JP7266567B2 - 角型電池 - Google Patents

Description

本発明は、角型電池に関する。

一般に、リチウムイオン二次電池等の電池は、電極体と、電極体を収容する電池ケースと、電池ケースの開口を塞ぐ蓋と、を備える。このような電池の一形態として、角型（箱形）の電池ケースを使用した角型電池が知られている。角型電池に関する従来技術文献として、特許文献１～３が挙げられる。

例えば、特許文献１には、一枚の平板を折り曲げて断面Ｕ字形状を有する本体部を準備し、本体部の両端部に平板状の部材をそれぞれ溶接して一側面が開口したケース本体を作製し、次いで、ケース本体の開口からケース本体の内部に電極体を収容した後、開口を塞ぐように蓋をケース本体に溶接することによって、角型電池を製造することが記載されている。

特開２０１７－１０７７７３号公報 特開２０１６－１４３６１３号公報 特開２０１１－２１０４６４号公報

ところで、蓋をケース本体の内側に溶接するときには、歩留まり向上の観点から、例えば、１パスでレーザー溶接することが望まれている。ここで、角型の電池ケースは、通常、開口が矩形状に形成されるため、蓋をケース本体の内側に溶接するときの４つの角部が直角になる。レーザー光が直角に形成された角部を通過するとき（即ち移動方向が変わるとき）にはレーザー光の移動速度がゼロになるため、角部にレーザー光が集中し、角部に加えられる熱量が他の部分に加えられる熱量に比べて多くなり、溶接不良が発生する虞がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ケース本体と蓋との接合がより確実に行われた角型電池を提供することにある。

本発明により、電極体と、上記電極体が収容された電池ケースと、を備えた角型電池が提供される。上記電池ケースは、一側面が開口した略直方体の角型形状を有するケース本体と、上記ケース本体の開口を塞ぐように上記ケース本体に接合された蓋と、を有している。上記ケース本体は、矩形状の底面部と、上記底面部の長辺を一辺として有しかつ相互に対向する一対の幅広面部と、上記底面部の短辺を一辺として有しかつ相互に対向する一対の幅狭面部と、を有している。隣接する上記幅広面部と上記幅狭面部とは互いに接合されている。上記ケース本体の上記開口において、隣接する上記幅広面部と上記幅狭面部との角部の内側はＲ形状を有している。上記角部の内側に上記蓋の外縁が溶接されている。

上記構成では、隣接する幅広面部と幅狭面部とは互いに接合されており、ケース本体の開口において、隣接する幅広面部と幅狭面部との角部の内側はＲ形状を有する。このため、蓋をケース本体の内側に溶接するときにおいて、例えばレーザー光が角部を通過するときにはレーザー光の移動速度はゼロになることなく、ケース本体の長辺および短辺と同等の移動速度で移動することができる。このため、角部にレーザー光が過度に集中せず、角部に加えられる熱量が他の部分に加えられる熱量と同等になる。このようにして、蓋の外縁はＲ形状を有する角部の内側に溶接されているため、溶接不良の発生が抑制され、蓋とケース本体との接合をより確実に行うことができる。

ここに開示される角型電池の好ましい一態様では、上記幅狭面部には、上記Ｒ形状を有する第１のＲ部が形成されている。このように、幅狭面部に第１のＲ部を形成することによって、隣接する幅広面部と幅狭面部との角部の内側に容易にＲ形状を設けることができる。

ここに開示される角型電池の好ましい一態様では、上記第１のＲ部は、圧縮成形または切削加工によって形成されている。このように、圧縮成形または切削加工によって幅狭面部に一体的に第１のＲ部を形成することができるため、ケース本体の構造を簡素化することができる。

ここに開示される角型電池の好ましい一態様では、上記幅広面部には、上記Ｒ形状を有する第２のＲ部が形成されている。このように、幅広面部に第２のＲ部を形成することによって、隣接する幅広面部と幅狭面部との角部の内側に容易にＲ形状を設けることができる。

ここに開示される角型電池の好ましい一態様では、上記第２のＲ部は、ビード加工によって形成されている。このように、ビード工によって幅広面部に一体的に第２のＲ部を形成することができるため、ケース本体の構造を簡素化することができる。

ここに開示される角型電池の好ましい一態様では、上記底面部と上記幅広面部とは、一枚の平板を折り曲げてなる折り曲げ加工品である。これにより、材料の歩留まりを向上させることができるとともに、生産性や効率性を高めることができる。従って、製造コストを低減することができる。

一実施形態に係る角型電池の模式的な斜視図である。 一実施形態に係るケース本体の模式的な分解斜視図である。 一実施形態に係る角型電池の一部の模式的な平面図である。 他の一実施形態に係る角型電池の模式的な斜視図である。 他の一実施形態に係るケース本体の模式的な分解斜視図である。 他の一実施形態に係る角型電池の一部の模式的な平面図である。

以下、図面を参照しながら、ここで開示される技術の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、本発明を特徴付けない電池の一般的な構成および製造プロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

なお、本明細書において「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス全般を指す用語であって、一次電池と二次電池とを包含する概念である。また、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電が可能な蓄電デバイス全般を指す用語であって、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池（化学電池）と、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ（物理電池）と、を包含する概念である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る角型電池１０の模式的な斜視図である。図２は、ケース本体３０の模式的な分解斜視図である。図３は、角型電池１０の一部の模式的な平面図である。図１に示すように、角型電池１０は、電池ケース２０と、電池ケース２０の内部に収容された電極体５０と、を備えている。図示は省略するが、角型電池１０は、ここでは電池ケース２０の内部に収容された電解質をさらに備えている。以下、各構成要素について順に説明する。

図１に示すように、電池ケース２０は、電極体５０を収容する容器である。電池ケース２０は、ここでは気密に封止されている。電池ケース２０は、典型的には、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼等の金属製である。電池ケース２０の外形は、六面体形状（ここでは略直方体形状）である。電池ケース２０は、ケース本体３０と、蓋４０とを備えている。

図２に示すように、ケース本体３０は、矩形状（長方形状）の底面部３１と、相互に対向する一対の幅広面部３２と、相互に対向し且つ幅広面部３２よりも幅の狭い一対の幅狭面部３３と、を有する。幅広面部３２は、底面部３１の長辺を一辺として有する側面である。幅狭面部３３は、底面部３１の短辺を一辺として有する側面である。一対の幅狭面部３３は、一対の幅広面部３２の間に介在している。ここでは、底面部３１と幅広面部３２とは、一体的に形成されている。底面部３１および幅広面部３２は、例えば方形状（典型的には矩形状）の一枚の平板を電池ケース２０の寸法にあわせて略Ｕ字状に折り曲げることによって形成される。即ち、底面部３１と幅広面部３２とは、折り曲げ加工品である。隣接する幅広面部３２と幅狭面部３３とは互いに接合（例えば溶接接合）されている。接合は、例えばレーザー溶接等で行うことができる。ケース本体３０の底面部３１と対向する面は、開口（開放）している。

図３に示すように、ケース本体３０の開口３０Ｈ（図２も参照）において、隣接する幅広面部３２と幅狭面部３３との角部３４の内側はＲ形状を有する。ここでは、幅狭面部３３の後述する突出部３３ＡのＲ部３３ＲがＲ形状を有する。

図２に示すように、幅狭面部３３は、長手方向（即ち幅広面部３２の短手方向）に延びる一対の突出部３３Ａを備えている。図３に示すように、突出部３３Ａには、Ｒ形状を有するＲ部３３Ｒが形成されている。Ｒ部３３Ｒは、第１のＲ部の一例である。Ｒ部３３Ｒは、圧縮成形または切削加工によって形成されている。突出部３３Ａは、一対の幅広面部３２の内側に配置される。

図１に示すように、蓋４０には、ケース本体３０の内部で電極体５０の正極と電気的に接続された正極内部端子４２と、正極内部端子４２と電気的に接続されケース本体３０の外部に突出した正極外部端子４４と、ケース本体３０の内部で電極体５０の負極と電気的に接続された負極内部端子４６と、負極内部端子４６と電気的に接続されケース本体３０の外部に突出した負極外部端子４８と、が取り付けられている。

図３に示すように、蓋４０は、ケース本体３０の開口３０Ｈ（図２も参照）を塞ぐようにケース本体３０に接合されている。蓋４０は、幅広面部３２および幅狭面部３３に接合されている。より詳細には、蓋４０の外縁は、幅広面部３２、幅狭面部３３および角部３４の内側に溶接（溶接接合）されている。即ち、蓋４０はケース本体３０の内側に配置されており、ケース本体３０の上面に配置されていない。ここでは、蓋４０の外縁は突出部３３ＡのＲ部３３Ｒに溶接（溶接接合）されている。隣接する幅広面部３２と幅狭面部３３との角部３４の内側はＲ形状を有するため、例えばレーザー光が角部３４を通過するときにおいて図３の矢印Ｌ１に示すように曲線的に移動させることができる。即ち、レーザー光が角部３４を通過するときにはレーザー光の移動速度はゼロになることなく、ケース本体３０の幅広面部３２の直線部分および幅狭面部３３の直線部分と同等の移動速度で移動することができる。これにより、蓋４０とケース本体３０との接合を適切に行うことができる。

電極体５０は、電池ケース２０の内部に収容されている。電極体５０は従来と同様でよく、特に制限はない。図示は省略するが、電極体５０は、正極と負極を、典型的にはそれぞれ複数有する。正極は、正極集電体と、正極集電体に固着され正極活物質を含む正極活物質層を備える。負極は、負極集電体と、負極集電体に固着され負極活物質を含む負極活物質層を備える。電極体５０は、ここでは帯状の正極と帯状の負極とが絶縁された状態で捲回されてなる扁平な捲回電極体である。捲回電極体は、例えば帯状の正極と帯状の負極とを帯状のセパレータを介して重ね合わせ、捲回軸方向（ここでは、幅広面部３２の長手方向と同じ）に捲回した後、側面方向から押しつぶして拉げさせることによって作製することができる。ただし、電極体５０は、方形状（典型的には矩形状）の正極と方形状（典型的には矩形状）の負極とが絶縁された状態で積み重ねられてなる積層電極体であってもよい。

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態に係る角型電池１１０の模式的な斜視図である。図５は、ケース本体１３０の模式的な分解斜視図である。図６は、角型電池１１０の一部の模式的な平面図である。図４に示すように、角型電池１１０は、電池ケース１２０と、電池ケース１２０の内部に収容された電極体５０と、を備えている。図示は省略するが、角型電池１１０は、ここでは電池ケース１２０の内部に収容された電解質をさらに備えている。以下、各構成要素について順に説明する。

図４に示すように、電池ケース１２０は、電極体５０を収容する容器である。電池ケース１２０は、ここでは気密に封止されている。電池ケース１２０は、典型的には、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼等の金属製である。電池ケース１２０の外形は、六面体形状（ここでは略直方体形状）である。電池ケース１２０は、ケース本体１３０と、蓋１４０とを備えている。

図５に示すように、ケース本体１３０は、矩形状（長方形状）の底面部１３１と、相互に対向する一対の幅広面部１３２と、相互に対向し且つ幅広面部１３２よりも幅の狭い一対の幅狭面部１３３と、を有する。幅広面部１３２は、底面部１３１の長辺を一辺として有する側面である。幅狭面部１３３は、底面部１３１の短辺を一辺として有する側面である。一対の幅狭面部１３３は、一対の幅広面部１３２の間に介在している。ここでは、底面部１３１と幅広面部１３２とは、一体的に形成されている。底面部１３１および幅広面部１３２は、例えば方形状（典型的には矩形状）の一枚の平板を電池ケース１２０の寸法にあわせて略Ｕ字状に折り曲げることによって形成される。即ち、底面部１３１と幅広面部１３２とは、折り曲げ加工品である。隣接する幅広面部１３２と幅狭面部１３３とは互いに接合（例えば溶接接合）されている。ケース本体１３０の底面部１３１と対向する面は、開口（開放）している。

図６に示すように、ケース本体１３０の開口１３０Ｈ（図３も参照）において、隣接する幅広面部１３２と幅狭面部１３３との角部１３４の内側はＲ形状を有する。ここでは、幅広面部１３２の後述する突出部１３２ＡのＲ部１３２ＲがＲ形状を有する。

図５に示すように、幅広面部１３２は、短手方向（即ち幅狭面部１３３の長手方向）に延びる一対の突出部１３２Ａを備えている。一対の突出部１３２Ａは、互いに対向している。即ち、一方の幅広面部１３２の突出部１３２Ａは、他方の幅広面部１３２の突出部１３２Ａに向けて突出する。一対の突出部１３２Ａは、幅広面部１３２の両端部にそれぞれ１組ずつ設けられている。図６に示すように、突出部１３２Ａには、Ｒ形状を有するＲ部１３２Ｒが形成されている。Ｒ部１３２Ｒは、第２のＲ部の一例である。Ｒ部１３２Ｒは、ビード加工によって形成されている。

図６に示すように、蓋１４０は、ケース本体１３０の開口１３０Ｈ（図２も参照）を塞ぐようにケース本体１３０に接合されている。蓋１４０は、幅広面部１３２および幅狭面部１３３に接合されている。より詳細には、蓋１４０の外縁は、幅広面部１３２、幅狭面部１３３および角部１３４の内側に溶接（溶接接合）されている。即ち、蓋１４０はケース本体１３０の内側に配置されており、ケース本体１３０の上面に配置されていない。ここでは、蓋１４０の外縁は突出部１３２ＡのＲ部１３２Ｒに溶接（溶接接合）されている。隣接する幅広面部１３２と幅狭面部１３３との角部１３４の内側はＲ形状を有するため、例えばレーザー光が角部１３４を通過するときにおいて図６の矢印Ｌ２に示すように曲線的に移動させることができる。即ち、レーザー光が角部１３４を通過するときにはレーザー光の移動速度はゼロになることなく、ケース本体１３０の幅広面部１３２の直線部分および幅狭面部１３３の直線部分と同等の移動速度で移動することができる。これにより、蓋１４０とケース本体１３０との接合を適切に行うことができる。

角型電池１０および角型電池１１０は、各種用途に利用可能であるが、特にエネルギー密度の高い大型の（大容量の）電池として好ましく利用することができる。好適な用途としては、例えば、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等の車両に搭載されるモーター用の動力源（車両駆動用の電源）が挙げられる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、上記実施形態は例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

上述した各実施形態では、幅狭面部３３、１３３は、底面部３１、１３１および幅広面部３２、１３２とは別体に形成されていたがこれらは一体的に形成されていてもよく、例えば、一枚の平板を折り曲げた折り曲げ加工品であり、かつ、幅狭面部３３、１３３および幅広面部３２、１３２を互いに接合（例えば溶接接合）させたものであってもよい。

上述した各実施形態では、突出部３３Ａは幅狭面部３３の長手方向の全体に亘って形成されていたが、蓋４０の外縁と接触可能な開口３０Ｈの周囲のみに形成されていてもよい。また、突出部１３２Ａは幅広面部１３２の短手方向の全体に亘って形成されていたが、蓋１４０の外縁と接触可能な開口１３０Ｈの周囲のみに形成されていてもよい。

１０ 角型電池
２０ 電池ケース
３０ ケース本体
３０Ｈ 開口
３１ 底面部
３２ 幅広面部
３３ 幅狭面部
３３Ａ 突出部
３３Ｒ Ｒ部
３４ 角部
４０ 蓋
５０ 電極体

Claims (6)

1. 電極体と、
   前記電極体が収容された電池ケースと、を備え、
   前記電池ケースは、
   一側面が開口した略直方体の角型形状を有するケース本体と、
   前記ケース本体の開口を塞ぐように前記ケース本体に接合された蓋と、を有し、
   前記ケース本体は、
   矩形状の底面部と、
   前記底面部の長辺を一辺として有しかつ相互に対向する一対の幅広面部と、
   前記底面部の短辺を一辺として有しかつ相互に対向する一対の幅狭面部と、を有し、
   隣接する前記幅広面部と前記幅狭面部とは互いに接合されており、
   前記ケース本体の前記開口において、隣接する前記幅広面部と前記幅狭面部との角部の内側はＲ形状を有し、
   前記幅狭面部または前記幅広面部は、突出部を有し、
   前記Ｒ形状は、前記突出部に設けられたＲ部によって構成されており、
   前記Ｒ部を含む前記角部の内側に前記蓋の外縁が溶接されている、
   角型電池。
2. 前記幅狭面部には、前記Ｒ形状を有する第１のＲ部が形成されている、
   請求項１に記載の角型電池。
3. 前記第１のＲ部は、前記幅狭面部と一体的に形成されている、
   請求項２に記載の角型電池。
4. 前記幅広面部には、前記Ｒ形状を有する第２のＲ部が形成されている、
   請求項１に記載の角型電池。
5. 前記第２のＲ部は、前記幅広面部と一体的に形成されている、
   請求項４に記載の角型電池。
6. 前記底面部と前記幅広面部とは、一枚の平板で構成され、前記幅狭面部に平行な断面がＵ字状である、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の角型電池。

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