二次電池及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及二次電池及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]例如鋰離子二次電池、鈉電池、雙電層電容器和鋰離子電容器等蓄電元件，將進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電元件收納在有底的電池殼體中，向電池殼體的開口插入電池蓋，并向電池殼體與電池蓋的對(duì)接部照射激光進(jìn)行對(duì)接焊，使電池蓋固定于電池殼體。
[0003]在日本特開2011-092944號(hào)公報(bào)、日本特開2007-157519號(hào)公報(bào)、日本特開2008-126315號(hào)公報(bào)、日本特開2006-324160號(hào)公報(bào)、日本特開平11-90657號(hào)公報(bào)和日本特開2002-292486號(hào)公報(bào)中，公開了利用激光使電池蓋固定于電池殼體的焊接結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]近年來，二次電池中需求高容量化。由于需要在電池蓋設(shè)置端子，因此電池蓋需要具有剛性和一定程度的板厚。但是，為了提高容量，電池殼體有其板厚變薄的傾向。其結(jié)果，在電池蓋與電池殼體的對(duì)接焊中，電池蓋與電池殼體之間的熱容量之差增大，相對(duì)地，電池蓋熱容量大而難熔，電池殼體熱容量小而易熔。
[0005]為了焊接而照射激光的情況下，電池蓋和電池殼體由于熱而膨脹，在凝縮時(shí)收縮，但在熔融后熱容量大的電池蓋先冷卻凝縮。此時(shí)，由于電池蓋的厚度大，因此電池蓋與電池殼體相比收縮量增大，難以在厚度薄的電池殼體側(cè)追隨(補(bǔ)償)電池蓋的收縮體積。其結(jié)果，在熱容量小的電池殼體側(cè)產(chǎn)生裂紋，擔(dān)心電池蓋與電池殼體的焊接強(qiáng)度的降低。
[0006]在日本特開2011-092944號(hào)公報(bào)所公開的技術(shù)中，公開了下述接合方法:向熱容量大的部件(電池蓋)照射第I激光，向熱容量小的部件(電池殼體)照射強(qiáng)度比第I激光小的第2激光，在第I部件和第2部件分別形成匙孔(key hole)。因此，有可能在熔融后熱容量較大的部件(電池蓋)先冷卻凝縮，在熱容量小的部件(電池殼體)側(cè)產(chǎn)生裂紋。
[0007]在日本特開2007-157519號(hào)公報(bào)中，公開了通過設(shè)置于電池蓋側(cè)面的溝槽來延長熔融邊界、提高斷裂強(qiáng)度的技術(shù)。在日本特開2008-126315號(hào)公報(bào)中，公開了通過2個(gè)激光焊接被加工物，且第I激光的焊透深度比第2激光的焊透深度淺的技術(shù)。在日本特開2006-324160號(hào)公報(bào)中，公開了使對(duì)接部的厚度比電池蓋的厚度薄，使焊縫向?qū)用娴南路窖由於纬傻募夹g(shù)。在日本特開平11-90657號(hào)公報(bào)中，公開了電池蓋的焊透區(qū)域被形成為電池蓋的角部比長邊部淺的技術(shù)。在日本特開2002-292486號(hào)公報(bào)中，公開了通過使對(duì)于熱熔融性差的電池蓋的激光的反射率比電池殼體低，來提高電池蓋的熱熔融性，得到良好的焊透狀態(tài)的技術(shù)。
[0008]本發(fā)明是鑒于電池蓋與電池殼體的熱容量之差增大，電池蓋的熱容量大而難熔，電池殼體的熱容量小而易熔這樣的課題而完成的，提供在電池蓋與電池殼體的對(duì)接焊中，能夠確保焊接強(qiáng)度、并且抑制與電池蓋相比熱容量相對(duì)小的電池殼體側(cè)產(chǎn)生裂紋的二次電池及其制造方法。
[0009]該二次電池是向具有開口的電池殼體的上述開口插入電池蓋，并向上述電池殼體與上述電池蓋的對(duì)接部照射激光進(jìn)行對(duì)接焊，使上述電池蓋固定于上述電池殼體的二次電池，在將形成于上述電池蓋的電池蓋側(cè)焊接痕的從上述電池蓋的表面到上述電池蓋側(cè)焊接痕的下端的距離設(shè)為電池蓋側(cè)焊接深度，并將形成于上述電池殼體的電池殼體側(cè)焊接痕的從上述電池蓋的表面到上述電池殼體側(cè)焊接痕的下端的距離設(shè)為電池殼體側(cè)焊接深度的情況下，上述電池蓋側(cè)焊接深度比上述電池殼體側(cè)焊接深度深。
[0010]根據(jù)該二次電池，通過在電池殼體側(cè)焊接痕和電池蓋側(cè)焊接痕中，使電池蓋側(cè)焊接深度比電池殼體側(cè)焊接深度深，能夠使由焊接導(dǎo)致的熔融的邊界傾斜。其結(jié)果，能夠?qū)㈦姵厣w與電池殼體的焊接邊界的長度較長地形成，相比于電池蓋與電池殼體的接合長度短的情況，能夠提尚其強(qiáng)度。
[0011 ] 另外，該二次電池的制造方法，是向具有開口的電池殼體插入電池蓋，并向上述電池殼體與上述電池蓋的嵌合部照射激光進(jìn)行對(duì)接焊，由此使上述電池蓋固定于上述電池殼體的二次電池的制造方法，所述制造方法包括向上述電池蓋照射第I激光，并向上述電池殼體照射第2激光的工序，上述第I激光的強(qiáng)度比上述第2激光的強(qiáng)度大。
[0012]根據(jù)該二次電池的制造方法，在通過照射激光進(jìn)行對(duì)接焊而使電池蓋固定于電池殼體的二次電池中，電池蓋側(cè)焊接深度比電池殼體側(cè)焊接深度形成得深。由此，通過電池蓋側(cè)比電池殼體側(cè)更大地焊接，電池蓋與電池殼體相比成為高溫的狀態(tài)。其結(jié)果，能夠從相對(duì)低溫的電池殼體側(cè)開始凝固，抑制電池殼體側(cè)產(chǎn)生裂紋。
[0013]本發(fā)明的上述和其它目的、特征、形態(tài)及優(yōu)點(diǎn)，通過結(jié)合附圖理解的關(guān)于本發(fā)明的以下詳細(xì)說明來明確。
【附圖說明】
[0014]圖1是表示實(shí)施方式中的二次電池的整體結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0015]圖2是表示圖1中的I1-1I線向視截面的、電池蓋與電池殼體的對(duì)接焊狀態(tài)的截面圖。
[0016]圖3是表示實(shí)施方式中的二次電池的電池蓋與電池殼體的對(duì)接焊方法(制造方法)的圖。
[0017]圖4是表示二次電池的電池蓋與電池殼體的對(duì)接焊所使用的焊接裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。
[0018]圖5是表示二次電池的電池蓋與電池殼體的對(duì)接焊時(shí)的電池蓋與電池殼體的內(nèi)部溫度分布(CAE分析)的圖。
[0019]圖6是表示實(shí)施例1?實(shí)施例8和比較例I?比較例16的激光輸出比及熔融狀態(tài)的圖。
[0020]圖7是表示實(shí)施例1?實(shí)施例3、比較例I和比較例2的邊界面焊透深度、抗拉強(qiáng)度及評(píng)價(jià)的圖。
[0021]圖8是表示比較例中的電池蓋與電池殼體的對(duì)接焊狀態(tài)的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]以下，對(duì)基于本發(fā)明的一例的實(shí)施方式一邊參照附圖一邊說明。在以下說明的實(shí)施方式中，提到個(gè)數(shù)、量等的情況下，除了有特別記載的情況以外，本發(fā)明的范圍并不一定限定于該個(gè)數(shù)、量等。對(duì)于同一部件、相當(dāng)?shù)牟考?，有時(shí)附帶同一參照號(hào)，不反復(fù)進(jìn)行重復(fù)的說明。將實(shí)施方式中的構(gòu)成適當(dāng)組合使用是從一開始就預(yù)定的。另外，在附圖中，沒有以實(shí)際的尺寸比率記載，為了便于結(jié)構(gòu)的理解，使一部分比率不同而記載。
[0023][ 二次電池10的整體結(jié)構(gòu)]
[0024]參照?qǐng)D1，對(duì)本實(shí)施方式中的二次電池10的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖1是表示本實(shí)施方式中的二次電池10的整體結(jié)構(gòu)的立體圖。該二次電池10是非水電解二次電池，串聯(lián)組合多個(gè)形成電池組，適合搭載于混合動(dòng)力車等。該電池組與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)等內(nèi)燃機(jī)一同成為混合動(dòng)力車的動(dòng)力源。但以下所示的二次電池10的結(jié)構(gòu)并不限定于非水電解二次電池。
[0025]二次電池10具有電池元件(不圖示)、收納電池元件的電池殼體2、電池蓋1、正極端子3P和負(fù)極端子3N。正極端子3P和負(fù)極端子3N作為二次電池10的外部端子3，設(shè)置于電池殼體2的外部。
[0026]電池殼體2的形狀是在有底的一個(gè)方向具有開口 2a的大致長方體的殼體形狀，其內(nèi)部收納有電池元件。電池蓋I的形狀是具有矩形平面的平板形狀，以堵塞設(shè)置于電池殼體2的開口 2a的方式嵌合。電池殼體2和電池蓋I使用鋁等金屬材料。
[0027][對(duì)接焊狀態(tài)]
[0028]接著，參照?qǐng)D2對(duì)電池蓋I與電池殼體2的對(duì)接焊狀態(tài)進(jìn)行說明。再者，圖2是表示圖1中的I1-1I線向視截面的、電池蓋與電池殼體的對(duì)接焊狀態(tài)的截面圖。
[0029]電池蓋I以堵塞設(shè)置于電池殼體2的開口 2a的方式嵌合。在電池蓋I與電池殼體2之間設(shè)置細(xì)微的間隙gl。在本實(shí)施方式中，間隙gl約為50 μπι左右。電池蓋I使用鋁，板厚tl約為1.4_左右。電池殼體2使用鋁，板厚t2約為0.4_左右。
[0030]在電池蓋I與電池殼體2之間，通過對(duì)接焊而形成的焊接痕WR被形成為跨越電池蓋I與電池殼體2之間。焊接痕WR從電池蓋I的表面S向電池蓋I的厚度方向延伸，具有電池蓋I側(cè)的電池蓋側(cè)焊接痕WRl和電池殼體2側(cè)的電池殼體側(cè)焊接痕WR2，電池蓋側(cè)焊接痕WRl與電池殼體側(cè)焊接痕WR2成為一體而形成焊接痕WR。焊接痕WR是通過由對(duì)接焊時(shí)的熱使電池蓋I和電池殼體2的鋁材料暫時(shí)熔融、凝縮而再結(jié)晶化的區(qū)域，在電池蓋I和電池殼體2的非熔融區(qū)域與焊接痕WR之間能夠確認(rèn)邊界WL。
[0031]雖然也設(shè)想存在電池蓋I的表面S的表面在焊接后如后述的圖8所示成為通過焊接而凸起的狀態(tài)的情況，但電池蓋I的表面S意味著在焊接的前后位置沒有變化的電池蓋I的表面。
[0032]焊接痕WR在將形成于電池蓋I的電池蓋側(cè)焊接痕WRl的從電池蓋I的表面S到電池蓋側(cè)焊接痕WRl的下端I的距離設(shè)為電池蓋側(cè)焊接深度Dl，并將形成于電池殼體2的電池殼體側(cè)焊接痕WR2的電池蓋I的從表面到電池殼體側(cè)焊接痕WR2的下端II的距離設(shè)為電池殼體側(cè)焊接深度D2的