JP2019084540A - 密閉型電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極端子のインシュレータの熱劣化を生じさせることなく、ケース本体と蓋体とを好適に溶接することができる密閉型電池の製造方法を提供する。【解決手段】ここで開示される密閉型電池の製造方法は、蓋体１４をケース本体１２の開口部に嵌合させる嵌合工程と、ケース本体１２の開口部の周縁部と蓋体１４の外周縁部とにレーザーＬを照射して蓋体１４とケース本体１２とを溶接する溶接工程とを備えている。そして、溶接工程において、ケース本体１２に照射されるレーザーＬの強度が蓋体１４に照射されるレーザーＬの強度よりも大きくなるようにレーザーＬの強度を調整する。これによって、ケース本体１２側が低くなるように上面１５ａが傾斜した溶融部１５を形成することができるため、溶融部１５で反射されたレーザーＬがインシュレータ３８に照射されることを防止できる。【選択図】図４

Description

本発明は、密閉型電池の製造方法に関し、詳しくは、密閉された電池ケース内に電極体が収容された密閉型電池を製造する方法に関する。

リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池などの二次電池は、近年、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源や車両駆動用電源として好ましく用いられている。かかる二次電池の中でも、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両に用いられる高出力電源（例えば、車両の駆動輪に連結されたモータを駆動させる電源）として特に重要性が高まっている。

このような二次電池は、例えば、密閉された電池ケース内に電極体が収容された密閉型電池として構築される。かかる密閉型電池の電池ケースは、開口部が形成されたケース本体と、当該ケース本体の開口部を塞ぐ板状の蓋体とから構成されている。また、この電池ケースには、外部機器（車両のモータや他の電池など）とケース内の電極体とを電気的に接続するための電極端子が設けられている。かかる電極端子は、複数の導電部材を電池ケース（例えば蓋体）に組み付けることによって形成される。このとき、各々の導電部材が電池ケースと導通することを防止するために、電極端子には絶縁樹脂製のインシュレータ（絶縁ホルダ）が取り付けられる。

上記した構造の密閉型電池を製造する際には、先ず、電極端子を構成する各部材を蓋体に組み付けると共に、ケース本体の内部に電極体を収容する。そして、ケース本体の開口部に板状の蓋体を嵌合させた後、ケース本体の開口部の周縁部と蓋体の外周縁部とをレーザーで溶接する。これによって、電池ケース内が密閉されて密閉型電池が製造される。特許文献１には、この密閉型電池の製造におけるケース本体と蓋体との溶接に関する技術が記載されている。

特開２０１６−２５６２号公報

しかしながら、上述した密閉型電池の製造方法では、ケース本体と蓋体とをレーザーで溶接する際に、電極端子のインシュレータが焦げたり、溶融したりすることがあった。このようなインシュレータの熱劣化が生じた電池は、電極端子の導電部材と電池ケースとが導通する可能性がある不良品となるため、密閉型電池の製造効率が低下する原因になる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、電極端子のインシュレータの熱劣化を生じさせることなく、ケース本体と蓋体とを好適に溶接することができる密閉型電池の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を実現するべく、本発明によって以下の構成の密閉型電池の製造方法（以下、単に「製造方法」ともいう）が提供される。

ここで開示される密閉型電池の製造方法は、密閉された電池ケース内に電極体が収容された密閉型電池を製造する方法である。かかる製造方法は、開口部が形成されたケース本体と、絶縁樹脂からなるインシュレータを備えた電極端子が取り付けられた板状の蓋体とを準備する準備工程と、電極体をケース本体の内部に収容する収容工程と、蓋体をケース本体の開口部に嵌合させる嵌合工程と、ケース本体の開口部の周縁部と蓋体の外周縁部とにレーザーを照射して蓋体とケース本体とを溶接する溶接工程とを備えている。
そして、ここで開示される製造方法では、溶接工程において、ケース本体に照射されるレーザーの強度が蓋体に照射されるレーザーの強度よりも大きくなるようにレーザーの強度を調整する。

本発明者は、上述した課題を解決するために種々の検討を行った結果、蓋体とケース本体との溶接において電極端子のインシュレータに熱劣化が生じる原因を見出した。図５は従来の密閉型電池の製造方法の溶接工程を説明する断面図である。
図５に示すように、ケース１１０を作成する際に、電極端子１３０が取り付けられた蓋体１１４と、ケース本体１１２との境界部分にレーザーＬを照射すると、これらの部材が溶融した溶融部１１５が形成されるが、この際に溶融部１１５の上面１１５ａが電極端子１３０側に向かうに従って低くなるように傾斜することがある。このような溶融部１１５が形成された状態でレーザーＬの照射を継続すると、溶融部１１５の上面１１５ａによって反射されたレーザーＬが電極端子１３０のインシュレータ１３８に照射されるため、インシュレータ１３８の熱劣化が発生する。

ここで開示される密閉型電池の製造方法は、本発明者が見出した上述の知見に基づいてなされたものであり、蓋体とケース本体とを溶接する溶接工程において、ケース本体に照射されるレーザーの強度が蓋体に照射されるレーザーの強度よりも大きくなるようにレーザーの強度を調整している。これによって、蓋体よりも先にケース本体を溶融させることができるため、ケース本体側（電極端子の反対側）に向かうに従って上面が低くなる溶融部を形成することができる。このような場合、溶融部の上面によってレーザーが反射されたとしても、当該レーザーの反射光がインシュレータに照射されることがなく、インシュレータの熱劣化を好適に防止することができる。
以上のように、ここで開示される密閉型電池の製造方法によれば、インシュレータの熱劣化を生じさせることなく、ケース本体と蓋体とを好適に溶接することができるため、密閉型電池の製造効率を従来よりも向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る密閉型電池の製造方法によって得られる密閉型電池を模式的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る密閉型電池の製造方法の嵌合工程を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係る密閉型電池の製造方法の溶接工程で用いられるレーザーを説明する平面図である。 本発明の一実施形態に係る密閉型電池の製造方法の溶接工程を説明する断面図である。 従来の密閉型電池の製造方法の溶接工程を説明する断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る密閉型電池の製造方法を説明する。なお、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。加えて、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、電極体や電解質の構成および製法など）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。

１．密閉型電池の構造
本明細書では、本実施形態に係る密閉型電池の製造方法を説明する前に、当該製造方法によって得られる密閉型電池の構造を説明する。図１は本実施形態に係る密閉型電池の製造方法によって得られる密閉型電池を模式的に示す斜視図である。なお、本明細書の各図における符号Ｘは密閉型電池の「幅方向」を示し、符号Ｙは「厚み方向」を示し、符号Ｚは「高さ方向」を示している。

図１に示す密閉型電池１の基本的な構造は従来の密閉型電池と同様である。具体的には、本実施形態に係る製造方法によって得られる密閉型電池１は、電池ケース１０の内部に電極体５０を収納することによって構築される。

電池ケース１０は、上面に開口部（図示省略）が形成された角型のケース本体１２と、当該ケース本体１２上面の開口部を塞ぐ板状の蓋体１４とから構成されている。そして、ケース本体１２の開口部に蓋体１４を嵌め込み、ケース本体１２と蓋体１４とを溶接することによって、内部が密閉された電池ケース１０が形成される。なお、電池ケース１０を構成するケース本体１２と蓋体１４は、銅やアルミニウムなどの軽量で熱伝導性の良い金属材料を主体に構成されていると好ましい。また、電池ケース１０の形状は、角型に限定されず、円筒形であってもよい。

上記したように、電極体５０は、電池ケース１０の内部に収容されている。かかる電極体５０については、一般的な密閉型電池の電極体と同様のものを特に制限なく使用することができ、本発明を限定するものではないため詳細な説明は省略する。
また、図示は省略するが、電池ケース１０内部には、電極体５０の他に電解液が充填されている。かかる電解液についても、一般的な密閉型電池と同様のものを特に制限なく使用することができるため詳細な説明を省略する。

また、この密閉型電池１では、板状の蓋体１４に一対の電極端子３０が取り付けられている。この電極端子３０は、電池ケース１０内の電極体５０と接続されると共に、電池ケース１０外部で外部機器（モータや他の電池など）と電気的に接続される部材である。かかる電極端子３０は、複数の導電部材（集電部材３２、外部接続部材３４、ボルト３６）を蓋体１４に組み付けることによって構成される。これらの導電部材の組付け構造については、一般的な密閉型電池と同様の構造を採用でき、本発明を限定するものではないため詳細な説明を省略する。

そして、上述した各々の導電部材が電池ケース１０（蓋体１４）と導通することを防止するために、電極端子３０には、ポリアミド樹脂等の絶縁樹脂からなる絶縁部材が設けられている。かかる絶縁部材は、インシュレータ３８とガスケット３９（図２参照）とを備えている。具体的には、インシュレータ３８は、外部接続部材３４と蓋体１４との間に配置され、外部接続部材３４やボルト３６が蓋体１４と導通することを防止する。また、図２に示すように、ガスケット３９は、集電部材３２と蓋体１４との間に配置され、集電部材３２と蓋体１４とが導通することを防止する。

２．密閉型電池の製造方法
次に、本実施形態に係る密閉型電池の製造方法を説明する。
本実施形態に係る製造方法は、準備工程と、収容工程と、嵌合工程と、溶接工程とを備えており、これらの工程を経て密閉型電池１を製造する。以下、各々の工程について具体的に説明する。

（１）準備工程
準備工程では、密閉型電池１に用いられる各部材を準備する。本実施形態における準備工程は、開口部が形成されたケース本体１２を準備する工程と、インシュレータ３８を備えた電極端子３０を蓋体１４に組み付ける工程と、正極と負極とを備えた電極体５０を作製する工程とを含む。

（２）収容工程
本工程では、電極体５０をケース本体１２の内部に収容する。具体的には、電極端子３０を構成する集電部材３２の下端部３２ａ（図１参照）と、幅方向Ｘにおける電極体５０の両側縁部に形成された接続部５０ａとを溶接した後、電極体５０をケース本体１２の内部に収容する。

（３）嵌合工程
図２は本実施形態に係る密閉型電池の製造方法の嵌合工程を説明する断面図である。
図２に示すように、嵌合工程では、蓋体１４をケース本体１２の開口部に嵌合させる。これによって、蓋体１４の外周面１４ｂとケース本体１２の内周面１２ｂとが対向するように配置される。そして、本実施形態に係る製造方法では、ケース本体１２の開口部の周縁部１２ａの上面よりも蓋体１４の外周縁部１４ａの上面の方が高さ方向Ｚにおける下側に配置されるように、蓋体１４をケース本体１２の開口部に嵌め込む。これによって、電池ケース１０の内部をより確実に密閉することができる。

（４）溶接工程
次に、溶接工程では、ケース本体１２の開口部の周縁部１２ａと蓋体１４の外周縁部１４ａとにレーザーを照射することによって蓋体１４とケース本体１２とを溶接する。図３は本実施形態に係る密閉型電池の製造方法の溶接工程で用いられるレーザーを説明する平面図であり、図４は本実施形態に係る密閉型電池の製造方法の溶接工程を説明する断面図である。

図３に示すように、本実施形態における溶接工程では、複数のレーザーＬ１〜Ｌ９を同時に照射する多点ビームが用いられている。このような多点ビームは、回折光学素子などを用いて、１本のレーザーを分岐させることによって発生させることができる。
これらの９本のレーザーＬ１〜Ｌ９は、平面視においてＸ字状に配列されており、厚み方向Ｙにおける中央部に配列されたレーザーＬ１は、図２中の蓋体１４とケース本体１２との境界に照射される。また、厚み方向Ｙにおける一端側（図３中の左側）に配列されたレーザーＬ２〜Ｌ５は、図２中の蓋体１４の外周縁部１４ａに照射される。そして、厚み方向Ｙにおける他端側（図３中の右側）に配列されたレーザーＬ６〜Ｌ９は、図２中のケース本体１２の開口部の周縁部１２ａに照射される。

そして、各々のレーザーＬ１〜Ｌ９は、個別に強度を調整できるように構成されている。そして、本実施形態では、ケース本体１２に照射されるレーザーの強度が、蓋体１４に照射されるレーザーの強度よりも大きくなるように、レーザーＬ８、Ｌ９の強度がレーザーＬ１〜Ｌ７の強度よりも大きく設定される。これによって、蓋体１４とケース本体１２にレーザーを照射した際に、蓋体１４よりも先にケース本体１２が溶融されるため、図４に示すように、ケース本体１２側（電極端子３０の反対側）に向かうに従って低くなるように上面１５ａが傾斜した溶融部１５を、ケース本体１２と蓋体１４との境界に形成することができる。このような上面１５ａが傾斜した溶融部１５を形成すると、溶融部１５の上面１５ａでレーザーＬが反射されたとしても、反射光がインシュレータ３８に照射されることがない。
このため、本実施形態に係る製造方法によれば、レーザーＬの反射光によってインシュレータ３８に熱劣化が生じることを確実に防止し、ケース本体１２と蓋体１４とを好適に溶接することができるため、電極端子３０と電池ケース１０（蓋体１４）とが確実に絶縁された好適な密閉型電池１を高い生産性で製造することができる。

なお、上述した溶接工程において、ケース本体１２側に照射されるレーザーＬ８、Ｌ９は、他のレーザーＬ１〜Ｌ７の１．２倍〜２．０倍（好ましくは１．５倍）に調整すると好ましい。ケース本体１２へのレーザーＬ８、Ｌ９の強度が小さすぎると、ケース本体１２側に向かって上面１５ａが傾く溶融部１５を形成することが難しくなる。一方、ケース本体１２へのレーザーＬ８、Ｌ９の強度を大きくし過ぎると、蓋体１４とケース本体１２との間の熱量に大きな差が生じて溶接不良が生じる恐れがある。さらに、レーザーＬ８、Ｌ９以外のレーザーＬ１〜Ｌ７の強度は、従来の一般的な溶接工程で用いられるレーザーよりも強度が低くなる（０．９倍程度）ように調整されていると好ましい。これによって、ケース本体１２側に向かって上面１５ａが傾斜した溶融部１５をより好適に形成し、インシュレータ３８の熱劣化をより確実に防止することができる。

３．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態に係る密閉型電池の製造方法について説明したが、ここで開示される密閉型電池の製造方法は、上述の実施形態に限定されず、必要に応じて適宜変更することができる。

例えば、上述した実施形態では、図３に示す９本のレーザーＬ１〜Ｌ９のうち、厚み方向Ｙの一端に配置されたレーザーＬ８、Ｌ９が、他のレーザーＬ１〜Ｌ７よりも大きい強度を有するように調整されている。しかし、ここで開示される製造方法では、ケース本体へのレーザーの強度が、蓋体へのレーザーの強度よりも大きくなるように調整されていればよく、上述の実施形態に限定されない。例えば、レーザーＬ８、Ｌ９に加えて、レーザーＬ６、Ｌ７の強度を大きくした場合でも、ケース本体へのレーザーの強度を蓋体へのレーザーの強度よりも大きくすることができるため、図４に示すように上面１５ａがケース本体１２側に傾斜した溶融部１５を形成し、インシュレータ３８の熱劣化を適切に防止することができる。

また、上述した実施形態の溶接工程では、９本に分岐したレーザーＬ１〜Ｌ９を用いているが、かかるレーザーの数についても特に限定されない。例えば、レーザーの本数を２本にし、一方のレーザーを蓋体１４に照射し、他方のレーザーをケース本体１２にした場合でも、ケース本体１２へのレーザーの強度を蓋体１４へのレーザーの強度よりも大きくすることによって、上面１５ａがケース本体１２側に傾斜した溶融部１５を形成することができる。
また、レーザーの本数が１本のみの場合であっても、レーザーの強度を減衰させるフィルタなどを蓋体１４の上方に配置することによって、ケース本体１２へのレーザーの強度を蓋体１４へのレーザーの強度よりも大きくすることができる。この場合でも、上面１５ａがケース本体１２側に傾斜した溶融部１５を形成し、レーザーの反射によるインシュレータ３８の熱劣化を防止することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

１ 密閉型電池
１０、１１０ ケース
１２、１１２ ケース本体
１２ａ ケース本体の開口部の周縁部
１２ｂ ケース本体の内周面
１４、１１４ 蓋体
１４ａ 蓋体の外周縁部
１４ｂ 蓋体の外周面
１５、１１５ 溶融部
１５ａ、１１５ａ 溶融部の上面
３０、１３０ 電極端子
３２ 集電部材
３４ 外部接続部材
３６ ボルト
３８、１３８ インシュレータ
３９ ガスケット
Ｌ、Ｌ１〜Ｌ９ レーザー
Ｘ （電池の）幅方向
Ｙ （電池の）厚み方向
Ｚ （電池の）高さ方向

Claims (1)

1. 密閉された電池ケース内に電極体が収容された密閉型電池を製造する方法であって、
   開口部が形成されたケース本体と、絶縁樹脂からなるインシュレータを備えた電極端子が取り付けられた板状の蓋体とを準備する準備工程と、
   前記電極体を前記ケース本体の内部に収容する収容工程と、
   前記蓋体を前記ケース本体の前記開口部に嵌合させる嵌合工程と、
   前記ケース本体の開口部の周縁部と前記蓋体の外周縁部とにレーザーを照射して前記蓋体と前記ケース本体とを溶接する溶接工程と
   を備え、
   前記溶接工程において、前記ケース本体に照射されるレーザーの強度が前記蓋体に照射されるレーザーの強度よりも大きくなるように前記レーザーの強度を調整する、密閉型電池の製造方法。
   

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