JP2020119641A - 電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接品質向上【解決手段】ここで提案される電池の製造方法は、溶接工程において、溶接される箇所に対して予め定められた位置における外部端子の温度と、溶接箇所の溶接面積との相関関係を予め用意しておき、溶接工程において測定された予め定められた位置における外部端子の温度と、予め用意された相関関係とに基づいて、レーザの照射が制御される。【選択図】図３

Description

ここでの開示は、電池の製造方法に関する。

特開２０００−２２１０１６号公報には、正極リードと封口ユニットとの溶接状態を検査する溶接検査装置が開示されている。ここでは、正極リードと封口ユニットとの溶接によって溶接部に形成されるナゲットの画像を読み取り、その読み取った画像に基づいてナゲットの形成状態を検査し、良品又は不良品に選別することが開示されている。

特開２０００−２２１０１６号公報

ところで、かかるレーザ溶接による溶接箇所の検査は、目視のみでは欠陥を見落とす可能性がある。また、溶接箇所の品質は、溶接された箇所を剥がし、溶接面積を評価するとよいが、非破壊では検査できない。電池の内部端子が外部端子にかしめられた部位の溶接では、溶接箇所近傍において外部端子の熱容量が大きい。本発明者の知見では、例えば、外部端子にアルミが用いられているような場合には、溶接中の熱が外部端子に分散しやすく、溶接不良が生じ易くなるとの知見を得た。

ここで提案される電池の製造方法は、取付孔を有する電池ケース部品を用意する工程と、取付孔に挿通される軸が設けられた内部端子を用意する工程と、軸が挿通される挿通孔を有する外部端子を用意する工程と、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する少なくとも１つの絶縁部材を用意する工程と、絶縁部材を介在させて電池ケース部品の取付孔に内部端子の軸が挿通され、取付孔から突出した軸に外部端子の挿通孔が装着され、絶縁部材を介在させて電池ケース部品の内側に内部端子が重ねられ、かつ、電池ケース部品の外側に外部端子が重ねられた状態に、電池ケース部品と、内部端子と、外部端子と、絶縁部材とを組付ける組付工程と、軸の先端を挿通孔の周縁部に沿って押し広げるカシメ工程と、カシメ工程で挿通孔の周縁部に沿って押し広げられた笠部にレーザを照射して笠部と挿通孔の周縁部とを溶接する溶接工程とを有している。かかる溶接工程において、溶接される箇所に対して予め定められた位置における外部端子の温度と、溶接箇所の溶接面積との相関関係を予め用意しておき、溶接工程において測定された予め定められた位置における外部端子の温度と、予め用意された相関関係とに基づいて、レーザの照射が制御される。

かかる電池の製造方法によれば、溶接箇所の品質を適切に管理しつつ溶接でき、内部端子と外部端子との溶接品質を向上させることができる。

図１は、ここで提案される製造方法が適用される電池の部分断面図である。 図２は、この実施形態において、溶接工程で溶接される箇所を図示した平面図である。 図３は、溶接工程のフローチャートの一例である。 図４は、溶接工程でのレーザの出力と溶接面積との関係を示すグラフである。 図５は、さらに溶接面積と、溶接される箇所に対して予め定められた位置における外部端子の温度との関係を示すグラフである。

以下、ここで開示される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。

図１は、ここで提案される製造方法が適用される電池の部分断面図である。
ここで提案される電池の製造方法は、電池ケース部品を用意する工程と、内部端子１２を用意する工程と、外部端子１３を用意する工程と、絶縁部材１４を用意する工程と、組付工程と、カシメ工程と、溶接工程とを有している。

〈電池ケース部品〉
この実施形態では、用意される電池ケース部品は、電池ケース１１のケース本体１１ａの開口１１ａ１に取り付けられる蓋１１ｂである。蓋１１ｂは、所要の厚さのプレート状の部材であり、取付孔１１ｂ１を有している。取付孔１１ｂ１は、内部端子１２および外部端子１３が取り付けられる孔である。なお、電池ケース部品として蓋１１ｂが例示されているが、蓋１１ｂに限定されない。電池ケース部品は、電池ケース１１を構成する部品うち、内部端子１２および外部端子１３が取り付けられる取付孔１１ｂ１を有する部品であるとよい。

〈内部端子１２〉
内部端子１２は、取付孔１１ｂ１に挿通される軸１２ａを備えている。この実施形態では、内部端子１２は、電池ケース部品としての蓋１１ｂの内側に装着される第１ベース部１２ｂを有している。軸１２ａは、第１ベース部１２ｂに設けられている。軸１２ａは、蓋１１ｂの取付孔１１ｂ１に挿通され、所要の長さを有しているとよい。なお、図示は省略するが、第１ベース部１２ｂは、集電部を備えていてもよい。集電部は、電池ケース１１内に延び、電池ケース１１の内部において電極体の正極または負極の集電板（集電箔）に接続される部位である。

〈外部端子１３〉
外部端子１３は、内部端子１２の軸１２ａが挿通される挿通孔１３ａを有している。この実施形態では、外部端子１３は、電池ケース部品としての蓋１１ｂの外側に装着される第２ベース部１３ｂを有している。挿通孔１３ａは、第２ベース部１３ｂに設けられている。また、外部端子１３は、電池ケース部品としての蓋１１ｂの外側において、接続端子４１に接続される。接続端子４１は、鍔部４１ａと、鍔部４１ａに設けられた軸部４１ｂとを備えている。第２ベース部１３ｂには、後述する接続端子４１の軸部４１ｂを挿通させるための取付孔１３ｂ２が設けられている。この実施形態では、挿通孔１３ａの縁にテーパーが設けられており、外部端子１３の外側面に向かうにつれて挿通孔１３ａの内径が徐々に拡がっている。

〈絶縁部材１４〉
絶縁部材１４は、内部端子１２および外部端子１３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１４は、第１絶縁部材１４ａと、第２絶縁部材１４ｂとで構成されている。第１絶縁部材１４ａは、電池ケース部品としての蓋１１ｂと、内部端子１２との間に装着されている。また、第１絶縁部材１４ａには、蓋１１ｂの取付孔１１ｂ１に装着されとともに、内部端子１２の軸１２ａが挿入される円環状の突起であるボス部１４ａ１が設けられている。第２絶縁部材１４ｂは、電池ケース部品としての蓋１１ｂと、外部端子１３との間に装着されている。この実施形態では、第２絶縁部材１４ｂは、所要の剛性を有する樹脂製の部材である。第２絶縁部材１４ｂは、内部端子１２の軸１２ａが挿通される挿通孔１４ｂ１と、接続端子４１の鍔部４１ａが配置される窪み１４ｂ２とを備えている。

〈組付工程〉
組付工程は、電池ケース部品としての蓋１１ｂと、内部端子１２と、外部端子１３と、絶縁部材１４とを組付ける工程である。
この実施形態では、図１に示されているように、絶縁部材１４を介在させて蓋１１ｂの取付孔１１ｂ１に内部端子１２の軸１２ａが挿通され、取付孔１１ｂ１から突出した軸１２ａに外部端子１３の挿通孔１３ａが装着され、絶縁部材１４を介在させて蓋１１ｂの内側に内部端子１２が重ねられ、かつ、蓋１１ｂの外側に外部端子１３が重ねられた状態に、各部材が組付けられる。

〈カシメ工程〉
カシメ工程は、図１に示されているように、内部端子１２の軸１２ａの先端を外部端子１３の挿通孔１３ａの周縁部１３ａ１に沿って押し広げる工程である。この実施形態では、挿通孔１３ａの縁が、外部端子１３の外側面に向かうにつれて挿通孔１３ａの内径が徐々に拡がっている。カシメ工程では、かかる挿通孔１３ａの内径が徐々に拡がった挿通孔１３ａの周縁部１３ａ１に沿って、内部端子１２の軸１２ａの先端が押し広げられる。図１に示されているように、内部端子１２の軸１２ａの先端が押し広げられた部位を、適宜に笠部１２ａ１という。

〈溶接工程〉
溶接工程は、カシメ工程で挿通孔１３ａの周縁部に沿って円板状に押し広げられた笠部１２ａ１にレーザを照射して笠部１２ａ１と挿通孔１３ａの周縁部１３ａ１とに溶接する。ここで、溶接工程において、溶接箇所に対して予め定められた位置における外部端子１３の温度と、溶接箇所の溶接面積との相関関係を予め用意しておく。そして、溶接工程において測定された前記予め定められた位置における外部端子の温度と、予め用意された相関関係とに基づいて、レーザの出力が制御される。

この場合、溶接箇所に対して予め定められた位置における外部端子１３の温度が溶接中に測定されている。当該位置では、外部端子１３の温度は、溶接中に外部端子１３に分散する熱に起因して上昇する。本発明者は、溶接箇所に対して予め定められた位置における外部端子１３の温度と、溶接された箇所の溶接面積とに相関関係があることを見出した。例えば、溶接中に測定された外部端子１３の当該位置が予め定められた温度以上であれば、所定以上の溶接面積が確保される。ここで提案される電池の製造方法では、溶接工程において測定された予め定められた位置における外部端子１３の温度と、予め用意された相関関係とに基づいて、レーザの出力が制御される。このことによって、溶接箇所の品質を適切に管理しつつ溶接することができる。これにより溶接不良の発生率を格段に低下させることができる。

図２は、この実施形態において、溶接工程で溶接される箇所を図示した平面図である。溶接工程では、図２に示されているように、内部端子１２の笠部１２ａ１の縁を跨ぐように、内部端子１２の笠部１２ａ１の内側から外側に至る溶接線に沿って、内部端子１２と外部端子１３とが重ねられた部位が溶接されている。この実施形態では、内部端子１２の笠部１２ａ１は、概ね円板状であり、笠部１２ａ１の縁を径方向に跨ぐ直線に沿って、内部端子１２と外部端子１３とが溶接される。かかる溶接は、例えば、笠部１２ａ１の径方向の中間位置から笠部１２ａ１の外側までレーザが走査され、内部端子１２と外部端子１３とが溶接されとよい。これにより、内部端子１２の笠部１２ａ１を十分に溶融させるとともに、笠部１２ａ１の外側で外部端子１３も溶融し、内部端子１２と外部端子１３とが強固に溶融される。

この実施形態では、かかる溶接において、外部端子１３の温度が測定される。外部端子１３の温度は、溶接される箇所に対して予め定められた位置で測定される。例えば、溶接される箇所から予め定められた距離離れた位置で、外部端子１３の温度が測定されるとよい。温度が測定される位置は、例えば、溶接中に外部端子１３が溶融しない程度に離れた位置に設定されるとよい。かかる外部端子１３の温度測定は、当該予め定められた位置に配置された熱電対によって測定されるとよい。かかる測定には、例えば、データロガーや端子台変換器が併せて使用される。データロガーは、特に限定されないが、例えば、株式会社キーエンス社製のデータロガーが用いられる。端子台変換器は、特に限定されないが、例えば、エムティティ株式会社製の端子台変換器が用いられる。

図３は、溶接工程のフローチャートの一例である。
図３にフローチャートで示されているように、溶接工程では、先ず溶接の基準位置が割り出される（Ｓ１１）。この実施形態では、図２に示されているように、内部端子１２が外部端子１３にかしめられる。かしめられた際の笠部１２ａ１の形状には、個体差がある。そして、溶接工程では、笠部１２ａ１の縁および縁よりも笠部１２ａ１の内側の所定位置を溶融させ、外部端子１３に溶接することが望ましい。かかる観点で、レーザを走査する予定の、予め定められた溶接線ＷＬと、笠部１２ａ１の縁１２ａ２と交点が溶接の基準位置として割り出される。

次に、レーザ照射位置を、溶接開始位置に移動し、溶接が開始される（Ｓ１２）。この工程では、レーザ照射装置に内蔵されたガルバノミラーを操作して、レーザ照射位置を、溶接開始位置に移動した上で、レーザ照射を介して溶接を開始するとよい。この際、予め定められた所定の出力でレーザを出力し、予め定められた走査速度でレーザを溶接線ＷＬに沿って走査するとよい。

次に、この実施形態では、溶接線ＷＬに沿った予め定められた溶接位置で、レーザの走査が停止される（Ｓ１３）。溶接線ＷＬに沿った予め定められた溶接位置は、笠部１２ａ１と外部端子１３とにおいて、特に溶接させた位置でありうる。かかる位置でレーザ走査を一度留めて、当該位置を十分に溶接させるとよい。例えば、笠部１２ａ１の縁から所定の距離としてもよいし、外部端子１３の挿通孔１３ａの周縁部１３ａ１の所定位置として設定してもよい。

この実施形態では、測定された外部端子１３の温度が、予め定められた所定の温度以上か否かを判定する（Ｓ１４）。そして、測定された外部端子１３の温度が、予め定められた所定の温度未満である場合（Ｎｏ）には、レーザの出力が上げられる（Ｓ１５）。例えば、レーザの出力が０．１％上げられるとよい。そして、測定された外部端子１３の温度が、予め定められた所定の温度以上になるまで、繰り返しレーザの出力が上げられるとよい。なお、測定された外部端子１３の温度が、予め定められた所定の温度未満である場合（Ｎｏ）において、レーザの出力を上げずに、測定された外部端子１３の温度が、予め定められた所定の温度以上になるまで、レーザが予め定められた溶接位置で停止されるようにレーザの照射が制御されてもよい。

この実施形態では、Ｓ１４の判定において、測定された外部端子１３の温度が、予め定められた所定の温度以上になった場合（Ｙｅｓ）には、レーザの出力を予め定められた所定の出力とし（Ｓ１６）、溶接線ＷＬに沿って予め定められた溶接終了位置まで走査する（Ｓ１７）。

これにより、レーザ走査を一度留められた、予め定められた溶接位置において、測定された外部端子１３の温度が所定の温度以上になる。このため、予め用意された、溶接される箇所に対して予め定められた位置における外部端子の温度と、溶接箇所の溶接面積との相関関係に基づいて、溶接箇所で所要の溶接面積が確保される。このように、ここで提案される電池の製造方法によれば、予め定められた外部端子１３の温度と溶接面積との相関関係に基づいて、電池の内部端子１２と外部端子１３との溶接箇所の品質が適切に管理されつつ溶接される。

〈相関関係〉
ここで、溶接される箇所に対して予め定められた位置における外部端子の温度と、前記溶接箇所の溶接面積との相関関係を得る方法について一例を示す。
図４は、溶接工程でのレーザの出力と溶接面積との関係を示すグラフである。図４に示されたグラフは、予め定められた構造の試験用の電池において、カシメ工程で挿通孔１３ａの周縁部１３ａ１に沿って押し広げられた笠部１２ａ１にレーザを照射して笠部１２ａ１と挿通孔１３ａの周縁部とを溶接する。この時、溶接される箇所に対して予め定められた位置における外部端子の温度を測定する。そして、電池性能を検査する。その後、溶接箇所を破断して溶接面積を調べる。図４は、かかるレーザ照射の出力を横軸に取り、溶接面積を縦軸にとり、出力と溶接面積との関係をグラフにしたものである。このうち、電池性能の検査に基づいて良品が得られる出力範囲Ａを規定する。

図５は、さらに溶接面積と、溶接される箇所に対して予め定められた位置における外部端子の温度との関係を示すグラフである。ここで、電池性能の検査に基づいて良品が得られる溶接面積の範囲Ｂを規定する。さらに、良品が得られる溶接面積の範囲Ｂに相関する外部端子の温度の範囲Ｃを得る。この結果、良品が得られる溶接面積の範囲Ｂに相関する外部端子の温度の範囲Ｃが得られるように、レーザ照射を制御するとよい。例えば、図５に示されたグラフでは、溶接される箇所に対して予め定められた位置における外部端子の温度が、１５０℃から１９０℃になるように、レーザ照射を制御するとよい。

以上、ここで開示される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の製造方法の実施形態などは、本発明を限定しない。また、ここで開示される電池の製造方法は、種々変更でき、特段の問題が生じない限りにおいて、各構成要素やここで言及された各処理は適宜に省略され、または、適宜に組み合わされうる。

１１ 電池ケース
１１ａ ケース本体
１１ａ１ 開口
１１ｂ 蓋
１１ｂ１ 取付孔
１２ 内部端子
１２ａ 軸
１２ａ１ 笠部
１２ａ２ 縁
１２ｂ ベース部
１３ 外部端子
１３ａ 挿通孔
１３ａ１ 周縁部
１３ｂ ベース部
１３ｂ２ 取付孔
１４ 絶縁部材
１４ａ 第１絶縁部材
１４ａ１ ボス部
１４ｂ 第２絶縁部材
１４ｂ１ 挿通孔
１４ｂ２ 窪み
４１ 接続端子
４１ａ 鍔部
４１ｂ 軸部
ＷＬ 溶接線

Claims (1)

1. 取付孔を有する電池ケース部品を用意する工程と、
   前記取付孔に挿通される軸が設けられた内部端子を用意する工程と、
   前記軸が挿通される挿通孔を有する外部端子を用意する工程と、
   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する少なくとも１つの絶縁部材を用意する工程と、
   前記絶縁部材を介在させて前記電池ケース部品の取付孔に前記内部端子の軸が挿通され、前記取付孔から突出した前記軸に前記外部端子の挿通孔が装着され、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前記内部端子が重ねられ、かつ、前記電池ケース部品の外側に前記外部端子が重ねられた状態に、前記電池ケース部品と、前記内部端子と、前記外部端子と、前記絶縁部材とを組付ける組付工程と、
   前記軸の先端を前記挿通孔の周縁部に沿って押し広げるカシメ工程と、
   前記カシメ工程で前記挿通孔の周縁部に沿って押し広げられた笠部にレーザを照射して前記笠部と前記挿通孔の周縁部とを溶接する溶接工程と
   を有し、
   前記溶接工程において、
   溶接される箇所に対して予め定められた位置における外部端子の温度と、前記溶接箇所の溶接面積との相関関係を予め用意しておき、溶接工程において測定された前記予め定められた位置における外部端子の温度と、前記予め用意された相関関係とに基づいて、前記レーザの照射が制御される、電池の製造方法。

Images