(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素を収納する電池容器の開口端部に蓋板を配置して、これら電池容器の開口端部と蓋板との間を溶接により接合した電池において、
電池容器の外周側面の開口端部の少なくとも一部分が内側に陥没すると共に、溶接部のビードに球面状溶融部が形成され、前記球面状溶融部の前記電池容器の外周側面方向への膨らみが電池容器の外周側面を超えないことを特徴とする電池。
【請求項２】
電池容器の開口端部の外周側面の少なくとも一部分を内側に陥没させて陥没部を形成し、この電池容器の内部に発電要素を収納すると共に開口端部に蓋板を配置し、これら電池容器の開口端部と蓋板との間を端部全体を溶融させて接合させ、溶接部のビードに球面状溶融部を形成し、前記球面状溶融部の前記電池容器の外周側面方向への膨らみが電池容器の外周側面を超えないようにしたことを特徴とする電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池容器の開口端部に蓋板を溶接することにより、内部の発電要素を密閉する電池及びこの電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の長円筒型のリチウムイオン二次電池の構造を図１０に基づいて説明する。このリチウムイオン二次電池１は、アルミニウム合金やステンレス鋼を長円筒形の有底容器状に加工した電池容器２の上端開口部に、アルミニウム合金やステンレス鋼を長円形の板状に加工した蓋板３を嵌め込んで溶接により接合することにより、内部の発電要素４を密閉するようにしている。発電要素４は、正極と負極をセパレータを介して長円筒形に巻回したものであり、これらの正極と負極に接続された正負の端子５，５が上端面の上方に取り付けられている。そして、これらの端子５，５は、蓋板３の下方から板面を貫通して上方に突出すると共に、貫通部分をハーメチックシールで絶縁封止するようにして、予め蓋板３に取り付けられる。
【０００３】
上記電池容器２は、まず発電要素４を上端開口部から挿入し、端子５，５に取り付けられた蓋板３をこの上端開口部に嵌め込む。そして、これら電池容器２の上端開口部と蓋板３との間を、アルミニウム合金の場合にはレーザー溶接で溶接し、ステンレス鋼の場合にはＴＩＧ溶接で溶接することにより接合させて内部を密閉する。なお、電解液は、蓋板３に設けられた注液口から注入し、この注液口はその後に封口する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のリチウムイオン二次電池１は、図１１の左図に示すように、電池容器２の上端開口部に蓋板３を嵌め込んで溶接を行うと、この図１１の右図に示すように、溶接部のビード２ａが電池容器２の外周側面２ｂよりも外側にオーバーハングするという問題が生じる。
【０００５】
単体で使用される小型のリチウムイオン二次電池１の場合には、このようなビード２ａのオーバーハングは、わずかな突起であるために支障を生じないこともあるが、大型のリチウムイオン二次電池１の場合には、ビード２ａの突出量も大きくなり、使用時のスペース効率が悪くなるという問題を生じる。特に、図１０に示すように、複数の大型のリチウムイオン二次電池１を平坦な冷却板６を介して並べて配置するような組電池の場合には、ビード２ａのオーバーハングによって冷却板６とリチウムイオン二次電池１の電池容器２の外周側面２ｂとの間に隙間が生じ、これらの接触面積が小さくなるために冷却効率が悪くなり、電池内部で発生した熱を十分に放熱させることができず、電池寿命が短くなるという問題を生じていた。
【０００６】
本発明は、かかる事情に対処するためになされたものであり、電池容器の外周側面の開口端部を内側に陥没させることにより、この電池容器の外周側面を冷却板等に密接させることができる電池及びこの電池の製造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、発電要素を収納する電池容器の開口端部に蓋板を配置して、これら電池容器の開口端部と蓋板との間を溶接により接合した電池において、電池容器の外周側面の開口端部の少なくとも一部分が内側に陥没すると共に、溶接部のビードに球面状溶融部が形成され、前記球面状溶融部の前記電池容器の外周側面方向への膨らみが電池容器の外周側面を超えないことを特徴とする。
【０００８】
請求項１の発明によれば、電池容器の外周側面の開口端部と蓋板との間を溶接した際に、溶接部のビードが膨らんで球面状溶融部が形成されるが、このような球面状溶融部の膨らみがあっても、なおかつこの開口端部が内側に陥没しているので、電池容器の外周側面よりもオーバーハングすることがない。このため、電池容器の外周側面を他の電池の電池容器の外周側面と密着させて並べたり、収納スペースの内側面等に密着させることができるので、スペース効率が低下するようなことがなくなる。しかも、冷却板を介して複数の電池を並べて配置するような組電池の場合にも、各電池の電池容器の外周側面を冷却板に密着させることができ、冷却効率が低下するのを防止することができるようになる。なお、球面状溶融部が外周側面よりもオーバーハングすると不都合が生じるのは、他の電池容器や収納スペース等に密着する部分だけであるため、必ずしも電池容器の外周側面の全周にわたって陥没させる必要はなく、この全周の一部分であってもよい。例えば、長円筒形の電池容器の外周側面の平坦な部分を冷却板に密着させて並べる場合、この外周側面の湾曲部分では、球面状溶融部がオーバーハングしていてもかまわない。
【０００９】
請求項２の発明は、電池容器の開口端部の外周側面の少なくとも一部分を内側に陥没させて陥没部を形成し、この電池容器の内部に発電要素を収納すると共に開口端部に蓋板を配置し、これら電池容器の開口端部と蓋板との間を端部全体を溶融させて接合させ、溶接部のビードに球面状溶融部を形成し、前記球面状溶融部の前記電池容器の外周側面方向への膨らみが電池容器の外周側面を超えないようにしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明によれば、電池容器の開口端部の外周側面を切削若しくは研削加工又はその他の加工によって内側に陥没させて陥没部を形成するので、この電池容器の開口端部に蓋板を嵌め込んだり載置して溶接を行い、これによって陥没部のビードがある程度膨らんでも、このビードが陥没の落差を超えて電池容器の外周側面よりもオーバーハングするようなことがなくなる。このため、電池を収納する際にスペース効率を低下させるおそれがなくなり、冷却板を用いる組電池の場合にも、冷却効率が低下するのを防止できるようになる。なお、陥没部のビードは、この陥没部の陥没の落差と一致するところまで膨らんでも、オーバーハングすることにはならないので、丁度陥没の落差と一致するまで膨らんだ場合には、溶接後の外周側面の開口端部は、内側には陥没していない状態となる。また、この陥没部は、必ずしも電池容器の外周側面を全周にわたって陥没させて形成する必要はなく、この全周の一部分に形成するだけであってもよい。
【００１１】
なお、前記陥没部は、電池容器の開口端部の外周側面の少なくとも一部分を加工によって段状に内側に陥没させて形成するものであることが好ましい。
【００１２】
このようにすれば、電池容器の開口端部の外周側面を切削若しくは研削加工又はその他の加工によって段状に内側に陥没させるので、この電池容器の開口端部に蓋板を嵌め込んだり載置して溶接を行い、これによって陥没部のビードが膨らんでも、このビードが少なくとも陥没部の形成された部分では段差を超えて電池容器の外周側面よりもオーバーハングするようなことが確実になくなる。このため、電池を収納する際にスペース効率を低下させるおそれがなくなり、冷却板を用いる組電池の場合にも、冷却効率が低下するのを防止できるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１〜図９は本発明の一実施形態を示すものであって、図１は陥没部を形成した電池容器の上端開口部に蓋板を嵌め込んだ接合部の溶接前と溶接後を示す部分拡大縦断面図、図４は複数のリチウムイオン二次電池を冷却板を介して並べた組電池の側面図、図５はテーパ面状の陥没部を形成した電池容器の上端開口部に蓋板を嵌め込んだ接合部の溶接前と溶接後を示す部分拡大縦断面図、図６は電池容器に発電要素を収納した状態を示す部分拡大縦断面図、図７は電池容器の上端開口部をプレス加工で圧迫した状態を示す部分拡大縦断面図、図８は電池容器の上端開口部と蓋板との間を溶接した状態を示す部分拡大縦断面図、図９は陥没部を形成した電池容器の上端開口部に蓋板を載置した接合部の溶接前と溶接後を示す部分拡大縦断面図である。なお、図１０〜図１０に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００１５】
本実施形態も、図１０に示した従来例と同様の長円筒型のリチウムイオン二次電池１について説明する。このリチウムイオン二次電池１の蓋板３の構成は、従来例と同じであり、アルミニウム合金やステンレス鋼の板材を長円形にすると共に、この板面を上下に貫通する貫通孔を２箇所設け、長円形の周縁部とこれら貫通孔の周縁部を上向きに折り曲げて加工したものである。発電要素４も、従来例と同じ構成であり、長円筒形の上端面の上方に図示しない集電接続体を介して正負の端子５，５が取り付けられている。そして、これらの端子５，５を蓋板３の下方からそれぞれ貫通孔に嵌入させて、間隙をハーメチックシールで絶縁封止することにより、蓋板３を取り付ける。
【００１６】
上記電池容器２は、従来例と同様に、アルミニウム合金やステンレス鋼の板材を長円筒形の有底容器状に加工したものである。そして、本実施形態では、図１の左図に示すように、この電池容器２の上端開口部の外周側面２ｂを切削加工によって段状に削り取ることにより、この部分を陥没させて陥没部２ｃを形成している。この陥没部２ｃは、電池容器２の外周側面２ｂを外周側から板厚の１／４〜１／２程度まで削り取ることにより形成された段状に陥没した外周面である。このような陥没部２ｃは、切削加工の他に、研削加工によって形成することもでき、内周側面が窄まらないように金型で支持して外周側面２ｂを圧迫するプレス加工によって形成することも可能である。また、電池容器２の上端開口部の外周側面２ｂに化学的又は物理的なエッチング加工等を施すことによって形成することも可能である。特に、切削加工や研削加工以外の加工方法では、切削や研削によって削り取られた切り屑や微粉が電池容器２内に入り込まないという利点もある。
【００１７】
上記電池容器２には、発電要素４を上端開口部から挿入される。また、この発電要素４が電池容器２の内部に収納されるに伴って、端子５，５に取り付けられた蓋板３を電池容器２の上端開口部に嵌め込む。すると、この電池容器２の上端開口部の内周側面に蓋板３の周縁部を上向きに折り曲げた部分の外周端面が内接して嵌り込む。この蓋板３は、電池容器２の上端開口部と上端面が面一になるまで嵌め込む。そして、この電池容器２の上端開口部の内周側面と蓋板３の外周端面とが接する嵌合部を上方から溶接することにより接合する。この溶接は、電池容器２と蓋板３がアルミニウム合金の場合にはレーザー溶接で行い、ステンレス鋼の場合にはＴＩＧ溶接で行う。
【００１８】
上記溶接を行うと、電池容器２の上端開口部と蓋板３の周縁部とが溶融して融合するので、図１の右図のように、この溶接部分のビード２ａが球面状溶融部となって膨らみが生じる。しかしながら、このビード２ａは、外周側面２ｂよりも陥没した陥没部２ｃが膨らむことになるので、外周側面２ｂを超えてオーバーハングするようなことはない。特に、この陥没部２ｃは、段状に陥没しているので、この段差を十分に取っておけば、図２に示すように、ビード２ａの球面状溶融部の膨らみが下方に及んでドーム状になっても、外周側面２ｂを超えてオーバーハングするのを確実に防止することができる。なお、このビード２ａの球面状溶融部の膨らみは、図３に示すように、陥没部２ｃの段差に一致するまでは許容され、この場合には溶接後の外周側面２ｂには、陥没部２ｃの陥没がなくなることになる。ただし、このように陥没部２ｃの陥没がなくなるということは、溶接作業のわずかな条件の違いによって、ビード２ａの球面状溶融部の膨らみが外周側面２ｂを超えてオーバーハングすることになるので、実際には、陥没部２ｃに余裕のある段差を設けておくことが好ましい。
【００１９】
上記構成により、本実施形態のリチウムイオン二次電池１は、電池容器２の上端開口部の外周側面２ｂが加工されて内側に陥没した陥没部２ｃが形成されているので、この電池容器２の上端開口部と蓋板３との嵌合部を溶接することによりビード２ａが膨らんでも、このビード２ａの外周側への膨らみが電池容器２の外周側面２ｂを超えてオーバーハングするようなことがなくなる。従って、リチウムイオン二次電池１を複数個並べて配置した際に、これらの電池容器２の外周側面２ｂを密着させて並べることができ、組電池のスペース効率を高めることができるようになる。また、単体のリチウムイオン二次電池１を収納部に収める場合や、組電池を構成する各リチウムイオン二次電池１を空冷のために間隔を開けて配置する収納枠に収める場合にも、この電池容器２の外周側面２ｂを収納部や収納枠の内側面等に密着させることができるので、スペース効率を高めることができるようになる。さらに、図４に示すように、冷却板６を介して複数のリチウムイオン二次電池１を並べて配置するような組電池の場合にも、長円筒形の外周側面２ｂの平坦な部分を冷却板６に密着させることができるので、冷却効率が低下するのを防止することができるようになる。
【００２０】
なお、上記実施形態では、電池容器２の上端開口部の外周側面２ｂに段状の陥没部２ｃを形成する場合について説明したが、図５に示すように、上方になるほど徐々に陥没したテーパ面状に陥没部２ｃを形成することもできる。例えば電池容器２の上端開口部のバリ取りを手作業で行う際に、グラインダなどで外周側面２ｂを全周にわたって研削することにより、このようなテーパ面状の陥没部２ｃを形成することができる。また、上記実施形態では、陥没部２ｃを電池容器２の上端開口部の外周側面２ｂの全周にわたって形成する場合について説明したが、例えば図４に示したように、長円筒形の電池容器２の外周側面２ｂにおける平坦な部分を冷却板６に密着させて配置する場合には、この電池容器２の上端開口部の外周側面２ｂにおける平坦な部分にのみ陥没部２ｃを形成するようにしてもよい。この電池容器２の外周側面２ｂの湾曲部は、冷却板６に密着しないので、ビード２ａが外周側面２ｂを超えてオーバーハングしてもスペース効率や冷却効率には影響しないからである。
【００２１】
また、上記実施形態では、切削加工等によって電池容器２の上端開口部の外周側面２ｂのみを内側に陥没させる場合について説明したが、図６〜図８に示すように、電池容器２の上端開口部の全体を内側に絞り込むようにすることもできる。この場合、まず、図６に示すように、電池容器２に発電要素４を収納し、次に、図７に示すように、この電池容器２の上端開口部をプレス加工によって外周側から圧迫することによって、この上端開口部を内側に絞り込む。従って、この場合には、電池容器２の上端開口部の外周側面２ｂが内側に陥没するだけでなく、内周側面も内側に窄まることになり、このために、プレス加工の前に発電要素４を電池容器２内に収納しておく必要がある。また、蓋板３は、このプレス加工の前に電池容器２の上端開口部の内側に配置しておいてもよいし、プレス加工の後にこの上端開口部に嵌め込むようにしてもよい。ただし、発電要素４を電池容器２に収納した後に蓋板３を嵌め込む場合には、この蓋板３を貫通する端子５，５を、ハーメチックシールではなく、シール材を介したナットの締め付け等によって封止するのが一般的である。このようにして蓋板３が嵌め込まれると、この蓋板３と電池容器２の上端開口部との間を溶接により接合させる。すると、この場合にも、電池容器２の上端開口部と蓋板３との溶接部のビード２ａは、外周側への膨らみが電池容器２の外周側面２ｂを超えてオーバーハングするようなことがなくなる。
【００２２】
また、上記実施形態では、電池容器２の上端開口部と蓋板３との間をアルミニウム合金の場合にはレーザー溶接で溶接し、ステンレス鋼の場合にはＴＩＧ溶接で溶接する場合について説明したが、溶接方法は、これに限らず、材質に応じて任意の溶接方法を用いることができる。さらに、電池容器２と蓋板３の材質も、アルミニウム合金やステンレス鋼に限らず、任意の金属材料を用いることができる。
【００２３】
また、上記実施形態では、電池容器２の上端開口部の内周側面に蓋板３が嵌まり込む場合について説明したが、この蓋板３の一部のみが嵌り込む場合や、図９に示すように、この蓋板３が電池容器２の上端開口部に載置される場合にも、同様に本発明を実施可能である。この場合、図９の左図に示すように、電池容器２の上端開口部の外周側面２ｂに陥没部２ｃを形成しておき、蓋板３をこの上端開口部の上に載置して溶接を行う。すると、図９の右図に示すように、電池容器２の上端開口部と蓋板３との溶接部に生じるビード２ａの外周側への膨らみが電池容器２の外周側面２ｂを超えてオーバーハングするようなことがなくなる。
【００２４】
また、上記実施形態では、長円筒型のリチウムイオン二次電池１について説明したが、電池の種類はこれに限定されない。さらに、電池の形状も長円筒型に限らず、円筒型や角型等の任意の形状の電池に実施可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電池及びこの電池の製造方法によれば、電池容器の外周側面から溶接部のビードの膨らみが突出するようなことがなくなるので、電池を収納する際のスペース効率を向上させ、冷却板を用いる組電池の場合にも、この電池容器の外周側面を冷却板に密着させて冷却効率を向上させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態を示すものであって、陥没部を形成した電池容器の上端開口部に蓋板を嵌め込んだ接合部の溶接前と溶接後を示す部分拡大縦断面図である。
【図２】  本発明の一実施形態を示すものであって、電池容器の上端開口部と蓋板との接合部の溶接後の球面状溶融部がドーム状になる場合を示す部分拡大縦断面図である。
【図３】  本発明の一実施形態を示すものであって、電池容器の上端開口部と蓋板との接合部の溶接後の球面状溶融部がドーム状になって陥没しなくなる場合を示す部分拡大縦断面図である。
【図４】  本発明の一実施形態を示すものであって、複数のリチウムイオン二次電池を冷却板を介して並べた組電池の側面図である。
【図５】  本発明の一実施形態を示すものであって、テーパ面状の陥没部を形成した電池容器の上端開口部に蓋板を嵌め込んだ接合部の溶接前と溶接後を示す部分拡大縦断面図である。
【図６】  本発明の一実施形態を示すものであって、電池容器に発電要素を収納した状態を示す部分拡大縦断面図である。
【図７】  本発明の一実施形態を示すものであって、電池容器の上端開口部をプレス加工で圧迫した状態を示す部分拡大縦断面図である。
【図８】  本発明の一実施形態を示すものであって、電池容器の上端開口部と蓋板との間を溶接した状態を示す部分拡大縦断面図である。
【図９】  本発明の一実施形態を示すものであって、陥没部を形成した電池容器の上端開口部に蓋板を載置した接合部の溶接前と溶接後を示す部分拡大縦断面図である。
【図１０】  従来例を示すものであって、リチウムイオン二次電池の構造を示す斜視図である。
【図１１】  従来例を示すものであって、電池容器の上端開口部と蓋板との接合部の溶接前と溶接後を示す部分拡大縦断面図である。
【図１２】  従来例を示すものであって、複数のリチウムイオン二次電池を冷却板を介して並べた組電池の側面図である。
【符号の説明】
１    リチウムイオン二次電池
２    電池容器
２ａ  ビード
２ｂ  外周側面
２ｃ  陥没部
３    蓋板
４    発電要素
６    冷却板
【図１】
0005167565.tif 000002
【図２】
0005167565.tif 000003
【図３】
0005167565.tif 000004
【図４】
0005167565.tif 000005
【図５】
0005167565.tif 000006
【図６】
0005167565.tif 000007
【図７】
0005167565.tif 000008
【図８】
0005167565.tif 000009
【図９】
0005167565.tif 000010
【図１０】
0005167565.tif 000011
【図１１】
0005167565.tif 000012
【図１２】
0005167565.tif 000013