JPH0793128B2 - 密閉形電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はニッケルめっきを施した鋼製の電池容器の開口
端に同じくニッケルめっきを施した鋼製の蓋体を嵌着
し、それらの接合部をレーザ溶接により密封した密閉形
電池に係り、特にそのニッケルめっきの改良に関するも
のである。

従来の技術 電子機器の発達などにより、長期信頼性のすぐれた電池
が要望され、電池の密封方法にも改良が加えられてき
た。高度の密封性を要求されるリチウム電池あるいは、
角形の密閉形アルカリ電池などにおいて従来のクリンプ
式封口法に代えて、金属製の電池容器の開口端に同じく
金属製の蓋体を嵌着し、それらの接合部を溶接して密封
する方式が採用されつつある。その溶接法として小型の
密閉式電池の場合、狭小な接合部を精度よく溶接可能な
レーザ溶接方式が多く採用されている。これらの電池の
電池容器と蓋体の組合せ形態としては、第４図側部断面
図に示したように発電要求12を収納した電池容器11の開
口端に、周縁が平板状の蓋体13を嵌着させる方式、ある
いは特開昭56−107470号公報などに開示されたごとく、
蓋体の周縁に設けた立上り部（第１図参考）が、円筒形
あるいは薄板形の電池容器の開口端内縁に接するように
嵌着させる方式などがあり、電池容器および蓋体の材質
として前記公報では、ステンレス鋼が用いられ、嵌着さ
れた電池容器と蓋体の接合部をレーザ溶接によって密封
するものであった。

発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では、特開昭57−74964号公報な
どに開示されているように、レーザ溶接により電池容器
を密封する場合、局部的に、瞬時的に溶接が可能である
ために電池本体への熱的影響が極めて少なく高精度の溶
接ができるなどの利点がある反面、レーザ光は直進性が
良く、また焦点の面積が極めて小さいため、被溶接面と
なる電池容器の開口端と蓋体の周縁あるいは立上り部の
端面により形成される接合部の形状，精度および材質な
どの影響を受けて不完全な溶接となって十分な密封状態
を得られないことがあった。レーザ溶接において、接合
部の材質が鉄材のような単一金属、あるいは前記特開昭
56−107470号公報に示されたごとくステンレス鋼などの
鉄系の合金材であって、それぞれの同種の金属部材間を
溶着する場合は材料自体による問題点は生じなく容易に
溶接できた。しかし電池容器表面の発錆防止、電池内外
部での接触抵抗を低くする、あるいは角形電池容器など
加工性の良い材料を求められる場合には、従来よりクリ
ンプ封口式密閉電池で用いられているような、鋼材を成
形し表面にニッケルめっきを施した電池容器及び蓋体を
用いる必要があったが、この構成にレーザ溶接封口方式
を適用した場合、前記したその接合部の上面をレーザ光
により溶着し形成した溶接部に、ひずみによると考えら
れる数十μｍ以下の微細なクラックが発生しやすいとい
う問題があった。このクラックの発生状態は、前記特開
昭57−74964号公報等にも述べられているような、電池
容器と蓋体の嵌合形状，精度の改良により若干改善され
るが、解消することはできず密封不十分となり、電池使
用時に電解液の漏出、ガスもれを生じやすいという問題
があった。

本発明はこのような問題点を解決するもので、鋼製の電
池容器及び蓋体に施されたニッケルめっき層を改良する
ことにより、溶接部に微細なクラックが発生するのを防
止することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明は、鋼製の電池容器
と蓋体に、少なくとも溶接される部分のめっき層の厚さ
を２〜10μｍとした電気ニッケルめっきを設け、600〜8
00℃の非酸化性雰囲気でアニール処理を行なったもので
ある。

作用 この構成により、レーザ光によって接合部が局部的、瞬
時的に溶融され冷却される際にニッケルめっき層の存在
によって生ずるひずみを抑制し、クラックの発生しない
溶接部を形成できることとなる。

実 施 例 第１図，第２図は本発明の一実施例による密閉形電池の
電池容器と蓋体の溶接部分及び電池側面の要部を示す縦
断面図である。第１図，第２図において、電池容器１及
び周縁に立上り部3aを有する蓋体３は冷間圧延鋼板を所
定の形状に成型し、次いで後述するように、厚さ２〜10
μｍのニッケルめっき層1a,3bを電気ニッケルめっき法
により形成した後、アニール処理を行なったものを用
い、電池容器１にニッケル・カドミウム系あるいはリチ
ウム系などの発電要素２を収納し、前記の蓋体３に絶縁
リング8bを介して端子ピン8aを固着して端子部８を形成
したものを前記電池容器１の開口端に嵌着し、蓋体３の
立上り部3a上端と電池容器１の開口端内縁で形成される
接合部４の上方から、第１図に示したようにYAGレーザ
装置等を用いてレーザ光５を照射して接合部４の上部を
溶着して一体化し溶接部６を形成することにより密封す
る。

次に、上記した電池容器１及び蓋体３の表面に形成する
ニッケルめっき層1a,3bについて詳述する。

本発明には、例えば硫酸ニッケルを主体とする普通浴あ
るいは硫酸ニッケルに塩化ニッケルを加えたワット氏浴
などの無光沢浴，またはこれらにナフタリン・ジ・スル
フォン酸ソーダなどの有機光沢剤を添加した光沢あるい
は半光沢めっき浴等のニッケルめっき液を用い電解析出
させる電気ニッケルめっきを適用し、少なくともレーザ
溶接される接合部４上端付近のめっき厚さを２〜10μｍ
としたニッケルめっき層を形成する。次いでめっきの酸
化を防止するためにアルゴン，窒素あるいはこれに若干
の水素を加えたガスを導入した、または真空とした非酸
化性加熱炉に、上記電気ニッケルめっきを施した電池容
器１及び蓋体３を入れ600〜800℃で15〜60分間加熱する
ことによって、めっき層1a,3bをアニール処理する。こ
の処理によって、処理前にニッケルめっき層の表面硬度
がビッカース硬度（ビッカース顕微硬度計で測定）Hv約
200〜500、平均的にはHv300〜450であったものが、Hv15
0〜250に低減される。このように、ニッケルめっきの硬
度が低減される電池容器１及び蓋体３の組み合せによ
り、レーザ溶接速度を３〜20mm/秒として第１図に示し
たごとく溶接をしたが、溶接部６にクラックの発生は見
られず、電解液の微量漏出も検出されなかった。本発明
のものが溶接性にすぐれているのは、本発明者らが各種
のニッケルめっきを比較検討した結果から得た知見によ
れば、次の理由によるものと考えられる。第３図は第１
図のものを拡大したレーザ溶接時の状況を示す要部断面
図であり、第１図に示したごとく、接合部４の上方より
レーザ光５を照射すると、電池容器１及び蓋体３の立上
り部3aのそれぞれの先端が第３図に示したように、各め
っき層1a,3b含めて溶融され、通常接合部に存在する若
干の間隙（約0.05〜0.2mm）を埋める形で一体に溶着
（固溶体）されて溶接幅w,溶接深さｄの溶接部６が形成
される。前記溶接時に、レーザ光により溶融された溶接
部６の近傍の容器１及び蓋体３の立上り部3aの先端部分
は、温度上昇により、第３図点線矢印（溶融時）のごと
く接合部４の間隙が狭まる方向に熱膨張し、冷却時に同
図実線矢印（冷却時）のように外方に向って収縮し、接
合部４に引張り応力を生じる。またレーザ光により溶融
された溶接部６は図示のごとく中央部分が深く溶融され
るため冷却時には外周から冷却が始まり、中央部分に向
って順次冷却されていき、図示矢印Ｃの付近が時間的に
最後に冷却されるためこの部分は引張り応力を受ける。
そのため全体として矢印Ｃの部分は、冷却される直前に
引張り応力によってクラックを生じやすい因子を持って
いる。前記において、電池容器及び蓋体の構成材として
ニッケルめっき層1a,3bを設けた鋼材を用いた場合は、
ステンレス鋼あるいは鋼板を単独で用いたときと異なり
溶接時に接合部４の付近は、鋼材とニッケルめっき層の
熱膨張係数、融点、融解熱などの物性の差による反り、
ねじれを含む熱的変形ひずみが付加される。このひずみ
の大きさは、ニッケルめっき層の内部応力が大きいほ
ど、まためっき厚さが大になると大きくなる。同様に溶
接部６では溶融時にニッケル及びその添加物が鋼材中に
拡散し固溶体をつくるが、レーザ溶接における溶融〜冷
却の時間は非常に短いため溶接部の組成、結晶状態が不
均一となり内部のひずみが大きくなりやすい。本発明の
対象となる比較的小型の電池をレーザ溶接により封止す
る場合、第３図の溶接部６の溶接幅ｗは0.4〜1mm,溶接
深さｄは0.1〜0.3mm程度と小さいため、前記したニッケ
ルめっき層1a,3bの厚さ及びその物性の影響は大きく、
従来から用いられている溶接のための規制をされないニ
ッケルめっきを施したものでは上述したひずみによる応
力が過大となる場合が多く、その結果溶接部６に前述し
たクラックが発生しやすいものと考えられる。また上記
したニッケルめっき層の内部のひずみすなわち内部応力
は、めっき層の硬度（本発明の対象となるニッケルめっ
き層の場合、ビッカース顕微硬度計を用いて測定した
値）と比例することがわかった。本発明は上記検討結果
に基づき、ニッケルめっき層を改質、規制することによ
って、レーザ溶接時にめっき層の応力ひずみ及び溶接部
の溶融時の組成不均一性を低減せしめて、溶接部のクラ
ック発生防止を可能ならしめたものである。即ち、実施
例で述べたように、従来から用いられている各種電気ニ
ッケルめっき層の硬度は、ビッカース硬度でHv 200〜50
0であり多くはHv 300以上となり、溶接部にクラックを
生じるような内部応力を有していた。本発明では、非酸
化性雰囲気下で600〜800℃に加熱・アニール処理し、ニ
ッケルめっき層の硬度をHv 280以下、好ましくはHv 150
〜250とすると共に、少なくとも溶接される接合部４の
周縁付近のめっき層の厚さを２〜10μｍの範囲に規制す
ることによって、めっき層のひずみを軽減し、溶接部の
微小クラック発生防止を実現したものである。上記にお
いて、アニール処理する温度は、600℃以下では効果が
不十分であり、800℃以上では、鋼材を含めて軟化が著
しく、電池容器としての耐圧強度が低下するので不適当
である。また、めっき層の厚さが２μｍ以下の場合は、
溶接性は問題ないが電池を多湿下あるいは長期間使用す
る際に溶接部に発錆・腐食による強度低下を生じやすく
なるので好ましくない。

なお、本発明において無電解ニッケルめっき法の適用は
困難である。それは、ニッケルめっきの組成がNi−Ｐな
どの合金の場合、アニール処理をしても、硬度低下が不
十分であり内部ひずみも多いこと、また融点が、鋼材よ
り低くなり、溶接性を低下させるなどの問題を有するた
めである。

次に本発明による実施例と他のめっき法によるものを、
めっき層の厚さを含めて比較した結果を第１表に示す。
本発明による実施例A1）が、溶接部６のクラック発生防
止に効果のあることがわかる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、鋼製の電池容器と蓋体
に、少なくとも溶接される部分のめっき層の厚さを２〜
10μｍとした電気ニッケルめっきを施した後、600〜800
℃の非酸化性雰囲気でアニール処理を行ったものを用い
ることにより、ニッケルめっきによる応力ひずみを軽減
しレーザ溶接時に溶接部に微細なクラックが発生するの
を防止し、長期信頼性の高い密閉形電池を提供できると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図，第３図は本発明に係り、第１図は本発
明の一実施例による密閉形電池のレーザ溶接部分を示す
要部断面図、第２図は電池側面の要部断面図、第３図は
溶接時の状況を示す溶接部分の側面要部拡大図であり、
第４図は従来の電池の構造を示す要部断面図である。 １……電池容器、1a……ニッケルめっき層、２……発電
要素、３……蓋体、3a……立上り部、3b……ニッケルめ
っき層、４……接合部、５……レーザ光、６……溶接
部、８……端子部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−51457（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−146344（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−79729（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−46658（ＪＰ，Ａ) 特公 昭53−39374（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発電要素を収納した電池容器の開口端に蓋
   体を嵌着し、それらの接合部をレーザ溶接により密封す
   る電池において、前記電池容器と蓋体は鋼製であって、
   少なくとも溶接される部分にはめっき層の厚さが２〜10
   μｍの電気ニッケルめっきを設け、600〜800℃の非酸化
   性雰囲気でアニール処理をしたものからなることを特徴
   とする密閉形電池。