JP2019071201A - 電池および電池の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】設備コストが低く抑えられうる電池の製造方法の新規提案【解決手段】組付工程では、蓋１１ｂの取付孔１１ｃにガスケット１２の筒部１２ａが装着され、ガスケット１２の筒部１２ａに内部端子１５の台座部１５ｃが装着され、台座部１５ｃに貫通孔１３ｄを装着しつつ蓋１１ｂの外側面にインシュレータ１３が配置され、かつ、インシュレータ１３の上において台座部１５ｃに重ねられるように外部端子１４が配置された状態にする。溶接工程では、内部端子１５の台座部１５ｃに外部端子１４が押し当てられ、かつ、外部端子１４または内部端子１５を振動させて台座部１５ｃと外部端子１４とが固相溶接される。【選択図】 図４

Description

本発明は、電池および電池の製造方法に関する。
特開２０１４−１１０７３号公報には、内部端子の軸部が、電池ケースと外部端子に挿通され、外部端子にかしめられた後、かしめられた部位の外周縁部を外部端子にレーザー溶接することが開示されている。特開２０１７−８４５８５号公報には、かしめられた部位の外周縁部にレーザー溶接によってビード部を設けることが開示されている。
特開２０１４−１１０７３号公報 特開２０１７−８４５８５号公報
内部端子と外部端子との溶接部位は、内部端子と外部端子との他の接触部位よりも電気抵抗が低くなる傾向があり、内部端子と外部端子との主たる導通経路となりうる。かしめられた部位の外周縁部に溶接部位がある場合、例えば、かかる溶接部位に異物等が接触しうる。内部端子と外部端子との導通経路の品質は高く維持したいため、内部端子と外部端子との溶接部位に異物が接触する事象を生じ難くしたい。また、内部端子と外部端子とをレーザー溶接によって接合する場合には、レーザー溶接機のような比較的高価な設備が必要となる。そこで、ここでは、全く新しい構造の電池とその製造方法とを提案する。
ここで提案される電池の一実施形態は、取付孔を有する電池ケース部品と、内部端子と、外部端子と、絶縁部材とを備えている。
ここで、絶縁部材は、内部端子および外部端子と電池ケース部品との間に介在している。
内部端子は、絶縁部材を介在させて電池ケース部品の内側に重ねられたベース部と、ベース部から突出し、絶縁部材を介在させて取付孔に挿通されて電池ケース部品に装着された台座部とを備えている。
外部端子は、取付孔に挿通された台座部に重ねられ、かつ、内部端子に溶接された溶接部を備えている。
このような構造の電池によれば、外部端子が内部端子の台座部に重ねられた位置に溶接部があるため、外部からの異物等が接触する可能性が低減される。
さらに、電池の一実施形態は、内部端子は台座部から立ち上がった軸部をさらに有し、かつ、外部端子は軸部が挿通された挿通孔をさらに有していてもよい。この場合、軸部は、挿通孔に挿通され、かつ、挿通孔の周囲にかしめられていてもよい。
ここで、溶接部は、内部端子の軸部が外部端子の挿通孔の周囲にかしめられた部位よりも外径側にあってもよい。また、外部端子が接合された台座部には溝があってもよい。外部端子と台座部とは、内部端子の軸部周りの周方向に沿って溶接されていてもよい。
また、絶縁部材は、取付孔の周囲において電池ケース部品の内側面に重ねられた鍔部と、鍔部から突出して取付孔に装着された筒部とを有するガスケットと、取付孔に挿通された台座部が装着された貫通孔を有し、電池ケース部品の外側面に重ねられたインシュレータとを備えていてもよい。この場合、内部端子のベース部は、電池ケース部品の内側においてガスケットに重ねられているとよい。台座部は、ガスケットの筒部に挿通されて電池ケース部品の取付孔に装着されているとよい。外部端子は、インシュレータを介して電池ケース部品の外側に重ねられているとよい。
ここで提案される電池の製造方法には、以下の工程が含まれているとよい：
取付孔が形成された電池ケース部品を用意する工程；
取付孔に装着可能な筒部を有するガスケットを用意する工程；
筒部に装着可能な台座部を有する内部端子を用意する工程；
台座部に装着される貫通孔を有するインシュレータを用意する工程；
インシュレータの上に配置されて台座部に重ねられる外部端子を用意する工程；
組付工程；および
溶接工程。
ここで、組付工程では、内部端子と、ガスケットと、電池ケース部品と、インシュレータと、外部端子とが組付けられる。
組付工程では、電池ケース部品の取付孔にガスケットの筒部が装着され、ガスケットの筒部に内部端子の台座部が装着され、台座部に貫通孔を装着しつつ電池ケース部品の外側面にインシュレータが配置され、かつ、インシュレータの上で台座部に重ねられるように外部端子が配置された状態になる。
溶接工程では、内部端子の台座部に外部端子が押し当てられ、かつ、外部端子または内部端子を振動させて台座部と外部端子とが固相溶接される。
この方法によれば、内部端子と外部端子との導通経路と形成するための溶接工程において、レーザー溶接機よりも比較的安価な固相溶接機が用いられるため、内部端子と外部端子との導通経路と形成するための溶接工程における設備コストを低く抑えることができる。
内部端子を用意する工程において用意される内部端子は、台座部から立ち上がった軸部を有していてもよい。外部端子を用意する工程において用意される外部端子は、軸部が挿通される挿通孔を有していてもよい。組付工程では、インシュレータの上において軸部に挿通孔が挿通されるように外部端子が配置されるとよい。そして、溶接工程後に、軸部を挿通孔の周囲にかしめるかしめ工程がさらに含まれているとよい。
溶接工程では、例えば、内部端子と外部端子とをホーンとアンビルとで挟み、内部端子の台座部と外部端子とを押し当てつつ、内部端子または外部端子に超音波振動が与えられてもよい。
図１は、本発明の一実施形態に係る密閉型電池１０の部分断面図である。 図２は、外部端子１４と内部端子１５とが電池ケース１１に取り付けられた部分を示す断面図である。 図３は、組付工程で、組付けられた内部端子１５と、ガスケット１２と、蓋１１ｂと、インシュレータ１３と、外部端子１４とを示す断面図である。 図４は、溶接工程で、内部端子１５の台座部１５ｃに外部端子１４が押し当てられた状態を示す断面図である。 図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿った平面図である。 図６は、かしめ工程を示す断面図である。 図７は、他の形態における溶接工程で、内部端子１５の台座部１５ｃに外部端子１４が押し当てられた状態を示す断面図である。 図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った平面図である。 図９は、他の形態における溶接工程で、内部端子１５の台座部１５ｃに外部端子１４が押し当てられた状態を示す断面図である。 図１０は、他の形態における組付工程で、内部端子１５の台座部１５ｃに、インシュレータ１３が組付けられた状態を示す平面図である。 図１１は、ここで提案される電池の他の実施形態を示す断面図である。
以下、ここで提案される電池および電池の製造方法の一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。各図面は模式的に描かれており、必ずしも実物を反映していない。また、同一の作用を奏する部材・部位には、適宜に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。上、下、左、右、前、後の向きは、図中、Ｕ、Ｄ、Ｌ、Ｒ、Ｆ、Ｒｒの矢印でそれぞれ表されている。
ここでは、図１および図２に示された密閉型電池１０を例に電池および電池の製造方法を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る密閉型電池１０の部分断面図である。図１では、略直方体の電池ケース１１の片側の幅広面に沿って、内部を露出させた状態が描かれている。図２は、外部端子１４と内部端子１５とが電池ケース１１に取り付けられた部分を示す断面図である。密閉型電池１０は、図１および図２に示されているように、電池ケース１１と、ガスケット１２と、インシュレータ１３と、外部端子１４と、内部端子１５と、接続端子１６と、電極体２０とを備えている。
電極体２０は、絶縁フィルム（図示は省略）などで覆われた状態で、電池ケース１１に収容されている。電極体２０は、正極要素としての正極シート２１と、負極要素としての負極シート２２と、セパレータとしてのセパレータシート３１、３２とを備えている。正極シート２１と、第１のセパレータシート３１と、負極シート２２と、第２のセパレータシート３２とは、それぞれ長尺の帯状の部材である。
正極シート２１は、予め定められた幅および厚さの正極集電箔２１ａ（例えば、アルミニウム箔）に、幅方向の片側の端部に一定の幅で設定された未形成部２１ａ１を除いて、正極活物質を含む正極活物質層２１ｂが両面に形成されている。正極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、リチウム遷移金属複合材料のように、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸収しうる材料である。正極活物質は、一般的にリチウム遷移金属複合材料以外にも種々提案されており、特に限定されない。
負極シート２２は、予め定められた幅および厚さの負極集電箔２２ａ（ここでは、銅箔）に、幅方向の片側の縁に一定の幅で設定された未形成部２２ａ１を除いて、負極活物質を含む負極活物質層２２ｂが両面に形成されている。負極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、天然黒鉛のように、充電時にリチウムイオンを吸蔵し、充電時に吸蔵したリチウムイオンを放電時に放出しうる材料である。負極活物質は、一般的に天然黒鉛以外にも種々提案されており、特に限定されない。
セパレータシート３１，３２には、例えば、所要の耐熱性を有する電解質が通過しうる多孔質の樹脂シートが用いられる。セパレータシート３１，３２についても種々提案されており、特に限定されない。
ここで、負極活物質層２２ｂの幅は、例えば、正極活物質層２１ｂよりも広く形成されている。セパレータシート３１，３２の幅は、負極活物質層２２ｂよりも広い。正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１と、負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１とは、幅方向において互いに反対側に向けられる。また、正極シート２１と、第１のセパレータシート３１と、負極シート２２と、第２のセパレータシート３２とは、それぞれ長さ方向に向きを揃え、順に重ねられて捲回されている。負極活物質層２２ｂは、セパレータシート３１，３２を介在させた状態で正極活物質層２１ｂを覆っている。負極活物質層２２ｂは、セパレータシート３１，３２に覆われている。正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１は、セパレータシート３１，３２の幅方向の片側にはみ出ている。負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１は、幅方向の反対側においてセパレータシート３１，３２からはみ出ている。
上述した電極体２０は、図１に示されているように、電池ケース１１のケース本体１１ａに収容されうるように、捲回軸を含む一平面に沿った扁平な状態とされる。そして、電極体２０の捲回軸に沿って、片側に正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１が配置され、反対側に負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１が配置されている。正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１と、負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１とは、蓋１１ｂの長手方向の両側部にそれぞれ取り付けられた内部端子１５に取り付けられている。電極体２０は、このように蓋１１ｂに取り付けられた内部端子１５に取付けられた状態で、電池ケース１１に収容される。
電池ケース１１は、扁平な角型の収容領域を有しており、ケース本体１１ａと、蓋１１ｂとを備えている。電池ケースには、アルミ１０００番系、３０００番系などのアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられうる。この実施形態では、ケース本体１１ａは、扁平な略直方体の容器形状を有し、長辺と短辺からなる一面が開口している。蓋１１ｂは、当該ケース本体１１ａの開口に応じた形状で、当該開口に装着されるプレート状の部材である。蓋１１ｂの長手方向の両側部には、外部端子１４と内部端子１５とを取付けるための取付孔１１ｃ（図２参照）が形成されている。この実施形態では、取付孔１１ｃの縁には、蓋１１ｂの内側に突出した突起１１ｃ１が設けられている。
ここで提案される電池は、図２に示されているように、電池ケース部品（この実施形態では、蓋１１ｂ）と、内部端子１５と、外部端子１４と、絶縁部材（１２，１３）とを備えている。ここで、絶縁部材は、内部端子１５および外部端子１４と、電池ケース部品としての蓋１１ｂとの間に介在している。この実施形態では、絶縁部材は、ガスケット１２と、インシュレータ１３とで構成されている。
ここで、内部端子１５は、図１および図２に示されているように、リード部１５ａと、ベース部１５ｂと、台座部１５ｃと、軸部１５ｄとを有している。
図１および図２に示されているように、ベース部１５ｂは、蓋１１ｂの内側においてガスケット１２に重ねられた部位であり、ガスケット１２を介在させて蓋１１ｂに取り付けられている。リード部１５ａは、ベース部１５ｂから電池ケース１１内部に延びる部位である。図１では、左側の内部端子１５のリード部１５ａには、電極体２０の正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１が溶接されている。右側の内部端子１５のリード部１５ａには、電極体２０の負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１が溶接されている。台座部１５ｃは、ベース部１５ｂから突出しておりガスケット１２を介在させて蓋１１ｂの取付孔１１ｃに挿通されて蓋１１ｂに装着されている。軸部１５ｄは、台座部１５ｃの中央部において立ち上がっている。ここで、軸部１５ｄが立ち上がった部位（つまり、台座部１５ｃの中央部）は、台座部１５ｃの完全な中央でなくてもよい。軸部１５ｄは、台座部１５ｃの中央からずれていてもよい。
ガスケット１２は、蓋１１ｂの取付孔１１ｃと内部端子１５との間に介在しており、蓋１１ｂの取付孔１１ｃのシール性を確保するとともに、蓋１１ｂと内部端子１５とを絶縁している。ガスケット１２は、所要の弾性を有する樹脂部材にて構成されている。ガスケット１２には、例えば、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡとも称されうる。）が用いられうる。
この実施形態では、ガスケット１２は、筒部１２ａと、鍔部１２ｂと、囲い部１２ｃと、受け部１２ｄとを有している。筒部１２ａは、鍔部１２ｂから突出した部位であり、内部端子１５の台座部１５ｃおよび軸部１５ｄが挿通されるとともに、蓋１１ｂの取付孔１１ｃの内周面に装着される部位である。筒部１２ａは、内部端子１５の台座部１５ｃの外径と略同じ内径を有し、かつ、取付孔１１ｃの内径と略同じ外径を有している。鍔部１２ｂは、筒部１２ａの一端から径方向に沿って延びており、蓋１１ｂの内側面に装着される板状の部位である。囲い部１２ｃは、鍔部１２ｂの周縁から筒部１２ａとは反対側に延びている。受け部１２ｄは、ガスケット１２の下面に設けられている。受け部１２ｄは、後述する内部端子１５のベース部１５ｂの形状に応じた窪みを有しており、ベース部１５ｂが位置決めされる部位である。
図２に示されているように、ガスケット１２は、内部端子１５の台座部１５ｃに組付けられて蓋１１ｂの取付孔１１ｃに装着されている。この際、台座部１５ｃは、蓋１１ｂの取付孔１１ｃから突出しており、蓋１１ｂの外側でインシュレータ１３が組付けられる。内部端子１５の台座部１５ｃは、ガスケット１２の筒部１２ａが装着され、さらに蓋１１ｂの取付孔１１ｃに装着された状態で、インシュレータ１３の厚さ分、蓋１１ｂから突出するように台座部１５ｃの高さが設定されている。台座部１５ｃは、ガスケット１２の筒部１２ａが装着された状態で、蓋１１ｂの取付孔１１ｃに装着されている。内部端子１５の軸部１５ｄは、台座部１５ｃの中心部から立ち上がっている。内部端子１５の軸部１５ｄの先端１５ｄ１は、圧壊されて、外部端子１４の外側において挿通孔１４ｃの周囲にかしめられる。なお、図２では、内部端子１５の軸部１５ｄは、圧壊されてかしめられた状態が図示されている。かしめられる前の内部端子１５の軸部１５ｄは、略円柱状である（図３参照）。
インシュレータ１３は、蓋１１ｂの外側に配置され、蓋１１ｂと、外部端子１４および接続端子１６とを絶縁する部材である。インシュレータ１３は、樹脂部材にて構成されている。インシュレータ１３には、例えば、ポリプロピレン（ＰＰとも称されうる。）や、ポリエチレン（ＰＥとも称されうる。）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳとも称されうる。）が用いられうる。
この実施形態では、インシュレータ１３の下面には、図２に示されているように、凸部１３ａが設けられている。凸部１３ａは、蓋１１ｂの窪み１１ｂ１に装着される。インシュレータ１３の上面には、接続端子１６が配置される窪み１３ｂと、外部端子１４が装着される窪み１３ｃとが設けられている。外部端子１４が装着される窪み１３ｃには、蓋１１ｂに形成された取付孔１１ｃに応じた位置に貫通孔１３ｄが形成されている。貫通孔１３ｄは、内部端子１５の台座部１５ｃが挿通されうるように台座部１５ｃと略同じ形状を有している。貫通孔１３ｄは、蓋１１ｂの取付孔１１ｃから突出した内部端子１５の台座部１５ｃに装着されており、インシュレータ１３は、蓋１１ｂに被さるように組付けられている。
蓋１１ｂの外側では、インシュレータ１３を介して外部端子１４と接続端子１６が取り付けられている。図２に示すように、蓋１１ｂの外側面には、接続端子１６が取り付けられる部位に応じて窪んだ窪み１１ｂ１が設けられている。なお、外部端子１４、内部端子１５および接続端子１６には、正極側、負極側で、それぞれ所要の電位に耐えうる材料が用いられる。例えば、正極側では、アルミ１０００番系、３０００番系、６０００番系などのアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられる。負極側では、銅１０００番系などの銅または銅合金が用いられる。
外部端子１４は、図２に示されているように、インシュレータ１３を介在させて、蓋１１ｂの外側に重ねられている。外部端子１４は、この実施形態では、内部端子１５の軸部１５ｄが挿通された挿通孔１４ｃを有している。そして、挿通孔１４ｃの周囲が台座部１５ｃに重ねられている。外部端子１４が内部端子１５の台座部１５ｃに重ねられた部位では、外部端子１４と内部端子１５が溶接されている。なお、外部端子１４が台座部１５ｃに重ねられた部位は、全周に亘って溶接されていてもよいが、周方向の少なくとも一部が溶接されているとよい。ここでは、挿通孔１４ｃの周囲において台座部１５ｃに重ねられた部位のうち、外部端子１４と内部端子１５とが溶接された部位を、溶接部１４ｄという。当該溶接部１４ｄによって、内部端子１５の先端１５ｄ１と外部端子１４とは、溶接されることによって導通が確実に確保されている。
また、外部端子１４は、蓋１１ｂの外側に配置されたインシュレータ１３の上に配置されるとともに、接続端子１６を保持する部材である。かかる観点において、外部端子１４は、蓋１１ｂの長手方向に沿って配置されたプレート状の部材である。外部端子１４の長手方向の中間部には、段差１４ａが設けられている。段差１４ａの片側には接続端子１６の軸部１６ｂに装着される装着孔１４ｂが形成されている。反対側には、内部端子１５の軸部１５ｄが挿通される挿通孔１４ｃが形成されている。
接続端子１６は、鍔部１６ａと、軸部１６ｂとを有している。鍔部１６ａは、蓋１１ｂの外側に配置されるインシュレータ１３に設けられた窪み１３ｂに位置決めされて装着される。このため、かかる鍔部１６ａや窪み１３ｂは対応した形状を有しているとよい。軸部１６ｂは、外部出力端子となる部位であり、例えば、組電池を構成する際には、バスバーが取り付けられる部位である。外部端子１４を組付ける工程では、外部端子１４は、インシュレータ１３の上に組付けられる。この実施形態では、インシュレータ１３の上に配置された接続端子１６の軸部１６ｂに外部端子１４の装着孔１４ｂが通される。また、インシュレータ１３の上に露出した内部端子１５の軸部１５ｄに外部端子１４の挿通孔１４ｃが通される。さらに、インシュレータ１３の上に外部端子１４が組付けられる。
この実施形態では、上述のように組付けられた後で、内部端子１５の台座部１５ｃと、外部端子１４が重ねられた部位が溶接されている。内部端子１５の軸部１５ｄの先端１５ｄ１は、さらに外部端子１４にかしめられている。
ここで提案される電池は、ガスケット１２とインシュレータ１３とを介在させて、電池ケース部品としての蓋１１ｂに組付けられた内部端子１５と外部端子１４とを挟むようにプレスするとともに、内部端子１５の軸部１５ｄを変形させる。つまり、内部端子１５の軸部１５ｄの先端１５ｄ１が変形されて外部端子１４にかしめられる。これによって、内部端子１５、ガスケット１２、インシュレータ１３および外部端子１４が、電池ケース１１の蓋１１ｂに固定されている。
このように、電池１０の内部端子１５は、図２に示されているように、ベース部１５ｂと、台座部１５ｃと、軸部１５ｄとを有している。ベース部１５ｂは、絶縁部材（ガスケット１２）を介在させて電池ケース部品としての蓋１１ｂの内側に重ねられている。台座部１５ｃは、ベース部１５ｂから突出し、絶縁部材（１２，１３）を介在させて取付孔１１ｃに挿通されて蓋１１ｂに装着されている。軸部１５ｄは、台座部１５ｃの中央部に立ち上がっている。外部端子１４は、内部端子１５の軸部１５ｄが挿通された挿通孔１４ｃと、挿通孔１４ｃの周囲において台座部１５ｃに重ねられ、かつ、内部端子１５に溶接された溶接部１４ｄとを備えている。さらに内部端子１５の軸部１５ｄは、外部端子１４にかしめられている。
この電池１０では、外部端子１４は、挿通孔１４ｃの周囲において台座部１５ｃに重ねられた部位に、内部端子１５に溶接された溶接部１４ｄを備えている。かかる溶接部１４ｄが、外部端子１４の裏側に形成されており、表面に露出していない。このため、外部からの異物が接触しにくく、導通経路の品質が高く維持されやすい。さらに、この実施形態では、内部端子１５の軸部１５ｄは、外部端子１４にかしめられている。つまり、内部端子１５は、リベットのように外部端子１４にかしめられている。このため内部端子１５は、蓋１１ｂとガスケット１２とインシュレータ１３と外部端子１４とに組付けられた状態で維持されやすい。このため、溶接部１４ｄを引き離すような外力が作用した場合でも、溶接部１４ｄでの内部端子１５と外部端子１４の接合が維持されやすい。なお、図示は省略するが、例えば、外部端子１４にかしめられた内部端子１５の軸部１５ｄの外周縁は、レーザー溶接などでさらに外部端子１４に溶接されてもよい。かかる溶接によって、内部端子１５と外部端子１４との接合がより強固になる。また、導通経路が内部端子１５と外部端子１４との内部と外部に形成されるので、製造コストは高くなるものの、内部端子１５と外部端子１４との導通経路の信頼性が向上する。
また、この実施形態では、外部端子１４の裏面に設けられた溶接部１４ｄにおいて、内部端子１５と接合されている。かかる溶接部１４ｄは、内部端子１５や外部端子１４の表面被膜が溶融しており、抵抗が低く、導通経路となりうる。この場合、従来のように、内部端子１５の軸部１５ｄの先端を外部端子１４の挿通孔１４ｃの周りにかしめて、かしめられた内部端子１５の軸部１５ｄの周縁部を溶接する場合に比べて、内部端子１５と外部端子１４との導通経路が短くなりうる。この結果、外部端子１４の裏面に設けられた溶接部１４ｄにおいて、内部端子１５と接合された構造は、電池１０の電池抵抗を小さくすることにも寄与しうる。
以下、上述した電池１０の製造方法および溶接部１４ｄの溶接方法を説明する。
電池１０を製造する方法は、電池ケース部品（ここでは、蓋１１ｂ）を用意する工程と、ガスケット１２を用意する工程と、内部端子１５を用意する工程と、インシュレータ１３を用意する工程と、外部端子１４を用意する工程と、組付工程と、溶接工程と、かしめ工程を備えている。
ここで用意される電池ケース部品としての蓋１１ｂは、上述のように取付孔１１ｃが形成されているとよい。また、用意されるガスケット１２は、上述のように取付孔１１ｃに装着可能な筒部１２ａを有しているとよい。また、用意される内部端子１５は、上述のように筒部１２ａに装着可能な台座部１５ｃと、台座部１５ｃの中央部において立ち上がった軸部１５ｄとを有しているとよい。用意されるインシュレータ１３は、台座部１５ｃに装着される貫通孔１３ｄを有しているとよい。用意される外部端子１４は、軸部１５ｄが挿通される挿通孔１４ｃを有しているとよい。
図３は、組付工程で、組付けられた内部端子１５と、ガスケット１２と、蓋１１ｂと、インシュレータ１３と、外部端子１４とを示す断面図である。図４は、溶接工程で、内部端子１５の台座部１５ｃに外部端子１４が押し当てられた状態を示す断面図である。図３および図４では、蓋１１ｂの幅方向に沿った断面が図示されている。
組付工程は、図３に示されているように、内部端子１５と、ガスケット１２と、蓋１１ｂと、インシュレータ１３と、外部端子１４とを組付ける工程である。組付工程では、例えば、電池ケース部品としての蓋１１ｂの取付孔１１ｃにガスケット１２の筒部１２ａが装着される。ガスケット１２の筒部１２ａに内部端子１５の台座部１５ｃが装着される。台座部１５ｃに貫通孔１３ｄを装着しつつ蓋１１ｂの外側面にインシュレータ１３が配置される。かつ、インシュレータ１３の上において軸部１５ｄに挿通孔１４ｃを挿通して外部端子１４が配置される。なお、組付工程での、内部端子１５と、ガスケット１２と、蓋１１ｂと、インシュレータ１３と、外部端子１４とを組付ける手順は、上記に限定されない。組付工程では、例えば、内部端子１５に、ガスケット１２、蓋１１ｂ、インシュレータ１３、外部端子１４を順に組付けてもよい。
溶接工程は、内部端子１５の台座部１５ｃに外部端子１４を押し当て、かつ、外部端子１４または内部端子１５を振動させて台座部１５ｃと外部端子１４とを固相溶接させる。そして、かしめ工程では、かかる溶接工程後に、軸部１５ｄが外部端子１４の挿通孔１４ｃの周囲にかしめられる。
ここで、溶接工程では、図４に示されているように、上述のように組付工程で組付けられた内部端子１５と外部端子１４とを、ホーン４１とアンビル４２（受け治具）とで挟む。この実施形態では、外部端子１４の上面にホーン４１が当てられ、内部端子１５のベース部１５ｂの下面にアンビル４２が当てられている。そして、内部端子１５の台座部１５ｃに外部端子１４が押し当てられる。内部端子１５の台座部１５ｃに外部端子１４が押し当てられた際、内部端子１５とガスケット１２と蓋１１ｂとインシュレータ１３と外部端子１４が密着する。また、この実施形態では、蓋１１ｂの取付孔１１ｃの縁に設けられた突起１１ｃ１が、ガスケット１２に食いつく。
内部端子１５の台座部１５ｃに外部端子１４が十分に押し当てられているか否かは、ホーン４１とアンビル４２とで挟む力によって判定される。例えば、必要な圧縮加重が大凡２０００Ｎ程度である場合には、ホーン４１とアンビル４２とで挟む力を２０００Ｎに設定しておくとよい。これによって、内部端子１５とガスケット１２と蓋１１ｂとインシュレータ１３と外部端子１４が密着し、かつ、蓋１１ｂの取付孔１１ｃの縁に設けられた突起１１ｃ１が、ガスケット１２に食いついた状態を保証しうる。
次に、内部端子１５の台座部１５ｃに外部端子１４を押し当てられた状態で、ホーン４１によって超音波振動を与える。その結果、ホーン４１とアンビル４２（受け治具）とで挟まれることによって押し当てられた内部端子１５の台座部１５ｃと外部端子１４とが溶接される。この際、内部端子１５の台座部１５ｃと外部端子１４とのうち、ホーン４１とアンビル４２（受け治具）とで挟まれ、押し当たる力が直接作用しうる位置が溶接される。このように、溶接工程では、内部端子１５と外部端子１４とを、ホーン４１とアンビル４２とで挟み、内部端子１５の台座部１５ｃと外部端子１４とを押し当てつつ、内部端子１５または外部端子１４に超音波振動を与えるとよい。
図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿った平面図である。図５では、内部端子１５の台座部１５ｃに外部端子１４を押し当てられた部位が示されている。図４および図５に示されているように、ホーン４１は、外部端子１４に押し当てられる。この実施形態では、ホーン４１は、図５に示されているように、４本の足部４１ａを備えている。足部４１ａは、円弧形状の端面を有し、周方向に均等に配置されている。ホーン４１は、図示は省略するが、プレス装置および振動発生装置に取付けられている。アンビル４２は、プレス装置にホーン４１に対向するように取付けられている。この実施形態では、ホーン４１の４本の足部４１ａは、外部端子１４の挿通孔１４ｃの周りにおいて外部端子１４に当てられている。アンビル４２は、ホーン４１に対向する位置で、内部端子１５のベース部１５ｂに当てられている。
ここでは、ホーン４１が作用させる押圧力をセンサーで確認しつつ、予め定められた押圧力が作用した状態で、ホーン４１に超音波振動を付与する。この際、内部端子１５とガスケット１２と蓋１１ｂとインシュレータ１３と外部端子１４が密着し、かつ、蓋１１ｂの取付孔１１ｃの縁に設けられた突起１１ｃ１が、ガスケット１２に食いついた状態で、外部端子１４が振動する。この際、アンビル４２が押し当てられた内部端子１５は固定されており、ホーン４１が押し当てられた外部端子１４はホーン４１と同調して振動する。ホーン４１を通じて外部端子１４に付与される振動は、内部端子１５と外部端子１４が固相溶接される程度の周波数を有しているとよい。かかる観点において、ホーン４１を通じて外部端子１４に付与される振動は、例えば、２０ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下程度であるとよい。
また、ホーン４１の振動は、例えば、内部端子１５の軸部１５ｄの中心軸周りに、周方向に振動させるとよい。かかる超音波振動によって、内部端子１５の台座部１５ｃと外部端子１４のとの接合界面は、固相溶接される。つまり、内部端子１５と外部端子１４は、溶融温度よりも低い温度で溶接される。
この結果、外部端子１４と内部端子１５の台座部１５ｃとは、例えば、内部端子１５の軸部１５ｄの周りに、周方向に沿って溶接されているとよい。つまり、溶接部１４ｄは、円弧状であってもよい。また、溶接部１４ｄは、所要の強度を得るため所要の面積を有しているとよい。溶接部１４ｄは、例えば、２０ｍｍ２以上（例えば、３０ｍｍ２）の面積を有しているとよい。
なお、この実施形態では、ホーン４１を通じて外部端子１４に振動が付与されているが、これに限定されない。例えば、図示は省略するが、外部端子１４をアンビルで押さえて、内部端子１５にホーンを取り付けて、ホーンを通じて内部端子１５に振動を付与してもよい。
図６は、かしめ工程を示す断面図である。かしめ工程では、図６に示されているように、溶接工程後に、軸部１５ｄが外部端子１４の挿通孔１４ｃの周囲にかしめられる。ここでは、図６に示されているように、溶接工程で用いられていたホーン４１を取り外し、かしめ部材４３によって内部端子１５の軸部１５ｄの先端１５ｄ１が押圧されて圧縮変形させられる。図６では、模式的に描かれているが、回転するかしめ部材４３によって、内部端子１５の軸部１５ｄの先端１５ｄ１が圧縮変形させてもよい。
このように、電池１０、電池１０の製造方法および溶接部１４ｄの溶接方法を説明したが、電池１０、電池１０の製造方法および溶接部１４ｄの溶接方法は、上述した形態に限定されない。
ここで、図７は、他の形態における溶接工程で、内部端子１５の台座部１５ｃに外部端子１４が押し当てられた状態を示す断面図である。図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った平面図である。図８では、内部端子１５の台座部１５ｃに外部端子１４を押し当てられた部位が示されている。
例えば、図７および図８に示されているように、内部端子１５に外部端子１４が溶接された溶接部１４ｄは、軸部１５ｄが外部端子１４の挿通孔１４ｃの周囲にかしめられた部位よりも外径側（つまり、軸部１５ｄの径方向の外側）にあってもよい。図７および図８に示された例では、内部端子１５の台座部１５ｃは、蓋１１ｂの長さ方向に沿って長軸が設定された楕円形状である。この実施形態では、内部端子１５の台座部１５ｃの長軸に沿って離れた２点に、ホーン４１が配置されている。ホーン４１の間の空間には、内部端子１５の軸部１５ｄを押圧して圧縮変形させるかしめ部材４３が配置されている。
この実施形態では、ホーン４１によって、外部端子１４を内部端子１５に押し付けるとともに、超音波振動を与えて、ホーン４１によって押圧された部位において外部端子１４と内部端子１５を溶接させる。その後、かしめ部材４３によって内部端子１５の軸部１５ｄが、外部端子１４の挿通孔１４ｃの周囲にかしめられている。この際、かしめ部材４３によって内部端子１５の軸部１５ｄが、外部端子１４の挿通孔１４ｃの周囲にかしめられる部位は、溶接部１４ｄよりも内側に設けられている。換言すると、内部端子１５に外部端子１４が溶接された部位は、内部端子１５の軸部１５ｄが外部端子１４の挿通孔１４ｃの周囲にかしめられた部位よりも外径側にある。このため、かしめ部材４３によって内部端子１５の軸部１５ｄが外部端子１４の挿通孔１４ｃの周囲にかしめられる際に作用する外力が、溶接部１４ｄに作用しにくい。さらに、図示は省略するが、かしめられた内部端子１５の軸部１５ｄの外周縁は、さらに外部端子１４に溶接されてもよい。かかる溶接によって、内部端子１５と外部端子１４との接合がより強固になりうる。かかる溶接には、レーザー溶接が用いられてもよい。
ここで、図９は、他の形態における溶接工程で、内部端子１５の台座部１５ｃに外部端子１４が押し当てられた状態を示す断面図である。図１０は、組付工程で、内部端子１５の台座部１５ｃに、インシュレータ１３が組付けられた状態を示す平面図である。
図９および図１０に示されているように、外部端子１４が接合される内部端子１５の台座部１５ｃには溝１５ｃ１がある。当該台座部１５ｃに外部端子１４が組付けられたときに、台座部１５ｃと外部端子１４の間に異物が挟まることがありうる。この場合、台座部１５ｃに溝１５ｃ１があることによって、異物が、溝１５ｃ１に落ちるので、台座部１５ｃと外部端子１４との溶接がより確実になる。溝１５ｃ１は、例えば、図９に示されているように、内部端子１５の軸部１５ｄの径方向において外部端子１４がホーン４１で押圧される位置よりも内側に設けられていてもよい。つまり、軸部１５ｄの径方向において、外部端子１４が内部端子１５の台座部１５ｃに溶接された溶接部１４ｄよりも軸部１５ｄに近い位置において、台座部１５ｃに溝１５ｃ１が形成されているとよい。換言すると、軸部１５ｄが挿通された外部端子１４の挿通孔１４ｃに近い位置において、台座部１５ｃに溝１５ｃ１が形成されているとよい。
なお、溝１５ｃ１は、台座部１５ｃに外部端子１４が組付けられたときに、台座部１５ｃの上で、５０μｍ以上２００μｍ程度の異物が落ちるように形成されているとよい。かかる観点において、溝１５ｃ１は２００μｍ以上５００μｍ程度の深さを有しているとよい。また、溝１５ｃ１は２００μｍ以上２ｍｍ程度の幅を有しているとよい。図１０の例では、溝１５ｃ１は、直線上に形成されているが、溝１５ｃ１の形状なども特段限定されない。
図１１は、ここで提案される電池の他の実施形態を示す断面図である。
図１１に示されている形態では、内部端子１５の台座部１５ｃに外部端子１４が重ねられて溶接されている。ここでは、絶縁部材としてのガスケット１２とインシュレータ１３とを介在させて、取付孔１１ｃに挿通されて蓋１１ｂ（電池ケース部品）に装着された台座部１５ｃを備えている。外部端子１４は、取付孔１１ｃに挿通された台座部１５ｃに重ねられ、かつ、当該重ねられた部位において内部端子１５に溶接された溶接部１４ｄを備えている。
図１１に示された形態では、内部端子１５と、ガスケット１２と、蓋１１ｂと、インシュレータ１３と、外部端子１４とが組付けられる組付工程において、蓋１１ｂの取付孔１１ｃにガスケット１２の筒部１２ａが装着される。ガスケット１２の筒部１２ａに内部端子１５の台座部１５ｃが装着される。台座部１５ｃに貫通孔１３ｄを装着しつつ蓋１１ｂの外側面にインシュレータ１３が配置される。インシュレータ１３の上で台座部１５ｃに重ねられるように外部端子１４が配置される。溶接工程では、内部端子１５の台座部１５ｃに外部端子１４を押し当て、かつ、外部端子１４または内部端子１５を振動させて台座部１５ｃと外部端子１４とを固相溶接させる。
この場合、台座部１５ｃに重ねられた部位において、内部端子１５と外部端子１４とが広く溶接されている。溶接は、例えば、外部端子１４にホーンを押し当て、かつ、ホーンに対向する位置で内部端子１５のベース部１５ｂにアンビルを押し当てる。そして、ホーンとアンビルとによって外部端子１４を内部端子１５の台座部１５ｃに押し当てつつ、ホーンを通じて外部端子１４を振動させるとよい。
これによって、内部端子１５の台座部１５ｃに押し当てられた部位において、外部端子１４が内部端子１５の台座部１５ｃに固相溶接される。
かかる溶接された部位において、内部端子１５と外部端子１４とは、所要の強度で接合されているとよい。図１１に示された例では、採用されていないが、台座部１５ｃの上面には、適当な位置に異物が落ちるための溝（図９参照）が形成されていてもよい。
図１１に示された実施形態では、台座部１５ｃには、軸部１５ｄ（図２参照）が設けられていない。また、外部端子１４には、軸部１５ｄが挿通される挿通孔１４ｃ（図２参照）がない。この場合、軸部１５ｄが外部端子１４の挿通孔１４ｃの周りにかしめられた形態ではないが、外部端子１４が内部端子１５の台座部１５ｃに広い面積で溶接されており、それによって外部端子１４と内部端子１５とが所要の強度で接合されているとよい。
以上のように、ここで提案される電池１０では、内部端子１５と外部端子１４とに導通経路を確保するための溶接工程において、レーザー溶接を用いることなく、内部端子１５と外部端子１４との溶接が具現化されている。また、内部端子１５と外部端子１４との導通経路が、外部に露見しない、内部端子１５と外部端子１４との接触部位に形成される。内部端子１５と外部端子１４との導通経路の品質が高く維持されやすい。また、内部端子と外部端子との導通経路と形成するための溶接工程において、レーザー溶接機よりも比較的安価な固相溶接機が用いられるため、設備コストを低く抑えられうる。
以上、ここで提案される電池および電池の製造方法について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた電池および電池の製造方法の実施形態などは、本発明を限定しない。
例えば、電池ケースや電極体の構造などは、特段言及されない限りにおいて限定されない。
例えば、上述した実施形態では、電池ケース部品としての蓋１１ｂに内部端子１５と外部端子１４とが取り付けられているが、電池ケースの構造によっては、かかる形態に限定されない。つまり、電池ケース部品は、蓋に限定されない。電極体が収容されるケース本体に内部端子１５と外部端子１４とが取り付けられてもよい。この場合、ケース本体が電池ケース部品となりうる。また、上述した実施形態では、絶縁部材としてガスケット１２とインシュレータ１３が例示されているが、絶縁部材は、内部端子１５および外部端子１４と、電池ケース部品との間に介在しているとよく、上述した形態に限定されない。
１０ 電池（密閉型電池）
１１ 電池ケース
１１ａ ケース本体
１１ｂ 蓋
１１ｂ１ 窪み
１１ｃ 取付孔
１１ｃ１ 突起
１２ ガスケット
１２ａ 筒部
１２ｂ 鍔部
１２ｃ 囲い部
１２ｄ 受け部
１３ インシュレータ
１３ａ 凸部
１３ｂ 窪み
１３ｃ 窪み
１３ｄ 貫通孔
１４ 外部端子
１４ａ 段差
１４ｂ 装着孔
１４ｃ 挿通孔
１４ｄ 溶接部
１５ 内部端子
１５ａ リード部
１５ｂ ベース部
１５ｃ 台座部
１５ｃ１ 溝
１５ｄ 軸部
１５ｄ１ 軸部１５ｄの先端
１６ 接続端子
１６ａ 鍔部
１６ｂ 軸部
２０ 電極体
２１ 正極シート
２１ａ 正極集電箔
２１ａ１ 未形成部
２１ｂ 正極活物質層
２２ 負極シート
２２ａ 負極集電箔
２２ａ１ 未形成部
２２ｂ 負極活物質層
３１，３２ セパレータシート
４１ ホーン
４１ａ 足部
４２ アンビル
４３ かしめ部材

Claims (9)

  1. 取付孔を有する電池ケース部品と、
    内部端子と、
    外部端子と、
    前記内部端子および前記外部端子と、前記電池ケース部品との間に介在した絶縁部材とを備え、
    前記内部端子は、
    前記絶縁部材を介在させて前記電池ケース部品の内側に重ねられたベース部と、
    前記ベース部から突出し、前記絶縁部材を介在させて前記取付孔に挿通されて電池ケース部品に装着された台座部と
    を備え、
    前記外部端子は、
    前記取付孔に挿通された前記台座部に重ねられ、かつ、前記内部端子に溶接された溶接部を備えた
    電池。
  2. 前記内部端子は、
    前記台座部から立ち上がった軸部をさらに有し、
    前記外部端子は、
    前記軸部が挿通された挿通孔をさらに有し、
    前記軸部は、前記挿通孔に挿通され、かつ、前記挿通孔の周囲にかしめられている、
    請求項１に記載された電池。
  3. 前記溶接部は、前記軸部が前記挿通孔の周囲にかしめられた部位よりも外径側にある、請求項２に記載された電池。
  4. 前記外部端子が接合された前記台座部には溝がある、請求項１から３までの何れか一項に記載された電池。
  5. 前記外部端子と前記台座部とは、前記内部端子の軸部周りの周方向に沿って溶接されている、請求項１から４までの何れか一項に記載された電池。
  6. 前記絶縁部材は、
    前記取付孔の周囲において前記電池ケース部品の内側面に重ねられた鍔部と、前記鍔部から突出して前記取付孔に装着された筒部とを有するガスケットと、
    前記取付孔に挿通された台座部が装着された貫通孔を有し、前記電池ケース部品の外側面に重ねられたインシュレータと
    を備え、
    前記内部端子のベース部は、前記電池ケース部品の内側において前記ガスケットに重ねられており、
    前記台座部は、前記ガスケットの筒部に挿通されて電池ケース部品の取付孔に装着されており、
    前記外部端子は、前記インシュレータを介して前記電池ケース部品の外側に重ねられている、
    請求項１から５までの何れか一項に記載された電池。
  7. 取付孔が形成された電池ケース部品を用意する工程と、
    前記取付孔に装着可能な筒部を有するガスケットを用意する工程と、
    前記筒部に装着可能な台座部を有する内部端子を用意する工程と、
    前記台座部に装着される貫通孔を有するインシュレータを用意する工程と、
    前記インシュレータの上に配置されて前記台座部に重ねられる前記外部端子を用意する工程と、
    前記電池ケース部品の前記取付孔に前記ガスケットの前記筒部が装着され、前記ガスケットの前記筒部に前記内部端子の前記台座部が装着され、前記台座部に前記貫通孔を装着しつつ前記電池ケース部品の外側面にインシュレータが配置され、かつ、インシュレータの上で前記台座部に重ねられるように前記外部端子が配置された状態に、前記内部端子と、前記ガスケットと、前記電池ケース部品と、前記インシュレータと、前記外部端子とを組付ける組付工程と、
    前記内部端子の前記台座部に前記外部端子を押し当て、かつ、前記外部端子または前記内部端子を振動させて前記台座部と前記外部端子とを固相溶接させる溶接工程と
    を含む、電池の製造方法。
  8. 前記内部端子を用意する工程において用意される前記内部端子は、前記台座部から立ち上がった軸部を有し、
    前記外部端子を用意する工程において用意される前記外部端子は、前記軸部が挿通される挿通孔を有し、
    前記組付工程では、前記インシュレータの上において前記軸部に前記挿通孔が挿通されるように前記外部端子が配置され、
    前記溶接工程後に、前記軸部を前記挿通孔の周囲にかしめるかしめ工程をさらに含む、
    請求項７に記載された電池の製造方法。
  9. 前記溶接工程では、前記内部端子と前記外部端子とをホーンとアンビルとで挟み、前記内部端子の前記台座部と前記外部端子とを押し当てつつ、前記内部端子または前記外部端子に超音波振動が与えられる、請求項７または８に記載された電池の製造方法。
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