JP6084905B2 - 電池及び電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電池及び電池の製造方法に係り、例えば車載用途等に使用される角形二次電池及びその製造方法に関する。

例えばリチウムイオン二次電池等の電池においては、円柱形状や直方体形状の電池容器が用いられている。例えば車載用途の電池は、通常、複数の電池を組み合わせた組電池として車両に搭載されるため、小型化が重要な問題となっている。このような車載用途の電池では、電池の実装密度を向上させる観点から直方体形状の角形電池が用いられている。

角形電池において、気密性を維持しつつ電池蓋及び電池容器の製作コストの増加を最小限に抑えるために、電池蓋と電池容器の隙間に公差を設定する技術が開示されている（下記特許文献１を参照）。特許文献１では、電池蓋に嵌入部とフランジ部を設け、嵌入部を電池容器の開口部に嵌入し、フランジ部を電池容器の開口部の端面に当接させている。そして、電池蓋の周縁部に上方からレーザービームを照射することにより、電池蓋と電池容器とを溶接し、電池蓋によって電池容器の開口部を封止している。

特開２０１１−１８１２１５号公報

しかしながら、前記従来の電池では、電池蓋と電池容器の溶接時に溶融した金属の量が過大になると、該溶融した金属が凝固することで形成される溶接部が、電池の製品外形を規定する電池容器の側面よりも外側に突出する虞がある。溶接部の電池容器側面からの突出は、例えば複数の電池により組電池を構成する際に、溶接部と他の部材との干渉を生じさせ、電池の適正な配置を阻害し、組電池の小型化を阻害する要因となっている。

本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、電池容器に電池蓋が溶接される場合に、溶接部が電池容器の側面よりも外側に突出することを防止でき、組電池の小型化が可能な電池を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明の電池は、電極群と、該電極群を収容配置する電池容器と、該電池容器の上方開口部を溶接封止する電池蓋と、を備えた電池であって、前記電池容器の外周側面の上端平面を、前記電池蓋の外周側面の下端平面よりも大きくして、前記電池容器の前記上端平面に溶接可能部分を形成し、前記上端平面の前記溶接可能部分と前記電池蓋の前記外周側面とで形成される全周は、前記溶接可能部分の外周端部と前記電池蓋の前記外周側面の上方端部とを残して溶接されて溶接部を形成していることを特徴とする。

本発明の電池は、電池蓋により電池容器を溶接封止する際に、電池容器の上端平面に溶接可能部分を形成し、該溶接可能部分の外周端部と電池蓋の外周側面の上方端部を残して、該溶接可能部分と電池蓋の外周側面とにより形成される全周を溶接したので、溶接時に溶融した金属を前記溶接可能部分において凝固させ、溶接部が電池容器の外周側面よりも外側に突出することを防止できる。したがって、複数の電池により組電池を構成する際に、溶接部が干渉することを防止して各電池を適切に配置することができ、組電池を小型化することが可能になる。

本発明の電池の実施形態１を示す斜視図。 図１に示す電池の分解斜視図。 図１及び図２に示す電池蓋と電池容器を簡略化して示す図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は平面図。 図３に示す電池蓋と電池容器のＩＶ‐ＩＶ線に沿う断面図。 図４に示す電池蓋の凸部を説明する部分断面図。 図４に示すＶＩ部の拡大図であり、（ａ）は溶接前の部分拡大断面図、（ｂ）は溶接後の部分拡大断面図。 本発明の電池の実施形態２を示す図であり、（ａ）は溶接前の部分拡大断面図、（ｂ）は溶接後の部分拡大断面図。 本発明の電池の実施形態３を示す図であり、（ａ）は溶接前の部分拡大断面図、（ｂ）は溶接後の部分拡大断面図。 本発明の電池の実施形態４を示す図であり、（ａ）は溶接前の部分拡大断面図、（ｂ）は溶接後の部分拡大断面図。 比較例の電池を示す図であり、（ａ）は溶接前の部分拡大断面図、（ｂ）は溶接後の部分拡大断面図。

以下、本発明の電池の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の電池の実施形態１を示す斜視図である。図２は、図１に示す電池の分解斜視図である。本実施形態の電池１は、角形リチウムイオン二次電池であり、例えば複数の電池１を組み合わせた組電池として電気自動車等に搭載されるものである。電池１は、正負の電極を積層した電極群４と、電極群４を収容する電池容器２と、電池容器２の上方開口部２ａを封止する電池蓋５とを有している。電池容器２と電極群４との間には、絶縁シート３が配置されている。

本実施形態において、電池１の外装容器を構成する電池容器２及び電池蓋５は、共にアルミニウム合金で製作されている。電池容器２は、アルミニウム合金の素材を深絞り加工することにより扁平な直方体形状に形成され、長方形の上方開口部２ａと、外周側面である幅の狭い側面２ｃ及び幅の広い側面２ｄと、底面２ｅとを有している。電池容器２の肉厚は、深絞り加工により任意に設定することができる。なお、本実施形態の説明で用いる上下左右は、電池１の構成を説明するための便宜的な方向付けであり、必ずしも鉛直方向或いは水平方向を意味しない。

ここで、本実施形態の電池１における特徴的な構成を有する外装容器について、図３〜図６を用いて詳細に説明する。図３は、図１及び図２に示す電池容器２及び電池蓋５を簡略化して示す図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は平面図である。図４は、図３に示す電池容器２の上方開口部２ａを電池蓋５によって塞いだ状態におけるIV-IV線に沿う断面図である。図３〜図６では、電池容器２及び電池蓋５以外の構成の図示は省略している。

電池容器２は、側面２ｃ，２ｄの上端に上端平面２ｂを有している。上端平面２ｂは、電池容器２の肉厚に等しい幅を有して上方開口部２ａの周囲に形成された平坦な面である。図３（ｂ）に示すように、電池容器２の上端平面２ｂにおける外形は、電池蓋５の外形よりも大きくされている。すなわち、電池容器２の平面視における外形寸法が、電池蓋５の平面視における外形寸法よりも一回り大きい。そのため、電池容器２の上方開口部２ａを電池蓋５によって塞いだ状態において、電池蓋５の外周側面５ａは、電池容器２の側面２ｃ，２ｄよりも内側に配置される。これにより、電池蓋５の外周側面５ａの外側において電池容器２の上端平面２ｂが露出して溶接可能部分２ｂ１が形成される。

ここで、電池蓋５の外周側面５ａが電池容器２の側面２ｃ，２ｄよりも内側に位置するとは、図４に示す断面図において、電池容器２の側面２ｃ，２ｄと平行な電池容器２の中心線ＣＬから電池蓋５の外周側面５ａまでの距離が、同中心線ＣＬから電池容器２の側面２ｃ，２ｄまでの距離よりも近いことを意味する。これは、後述する溶接部Ｗと電池容器２の側面２ｃ，２ｄとの関係についても同様である。

図５は、電池蓋５の下面すなわち電池容器２の上方開口部２ａに対向する面が上方に向くように裏返した状態の電池蓋５の一部を拡大して示す斜視図である。電池蓋５は、下面側の周縁部を除く内側部分に形成された凸部５ｂと、周縁部に形成されたフランジ部５ｃとを有している。凸部５ｂは、フランジ部５ｃに対して電池蓋５の厚さ方向に突出している。電池蓋５は、フランジ部５ｃにおける厚みが凸部５ｂにおける厚みよりも薄くされ、下面側においてフランジ部５ｃと凸部５ｂとの間に厚さ方向の段差を有している。電池蓋５の外周側面５ａの下端には、電池容器２の上端平面２ｂに当接する下端平面５ｃ１が形成されている。すなわち、本実施形態では、フランジ部５ｃの下面が下端平面５ｃ１とされている。下端平面５ｃ１は、電池容器２の上端平面２ｂと密着可能な平坦な面である。電池蓋５は、図４に示すように凸部５ｂが電池容器２の上方開口部２ａに内嵌合することで、外周側面５ａの下端平面５ｃ１が、電池容器２の側面２ｃ，２ｄの上端平面２ｂと当接するように形成されている。

図６は、図４に示すＶＩ部の拡大図であり、（ａ）は電池蓋５と電池容器２との溶接前の状態を示し、（ｂ）は電池蓋５と電池容器２との溶接後の状態を示している。図６（ａ）に示すように、電池容器２の上端平面２ｂが電池蓋５の外周側面５ａの下端平面５ｃ１よりも大きくされることで、電池容器２の上端平面２ｂに溶接可能部分２ｂ１が形成されている。ここで、上端平面２ｂが下端平面５ｃ１よりも大きいとは、上端平面２ｂの外形輪郭が下端平面５ｃ１の外形輪郭よりも大きく、例えば図３（ｂ）に示す平面視において下端平面５ｃ１の外形輪郭が上端平面２ｂの外形輪郭の内側に配置可能であることを意味する。

電池容器２の上方開口部２ａを電池蓋５によって溶接封止する際に、電池容器２の溶接可能部分２ｂ１の外周端部と、電池蓋５の外周側面５ａの上方端部とを残して、電池容器２の溶接可能部分２ｂ１と電池蓋５の外周側面５ａとにより形成される全周を溶接することで、溶接部Ｗが形成される。電池蓋５と電池容器２との溶接方法については、後で詳細に説明する。

溶接部Ｗは、電池蓋５の外周側面５ａの上端５ａ１に対して電池蓋５の厚さ方向に間隔ｄ２を開けて形成され、電池蓋５の外周側面５ａの上端５ａ１よりも下方に形成される。また、溶接部Ｗは、電池容器２の側面２ｃ，２ｄに対して電池容器２の厚さ方向に間隔ｄ１を開けて形成されている。これにより、溶接部Ｗは、電池容器２の側面２ｃ，２ｄよりも内側に形成されている。

溶接部Ｗは、電池蓋５と電池容器２との溶接時に少なくとも電池蓋５と電池容器２の一部が溶融することで生成した溶融金属が混合して凝固することで、電池蓋５の外周側面５ａと電池容器２の上端平面２ｂとの間に、電池容器２の上方開口部２ａの全周に亘って形成される。すなわち、電池蓋５と電池容器２とは、電池蓋５の外周側面５ａと電池容器２の上端平面２ｂの溶接可能部分２ｂ１との間に溶接部Ｗを形成する、隅肉溶接によって接合されている。なお、本実施形態の溶接部Ｗは、主に電池蓋５の一部を選択的に溶融させることにより形成されている。

電池蓋５は、電池容器２に溶接された状態において、外周側面５ａの上方端部が、溶接時に溶融されない第１の非溶融部５ａ２とされている。すなわち、溶接部Ｗは、非溶融部５ａ２よりも下方の電池蓋５の外周側面５ａと、電池容器２の上端平面２ｂとの間に形成されている。また、電池容器２は、電池蓋５が溶接された状態において、溶接可能部分２ｂ１の前記外周端部が、溶接時に溶融されない第２の非溶融部２ｂ２とされている。すなわち、溶接部Ｗは、電池容器２の非溶融部２ｂ２よりも内側の上端平面２ｂである溶接可能部分２ｂ１と、電池蓋５の外周側面５ａとの間に形成されている。要するに、溶接部Ｗは、電池蓋５の外周側面５ａにおいて非溶融部５ａ２の下方で、かつ電池容器２の溶接可能部分２ｂ１において非溶融部２ｂ２の内側に形成されている。

電池蓋５は、凸部５ｂが電池容器２の上方開口部２ａに内嵌合することで、外周側面５ａの下端平面５ｃ１が電池容器２の側面２ｃ，２ｄの上端平面２ｂと当接し、外周側面５ａが電池容器２の側面２ｃ，２ｄの内側でかつ上端平面２ｂ上に配置されるように、寸法が規定されている。図６（ａ）に示すように、電池蓋５は、例えば凸部５ｂから外周側面５ａまでの寸法Ｌが、電池容器２の厚さＴすなわち上端平面２ｂの幅以下となるように形成されている。また、凸部５ｂは、その外形寸法が電池容器２の上方開口部２ａの開口寸法よりも一回り小さく設定され、電池容器２の上方開口部２ａに内嵌合した状態で、電池容器２の内周面２ｆとの間に間隙Ｇが形成される。すなわち、凸部５ｂの外周側面と電池容器２の内周面２ｆとは、間隙Ｇを挟んで対向する。

次に、本実施形態の電池１のその他の構成について説明する。図１及び図２に示すように、電池蓋５には、正極外部端子６と、負極外部端子７と、注液口８と、ガス排出弁９が設けられている。正極外部端子６及び負極外部端子７には、それぞれ接続板１０及び１１が接続されている。正極外部端子６、負極外部端子７及び接続板１０，１１は、図示しない絶縁材によって電池蓋５と電気的に絶縁されている。注液口８は、電池容器２内に電解液を注入するために電池蓋５に穿設されている。正極外部端子６及び接続板１０はアルミニウム合金で製作され、負極外部端子７及び接続板１１は銅合金で製作されている。注液口８は、電池容器２内に電解液を注入した後に注液栓によって封止される。ガス排出弁９は、電池容器２内の圧力が所定の圧力を超えて上昇することによって開放され、電池容器２の内部からガスを排出することで、電池容器２内の圧力を低減する。また、電池蓋５には図示しないシール材が設けられ、電池容器２内の電解液の漏れを防止している。

電池容器２に収容される電極群４は、例えば扁平状の捲回電極群であり、正負の電極である帯状の正極板と負極板を、これらの間に絶縁体であるセパレータを介在させて積層し、この積層体を捲回軸周りに扁平状に捲回することにより形成されている。正極板と負極板は、それぞれ集電箔上に活物質合剤を塗布することにより構成されている。正極板の幅方向の一端と、負極板の幅方向の一端は、それぞれ活物質合剤が塗布されずに集電箔が露出した未塗工部とされている。各未塗工部は、正極板と負極板の積層時に互いに幅方向の反対側に配置され、それぞれ電極群４の捲回軸方向の一端と他端に位置して接続板１０，１１に電気的に接続されている。

次に、本実施形態の電池１の作用について説明する。本実施形態の電池１は、例えば複数の電池１を組み合わせた組電池として電気自動車等に搭載され、外部端子６，７を介して電極群４に充電した電力をモータ等の車載装置に供給し、あるいは、外部端子６，７を介して電気自動車の発電装置から供給される電力を電極群４に充電する。

本実施形態の電池１の電池容器２は、電池容器２の側面２ｃ，２ｄの上端平面２ｂが電池蓋５の外周側面５ａの下端平面５ｃ１よりも大きくされている。これにより、電池容器２の上端平面２ｂの外縁に位置する電池容器２の側面２ｃ，２ｄが、電池蓋５の下端平面５ｃ１の外縁に位置する電池蓋５の外周側面５ａよりも外側に位置している。そのため、複数の電池１によって組電池を構成した時に、電池蓋５の外周側面５ａが電池容器２の側面２ｃ，２ｄよりも外側に張り出すことが防止され、周辺の部材と干渉することが防止される。また、電池容器２の上端平面２ｂ上において、電池蓋５の外周側面５ａと電池容器２の側面２ｃ，２ｄとの間に、溶接部Ｗを形成するためのスペースとして、溶接可能部分２ｂ１を形成することができる。これにより、溶接部Ｗを形成する際の溶融金属の量が増加した場合であっても、溶接部Ｗと電池容器２の側面２ｃ，２ｄとの間に間隔ｄ１を開けることが容易になると共に、溶接部Ｗと電池蓋５の外周側面５ａの上端５ａ１との間に間隔ｄ２を開けることが容易になる。

また、本実施形態の電池１は、電池容器２の上端平面２ｂの溶接可能部分２ｂ１と電池蓋５の外周側面５ａとで形成される全周が、溶接可能部分２ｂ１の外周端部の非溶融部２ｂ２と電池蓋５の外周側面５ａの上方端部の非溶融部５ａ２とを残して溶接されて、溶接部Ｗが形成されている。これにより、非溶融部５ａ２の近傍で溶融した金属を、その粘性或いは表面張力によって非溶融部５ａ２の近傍に保持し、溶融した金属が外側或いは下方に移動することを抑制することができる。さらに、電池容器２の溶接可能部分２ｂ１の外周端部が非溶融部２ｂ２とされることで、非溶融部２ｂ２の近傍で溶融した金属を、その粘性或いは表面張力によって非溶融部２ｂ２の内側に保持し、溶融した金属が非溶融部２ｂ２を超えて外側に流れ出ることを防止することができる。これにより、溶接部Ｗが電池容器２の側面２ｃ，２ｄよりも内側に形成され、側面２ｃ，２ｄよりも外側に突出することが防止される。したがって、複数の電池１により組電池を構成する際に、溶接部Ｗが他の部材と干渉することを防止して電池１を適正に配置することができ、組電池を小型化することが可能になる。

また、溶接部Ｗを形成する際には、主に電池蓋５の外周側面５ａの一部を溶融させるが、電池蓋５の外周側面５ａの上方端部を非溶融部５ａ２として残すことで、溶接時に溶融される金属量を必要最小限に留めることができる。したがって、電池蓋５が非溶融部５ａ２を有さない場合と比較して、電池容器２の厚さ方向における溶接部Ｗの寸法ｗ１、及び、電池蓋５の厚さ方向における溶接部Ｗの寸法ｗ２を小さくすることができる。これにより、溶接部Ｗと電池容器２の側面２ｃ，２ｄとの間に間隔ｄ１を開けて、溶接可能部分２ｂ１の外周端部を非溶融部２ｂ２として残すことが容易になる。また、溶接部Ｗが電池蓋５の外周側面５ａの上端５ａ１に達することがなく、電池蓋５の上面よりも上方に突出することがない。そのため、電池蓋５の上面を基準面として電池１を配置して、電池１の部品の組み付けを行ったり、複数の電池１からなる組電池を製作したりすることが可能になる。

また、本実施形態の電池１は、電池蓋５が電池容器２の上方開口部２ａに内嵌合する凸部５ｂを有している。そのため、例えば電池蓋５において凸部５ｂから外周側面５ａまでの寸法Ｌを、例えば電池容器２の厚さＴすなわち上端平面２ｂの幅よりも小さくすることで、電池蓋５が電池容器２の上方開口部２ａに内嵌合した時に、電池蓋５の外周側面５ａを電池容器２の側面２ｃ，２ｄよりも内側に位置させることができる。また、凸部５ｂと電池容器２の内周面２ｆとの間の間隙Ｇによって、溶接時における電池蓋５又は電池容器２の熱膨張による影響を緩和し、電池蓋５又は電池容器２の寸法精度を向上させ、或いは溶接部Ｗにおける残留応力を低減することができる。

以上説明したように、本実施形態の電池１によれば、電池容器２に電池蓋５を溶接した場合でも、電池１の溶接部Ｗが電池１に隣接する部材と干渉することを防止して、複数の電池１を適正に配置することができ、コンパクトな組電池を提供することが可能になる。

（電池の製造方法）
次に、本実施形態の電池１の製造方法について説明する。まず、電池容器２の側面２ｃ，２ｄの上端平面２ｂを、電池蓋５の外周側面５ａの下端平面５ｃ１よりも大きくして、電池容器２の上端平面２ｂに溶接可能部分２ｂ１を形成する。すなわち、電池１の平面視において、電池容器２の側面２ｃ，２ｄにより規定される電池容器２の外形寸法が、電池蓋５の外周側面５ａにより規定される電池蓋５の外形寸法よりも大きくなるように、電池容器２及び電池蓋５の外形寸法を規定する。例えば、電池蓋５に前述の凸部５ｂとフランジ部５ｃを形成し、電池容器２の上方開口部２ａに凸部５ｂが内嵌合したときに、外周側面５ａが電池容器２の側面２ｃ，２ｄの内側でかつ上端平面２ｂ上に位置するように、電池容器２及び電池蓋５の外形寸法を規定する。

次に、電池蓋５に、正極外部端子６、負極外部端子７、注液口８及びガス排出弁９等を設け、正極外部端子６及び負極外部端子７にそれぞれ接続板１０及び１１を接続する。また、正負の電極である正極板と負極板とを間に絶縁体であるセパレータを介在させて積層し、捲回軸周りに捲回することで電極群４を製造し、電極群４の捲回軸方向の一端と他端の集電箔が露出した未塗工部に接続板１０及び１１を接続する。その後、電池容器２の内周面２ｆと電極群４との間に絶縁シート３を介在させた状態で電極群４を電池容器２内に収容配置する。同時に、電池容器２の上方開口部２ａに電池蓋５の凸部５ｂを内嵌合させ、電池蓋５の外周側面５ａの下端平面５ｃ１を電池容器２の側面２ｃ，２ｄの上端平面２ｂに当接させて、電池容器２の上方開口部２ａを塞ぐ。これにより、電池容器２と電池蓋５は、図６（ａ）に示す状態となる。

次に、電池蓋５の外周側面５ａに対して傾斜した高エネルギービームＥＢを、電池蓋５の斜め上方から、電池蓋５の外周側面５ａの一部に照射する。高エネルギービームＥＢとしては、例えばレーザービームや電子ビームを用いることができる。レーザービームとしては、例えばＣＯ_２レーザーやＹＡＧレーザーを用いることができる。また、高エネルギービームＥＢの照射位置は、電池蓋５の外周側面５ａの下端部近傍とすることができる。このとき、電池容器２の溶融量を可能な限り少なくするために、高エネルギービームＥＢが電池容器２に直接照射されないように調整することが好ましい。

そして、電池容器２の側面２ｃ，２ｄの上端平面２ｂの溶接可能部分２ｂ１と電池蓋５の外周側面５ａとで形成される全周を、溶接可能部分２ｂ１の外周端部（非溶融部２ｂ２）と電池蓋５の外周側面５ａの上方端部（非溶融部５ａ２）とを残して溶接し、溶接部Ｗを形成する。この際、溶接部Ｗが、電池蓋５の外周側面５ａの上端５ａ１に対して電池蓋５の厚さ方向に間隔ｄ２を開けて形成されると共に、電池容器２の側面２ｃ，２ｄに対して電池容器２の厚さ方向に間隔ｄ１を開けて形成されるように、高エネルギービームＥＢの照射範囲、強度、照射時間等を設定する。本実施形態では、電池蓋５の外周側面５ａの下端部に高エネルギービームＥＢを照射することで、主に電池蓋５が溶融されると共に、電池容器２の上端平面２ｂの一部も溶融される。そして、図６（ｂ）に示すように、電池容器２の溶接可能部分２ｂ１の外周端部である非溶融部２ｂ２と、電池蓋５の外周側面５ａの上方端部である非溶融部５ａ２とを残して、溶接部Ｗが形成される。これにより、電池容器２の上方開口部２ａの全周に亘って、電池容器２の側面２ｃ（２ｄ）よりも内側でかつ電池蓋５の外周側面５ａの上端５ａ１よりも下方に溶接部Ｗが形成される。

溶接部Ｗが形成されることで、電池蓋５により電池容器２の上方開口部２ａが溶接封止される。その後、電池蓋５の注液口８から電池容器２内に電解液を注入し、注液栓によって注液口８を封止する。以上により、本実施形態の電池１が完成する。

本実施形態の電池１の製造方法においては、前述のように電池蓋５の外周側面５ａに対して傾斜した高エネルギービームＥＢを、電池蓋５の上方から、少なくとも電池蓋５の外周側面５ａの一部に照射している。これにより、電池容器２の溶接可能部分２ｂ１の外周端部である非溶融部２ｂ２と、電池蓋５の外周側面５ａの上方端部である非溶融部５ａ２とを残して、電池容器２の溶接可能部分２ｂ１と電池蓋５の外周側面５ａとを全周に亘って溶接して溶接部Ｗを形成することができる。

これに対して、図１０（ａ）に示すように、電池容器２の真上から電池蓋５の周縁部に電池容器２の側面２ｃ（２ｄ）に対して平行に高エネルギービームＥＢを照射した場合には、電池蓋５の外周側面５ａの全体が溶融される。そのため、溶融した金属が電池蓋５の外周側面５ａで保持されず、溶融した金属が外側及び下方へ流れやすくなる。加えて、溶融される金属の体積が増加し、電池蓋５の外周側面５ａと電池容器２の側面２ｃ（２ｄ）との間のスペースに対して溶融金属の体積が過大になりやすい。このように、電池蓋５の外周側面５ａにおいて溶融金属が外側及び下方へ流れやすくなり、或いは前記のスペースに対して溶融金属の体積が過大になると、溶融金属が電池容器２の側面２ｃ，２ｄの外側に流れ出し、或いは溶融金属が表面張力により電池容器２の側面２ｃ（２ｄ）の外側に膨出した状態で凝固し、溶接部Ｗが電池容器２の側面２ｃ（２ｄ）よりも外側に突出して形成されることがある。高エネルギービームＥＢの出力や照射時間の調整またはフランジ部５ｃの板厚の調整により、溶融金属の量の調整は可能と考えられるが、溶融金属の量が少なくなり過ぎると、電池容器２と電池蓋５の溶接強度の低下や、電池容器２と電池蓋５との間の気密性の低下が懸念される。

そこで、本実施形態の電池１の製造方法においては、前述のように、電池蓋５の外周側面５ａに対して傾斜した高エネルギービームＥＢを、電池蓋５の上方から電池蓋５の外周側面５ａの一部に照射している。これにより、例えば電池蓋５の外周側面５ａの下端部を選択的に溶融させ、電池蓋５の外周側面５ａの上方端部を非溶融部５ａ２として残存させることができる。したがって、電池容器２と電池蓋５との溶接時に溶融する金属の量を必要最小限に留めることができ、電池容器２の上端平面２ｂの溶接可能部分２ｂ１の外周端部を非溶融部２ｂ２として、溶接部Ｗが電池容器２の側面２ｃ（２ｄ）よりも外側に突出することを防止することができる。また、溶接部Ｗが電池蓋５の外周側面５ａの上端５ａ１から突出することも防止できる。加えて、電池蓋５を選択的に溶融させることで、電池容器２が溶融して上方開口部２ａの内側に溶融金属が入り込むことを防止できる。

また、本実施形態の電池１の製造方法においては、高エネルギービームＥＢを電池蓋５の一部に照射している。例えばレーザービームや電子ビームは、例えば１０^１２Ｗ／ｍ^２に及ぶ高いパワー密度を有しており、材料全体を大きく加熱することなく表面近傍のみを急熱及び急冷、溶融、もしくは蒸発させることができる。すなわち、電池蓋５と電池容器２との溶接に高エネルギービームＥＢを用いることで、電池蓋５及び電池容器２の溶融量を必要最小限にして、溶接部Ｗの大きさ、例えば寸法ｗ１及びｗ２を必要最小限にすることができる。また、高エネルギービームＥＢを用いることで、溶接幅に対して溶け込み深さの深い溶接が可能となり、溶接部Ｗの近傍における溶接変形、ひずみ及び熱影響の少ない精密な溶接が可能となる。また、高エネルギービームＥＢを用いることで、溶接部Ｗにおいて熱的表面改質を行うことも可能である。

なお、電池容器２と電池蓋５との溶接に電子ビームを用いる場合には、溶接を真空中で行う必要があるが、電子ビームはレーザービームと比較して制御しやすく、比較的肉厚の厚い材料の溶接に適している。一方、電池容器２と電池蓋５との溶接にレーザービームを用いる場合には、真空中の溶接を必要しない利点があり、比較的肉厚の薄い材料の溶接に適している。

以上説明したように、本実施形態の電池１の製造方法によれば、電池容器２と電池蓋５を溶接した場合に、溶接部Ｗが電池容器２の側面２ｃ，２ｄよりも外側に突出することを防止することが可能になる。したがって、電池１の溶接部Ｗが電池１の周囲の他の部材と干渉することが防止され、複数の電池１を適切に配置することでき、コンパクトな組電池を構成可能な電池１を製造することが可能になる。

［実施形態２］
次に、本発明の電池の実施形態２について説明する。図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態２の電池１Ａを示す拡大断面図であり、前述の実施形態１の電池１の図６（ａ）及び（ｂ）に相当する図である。本実施形態の電池１Ａは、電池蓋５が外周側面５ａの全周に亘って凹部５ｄを有している点で、実施形態１の電池１と異なっている。本実施形態の電池１Ａのその他の部分は、前述の実施形態１の電池１と同一であるので、図１から図５を援用し、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の電池１Ａは、電池蓋５の外周側面５ａに凹部５ｄを有している。凹部５ｄは、外周側面５ａから電池容器２の内側に窪むように形成され、下端が開放されることで凹部５ｄ内に電池容器２の上端平面２ｂの溶接可能部分２ｂ１を露出させている。凹部５ｄは、電池容器２に近づくほど、より内側に傾斜する傾斜面５ａ３を有している。凹部５ｄは、電池容器２の上端平面２ｂの溶接可能部分２ｂ１と共に、電池蓋５の外周側面５ａと電池容器２の上端平面２ｂとの間に、断面視で三角形或いは楔形の空間を形成している。実施形態１と同様に、高エネルギービームＥＢを、電池蓋５の外周側面５ａの下端部に位置する凹部５ｄの傾斜面５ａ３に対して斜め上方から照射することで、凹部５ｄと電池容器２の上端平面２ｂの溶接可能部分２ｂ１との間に、図７（ｂ）に示す溶接部Ｗが形成される。より詳細には、溶接部Ｗは、凹部５ｄの傾斜面５ａ３と電池容器２の溶接可能部分２ｂ１との間に形成される。溶接部Ｗは、その少なくとも一部が凹部５ｄに収容されるように凹部５ｄに形成され、実施形態１と同様に、電池容器２の側面２ｃ（２ｄ）との間に間隔を有して側面２ｃ（２ｄ）よりも内側に形成される。また、溶接部Ｗは、電池蓋５の外周側面５ａの上端５ａ１との間にも間隔を有して上端５ａ１よりも下方に形成されている。また、溶接部Ｗは、凹部５ｄの傾斜面５ａ３及び電池容器２の溶接可能部分２ｂ１上に形成されている。

本実施形態の電池１Ａによれば、実施形態１の電池１と同様の効果が得られるだけでなく、電池容器２と電池蓋５との溶接時に溶融される金属の量が増加した場合であっても、溶融した金属を凹部５ｄに収容して溶接部Ｗが電池容器２の側面２ｃ，２ｄの外側に突出することをより効果的に防止できる。また、電池蓋５の凹部５ｄが電池容器２の内側に窪んでいることから、電池蓋５が凹部５ｄを有さない場合と比較して、溶接時の電池蓋５の溶け込み深さを浅くした場合でも、溶接部Ｗを電池容器２の側面２ｃ，２ｄよりも内側に形成することが容易になる。

また、本実施形態の電池１Ａは、電池蓋５の凹部５ｄが傾斜面５ａ３を有することで、電池蓋５と電池容器２との溶接において開先溶接の効果が得られる。すなわち、実施形態１の隅肉溶接と比較して電池蓋５と電池容器２の溶接強度が向上するため、溶接時に溶融させる金属量を減少させた場合でも、必要な溶接強度を維持することが可能になる。したがって、電池蓋５と電池容器２の溶接時に、溶接強度を維持しつつ溶融させる金属量を減少させ、溶接部Ｗが電池容器２の側面２ｃ，２ｄの外側に突出することをより効果的に防止できる。また、溶接時に溶融した金属がその粘性或いは表面張力によって電池蓋５の傾斜面５ａ３と電池容器の溶接可能部分２ｂ１との間に保持されることで、溶接部Ｗが電池容器２の側面２ｃ，２ｄの外側に突出することをより効果的に防止できる。

本実施形態の電池１Ａにおいては、電池蓋５の外周側面５ａの一部である傾斜面５ａ３が電池容器２の側面２ｃ，２ｄよりも内側に位置し、凹部５ｄ内に溶接部Ｗを収容することが可能である。そのため、電池蓋５の外周側面５ａの他の一部、例えば非溶融部５ａ２を、電池容器２の側面２ｃ，２ｄと面一に形成してもよい。換言すると、図７（ａ）及び（ｂ）に示す電池容器２の一方の側面２ｄ（２ｃ）と平行な断面視において、電池容器２の他方の側面２ｃ（２ｄ）と電池蓋５の外周側面５ａの一部とが、上下に一直線に並ぶように、電池蓋５を形成してもよい。

［実施形態３］
次に、本発明の電池の実施形態３について説明する。図８（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態３の電池１Ｂを示す拡大断面図であり、前述の実施形態１の電池の図６（ａ）及び（ｂ）に相当する図である。本実施形態の電池１Ｂは、電池蓋５の外周側面５ａに形成された凹部５ｅの形状が、前述の実施形態２の電池１Ａと異なっている。本実施形態の電池１Ｂのその他の部分は、前述の実施形態２の電池１Ａと同一であるので、図１から図５を援用し、実施形態２の電池１Ａと同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の電池１Ｂは、実施形態２の電池１Ａと同様に、電池蓋５の外周側面５ａに電池容器２の内側に向けて窪む下端が解放された凹部５ｅが形成されている。凹部５ｅは、電池容器２の上端平面２ｂに沿う上壁面５ａ４と、電池容器２の側面２ｃ（２ｄ）に沿う側壁面５ａ５とを有している。凹部５ｅは、電池容器２の溶接可能部分２ｂ１と共に、電池蓋５の外周側面５ａと電池容器２の上端平面２ｂとの間に、矩形の溝状の空間を形成している。本実施形態において、側壁面５ａ５は電池容器２の側面２ｃ（２ｄ）と平行であり、上壁面５ａ４は電池容器２の上端平面２ｂと平行である。

実施形態１及び２と同様に、高エネルギービームＥＢを電池蓋５の外周側面５ａの下端部に位置する凹部５ｅの側壁面５ａ５に斜め上方から照射することで、凹部５ｅの側壁面５ａ５と電池容器２の溶接可能部分２ｂ１との間に、図８（ｂ）に示す溶接部Ｗが形成される。本実施形態では、溶接部Ｗは、凹部５ｅの側壁面５ａ５だけでなく上壁面５ａ４に達して、上壁面５ａ４及び側壁面５ａ５と、電池容器２の溶接可能部分２ｂ１との間に形成されている。溶接部Ｗは、その少なくとも一部が凹部５ｅに収容されるように凹部５ｅに形成され、実施形態１及び２と同様に電池容器２の側面２ｃ（２ｄ）との間に間隔を有して側面２ｃ（２ｄ）よりも内側に形成される。また、溶接部Ｗは、電池蓋５の外周側面５ａの上端５ａ１との間にも間隔を有して上端５ａ１よりも下方に形成されている。

本実施形態の電池１Ｂによれば、実施形態２の電池１Ａと同様の効果が得られるだけでなく、実施形態２の電池１Ａと比較して、電池蓋５の凹部５ｅの容積を増加させることができる。したがって、電池容器２と電池蓋５との溶接時に溶融される金属の量が増加した場合であっても、溶融した金属を凹部５ｅに収容して溶接部Ｗが電池容器２の側面２ｃ，２ｄよりも外側に突出することをより効果的に防止できる。

また、本実施形態の電池１Ｂは、電池蓋５の凹部５ｅが上壁面５ａ４及び側壁面５ａ５を有することで、電池蓋５と電池容器２との溶接時に電池蓋５が溶融金属と接触する面積が増加する。すなわち、隅肉溶接と比較して電池蓋５と電池容器２の溶接強度が向上するため、溶接時に溶融させる金属の量を減少させた場合でも、溶接強度を維持することが可能になる。したがって、電池蓋５と電池容器２の溶接時に、溶接強度を維持しつつ溶融させる金属量を減少させ、溶接部Ｗが電池容器２の側面２ｃ，２ｄよりも外側に突出することをより効果的に防止できる。また、溶接時に溶融した金属がその粘性或いは表面張力によって電池蓋５の上壁面５ａ４及び側壁面５ａ５と電池容器２の溶接可能部分２ｂ１との間に保持されることで、溶接部Ｗが電池容器２の側面２ｃ，２ｄよりも外側に突出することをより効果的に防止できる。

なお、本実施形態の電池１Ｂにおいても、電池蓋５の外周側面５ａの一部である上壁面５ａ４及び側壁面５ａ５が電池容器２の側面２ｃ，２ｄよりも内側に位置しているので、電池蓋５の外周側面５ａの他の一部、例えば非溶融部５ａ２を、電池容器２の側面２ｃ，２ｄと面一に形成することができる。

［実施形態４］
次に、本発明の電池の実施形態４について説明する。図９（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態４の電池１Ｃを示す拡大断面図であり、前述の実施形態１の電池の図６（ａ）及び（ｂ）に相当する図である。本実施形態の電池１Ｃは、電池蓋５の外周側面５ａに形成された凹部５ｆの形状が、前述の実施形態２の電池１Ａと異なっている。本実施形態の電池１Ｃのその他の部分は、前述の実施形態２の電池１Ａと同一であるので、図１から図５を援用し、実施形態２の電池１Ａと同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の電池１Ｃは、実施形態２，３の電池１Ａ，１Ｂと同様に、電池蓋５の外周側面５ａに電池容器２の内側に向けて窪む下端が解放された凹部５ｆが形成されている。凹部５ｆは、電池容器２に近づくほどより内側に傾斜する傾斜面５ａ３と、傾斜面５ａ３の下端に隣接して電池容器２の側面２ｃ（２ｄ）に沿う側壁面５ａ５とを有している。凹部５ｆは、電池容器２の溶接可能部分２ｂ１と共に、電池蓋５の外周側面５ａと電池容器２の上端平面２ｂとの間に、台形状の溝状の空間を形成している。本実施形態において、側壁面５ａ５は電池容器２の側面２ｃ（２ｄ）と平行である。

実施形態１〜３と同様に、高エネルギービームＥＢを電池蓋５の外周側面５ａの下端部に位置する凹部５ｆの側壁面５ａ５に斜め上方から照射することで、凹部５ｆの傾斜面５ａ３及び側壁面５ａ５と電池容器２の溶接可能部分２ｂ１との間に、図９（ｂ）に示す溶接部Ｗが形成される。溶接部Ｗは、その少なくとも一部が凹部５ｆに収容されるように凹部５ｆに形成され、実施形態１〜３と同様に、電池容器２の側面２ｃ（２ｄ）との間に間隔を有して側面２ｃ（２ｄ）よりも内側に形成される。また、溶接部Ｗは、電池蓋５の外周側面５ａの上端５ａ１との間にも間隔を有して上端５ａ１よりも下方に形成されている。

本実施形態の電池１Ｃによれば、実施形態２，３の電池１Ａ，１Ｂと同様の効果が得られるだけでなく、実施形態２，３の電池１Ａ，１Ｂと比較して、電池蓋５の凹部５ｆの容積を増加させることができる。したがって、電池容器２と電池蓋５との溶接時に溶融される金属量が増加した場合であっても、溶融した金属を凹部５ｆに収容して溶接部Ｗが電池容器２の側面２ｃ，２ｄよりも外側に突出することをより効果的に防止できる。

また、本実施形態の電池１Ｃは、電池蓋５の凹部５ｆが傾斜面５ａ３及び側壁面５ａ５を有することで、電池蓋５と電池容器２との溶接時に電池蓋５が溶融金属と接触する面積が増加する。すなわち、隅肉溶接と比較して電池蓋５と電池容器２の溶接強度が向上するため、溶接時に溶融させる金属量を減少させた場合でも、溶接強度を維持することが可能になる。したがって、電池蓋５と電池容器２の溶接時に、必要な溶接強度を維持しつつ溶融させる金属量を減少させ、溶接部Ｗが電池容器２の側面２ｃ，２ｄの外側に突出することをより効果的に防止できる。また、溶接時に溶融した金属がその粘性或いは表面張力によって電池蓋５の傾斜面５ａ３及び側壁面５ａ５と電池容器の上端平面２ｂとの間に保持されることで、溶接部Ｗが電池容器２の側面２ｃ，２ｄの外側に突出することをより効果的に防止できる。

また、本実施形態の電池１Ｃは、電池蓋５の凹部５ｆが傾斜面５ａ３及び側壁面５ａ５を有することで、凹部５ｆの開口面積を増加させ、電池蓋５の外周側面５ａの下端部に位置する側壁面５ａ５に斜め上方から高エネルギービームＥＢを照射しやすくなる。したがって、電池蓋５の凹部５ｆのより内側の部分を溶融させることが可能になり、溶接部Ｗが電池容器２の側面２ｃ，２ｄよりも外側に突出することをより効果的に防止することができる。

なお、本実施形態の電池１Ｃにおいても、電池蓋５の外周側面５ａの一部である傾斜面５ａ３及び側壁面５ａ５が電池容器２の側面２ｃ，２ｄよりも内側に位置しているので、電池蓋５の外周側面５ａの他の一部、例えば非溶融部５ａ２を、電池容器２の側面２ｃ，２ｄと面一に形成することができる。

また、本実施形態では、凹部５ｆが傾斜面５ａ３の下端に隣接して電池容器２の側面２ｃ（２ｄ）に沿う側壁面５ａ５を有する場合について説明した。しかし、本実施形態の変形例として、電池蓋５の凹部は、側壁面５ａ５に代えて、或いは側壁面５ａ５と共に、傾斜面５ａ３の上端に隣接して電池容器２の上端平面２ｂに沿う上壁面を有していてもよい。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は前記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、前述の実施形態では、電池容器の上端平面の溶接可能部分と電池蓋の外周側面とで形成される全周が、溶接可能部分の外周端部と電池蓋の外周側面の上方端部とを残して溶接される場合について説明した。しかし、溶接可能部分の外周端部と電池蓋の外周側面の上方端部とを残して溶接するのは、必ずしも電池容器の上端平面の全周ではなく、上端平面の一部のみであってもよい。例えば、電池を積層する方向に面する電池容器の側面上の上端平面、例えば幅の広い側面上の上端平面においてのみ、溶接可能部分の外周端部と電池蓋の外周側面の上方端部とを残して、上端平面の溶接可能部分と電池蓋の外周側面とを溶接して溶接部を形成してもよい。これにより、溶接部が幅の広い側面から積層方向に突出することを防止できる。

また、前述の実施形態では、電池蓋と電池容器の溶接時に、少なくとも電池蓋の一部に高エネルギービームを照射する高エネルギービーム溶接について説明したが、電池蓋と電池容器との溶接は高エネルギービーム溶接に限られない。電池蓋と電池容器との溶接は、例えばアーク溶接等の一般的な溶接を用いてもよい。この場合、溶接棒を用いることもできる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 電池
２ 電池容器
２ａ 上方開口部
２ｂ 上端平面
２ｂ１ 溶接可能部分
２ｂ２ 非溶融部（外周端部）
２ｃ，２ｄ 側面（外周側面）
４ 電極群
５ 電池蓋
５ａ 外周側面
５ａ１ 上端
５ａ２ 非溶融部（上方端部）
５ａ３ 傾斜面
５ａ４ 上壁面
５ａ５ 側壁面
５ｃ１ 下端平面
５ｄ，５ｅ，５ｆ 凹部
Ｇ 間隙
Ｗ 溶接部

Claims (5)

1. 電極群と、該電極群を収容配置する電池容器と、該電池容器の上方開口部を溶接封止する電池蓋と、を備えた電池であって、
   前記電池容器の外周側面の上端平面を、前記電池蓋の外周側面の下端平面よりも大きくして、前記電池容器の前記上端平面に溶接可能部分を形成し、
   前記上端平面の前記溶接可能部分と前記電池蓋の前記外周側面とで形成される全周は、前記溶接可能部分の外周端部と前記電池蓋の前記外周側面の上方端部とを残して溶接されて溶接部を形成しており、
   前記電池蓋は、前記外周側面の上端と前記溶接部との間に、前記溶接時に溶融されない非溶融部を有し、
   前記電池蓋は、前記外周側面に前記電池容器の内側に窪んで下端が開放された凹部を有し、
   前記溶接部は、前記電池蓋の前記凹部と前記電池容器の前記溶接可能部分との間に形成されることを特徴とする電池。
2. 前記凹部は、前記電池容器に近づくほどより内側に傾斜する傾斜面を有し、
   前記溶接部は、前記凹部の前記傾斜面と前記電池容器の前記溶接可能部分との間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の電池。
3. 前記凹部は、前記傾斜面の上端に隣接して前記電池容器の前記上端平面に沿う上壁面と、前記傾斜面の下端に隣接して前記電池容器の前記側面に沿う側壁面の少なくとも一方を有し、
   前記溶接部は、前記凹部の前記上壁面と前記側壁面の少なくとも一方と、前記電池容器の前記溶接可能部分との間に形成されることを特徴とする請求項２に記載の電池。
4. 前記凹部は、前記電池容器の前記上端平面に沿う上壁面及び前記電池容器の前記側面に沿う側壁面を有し、
   前記溶接部は、前記凹部の前記側壁面及び前記上壁面と、前記電池容器の前記溶接可能部分との間に形成されることを特徴とする請求項１に記載の電池。
5. 電極群と、該電極群を収容配置する電池容器と、該電池容器の上方開口部を溶接封止する電池蓋と、を備えた電池の製造方法であって、
   前記電池容器の外周側面の上端平面を、前記電池蓋の外周側面の下端平面よりも大きくして、前記電池容器の前記上端平面に溶接可能部分を形成する工程と、
   前記外周側面に前記電池容器の内側に窪んで下端が開放された凹部を有する前記電池蓋を用い、前記電池蓋の前記外周側面に対して傾斜した高エネルギービームを前記電池蓋の上方から前記電池蓋の前記外周側面の一部に照射することで、前記上端平面の前記溶接可能部分と前記電池蓋の前記外周側面とで形成される全周を、前記溶接可能部分の外周端部と前記電池蓋の前記外周側面の上方端部とを残して溶接し、前記電池蓋の前記凹部と前記電池容器の前記溶接可能部分との間に溶接部を形成し、前記電池蓋の前記外周側面の上端と前記溶接部との間に前記溶接時に溶融されない非溶融部を形成する工程と、
   を有することを特徴とする電池の製造方法。

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