电池及该电池具备的电池壳体、和用于构建该电池壳体的电池壳体部件的制作方法

1.本发明涉及电池及该电池具备的电池壳体、和用于构建该电池壳体的电池壳体部件。详细而言，涉及伴随接合的技术。


背景技术：

2.各种电池、例如锂离子二次电池、镍氢电池等二次电池作为以电为驱动源的车辆搭载用电源、或者搭载于个人计算机和移动终端等电子产品等的电源而重要性提高。特别是轻型并且能够获得高能量密度的锂离子二次电池优选作为电动汽车(ev)、插电式混合动力汽车(phv)、混合动力汽车(hv)等车辆的驱动用高输出电源，预计今后的需求也会增大。
3.作为上述的电池的典型的一个形态，能够举出所谓的密闭型的电池，该密闭型的电池具备：所谓的箱型壳体，容纳包括正极和负极的电极体的电池壳体形成为六面体构造；和盖体，堵塞该箱型壳体中容纳该电极体的开口部。这里，一般来说，上述的箱型壳体从一张板材通过深拉深等冲压成型而制成，由于能够从一张板材高效地制成电池壳体，因而优选。
4.另外，近年来，作为车辆搭载用电源，要求大型并且高容量的电池。而且伴随于此，要求大型的电池壳体，但若根据上述那样的冲压成型，则难以制成大型化的电池壳体，存在不良率上升的趋势。因此，鉴于上述的状况，尝试了将两个电池壳体部件彼此对接并通过激光焊接等相互接合来制成电池壳体的方法。作为通过这种方法制成的电池壳体的典型例，例如能够举出在下述专利文献1中公开的单元壳体。
5.专利文献1：日本专利申请公布第2016-530683号公报
6.另外，从将两个电池壳体部件彼此接合这一观点出发，要求在焊接后形成的接合部分处的机械强度。另一方面，从高效地配置于有限的空间内这一观点出发，要求电池壳体的厚度的轻薄化。即，要求由薄板构成并接合部分的机械强度较高的电池壳体。
7.这里，在通过上述那样的方法制成上述的薄型的电池壳体的情况下，将由薄板构成的两个电池壳体部件彼此对接，并通过激光焊接等来接合。然而，本发明人们通过研究发现，特别是在电池壳体部件由薄板构成的情况下，若该电池壳体部件的精度(尺寸
·
平滑性)较低，则容易在对接时在对接部分产生缝隙，在焊接时熔化的材料不足，由此可能产生在接合部分开孔等焊接不良。


技术实现要素：

8.本发明是鉴于上述的状况而完成的，其主要的目的在于提供一种即使在由以薄板为材料的两个电池壳体部件构成的情况下也防止焊接部分处的焊接不良的机械强度较高的电池壳体(和构成该电池壳体的电池壳体部件)。另外，在于提供一种具备上述的电池壳体的电池。
9.为了实现上述的目的，提供一种以下记载的电池壳体和具备构成该电池壳体的两
个电池壳体部件的电池壳体构建用套件。另外，提供一种具备上述的电池壳体的电池。
10.这里所公开的电池壳体构建用套件具备两个电池壳体部件，该两个电池壳体部件具有相互接合的接合部。而且，上述两个电池壳体部件分别具有：矩形状的宽幅面；和3个侧壁，以包围该宽幅面的方式从该宽幅面的3个边分别立起。上述3个侧壁的端部分别构成上述接合部，并形成为与作为接合对象的另一电池壳体部件中的对置的侧壁的端部的接合部相互接合。这里的特征在于，上述接合部具有：主体部分，剖面积与和该接合部相连的侧壁部分相同；和增厚部分，是与该主体部分邻接的部分，并且用于使该接合部彼此接合的接合部分处的剖面积增大。
11.根据上述结构的电池壳体构建用套件，即使在将以薄板为材料的两个电池壳体部件彼此对接时产生了缝隙的情况下，由于接合部具有增厚部分，因此也能够避免在焊接时熔化的材料不足。由此，能够防止在接合部分开孔等焊接不良。
12.在这里所公开的电池壳体构建用套件的一个形态的基础上，上述增厚部分向上述电池壳体部件的外侧突出。
13.通过电池壳体部件具备上述结构的增厚部分，即使当在由该电池壳体部件构成的电池壳体内容纳有电极体的情况下，也能够预先防止焊接部分意外与电极体干涉。
14.在这里所公开的电池壳体构建用套件的优选的一个形态的基础上，在上述两个电池壳体部件中的至少一个，上述增厚部分的剖面积为上述主体部分的剖面积的25％以上。
15.根据上述结构的增厚部分，能够更有效地防止上述那样的焊接不良。
16.另外，这里所公开的电池壳体是具备两个矩形状的宽幅面、存在于该两个宽幅面之间的3个矩形状的侧壁、以及开口部的六面箱型的电池壳体。而且，将这里所公开的任一电池壳体部件接合而构成上述电池壳体。
17.根据上述结构，能够提供提高了上述侧壁的接合部分处的机械强度的电池壳体。
18.在这里所公开的电池壳体的一个形态的基础上，上述接合部分中的上述电池壳体的外侧部分比该外侧部分的周围的该电池壳体的表面突出，该接合部分中的该电池壳体的内侧部分比该内侧部分的周围的该电池壳体的表面凹陷。
19.根据上述结构的电池壳体，即使当在该电池壳体内容纳有电极体的情况下，也能够预先防止接合部分意外与电极体干涉。
20.另外，作为实现上述目的的一个方面，提供一种具备这里所公开的任一电池壳体的电池。这里所公开的电池具备：电极体，将正极和负极隔着隔离件层叠多个而成；电池壳体，容纳该电极体；以及盖体，在该电池壳体中，堵塞容纳该电极体的开口部。
附图说明
21.图1是示意性地表示一个实施方式所涉及的锂离子二次电池的结构的立体图。
22.图2是示意性地表示一个实施方式所涉及的锂离子二次电池的外形和内部结构的正面的剖视图。
23.图3是示意性地表示一个实施方式所涉及的卷绕电极体的结构的立体图。
24.图4是图1的iv-iv线剖视图。
25.图5是示意性地表示一个实施方式所涉及的电池壳体构建用套件的结构的立体图。
26.图6是图5的vi-vi线剖视图。
27.图7是示意性地表示一个实施方式所涉及的压印工序的形态的立体图。
28.图8是示意性地表示一个实施方式所涉及的压印工序的形态的剖视图。
29.附图标记说明
[0030]1…
电池(锂离子二次电池)；10
…
电池壳体；11
…
接合部分；12
…
电池壳体构建用套件；13
…
加工板；14
…
电池壳体部件；15
…
主体部分；16
…
增厚部分；17
…
接合部；20
…
盖体；22
…
注液孔；24
…
安全阀；30
…
正极端子；31
…
正极集电板；32
…
正极片(正极)；33
…
正极集电体；34
…
正极活物质层；35
…
正极活物质层非形成部分；40
…
负极端子；41
…
负极集电板；42
…
负极片(负极)；43
…
负极集电体；44
…
负极活物质层；45
…
负极活物质层非形成部分；50
…
隔离件；100
…
电极体(卷绕电极体)；200
…
上模；202
…
衬垫；204
…
下模；206
…
压印冲头；p
…
接合部分中的电池壳体的外侧部分；q
…
接合部分中的电池壳体的内侧部分；空心箭头
…
基于压印冲头的压缩方向。
具体实施方式
[0031]
以下，边适当地参照附图边对关于这里所公开的电池壳体和具备构成该电池壳体的两个电池壳体部件的电池壳体构建用套件、和具备该电池壳体的电池的优选的实施方式详细地进行说明。此外，在本说明书中特别提及的事项以外的情况并且是这里所公开的技术的实施所需的情况(例如，正极、负极、隔离件、非水电解液的制造方法/非水电解液的结构/电池的构建方法等)能够作为基于该领域中的现有技术的本领域技术人员的设计事项来把握。这里所公开的技术能够基于在本说明书中公开的内容和该领域中的技术常识来实施。
[0032]
以下的实施方式并不旨在限定这里所公开的技术。另外，在本说明书所示的附图中，对起到相同的作用的部件
·
部位标注相同的附图标记来说明。而且，各附图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)并不反映实际的尺寸关系。
[0033]
此外，在本说明书中“电池”是指能够取出规定的电能量的蓄电装置，并不限定于特定的蓄电机构(电极体、电解质的结构)。作为这样的电池，例如能够举出锂离子二次电池、镍氢电池等蓄电池、包含双电层电容器等蓄电池元件的电池。另外，也能够举出电解质是固体的全固体电池等。在以下的实施方式中，以具备卷绕电极体的锂离子二次电池为例详细地进行说明，但并不旨在将本发明限定于该实施方式。这里所公开的技术也能够应用于其他的电池(例如，镍氢电池等)。另外，也能够应用于具有正极片和负极片夹着隔离件并且相互重叠多个的层叠构造的层叠电极体。
[0034]
以下，对这里所公开的电池、电池壳体、以及电池壳体部件(电池壳体构建用套件)依次进行说明。
[0035]
＜锂离子二次电池的整体结构＞
[0036]
如图1和图2所示，本实施方式所涉及的锂离子二次电池1大体具备电极体100(典型地为扁平形状的电极体100)、容纳该电极体和非水电解液(未图示)的箱型的电池壳体10、以及堵塞用于容纳该电极体的开口部的盖体20。作为电池壳体10和盖体20的材质，例如能够优选使用铝、铝合金、不锈钢、镀镍钢之类的轻型并且热传导性较好的金属材料。在盖体20设置有外部连接用的正极端子30和负极端子40。另外，在盖体20，设置有设定为在锂离
子二次电池1的内压上升至规定水平以上的情况下释放该内压的安全阀24、和用于将非水电解液向电池壳体10内注入的注液孔22。
[0037]
此外，通过将盖体20焊接于电池壳体10的开口部的周缘，能够将该电池壳体与该盖体的边界部接合(密闭)。
[0038]
如图2和图3所示，本实施方式所涉及的电极体100是将长条状的正极片(正极)32、长条状的负极片(负极)42以及长条状的隔离件50层叠并在长边方向上卷绕而成的卷绕电极体100。
[0039]
具体而言，本实施方式所涉及的卷绕电极体100是将在长条状的正极集电体33的单面或者两面(这里为两面)沿着长边方向形成有正极活物质层34的正极片32、与在长条状的负极集电体43的单面或者两面(这里为两面)沿着长边方向形成有负极活物质层44的负极片42隔着长条状的隔离件(隔离片)50重叠并在长边方向上卷绕为扁平形状而形成的电极体。构成正负极集电体、隔离件、正负极活物质层等的材料能够没有特别限制地使用能够在以往公知的锂离子二次电池中使用的材料。此外，这里所公开的技术并不由上述材料赋予特征，因此省略进一步的详细的说明。
[0040]
另外，在卷绕电极体100的卷绕轴向上的中央部分，形成有将正极活物质层34、负极活物质层44以及隔离件50紧密地层叠的卷绕芯部分。将正极集电板31及负极集电板41分别与在卷绕电极体100的卷绕轴向的两端分别伸出的正极活物质层非形成部分35及负极合材层非形成部分45接合，并形成电池的集电构造，但该构造与以往公知的具备卷绕电极体的锂离子二次电池相同，省略进一步的详细的说明。
[0041]
以下，对本实施方式所涉及的电池壳体10和构建该电池壳体的电池壳体部件14(电池壳体构建用套件12)详细地进行说明。
[0042]
＜电池壳体＞
[0043]
将两个电池壳体部件14接合来构建本实施方式所涉及的电池壳体10。首先，边参照图1和图4边对电池壳体10的外观进行说明。
[0044]
如图1所示，电池壳体10是具备两个矩形状的宽幅面、存在于该两个宽幅面之间的3个矩形状的侧壁、以及开口部的箱型的电池壳体。另外，如图1所示，电池壳体10在其周围(3个边)具有接合部分11。这里，如图4所示，在本实施方式所涉及的电池壳体10，接合部分11中的电池壳体10的外侧部分p比该外侧部分的周围的该电池壳体的表面突出，该接合部分中的该电池壳体的内侧部分q比该内侧部分的周围的该电池壳体的表面凹陷。此外，图4表示图1的iv-iv线剖视图，但在电池壳体10中的其他的周围(两个边)，接合部分11的剖面也是相同的形态。
[0045]
＜电池壳体部件的结构＞
[0046]
接下来，边参照图5和图6边对构成本实施方式所涉及的电池壳体10的电池壳体部件14的结构进行说明。
[0047]
首先，如图5所示，本实施方式所涉及的电池壳体部件14具有与作为与其对称的形状的另一电池壳体部件14相互接合的接合部17。另外，电池壳体部件14具有矩形状的宽幅面、和以包围该宽幅面的方式从该宽幅面的3个边分别立起的3个侧壁。而且，上述3个侧壁的端部分别构成接合部17，并形成为与作为接合对象的另一电池壳体部件14中的对置的侧壁的接合部17相互接合。这里，如图5和图6所示，接合部17具有：主体部分15，剖面积与和该
接合部相连的侧壁部分相同；和增厚部分16，是与该主体部分邻接的部分，并且用于使将该接合部彼此接合的接合部分11(参照图1和图4)处的剖面积增大。
[0048]
此外，只要发挥这里所公开的技术效果，增厚部分16的剖面积的大小就不特别地限制，但从有效地防止焊接不良这一观点出发，在构成电池壳体10的两个电池壳体部件14中的至少一方，优选为主体部分15的剖面积的10％以上，也可以更优选为15％以上、20％以上，能够特别优选为25％以上。另外，增厚部分16的剖面积的大小的上限并不特别地设置，但从基于激光焊接等的接合的简便性这一观点出发，能够优选为主体部分15的剖面积的80％以下，更优选为70％以下，特别优选为60％以下。
[0049]
＜电池壳体部件的制成方法＞
[0050]
接着，边适当地参照图7和图8边对本实施方式所涉及的电池壳体部件14的制成方法进行说明。
[0051]
本实施方式所涉及的电池壳体部件14(或者电池构建用套件12)能够基于以往公知的冲压工序来制作。具体而言，例如通过对由轻型并且热传导性良好的金属材料(例如，铝、铝合金、不锈钢、镀镍钢等)构成的板状的一张板金实施开孔和倒角、拉深、外形的修整、折弯等，从而获得图7所示的那样的加工板13。而且，在对加工板13进行压印后，进行两个取下分离，由此能够获得两个电池壳体部件14(即，电池壳体构建用套件12)。
[0052]
这里，图7是示意性地表示一个实施方式所涉及的压印工序的形态的立体图。如图7所示，在该压印工序中，通过压印冲头206在空心箭头的方向上压缩由上模200及下模204、和衬垫202保持的加工板13，由此能够形成电池壳体部件14中的主体部分15、与该主体部分邻接的增厚部分16。此外，增厚部分16的剖面积的大小的调整能够通过适当地变更基于压印冲头206的压缩压力等来实施。
[0053]
而且，图8是示意性地表示一个实施方式所涉及的压印工序的形态的剖视图。如图8所示，在该压印工序中，由下模204保持加工板13的内径侧，因此在通过压印冲头206在空心箭头的方向上压缩后，朝向电池壳体部件14的外侧形成增厚部分16。
[0054]
＜电池壳体的制成方法＞
[0055]
接着，对本实施方式所涉及的电池壳体10的制成方法进行说明。
[0056]
首先，将电池壳体部件14中的接合部17、与作为接合对象的对称形状的另一电池壳体部件14中的对置的接合部17相互对接。接下来，通过激光焊接等将对接的部分接合，由此能够获得电池壳体10(参照图1)。在电池壳体部件14中，接合部17具有增厚部分16，因此即使在电池壳体部件14彼此的对接后产生了缝隙的情况下，也能够避免在焊接时熔化的材料不足。由此，能够提供防止在接合部分11(参照图1)开孔等焊接不良的机械强度较高的电池壳体10。
[0057]
此外，在本实施方式中，电池壳体10由两个相同的电池壳体部件14构成，但并不局限于此，例如也可以使用侧壁的高度等不同的两种电池壳体部件。另外，也可以使用增厚部分16的剖面积的大小不同的两种电池壳体部件。例如，能够使用增厚部分16的剖面积的大小为主体部分15的剖面积的20％的电池壳体部件14、和增厚部分16的剖面积的大小为主体部分15的剖面积的大小的30％的电池壳体部件14。
[0058]
以下，对关于本发明的实施例进行说明，但并不旨在将这里所公开的技术限定于该实施例所示的技术。
[0059]
1.各样本的制成
[0060]
在本实施例中，准备：样本1，具备两个在图5所示的那样的电池壳体部件14中仅形成有主体部分15的电池壳体部件；和样本2，具备两个如电池壳体部件14那样具备主体部分15和增厚部分16的电池壳体部件。以下，对各样本进行说明。
[0061]
(i)样本1的制成
[0062]
准备铝制的板(al3004-o材料、纵
×
横
×
厚度：65mm
×
120mm
×
0.4mm)，并对该板实施了拉深、折弯、压印。该压印通过伺服冲压(会田工程技术公司制200t冲压aida)来实施，仅形成了主体部分。而且，通过对压印后的部件进行两个取下分离，获得了样本1所涉及的电池壳体部件(两个)。
[0063]
(ii)样本2的制成
[0064]
在压印工序中，通过调整基于压印冲头的压缩压力，从而除了形成主体部分和与该主体部分邻接的增厚部分以外，与样本1相同地制成了样本2所涉及的电池壳体部件(两个)。该增厚部分形成为接合部的厚度从0.4mm增大至0.5mm(即，形成为增厚部分的剖面积的大小相对于主体部分的剖面积为25％)。
[0065]
2.样本的评价
[0066]
对于上述制成的各样本，将两个电池壳体部件彼此对接，使对接时的缝隙的大小波动，并进行是否在焊接时发生焊接不良的评价。该焊接通过光纤激光器来实施，焊接条件为焊接速度：180mm/sec、焊垫直径：0.3mm、输出：1.4kw。而且，在该焊接后，通过彩色检查的渗入的有无来确认是否在接合部分开了孔。具体而言，使浸透液附着于接合面，并确认该浸透液是否从该接合面的相反侧浸透。评价结果如表1的该栏所示。
[0067]
“○”
：在接合部分未确认到孔(未确认到浸透液的浸透)。
[0068]
“×”
：在接合部分确认到孔(确认到浸透液的浸透)。
[0069]
【表1】
[0070]
【表1】
[0071]
对接时的缝隙的大小[mm]样本1(无增厚部分)样本2(存在增厚部分)0
○○
0.05
×○
0.10
×○
[0072]
如表1所示，当在对接时没有缝隙的情况下(即，在对接时的缝隙的大小为0mm的情况下)，在样本1、样本2都未确认到焊接不良。另一方面，当在对接时存在缝隙的情况下(具体而言，在对接时的缝隙的大小为0.05mm、0.10mm的情况下)，在未形成增厚部分的样本1确认到焊接不良，但在形成有增厚部分的样本2未确认到焊接不良。这样，根据这里所公开的技术，能够提供即使在由以薄板为材料的两个电池壳体部件构成的情况下也防止接合部分处的焊接不良的机械强度较高的电池壳体(和具备该电池壳体的电池)。
[0073]
以上，对本发明详细地进行了说明，但上述的说明只不过是例示。即，这里所公开的技术包括对上述的具体例进行各种变形、变更的技术。