JP2007200669A - 電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマ溶接によってリード端子４を外部端子７の接続部７ａに接続固定することにより、金属スパッタの飛散による絶縁不良が生じない電池の製造方法を提供する。
【解決手段】発電要素３の正極に接続されたリード端子４を、蓋板２に取り付けられたピン状の外部端子７における電池ケース内部側に配置された接続部７ａにプラズマ溶接により接続固定する。また、このプラズマ溶接は、リード端子４の先端部の嵌合孔４ａに外部端子７の接続部７ａの凸部７ｂを嵌合させた状態で、この凸部７ｂの頂部に放電プラズマを照射することにより行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、円筒型の非水電解質二次電池等において、発電要素の電極に接続されたリード端子を、電池ケースに取り付けられた外部端子に接続する電池の製造方法に関するものである。

図５に示す円筒型の非水電解質二次電池は、有底筒状の電池容器１の上端開口部に円板状の蓋板２を嵌め付けることにより電池ケースを構成する。この電池容器１の内部には、円筒形巻回型の発電要素３が収納される。発電要素３は、正負極の電極をセパレータを介して円筒形に巻回したものであり、正極と負極の上端縁部には、それぞれリード端子４，５の基部が接続されている。正極に接続されたリード端子４は、アルミニウム板やアルミニウム合金板からなり、負極に接続されたリード端子５は、ニッケル合金板からなる。そして、この負極に接続されたリード端子５は、先端部が電池容器１の筒状の内面に接続固定されるので、電池ケースを構成する電池容器１と蓋板２が非水電解質二次電池の負極端子となる。

上記蓋板２には、この蓋板２の上下に貫通すると共に絶縁封止材６を介して絶縁封止された外部端子７が取り付けられている。そして、上記発電要素３の正極に接続されたリード端子４の先端部を、この外部端子７における蓋板２の下方側に突出した接続部に接続固定することにより、この外部端子７を非水電解質二次電池の正極端子としている。

ここで、上記外部端子７の接続部が金属板である場合には、同様の金属板からなるリード端子４の先端部を抵抗溶接や超音波溶接により容易に接続固定することができる。しかしながら、外部端子７は、ピン状のようなある程度の厚みのある形状の金属材料を用いるので、接続部を金属板とするには、この金属板を外部端子７にカシメやねじ止め等によって固定する工程が必要となり、部品点数や組み立て工数が増加する。これに対して、外部端子７の端面等にリード端子４の先端部を直接接続固定できれば、生産性の向上に寄与することができる。ただし、ピン状の外部端子７の端面等にリード端子４の先端部を超音波溶接により接続固定することは困難である。このため、このような場合、従来は、抵抗溶接を用いて、ピン状の外部端子７の端面等にリード端子４の先端部を接続固定していた。

ところが、上記抵抗溶接は、溶接時に金属スパッタが周囲に飛散するので、この飛散した金属スパッタが絶縁封止材６や他の絶縁材を貫通して外部端子７と蓋板２や電池容器１との間に短絡を生じさせるおそれが生じる。特に非水電解質二次電池では、正極に接続されたリード端子４にアルミニウム板やアルミニウム合金板が使用されるので、溶接の際にこの金属スパッタが飛散しやすくなる。このため、従来は、ピン状の外部端子７の端面等にリード端子４を直接接続固定する場合に、抵抗溶接を用いていたために、絶縁不良が発生して歩留りが低下し、生産性の向上が阻害されるという問題が生じていた。

本発明は、プラズマ溶接によってリード端子を外部端子の接続部に接続固定することにより、金属スパッタの飛散による絶縁不良が生じない電池の製造方法を提供しようとするものである。

請求項１の電池の製造方法は、発電要素の電極に接続されたリード端子を、電池ケースに取り付けられたピン状外部端子における電池ケース内部側に配置された接続部にプラズマ溶接により接続固定することを特徴とする。

請求項２の電池の製造方法は、前記ピン状外部端子の接続部に凸部が形成されると共に、前記リード端子に嵌合孔が穿設され、このリード端子の嵌合孔に接続部の凸部を嵌合させた状態で、この凸部の頂部に放電プラズマを照射することにより前記プラズマ溶接が行われることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、リード端子がピン状外部端子の接続部にプラズマ溶接により接続固定されるので、溶接時に金属スパッタの飛散がなくなり、この外部端子に絶縁不良が発生するのを防止することができるようになる。

この請求項１の発明は、電池が非水電解質二次電池であり、電極が正極であり、リード端子がこの正極に溶接されたアルミニウム板又はアルミニウム合金板である場合に特に有効なものとなる。つまり、非水電解質二次電池は、正極に接続されたリード端子にアルミニウム板やアルミニウム合金板が使用されるので、従来の抵抗溶接では、特に金属スパッタが飛散しやすくなっていたが、このようなアルミニウム板等からなるリード端子をプラズマ溶接により接続固定するので、金属スパッタの飛散を確実に抑制することができるようになる。

請求項２の発明によれば、リード端子の嵌合孔に嵌合させた接続部の凸部の頂部にプラズマ溶接が行われるので、放電プラズマを凸部の頂部に集中させることができ、リード端子が薄い金属板からなる場合であっても、金属スパッタの飛散を防止して確実に溶接を行うことができるようになる。

以下、本発明の最良の実施形態について図１〜図４を参照して説明する。なお、これらの図においても、図５に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。

本実施形態は、図５に示した従来例と同様の円筒型の非水電解質二次電池について説明する。この非水電解質二次電池の外装を覆う電池ケースは、従来例と同様に、ステンレス鋼からなる有底筒状の電池容器１の上端開口部に、ステンレス鋼からなる円板状の蓋板２を嵌め付けて構成される。また、この電池容器１に収納される円筒形巻回型の発電要素３の構成も従来例と同じであり、この発電要素３の正極には、リボン状のアルミニウム板又はアルミニウム合金板からなるリード端子４が接続されると共に、負極には、リボン状のニッケル合金板からなるリード端子５が接続されている。そして、この負極に接続されたリード端子５は、先端部を電池容器１の筒状の内面に接続固定することにより、電池ケースを構成する電池容器１と蓋板２を非水電解質二次電池の負極端子としている。

ここで、非水電解質二次電池は、発電要素３の正極の集電体基材やこの正極に接続されるリード端子４の金属材料に、正極電位で非水電解液に溶解しないものを使用する必要があり、このためにアルミニウムやアルミニウム合金が用いられる。なお、リード端子４，５は、発電要素３の電極の集電体基材に接続した別部品には限定されず、これらの電極の集電体基材の一部をリボン状に突出させて形成したものであってもよい。発電要素３の正極の集電体基材には、アルミニウムやアルミニウム合金からなるアルミニウム箔が用いられ、負極の集電体基材には、主に銅や銅合金からなる銅箔が用いられる。

上記蓋板２には、図１及び図２に示すように、正極端子となる外部端子７が取り付けられている。外部端子７は、ステンレス鋼からなるピン状の端子であり、蓋板２に形成された貫通孔を通して上下に貫通して配置される。また、この外部端子７は、ガラスハーメチックシールによって蓋板２の貫通孔に充填されたガラス製の絶縁封止材６を介して固定されているので、この絶縁封止材６によって蓋板２との間が封止されると共に絶縁されている。

上記外部端子７は、蓋板２の下方側に突出した部分の下端面が接続部７ａとなって、この接続部７ａに上記リード端子４が接続固定される。接続部７ａは、ピン状の外部端子７の平坦な下端面であり、中央部に、この平坦な下端面よりもさらに下方に突出する凸部７ｂが形成されている。また、リード端子４には、先端部に嵌合孔４ａが穿設されている。嵌合孔４ａは、外部端子７の接続部７ａの凸部７ｂが嵌合するような大きさの孔である。そして、この凸部７ｂは、リード端子４の厚さよりも十分に多く突出するようになっている。

以下に、外部端子７の接続部７ａにリード端子４の先端部を接続固定する方法を説明する。リード端子４は、図３に示すように、先端部を外部端子７の接続部７ａの平坦な下端面に沿わせて、嵌合孔４ａに凸部７ｂを嵌合させる。なお、実際には、リード端子４が蓋板２に不用意に接触するのを防止するために、この蓋板２の下面には、外部端子７の接続部７ａの付近が開口した樹脂製の絶縁シート８が配置される。

リード端子４の嵌合孔４ａに凸部７ｂが嵌合すると、下方から溶接トーチ９を接近させて、この嵌合孔４ａからさらに下方に突出した凸部７ｂの下向きの頂部に、図３の矢印Ａに示すように放電プラズマを照射することによりプラズマ溶接を行う。この際、溶接トーチ９から照射される放電プラズマは、この溶接トーチ９に最も接近した導電性金属である凸部７ｂの頂部に集中し、しかも、この放電プラズマは１００００℃にも及ぶ高温となるため、凸部７ｂの頂部付近のステンレス鋼を確実に溶融させることができる。

このため、溶接トーチ９から照射された放電プラズマにより凸部７ｂの頂部が溶融すると、図４に示すように、この溶融したステンレス鋼がリード端子４における嵌合孔４ａの周囲の下面を覆って確実に接続固定することができる。しかも、この放電プラズマによる溶接では、外部端子７のステンレス鋼やリード端子４のアルミニウム又はアルミニウム合金が金属スパッタとして飛散するようなこともほとんどなくなる。なお、実際の溶接作業は、図３及び図４の上下の配置を逆にして、溶接トーチ９を上方から近づけるようにした方が、溶融した凸部７ｂの頂部のステンレス鋼が自然に流れてリード端子４の表面を覆いやすくなる。

ここで、リード端子４は、リボン状のアルミニウム板又はアルミニウム合金板からなり、融点は６６０℃前後となるが、実際には表面に酸化アルミニウム被膜が形成され、この酸化アルミニウムの融点は２０５０℃の高温となる。従って、リード端子４の表面の酸化アルミニウム被膜は、超音波溶接のような機械的な振動により破壊するか、２０５０℃以上の高温による溶接を行わない限り、溶融した金属界面に残存して溶接を不完全なものにするおそれがある。しかも、リード端子４自体を溶接により２０５０℃以上の極めて高い温度にすると、プラズマ溶接を用いた場合であっても、融点が６６０℃前後のアルミニウム又はアルミニウム合金の地金が沸騰して、金属スパッタとして飛散するおそれが生じる。

しかしながら、本実施形態のようにプラズマ溶接を用いて放電プラズマを凸部７ｂの頂部に集中させれば、主にこの凸部７ｂの頂部のステンレス鋼が溶融するので、リード端子４のアルミニウム又はアルミニウム合金の地金の温度が高くなりすぎるようなことがなくなる。また、溶融した凸部７ｂの頂部のステンレス鋼は、十分に高温の状態でリード端子４における嵌合孔４ａの周囲の表面を覆うので、この表面の酸化アルミニウム被膜を溶融させると共に、地金となるアルミニウム又はアルミニウム合金と融合して確実に溶接されるようになる。

この結果、本実施形態によれば、アルミニウム板又はアルミニウム合金板からなるリード端子４をステンレス鋼からなる外部端子７の接続部７ａに接続するものであるにもかかわらず、プラズマ溶接を用いることにより、溶接時に金属スパッタの飛散がなくなり、この外部端子７に絶縁不良が発生するのを防止することができるようになる。

なお、上記実施形態では、外部端子７の接続部７ａに円柱状の凸部７ｂを形成すると共に、リード端子４の先端部に円形の嵌合孔４ａを穿設する場合を示したが、これらの凸部７ｂと嵌合孔４ａは、適度な隙間を介して嵌合する形状であれば、この形状は任意であり、例えば多角柱状と多角孔の孔としてもよい。

また、上記実施形態では、外部端子７の接続部７ａに凸部７ｂを形成すると共に、リード端子４の先端部に嵌合孔４ａを穿設する場合を示したが、これらの凸部７ｂと嵌合孔４ａがない場合にも、本発明は同様に実施可能である。この際、プラズマ溶接による放電プラズマは、接続部７ａに沿わせたリード端子４の先端部に照射すればよい。ただし、上記実施形態のように、リード端子４がアルミニウム板又はアルミニウム合金板からなる場合には、融点の低いアルミニウム又はアルミニウム合金の表面が融点の高い酸化アルミニウム被膜で覆われるために、プラズマ溶接を用いたとしても金属スパッタの飛散を完全に防ぐことは困難となるので、凸部７ｂや嵌合孔４ａを設けることが好ましい。

また、上記実施形態では、外部端子７をガラス製の絶縁封止材６を介したハーメチック端子とした場合を示したが、蓋板２への取り付け手段は、ガラスハーメチックシールに限らず、他のハーメチックシールであってもよく、その他の絶縁封止材を介したねじ止め等の任意の手段を用いることもできる。さらに、この外部端子７は、蓋板２に代えて電池容器１に取り付けることもできる。

また、上記実施形態では、正極端子である外部端子７に発電要素３の正極に接続されたリード端子４を接続固定する場合を示したが、負極端子の外部端子を用いる場合には、発電要素３の負極に接続されたリード端子５をこの外部端子に接続固定する際に本発明を実施することもできる。非水電解質二次電池では、正極に接続されたリード端子４としてアルミニウム又はアルミニウム合金を用いるのが一般的であるが、負極に接続されたリード端子５には、上記実施形態のようなニッケル合金や銅合金等を用いることが多く、このような場合には、凸部や嵌合孔を設けなくても、プラズマ溶接によって金属スパッタを飛散させることなく確実に接続固定することができるようになる。

また、上記実施形態では、電池ケースを電池容器１と蓋板２で構成する場合を示したが、この電池ケースの構成も任意であり、形状も円筒型には限定されない。さらに、上記実施形態では、電池ケース内部に円筒形巻回型の発電要素３を収納する場合を示したが、他の形状や他の積層型等の発電要素３を用いることもできる。さらに、上記実施形態では、非水電解質二次電池について説明したが、電池の種類も、これに限定されることはない。

上記実施形態で示した非水電解質二次電池におけるリード端子４と外部端子７の接続固定にプラズマ溶接を用いた場合と、従来の抵抗溶接を用いた場合の絶縁不良の発生数を比較した結果を示す。

ここで、外部端子７の接続部７ａに形成された凸部７ｂは、外径を１．０ｍｍとし、高さを０．９ｍｍとした。また、リード端子４の嵌合孔４ａは、開口径を１．２ｍｍとした。さらに、プラズマ溶接は、溶射時間を１２０ｍ秒とし、電流値を２７Ａとした。

上記条件で、１０００個ずつの非水電解質二次電池について、プラズマ溶接と抵抗溶接による接続固定を行って、絶縁検査により絶縁不良と判断された個数を集計した結果、抵抗溶接の場合には不良品が１９個発生したのに対して、プラズマ溶接を用いた場合には、不良品が１個しか発生しなかった。この結果、リード端子４と外部端子７の接続固定にプラズマ溶接を用いた場合には、絶縁不良が発生することによる歩留りの低下を防止できることが分かる。

本発明の一実施形態を示すものであって、蓋板に取り付けられた外部端子と正極に接続されたリード端子の先端部とを示す部分拡大組み立て斜視図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、蓋板に取り付けられた外部端子と正極に接続されたリード端子の先端部とを示す部分拡大縦断面正面図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、リード端子を外部端子にプラズマ溶接により接続固定する工程を示す部分拡大縦断面正面図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、リード端子を外部端子にプラズマ溶接により接続固定した状態を示す部分拡大縦断面正面図である。 従来例を示すものであって、円筒型の非水電解質二次電池の構造を示す組み立て斜視図である。

符号の説明

１ 電池容器
２ 蓋板
３ 発電要素
４ リード端子
４ａ 嵌合孔
６ 絶縁封止材
７ 外部端子
７ａ 接続部
７ｂ 凸部
９ 溶接トーチ

Claims (2)

1. 発電要素の電極に接続されたリード端子を、電池ケースに取り付けられたピン状外部端子における電池ケース内部側に配置された接続部にプラズマ溶接により接続固定することを特徴とする電池の製造方法。
2. 前記ピン状外部端子の接続部に凸部が形成されると共に、前記リード端子に嵌合孔が穿設され、このリード端子の嵌合孔に接続部の凸部を嵌合させた状態で、この凸部の頂部に放電プラズマを照射することにより前記プラズマ溶接が行われることを特徴とする請求項１に記載の電池の製造方法。

Images