JP2010040261A - 電池の溶接方法および非水電解質二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池における電極体の極板端縁部２と集電端子４との接合を局部的に短時間で溶接可能にすることによって、溶接部と絶縁シートとの間隔を狭くしても絶縁シートを溶融させることなく、しいては電池を小型化することを可能にした溶接方法およびその電池を提供することである。
【解決手段】トーチ７を用いて電池の極板端縁部２と集電端子４とを溶接して接合する電池の溶接方法であって、アーク溶接のアーク柱を絞って小径化する連通穴８ａを溶接個所４ｂに応じた位置に備えた治具８を、トーチ７と溶接個所４ｂとの間に挿入して用い、連通穴８ａを介して溶接するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池の溶接方法および非水電解質二次電池に関し、詳しくは、電極体と集電端子とを有する電池の、電極体の極板端縁部と集電端子とを溶接する溶接方法および、非水電解質二次電池に関する。

近年の電気製品の軽量化、小型化に伴い高いエネルギー密度を有する非水系二次電池（たとえばリチウム二次電池）が注目され様々な研究・開発が進められている。また、環境問題から電池自動車や電力を動力の一部に利用したハイブリッド車の実用化が盛んに行われており、今後更なる車種展開には電池の小型化技術の開発が不可欠な状況である。

現状の非水系二次電池は、電気エネルギーが蓄えられた（あるいは電気エネルギーを発生する）電極体（発電素子）と、この電極体からエネルギーを外部に取り出すための集電端子と、を有し、電極体と集電端子とを接合した構成となっている。この接合の方法としては、レーザ、光ビーム、アーク等のように被溶接体に熱エネルギーを投入し、溶融接合する方法等が用いられる。特許文献１は、汎用的用途のレーザ照射パルスアーク溶接方法について開示している。
特開２００５−１３１６４７号公報

溶接では、特にアークでは、その熱源であるアークが溶接部周辺に当たって高温になる。被溶接体が電池である場合には電極体の極板端縁部と集電端子とを溶接するが、その場合、アークの溶接熱の影響で電極体の絶縁シートが溶けて短絡するおそれがある。この問題を避けるためには、溶接部と絶縁シートとの間隔を広くとらなければならず、電池の小型化に対する障害となっていた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、電池における電極体の極板端縁部と集電端子との接合を局部的に短時間で溶接可能にすることによって、溶接部と絶縁シートとの間隔を狭くしても絶縁シートを溶融させることなく、ひいては電池を小型化することを可能にした溶接方法およびその電池を提供することを目的とする。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。

請求項１記載の発明は、トーチを用いて電池の極板端縁部と集電端子とを溶接して接合する電池の溶接方法であって、アーク溶接のアーク柱を絞って小径化する連通穴を溶接個所に応じた位置に備えた治具を、前記トーチと溶接個所との間に挿入して用い、前記連通穴を介して溶接することを特徴とするものである。

請求項１記載の発明によれば、電池における電極体の極板端縁部と集電端子との接合を局部的に短時間で溶接可能にすることによって、溶接部と絶縁シートとの間隔を狭くしても絶縁シートを溶融させることなく、しいては電池を小型化することを可能にした溶接方法およびその電池を提供することができるという効果を奏する。

すなわち、請求項１記載の発明によれば、治具をトーチと溶接個所との間に配置し、治具の連通穴で小径化して局部的に集中させたアーク柱によって極板端縁部と集電端子との溶接を行うようにしたので、局部的に短時間での溶接を行うことができるという効果を奏する。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記治具の連通穴が、前記トーチ側が大口径であり前記溶接個所側が小口径であるテーパを有することを特徴とするものである。

請求項２によれば、連通穴は、トーチ側では大口径であり、溶接個所側では小口径であるため、アーク柱を効率的に集中させ小径化することができるという効果を奏する。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記治具が非導電性で且つ熱伝導率の高い材質であることを特徴とするものである。

請求項３によれば、治具が非導電性であるため、アーク溶接の際に極性を帯びることなく、またスパークする問題もなく、正確に溶接することができるという効果を奏する。

また請求項３によれば、治具が熱伝導率の高いものであるため、放熱性がよく、アーク溶接の際に連通穴が変形してしまうことなどを防ぐことができるという効果を奏する。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の発明において、前記治具のうち、少なくとも前記トーチによるアークのエネルギーが直接当たる面に熱伝導率の高い非鉄金属を設けたことを特徴とするものである。

請求項４によれば、治具の少なくともエネルギーが直接当たる面に熱伝導率の高い非鉄金属を設けたので、治具の放熱性を高め、また強度を高めることができるという効果を奏する。

請求項５記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記治具が前記トーチ側層および前記溶接個所側層の２層構造であり、前記トーチ側層は熱伝導率の高い非鉄金属層であり、前記溶接個所側層は非導電性で且つ熱伝導率の高いセラミック層であることを特徴とするものである。

請求項５によれば、治具を２層構造にし、トーチ側層を熱伝導率の高い非鉄金属層にし、溶接個所側層を非導電性で且つ熱伝導率の高いセラミック層にしたので、治具の放熱性を高め、また強度を高めることができるし、溶接熱で連通穴が変形してしまうことなどを防ぐことができるという効果を奏する。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の発明において、前記溶接個所が複数個所であり、前記治具が、前記溶接個所に応じた位置のみが前記連通穴によって開口し、該治具の連通穴以外の面によって、前記トーチによるアークのエネルギーが前記溶接個所以外の個所に当たらないようにしたことを特徴とするものである。

請求項６によれば、トーチによるアークのエネルギーが溶接対象物すなわち電池の溶接個所以外には当たらないように、治具の連通穴以外の部分でアーク柱を遮るようにしているので、トーチを駆動したままで移動させ、溶接個所のみにエネルギーを加えることができるという効果を奏する。すなわち、複数個所を溶接する際に、溶接個所でトーチを駆動し、終了したら停止し、次の溶接個所に移動したら再度駆動するといった手間を省くことができ、効率的な溶接作業を行うことができるという効果を奏する。

請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１つに記載の発明において、前記集電端子が、前記極板端縁部と前記集電端子とを接合する接合部の放熱を抑制する抑制部を有することを特徴とするものである。

請求項７によれば、電池の集電端子が、接合部の放熱を抑制する抑制部を有しているので、接合部に加えられたエネルギーを他に逃がすことなく溶接のために使用でき、低エネルギーでの溶接を可能にすることができるという効果を奏する。

請求項８記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１つに記載の発明において、前記集電端子のエネルギー投入面に溶材となる突起部を有し、前記突起部にエネルギーを投入して該突起部を溶融させ、該溶融によって前記極板端縁部と前記集電端子とを溶接することを特徴とするものである。

請求項８によれば、集電端子の突起部を溶材として用いるので、外部から溶材を供給する必要がない。このため、たとえば治具のため、外部から溶材を供給するスペースがなくても溶接を行うことができるという効果を奏する。

請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、前記集電端子のエネルギー投入面の反対面に前記極板端縁部を位置させ、前記突起部へのエネルギー投入による該突起部の熔け流れによって、前記極板端縁部と前記集電端子とを溶接することを特徴とするものである。

請求項９によれば、集電端子の突起部を溶材として用い、その熔け流れが下方の極板端縁部に達して溶接されるので、外部から溶材を供給する必要がないし、溶材供給位置を調節する必要もないので、容易に溶接することができるという効果を奏する。

請求項１０記載の発明は、請求項８または９に記載の発明において、前記集電端子が、前記極板端縁部と前記集電端子とを接合する接合部の放熱を抑制する抑制部を有し、前記集電端子に抜き穴を設けることによって、前記突起部および前記抑制部を形成することを特徴とするものである。

請求項１０によれば、集電端子に抜き穴を設けることによって同時に抑制部および突起部を形成することができるので、集電端子を少ない工数で製造することができるという効果を奏する。

請求項１１記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の発明において、前記治具の連通穴の断面形状が前記溶接個所の形状に応じた形状であることを特徴とするものである。

請求項１１によれば、連通穴の断面形状が溶接個所の形状に応じた形状にしたので、溶接個所に適した形状にアーク柱を絞り込むことができ、効率のよい溶接を行うことができるという効果を奏する。

請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の発明において、前記治具の連通穴の断面形状が円形であることを特徴とするものである。

請求項１２によれば、連通穴の断面形状が円形にしたので、アーク柱を局部的に絞り込むことができ、効率のよい溶接を行うことができるという効果を奏する。

請求項１３記載の発明は、請求項８乃至１０のいずれか１つに記載の発明において、前記治具の連通穴の断面形状が前記溶接個所の形状に応じた形状であって、前記突起部の方向に長い楕円形状であることを特徴とするものである。

請求項１３によれば、連通穴の断面形状が溶接個所の形状に応じた形状、突起部の方向に長い楕円形状にしたので、突起部を溶材として使用する際に突起部に対して直接入熱することができ、溶接個所に適した形状にアーク柱を絞り込むことができ、効率のよい溶接を行うことができるという効果を奏する。

請求項１４記載の発明は、請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の発明において、溶接方式がプラズマ溶接またはＴＩＧ溶接であることを特徴とするものである。

請求項１４によれば、電池の溶接を、汎用的なプラズマ溶接またはＴＩＧ溶接で行うことができるという効果を奏する。

請求項１５記載の発明は、請求項１乃至１４のいずれか１つに記載の発明において、前記電池が非水電解質二次電池であることを特徴とするものである。

請求項１５によれば、非水電解質二次電池の極板端縁部と集電端子との溶接を行う方法を提供することができるという効果を奏する。

請求項１６記載の発明は、極板端縁部と集電端子とが溶接された非水電解質二次電池であって、前記集電端子が、前記極板端縁部と前記集電端子とを接合する接合部の放熱を抑制する抑制部を有することを特徴とするものである。

請求項１６によれば、集電端子が接合部の放熱を抑制する抑制部を有しているので、接合部に加えられたエネルギーを他に逃がすことなく溶接のために使用でき、低エネルギーでの溶接を可能にすることができるという効果を奏する。

請求項１７記載の発明は、請求項１６記載の発明において、前記集電端子が、エネルギー投入によって溶融して前記極板端縁部と前記集電端子とを溶接する突起部を有することを特徴とするものである。

請求項１７によれば、集電端子の突起部を溶材として用いるので、外部から溶材を供給する必要がない。このため、たとえば治具のため、外部から溶材を供給するスペースがなくても溶接を行うことができるという効果を奏する。

請求項１８記載の発明は、請求項１７記載の発明において、前記集電端子のエネルギー投入面の反対面に前記極板端縁部が位置し、前記突起部へのエネルギー投入による該突起部の熔け流れによって、前記極板端縁部と前記極板端縁部とが溶接されていることを特徴とするものである。

請求項１８によれば、集電端子の突起部を溶材として用い、その熔け流れが下方の極板端縁部に達して溶接されるので、外部から溶材を供給する必要がないし、溶材供給位置を調節する必要もないので、容易に溶接することができるという効果を奏する。

請求項１９記載の発明は、請求項１６乃至１８のいずれか１つに記載の発明において、前記集電端子に設けた抜き穴によって、前記突起部および前記抑制部が形成されていることを特徴とするものである。

請求項１９によれば、集電端子に抜き穴を設けることによって同時に抑制部および突起部を形成することができるので、集電端子を少ない工数で製造することができるという効果を奏する。

以下、本発明の溶接方法およびその電池を具体化した一実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。

なお、本実施形態の非水電解質二次電池は、電極体と集電端子とを溶接で接合するものであるが、非水電解質二次電池を構成する材質等の、本発明の溶接に係る構成以外の構成は、従来公知の非水電解質二次電池と同様の構成とすることができる。以下の説明では、非水電解質二次電池がリチウム電池である場合について説明するが、本発明はこれに限られるものではない。

リチウム電池は、リチウムを吸蔵、放出可能な正極および負極と、電解質塩を非水溶媒に溶解させてなる非水電解液とを有する。

正極は、リチウムイオンを充電時には放出し、かつ放電時には吸蔵することができれば、その材料構成で特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。特に、正極活物質、導電材および結着材を混合して得られた合材が集電体に塗布された塗布部と、塗布されずに集電体が露出した未塗布部とを備えたシート状の正極板を用いることが好ましい。

正極活物質には、その活物質の種類で特に限定されるものではなく、公知の活物質を用いることができる。たとえば、ＴｉＳ_２、ＴｉＳ_３、ＭｏＳ_３、ＦｅＳ_２、Ｌｉ_{（１−ｘ）}ＭｎＯ_２、Ｌｉ_{（１−ｘ）}Ｍｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_{（１−ｘ）}ＣｏＯ_２、Ｌｉ_{（１−ｘ）}ＮｉＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５等の化合物を挙げることができる。ここで、ｘは０〜１を示す。また、これらの化合物の混合物を正極活物質として用いてもよい。さらに、Ｌｉ_１−ｘＭｎ_２＋ｘＯ_４、ＬｉＮｉ_１−ｘＣｏ_ｘＯ_２などのようにＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＮｉＯ_２の遷移金属元素の一部を少なくとも１種類以上の他の遷移金属元素あるいはＬｉで置き換えたものを正極活物質としてもよい。

正極活物質としては、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２等のリチウムおよび遷移金属の複合酸化物がより好ましい。すなわち、電子とリチウムイオンの拡散性能に優れるなど活物質としての性能に優れているため、高い充放電効率と良好なサイクル特性とを有する電池が得られる。

結着剤は、活物質粒子をつなぎ止める作用を有する。結着剤としては、有機系結着剤や、無機系結着剤を用いることができ、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の化合物を挙げることができる。

導電剤は、正極の電気伝導性を確保する作用を有する。導電剤としては、たとえば、カーボンブラック、アセチレンブラック、黒鉛等の炭素物質の１種または２種以上の混合したものを挙げることができる。

また、正極の集電体としては、たとえば、アルミニウム、ステンレスなどの金属、その合金を網、パンチドメタル、フォームメタルや板状に加工した箔などを用いることができる。

負極は、リチウムイオンを充電時には吸蔵し、かつ放電時には放出することができれば、その材料構成で特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。特に、負極活物質および結着剤を混合して得られた合材が集電体に塗布された塗布部と、塗布されずに集電体が露出した未塗布部とを備えたシート状の負極板を用いることが好ましい。

負極活物質としては、特に限定されるものではなく、公知の活物質を用いることができる。たとえば、結晶性の高い天然黒鉛や人造黒鉛などの炭素材料、金属リチウムやリチウム合金、スズ化合物などの金属材料、導電性ポリマーなどを挙げることができる。

結着剤は、活物質粒子をつなぎ止める作用を有する。結着剤としては、有機系結着剤や、無機系結着剤を用いることができ、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の化合物を挙げることができる。

負極の集電体としては、たとえば、銅、ニッケルなどを網、パンチドメタル、フォームメタルや板状に加工した箔などを用いることができる。

非水電解液は、通常のリチウム二次電池に用いられる電解液であればよく、電解質塩と非水溶媒とから構成される。

電解質塩としては、たとえば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３、ＬｉＩ、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＮａＣｌＯ_４、ＮａＢＦ_４、Ｎａｌ等を挙げることができ、特に、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６などの無機リチウム塩、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_ｘＦ_２ｘ＋１）（ＳＯ_２Ｃ_ｙＦ_２ｙ＋１）で表される有機リチウム塩を挙げることができる。ここで、ｘおよびｙは１〜４の整数を表し、また、ｘ＋ｙは３〜８である。有機リチウム塩としては、具体的には、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）（ＳＯ_２Ｃ_３Ｆ_７）、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）（ＳＯ_２Ｃ_４Ｆ_９）、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）（ＳＯ_２Ｃ_３Ｆ_７）、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）（ＳＯ_２Ｃ_４Ｆ_９）等が挙げられる。なかでも、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）（ＳＯ_２Ｃ_４Ｆ_９）、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）などを電解質に使用すると、電気特性に優れるので好ましい。

電解質塩が溶解する有機溶媒としては、通常のリチウム二次電池の非水電解液に用いられる有機溶媒であれば特に限定されず、例えば、カーボネート化合物、ラクトン化合物、エーテル化合物、スルホラン化合物、ジオキソラン化合物、ケトン化合物、ニトリル化合物、ハロゲン化炭化水素化合物等を挙げることができる。詳しくは、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレングリコールジメチルカーボネート、プロピレングリコールジメチルカーボネート、エチレングリコールジエチルカーボネート、ビニレンカーボネート等のカーボネート類、γ−ブチルラクトン等のラクトン類、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，４−ジオキサンなどのエーテル類、スルホラン、３−メチルスルホラン等のスルホラン類、１，３−ジオキソラン等のジオキソラン類、４−メチル−２−ペンタノン等のケトン類、アセトニトリル、ピロピオニトリル、バレロニトリル、ベンソニトリル等のニトリル類、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、その他のメチルフォルメート、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等を挙げることができる。さらに、これらの混合物であってもよい。

これらの有機溶媒のうち、特に、カーボネート類からなる群より選ばれた一種以上の非水溶媒が、電解質の溶解性、誘電率および粘度において優れているので、好ましい。

さらに、本発明の電池容器用封口板において、その形状も特に限定されるものではなく、たとえば、正極および負極がシート状に形成され、シート状のセパレータを介した状態で巻回された巻回型電極体を収納する略円筒型や、巻回型電極体を扁平化した形状の扁平形状巻回型電極体を収納する角型を挙げることができるが、本発明はこれに限られるものではない。

以下、本発明の非水電解質二次電池の詳細について実施例を用いて説明する。

図１は、実施例１に係るリチウム二次電池の構成を示す斜視図である。実施例１は非水電解質二次電池の例として図１に示す角型電池リチウム二次電池１００を製造するものである。

図１において、１は正極電極１ｃ（図４参照）、負極電極１ｂ（図４参照）および絶縁シート１ｄ（図４参照）からなる電極体すなわち発電素子である。絶縁シート１ｄはたとえばＰＰ樹脂で構成されている。１ａは絶縁シート１ｄの端縁部である。２は負極電極１ｂの端縁部であり、３は正極電極１ｃの端縁部であり、４は負極集電端子であり、５は正極集電端子であり、４ａは負極の外部端子であって負極集電端子４と一体となっており、５ａは正極の外部端子であって正極集電端子５と一体となっている。外部端子４ａおよび５ａは、蓋６から突出している。

電極体１と負極集電端子４とは、負極電極１ｂすなわち負極の極板の端縁部２と負極集電端子４の溶接個所４ｂとにおいて溶接されて接続されている。また、電極体１と正極集電端子５とは、正極電極１ｃすなわち正極の極板の端縁部３と正極集電端子５の溶接個所５ｂ（図４参照）とにおいて溶接されて接続されている。

図２は、図１に示した角型電池リチウム二次電池の溶接を行う様子を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の方向ＩＩＢから見た側断面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の方向ＩＩＣから見た側断面図である。なお、図２（Ｂ）においては、見易さのため、治具のみを断面図にし、他の構成は側面図にして示している。

実施例１では、極板端縁部と集電端子とを溶接する際に、溶接用トーチと溶接個所との間にプレート状の治具８を介在させる。図２（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、リチウム二次電池１００の負極側の溶接を行う場合について示している。この場合、負極集電端子４が上側で、正極集電端子５が下側になるように、リチウム二次電池１００を配置する。

図２（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に示す例においては、治具８は、溶接に用いるアークを放射するトーチ７のトーチノズル７ａと、溶接対象の集電端子４との間に配置される。治具８は、集電端子４と位置ずれしないように、位置固定されて設けられており、また連通穴８ａは、この治具８に複数設けられており、集電端子４の複数の溶接個所４ｂそれぞれの直上に設けられている。すなわち、連通穴８ａは、溶接間隔同士の間隔と同じ間隔で、溶接個所以上の数が設けられている。治具８の材質としては、セラミックなどの非導電性で且つ熱伝導率の高い材質や、銅などの熱伝導率の高い非鉄金属を用いることができる。連通穴８ａの断面は円形である。

連通穴８ａは、トーチノズル７ａから放射されるプラズマアークを通過させるが、このときアーク柱を絞り込んで小径化し、溶接個所４ｂに対して局部的に短時間での溶接を可能にしている。これにより、溶接時の熱によって絶縁シート１ｄの絶縁破壊を起こす虞を回避することができる。

トーチ７はアークを放射したままで、たとえば図２（Ｂ）に示す矢印のように左側に移動し、ある連通穴８ａを介してその直下の溶接個所４ｂにて溶接した後に、その左側に隣接する連通穴８ａを介してその直下の溶接個所４ｂにて溶接し、これを繰り返して、連通穴８ａそれぞれの位置で溶接を行う。実施例１では、治具８の連通穴８ａ以外の個所をアークに耐え得る材料で構成することによって、アークを放射したままで移動しながらも連通穴８ａの位置だけで溶接を行うという間欠溶接を可能としている。

なお、本発明は、溶接の種類として、プラズマアーク溶接にも適用可能であるし、ＴＩＧ溶接にも適用可能である。

図３は、図１に示した角型電池リチウム二次電池の溶接個所を示す図であり、（Ａ）は負極側の溶接個所を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の部分ＩＩＩＢを拡大して示す平面図である。また、図４は、図３（Ｂ）の方向ＩＶから見た側断面図であって、正極電極、負極電極および絶縁シートの中央部分を省略して示す図である。負極集電端子４の溶接個所４ｂは溶接前の状態を示し、溶接済み箇所４ｃは溶接が済んだ状態を示す。

溶接個所４ｂは、平板状の集電端子４に抜き穴４ｄを設けることによって形成される。２つの抜き穴４ｄは、溶接個所４ｂを中央にして向かい合うように設けられ、この２つの抜き穴４ｄの中央で溶接個所４ｂの図中における上下にはブリッジ４ｅが形成され、このブリッジ４ｅによって溶接個所４ｂが保持されている。また、溶接個所４ｂの図中における左右には突起部４ｆが設けられている。また、抜き穴４ｄは、溶接個所４ｂに加えられた熱の放熱を抑制する抑制部としての役割も果たす。

溶接個所４ｂの左右に設けられた突起部４ｆは、トーチノズル７ａから放射されるプラズマアークにより熔け流れて、溶接個所４ｂの下方に位置する極板端縁部２に達し、溶材として作用し集電端子４と極板端縁部２とを溶接する。負極の集電端子４としては、上述のようにたとえば銅が用いられるが、この集電端子４の材料は融点が高いため、熔け流れやすいように、突起部４ｆを細長い形状にしてある。

次に正極側の溶接について説明する。正極側を溶接する場合には、正極集電端子５が上側で、負極集電端子４が下側になるように、リチウム二次電池１００を配置する。また、治具８は、溶接に用いるアークを放射するトーチ７のトーチノズル７ａと、溶接対象の集電端子５との間に配置される。治具８は、集電端子５と位置ずれしないように、位置固定されて設けられている。集電端子５の溶接個所５ｂの配置が、集電端子４の溶接個所４ｂの配置と異なる場合には、連通穴８ａの配置を、溶接個所５ｂの配置に一致させた治具８を用いるようにすればよい。連通穴８ａは、治具８に複数設けられており、集電端子５の複数の溶接個所５ｂそれぞれの直上に設けられている。すなわち、連通穴８ａは、溶接間隔同士の間隔と同じ間隔で、溶接個所以上の数が設けられている。

連通穴８ａは、トーチノズル７ａから放射されるプラズマアークを通過させるが、このときアーク柱を絞り込んで小径化し、溶接個所５ｂに対して局部的に短時間での溶接を可能にしている。これにより、溶接時の熱によって絶縁シート１ｄの絶縁破壊を起こす虞を回避することができる。

図５は、図１に示した角型電池リチウム二次電池の溶接個所を示す図であり、（Ａ）は正極側の溶接個所を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の部分ＶＢを拡大して示す平面図である。また、図６は、図５（Ｂ）の方向ＶＩから見た側断面図であって、正極電極、負極電極および絶縁シートの中央部分を省略して示す図である。正極集電端子５の溶接個所５ｂは溶接前の状態を示し、溶接済み箇所５ｃは溶接が済んだ状態を示す。

溶接個所５ｂは、平板状の集電端子５に抜き穴５ｄを設けることによって形成される。２つの抜き穴５ｄは、溶接個所５ｂを中央にして向かい合うように設けられ、この２つの抜き穴５ｄの中央で溶接個所５ｂの図中における上下にはブリッジ５ｅが形成され、このブリッジ５ｅによって溶接個所５ｂが保持されている。また、溶接個所５ｂの図中における左右には突起部５ｆが設けられている。また、抜き穴５ｄは、溶接個所５ｂに加えられた熱の放熱を抑制する抑制部としての役割も果たす。

溶接個所５ｂの左右に設けられた突起部５ｆは、トーチノズル７ａから放射されるプラズマアークにより熔け流れて、溶接個所５ｂの下方に位置する極板端縁部３に達し、溶材として作用し集電端子５と極板端縁部３とを溶接する。正極の集電端子５としては、上述のようにたとえばアルミニウムが用いられるが、この集電端子５の材料は融点が低いため、熔けすぎてしまうことを防止するため、突起部５ｆを幅広で短い形状にしてある。

以上説明した溶接方法によれば、絶縁シート端縁部１ａへの熱伝導を抑制し、溶接部と絶縁シートとの間隔を狭くしても絶縁シートを溶融させることなく、しいては電池を小型化することができる。

続いて、トーチと集電端子との間に介在させる治具に係る別の実施例について説明する。図７は溶接個所を拡大して示す図であり、（Ａ）は、図２（Ｂ）の部分ＶＩＩＡに相当する個所を拡大して示す図であり、（Ｂ）は、図２（Ｃ）の部分ＶＩＩＢに相当する個所を拡大して示す図である。

実施例１では、連通穴８ａとして、アークの入口側と出口側とで径が変わらない形状のものを示したが、この実施例２の治具８は、連通穴８ａのアークの入口側に、アークの入口側で径が大きく且つ出口側で径が小さいテーパ部８ｂを設けた。治具８のテーパ部８ｂは、入口側からのプラズマアーク導入のガイドを行う役割を果たす。

また、実施例２では、治具８と集電端子との間にプレート状の押さえ治具９を介在させた。押さえ治具９は、集電端子４、５を押さえて、溶接時に集電端子４、５の溶接個所以外を位置安定させる治具であり、非導電性で耐熱性の高いセラミックなどを用いることができる。押さえ治具９には、治具８の連通穴８ａと同じ位置にアークを通す連通穴９ａが設けられている。連通穴８ａの断面は円形である。押さえ治具９と治具８との間にはわずかな隙間を設けている。押さえ治具９には放熱の効果もある。

トーチノズル７ａから放射されたプラズマアーク７ｃは、テーパ部８ｂおよび連通穴８ａを介して径を絞りこまれてアーク広がりを抑制され、アーク柱７ｄが集電端子４、５の溶接個所に供給される。したがって、溶接個所４ｂに局部的に溶接エネルギーを投入することができ、溶接済み箇所４ｃでの極板端縁部と集電端子との点接合が可能となる。

続いて、治具８の連通穴の形状に係る別の実施例について説明する。図８は連通穴の形状を示す平面図であり、（Ａ）は、図７（Ａ）および（Ｂ）に示した円形の連通穴を示す図であり、（Ｂ）は、実施例３の楕円形状の連通穴を示す図である。

実施例２では、連通穴８ａとして、断面が円形のものを示したが、図８（Ｂ）に示す実施例３の連通穴８ｃでは、その断面形状を楕円形にしている。この形状は、アークの照射対象である集電端子の突起部を含めた溶接個所に合わせたものであり、突起部の方向に長い楕円形状となっている。このような形状にすれば突起部の加熱が効率的に行え、突起部の溶材としての使用が好適に行える。

アーク柱を絞り込む治具の連通穴の断面形状は任意に変えることができる。たとえば、さらに伝熱を小さくしたい場合は、径を小さくしてアーク柱を細く絞ればよい。

また、伝熱を小さくしたい場合の他の手段としては、トーチ７のトーチノズル７ａの移動速度を速くすることによって行うこともできる。トーチノズル７ａの移動速度を速くすれば、溶接個所へのアークの照射時間を短くして、伝熱を小さくすることができる。この場合、生産性の向上も同時に期待できる。

続いて、治具８の層構造に係る別の実施例について説明する。図９はアークの径を絞り込む治具の断面構造を示す側断面図であり、（Ａ）は、図７（Ａ）および（Ｂ）に示した治具を示す図であり、（Ｂ）は、実施例４の２層構造の治具の断面構造を示す図である。

実施例４の治具では、図９（Ｂ）に示すように、治具８および治具１０の２層構造を有している。治具８と治具１０とは接して一体化されている。治具１０は、治具８のテーパ部８ｂの口径と同じ口径を有する連通穴１０ａを有する。この実施例４においては、治具８の材質を耐熱性の高いたとえばセラミックにしており、治具１０は治具８への熱衝撃を緩和するために設けた部材であり、その材質は熱伝導率の高いたとえば銅にしている。このような２層構造にすることによって、より耐久性を高めることができる。

本発明は、電池の電極体と集電端子の接合のように、局部的な入熱を必要とする接合に利用可能であり、電池以外の溶接にも適用可能である。

実施例１に係るリチウム二次電池の構成を示す斜視図である。 図１に示した角型電池リチウム二次電池の溶接を行う様子を示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の方向ＩＩＢから見た側断面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）の方向ＩＩＣから見た側断面図である。 図１に示した角型電池リチウム二次電池の溶接個所を示す図であり、（Ａ）は負極側の溶接個所を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の部分ＩＩＩＢを拡大して示す平面図である。 図３（Ｂ）の方向ＩＶから見た側断面図であって、正極電極、負極電極および絶縁シートの中央部分を省略して示す図である。 図１に示した角型電池リチウム二次電池の溶接個所を示す図であり、（Ａ）は正極側の溶接個所を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の部分ＶＢを拡大して示す平面図である。 図５（Ｂ）の方向ＶＩから見た側断面図であって、正極電極、負極電極および絶縁シートの中央部分を省略して示す図である。 溶接個所を拡大して示す図であり、（Ａ）は、図２（Ｂ）の部分ＶＩＩＡに相当する個所を拡大して示す図であり、（Ｂ）は、図２（Ｃ）の部分ＶＩＩＢに相当する個所を拡大して示す図である。 連通穴の形状を示す平面図であり、（Ａ）は、図７（Ａ）および（Ｂ）に示した円形の連通穴を示す図であり、（Ｂ）は、実施例３の楕円形状の連通穴を示す図である。 アークの径を絞り込む治具の断面構造を示す側断面図であり、（Ａ）は、図７（Ａ）および（Ｂ）に示した治具を示す図であり、（Ｂ）は、実施例４の２層構造の治具の断面構造を示す図である。

符号の説明

１ 電極体
１ａ 絶縁シート端縁部
１ｂ 負極電極
１ｃ 正極電極
１ｄ 絶縁シート
２ 負極電極端縁部
３ 正極電極端縁部
４ 負極集電端子
４ａ 負極外部端子
４ｄ 抜き穴（抑制部）
５ 正極集電端子
５ａ 正極外部端子
５ｄ 抜き穴（抑制部）
６ 蓋
７ トーチ
７ａ トーチノズル
８ 治具
８ａ 連通穴
８ｂ テーパ部
１００ 角型電池リチウム二次電池

Claims (19)

1. トーチを用いて電池の極板端縁部と集電端子とを溶接して接合する電池の溶接方法であって、
   アーク溶接のアーク柱を絞って小径化する連通穴を溶接個所に応じた位置に備えた治具を、前記トーチと溶接個所との間に挿入して用い、前記連通穴を介して溶接する
   ことを特徴とする電池の溶接方法。
2. 前記治具の連通穴が、前記トーチ側が大口径であり前記溶接個所側が小口径であるテーパを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電池の溶接方法。
3. 前記治具が非導電性で且つ熱伝導率の高い材質である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電池の溶接方法。
4. 前記治具のうち、少なくとも前記トーチによるアークのエネルギーが直接当たる面に熱伝導率の高い非鉄金属を設けた
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の電池の溶接方法。
5. 前記治具が前記トーチ側層および前記溶接個所側層の２層構造であり、前記トーチ側層は熱伝導率の高い非鉄金属層であり、前記溶接個所側層は非導電性で且つ熱伝導率の高いセラミック層である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電池の溶接方法。
6. 前記溶接個所が複数個所であり、
   前記治具が、前記溶接個所に応じた位置のみが前記連通穴によって開口し、該治具の連通穴以外の面によって、前記トーチによるアークのエネルギーが前記溶接個所以外の個所に当たらないようにした
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の電池の溶接方法。
7. 前記集電端子が、前記極板端縁部と前記集電端子とを接合する接合部の放熱を抑制する抑制部を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至６に記載の電池の溶接方法。
8. 前記集電端子のエネルギー投入面に溶材となる突起部を有し、前記突起部にエネルギーを投入して該突起部を溶融させ、該溶融によって前記極板端縁部と前記集電端子とを溶接する
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の電池の溶接方法。
9. 前記集電端子のエネルギー投入面の反対面に前記極板端縁部を位置させ、前記突起部へのエネルギー投入による該突起部の熔け流れによって、前記極板端縁部と前記集電端子とを溶接する
   ことを特徴とする請求項８に記載の電池の溶接方法。
10. 前記集電端子が、前記極板端縁部と前記集電端子とを接合する接合部の放熱を抑制する抑制部を有し、
    前記集電端子に抜き穴を設けることによって、前記突起部および前記抑制部を形成する
    ことを特徴とする請求項８または９に記載の電池の溶接方法。
11. 前記治具の連通穴の断面形状が前記溶接個所の形状に応じた形状である
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の電池の溶接方法。
12. 前記治具の連通穴の断面形状が円形である
    ことを特徴とする請求項１１に記載の電池の溶接方法。
13. 前記治具の連通穴の断面形状が前記溶接個所の形状に応じた形状であって、前記突起部の方向に長い楕円形状である
    ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１つに記載の電池の溶接方法。
14. 溶接方式がプラズマ溶接またはＴＩＧ溶接である
    ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の電池の溶接方法。
15. 前記電池が非水電解質二次電池である
    ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１つに記載の電池の溶接方法。
16. 極板端縁部と集電端子とが溶接された非水電解質二次電池であって、
    前記集電端子が、前記極板端縁部と前記集電端子とを接合する接合部の放熱を抑制する抑制部を有する
    ことを特徴とする非水電解質二次電池。
17. 前記集電端子が、エネルギー投入によって溶融して前記極板端縁部と前記集電端子とを溶接する突起部を有する
    ことを特徴とする請求項１６に記載の非水電解質二次電池。
18. 前記集電端子のエネルギー投入面の反対面に前記極板端縁部が位置し、前記突起部へのエネルギー投入による該突起部の熔け流れによって、前記極板端縁部と前記極板端縁部とが溶接されている
    ことを特徴とする請求項１７に記載の非水電解質二次電池。
19. 前記集電端子に設けた抜き穴によって、前記突起部および前記抑制部が形成されている
    ことを特徴とする請求項１６乃至１８のいずれか１つに記載の非水電解質二次電池。

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