JP6373590B2 - 電池及び電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電池及び電池の製造方法に関する。

リチウムイオン電池のような電池は、正極、負極、及びセパレータを含む電極群と、電解液とを収容する容器を有する。当該電極群は、容器に設けられた開口から、容器内に収容される。容器の開口は、蓋体によって塞がれる。蓋体は、例えば溶接により容器に固着させられることで、容器を密閉する。

特開２０１２−１６９２５５号公報 特開２０１３−１２７９０６号公報

蓋体と容器との溶接のような、電解液を密封するための溶接の密閉性が低い場合、電解液が電池の外に漏れ出す可能性がある。例えば、溶接された部分にマイクロクラックが生じた場合、電池が繰り返し使用されると、電池から電解液が漏れる可能性がある。

本発明の解決すべき課題の一つは、溶接された部分の密閉性が高い電池と、当該電池の製造方法とを提供することである。

一つの実施の形態に係る電池は、筐体と、第１の壁と、第２の壁と、を備える。前記筐体は、電極及び電解液を収容する。前記第１の壁は、前記筐体に設けられる。前記第２の壁は、前記筐体に設けられるとともに前記第１の壁に溶接され、溶接された部分が表れた表面と、外縁と、を有する。前記溶接された部分は、前記第１の壁と前記第２の壁とが互いに固着された第１の溶接痕と、前記第１の溶接痕よりも前記外縁に近く、前記第１の溶接痕に部分的に重なり、且つ前記第１の壁と前記第２の壁とが互いに固着された第２の溶接痕と、を含む。前記表面から溶け込む前記第１の溶接痕の深さは、前記表面から溶け込む前記第２の溶接痕の深さ以上である。前記表面において、前記第１の溶接痕の幅Ｗ１と、前記第２の溶接痕の幅Ｗ２と、前記第１の溶接痕と前記第２の溶接痕とが重なる部分の幅Ｗ０との関係が、０．３＜Ｗ０／（Ｗ１＋Ｗ２−Ｗ０）≦０．８である。

図１は、第１の実施の形態に係る電池を示す斜視図である。 図２は、第１の実施形態の電池の一部を示す断面図である。 図３は、第１の実施形態の電池の一部を示す平面図である。 図４は、第１の実施形態の電池の製造方法の一部を示すフローチャートである。 図５は、第１の実施形態の第１の実験結果を示す表である。 図６は、第１の実施形態の第２の実験結果を示す表である。 図７は、第１の実施形態の第３の実験結果を示す表である。 図８は、第１の実施形態の第４の実験結果を示す表である。 図９は、第２の実施の形態に係る電池の一部を示す断面図である。

以下に、第１の実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。なお、本明細書においては基本的に、ユーザから見て上方を上方向、ユーザから見て下方を下方向と定義する。また、実施形態に係る構成要素や、当該要素の説明について、複数の表現を併記することがある。当該構成要素及び説明について、記載されていない他の表現がされることは妨げられない。さらに、複数の表現が記載されない構成要素及び説明について、他の表現がされることは妨げられない。

図１は、第１の実施の形態に係る電池１０を示す斜視図である。図２は、電池１０の一部を示す断面図である。電池１０は、例えばリチウムイオン二次電池である。なお、電池１０はこれに限らず、他の種類の電池であっても良い。図１に示すように、電池１０は、略直方体に形成される。なお、電池１０は他の形状であっても良い。

図面に示されるように、本明細書において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が定義される。Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とは、互いに直交する。Ｘ軸は、電池１０の幅（長手方向の長さ）に沿う。Ｙ軸は、電池１０の厚さ（短手方向の長さ）に沿う。Ｚ軸は、電池１０の高さ（鉛直方向の長さ）に沿う。

電池１０は、筐体２１と、電極群２２と、二つの出力端子２３と、ガス排出弁２４と、封止栓２５と、を有する。筐体２１は、例えば、容器、外装、ケース、缶、箱、又は壁とも称され得る。電極群２２は、電極の一例であり、部品又はモジュールとも称され得る。出力端子２３は、例えば、正極、負極、端子、導電部、又は突出部とも称され得る。封止栓２５は、例えば、封止部、密閉部、被覆部、部材、蓋、又は壁とも称され得る。

筐体２１は、例えば、アルミニウムによって形成される。なお、筐体２１は、例えば他の金属によって形成されても良い。筐体２１は、容器３１と、蓋体３２とを有する。容器３１は、例えば、ケース、外装部、収容部、部材、又は壁とも称され得る。蓋体３２は、第２の壁の一例であり、例えば、外壁、封止部、密閉部、被覆部、部材、又は壁とも称され得る。

容器３１は、扁平な略直方体の箱状に形成される。容器３１は、四つの側壁４１と、端面４２と、収容部４３とを有する。側壁４１は、第１の壁の一例であり、例えば、部材又は部分とも称され得る。端面４２は、例えば、端部、縁、支持部、又は固着部とも称され得る。収容部４３は、例えば、開口、凹部、又は孔とも称され得る。

側壁４１は、略矩形（四角形）に形成される。四つの側壁４１は、略矩形の底壁の四つの縁から、それぞれＺ軸に沿う方向に延びる。側壁４１はそれぞれ、隣り合う他の側壁４１と直交する。

図２に示すように、側壁４１は、内面４１ａと、外面４１ｂとを有する。内面４１ａは、筐体２１の内側に向く。外面４１ｂは、内面４１ａの反対側に位置し、筐体２１の外側に向く。内面４１ａ及び外面４１ｂは、それぞれ平坦な面である。

端面４２は、容器３１の端面であるとともに、側壁４１の端面である。端面４２は、略矩形の枠状の、平坦な面である。端面４２は、側壁４１の内面４１ａ及び外面４１ｂに対して直交する。なお、端面４２は、例えば、凹凸を有しても良く、側壁４１の内面４１ａ及び外面４１ｂに対して傾斜しても良い。

図１に破線で示すように、収容部４３は、端面４２に開口する有底の凹部である。言い換えると、収容部４３は、容器３１の端面４２において外部に開放される。側壁４１の内面４１ａは、収容部４３を形成する。

蓋体３２は、略矩形の板状に形成される。蓋体３２は、容器３１の端面４２に支持され、収容部４３を塞ぐ。蓋体３２は、例えばレーザ溶接によって容器３１に固定され、収容部３４を密閉する。

図２に示すように、蓋体３２は、表面５１と、支持面５２と、四つの外縁５３と、凸部５４と、を有する。表面５１は、第２の面の一例である。支持面５２は、第１の面の一例である。外縁５３は、例えば、縁、端部、辺、又は側面とも称され得る。凸部５４は、例えば、嵌合部、挿入部、又は基部とも称され得る。

表面５１は、筐体２１の外部に向く平面である。出力端子２３、ガス排出弁２４、及び封止栓２５は、表面５１に配置される。支持面５２は、表面５１の反対側に位置する。支持面５２は、容器３１の端面４２に接する。言い換えると、支持面５２は、容器３１の端面４２に支持される。

四つの外縁５３は、表面５１と支持面５２との間にそれぞれ設けられる。外縁５３は、表面５１及び支持面５２に直交する平面である。なお、外縁５３はこれに限らず、例えば曲面であっても良い。外縁５３は、支持面５２が容器３１の端面４２に支持されると、側壁４１の外面４１ｂとともに一つの平面を形成する。

凸部５４は、支持面５２から突出する、略矩形の部分である。凸部５４は、支持面５２が容器３１の端面４２に支持されると、端面４２に開口する収容部４３に嵌る。凸部５４は、底面５４ａと、四つの側面５４ｂとを有する。

底面５４ａは、蓋体３２の表面５１の反対側に位置する平面である。底面５４ａは、表面５１及び支持面５２に対して平行である。なお、底面５４ａは、例えば凹凸を有しても良い。底面５４ａは、収容部４３に面する。

側面５４ｂは、底面５４ａと支持面５２との間に設けられる。側面５４ｂは、支持面５２及び凸部５４の底面５４ａに直交する平面である。凸部５４が収容部４３に嵌ると、側面５４ｂは、側壁４１の内面４１ａに接触する。

上述の説明と異なる表現によれば、蓋体３２は、フランジ部５７を有する。フランジ部５７は、第２の壁の一例である。フランジ部５７は、蓋体３２の、Ｚ軸に沿う方向の端部に位置する。フランジ部５７は、支持面５２を有し、容器３１の端面４２に支持される。凸部５４は、当該フランジ部５７から突出する。

図１に破線で示す電極群２２は、例えば、複数の正極と、複数の負極と、複数のセパレータとを有する。前記正極及び負極は、例えば、帯状の集電体と、当該集電体の少なくとも一面に形成された活物質の層とを有する。前記集電体は、例えば、アルミニウム箔のような金属箔によって形成される。前記セパレータは、例えば、多孔質材料によって帯状に形成される。

前記正極、負極、及びセパレータは、シート状に形成される。前記正極及び負極は、前記セパレータを介して積層され、コイル状に巻回される。円筒形状に巻回された前記正極、負極、及びセパレータは、扁平にプレスされる。なお、前記正極、負極、及びセパレータは、巻回されずに積層されても良い。

前記正極及び負極の集電体に、複数のタブが設けられる。当該タブは、電極群２２の上端から延びる。前記正極の複数のタブは、互いに重ねられる。同じく、前記負極の複数のタブも、互いに重ねられる。

電極群２２は、非水電解液とともに、容器３１の収容部４３に収容される。当該非水電解液は、電解液の一例である。前記非水電解液は、例えば、非水溶媒にリチウム塩のような電解質を溶解させることにより調製される。

二つの出力端子２３は、それぞれ電池１０の正極端子及び負極端子である。二つの出力端子２３は、蓋体３２の表面５１の、Ｘ軸に沿う方向における一方の端部と他方の端部とにそれぞれ配置される。

出力端子２３は、リベット状に形成される。出力端子２３は、蓋体３２の表面５１から突出する。出力端子２３の一部は、蓋体３２に設けられた孔を通って、凸部５４の底面５４ａから突き出る。底面５４ａから突出する出力端子２３の当該一部は、収容部４３に設けられたリードによって、電極群２２の前記タブに電気的に接続される。出力端子２３と蓋体３２との間の隙間に、絶縁体であるガスケット３９が介在する。出力端子２３及びガスケット３９によって、蓋体３２の前記孔が密閉される。

ガス排出弁２４は、二つの出力端子２３の間に位置する。ガス排出弁２４は、例えば、収容部４３の内部の圧力が閾値より高くなった場合に開放される。開放されたガス排出弁２４は、収容部４３のガスを筐体２１の外部に放出し、収容部４３の圧力を低下させる。

封止栓２５は、例えば円盤状に形成される。封止栓２５は、蓋体２１に設けられた注液口を塞ぐ。前記非水電解液は、当該注液口を通って収容部４３に注入される。封止栓２５は、蓋体２１の表面５１に溶接され、前記注液口を密閉する。

図２に示すように、筐体２１に、溶接部６０が設けられる。溶接部６０は、溶接された部分、及び容器と蓋体とが溶接された部分の一例である。溶接部６０は、四つの第１の溶接部分６１と、四つの第２の溶接部分６２とを有する。溶接部６０、第１の溶接部分６１、及び第２の溶接部分６２は、例えば、ビード、溶接ビード、溶接痕、溶接封止、軌跡、又は変質部分とも称され得る。

図３は、電池１０の一部を示す平面図である。図２及び図３において、第１の溶接部分６１及び第２の溶接部分６２は、二点鎖線で示される。第１の溶接部分６１及び第２の溶接部分６２は、例えば、レーザ溶接によって形成された、容器３１と蓋体３２とが互いに固着する部分である。すなわち、第１の溶接部分６１と、第２の溶接部分６２とは、蓋体３２から容器３１に亘って形成される。

第１の溶接部分６１及び第２の溶接部分６２において、容器３１と蓋体３２とは、溶融して一体化する。しかし、図２は、理解を容易にするため、容器３１と蓋体３２とを別個の部材として示す。

容器３１及び蓋体３２は、上述のように、アルミニウムによって形成される。このため、レーザ溶接におけるシールドガスとして窒素が用いられる場合、第１の溶接部分６１及び第２の溶接部分６２は、例えばアルミナイトライド（窒化アルミニウム）によって形成される。なお、第１の溶接部分６１及び第２の溶接部分６２はこれに限らない。

図２に示すように、第１の溶接部分６１は、例えば蓋体３２の表面５１に照射されたレーザ光によって形成される。このため、第１の溶接部分６１は、表面５１に形成された隆起部６１ａを有する。すなわち、第１の溶接部分６１は、表面５１に表れる。なお、第１の溶接部分６１は隆起部６１ａを形成しなくても良い。第１の溶接部分６１は、例えば、表面５１に変色部分として表れても良い。

第１の溶接部分６１は、容器３１の端面４２の一部と、側壁４１の内面４１ａの一部と、蓋体３２の支持面５２の一部と、凸部５４の側面５４ｂの一部と、を含む。すなわち、第１の溶接部分６１は、容器３１の端面４２と、蓋体３２の支持面５２とを固着させるとともに、側壁４１の内面４１ａと、凸部５４の側面５４ｂとを固着させる。言い換えると、第１の溶接部分６１は、容器３１と蓋体３２とを、Ｘ軸又はＹ軸に沿う方向と、Ｚ軸に沿う方向とに固着させる。

さらに、第１の溶接部分６１は、端面４２に開口する収容部４３の縁４３ａを含む。縁４３ａは、略矩形の枠状に形成された端面４２の内縁、及び収容部４３の上端である。言い換えると、第１の溶接部分６１は、側面４１の内面４１ａと、端面４２との間の角部分を含む。加えて、第１の溶接部分６１は、蓋体３２の支持面５２と、凸部５４の側面５４ｂとの間の角部分を含む。

第１の溶接部分６１は、凸部５４の底面５４ａにも、収容部４３を形成する側壁４１の内面４１ａにも表れない。言い換えると、第１の溶接部分６１は、側壁４１の内面４１ａよりも外面４１ｂ側に位置するとともに、凸部５４の底面５４ａよりも表面５１側に位置する。このため、第１の溶接部分６１は、収容部４３に溶け込まない。

蓋体３２の表面５１から溶け込む第１の溶接部分６１の深さ（溶け込み深さ、溶接深さ）ｄ１は、フランジ部５７の厚さｔ１よりも大きい。深さｄ１は、蓋体３２の表面５１から、第１の溶接部分６１の先端までの、Ｚ軸に沿う長さである。厚さｔ１は、表面５１と支持面５２との間の距離である。深さｄ１は、厚さｔ１の四倍よりも小さい。なお、深さｄ１の大きさはこれに限らない。

図３に示すように、第１の溶接部分６１は、対応する蓋体３２の外縁５３に沿って延びる。なお、図３は、説明のために一つの外縁５３に沿う一つの第１の溶接部分６１を示すが、四つの第１の溶接部分６１が、それぞれ対応する外縁５３に沿って延びる。

図２に示すように、第２の溶接部分６２は、例えば蓋体３２の表面５１に照射されたレーザ光によって形成される。このため、第２の溶接部分６２は、表面５１に形成された隆起部６２ａを有する。すなわち、第２の溶接部分６２は、表面５１に表れる。なお、第２の溶接部分６２は隆起部６２ａを形成しなくても良い。第２の溶接部分６２は、例えば、表面５１に変色部分として表れても良い。

第２の溶接部分６２は、容器３１の端面４２の一部と、蓋体３２の支持面５２の一部と、を含む。すなわち、第２の溶接部分６２は、容器３１の端面４２と、蓋体３２の支持面５２とを固着させる。言い換えると、第２の溶接部分６２は、容器３１と蓋体３２とを、Ｚ軸に沿う方向に固着させる。

第２の溶接部分６２は、蓋体３２の外縁５３と、側壁４１の外面４１ｂとに表れない。言い換えると、第２の溶接部分６２は、側壁４１の外面４１ｂよりも内面４１ａ側に位置するとともに、蓋体３２の外縁５３よりも内側に位置する。

第２の溶接部分６２は、第１の溶接部分６１よりも、蓋体３２の外縁５３に近い。言い換えると、第２の溶接部分６２は、第１の溶接部分６１よりも蓋体３２の外側に位置する。さらに別の表現をすれば、第２の溶接部分６２は、第１の溶接部分６１よりも、収容部４３の縁４３ａから離れる。

第２の溶接部分６２は、第１の溶接部分６１に部分的に重なる。すなわち、第１の溶接部分６１の一部と、第２の溶接部分６２の一部とが一体化する。言い換えると、溶接部６０は、互いに結合された二重の溶接部分（第１の溶接部分６１及び第２の溶接部分６２）を有する。

蓋体３２の表面５１から溶け込む第２の溶接部分６２の深さ（溶け込み深さ、溶接深さ）ｄ２は、フランジ部５７の厚さｔ１よりも大きい。深さｄ２は、蓋体３２の表面５１から、第２の溶接部分６２の先端までの、Ｚ軸に沿う長さである。なお、第２の溶接部分６２の前記先端は、第１の溶接部分６１に溶け込むことで消失しても良い。深さｄ２は、厚さｔ１の四倍よりも小さい。さらに、第１の溶接部分６１の深さｄ１は、第２の溶接部分６２の深さｄ２以上である。なお、深さｄ２の大きさはこれに限らない。

図３に示すように、第２の溶接部分６２は、蓋体３２の外縁５３に沿って延びる。このため、第２の溶接部分６２は、第１の溶接部分６１と略平行に延びる。さらに、第１の溶接部分６１と第２の溶接部分６２とは、表面５１において部分的に重なる。なお、図３は、説明のために一つの外縁５３に沿う一つの第２の溶接部分６２を示すが、四つの第２の溶接部分６２が、それぞれ対応する外縁５３に沿って延びる。

第１の溶接部分６１の幅をＷ１、第２の溶接部分６２の幅をＷ２、第１の溶接部分６１と第２の溶接部分６２とが重なる部分の幅をＷ０と定義する。幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ０の関係は、例えば、０．３＜Ｗ０／（Ｗ１＋Ｗ２−Ｗ０）≦０．８である。言い換えると、幅Ｗ０は、溶接部６０の幅（結合した第１の溶接部分６１及び第２の溶接部分６２の幅）の３０％〜８０％である。

第１の溶接部分６１及び第２の溶接部分６２の幅Ｗ１，Ｗ２は、第１の溶接部分６１及び第２の溶接部分６２が延びる方向と直交する方向における、第１の溶接部分６１及び第２の溶接部分６２の寸法である。図３において、幅Ｗ１，Ｗ２は、Ｙ軸に沿う第１の溶接部分６１及び第２の溶接部分６２の寸法である。

溶接部６０は、第１及び第２の溶接部分６１，６２に限らず、互いに部分的に重なる三つ以上の溶接部分を有しても良い。この場合、溶接部６０は、蓋体３２の表面５１に、多重軌跡（ビード）を形成する。

以下、図４を参考に、電池１０の製造方法の一部について例示する。なお、電池１０の製造方法は以下の方法に限らず、他の方法を用いても良い。図４は、電池１０の製造方法の一部を示すフローチャートである。

図４に示すように、まず、容器３１の収容部４３に、電極群２２が収容される（Ｓ１１）。電極群２２の前記タブは、前記リードによって出力端子２３に予め結合される。このため、電極群２２は、前記タブ及びリードを介して、蓋体３２に接続される。

次に、容器３１の端面４２に、蓋体３２が配置される（Ｓ１２）。すなわち、容器３１の端面４２が、蓋体３２のフランジ部５７を支持する。同時に、蓋体３２の凸部５４が、収容部４３に嵌め込まれる。前記タブ及びリードの弾性によって蓋体３２は端面４２から離れようとする。このため、蓋体３２は、端面４２に押し付けられる。

次に、蓋体３２が、容器３１に仮溶接される（Ｓ１３）。例えば、蓋体３２の表面５１の少なくとも一つの地点にレーザ光が照射される。これにより、蓋体３２が、容器３１の端面４２に部分的に溶接される。

次に、蓋体３２が容器３１にレーザ溶接されることで、第１の溶接部分６１が形成される（Ｓ１４）。例えば、蓋体３２の表面５１に、例えば連続波レーザ（ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーザ）光が照射される。連続波レーザ光は、エネルギー線の一例である。

連続波レーザ光により、第１の溶接部分６１が形成され、容器３１と蓋体３２とが溶接される。容器３１及び蓋体３２が、連続波レーザ光の照射装置に対して移動させられることで、第１の溶接部分６１は、蓋体３２の外縁５３に沿って延びる。蓋体３２の表面５１に連続波レーザ光が照射されることで、第１の溶接部分６１の隆起部６１ａが表面５１に表れる。

次に、蓋体３２が容器３１に再度レーザ溶接されることで、第２の溶接部分６２が形成される（Ｓ１５）。例えば、第１の溶接部分６１よりも蓋体３２の外縁５３に近い位置において、蓋体３２の表面５１に連続波レーザ光が照射される。

連続波レーザ光により、第２の溶接部分６２が形成され、容器３１と蓋体３２とがさらに溶接される。容器３１及び蓋体３２が、連続波レーザ光の前記照射装置に対して移動させられることで、第２の溶接部分６２は、蓋体３２の外縁５３に沿って、第１の溶接部分６１と平行に延びる。蓋体３２の表面５１に連続波レーザ光が照射されることで、第２の溶接部分６２の隆起部６２ａが表面５１に表れる。

第２の溶接部分６２を形成する連続波レーザ光は、第１の溶接部分６１を形成する連続波レーザ光よりも、例えば、出力が低く設定される。なお、第２の溶接部分６２は、第１の溶接部分６１と異なる種類のエネルギー線（例えばパルスレーザ光）によって形成されても良い。

容器３１と蓋体３２との溶接方法は、連続波レーザ光によるレーザ溶接に限らない。例えば、パルスレーザ光によるレーザ溶接、又は電子ビーム溶接により、容器３１と蓋体３２とが溶接されても良い。

上述のように、第１の溶接部分６１と第２の溶接部分６２とを含む溶接部６０が形成されることで、容器３１と蓋体３２とが溶接される。この後、収容部４３に非水電解液が注入され、前記注液口を封止栓２５が塞ぐことにより、電池１０が作られる。

図５乃至図８を参照して、上記電池１０に関連して行なわれた複数の例示的実験の結果について説明する。図５は、第１の実験結果を示す表である。図５に示される第１の実験は、深さｄ１及びｄ２と、第１の溶接部分６１と第２の溶接部分６２とが重なる部分（重なり）の幅Ｗ０とが変化した場合における、電池１０の耐圧試験である。

図５乃至図８に示される実験において、フランジ部５７の厚さｔは３００μｍである。図５乃至図８において、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ０，ｄ１，ｄ２、及び溶接部の「幅」として示される数値の単位は「μｍ」である。

図５乃至図８において、溶接部の「幅」は、溶接部６０の幅（結合した第１の溶接部分６１及び第２の溶接部分６２の幅）を示す。さらに、「重なり率」は、Ｗ０／（Ｗ１＋Ｗ２−Ｗ０）の値を示す。

図５乃至図８に示される実験は、密閉された筐体２１に注水孔を形成し、当該注水孔から、筐体２１が破壊されるまで筐体２１の内部に水を注入するものである。筐体２１が破壊された際の、筐体２１の内部の圧力が１．０ＭＰａ以上であった場合、「耐圧」の項に「○」が記される。

筐体２１が破壊された際の、破壊モードも観測される。破壊モードが、容器３１の側壁４１において破壊が生じる「缶側面破壊」である場合、筐体２１が十分な信頼性を有すると規定する。破壊モードが、第１の溶接部分７１及び第２の溶接部分７２の下方で破壊が生じる「軌跡下側破壊」である場合、筐体２１の信頼性が不十分であると規定する。さらに、破壊モードが、第１の溶接部分７１と第２の溶接部分７２との重なる部分で破壊が生じる「軌跡間ワレ」である場合、筐体２１の信頼性がより不十分であると規定する。

なお、上記の筐体２１の信頼性についての規定は、実験における評価の一例である。ある電池の破壊モードが「缶側面破壊」であるか否かは、当該電池が本明細書における電池の技術的範囲に含まれるか否かについて定めるものではない。

図５に示すように、重なり率が０．３より小さい場合、筐体２１が破壊された際の筐体２１の内部の圧力が１．０ＭＰａより低く（「耐圧」の項が「×」）、及び／又は、破壊モードが「軌跡間ワレ」である。一方、重なり率が０．３より大きい場合、「耐圧」の項が「○」であるとともに、破壊モードが「缶側面破壊」である。

図６は、第２の実験結果を示す表である。図６に示される第２の実験は、第１の溶接部分６１の深さｄ１が第２の溶接部分６２の深さｄ２よりも小さい場合における、電池１０の耐圧試験である。図６に示すように、深さｄ１が深さｄ２よりも小さい場合、「耐圧」の項が「×」であり、及び／又は、破壊モードが「軌跡下側破壊」若しくは「軌跡間ワレ」である。

図７は、第３の実験結果を示す表である。図７に示される第３の実験は、第２の溶接部分６２の深さｄ２が一定の場合における、電池１０の耐圧試験である。図７に示すように、深さｄ１が深さｄ２よりも小さい場合、及び／又は、重なり率が０．３よりも小さい場合、破壊モードが殆ど「軌跡下側破壊」又は「軌跡間ワレ」である。一方、深さｄ１が深さｄ２以上であるとともに、重なり率が大よそ０．３以上である場合、破壊モードが「缶側面破壊」である。

図８は、第４の実験結果を示す表である。図８に示される第４の実験は、第１の溶接部分６１の深さｄ１がフランジ部５７の厚さｔと同じ場合における、電池１０の耐圧試験である。図８に示すように、重なり率が０．３よりも小さい場合、破壊モードが「軌跡間ワレ」である。一方、重なり率が０．３よりも大きい場合、破壊モードが「缶側面破壊」である。

図５乃至図８に示す実験において、深さｄ１が深さｄ２以上で、且つ、重なり率（Ｗ０／（Ｗ１＋Ｗ２−Ｗ０）の値）が０．３より大きい場合、「耐圧」の項が「○」であるとともに破壊モードが「缶側面破壊」である。上述のように、第１の実施形態の筐体２１は、当該条件に当てはまり、十分な信頼性を有する。

第１の実施の形態に係る電池１０において、溶接部６０が、第１の溶接部分６１と、第１の溶接部分６１に部分的に重なる第２の溶接部分６２とを含む。このため、容器３１と蓋体３２とが第１の溶接部分６１と第２の溶接部分６２とによって二重に溶接され、溶接部６０の強度（耐久性）が向上する。

さらに、第２の溶接部分６２が第１の溶接部分６１に部分的に重なる。このため、例えば、第１の溶接部分６１に例えばマイクロクラックが生じたとしても、第２の溶接部分６２によって当該マイクロクラックを消失させることができる。さらに、溶接部７０の幅を狭くでき、例えば側壁４１の厚さが小さくても、容器３１と蓋体３２とを強固に溶接できる。

以上のような第１の実施形態の電池１０によれば、溶接部６０に、マイクロクラックのような溶接欠陥が生じることを抑制でき、溶接部６０の密閉性（気密性）が高まる。したがって、収容部４３に収容された電解液が電池１０の外に漏れ出すことを抑制でき、電池１０の信頼性及び品質が向上する。

第１の溶接部分６１の深さｄ１は、第２の溶接部分６２の深さｄ２以上である。これにより、図５乃至図８に示す実験のように、筐体２１の信頼性が向上する。さらに、第２の溶接部分６２を形成する溶接に使われるエネルギー（例えばレーザ光の出力）を小さくでき、電池１０の製造コストを低減できる。

第１及び第２の溶接部分６１，６２が表れる表面５１において、幅Ｗ１と、幅Ｗ２と、幅Ｗ０との関係が、０．３＜Ｗ０／（Ｗ１＋Ｗ２−Ｗ０）≦０．８である。これにより、図５乃至図８に示すように、筐体２１の信頼性が向上する。例えば、第１の溶接部分６１と第２の溶接部分６２とが過剰に重なることによる、溶接部６０の密閉性向上効果が低減するが抑制される。さらに、第１の溶接部分６１と第２の溶接部分６２との重なりが過剰に小さくなることによって、第１の溶接部分６１と第２の溶接部分６２との結合部分が弱くなることが抑制される。

第１の溶接部分６１は、収容部４３の縁４３ａを含む。すなわち、第１の溶接部分６１は、蓋体３２の厚さ方向（Ｚ軸に沿う方向）において容器３１と蓋体３２とを固着させる。さらに、第１の溶接部分６１は、蓋体３２が支持される容器３１の側壁４１の厚さ方向（Ｘ軸又はＹ軸に沿う方向）においても、容器３１と蓋体３２とを固着させる。これにより、溶接部６０の強度が向上し、蓋体３２が容器３１の収容部４３をより確実に密閉できる。

以下に、第２の実施の形態について、図９を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明において、既に説明された構成要素と同様の機能を持つ構成要素は、当該既述の構成要素と同じ符号が付され、さらに説明が省略される場合がある。また、同じ符号が付された複数の構成要素は、全ての機能及び性質が共通するとは限らず、各実施形態に応じた異なる機能及び性質を有していても良い。

図９は、第２の実施の形態に係る電池１０の一部を示す断面図である。図９に示すように、第２の実施形態において、筐体２１に、溶接部７０が設けられる。溶接部７０は、四つの第１の溶接部分７１と、四つの第２の溶接部分７２とを有する。

第１の溶接部分７１は、例えば側壁４１の外面４１ｂと、蓋体３２の外縁５３とに照射されたレーザ光によって形成される。このため、第１の溶接部分７１は、側壁４１の外面４１ｂ及び蓋体３２の外縁５３に形成された隆起部７１ａを有する。すなわち、第１の溶接部分７１は、側壁４１の外面４１ｂに表れる。

第２の実施形態において、蓋体３２が第１の壁の一例であり、側壁４１が第２の壁の一例である。さらに、側壁４１の外面４１ｂが表面の一例であり、容器３１の端面４２が外縁の一例である。

第１の溶接部分７１は、容器３１の端面４２の一部と、側壁４１の内面４１ａの一部と、蓋体３２の支持面５２の一部と、凸部５４の側面５４ｂの一部と、を含む。すなわち、第１の溶接部分７１は、容器３１の端面４２と、蓋体３２の支持面５２とを固着させるとともに、側壁４１の内面４１ａと、凸部５４の側面５４ｂとを固着させる。言い換えると、第１の溶接部分７１は、容器３１と蓋体３２とを、Ｘ軸又はＹ軸に沿う方向と、Ｚ軸に沿う方向とに固着させる。また、第１の溶接部分７１は、収容部４３に溶け込まない。

側壁４１の外面４１ｂから溶け込む第１の溶接部分７１の深さｄ３は、側壁４１の厚さｔ２よりも大きい。深さｄ３は、側壁４１の外面４１ｂから、第１の溶接部分７１の先端までの、Ｘ軸又はＹ軸に沿う長さである。厚さｔ２は、側壁４１の内面４１ａと外面４１ｂとの間の距離である。深さｄ３は、厚さｔ２の四倍よりも小さい。なお、深さｄ３の大きさはこれに限らない。

第２の溶接部分７２は、例えば側壁４１の外面４１ｂと、蓋体３２の外縁５３とに照射されたレーザ光によって形成される。このため、第２の溶接部分７２は、側壁４１の外面４１ｂ及び蓋体３２の外縁５３に形成された隆起部７２ａを有する。すなわち、第２の溶接部分７２は、側壁４１の外面４１ｂに表れる。

第２の溶接部分７２は、容器３１の端面４２の一部と、側壁４１の内面４１ａの一部と、蓋体３２の支持面５２の一部と、凸部５４の側面５４ｂの一部と、を含む。すなわち、第２の溶接部分７２は、容器３１の端面４２と、蓋体３２の支持面５２とを固着させるとともに、側壁４１の内面４１ａと、凸部５４の側面５４ｂとを固着させる。言い換えると、第２の溶接部分７２は、容器３１と蓋体３２とを、Ｘ軸又はＹ軸に沿う方向と、Ｚ軸に沿う方向とに固着させる。

さらに、第２の溶接部分７２は、収容部４３の縁４３ａを含む。言い換えると、第２の溶接部分７２は、側面４１の内面４１ａと、端面４２との間の角部分を含む。加えて、第２の溶接部分７２は、蓋体３２の支持面５２と、凸部５４の側面５４ｂとの間の角部分を含む。また、第２の溶接部分７２は、蓋体３２の表面５１に表れない。

第２の溶接部分７２は、第１の溶接部分７１よりも、容器３１の端面４２、及び蓋体３２の表面５１に近い。言い換えると、第２の溶接部分７２は、第１の溶接部分７１よりも側壁４１の外側（上方）に位置する。さらに、第２の溶接部分７２は、第１の溶接部分７１に部分的に重なる。

側壁４１の外面４１ｂから溶け込む第２の溶接部分７２の深さｄ４は、側壁４１の厚さｔ２よりも大きい。深さｄ４は、側壁４１の外面４１ｂから、第２の溶接部分７２の先端までの、Ｘ軸又はＹ軸に沿う長さである。なお、第２の溶接部分７２の前記先端は、第１の溶接部分７１に溶け込むことで消失しても良い。深さｄ４は、厚さｔ２の四倍よりも小さい。さらに、第１の溶接部分７１の深さｄ３は、第２の溶接部分７２の深さｄ４以上である。なお、深さｄ４の大きさはこれに限らない。

第１の溶接部分７１及び第２の溶接部分７２は、容器３１の端面４２に沿って延びる。このため、第２の溶接部分７２は、第１の溶接部分７１と略平行に延びる。さらに、第１の溶接部分７１と第２の溶接部分７２とは、側壁４１の外面４１ｂにおいて部分的に重なる。

第２の実施形態に示すように、溶接部７０は、側壁４１の外面４１ｂと、蓋体３２の外縁５３とに照射されたレーザ光によって形成されても良い。なお、溶接部７０は、レーザ光に限らず、例えば電子ビームのような他のエネルギー線によって形成されても良い。

上記複数の実施形態に係る電池は、単独あるいは複数のリチウムイオン二次電池を有した組電池の形態で、例えば、携帯電話や、パーソナルコンピュータ、携帯音楽プレーヤー等の比較的小型の装置等の電源として使用される他、電動自転車や、ハイブリッド電気自動車、電気自動車等の比較的大型の装置等の電源としても使用され得る。また、組電池は、例えば、自動車や自転車（移動体）等の電源等、移動型の電源としても使用される他、例えば、ＰＯＳ（ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｓａｌｅｓ）システム用の電源等、定置型の電源としても使用される。また、種々の装置等には、複数の組電池を、直列あるいは並列に接続したセットとして搭載することができる。

リチウムイオン二次電池は、非水電解質二次電池の一種であり、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担う。正極材料としては、例えば、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物等が用いられ、負極材料としては、例えば、チタン酸リチウム（ＬＴＯ）等の酸化物系材料や、炭素質材料、シリコン系材料等が用いられる。また、電解質（一例としては電解液）としては、例えば、フッ素系錯塩（例えばＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６）等のリチウム塩が配合された、例えば、炭酸エチレンや炭酸プロピレン、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジメチル等の有機溶媒等が単独であるいは複数混合されて用いられる。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、第１の壁と第２の壁とが溶接された部分は、第１の溶接部分と、前記第１の溶接部分よりも前記第２の壁の外縁に近く且つ前記第１の溶接部分に部分的に重なる第２の溶接部分と、を含む。これにより、溶接された部分の密閉性が高くなる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、上記実施形態において、蓋体３２は、第２の壁の一例であるフランジ部５７を有する。しかし、第２の壁はこれに限らず、例えば、凸部５４を有さない平坦な板状の蓋体３２が、第２の壁の一例であっても良い。
以下に、出願当初の特許請求の範囲の内容を付記する。
［１］
電極及び電解液を収容する筐体と、
前記筐体に設けられた第１の壁と、
前記筐体に設けられるとともに前記第１の壁に溶接され、溶接された部分が表れた表面と、外縁と、を有する、第２の壁と、
を具備する電池であって、
前記溶接された部分は、第１の溶接部分と、前記第１の溶接部分よりも前記外縁に近く且つ前記第１の溶接部分に部分的に重なる第２の溶接部分と、を含む、
電池。
［２］
前記表面から溶け込む前記第１の溶接部分の深さは、前記表面から溶け込む前記第２の溶接部分の深さ以上である、［１］の電池。
［３］
前記第１の溶接部分の深さは、前記第２の壁の厚さよりも大きく、前記第２の壁の厚さの四倍よりも小さい、［２］の電池。
［４］
前記第２の溶接部分の深さは、前記第２の壁の厚さよりも大きく、前記第２の壁の厚さの四倍よりも小さい、［３］の電池。
［５］
前記第１の溶接部分と前記第２の溶接部分とは、前記表面において部分的に重なり且つ前記外縁に沿って平行に延び、
前記表面において、前記第１の溶接部分の幅Ｗ１と、前記第２の溶接部分の幅Ｗ２と、前記第１の溶接部分と前記第２の溶接部分とが重なる部分の幅Ｗ０との関係が、
０．３＜Ｗ０／（Ｗ１＋Ｗ２−Ｗ０）≦０．８
である、
［１］の電池。
［６］
端面と、当該端面に開口するとともに電極及び電解液を収容する収容部と、を有する容器と、
前記端面に支持される第１の面と、前記第１の面の反対側に位置する第２の面と、前記第１の面から突出して前記収容部に嵌る凸部と、を有し、前記容器に溶接されることで前記収容部を塞ぐ、蓋体と、
を具備し、
前記容器と前記蓋体とが溶接された部分は第２の面に表れるとともに、前記端面に開口する前記収容部の縁を含んで形成される第１の溶接部分と、前記第１の溶接部分よりも前記収容部の前記縁から離れるとともに前記第１の溶接部分に部分的に重なる第２の溶接部分と、を含む、
電池。
［７］
電極及び電解液を収容する筐体の第１の壁に、第２の壁を支持させること、
第２の壁の表面に第１の溶接部分が表れるように、前記第１の壁と前記第２の壁とを、エネルギー線によって溶接すること、
前記第１の溶接部分よりも前記第２の壁の外縁に近く且つ部分的に前記第１の溶接部分と重なる第２の溶接部分が前記表面に現れるように、前記第１の壁と前記第２の壁とを、エネルギー線によって溶接すること、
を具備する電池の製造方法。

１０…電池、２１…筐体、２２…電極群、３１…容器、３２…蓋体、４１…側壁、４１ｂ…外面、４２…端面、４３…収容部、４３ａ…縁、５１…表面、５２…支持面、５３…外縁、５４…凸部、５７…フランジ部、６０，７０…溶接部、６１，７１…第１の溶接部分、６２，７２…第２の溶接部分、ｄ１，ｄ２…深さ、ｔ１，ｔ２…厚さ、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ０…幅。

Claims (5)

1. 電極及び電解液を収容する筐体と、
   前記筐体に設けられた第１の壁と、
   前記筐体に設けられるとともに前記第１の壁に溶接され、溶接された部分が表れた表面と、外縁と、を有する、第２の壁と、
   を具備する電池であって、
   前記溶接された部分は、前記第１の壁と前記第２の壁とが互いに固着された第１の溶接痕と、前記第１の溶接痕よりも前記外縁に近く、前記第１の溶接痕に部分的に重なり、且つ前記第１の壁と前記第２の壁とが互いに固着された第２の溶接痕と、を含み、
   前記表面から溶け込む前記第１の溶接痕の深さは、前記表面から溶け込む前記第２の溶接痕の深さ以上であり、
   前記表面において、前記第１の溶接痕の幅Ｗ１と、前記第２の溶接痕の幅Ｗ２と、前記第１の溶接痕と前記第２の溶接痕とが重なる部分の幅Ｗ０との関係が、
   ０．３＜Ｗ０／（Ｗ１＋Ｗ２−Ｗ０）≦０．８
   である、
   電池。
2. 端面と、当該端面に開口するとともに電極及び電解液を収容する収容部と、を有する容器と、
   前記端面に支持される第１の面と、前記第１の面の反対側に位置する第２の面と、前記第１の面から突出して前記収容部に嵌る凸部と、を有し、前記容器に溶接されることで前記収容部を塞ぐ、蓋体と、
   を具備し、
   前記容器と前記蓋体とが溶接された部分は第２の面に表れるとともに、前記端面に開口する前記収容部の縁を含んで形成されるとともに前記容器と前記蓋体とが互いに固着された第１の溶接痕と、前記第１の溶接痕よりも前記収容部の前記縁から離れ、前記第１の溶接痕に部分的に重なるとともに、前記容器と前記蓋体とが互いに固着された第２の溶接痕と、を含み、
   前記第２の面から溶け込む前記第１の溶接痕の深さは、前記第２の面から溶け込む前記第２の溶接痕の深さ以上であり、
   前記第２の面において、前記第１の溶接痕の幅Ｗ１と、前記第２の溶接痕の幅Ｗ２と、前記第１の溶接痕と前記第２の溶接痕とが重なる部分の幅Ｗ０との関係が、
   ０．３＜Ｗ０／（Ｗ１＋Ｗ２−Ｗ０）≦０．８
   である、
   電池。
3. 前記容器は、前記収容部を形成する内面を有し、
   前記凸部は、前記内面に接触する第３の面を有し、
   前記第１の溶接痕は、前記端面と前記第１の面とを固着させるとともに、前記内面と前記第３の面とを固着させ、
   前記第２の溶接痕は、前記端面と前記第１の面とを固着させる、
   請求項２の電池。
4. 前記第１の面と、前記第３の面とは、互いに直交する、請求項３の電池。
5. 電極及び電解液を収容する筐体の第１の壁に、第２の壁を支持させること、
   第２の壁の表面に前記第１の壁と前記第２の壁とが互いに固着された第１の溶接痕が表れるように、前記第１の壁と前記第２の壁とを、エネルギー線によって溶接すること、
   前記第１の溶接痕よりも前記第２の壁の外縁に近く、部分的に前記第１の溶接痕と重なり、且つ前記第１の壁と前記第２の壁とが互いに固着された第２の溶接痕が前記表面に現れるように、前記第１の壁と前記第２の壁とを、エネルギー線によって溶接すること、
   を具備し、
   前記表面から溶け込む前記第１の溶接痕の深さは、前記表面から溶け込む前記第２の溶接痕の深さ以上であり、
   前記表面において、前記第１の溶接痕の幅Ｗ１と、前記第２の溶接痕の幅Ｗ２と、前記第１の溶接痕と前記第２の溶接痕とが重なる部分の幅Ｗ０との関係が、
   ０．３＜Ｗ０／（Ｗ１＋Ｗ２−Ｗ０）≦０．８
   である、
   電池の製造方法。

Images