(57)【要約】【課題】電池容器が破損し難い二次電池、二次電池容器、及び二次電池の製造方法を提供する。【解決手段】上面が開口面である箱型であり、充放電可能な二次発電要素を収納する本体部と、前記開口面を塞ぐように配置され、前記開口面の縁部分に溶接された蓋と、を具備し、前記本体部は、常温で１５０Ｎ／ｍｍ２以上の引張強さを有するアルミニウム材料により構成されている。【選択図】図２
2010097771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面が開口面である箱型であり、充放電可能な二次発電要素を収納する本体部と、
前記開口面を塞ぐように配置され、前記開口面の縁部分に溶接された蓋と、
を具備し、
前記本体部は、常温で１５０Ｎ／ｍｍ２以上の引張強さを有するアルミニウム材料により構成されている
二次電池容器。
【請求項２】
請求項１に記載された二次電池容器であって、
前記アルミニウム材料は、Ａｌを、９９％以上の割合で含むアルミニウム合金である
二次電池容器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された二次電池容器であって、
前記アルミニウム材料は、冷間鍛造により形状が加工された材料である
二次電池容器。
【請求項４】
請求項３に記載された二次電池容器であって、
前記アルミニウム材料は、インパクトプレスにより形状が加工された材料である
二次電池容器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載された二次電池容器と、
前記本体部に収納された充放電可能な二次発電要素と、
を具備する
二次電池。
【請求項６】
アルミニウム材料を母材として、塑性加工により、上面が開口面である箱型の本体部を作製する工程と、
前記本体部内に、充放電可能な二次発電要素を収納する工程と、
前記二次発電要素を収納する工程の後に、前記開口面を塞ぐように蓋を配置し、前記蓋を前記開口面の縁部分に溶接する工程と、
を具備し、
前記本体部を作製する工程から前記溶接する工程までは、冷間で行われる
二次電池の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載された二次電池の製造方法であって、
前記本体部を作製する工程は、前記本体部が前記母材の引張強さ以上の引張強さを有するように、塑性加工する工程を含んでいる
二次電池の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載された二次電池の製造方法であって、
前記本体部を作製する工程は、
前記母材として、常温で６０〜１００Ｎ／ｍｍ２の引張強さを有するアルミニウム材料を準備する工程と、
前記母材を冷間鍛造することにより、引張強さが常温で１５０Ｎ／ｍｍ２以上である前記本体部を成形する工程とを有する
二次電池の製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載された二次電池の製造方法であって、
前記アルミニウム材料は、Ａｌを、９９％以上の割合で含むアルミニウム合金である
二次電池の製造方法。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれかに記載された二次電池の製造方法であって、
前記本体部を作製する工程は、前記塑性加工として、インパクトプレスを行う工程を含んでいる
二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池容器及び二次電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
充放電可能な二次電池が知られている。図１は、二次電池の一例を示す斜視図である。図１の二次電池は、電池容器を備えている。電池容器は、通常、金属製であり、この二次電池の電極としても作用するように構成されている。
【０００３】
その電池容器は、本体部１と、蓋２とを備えている。本体部１は上面が開口した箱型形状である。蓋２は、本体部１の開口面を塞ぐように配置されている。蓋２は、通常、溶接により、本体部の開口縁に接合される。蓋２には、安全弁２３、負極端子２１、及び正極端子２２などが設けられている。
【０００４】
図示していないが、電池容器内には、発電要素が収納されている。発電要素は、正極と負極とを備えており、正極と負極とはセパレータを介して対向している。また、電池容器内には電解液が封入されており、発電要素（正極及び負極）は、電解液に浸されている。
【０００５】
このような二次電池では、充放電時に、発電要素が膨張、収縮することがある。例えば、負極の材料として黒鉛を用いた場合、負極が充電時に膨張することがある。また、負極が放電時に収縮することもある。さらに、電解液として非水電解液が用いられる場合には、二次電池の運転時に電解液が分解してガスが発生し、発生したガスにより電池容器の内圧が上昇することがある。発電要素の膨張及び収縮や、内圧の上昇により、電池容器が変形し、破損してしまうことが考えられる。従って、電池容器は、使用時に破損しないように構成されていることが望まれる。
【０００６】
関連技術として、特許文献１（特開２００６−３２４１６０号公報）が挙げられる。特許文献１には、電池蓋の突合せ面下側に面取りを施して突合せ面の幅を電池蓋の厚さよりも縮小し、溶接ビードの先端が該突合せ面下側よりも下に延びていることを特徴とする電池筐体の密閉構造が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−３２４１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、電池容器が破損し難い二次電池、二次電池容器、及び二次電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用する括弧付き符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００９】
本発明に係る二次電池容器は、上端面が開口した形状であり、内部に充放電可能な二次発電要素（４）を収納する本体部（１）と、その上端面を塞ぐように配置され、本体部（１）の上端に溶接された蓋（２）とを具備する。本体部（１）は、常温で１５０／ｍｍ２以上の引張強さを有するアルミニウム材料により構成されている。
充放電等により、電池容器が膨張及び収縮を繰り返したとする。膨張及び収縮により、本体部（１）と蓋（２）との溶接部分では、本体部（１）と蓋（２）とが成す角度が多数回変化する。これにより、溶接部分が金属疲労を起こし、破損してしまうことがある。これに対して、本発明によれば、本体部（１）が成形時の残留応力を有していることにより、電池容器が膨張又は収縮するような力を受けても、本体部（１）と蓋（２）とが成す角度の変化量が抑制される。その結果、溶接部分における金属疲労が抑制され、電池容器が破損することが防止される。
【００１０】
そのアルミニウム材料は、Ａｌを、９９％以上の割合で含むアルミニウム合金であることが好ましい。このようなアルミニウム材料は、靭性が大きく、金属疲労を起こしにくい。膨張及び収縮により低負荷の力が繰り返し加わっても、電池容器が破損し難くなる。
【００１１】
そのアルミニウム材料は、母材から冷間で形状が加工された材料であることが好ましい。冷間で加工された材料を用いることにより、そのアルミニウム材料を加工硬化状態で本体部（１）として用いることができる。
【００１２】
一観点から、そのアルミニウム材料は、冷間鍛造により形状が加工されることがより好ましい。そのアルミニウム材料は、インパクトプレスにより形状が加工されることがより好ましい。
【００１３】
本発明に係る二次電池は、上述の二次電池容器と、その二次電池容器内に収納された充放電可能な二次発電要素（４）とを具備する。
【００１４】
本発明にかかる二次電池の製造方法は、アルミニウム材料を母材として、塑性加工により、上端面が開口した形状の本体部（１）を作製する工程と、本体部（１）内に、充放電可能な二次発電要素（４）を収納する工程と、その二次発電要素を収納する工程の後に、本体部（１）の上端面を塞ぐように蓋（２）を配置し、蓋（２）を本体部（１）の上端に溶接する工程とを具備する。本体部を作製する工程から溶接する工程までは、冷間で行われる。
【００１５】
その本体部を作製する工程は、本体部（１）が母材よりも大きい引張強さを有するように、塑性加工する工程を含んでいることが好ましい。具体的には、母材として、常温で６０〜１００Ｎ／ｍｍ２の引張強さを有するアルミニウム材料を準備する。そして、準備した母材を冷間鍛造することにより、引張強さが常温で１５０Ｎ／ｍｍ２以上である本体部（１）が得られる。
【００１６】
上述の二次電池の製造方法において、そのアルミニウム材料は、Ａｌを、９９％以上の割合で含むアルミニウム合金であることが好ましい。
【００１７】
上述の二次電池の製造方法において、一観点から、その本体部を作製する工程は、その塑性加工として、冷間鍛造を行う工程を含んでいることが好ましい。
【００１８】
上述の二次電池の製造方法において、他の一観点から、その本体部を作製する工程は、その塑性加工として、インパクトプレスを行う工程を含んでいることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電池容器が破損し難い二次電池、二次電池容器、及び二次電池の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。図２は、本実施形態に係る二次電池を模式的に示す断面図である。本実施形態に係る二次電池は、非水電解質二次電池であるリチウム二次電池であるものとする。
【００２１】
図２に示されるように、二次電池は、二次電池容器と、発電要素４とを備えている。
【００２２】
二次電池容器は、本体部１と、蓋２とを備えている。本体部１及び蓋２は、アルミニウム製（アルミニウム又はアルミニウム合金製）である。本体部１は、上端面が開口した箱型形状である。蓋２は、上端面を塞ぐように配置されている。蓋２は、本体部１の開口部分の縁部に、溶接により接合されている。図２には、本体部１と蓋２との接合部分が、溶接部３として示されている。蓋２には、正極端子２１と、負極端子２２と、安全弁２３とが設けられている。正極端子２１及び負極端子２２は、絶縁体を介して蓋に取り付けられている。
【００２３】
発電要素４は、二次電池容器内に収納されている。二次電池容器内には、非水電解液が封入されており、発電要素４は、その非水電解液に含浸されている。その非水電解液としては、リチウムイオンを含んだ液が用いられる。
【００２４】
発電要素４は、複数の正極と複数の負極とを備えている。複数の正極と、複数の負極とは、セパレータを介して交互に積層されている。複数の正極は、正極リード４１を介して正極端子２１に接続されている。複数の負極は、負極リード４２を介して負極端子２２に接続されている。複数の正極の各々は、例えば、アルミニウム箔などからなる本体と、その本体の表面にリチウムイオンを吸蔵、放出可能な正極活物質（例示；マンガン酸リチウム、ＬｉＭｎ２Ｏ４）を有している。複数の負極の各々としては、例えば、カーボン、グラファイトが用いられる。
【００２５】
蓋２に設けられた安全弁２３は、二次電池容器内の内圧が上昇したときに、二次電池容器内のガスを排出するために設けられている。安全弁２３は、二次電池容器の内圧が所定値以上になると開放されるように設計されている。
【００２６】
続いて、本体部１の材質について説明する。
【００２７】
既述のように、本体部１は、アルミニウム製である。本体部１は、アルミニウムの母材を冷間鍛造することにより、製造される。本体部１は、その母材の引張強さ以上の引張強さを有している。具体的には、本体部１は、常温で１５０Ｎ／ｍｍ２以上の引張強さを有している。これには、本体部１を製造する際に発生した圧縮応力（残留応力）の効果が含まれる。上述のような引張強さを有していることにより、二次電池容器の破損が防止される。その理由について、以下に説明する。
【００２８】
仮に、本体部１が残留応力を有していない場合、二次電池容器は膨張し易く、収縮し易い。図３Ａは、二次電池容器が膨張したときの様子を示す模式図である。二次電池容器に膨張するような力が加わると、本体部１と蓋２との接合部分（溶接部３）において、蓋と本体部とが成す角度（図中、θ）が大きくなる。一方、図３Ｂは、二次電池容器が収縮したときの様子を示す模式図である。収縮時には、溶接部において、蓋と本体部とが成す角度θが小さくなる。充放電が繰り返されると、膨張及び収縮が繰り返される。膨張及び収縮が繰り返されると、蓋と本体部とが成す角度θが繰り返し変化する。その結果、溶接部３において、金属疲労が発生し、溶接部３が損傷しやすくなる。
【００２９】
これに対して、本体部１が残留応力を有している場合、二次電池容器は膨張しにくく、収縮もし難い。図４Ａは、本実施形態における二次電池容器に対して、膨張するような力が加わったときの様子を示す模式図である。図４Ａに示されるように、本体部１自体が残留応力を有していることにより、本体部１に膨張力が加わったとしても、溶接部３における角度θは、それほど大きくならない。図４Ｂは、二次電池容器に対して収縮するような力が加わったときの様子を示す模式図である。膨張力が加わったときと同様に、本体部１の残留応力により、溶接部３における角度θは、それほど小さくならない。
【００３０】
このように、本実施形態によれば、本体部１が残留応力を有していることにより、二次電池容器の変形が抑制される。その結果、溶接部３における金属疲労が抑制され、二次電池容器の破損が防止される。
【００３１】
本体部１の引張強さは、例えば、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１；１９９８）に規定された引張試験により測定することができる。
【００３２】
続いて、本実施形態に係る二次電池の製造方法について説明する。
【００３３】
まず、本体部１を製造する。具体的には、常温で引張強さが６０〜１００Ｎ／ｍｍ２であるアルミニウム材料の母材を準備し、この母材を塑性加工することにより、本体部１を作製する。ここで、塑性加工を冷間で行うことにより、成形品に応力が残留し、アルミニウム材料は加工硬化する。加工硬化により、強度が高まり、母材の引張強さ以上の引張強さを有する本体部１を得ることができる。具体的には、常温で１５０Ｎ／ｍｍ２以上の引張強さを有する本体部１を得ることができる。すなわち、冷間鍛造を行うことにより、本体部１を損傷しにくくすることができる。
【００３４】
冷間鍛造として、具体的には、インパクトプレスが好ましく用いられる。インパクトプレスを用いた場合、短時間で大量の製品を加工することができる。図５Ａは、インパクトプレスを説明するための説明図である。図５Ａに示されるように、上金型と下金型との間に、母材５を配置する。そして上金型により母材５をプレスする。これにより、母材５が塑性変形し、図５Ｂに示されるように、成型材６が作製される。この成型材６が、本体部１として使用される。
【００３５】
本体部１が作成された後、発電要素が本体部１に収納される。その後、蓋２が本体部１の開口縁に溶接され、密閉された二次電池容器が作成される。
【００３６】
その後、蓋２に設けられた電解液注入用の開口（図示せず）から電解液が注入され、本実施形態に係る二次電池が得られる。
【００３７】
続いて、本体部１の材質について説明する。
【００３８】
本体部１に用いられるアルミニウム材料としては、例えば、ＪＩＳ規格でＡ１０００番台に規定されるアルミニウム合金、及びＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｈ  ４０００；２００６）でＡ３０００番台に規定されるアルミニウム合金を挙げることができる。
【００３９】
アルミニウム材料としては、Ａｌを、９９％以上の割合で含むアルミニウム合金を用いることが、より好ましい。このようなアルミニウム合金として、具体的には、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ  Ｈ  ４０００；２００６）でＡ１０００番台に規定されるアルミニウム合金が挙げられる。
【００４０】
Ａｌを、９９％以上の割合で含むアルミニウム合金は、靭性に優れている。靭性に優れていることにより、二次電池容器が膨張及び収縮を繰り返したとしても、金属疲労を起こし難い。また、本体部１が剛直である場合には、本体部１の開口縁に蓋２を溶接する際に、割れが発生し易くなる。上述のように、靭性に優れたアルミニウム合金を用いることにより、蓋２を溶接する際に、割れが発生し難くなる。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態によれば、本体部１が母材の引張強さ以上の引張強さを有していることにより、溶接部分の信頼性を高めることができる。
【００４２】
この効果は、冷間鍛造を行うことにより、本体部１に残留応力を持たせることができることによるものである。
【００４３】
更に、本体部１の構成材料として、Ａｌを、９９％以上の割合で含むアルミニウム合金を用いることにより、蓋２を溶接する際の割れを発生し難くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】二次電池を示す斜視図である。
【図２】二次電池を示す断面図である。
【図３Ａ】二次電池に膨張力が加わったときの様子を示す説明図である。
【図３Ｂ】二次電池に収縮力が加わったときの様子を示す説明図である。
【図４Ａ】二次電池に膨張力が加わったときの様子を示す説明図である。
【図４Ｂ】二次電池に収縮力が加わったときの様子を示す説明図である。
【図５Ａ】インパクトプレスを説明するための説明図である。
【図５Ｂ】インパクトプレスを説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  本体部
２  蓋
２１  正極端子
２２  負極端子
２３  安全弁
３  溶接部
４    二次発電要素
４１  正極リード
４２  負極リード
５  母材
６  成型材
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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