特許 6052162 非水電解質二次電池およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6052162

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】非水電解質二次電池およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/02 20060101AFI20161219BHJP

   H01M 2/04 20060101ALI20161219BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20161219BHJP

   B23K 26/32 20140101ALI20161219BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20161219BHJP

   B23K 26/062 20140101ALI20161219BHJP

   C22C 21/00 20060101ALI20161219BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/02 A

   H01M2/04 A

   H01M2/02 F

   H01M2/04 F

   B23K26/21 P

   B23K26/32

   B23K26/00 M

   B23K26/062

   C22C21/00 L

   C22C21/00 N

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-269250(P2013-269250)

(22)【出願日】2013年12月26日

(65)【公開番号】特開2015-125886(P2015-125886A)

(43)【公開日】2015年7月6日

【審査請求日】2016年1月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】成瀬 洋一

(72)【発明者】

【氏名】播磨 幸男

【審査官】 ▲高▼橋 真由

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−１０６１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０９７９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−８２５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３７１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２４９７０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／０２

Ｈ０１Ｍ ２／０４

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２３Ｋ ２６／０６２

Ｂ２３Ｋ ２６／２１

Ｂ２３Ｋ ２６／３２

Ｃ２２Ｃ ２１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ａ３０００系アルミニウム合金から構成される筐体と、
Ａ１０００系アルミニウムから構成される蓋体と、
前記筐体と前記蓋体とを接合する溶接部と、を備え、
前記溶接部は、筐体側溶融部と蓋体側溶融部とを含み、
前記Ａ３０００系アルミニウム合金のマンガン濃度に対する前記筐体側溶融部のマンガン濃度の比率をＤとしたとき、０．６７≦Ｄ≦０．９３を満たす、非水電解質二次電池。

【請求項2】

前記溶接部の溶け込み深さは、前記溶接部における前記筐体の厚さよりも大きい、請求項１に記載の非水電解質二次電池。

【請求項3】

前記Ａ３０００系アルミニウム合金は、Ａ３００３、Ａ３２０３、Ａ３００４、Ａ３１０４、Ａ３００５またはＡ３１０５である、請求項１または請求項２に記載の非水電解質二次電池。

【請求項4】

前記溶接部は、レーザ溶接部である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池。

【請求項5】

Ａ３０００系アルミニウム合金から構成される筐体を準備する工程と、
Ａ１０００系アルミニウムから構成される蓋体を準備する工程と、
前記筐体と前記蓋体とを接合する溶接部を形成する工程と、を備え、
前記溶接部は、筐体側溶融部と蓋体側溶融部とを含み、
前記溶接部を形成する工程では、前記Ａ３０００系アルミニウム合金のマンガン濃度に対する前記筐体側溶融部のマンガン濃度の比率をＤとしたとき、０．６７≦Ｄ≦０．９３となるように溶接を行なう、非水電解質二次電池の製造方法。

【請求項6】

前記溶接部を形成する工程では、前記筐体に第１のレーザと前記蓋体に第２のレーザとをそれぞれ照射し、
前記第１のレーザの照射位置と前記第２のレーザの照射位置との距離を調節することにより、前記Ｄを調整する、請求項５に記載の非水電解質二次電池の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は非水電解質二次電池に関する。より詳しくは筐体と蓋体とを溶接して一体化した外装体を備える非水電解質二次電池に関する。

【背景技術】

【0002】

非水電解質二次電池の発電要素を収容する外装体にはアルミニウム材が使用されている。たとえば特開２００９−２８７１１６号公報（特許文献１）には、Ａ１０００系アルミニウム材からなり、液相における粘度が０．００１６Ｐａ・ｓ以下であるアルミニウム材をケース本体（筐体）および蓋に使用し、それらをパルスレーザにより溶接した電池ケースが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−２８７１１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、非水電解質二次電池はＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）やＥＶ（Electric Vehicle）等の車載用途へと展開され始めている。現在、車載用の非水電解質二次電池の外装体としては、強度は低いが導電性の高いＡ１０００系アルミニウムが用いられている。また近時では電池の高容量化に伴い、より高い内圧にも耐え得る強度を有しかつ溶接性が良好であるＡ３０００系アルミニウム合金を筐体に用いる検討が開始されている。

【0005】

非水電解質二次電池の信頼性を考える上で、筐体と蓋体との溶接強度、すなわち溶接部の破壊強度は極めて重要である。とりわけ車載用途では、携帯電話等のモバイル用途と比較して高い破壊強度が要求される。そのため車載用途では破壊強度を確保するため、溶接部の溶け込み深さを非常に深く設定する必要が生じている。

【0006】

たとえば筐体の肉厚が０．４ｍｍ〜０．５ｍｍである場合に、筐体および蓋体に０．６ｍｍ以上の溶け込み深さを有する溶接部を形成して破壊強度を高める検討がなされている。ところが溶け込み深さが深くなると、当然のことながら溶融部も大きくなる。その結果、溶融部にボイドやポロシティといった気泡に起因する欠陥が含まれやすくなり、十分な破壊強度を得ることができない。

【0007】

溶け込み深さが深い場合の溶接に関して、特許文献１ではＡ１０００系アルミニウムの溶融時の粘度（液相粘度）を低くすることにより、溶融部での欠陥の発生を抑制できることが開示されている。これは、液相粘度を低くすることにより、溶接時に溶融状態の金属に対流が生じ、溶融部から気泡が抜けやすくなるからであると考えられる。

【0008】

しかしながら、本発明者がＡ３０００系アルミニウム合金から構成される筐体とＡ１０００系アルミニウムから構成される蓋体との溶接において、特許文献１の技術の適用を行なったところ、溶融時に十分な対流が生じる材料および条件を選択しているにも関わらず、破壊強度はむしろ低下することが明らかとなった。

【0009】

本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは筐体と蓋体との溶接部における破壊強度が高く、信頼性に優れる非水電解質二次電池を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明者は、Ａ３０００系アルミニウム合金から構成される筐体とＡ１０００系アルミニウムから構成される蓋体との溶接部の破壊試験を行なって、溶接部の破壊強度の低下原因を詳細に調査した。その結果、溶接部の破壊は筐体と蓋体との接合部からではなく、筐体側の溶融部と未溶融部（母材）との境界（すなわちボンド部）から発生していることが明らかとなり、筐体側のボンド部は、筐体と蓋体との接合部よりも強度が低くなっているとの知見が得られた。

【0011】

そして該知見に基づき更に研究を重ねたところ、筐体側のボンド部における強度低下の原因は溶融部のマンガン濃度にあることを見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち本発明の非水電解質二次電池は以下の構成を備える。

【0012】

（１）本発明の非水電解質二次電池は、Ａ３０００系アルミニウム合金から構成される筐体と、Ａ１０００系アルミニウムから構成される蓋体と、該筐体と該蓋体とを接合する溶接部と、を備え、該溶接部は、筐体側溶融部と蓋体側溶融部とを含み、該Ａ３０００系アルミニウム合金のマンガン濃度に対する該筐体側溶融部のマンガン濃度の比率をＤとしたとき、０．６７≦Ｄ≦０．９３を満たす。

【0013】

本発明の非水電解質二次電池において筐体に使用されるＡ３０００系アルミニウム合金は、マンガン（Ｍｎ）が０．３〜１．５質量％程度添加されたアルミニウム合金であり、Ｍｎの存在により高強度を有する。他方、蓋体に使用されるＡ１０００系アルミニウムは、いわゆる純アルミニウムであり、組成中のＭｎ含有率は０．０５質量％以下である。

【0014】

本発明者の研究によれば、筐体側のボンド部における強度低下のメカニズムは次のように説明される。すなわち溶接の際、溶融した金属に対流が生じることにより、筐体のＡ３０００系アルミニウム合金に含まれるＭｎが、純アルミニウムである蓋体側へと移動する。Ｍｎ濃度の減少に伴い、筐体側溶融部は未溶融部よりも強度が低下する。そのため筐体側のボンド部では溶融部と未溶融部との間に強度差が生じ、これらの間で破断しやすくなる。

【0015】

そこで筐体側溶融部のＭｎ濃度と溶接部の破壊強度との関係を調査したところ、母材のＭｎ濃度（すなわちＡ３０００系アルミニウム合金のＭｎ濃度）に対する筐体側溶融部のＭｎ濃度の比率をＤとしたとき、比率Ｄが０．６７以上であれば十分な破壊強度を維持できることが明らかになった。また同調査から、比率Ｄが０．９３を超えると筐体側溶融部での対流が過度に少なくなり、筐体と蓋体との境界で融合不良が発生することが明らかとなった。したがって本発明では、比率Ｄを０．６７以上０．９３以下に規制する。これによりＡ３０００系アルミニウム合金から構成される筐体と、Ａ１０００系アルミニウムから構成される蓋体との溶接部における破壊強度が従来に比して飛躍的に高まり、電池の信頼性が向上する。

【0016】

なお本明細書において「溶融部」とは「ＪＩＳ Ｚ ３００１ 番号１１２０５」の用語の定義に基づき、溶接部の中で母材が溶融した部分を示すものとする。

【0017】

またＭｎ濃度の比率Ｄは、筐体側溶融部のＭｎ濃度を筐体母材のＭｎ濃度で除することにより算出するものとする。

【0018】

（２）溶接部の溶け込み深さは、溶接部における筐体の厚さよりも大きいことが好ましい。このように溶け込み深さを筐体の厚さに比して深く設定することにより、エネルギー密度を低下させずに溶接部の破壊強度を向上させることができる。

【0019】

前述のように従来技術によれば、このような溶け込み深さを設定すると、筐体側のボンド部で強度低下が起こるため、溶接部の破壊強度を向上させることはできない。したがって従来技術では溶け込み深さを深くするためには、筐体の厚さを厚くする必要がありエネルギー密度の低下を免れない。

【0020】

これに対して本発明では、筐体側溶融部のＭｎ濃度が上記の特定範囲に規制されている。そのため筐体側のボンド部で強度低下が起こらない。したがって溶接部の溶け込み深さを深くすることが可能であり、エネルギー密度を低下させずに溶接部の破壊強度を向上させることができる。

【0021】

（３）Ａ３０００系アルミニウム合金は、Ａ３００３、Ａ３２０３、Ａ３００４、Ａ３１０４、Ａ３００５またはＡ３１０５であることが好ましい。これらの合金は強度と溶接性のバランスに優れる。そしてこれらの合金を筐体に用いることにより、電池の内圧が上昇した際に、膨れ等の変形を抑制することができる。

【0022】

（４）溶接部はレーザ溶接部であることが好ましい。溶接部をレーザ溶接によって形成することにより、溶接部の溶け込み深さをより深くすることができる。またレーザ溶接では筐体側溶融部のＭｎ濃度の制御が容易であり、溶接部の破壊強度を更に向上させることができる。

【0023】

（５）本発明の非水電解質二次電池の製造方法は、Ａ３０００系アルミニウム合金から構成される筐体を準備する工程と、Ａ１０００系アルミニウムから構成される蓋体を準備する工程と、該筐体と該蓋体とを接合する溶接部を形成する工程と、を備え、該溶接部は、筐体側溶融部と蓋体側溶融部とを含み、該溶接部を形成する工程では、該Ａ３０００系アルミニウム合金のＭｎ濃度に対する該筐体側溶融部のＭｎ濃度の比率をＤとしたとき、０．６７≦Ｄ≦０．９３となるように溶接を行なう。

【0024】

このように比率Ｄが特定範囲に属するように溶接を行なうことにより、筐体と蓋体との溶接部における破壊強度が高く、信頼性に優れる非水電解質二次電池を製造することができる。

【0025】

（６）溶接部を形成する工程では、筐体に第１のレーザと蓋体に第２のレーザとをそれぞれ照射し、第１のレーザの照射位置と第２のレーザの照射位置との距離を調節することにより、Ｄを調整することが好ましい。

【0026】

本発明者の研究によれば、かかる溶接方法を採用することにより、第１のレーザによって形成されるキーホールからの熱伝導と、第２のレーザによって形成されるキーホールからの熱伝導によって、深い溶け込み深さを有する溶接部を形成することができる。そして第１のレーザの照射位置と第２のレーザの照射位置との距離を調節することによってＭｎ濃度の比率Ｄを所望の範囲に制御することができる。そして第１のレーザと第２のレーザとを並走させることにより、連続的に溶接部を形成し、筐体と蓋体とを強固に接合することができる。

【発明の効果】

【0027】

本発明によれば、筐体と蓋体との溶接部における破壊強度が高く、信頼性に優れる非水電解質二次電池が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本実施形態に係る非水電解質二次電池の構成の一例を示す模式的な斜視図である。

【図2】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う模式的な断面図である。

【図3】図２の領域Ａの拡大図である。

【図4】本実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法の一部を図解する模式的な平面図である。

【図5】図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的な断面図である。

【図6】本実施形態に係る非水電解質二次電池の評価方法の一部を図解する模式的な断面図である。

【図7】本実施形態に係る非水電解質二次電池の評価方法の他の一部を図解する模式的な断面図である。

【図8】本実施形態の非水電解質二次電池に係わる電極体の構成の一例を示す模式的な斜視図である。

【図9】本実施形態に係る非水電解質二次電池の製造方法の概略を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の実施形態（「本実施形態」とも記す）についてより詳細に説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。

【0030】

なお本明細書において、たとえば「Ａ３００３」等の記号は、ＪＩＳ規格のアルミニウムおよびアルミニウム合金の材質記号、すなわちアルミニウムを示す「Ａ」とそれに続く４桁の数字とからなる記号を示すものする。また「Ａ３０００系」とは４桁の数字のうち左から１番目の数字が「３」であるすべての材質記号を含むものとし、「Ａ１０００系」とは４桁の数字（左から２番目の数値は文字「Ｎ」であることもある）のうち左から１番目の数字が「１」であるすべての材質記号を含むものとする。

【0031】

＜非水電解質二次電池＞
図１は本実施形態の非水電解質二次電池の構成の一例を示す模式的な斜視図である。図１に示す電池１０１は、筐体１０の開口周縁と蓋体２０の外周縁とが、全周に亘って溶接されて一体化した外装体１００を備えている。ここで筐体１０はＡ３０００系アルミニウム合金から構成され、蓋体２０はＡ１０００系アルミニウムから構成されている。

【0032】

図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う電池１０１の模式的な断面図である。また図３は図２の領域Ａの拡大図である。図２に示すように外装体１００の内部には発電要素、すなわち電極体３０および非水電解質（図示せず）が収容されている。筐体１０と蓋体２０とは嵌合構造を有しており、筐体１０と蓋体２０とは溶接部ＷＰによって接合されている。なお筐体１０と蓋体２０は嵌合構造を有していなくてもよく、両者を突き合わせたものであっても構わない。

【0033】

図３に示すように、溶接部ＷＰは筐体側溶融部Ｆ１と蓋体側溶融部Ｆ２とから構成されており、筐体側溶融部Ｆ１と蓋体側溶融部Ｆ２との境界に接合部ＪＰを含む。接合部ＪＰでは筐体側溶融部Ｆ１と蓋体側溶融部Ｆ２とが融合して一体化している。また筐体１０は筐体側溶融部Ｆ１と母材との境界にボンド部ＢＰを有する。

【0034】

溶接部ＷＰは、溶け込み深さｄｗを有している。また筐体１０は溶接部ＷＰにおいて厚さｔ１を有し、蓋体２０は厚さｔ２を有している。ここで、ｄｗ、ｔ１およびｔ２は、ｔ１＜ｄｗ＜ｔ２となる関係を満たしている。このようにｄｗ＜ｔ２であることにより外装体１００の内部へ溶接スパッタが混入することを防止することができる。またｔ１＜ｄｗであることにより、エネルギー密度を低下させずに接合部ＪＰの接合面積を大きくして溶接強度を向上させることができる。

【0035】

筐体側溶融部Ｆ１は、溶接時に筐体１０を構成する母材が溶融した部分であり、溶融時の対流によってＭｎが蓋体側溶融部Ｆ２に移動したことによって、母材よりも低いＭｎ濃度を有している。本実施形態では、母材であるＡ３０００系アルミニウム合金のＭｎ濃度（Ｃ_B）に対する筐体側溶融部Ｆ１のＭｎ濃度（Ｃ_A）の比率をＤ（Ｃ_A／Ｃ_B）としたとき、０．６７≦Ｄ≦０．９３となる関係を満たす。

【0036】

Ｄが０．６７以上であることにより筐体側溶融部Ｆ１と母材との強度差に起因するボンド部ＢＰでの強度低下が防止される。さらにＤが０．９３以下であることにより、溶融時に十分な対流が生じて溶融部から気泡が抜けやすくなるとともに、接合部ＪＰにおける融合不良を防止することができる。したがって本実施形態の電池１０１は筐体１０と蓋体２０との溶接部ＷＰにおける破壊強度が高く、信頼性に優れる。

【0037】

（Ｍｎ濃度の測定方法および比率Ｄの算出方法）
本実施形態におけるＡ３０００系アルミニウム合金（母材）と筐体側溶融部Ｆ１のＭｎ濃度は、金属材料および合金材料における一般的な成分分析方法を用いて測定することができる。具体的には、たとえば「ＪＩＳ Ｈ １３５５：アルミニウム及びアルミニウム合金中のマンガン定量方法」に準拠してＭｎ濃度を測定することができる。そして筐体側溶融部Ｆ１のＭｎ濃度（Ｃ_A）を母材のＭｎ濃度（Ｃ_B）で除することにより比率Ｄ（Ｃ_A／Ｃ_B）を算出することができる。

【0038】

また比率Ｄは次のようにして算出することもできる。すなわち溶接部ＷＰの断面を切り出し、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：Electron Probe Micro Analyzer）を用いて、該断面の元素分析（面分析）を行なって、筐体側溶融部Ｆ１の面内Ｍｎ濃度と、母材の面内Ｍｎ濃度とをそれぞれ測定し、筐体側溶融部Ｆ１の面内Ｍｎ濃度（Ｃ_A）を母材の面内Ｍｎ濃度（Ｃ_B）で除することにより比率Ｄ（Ｃ_A／Ｃ_B）を算出することもできる。

【0039】

なお蓋体側溶融部Ｆ２は、筐体側溶融部Ｆ１からのＭｎの移動によって、蓋体母材であるＡ１０００系アルミニウムよりもＭｎ濃度が増加している。蓋体側溶融部Ｆ２のＭｎ濃度が増加することにより、蓋体側溶融部Ｆ２のＭｎ濃度が筐体側溶融部Ｆ１のＭｎに近づき、接合部ＪＰにおける両者の融合度が高まる。ここで筐体側溶融部Ｆ１のＭｎ濃度（Ｃ_A）に対する蓋体側溶融部Ｆ２のＭｎ濃度（Ｃ_C）の比率Ｄ’（Ｃ_C／Ｃ_A）は、０．１１以上０．５７以下であることが好ましい。

【0040】

以下、本実施形態の非水電解質二次電池を構成する各部について説明する。
（筐体）
筐体１０は、上部が開口した有底缶であり、Ａｌ−Ｍｎ系合金であるＡ３０００系アルミニウム合金から構成される。Ａ３０００系アルミニウム合金としては、Ａ３００３、Ａ３２０３、Ａ３００４、Ａ３１０４、Ａ３００５またはＡ３１０５を用いることができる。これらのうちＡ３００３、Ａ３００４またはＡ３１０４が強度および溶接性に優れ、筐体１０として特に好適である。

【0041】

また本実施形態では、上記に列記した合金に焼きなまし処理や加工硬化処理等の調質が施されたものも用いることができる。たとえばＡ３００３−Ｏ、Ａ３００３−Ｈ、Ａ３００３−Ｔ等を用いることができる。

【0042】

前述のようにＡ３０００系アルミニウム合金は化学成分中にＭｎを含む。筐体１０を構成するＡ３０００系アルミニウム合金（母材）のＭｎ濃度（Ｃ_B）は、好ましくは０．３質量％以上１．５質量％以下であり、より好ましくは０．８質量％以上１．５質量％以下であり、特に好ましくは１．０質量％以上１．５質量％以下である。

【0043】

なおＡ３０００系アルミニウム合金は、Ｍｎの他、次の化学成分を含有し得る。すなわちＳｉ（０．６質量％以下）、Ｆｅ（０．８質量％以下）、Ｃｕ（０．０５質量％以上０．３０質量％以下）、Ｚｎ（０．１質量％以上０．４質量％以下）、ならびに残部としてＡｌおよび不可避不純物を含有し得る。また、Ｍｇ（１．３質量％以下）、Ｃｒ（０．２質量％以下）およびＴｉ（０．１０質量％以下）をさらに含有することもできる。

【0044】

筐体１０の厚さ（肉厚）は特に制限されないが、膨れ防止の観点およびエネルギー密度の観点から、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることがより好ましく、０．４ｍｍ以上０．７ｍｍ以下であることが特に好ましい。また溶接部における筐体１０の肉厚（厚さｔ１）は、前述のように溶け込み深さｄｗよりも小さいことが好ましい。厚さｔ１は、０．７ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることがより好ましく、０．４ｍｍ以下であることが特に好ましい。なお筐体１０は図２に示すような嵌合構造を有さず、側壁全体に亘ってほぼ均等な肉厚を有するものであってもよい。

【0045】

（蓋体）
蓋体２０は、純アルミニウム材であるＡ１０００系アルミニウムから構成される。Ａ１０００系アルミニウムとしては、たとえばＡ１Ｎ９９、Ａ１Ｎ９０、Ａ１０８５、Ａ１０８０、Ａ１０７０、Ａ１０６０、Ａ１０５０、Ａ１２３０、Ａ１Ｎ３０、Ａ１１００、Ａ１２００またはＡ１Ｎ００を用いることができる。またＡ１０００系アルミニウムについても、調質が施されたもの、たとえばＡ１０５０−Ｏ等を用いることができる。

【0046】

Ａ１０００系アルミニウムは、Ａｌ（９９．００質量％以上）の他、次の化学成分を含有し得る。すなわちＳｉ（０．００６質量％以上１．０質量％以下）、Ｆｅ（０．００４質量％以上１．０質量％以下）およびＣｕ（０．００８質量％以上０．２０質量％以下）を含有し得る。またＭｎ（０．０５質量％以下）、Ｍｇ（０．１０質量％以下）、Ｚｎ（０．１０質量％以下）、Ｔｉ（０．１０質量％以下）および不可避不純物をさらに含有していてもよい。

【0047】

蓋体２０は、電極端子２１、注液孔（図示せず）、ガス排出弁（図示せず）、電流遮断機構（図示せず）等を備えることができる。蓋体２０の厚さｔ２は、特に制限されないが、０．６ｍｍ以上の溶け込み深さを確保するとの観点から、０．８ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることが好ましく、１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることがより好ましく、１．２ｍｍ以上１．６ｍｍ以下であることが特に好ましい。

【0048】

（電極体）
本実施形態において上記の外装体１００には、任意の発電要素が収容され得る。たとえば図８に示すように、発電要素は、いずれも帯状のシート部材である正極板３１と負極板３２とをセパレータ３３を挟んで巻回して得た巻回式の電極体３０とすることができる。電極体３０は、図２に示すように外装体１００に収容され、集電リード２２を介して蓋体２０に設けられた電極端子２１に接続される。

【0049】

ここで正極板３１に含まれる正極活物質としては、たとえば、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＮｉ_aＣｏ_bＯ₂（ａ＋ｂ＝１、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１）、ＬｉＭｎＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、ＬｉＮｉ_aＣｏ_bＭｎ_cＯ₂（ａ＋ｂ＋ｃ＝１、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、０＜ｃ＜１）、ＬｉＦｅＰＯ₄等のリチウム含有遷移金属酸化物を用いることができる。また負極板３２に含まれる負極活物質としては、Ｌｉ⁺が電気化学的に挿入・脱離できる黒鉛、コークス等の炭素系材料や、Ｌｉと合金化・脱合金化が可能である珪素（Ｓｉ）、錫（Ｓｎ）を用いることができる。セパレータ３３としては、ポリオレフィン系材料（たとえばポリエチレン、ポリプロピレン）からなる微多孔膜が用いられる。

【0050】

（非水電解質）
電極体３０とともに外装体１００に収容される非水電解質も特に制限されない。たとえば非水電解質は、非プロトン性溶媒に溶質（リチウム塩）が溶解した液状の非水電解質とすることができる。非プロトン性溶媒としては、たとえばエチレンカーボネート（ＥＣ：Ethylene Carbonate）、プロピレンカーボネート（ＰＣ：Propylene Carbonate）およびビニレンカーボネート（ＶＣ：Vinylene Carbonate）等の環状カーボネート類や、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ：Dimethyl Carbonate）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ：Ethyl Methyl Carbonate）およびジエチルカーボネート（ＤＥＣ：Diethyl Carbonate）等の鎖状カーボネート類等を用いることができる。

【0051】

また溶質であるリチウム塩としては、たとえば、ヘキサフルオロ燐酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）、テトラフルオロ硼酸リチウム（ＬｉＢＦ₄）、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウム（Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₃））等を用いることができる。なお本実施形態の非水電解質はゲル状あるいは固体状とすることもできる。

【0052】

＜非水電解質二次電池の製造方法＞
以上に説明した本実施形態の非水電解質二次電池は、以下のような製造方法によって製造することができる。図９は本実施形態の非水電解質二次電池の製造方法の概略を示すフローチャートである。図９に示すように、本実施形態の非水電解質二次電池の製造方法は、工程Ｓ１００、工程Ｓ２００、工程Ｓ３００および工程Ｓ４００を備える。以下、各工程について説明する。

【0053】

（工程Ｓ１００）
工程Ｓ１００は、Ａ３０００系アルミニウム合金から構成される筐体１０を準備する工程である。筐体１０は従来公知の方法によって準備することができる。たとえば筐体１０は、Ａ３０００系アルミニウム合金からなる板材を深絞り加工することによって準備することができる。

【0054】

（工程Ｓ２００）
工程Ｓ２００は、Ａ１０００系アルミニウムから構成される蓋体２０を準備する工程である。蓋体２０は従来公知の方法によって準備することができる。たとえば蓋体２０は、Ａ１０００系アルミニウムの押出成形や、板材のプレス成形によって準備することができる。

【0055】

（工程Ｓ３００）
工程Ｓ３００は、電極体３０を作製する工程である。電極体３０を構成する正極板３１および負極板３２は、従来公知の混練、塗工、乾燥、圧延の各プロセスを経て作製され得る。電極体３０は、正極板３１、負極板３２およびセパレータ３３を、正極板３１と負極板３２とがセパレータ３３を介して対向するように巻回または積層することにより作製することができる。

【0056】

（工程Ｓ４００）
工程Ｓ４００は、筐体１０と蓋体２０とを接合する溶接部ＷＰを形成する工程である。筐体１０と蓋体２０との溶接方法としては、たとえば、レーザ溶接、電子ビーム溶接、プラズマ溶接およびアーク溶接を用いることができる。またあるいはこれらを組み合わせた方法を用いてもよい。

【0057】

前述のように本実施形態は、溶け込み深さの深い溶接部を形成することを目的の一つとしている。上記に列記した溶接方法のうち、レーザ溶接および電子ビーム溶接は溶け込み深さの深い溶接に適している。さらに溶接作業性を考慮すると、本実施形態の溶接方法としてはレーザ溶接が特に好ましい。

【0058】

レーザ溶接を採用する場合、レーザの種類としてはＹＡＧレーザ、ＣＯ₂レーザ、半導体レーザ、ディスクレーザ、ファイバーレーザ等を用いることができる。またレーザの発振はパルス発振であってもよいし、連続発振であってもよい。

【0059】

工程Ｓ４００では、母材のＭｎ濃度に対する筐体側溶融部Ｆ１のＭｎ濃度の比率Ｄが０．６７≦Ｄ≦０．９３となるように溶接を行なう。これにより溶接部ＷＰにおける破壊強度を飛躍的に向上させることができる。

【0060】

ここで比率Ｄは、たとえば次のような方法によって制御することができる。図４および図５を参照してその内容を説明する。図４は本実施形態の溶接方法を図解する模式的な平面図であり、図５は図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的な断面図である。図４中の矢印は、溶接の進行方向（レーザの走査方向）を示している。

【0061】

図４および図５に示すように、本実施形態では筐体１０と蓋体２０とを突き合わせ、筐体１０および蓋体２０にそれぞれ小径のレーザを照射する。このとき筐体１０に照射されるレーザを第１のレーザとし、蓋体２０に照射されるレーザを第２のレーザとする。また第１のレーザの照射位置Ｌｂ１と第２のレーザの照射位置Ｌｂ２との距離、すなわちレーザビーム間ピッチを距離Ｌとする。

【0062】

第１のレーザは筐体１０にキーホールを形成し、第２のレーザは蓋体２０にキーホールを形成する。そしてこれらのキーホールからの熱伝導によって筐体１０と蓋体２０とが融合して接合部ＪＰが形成される。そして距離Ｌを保ったまま、第１のレーザと第２のレーザとを蓋体２０の周縁に沿って並走させることにより、連続的に接合部ＪＰを含む溶接部ＷＰが形成され、筐体１０と蓋体２０とが一体化する。

【0063】

ここで比率Ｄは、レーザビーム間ピッチ（距離Ｌ）を調節することにより、所望の範囲に調整することができる。たとえば距離Ｌを大きくすると、筐体１０から蓋体２０へのＭｎ移動量が減少して比率Ｄを大きくすることができる。また距離Ｌを小さくすると、筐体１０から蓋体２０へのＭｎ移動量が増加して比率Ｄを小さくすることができる。

【0064】

距離Ｌの具体的な値については、レーザ溶接時の諸条件、たとえばレーザ出力、レーザビーム径、溶接速度、溶け込み深さ、母材の厚さ等に応じて適宜調整することができる。

【0065】

以上、角形電池を例示して本実施形態を説明したが、本実施形態の非水電解質二次電池の形状はこれに限定されるものではなく、その形状は円筒形とすることもできる。

【実施例】

【0066】

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。

【0067】

＜実施例１＞
以下のようにして、実施例１に係る非水電解質二次電池を複数作製した。

【0068】

（工程Ｓ１００）
Ａ３０００系アルミニウム合金である「Ａ３００３−Ｏ」から構成される筐体１０を準備した。筐体１０の肉厚は０．５ｍｍであり、溶接部ＷＰとなるべき嵌合部分の肉厚（厚さｔ１）は０．４ｍｍであった。

【0069】

（工程Ｓ２００）
Ａ１０００系アルミニウムである「Ａ１０５０−Ｏ」から構成される蓋体２０を準備した。蓋体２０の厚さｔ２は１．４ｍｍであった。

【0070】

（工程Ｓ３００）
ＬｉＣｏＯ₂を正極活物質として含む正極板３１と、天然黒鉛を負極活物質として含む負極板３２と、ポリエチレン製のセパレータ３３とを準備した。そして図８を参照して正極板３１と負極板３２とがセパレータ３３を介して対向するように、これらを巻回することにより電極体３０を得た。

【0071】

（工程Ｓ４００）
電極体３０を蓋体２０に設けられた電極端子２１に集電リード２２を介して接続した。次いで電極体３０を筐体１０に挿入するとともに、筐体１０と蓋体２０とを嵌合させた。

【0072】

次いで図４を参照して、筐体１０と蓋体２０とを接合する溶接部ＷＰを形成した。すなわち、筐体１０に第１のレーザと蓋体２０に第２のレーザをそれぞれ照射して、それらを並走させることにより、筐体１０および蓋体２０の周縁全体に亘って連続的に溶接部ＷＰを形成した。このとき第１のレーザの照射位置Ｌｂ１と第２のレーザの照射位置Ｌｂ２との距離Ｌは０．１５ｍｍとした。また第１のレーザおよび第２のレーザのレーザ出力は溶け込み深さが約０．６ｍｍとなるように調整した。さらにレーザビーム径はφ０．０４ｍｍとし、溶接速度（走査速度）は４００ｍｍ／ｓとした。

【0073】

（後工程）
蓋体２０に設けられた注液孔から、非水電解質（ＥＣ：ＥＭＣ：ＤＥＣ＝３：５：２（体積比）、ＬｉＰＦ₆；１．０ｍｏｌ／Ｌ）を注液した。続いて注液孔を封止栓によって塞ぐことにより外装体１００を密閉した。以上のようにして実施例１に係る非水電解質二次電池を得た。

【0074】

＜実施例２、実施例３、比較例１および比較例２＞
表１に示すように、工程Ｓ４００においてレーザ溶接時の距離Ｌを変更することを除いては、実施例１と同様にして実施例２、実施例３、比較例１および比較例２に係る非水電解質二次電池を複数得た。

【0075】

【表1】

【0076】

＜評価＞
以下のようにして各電池の評価を行なった。

【0077】

（Ｍｎ濃度の測定）
各電池の溶接部ＷＰの断面を切り出し、市販のＥＰＭＡ装置を用いて筐体側溶融部Ｆ１および筐体１０側の未溶融部（母材）の面内Ｍｎ濃度をそれぞれ測定し、筐体側溶融部Ｆ１における面内Ｍｎ濃度（Ｃ_A）を母材の面内Ｍｎ濃度（Ｃ_B）で除することにより比率Ｄ（Ｃ_A／Ｃ_B）を算出した。結果を表１に示す。

【0078】

（破壊強度の測定）
図６および図７を参照して溶接部ＷＰの破壊試験を行なった。すなわち各電池から図６に示す溶接部ＷＰを含む試験片を切り出し、市販の引張試験機を用いて、筐体１０側を矢印の方向に引っ張って、図７に示すように筐体１０と蓋体２０とが破断に至るまでの距離当たり強度を測定した。なお試験数は１０セルとした。

【0079】

そして測定結果に基づき、溶接部ＷＰの破壊強度を次の「Ａ」および「Ｂ」の２水準で評価した。結果を表１に示す
Ａ：１０セルの破壊強度の平均値が３５Ｎ／ｍｍ以上
Ｂ：１０セルの破壊強度の平均値が３０Ｎ／ｍｍ以上３５Ｎ／ｍｍ未満。

【0080】

＜結果と考察＞
表１に示すように、比率Ｄが０．５５であった比較例１の溶接部ＷＰは十分な破壊強度を有していなかった。また比較例１では１０セルすべてが筐体側のボンド部ＢＰから破断していた。この理由は、筐体側溶融部Ｆ１のＭｎ濃度が減少することにより、筐体側溶融部Ｆ１と筐体母材との強度差が生じ、ボンド部ＢＰが破断しやすくなったからであると考えられる。

【0081】

また比率Ｄが０．９５であった比較例２の溶接部ＷＰも十分な破壊強度を有していなかった。さらに比較例２では１０セルうち２セルで接合部ＪＰに融合不良が発生していた。この理由は、比較例２ではビーム間ピッチ（距離Ｌ）を広くして溶接を行なうことによりＭｎの移動量を抑制することができたが、その一方で溶融部の対流が小さくなり接合部ＪＰへの熱伝導が不十分になったからであると考えられる。

【0082】

上記の比較例に対して、比率Ｄが０．６７以上０．９３以下であった実施例１〜３はいずれも優れた破壊強度を示した。これは、比率Ｄが０．６７以上０．９３以下であることにより、筐体側溶融部Ｆ１のＭｎ濃度を過度に低下させずに、筐体１０と蓋体２０とを十分に融合させることができたからであると考えられる。

【0083】

以上の結果から、Ａ３０００系アルミニウム合金から構成される筐体と、Ａ１０００系アルミニウムから構成される蓋体と、該筐体と該蓋体とを接合する溶接部と、を備え、該溶接部は、筐体側溶融部と蓋体側溶融部とを含み、該Ａ３０００系アルミニウム合金のＭｎ濃度に対する該筐体側溶融部のＭｎ濃度の比率をＤとしたとき、０．６７≦Ｄ≦０．９３を満たす、実施例に係る非水電解質二次電池は、かかる条件を満たさない比較例に比し、筐体と蓋体との溶接部における破壊強度が高く、信頼性に優れることを確認することができた。

【0084】

またさらに、Ａ３０００系アルミニウム合金から構成される筐体を準備する工程と、Ａ１０００系アルミニウムから構成される蓋体を準備する工程と、該筐体と該蓋体とを接合する溶接部を形成する工程と、を備え、該溶接部は、筐体側溶融部と蓋体側溶融部とを含み、該溶接部を形成する工程では、該Ａ３０００系アルミニウム合金のＭｎ濃度に対する該筐体側溶融部のＭｎ濃度の比率をＤとしたとき、０．６７≦Ｄ≦０．９３となるように溶接を行なう製造方法によれば、筐体と蓋体との溶接部における破壊強度が高く、信頼性に優れる非水電解質二次電池を製造できることを確認することができた。

【0085】

以上のように本発明の実施形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

【0086】

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0087】

１０ 筐体、２０ 蓋体、２１ 電極端子、２２ 集電リード、３０ 電極体、３１ 正極板、３２ 負極板、３３ セパレータ、１００ 外装体、１０１ 電池、ＷＰ 溶接部、ＪＰ 接合部、Ｆ１ 筐体側溶融部、Ｆ２ 蓋体側溶融部、ＢＰ ボンド部、Ｌ 距離、ｔ１，ｔ２ 厚さ、ｄｗ 溶け込み深さ、Ｌｂ１，Ｌｂ２ 照射位置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】