JP6064434B2

JP6064434B2 - 電池

Info

Publication number: JP6064434B2
Application number: JP2012181862A
Authority: JP
Inventors: 増田　英樹; 英樹増田; 義貴石田
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2032-08-20
Also published as: JP2014038812A

Description

この発明は、電池に関し、特に、拝み溶接によって形成された溶接部を備える電池に関する。

従来、拝み溶接によって形成された溶接部を備える電池が知られている。特許文献１には、上側に開口部が設けられた外装缶（電池ケース）と、中空隆起部が設けられた金属封口蓋とを備え、外装缶の開口部に金属封口蓋が嵌合された状態で互いに溶接された拝み溶接を有する電池が開示されている。この電池の中空隆起部は、外装缶の開口部側の端部および金属封口蓋の端部の高さ位置と略同一の高さ位置まで上方に突出するように形成されている。

実開昭６０−８７１５９号公報

一般的に、拝み溶接による溶接部の表面（外装缶の端部と金属封口蓋の端部との溶接された上端面）は、溶接痕の盛り上がりに起因して不規則な高さ位置を有する凹凸形状になる。この凹凸形状は電池毎に異なるため、溶接部の高さ位置も電池毎に異なり、金属封口蓋（蓋材）の高さ位置が電池毎にばらつくという問題点があると考えられる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、蓋材の高さ位置が電池毎にばらつくことを抑制することである。

この発明の一の局面による電池は、開口部が設けられた電池ケースと、電池ケースの開口部に嵌合される蓋材と、蓋材の端部と電池ケースの端部とが拝み溶接されることによって形成された溶接部とを備え、蓋材は、溶接部よりも電池ケースの外側に突出する隆起部を含む。なお、「拝み溶接」とは、互いに異なる方向に延びる２つの被溶接材のうち、一方の外端部およびその近傍を曲げることによって、他方の外端部およびその近傍と同一方向に延びるように形成するとともに、２つの被溶接材の同一方向に延びる外端部およびその近傍を突き合わせた状態で、２つの被溶接材の外端部の界面を溶接する溶接方法を意味する。

この発明の一の局面による電池では、上記のように、蓋材に溶接部よりも電池ケースの外側に突出する隆起部を設けることによって、溶接部の溶接痕の高さ位置が電池毎にばらついていた場合でも、溶接部よりも電池ケースの外側に突出する隆起部の高さ位置が蓋材の高さ位置となるので、蓋材の高さ位置が電池毎にばらつくことを抑制することができる。これにより、電池同士を蓋材の高さ位置を基準として互いに固定する場合に、電池同士の高さ位置を揃えることができる。

上記一の局面による電池において、好ましくは、隆起部の外側表面の少なくとも一部は、略平坦面状に形成されている。このように構成すれば、隆起部の外側表面の略平坦面状の部分同士を固定することにより、電池同士を安定的に固定することができる。また、外側表面の略平坦面状の部分を電池の底面にした場合には、略平坦面状の載置面に電池を安定的に載置することができる。

上記一の局面による電池において、好ましくは、平坦部と湾曲部とを有する発電要素をさらに備え、発電要素の湾曲部が電池ケースの開口部側に配置されている。このように構成すれば、蓋材の外側に突出する隆起部を設けることにより、蓋材の電池ケース側に凹状の中空部が形成されるので、その凹状の中空部に発電要素の湾曲部を配置することによって、その分発電要素を大きくすることができる。これにより、電池の容量を大きくすることができる。

本発明によれば、上記のように、蓋材の高さ位置が電池毎にばらつくことを抑制することができる。

本発明の第１実施形態による電池の全体構成を示した斜視図である。本発明の第１実施形態による電池の全体構成を示した分解斜視図である。図１の４００−４００線に沿った断面図である。本発明の第２実施形態による電池の内部構造を示した断面図である。本発明の第２実施形態の変形例による電池の内部構造を示した断面図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による電池１００の構成について説明する。

本発明の第１実施形態による電池１００は、図１に示すように、電気自動車などに用いられる大型の角形リチウムイオン電池である。この電池１００は、図２に示すように、上側（Ｚ１側）に開口部１ａが形成された電池ケース１と、電池ケース１の開口部１ａに嵌合される蓋材２と、並列に接続された一対の発電要素３とを備えている。また、電池ケース１および蓋材２は、共に、アルミニウムまたはステンレスにより形成されているとともに、約１ｍｍの厚みを有している。電池１００には、電池ケース１の蓋材２から突出する正極端子４ａおよび負極端子５ａと、正極端子４ａを発電要素３に電気的に接続する正極集電端子４ｂと、負極端子５ａを発電要素３に電気的に接続する負極集電端子５ｂとが設けられている。

電池ケース１は、アルミニウムまたはステンレスの板材が深絞り加工されることによって直方体の箱型形状に形成されている。電池ケース１は、長手方向（Ｘ方向）に約１７０ｍｍの長さＬ１、短手方向（Ｙ方向）に約５０ｍｍの幅Ｗ１、および、高さ方向（Ｚ方向）に約１００ｍｍの高さＨ１を有している。

蓋材２は、外縁に沿って周状に形成された突合せ部２１と、突合せ部２１よりも内側に形成され、上方（Ｚ１側）に突出する隆起部２２と、突合せ部２１と隆起部２２とを接続する接続部２３とを含んでいる。なお、蓋材２は、アルミニウムまたはステンレスの板材がプレス加工されることによって形成されている。

突合せ部２１は、図３に示すように、端部２１ａから下方（Ｚ２側）に延びるように形成されている。接続部２３は、突合せ部２１に接続され、Ｕ字状に湾曲した湾曲部２３ａと、湾曲部２３ａからＺ１側に延びるとともに、Ｚ１側において隆起部２２となだらかに接続された壁部２３ｂとを有している。これにより、上方から見て、蓋材２には隆起部２２を取り囲むように周状に溝２ａが設けられている。また、蓋材２のＺ２側には、電池ケース１の内側（Ｚ２側）から見て、Ｚ２側に開口を有する凹状の中空部２ｂが形成されている。

また、図１に示すように、蓋材２の突合せ部２１の端部２１ａと電池ケース１の開口部１ａにおける端部１ｂとがＴＩＧ（ＴｕｎｇｓｔｅｎＩｎｅｒｔＧａｓ）溶接またはレーザ溶接により溶接され、周状に拝み溶接が形成されている。具体的には、図３に示すように、蓋材２が電池ケース１の開口部１ａに嵌合された状態で、蓋材２の端部２１ａのＺ方向における高さ位置と電池ケース１の端部１ｂのＺ方向における高さ位置とが合わせられる。この際、蓋材２の突合せ部２１が、電池ケース１の内側面１ｃに沿うように配置される。そして、ＴＩＧ溶接またはレーザ溶接による熱により、蓋材２の端部２１ａと電池ケース１の端部１ｂとが溶融される。その後、溶融した部分が互いに接合されることによって、溶接部８が端部２１ａと端部１ｂとの界面およびその周辺に形成される。このような溶接が電池ケース１の開口部１ａに沿って周状に行われることにより、図１のように蓋材２が電池ケース１に溶接される。

ここで、第１実施形態では、図３に示すように、蓋材２の隆起部２２は、溶接部８よりも高さＨ２だけ電池ケース１の外側（Ｚ１側）に突出するように形成されている。つまり、この隆起部２２のＺ方向における高さ位置は、凹凸形状を有する溶接部８のＺ方向における高さ位置よりもＺ１側に位置している。

なお、高さＨ２は、約５ｍｍ以上約１０ｍｍ以下であることが好ましい。高さＨ２を約５ｍｍ以上にすることにより、隆起部２２の高さ位置を溶接部８の高さ位置よりも電池ケース１の外側に確実に位置させることが可能である。また、高さＨ２を約１０ｍｍ以下にすることにより、プレス加工により隆起部２２と接続部２３とを一体的に形成する際に、高さＨ２を確保するために接続部２３を大きくする必要がないので、その分、隆起部２２を大きくすることが可能である。

また、第１実施形態では、隆起部２２が略平坦に形成されており、隆起部２２の上面２２ａ（Ｚ１側の面）の略全面および下面２２ｂ（Ｚ２側の面）の略全面は、共に略平坦面状に形成されている。そして、図１に示すように、隆起部２２の上面２２ａに、樹脂部材６を介して正極端子４ａおよび負極端子５ａが配置されている。また、電池１００同士は、上面２２ａに配置された固定板１０１（点線）により、互いに固定されている。なお、上面２２ａは、本発明の「外側表面」の一例である。

発電要素３は、図２に示すように、Ｘ方向に延びる長円筒形状を有している。発電要素３の断面は、図３に示すように、Ｚ方向の両側に形成された湾曲部３１と、湾曲部３１同士を接続するようにＺ方向に延びる平坦部３２とを含んでいる。一対の発電要素３は、互いに平坦な側面を対向させた状態で配置されている。

発電要素３は、図３に示すように、正極集電体３３ａを含む正極３３と、負極集電体３４ａを含む負極３４と、セパレータ３５とが巻回されて形成されている。そして、正極集電端子４ｂは、正極集電体３３ａに接続され、負極集電端子５ｂは、負極集電体３４ａに接続されている。

第１実施形態では、発電要素３のＺ１側の湾曲部３１は、電池ケース１の開口部１ａ側（Ｚ１側）に配置されている。これにより、発電要素３のＺ１側の湾曲部３１の一部は、蓋材２の中空部２ｂに配置されるように構成されている。また、一対の発電要素３は、Ｚ１側の湾曲部３１が蓋材２の接続部２３に接触するように構成されている。

第１実施形態では、上記のように、蓋材２が電池ケース１に溶接された状態で、蓋材２の隆起部２２を、溶接部８よりも高さＨ２だけ電池ケース１の外側（Ｚ１側）に突出するように形成する。これにより、溶接部８の溶接痕の高さ位置が電池１００毎にばらついていた場合でも、隆起部２２の高さ位置が蓋材２の高さ位置となるので、蓋材２の高さ位置が電池１００毎にばらつくことを抑制することができる。これにより、電池１００同士を蓋材２の高さ位置を基準として互いに固定する場合に、電池１００同士の高さ位置を揃えることができる。

また、第１実施形態では、隆起部２２の上面２２ａを略平坦面状に形成することによって、略平坦面状に形成された隆起部２２の上面２２ａ同士を固定することにより、電池１００同士を安定的に固定することができる。また、第１実施形態では、凹状の中空部２ｂに発電要素３の湾曲部３１の一部を配置することにより、その分発電要素３を大きくすることができる。これにより、電池１００の容量を大きくすることができる。

（第２実施形態）
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態による電池２００の構成について説明する。この第２実施形態では、上記第１実施形態とは異なり、隆起部２２および２２２をそれぞれ有する一対の蓋材２および２０２を用いた場合について説明する。

本発明の第２実施形態による電池２００は、図４に示すように、上側（Ｚ１側）に開口部１ａが形成されるとともに、下側（Ｚ２側）に開口部２０１ａが形成された電池ケース２０１と、電池ケース２０１の開口部１ａに上方から嵌合される蓋材２と、電池ケース２０１の開口部２０１ａに下方から嵌合される蓋材２０２と、一対の発電要素３とを備えている。この電池ケース２０１は、直方体の筒状に形成されている。上記第１実施形態と同様に、蓋材２の突合せ部２１の端部２１ａと電池ケース２０１の開口部１ａにおける端部１ｂとが溶接され、電池ケース２０１の開口部１ａに沿って周状に拝み溶接が形成されている。

蓋材２０２は、蓋材２と同一の構成を有しており、電池ケース２０１に対して蓋材２とは逆向きに配置されている。また、上記第１実施形態と同様に、蓋材２０２の突合せ部２２１の端部２２１ａと電池ケース２０１の開口部２０１ａにおける端部２０１ｂとが溶接され、周状に拝み溶接が形成されている。そして、蓋材２０２のＺ１側には、電池ケース２０１の内側（Ｚ１側）から見て、Ｚ１側に開口を有する凹状の中空部２０２ｂが形成されている。

ここで、第２実施形態では、蓋材２および蓋材２０２が電池ケース２０１に溶接された状態で、蓋材２の隆起部２２は、溶接部８よりも高さＨ２だけ電池ケース２０１の外側（Ｚ１側）に突出するように形成され、蓋材２０２の隆起部２２２は、溶接部２０８よりも高さＨ３だけ電池ケース２０１の外側（Ｚ２側）に突出するように形成されている。なお、高さＨ３は、約５ｍｍ以上約１０ｍｍ以下であることが好ましい。また、隆起部２２２が略平坦に形成されていることにより、隆起部２２２の下面２２２ａ（Ｚ２側の面）の略全面および上面２２２ｂ（Ｚ１側の面）の略全面は、共に略平坦面状に形成されている。そして、隆起部２２２の下面２２２ａは、略平坦面状の載置面Ａ（二点鎖線）に載置されるように構成されている。なお、下面２２２ａは、本発明の「外側表面」の一例である。

また、第２実施形態では、発電要素３のＺ１側の湾曲部３１は、電池ケース２０１の開口部１ａ側（Ｚ１側）に配置されているとともに、発電要素３のＺ２側の湾曲部３１は、電池ケース２０１の開口部２０１ａ側（Ｚ２側）に配置されている。これにより、発電要素３のＺ１側の湾曲部３１の一部は、蓋材２の中空部２ｂに配置されるとともに、発電要素３のＺ２側の湾曲部３１の一部は、蓋材２０２の中空部２０２ｂに配置されるように構成されている。

また、Ｙ１側の発電要素３は、Ｚ１側の湾曲部３１が蓋材２の接続部２３に接触するとともに、Ｚ２側の湾曲部３１が蓋材２０２の接続部２２３に接触するように構成されている。Ｙ２側の発電要素３も、Ｙ１側の発電要素３と同様に、蓋２の接続部２３および蓋２０２の接続部２２３と接触している。また、蓋材２０２の接続部２２３は、発電要素３を中空部２０２ｂの内部に配置する際のガイドとして機能するように構成されている。なお、第２実施形態のその他の構成は、第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、隆起部２２２の下面２２２ａを略平坦面状に形成することによって、略平坦面状の載置面Ａに電池２００を安定的に載置することができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の変形例）
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態の変形例による電池３００の構成について説明する。この第２実施形態の変形例では、上記第２実施形態とは異なり、電池ケース２０１の上側の開口部１ａに隆起部を有さない蓋材３０２を用いた場合について説明する。

本発明の第２実施形態の変形例による電池３００は、図５に示すように、上側（Ｚ１側）および下側（Ｚ２側）に開口部１ａおよび２０１ａがそれぞれ形成された電池ケース２０１と、電池ケース２０１の開口部１ａに上方から嵌合される蓋材３０２と、電池ケース２０１の開口部２０１ａに下方から嵌合される蓋材２０２と、一対の発電要素３とを備えている。また、蓋材２０２が電池ケース２０１の開口部２０１ａに嵌合された状態で、蓋材２０２の突合せ部２２１の端部２２１ａと電池ケース２０１の開口部２０１ａにおける端部２０１ｂとが溶接され、電池ケース２０１の開口部２０１ａに沿って周状に拝み溶接が形成されている。

蓋材３０２は、外縁に沿って周状に形成された突合せ部３２１と、突合せ部３２１となだらかに接続され、下方（Ｚ２側）に窪む窪み部３２４とを含んでいる。蓋材３０２が電池ケース２０１の開口部１ａに嵌合された状態で、蓋材３０２の突合せ部３２１の端部３２１ａと電池ケース２０１の開口部１ａにおける端部１ｂとが溶接され、周状に拝み溶接（溶接部３０８）が形成されている。また、窪み部３２４の略平坦面状の上面３２４ａ（Ｚ１側の面）に、樹脂部材６を介して正極端子４ａおよび負極端子５ａ（図２参照）が配置されている。なお、第２実施形態の変形例のその他の構成および効果は、第２実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、角形リチウムイオン電池に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、角形電池以外の、たとえば、円筒型電池に本発明を適用してもよい。また、リチウムイオン電池以外のアルカリ電池などに本発明を適用してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、蓋材の外側表面（上面または下面）の略全面を略平坦面状に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、段差状に隆起部を形成することにより、隆起部の外側表面の一部だけを略平坦面状に形成してもよい。また、隆起部の外側表面を平坦面状でない曲面状に形成してもよい。

また、上記第２実施形態では、電池の下面の隆起部が載置面に載置される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、電池の下面に電池を冷却するための冷却部材を配置させてもよい。これにより、溶接部よりも下方に突出する隆起部に確実に冷却部材を接触させることができるので、電池ケースの内部を効率よく冷却することが可能である。

また、上記第１および第２実施形態では、電池ケースおよび蓋材をアルミニウムまたはステンレスにより形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、電池ケースおよび蓋材を、アルミニウムまたはステンレス以外の拝み溶接が可能な材料により形成してもよい。また、電池ケースおよび蓋材の厚みを、約１ｍｍより大きくしてもよいし、電池ケースと蓋材との拝み溶接が可能な厚みまで小さくしてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、ＴＩＧ溶接またはレーザ溶接を用いて拝み溶接を形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、拝み溶接が可能な溶接方法であれば、電子ビーム溶接などの他の溶接方法を用いてもよい。

１、２０１電池ケース
１ａ、２０１ａ開口部
１ｂ、２０１ｂ電池ケースの端部
２、２０２蓋材
３発電要素
８、２０８溶接部
２１ａ、２２１ａ蓋材の端部
２２、２２２隆起部
２２ａ上面（外側表面）
１００、２００、３００電池
２２２ａ下面（外側表面）

Claims

発電要素と、
前記発電要素の容器であり、開口部が設けられた電池ケースと、
前記電池ケースの開口部に嵌合される蓋材と、
前記蓋材の端部と前記電池ケースの端部とが拝み溶接されることによって形成された溶
接部とを備え、
前記蓋材は、前記溶接部よりも前記電池ケースの外側に突出する隆起部を含む、電池であって、
前記発電要素の一部が前記蓋材の前記電池ケース側に位置する凹状の中空部に配置された電池。
発電要素と、
前記発電要素の容器であり、開口部が設けられた電池ケースと、
前記電池ケースの開口部に嵌合される蓋材と、
前記蓋材の端部と前記電池ケースの端部とが拝み溶接されることによって形成された溶
接部とを備え、
前記蓋材は、前記溶接部よりも前記電池ケースの外側に突出する隆起部を含む、電池であって、
前記発電要素は長円筒形状を有し、拝み溶接された前記溶接部の一部は前記長円筒形状の軸方向に沿っている電池。
前記隆起部の外側表面の少なくとも一部は、略平坦面状に形成されている、請求項１または２に記載の電池。
前記発電要素は平坦部と湾曲部とを有し、
前記発電要素の湾曲部が前記電池ケースの開口部側に配置されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電池
前記蓋材は前記溶接部と前記隆起部とを接続する接続部を備え、
前記発電要素の一部が前記接続部に接触している請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池。
発電要素と、
前記発電要素の容器であり、開口部が設けられた電池ケースと、
前記電池ケースの開口部に嵌合される蓋材と、
前記蓋材の端部と前記電池ケースの端部とが拝み溶接されることによって形成された溶
接部とを備え、
前記蓋材は、前記溶接部よりも前記電池ケースの外側に突出する隆起部を含む、電池を複数備えた電池モジュールであって、
前記複数の電池は、前記隆起部の上面に配置した固定部材により互いに固定されている電池モジュール。