JP5500084B2

JP5500084B2 - 電池及び電池の製造方法

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Publication number: JP5500084B2
Application number: JP2011002805A
Authority: JP
Inventors: 隆洋渡邉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-01-11
Filing date: 2011-01-11
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2031-01-11
Also published as: JP2012146433A

Description

本発明は、電池を収容するケースの構造及びその製造方法に関するものである。

扁平状の角型ケースに発電要素を収容したいわゆる角型電池が知られている。角型ケースは、互いに向き合う長辺側壁面と、この長辺側壁面に直交して互いに向き合う短辺側壁面とを備える有底筒状のケースと、この有底筒状のケースの内面に溶接される蓋体とにより構成される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１３５２８２号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、蓋体と短辺側壁面との溶接不良を招くおそれがあった。そこで、本願発明は蓋体と有底筒状のケースとの溶接不良を抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明は（１）第１の方向において互いに向き合う一対の第１の内面及び前記第１の方向に直交する第２の方向において互いに向き合う一対の第２の内面を備える側壁部と、底壁部とを有する有底筒状のケースに発電要素が収容され、前記ケースの開口部を平板状の蓋体を溶接することにより閉塞した電池において、前記第２の内面の前記第１の方向の長さは、前記第１の内面の前記第２の方向の長さよりも長く、前記第１の内面には、前記蓋体を支持する支持部が形成されており、前記支持部は、第１の支持領域部と、前記第１の支持領域部よりも前記第２の内面に近接して位置する第２の支持領域部とを備え、前記第１の支持領域部は、前記第２の支持領域部よりも、前記第１の方向におけるケースの内側方向に突出していることを特徴とする。

（２）上記（１）の構成において、前記第１の支持領域部は、前記第１の内面における前記第２の方向の中央部を含む領域に位置するのが好ましい。（２）の構成によれば、最も隙間が生じやすい前記中央部に前記第１の支持領域部が位置するため、より効果的に溶接不良を抑制することができる。

（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記開口部の開口方向視において、前記支持部は、前記第１の内面における前記第２の方向の中央部に近づく程突出量が大きくなる弧形状に形成することができる。また、（４）上記（１）又は（２）の構成において、
前記第２の支持領域部は、前記第１の内面における前記第２の方向の中央部に接近するに従って、前記第１の方向における前記ケースの内側方向への突出量が大きくなる傾斜形状に形成されており、前記第１の支持領域部は、前記第１の方向におけるケースの内側方向への突出量が一定である等幅形状に形成することができる。

上記課題を解決するために、本願発明は（５）上記（１）に記載の電池を製造する製造方法において、前記発電要素を前記ケースに収容する第１のステップと、前記蓋体を、前記支持部に載置して前記ケースの前記開口部に位置決めする第２のステップと、前記第２の内面を前記蓋体に接近させる方向に前記側壁部を押圧する第３のステップと、前記側壁部を押圧した状態で前記第２の内面と前記蓋体とを溶接により接合する第４のステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、蓋体と有底筒状のケースとの溶接不良を抑制することができる。

ケース本体の斜視図である。ケース本体の製造方法を模式的に示した模式図である。接合方法を模式的に示した模式図である（Ｓ２０１〜Ｓ２０４まで）。接合方法を模式的に示した模式図である（Ｓ２０５〜Ｓ２０７まで）。ケース本体を上斜方向から視た斜視図である（加圧前）。ケース本体をＹ１−Ｙ１´で切断した断面図である（加圧前）。ケース本体をＸ１−Ｘ１´で切断した断面図である（加圧前）。ケース本体を上斜方向から視た斜視図である（加圧後）。ケース本体をＹ２−Ｙ２´で切断した断面図である（加圧後）。ケース本体をＸ２−Ｘ２´で切断した断面図である（加圧後）。変形例１のケース本体の斜視図である。

図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る電池のケース本体について説明する。図１はケース本体の斜視図であり、一部を省略して図示する。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交する三軸を示す。ケース本体１０は、側壁部１３と底壁部１４（図５Ｃ等参照）とを備える有底筒状のケースである。

側壁部１３は、Ｙ軸方向（第１の方向）において互いに向き合う一対の短辺内面１１（第１の内面）と、Ｘ軸方向（第２の方向）において互いに向き合う一対の長辺内面１２（第２の内面）とを備える。長辺内面１２のＹ軸方向の長さは、短辺内面１１のＸ軸方向の長さよりも長く形成されている。なお、ケース本体１０の四隅（Ｘ−Ｙ面方向における四隅）は屈曲している。

短辺内面１１には、蓋体２０を支持する支持部１１０が形成されている。支持部１１０は、第１の支持領域部１１１と、第１の支持領域部１１１よりも長辺内面１２に近接して位置する第２の支持領域部１１２とを備える。図１では、第１の支持領域部１１１及び第２の支持領域部１１２をそれぞれハッチングで示している。第１の支持領域部１１１は、短辺内面１１におけるＸ軸方向の中央部を含む領域に位置する。なお、図６に図示するように、蓋体２０はケース本体１０の開口部を閉塞しており、側壁部１３の内周面における周方向全体に溶接により接合されている。

第１の支持領域部１１１は、第２の支持領域部１１２よりも、Ｙ軸方向におけるケース本体１０の内側方向に突出している。本実施形態では、Ｚ軸方向視において、支持部１１０をケース本体１０の内側方向に向けて凸となる方向に弧状に形成することにより、第１の支持領域部１１１及び第２の支持領域部１１２を得ている。なお、長辺内面１２にも支持部１２０が形成されている。この支持部１２０は、Ｘ軸方向の幅が一定であり、Ｙ軸方向に沿って延びている。

上述の構成によれば、最も隙間が生じやすい前記中央部に対応した位置に第１の支持領域部１１１が位置するため、蓋体２０及び短辺内面１１における溶接不良をより効果的に抑制することができる。当該効果の詳細は、後で述べる。

次に、図２を参照しながら、ケース本体１０の製造方法について説明する。図２はケース本体１０の製造方法を模式的に示した模式図である。ステップＳ１０１において、ケース本体１０の母材となる板材１００を準備し、これをステップＳ１０２の絞り工程に向けて搬送する。板材１００はステンレスであってもよい。ステップＳ１０２において、板材１００に対して図示しない絞り用ポンチを下動させて、絞り加工を行う。なお、板材１００は図示しないしわ抑え金型によりダイスに抑えつけられた状態で絞り加工される。なお、以下の説明において、絞り加工された板材１００を、ケース本体母材１１０と称するものとする。

ステップＳ１０３において、図示しない段差ポンチをケース本体母材１１０の鍔部１１０ａにおける内縁部分に当接させ、段差を形成する。ステップＳ１０４において、鍔部１１０ａを切断して、ケース本体１０を得る。本実施形態では、絞り加工によってケース本体１０を製造したが他の方法であってもよい。当該他の方法は、溶融した金属を鋳型に流し込む鋳造方法であってもよい

次に、ケース本体１０に蓋体２０を接合する接合工程を含む電池の製造方法について説明する。図３及び図４は、電池の製造方法を模式的に示した模式図である。これらの図において、矢印は製造方法の工程順序を示している。

ステップＳ２０１において、発電要素４０を構成するシート体を巻き回して捲回体にする。ここで、発電要素４０は、正極体４１と、負極体４２と、正極体４１及び負極体４２の間に配置されたセパレータ４３とを含む。ここで、正極体４１は、正極用集電体と、正極用集電体の表面に塗布された正極層とで構成されている。ただし、正極用集電体には正極層を塗布しない正極側末塗工部４１ａが形成されている。

正極層とは、正極に応じた活物質や導電剤等を含む層である。正極用集電体には、アルミニウムを用いることができる。正極層の活物質には、リチウム−遷移金属複合酸化物を用いることができる。また、導電剤として、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブを用いることができる。

負極体４２は、負極用集電体と、負極用集電体の表面に塗布された負極層とで構成されている。ただし、負極用集電体には負極層を塗布しない負極側末塗工部４２ａが形成されている。

負極層とは、負極に応じた活物質や導電剤等を含む層である。負極用集電体には、銅を用いることができる。負極層の活物質には、カーボンを用いることができる。また、導電剤として、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブを用いることができる。

図３を参照して、電池の製造方法の説明に戻る。ステップＳ２０２において、捲回体を矢印Ｐ１方向に圧縮して扁平状にする。ステップＳ２０３において、蓋体２０及び発電要素４０を接続する。ここで、蓋体２０は、上面に負極端子６１及び正極端子６２を備える。蓋体２０は、さらに電解液を注入するための注入口７１を備える。負極端子６１は、負極集電端子５２を介して負極側末塗工部４２ａに電気的に接続されている。正極端子６２は、正極集電端子５１を介して正極側末塗工部４１ａに電気的に接続されている。したがって、発電要素４０は、蓋体２０に吊り持ち支持された状態で蓋体２０とともにユニット化される。

ステップＳ２０４において、ユニット化された発電要素４０及び蓋体２０をケース本体１０のケース内に向かって移動させる。図５は発電要素４０がケース本体１０のケース内に収容された状態を示している。図５Ａはケース本体１０を上斜方向から視た斜視図であり、図５Ｂはケース本体１０をＹ１−Ｙ１´で切断した断面図であり（一部を省略している）、図５Ｃはケース本体１０をＸ１−Ｘ１´で切断した断面図である。

図５Ａ及び図５Ｃを参照して、一対の長辺内面１２には発電要素４０が当接しており、この発電要素４０によって長辺内面１２は外側方向（矢印Ｐ２方向）に押圧されている。そのため、一対の長辺内面１２は蓋体２０側に向かって末広がり形状となっている。つまり、一対の長辺内面１２における上端部の間隔をａ、一対の長辺内面１２における下端部の間隔をｂとしたとき、ａはｂよりも大きくなっている。

図４を参照して、電池の製造方法の説明に戻る。ステップＳ２０５において、ケース本体１０をケースの内側方向（矢印Ｐ３方向）に押圧しながら、長辺内面１２の支持部１２０及び蓋体２０を溶接により接合する。ここで、図６は、ケース本体１０をケースの内側方向に押圧した状態を示している。図６Ａはケース本体１０を上斜方向から視た斜視図であり、図５Ａに対応する。図６Ｂはケース本体１０をＹ２−Ｙ２´で切断した断面図であり、図５Ｂに対応する。図６Ｃはケース本体１０をＸ２−Ｘ２´で切断した断面図であり、図５Ｃに対応する。

図６Ｃに図示するように、ケース本体１０をケースの内側方向（矢印Ｐ３方向）に押圧すると、長辺内面１２の支持部１２０は蓋体２０を支持する支持位置に移動する。蓋体２０が支持部１２０に支持された状態で、ケース本体１０の内面及び蓋体２０の側面を溶接により接合する。溶接方法は、レーザ溶接であってもよい。レーザ溶接は、ケース本体１０及び蓋体２０の間にレーザを照射することにより行われる。このように、本実施形態の構成によれば、蓋体２０が支持部１２０に支持された状態で長辺内面１２及び蓋体２０を溶接により接合することができる。これにより、溶接不良を効果的に抑制することができる。

図６Ａ及び図６Ｂを参照して、一対の長辺内面１２が互いに接近する方向に押圧されると、一対の短辺内面１１は、蓋体２０の側面から離間する方向に膨らむ。ここで、短辺内面１１のうちＸ軸方向の中央部が最も大きく膨らむ。

本実施形態では、この中央部に対応した位置に第１の支持領域部１１１が形成されているため、この第１の支持領域部１１１によって蓋体２０を確実に支持して位置決めすることができる。すなわち、図６Ａ乃至図６Ｃに図示する状態においてケース本体１０を上方から視ると、ケース本体１０及び蓋体２０の間に形成された隙間内に支持部１１０、１２０が位置する。そのため、これらの支持部１１０、１２０によってケース本体１０の内部が封止される。

したがって、長辺内面１２に加えて短辺内面１１についても、溶接不良を抑制することができる。さらに、ケース本体１０及び蓋体２０を溶接する溶接領域において、ケース本体１０の内外を連通する隙間を少なくできるため、溶接用のレーザ、或いは溶接中に飛散するスラグ、金属粒（スパッタ）がケース本体１０の内部に混入するのを抑制することができる。これにより、電池の性能を維持することができる。

ここで、比較例としてＹ軸方向の幅が一定の支持部を短辺内面１１に形成した場合、一対の長辺内面１２を互いに接近する方向に押圧することにより、蓋体２０と支持部との間にケース本体１０の内外を連通する隙間が形成されるおそれがある。そのため、溶接不良を招き、溶接用のレーザ、スパッタがケース本体１０の内部に混入するおそれがある。本実施形態の構成によれば、このような問題を解消することができる。

図４を参照して、電池の製造方法の説明に戻る。ステップＳ２０６において、電解液注入装置８０の排出口を蓋体２０の注入口７１に差し込み、ケース本体１０の内部に電解液を注入する。ステップＳ２０７において、注液栓を注入口７１に位置決めして、レーザ溶接により接合する。組み立てられた電池は活性化工程に搬送され、この活性化工程において充電されることにより活性化される。

（変形例１）
図７は、変形例１のケース本体の斜視図であり、図１に対応する。ケース本体は支持部の構造が上記実施形態と異なる。したがって、支持部の構成を中心に説明し、他の構成については同一符合を付して説明を簡略化する。支持部２１０は、第１の支持領域部２１１と、第１の支持領域部２１１よりも長辺内面１２に近接して位置する第２の支持領域部２１２とを備える。第１の支持領域部２１１は短辺内面１１のＸ軸方向の中央部に対応した位置に形成されている。

第１の支持領域部２１１は、第２の支持領域部２１２よりも、Ｙ軸方向におけるケース本体１０の内側方向に突出している。すなわち、本変形例では、第１の支持領域部２１１はＸ軸方向に直線的に延びており、第２の支持領域部２１２は長辺内面１２に接近する程突出量が減少するテーパ形状に形成されている。

上述の構成によれば、上記実施形態と同様に、ケース本体１０及び蓋体２０の溶接不良を効果的に抑制することができる。

１０ケース本体１１短辺内面１２長辺内面
１３側壁部１４底壁部２０蓋体１１０（２１０）支持部
１１１（２１１）第１の支持領域部１１２（２１２）第２の支持領域部

Claims

第１の方向において互いに向き合う一対の第１の内面及び前記第１の方向に直交する第２の方向において互いに向き合う一対の第２の内面を備える側壁部と、底壁部とを有する有底筒状のケースに発電要素が収容され、前記ケースの開口部を平板状の蓋体を溶接することにより閉塞した電池において、
前記第２の内面の前記第１の方向の長さは、前記第１の内面の前記第２の方向の長さよりも長く、
前記第１の内面には、前記蓋体を支持する支持部が形成されており、
前記支持部は、第１の支持領域部と、前記第１の支持領域部よりも前記第２の内面に近接して位置する第２の支持領域部とを備え、
前記第１の支持領域部は、前記第２の支持領域部よりも、前記第１の方向におけるケースの内側方向に突出していることを特徴とする電池。
前記第１の支持領域部は、前記第１の内面における前記第２の方向の中央部を含む領域に位置することを特徴とする請求項１に記載の電池。
前記開口部の開口方向視において、前記支持部は、前記第１の内面における前記第２の方向の中央部に近づく程突出量が大きくなる弧形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池。
前記第２の支持領域部は、前記第１の内面における前記第２の方向の中央部に接近するに従って、前記第１の方向における前記ケースの内側方向への突出量が大きくなる傾斜形状に形成されており、
前記第１の支持領域部は、前記第１の方向におけるケースの内側方向への突出量が一定である等幅形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池。
請求項１に記載の電池を製造する製造方法において、
前記発電要素を前記ケースに収容する第１のステップと、
前記蓋体を、前記支持部に載置して前記ケースの前記開口部に位置決めする第２のステップと、
前記第２の内面を前記蓋体に接近させる方向に前記側壁部を押圧する第３のステップと、
前記側壁部を押圧した状態で前記第２の内面と前記蓋体とを溶接により接合する第４のステップと、を有することを特徴とする電池の製造方法。