电池及其制造方法
电池及其制造方法
【专利摘要】一种电池(1)，在电池壳体(2)内收纳有电极体(9)，电池壳体(2)具有：具有开口部(3k)的有底筒状的壳体主体(3)；和插入到开口部(3k)内将其封口的板状的盖构件(4)，其是利用从盖构件(4)的厚度方向(TH)外侧照射的能量束(LS)，将开口部(3k)与盖周缘部(4f)气密地焊接而成。在特定部位(11)中，以壳体主体(3)的开口部(3k)的内周面(3ia)和盖构件(4)的盖周缘部(4f)的周缘面(4ua)相互密着了的状态被焊接，特定部位中的焊道(10a)的形状呈下述形态：在其周向(SH)截面中，呈中心角θ＝160～200度的扇形，扇形的中心(10ac)位于内周面(3ia)和周缘面(4ua)上。
【专利说明】电池及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池及其制造方法，特别涉及将构成电池壳体的壳体主体与盖构件进行焊接而成的电池及其制造方法。
【背景技术】
[0002]锂离子二次电池等的电池，被用于混合动力汽车、插电式混合动力汽车、电动汽车等的车辆、笔记本电脑等家庭用电气设备、冲击钻等的工业设备等各方面。作为这样的电池形态，例如已知在金属壳体内收纳有电极体的电池，具体而言，已知通过激光焊接将有底方筒状的壳体主体和插入到其开口部中的盖构件密封(封止)的方形电池(参照专利文献I的各图)。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:特开2001-155698号公报
【发明内容】
[0006]但是，这样地将壳体主体与盖构件进行激光焊接时，在焊接中熔融的金属凝固而成的焊道(焊缝)内，有时残留封闭气孔(void)。封闭气孔残留于焊道内时，在电池壳体的内压上升时等对电池壳体施加了应力的情况下,该封闭气孔成为裂纹的起点，以连接壳体主体和盖构件的间隙和封闭气孔的方式形成裂纹，进而裂纹通过封闭气孔而扩展等，封闭气孔容易成为焊道内的薄弱点。
[0007]另外，可以认为，封闭气孔(气孔)是构成壳体主体、盖构件的金属(铝等)内所含有的氢、和焊接时卷入的空气或者保护气体中所含有的水分伴随激光照射在高温下解离而产生的氢等，在熔融的金属内逐渐聚集而形成的。即，在熔融的金属中的氢的溶解度，t匕在固体的金属中的溶解度大幅度低，因此金属熔化时，不能在金属中保持氢，容易形成为气泡。另外，可以认为，在熔融金属内成为微气泡而含有的氢等，在焊道被冷却、慢慢固化时，转移至还熔融着的部分中，最终聚集在最后固化的部位附近而成为封闭气孔，从而出现在焊道内。
[0008]本发明是鉴于该问题而完成的，提供一种电池及其制造方法，所述电池是对于电池壳体，在壳体主体的开口部内插入盖构件，并采用能量束将它们遍及盖构件的四周地气密地焊接的电池，所述电池形成有难以含有封闭气孔并具有良好的焊接强度的焊道。
[0009]本发明的一方式为一种电池，在金属制的电池壳体内收纳有电极体，上述电池壳体，具有:具有开口部的有底筒状的壳体主体；和插入到上述开口部内将上述开口部封口的板状的盖构件，其是利用从上述盖构件的厚度方向外侧照射的能量束，遍及上述盖构件的四周地将上述壳体主体的上述开口部和上述盖构件的周缘的盖周缘部气密地焊接而成，在构成上述盖构件的周向的至少一部分的特定部位中，以上述壳体主体的上述开口部之中沿着上述厚度方向的内周面、与上述盖构件的上述盖周缘部之中沿着上述厚度方向的周缘面相互密着了的状态被焊接，上述特定部位中的焊道的形状呈下述形态:在上述焊道的上述周向截面中，呈中心角为160?200度的扇形,上述扇形的中心位于上述内周面和上述周缘面上。
[0010]在上述电池中，在特定部位中，焊道的截面形状呈下述形态:呈中心角Θ = 160?200度、即大致半圆形的扇形，而且，其中心(扇形的主要部分)位于在未熔融时相互密着的内周面和周缘面上。因此，在焊接中，可以如以下那样考虑。即，当使能量束相对地移动，进行壳体主体与盖构件的焊接时，由于受热，在壳体主体的开口部及盖构件的周缘部之中，尚未被焊接的部分也有热传递而温度上升。因此，可以认为，通过能量束照射所形成的熔融的焊道被冷却而慢慢固化时，从熔融的焊道向壳体主体或者盖构件的热传导所致的热转移比较少，从熔融的焊道的表面向与其接触的空气、保护气体的热传导或者红外线热放射所致的热扩散变多。而且，焊道(熔融金属)截面成为大致半圆形状的扇形。因此，焊道从其外表面侧开始大致均匀地被冷却，从截面圆弧状的外表面向扇形的中心进行固化。与此同时，熔融金属中所含有的氢等的微气泡也向扇形的中心移动。于是，最后微气泡聚集在扇形的中心附近。
[0011]然而，在上述的电池中，扇形的中心位于壳体主体的开口部的内周面和盖构件的盖周缘部的周缘面上。该壳体主体的开口部的内周面与盖构件的盖周缘部的周缘面尽管密着，但是两者间形成一点点厚度的板状的空间并与电池壳体的内部空间相连。因此，微气泡所含有的氢等，放出至该板状的空间及连通该空间的电池壳体的内部空间。由此，在扇形的焊道内难以形成由氢等所致的封闭气孔。
[0012]另外，即使微气泡所含有的氢等向板状的空间的放出不充分，也成为焊道形成的扇形的中心位于内周面及周缘面上的形态，因此在微气孔聚集在中心附近形成大的气孔的阶段，该气孔成为与前述的板状的空间连通的形态。即，微气孔聚集所形成的大的气孔，连通到板状的空间，另外，通过其而成为连通到电池壳体内的开放气孔。该开放气孔，与在焊道内所形成的前述的封闭气孔不同，难以成为裂纹的起点。可得到下述效果:具有这样的开放气孔的焊道，在容易成为裂纹起点的板状的空间的顶端，形成由开放气孔所致的大致圆的缺口，在施加了使密着的内周面与周缘面之间分离开那样的应力时，分散应力，防止从板状的空间的顶端部分发生裂纹。也就是说，由于开放气孔，相反地变得难以产生裂纹。这样，该电池能够成为在特定部位中难以在焊道内含有容易成为裂纹的起点等的封闭气孔，并具有良好的焊接强度的电池。
[0013]再者，作为焊接中使用的能量束，除了激光束以外，还可举出电子束。作为激光束，可使用光纤激光器等的CW激光、YAG激光器等的脉冲激光。再者，考虑到熔深的周向的均匀性等，优选使用光纤激光器等的CW激光。
[0014]进而，上述的电池优选为下述电池:在上述特定部位中，上述焊道呈以下形态:t匕上述壳体主体的外侧面向外侧突出，并且，比上述盖构件的外侧面向外侧突出。
[0015]在该电池中，在特定部位中，焊道成为以下形态:成为前述的扇形，而且，比壳体主体的外侧面向外侧突出，且比盖构件的外侧面向外侧突出。因此，在施加了使密着的内周面与周缘面间分离开那样的应力时，在焊道中容易进一步分散应力，焊接强度良好。
[0016]上述的任一项所述的电池，优选为下述电池:上述电池壳体呈长方体形状，上述壳体主体为具有矩形形状的上述开口部的有底方筒状，所述开口部由一对开口长边部、一对开口短边部、以及将上述开口长边部与上述开口短边部之间分别连接并弧状地弯曲的4个开口 R部构成，上述盖构件为具有上述盖周缘部的矩形板状，所述盖周缘部由与一对上述开口长边部分别相对的一对盖长边部、与一对上述开口短边部分别相对的一对盖短边部以及与4个所述开口 R部分别相对的4个盖R部构成，上述特定部位是上述盖构件的周向之中一对上述盖长边部所处的部位。
[0017]上述的电池为所谓的方形电池，将盖构件的周向之中一对盖长边部所处的部位作为特定部位。即，成为如下的电池:关于占方形电池的开口部的大半的一对开口长边部与盖构件之中一对盖长边部的焊接部位，具有良好的焊接强度。
[0018]另外，另一方式为一种电池的制造方法，所述电池在金属制的电池壳体内收纳有电极体,上述电池壳体具有:具有开口部的有底筒状的壳体主体；和插入上述开口部内将上述开口部封口的板状的盖构件，其是利用从上述盖构件的厚度方向外侧照射的能量束，遍及上述盖构件的四周地将上述壳体主体的上述开口部与上述盖构件周缘的盖周缘部气密地焊接而成，该制造方法具有以下工序:插入工序，该工序向上述壳体主体的上述开口部内插入上述盖构件；和焊接工序，该工序从上述盖构件的厚度方向外侧照射能量束，将上述壳体主体的上述开口部与上述盖构件周缘的盖周缘部气密地焊接，上述焊接工序，在形成上述盖构件的周向的至少一部分的特定部位中，使上述壳体主体的上述开口部之中沿着上述厚度方向的内周面、与上述盖构件的上述盖周缘部之中沿着上述厚度方向的周缘面成为相互密着了的状态，并焊接成为以下形态，即，上述特定部位中的焊道的形状在上述焊道的上述周向截面中呈中心角160?200度的扇形,上述扇形的中心位于上述内周面和上述周缘面上。
[0019]上述的电池的制造方法，在插入工序之后的焊接工序中，焊接成为下述形态，即，特定部位中的焊道的截面形状为大致半圆形的扇形，而且，其中心(扇形的主要部分)位于在未熔融时相互密着的内周面和周缘面上。由此，如前所述，在扇形的焊道内难以形成由氢等产生的封闭气孔。而且，即使在形成气泡的情况下，也通过前述的板状的空间，成为与电池壳体内连通的开放气孔。该开放气孔难以成为裂纹的起点，在施加使密着的内周面与周缘面之间分离开那样的应力时，可得到分散应力，防止从板状的空间的顶端部分发生裂纹的效果。也就是说，由于开放气孔，相反地难以产生裂纹。这样，根据该电池的制造方法，能够制造在特定部位中，在焊道内难以含有容易成为裂纹的起点等的封闭气孔，并具有良好的焊接强度的电池。
[0020]再者，如前所述，作为在焊接工序中使用的能量束，除了激光束以外，还可举出电子束。作为激光束，可使用光纤激光器等的CW激光、YAG激光器等的脉冲激光。再者，考虑到熔深的周向的均匀性等，优选使用光纤激光器等的CW激光。另外，对于照射的束，优选使光斑直径较大、或者使集束的透镜的焦点距离较短，使得能够遍及焊接部分的宽的范围来照射电子束，并遍及宽的范围使开口部等熔融。另外，也可以进行所谓的摆动(weaving)，遍及焊接部分的宽的范围来照射束，所述摆动是一边照射激光束，一边在与激光束的移动方向(周向)正交的方向上使激光束振动。
[0021]进而，上述的电池的制造方法优选为下述的电池的制造方法:上述焊接工序，在上述特定部位中，将上述焊道形成为比上述壳体主体的外侧面向外侧突出，并且比上述盖构件的外侧面向外侧突出的形态。
[0022]在该电池的制造方法中，在特定部位中，焊道成为前述的扇形，而且，成为比壳体主体的外侧面向外侧突出，并且比盖构件的外侧面向外侧突出的形态。因此，在施加使密着的内周面与周缘面之间分离开那样的应力的情况下，在焊道中容易进一步分散应力，能够使焊接强度良好。
[0023]进而，上述的任一项所述的电池的制造方法，优选为下述的电池的制造方法:上述电池壳体呈长方体形状，上述壳体主体为具有矩形形状的上述开口部的有底方筒状，所述开口部由一对开口长边部、一对开口短边部以及将上述开口长边部与上述开口短边部之间分别连接并弧状地弯曲的4个开口 R部构成，上述盖构件为具有上述盖周缘部的矩形板状，所述盖周缘部由与一对上述开口长边部分别相对的一对盖长边部、与一对上述开口短边部分别相对的一对盖短边部、以及与4个所述开口 R部分别相对的4个盖R部构成，上述焊接工序，对于作为上述特定部位的、上述盖构件的周向之中一对上述盖长边部所处的部位，以将一对上述开口长边部彼此间压缩而使上述开口长边部的上述内周面与上述盖长边部的上述周缘面分别相互密着了的状态进行焊接。
[0024]上述的电池为所谓的方形电池。而且，将盖构件的周向之中一对盖长边部所处的部位作为特定部位。因此，能够适当地制造对于占方形电池的开口部的大半的一对开口长边部与盖构件之中一对盖长边部的焊接部位，具有良好的焊接强度的电池。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是实施方式的锂离子二次电池的立体图。
[0026]图2是涉及实施方式的、表示壳体主体的开口部附近的形态的局部放大立体图。
[0027]图3是涉及实施方式的、表示盖构件等的形态的局部放大立体图。
[0028]图4是涉及实施方式的、表示焊接前的壳体主体的开口长边部与盖长边部的关系的局部放大截面图。
[0029]图5是涉及实施方式的、表示将壳体主体的开口长边部与盖长边部进行了焊接的状态的局部放大截面图。
[0030]图6是涉及比较方式的、表示将壳体主体的开口长边部与盖长边部进行了焊接的状态的局部放大截面图。
[0031]图7是对于施方式和比较方式的电池壳体,表不反复使内压变动的情况下的耐久试验结果的图。
【具体实施方式】
[0032]以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。图1表示本实施方式的锂离子二次电池I(以下也仅称为电池I)。该电池I为搭载于混合动力汽车、电动汽车等车辆、冲击钻等的使用电池的设备的方形的密闭型电池。该电池I由长方体状的电池壳体2、和收纳于该电池壳体2内的扁平状卷绕型的电极体9、和被电池壳体2支持的正极端子5以及负极端子6等构成(参照图1及图2)。另外，电池壳体2内保持有非水系的电解液(未图示)。
[0033]其中，电极体9横倒地收纳于电池壳体2内(参照图1)。该电极体9，是使带状的正极板和带状的负极板隔着2枚带状的隔板相互重合，卷绕于轴线周围，并压缩为扁平状的电极体，在电池壳体2内，与正极端子5以及负极端子6连接。
[0034]接着，对于电池壳体2进行说明。该电池壳体2由金属(具体地为铝)构成，在图1中，包含:仅在上侧具有矩形形状的开口部3k的有底方筒状的壳体主体3、和插入到该壳体主体3的开口部3k内被焊接而将开口部3k封口的矩形板状的盖构件4 (参照图1?图3)。
[0035]其中，壳体主体3的矩形形状的开口部3k，由构成矩形形状之中的长边的一对开口长边部3a、3a、构成短边的一对开口短边部3b、3b、和将这些开口长边部3a和开口短边部3b之间分别连接并以1/4圆弧状弯曲的4个开口 R部3r、3r构成(参照图2)。
[0036]另一方面，盖构件4中其纵向(图1及图3中，在左下-右上方向)的中央附近，非复归型的安全阀4V，在其附近，设置注入电解液时使用的注液孔4h，并密封。另外，盖构件4中其纵向的两端附近，由电池壳体2的内部延伸出至外部的正极端子5及负极端子6，分别通过绝缘构件7、8—边使盖构件4 (电池壳体2)绝缘一边进行固设。该盖构件4中位于周缘的盖周缘部4f，由矩形形状中构成长边的一对盖长边部4a、4a和构成短边的一对盖短边部4b、4b和将这些盖长边部4a与盖短边部4b之间分别连接并以1/4圆弧状地弯曲的4个盖R部4r、4r构成(参照图3)。其中盖长边部4a、4a，分别与壳体主体3的开口长边部3a、3a相对。另外，盖短边部4b、4b，分别与壳体主体3的开口短边部3b、3b相对。另外，盖R部4r、4r，分别与壳体主体3的开口 R部3r、3r相对。另外，盖构件4的盖长边部4a，以与壳体主体3的开口长边部3a密着了的状态，具体地说，以壳体主体3的开口部3k的内周面3i中沿着厚度方向TH的开口长边部3a的内周面3ia，和盖构件4的盖周缘部4f的周缘面4u中沿着厚度方向TH的盖长边部4a的周缘面4ua密着了的状态，如以下所述那样被焊接(参照图5)。
[0037]壳体主体3通过盖构件4的焊接进行封口。具体地说，壳体主体3的开口部3k与盖构件4的盖周缘部4F，利用由盖构件4的厚度方向TH的外侧(从盖构件4的上方)照射的能量束(具体地为激光束)LS，遍及盖构件4的周向SH的四周来进行焊接。S卩，开口部3k与盖周缘部4F，开口部3k的一部分和盖周缘部4F的一部分一旦熔融后通过固化了的焊道10，遍及四周气密地接合。
[0038]本实施方式的电池I中，该焊道10中特定部位11，具体地说，对于盖构件4的周向SH中对应于盖长边部4a的部分的焊道10a，调查垂直于其周向SH的方向(本实施方式中为垂直于长边的方向)的截面形状，呈图5表示的形态。即，该特定部位11的焊道10a，其外周面1ag概略为圆弧状，构成其中心1ac为主的扇形，其中心角θ，Θ = 180度，gp成为大致半圆状。而且，该焊道10a，其中心1ac位于相互密着的开口长边部3a的内周面3ia和盖长边部4a的周缘面4ua上。
[0039]另外，在该特定部位11中，该焊道1a呈下述形态，即，在壳体主体3的外侧面3g中比开口长边部3a的外侧面3ga向外侧(在图5中左方)膨出了的形态，而且，比盖构件4的外侧面(图5中，上面)4g向外侧(在图5上方)膨出了的形态。
[0040]另外，存在在焊道1a内形成气孔的情况。但是，本实施方式的电池I中，在焊道1a内所形成的气孔，如图5中以虚线表示的那样，在扇形的中心1ac附近形成，形成与仅在开口长边部3a的内周面3ia和盖长边部4a的周缘面4ua之间形成的板状空间PS连通的开放气孔BK。
[0041]接着，对于该电池I的制造方法进行说明。首先，在盖构件4中通过绝缘构件7、8来固设正极端子5和负极端子6 (参照图1、图2)。接着，另外在形成的电极体9中，分别连接(焊接)正极端子5和负极端子6。另外，准备壳体主体3。接着，在插入工序中，在壳体主体3内收纳电极体9的同时，在壳体主体3的开口部3k内插入盖构件4。
[0042]接着，在焊接工序中，首先在焊接之前，将壳体主体3中一对开口长边部3a、3a分别向内侧(在图1中，左上-右下方向)按压，将这些开口长边部3a、3a与盖构件4的一对盖长边部4a、4a分别进行对接、密着(参照图4)。具体地说，使壳体主体3的开口部3k的内周面3i中开口长边部3a的内周面3ia和盖构件4的盖周缘部4f的周缘面4u中盖长边部4a的周缘面4ua相互进行密着。但是，即使按压开口长边部3a的内周面3ia和盖长边部4a的周缘面4ua，由于两者的表面分别存在凹凸，因此不能使两者在完全没有间隙的状态下密着。因此，如前所述，在开口长边部3a的内周面3ia与盖长边部4a的周缘面4ua之间，形成一点点厚度的板状的空间PS。接着，该空间PS与电池壳体2的内部空间(利用壳体主体3和盖构件4围起的空间)KS连通。
[0043]其后，一边将壳体主体3和盖构件4维持在该状态,一边由盖构件4的厚度方向外侧(由盖构件4的上方)照射在垂直于盖构件4的方向(图4中，下方)上进行的激光束LS0具体地说，在壳体主体3的开口部3k的内周面3i与盖构件4的盖周缘部4f的周缘面4u的边界(图4中，开口长边部3a的内周面3ia与盖长边部4a的周缘面4ua的边界)附近进行照射。由此，将壳体主体3的开口部3k与盖构件4的盖周缘部4f遍及四周进行焊接(参照图4)。
[0044]另外，该激光束LS的照射中，使用介质中使用光纤的光纤激光器，作为连续地放射激光的CW激光器(Continuous wave laser)使用。另外，本实施方式中，将激光束LS沿着盖构件4的周向SH, —边对于电池壳体2 (壳体主体3、盖构件4)相对地移动一边进行照射期间，使激光束LS的照射方向向垂直于移动方向的摆动方向SW (参照图4的箭头)摆动，进行所谓摆动(weaving)焊接。由此，与不使激光束LS摆动照射的情况相比，焊接范围可较大来焊接。另外，照射激光束LS时，为了焊道10(熔融部分)的抗氧化及冷却，将氮气等的保护气体(未图示)吹到激光束LS的照射部位的同时来进行。
[0045]由此，在开口部3k的一部分和盖周缘部4f的一部分熔融之后进行固化，形成平面看口字状的焊道10，通过该焊道10，将开口部3k和盖周缘部4f遍及四周气密地接合(参照图1)。并且，作为前述的特定部位11的在盖构件4的周向SH中对应于盖长边部4a的部分中，形成前述的具有扇形的截面形状的焊道1a (参照图5)。但是，如前所述，在特定部位11的焊道1a内，存在形成开放气孔BK的情况。
[0046]其后，将电解液(未图示)由注液孔4h向电池壳体2内进行注液并将注液孔4h气密地密封。其后，对于该电池1，进行初充电或老化的各种检查。这样完成电池I。
[0047]在电池I的制造中，通过如上述那样进行焊接，考虑产生以下这样的现象。S卩，使激光束LS移动，进行壳体主体3与盖构件4的焊接时，利用由激光束LS的照射产生的受热，在壳体主体3的开口部3k和盖构件4的盖周缘部4f中，在尚未焊接的部分也可传递热而温度上升。因此，考虑利用激光束LS的照射所形成的、熔融的焊道1(1a)被冷却而慢慢地固化时，由熔融的焊道10向壳体主体或者盖构件的热传导引起的热移动比较少。相对于此，考虑由熔融的焊道10的表面，向连接其的空气或保护气体的热传导或者由红外线产生的热放射引起的热的扩散变多。
[0048]而且，在特定部位11(盖构件4的周向SH中，一对盖长边部4a位于的部位)中，如前所述，焊道(熔融金属)10a成为概略半圆形状的扇形(参照图5)。因此，由焊道1a的外周面1ag侧大致均勻地冷却，由截面圆弧状的外周面1ag向扇形的中心1ac进行固化。另外，与此同时，以铝中的氢或焊接时卷入的空气所含有的水分为起源，熔融的铝(焊道1a)中所含有的氢等的微气泡也向扇形的中心1ac移动。接着,最后微气泡向扇形的中心1ac附近聚集。
[0049]然而，本实施方式的电池I中，在特定部位11，扇形的中心1ac位于开口长边部3a的内周面3ia和盖长边部4a的周缘面4ua上。另一方面,该部分，如前所述，开口长边部3a的内周面3ia与盖长边部4a的周缘面4ua密着的同时，形成两者间仅一点点的板状的空间PS，该空间PS与电池壳体2的内部空间KS连接。因此，微气泡所含有的氢等，向该板状的空间PS及与其连通的内部空间KS放出，因此在扇形的焊道1a内难以形成由氢等产生的封闭气孔。
[0050]另外，微气泡所含有的氢等的、向板状的空间PS的放出即使不充分，电池I中，焊道1a形成的扇形的中心1ac,呈位于开口长边部3a的内周面3ia和盖长边部4a的周缘面4ua上的形态，因此在微气泡向中心1ac附近聚集而形成大的气孔的阶段，成为与前述的板状的空间PS连通的形态。即，微气泡聚集所形成的大的气孔，成为与板状的空间PS连通，另外通过其与电池壳体2的内部空间KS连通的开放气孔BK。
[0051]接着，对于比较方式的电池20的制造方法，参照图6进行说明。在该比较方式的电池20的制造中，当激光束LS的照射时，不进行摆动(weaving)，在狭窄的范围内集中激光束LS的能量，仅在使激光束LS沿着盖构件4的周向SH移动进行焊接的点与实施方式不同。接着，由此在该比较方式的电池20中，特定部位11的焊道21a的截面形状呈图6表示的形态。即，与实施方式的电池I的焊道10a(参照图5)相比，激光束LS打到的部位较深地熔融，另一方面其他的部位则熔融部位比较浅。另外，焊道的截面形状，实施方式的焊道10a，相对于成为概略半圆的扇形，比较方式的焊道21a中，如图示的那样，呈翘曲的形状。
[0052]另外，该焊道21a成为下述形态，比壳体主体3的外侧面3g中壳体长边部3a的外侧面3ga膨出于外侧(在图5中左方)，比盖构件4的外侧面(在图5中，上面)4g膨出于外侧(在图5中上方)。
[0053]而且，在该比较方式的焊道21a内，存在如图6中以虚线表示那样的形成封闭气孔BH的情况。在焊道21a中，这样的封闭气孔BH存在时，在电池壳体2的内压上升时等、电池壳体2负载应力时，该封闭气孔BH成为裂纹的起点，以壳体主体3的开口长边部3a的内周面3ia和盖构件4的盖长边部4a的周缘面4ua之间所形成的空间PS的顶端与封闭气孔BH连接的形式形成裂纹，进而通过封闭气孔BH而裂纹进行等，封闭气孔BH容易成为焊道21a内的弱点。
[0054]因此，对于本实施方式的电池I的电池壳体2和比较方式的电池20的电池壳体2，对于其焊接区分的耐久性，进行以下的试验。即，前述的实施方式或者比较方式的进行焊接的电池壳体2中连接管，向壳体内压入空气或者由壳体内吸出，反复使电池壳体2的内压变动。接着，将在电池壳体2(焊接的焊道10、21)中直至产生裂纹的循环数进行计数。另外，电池壳体2呈图1表示的长方体形状，因此通过壳体的内压变动，在以口字状所形成的焊道10,21中，作为特定部位11的、在盖构件4的周向SH中盖长边部4a位于的部位，应力容易集中。其中，在盖长边部4a的中央附近，应力特别容易集中。因此，任一个电池壳体2，在特定部位11的焊道10a、21a，特别是在焊道10a、21a中的盖长边部4a的中央附近部位产生裂纹。
[0055]将其结果示于图7。另外，在该图7中，?记号表示实施方式的电池壳体2的耐久试验结果，?记号表示比较方式的电池壳体的耐久试验结果。试样数分别为5个。
[0056]另外，对于实施方式的电池壳体2，使内压变动宽ΛΡ为0.10MPa、0.15MPa、0.20MPa。另一方面，对于比较方式的电池壳体2，使内压变动宽ΛΡ为0.10MPa、0.20MPa。由该结果可容易地理解，对于实施方式和比较方式的任一个电池壳体2，使内压变动宽ΛΡ较大时，直至在焊道10a、21a中产生裂纹的循环数判断急剧减少。但是，与比较方式的电池壳体(?记号)比较，实施方式的电池壳体(?记号)，判断可得到能耐4倍或者这以上的循环数的耐久性。由该结果，在实施方式的电池I中，与电池壳体2 (壳体主体3和盖构件
4)的焊接中，在特别特定部位11，判断成为耐久性良好的焊接。
[0057]作为产生这样的差异的理由考虑为以下。比较方式的电池20的焊道21a中，微气泡中的氢等难以放出，在焊道21a内容易产生大的封闭气孔BH。接着封闭气孔BH在焊道21a内存在时，由于内压的变化等而对于电池壳体施加应力时，以该封闭气孔BH作为起点或者向着其的裂纹容易发生。
[0058]相对于此，实施方式的电池I的焊道1a中，如前所述，微气泡内的氢容易向空间PS放出，封闭气孔难以产生。另外，S卩使气孔产生，形成与前述的空间PS连通的开放气孔BK而缓解。这样形态的开放气孔BK，与焊道21a内所形成的封闭气孔BH(参照图6)不同，难以成为裂纹的起点。不如说，具有这样的开放气孔BK的焊道1a中，在容易成为裂纹的基点的板状的空间PS的顶端，通过开放气孔BK形成概略圆的槽口。因此，如前述的内压变动试验那样，电池壳体的内压变化(例如增加)，即使施加使密着的内周面3ia和周缘面4ua之间离开那样的应力的情况下，也可分散应力，得到防止由板状的空间PS的顶端部分的裂纹发生的效果。即，实施方式的电池I中，考虑由于开放气孔BK的存在，相反连裂纹也难以产生。
[0059]这样，利用本实施方式的电池I及其制造方法，在该电池I中，在特定部位11 (盖构件4的周向SH中，盖长边部4a位于的部位)，焊道1a内难以包含容易成为裂纹的基点等的封闭气孔BH，可成为具有良好的焊接强度的电池I。另外，利用上述的电池I的制造方法，在特定部位11，焊道1a内难以包含容易成为裂纹的基点等的封闭气孔BH，可制造具有良好的焊接强度的电池I。
[0060]特别是本实施方式的电池I中，在特定部位11，焊道1a成为前述的扇形(参照图
5)，而且，该焊道1a呈以下形态，比壳体主体3的外侧面3g(开口长边部3a的外侧面3ga)向外侧突出，而且，比盖构件4的外侧面4g向外侧突出。因此，施加使密着的内周面3ia与周缘面4ua之间离开这样的应力的情况下，在焊道1a中容易进一步分散应力，焊接强度良好。另外，本实施方式的电池I的制造方法中，在焊道1a中容易进一步分散应力，可制造焊接强度良好的电池I。
[0061]另外，本实施方式的电池I为所谓方形电池，将盖构件4的周向SH中一对盖长边部4a所处的部位作为特定部位11。即，对于占方形电池I的开口部3k的大半的一对开口长边部3a和盖构件4中一对盖长边部4a的焊接部位，具有良好的焊接强度的电池I。另夕卜，可制造这样的电池I。
[0062]以上中，根据实施方式说明本发明，但本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离其要旨的范围内，当然可以适当变更来进行应用。例如，在实施方式中，进行一边使激光束LS摆动一边进行焊接的摆动焊接，遍及焊接部分的宽的范围照射电子束，遍及宽的范围使开口部等熔融。但是，将其代替，可遍及焊接部分的宽的范围照射电子束，使激光束LS的光斑直径较大，或是可使集中电子束的透镜的焦点距离较短。另外，在实施方式中，表示使用了激光束LS的例，但也可使用电子束进行焊接。
[0063]附图标记说明
[0064]1、20 锂离子二次电池(方形电池)
[0065]2电池壳体
[0066]3壳体主体
[0067]3k开口部
[0068]3a开口长边部
[0069]3b开口短边部
[0070]3r开口 R 部
[0071]3i(开口部的)内周面
[0072]3ia(开口长边部的)内周面
[0073]3g(壳体主体的)外侧面
[0074]3ga(开口长边部的)外侧面
[0075]4盖构件
[0076]4f盖周缘部
[0077]4a盖长边部(特定部位)
[0078]4b盖短边部
[0079]4r盖 R 部
[0080]4u(盖周缘部的)周缘面
[0081]4ua(盖长边部的)周缘面
[0082]4g(盖周缘部的)外侧面
[0083]9电极体
[0084]10,21焊道
[0085]10a, 21a (特定部位中的)焊道
[0086]1ag(特定部位中的焊道的)外周面
[0087]1ac(特定部位中的焊道中)扇形的中心
[0088]Θ(扇形的)中心角
[0089]11特定部位
[0090]BK开放气孔
[0091]BH封闭气孔
[0092]LS能量束(激光束)
[0093]TH(盖构件的)厚度方向
[0094]SH(盖构件的)周向
【权利要求】
1.一种电池,在金属制的电池壳体内收纳有电极体， 所述电池壳体，具有: 具有开口部的有底筒状的壳体主体；和 插入到所述开口部内将所述开口部封口的板状的盖构件， 其是利用从所述盖构件的厚度方向外侧照射的能量束，遍及所述盖构件的四周地将所述壳体主体的所述开口部和所述盖构件的周缘的盖周缘部气密地焊接而成， 在构成所述盖构件的周向的至少一部分的特定部位中，以所述壳体主体的所述开口部之中沿着所述厚度方向的内周面、与所述盖构件的所述盖周缘部之中沿着所述厚度方向的周缘面相互密着了的状态被焊接， 所述特定部位中的焊道的形状呈下述形态: 在所述焊道的所述周向截面中，呈中心角为160?200度的扇形，所述扇形的中心位于所述内周面和所述周缘面上。
2.根据权利要求1所述的电池，在所述特定部位中，所述焊道呈下述形态:比所述壳体主体的外侧面向外侧突出，并且，比所述盖构件的外侧面向外侧突出。
3.根据权利要求1或2所述的电池， 所述电池壳体呈长方体形状， 所述壳体主体为具有矩形形状的所述开口部的有底方筒状，所述开口部由一对开口长边部、一对开口短边部、以及将所述开口长边部与所述开口短边部之间分别连接并弧状地弯曲的4个开口 R部构成， 所述盖构件为具有所述盖周缘部的矩形板状，所述盖周缘部由与一对所述开口长边部分别相对的一对盖长边部、与一对所述开口短边部分别相对的一对盖短边部、以及与4个所述开口 R部分别相对的4个盖R部构成， 所述特定部位是所述盖构件的周向之中一对所述盖长边部所处的部位。
4.一种电池的制造方法，所述电池在金属制的电池壳体内收纳有电极体， 所述电池壳体，具有: 具有开口部的有底筒状的壳体主体；和 插入到所述开口部内将所述开口部封口的板状的盖构件， 其是利用从所述盖构件的厚度方向外侧照射的能量束，遍及所述盖构件的四周地将所述壳体主体的所述开口部与所述盖构件的周缘的盖周缘部气密地焊接而成， 该制造方法具备: 插入工序，该工序向所述壳体主体的所述开口部内插入所述盖构件；和焊接工序，该工序从所述盖构件的厚度方向外侧照射能量束，将所述壳体主体的所述开口部与所述盖构件的周缘的盖周缘部气密地焊接， 在所述焊接工序中， 在构成所述盖构件的周向的至少一部分的特定部位中，使所述壳体主体的所述开口部之中沿着所述厚度方向的内周面、与所述盖构件的所述盖周缘部之中沿着所述厚度方向的周缘面成为相互密着了的状态，并焊接成为下述形态，即，所述特定部位中的焊道的形状在所述焊道的所述周向截面中呈中心角为160?200度的扇形，所述扇形的中心位于所述内周面和所述周缘面上。
5.根据权利要求4所述的电池的制造方法，在所述焊接工序中，在所述特定部位中，将所述焊道形成为比所述壳体主体的外侧面向外侧突出、并且比所述盖构件的外侧面向外侧突出的形态。
6.根据权利要求4或5所述的电池的制造方法， 所述电池壳体呈长方体形状， 所述壳体主体为具有矩形形状的所述开口部的有底方筒状，所述开口部由一对开口长边部、一对开口短边部、以及将所述开口长边部与所述开口短边部之间分别连接并弧状地弯曲的4个开口 R部构成， 所述盖构件为具有所述盖周缘部的矩形板状，所述盖周缘部由与一对所述开口长边部分别相对的一对盖长边部、与一对所述开口短边部分别相对的一对盖短边部、以及与4个所述开口 R部分别相对的4个盖R部构成， 所述焊接工序，对于作为所述特定部位的、所述盖构件的周向之中一对所述盖长边部所处的部位，以将一对所述开口长边部彼此间压缩而使所述开口长边部的所述内周面与所述盖长边部的所述周缘面分别相互密着了的状态进行焊接。
【文档编号】H01M2/04GK104412412SQ201380034463
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年4月24日 优先权日:2012年6月27日
【发明者】原山贵司, 成濑洋一, 铃木哲, 中山博之, 冈田敏也 申请人:丰田自动车株式会社
【专利摘要】一种电池(1)，在电池壳体(2)内收纳有电极体(9)，电池壳体(2)具有：具有开口部(3k)的有底筒状的壳体主体(3)；和插入到开口部(3k)内将其封口的板状的盖构件(4)，其是利用从盖构件(4)的厚度方向(TH)外侧照射的能量束(LS)，将开口部(3k)与盖周缘部(4f)气密地焊接而成。在特定部位(11)中，以壳体主体(3)的开口部(3k)的内周面(3ia)和盖构件(4)的盖周缘部(4f)的周缘面(4ua)相互密着了的状态被焊接，特定部位中的焊道(10a)的形状呈下述形态：在其周向(SH)截面中，呈中心角θ＝160～200度的扇形，扇形的中心(10ac)位于内周面(3ia)和周缘面(4ua)上。
【专利说明】电池及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池及其制造方法，特别涉及将构成电池壳体的壳体主体与盖构件进行焊接而成的电池及其制造方法。
【背景技术】
[0002]锂离子二次电池等的电池，被用于混合动力汽车、插电式混合动力汽车、电动汽车等的车辆、笔记本电脑等家庭用电气设备、冲击钻等的工业设备等各方面。作为这样的电池形态，例如已知在金属壳体内收纳有电极体的电池，具体而言，已知通过激光焊接将有底方筒状的壳体主体和插入到其开口部中的盖构件密封(封止)的方形电池(参照专利文献I的各图)。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:特开2001-155698号公报
【发明内容】
[0006]但是，这样地将壳体主体与盖构件进行激光焊接时，在焊接中熔融的金属凝固而成的焊道(焊缝)内，有时残留封闭气孔(void)。封闭气孔残留于焊道内时，在电池壳体的内压上升时等对电池壳体施加了应力的情况下,该封闭气孔成为裂纹的起点，以连接壳体主体和盖构件的间隙和封闭气孔的方式形成裂纹，进而裂纹通过封闭气孔而扩展等，封闭气孔容易成为焊道内的薄弱点。
[0007]另外，可以认为，封闭气孔(气孔)是构成壳体主体、盖构件的金属(铝等)内所含有的氢、和焊接时卷入的空气或者保护气体中所含有的水分伴随激光照射在高温下解离而产生的氢等，在熔融的金属内逐渐聚集而形成的。即，在熔融的金属中的氢的溶解度，t匕在固体的金属中的溶解度大幅度低，因此金属熔化时，不能在金属中保持氢，容易形成为气泡。另外，可以认为，在熔融金属内成为微气泡而含有的氢等，在焊道被冷却、慢慢固化时，转移至还熔融着的部分中，最终聚集在最后固化的部位附近而成为封闭气孔，从而出现在焊道内。
[0008]本发明是鉴于该问题而完成的，提供一种电池及其制造方法，所述电池是对于电池壳体，在壳体主体的开口部内插入盖构件，并采用能量束将它们遍及盖构件的四周地气密地焊接的电池，所述电池形成有难以含有封闭气孔并具有良好的焊接强度的焊道。
[0009]本发明的一方式为一种电池，在金属制的电池壳体内收纳有电极体，上述电池壳体，具有:具有开口部的有底筒状的壳体主体；和插入到上述开口部内将上述开口部封口的板状的盖构件，其是利用从上述盖构件的厚度方向外侧照射的能量束，遍及上述盖构件的四周地将上述壳体主体的上述开口部和上述盖构件的周缘的盖周缘部气密地焊接而成，在构成上述盖构件的周向的至少一部分的特定部位中，以上述壳体主体的上述开口部之中沿着上述厚度方向的内周面、与上述盖构件的上述盖周缘部之中沿着上述厚度方向的周缘面相互密着了的状态被焊接，上述特定部位中的焊道的形状呈下述形态:在上述焊道的上述周向截面中，呈中心角为160?200度的扇形,上述扇形的中心位于上述内周面和上述周缘面上。
[0010]在上述电池中，在特定部位中，焊道的截面形状呈下述形态:呈中心角Θ = 160?200度、即大致半圆形的扇形，而且，其中心(扇形的主要部分)位于在未熔融时相互密着的内周面和周缘面上。因此，在焊接中，可以如以下那样考虑。即，当使能量束相对地移动，进行壳体主体与盖构件的焊接时，由于受热，在壳体主体的开口部及盖构件的周缘部之中，尚未被焊接的部分也有热传递而温度上升。因此，可以认为，通过能量束照射所形成的熔融的焊道被冷却而慢慢固化时，从熔融的焊道向壳体主体或者盖构件的热传导所致的热转移比较少，从熔融的焊道的表面向与其接触的空气、保护气体的热传导或者红外线热放射所致的热扩散变多。而且，焊道(熔融金属)截面成为大致半圆形状的扇形。因此，焊道从其外表面侧开始大致均匀地被冷却，从截面圆弧状的外表面向扇形的中心进行固化。与此同时，熔融金属中所含有的氢等的微气泡也向扇形的中心移动。于是，最后微气泡聚集在扇形的中心附近。
[0011]然而，在上述的电池中，扇形的中心位于壳体主体的开口部的内周面和盖构件的盖周缘部的周缘面上。该壳体主体的开口部的内周面与盖构件的盖周缘部的周缘面尽管密着，但是两者间形成一点点厚度的板状的空间并与电池壳体的内部空间相连。因此，微气泡所含有的氢等，放出至该板状的空间及连通该空间的电池壳体的内部空间。由此，在扇形的焊道内难以形成由氢等所致的封闭气孔。
[0012]另外，即使微气泡所含有的氢等向板状的空间的放出不充分，也成为焊道形成的扇形的中心位于内周面及周缘面上的形态，因此在微气孔聚集在中心附近形成大的气孔的阶段，该气孔成为与前述的板状的空间连通的形态。即，微气孔聚集所形成的大的气孔，连通到板状的空间，另外，通过其而成为连通到电池壳体内的开放气孔。该开放气孔，与在焊道内所形成的前述的封闭气孔不同，难以成为裂纹的起点。可得到下述效果:具有这样的开放气孔的焊道，在容易成为裂纹起点的板状的空间的顶端，形成由开放气孔所致的大致圆的缺口，在施加了使密着的内周面与周缘面之间分离开那样的应力时，分散应力，防止从板状的空间的顶端部分发生裂纹。也就是说，由于开放气孔，相反地变得难以产生裂纹。这样，该电池能够成为在特定部位中难以在焊道内含有容易成为裂纹的起点等的封闭气孔，并具有良好的焊接强度的电池。
[0013]再者，作为焊接中使用的能量束，除了激光束以外，还可举出电子束。作为激光束，可使用光纤激光器等的CW激光、YAG激光器等的脉冲激光。再者，考虑到熔深的周向的均匀性等，优选使用光纤激光器等的CW激光。
[0014]进而，上述的电池优选为下述电池:在上述特定部位中，上述焊道呈以下形态:t匕上述壳体主体的外侧面向外侧突出，并且，比上述盖构件的外侧面向外侧突出。
[0015]在该电池中，在特定部位中，焊道成为以下形态:成为前述的扇形，而且，比壳体主体的外侧面向外侧突出，且比盖构件的外侧面向外侧突出。因此，在施加了使密着的内周面与周缘面间分离开那样的应力时，在焊道中容易进一步分散应力，焊接强度良好。
[0016]上述的任一项所述的电池，优选为下述电池:上述电池壳体呈长方体形状，上述壳体主体为具有矩形形状的上述开口部的有底方筒状，所述开口部由一对开口长边部、一对开口短边部、以及将上述开口长边部与上述开口短边部之间分别连接并弧状地弯曲的4个开口 R部构成，上述盖构件为具有上述盖周缘部的矩形板状，所述盖周缘部由与一对上述开口长边部分别相对的一对盖长边部、与一对上述开口短边部分别相对的一对盖短边部以及与4个所述开口 R部分别相对的4个盖R部构成，上述特定部位是上述盖构件的周向之中一对上述盖长边部所处的部位。
[0017]上述的电池为所谓的方形电池，将盖构件的周向之中一对盖长边部所处的部位作为特定部位。即，成为如下的电池:关于占方形电池的开口部的大半的一对开口长边部与盖构件之中一对盖长边部的焊接部位，具有良好的焊接强度。
[0018]另外，另一方式为一种电池的制造方法，所述电池在金属制的电池壳体内收纳有电极体,上述电池壳体具有:具有开口部的有底筒状的壳体主体；和插入上述开口部内将上述开口部封口的板状的盖构件，其是利用从上述盖构件的厚度方向外侧照射的能量束，遍及上述盖构件的四周地将上述壳体主体的上述开口部与上述盖构件周缘的盖周缘部气密地焊接而成，该制造方法具有以下工序:插入工序，该工序向上述壳体主体的上述开口部内插入上述盖构件；和焊接工序，该工序从上述盖构件的厚度方向外侧照射能量束，将上述壳体主体的上述开口部与上述盖构件周缘的盖周缘部气密地焊接，上述焊接工序，在形成上述盖构件的周向的至少一部分的特定部位中，使上述壳体主体的上述开口部之中沿着上述厚度方向的内周面、与上述盖构件的上述盖周缘部之中沿着上述厚度方向的周缘面成为相互密着了的状态，并焊接成为以下形态，即，上述特定部位中的焊道的形状在上述焊道的上述周向截面中呈中心角160?200度的扇形,上述扇形的中心位于上述内周面和上述周缘面上。
[0019]上述的电池的制造方法，在插入工序之后的焊接工序中，焊接成为下述形态，即，特定部位中的焊道的截面形状为大致半圆形的扇形，而且，其中心(扇形的主要部分)位于在未熔融时相互密着的内周面和周缘面上。由此，如前所述，在扇形的焊道内难以形成由氢等产生的封闭气孔。而且，即使在形成气泡的情况下，也通过前述的板状的空间，成为与电池壳体内连通的开放气孔。该开放气孔难以成为裂纹的起点，在施加使密着的内周面与周缘面之间分离开那样的应力时，可得到分散应力，防止从板状的空间的顶端部分发生裂纹的效果。也就是说，由于开放气孔，相反地难以产生裂纹。这样，根据该电池的制造方法，能够制造在特定部位中，在焊道内难以含有容易成为裂纹的起点等的封闭气孔，并具有良好的焊接强度的电池。
[0020]再者，如前所述，作为在焊接工序中使用的能量束，除了激光束以外，还可举出电子束。作为激光束，可使用光纤激光器等的CW激光、YAG激光器等的脉冲激光。再者，考虑到熔深的周向的均匀性等，优选使用光纤激光器等的CW激光。另外，对于照射的束，优选使光斑直径较大、或者使集束的透镜的焦点距离较短，使得能够遍及焊接部分的宽的范围来照射电子束，并遍及宽的范围使开口部等熔融。另外，也可以进行所谓的摆动(weaving)，遍及焊接部分的宽的范围来照射束，所述摆动是一边照射激光束，一边在与激光束的移动方向(周向)正交的方向上使激光束振动。
[0021]进而，上述的电池的制造方法优选为下述的电池的制造方法:上述焊接工序，在上述特定部位中，将上述焊道形成为比上述壳体主体的外侧面向外侧突出，并且比上述盖构件的外侧面向外侧突出的形态。
[0022]在该电池的制造方法中，在特定部位中，焊道成为前述的扇形，而且，成为比壳体主体的外侧面向外侧突出，并且比盖构件的外侧面向外侧突出的形态。因此，在施加使密着的内周面与周缘面之间分离开那样的应力的情况下，在焊道中容易进一步分散应力，能够使焊接强度良好。
[0023]进而，上述的任一项所述的电池的制造方法，优选为下述的电池的制造方法:上述电池壳体呈长方体形状，上述壳体主体为具有矩形形状的上述开口部的有底方筒状，所述开口部由一对开口长边部、一对开口短边部以及将上述开口长边部与上述开口短边部之间分别连接并弧状地弯曲的4个开口 R部构成，上述盖构件为具有上述盖周缘部的矩形板状，所述盖周缘部由与一对上述开口长边部分别相对的一对盖长边部、与一对上述开口短边部分别相对的一对盖短边部、以及与4个所述开口 R部分别相对的4个盖R部构成，上述焊接工序，对于作为上述特定部位的、上述盖构件的周向之中一对上述盖长边部所处的部位，以将一对上述开口长边部彼此间压缩而使上述开口长边部的上述内周面与上述盖长边部的上述周缘面分别相互密着了的状态进行焊接。
[0024]上述的电池为所谓的方形电池。而且，将盖构件的周向之中一对盖长边部所处的部位作为特定部位。因此，能够适当地制造对于占方形电池的开口部的大半的一对开口长边部与盖构件之中一对盖长边部的焊接部位，具有良好的焊接强度的电池。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是实施方式的锂离子二次电池的立体图。
[0026]图2是涉及实施方式的、表示壳体主体的开口部附近的形态的局部放大立体图。
[0027]图3是涉及实施方式的、表示盖构件等的形态的局部放大立体图。
[0028]图4是涉及实施方式的、表示焊接前的壳体主体的开口长边部与盖长边部的关系的局部放大截面图。
[0029]图5是涉及实施方式的、表示将壳体主体的开口长边部与盖长边部进行了焊接的状态的局部放大截面图。
[0030]图6是涉及比较方式的、表示将壳体主体的开口长边部与盖长边部进行了焊接的状态的局部放大截面图。
[0031]图7是对于施方式和比较方式的电池壳体,表不反复使内压变动的情况下的耐久试验结果的图。
【具体实施方式】
[0032]以下，参照【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。图1表示本实施方式的锂离子二次电池I(以下也仅称为电池I)。该电池I为搭载于混合动力汽车、电动汽车等车辆、冲击钻等的使用电池的设备的方形的密闭型电池。该电池I由长方体状的电池壳体2、和收纳于该电池壳体2内的扁平状卷绕型的电极体9、和被电池壳体2支持的正极端子5以及负极端子6等构成(参照图1及图2)。另外，电池壳体2内保持有非水系的电解液(未图示)。
[0033]其中，电极体9横倒地收纳于电池壳体2内(参照图1)。该电极体9，是使带状的正极板和带状的负极板隔着2枚带状的隔板相互重合，卷绕于轴线周围，并压缩为扁平状的电极体，在电池壳体2内，与正极端子5以及负极端子6连接。
[0034]接着，对于电池壳体2进行说明。该电池壳体2由金属(具体地为铝)构成，在图1中，包含:仅在上侧具有矩形形状的开口部3k的有底方筒状的壳体主体3、和插入到该壳体主体3的开口部3k内被焊接而将开口部3k封口的矩形板状的盖构件4 (参照图1?图3)。
[0035]其中，壳体主体3的矩形形状的开口部3k，由构成矩形形状之中的长边的一对开口长边部3a、3a、构成短边的一对开口短边部3b、3b、和将这些开口长边部3a和开口短边部3b之间分别连接并以1/4圆弧状弯曲的4个开口 R部3r、3r构成(参照图2)。
[0036]另一方面，盖构件4中其纵向(图1及图3中，在左下-右上方向)的中央附近，非复归型的安全阀4V，在其附近，设置注入电解液时使用的注液孔4h，并密封。另外，盖构件4中其纵向的两端附近，由电池壳体2的内部延伸出至外部的正极端子5及负极端子6，分别通过绝缘构件7、8—边使盖构件4 (电池壳体2)绝缘一边进行固设。该盖构件4中位于周缘的盖周缘部4f，由矩形形状中构成长边的一对盖长边部4a、4a和构成短边的一对盖短边部4b、4b和将这些盖长边部4a与盖短边部4b之间分别连接并以1/4圆弧状地弯曲的4个盖R部4r、4r构成(参照图3)。其中盖长边部4a、4a，分别与壳体主体3的开口长边部3a、3a相对。另外，盖短边部4b、4b，分别与壳体主体3的开口短边部3b、3b相对。另外，盖R部4r、4r，分别与壳体主体3的开口 R部3r、3r相对。另外，盖构件4的盖长边部4a，以与壳体主体3的开口长边部3a密着了的状态，具体地说，以壳体主体3的开口部3k的内周面3i中沿着厚度方向TH的开口长边部3a的内周面3ia，和盖构件4的盖周缘部4f的周缘面4u中沿着厚度方向TH的盖长边部4a的周缘面4ua密着了的状态，如以下所述那样被焊接(参照图5)。
[0037]壳体主体3通过盖构件4的焊接进行封口。具体地说，壳体主体3的开口部3k与盖构件4的盖周缘部4F，利用由盖构件4的厚度方向TH的外侧(从盖构件4的上方)照射的能量束(具体地为激光束)LS，遍及盖构件4的周向SH的四周来进行焊接。S卩，开口部3k与盖周缘部4F，开口部3k的一部分和盖周缘部4F的一部分一旦熔融后通过固化了的焊道10，遍及四周气密地接合。
[0038]本实施方式的电池I中，该焊道10中特定部位11，具体地说，对于盖构件4的周向SH中对应于盖长边部4a的部分的焊道10a，调查垂直于其周向SH的方向(本实施方式中为垂直于长边的方向)的截面形状，呈图5表示的形态。即，该特定部位11的焊道10a，其外周面1ag概略为圆弧状，构成其中心1ac为主的扇形，其中心角θ，Θ = 180度，gp成为大致半圆状。而且，该焊道10a，其中心1ac位于相互密着的开口长边部3a的内周面3ia和盖长边部4a的周缘面4ua上。
[0039]另外，在该特定部位11中，该焊道1a呈下述形态，即，在壳体主体3的外侧面3g中比开口长边部3a的外侧面3ga向外侧(在图5中左方)膨出了的形态，而且，比盖构件4的外侧面(图5中，上面)4g向外侧(在图5上方)膨出了的形态。
[0040]另外，存在在焊道1a内形成气孔的情况。但是，本实施方式的电池I中，在焊道1a内所形成的气孔，如图5中以虚线表示的那样，在扇形的中心1ac附近形成，形成与仅在开口长边部3a的内周面3ia和盖长边部4a的周缘面4ua之间形成的板状空间PS连通的开放气孔BK。
[0041]接着，对于该电池I的制造方法进行说明。首先，在盖构件4中通过绝缘构件7、8来固设正极端子5和负极端子6 (参照图1、图2)。接着，另外在形成的电极体9中，分别连接(焊接)正极端子5和负极端子6。另外，准备壳体主体3。接着，在插入工序中，在壳体主体3内收纳电极体9的同时，在壳体主体3的开口部3k内插入盖构件4。
[0042]接着，在焊接工序中，首先在焊接之前，将壳体主体3中一对开口长边部3a、3a分别向内侧(在图1中，左上-右下方向)按压，将这些开口长边部3a、3a与盖构件4的一对盖长边部4a、4a分别进行对接、密着(参照图4)。具体地说，使壳体主体3的开口部3k的内周面3i中开口长边部3a的内周面3ia和盖构件4的盖周缘部4f的周缘面4u中盖长边部4a的周缘面4ua相互进行密着。但是，即使按压开口长边部3a的内周面3ia和盖长边部4a的周缘面4ua，由于两者的表面分别存在凹凸，因此不能使两者在完全没有间隙的状态下密着。因此，如前所述，在开口长边部3a的内周面3ia与盖长边部4a的周缘面4ua之间，形成一点点厚度的板状的空间PS。接着，该空间PS与电池壳体2的内部空间(利用壳体主体3和盖构件4围起的空间)KS连通。
[0043]其后，一边将壳体主体3和盖构件4维持在该状态,一边由盖构件4的厚度方向外侧(由盖构件4的上方)照射在垂直于盖构件4的方向(图4中，下方)上进行的激光束LS0具体地说，在壳体主体3的开口部3k的内周面3i与盖构件4的盖周缘部4f的周缘面4u的边界(图4中，开口长边部3a的内周面3ia与盖长边部4a的周缘面4ua的边界)附近进行照射。由此，将壳体主体3的开口部3k与盖构件4的盖周缘部4f遍及四周进行焊接(参照图4)。
[0044]另外，该激光束LS的照射中，使用介质中使用光纤的光纤激光器，作为连续地放射激光的CW激光器(Continuous wave laser)使用。另外，本实施方式中，将激光束LS沿着盖构件4的周向SH, —边对于电池壳体2 (壳体主体3、盖构件4)相对地移动一边进行照射期间，使激光束LS的照射方向向垂直于移动方向的摆动方向SW (参照图4的箭头)摆动，进行所谓摆动(weaving)焊接。由此，与不使激光束LS摆动照射的情况相比，焊接范围可较大来焊接。另外，照射激光束LS时，为了焊道10(熔融部分)的抗氧化及冷却，将氮气等的保护气体(未图示)吹到激光束LS的照射部位的同时来进行。
[0045]由此，在开口部3k的一部分和盖周缘部4f的一部分熔融之后进行固化，形成平面看口字状的焊道10，通过该焊道10，将开口部3k和盖周缘部4f遍及四周气密地接合(参照图1)。并且，作为前述的特定部位11的在盖构件4的周向SH中对应于盖长边部4a的部分中，形成前述的具有扇形的截面形状的焊道1a (参照图5)。但是，如前所述，在特定部位11的焊道1a内，存在形成开放气孔BK的情况。
[0046]其后，将电解液(未图示)由注液孔4h向电池壳体2内进行注液并将注液孔4h气密地密封。其后，对于该电池1，进行初充电或老化的各种检查。这样完成电池I。
[0047]在电池I的制造中，通过如上述那样进行焊接，考虑产生以下这样的现象。S卩，使激光束LS移动，进行壳体主体3与盖构件4的焊接时，利用由激光束LS的照射产生的受热，在壳体主体3的开口部3k和盖构件4的盖周缘部4f中，在尚未焊接的部分也可传递热而温度上升。因此，考虑利用激光束LS的照射所形成的、熔融的焊道1(1a)被冷却而慢慢地固化时，由熔融的焊道10向壳体主体或者盖构件的热传导引起的热移动比较少。相对于此，考虑由熔融的焊道10的表面，向连接其的空气或保护气体的热传导或者由红外线产生的热放射引起的热的扩散变多。
[0048]而且，在特定部位11(盖构件4的周向SH中，一对盖长边部4a位于的部位)中，如前所述，焊道(熔融金属)10a成为概略半圆形状的扇形(参照图5)。因此，由焊道1a的外周面1ag侧大致均勻地冷却，由截面圆弧状的外周面1ag向扇形的中心1ac进行固化。另外，与此同时，以铝中的氢或焊接时卷入的空气所含有的水分为起源，熔融的铝(焊道1a)中所含有的氢等的微气泡也向扇形的中心1ac移动。接着,最后微气泡向扇形的中心1ac附近聚集。
[0049]然而，本实施方式的电池I中，在特定部位11，扇形的中心1ac位于开口长边部3a的内周面3ia和盖长边部4a的周缘面4ua上。另一方面,该部分，如前所述，开口长边部3a的内周面3ia与盖长边部4a的周缘面4ua密着的同时，形成两者间仅一点点的板状的空间PS，该空间PS与电池壳体2的内部空间KS连接。因此，微气泡所含有的氢等，向该板状的空间PS及与其连通的内部空间KS放出，因此在扇形的焊道1a内难以形成由氢等产生的封闭气孔。
[0050]另外，微气泡所含有的氢等的、向板状的空间PS的放出即使不充分，电池I中，焊道1a形成的扇形的中心1ac,呈位于开口长边部3a的内周面3ia和盖长边部4a的周缘面4ua上的形态，因此在微气泡向中心1ac附近聚集而形成大的气孔的阶段，成为与前述的板状的空间PS连通的形态。即，微气泡聚集所形成的大的气孔，成为与板状的空间PS连通，另外通过其与电池壳体2的内部空间KS连通的开放气孔BK。
[0051]接着，对于比较方式的电池20的制造方法，参照图6进行说明。在该比较方式的电池20的制造中，当激光束LS的照射时，不进行摆动(weaving)，在狭窄的范围内集中激光束LS的能量，仅在使激光束LS沿着盖构件4的周向SH移动进行焊接的点与实施方式不同。接着，由此在该比较方式的电池20中，特定部位11的焊道21a的截面形状呈图6表示的形态。即，与实施方式的电池I的焊道10a(参照图5)相比，激光束LS打到的部位较深地熔融，另一方面其他的部位则熔融部位比较浅。另外，焊道的截面形状，实施方式的焊道10a，相对于成为概略半圆的扇形，比较方式的焊道21a中，如图示的那样，呈翘曲的形状。
[0052]另外，该焊道21a成为下述形态，比壳体主体3的外侧面3g中壳体长边部3a的外侧面3ga膨出于外侧(在图5中左方)，比盖构件4的外侧面(在图5中，上面)4g膨出于外侧(在图5中上方)。
[0053]而且，在该比较方式的焊道21a内，存在如图6中以虚线表示那样的形成封闭气孔BH的情况。在焊道21a中，这样的封闭气孔BH存在时，在电池壳体2的内压上升时等、电池壳体2负载应力时，该封闭气孔BH成为裂纹的起点，以壳体主体3的开口长边部3a的内周面3ia和盖构件4的盖长边部4a的周缘面4ua之间所形成的空间PS的顶端与封闭气孔BH连接的形式形成裂纹，进而通过封闭气孔BH而裂纹进行等，封闭气孔BH容易成为焊道21a内的弱点。
[0054]因此，对于本实施方式的电池I的电池壳体2和比较方式的电池20的电池壳体2，对于其焊接区分的耐久性，进行以下的试验。即，前述的实施方式或者比较方式的进行焊接的电池壳体2中连接管，向壳体内压入空气或者由壳体内吸出，反复使电池壳体2的内压变动。接着，将在电池壳体2(焊接的焊道10、21)中直至产生裂纹的循环数进行计数。另外，电池壳体2呈图1表示的长方体形状，因此通过壳体的内压变动，在以口字状所形成的焊道10,21中，作为特定部位11的、在盖构件4的周向SH中盖长边部4a位于的部位，应力容易集中。其中，在盖长边部4a的中央附近，应力特别容易集中。因此，任一个电池壳体2，在特定部位11的焊道10a、21a，特别是在焊道10a、21a中的盖长边部4a的中央附近部位产生裂纹。
[0055]将其结果示于图7。另外，在该图7中，?记号表示实施方式的电池壳体2的耐久试验结果，?记号表示比较方式的电池壳体的耐久试验结果。试样数分别为5个。
[0056]另外，对于实施方式的电池壳体2，使内压变动宽ΛΡ为0.10MPa、0.15MPa、0.20MPa。另一方面，对于比较方式的电池壳体2，使内压变动宽ΛΡ为0.10MPa、0.20MPa。由该结果可容易地理解，对于实施方式和比较方式的任一个电池壳体2，使内压变动宽ΛΡ较大时，直至在焊道10a、21a中产生裂纹的循环数判断急剧减少。但是，与比较方式的电池壳体(?记号)比较，实施方式的电池壳体(?记号)，判断可得到能耐4倍或者这以上的循环数的耐久性。由该结果，在实施方式的电池I中，与电池壳体2 (壳体主体3和盖构件
4)的焊接中，在特别特定部位11，判断成为耐久性良好的焊接。
[0057]作为产生这样的差异的理由考虑为以下。比较方式的电池20的焊道21a中，微气泡中的氢等难以放出，在焊道21a内容易产生大的封闭气孔BH。接着封闭气孔BH在焊道21a内存在时，由于内压的变化等而对于电池壳体施加应力时，以该封闭气孔BH作为起点或者向着其的裂纹容易发生。
[0058]相对于此，实施方式的电池I的焊道1a中，如前所述，微气泡内的氢容易向空间PS放出，封闭气孔难以产生。另外，S卩使气孔产生，形成与前述的空间PS连通的开放气孔BK而缓解。这样形态的开放气孔BK，与焊道21a内所形成的封闭气孔BH(参照图6)不同，难以成为裂纹的起点。不如说，具有这样的开放气孔BK的焊道1a中，在容易成为裂纹的基点的板状的空间PS的顶端，通过开放气孔BK形成概略圆的槽口。因此，如前述的内压变动试验那样，电池壳体的内压变化(例如增加)，即使施加使密着的内周面3ia和周缘面4ua之间离开那样的应力的情况下，也可分散应力，得到防止由板状的空间PS的顶端部分的裂纹发生的效果。即，实施方式的电池I中，考虑由于开放气孔BK的存在，相反连裂纹也难以产生。
[0059]这样，利用本实施方式的电池I及其制造方法，在该电池I中，在特定部位11 (盖构件4的周向SH中，盖长边部4a位于的部位)，焊道1a内难以包含容易成为裂纹的基点等的封闭气孔BH，可成为具有良好的焊接强度的电池I。另外，利用上述的电池I的制造方法，在特定部位11，焊道1a内难以包含容易成为裂纹的基点等的封闭气孔BH，可制造具有良好的焊接强度的电池I。
[0060]特别是本实施方式的电池I中，在特定部位11，焊道1a成为前述的扇形(参照图
5)，而且，该焊道1a呈以下形态，比壳体主体3的外侧面3g(开口长边部3a的外侧面3ga)向外侧突出，而且，比盖构件4的外侧面4g向外侧突出。因此，施加使密着的内周面3ia与周缘面4ua之间离开这样的应力的情况下，在焊道1a中容易进一步分散应力，焊接强度良好。另外，本实施方式的电池I的制造方法中，在焊道1a中容易进一步分散应力，可制造焊接强度良好的电池I。
[0061]另外，本实施方式的电池I为所谓方形电池，将盖构件4的周向SH中一对盖长边部4a所处的部位作为特定部位11。即，对于占方形电池I的开口部3k的大半的一对开口长边部3a和盖构件4中一对盖长边部4a的焊接部位，具有良好的焊接强度的电池I。另夕卜，可制造这样的电池I。
[0062]以上中，根据实施方式说明本发明，但本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离其要旨的范围内，当然可以适当变更来进行应用。例如，在实施方式中，进行一边使激光束LS摆动一边进行焊接的摆动焊接，遍及焊接部分的宽的范围照射电子束，遍及宽的范围使开口部等熔融。但是，将其代替，可遍及焊接部分的宽的范围照射电子束，使激光束LS的光斑直径较大，或是可使集中电子束的透镜的焦点距离较短。另外，在实施方式中，表示使用了激光束LS的例，但也可使用电子束进行焊接。
[0063]附图标记说明
[0064]1、20 锂离子二次电池(方形电池)
[0065]2电池壳体
[0066]3壳体主体
[0067]3k开口部
[0068]3a开口长边部
[0069]3b开口短边部
[0070]3r开口 R 部
[0071]3i(开口部的)内周面
[0072]3ia(开口长边部的)内周面
[0073]3g(壳体主体的)外侧面
[0074]3ga(开口长边部的)外侧面
[0075]4盖构件
[0076]4f盖周缘部
[0077]4a盖长边部(特定部位)
[0078]4b盖短边部
[0079]4r盖 R 部
[0080]4u(盖周缘部的)周缘面
[0081]4ua(盖长边部的)周缘面
[0082]4g(盖周缘部的)外侧面
[0083]9电极体
[0084]10,21焊道
[0085]10a, 21a (特定部位中的)焊道
[0086]1ag(特定部位中的焊道的)外周面
[0087]1ac(特定部位中的焊道中)扇形的中心
[0088]Θ(扇形的)中心角
[0089]11特定部位
[0090]BK开放气孔
[0091]BH封闭气孔
[0092]LS能量束(激光束)
[0093]TH(盖构件的)厚度方向
[0094]SH(盖构件的)周向
【权利要求】
1.一种电池,在金属制的电池壳体内收纳有电极体， 所述电池壳体，具有: 具有开口部的有底筒状的壳体主体；和 插入到所述开口部内将所述开口部封口的板状的盖构件， 其是利用从所述盖构件的厚度方向外侧照射的能量束，遍及所述盖构件的四周地将所述壳体主体的所述开口部和所述盖构件的周缘的盖周缘部气密地焊接而成， 在构成所述盖构件的周向的至少一部分的特定部位中，以所述壳体主体的所述开口部之中沿着所述厚度方向的内周面、与所述盖构件的所述盖周缘部之中沿着所述厚度方向的周缘面相互密着了的状态被焊接， 所述特定部位中的焊道的形状呈下述形态: 在所述焊道的所述周向截面中，呈中心角为160?200度的扇形，所述扇形的中心位于所述内周面和所述周缘面上。
2.根据权利要求1所述的电池，在所述特定部位中，所述焊道呈下述形态:比所述壳体主体的外侧面向外侧突出，并且，比所述盖构件的外侧面向外侧突出。
3.根据权利要求1或2所述的电池， 所述电池壳体呈长方体形状， 所述壳体主体为具有矩形形状的所述开口部的有底方筒状，所述开口部由一对开口长边部、一对开口短边部、以及将所述开口长边部与所述开口短边部之间分别连接并弧状地弯曲的4个开口 R部构成， 所述盖构件为具有所述盖周缘部的矩形板状，所述盖周缘部由与一对所述开口长边部分别相对的一对盖长边部、与一对所述开口短边部分别相对的一对盖短边部、以及与4个所述开口 R部分别相对的4个盖R部构成， 所述特定部位是所述盖构件的周向之中一对所述盖长边部所处的部位。
4.一种电池的制造方法，所述电池在金属制的电池壳体内收纳有电极体， 所述电池壳体，具有: 具有开口部的有底筒状的壳体主体；和 插入到所述开口部内将所述开口部封口的板状的盖构件， 其是利用从所述盖构件的厚度方向外侧照射的能量束，遍及所述盖构件的四周地将所述壳体主体的所述开口部与所述盖构件的周缘的盖周缘部气密地焊接而成， 该制造方法具备: 插入工序，该工序向所述壳体主体的所述开口部内插入所述盖构件；和焊接工序，该工序从所述盖构件的厚度方向外侧照射能量束，将所述壳体主体的所述开口部与所述盖构件的周缘的盖周缘部气密地焊接， 在所述焊接工序中， 在构成所述盖构件的周向的至少一部分的特定部位中，使所述壳体主体的所述开口部之中沿着所述厚度方向的内周面、与所述盖构件的所述盖周缘部之中沿着所述厚度方向的周缘面成为相互密着了的状态，并焊接成为下述形态，即，所述特定部位中的焊道的形状在所述焊道的所述周向截面中呈中心角为160?200度的扇形，所述扇形的中心位于所述内周面和所述周缘面上。
5.根据权利要求4所述的电池的制造方法，在所述焊接工序中，在所述特定部位中，将所述焊道形成为比所述壳体主体的外侧面向外侧突出、并且比所述盖构件的外侧面向外侧突出的形态。
6.根据权利要求4或5所述的电池的制造方法， 所述电池壳体呈长方体形状， 所述壳体主体为具有矩形形状的所述开口部的有底方筒状，所述开口部由一对开口长边部、一对开口短边部、以及将所述开口长边部与所述开口短边部之间分别连接并弧状地弯曲的4个开口 R部构成， 所述盖构件为具有所述盖周缘部的矩形板状，所述盖周缘部由与一对所述开口长边部分别相对的一对盖长边部、与一对所述开口短边部分别相对的一对盖短边部、以及与4个所述开口 R部分别相对的4个盖R部构成， 所述焊接工序，对于作为所述特定部位的、所述盖构件的周向之中一对所述盖长边部所处的部位，以将一对所述开口长边部彼此间压缩而使所述开口长边部的所述内周面与所述盖长边部的所述周缘面分别相互密着了的状态进行焊接。
【文档编号】H01M2/04GK104412412SQ201380034463
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年4月24日 优先权日:2012年6月27日
【发明者】原山贵司, 成濑洋一, 铃木哲, 中山博之, 冈田敏也 申请人:丰田自动车株式会社
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