JP2014107055A - 密閉型電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タブ切れを抑制し得た密閉型電池の製造方法を提供する。
【解決手段】外装体の開口部が封口体により封口された密閉型電池の製造方法において、タブが取り付けられた正極を備える電極体を作製する電極体作製ステップと、前記封口体の電池内側面に、前記タブを受ける切り欠き部を形成する切り欠き部形成ステップと、前記切り欠き部に、前記タブをあてがい、前記切り欠き部近傍の前記封口体に高エネルギー線を照射することより、前記封口体と前記タブとを溶接する溶接ステップとを備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、密閉型電池に関し、より詳しくは、密閉型電池の耐衝撃性の向上に関する。

角形の密閉型電池は、電子機器内部に実装しやすいことから、さまざまな電子機器の駆動電源として用いられている。

この種の密閉型電池では、外装缶及び封口体の封口板と、封口板と絶縁された状態で封口板に取り付けられた端子部と、がそれぞれ正負電極の外部端子となる構造が採用されている。ここで、外装缶や封口板に電極と接続されたタブを取り付ける方法としては、外装缶と封口板とでタブを挟み込んだ状態で溶接する方法や、封口板の内側面にタブを溶接する方法がある。

これらにおいては、衝撃等による電池要素の移動によってタブが引っ張られて破断すると、電流を取り出せなくなるので、このようなタブの破断を防止することが求められている。

ところで、密閉型電池に関する技術としては、下記特許文献１がある。

特開2010-40445号公報

特許文献１は、封口板の電池内側表面に、封口板の長辺に対し垂直方向に配向した切欠き溝を形成する技術であり、この技術によると、封口板を備えた密閉型電池において、電池製造時に封口板が電池缶開口より浮き上がることに起因して発生する電池高さのバラツキや溶接不良を防止できるとされる。

しかし、この技術では、衝撃によるタブの切断という問題に関して何ら考慮がなされていない。

本発明は、上記に鑑みなされたものであって、衝撃によるタブの切断を防止し得た密閉型電池の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、外装体の開口部が封口体により封口された密閉型電池の製造方法において、タブが取り付けられた正極を備える電極体を作製する電極体作製ステップと、前記封口体の電池内側面に、前記タブを受ける切り欠き部を形成する切り欠き部形成ステップと、前記切り欠き部に、前記タブをあてがい、前記切り欠き部近傍の前記封口体に高エネルギー線を照射することより、前記封口体と前記タブとを溶接する溶接ステップと、を備えることを特徴とする。

本発明者らが、封口体に溶接されたタブの引張り強度について鋭意研究したところ、溶融凝固部と非溶融部との界面における引っ張り強度が低く、この界面でタブの破断が起き易いことを知った。

上記本発明の構成では、封口体の電池内側面にタブを受ける切り欠き部を設け、この切り欠き部にタブをあてがい、切り欠き部近傍の封口体に高エネルギー線を照射している。この溶接方法では、高エネルギー線により溶融した封口体材料が切り欠き部に流れ込み、タブ材料の一部がこの余熱で溶かされて、封口体とタブとが溶接される。これにより形成される溶融凝固部と非溶融部の界面は、図２（ｅ）、（ｆ）に示すように、タブが熱的ダメージを受けることなく、封口体と接合されているので、タブ母材と同等の強度を保つことができ、顕著に引張り強度を高めることができる。これにより、衝撃によるタブの切断を顕著に抑制できる。

高エネルギー線としては、レーザや電子ビームを使用できる。

上記構成において、前記封口体の平面形状は、長方形状、角丸長方形状または長円形状（トラック形状）であり、前記切り欠き部は、封口板の長手方向に平行なエッジと、封口板の長手方向に垂直な２つのエッジと、を備え、且つ、前記タブの先端部分の幅よりも、長手方向に垂直な２つのエッジの間隔の方が大きく、前記溶接ステップでは、前記タブの先端部分が前記長手方向に平行なエッジに接するようにあてがった状態で、高エネルギー線を照射する構成とすることができる。

このような構成とすることにより、電極板から導かれるタブがねじれることを防止でき、ねじれストレスによるタブの破断を防止できる。

上記構成において、溶接強度を確保する観点から、溶前記溶接ステップでは、少なくとも前記切り欠き部の長手方向に平行なエッジ近傍に高エネルギー線を照射する（少なくともタブの先端部分は溶接する）ことが好ましい。

また、タブの厚みは、３０〜１００μｍとすることが好ましく、切り欠き部の深さは、タブの厚み以上で且つ封口体厚みの１０〜５０％とすることが好ましい。

また、タブが取り付けられた正極を備える電極体の作製方法は、特に限定されることはなく、公知の方法を採用でき、例えば超音波溶接によりタブを取り付けた正極を用いて電極体を作製することができる。また、封口体の電池内側面に、切り欠き部を形成する方法は、特に限定されることはなく、公知の方法を採用でき、例えば、プレス加工や切削によって切り欠き部を形成することができる。

以上説明したように、本発明によると、封口体とタブとの溶接部における引張り強度を格段に向上させることができるので、衝撃によるタブの切断を抑制し得た密閉型電池を提供できる。

図１は本発明電池の封口体とタブとの接続状態を示す図である。 図２は本発明に係る封口体とタブとの溶接方法を示す図であって、図２（ａ）はタブあてがい前の封口体の切り欠き部近傍の平面図であり、図２（ｂ）はタブあてがい後の封口体の切り欠き部近傍の平面図であり、図２（ｃ）は溶接後の封口体の切り欠き部近傍の平面図であり、図２（ｄ）は図２（ｂ）の破線断面図であり、図２（ｅ）は図２（ｃ）の破線断面図であり、図２（ｆ）はタブが引張り破断した状態を示す断面図である。 図３は比較品１に係る封口体とタブとの溶接方法を示す図であって、図３（ａ）はタブあてがい後の封口体の切り欠き部近傍の平面図であり、図３（ｂ）は溶接後の封口体の切り欠き部近傍の平面図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）の破線断面図であり、図３（ｄ）は図３（ｂ）の破線断面図であり、図３（ｅ）はタブが引張り破断した状態を示す断面図である。 図４は比較品２に係る封口体とタブとの溶接方法を示す図であって、図４（ａ）はタブあてがい後の封口体の切り欠き部近傍の平面図であり、図４（ｂ）は溶接後の封口体の切り欠き部近傍の平面図であり、図４（ｃ）は図４（ａ）の破線断面図であり、図４（ｄ）は図４（ｂ）の破線断面図であり、図４（ｅ）はタブが引張り破断した状態を示す断面図である。

以下に、本発明を実施するための形態を、図１は本発明電池の封口体とタブとの接続状態を示す図であり、図２は本発明に係る封口体とタブとの溶接方法を示す図であって、図２（ａ）はタブあてがい前の封口体の切り欠き部近傍の平面図であり、図２（ｂ）はタブあてがい後の封口体の切り欠き部近傍の平面図であり、図２（ｃ）は溶接後の封口体の切り欠き部近傍の平面図であり、図２（ｄ）は図２（ｂ）の破線断面図であり、図２（ｅ）は図２（ｃ）の破線断面図であり、図２（ｆ）はタブが引張り破断した状態を示す断面図である。

本発明電池は、図１に示すように、有底角形外装缶（図示せず）の内部に、正負電極を備える電極体１０が収容され、外装缶の開口部が封口体２０により封口されてなる。この封口体２０は、封口板２１と、負極端子２２と、負極端子２２と封口板２１とを絶縁する絶縁板２４とを備えている。

そして、封口板２１の電池内側面に正極タブ１１が接続され、封口板２１と絶縁された負極端子２２に負極タブ１２が接続され、これらが外部端子を兼ねた構造となる。なお、正極タブ１１が負極端子２２に、負極タブ１２が封口板２１に、それぞれ接続される構成であってもよい。

図２（ａ）に示すように、タブ取り付け前の封口板２１の電池内側面には、正極タブ１１を受ける切り欠き部２３が設けられている。この切り欠き部２３は、封口板の長手方向に平行なエッジと、封口板の長手方向に垂直な２つのエッジと、を備えており（合計３つのエッジ）、正極タブ１１の先端部分の幅よりも、短手方向に平行な２つのエッジの間隔の方が大きく、切り欠き部の最大深さが、正極タブ１１の厚み以上で且つ封口板２１の厚みの１０〜５０％であることが好ましい。また、正極タブ１１の厚みは、３０〜１００μｍであることが好ましい。

正極タブ１１と封口板２１との溶接方法について説明する。
図２（ｂ）、（ｄ）に示すように、切り欠き部２３に、正極タブ１１をあてがい、レーザ（高エネルギー線）を切り欠き部２３近傍の封口板２１に照射して、封口板２１と正極タブ１１とを溶接する。

このような方法では、封口板２１の材料がレーザ熱により溶融し、溶融した材料が正極タブ１１側に流れ込み、この余熱で正極タブ１１の一部が溶けて、両者が溶接される（図２（ｃ）、（ｅ）参照）。これにより形成される溶融凝固部と非溶融部の界面は、図２（ｅ）、（ｆ）に示すように、タブ先端が熱的ダメージをうけることなく、封口板と接合されているので、タブ母材と同等の強度を保つことができ、顕著に引張り強度を高めることができる。これにより、衝撃によるタブの切断を顕著に抑制できる。

ここで、図２（ｃ）、（ｅ）に示すように、少なくとも、切り欠き部の封口体長辺方向に平行なエッジ部分（正極タブ１１の端部が対向する部分）を溶接することが好ましい。

（実験）
幅４．１５ｍｍ×長さ４８．３ｍｍ×厚み１．０ｍｍの封口板を備える封口体を、公知の方法で１５個作製した。この内、５個については、封口板の電池内側面に、長辺と接続した切り欠き（幅７ｍｍ、長さ３ｍｍ、深さ０．１５ｍｍ）を形成した。また、アルミニウム箔からなる正極タブ（幅６ｍｍ、長さ４０ｍｍ、厚み０．０３ｍｍ）を１５個用意した。

（実験例１）
切り欠きを形成した封口体については、切り欠き部の長手方向に平行なエッジに、正極タブの端部が接するようにあてがい、当該エッジにレーザを照射して、タブと封口体とを溶接した。レーザ出力は、２００Ｗとし、パルスレーザのスポット数は、１５とした。

（比較品１）
切り欠きを形成していない封口体のうちの５つについては、図３（ａ）、（ｃ）に示すように、正極タブの端部が封口板長辺から１．１５ｍｍの位置となるように封口板の電池内側面にあてがい、当該正極タブの端部にレーザを照射して、タブと封口体とを溶接した（図３（ｂ）、（ｄ）参照）。レーザ出力、スポット数は、実験例１と同様とした。

（比較品２）
切り欠きを形成していない封口体の残余の５つについては、図４（ａ）、（ｃ）に示すように、正極タブの端部が封口板長辺から１．１５ｍｍの位置となるように封口板の電池内側面にあてがい、当該正極タブの中央線上であって封口板の中央近傍にパルスレーザを２スポット照射して、タブと封口体とを溶接した（図４（ｂ）、（ｄ）参照）。レーザ出力は、実験例１と同様とした。

これらのタブ付き封口体のタブに、引張り負荷を加えて、タブが破断する時の荷重を測定した。この結果を下記表１に示す。

上記表１において、上欄は平均値、下欄はばらつきを示す。

上記表１から、本発明にかかる実験例１の溶接強度は、平均１２．３Ｎ、ばらつき１０．９〜１３．６Ｎと、比較品１の７．４Ｎ、６．３−８．４Ｎ、比較品２の５．３Ｎ、４．４〜６．１Ｎよりも優れていることがわかる。

また、破断した箇所を観察したところ、比較品１，２では、全て、溶接部、又は、溶接部とタブ本体部との界面部分で破断が生じていたが、実験例１では、全て、溶接部とは離れた位置のタブ材部分が破断していた（図２（ｆ）、図３（ｅ）、図４（ｅ）参照）。

このことは、次のように考えられる。本発明にかかる実験例１では、図２（ｃ）、（ｅ）に示すようにタブ自体にレーザが照射されず、封口板にレーザが照射されて溶接されている。このため、これにより形成される溶融凝固部と非溶融部の界面は、図２（ｅ）、（ｆ）に示すように、タブ先端が熱的ダメージをうけることなく、封口板と接合されているので、タブ母材と同等の強度を保つことになる。他方、タブ自体にレーザを照射して溶接した比較品１，２では、溶融凝固部と非溶融部の界面は、図３（ｂ）、（ｄ）、図４（ｂ）、（ｄ）に示すように、タブ先端が溶けきって封口板と接合されているので、タブ母材より強度が低下する。このため、上記のような結果となる。

なお、上記では、角形外装缶を用いた非水電解質二次電池を例として説明したが、本発明にかかる密閉型電池は、本発明と同様の封口体とタブとの接続構造を有する電池一般に適用することができる。たとえば、本発明は、円筒形外装体を用いた電池に適用でき、且つ、一次電池、二次電池問わず適用可能である。

以上説明したように、本発明によると、タブと封口体との溶接部の引っ張り強度を高めることができ、これにより衝撃等によるタブ切れを顕著に防止し得た密閉型電池を実現できるので、産業上の意義は大きい。

１０ 電極体
１１ 正極タブ
１２ 負極タブ
２０ 封口体
２１ 封口板
２２ 負極端子
２３ 切り欠き部
３０ 溶融凝固部

Claims (5)

1. 外装体の開口部が封口体により封口された密閉型電池の製造方法において、
   タブが取り付けられた正極を備える電極体を作製する電極体作製ステップと、
   前記封口体の電池内側面に、前記タブを受ける切り欠き部を形成する切り欠き部形成ステップと、
   前記切り欠き部に、前記タブをあてがい、前記切り欠き部近傍の前記封口体に高エネルギー線を照射することより、前記封口体と前記タブとを溶接する溶接ステップと、
   を備えることを特徴とする密閉型電池の製造方法。
2. 請求項１に記載の密閉型電池の製造方法において、
   前記封口体の平面形状は、長方形状、角丸長方形状または長円形状であり、
   前記切り欠き部は、封口板の長手方向に平行なエッジと、封口板の長手方向に垂直な２つのエッジと、を備え、且つ、前記タブの先端部分の幅よりも、長手方向に垂直な２つのエッジの間隔の方が大きく、
   前記溶接ステップでは、前記タブの先端部分が前記長手方向に平行なエッジに接するようにあてがった状態で、高エネルギー線を照射する、
   ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
3. 請求項２に記載の密閉型電池の製造方法において、
   前記溶接ステップでは、少なくとも前記切り欠き部の長手方向に平行なエッジ近傍に高エネルギー線を照射する、
   ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
4. 請求項１、２又は３に記載の密閉型電池の製造方法において、
   前記タブの厚みが、３０〜１００μｍである、
   ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の密閉型電池の製造方法において、
   前記切り欠き部の深さが、前記タブの厚み以上で且つ封口体厚みの１０〜５０％である、
   ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。