JP2003187773A

JP2003187773A - 密閉型電池および溶接方法

Info

Publication number: JP2003187773A
Application number: JP2001383489A
Authority: JP
Inventors: Hideya Takahashi; 秀哉高橋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2003-07-04

Abstract

(57)【要約】【課題】安定した電池出力を得ることができる密閉型
電池を提供することを目的とする。【解決手段】密閉型電池５０において、電池蓋一体型
安全弁装置１９は、電池蓋７のフランジ部外周縁を安全
弁装置８のフランジ部の外周立ち上がり形成部で予めか
しめ止めしたものである。この電池蓋一体型安全弁装置
１９が絶縁封口ガスケット６を介して電池缶５の開口部
に封止される。この電池蓋一体型安全弁装置１９のかし
め部先端と電池蓋７との間をレーザ溶接により接合す
る。安全弁装置８はアルミニウム系金属からなり、電池
蓋７は鉄系金属からなる。レーザ溶接において、レーザ
照射スポット面積の３０〜９５％を安全弁装置８のかし
め部先端に照射して、このかしめ部先端と電池蓋７とを
接合させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は密閉型電池に関す
る。また、本発明は溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、軽量であると共に高電位・高容量
・高性能・長寿命といった利点を有することから、リチ
ウム含有化合物を正極に、リチウムをドープかつ脱ドー
プすることが可能な炭素材料を負極に用いた非水電解液
電池が各種電子機器、特に携帯電話やノート型パソコン
等の携帯用電子機器の供給電源として実用化され普及し
ており、高性能電気自動車用・ハイブリッド自動車用・
電動バイク用・電動アシスト付自転車用・電動工具用等
の供給電源や、各種バックアップ電源としても実用化が
期待されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところでこのような円
筒型非水電解液電池において、従来は電池蓋と安全弁装
置間は単純に接触する構造、もしくはフランジ部外周に
立ち上がり形成部のついた安全弁装置へ電池蓋を挿入
後、合成樹脂製の絶縁封口ガスケットを介して電池缶で
立ち上がり形成部を一緒にかしめる方法を採っていた。

【０００４】このため合成樹脂製の絶縁封口ガスケット
の経時変化に伴って、電池蓋と安全弁装置間における接
触抵抗が増加し、電池全体の内部抵抗が上昇するといっ
た問題があった。また電池缶のかしめ状態で接触抵抗が
変化してしまう問題も生じる。さらに振動や衝撃や温度
変化が電池に加わると、電池に要求される出力性能を安
定して得ることが難しかった。

【０００５】特に高出力が要求される用途や、長期間高
温に置かれる用途、或いは激しい振動・衝撃が加わる用
途においては、充分な特性を引き出すことが難しかっ
た。

【０００６】一方、電池蓋と安全弁装置を溶接により固
定させようとする試みがなされている。しかし、電池蓋
はステンレス等の鉄系金属からなり、安全弁装置はアル
ミニウム系金属なるのが一般的であり、アルミニウム系
金属と鉄系金属を同時に溶かして合金化させる溶接は困
難である。

【０００７】本発明は、このような課題に鑑みてなされ
たものであり、安定した電池出力を得ることができる密
閉型電池を提供することを目的とする。さらに、本発明
はアルミニウム系金属と鉄系金属との溶接が確実にでき
る溶接方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の密閉型電池は、
発電要素と電池蓋との間に配設され、内部圧力の上昇等
によって変形してこれら発電要素と電池蓋との電気的接
続状態を解除する安全弁装置を備える密閉型電池であっ
て、電池蓋のフランジ部外周縁を安全弁装置のフランジ
部外周立上り形成部で予めかしめ止めした電池蓋一体型
安全弁装置を備え、この電池蓋一体型安全弁装置がガス
ケットを介して電池缶の開口部に封止されることによっ
てこの電池缶に組み付けられる密閉型電池において、電
池蓋一体型安全弁装置のかしめ部先端と電池蓋との間を
レーザ溶接により接合したものである。本発明によれ
ば、かしめ部先端を電池蓋に固定するとともに、かしめ
部先端と電池蓋との電気的接続を確保できる。

【０００９】上述の安全弁装置はアルミニウム系金属か
らなり、電池蓋は鉄系金属からなることが好ましい。本
発明によれば、アルミニウム系金属製のかしめ部先端を
鉄系金属製の電池蓋に固定するとともに、かしめ部先端
と電池蓋との電気的接続を確保できる。

【００１０】上述のレーザ溶接において、レーザ照射ス
ポット面積の３０％以上９５％以下を安全弁装置のかし
め部先端に照射して、このかしめ部先端と電池蓋とを接
合させることが好ましい。また、上述のレーザ溶接にお
いて、レーザ照射スポット面積の４０％以上９０％以下
を安全弁装置のかしめ部先端に照射して、かしめ部先端
と電池蓋とを接合させることがさらに好ましい。また、
上述のレーザ溶接において、レーザ照射スポット面積の
概ね６５％を安全弁装置のかしめ部先端に照射して、か
しめ部先端と電池蓋とを接合させることがまたさらに好
ましい。本発明によれば、かしめ部先端を電池蓋により
強固に固定するとともに、かしめ部先端と電池蓋との電
気的接続を確保できる。

【００１１】また、上述の密閉型電池において、レーザ
溶接部が２点以上有ることが好ましい。本発明によれ
ば、かしめ部先端を電池蓋により強固に固定するととも
に、かしめ部先端と電池蓋との電気的接続を確保でき
る。

【００１２】本発明の溶接方法は、レーザ照射による溶
接方法において、アルミニウム系金属と鉄系金属に、レ
ーザを照射し、溶融したアルミニウム系金属を、溶融し
た鉄系金属上に流動させる方法である。本発明によれ
ば、溶融したアルミニウム系金属と溶融した鉄系金属
が、互いに接触・融合することができる。

【００１３】上述の溶接方法において、鉄系金属の上に
アルミニウム系金属の端部を配置し、アルミニウム系金
属の端部とこの端部に近接する鉄系金属の表面に、レー
ザを照射することが好ましい。本発明によれば、端部の
アルミニウム系金属が溶融・流動して、鉄系金属の表面
上に移動することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。まず、密閉型電池にかかる発明の実施の形
態について説明する。図１は、本発明を適用した一例と
しての円筒型非水電解液電池の断面図である。

【００１５】図１の例においては、例えば有底円筒状の
ニッケルメッキが施された鉄製の電池缶５内に、電解液
が含浸された発電要素４８が収容され、電池缶５の開口
端が電池蓋一体型安全弁装置１９によって密封閉塞され
ている。

【００１６】電池蓋一体型安全弁装置１９は、電池蓋７
とその内側に対向して配置される安全弁装置８とが重ね
られたものであり、電池蓋７のフランジ部外周縁は安全
弁装置８のフランジ部によりかしめられている。

【００１７】ここで電池蓋７は、電池の正極側端子導出
部となり、例えばステンレスにより作製される。この電
池蓋７は外側に膨出する皿状に形成され、その一部に、
通気孔（図示していない）が穿設されている。

【００１８】そして、この電池蓋７の内側には、例えば
アルミニウムより成り、電池蓋７とは反対側に膨出する
皿状の安全弁装置８が重ねられて配置される。この安全
弁装置８は、電池缶５の内部圧力の上昇等によって変形
してこれら発電要素４８と電池蓋７との電気的接続を解
除する。

【００１９】ここで電池蓋一体型安全弁装置１９の作製
方法について説明する。図２は、電池蓋一体型安全弁装
置１９の組立工程を示す図である。

【００２０】最初に図２のＤに示すように、電池蓋７の
フランジ部７ａと、安全弁装置８のフランジ部８ｃを相
互に重ね合わせる。このとき電池蓋７のフランジ部７ａ
は、安全弁装置８の立ち上がり形成部８ａの内側に入る
ようにする。

【００２１】つぎに図２のＣに示すように、電池蓋７の
フランジ部７ａを、安全弁装置８の立上り形成部８ａで
かしめる。

【００２２】つぎに図２のＡ，Ｂに示すように、安全弁
装置８のかしめ部先端８ｂと電池蓋７のフランジ部７ａ
をレーザ溶接してレーザ溶接部１４を形成する。なお、
このレーザ溶接の方法については後に詳しく述べる。

【００２３】つぎに、図４に示すように、上述の方法に
より作製した電池蓋一体型安全弁装置１９を電池缶５の
開口部に固定する。図４は、絶縁封口ガスケット６を介
して電池缶５をかしめることにより、電池蓋一体型安全
弁装置１９を固定する方法を示す断面図である。

【００２４】最初に図４の左側上部に示すように、電池
蓋一体型安全弁装置１９を、かしめ前の状態にある絶縁
封口ガスケット６の内側に載せる。つぎに図４の右側上
部に示すように、この電池蓋一体型安全弁装置１９は、
リング状の絶縁封口ガスケット６を介して電池缶５の開
口部によりかしめられる。これによって、電池蓋一体型
安全弁装置１９は電池缶５に組み付けられる。

【００２５】電池蓋一体型安全弁装置１９には、リング
状の絶縁体５１を介してストリッパーディスク５２が対
向して配置される。このストリッパーディスク５２の中
心部には透孔が穿設され、この透孔を通じて安全弁装置
８の中心部に形成した突出部が、発電要素４８側に導出
するようになされる。

【００２６】安全弁装置８の突出部の先端には、例えば
アルミニウムによるサブディスク５３が溶接され、この
サブディスク５３には、発電要素４８から導出された正
極リード１２の遊端が溶接される。

【００２７】発電要素４８は、それぞれフィルム状の正
極２と負極１とが、フィルム状のセパレータ３を介して
積層され、この積層フィルムが、円筒状に渦巻き状に巻
回されて成る。

【００２８】発電要素４８の正極２および負極１は、そ
れぞれ例えばアルミニウム箔および銅箔より成る帯状の
集電体箔の両面に正極活物質および負極活物質が塗布さ
れて成る。

【００２９】発電要素４８の正極２から、上述した例え
ばアルミニウム箔による正極リード１２が導出されて、
その遊端がサブディスク５３に溶接され、発電要素４８
の反対側から負極１の例えばニッケルより成る負極リー
ド１１が導出されて電池缶５の底部に溶接される。

【００３０】そして、上述した絶縁封口ガスケット６
は、耐電解液性を有する例えばポリオレフィン樹脂や、
フッ素樹脂、例えばポリプロピレンや、パーフルオロア
ルキルビニルエーテルと四フッ化エチレンとの共重合体
による円筒リング状の樹脂成形品によって構成される。
そしてこの絶縁封口ガスケット６によって電池蓋一体型
安全弁装置１９の外周部を包みこむと共に、そのリング
状突起がストリッパーディスク５２の発電要素４８側の
外周部と衝合するように配置される。

【００３１】上述の発電要素４８において、正極２の正
極活物質は、例えばＬｉを脱ドープ、再ドープ可能な物
質、例えばリチウム遷移金属複合酸化物による活物質Ｌ
ｉ_xＭＯ₂（Ｍは、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎの１種以上の遷移
金属で、０．４≦ｘ≦１．１）で表せる複合酸化物、中
でもＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄等が
好ましい。このようなリチウム遷移金属酸化物は、例え
ばＬｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎの炭酸塩、硝酸塩、酸化物、
水酸化物等を出発原料として、これらを組成に応じた量
で混合し、６００℃〜１０００℃の温度範囲で焼成する
ことにより得られる。

【００３２】また、負極１の負極活物質は、例えばＬｉ
をドープ、脱ドープ可能な物質例えば２０００℃以下の
比較的低い温度で焼成して得られる低結晶性炭素材料
や、結晶化しやすい原料を３０００℃近くの高温で処理
した人造黒鉛や天然黒鉛等の高結晶性材料等が用いられ
る。例えば、熱分解炭素類、コークス類、黒鉛類、ガラ
ス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フラン樹脂等を
適当な温度で焼成し炭素化したもの）、炭素繊維、活性
炭などが使用可能である。低結晶性炭素材料として好ま
しくはフラン樹脂や、石油ピッチ等を１５００℃未満で
焼成して炭素化したもので、広角Ｘ線回折法による（０
０２）面の面間隔が、３．７０Å以上、真密度が１．７
０ｇ／ｃｍ³未満であり、かつ空気気流中の示差熱分析
で７００℃以上に発熱ピークを有していない炭素質材料
を用いる。黒鉛粉末として好ましくは、広角Ｘ線回折法
による（００２）面の面間隔が、３．４２Å未満である
炭素質材料を用いる。これらの炭素質材料は、Ｌｉのド
ープ、脱ドープ量が大きく、かつ充放電サイクル寿命性
能にすぐれている材料であり、また負極材料は、正極材
料との組み合せで、使用する機器に最も適合する組み合
せを選定することができる。

【００３３】セパレータ３は、例えばポリエチレン、ポ
リプロピレン、テフロン（登録商標）の微多孔膜によっ
て構成することができる。

【００３４】また、非水電解液は、有機溶媒とこれに溶
解した電解質から成る。あるいは、非水電解液を高分子
化合物と混合させたいわゆるポリマー電解質や、高分子
化合物に電解質を混合もしくは結合させたポリマー電解
質を用いることもできる。

【００３５】有機溶媒としては、例えばエチレンカーボ
ネート、プロピレンカーボネート等の環状カーボネー
ト、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の
鎖状カーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラ
クトン等の環状エステル、酢酸エチル、プロピオン酸メ
チル等の鎖状エステル、テトラヒドロフラン、１，２−
ジメトキシエタン等のエーテル等の１種以上を用いるこ
とができる。

【００３６】電解質としては、用いる溶媒に溶解し、イ
オン導電性を示すリチウム塩の例えばＬｉＰＦ₆、Ｌｉ
ＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（Ｃ
Ｆ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＣ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃等の１種以
上を用いることができる。

【００３７】上述の密閉型電池の構成で、例えば何らか
の原因で電池缶５内にガスが発生して内部の圧力が増加
したとき、安全弁装置８が外方に押し上げられて変形
し、内圧を緩和すると共に、その突出部とサブディスク
５３との溶接部が剥離して発電要素４８の正極リード１
２と、電池蓋７との間の電気的連結を切断する。そし
て、さらに内部の圧力が増大するときは、安全弁装置８
自体が、例えばその肉薄部における機械的軟弱部で破壊
して、電池蓋７の通気孔を通じ電池缶５を開放するよう
になされている。

【００３８】つぎに、溶接方法にかかる発明の実施の形
態について説明する。最初に、密閉型電池における、安
全弁装置と電池蓋の溶接方法について説明する。ここで
は、図２に示すように、電池蓋一体型安全弁装置１９に
おいて、安全弁装置８のかしめ部先端８ｂと電池蓋７の
フランジ部７ａとの間をレーザ溶接により接合する。

【００３９】このレーザ溶接はレーザ溶接機を用いるこ
とにより行い、レーザ溶接機から発生するレーザを、安
全弁装置８のかしめ部先端８ｂと電池蓋７のフランジ部
７ａにまたがるように照射する。

【００４０】また、レーザを照射する方向は、電池蓋一
体型安全弁装置１９の真上、すなわち電池蓋７のフラン
ジ部７ａにほぼ垂直な方向にする。ただし、レーザの照
射方向は、このほぼ垂直に限定されるわけではなく、後
述する条件を満たすレーザ照射であれば、その他の方向
からとすることができることはもちろんである。

【００４１】レーザの照射は、所定のスポット径、所定
のエネルギーで、また所定の時間で行う。これらについ
ては、後に詳しく述べる。また、レーザ溶接する箇所数
についても後に詳しく述べる。

【００４２】つぎに、上述のレーザ溶接において、溶融
した金属の挙動について説明する。図３は、安全弁装置
８と電池蓋７を接合するレーザ溶接部１４を示す図であ
る。ここで安全弁装置８の材質はアルミニウム系金属で
あり、電池蓋８の材質は鉄系金属である。

【００４３】レーザを、アルミニウム系金属からなる安
全弁装置８のかしめ部先端８ｂと、鉄系金属からなる電
池蓋７のフランジ部７ａに同時に照射すると、アルミニ
ウム系金属の方が鉄系金属に比べて融点が低いことか
ら、鉄系金属の表面が溶融する間にアルミニウム系金属
はある程度の深さまで溶融する。

【００４４】そうすると、重力により、溶融したアルミ
ニウム系金属は流れ出す。流れ出したアルミニウム系金
属は、溶融した鉄系金属（電池蓋７のフランジ部７ａ）
の表面の一部または全部を覆うように流れ込む。そし
て、流動したアルミニウム系金属とこれと接する溶融し
た鉄系金属は融合する。

【００４５】このとき、流動したアルミニウム系金属は
とぎれない状態にある。すなわち、流動したアルミニウ
ム系金属は、流れ始めた場所から流動後貯留される場所
までとぎれることなく連続してつながった状態にある。

【００４６】その後、流動したアルミニウム系金属を自
然放冷する。そうすると、流動したアルミニウム系金属
は固化する。また、アルミニウム系金属と鉄系金属が接
し融合した場所ではアルミニウム系金属と鉄系金属とが
強固に接合する。この結果、安全弁８のかしめ部先端８
ｂと電池蓋７のフランジ部７ａの表面は強固に接合され
る。

【００４７】なお、安全弁装置８の材質として用いられ
るアルミニウム系金属としては、アルミニウム、マグネ
シウム、チタン等の金属単体またはアルミニウム合金、
マグネシウム合金、チタン合金等の合金を採用すること
ができる。

【００４８】また、電池蓋７の材質として用いられる鉄
系金属としては、純鉄、または鉄と、銅・ニッケル・ク
ロム・アルミニウム・チタンのうちの１種以上との合金
及び各種ステンレス鋼を採用することができる。

【００４９】また、安全弁装置８のかしめ部先端８ｂの
厚さは、０．２〜０．７ｍｍの範囲にあることが好まし
い。この範囲内の厚さは、電池蓋を安全弁装置かしめ部
で保持する力に加えて、レーザ溶接により強固に固定す
るのに充分な溶融容積が得られる厚さであり、かつ電池
内部の圧力が増大したときに破壊する安全弁装置の肉薄
部を形成することができる厚さであるからである。

【００５０】また、レーザの照射エネルギーは、１点あ
たり３〜１３Ｊの範囲にあることが好ましい。アルミニ
ウム系金属は放熱し易く反射し易いので鉄系金属よりも
大きなエネルギーを必要とするが、エネルギーがこの範
囲内にあると、アルミニウム系金属を溶接する事ができ
るエネルギーであると同時に、エネルギーが強過ぎて溶
けたアルミニウム系金属がはじけ飛んでしまうという事
がないので、安全弁装置かしめ部先端のアルミニウム系
金属と電池蓋の鉄系金属が安定して融合するという利点
があるからである。

【００５１】また、レーザ１点の照射時間は、１〜１０
ｍｓの範囲にあることが好ましい。照射時間がこの範囲
内にあると、安全弁装置かしめ部先端のアルミニウム系
金属と電池蓋の鉄系金属が安定して融合するという利点
があるからである。

【００５２】また、レーザの照射スポット径は、０．４
〜２ｍｍの範囲にあることが好ましい。照射スポット径
がこの範囲内にあると、安全弁装置かしめ部先端のアル
ミニウム系金属と電池蓋の鉄系金属が安定して融合する
という利点があるからである。

【００５３】また、レーザ溶接において、レーザ照射ス
ポット面積の３０〜９５％を安全弁装置のかしめ部先端
に照射することが好ましい。レーザ照射スポット面積が
この範囲内にあると、電池蓋と安全弁装置との間が低接
触抵抗値の状態に確実に保持されるようになり、この結
果、密閉型電池において、全体の内部抵抗値が安定した
状態に保持されて、安定した電池出力を得ることができ
るからである。

【００５４】また、レーザ溶接において、レーザ照射ス
ポット面積の４０〜９０％を安全弁装置のかしめ部先端
に照射することがさらに好ましい。また、レーザ溶接に
おいて、レーザ照射スポット面積の概ね６５％を安全弁
装置のかしめ部先端に照射することがまたさらに好まし
い。

【００５５】また、レーザ溶接部の箇所数は最低一箇所
あれば、必要とする電気的導通を保つことができる。ま
た、レーザ溶接部の箇所数は２箇所以上あればさらに好
ましい。レーザ溶接部の箇所数が２箇所以上あると、溶
接部の信頼性等を考慮して効果的であるからである。ま
た、レーザ溶接部を重ねながら形成し結果的にかしめ部
先端全周と電池蓋のフランジ部を一様でかつ連続的に溶
接することがまたさらに好ましい。

【００５６】つぎに、アルミニウム系金属と鉄系金属に
ついての、その他の溶接方法について説明する。最初
に、鉄系金属の上にアルミニウム系金属を重ねて溶接す
る溶接方法について説明する。

【００５７】上述した安全弁装置８のかしめ部先端８ｂ
と電池蓋７のフランジ部７ａの溶接は、対象となるアル
ミニウム系金属の厚さが、安全弁装置としての機能を阻
害させないという必要性もあることから上述のようにあ
る範囲に限られていた。

【００５８】しかし、本発明の溶接方法においては、対
象となるアルミニウム系金属の厚さは、このように限ら
れた厚さのみに限定されているわけではない。アルミ系
金属の厚さは、上述の範囲よりも薄くても厚くても良
い。

【００５９】溶接方法の他の条件としては、鉄系金属の
上にアルミニウム系金属の端部を配置すること、そし
て、アルミニウム系金属の端部とこの端部に近接する鉄
系金属の表面にレーザを照射することである。また、照
射エネルギー、照射時間、照射位置、スポット径、アル
ミ系金属への照射スポット面積の比率は、溶接の対象と
なるアルミニウム系金属の厚さと他の条件により調整す
ることができる。

【００６０】つぎに、鉄系金属の上にアルミニウム系金
属を重ねて行う方法を含めた、上位概念の溶接方法につ
いて説明する。鉄系金属とアルミニウム系金属との溶接
は、上位概念的にはつぎの方法を採用することができ
る。すなわち、アルミニウム系金属と鉄系金属にレーザ
を照射し、そして、溶融したアルミニウム系金属を、溶
融した鉄系金属上に流動させることである。このとき流
動したアルミニウム系金属はとぎれることなく連続して
いる必要がある。

【００６１】この方法を具体的に例示するとつぎのよう
になる。例えば、アルミニウム系金属の板について、板
の辺の一部に板を貫通する切り欠きを設け、その板を鉄
系金属からなる部材に重ねる。そして、その切り欠きの
断面よりも大きなレーザスポットを真上から照射する。
レーザは、アルミニウム系金属の切り欠きの周辺部に照
射されると同時に、切り欠きの底にある鉄系金属の表面
にも照射される。そして、アルミニウム系金属が溶融・
流動して、溶融した鉄系金属の表面に移動・貯留され
る。これにより、アルミニウム系金属と鉄系金属との溶
接がなされる。

【００６２】他の例としては、アルミニウム系金属から
なる板に、厚さ方向に貫通する円形その他の形状の貫通
孔を形成する。このアルミニウム系金属からなる板を鉄
系金属からなる部材に重ねる。そして、貫通孔の断面よ
りも大きなレーザスポットを照射することにより、上述
と同様な溶接をすることができる。

【００６３】他の例としては、ほぼ同じ厚さ同士のアル
ミニウム系金属の板と鉄系金属の板とをそれぞれの端面
をつき合わせる。ここで、鉄系金属のつき合わせの辺の
一部に若干の深さの切り欠きなどを設けるか、つき合わ
せの辺に平行に若干の深さの段差を設ける。そして、ア
ルミニウム系金属のつき合わせ付近とともに鉄系金属の
切り欠き部または段差部を含めてレーザを照射する。そ
して、溶融したアルミニウム系金属は、表面が溶融した
鉄系金属の切り欠き部または段差部に流動・貯留され
る。これにより、アルミニウム系金属と鉄系金属の溶接
がなされる。

【００６４】なお、上述の溶接方法ではアルミニウム金
属と鉄系金属の組み合わせについて説明したが、組み合
わせはこれらの金属に限定されるわけではない。このほ
か、融点、反射率、放熱性等が異なる異種金属同士の組
み合わせ溶接に採用することができる。

【００６５】本実施の形態によれば、電池蓋と安全弁装
置を強固に接合することから、経時変化や使用環境の温
度、振動・衝撃等の過酷な使用環境、或いは内部圧力の
増加に伴う構成部材の変形等、さまざまな要因において
も、電池蓋と安全弁装置との間が低接触抵抗値の状態に
確実に保持されるようになる。したがって、本密閉型電
池によれば、全体の内部抵抗値が安定した状態に保持さ
れて、安定した電池出力を得ることができる。

【００６６】また、本実施の形態にかかる溶接方法によ
れば、溶融したアルミニウム系金属を溶融した鉄系金属
上に流動させることにより、溶融したアルミニウム系金
属と溶融した鉄系金属が、互いに接触・融合することが
できる。したがって、アルミニウム系金属と鉄系金属と
の溶接が確実にできる。

【００６７】なお、本実施の形態においては、円筒型非
水電解液電池の例について説明してきたが、本発明が適
用できるのは、この円筒型非水電解液電池に限定される
わけではない。本発明が適用できる電池としてはこのほ
か、ニッカド電池、ニッケル水素電池等がある。

【００６８】また、本発明は上述の実施の形態に限らず
本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採
り得ることはもちろんである。

【００６９】

【実施例】つぎに、本発明にかかる実施例について具体
的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではないことはもちろんである。最初に、サ
ンプル電池の作製方法について説明する。

【００７０】［実施例１］図１に示すように、微多孔性
ポリオレフィンフィルムからなるセパレータ３を介し
て、負極１と正極２とを順次積層し、渦巻型に多数回巻
取ることで渦巻型発電要素４８を作製した。つぎにニッ
ケルメッキを施した鉄製の電池缶５に上記渦巻型発電要
素４８を収納し、負極１から取出した負極リード１１の
端を電池缶５に溶接した。電池缶５へビーディング加工
を施した後、非水電解液を電池缶５の中に注入した。つ
ぎに電池缶５へ絶縁封口ガスケット６を挿入した。絶縁
封口ガスケット６の材質には、ポリプロピレン（ＰＰ）
を用いて射出成形により作製し、表面にシール材として
アスファルトをコーティングした。正極２から取出した
正極リード１２の端は、電池蓋一体型安全弁装置１９に
溶接した。

【００７１】電池蓋一体型安全弁装置１９は、図２に示
すように事前にオフラインで、外周に立ち上がり形成部
８ａがついたアルミニウム（Ａ１０５０）製の安全弁装
置８へステンレス（ＳＵＳ４３０）製の電池蓋７を挿入
し、立ち上がり形成部をかしめた後、かしめ部先端８ｂ
と電池蓋７との間をレーザ溶接により接合する事により
作製した。ここでレーザ溶接はレーザ照射スポット面積
の３０％を安全弁装置８のかしめ部先端８ｂに照射し
て、電池蓋７とを４点接合させた。

【００７２】電池蓋一体型安全弁装置１９は、図４に示
すように正極リード１２を折り畳んで、絶縁封口ガスケ
ット６内に収納した。絶縁封口ガスケット６を介して電
池缶５をかしめることにより、電池蓋一体型安全弁装置
１９を固定し、円筒型非水電解液電池を６０個作製し
た。

【００７３】なお、本試験に用いたレーザ溶接機の設定
条件は以下に示すとおりである。使用装置：ＮＥＣ製Ｍ８０１Ｂチャージ電圧：４３０Ｖエネルギー：１５Ｊ（本体表示）パルス幅：４．０ｍｓファイバー先端出力：１６．５Ｊ（カロリーメーターによる測定値）デフォーカス量：１．５〜２．０ｍｍ（アルミニウム面を基準にする）レンズ：２焦点レンズを使用し、２点同時に溶接を行う。１点のエネルギーは約８Ｊ（ＳＵＳのみに必要なエネルギーは２〜３Ｊ）である。レーザスポット径：０．８ｍｍ

【００７４】［実施例２］レーザ照射スポット面積の４
０％を安全弁装置かしめ部先端に照射した以外は実施例
１と同様にして円筒型非水電解液電池を６０個作製し
た。

【００７５】［実施例３］レーザ照射スポット面積の６
５％を安全弁装置かしめ部先端に照射した以外は実施例
１と同様にして円筒型非水電解液電池を６０個作製し
た。

【００７６】［実施例４］レーザ照射スポット面積の９
０％を安全弁装置かしめ部先端に照射した以外は実施例
１と同様にして円筒型非水電解液電池を６０個作製し
た。

【００７７】［実施例５］レーザ照射スポット面積の９
５％を安全弁装置かしめ部先端に照射した以外は実施例
１と同様にして円筒型非水電解液電池を６０個作製し
た。

【００７８】［比較例１］微多孔性ポリオレフィンフィ
ルムからなるセパレータ３を介して、負極１と正極２と
を順次積層し、渦巻型に多数回巻取ることで渦巻型発電
要素を作製した。つぎにニッケルメッキを施した鉄製の
電池缶５に上記渦巻型発電要素を収納し、負極１から取
出した負極リード１１の端を電池缶５に溶接した。電池
缶５へビーディング加工を施した後、非水電解液を電池
缶５の中に注入した。つぎに電池缶５へ絶縁封口ガスケ
ット６を挿入した。絶縁封口ガスケット６の材質には、
ポリプロピレン（ＰＰ）を用いて射出成形により作製
し、表面にシール材としてアスファルトをコーティング
した。正極２から取出した正極リード１２の端は、安全
弁装置８に溶接した。

【００７９】安全弁装置８は、図５に示すように正極リ
ード１２を折り畳んで、絶縁封口ガスケット６内に収納
した。安全弁装置８の上に電池蓋７をのせ、絶縁封口ガ
スケット６を介して電池缶５をかしめることにより、電
池蓋７と安全弁装置８を固定し、円筒型非水電解液電池
を６０個作製した。

【００８０】［比較例２］微多孔性ポリオレフィンフィ
ルムからなるセパレータ３を介して、負極１と正極２と
を順次積層し、渦巻型に多数回巻取ることで渦巻型発電
要素を作製した。つぎにニッケルメッキを施した鉄製の
電池缶５に上記渦巻型発電要素を収納し、負極１から取
出した負極リード１１の端を電池缶５に溶接した。電池
缶５へビーディング加工を施した後、非水電解液を電池
缶５の中に注入した。つぎに電池缶５へ、絶縁封口ガス
ケット６を挿入した。絶縁封口ガスケット６の材質に
は、ポリプロピレン（ＰＰ）を用いて射出成形により製
作し、表面にシール材としてアスファルトをコーティン
グした。正極２から取出した正極リード１２の端は、外
周に立上り形成部がついた安全弁装置８に溶接した。

【００８１】安全弁装置８は、図６に示すように正極リ
ード１２を折り畳んで、絶縁封口ガスケット６内に収納
した。安全弁装置８の上に電池蓋７をのせた後、電池缶
５をかしめることにより、絶縁封口ガスケット６を介し
て、安全弁装置８の立ち上がり形成部で電池蓋７を同時
にかしめて固定し、円筒型非水電解液電池を６０個作製
した。

【００８２】［比較例３］図７に示すように、電池蓋一
体型安全弁装置における、安全弁装置のかしめ部先端と
電池蓋との間を溶接していない事以外は、実施例１と同
様にして円筒型非水電解液電池を６０個作製した。ここ
で図７は、絶縁封口ガスケットを介して電池缶をかしめ
ることにより、レーザ溶接をしていない従来の電池蓋一
体型安全弁装置を固定する方法を示す断面図である。

【００８３】つぎに、上述で作製したサンプル電池の評
価方法について説明する。図８は、電池内部抵抗値、お
よび電池蓋と安全弁装置との間の抵抗値を測定する方法
を示す図である。作製された、実施例１〜５の円筒型非
水電解液電池と、比較例１〜３の従来の円筒型非水電解
液電池について、図８に示した測定装置４０によって電
池内部抵抗値（ＤＣＲ値）及び、電池蓋７と安全弁装置
８との間の抵抗値（ＤＣＲ値）の測定を行った。

【００８４】測定装置４０は、円筒型非水電解液電池の
電池缶５の底面と電池蓋７とにそれぞれ測定端子４１，
４２を接続し、これら測定端子４１，４２の一方側に電
圧計４３を接続するとともに、他方側に負荷４４を接続
し、更に安全弁装置８に測定端子４５を接続し、測定端
子４５と測定端子４２との間に電圧計４６を接続して構
成した。

【００８５】電圧計４３によって電池電圧Ｖ₀を測定
後、３Ａ放電を開始して放電１０秒時点の電圧Ｖ₁を計
測し、円筒型非水電解液電池全体のＤＣＲ値を（Ｖ₀−
Ｖ₁）／３によって求め、また電圧計４６によって電圧
Ｖ₂を計測し、電池蓋７と安全弁装置８との間のＤＣＲ
値をＶ₂／３によって求めた。円筒型非水電解液電池全
体のＤＣＲ値と、電池蓋７と安全弁装置８との間のＤＣ
Ｒ値は、以下の試験１〜３の条件で測定した。

【００８６】［試験１］コンクリート上１．９ｍの高さ
から、実施例・比較例に示した如く作製された円筒型非
水電解液電池を４．２Ｖに充電後、任意方向に１０回落
下させた。電池全体のＤＣＲ値、及び電池蓋７と安全弁
装置８との間のＤＣＲ値を実施例・比較例それぞれの電
池について試験前後に測定し、平均値（ｎ＝２０）を表
１に示した。なお、円筒型非水電解液電池を４．２Ｖに
充電する方法は、上限電圧４．２Ｖ充電電流１Ａの定電
圧定電流電源装置を用いて３時間充電させるものであ
る。

【００８７】［試験２］実施例・比較例に示した如く作
製された円筒型非水電解液電池を４．２Ｖに充電後、−
２０℃で２時間保持後６０℃で２時間保持しそれぞれの
温度変化時間を５分間以内とした温度サイクルを１サイ
クルとして、５０サイクルの熱衝撃試験に投入した。電
池全体のＤＣＲ値、および電池蓋７と安全弁装置８との
間のＤＣＲ値を実施例・比較例それぞれの電池について
試験前後に測定し、平均値（ｎ＝２０）を表２に示し
た。

【００８８】［試験３］実施例・比較例に示した如く作
製された円筒型非水電解液電池を３．８Ｖに充電後、内
接円φ１９０ｍｍ、長さ２００ｍｍのスチール製六角柱
に入れて、６０ｒｐｍで３０分間回転させる回転六角ド
ラム試験に投入した。電池全体のＤＣＲ値、および電池
蓋７と安全弁装置８との間のＤＣＲ値を実施例・比較例
それぞれの電池について試験前後に測定し、平均値（ｎ
＝２０）を表３に示した。

【００８９】つぎに、上述の評価方法により得られた結
果について説明する。表１の落下試験結果をみると、電
池蓋と安全弁装置との間の試験前後のＤＣＲ値の増加量
が、比較例１〜３では０．４〜５．９ｍΩであるのに対
して、実施例１〜５（かしめ部先端のスポット面積：３
０〜９５％）では０．０ｍΩと小さくなっている。

【００９０】表１から明らかなように、本発明による電
池蓋を安全弁装置で予めかしめ、安全弁装置のかしめ部
先端と電池蓋との間をレーザ溶接により接合した電池蓋
一体型安全装置を用いると、落下試験においては、電池
蓋７と安全弁装置８との間の試験前後のＤＣＲ値増加量
が極めて小さく、電池全体のＤＣＲ値も同様に極めて小
さい。

【００９１】表１の結果から、レーザ溶接において、レ
ーザ照射スポット面積の３０〜９５％を安全弁装置のか
しめ部先端に照射して、このかしめ部先端と電池蓋とを
接合させることが好ましい。

【００９２】

【表１】

【００９３】表２の熱衝撃試験結果をみると、電池蓋と
安全弁装置との間の試験前後のＤＣＲ値の増加量が、比
較例１〜３では０．６〜７．８ｍΩであるのに対して、
実施例１〜５（かしめ部先端のスポット面積：３０〜９
５％）では０．０ｍΩと小さくなっている。

【００９４】表２から明らかなように、本発明による電
池蓋を安全弁装置で予めかしめ、安全弁装置のかしめ部
先端と電池蓋との間をレーザ溶接により接合した電池蓋
一体型安全弁装置を用いると、熱衝撃試験においては、
電池蓋７と安全弁装置８との間の試験前後のＤＣＲ値増
加量が極めて小さく、電池全体のＤＣＲ値も電池の化学
的変化による抵抗上昇分があるものの、比較例３の様に
電池蓋７と安全弁装置８を溶接していない構造と比べて
も内部抵抗上昇抑制の効果は高い。

【００９５】表２の結果から、レーザ溶接において、レ
ーザ照射スポット面積の３０〜９５％を安全弁装置のか
しめ部先端に照射して、このかしめ部先端と電池蓋とを
接合させることが好ましい。

【００９６】

【表２】

【００９７】表３の回転六角ドラム試験結果をみると、
電池蓋と安全弁装置との間の試験前後のＤＣＲ値の増加
量が、比較例１〜３では５．６〜１１．６ｍΩであるの
に対して、実施例１〜５（かしめ部先端のスポット面
積：３０〜９５％）では０．０〜２．９ｍΩと低い値と
なっている。

【００９８】また、電池蓋と安全弁装置の間のＤＣＲ値
の増加量が１ｍΩ以下であることがより満足できる基準
とすると、実施例２〜４（かしめ部先端のスポット面
積：４０〜９０％）が０．０〜０．７ｍΩとより満足で
きる小さな値を示している。さらに、実施例３（かしめ
部先端のスポット面積：６５％）では０．０ｍΩと最も
小さな値を示している。

【００９９】表３から明らかなように、本発明による電
池蓋を安全弁装置で予めかしめ、安全弁装置のかしめ部
先端と電池蓋との間をレーザ溶接により接合する際、レ
ーザ照射スポット面積の３０〜９５％を安全弁装置のか
しめ部先端に照射して、電池蓋とを接合した電池蓋一体
型安全弁装置を用いると、回転六角ドラム試験において
は、電池蓋７と安全弁装置８との間の試験前後のＤＣＲ
値増加量が小さく、電池全体のＤＣＲ値も同様に小さ
い。

【０１００】また、レーザ照射スポット面積の４０〜９
０％を安全弁装置のかしめ部先端に照射して、電池蓋と
を接合した電池蓋一体型安全弁装置を用いると、電池蓋
７と安全弁装置８との間の試験前後のＤＣＲ値増加量が
より小さくなり、電池全体のＤＣＲ値も同様により小さ
くなる。

【０１０１】ここで、実施例１（かしめ部先端のスポッ
ト面積：３０％）においては、２．９ｍΩと比較的大き
な値を示すのは、アルミニウムに対するレーザ照射量が
小さいために溶融・流動するアルミニウムが少なくな
り、結果としてステンレスとの接合が強固にならなかっ
たためであると考えられる。

【０１０２】実施例５（かしめ部先端のスポット面積：
９５％）においても、２．７ｍΩと比較的大きな値を示
すのは、アルミニウムに対するレーザ照射量が大きいた
めに溶融・流動するアルミニウムは多くなるが、ステン
レスに対するレーザ照射量が小さいために溶融するステ
ンレスが少なくなり、結果としてアルミニウムとステン
レスの接合が強固にならなかったためと考えられる。

【０１０３】表３に示すように、レーザ照射スポット面
積の６５％を安全弁装置のかしめ部先端に照射して、電
池蓋とを接合した電池蓋一体型安全弁装置を用いると、
電池蓋７と安全弁装置８との間の試験前後のＤＣＲ値増
加量が最も小さく、電池全体のＤＣＲ値も最も小さい。

【０１０４】ここで、実施例３（かしめ部先端のスポッ
ト面積：６５％）において、０．０ｍΩと最も小さな値
を示すのは、アルミニウムは放熱し易く反射し易いので
ステンレスよりも大きなエネルギーを必要とするのでア
ルミニウムに対するレーザ照射量と、ステンレスに対す
るレーザ照射量が最もバランスのとれた状態にあり、結
果としてアルミニウムとステンレスの接合が最も強固に
なっているためであると考えられる。

【０１０５】表３の結果から、レーザ溶接において、レ
ーザ照射スポット面積の３０〜９５％を安全弁装置のか
しめ部先端に照射して、かしめ部先端と電池蓋とを接合
させることが好ましい。また、レーザ照射スポット面積
の４０〜９０％を安全弁装置のかしめ部先端に照射し
て、かしめ部先端と電池蓋とを接合させることがさらに
好ましい。また、レーザ照射スポット面積の概ね６５％
を安全弁装置のかしめ部先端に照射して、かしめ部先端
と電池蓋とを接合させることがまたさらに好ましい。

【０１０６】

【表３】

【０１０７】以上、表１〜３の結果を総合的に判断する
とつぎのようになる。上述のレーザ溶接において、レー
ザ照射スポット面積の３０〜９５％を安全弁装置のかし
め部先端に照射して、このかしめ部先端と電池蓋とを接
合させることが好ましい。また、レーザ照射スポット面
積の４０〜９０％を安全弁装置のかしめ部先端に照射し
て、かしめ部先端と電池蓋とを接合させることがさらに
好ましい。また、レーザ照射スポット面積の概ね６５％
を安全弁装置のかしめ部先端に照射して、かしめ部先端
と電池蓋とを接合させることがまたさらに好ましい。

【０１０８】なお、安全弁装置のかしめ部先端と電池蓋
との間をレーザ溶接により接合する際、レーザ照射スポ
ット面積の２０％以下を安全弁装置のかしめ部先端に照
射して、電池蓋に８０％以上を照射して接合を試みる
と、安全弁装置のかしめ部先端の材料であるアルミニウ
ムがうまく溶け込まず、逆に電池蓋側に必要以上のエネ
ルギーが加わり、貫通してしまう弊害が生じる。この場
合、貫通した穴から電池内部の電解液が漏洩する危険が
伴う。

【０１０９】また、レーザ照射スポット面積が９５％よ
り大きくなると、電池蓋に照射されるレーザが不足し、
ステンレスが溶けるのに必要なエネルギーが得られない
為、アルミニウムとステンレスの融合がうまくいかな
い。

【０１１０】以上のことから、本発明にかかる密閉型電
池にすれば、電池蓋と安全弁装置を強固に接合すること
から、経時変化や使用環境の温度、振動・衝撃等の過酷
な使用環境、或いは内部圧力の増加に伴う構成部材の変
形等、さまざまな要因においても、電池蓋と安全弁装置
との間が低接触抵抗値の状態に確実に保持されるように
なる。従って、本発明の密閉型電池によれば、全体の内
部抵抗値が安定した状態に保持されて、安定した電池出
力を得る事が出来る。

【０１１１】また、アルミニウム系金属をステンレス等
鉄系金属と同時に溶かして合金化させる溶接は一般に困
難と言われている。本発明は上部に位置するアルミニウ
ム側に向けられる照射スポット面積を比較的大きくと
り、溶けたアルミニウムが下部に位置する鉄系金属へ流
れ込み融合する事により、安定した接合を可能にした。

【０１１２】

【発明の効果】本発明は、以下に記載されるような効果
を奏する。本発明にかかる密閉型電池にすれば、電池蓋
と安全弁装置を強固に接合することから、経時変化や使
用環境の温度、振動・衝撃等の過酷な使用環境、或いは
内部圧力の増加に伴う構成部材の変形等、さまざまな要
因においても、電池蓋と安全弁装置との間が低接触抵抗
値の状態に確実に保持されるようになる。従って、密閉
型電池によれば、全体の内部抵抗値が安定した状態に保
持されて、安定した電池出力を得ることができる。ま
た、本発明にかかる溶接方法によれば、溶融したアルミ
ニウム系金属を溶融した鉄系金属上に流動させることに
より、アルミニウム系金属と鉄系金属との溶接が確実に
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した円筒型非水電解液電池の断面
図である。

【図２】電池蓋一体型安全弁装置の組立工程を示す図で
ある。

【図３】安全弁装置と電池蓋を接合するレーザ溶接部を
示す図である。

【図４】絶縁封口ガスケットを介して電池缶をかしめる
ことにより、電池蓋一体型安全弁装置を固定する方法を
示す断面図である。

【図５】絶縁封口ガスケットを介して電池缶をかしめる
ことにより、電池蓋と安全弁装置を固定する方法を示す
断面図である。

【図６】絶縁封口ガスケットを介して電池缶をかしめる
ことにより、電池蓋と立ち上がり形成部を持つ安全弁装
置を固定する方法を示す断面図である。

【図７】絶縁封口ガスケットを介して電池缶をかしめる
ことにより、レーザ溶接をしていない従来の電池蓋一体
型安全弁装置を固定する方法を示す断面図である。

【図８】電池内部抵抗値、および電池蓋と安全弁装置と
の間の抵抗値を測定する方法を示す図である。

【符号の説明】

１‥‥負荷、２‥‥正極、３‥‥セパレータ、５‥‥電
池缶、６‥‥絶縁封口ガスケット、７‥‥電池蓋、７ａ
‥‥フランジ部、８‥‥安全弁装置、８ａ‥‥立ち上が
り形成部、８ｂ‥‥かしめ部先端、８ｃ‥‥フランジ
部、９‥‥負荷集電体、１０‥‥正極集電体、１１‥‥
負荷リード、１２‥‥正極リード、１４‥‥レーザ溶接
部、１９‥‥電池蓋一体型安全弁装置、４０‥‥ＤＣＲ
測定装置、４１，４２，４５‥‥測定端子、４３，４６
‥‥電圧計、４４‥‥負荷、４８‥‥発電要素、５０‥
‥密閉型電池、５１‥‥絶縁体、５２‥‥ストリッパー
ディスク、５３‥‥サブディスク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発電要素と電池蓋との間に配設され、内
部圧力の上昇等によって変形してこれら発電要素と電池
蓋との電気的接続状態を解除する安全弁装置を備える密
閉型電池であって、電池蓋のフランジ部外周縁を安全弁
装置のフランジ部外周立上り形成部で予めかしめ止めし
た電池蓋一体型安全弁装置を備え、この電池蓋一体型安
全弁装置がガスケットを介して電池缶の開口部に封止さ
れることによってこの電池缶に組み付けられる密閉型電
池において、上記電池蓋一体型安全弁装置のかしめ部先
端と電池蓋との間をレーザ溶接により接合したことを特
徴とする密閉型電池。
【請求項２】安全弁装置はアルミニウム系金属からな
り、電池蓋は鉄系金属からなることを特徴とする、請求
項１に記載する密閉型電池。
【請求項３】上記レーザ溶接において、レーザ照射ス
ポット面積の３０％以上９５％以下を安全弁装置のかし
め部先端に照射して、このかしめ部先端と電池蓋とを接
合させたことを特徴とする、請求項１に記載する密閉型
電池。
【請求項４】上記レーザ溶接において、レーザ照射ス
ポット面積の４０％以上９０％以下を安全弁装置のかし
め部先端に照射して、かしめ部先端と電池蓋とを接合さ
せたことを特徴とする、請求項１に記載する密閉型電
池。
【請求項５】上記レーザ溶接において、レーザ照射ス
ポット面積の概ね６５％を安全弁装置のかしめ部先端に
照射して、かしめ部先端と電池蓋とを接合させたことを
特徴とする、請求項１に記載する密閉型電池。
【請求項６】上記レーザ溶接部が２点以上有ることを
特徴とする、請求項１に記載する密閉型電池。
【請求項７】レーザ照射による溶接方法において、ア
ルミニウム系金属と鉄系金属に、レーザを照射し、溶融
したアルミニウム系金属を、溶融した鉄系金属上に流動
させることを特徴とする溶接方法。
【請求項８】鉄系金属の上にアルミニウム系金属の端
部を配置し、アルミニウム系金属の端部とこの端部に近
接する鉄系金属の表面に、レーザを照射することを特徴
とする、請求項７に記載する溶接方法。