JP2014010897A - 電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ケース本体の開口部内に蓋部材を挿入し、これらを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。
【解決手段】 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θ１６０〜２００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。
【選択図】 図５

Description

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。

その一態様は、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、連続的にレーザー光を放射する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ヶである。

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４ａｕ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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