特開 2023-88663 二次電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023088663

(43)【公開日】2023-06-27

(54)【発明の名称】二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/636 20210101AFI20230620BHJP

   H01M 50/342 20210101ALI20230620BHJP

【ＦＩ】

H01M50/636

H01M50/342 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021203541

(22)【出願日】2021-12-15

(71)【出願人】

【識別番号】399107063

【氏名又は名称】プライムアースＥＶエナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】水本 将弘

(72)【発明者】

【氏名】山本 達也

【テーマコード（参考）】

5H012

5H023

【Ｆターム（参考）】

5H012AA07

5H012BB03

5H012CC01

5H012DD05

5H012DD17

5H012EE04

5H012FF01

5H012GG01

5H023AA03

5H023AS03

5H023AS10

5H023CC05

5H023CC11

5H023CC14

5H023CC22

(57)【要約】      （修正有）

【課題】蓋部材とキャップとを接合する工法として、レーザ溶接と超音波接合の両工法に対応できる二次電池を提供する。
【解決手段】本開示の一態様は、二次電池において、蓋部材１２は、蓋部材１２の板厚方向におけるキャップ３１がレーザ溶接または超音波接合される側の上面２２にて、注液口２１の周囲に形成される突起部２４を備え、キャップ３１は、キャップ３１の板厚方向の一方の面である第１面４１に形成され、突起部２４と嵌合可能な溝部４２と、キャップ３１の板厚方向の他方の面である第２面４３に形成され、突起部２４の先端面と面接触可能な平滑面４４と、を備え、キャップ３１の外周に形成される外周面は、第１面４１側から第２面４３側に向かうに連れてキャップ３１の内側に向かって傾斜している。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

開口部を備えるケースと、
前記開口部を封止する板状の蓋部材と、
前記蓋部材にて前記蓋部材の板厚方向に貫通するように形成され、前記ケース内に電解液を注入するための注液口と、
前記蓋部材にレーザ溶接または超音波接合されて前記注液口を封止する板状のキャップと、
を有する二次電池において、
前記蓋部材は、前記蓋部材の板厚方向における前記キャップがレーザ溶接または超音波接合される側の面にて、前記注液口の周囲に形成される突起部を備え、
前記キャップは、
前記キャップの板厚方向の一方の面である第１面に形成され、前記突起部と嵌合可能な溝部と、
前記キャップの板厚方向の他方の面である第２面に形成され、前記突起部の先端面と面接触可能な平滑面と、を備え、
前記キャップの外周に形成される外周面は、前記第１面側から前記第２面側に向かうに連れて前記キャップの内側に向かって傾斜していること、
を特徴とする二次電池。

【請求項2】

請求項１の二次電池において、
前記キャップの前記第１面を前記蓋部材側に向けて、前記突起部と前記溝部とを嵌合させたうえで、
前記キャップの前記外周面の位置で、前記蓋部材と前記キャップとがレーザ溶接されていること、
を特徴とする二次電池。

【請求項3】

請求項１の二次電池において、
前記キャップの前記第２面を前記蓋部材側に向けて、前記突起部の先端面と前記平滑面とを面接触させたうえで、
前記蓋部材と前記キャップとが超音波接合されていること、
を特徴とする二次電池。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１つの二次電池において、
前記キャップは、前記二次電池の内圧が所定圧以上になったときに前記二次電池の内圧を開放する安全弁機能部を備えること、
を特徴とする二次電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、二次電池に関する。

【背景技術】

【0002】

二次電池に関する従来技術として、特許文献１には、蓋部材における注液口の周囲に形成された突起部（リブ）を覆うようにして、キャップを超音波接合により蓋部材に接合し、キャップにより注液口を封止する二次電池が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－６８６４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示される二次電池では、蓋部材とキャップとを超音波接合しているが、蓋部材とキャップとをレーザ溶接する場合には突起部の位置で溶接するものと考えられる。このとき、注液口の周囲に形成される突起部には電解液が付着している場合があるので、溶接部にて溶接不良となるおそれがある。このように、特許文献１に開示される二次電池では、蓋部材とキャップとを接合する工法として、超音波接合には対応し得るが、レーザ溶接には対応できないおそれがある。

【0005】

そこで、本開示は上記した課題を解決するためになされたものであり、蓋部材とキャップとを接合する工法として、レーザ溶接と超音波接合の両工法に対応できる二次電池を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するためになされた本開示の一形態は、開口部を備えるケースと、前記開口部を封止する板状の蓋部材と、前記蓋部材にて前記蓋部材の板厚方向に貫通するように形成され、前記ケース内に電解液を注入するための注液口と、前記蓋部材にレーザ溶接または超音波接合されて前記注液口を封止する板状のキャップと、を有する二次電池において、前記蓋部材は、前記蓋部材の板厚方向における前記キャップがレーザ溶接または超音波接合される側の面にて、前記注液口の周囲に形成される突起部を備え、前記キャップは、前記キャップの板厚方向の一方の面である第１面に形成され、前記突起部と嵌合可能な溝部と、前記キャップの板厚方向の他方の面である第２面に形成され、前記突起部の先端面と面接触可能な平滑面と、を備え、前記キャップの外周に形成される外周面は、前記第１面側から前記第２面側に向かうに連れて前記キャップの内側に向かって傾斜していること、を特徴とする。

【0007】

この態様によれば、蓋部材の突起部とキャップの溝部とを嵌合させたうえで、蓋部材とキャップとをレーザ溶接することができる。また、蓋部材の突起部の先端面とキャップの平滑面とを面接触させたうえで、蓋部材とキャップとを超音波接合することができる。このようにして、蓋部材に対してキャップをリバーシブルに接合でき、蓋部材とキャップとを接合する工法として、レーザ溶接と超音波接合の両工法に対応できる。

【0008】

また、キャップの外周面は、第１面側から第２面側に向かうに連れてキャップの内側に向かって傾斜している。そのため、傾斜しているキャップの外周面と蓋部材との間で楔状の隙間を形成することが可能になる。したがって、レーザ溶接時に、キャップの外周面の位置でレーザ溶接することにより、フレネル吸収作用によりレーザ光の吸収率が向上してレーザ溶接の出力低減が可能になり、溶接部のボイド発生によるリーク不良を低減できる。

【0009】

上記の態様においては、前記キャップの前記第１面を前記蓋部材側に向けて、前記突起部と前記溝部とを嵌合させたうえで、前記キャップの前記外周面の位置で、前記蓋部材と前記キャップとがレーザ溶接されていること、が好ましい。

【0010】

この態様によれば、突起部と溝部とを嵌合させることにより、キャップの位置決め精度が向上する。また、突起部により溶接部への電解液の浸入を阻むことができる。また、突起部でない位置として、キャップの外周面の位置でレーザ溶接するので、溶接部にて電解液が付着することによる溶接不良を低減できる。

【0011】

上記の態様においては、前記キャップの前記第２面を前記蓋部材側に向けて、前記突起部の先端面と前記平滑面とを面接触させたうえで、前記蓋部材と前記キャップとが超音波接合されていること、が好ましい。

【0012】

この態様によれば、蓋部材の突起部の先端面がキャップの平滑面と摺動することにより、突起部は温度上昇しながら変形して、密閉機能を有する接合部を形成できる。そして、超音波接合時に、スクイーズ効果による斥力により、突起部に付着する電解液が突起部から排除されるので、蓋部材とキャップと間で清浄な接触面が得られる。そのため、蓋部材とキャップとが超音波接合される部分にて電解液の付着による影響を受け難くすることができる。

【0013】

上記の態様においては、前記キャップは、前記二次電池の内圧が所定圧以上になったときに前記二次電池の内圧を開放する安全弁機能部を備えること、が好ましい。

【0014】

この態様によれば、キャップに安全弁の機能が付加されているので、二次電池の内圧が過大になることを防ぐことができる。

【発明の効果】

【0015】

本開示の二次電池によれば、蓋部材とキャップとを接合する工法として、レーザ溶接と超音波接合の両工法に対応できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態の二次電池の全体斜視図である。

【図2】図１のＡ－Ａ断面図である。

【図3】蓋部材における注液口およびその周辺の上面図である。

【図4】キャップの上面図である。

【図5】キャップの断面図（図４のＢ－Ｂ断面図）である。

【図6】蓋部材とキャップとをレーザ溶接する場合を示す図である。

【図7】レーザ溶接する部分の拡大図である。

【図8】蓋部材とキャップとを超音波接合する場合を示す図である。

【図9】超音波接合する部分の拡大図である。

【図10】超音波接合時に斥力により突起部から電解液が離れることを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本開示の二次電池の実施形態について説明する。

【0018】

図１に示すように、本実施形態の二次電池１は、開口部１１ａを備えるケース１１と、長方形の板状に形成され開口部１１ａを封止する蓋部材１２とを有する。ケース１１と蓋部材１２は、金属（例えば、アルミニウム）により形成されている。また、二次電池１は、蓋部材１２にて電極端子１３も有する。

【0019】

図２と図３に示すように、蓋部材１２は、当該蓋部材１２の板厚方向（図２の上下方向）に貫通するように形成される注液口２１を有する。この注液口２１は、ケース１１内に電解液を注入するための貫通穴である。

【0020】

そして、図１と図２に示すように、二次電池１は、注液口２１を封止する円板状のキャップ３１を有する。本実施形態では、キャップ３１は蓋部材１２にレーザ溶接または超音波接合により接合されて注液口２１を封止する。なお、図２では、キャップ３１を蓋部材１２にレーザ溶接する例を示している。

【0021】

本実施形態において、図２に示すように、蓋部材１２は、その上面２２（すなわち、蓋部材１２の板厚方向におけるキャップ３１がレーザ溶接または超音波接合される側の面）における凹部２３にて、凹部２３から上方に突出するように形成される突起部２４を備えている。この突起部２４は、図３に示すように、注液口２１の周囲に全周に亘って土手状に円形に形成されている。

【0022】

また、図２と図５に示すように、キャップ３１は、当該キャップ３１の板厚方向の一方の面（図２や図５の下方の面）である第１面４１に、キャップ３１の第２面４３側に向かって凹むようにして形成される溝部４２を備えている。この溝部４２は、図２に示すように、蓋部材１２の突起部２４と嵌合可能である。なお、溝部４２は、例えばプレス加工により形成される。

【0023】

また、図２と図４と図５に示すように、キャップ３１は、当該キャップ３１の板厚方向の他方の面（図２や図５の上方の面）である第２面４３に、キャップ３１の径方向（図２や図５の左右方向）に平坦に形成される平滑面４４を備えている。この平滑面４４は、後述する図８～図１０に示すように、突起部２４の先端面５１と面接触可能である。

【0024】

さらに、図５に示すように、キャップ３１の外周に形成される外周面４５（図５の左右方向の面）は、第１面４１側から第２面４３側に向かうに連れてキャップ３１の内側に向かって傾斜している。

【0025】

本実施形態では、このような蓋部材１２とキャップ３１とについて、レーザ溶接することができるとともに、超音波接合することもできる。

【0026】

そこで、まず、蓋部材１２とキャップ３１とをレーザ溶接する場合について説明する。この場合、図６に示すように、キャップ３１の第１面４１を蓋部材１２側に向けて、キャップ３１を蓋部材１２に近づける。そして、図７に示すように、蓋部材１２の突起部２４とキャップ３１の溝部４２とを嵌合させる。そして、突起部２４の位置ではなく、キャップ３１の外周面４５の位置で、蓋部材１２の壁部２５（すなわち、凹部２３から上方に立ち上がるようにして設けられる部分）とキャップ３１の外周面４５とをレーザ溶接する。このようにして、本実施形態では、蓋部材１２とキャップ３１とをレーザ溶接することができる。

【0027】

また、蓋部材１２とキャップ３１とを超音波接合する場合について説明する。この場合、図８と図９に示すように、キャップ３１の第２面４３を蓋部材１２側に向けて、蓋部材１２の突起部２４の先端面５１とキャップ３１の平滑面４４とを面接触させる。そして、図１０に示すように蓋部材１２とキャップ３１とを超音波接合する。このようにして、本実施形態では、蓋部材１２とキャップ３１とを超音波接合することができる。

【0028】

以上のように、本実施形態の二次電池１によれば、蓋部材１２は、上面２２にて、注液口２１の周囲に形成される突起部２４を備えている。そして、キャップ３１は、その第１面４１に、突起部２４と嵌合可能な溝部４２を備えている。また、キャップ３１は、その第２面４３に、突起部２４の先端面５１と面接触可能な平滑面４４を備えている。

【0029】

これにより、蓋部材１２の突起部２４とキャップ３１の溝部４２とを嵌合させたうえで、蓋部材１２とキャップ３１とをレーザ溶接することができる。また、蓋部材１２の突起部２４の先端面５１とキャップ３１の平滑面４４とを面接触させたうえで、蓋部材１２とキャップ３１とを超音波接合することができる。このようにして、蓋部材１２に対してキャップ３１をリバーシブルに接合でき、蓋部材１２とキャップ３１とを接合する工法として、レーザ溶接と超音波接合の両工法に対応できる。

【0030】

そして、蓋部材１２とキャップ３１とをレーザ溶接する場合には、キャップ３１の第１面４１を蓋部材１２側に向けて、突起部２４と溝部４２とを嵌合させたうえで、キャップ３１の外周面４５の位置で、蓋部材１２とキャップ３１とをレーザ溶接する。

【0031】

このようにして、突起部２４と溝部４２とを嵌合させることにより、キャップ３１の位置決め精度が向上する。すなわち、レーザ溶接時にて重要なキャップ３１のセンターリングの精度（注液口２１の中心とキャップ３１の中心との位置合わせの精度）が向上する。また、突起部２４により溶接部への電解液の浸入を阻むことができる。また、突起部２４でない位置として、キャップ３１の外周面４５の位置でレーザ溶接するので、溶接部にて電解液が付着することによる溶接不良を低減できる。

【0032】

また、図７に示すように、蓋部材１２とキャップ３１は、蓋部材１２の突起部２４の先端面５１とキャップ３１の溝部４２の底面６１とが接触（図７において線接触）している一方で、蓋部材１２の突起部２４の側面５２とキャップ３１の溝部４２の側面６２とは接触していない。このようにして、突起部２４と溝部４２との接触領域を小さくしているので、レーザ溶接時における突起部２４と溝部４２との間の熱伝導を低減できることから、キャップ３１の温度上昇を抑えることができる。また、レーザ溶接時の二次電池１の内圧力の上昇に伴う溶接部のボイド発生によるリーク不良を低減できる。

【0033】

また、キャップ３１の外周面４５は、第１面４１側から第２面４３側に向かうに連れてキャップ３１の内側に向かって傾斜している。そのため、図７に示すように、傾斜しているキャップ３１の外周面４５と蓋部材１２の壁部２５との間で楔状の隙間を形成することが可能になる。したがって、レーザ溶接時に、フレネル吸収作用によりレーザ光の吸収率が向上してレーザ溶接の出力低減が可能になり、溶接部のボイド発生によるリーク不良を低減できる。

【0034】

また、蓋部材１２とキャップ３１とを超音波接合する場合には、キャップ３１の第２面４３を蓋部材１２側に向けて、突起部２４の先端面５１とキャップ３１の平滑面４４とを面接触させたうえで、蓋部材１２とキャップ３１とを超音波接合する。

【0035】

これにより、蓋部材１２の突起部２４の先端面５１がキャップ３１の平滑面４４と摺動することにより、突起部２４は温度上昇しながら変形して、密閉機能を有する接合部を形成できる。

【0036】

そして、図１０に示すように、超音波接合時に、キャップ３１に超音波振動（図１０にて波形で示す振動）が加わることにより発生するスクイーズ効果による斥力により、電解液が突起部２４から排除されるので、突起部２４の先端面５１とキャップ３１の平滑面４４と間で清浄な接触面が得られる。そのため、蓋部材１２とキャップ３１とを超音波接合する部分にて電解液の付着による影響を受け難くすることができる。

【0037】

また、図４や図５に示すように、キャップ３１は、二次電池１の内圧が所定圧以上になったときに二次電池１の内圧を開放する安全弁機能部４６を備える。この安全弁機能部４６は、キャップ３１の外周部分（すなわち、溝部４２や平滑面４４が形成される部分）よりも内側の位置に形成されており、その厚みがキャップ３１の外周部分の厚みよりも小さく形成されている。

【0038】

このようにして、キャップ３１に安全弁の機能が付加されているので、二次電池１の内圧が過大になることを防ぐことができる。また、本実施形態では、入熱による残留歪み低減による安全弁機能部４６の開放圧力のバラつきを小さくできる。すなわち、従来技術では、安全弁は蓋部材に組み込まれており、蓋部材をケースに溶接した後に、蓋部材が縮もうとするので、安全弁に引張の残留応力が生じて、安全弁の開放圧力にばらつきが生じていた。これに対し、本実施形態では、蓋部材１２をケース１１に溶接して注液口２１からケース１１内に電解液を注液した後に、安全弁機能部４６を備えたキャップ３１を蓋部材１２に接合することになる。そのため、従来技術におけるような引張の残留応力が安全弁機能部４６には生じ難いので、安全弁機能部４６の開放圧力にばらつきを小さくできる。

【0039】

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

【0040】

なお、上記の説明において、「上面」、「上方」等の名称は便宜的なものであり、上下方向について二次電池１が配置される向きを限定的に規定するものではない。すなわち、上下方向について二次電池１が配置される向きは変化し得る。

【符号の説明】

【0041】

１ 二次電池
１１ ケース
１１ａ 開口部
１２ 蓋部材
１３ 電極端子
２１ 注液口
２２ 上面
２３ 凹部
２４ 突起部
２５ 壁部
３１ キャップ
４１ 第１面
４２ 溝部
４３ 第２面
４４ 平滑面
４５ 外周面
４６ 安全弁機能部
５１ 先端面
５２ 側面
６１ 底面
６２ 側面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】