JP2019160751A - 密閉電池の製造方法及び密閉電池 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉電池の製造方法において、外装缶にリードを溶接する際の外装缶を貫通する穴の発生を防ぎ、かつ、安定した溶接強度を得ることである。【解決手段】本開示の一態様に係る密閉電池の製造方法は、外装缶の外部からエネルギービームを照射して負極リード２６を外装缶５０に溶接する溶接工程を含む。溶接工程は、外装缶の外側表面のうち、外装缶の内部側に内側表面を介して負極リード２６が対向する部分に、外装缶の内部に溶融痕である第１溶融部５６が留まるように制御された第１エネルギービームを照射する第１照射工程と、第１照射工程後に、外装缶の外側表面のうち第１溶融部が露出している部分の内側に、外装缶の外側表面から負極リード２６の内部にかけて溶融痕である第２溶融部が形成されるように制御された第２エネルギービームを照射する第２照射工程と、を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、密閉電池の製造方法及び密閉電池に関する。

近年の二次電池は、パソコン等の電子機器に組み込んで用いるだけでなく、車両の走行用のモータに電力を供給する電力源として期待されている。非水電解質二次電池は、高いエネルギーを得られる代わりに、電池内への金属異物などの混入による内部短絡が発生すると、電池自体の発熱等の問題が発生する可能性がある。

従来、外装缶と、電極体の正極及び負極の一方に接続されたリードとは、主に抵抗溶接によって接続されている。しかしながらこの抵抗溶接は、溶接過程で電池内部でスパッタが発生し、金属異物が電池内に混入することで、電圧不良による電池の製造品質、安全性、及び信頼性が悪化する課題があった。そのため近年では、外装缶の外側からエネルギービーム、例えばレーザ光を照射して、外装缶とリードとを溶接させて、スパッタの発生を防止しているものがある（例えば特許文献１〜３参照）。

また、特許文献４には、外装缶の外部から二段階に分けてエネルギービームを照射して、外装缶とキャップ体との溶接を行う電池の製造方法が記載されている。この電池の製造方法では、パルスレーザ光として、第１のレーザ出力及び第２のレーザ出力で照射されるレーザ光を用いる。第１のレーザ出力は、重ね合わせ部材のレーザ照射側部材を加熱し重ね合わせ部材の間の有機物を排除する。第２のレーザ出力は、重ね合わせ部材のレーザ照射側部材を溶融させて複数の重ね合わせ部材を溶接する。

特開２０１０−３６８６号公報 特開２０１５−１６２３２６号公報 特開２０１６−２０７４１２号公報 特開平１１−２４５０６６号公報

外装缶の外部からエネルギービームを照射して、外装缶にリードを溶接する従来の電池の製造方法では、外装缶にエネルギービームを照射したときに、外装缶に内側から穴が形成される可能性がある。具体的には、外装缶にリードを溶接する直前の状態で、外装缶とリードの間に固体状または液状の樹脂が存在する場合がある。この樹脂は、潤滑油系樹脂、工程内での発塵樹脂、電池構成部材に付着した樹脂などに由来する。外装缶とリードの間に樹脂が存在する場合に、エネルギービームが外装缶に照射されると、その照射により発生した熱で、固体状の樹脂が昇華し、または液状の樹脂が気化する可能性がある。この樹脂の昇華、または気化によって、外装缶とリードとの間で気体の体積が一気に膨張し、エネルギービームにより溶融している外装缶の外側に向けて気体が抜ける可能性がある。これにより、外装缶に内側から外側に通じる穴が形成された状態となり、電池内部の密閉性が保てなくなる可能性がある。外装缶の外側まで穴が通じていない状態でも、外装缶の内面のうち、リードとの溶接面に凹部状の穴が形成される可能性もあり、この穴により外装缶とリードの溶接面積が減少することで、溶接強度が低下する可能性がある。

特許文献４に記載された電池では、外装缶の外部から２段階の連続したエネルギービームを照射し、第１のレーザ出力により、重ね合わせ部材の間の有機物である電解液を排除している。一方、特許文献４には、電解液が外装缶に注入された後、重ね合わせ部材の間に電解液が入り込んだ場合の不都合をなくすことしか開示されていない。

本開示は、密閉電池の製造方法及び密閉電池において、外装缶にリードを溶接する際の外装缶を貫通する穴の発生を防ぎ、かつ、安定した溶接強度を得ることを目的とする。

本開示に係る密閉電池の製造方法は、少なくとも１つの正極と少なくとも１つの負極とがセパレータを介して巻回または積層された電極体と、電極体を収容する有底筒状の外装缶とを含む密閉電池の製造方法であって、外装缶の外部からエネルギービームを照射して、正極及び負極の一方に接続されたリードを外装缶に溶接する溶接工程を備え、溶接工程は、外装缶の外側表面のうち、外装缶の内側表面を介してリードが対向する部分に、外装缶の内部に溶融痕である第１溶融部が留まるように制御された第１エネルギービームを照射する第１照射工程と、第１照射工程後に、外装缶の外側表面のうち第１溶融部が露出している部分の内側に外装缶の外側表面からリードの内部にかけて溶融痕である第２溶融部が形成されるように制御された第２エネルギービームを照射する第２照射工程と、を有する、密閉電池の製造方法である。

本開示に係る密閉電池は、少なくとも１つの正極と少なくとも１つの負極とがセパレータを介して巻回又は積層された電極体と、電極体を収容する有底筒状の外装缶とを備える密閉電池であって、外装缶は、ニッケルめっきされた鉄により形成され、正極及び負極の一方に接続されたリードと外装缶とが、外装缶の外側表面からリードに向けて形成された溶接部で溶接されており、溶接部は、溶融痕である第１溶融部及び第２溶融部を含み、第１溶融部が、外装缶の外側表面から外装缶の厚みの５０〜９９％の範囲に形成され、第２溶融部が、外装缶の外側表面からリードの内部にかけて形成され、外装缶の外側から溶接部を見た場合に、第１溶融部の内側にある、密閉電池である。

本開示に係る密閉電池の製造方法及び密閉電池によれば、外装缶にリードを溶接する際の外装缶を貫通する穴の発生を防ぎ、かつ、安定した溶接強度を得ることができる。

実施形態の一例の製造方法により製造された密閉電池の底面側半部の断面図である。 図１に示す密閉電池の底面部である。 図１のＡ部拡大図である。 図２のＢ部拡大図である。 図３のＣ−Ｃ断面図である。 実施形態の製造方法において第１エネルギービームを照射する図である。 実施形態の製造方法において第２エネルギービームを照射する図である。 実施形態の別例の製造方法において第１エネルギービームを照射する図である。 実施形態の別例の密閉電池の底面側半部の断面図である。 図９に示す密閉電池の底面図である。

以下に、本開示に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本開示の理解を容易にするための例示であって、密閉電池の仕様に合わせて適宜変更することができる。また、以下において「略」なる用語は、例えば、完全に同じである場合に加えて、実質的に同じとみなせる場合を含む意味で用いられる。さらに、以下において複数の実施形態、変形例が含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

また、以下では、密閉電池が円筒形の非水電解質二次電池である場合を説明するが、密閉電池は、円筒形電池に限定するものではなく、角形電池等であってもよい。また、密閉電池は、以下で説明するような非水電解質二次電池に限定するものではなく、ニッケル水素電池、ニッカド電池等の他の二次電池、または乾電池またはリチウム電池等の一次電池であってもよい。電池が有する電極体は、以下で説明するような巻回型に限定するものではなく、複数の正極と負極がセパレータを介して交互に積層された積層型としてもよい。

図１は、実施形態の一例の製造方法により製造された密閉電池２０の底面側半部の断面図である。図２は、密閉電池２０の底面図である。図３は、図１のＡ部拡大図である。図４は、図２のＢ部拡大図である。図５は、図３のＣ−Ｃ断面図である。以下では、密閉電池２０は、電池２０と記載する。

図１、図２に例示するように、電池２０は、巻回型の電極体２２と、非水電解質（図示せず）と、外装缶５０とを備える。巻回型の電極体２２は、正極２３と、負極２４と、セパレータ２５とを有し、正極２３と負極２４がセパレータ２５を介して積層されるとともに、渦巻状に巻回されている。以下では、電極体２２の軸方向一方側を「上」、軸方向他方側を「下」という場合がある。非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解したリチウム塩等の電解質塩とを含む。非水電解質は、液体電解質に限定されず、ゲル状ポリマー等を用いた固体電解質であってもよい。

正極２３は、帯状の正極集電体２３ａを有し、正極集電体２３ａに正極リード（図示せず）が接続される。正極リードは、正極集電体２３ａを正極端子（図示せず）に電気的に接続するための導電部材であって、電極群の上端から電極体２２の軸方向αの一方側（図１の上方）に延出している。ここで、電極群とは電極体２２において各リードを除く部分を意味する。正極リードは、例えば電極体２２の径方向βの略中央部に設けられている。

負極２４は、帯状の負極集電体２４ａを有し、負極集電体２４ａに負極リード２６が接続される。負極リード２６は、負極端子となる外装缶５０に負極集電体２４ａを電気的に接続するための導電部材であって、電極群の巻き終わり側端部の下端から軸方向αの他方側（図１の下方）に延出している。

各リードの構成材料は特に限定されない。正極リードはアルミニウムを主成分とする金属によって、負極リード２６はニッケルまたは銅を主成分とする金属によって、または、ニッケル及び銅の両方を含む金属によって、それぞれ構成することができる。負極リード２６は、ニッケルめっきされた鉄から形成されてもよい。

負極リード２６は、絶縁板３０を介して電極体２２の巻き芯部と対向するように略直角に曲げられて、底板部５１の内面に接する。そして、この状態で、外装缶５０の外部から底板部５１に向けて第１レーザ光４０及び第２レーザ光４１を順に照射することで、外装缶５０と負極リード２６とを溶接部５４により溶接する。溶接部５４は、各レーザ光４０、４１が照射されて溶融、凝固した溶融痕により形成された部分をいう。溶接部５４は、外装缶５０の外側表面から負極リード２６に向けて形成される。第１レーザ光４０は第１エネルギービームに相当し、第２レーザ光４１は第２エネルギービームに相当する。溶接部５４及び溶接工程については後で詳しく説明する。

外装缶５０は、ニッケルめっきされた鉄からなる材料を有底円筒状に加工して形成された容器である。外装缶５０に用いられる鉄は電池特性に悪影響を及ぼさない範囲で異種金属等を含むことができる。

外装缶５０の開口部は、封口体（図示せず）によって封止される。外装缶５０は、電極体２２及び非水電解質を収容する。電極体２２の下部には、絶縁板３０が配置される。負極リード２６は絶縁板３０の外側を通って、外装缶５０の底部側に延び、外装缶５０の底板部５１の内面に溶接される。外装缶５０の底部である底板部５１の厚みは、例えば０．２〜０．５ｍｍである。

電極体２２は、正極２３と負極２４がセパレータ２５を介して渦巻状に巻回されてなる巻回構造を有する。正極２３、負極２４、及びセパレータ２５は、いずれも帯状に形成され、渦巻状に巻回されることで電極体２２の径方向βに交互に積層された状態となる。本実施形態では、電極体２２の巻中心軸Ｏを含む巻き芯部２９は、円柱状の空間である。

正極２３は、正極集電体２３ａ上に形成された正極活物質層を有する。例えば正極集電体２３ａの両面に正極活物質層が形成されている。正極集電体２３ａには、例えばアルミニウムなどの金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。好適な正極集電体２３ａは、アルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分とする金属などの正極の電位範囲で安定な金属の箔である。

正極活物質層は、正極活物質、導電剤、及び結着剤を含むことが好ましい。正極２３は、例えば正極活物質、導電剤、結着剤、及びＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤を含む正極合剤スラリーを正極集電体２３ａの両面に塗布した後、乾燥及び圧延することにより作製される。

正極活物質としては、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ等の遷移金属元素を含有するリチウム含有遷移金属酸化物が例示できる。リチウム含有遷移金属酸化物は、特に限定されないが、一般式Ｌｉ_１＋ｘＭＯ_２（式中、−０．２＜ｘ≦０．２、ＭはＮｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌの少なくとも１種を含む）で表される複合酸化物であることが好ましい。

上記導電剤の例としては、カーボンブラック（ＣＢ）、アセチレンブラック（ＡＢ）、ケッチェンブラック、黒鉛等の炭素材料などが挙げられる。上記結着剤の例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等のフッ素系樹脂、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などが挙げられる。また、これらの樹脂と、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）またはその塩、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）等が併用されてもよい。これらは、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。

負極２４は、負極集電体２４ａ上に形成された負極活物質層を有する。例えば負極集電体２４ａの両面に負極活物質層が形成されている。負極集電体２４ａには、例えばアルミニウムや銅などの負極の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。

負極活物質層は、負極集電体２４ａの両面において、後述の無地部を除く全域に形成されることが好適である。負極活物質層は、負極活物質及び結着剤を含むことが好ましい。負極活物質層は、必要により導電剤を含んでいてもよい。負極２４は、例えば負極活物質、結着剤、及び水等を含む負極合剤スラリーを負極集電体２４ａの両面に塗布した後、乾燥及び圧延することにより作製される。

負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵、放出できるものであれば特に限定されず、例えば天然黒鉛、人造黒鉛等の炭素材料、Ｓｉ、Ｓｎ等のリチウムと合金化する金属、またはこれらを含む合金、複合酸化物などを用いることができる。負極活物質層に含まれる結着剤には、例えば正極２３の場合と同様の樹脂が用いられる。水系溶媒で負極合剤スラリーを調製する場合は、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ＣＭＣまたはその塩、ポリアクリル酸またはその塩、ポリビニルアルコール等を用いることができる。これらは、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。

負極２４には、負極集電体２４ａの表面が露出した無地部が設けられる。無地部は、負極リード２６が接続される部分であって、負極集電体２４ａの表面が負極活物質層に覆われていない部分である。無地部は、負極２４の幅方向である軸方向αに沿って長く延びた正面視略矩形形状であり、負極リード２６よりも幅広に形成される。

負極リード２６は、負極集電体２４ａの表面に例えば超音波溶接等により接合されている。なお、負極２４の巻き終わり側端部だけでなく、巻き方向中間部、及び巻き始め側端部等に、負極リード２６とは別の負極リードを設けて、電極群から底板部５１側に延出させ、その延出させた負極リードを巻き芯部で負極リード２６に重ねて、レーザ光の照射により外装缶５０と溶接することもできる。負極リードを負極２４の複数位置に設けることで、集電性が向上する。無地部は、例えば負極集電体２４ａの一部に負極合剤スラリーを塗布しない間欠塗布により設けられる。

正極リードは、正極集電体２３ａに形成された無地部に接合され、正極集電体２３ａから上方に突出した部分が正極端子または正極端子に接続された部分に接合される。

セパレータ２５には、イオン透過性及び絶縁性を有する多孔性シートが用いられる。多孔性シートの具体例としては、微多孔薄膜、織布、不織布などが挙げられる。セパレータ２５の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン樹脂が好ましい。

溶接部５４は、上記のように溶融痕により形成される。外装缶５０の底板部５１の外側（図１の下側）から溶接部５４を見た場合に、図４に示すように、第２溶融部５８は、全周を囲まれるように第１溶融部５６の内側にあり、かつ、外装缶５０の外側表面に露出する。第２溶融部５８は、この状態で、外装缶５０と負極リード２６(図３)とを溶接している。第２溶融部５８は、第１溶融部５６より深く形成される。

第１溶融部５６は、外装缶５０の内部に留まるように形成されている。第１溶融部５６は、後述の第１照射工程で、第１レーザ光４０を外装缶５０の外部から底板部５１に向かって照射させることにより形成される。第２溶融部５８は、後述のように第１照射工程の後の第２照射工程で第２レーザ光４１を外装缶５０の外部から底板部５１に向かって照射させることにより形成される。

図４に示すように、第１溶融部５６は、外装缶５０の底板部５１の外側から見た場合の平面形状が直線状である。そして、第２溶融部５８も、底板部５１の外側から見た場合の平面形状が直線状であり、第２溶融部５８の幅ｗ２は第１溶融部５６の幅ｗ１より小さい。また、第２溶融部５８は、第１溶融部５６よりニッケルの含有濃度（質量％）が高い。なお、第１溶融部５６及び第２溶融部５８の存在は、例えば、外装缶５０の外側から観察することにより確認できる。これに加えて、第１溶融部５６及び第２溶融部５８の存在は、例えば溶融痕の外装缶５０の厚み方向における断面を光学顕微鏡等により観察することで確認することができる。

各レーザ光としては、ファイバーレーザのレーザ光を用いることが好適である。ファイバーレーザのスポット径は、例えば直径が０．０２ｍｍ〜０．０５ｍｍ程度と非常に小さくすることができるため、そのファイバーレーザにより形成される溶融痕の幅も約０．１ｍｍと非常に小さくできる。このため、レーザ光の集光点のパワー密度を非常に高くできる。第２レーザ光４１は、第２レーザ光４１の照射により形成された溶融痕が外装缶５０を貫通するが、負極リード２６を貫通しないように照射する。

第１溶融部５６を形成する際の第１レーザ光４０のスポット径は、第２レーザ光４１のスポット径より大きくすることが好ましい。第１レーザ光４０は、第１レーザ光４０の照射により形成された溶融痕が外装缶５０を貫通せず、負極リード２６に達しないように照射する。このとき、例えば、直線方向に沿って一方側（例えば図１の右側）に向かって、第１レーザ光４０の照射部を外装缶５０の底板部５１の外側表面において移動させて、第１溶融部５６を形成する。第２レーザ光４１によって形成される第２溶融部５８は、第１レーザ光４０の照射により形成された第１溶融部５６の内側に形成される。

また、電池２０をレーザ光の照射方向に対し直交する方向に相対的に移動させることで、レーザ光による溶接部５４が底板部５１の外側から見た場合に線状となりやすい。このとき、電池２０は底板部５１を上にした状態で配置し、その底部に向けてレーザ光を照射させることができる。電池２０を横に傾けた状態で配置し、底板部５１に向けてレーザ光を照射させることもできる。

次に、外装缶５０の外部からエネルギービームの一例であるレーザ光を照射して、外装缶５０と負極リード２６とを溶接する溶接工程を含む実施形態の電池の製造方法を説明する。この製造方法において、溶接工程は、第１照射工程と、第２照射工程とを有する。第１照射工程及び第２照射工程は、外装缶５０に電解質を注入する前に行う。図６は、実施形態の製造方法において、第１照射工程で第１レーザ光４０を照射する図である。図７は、実施形態の製造方法において、第２照射工程で第２レーザ光４１を照射する図である。

第１照射工程を行う前には、外装缶５０の底板部５１の内面に負極リード２６を対向させた状態で、外装缶５０に電極体２２を収容する。そして、この状態で、第１照射工程及び第２照射工程により、外装缶５０の外部から底板部５１に向けて２段階でレーザ光を照射する。具体的には、図６に示すように、第１溶融部５６を形成する第１レーザ光４０を照射する前に、外装缶５０の内側に上から押さえ棒７０を挿入し、押さえ棒７０により絶縁板３０を介して負極リード２６を上側から押圧する。これにより、外装缶５０と負極リード２６を密着させた状態とし、その状態で、底板部５１の外側表面のうち、底板部５１の内側表面を介して負極リード２６が対向する部分に、第１エネルギー量を有する第１レーザ光４０を照射して、第１溶融部５６を形成する。このとき、溶融痕である第１溶融部５６が、第１レーザ光４０の照射位置において外装缶５０を貫通せず、外装缶５０の内部に留まり、負極リード２６に達しないように、第１レーザ光４０が制御される。このとき、第１レーザ光４０のスポット径は、後述の第２レーザ光４１のスポット径より大きくすることが好ましい。また、直線方向に沿って一方側（例えば図６の右側）に向かって、第１レーザ光４０の照射部を外装缶５０の底板部５１の外側表面において移動させる。このとき、電池２０をレーザ光の照射方向に対し直交する方向に相対的に移動させるように、レーザ光の光源を移動させる。本実施形態では、押さえ棒７０により絶縁板３０を介して負極リード２６を押圧したが、絶縁板３０の中央部に穴を設けて、その穴を貫通した押さえ棒が直接負極リード２６を押圧してもよい。

次いで、第２照射工程では、図７に示すように、第２溶融部５８を形成する第２レーザ光４１を照射する前に、第１照射工程の場合と同様に、押さえ棒７０により外装缶５０と負極リード２６を密着させた状態とする。そして、その状態で、底板部５１に向けて外側から第２エネルギー量を有する第２レーザ光４１を第１溶融部５６が露出している部分の内側に照射して、第２溶融部５８を形成する。このとき、底板部５１の外側表面から負極リード２６の内部にかけて溶融痕である第２溶融部が形成されるように第２レーザ光４２が制御される。このとき、例えば、上記の直線方向に沿って一方側（例えば図７の右側）に向かって、第２レーザ光４１の照射部を外装缶５０の底板部５１の外側表面において移動させて、第２溶融部５８を形成する。第２溶融部５８は、第１レーザ光４０の照射により形成された溶融痕の内側の範囲で、外装缶５０と負極リード２６の一部を溶融するように形成される。第１溶融部５６の一部は溶融、凝固して第２溶融部５８に変化しており、第２溶融部５８は、第１溶融部５６のうち第２溶融部５８に変化せずに残った部分に隣接するように形成される。第２照射工程においても、第１照射工程と同様に、電池２０をレーザ光の照射方向に対し直交する方向に相対的に移動させるように、レーザ光の光源を移動させる。

上記のように押さえ棒７０により外装缶５０と負極リード２６を密着させた状態で、外装缶５０の外側から第１レーザ光４０を照射して、外装缶５０と負極リード２６を溶接するので、電池２０の内部にスパッタが発生することを防止しやすい。

第２溶融部５８は、底板部５１の外側表面の第１溶融部５６の内側に形成され、底板部５１の内側（図１の上側）方向に延びる第１溶融部５６と第２溶融部５８との境界は、底板部５１の内部に位置する。上記のように第１レーザ光４０及び第２レーザ光４１は、照射部が底板部５１の外側表面上を同一の直線方向に沿って移動するように照射する。これによって、第１溶融部５６及び第２溶融部５８の底板部５１の外側から見た場合の平面形状が直線状に形成される。また、底板部５１の外側から見た場合に、第２溶融部５８の全部は第１溶融部５６により囲まれることが好ましい。なお、レーザ光の照射部は外装缶５０の外側表面に対して相対的に移動させればよく、レーザ光及び外装缶５０のうち、実際に動かすのは外装缶５０でもよい。

上記の実施形態の電池の製造方法及び電池２０によれば、外装缶５０に電解質が注入される前の状態で、外装缶５０に負極リード２６を溶接する際の外装缶５０を貫通する穴の発生を防ぎ、かつ、安定した溶接強度を得ることができる。具体的には、第１溶融部５６を形成する第１レーザ光４０を底板部５１に照射することで外装缶５０と負極リード２６の間に樹脂が存在する場合に、その樹脂が昇華等で気化する。これにより、外装缶５０と負極リード２６の間に樹脂が存在しない状態で、第２溶融部５８を形成する第２レーザ光４１を第１溶融部５６の内側に照射し、外装缶５０と負極リード２６を溶接することができる。このため、外装缶５０を貫通する穴の発生を防ぐことができるとともに、外装缶５０において貫通しない凹部の発生を抑制できるので、外装缶５０の内面で負極リード２６と対向する部分での凹部の発生を抑制でき、安定した溶接強度を得ることができる。
ことができる。

さらに、上記の電池２０は、溶接部５４が図１、図２に示す第１溶融部５６と第２溶融部５８を含むため、溶接部５４に起因する底板部５１での応力腐食割れが生じにくくなる。

図８は、実施形態の別例の製造方法において第１レーザ光４０を照射する図である。本例の製造方法では、第１照射工程で第１溶融部５６を形成する第１レーザ光４０を底板部５１の外側表面に照射する際に、外装缶５０と負極リード２６との間に隙間Ｓ１をあけている。このときには、図６に示した製造方法の場合と異なり、第１レーザ光４０を照射する際に、外装缶５０の内側には、上から押さえ棒を挿入せず、負極リード２６を上側から押圧することは行わない。

外装缶５０と負極リード２６の間に形成する隙間Ｓ１は、０．００５ｍｍ〜０．２ｍｍ程度あればよい。隙間Ｓ１が存在することにより、第１レーザ光４０が照射されたことで発せられた熱が外装缶５０の中に留まり、負極リード２６や、外装缶５０と負極リード２６を密着させる押さえ棒に熱が吸収されることがない。このため、外装缶５０と負極リード２６の間に存在する樹脂が効率よく気化する。その後、図７に示した製造方法と同様に、第２溶融部５８を形成する第２レーザ光４１を底板部５１に照射する際には、押さえ棒７０によって外装缶５０と負極リード２６を密着させ、その状態で外装缶５０と負極リード２６を溶接する。

また、第１溶融部５６を形成する第１レーザ光４０のレーザスポット径は、第２溶融部５８を形成する第２レーザ光４１のレーザスポット径より大きいほうが良い。第１レーザ光４０は、外装缶５０と負極リード２６の間に存在する樹脂を熱によって気化させるために照射するので、第２溶融部５８を形成する領域よりも広い領域で樹脂を気化し除去することが好ましい。言い換えると、第２レーザ光４１は、第１レーザ光４０によって外装缶５０と負極リード２６の間に存在する樹脂を除去された領域に照射されることで、第２溶融部５８を形成し、外装缶５０と負極リード２６とを溶接する。これにより、外装缶５０を貫通する穴の発生を防ぐことができ、かつ安定した溶接強度を得ることができる。

また、各レーザ光としてファイバーレーザを用いた場合には、第１レーザ光４０及び第２レーザ光４１の照射深度と、第１レーザ光４０の照射面積とを精度よく制御できる。これにより、第１溶融部５６及び第２溶融部５８の寸法（厚み、幅、長さ）を精度よく制御できるとともに、外装缶５０と負極リード２６の間に存在する樹脂を効率的に気化し除去できる。なお、外装缶５０の外側から溶接部５４を見た場合における第１溶融部５６及び第２溶融部５８の平面形状は線状であればよく、直線状に限定するものではない。例えば、第１溶融部５６及び第２溶融部５８の平面形状は、曲線状としてもよい。

次に、上記の実施形態の効果を確認するために行った実験結果を説明する。実験には、以下の実施例１、２及び比較例の電池の製造方法のそれぞれで作製された電池を用いた。

［実施例１］
実施例１の構成の寸法を例示するが、本開示は以下の寸法に限定されるものではない。図４を参照して、第１溶融部５６を外装缶５０の外側から見た場合の短尺方向の幅ｗ１が、第２溶融部５８を外装缶５０の外側から見た場合の短尺方向の幅ｗ２より大きく、かつ、幅ｗ２の３倍以下である。また、第１溶融部５６を外装缶５０の外側から見た場合の長尺方向の長さＬ１は、第２溶融部５８を外装缶５０の外側から見た場合の長尺方向の長さＬ２より大きく、かつ、長さＬ２の２倍以下である。また、図３を参照して、第１溶融部５６の厚みＤ１は、外装缶５０の厚みＤｃの０．５〜０．９９倍である。

より具体的な寸法として、外装缶５０はニッケルめっきした鉄からなり、外側表面のニッケルめっき層は厚みが３．５μｍである。また、外装缶５０のニッケルめっき層を含む総厚みは、３００μｍである。さらに、溶接部５４の第１溶融部５６及び第２溶融部５８の寸法は以下の通りである。
（第１溶融部５６）
（１）外装缶５０の外側から見た場合の短尺方向の幅ｗ１：１７０μｍ
（２）外装缶５０の外側から見た場合の長尺方向の長さＬ１：１６００μｍ
（３）厚み(外装缶５０の外側表面から第１溶融部５６の形成された長さ)Ｄ１：２７０μｍ
（第２溶融部５８）
（１）外装缶５０の外側から見た場合の短尺方向の幅ｗ２：８０μｍ
（２）外装缶５０の外側から見た場合の長尺方向の長さＬ２：１０００μｍ
（３）厚み（外装缶５０の外側表面から負極リード２６の内部における末端までの長さ）Ｄ２：３５０μｍ

実施例１の製造方法では、外装缶５０と負極リード２６の間には、実施形態の効果を確認するために、一般的な設備潤滑油を塗布した。その後、第１照射工程で、押さえ棒７０(図６)によって外装缶５０と負極リード２６を密着させた状態で、第１溶融部５６を形成する第１レーザ光４０を外装缶５０の外側から底板部５１に照射した。その後に、第２照射工程で、押さえ棒７０(図７)によって外装缶５０と負極リード２６を密着させた状態で、第２溶融部５８を形成する第２レーザ光４１を照射することにより、外装缶５０と負極リード２６を溶接した。

第１レーザ光４０及び第２レーザ光４１の照射条件は以下の通りである。
（第１レーザ光４０）
（１）エネルギー：１．４４Ｊ
（２）レーザスポット径：１７０μｍ
（３）移動速度：４７０ｍｍ／ｓｅｃ
（第２レーザ光４１）
（１）エネルギー：０．６Ｊ
（２）レーザスポット径：２０μｍ
（３）移動速度：４７０ｍｍ／ｓｅｃ

上記の条件で実施例１において、溶接部５４を形成したところ、第１レーザ光４０の照射によって、外装缶５０内部に溶融痕が形成された。その溶融痕は、外装缶５０の外側表面における短尺方向の幅が１７０μｍで、長尺方向の長さが１６００μｍで、厚み(外装缶５０の外側表面から第１溶融部５６の形成された長さ)が２７０μｍであった。続いて第２レーザ光４１の照射によって、第１レーザ光４０の照射で外装缶５０に溶融痕の内側に、短尺方向の幅が８０μｍで、長尺方向の長さが１０００μｍで、厚み(外装缶５０の外側表面から第２溶融部５８の形成された長さ)３５０μｍの溶融痕が形成された。

［実施例２］
実施例２は、図８に示した実施形態の別例の製造方法に対応する。実施例２の電池の構成及び寸法は、実施例１と同様である。実施例２の製造方法では、実施例１と同様に、外装缶５０と負極リード２６の間に、一般的な設備潤滑油を塗布した。その後、実施例２では、第１照射工程で、図８に示したように、押さえ棒によって外装缶と負極リードを密着させることなく、外装缶と負極リードとの間に隙間が設けられた状態で、第１溶融部５６を形成する第１レーザ光４０を外装缶５０の外側から底板部５１に照射した。

その後に、第２照射工程で、実施例１と同様に、押さえ棒７０(図７)によって外装缶５０と負極リード２６を密着させた状態で、第２溶融部５８を形成する第２レーザ光４１を照射することにより、外装缶５０と負極リード２６を溶接した。第１レーザ光４０及び第２レーザ光４１の照射条件は、実施例１と同様である。

[比較例]
また、比較例として、第１溶融部５６(図６、図８)を形成する第１レーザ光４０を照射せずに、第２レーザ光４１を照射して第２溶融部５８を形成することにより、外装缶と負極リードを溶接した電池を作製した。これにより、比較例の電池の製造方法では、外装缶の底部に第１溶融部が形成されず、負極リードと外装缶とを溶接する第２溶融部５８のみが形成された。その他の電池の構成及び寸法、第２レーザ光の照射条件は、実施例１と同様である。

［実験結果］
表１は、上記の製造方法のそれぞれで作製された実施例１、２、比較例の電池を用いて、外装缶５０を貫通する穴の発生確率を確認した結果を示している。実験では、実施例１、２、比較例のそれぞれで複数の電池を作製し、穴の発生確率を確認した。

表１に示すように、比較例のように、第１溶融部を形成する第１レーザ光を照射せずに、第２レーザ光４１を照射して第２溶融部５８を形成した場合に、外装缶５０を貫通する穴の発生確率は１０％であった。

一方、実施例１のように、第１溶融部５６を形成する第１レーザ光４０を照射した後に、第２レーザ光４１を照射して第２溶融部５８を形成した場合に、外装缶５０を貫通する穴の発生確率は５％に減少することが確認できた。

さらに、実施例２のように、外装缶５０と負極リード２６の間に隙間を設けて、互いに密着させない状態で第１溶融部５６を形成する第１レーザ光４０を照射した場合に、外装缶５０を貫通する穴の発生確率は０％に減少することが確認できた。これにより、実施例２の場合には、実施例１のように、第１レーザ光の照射時に、外装缶５０と負極リード２６の間に隙間を形成せず互いに密着させた状態とした場合に比べて、外装缶５０を貫通する穴の発生確率を減少できた。その理由は、実施例２では、第１レーザ光４０が照射されたことで発せられた熱が外装缶５０の中に留まり、負極リード２６や、外装缶５０と負極リード２６を密着させる押さえ棒に熱が吸収されることがないためである。このため、実施例２では、外装缶５０と負極リード２６の間に存在する樹脂を効率よく気化させることができた。

図９は、実施形態の別例の電池２０ａの底面側半部の断面図である。図１０は、図９に示す電池２０ａの底面図である。

図９、図１０に示す別例では、外装缶５０と負極リード２６とを溶接する３本の線状の平行な溶接部５４ａ、５４ｂ、５４ｃからなる溶接群６０が形成される。３本の溶接部５４ａ、５４ｂ、５４ｃからなる溶接群６０が形成されることで、外装缶５０と負極リード２６との溶接強度を確保しやすい。図９、図１０には、３本の平行な溶接部からなる溶接群６０を図示しているが、勿論、溶接部は３本に限定するものではなく、２本、または４本以上の複数本の溶接部が形成されてもよい。局所的にこのような溶接部を形成する際には、ファイバーレーザのレーザ光を用いることが好適である。本例において、その他の構成及び作用は、図１〜図７の構成と同様である。

上記の各例では、負極に接続された負極リードを外装缶に溶接する場合を説明したが、正極に接続された正極リードを外装缶に溶接する場合にも、本開示の構成を適用することができる。

上記の各例では、負極の巻き終わり側端部に接続された負極リードを外装缶に溶接する場合を説明したが、負極の巻き始め側端部に接続された負極リードを外装缶に溶接する場合にも本開示の構成を適用することができる。

上記の各例では、負極に接続された１本の負極リードを外装缶に溶接する場合を説明したが、負極に接続された複数本の負極リードを外装缶に溶接する場合にも、本開示の構成を適用することができる。

２０，２０ａ 密閉電池（電池）、２２ 電極体、２３ 正極、２３ａ 正極集電体、２４ 負極、２４ａ 負極集電体、２５ セパレータ、２６ 負極リード、２９ 巻き芯部、３０ 絶縁板、４０ 第１レーザ光、４１ 第２レーザ光、５０ 外装缶、５１ 底板部、５４，５４ａ,５４ｂ,５４ｃ 溶接部、５６ 第１溶融部、５８ 第２溶融部、６０ 溶接群、７０ 押さえ棒。

Claims (5)

1. 少なくとも１つの正極と少なくとも１つの負極とがセパレータを介して巻回または積層された電極体と、前記電極体を収容する有底筒状の外装缶とを含む密閉電池の製造方法であって、
   前記外装缶の外部からエネルギービームを照射して、前記正極及び前記負極の一方に接続されたリードを前記外装缶に溶接する溶接工程を備え、
   前記溶接工程は、
   前記外装缶の外側表面のうち、前記外装缶の内側表面を介して前記リードが対向する部分に、前記外装缶の内部に溶融痕である第１溶融部が留まるように制御された第１エネルギービームを照射する第１照射工程と、
   前記第１照射工程後に、前記外装缶の外側表面のうち前記第１溶融部が露出している部分の内側に、前記外装缶の外側表面から前記リードの内部にかけて溶融痕である第２溶融部が形成されるように制御された第２エネルギービームを照射する第２照射工程と、を有する、
   密閉電池の製造方法。
2. 前記第１照射工程において、前記リードと前記外装缶の間に隙間が設けられた状態で前記第１エネルギービームを照射する、請求項１に記載の密閉電池の製造方法。
3. 前記第１エネルギービームのビームスポット径は、前記第２エネルギービームのビームスポット径より大きい、請求項１または請求項２に記載の密閉電池の製造方法。
4. 少なくとも１つの正極と少なくとも１つの負極とがセパレータを介して巻回または積層された電極体と、前記電極体を収容する有底筒状の外装缶とを備える密閉電池であって、
   前記外装缶は、ニッケルめっきされた鉄により形成され、
   前記正極及び前記負極の一方に接続されたリードと前記外装缶とが、前記外装缶の外側表面から前記リードに向けて形成された溶接部で溶接されており、
   前記溶接部は、溶融痕である第１溶融部及び第２溶融部を含み、
   前記第１溶融部が、前記外装缶の外側表面から前記外装缶の厚みの５０〜９９％の範囲に形成され、
   前記第２溶融部が、前記外装缶の外側表面から前記リードの内部にかけて形成され、前記外装缶の外側から前記溶接部を見た場合に、前記第１溶融部の内側にある、密閉電池。
5. 前記第２溶融部のニッケル濃度（質量％）が前記第１溶融部より高い、請求項４に記載の密閉電池。

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