到達するように前記溶接を行うステップと、を含む、ことを特徴とする電池容器の製造方法であってもよい。
この一態様において、前記溶接ビームの照射方向における前記欠肉部の幅は、前記溶融部の溶込み深さの１／３以上であってもよい。
この一態様において、前記ケース部材若しくは前記封口部材には、前記溶接ビームの照射方向に沿って、前記ケース部材若しくは前記封口部材の外部側に厚くなる厚肉部が形成されており、前記溶融部が前記厚肉部の範囲内に収まるように前記溶接されていてもよい。
本発明によれば、溶接を最適に行うことで、その信頼性を向上させた電池容器、及びその製造方法を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１及び図２は、本発明の一実施の形態に係る電池容器の概略的構成を示す図である。
本実施の形態に係る電池容器１０は、一方が開口し、内部に電池部材を収容するためのケース部材１と、開口部１１を塞ぐための封口部材２と、を備えている。封口部材２は、正極の外部端子６が接続される正極集電端子３と、負極の外部端子７が接続される負極集電端子４とが夫々取り付けられている。
正極集電端子３及び負極集電端子４の下方側には、電極体５が接続されている。そして、この正極集電端子３及び負極集電端子４の下方側に接続された電極体５が、ケース部材１の中に収容され、ケース部材１の開口部１１が封口部材２により塞がれ、ケース部材１と封口部材２とがレーザ溶接などで接合され、密閉されている。このように、本実施の形態に係る電池容器１０は、例えば、略直方体形状の角型密閉式のリチウムイオン二次電池として構成され、電気自動車、ハイブリッドカー、携帯端末などに搭載されている。
図３は、本実施の形態に係るケース部材の概略的な構成を示す斜視図である。図３に示すように、ケース部材１は、例えば、軽量なアルミニウムなどの金属などにより略直方体状に形成されており、その上方面が開口している。
図４は、図３に示す電池容器を直線Ａ−Ａで切断したときの断面を部分的に拡大した断面拡大図である。図４に示すように、ケース部材１の開口部１１に沿って厚肉部１２を形成することで、強度及び密閉性を向上させている。厚肉部１２は、上方側に行くに従って外方側に徐々に厚さが増加する増肉徐変部１２１と、増肉徐変部１２１に一体的に形成され厚さが一定の増肉一定部１２２と、を有している。
また、(（増肉部板厚さＬ１）−（通常面板厚さＬ２）)がケース部材１と封口部材２を溶接したときに溶融する溶融部１３の溶込み深さＡ（図８）の１／３以上（Ｌ１−Ｌ２≧Ａ／３）であり、(（増肉部高さＬ３）−（増肉部徐変部Ｌ４）)が溶融部１３の溶込み深さＡ以下（Ｌ３−Ｌ４≦Ａ）であるのが好ましい。なお、本実施の形態において、ケース部材１は開口部１１に沿って厚肉部１２を有する構成であるが、これに限らず、厚肉部１２を有しない構成であってもよい。
図５は、本実施の形態に係る封口部材の概略的な構成を示す斜視図である。図５に示すように封口部材２は、例えば、アルミニウムなどの金属により形成され、正極集電端子３及び負極集電端子４が挿入される開口部２１、２２が夫々形成されている。封口部材２には、その外縁に沿って凹状の嵌合部２３及び欠肉部２４が夫々形成されている。
図６は、図５に示す封口部材を直線Ａ−Ａで切断し部分的に拡大した断面拡大図である。嵌合部２３は、封口部材２の外縁に沿って、下面側を切り欠いて形成され、ケース部材１の開口部１１に嵌合する。
欠肉部２４は、封口部材２の外縁に沿って、溶融部１３近傍で上面角部を、溶接レーザ（ビーム）の照射方向に欠肉部幅Ｌ５だけ切り欠いて形成されており、嵌合部２３に対して略上方側に略平行に形成されている。その切欠いて形成された欠肉部２４の隅部２４１は、溶融部１３の強度保持のために、Ｒ形状やＣ形状などの曲面で形成されているのが好ましい（図１２）。また、欠肉部幅Ｌ５を、ケース部材２と封口部材１との溶融部１３の溶込み深さＡの１／３以上（Ｌ５≧Ａ／３）にするのが好ましい。これにより、溶接熱をより溶込み深さ方向に集中的に伝達させることができる。
欠肉部２４は、封口部材２の外縁に沿って全周に渡って溝状に形成されているが、これに限らず、例えば、封口部材２の外縁に沿って、強度が低い部分のみに断続的に形成されていてもよい。このように、部分的に欠肉部２４を形成することで肉厚の薄い部分が少なくなるため、電池容器１０の耐久性及び密閉性がより向上する。
また、欠肉部２４は、封口部材２の溶融部１３近傍に形成されているが、これに限らず、例えば、ケース部材２の溶融部１３近傍、あるいは、封口部材２及びケース部材１の溶融部１３近傍に夫々形成されてもよい。
図７は、ケース部材と封口部材の嵌合部とを嵌合させ、ケース部材の開口部を封口部材で塞いだ状態を部分的に拡大した断面拡大図である。図７に示す状態で、レーザ溶接装置などを用いて、ケース部材１と封口部材２との接合部に対して側方からレーザビームを照射すると、図８に示すように、ケース部材１及び封口部材２は、溶込み深さＡまで溶融し、接合される。
ここで、（ａ）溶融部１３の上方側（一方側）が封口部材２の欠肉部２４に到達し、かつ、（ｂ）溶融部１３の下方側（他方側）がケース部材１の厚肉部１２の範囲内（増肉部高さＬ３の範囲内）に収まるように、上記レーザ溶接を行うのが好ましい。これにより、溶接熱を拡散させずにより溶込み深さ方向に集中的に伝達させることができる。また、本実施の形態において、レーザ溶接装置が用いられているが、これに限らず、例えば、電子ビーム溶接装置を用いてもよく、エネルギービームを照射できる任意の溶接装置を用いることができる。
ところで、従来、ケース部材と封口部材とのレーザ溶接を行った場合において、溶融部の深い溶込み深さを得るために溶接エネルギーを単純に大きくすると、溶接欠陥（スパッタによるピットや内部に発生するボイドなど）が増加するという問題が生じている。さらに、溶接面積も拡大する傾向にあるため、溶接欠陥部の溶込み深さ（残肉）が小さくなるという問題が生じている。一方、溶接エネルギーを単に小さくすると、溶融部の十分な溶込み深さを得ることができない。
そこで、本実施の形態に係る電池容器１０においては、上記の如く、ケース部材１と封口部材２とを嵌合させその合わせ面を溶融させた溶融部１３近傍に、欠肉部２４が形成されている。これにより、溶融部１３の表面から溶接熱が拡散せずに溶込み深さ方向に集中的に伝達されるため、少ない溶接エネルギーで溶融部１３のより深い溶込み深さＡを得ることができる。すなわち、少ない溶接エネルギーで溶接欠陥を抑制しつつ、溶融部１３の深い溶込み深さＡによって、より最適な溶接が可能となる。
次に、本実施の形態に係る電池容器１０の製造方法について、詳細に説明する。
まず、ケース部材１および封口部材２を生成する。そして、封口部材２に欠肉部２４をプレス加工などの加工方法を用いて形成する。なお、欠肉部２４は封口部材２に切削型加工などにより形成されてもよく、任意の加工方法を適用できる。
まず、ケース部材１および封口部材２を生成する。そして、封口部材２に欠肉部２４をプレス加工などの加工方法を用いて形成する。なお、欠肉部２４は封口部材２に切削型加工などにより形成されてもよく、任意の加工方法を適用できる。
次に、封口部材２とケース部材１とを嵌合させる。その後、嵌合させた封口部材２及びケース部材１の溶接部に対して、レーザ溶接装置を用いて、レーザを照射する。これにより、封口部材１とケース部材との溶接部には溶接ビードが形成され、所謂キーホール溶接される。
上記溶接において、（（増肉部板厚さＬ１）−（一般面板厚さＬ２））が溶融部１３の溶込み深さＡの１／３以上であり、（（増肉部高さＬ３）−（増肉徐変部Ｌ４））が溶融部１３の溶込み深さＡ以下であり、（欠肉部幅Ｌ５）が溶込み深さＡの１／３以上となり、溶融部１３の上方側が封口部材２の欠肉部２４に到達し、かつ、溶融部１３の下方側がケース部材１の厚肉部１２の範囲内に収まるように、レーザ溶接装置の溶接エネルギーを設定する。このように、溶接を行うことで、溶接熱がより溶込み深さ方向に集中的に伝達され、少ない溶接エネルギーでより深い溶込み深さを得ることができる。
なお、例えば、電気自動車、ハイブリッドカー、携帯端末などに搭載される電池容器においては、特に高い密閉性が要求されている。その場合でも、本実施の形態に係る電池容器の製造方法を用いることで、高い密閉性を確保した電池容器１０を電気自動車、ハイブリッドカー、携帯端末などに供給できる。
次に、本実施の形態に係る電池容器１０の変形例について、詳細に説明する。
上記実施の形態において、欠肉部２４は、溶融部１３近傍で上面角部を、曲面の隅部２４１を有するように斜め下方に向かって欠肉部幅Ｌ５で切り欠いて形成されているが、これに限らず、例えば、図９に示す如く、欠肉部３１は溶融部近傍で上面角部を斜めに切り欠いて形成してもよい。
上記実施の形態において、欠肉部２４は、溶融部１３近傍で上面角部を、曲面の隅部２４１を有するように斜め下方に向かって欠肉部幅Ｌ５で切り欠いて形成されているが、これに限らず、例えば、図９に示す如く、欠肉部３１は溶融部近傍で上面角部を斜めに切り欠いて形成してもよい。
上記実施の形態において、図１０に示す如く、欠肉部３２は、溶融部１３近傍で上面を下方に向かって欠肉部幅Ｌ５で切り欠いて形成されていてもよい。さらに、上記実施の形態において、封口部材２には凹状の嵌合部２３が形成されているが、これに限らず、図１１に示す如く、凹状の嵌合部が形成されない構成であってもよい。この場合、封口部材の外側面がケース部材の内側面に接合する。なお、欠肉部３３は、図１３に示す如く、略円弧に近い形状に形成されてもよい。
上記実施の形態において、封口部材２の溶融部１３近傍に欠肉部２４が形成されているが、ケース部材の溶融部近傍に欠肉部が形成されてもよい。欠肉部３３は、例えば、図１４に示す如く、ケース部材の外側面に欠肉部幅Ｌ５で水平方向に切り欠いて形成してもよい。また、欠肉部３４は、図１５に示す如く、ケース部材の肉厚部の溶融部近傍を斜めに切り欠いて形成してもよい。さらに、欠肉部３５は、図１６に示す如く、ケース部材の肉厚部の上端角部の溶融部近傍を切り欠いて形成してもよい。なお、上述した変形例においても、溶接熱がより溶込み深さ方向に集中的に伝達され、少ない溶接エネルギーでより深い溶込み深さを得ることができるという効果を得られることは、言うまでもない。また、上述した封口部材２及びケース部材１に形成された欠肉部は一例であり、これに限らず、例えば、上記実施の形態を任意に組み合わせてもよく、溶融部近傍であれば任意の位置に欠肉部を形成することができる。
以上、本実施の形態に係る電池容器１０において、ケース部材１と封口部材２とが溶融し接合される溶融部１３近傍に欠肉部２４が形成されており、溶融部１３の上方側が欠肉部２４に到達するように溶接されている。これにより、溶接熱がより溶込み深さ方向に集中的に伝達され、少ない溶接エネルギーでより深い溶込み深さを得ることができる。したがって、溶接欠陥を大幅に抑制しつつ、溶接エネルギーのロスを効果的に低減できる。また、ケース部材１と封口部材２との溶接部の溶接欠陥を抑制することで、その溶接部の強度を向上させることができる。すなわち、溶接を最適に行うことができ、電池容器１０の密閉性を向上させ、信頼性を向上させることができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
本発明は、例えば、電気自動車、ハイブリッドカー、携帯端末などに搭載される高い密閉性を要求される電池容器に適用可能である。
１ ケース部材
２ 封口部材
１０ 電池容器
１１ 開口部
１２ 厚肉部
１３ 溶融部
２３ 嵌合部
２４ 欠肉部
１２１ 増肉徐変部
１２２ 増肉一定部
２４１ 隅部
２ 封口部材
１０ 電池容器
１１ 開口部
１２ 厚肉部
１３ 溶融部
２３ 嵌合部
２４ 欠肉部
１２１ 増肉徐変部
１２２ 増肉一定部
２４１ 隅部
Claims (11)
- 一方が開口したケース部材と、前記開口を塞ぐための封口部材と、を備える電池容器であって、
前記ケース部材と封口部材とを接触させ溶接ビームを照射して溶融させる溶融部近傍に、欠肉部が形成されており、
前記溶融部が前記欠肉部に到達するように、前記ケース部材と封口部材とが溶接されており、
前記溶接ビームの照射方向に沿って、前記ケース部材若しくは前記封口部材の外部側に厚くなる厚肉部が形成され、
前記厚肉部は、外側に徐々に厚さが増加する増肉徐変部と、該増肉徐変部に一体的に形成され厚さが一定の増肉一定部と、を有している、
ことを特徴とする電池容器。 - 請求項１記載の電池容器であって、
前記溶接ビームの照射方向における前記欠肉部の幅は、前記溶融部の溶込み深さの１／３以上である、ことを特徴とする電池容器。 - 請求項１又は２記載の電池容器であって、
前記溶融部が前記厚肉部の範囲内に収まるように前記溶接される、ことを特徴とする電池容器。 - 請求項３記載の電池容器であって、
前記増肉一定部の厚さから前記厚肉部以外の通常面の厚さを減算した値が前記溶融部の溶込み深さの１／３以上である、ことを特徴とする電池容器。 - 請求項４記載の電池容器であって、
前記厚肉部の高さから前記増肉徐変部の高さを減算した値が前記溶融部の溶込み深さ以下である、ことを特徴とする電池容器。 - 請求項１乃至５のうちいずれか１項記載の電池容器であって、
前記欠肉部は、前記封口部材の外縁及びケース部材の開口のうち少なくとも一方に、前記外縁及び開口に沿って、溝状に全周又は断続的に形成される、ことを特徴とする電池容器。 - 請求項１乃至６のうちいずれか１項記載の電池容器であって、
前記欠肉部は、前記封口部材の外縁に沿って、前記溶融部近傍で封口部材の上面角部を、曲面からなる隅部を有するように斜め下方に向かって切り欠いて形成される、
ことを特徴とする電池容器。 - 請求項１乃至７のうちいずれか１項記載の電池容器であって、
前記ケース部材と前記封口部材とはレーザ溶接により接合され密閉される、
を特徴とする電池容器。 - 一方が開口したケース部材と、前記開口を塞ぐための封口部材と、を溶接により接合する電池容器の製造方法であって、
前記ケース部材と封口部材とを接触させ溶接ビームを照射して溶融させる溶融部近傍に、欠肉部を形成するステップと、
前記溶融部が前記欠肉部に到達するように前記溶接を行うステップと、
を含み、
前記溶接ビームの照射方向に沿って、前記ケース部材若しくは前記封口部材の外部側に厚くなる厚肉部が形成され、
前記厚肉部は、外側に徐々に厚さが増加する増肉徐変部と、該増肉徐変部に一体的に形成され厚さが一定の増肉一定部と、を有している、
ことを特徴とする電池容器の製造方法。 - 請求項９記載の電池容器の製造方法であって、
前記溶接ビームの照射方向における前記欠肉部の幅は、前記溶融部の溶込み深さの１／３以上である、ことを特徴とする電池容器の製造方法。 - 請求項９又は１０記載の電池容器の製造方法であって、
前記溶融部が前記厚肉部の範囲内に収まるように前記溶接されている、ことを特徴とする電池容器の製造方法。
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