JP2000260419A

JP2000260419A - 電池の製造方法

Info

Publication number: JP2000260419A
Application number: JP2000060588A
Authority: JP
Inventors: Takuma Morishita; 拓磨森下; Kensuke Nakatani; 謙助中谷; Kazuo Moriwaki; 和郎森脇; Masatoshi Takahashi; 昌利高橋
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2000-09-22
Anticipated expiration: 2017-03-05
Also published as: JP3349495B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電池と電気的に接続された保護回路の信頼性
を向上させることができる電池の製造方法を提供するこ
とを目的とする。【解決手段】本願発明の電池の製造方法は、アルミニ
ウム又はアルミニウム合金から成る有底筒状の外装缶の
外面に電流取出用リード板を固着した後、電池の保護回
路と電気的に接続された接続用リード板を電流取出用リ
ード板に抵抗溶接することによって固着することを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に電池と電気的
に接続された保護回路の信頼性を向上しうる電池の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、リチウムイオン電池では、電
池の過充電や過放電を防止するために、電池外部に電池
電圧を制御するための保護回路が設けられている。ここ
で、図７に示すように、従来のリチウムイオン電池で
は、上記保護回路１３と電池１１とはリード板１２によ
って電気的に接続されているが、このリード板１２は保
護回路１３との接続性等を考慮して、ニッケル材、或い
は表面にニッケルメッキされたステンレス材等が用いら
れている。

【０００３】一方、リチウムイオン電池のように、充電
時に高電圧（３．５〜５．０Ｖ）となるような電池で
は、外装缶１４として鉄、ステンレス系のものは用いら
れず、アルミニウム又はアルミニウム合金が用いられ
る。これは、外装缶１４として鉄等を用いると、高電圧
の状態で電池を長期間保存した場合には、外装缶１４が
腐食するのに対して、外装缶１４としてアルミニウム等
を用いるとこのような問題が生じないこと、及び、外装
缶１４として鉄等を用いると鉄等は比重が大きいことに
起因して重量エネルギー密度が小さくなるのに対して、
外装缶１４としてアルミニウム等を用いるとアルミニウ
ム等は比重が小さいことに起因して重量エネルギー密度
が大きくなるという利点を発揮しうるからである。

【０００４】ところが、上記ニッケル材等から成るリー
ド板１２とアルミニウム等から成る外装缶１４とを固着
する場合には、抵抗溶接法では外装缶１４の導電性が良
いということに起因して、また超音波溶接法ではリード
板１２が溶解しないということに起因して、それぞれ固
着することができないという問題がある。したがって、
従来は、リード板１２と外装缶１４との固着はレーザ溶
接法により行われていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電池１
１と、保護回路１３が溶接されたリード板１２とを、レ
ーザ溶接法で溶着すると、レーザ光により保護回路１３
が帯電し、保護回路１３の信頼性が低下するという課題
を有していた。

【０００６】そこで本発明は、電池と電気的に接続され
た保護回路の信頼性を向上させることができる電池の製
造方法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、アルミ
ニウム又はアルミニウム合金から成る有底筒状の外装缶
の外面に電流取出用リード板を固着した後、電池の保護
回路と電気的に接続された接続用リード板を電流取出用
リード板に抵抗溶接することによって固着したことを特
徴とする電池の製造方法である。

【０００８】このように、外装缶の外面に電流取出用リ
ード板を固着した後、この電流取出用リード板と、電池
の保護回路と電気的に接続する接続用リード板とを固着
する構成であれば、外装缶と接続用リード板とを直接溶
接しなくても良くなる。したがって、接続用リード板の
溶接を行う際、抵抗溶接法で行うことが可能となるの
で、保護回路が帯電するのを防止することができる。こ
の結果、接続用リード板をレーザ溶接法にて溶接した場
合に比べて、保護回路の信頼性を向上させることができ
る。

【０００９】尚、保護回路と接続用リード板とを電気的
に接続する前に、外装缶と接続用リード板とを直接レー
ザ溶接すれば、電流取出用リード板を用いる必要も無
く、しかも保護回路の信頼性を向上させることができる
とも考えられる。しかしながら、このような方法では、
外装缶と接続用リード板とをレーザ溶接した後、電池を
保護回路の溶接工程まで搬送する際、外装缶から接続用
リード板が突出していることに起因して、短絡が発生す
る等の課題が新たに生じるので、外装缶と接続用リード
板との固着方法としては不適である。

【００１０】また請求項２記載の発明は、請求項１記載
の発明において、電流取出用リード板として、アルミニ
ウム及びアルミニウム合金よりも導電性が低い金属板を
用いていることを特徴とする。

【００１１】このように、電流取出用リード板として、
アルミニウム等よりも導電性が低い金属板を用いれば、
電流取出用リード板と接続用リード板とを抵抗溶接法に
て溶接する場合に、十分な溶接強度を得ることが可能と
なる。

【００１２】また請求項３記載の発明は、請求項１記載
の発明において、電流取出用リード板の材料が、ニッケ
ル、鉄、及びこれらの合金から成る群から選択されるこ
とを特徴とする。

【００１３】このように、電流取出用リード板としてニ
ッケル等を用いれば、ニッケル等はアルミニウム等より
も導電性が極めて低いので、電流取出用リード板と接続
用リード板との抵抗溶接において、十分な溶接強度を得
ることが可能となる。

【００１４】また請求項４記載の発明は、請求項１、２
又は３記載の発明において、外装缶と電流取出用リード
板とが、レーザ溶接法によって固着されていることを特
徴とする。

【００１５】また請求項５記載の発明は、請求項１記載
の発明において、電流取出用リード板が、アルミニウム
又はアルミニウム合金から成り前記外装缶と固着される
第１の層と、前記接続用リード板と固着される第２の層
とを有するクラッド板から構成されていることを特徴と
する。

【００１６】上記の如く、電流取出用リード板の第１の
層が外装缶と同質のアルミニウム又はアルミニウム合金
から構成されていれば、外装缶と電流取出用リード板と
の固着を超音波溶接法にて行うことができる。このよう
に超音波溶接法で両者を溶着した場合には、溶接時の超
音波振動により電流取出用リード板の第１の層と外装缶
との間で活性化され、超音波の摩擦熱により溶接材表面
の塑性流動等を引き起こす結果、原子結合あるいは原子
間拡散、結合される。このようなメカニズムで両者が溶
着されるので、レーザ溶接法で両者を固着する場合に比
べて小さな発熱量で溶接されることになる。したがっ
て、溶着部でクラック或いはピンホール等の不良が発生
するのを抑制することができるという効果も発揮され
る。

【００１７】また、電流取出用リード板の固着は、電池
の状態で行うのではなく、正負極及びセパレータからな
る電極体を挿入する前の外装缶に行うので、超音波によ
るエネルギー、振動、圧力といった悪影響が電池内の電
極体に及ぶようなことはなく、電池の信頼性が向上す
る。尚、電流取出用リード板と接続用リード板とは電池
の状態で溶接されるが、この場合には抵抗溶接法を用い
るので、外装缶にクラックやピンホールなどが発生する
ような悪影響が電池に及ぶことはない。

【００１８】また、超音波溶接法では、レーザ溶接法に
比べて溶接条件、使用環境条件の規制が少なく、しかも
溶接強度のバラツキを抑制することが可能である。

【００１９】加えて、超音波溶接装置はレーザ溶接装置
に比べて安価であり、しかも時間あたりの生産数量も多
いということから電池の製造コストを低減することがで
きる。

【００２０】また請求項６記載の発明は、請求項５記載
の発明の構成のうち、外装缶と電流取出用リード板とが
超音波溶接によって固着されていることを特徴とする。

【００２１】また請求項７記載の発明は、請求項５記載
の発明の構成のうち、第１の層の厚みを、０．０５〜
０．５ｍｍに規制したことを特徴とする。

【００２２】このように規制するのは、電流取出用リー
ド板の第２の層と接続用リード板とは抵抗溶接法にて溶
着するが、この際、上記範囲を逸脱すると、溶着部にク
ラック或いは亀裂等を生じる虞れがあるという理由によ
るものである。

【００２３】尚、電流取出用リード板の第１の層の材質
としては、金属アルミニウム又はアルミニウム−マンガ
ン系等のアルミニウム合金が用いられる一方、電流取出
用リード板の第２の層の材質としては、ニッケル材、鉄
ニッケルメッキ材、ステンレスニッケルメッキ材、銅ニ
ッケルメッキ材等が用いられる。

【００２４】また、本発明が適用される電池としては、
非水電解液二次電池等が例示されるが、これに限定する
ものではなく、外装缶の材料としてアルミニウム又はア
ルミニウム合金を用いる電池であれば本発明を適用しう
る。

【００２５】更に、電池缶内には、正極、負極、及び電
解液を保持するセパレータから成る発電要素が収納され
るが、これらの材料としては、非水電解液二次電池を例
にとると以下のものである。

【００２６】正極材料（活物質）としては、ＬｉＣｏＯ
₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎＯ₂、ＬｉＦｅＯ₂等が例示さ
れる。

【００２７】負極材料としては、金属リチウム又はリチ
ウムイオンを吸蔵、放出し得る合金及び炭素材料等が例
示される。

【００２８】電解液の溶媒としては、エチレンカーボネ
ート、ビニレンカーボネート、プロピレンカーボネート
などの有機溶媒、或いは、これらとジメチルカーボネー
ト、ジエチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタ
ン、１，２−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタ
ンなどの低沸点溶媒との混合溶媒が例示される。

【００２９】電解液の溶質としては、ＬｉＰＦ₆、Ｌｉ
ＣｌＯ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃等が例示される。

【００３０】

【発明の実施の形態】（第１の形態）本発明の第１の形
態を、図１及び図２に基づいて、以下に説明する。

【００３１】図１に示すように、第１の形態の角形リチ
ウムイオン電池は、金属アルミニウムから成る有底筒状
の外装缶１を有しており、この外装缶１内には、正極、
負極、及び電解液が含浸されたセパレータを備える発電
要素（図示せず）が挿入されている。また、外装缶１の
開口部は金属封口蓋８で封口される一方、外装缶１の底
部１ａの外側面には、ニッケルから成る電流取出用リー
ド板（厚み０．１５ｍｍ、幅５ｍｍ、長さ３０ｍｍ）２
がレーザ溶接法により溶着されている。

【００３２】このような構造の電池を、以下のようにし
て作製した。

【００３３】先ず、外装缶１内に発電要素を挿入した
後、外装缶１の開口部を金属封口蓋８で封口する。次
に、外装缶１の底部１ａの外側面上に電流取出用リード
板２を載置する。次いで、レーザ溶接装置を用いて、電
流取出用リード板２と外装缶１とをレーザ溶接する。こ
の際、溶接は２個所で行い、また、溶接条件は、以下の
条件で行った。溶接条件レーザエネルギー：１２Ｊパルス速度：４ｍｍ／ｓｅｃ、１０ｐｕｌｅｓ／ｓｅｃここで、この電池に接続用リード板を接続する際には、
図２に示すように、電流取出用リード板２上に、ニッケ
ルから成り保護回路９が溶接された接続用リード板５を
載置した後、一対の抵抗溶接用電極棒６（１つのみ図
示）を矢符Ａ方向に降下させ、前記レーザ溶接された２
点間の溶接されていない部分に当接させて電流を流すこ
とにより行う。これによって、一対の抵抗溶接用電極棒
６が当接した２個所で電流取出用リード板２と接続用リ
ード板５とが固着する。

【００３４】尚、上記第１の形態では、外装缶１を封口
した後に電流取出用リード板２をレーザ溶接している
が、外装缶１を封口する前に電流取出用リード板２をレ
ーザ溶接するような方法であっても良いことは勿論であ
る。

【００３５】また、上記第１の形態では、電流取出用リ
ード板２を外装缶１の外底面に固着したが、この固着位
置は外装缶１の外面であれば何れの場所でも構わない。
また、電流取出用リード板２と接続用リード板５との固
着についても、外装缶１の外表面上で必ずしも行う必要
はなく、電流取出用リード板２を外装缶１の表面上から
延出して、外装缶１から離れた位置で接続用リード板５
と固着してもよい。但し、電流取出用リード板２を外装
缶１から延出させると、電流取出用リード板固着後の電
池組み立て工程においてその延出したリード板が邪魔に
なるため、前記電流取出用リード板２は、外装缶１の表
面外には延出させないようにして固着するのが好まし
い。また、このことは、下記第２の形態にも適用され
る。

【００３６】（第２の形態）本発明の第２の形態を、図
３〜図６に基づいて、以下に説明する。

【００３７】図３に示すように、第２の形態の角形リチ
ウムイオン電池は、上記電流取出用リード板２が２層構
造を成すクラッド材（厚み、幅、長さは上記第１の形態
のものと同じ）から構成されている点、電流取出用リー
ド板２と外装缶１とが超音波溶接法により溶着されてい
る点を除く他は、上記第１の形態と同様の構成である
（尚、図３においては発電要素、金属封口蓋等を省略し
ている）。

【００３８】ここで、上記電流取出用リード板２の具体
的な構造は、図４に示すように、外装缶１側に溶着され
る第１の層２ａと、この第１の層２ａの他方の面に形成
された第２の層２ｂとから構成される。上記第１の層２
ａの厚みは０．０５ｍｍであり、また第１の層２ａは外
装缶１との溶着性を考慮して、金属アルミニウムから構
成されている。一方、上記第２の層２ｂの厚みは０．１
０ｍｍであり、また第２の層２ｂは接続用リード板との
溶着性を考慮して、ニッケルから構成されている。

【００３９】このような構造の電池を、以下のようにし
て作製した。

【００４０】図５に示すように、柱状の超音波溶接用ア
ンビル３に、開口部から外装缶１を嵌め込んで、超音波
溶接用アンビル３の頂部で外装缶１を支持する。次に、
アルミニウムから成る第１の層２ａが外装缶１側に位置
するように、外装缶１の底部１ａの外側面上に電流取出
用リード板２を載置する。次いで、超音波ホーン４を矢
符Ｂ方向に降下させて、電流取出用リード板２を押圧し
つつ電流取出用リード板２と外装缶１との超音波溶接を
行う。そして、これによって、超音波ホーン４が電流取
出用リード板２と当接した２個所で電流取出用リード板
２と外装缶１が固着する。この際の溶接機種及び溶接条
件は、以下の通りである。溶接機種及び溶接条件溶接機種：ブランソン社製９１０Ｍ超音波エネルギー：６０Ｊ周波数：２０ｋＨｚ振幅：３０μｍ加圧力：４０ＰＳＩ（１ＰＳＩ＝０．０７ｋｇｆ／ｃｍ
2 ）この後、外装缶１内に発電要素を挿入し、更に外装缶１
の開口部を金属封口蓋で封口する等の工程を経て電池を
作製した。

【００４１】ここで、この電池に接続用リード板を接続
する際には、図６に示すように、電流取出用リード板２
の第２の層２ｂ上に、ニッケルから成り保護回路９と電
気的に接続された接続用リード板５を載置した後、一対
の抵抗溶接用電極棒（１つのみ図示）６を矢符Ｃ方向に
降下させ、前記超音波溶接された２点間の溶接されてい
ない部分に当接させて電流を流すことにより行う。そし
て、これによって、一対の抵抗溶接用電極棒６が当接し
た２個所で電流取出用リード板２と接続用リード板５と
が固着する。

【００４２】また、電流取出用リード板２の製造方法と
しては、アルミニウム板とニッケル板とを重ね合わせた
後、これらを加圧及び加熱することにより作製した。

【００４３】

【実施例】上記構造の電池を用いて、以下に示すような
実験を行った。

【００４４】〔第１の形態に関連する実験〕（実験１）前記第１の形態において、外装缶と電流取出
用リード板とをレーザ溶接した後に、両者間の引っ張り
強度を測定したので、その結果を下記表１に示す。尚、
引っ張り強度の測定は、電流取出用リード板を垂直方向
に折り曲げて引っ張ることにより測定した。また、試料
数は２個とし、表１に示す引っ張り強度の値は、レーザ
溶接２点中の１点の値である。

【００４５】

【表１】上記表１から明らかなように、外装缶と電流取出用リー
ド板とをレーザ溶接すれば、十分な引っ張り強度を有し
ていることが認められる。（実験２）前記第１の形態に示すように、接続用リード
板と電池（電流取出用リード板）とを抵抗溶接法で溶接
した場合の、保護回路の帯電比率を調べたので、その結
果を下記表２に示す。尚、比較として、接続用リード板
と電池（外装缶）とをレーザ溶接法で溶接した場合の、
保護回路の帯電比率も調べた。

【００４６】

【表２】上記表２から明らかなように、接続用リード板と電池と
を抵抗溶接法で溶接した場合には、保護回路が全く帯電
していないのに対して、接続用リード板と電池とをレー
ザ溶接法で溶接した場合には、保護回路が帯電するもの
があるということが認められる。

【００４７】〔第２の形態に関連する実験〕（実験１）前記第２の形態において、外装缶と電流取出
用リード板とを超音波溶接した後に、両者間の引っ張り
強度を測定したので、その結果を下記表３に示す。尚、
溶接条件はエネルギーを変化させること以外は上記発明
の実施の態様で示した条件と同様の条件であり、引っ張
り強度の測定は、電流取出用リード板を垂直方向に折り
曲げて引っ張ることにより測定した。また、試料数は各
２個とし、表３に示す引っ張り強度の値は、超音波溶接
２点中の１点の値である。

【００４８】

【表３】上記表３から明らかなように、外装缶と電流取出用リー
ド板とを超音波溶接すれば、十分な引っ張り強度を有し
ていることが認められる。

【００４９】尚、超音波エネルギーが小さい場合には、
若干引っ張り強度が小さくなるが、この場合には加圧力
を増加させること等により、引っ張り強度を大きくする
ことが可能である。（実験２）前記第２の形態において、電流取出用リード
板と接続用リード板とを抵抗溶接した後に、両者間の引
っ張り強度を測定したので、その結果を下記表４に示
す。尚、接続用リード板としては３ｍｍ幅のものと５ｍ
ｍ幅のものとを用い、試料数は各２個とした。また、表
４に示す引っ張り強度の値は、抵抗溶接２点中の１点の
値である。

【００５０】

【表４】上記表４から明らかなように、電流取出用リード板と接
続用リード板とを抵抗溶接すれば、接続用リード板の幅
の大小に係わらず、十分な引っ張り強度を有しているこ
とが認められる。（実験３）前記第２の形態において、外装缶と電流取出
用リード板とを超音波溶接し、更に電解液を塗布した
後、所定期間保存し、両者間の引っ張り強度を測定し
た。測定に使用した試料数は７個であり、その試料のう
ち３個は保存前、２個は２日保存後、２個は１３日保存
後、１個は２２日保存後においてその強度を測定した。
この結果を下記表５に示す。尚、溶接条件は上記発明の
実施の態様で示した条件と同様の条件であり、引っ張り
強度の測定は、電流取出用リード板を垂直方向に折り曲
げて引っ張ることにより行い、超音波溶接２点中の１点
の値で示している。また、電解液としては、エチレンカ
ーボネートとジエチルカーボネートとを４０：６０（体
積比）で混合した混合溶媒に、溶質としてのＬｉＰＦ6
を１モル／リットルの割合で溶解したものを用いた。

【００５１】

【表５】上記表５から明らかなように、電解液を塗布して保存し
た後であっても、十分な引っ張り強度を有していること
が認められる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、外
装缶と接続用リード板とを直接溶接しなくても良いの
で、保護回路と電気的に接続された接続用リード板の溶
接を抵抗溶接法で行うことが可能となる。この結果、保
護回路が帯電するのを防止することができ、接続用リー
ド板をレーザ溶接法にて溶接した場合に比べて、保護回
路の信頼性を向上させることができる。

【００５３】また、電流取出用リード板を、アルミニウ
ム等から成り外装缶と固着される第１の層と、前記接続
用リード板と固着される第２の層とを有するクラッド板
から構成されている場合には、超音波溶接法により外装
缶と電流取出用リード板とを溶接できるので、溶接条
件、使用環境条件の規制が少なく、しかも溶接強度のバ
ラツキを抑制することが可能である。また、超音波溶接
装置はレーザ溶接装置に比べて安価であり、しかも時間
あたりの生産数量も多いということから電池の製造コス
トを低減することができる。加えて、電流取出用リード
板の固着は電池作製前の外装缶に行うので、超音波によ
るエネルギー、振動、圧力といった悪影響が電池内の電
極体に及ぶようなことはなく、電池の信頼性が向上する
といった優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例に係る電池の断面図である。

【図２】本発明の一例に係る電池に接続用リード板を溶
着する工程を示す断面図である。

【図３】本発明の他の例に係る電池の半断面図である。

【図４】本発明の他の例に係る電池に用いられる電流取
出用リード板の断面図である。

【図５】本発明の他の例に係る電池を作製する場合の超
音波溶接工程を示す半断面図である。

【図６】本発明の他の例に係る電池に接続用リード板を
溶着する工程を示す断面図である。

【図７】従来の電池に接続用リード板を溶着する工程を
示す断面図である。

【符号の説明】

１：外装缶２：電流取出用リード板２ａ：第１の層２ｂ：第２の層５：接続用リード板９：保護回路

フロントページの続き (72)発明者森脇和郎大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者高橋昌利大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム又はアルミニウム合金から
成る有底筒状の外装缶の外面に電流取出用リード板を固
着した後、電池の保護回路と電気的に接続された接続用
リード板を前記電流取出用リード板に抵抗溶接すること
によって固着したことを特徴とする電池の製造方法。
【請求項２】前記電流取出用リード板が、アルミニウ
ム及びアルミニウム合金よりも導電性が低い金属板から
成る請求項１記載の電池の製造方法。
【請求項３】前記電流取出用リード板の材料が、ニッ
ケル、鉄、及びこれらの合金から成る群から選択される
請求項１記載の電池の製造方法。
【請求項４】前記外装缶の外面にレーザ溶接によって
前記電流取出用リード板を固着する請求項１、２又は３
記載の電池の製造方法。
【請求項５】前記電流取出用リード板が、アルミニウ
ム又はアルミニウム合金から成り前記外装缶と固着され
る第１の層と、前記接続用リード板と固着される第２の
層とを有するクラッド板から構成されている請求項１記
載の電池の製造方法。
【請求項６】前記外装缶の外面と前記電流取出用リー
ド板が超音波溶接によって固着している請求項５記載の
電池の製造方法。
【請求項７】前記第１の層の厚みが、０．０５〜０．
５ｍｍである請求項５記載の電池の製造方法。