WO2014002598A1 - 電池及びその製造方法 - Google Patents

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WO2014002598A1
WO2014002598A1 PCT/JP2013/061988 JP2013061988W WO2014002598A1 WO 2014002598 A1 WO2014002598 A1 WO 2014002598A1 JP 2013061988 W JP2013061988 W JP 2013061988W WO 2014002598 A1 WO2014002598 A1 WO 2014002598A1
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lid
battery
lid member
pair
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PCT/JP2013/061988
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貴司 原山
洋一 成瀬
鈴木　哲
中山　博之
敏也 岡田
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a battery and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a battery formed by welding a case main body and a lid member forming a battery case, and a manufacturing method thereof.
  • Batteries such as lithium ion secondary batteries are used on the other side of vehicles such as hybrid cars, plug-in hybrid cars and electric cars, household electrical equipment such as notebook computers, and industrial equipment such as impact drivers.
  • a battery for example, a battery in which an electrode body is housed in a metal case, specifically, a bottomed rectangular tube case body and a lid member inserted into the opening thereof are sealed by laser welding.
  • a prismatic battery is known (see each figure of Patent Document 1).
  • closed pores may remain in the bead (welded bead) in which the molten metal is solidified during welding. If closed pores remain in the bead, when the battery case is stressed, such as when the internal pressure of the battery case rises, the closed pores may become the starting point of cracks, and the case body and lid member Cracks are formed so as to connect the gap and the closed pores, and the closed pores tend to become weak points in the bead, such as the cracks progressing through the closed pores.
  • closed pores are laser irradiation of hydrogen contained in the metal (aluminum, etc.) that forms the case body or lid member, or moisture contained in the air or shield gas entrained during welding. It is considered that hydrogen or the like resulting from dissociation at a high temperature associated with is gradually gathered in the molten metal. That is, the solubility of hydrogen in the molten metal is significantly lower than the solubility in the solid metal. Therefore, when the metal is dissolved, the hydrogen cannot be held in the metal and tends to be bubbles.
  • the hydrogen contained in the molten metal in the form of fine bubbles moves to the part that is still melted when the bead is cooled and gradually solidifies, and eventually gathers and closes near the last solidified part. It is thought that it appears as a pore in the bead.
  • the present invention has been made in view of such problems, and for a battery case, a lid member is inserted into the opening of the case body, and these are welded hermetically with an energy beam over the entire circumference of the lid member. It is an object of the present invention to provide a battery in which a bead having a good weld strength is formed that hardly contains closed pores, and a manufacturing method thereof.
  • One aspect of the present invention includes an electrode body housed in a metal battery case, wherein the battery case is inserted into the opening and the opening is inserted into the opening.
  • a plate-like lid member that seals the lid member, and the energy beam irradiated from the outside in the thickness direction of the lid member over the entire circumference of the lid member and the opening of the case body and the lid member
  • a battery formed by airtightly welding a peripheral edge of a lid, and an inner periphery along the thickness direction of the opening of the case body at a specific portion forming at least part of the circumferential direction of the lid member
  • the peripheral surface along the thickness direction of the lid peripheral portion of the lid member are welded in close contact with each other, and the shape of the bead at the specific portion is a central angle in the circumferential section of the bead. 160-200 degree fan Without a center of the fan type, a cell formed by the form located on the inner peripheral surface and said peripheral surface.
  • the bead (molten metal) has a fan shape with a substantially semicircular cross section. For this reason, the bead is cooled substantially uniformly from the outer surface side, and solidification proceeds from the outer surface having a circular arc cross section toward the center of the fan shape. At the same time, fine bubbles such as hydrogen contained in the molten metal also move toward the center of the sector. Finally, microbubbles gather near the center of the fan shape.
  • the center of the sector is located on the inner peripheral surface of the opening of the case body and the peripheral surface of the peripheral edge of the lid of the lid member. While the inner peripheral surface of the opening of the case body and the peripheral surface of the lid peripheral portion of the lid member are in close contact with each other, a plate-shaped space with a slight thickness is formed between the two to connect to the internal space of the battery case. . For this reason, hydrogen or the like contained in the microbubbles is released into the plate-like space and the internal space of the battery case through the plate-like space. Thereby, it is difficult to form closed pores due to hydrogen or the like in the fan-shaped bead.
  • the fan-shaped center formed by the bead is located on the inner peripheral surface and the peripheral surface. Therefore, at the stage where the micropores gather near the center to form a large pore, the pore is in a form communicating with the plate-shaped space described above. That is, the large pores formed by the collection of micropores are open pores that communicate with the plate-like space and communicate with the inside of the battery case. Unlike the above-mentioned closed pores formed in the bead, the open pores are less likely to start cracks.
  • a bead having such open pores has a substantially round notch formed by open pores at the tip of a plate-like space that is likely to be the starting point of a crack, and the inner peripheral surface and the peripheral edge that are in close contact with each other
  • the effect of dispersing the stress and preventing the occurrence of cracks from the tip of the plate-like space can be obtained.
  • cracks are unlikely to occur due to the open pores.
  • the energy beam used for welding includes an electron beam in addition to a laser beam.
  • a laser beam such as a fiber laser or a pulse laser such as a YAG laser can be used.
  • a CW laser such as a fiber laser.
  • the bead protrudes outward from the outer surface of the case body and protrudes outward from the outer surface of the lid member. And good.
  • the bead has a sector shape as described above, and protrudes outward from the outer surface of the case body and protrudes outward from the outer surface of the lid member. For this reason, when the stress which leaves
  • the battery case has a rectangular parallelepiped shape
  • the case main body includes a pair of long opening sides, a pair of short opening sides, and the long opening side and the opening.
  • It is a bottomed rectangular tube shape having the rectangular opening part composed of four opening R parts that are connected to each other with a short side part of the opening and bent in an arc shape, and the lid member is a pair of the long side part of the opening part.
  • the lid comprising a pair of lid long sides facing each other, a pair of lid short sides facing each of the pair of short apertures, and four lids R facing each of the four openings R
  • the battery is a rectangular plate having a peripheral part
  • the specific part is a battery in which the pair of long side parts of the lid are located in the circumferential direction of the lid member.
  • the above-described battery is a so-called square battery, and a part where the pair of long sides of the lid is located in the circumferential direction of the lid member is a specific part. That is, the battery has good welding strength at the welded portion between the pair of long opening sides occupying most of the opening of the square battery and the pair of long lid sides of the lid member.
  • the electrode body is accommodated in a metal battery case, and the battery case is inserted into the opening and the opening is inserted into the bottomed cylindrical case body having the opening.
  • a plate-like lid member for sealing, and the opening of the case body and the peripheral edge of the lid member over the entire circumference of the lid member by an energy beam irradiated from the outside in the thickness direction of the lid member A battery manufacturing method in which a lid peripheral edge of the lid is hermetically welded, and an insertion step of inserting the lid member into the opening of the case body, and an energy beam from the outside in the thickness direction of the lid member.
  • a welding step of air-tightly welding the opening of the case body and the lid peripheral portion of the periphery of the lid member wherein the welding step forms at least a part of the circumferential direction of the lid member.
  • the case body The inner peripheral surface along the thickness direction of the opening and the peripheral surface along the thickness direction of the lid peripheral portion of the lid member are in close contact with each other, and the bead shape at the specific part is
  • the battery has a fan shape having a central angle of 160 to 200 degrees, and the battery is welded in such a manner that the center of the fan shape is located on the inner peripheral surface and the peripheral surface.
  • the cross-sectional shape of the bead at a specific portion becomes a substantially semicircular fan shape, and its center (the main part of the fan shape) is unmelted and closely adhered to each other Weld so as to be in a form located on the inner peripheral surface and the peripheral surface.
  • closed pores due to hydrogen or the like are not easily formed in the fan-shaped bead as described above.
  • the open pores communicate with the battery case through the plate-shaped space described above. These open pores are unlikely to become the starting point of cracks.
  • the energy beam used in the welding process includes an electron beam in addition to a laser beam.
  • a CW laser such as a fiber laser or a pulse laser such as a YAG laser can be used.
  • a CW laser such as a fiber laser.
  • the spot diameter of the irradiated beam is increased, or the focal length of the lens for focusing the beam is shortened. It is preferable to do this.
  • so-called weaving in which the laser beam is vibrated in a direction orthogonal to the moving direction (circumferential direction) of the laser beam while irradiating the laser beam may be performed to irradiate the beam over a wide range of the welded portion.
  • the bead protrudes outside the outer surface of the case body and protrudes outside the outer surface of the lid member at the specific portion. It is preferable to use a method for manufacturing a battery that is formed into a form to be formed.
  • the bead has the above-described fan shape at a specific portion, and protrudes outward from the outer surface of the case body and protrudes outward from the outer surface of the lid member. ing. For this reason, when the stress which leaves
  • the battery case has a rectangular parallelepiped shape
  • the case body includes a pair of long opening side portions, a pair of short opening side portions, and the opening. It is a bottomed rectangular tube shape having the rectangular opening portion composed of four opening R portions that are connected to each other between the long side portion and the short side portion of the opening and bend in an arc shape.
  • a pair of lid long side portions respectively opposed to the long opening side portions, a pair of lid short side portions respectively opposed to the pair of short opening sides, and four lids R respectively opposed to the four opening R portions.
  • the lid is a rectangular plate having a peripheral part of the lid, and the welding step is a pair of the above-described parts in the circumferential direction of the lid member where the pair of lid long sides are located.
  • the inside of the opening long side part is compressed by compressing between the opening long side parts.
  • the face and the peripheral surface of the lid long side portions in the state of being in close contact with each other respectively, may be the method of manufacturing a cell for the welding.
  • the battery described above is a so-called square battery. And the site
  • FIG. 1 is a perspective view of a lithium ion secondary battery according to an embodiment. It is a partial expansion perspective view which concerns on embodiment and shows the form of the opening part vicinity of a case main body. It is a partial expansion perspective view which concerns on embodiment and shows forms, such as a cover member. It is a partial expanded sectional view which concerns on embodiment and shows the relationship between the opening long side part of a case main body before a welding, and a lid
  • FIG. 1 shows a lithium ion secondary battery 1 (hereinafter also simply referred to as battery 1) according to the present embodiment.
  • the battery 1 is a rectangular sealed battery that is mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, or a battery-powered device such as a hammer drill.
  • the battery 1 includes a rectangular battery case 2, a flat wound electrode body 9 accommodated in the battery case 2, a positive terminal 5, a negative terminal 6, and the like supported by the battery case 2. (See FIGS. 1 and 2). Further, a non-aqueous electrolyte solution (not shown) is held in the battery case 2.
  • the electrode body 9 is housed sideways in the battery case 2 (see FIG. 1).
  • the electrode body 9 is formed by stacking a belt-like positive electrode plate and a belt-like negative electrode plate with each other via two belt-like separators, winding around an axis line, and compressing in a flat shape.
  • the positive terminal 5 and the negative terminal 6 are connected.
  • the battery case 2 is made of metal (specifically, aluminum), and in FIG. 1, a bottomed rectangular tube-shaped case body 3 having a rectangular opening 3 k only on the upper side, and an opening of the case body 3.
  • a rectangular plate-like lid member 4 is inserted into 3k and welded to seal the opening 3k (see FIGS. 1 to 3).
  • the rectangular opening 3k of the case body 3 includes a pair of long opening sides 3a and 3a that form a long side of the rectangular shape, a pair of short opening sides 3b and 3b that form a short side, and these It consists of four opening R portions 3r and 3r that are respectively connected to the opening long side portion 3a and the opening short side portion 3b and bend in a 1 ⁇ 4 arc shape (see FIG. 2).
  • the non-returnable safety valve 4v is located near the center of the cover member 4 in the longitudinal direction (lower left-upper right direction in FIGS. 1 and 3), and the electrolyte is injected near the non-returnable safety valve 4v.
  • a liquid injection hole 4h to be used is provided and sealed.
  • a positive electrode terminal 5 and a negative electrode terminal 6 extending from the inside of the battery case 2 to the outside are covered with the lid member 4 (battery) by insulating members 7 and 8, respectively. It is fixed to the case 2) while being insulated.
  • a lid peripheral edge portion 4f located at the periphery of the lid member 4 includes a pair of lid long side portions 4a and 4a forming a long side of a rectangular shape, and a pair of cover short side portions 4b and 4b forming a short side.
  • the lid long side portion 4a and the lid short side portion 4b are respectively connected to each other to form four lid R portions 4r and 4r that bend in a 1 ⁇ 4 arc shape (see FIG. 3).
  • the lid long side portions 4 a and 4 a are opposed to the opening long side portions 3 a and 3 a of the case body 3, respectively.
  • the lid short sides 4b and 4b are opposed to the opening short sides 3b and 3b of the case body 3, respectively.
  • the lid R parts 4r and 4r are opposed to the opening R parts 3r and 3r of the case body 3, respectively.
  • the lid long side portion 4 a of the lid member 4 is in close contact with the opening long side portion 3 a of the case body 3, specifically, the thickness direction TH of the inner peripheral surface 3 i of the opening 3 k of the case body 3.
  • the inner peripheral surface 3ia of the opening long side portion 3a along the peripheral edge 4u of the lid peripheral portion 4f of the lid member 4 and the peripheral surface 4ua of the lid long side portion 4a along the thickness direction TH are in close contact with each other. It is welded as described below (see FIG. 5).
  • the case body 3 is sealed by welding the lid member 4.
  • the energy beam (specifically, the opening 3k of the case body 3 and the lid peripheral edge 4f of the lid member 4 are irradiated from the outside in the thickness direction TH of the lid member 4 (from above the lid member 4).
  • the opening 3k and the lid peripheral edge 4f are airtightly joined over the entire circumference through the bead 10 that has solidified after a part of the opening 3k and a part of the lid peripheral edge 4f are once melted. .
  • a specific portion 11 of the bead 10 specifically, a portion of the bead 10 a corresponding to the lid long side portion 4 a in the circumferential direction SH of the lid member 4, in the circumferential direction SH.
  • the cross-sectional shape in the orthogonal direction in this embodiment, the direction orthogonal to the long side
  • the center 10ac of the bead 10a is located on the inner peripheral surface 3ia of the opening long side portion 3a and the peripheral surface 4ua of the lid long side portion 4a that are in close contact with each other.
  • this bead 10a has a form which bulges outward (to the left in FIG. 5) from the outer side surface 3ga of the opening long side portion 3a in the outer side surface 3g of the case body 3, and
  • the lid member 4 bulges outward (upward in FIG. 5) from the outer surface (upper surface in FIG. 5) 4g.
  • pores may be formed in the bead 10a.
  • the pores formed in the bead 10a are formed in the vicinity of the fan-shaped center 10ac as shown by the broken line in FIG. 5, and the inner peripheral surface 3ia of the long opening side 3a and the lid
  • the open pores BK are connected to a plate-like space PS slightly formed between the long side portion 4a and the peripheral surface 4ua.
  • the positive electrode terminal 5 and the negative electrode terminal 6 are fixed to the lid member 4 via insulating members 7 and 8 (see FIGS. 1 and 2).
  • the positive electrode terminal 5 and the negative electrode terminal 6 are connected (welded) to the separately formed electrode body 9.
  • a case body 3 is also prepared.
  • the electrode body 9 is accommodated in the case body 3 and the lid member 4 is inserted into the opening 3 k of the case body 3.
  • the pair of long opening side portions 3a, 3a of the case body 3 are pressed toward the inside (upper left-lower right direction in FIG. 1) to open these openings.
  • the long side portions 3a and 3a are brought into contact with and closely contacted with the pair of lid long side portions 4a and 4a of the lid member 4 (see FIG. 4).
  • the lid long side is brought into close contact with each other.
  • the case main body 3 and the lid member 4 are maintained in this state, and proceed from the outside in the thickness direction of the lid member 4 (from above the lid member 4) to the direction orthogonal to the lid member 4 (downward in FIG. 4).
  • the laser beam LS is irradiated. Specifically, the boundary between the inner peripheral surface 3i of the opening 3k of the case body 3 and the peripheral surface 4u of the lid peripheral portion 4f of the lid member 4 (in FIG. 4, the inner peripheral surface 3ia of the long opening 3a and the lid Irradiation is performed near the boundary of the long side 4a with the peripheral surface 4ua. Thereby, the opening part 3k of the case main body 3 and the cover peripheral part 4f of the cover member 4 are welded over a perimeter (refer FIG. 4).
  • the laser beam LS was irradiated with a fiber laser using an optical fiber as a medium, and used as a CW laser (Continuous wave laser) that continuously emits laser light.
  • the laser beam LS is irradiated while moving relative to the battery case 2 (case body 3, lid member 4) along the circumferential direction SH of the lid member 4.
  • So-called weaving welding was performed in which the irradiation direction of the beam LS was swung in a swing direction SW (see an arrow in FIG. 4) perpendicular to the moving direction.
  • welding was performed with a larger welding range than when the irradiation of the laser beam LS was not oscillated.
  • a shielding gas such as nitrogen gas was blown to the irradiated portion of the laser beam LS. .
  • a part of the opening 3k and a part of the lid peripheral part 4f are melted and then solidified to form a bead 10 having a square shape in plan view.
  • the opening 3k and the cover peripheral part are formed.
  • the part 4f is airtightly joined over the entire circumference (see FIG. 1).
  • the bead 10a having the above-described fan-shaped cross-sectional shape is formed in the portion corresponding to the lid long side portion 4a in the circumferential direction SH of the lid member 4 that is the specific portion 11 described above (see FIG. 5).
  • the open pores BK may be formed in the bead 10a in the specific portion 11.
  • an electrolytic solution (not shown) is injected into the battery case 2 from the injection hole 4h, and the injection hole 4h is hermetically sealed. Thereafter, the battery 1 is subjected to initial charging, aging, and various inspections. Thus, the battery 1 is completed.
  • the following phenomenon occurs when welding is performed as described above. That is, when the case main body 3 and the lid member 4 are welded by moving the laser beam LS, the opening 3k of the case main body 3 and the lid peripheral edge portion 4f of the lid member 4 are received by heat reception by the irradiation of the laser beam LS. Of these, heat is also transmitted to the unwelded part, and the temperature rises. For this reason, when the melted bead 10 (10a) formed by irradiation with the laser beam LS is cooled and gradually solidified, the heat transfer from the melted bead 10 to the case main body or the lid member by heat conduction is as follows: It is considered that there are relatively few. On the other hand, it is considered that more heat is dissipated from the surface of the melted bead 10 by heat conduction to the air or shield gas in contact with the bead 10 or heat radiation by infrared rays.
  • the bead (molten metal) 10a has a generally semicircular sector shape as described above. (See FIG. 5). For this reason, it cools substantially uniformly from the outer peripheral surface 10ag side of the bead 10a, and solidification proceeds from the outer peripheral surface 10ag having an arcuate cross section toward the fan-shaped center 10ac.
  • microbubbles such as hydrogen contained in molten aluminum (bead 10a) originated from hydrogen contained in aluminum or air entrained during welding, and the fan-shaped center 10ac. Move towards. Finally, microbubbles gather near the fan-shaped center 10ac.
  • the fan-shaped center 10ac is located on the inner peripheral surface 3ia of the opening long side 3a and the peripheral surface 4ua of the lid long side 4a.
  • this portion forms a slight plate-shaped space PS between the inner peripheral surface 3ia of the opening long side 3a and the peripheral surface 4ua of the lid long side 4a.
  • This space PS is connected to the internal space KS of the battery case 2. For this reason, hydrogen or the like contained in the microbubbles is released into the plate-like space PS and the internal space KS through the plate-like space PS, so that closed pores due to hydrogen or the like are not easily formed in the fan-shaped bead 10a.
  • the fan-shaped center 10ac formed by the bead 10a is within the long opening side 3a. Since the shape is located on the peripheral surface 3ia and the peripheral surface 4ua of the lid long side portion 4a, the microbubbles gather near the center 10ac to form large pores and communicate with the plate-like space PS described above. It will be in the form. That is, the large pores formed by the collection of microbubbles communicate with the plate-like space PS and become open pores BK that communicate with the internal space KS of the battery case 2 through the pores.
  • the manufacture of the battery 20 of this comparative embodiment in the irradiation of the laser beam LS, weaving (oscillation) is not performed, the energy of the laser beam LS is concentrated in a narrow range, and the laser beam LS is circumferentially directed to the lid member 4. Only the point which moved along SH and was welded differs from embodiment.
  • the cross-sectional shape of the bead 21a in the specific portion 11 has the form shown in FIG. That is, as compared with the bead 10a (see FIG.
  • the part irradiated with the laser beam LS is deeply melted, while the other part has a relatively shallow melting part.
  • the bead 10a of the embodiment has a substantially semicircular fan shape, while the bead 21a of the comparative form has a distorted shape as shown in the figure.
  • the bead 21a is bulged outwardly (to the left in FIG. 5) from the outer surface 3ga of the case long side 3a in the outer surface 3g of the case body 3, but the lid member 4
  • the outer surface (upper surface in FIG. 5) 4g is not bulged outward (upward in FIG. 5).
  • closed beads BH as shown by broken lines in FIG. 6 may be formed in the bead 21a of this comparative form. If such a closed hole BH exists in the bead 21a, when the battery case 2 is stressed, such as when the internal pressure of the battery case 2 is increased, the closed hole BH may become a starting point of cracking.
  • the crack is formed so as to connect the front end of the space PS formed between the inner peripheral surface 3ia of the opening long side portion 3a of the case body 3 and the peripheral surface 4ua of the lid long side portion 4a of the lid member 4 and the closed pore BH.
  • the cracks progress through the closed pores BH, so that the closed pores BH tend to be weak points in the bead 21a.
  • ⁇ represents the endurance test result of the battery case 2 according to the embodiment
  • ⁇ represents the endurance test result of the battery case according to the comparative embodiment.
  • the number of samples is 5 each.
  • the internal pressure fluctuation range ⁇ P was set to 0.10 MPa, 0.15 MPa, and 0.20 MPa.
  • the internal pressure fluctuation range ⁇ P was set to 0.10 MPa and 0.20 MPa.
  • the battery case ( ⁇ mark) of the embodiment can obtain durability that can withstand the number of cycles four times or more than the battery case ( ⁇ mark) of the comparative form. From this result, it can be seen that, in the battery 1 according to the embodiment, the battery case 2 (the case main body 3 and the lid member 4) is welded, particularly at the specific portion 11, with good durability.
  • the bead at the specific portion 11 (the portion where the lid long side portion 4 a is located in the circumferential direction SH of the lid member 4). It is difficult to include the closed pores BH that are likely to be crack base points in 10a, and the battery 1 having good welding strength can be obtained. Moreover, according to the manufacturing method of the battery 1 described above, it is possible to manufacture the battery 1 having a good weld strength, which does not easily include the closed pores BH that easily become crack base points or the like in the bead 10a in the specific portion 11.
  • the bead 10a has the above-described fan shape at the specific portion 11 (see FIG. 5), and the bead 10a is connected to the outer side surface 3g (open long side portion of the case body 3). 3a) and protrudes outward from the outer surface 4g of the lid member 4 and protrudes outward from the outer surface 4g of the lid member 4.
  • adhered is applied, stress is further easily disperse
  • the stress can be further easily dispersed in the bead 10a, and the battery 1 having good welding strength can be manufactured.
  • the battery 1 of the present embodiment is a so-called prismatic battery, and a portion where the pair of lid long sides 4 a is located in the circumferential direction SH of the lid member 4 is the specific portion 11. That is, the battery 1 having good welding strength at the welded portion between the pair of long opening side portions 3a occupying most of the opening 3k of the square battery 1 and the pair of long cover side portions 4a of the lid member 4; It has become. Moreover, such a battery 1 can be manufactured.
  • this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It can change suitably and apply in the range which does not deviate from the summary.
  • weaving welding for welding while oscillating the laser beam LS is performed so that the beam is irradiated over a wide range of the welded portion, and the opening and the like can be melted over the wide range.
  • the spot diameter of the laser beam LS can be increased or the focal length of the lens for focusing the beam can be shortened so that the beam can be irradiated over a wide range of the welded portion.
  • welding can also be performed using an electron beam.

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Abstract

電池(1)は、電池ケース(2)内に電極体(9)を収容し、電池ケース(2)は、開口部(3k)を有する有底筒状のケース本体(3)と、開口部(3k)内に挿入されてこれを封口する板状の蓋部材(4)と、を有し、蓋部材(4の)厚み方向(TH)外側から照射されたエネルギビーム(LS)により、開口部(3k)と蓋周縁部(4f)とを気密に溶接してなる。特定部位(11)において、ケース本体(3)の開口部(3k)の内周面(3ia)と、蓋部材(4)の蓋周縁部(4f)の周縁面(4ua)とが互いに密着した状態で溶接され、特定部位におけるビード(10a)の形状が、その周方向(SH)断面において、中心角θ＝１６０～２００度の扇型をなし、扇型の中心(10ac)が、内周面(3ia)及び周縁面(4ua)上に位置する形態にされてなる。

Description

電池及びその製造方法
　本発明は、電池及びその製造方法、特に、電池ケースをなすケース本体と蓋部材とを溶接してなる電池及びその製造方法に関する。
　リチウムイオン二次電池などの電池は、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車などの車両や、ノートパソコンなど家庭用電気機器やインパクトドライバなどの工業機器など他方面に使用されている。このような電池の形態としては、例えば、金属ケースに電極体を収容した電池、具体的には、有底角筒状のケース本体とその開口部に挿入した蓋部材とをレーザ溶接により封止した角型電池が知られている（特許文献１の各図参照）。
特開２００１－１５５６９８号公報
　しかしながら、このようにして、ケース本体と蓋部材とをレーザ溶接すると、溶接において溶融した金属が凝固したビード（溶接ビード）内に、閉気孔（ボイド）が残留する場合がある。ビード内に閉気孔が残留していると、電池ケースの内圧が上昇した場合など、電池ケースに応力が掛かった場合に、この閉気孔が亀裂の起点となったり、ケース本体と蓋部材との隙間と閉気孔とを結ぶように亀裂が形成され、さらに閉気孔を通って亀裂が進行するなど、閉気孔がビード内の弱点となりやすい。
　なお、閉気孔（ボイド）は、ケース本体や蓋部材をなす金属（アルミニウムなど）内に含まれていた水素や、溶接の際に巻き込まれた空気あるいはシールドガスに含まれていた水分のレーザ照射に伴う高温での解離に起因する水素などが、溶融した金属内で次第に集まってできると考えられる。即ち、溶融した金属における水素の溶解度は、固体の金属における溶解度よりも大幅に低いため、金属が溶解すると、水素を金属中に保持できず、気泡となりやすい。また溶融金属内に微気泡となって含まれていた水素等は、ビードが冷却され徐々に固化すると、未だ溶融している部分に移り、最終的には、最後に固化した部位付近に集まり閉気孔となってビード内に現れると考えられる。
　本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、電池ケースについて、ケース本体の開口部内に蓋部材を挿入し、これらを蓋部材の全周に亘ってエネルギビームで気密に溶接した電池について、閉気孔を含みにくく良好な溶接強度を有するビードを形成した電池、及びその製造方法を提供することにある。
　本発明の一態様は、金属製の電池ケース内に電極体を収容してなり、上記電池ケースは、開口部を有する有底筒状のケース本体と、上記開口部内に挿入されて上記開口部を封口する板状の蓋部材と、を有し、上記蓋部材の厚み方向外側から照射されたエネルギビームにより、上記蓋部材の全周に亘り、上記ケース本体の上記開口部と上記蓋部材の周縁の蓋周縁部とを気密に溶接してなる電池であって、上記蓋部材の周方向の少なくとも一部をなす特定部位において、上記ケース本体の上記開口部のうち上記厚み方向に沿う内周面と、上記蓋部材の上記蓋周縁部のうち上記厚み方向に沿う周縁面とが互いに密着した状態で溶接され、上記特定部位におけるビードの形状が、上記ビードの上記周方向断面において、中心角１６０～２００度の扇型をなし、上記扇型の中心が、上記内周面及び上記周縁面上に位置する形態にされてなる電池である。
　上述の電池では、特定部位において、ビードの断面形状が、中心角θ＝１６０～２００度、つまり、概略半円形の扇形とされ、さらにその中心（扇形の要部分）が、未溶融で互いに密着している内周面及び周縁面上に位置する形態とされている。このため、溶接において、以下のようになると考えられる。即ち、エネルギビームを相対的に移動させて、ケース本体と蓋部材との溶接を行うと、受熱により、ケース本体の開口部及び蓋部材の周縁部のうち、未だ溶接されていない部分にも熱が伝わって温度が上昇する。このため、エネルギビーム照射により形成された溶融したビードが冷却されて徐々に固化するにあたり、溶融したビードからケース本体あるいは蓋部材への熱伝導による熱の移動は比較的少なく、溶融したビードの表面からこれに接する空気やシールドガスへの熱伝導あるいは赤外線による熱放射による熱の放散の方が多くなると考えられる。しかも、ビード（溶融金属）は、断面が概略半円形状の扇形となっている。このため、ビードはその外表面側からほぼ均一に冷却され、断面円弧状の外表面から扇形の中心に向かって固化が進行する。これと共に、溶融金属中に含まれていた水素等の微気泡も、扇形の中心に向かって移動する。そして、最後には、扇形の中心付近に微気泡が集まる。
　しかるに、上述の電池では、扇形の中心は、ケース本体の開口部の内周面及び蓋部材の蓋周縁部の周縁面上に位置している。このケース本体の開口部の内周面と蓋部材の蓋周縁部の周縁面とは密着しながらも、両者間は僅かな厚みの板状の空間をなして電池ケースの内部空間に繋がっている。このため、微気泡に含まれていた水素等は、この板状の空間及びこれを通じた電池ケースの内部空間に放出される。これにより、扇形のビード内に水素等による閉気孔が形成されにくい。
　また、微気泡に含まれていた水素等の、板状の空間への放出が十分でなかったとしても、ビードのなす扇形の中心が、内周面及び周縁面上に位置する形態となっているので、微気孔が中心付近に集まって大きな気孔を形成した段階で、この気孔は、前述の板状の空間に連通した形態となる。即ち、微気孔が集まって形成された大きな気孔は、板状の空間に通じ、またこれを通じて電池ケース内に連通する開気孔となる。この開気孔は、ビード内に形成された前述の閉気孔とは異なり、亀裂の起点になりにくい。むしろ、このような開気孔を有するビードは、亀裂の基点となりやすい板状の空間の先端に、開気孔による概略丸い切り欠きが形成されていることになり、密着している内周面と周縁面との間を離すような応力が掛かった場合に、応力を分散して、板状の空間の先端部分からの亀裂の発生を防ぐ効果が得られる。つまり開気孔によって逆に亀裂が生じ難くなる。かくして、この電池では、特定部位において、ビード内に亀裂の基点等になりやすい閉気孔を含みにくく、良好な溶接強度を有する電池とすることができる。
　なお、溶接に用いるエネルギビームとしては、レーザビームのほか、電子ビームが挙げられる。レーザビームとしては、ファイバレーザなどのＣＷレーザやＹＡＧレーザなどのパルスレーザを用いることができる。なお、溶け込み深さの周方向についての均一性等を考慮すると、ファイバレーザなどのＣＷレーザを用いるのが好ましい。
　さらに、上述の電池であって、前記特定部位において、前記ビードは、前記ケース本体の外側面よりも外側に突出し、かつ、前記蓋部材の外側面よりも外側に突出する形態にされてなる電池とすると良い。
　この電池では、特定部位において、ビードが、前述の扇形となっておりしかも、ケース本体の外側面よりも外側に突出し、かつ、蓋部材の外側面よりも外側に突出する形態となっている。このため、密着している内周面と周縁面との間を離すような応力が掛かった場合に、ビードにおいて応力をさらに分散しやすく、溶接強度が良好である。
　上述のいずれかに記載の電池であって、前記電池ケースは、直方体形状をなし、前記ケース本体は、一対の開口長辺部、一対の開口短辺部、及び、上記開口長辺部と上記開口短辺部との間をそれぞれ結んで弧状に曲がる４つの開口Ｒ部からなる矩形状の前記開口部を有する、有底角筒状であり、前記蓋部材は、一対の上記開口長辺部にそれぞれ対向する一対の蓋長辺部、一対の上記開口短辺部にそれぞれ対向する一対の蓋短辺部、及び、４つの上記開口Ｒ部にそれぞれ対向する４つの蓋Ｒ部からなる前記蓋周縁部を有する矩形板状であり、前記特定部位は、上記蓋部材の周方向のうち、一対の上記蓋長辺部が位置する部位である電池とすると良い。
　上述の電池は、いわゆる角型電池であり、蓋部材の周方向のうち一対の蓋長辺部が位置する部位を特定部位としている。即ち、角型電池の開口部の大半を占める一対の開口長辺部と、蓋部材のうち一対の蓋長辺部との溶接部位について、良好な溶接強度を有する電池となっている。
　また他の態様は、金属製の電池ケース内に電極体を収容してなり、上記電池ケースは、開口部を有する有底筒状のケース本体と、上記開口部内に挿入されて上記開口部を封口する板状の蓋部材と、を有し、上記蓋部材の厚み方向外側から照射されたエネルギビームにより、上記蓋部材の全周に亘り、上記ケース本体の上記開口部と上記蓋部材の周縁の蓋周縁部とを気密に溶接してなる電池の製造方法であって、上記ケース本体の上記開口部内に、上記蓋部材を挿入する挿入工程と、上記蓋部材の厚み方向外側からエネルギビームを照射して、上記ケース本体の上記開口部と上記蓋部材の周縁の蓋周縁部とを気密に溶接する溶接工程とを備え、上記溶接工程は、上記蓋部材の周方向の少なくとも一部をなす特定部位において、上記ケース本体の上記開口部のうち上記厚み方向に沿う内周面と、上記蓋部材の上記蓋周縁部のうち上記厚み方向に沿う周縁面とを、互いに密着した状態とし、上記特定部位におけるビードの形状が、上記ビードの上記周方向断面において、中心角１６０～２００度の扇型をなし、上記扇型の中心が、上記内周面及び上記周縁面上に位置する形態に溶接する電池の製造方法である。
　上述の電池の製造方法では、挿入工程の後の溶接工程において、特定部位でのビードの断面形状が、ほぼ半円形の扇形となり、さらにその中心（扇形の要部分）が、未溶融で互いに密着している内周面及び周縁面上に位置する形態になるように溶接する。これにより、前述したように、扇形のビード内に水素等による閉気孔が形成されにくい。しかも、気泡が形成される場合でも、前述の板状の空間を通じて、電池ケース内に連通する開気孔となる。この開気孔は、亀裂の起点になりにくく、むしろ、密着している内周面と周縁面との間を離すような応力が掛かった場合に、応力を分散して、板状の空間の先端部分からの亀裂の発生を防ぐ効果が得られる。つまり開気孔によって逆に亀裂が生じ難くなる。かくして、この電池の製造方法によれば、特定部位において、ビード内に亀裂の基点等になりやすい閉気孔を含みにくく、良好な溶接強度を有する電池を製造できる。
　なお、前述したように、溶接工程で用いるエネルギビームとしては、レーザビームのほか、電子ビームが挙げられる。レーザビームとしては、ファイバレーザなどのＣＷレーザやＹＡＧレーザなどのパルスレーザを用いることができる。なお、溶け込み深さの周方向についての均一性等を考慮すると、ファイバレーザなどのＣＷレーザを用いるのが好ましい。また、溶接部分の広い範囲に亘ってビームを照射し、広い範囲に亘って開口部等を溶融できるように、照射するビームについて、スポット径を大きくしたり、ビームを絞るレンズの焦点距離を短くするのが好ましい。また、レーザビームを照射しつつ、レーザビームの移動方向（周方向）に直交する方向にレーザビームを振動させる、いわゆるウィービングを行って、溶接部分の広い範囲に亘ってビームを照射しても良い。
　さらに上述の電池の製造方法であって、前記溶接工程は、前記特定部位において、前記ビードを、前記ケース本体の外側面よりも外側に突出し、かつ、前記蓋部材の外側面よりも外側に突出する形態に形成する電池の製造方法とすると良い。
　この電池の製造方法では、特定部位において、ビードが前述の扇形となっており、しかも、ケース本体の外側面よりも外側に突出し、かつ、蓋部材の外側面よりも外側に突出する形態となっている。このため、密着している内周面と周縁面との間を離すような応力が掛かった場合に、ビードにおいて応力をさらに分散しやすく、溶接強度を良好にできる。
　さらに、上述のいずれかに記載の電池の製造方法であって、前記電池ケースは、直方体形状をなし、前記ケース本体は、一対の開口長辺部、一対の開口短辺部、及び、上記開口長辺部と上記開口短辺部との間をそれぞれ結んで弧状に曲がる４つの開口Ｒ部からなる矩形状の前記開口部を有する、有底角筒状であり、前記蓋部材は、一対の上記開口長辺部にそれぞれ対向する一対の蓋長辺部、一対の上記開口短辺部にそれぞれ対向する一対の蓋短辺部、及び、４つの上記開口Ｒ部にそれぞれ対向する４つの蓋Ｒ部からなる前記蓋周縁部を有する矩形板状であり、前記溶接工程は、前記特定部位である、上記蓋部材の周方向のうち一対の上記蓋長辺部が位置する部位について、一対の上記開口長辺部同士間を圧縮して、上記開口長辺部の前記内周面と上記蓋長辺部の前記周縁面とをそれぞれ互いに密着させた状態で、溶接を行う電池の製造方法とすると良い。
　上述の電池は、いわゆる角型電池である。そして、蓋部材の周方向のうち一対の蓋長辺部が位置する部位を特定部位としている。このため、角型電池の開口部の大半を占める一対の開口長辺部と、蓋部材のうち一対の蓋長辺部との溶接部位について、良好な溶接強度を有する電池を適切に製造することができる。
実施形態に係るリチウムイオン二次電池の斜視図である。 実施形態に係り、ケース本体の開口部近傍の形態を示す部分拡大斜視図である。 実施形態に係り、蓋部材等の形態を示す部分拡大斜視図である。 実施形態に係り、溶接前のケース本体の開口長辺部と蓋長辺部との関係を示す部分拡大断面図である。 実施形態に係り、ケース本体の開口長辺部と蓋長辺部とを溶接した状態を示す部分拡大断面図である。 比較形態に係り、ケース本体の開口長辺部と蓋長辺部とを溶接した状態を示す部分拡大断面図である。 実施形態及び比較形態の電池ケースについて、繰り返し内圧を変動させた場合の耐久試験結果を示すグラフである。
　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１（以下、単に電池１とも言う）を示す。この電池１は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両や、ハンマードリル等の電池使用機器に搭載される角型の密閉型電池である。この電池１は、直方体状の電池ケース２と、この電池ケース２内に収容された扁平状捲回型の電極体９と、電池ケース２に支持された正極端子５及び負極端子６等から構成されている（図１及び図２参照）。また、電池ケース２内には、非水系の電解液（図示しない）が保持されている。
　このうち電極体９は、電池ケース２内に横倒しに収容されている（図１参照）。この電極体９は、帯状の正極板と帯状の負極板とを２枚の帯状のセパレータを介して互いに重ねて、軸線周りに捲回し、扁平状に圧縮したものであり、電池ケース２内で、正極端子５及び負極端子６と接続している。
　次に、電池ケース２について説明する。この電池ケース２は、金属（具体的にはアルミニウム）からなり、図１中、上側のみに矩形状の開口部３ｋを有する有底角筒状のケース本体３と、このケース本体３の開口部３ｋ内に挿入され溶接されて開口部３ｋを封口する矩形板状の蓋部材４とからなる（図１～図３参照）。
　このうちケース本体３の矩形状の開口部３ｋは、矩形状のうちの長辺をなす一対の開口長辺部３ａ，３ａと、短辺をなす一対の開口短辺部３ｂ，３ｂと、これら開口長辺部３ａと開口短辺部３ｂとの間をそれぞれ結んで１／４円弧状に曲がる４つの開口Ｒ部３ｒ，３ｒとからなる（図２参照）。
　一方、蓋部材４のうち、その長手方向（図１及び図３中、左下－右上方向）の中央付近には、非復帰型の安全弁４ｖが、その近傍には、電解液を注入する際に用いる注液孔４ｈが設けられ、封止されている。また、蓋部材４のうち、その長手方向の両端近傍には、電池ケース２の内部から外部に延出する正極端子５及び負極端子６が、それぞれ絶縁部材７，８によって、蓋部材４（電池ケース２）に絶縁されつつ固設されている。この蓋部材４のうち周縁に位置する蓋周縁部４ｆは、矩形状のうちの長辺をなす一対の蓋長辺部４ａ，４ａと、短辺をなす一対の蓋短辺部４ｂ，４ｂと、これら蓋長辺部４ａと蓋短辺部４ｂとの間をそれぞれ結んで１／４円弧状に曲がる４つの蓋Ｒ部４ｒ，４ｒとからなる（図３参照）。このうち蓋長辺部４ａ，４ａは、それぞれケース本体３の開口長辺部３ａ，３ａと対向している。また、蓋短辺部４ｂ，４ｂは、それぞれケース本体３の開口短辺部３ｂ，３ｂと対向している。また、蓋Ｒ部４ｒ，４ｒは、それぞれケース本体３の開口Ｒ部３ｒ，３ｒと対向している。なお、蓋部材４の蓋長辺部４ａは、ケース本体３の開口長辺部３ａと密着した状態、具体的には、ケース本体３の開口部３ｋの内周面３ｉのうち、厚み方向ＴＨに沿う開口長辺部３ａの内周面３ｉａと、蓋部材４の蓋周縁部４ｆの周縁面４ｕのうち、厚み方向ＴＨに沿う蓋長辺部４ａの周縁面４ｕａとが、密着した状態で、次述するように溶接されている（図５参照）。
　ケース本体３は、蓋部材４の溶接により封口されている。具体的には、ケース本体３の開口部３ｋと蓋部材４の蓋周縁部４ｆとが、蓋部材４の厚み方向ＴＨの外側から（蓋部材４の上方から）照射されたエネルギビーム（具体的にはレーザビーム）ＬＳにより、蓋部材４の周方向ＳＨの全周にわたって溶接されている。即ち、開口部３ｋと蓋周縁部４ｆとは、開口部３ｋの一部及び蓋周縁部４ｆの一部が一旦溶融した後に固化したビード１０を介して、全周に亘り気密に接合されている。
　本実施形態の電池１では、このビード１０のうち特定部位１１、具体的には、蓋部材４の周方向ＳＨのうち蓋長辺部４ａに対応する部分のビード１０ａについて、その周方向ＳＨに直交する方向（本実施形態では、長辺に直交する方向）の断面形状を調査すると、図５に示す形態となっている。即ち、この特定部位１１におけるビード１０ａは、概略、その外周面１０ａｇが円弧状で、その中心１０ａｃを要とする扇形をなしており、その中心角θは、θ＝１８０度、つまりほぼ半円状になっている。しかも、このビード１０ａは、その中心１０ａｃが、互いに密着した開口長辺部３ａの内周面３ｉａ及び蓋長辺部４ａの周縁面４ｕａ上に位置している。
　なお、この特定部位１１において、このビード１０ａは、ケース本体３の外側面３ｇのうち開口長辺部３ａの外側面３ｇａよりも、外側（図５において左方）に膨出した形態となり、かつ、蓋部材４の外側面（図５中、上面）４ｇよりも、外側（図５において上方）に膨出した形態となっている。
　また、ビード１０ａ内に気孔が形成される場合がある。但し、本実施形態の電池１では、ビード１０ａ内に形成される気孔は、図５において破線で示すように、扇形の中心１０ａｃ付近に形成され、開口長辺部３ａの内周面３ｉａと蓋長辺部４ａの周縁面４ｕａとの間に僅かに形成された板状の空間ＰＳに連なる開気孔ＢＫとなっている。
　次いで、この電池１の製造方法について説明する。まず、蓋部材４に、正極端子５及び負極端子６を、絶縁部材７，８を介して固設する（図１，図２参照）。次に、別途形成した電極体９に、正極端子５及び負極端子６をそれぞれ接続（溶接）する。また、ケース本体３を用意する。そして、挿入工程において、ケース本体３内に電極体９を収容すると共に、ケース本体３の開口部３ｋ内に蓋部材４を挿入する。
　次に、溶接工程において、まず溶接に先立ち、ケース本体３のうち一対の開口長辺部３ａ，３ａをそれぞれ内側（図１において、左上－右下方向）に向けて押圧して、これらの開口長辺部３ａ，３ａを蓋部材４の一対の蓋長辺部４ａ，４ａにそれぞれ当接、密着させる（図４参照）。具体的には、ケース本体３の開口部３ｋの内周面３ｉのうち、開口長辺部３ａの内周面３ｉａと、蓋部材４の蓋周縁部４ｆの周縁面４ｕのうち、蓋長辺部４ａの周縁面４ｕａとを、互いに密着させる。但し、開口長辺部３ａの内周面３ｉａと蓋長辺部４ａの周縁面４ｕａとを押圧しても、両者の表面にはそれぞれ凹凸があるため、両者を完全に隙間の無い状態に密着させることはできない。このため、前述したように、開口長辺部３ａの内周面３ｉａと蓋長辺部４ａの周縁面４ｕａとの間には、僅かな厚みの板状の空間ＰＳが形成されている。そして、この空間ＰＳは、電池ケース２の内部空間（ケース本体３及び蓋部材４で囲まれる空間）ＫＳに連通している。
　その後、ケース本体３及び蓋部材４をこの状態に維持しつつ、蓋部材４の厚み方向外側から（蓋部材４の上方から）、蓋部材４に直交する方向（図４中、下方）に進行する、レーザビームＬＳを照射する。具体的には、ケース本体３の開口部３ｋの内周面３ｉと蓋部材４の蓋周縁部４ｆの周縁面４ｕとの境界（図４では、開口長辺部３ａの内周面３ｉａと蓋長辺部４ａの周縁面４ｕａとの境界）付近に照射する。これにより、ケース本体３の開口部３ｋと蓋部材４の蓋周縁部４ｆとを、全周にわたり溶接する（図４参照）。
　なお、このレーザビームＬＳの照射には、光ファイバを媒質に用いたファイバレーザを用い、連続的にレーザ光を放射するＣＷレーザ（Continuous wave laser）として用いた。また、本実施形態では、レーザビームＬＳを蓋部材４の周方向ＳＨに沿って、電池ケース２（ケース本体３，蓋部材４）に対して相対的に移動しつつ照射している間、レーザビームＬＳの照射方向を、移動方向に直交する揺動方向ＳＷ（図４の矢印参照）に揺動する、いわゆるウィービング溶接を行った。これにより、レーザビームＬＳを照射を揺動させない場合に比して、溶接範囲を大きくして溶接した。加えて、レーザビームＬＳを照射する際には、ビード１０（溶融部分）の酸化防止及び冷却のために、窒素ガスなどのシールドガス（図示しない）をレーザビームＬＳの照射部位に吹き付けながら行った。
　これにより、開口部３ｋの一部及び蓋周縁部４ｆの一部が溶融した後に固化して、平面視口字状のビード１０が形成され、このビード１０を介して、開口部３ｋと蓋周縁部４ｆとを全周にわたり気密に接合される（図１参照）。しかも、前述の特定部位１１である蓋部材４の周方向ＳＨのうち蓋長辺部４ａに対応する部分では、前述した扇形の断面形状を有するビード１０ａが形成された（図５参照）。但し、前述したように、特定部位１１におけるビード１０ａ内に、開気孔ＢＫが形成される場合がある。
　その後、電解液（図示しない）を注液孔４ｈから電池ケース２内に注液し注液孔４ｈを気密に封止する。その後、この電池１について、初充電やエージング、各種検査を行う。かくして、電池１が完成する。
　電池１の製造において、上述のようにして溶接を行うことで、以下のような現象が生じると考えられる。即ち、レーザビームＬＳを移動させて、ケース本体３と蓋部材４との溶接を行うと、レーザビームＬＳの照射による受熱により、ケース本体３の開口部３ｋ及び蓋部材４の蓋周縁部４ｆのうち、未だ溶接されていない部分にも熱が伝わって温度が上昇する。このため、レーザビームＬＳの照射により形成された、溶融したビード１０（１０ａ）が冷却されて徐々に固化するにあたり、溶融したビード１０からケース本体あるいは蓋部材への熱伝導による熱の移動は、比較的少ないと考えられる。これに対し、溶融したビード１０の表面から、これに接する空気やシールドガスへの熱伝導あるいは赤外線による熱放射による熱の放散の方が多くなると考えられる。
　しかも、特定部位１１（蓋部材４の周方向ＳＨのうち、一対の蓋長辺部４ａが位置する部位）では、前述したように、ビード（溶融金属）１０ａが概略半円形状の扇形となっている（図５参照）。このため、ビード１０ａの外周面１０ａｇ側からほぼ均一に冷却され、断面円弧状の外周面１０ａｇから扇形の中心１０ａｃに向かって固化が進行する。またこれと共に、アルミニウム中の水素や溶接の際に巻き込んだ空気に含まれていた水分を起源とし、溶融したアルミニウム（ビード１０ａ）中に含まれていた水素等の微気泡も、扇形の中心１０ａｃに向かって移動する。そして、最後には、扇形の中心１０ａｃ付近に微気泡が集まる。
　しかるに、本実施形態の電池１では、特定部位１１において、扇形の中心１０ａｃは、開口長辺部３ａの内周面３ｉａ及び蓋長辺部４ａの周縁面４ｕａ上に位置している。一方、この部分は、前述したように、開口長辺部３ａの内周面３ｉａと蓋長辺部４ａの周縁面４ｕａとが密着しながらも、両者間は僅かな板状の空間ＰＳをなしており、この空間ＰＳは電池ケース２の内部空間ＫＳに繋がっている。このため、微気泡に含まれていた水素等は、この板状の空間ＰＳ及びこれを通じた内部空間ＫＳに放出されるので、扇形のビード１０ａ内に水素等による閉気孔が形成されにくい。
　また、微気泡に含まれていた水素等の、板状の空間ＰＳへの放出が十分でなかったとしても、電池１では、ビード１０ａのなす扇形の中心１０ａｃが、開口長辺部３ａの内周面３ｉａ及び蓋長辺部４ａの周縁面４ｕａ上に位置する形態となっているので、微気泡が中心１０ａｃ付近に集まって大きな気孔を形成した段階で、前述の板状の空間ＰＳに連通した形態となる。即ち、微気泡が集まって形成された大きな気孔は、板状の空間ＰＳに通じ、またこれを通じて電池ケース２の内部空間ＫＳに連通する開気孔ＢＫとなる。
　次いで、比較形態の電池２０の製造方法について、図６を参照して説明する。この比較形態の電池２０の製造においては、レーザビームＬＳの照射に当たり、ウィービング（揺動）を行わず、狭い範囲にレーザビームＬＳのエネルギを集中させて、レーザビームＬＳを蓋部材４の周方向ＳＨに沿って移動させて溶接した点のみが実施形態と異なる。そしてこれにより、この比較形態に係る電池２０では、特定部位１１におけるビード２１ａの断面形状が、図６に示す形態となった。即ち、実施形態の電池１のビード１０ａ（図５参照）に比して、レーザビームＬＳの当たった部位が深く溶融している一方、他の部位は溶融部位が比較的浅い。また、ビードの断面形状も、実施形態のビード１０ａは、概略半円の扇形となったのに対し、比較形態のビード２１ａでは、図示したように、ひずんだ形状となっている。
　なお、このビード２１ａは、ケース本体３の外側面３ｇのうちケース長辺部３ａの外側面３ｇａよりも、外側（図５において左方）に膨出した形態となっているが、蓋部材４の外側面（図５中、上面）４ｇよりは、外側（図５において上方）に膨出しない形態となっている。
　しかも、この比較形態のビード２１ａ内には、図６に破線で示すような、閉気孔ＢＨが形成される場合があった。ビード２１ａに、このような閉気孔ＢＨが存在していると、電池ケース２の内圧が上昇した場合など、電池ケース２に応力が掛かった場合に、この閉気孔ＢＨが亀裂の起点となったり、ケース本体３の開口長辺部３ａの内周面３ｉａと蓋部材４の蓋長辺部４ａの周縁面４ｕａとの間に形成される空間ＰＳの先端と閉気孔ＢＨとを結ぶように亀裂が形成され、さらに閉気孔ＢＨを通って亀裂が進行するなど、閉気孔ＢＨがビード２１ａ内の弱点となりやすい。
　そこで、本実施形態の電池１の電池ケース２と、比較形態の電池２０の電池ケース２とについて、その溶接部分の耐久性について、以下の試験を行った。即ち、前述の実施形態あるいは比較形態に係る溶接を行った電池ケース２にパイプを接続し、ケース内に空気を圧入あるいはケース内から吸い出して、電池ケース２の内圧を繰り返し変動させる。そして、電池ケース２（溶接したビード１０，２１）に亀裂が生じるまでのサイクル数を計数した。なお、電池ケース２は、図１に示す直方体形状となっているため、ケースの内圧変動によって、ロ字状に形成されたビード１０，２１のうち、特定部位１１である、蓋部材４の周方向ＳＨのうち蓋長辺部４ａが位置する部位に、応力が集中しやすい。中でも、蓋長辺部４ａの中央付近に、特に応力が集中しやすい。このため、いずれの電池ケース２も、特定部位１１におけるビード１０ａ，２１ａ、特に、ビード１０ａ，２１ａのうち蓋長辺部４ａの中央付近の部位に、亀裂が発生した。
　その結果を、図７に示す。なお、この図７において、●印は、実施形態に係る電池ケース２の耐久試験結果を、◆印は、比較形態に係る電池ケースの耐久試験結果を示す。試料数は、各々５個である。
　なお、実施形態の電池ケース２については、内圧変動幅ΔＰを、０．１０ＭＰａ，０．１５ＭＰａ，０．２０ＭＰａとした。一方、比較形態の電池ケース２については、内圧変動幅ΔＰを、０．１０ＭＰａ，０．２０ＭＰａとした。この結果から容易に理解できるように、実施形態及び比較形態の何れの電池ケース２についても、内圧変動幅ΔＰを大きくすると、ビード１０ａ，２１ａに亀裂が生じるまでのサイクル数が、急激に減少することが判る。但し、比較形態の電池ケース（◆印）に比して、実施形態の電池ケース（●印）は、４倍あるいはこれ以上のサイクル数に耐えられる耐久性を得られることが判る。この結果から、実施形態に掛かる電池１においては、電池ケース２（ケース本体３と蓋部材４）との溶接で、特に特定部位１１において、耐久性の良好な溶接がなされていることが判る。
　このような差異が生じる理由としては以下が考えられる。比較形態の電池２０におけるビード２１ａでは、微気泡中の水素等が放出されにくく、ビード２１ａ内に大きな閉気孔ＢＨが発生しやすい。そして閉気孔ＢＨがビード２１ａ内に存在していると、内圧の変化などによって電池ケースに応力が掛かると、この閉気孔ＢＨを起点としたあるいはこれに向かう亀裂が発生しやすくなるためである。
　これに対し、実施形態の電池１におけるビード１０ａには、前述したように、微気泡内の水素が空間ＰＳに放出されやすく、閉気孔が生じにくい。その上、気孔が生じたとしても、前述の空間ＰＳに連通する開気孔ＢＫとなると解される。このような形態の開気孔ＢＫは、ビード２１ａ内に形成された閉気孔ＢＨ（図６参照）とは異なり、亀裂の起点になりにくい。むしろ、このような開気孔ＢＫを有するビード１０ａでは、亀裂の基点となりやすい板状の空間ＰＳの先端に、開気孔ＢＫによる概略丸い切り欠きが形成されていることになる。このため、前述の内圧変動試験のように、電池ケースの内圧が変化（例えば増加）し、密着している内周面３ｉａと周縁面４ｕａとの間を離すような応力が掛かった場合でも、応力を分散して、板状の空間ＰＳの先端部分からの亀裂が発生するのを防ぐ効果が得られる。つまり、実施形態の電池１では、開気孔ＢＫの存在によって、逆に亀裂が生じ難くなる場合すら考えられる。
　このように、本実施形態の電池１及びその製造方法によれば、この電池１では、特定部位１１（蓋部材４の周方向ＳＨのうち、蓋長辺部４ａが位置する部位）において、ビード１０ａ内に亀裂の基点等になりやすい閉気孔ＢＨを含みにくく、良好な溶接強度を有する電池１とすることができる。また、上述の電池１の製造方法によれば、特定部位１１において、ビード１０ａ内に亀裂の基点等になりやすい閉気孔ＢＨを含みにくく、良好な溶接強度を有する電池１を製造できる。
　特に本実施形態の電池１では、特定部位１１において、ビード１０ａが、前述の扇形となっており（図５参照）、しかも、このビード１０ａが、ケース本体３の外側面３ｇ（開口長辺部３ａの外側面３ｇａ）よりも外側に突出し、かつ、蓋部材４の外側面４ｇよりも外側に突出する形態となっている。このため、密着している内周面３ｉａと周縁面４ｕａとの間を離すような応力が掛かった場合に、ビード１０ａにおいて応力をさらに分散しやすく、溶接強度が良好となる。また、本実施形態の電池１の製造方法では、ビード１０ａにおいて応力をさらに分散しやすく、溶接強度を良好な電池１を製造できる。
　加えて本実施形態の電池１は、いわゆる角型電池であり、蓋部材４の周方向ＳＨのうち一対の蓋長辺部４ａが位置する部位を特定部位１１としている。即ち、角型電池１の開口部３ｋの大半を占める一対の開口長辺部３ａと、蓋部材４のうち一対の蓋長辺部４ａとの溶接部位について、良好な溶接強度を有する電池１となっている。また、このような電池１を製造することができる。
　以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。例えば、実施形態においては、レーザビームＬＳを揺動させつつ溶接するウィービング溶接を行って、溶接部分の広い範囲に亘ってビームを照射し、広い範囲に亘って開口部等を溶融できるようにした。しかし、これに代えて、溶接部分の広い範囲に亘ってビームを照射できるように、レーザビームＬＳのスポット径を大きくしたり、ビームを絞るレンズの焦点距離を短くすることもできる。また、実施形態では、レーザビームＬＳを用いた例を示したが、電子ビームを用いて溶接することもできる。
１，２０　リチウムイオン二次電池（角型電池）
２　電池ケース
３　ケース本体
３ｋ　開口部
３ａ　開口長辺部
３ｂ　開口短辺部
３ｒ　開口Ｒ部
３ｉ　（開口部の）内周面
３ｉａ　（開口長辺部の）内周面
３ｇ　（ケース本体の）外側面
３ｇａ　（開口長辺部の）外側面
４　蓋部材
４ｆ　蓋周縁部
４ａ　蓋長辺部（特定部位）
４ｂ　蓋短辺部
４ｒ　蓋Ｒ部
４ｕ　（蓋周縁部の）周縁面
４ｕａ　（蓋長辺部の）周縁面
４ｇ　（蓋周縁部の）外側面
９　電極体
１０，２１　ビード
１０ａ，２１ａ　（特定部位における）ビード
１０ａｇ　（特定部位におけるビードの）外周面
１０ａｃ　（特定部位におけるビードのうち）扇形の中心
θ　（扇形の）中心角
１１　特定部位
ＢＫ　開気孔
ＢＨ　閉気孔
ＬＳ　エネルギビーム（レーザビーム）
ＴＨ　（蓋部材の）厚み方向
ＳＨ　（蓋部材の）周方向

Claims (6)

  1. 　金属製の電池ケース内に電極体を収容してなり、
    　上記電池ケースは、
    　　開口部を有する有底筒状のケース本体と、
    　　上記開口部内に挿入されて上記開口部を封口する板状の蓋部材と、を有し、
    　上記蓋部材の厚み方向外側から照射されたエネルギビームにより、上記蓋部材の全周に亘り、上記ケース本体の上記開口部と上記蓋部材の周縁の蓋周縁部とを気密に溶接してなる
    電池であって、
    　上記蓋部材の周方向の少なくとも一部をなす特定部位において、
    　　上記ケース本体の上記開口部のうち上記厚み方向に沿う内周面と、
    　　上記蓋部材の上記蓋周縁部のうち上記厚み方向に沿う周縁面とが互いに密着した状態で溶接され、
    　上記特定部位におけるビードの形状が、
    　　上記ビードの上記周方向断面において、中心角１６０～２００度の扇型をなし、
    　　上記扇型の中心が、上記内周面及び上記周縁面上に位置する形態にされてなる
    電池。
  2. 請求項１に記載の電池であって、
    　前記特定部位において、前記ビードは、
    　　前記ケース本体の外側面よりも外側に突出し、かつ、
    　　前記蓋部材の外側面よりも外側に突出する形態にされてなる
    電池。
  3. 請求項１または請求項２に記載の電池であって、
    　前記電池ケースは、直方体形状をなし、
    　前記ケース本体は、一対の開口長辺部、一対の開口短辺部、及び、上記開口長辺部と上記開口短辺部との間をそれぞれ結んで弧状に曲がる４つの開口Ｒ部からなる矩形状の前記開口部を有する、有底角筒状であり、
    　前記蓋部材は、一対の上記開口長辺部にそれぞれ対向する一対の蓋長辺部、一対の上記開口短辺部にそれぞれ対向する一対の蓋短辺部、及び、４つの上記開口Ｒ部にそれぞれ対向する４つの蓋Ｒ部からなる前記蓋周縁部を有する矩形板状であり、
    　前記特定部位は、
    　　上記蓋部材の周方向のうち、一対の上記蓋長辺部が位置する部位である
    電池。
  4. 　金属製の電池ケース内に電極体を収容してなり、
    　上記電池ケースは、
    　　開口部を有する有底筒状のケース本体と、
    　　上記開口部内に挿入されて上記開口部を封口する板状の蓋部材と、を有し、
    　上記蓋部材の厚み方向外側から照射されたエネルギビームにより、上記蓋部材の全周に亘り、上記ケース本体の上記開口部と上記蓋部材の周縁の蓋周縁部とを気密に溶接してなる
    電池の製造方法であって、
    　上記ケース本体の上記開口部内に、上記蓋部材を挿入する挿入工程と、
    　上記蓋部材の厚み方向外側からエネルギビームを照射して、上記ケース本体の上記開口部と上記蓋部材の周縁の蓋周縁部とを気密に溶接する溶接工程とを備え、
    　上記溶接工程は、
    　　上記蓋部材の周方向の少なくとも一部をなす特定部位において、
    　　　上記ケース本体の上記開口部のうち上記厚み方向に沿う内周面と、上記蓋部材の上記蓋周縁部のうち上記厚み方向に沿う周縁面とを、互いに密着した状態とし、
    　　　上記特定部位におけるビードの形状が、上記ビードの上記周方向断面において、中心角１６０～２００度の扇型をなし、上記扇型の中心が、上記内周面及び上記周縁面上に位置する形態に溶接する
    電池の製造方法。
  5. 請求項４に記載の電池の製造方法であって、
    　前記溶接工程は、
    　　前記特定部位において、前記ビードを、
    　　前記ケース本体の外側面よりも外側に突出し、かつ、
    　　前記蓋部材の外側面よりも外側に突出する形態に形成する
    電池の製造方法。
  6. 請求項４または請求項５に記載の電池の製造方法であって、
    　前記電池ケースは、直方体形状をなし、
    　前記ケース本体は、一対の開口長辺部、一対の開口短辺部、及び、上記開口長辺部と上記開口短辺部との間をそれぞれ結んで弧状に曲がる４つの開口Ｒ部からなる矩形状の前記開口部を有する、有底角筒状であり、
    　前記蓋部材は、一対の上記開口長辺部にそれぞれ対向する一対の蓋長辺部、一対の上記開口短辺部にそれぞれ対向する一対の蓋短辺部、及び、４つの上記開口Ｒ部にそれぞれ対向する４つの蓋Ｒ部からなる前記蓋周縁部を有する矩形板状であり、
    　前記溶接工程は、
    　　前記特定部位である、上記蓋部材の周方向のうち一対の上記蓋長辺部が位置する部位について、一対の上記開口長辺部同士間を圧縮して、上記開口長辺部の前記内周面と上記蓋長辺部の前記周縁面とをそれぞれ互いに密着させた状態で、溶接を行う
    電池の製造方法。
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