JP2004235082A

JP2004235082A - 角形密閉式電池及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004235082A
Application number: JP2003024141A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Yamauchi; 康弘山内
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】膨化の発生が抑制可能な角形密閉式電池を提供する。
【解決手段】外装缶１０の開口部に嵌着されている封口板３１の露出面と当該外装缶１０との境界部において、第１の溶接によりナゲット６１が連続的に形成されている角形密閉式電池であって、さらに、第２の溶接により、前記外装缶１０の側面に、前記外装缶１０と前記封口板３１とにわたるナゲット６３が形成されており、前記ナゲット６３が形成されている位置は、前記ナゲット６１が形成されている位置よりも前記開口部から遠ざかる方向に存在する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外装缶の開口部と封口板とをレーザ溶接することにより封止された角形密閉式電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話、ＡＶ機器、コンピュータなどの携帯機器の需要が高まるに伴い、電池に対する高性能化への要求が急速に高まっており、中でも、ニッケルカドミウム電池、ニッケル−水素電池、リチウム二次電池といった二次電池に対して高い要望がある。
【０００３】
このような電池は一般的に密閉式であって、電池の形状としては、円筒形や角形が一般的であり、その中でも、角形密閉式電池は、携帯機器に搭載するに際してスペース効率が優れている点で注目されている。
図１０（Ａ）は、従来の角形密閉式電池の斜視図である。
従来の角形密閉式電池１００５は、金属製の板体を深絞り加工することによって、有底筒状に成形してこの外装缶が作製され、その外装缶に正極・負極からなる発電素体を収納し、外装缶の開口部に封口板を装着し、外装缶の開口部と封口板の外周とが溶接され、封止されている。
【０００４】
このような角形密閉式電池は、単体で使用される場合の他、複数個が１つの筐体の中に内包されて、より高電圧の出力が可能なパック電池として使用される場合もある。
近年、このようなパック電池は、軽薄短小化に加え、高容量化が図られているため、筐体内部の無駄な空間は殆ど無い。
【０００５】
ところで、充放電に伴い発生するガスによる内圧の上昇により、角形密閉式電池の外装缶表面（主に幅が広い２面）が、数１００μｍ程度外側に変形する現象（以下、「膨化」という。）が生じる場合がある。
角形密閉式電池がパック電池の筐体内に内包される際、既に３０％〜５０％充電状態にあり、内圧に換算すると０．００５〜０．０１ＭＰａ程度となっている。
【０００６】
この時点で、膨化が著しい場合には、角形密閉式電池を上記筐体内の所定の場所にセットできなくなる恐れがある。
また、上記セットが実施できたとしても、内包されている角形密閉式電池の膨化により、上記筐体に無理な力が加わっている場合、この筐体を封止するために実施する超音波溶着が不良となる恐れがある。
【０００７】
ここで、超音波溶着とは、例えば、上下２つに分割される樹脂製の筐体に、超音波振動と同時に圧力を加えることで、分割部分の嵌合部に強力な摩擦熱を発生させ、この嵌合部表面を溶融させ、接合することを言う。
さらに、上記筐体内に角形密閉式電池をセットし、この筐体を封止できたとしても、その後、角形密閉式電池の内圧が上昇し、膨化がさらに進行した場合、パック電池の筐体が内部から圧迫され、筐体の変形、亀裂などを招く恐れがある。
【０００８】
特に、上記筐体内において、各角形密閉式電池が膨れる方向に、複数の角形密閉式電池を重ねて配置した場合には、各角形密閉式電池の膨化による寸法変化量（以下、「膨化量」という。）の総和が、このパック電池内部の寸法変化量となり、筐体の変形がより助長されることとなる。
このため、パック電池を設計するうえで、角形密閉式電池の膨化量を少しでも小さく抑えることが重要な課題となっている。
【０００９】
このような課題に対して、外装缶の板厚を部分的にアップして、内圧による変形に対する耐力を向上し、膨化を抑制する角形密閉式電池もある。（例えば、特許文献１参照）
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−１３５０８０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、外装缶の板厚を部分的にアップする場合、電池質量が増加することとなり、軽量化の要請に逆行することとなる。
また、通常、外装缶の外寸は、厳格に規定されているため、外装缶の板厚をアップした場合、外装缶内部の空間が減少することとなり、規定量の電解液を注入することが困難となる。
【００１２】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであって、膨化の発生を抑制可能な角形密閉式電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る角形密閉式電池は、外装缶開口部に嵌着されている封口板の露出面と当該外装缶との境界部において、第１の溶接により第１のナゲットが連続的に形成されている角形密閉式電池であって、さらに、第２の溶接により、前記外装缶の側面に、前記外装缶と前記封口板とにわたる第２のナゲットが形成されており、前記第２のナゲットが形成されている位置は、前記第１のナゲットが形成されている位置よりも前記開口部から遠ざかる方向に存在することを特徴とし、また、外装缶開口部に嵌着されている封口板の露出面と当該外装缶との境界部において、第１の溶接により第１のナゲットが連続的に形成されている角形密閉式電池であって、さらに、第２の溶接により、第１のナゲットの深さよりもさらに深い深さまで、外装缶と封口板とにわたる第２のナゲットが離散的に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る電池の製造方法は、角形密閉式電池の製造方法であって、外装缶開口部に嵌着されている封口板の露出面と当該外装缶との境界部を連続的に接合し、第１のナゲットを形成する第１の溶接ステップと、前記外装缶の側面に、前記外装缶と前記封口板とにわたる第２のナゲットを形成する第２の溶接ステップとを含み、前記第２の溶接ステップでは、前記第２のナゲットの形成される位置が、前記第１のナゲットが形成される位置よりも前記開口部から遠ざかる方向に存在するように溶接位置が決められていることを特徴とし、また、角形密閉式電池の製造方法であって、外装缶開口部に嵌着されている封口板の露出面と当該外装缶との境界部を連続的に接合し、第１のナゲットを形成する第１の溶接ステップと、前記第１の溶接ステップよりもさらに深く、前記境界部を離散的に溶融することにより、外装缶と封口板とにわたる第２のナゲットを形成する第２の溶接ステップとを含むことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る角形密閉式電池の斜視図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ’線断面図である。
【００１６】
この角形密閉式電池５は、リチウム二次電池であって、有底角筒形の外装缶１０の内部に、電極体２０に非水電解液が含浸された発電素体が収納され、外装缶１０の開口部を封口体３０で封口した構造である。
外装缶１０は、Ａｌ−Ｍｎ系合金の板が有底角筒形に成形されたものである。
このＡｌ−Ｍｎ系合金は、ＪＩＳ規格に照らし合わせると、Ａ３００５に最も近い材料（以下、「Ａ３００５相当」という。）であり、アルミニウムを主成分としているため軽量であり、またマンガンが添加されていることにより、アルミニウム単体と比べて引っ張り強度が大きい。
【００１７】
図２に示すように、封口体３０は、外装缶１０の開口部に嵌まり込むよう成形された封口板３１に、負極端子３２が、円筒状の集電板３３と内接するガスケット３４を介して貫通して取り付けられた構成である。
封口板３１は、外装缶１０の材料と同じＡｌ−Ｍｎ系合金の板、即ち、Ａ３００５相当が、外装缶１０の開口部と同じ長方形状に成形されたものである。
【００１８】
外装缶１０と封口板３１との境界部は、全周に渡ってレーザ溶接され、封止されている。
また、図１に示すように、外装缶１０の開口部の長辺を含む２つの平面、即ち、図１のＺＸ平面に平行な面（以下、「広幅面」という。）それぞれにおいて、開口部の近傍６箇所にスポットレーザ溶接が実施されている。
【００１９】
また、図２に示すように、負極端子３２は、外観が円筒状であって、材料としてＳＰＣＣにＮｉメッキが施された頭部３２（Ａ）が、安全弁を形成するためのゴム板３２（Ｂ）を収容した状態で、同じく材料としてＳＰＣＣにＮｉメッキが施され、給電路及び電解液注入口を兼ね備えた管状のスリーブ部３２（Ｃ）に抵抗溶接されたものである。
【００２０】
封口板３１の中央部には、負極端子３２のスリーブ部３２（Ｃ）を貫通させるための貫通孔３１（Ａ）が形成されており、封口板３１の外表面における貫通孔３１（Ａ）の周りは、負極端子３２のスリーブ部３２（Ｃ）が嵌まり込むように切り欠き部３１（Ｂ）が形成されている。
負極端子３２におけるスリーブ部３２（Ｃ）の電池内部側の外周には、円筒状の集電板３３が外接しており、これらの負極端子３２及び集電板３３は、ガスケット３４によって封口板３１と絶縁された状態で、スリーブ部３２（Ｃ）の先端部が、かしめ圧着されることにより封口板３１に固定されている。
【００２１】
電極体２０は、負極板と正極板とがセパレータを介して積層された状態で巻回され、その後に断面楕円状に成形されたものである。
負極板は、層状カーボン（グラファイト粉末）が板状の芯体に塗着されたものであって、この負極板には、ばね性を有してスリーブ部３２（Ｃ）への給電路を形成する負極タブ３５が接続されている。
【００２２】
一方、正極板は、正極活物質としてのリチウム含有酸化物（例えばコバルト酸リチウム）と導電剤（例えばアセチレンブラック）とからなる正極合剤が、板状の芯体に塗着されたものであって、正極端子兼用の外装缶１０と直接接触して電気的に接続されている。
電極体２０に含浸される非水電解液は、例えば、エチレンカーボネート及びジメチルカーボネートからなる混合溶媒に、溶質としてのＬｉＰＦ_６を溶解したものである。
【００２３】
電極体２０と封口板３１との間及び電極体２０と外装缶の底部との間には、それぞれ絶縁性樹脂からなる絶縁スリーブ４０及び４１が介挿され、これによって電極体２０は、外装缶１０内の定位置に固定されると共に、封口体３０及び外装缶の底部との接触が防止されるようになっている。
（電池の製造方法）
次に、この角形密閉式電池５の製造方法について説明する。
【００２４】
外装缶１０は、Ａｌ−Ｍｎ系合金の平板を、パンチとダイスを用いて深絞り加工を施して有底角筒形に成型することにより作製する。
封口板３１は、Ａｌ−Ｍｎ系合金の平板に対して、その厚み方向に押圧力を加えることにより切り欠き部３１（Ｂ）に相当する凹みを形成すると共に、封口板３１の外縁及び貫通孔３１（Ａ）を打ち抜くことによって作製することができる。
【００２５】
具体的には、上記合金平板に対して、鍛造加工技術（特に硬貨を製造するコイニング技術）を用いて、切り欠き部３１（Ｂ）に相当する形状の凸部を有するパンチで平板を押圧することによって切り欠き部３１（Ｂ）に相当する凹みを形成し、その後に、貫通孔３１（Ａ）の縁に相当するところ及び封口板３１の外縁に相当するところをパンチ及びダイでせん断加工することによって作製することができる。
【００２６】
封口体３０は、封口板３１の貫通孔３１（Ａ）に、ガスケット３４及び負極端子３２を嵌めこみ、負極端子３２のスリーブ部３２（Ｃ）に集電板３３を嵌め込んで（ただし負極端子３２においてゴム板３２（Ｂ）及び頭部３２（Ａ）のキャップは除いておく。）、スリーブ部３２（Ｃ）の先端部をかしめ圧着することにより作製する。
【００２７】
電極体２０は、リード板２１付きの帯状の負極板を帯状のセパレータで覆い、これと帯状の正極板とを積層させ、巻回した後、断面が楕円形状となるよう押しつぶすことによって作製する。
このように作製した電極体２０を、外装缶１０の中に挿入すると共に、リード板２１を絶縁スリーブに通し、集電板３３と電気的に接続する。
【００２８】
次に、図３（Ａ）に示すように、封口体３０を外装缶１０の開口部に圧入して嵌め込み、以下に説明するように封口板３１と外装缶１０との境界部１１に沿って、図３（Ｂ）に示すように、レーザ光５０（Ａ）を照射しながら走査することによって溶接を行う。
上記レーザ光の照射には、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）を用いてパルス状に発光させる（例えば、レーザパルス繰返数：５０ｐｐｓ）レーザ光発振装置が用いられ、図３（Ｂ）に示すように、レーザ光５０（Ａ）は、封口板３１と外装缶１０との境界部１１上に、封口板３１に対する角度θ_１がほぼ９０°となるように照射され、小さな円形状のスポット（スポット径：数百μｍ）が形成されるように集光される。
【００２９】
このようなレーザ光照射方式は、スポットが照射される部分を局所的に溶融させることができるので、溶接箇所の周囲にある部材（ガスケット３４や絶縁スリーブ４０、４１など）に熱的損傷は加わりにくい。
図４に示すように、レーザ光が照射されたスポットの部分では、封口板３１と外装缶１０との境界部１１が溶融して深さ０．２０から０．２５ｍｍ程度の溶融池が生じるが、その溶融池は短時間で凝固し、（第１のナゲットの一例としての）ナゲット６１を形成する。
【００３０】
上記レーザ光発振装置で発振する際のレーザパルス繰返数並びに走査速度は、レーザ光５０（Ａ）のスポットが、直前のパルスで照射したスポットと適度にオーバーラップするよう（通常４０〜６０％程度のオーバーラップ率となるよう）調整する。
このように、レーザ光５０（Ａ）を照射しながら、レーザ光５０（Ａ）のスポットに向けてアシストガスを噴射し、このアシストガス雰囲気中で溶接を行うことによって、溶接箇所の酸化が防止されるようになっている。
【００３１】
アシストガスとしては、一般に窒素ガスが用いられるが、アルゴンガスなどの不活性ガスや水素ガス、酸素などが用いられる場合もある。
このようにしてレーザ光５０（Ａ）を照射しながら走査することによって、境界部１１の全周にわたって溶接を行い、封止を完了する。
ここで、便宜的に、上述の溶接を封止溶接という。
【００３２】
封止溶接を実施する際、外装缶１０と封口板３１との境界部を密着させるための溶接治具が用いられる。
この溶接治具は、外装缶１０の開口部近傍の幅広面を両側から挟み込むためのものであり、その目的は、溶接時において外装缶１０と封口板３１との密着度合いを高めることにある。
【００３３】
なお、封止溶接では、外装缶１０の開口部全周が溶接されるため、この溶接治具が溶かされないように、図３（Ｂ）に示すように、溶接治具の上端が、外装缶１０の開口部上端から少し低い位置にある。
続いて、図３（Ｃ）に示すように、上述のレーザ光発振装置と同様のものを用いて、広幅面の封口板３１側の端部近傍をこの広幅面に対する角度θ_２がほぼ９０°となるようにレーザ光５０（Ｂ）を照射して、小さな円形状のスポット（スポット径：数百μｍ）を形成するように集光する。
【００３４】
このとき、上述の封止溶接とは異なり、レーザ光照射中おける走査は実施されないため、接合はスポット的に行なわれる。
このようなスポット的なレーザ溶接を１つの広幅面において６箇所、つまり、広幅面は２面あるため、合計で１２箇所実施されることとなる。
図４に示すように、このレーザ光が照射されたスポットの部分では、封口板３１の側面部と外装缶１０の側面部とが溶融して溶融池が生じるが、その溶融池は短時間で凝固し、（第２のナゲットの一例としての）ナゲット６３を形成する。
【００３５】
このとき、ナゲット６３の中心位置は、封口板３１の露出面から約０．４ｍｍ離れたところにあり、封口板３１におけるナゲット６３の最下端Ｎ_Ｌは、封口板３１の露出面から０．６ｍｍから０．６５ｍｍ離れた位置にある。
ここで、便宜的に、上述の溶接を側面溶接という。
そして、図３（Ｄ）に示すように、負極端子３２のスリーブ部３２（Ｃ）の開口に注入用配管が挿入され、この配管を介して電解液が注入される。
【００３６】
電解液の注入完了後、図３（Ｅ）に示すように、最後にゴム板３２（Ｂ）を頭部３２（Ａ）内にセットし、頭部３２（Ａ）とスリーブ部３２（Ｃ）とを抵抗溶接する。
（ナゲット６３による効果について）
図５に示すように、従来の角形密閉式電池１００５は、ナゲット６３（１２個）がない点のみが、第１の実施形態の角形密閉式電池５と異なる。
【００３７】
この従来の角形密閉式電池１００５の膨化形状に着目すると、封口板側と電池底側とでは、封口板側の変形量が大きく、変形のピーク点は、電池中央より封口板側にシフトしていることが判った。
この理由は、缶の平面部を梁に例えると、外装缶の封口板側の支点は、封口板との溶接深さは０．２ｍｍ程度であるため、接合面積が小さく、回転端を支点とする変形の形態に近いものと捉えることができる。
【００３８】
一方、缶底側に着目すると、缶側面と缶底とは一体成形されており、缶底厚みは０．５ｍｍ程度あり、缶底と缶側面との境界部分が丸みを帯びているため、構造的に強く、固定端を支点とする変形の形態に近いものと捉えることができる。
このため、缶平面に等分布荷重（内圧）が働いても、外装缶の封口板側の変形量が大きく、変形のピーク点が外装缶の封口板側にシフトする。
【００３９】
本実施の形態における角形密閉式電池５は、図４に示すように、封口板３１の露出面の外周に沿って深さ０．２０ｍｍ〜０．２５ｍｍのナゲット６１が形成されると共に、１２箇所において、この露出面を基準として深さほぼ０．４ｍｍの位置にもナゲット６３が形成されている。
したがって、従来の角形密閉式電池に比べ、本実施の形態の角形密閉式電池５は、ナゲット６３があることにより、外装缶１０の封口板側は、接合範囲が電池長手方向に拡大されることとなるため、封口板側における変形の形態としては、回転端を支点とする変形の形態から固定端を支点とする変形の形態へと近づいている。
【００４０】
つまり、図５の従来例においては、深さ０．２０ｍｍ〜０．２５ｍｍと浅いナゲット６１だけで外装缶端部が接合されているため、この接合点を中心として回転方向に外装缶が変形する可能性もあるが、本第１の実施形態では、ナゲット６１に加えてナゲット６３があることにより、外装缶端部がより強固に固定されて、回転方向の変形を抑止し、外装缶の変形量、即ち、膨化量を抑制することができる。
【００４１】
（評価試験）
発明者らは、側面溶接の膨化に対する抑止効果を確認するため、評価試験を実施した。
この評価試験は、封止溶接が実施されている従来の角形密閉式電池（以下、「従来品」という。）及び封止溶接と側面溶接とが実施されており、溶接点数がそれぞれ異なる３パターンの角形密閉式電池（以下、「テスト品」という。）について、内圧を段階的に増加させ、各段階における膨化量を測定するものである。
【００４２】
なお、発明者らは、これらと合わせて、外装缶１０の材料にＭｇを添加して、外装缶１０の強度をさらに高めた角形密閉式電池（以下、「比較参考品」という。）についても同様の評価試験を実施した。
ここで、便宜上、従来品、テスト品及び比較参考品を総称して試験品という。
また、発明者らは、電池サイズの異なる２つの型式の角形密閉式電池を用意し、これらそれぞれについて上記評価試験を実施した。
【００４３】
表１及び表２に各試験品の溶接対象部品の仕様を示す。
【００４４】
【表１】

型式がＵＦ４６３４５０の角形密閉式電池は、型式がＵＦ３８３４５０の角形密閉式電池よりもサイズ的に大きい。
ここで、長辺側面とは、膨化が顕著に発生している外装缶１０の面積が最も大きな平面、即ち、先に述べた広幅面のことである。
【００４５】
また、缶底とは、文字通り外装缶１０の底部であり、封口板３１の露出している面に対向する面である。
そして、短辺側面とは、長辺側面と缶底とに対してそれぞれ垂直な位置関係にある外装缶１０の面、即ち、図１のＹＺ平面に平行な面（以下、「狭幅面」という。）である。
【００４６】
外装缶１０の肉厚に関しても、型式がＵＦ４６３４５０の角形密閉式電池の方が、型式がＵＦ３８３４５０の角形密閉式電池よりも、若干厚くなっている部分がある。
今回、側面溶接として、溶接の点数、溶接点のピッチなどを変えた、３つのパターンでレーザ溶接を試みた。
表２に、側面溶接としての仕様を示す。
【００４７】
【表２】

このうち、テスト品２及びテスト品５が本実施の形態における角形密閉式電池５の溶接仕様となっている。
（試験結果）
評価試験の結果を表３及び表４に示す。
【００４８】
【表３】

外装缶のサイズが小さい角形密閉式電池（型式：ＵＦ３８３４５０）では、側面溶接の３パターン（テスト品１〜３）全てにおいて、従来品１よりも各圧力における膨化量が小さくなっている。
【００４９】
これは、従来品１は、封止のために実施される溶接部を支点として外装缶が変形しているのに対し、テスト品１〜３は、広幅面において接合された溶接部近傍を支点として変形が起こっているためと考えられる。
また、溶接点数が多く、溶接点のピッチが狭いものほど、膨化量は、緩やかな減少傾向を示している。
【００５０】
これは、側面溶接の溶接点数が多いほど、変形の支点部分がより強固に固定され、回転端を支点とする変形の形態から固定端を支点とする変形の形態に近づくためであると考えられる。
通常、角形密閉式電池の内圧は、充電状態、劣化度合により変化するが、通常使用範囲であれば、０．０１ＭＰａ〜０．０３ＭＰａ程度と考えられている。
【００５１】
この圧力範囲において、テスト品１は、従来品１に比べて、膨化量の差が０．０６ｍｍ〜０．１６ｍｍ生じ、テスト品で２は、従来品１と０．０７ｍｍ〜０．２０ｍｍの膨化量の差が生じ、テスト品３は、従来品１と０．１４ｍｍ〜０．２３ｍｍの膨化量の差が生じている。
一方、上記圧力範囲において、高強度な材料を外装缶に使用した比較参考品１は、従来品１と比べて、膨化量の差が０．０１ｍｍ〜０．０２ｍｍしか生じておらず、膨化に対する抑止効果は、側面溶接に比べ小さいと言える。
【００５２】
【表４】

外装缶が大きな角形密閉式電池（型式：ＵＦ４６３４５０）においても、側面溶接の３パターン（テスト品４〜６）全てにおいて、従来品２よりも各圧力における膨化量が小さくなっている。
【００５３】
これも、型式ＵＦ３８３４５０のテスト品１〜３において、従来品１よりも各圧力における膨化量が小さくなっている理由と同様、回転端を支点とする変形の形態から固定端を支点とする変形の形態に近づいたためと考えられる。
溶接点数が多く、溶接点のピッチが狭いものほど、膨化量は、緩やかな減少傾向を示していることも、ＵＦ３８３４５０と同様の特徴である。
【００５４】
通常の使用時における圧力である０．０１ＭＰａ〜０．０３ＭＰａにおいて、テスト品４は、従来品２と０．０３ｍｍ〜０．０５ｍｍの膨化量の差が生じ、テスト品で５は、従来品２と０．０５ｍｍ〜０．１０ｍｍの膨化量の差が生じ、テスト品６は、従来品２と０．０７ｍｍ〜０．１５ｍｍの膨化量の差が生じている。
【００５５】
一方、上記圧力範囲において、高強度な材料を外装缶に使用した比較参考品２は、従来品２と０．００ｍｍ〜０．０１ｍｍの膨化量の差しか生じておらず、膨化に対する抑止効果は、側面溶接に比べ小さいと言える。
以上のように、第１の実施形態における角形密閉式電池は、封止のために実施される封口板と外装缶との境界部全域において行なわれる封止溶接に加え、外装缶の側面であって、前記溶接位置を基点として封口板の端部から遠ざかる位置に、外装缶と封口板とを接合する側面溶接が施されているため、内圧が上昇した場合において、従来の封止溶接の溶接部を支点とする外装缶の変形の形態から、この封止溶接の溶接位置よりもさらに電池の中心方向に位置する側面溶接の溶接部近傍も支点とする外装缶の変形の形態となり、回転端を支点とする変形の形態から固定端を支点とする変形の形態に近づくため、外装缶の変形、即ち、膨化を抑制することができる。
【００５６】
なお、第１の実施の形態では、側面溶接において、１つの広幅面につき６点、広幅面は２面あるため合計で１２点実施しているが、これに限らず、少なくとも１点以上あればよい。
その場合、溶接点数が増えるほど、膨化の抑制効果が大きくなる。
また、側面溶接は、レーザ光照射中における走査を実施しないとしたが、走査を実施してもよい。
【００５７】
その場合、走査方向に伸びる線状のナゲット部が形成される。
また、側面溶接においては、この走査を外装缶１０の開口部の全周または当該全周の一部の区間において実施し、連続的に接合してもよい。
この走査方向は、例えば、図１のＸ軸方向に限るものではなく、Ｚ軸方向に実施しても良い。
【００５８】
また、第１の実施形態では、封止溶接の実施後に、側面溶接を実施したが、これに限らず、側面溶接の実施後に、封止溶接を実施してもよい。
また、封止溶接及び側面溶接の実施には、レーザ溶接を実施しているが、これは、封口板及び外装缶がアルミムウムを主たる材料としていたため、アルミニウムの溶接に適した溶接工法を用いたにすぎない。
【００５９】
つまり、封止溶接及び側面溶接の材料次第では、レーザ溶接を実施する必要はなく、例えば、これらの材料が鉄やステンレスなどであった場合、レーザ溶接に代えて、抵抗溶接を実施することもできる。
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る角形密閉式電池の斜視図であり、図７は、図６におけるＣ−Ｃ’線断面図である。
【００６０】
この角形密閉式電池１０５は、第１の実施形態の角形密閉式電池５と同じリチウム二次電池であって、この電池を構成する部材も角形密閉式電池５と全て同じであり、以下の点で角形密閉式電池５とは異なる。
即ち、第２の実施形態の角形密閉式電池１０５では、第１の実施形態の角形密閉式電池５において実施されていた側面溶接に代わり、封口板３１の露出面に対してほぼ垂直となる方向から、外装缶１０の幅広面に面した開口部端面上の１２箇所にレーザ光を照射して、封口板３１と外装缶１０とを接合する溶接（以下、「深溶接」という。）が実施されている。
【００６１】
これにより、図８（Ａ）に示すように、角形密閉式電池１０５のナゲット形状、つまり、図６のＣ−Ｃ’断面におけるナゲットの形状が、角形密閉式電池５のナゲット形状、即ち、図４のナゲット形状とは異なる。
より具体的には、図８（Ａ）に示すように、深溶接におけるナゲット１６３が、第１の実施形態における角形密閉式電池５において存在していた封止溶接による（第１のナゲットの一例としての）ナゲット６１と側面溶接による（第２のナゲットの一例としての）ナゲット６３の位置に跨るように形成されている。
【００６２】
また、深溶接が行なわれなかったＤ−Ｄ’断面上では、図８（Ｂ）に示すように、第１の実施形態と同様の封止溶接によるナゲット６１が形成されている。
（電池の製造方法）
次に、この角形密閉式電池１０５の製造方法について説明する。
第１の実施形態において説明したように、外装缶１０を作成する工程から電極体２０を、外装缶１０の中に挿入すると共に、リード板２１を絶縁スリーブに通し、集電板３３と電気的に接続し、図９（Ａ）に示すように、封口体３０を外装缶１０の開口部に圧入して嵌め込む工程までは、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６３】
封口体３０を外装缶１０の開口部に圧入して嵌め込んだ後、外装缶１０における幅の広い面、即ち、幅広面の端面と封口板３１との境界部１１付近１２箇所（１幅広面について６箇所）に、封口板３１に対する角度θ_３がほぼ９０°となるように、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）を用いてパルス状に発光させるレーザ光発振装置を用い、レーザ光１５０（Ａ）を照射して、小さな楕円形状のスポット（スポット径：数百μｍ）を形成するように集光し、封口板３１と外装缶１０とを接合する深溶接を実施する。
【００６４】
このとき、後述の封止溶接よりも深く溶け込ませるために、封止溶接を実施するときよりも出力を高めてレーザ光１５０（Ａ）を照射する。
なお、この深溶接におけるレーザ光照射位置は、後述の封止溶接におけるレーザ光照射軌跡上の１２箇所である。
より具体的には、図８（Ａ）に示すように、封口板３１と外装缶１０との境界部１１上のレーザ光１５０（Ａ）が照射されたスポットの部分において、深さ０．６０から０．６５ｍｍ程度の溶融池を生じる程度にレーザ光１５０の出力を調整する。
【００６５】
なお、上記溶融池は、短時間で凝固し、ナゲット１６３を形成する。
深溶接を実施する際、外装缶１０と封口板３１とを密着させるための溶接治具が用いられる。
この溶接治具は、外装缶１０の開口部近傍の幅広面を両側から挟み込むためのものであり、その目的は、溶接時において外装缶１０と封口板３１との密着度合いを高めることにある。
【００６６】
図９（Ｂ）に示すように、この溶接治具の形状は、深溶接の実施によりこの溶接治具が溶かされないよう、幅広面における前記開口部近傍の深溶接が行なわれない区間のみを押圧できる櫛状となっている。
レーザ光１５０を照射しながら、レーザ光１５０（Ａ）のスポットに向けてアシストガスを噴射し、溶接箇所の酸化が防止するのは、第１の実施形態における封止溶接及び側面溶接と同様である。
【００６７】
そして、図９（Ｃ）に示すように、封口板３１と外装缶１０との境界部１１に沿って、レーザ光１５０（Ｂ）を照射しながら走査することによって溶接を行う。
この溶接方法は、第１の実施形態における封止溶接の方法と同じであるため、説明を省略する。
【００６８】
封止溶接を実施する際においても、上述の溶接治具が用いられるが、封止溶接では、外装缶１０の開口部全周が溶接されるため、溶接治具が溶かされないように、図９（Ｃ）に示すように、溶接治具が、深溶接における溶接治具位置よりも、この開口部から遠ざかる方向にずらされている。
なお、厳密には、上述の境界部１１上の１２箇所には、既に、深溶接によるナゲットが存在し、この面が入射光に対して直角ではなくなっており、レーザ光のスポット径は、楕円となって面積が拡大するため十分な加熱が困難となるが、既にこの部位は、深溶接によって封口板３１と外装缶１０とが接合されているため問題はない。
【００６９】
ここで、発明者らは、封止溶接を実施した後に、深溶接を実施することも試みたが、その場合、封止溶接により形成されたナゲットの表面上の凹凸が、深溶接におけるレーザ光を乱反射させ、深さ方向における十分な溶け込み量（０．６０ｍｍ〜０．６５ｍｍ）を確保できないことが明らかとなった。
つまり、深溶接は、封止溶接の前に実施する必要がある。
【００７０】
そして、図９（Ｄ）に示すように、第１の実施形態と同様に、負極端子３２のスリーブ部３２（Ｃ）の開口に注入用配管が挿入され、この配管を介して電解液が注入され、さらに、図９（Ｅ）に示すように、ゴム板３２（Ｂ）が頭部３２（Ａ）内にセットされた状態で、頭部３２（Ａ）とスリーブ部３２（Ｃ）とが抵抗溶接される。
【００７１】
（ナゲット１６３による効果について）
第２実施の形態における角形密閉式電池１０５は、図６及び図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、封口板３１の露出面の外周に沿って深さ０．２０ｍｍ〜０．２５ｍｍのナゲット６１が形成されると共に、１２箇所において、この露出面から深さ０．６０ｍｍ〜０．６５ｍｍまでにわたるナゲット１６３が形成されている。
【００７２】
したがって、従来の角形密閉式電池に比べ、第２の実施形態の角形密閉式電池１０５は、ナゲット１６３があることにより、外装缶１０の封口板側は、接合範囲が電池長手方向に拡大されることとなるため、封口板側において、回転端を支点とする変形の形態から固定端を支点とする変形の形態に近づいており、その結果、外装缶の変形量、即ち、膨化量を抑制することができる。
【００７３】
さらに、第２の実施形態におけるナゲット１６３の形成は、第１の実施形態におけるナゲット６３の形成に比べ、容易に形成することができる。
これは、封止溶接及び深溶接のレーザ光照射角度が同一であるため、レーザ光発振装置のレーザ照射口を図６のＸＹ平面上を平行移動することのみで、封止溶接と深溶接とを実施できるためである。
【００７４】
つまり、レーザ照射口をＸＹ平面上において平行移動するという動作は、封止溶接において実施される通常の動作であり、現存の設備で実施可能である。
一方、第１の実施形態においては、封止溶接のレーザ光照射角度と側面溶接のレーザ光照射角度同士でほぼ垂直の関係となるため、外装缶１０を９０度傾けるか、もしくは、レーザ光発振装置を９０度傾ける必要が生じ、これらを実現するための新たな設備の追加を余儀なくされ、さらに、このような９０度回転を実施するための時間が必要となる。
【００７５】
このため、第２の実施形態の角形密閉式電池１０５は、第１の実施形態の角形密閉式電池５よりも、低コストで作成することができる。
（評価試験）
発明者らは、深溶接の膨化に対する抑止効果を確認するため、第２実施の形態における角形密閉式電池１０５（テスト品７）について評価試験を実施した。
【００７６】
この角形密閉式電池１０５は、上述のＵＦ３８３４５０とサイズ的に同じであり、材質的には、Ａ３００５相当である。
表５に、評価試験の結果を示す。また、比較のために、従来品１及びテスト品２の結果も合わせて示す。
（試験結果）
【００７７】
【表５】

角形密閉式電池の通常時の圧力である、０．０１ＭＰａ〜０．０３ＭＰａにおいて、深溶接がなされたテスト品７は、側面溶接がなされたテスト品２よりも０．０２ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度膨化量が大きい。
【００７８】
つまり、深溶接は、膨化に対する抑止効果があるものの、側面溶接の膨化に対する抑止効果に比べると、抑止効果が若干小さいことが明らかとなった。
ただし、溶接コストについては、先にも述べたように、深溶接の方が、側面溶接よりも低くなる。
以上のように、第２の実施形態における角形密閉式電池は、封止のために実施される封口板と外装缶との境界部全域において行なわれる封止溶接に加え、さらに、この境界部近傍における離散的位置にこの封止溶接よりも溶け込み深さが深い、封口板と外装缶とを接合する深溶接が施されているため、内圧が上昇した場合において、従来の封止溶接の溶接部を支点とする外装缶の変形の形態から、この封止溶接の接合位置よりもさらに深い位置、即ち、より電池の中心方向に位置する深溶接の接合部近傍も支点とする外装缶の変形の形態となり、回転端を支点とする変形の形態から固定端を支点とする変形の形態に近づくため、外装缶の変形、即ち、膨化を抑制することができる。
【００７９】
なお、第２の実施の形態では、深溶接において、１つの広幅面につき６点、広幅面は２面あるため合計で１２点実施しているが、これに限らず、少なくとも１点以上あればよい。
その場合、溶接点数が増えるほど、膨化の抑制効果が大きくなる。
また、このように深溶接を離散的に実施することにより、全周溶接である封止溶接ではできなかった、以下の利点がある。
【００８０】
即ち、外装缶１０と封口板３１とを境界部を全周溶接する封止溶接では、外装缶１０の開口部の全周にわたり母材が溶融されるため、外装缶１０の幅広面側から押圧し、外装缶１０と封口板３１とを密着させる溶接治具は、この開口部近傍から距離をおいた範囲で、前記押圧を実施せざるを得なかった。
このため、溶接時における外装缶１０と封口板３１との密着度合いが、必ずしも良好とは言えない。
【００８１】
これに対して、外装缶１０と封口板３１との境界部１１を離散的に溶接する深溶接では、前記境界部１１であって、深溶接が行なわれない区間となる前記開口部近傍を外装缶１０の幅広面側から押圧することができる。
このため、深溶接における外装缶１０と封口板３１との密着度合いは、封止溶接よりも向上し、溶接品質が向上する。
【００８２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る角形密閉式電池は、外装缶開口部に嵌着されている封口板の露出面と当該外装缶との境界部において、第１の溶接により第１のナゲットが連続的に形成されている角形密閉式電池であって、さらに、第２の溶接により、前記外装缶の側面に、前記外装缶と前記封口板とにわたる第２のナゲットが形成されており、前記第２のナゲットが形成されている位置は、前記第１のナゲットが形成されている位置よりも前記開口部から遠ざかる方向に存在することを特徴とし、また、外装缶開口部に嵌着されている封口板の露出面と当該外装缶との境界部において、第１の溶接により第１のナゲットが連続的に形成されている角形密閉式電池であって、さらに、第２の溶接により、第１のナゲットの深さよりもさらに深い深さまで、外装缶と封口板とにわたる第２のナゲットが離散的に形成されていることを特徴とする。
【００８３】
本発明に係る角形密閉式電池では、第２のナゲットの存在により、第２のナゲットがなかった従来の角形密閉式電池よりも、封口板側の封口板と外装缶との溶接面積が封口板の露出面から遠ざかる方向に拡大する。
ここで、この封口板側の外装缶の変形に着目すれば、従来、第１のナゲットを支点とする変形であったものが、第１のナゲット及び第２のナゲットを支点とする変形となり、回転端を支点とする変形の形態から固定端を支点とする変形の形態に近づくため、外装缶の変形、即ち、膨化が抑制される。
【００８４】
また、第２の溶接は、離散的に実施されるため、連続的に溶接する場合よりも、溶接に要する時間が短くなり、コストが低減される。
また、本発明に係る電池の製造方法は、角形密閉式電池の製造方法であって、外装缶開口部に嵌着されている封口板の露出面と当該外装缶との境界部を連続的に接合し、第１のナゲットを形成する第１の溶接ステップと、前記外装缶の側面に、前記外装缶と前記封口板とにわたる第２のナゲットを形成する第２の溶接ステップとを含み、前記第２の溶接ステップでは、前記第２のナゲットの形成される位置が、前記第１のナゲットが形成される位置よりも前記開口部から遠ざかる方向に存在するように溶接位置が決められていることを特徴とし、また、角形密閉式電池の製造方法であって、外装缶開口部に嵌着されている封口板の露出面と当該外装缶との境界部を連続的に接合し、第１のナゲットを形成する第１の溶接ステップと、前記第１の溶接ステップよりもさらに深く、前記境界部を離散的に溶融することにより、外装缶と封口板とにわたる第２のナゲットを形成する第２の溶接ステップとを含むことを特徴とする。
【００８５】
これにより、角形密閉式電池に第１のナゲット及び第２のナゲットが形成される。
ここで、この封口板側の外装缶の変形に着目すれば、従来、第１のナゲットを支点とする変形であったものが、本発明に係る角形密閉式電池の製造方法により作成された角形電池では、第１のナゲット及び第２のナゲットを支点とする変形となり、回転端を支点とする変形の形態から固定端を支点とする変形の形態に近づくため、外装缶の変形、即ち、膨化が抑制される。
【００８６】
また、前記第２の溶接ステップでは、第２のナゲットが局部的に形成されるため、第１の溶接ステップのように連続的に溶接する場合よりも、溶接に要する時間が短くなり、コストが低減される。
また、前記第１の溶接ステップおよび前記第２の溶接ステップでは、レーザ溶接が用いられ、前記第１の溶接ステップは、前記第２の溶接ステップが実施された後に実施されるとしてもよい。
【００８７】
一般的に、既に溶接が行なわれた面、即ち、溶融して凝固した面に新たなレーザ溶接を実施する場合、その溶接面は、平らではなく、傾いたり、波打ったりしているため、同じスポット径のレーザ光を照射したとしても、被照射部の面積が、溶接面が平らな場合よりも大きくなり、その結果、被照射部におけるレーザ光のエネルギ密度が下がる。
【００８８】
第２の溶接ステップでは、第１の溶接ステップよりも深くナゲットを形成するため、第１の溶接ステップよりも高エネルギ密度のレーザ光を照射する必要があり、既に第１の溶接ステップにより溶接が行なわれた面に対して第２の溶接ステップによる溶接を実施した場合、上記理由により被照射部におけるレーザ光のエネルギ密度が下がるため、ナゲットを深く形成することは困難となる。
【００８９】
そこで、第２の溶接ステップよりも後に第１の溶接ステップを実施することにより、第２の溶接ステップにおいて、平らな面への溶接が可能となり、溶接条件が改善され、深いナゲットが容易に形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る角形密閉式電池の斜視図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】（Ａ）は、封口体を外装缶の開口部に圧入して嵌め込んだ状態を示す図である。
（Ｂ）は、封止溶接の実施状況を示す図である。
（Ｃ）は、側面溶接の実施状況を示す図である。
（Ｄ）は、電解液の注入の状況を示す図である。
（Ｅ）は、スリーブ部に、頭部を抵抗溶接する状況を示す図である。
【図４】封止溶接及び側面溶接を実施した箇所の溶け込み状況を示す図である。
【図５】従来の角形密閉式電池の変形状況を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る角形密閉式電池の斜視図である。
【図７】図６におけるＣ−Ｃ’線断面図である。
【図８】（Ａ）は、深溶接を実施した箇所の溶け込み状況を示す図である。
（Ｂ）は、封止溶接を実施した箇所の溶け込み状況を示す図である。
【図９】（Ａ）は、封口体を外装缶の開口部に圧入して嵌め込んだ状態を示す図である。
（Ｂ）は、深溶接の実施状況を示す図である。
（Ｃ）は、封止溶接の実施状況を示す図である。
（Ｄ）は、電解液の注入の状況を示す図である。
（Ｅ）は、スリーブ部に、頭部を抵抗溶接する状況を示す図である。
【図１０】（Ａ）は、従来の角形密閉式電池の斜視図である。
（Ｂ）は、従来の角形密閉式電池において、膨化が生じた状態の斜視図である。
【符号の説明】
５角形密閉式電池
１０外装缶
１１境界部
２０電極体
２１リード板
３０封口体
３１封口板
３１（Ａ）貫通孔
３１（Ｂ）切り欠き部
３２負極端子
３２（Ａ）頭部
３２（Ｂ）ゴム板
３２（Ｃ）スリーブ部
３３集電板
３４ガスケット
３５負極タブ
４０、４１絶縁スリーブ
５０（Ａ）、（Ｂ）レーザ光
６１、６３ナゲット
１０５角形密閉式電池
１５０（Ａ）、（Ｂ）レーザ光
１６３ナゲット

Claims

外装缶開口部に嵌着されている封口板の露出面と当該外装缶との境界部において、第１の溶接により第１のナゲットが連続的に形成されている角形密閉式電池であって、
さらに、第２の溶接により、前記外装缶の側面に、前記外装缶と前記封口板とにわたる第２のナゲットが形成されており、
前記第２のナゲットが形成されている位置は、前記第１のナゲットが形成されている位置よりも前記開口部から遠ざかる方向に存在することを特徴とする角形密閉式電池。
外装缶開口部に嵌着されている封口板の露出面と当該外装缶との境界部において、第１の溶接により第１のナゲットが連続的に形成されている角形密閉式電池であって、
さらに、第２の溶接により、第１のナゲットの深さよりもさらに深い深さまで、外装缶と封口板とにわたる第２のナゲットが離散的に形成されていることを特徴とする角形密閉式電池。
角形密閉式電池の製造方法であって、
外装缶開口部に嵌着されている封口板の露出面と当該外装缶との境界部を連続的に接合し、第１のナゲットを形成する第１の溶接ステップと、
前記外装缶の側面に、前記外装缶と前記封口板とにわたる第２のナゲットを形成する第２の溶接ステップとを含み、
前記第２の溶接ステップでは、前記第２のナゲットの形成される位置が、前記第１のナゲットが形成される位置よりも前記開口部から遠ざかる方向に存在するように溶接位置が決められていることを特徴とする電池製造方法。
角形密閉式電池の製造方法であって、
外装缶開口部に嵌着されている封口板の露出面と当該外装缶との境界部を連続的に接合し、第１のナゲットを形成する第１の溶接ステップと、
前記第１の溶接ステップよりもさらに深く、前記境界部を離散的に溶融することにより、外装缶と封口板とにわたる第２のナゲットを形成する第２の溶接ステップとを含むことを特徴とする電池製造方法。
前記第１の溶接ステップおよび前記第２の溶接ステップでは、レーザ溶接が用いられ、前記第１の溶接ステップは、前記第２の溶接ステップが実施された後に実施されることを特徴とする請求項４記載の電池製造方法。