JP3454565B2 - 密閉式電池の封口方法及びその電池 - Google Patents

密閉式電池の封口方法及びその電池

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徹 雨堤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属性の電池外装缶と
封口板とをレーザ溶接によって封止する密閉型電池の製
法に関する。
【0002】
【従来の技術】ニカド電池、リチウム電池等の密閉型電
池の構造は、例えば、図5に示すように正極、負極及び
セパレータからなる電極群が格納される外装缶101の
開口部が、封口板102、パッキン103及びこのパッ
キン103によって封口板102に固定されている正極
端子104を有する封口体105によって、封口密閉さ
れた構造である。
【0003】このような電池の封口は、図7に示すよう
に、外装缶101の開口部端部101aと封口板102
の上面102aとを面一にした状態で、上方からレーザ
ー光を照射して外装缶101と封口板102とを溶接す
ることにより行なっていた。しかしながら、このレーザ
溶接による封口を行なうと、以下のような現象が起こ
る。 近年、電池の小型化、薄型化が進み、溶接部分とパ
ッキン部分との距離が大変短くなっている。このような
状態で、封口体と外装缶とのレーザ溶接を行なうと、誤
って、レーザ光が直接パッキンに照射されてしまうこと
がある。 に示したように、溶接部とパッキンとの距離が短
いため、溶接部から溶接の際に発生した熱が伝導し、パ
ッキンが加熱されてしまう。 溶接に用いるレーザ光の反射光がパッキンに照射さ
れてしまう。
【0004】上記〜のようなことが起こると、パッ
キンの焼け、即ちパッキンの溶融や硬化が生じ、以下の
ような問題が起こる。上記パッキンの焼けは、直接焼け
た部分だけでなく電池内部側にも進行するので、パッキ
ンがパッキンとしての用を足さなくなってしまい、電池
の気密性が著しく低下する。このため、電池の保存を行
なっているうちに電解液のリークが生じ、電池寿命を低
下させてしまう。
【0005】また、パッキンの焼けが起こる際にはガス
が発生し、このガスがレーザ溶接を行なっている部分に
存在するようになる。通常レーザ溶接時には、封口板や
外装管の溶融する部分の酸化を防ぐため、溶融する部分
を不活性ガス雰囲気になるようにしていが、このガスが
溶融部に存在することにより、溶融部分が不活性な雰囲
気下でなくなってしまい溶融部分の酸化が起こりやすく
なる。さらに、理由は明らかではないが、パッキンの焼
けにより発生したガスが溶接部に存在すると、不活性ガ
スのみが存在する場合と比較して溶融する深さが浅くな
り、ピンホールの原因になってしまう。
【0006】そこで、従来では、パッキンの焼け防止の
対策として、レーザ軌道を外側にずらす或いはレーザの
出力を下げるといった方法が行なわれていた。
【0007】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら上記方
法では、上記、の問題は解決できるが、レーザの反
射光によるパッキンの焼けについては、解決できなかっ
た。これは、レーザ光の反射が、レーザ軌道や出力に関
係なく以下のようにして起こるからである。
【0008】図8に示すように、加工レンズを通過し、
溶接部にレーザ光(実線で示す)が照射されると、溶融
部分110は、丸く盛り上がった状態になり、特に封口
板101上の溶融部分は、パッキン103側に面した球
面となる。このパッキン103側に面した球面に照射さ
れたレーザ光は、破線で示すようにパッキン103方向
に反射してしまう。
【0009】本発明は上記問題点に鑑み行なわれたもの
であり、信頼性が高く、長寿命な密閉型電池とその封口
方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、正極と負極とセパレータとからなる電極
群が収納された外装缶とこの外装缶を封口する封口体を
有し、さらにこの封口体が外装缶と直接溶接される封口
板と、この封口板にパッキンを介して固定される密閉体
とを有する密閉式電池の封口方法において、上記外装缶
の開口部上端面より、封口板の外部露出側主表面が高く
なるように当該封口板側面を露出させながら、封口体を
外装缶開口部に装着する第1のステップと、第1のステッ
プにより装着された外装缶と封口体との接触部及びその
周辺を上方からレーザ光を照射することにより溶接する
第2のステップとを有することを特徴とする。
【0011】また、上記第1ステップにおいて、封口体
を外装缶開口部に装着する際に、上記外装缶の開口部上
端面より、封口板の外部露出側主表面が0.1mm〜0.3mm高
くなるようにすることを特徴とする。
【0012】また、上記外装缶がアルミニウム又はその
合金であることを特徴とする。
【0013】
【作用】上記のような構成により以下のような作用が得
られる。レーザ光の反射は、レーザ光が照射された点の
接線の法線とレーザ光とがなす角度と当該法線と反射光
とがなす角度が等しく、しかも反射光がレーザ光と法線
とを含む平面上にあるような方向に起こる。
【0014】レーザ溶接法を用いて、電池を封口する
際、図4(a)に示すように封口板9の外部露出側主表
面を外装缶1の開口部上端より上に位置させ、実線矢印
で示すようにレーザ光を照射すると、溶融部Aは、図4
(b)のように封口板9から外装缶1に掛けて下った球
面からなる傾斜面となる。この溶融部Aの傾斜面はパッ
キン10方向には面していない、従ってこの面にレーザ
光の照射された点の法線もパッキン10方向には向かわ
ず、上方からレーザ光が照射された場合、レーザ光の反
射光は、パッキン10とは逆方向に向かって起こること
になる。
【0015】
【実施例】図1は本発明の一例を示す密閉式角形電池の
斜視図(一部断面)であり、図2は本発明の一例を示す
密閉式角形電池の上面図であり、図3は図2の電池のII
I− III断面図である。本発明の密閉式角形電池は、内
部にセパレータと、正極と、負極とからなる電極群(図
示せず)が設けられた外装缶1と当該外装缶1の開口部
を封口する封口体2とを有している。
【0016】外装缶1内に配置される電極群の正極は接
続部材3を介して集電板4に接続されている。また、電
極群の負極は負極兼用の外装缶1と直接接触することに
よって電気的に接続されている。ここで前記封口体2
は、図3に示すように、封口板5と断面コ字状の中空の
パッキン6と、断面T字状の正極端子7と、中空のワッ
シャー8と、集電板4とを有している。
【0017】上記封口板5の電池中心側端部5aと、断
面コ字状中空のパッキン6の凹部6aとは嵌合されてお
り、このパッキン6の上部には中空のワッシャー8が設
けられ、電池内部側下方には、集電板4が設けられてい
る。さらに、正極端子7は、パッキン6との間に集電板
4を介した状態で、凸部7aがパッキン6の中空部分及
びワッシャー8の中空部分に嵌挿されており、この断面
T字状正極端子7と、ワッシャー8によって、パッキン
6と、封口板5と、集電板4とは上下方向から締め付け
られている。
【0018】また、上記封口板5の外装缶側端部と外装
缶1の開口部上端とはレーザー溶接されており、その溶
接部分9は、封口板5から外装缶1方向に下る傾斜面に
なっている。このように構成された密閉式角形電池は、
以下のようにして作成した。先ず、正極とセパレータと
負極とからなる電極群を作成する。次に、所定の手順
で、封口板5と断面コ字状の中空のパッキン6と、断面
T字上の正極端子7と、ワッシャー8と、集電板4とを
組み合わせ封口体2を作製する。上記電極群を外装缶1
内に挿入し、電極群の正極と封口体2の集電板4とを接
続部材3を用いて電気的に接続する。続いて、外装缶1
内に電解液を注入し、封口体2を外装缶1に圧入する。
この圧入の際、図4(a)に示すように、封口板5の電
池外部主表面5aが外装缶1開口部上端1aより0.1
mm上に位置するように封口体2を外装缶1に配する。
【0019】さらに、封口板5と外装缶1とが接した部
分に上方から加工レンズを通過させたレーザー光を照射
させ、レーザ溶接を行なう。このレーザ溶接の際、レー
ザ光を照射すると、封口板5と外装缶1とは溶融し、そ
の溶融部Aは、図4(b)封口板5から外装缶1に掛け
て下った球面からなる傾斜面となる。この面に照射され
たレーザ光(実線で示す)の照射点の法線は、パッキン
6方向には向かわず、上方からレーザ光が照射された場
合は、その反射光(破線で示す)もパッキン6とは反対
の方向に反射する。
【0020】このように作成された電池を以下(A)電
池と称する。 (比較例)図5に示すように、封口板102の上面10
2aとが外装缶101の開口部上端101aとを面1に
した以外は、上記実施例1と同様に電池を作製した。こ
のように作成された電池を、以下(X)電池と称する。 (実験1)本実施例の(A)電池と、比較例の(X)電
池とを用いて、溶接部分のピンホール発生率と、保存後
の電解液のリーク発生率とを調べたので、下記の表1に
示す。
【0021】尚、実験は、以下のようにして行なった。 〔ピンホール発生率〕本発明の(A)電池、比較例の
(X)電池それぞれ50個づつ用意し、拡大鏡(×2
0)で、溶接部の観察を行い溶接部ピンホール発生が見
られた電池の個数を調べて、ピンホール発生率を算出し
た。 〔電解液リーク発生率〕ピンホール検査後、良品のみを
本発明の(A)電池、比較例の(X)電池それぞれ50
個づつ用意し、これらの電池を、60℃で1ヵ月保存し
た後にパッキンからの電解液リークが発生した電池の個
数を調べ、電解液リーク発生率を算出した。
【0022】
【表1】
【0023】表1から明らかなように本発明の(A)電
池は、電解液リーク発生率、ピンホール発生率いずれも
低く、信頼性の高い電池が作製できた。次に、封口板の
上面と、外装缶開口部上端の段差の範囲を調べるため、
以下のような実験を行なった。 (実験2)本発明の(A)電池の外装缶と封口板との段
差を0.05〜0.4mmの範囲で変化させた場合の、
ピンホール発生率、保存後の電解液リーク発生率と、調
べたので、その結果を図6に示す。尚、段差が0mm即
ち比較例の(X)電池の結果についてもあわせて再度表
示した。
【0024】尚実験条件としては、上記実験1と同様に
行なった。図6に示すように、段差を0.1mmより小
さくすると、保存後の電解液リーク発生率が多くなっ
た。これは、段差が小さすぎるため、従来の溶接方法の
ように封口板の上面と外装缶の端部とを面一にした場合
と殆ど変わりなくなってしまい、パッキン方向に向かう
レーザ反射光が多くなってしまったためであると考えら
れる。
【0025】また、ピンホール発生については、0.3
5mm以上でピンホール発生率が多くなった。これは、
外装缶と封口板の段差が大き過ぎるため、溶接の際のお
互いの溶け込み不足が生じたためであると考える。以上
のような結果から、0.1〜0.3mmのギャップを設
けた時最適なレーザ溶接が行なうことができることが明
らかになった。 (その他の事項) 上記実施例では、角形の密閉型の電池について記載
を行なったが、これに限ることはなく、円形、或いは非
真円形どのような形状の電池にでも用いることができ
る。 上記実施例では、外装缶、封口板の材質は規定して
いないが、アルミニウムやアルミニウムの合金を用いる
場合、従来の方法でレーザ溶接を行なうと特に反射率が
高いので、レーザ反射による焼けの影響も大きかった。
従って、従来の方法に代えて本発明を行うことによりそ
の効果は大になる。 上記実施例で示したような角形の密閉型の電池は、
円筒形の電池と比べて、電池を使用する機器に収納する
際に、収納スペースの無駄が省けるという利点を有して
いる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の封口方法
によれば、電池封口のためのレーザ溶接時の、パッキン
方向へのレーザ反射光の発生が防止され、レーザ反射光
によるパッキンの焼けを防止することができる。これに
より、溶接部分のピンホールの発生、保存後の電解液リ
ークの発生を低く抑えることができ、信頼性の高い、長
寿命な密閉式電池を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例にかかる密閉式電池の斜視図であ
る。
【図2】本発明の一例にかかる密閉式電池の上面図であ
る。
【図3】図2に示す密閉式電池の III−III 断面図であ
る。
【図4】本発明の一例に係る電池の封口体−外装缶のレ
ーザ溶接の過程を示す図である。
【図5】従来の密閉式電池の断面図である。
【図6】不良発生率のグラフである。
【図7】従来の密閉式電池を示す図である。
【図8】従来の電池の電池のレーザ溶接時の様子を示す
図である。
【符号の説明】
1 外装缶 2 封口体 5 封口板 6 パッキン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山内 康弘 守口市京阪本通2丁目5番5号 三洋電 機株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−183012(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 2/04

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極と負極とセパレータとからなる電極
    群が収納された外装缶とこの外装缶を封口する封口体を
    有し、さらにこの封口体が外装缶と直接溶接される封口
    板と、この封口板にパッキンを介して固定される密閉体
    とを有する密閉式電池の封口方法において、 上記外装缶の開口部上端面より、封口板の外部露出側主
    表面が高くなるように当該封口板側面を露出させなが
    ら、封口体を外装缶開口部に装着する第1のステップ
    と、 第1のステップにより装着された外装缶と封口体との接
    触部及びその周辺を上方からレーザ光を照射することに
    より溶接する第2のステップとを有することを特徴とす
    る密閉式電池の封口方法。
  2. 【請求項2】 上記第1ステップにおいて、封口体を外
    装缶開口部に装着する際に、上記外装缶の開口部上端面
    より、封口板の外部露出側主表面が0.1mm〜0.3mm高くな
    るようにすることを特徴とする請求項1記載の密閉式電
    池の封口方法。
  3. 【請求項3】 上記外装缶がアルミニウム又はその合金
    であることを特徴とする請求項1または2に記載の密閉式
    電池の封口方法。
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