JP3675954B2 - リード板付き電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、抵抗溶接にて電流取出用リード板と外装缶とを電気的接続するリード板付き電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン電池では、電池の過充電や過放電を防止するために、電池外部に電池電圧を制御するための保護回路が設けられている。この保護回路と電池は接続用リード板によって電気的に接続されているが、この接続用リード板は保護回路との接続性等を考慮して、ニッケル材、あるいは表面にニッケルメッキされたステンレス材等が用いられている。
【０００３】
ところが、この接続用リード板と外装缶とを固着する場合には、外装缶の材料としてアルミニウム又はアルミニウム合金を用いていると、抵抗溶接法では外装缶の導電性が良いということに起因して、また超音波溶接法では、接続用リード板がニッケル材又はステンレス材等からなるので接続用リード板が溶解しないということに起因して、それぞれ固着することができないという問題がある。したがって、従来は、接続用リード板と外装缶との固着はレーザ溶接法にて行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記レーザ溶接法では使用環境条件が著しく規制され、且つレーザ装置が高価であり、しかも時間あたりの生産数量も少ないということから電池の製造コストの高騰を招くといった課題を有していた。加えて、接続用リード板の材料により溶接条件が異なり、且つこの溶接条件は著しく規制され、少しでも逸脱するとクラックあるいはピンホール等の不良が発生するために、生産性が低下するという課題も有していた。
【０００５】
そこで、本発明は、製造コストの高騰や生産性の低下を招くことがないリード板付き電池を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のリード板付き電池は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる有底筒状の外装缶と、当該外装缶の外面表面に抵抗溶接によって電気的に接続される電流取出用リード板とを備え、前記電流取出用リード板は前記外装缶と固着されるアルミニウム又はアルミニウム合金からなる第１の層と、接続用リード板と電気的に接続される第２の層からなるクラッド材であり、前記電流取出用リード板は外装缶表面外には延出しておらず、前記電流取出用リード板の上に接続用リード板が抵抗溶接されていることを特徴とする。
【０００７】
上述の如く、電流取出用リード板の第１層と外装缶とが同質のアルミニウム又はアルミニウム合金から構成されているので、両者を容易に抵抗溶接で固着することができる。
【０００８】
ここで、電流取出リード板の第１層と外装缶とが同質の材料で構成されていれば、超音波溶接によっても両者を固着することができる。
【０００９】
しかしながら、確かに超音波溶接によって両者を固着することはできるが、超音波溶接を行った場合、超音波溶接装置における超音波ホーンの耐久性が非常に悪いので、超音波溶接を繰り返すと、ホーンのヘッドが簡単に摩耗し、劣化するのでホーンを頻繁に取り替えなければならない。
【００１０】
従って、超音波溶接装置の部品交換のコスト等を考慮した場合、抵抗溶接よりもコストアップを招くこと、又、ホーンヘッドを度々交換しなければならず生産効率の低下を招くという問題が生じる。
【００１１】
これに対して、本発明では、電流取出リード板の第１層と外装缶とを抵抗溶接によって固着しているので、上述のような問題は生じない。これは、抵抗溶接では、溶接時に加える加圧力が超音波溶接に比べて少なくできるため、抵抗溶接用電極棒の摩耗を小さくでき、耐久性が向上するからである。
【００１２】
このように、抵抗溶接法では、超音波溶接法に比べて消耗部品の耐久性もあり、また、その装置自体が安価であり、電池の製造コストを低減することができる。
【００１３】
さらに、本発明では、同質の材料同士を抵抗溶接するので、超音波溶接と同等またはそれ以上の溶接強度が得られる。
【００１４】
また、本発明は、電流取出用リード板の第１層の厚みを、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００１５】
これは、電流取出用リード板の第２層と接続用リード板とを抵抗溶接する場合に、上記の範囲を逸脱すると、溶着部にクラックあるいは亀裂等を生じる恐れがあるからである。
【００１６】
尚、電流取出用リード板の第１の層の材質としては、金属アルミニウム又はアルミニウム−マンガン系等のアルミニウム合金が用いられる。
【００１７】
一方、電流取出用リード板の第２の層の材質としては、ニッケル材、鉄ニッケルメッキ材、ステンレスニッケル材、銅ニッケルメッキ材等が用いられる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明を図１、２に基づいて、以下に説明する。
【００１９】
図１に示すように、本発明の電流取出用リード板付きの角形リチウムイオン電池は、金属アルミニウムからなる有底筒状の外装缶１を有しており、この外装缶１の底部１ａの外側面には、電流取出用リード板２が抵抗溶接により溶着されている（尚、図１においては発電要素、金属封口蓋等を省略している）。上記電流取出用リード板２は、図２に示すように、２層構造をなすクラッド材（厚み０．１５ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ１６ｍｍ）から構成されており、具体的には上記外装缶１側に溶着される第１の層２Ａと、この第１の層２Ａの他方の面に形成された第２の層２Ｂとから構成される。上記第１の層２Ａの厚みは０．０５ｍｍであり、また第１の層２Ａは外装缶１との溶着性を考慮して、金属アルミニウムから構成されている。一方、上記第２の層２Ｂの厚みは０．１０ｍｍであり、また第２の層２Ｂは後述する接続用リード板との溶着性を考慮して、ニッケルから構成されている。
【００２０】
このような構造の電池を以下のようにして作製した。
【００２１】
第３図に示すように、外装缶底面外部上に電流取出用リード板のアルミニウムからなる第１の層２Ａが外装缶側に位置するように電流取出用リード板２を載置する。次いで、抵抗溶接用電極棒３を降下させ、電流を流すことによって外装缶と電流取出用リード板２の第１の層２Ａを溶接する。
【００２２】
この後、外装缶内部に発電要素を挿入し、更に外装缶の開口部を金属封口蓋で封口する等の工程を経て電池を作製した。
【００２３】
尚、この電池に接続用リード板４を接続する際には、図４に示すように、電流取出用リード板２の第２の層２Ｂ上に、ニッケルからなる接続用リード板４を載置した後、抵抗溶接用電極棒３を降下させ、電流を流すことによって溶接する。そして、これによって、電流取出用リード板２の第２の層２Ｂと接続用リード板４が固着する。
【００２４】
また、電流取出用リード板であるクラッド材の製造方法としては、アルミニウム板とニッケル板とを重ね合わせた後、これらを加圧及び加熱することにより作製した。
【００２５】
［実施例１］
上記発明の実施の形態で示す電池を用い、このような構造電池を本発明電池Ａ１とする。
【００２６】
［比較例１］
電流取出リード板の第１層と、外装缶とを超音波溶接する以外は、実施例１と同様にして、電池を作製した。この電池を比較電池Ｘ１とする。
【００２７】
［比較例２］
電流取出リード板の第１層と、外装缶とをレーザ溶接する以外は、実施例１と同様にして、電池を作製した。この電池を比較電池Ｘ２とする。
【００２８】
（実験１）
上記本発明電池Ａ１と比較電池Ｘ１とを用い、電流取出リード板と外装缶との引張強度を測定した。その結果を表１に示す。尚、測定条件は、リード板を垂直に引張り、電池からリード板が破断するときの強度を示したものであり、各電池１０個測定し、その強度の平均値と、最大値、最小値を示した。又、本発明電池Ａ１における抵抗溶接条件は、溶接電流０．９〜１．０ｋＡで２点抵抗溶接したものである。さらに、超音波溶接条件は、超音波エネルギー２０Ｊ、加圧力４０ＰＳＩ（１ＰＳＩ＝０．０７ｋｇｆ／ｃｍ2）、振幅率１００％とした。
【００２９】
【表１】
【００３０】
上記表１から明らかなように、電流取出用リード板と外装缶とを抵抗溶接すれば、超音波溶接と同等以上の強度が得られていることが判る。
【００３１】
（実験２）
本発明電池Ａ１と比較電池Ｘ２とを用い、電流取出リード板と外装缶との溶け込み深度測定した。その結果を表２に示す。尚、測定は、各電池１０個の溶接痕断面を測定し、その溶け込み深度の平均値と最大値、最小値を示した。又、レーザ溶接条件は、溶接電圧５００Ｖ、パルス幅３ｍｓｅｃ、溶接スピード３ｍｍ／ｓｅｃ、繰り返し数５ｐｐｓとした。
【００３２】
【表２】
【００３３】
上記表２から明らかなように、電流取出用リード板と外装缶とを抵抗溶接すれば、レーザ溶接と同等以上の溶け込み深度が得られていることが判る。
【００３４】
尚、上記実施例では、電流取出用リード板を外装缶の外底面に固着したが、この固着位置は外装缶の外面であればどの場所でも構わない。また、電流取出用リード板と接続用リード板との固着は、電流取出用リード板を外装缶から延出させると、電流取出用リード板固着後の電池組立て工程において、その延出したリード板が邪魔になるので、電流取出用リード板は、外装缶の表面外には延出させないようにして固着するのが好ましい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、電流取出用リード板と外装缶及び電流取出し用リード板と接続用リード板とを抵抗溶接により溶接しているので、超音波溶接法、レーザ溶接法に比べて、安価で、簡単にリード板付き電池を製造することができる。また、抵抗溶接の装置では、超音波溶接の装置に比べて、部品の耐久性が良いので、超音波溶接装置のように頻繁に部品を交換する必要もなく、生産効率が非常に高いといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリード板付き電池の半断面図である。
【図２】電流取出用リード板の断面図である。
【図３】本発明のリード板付き電池を作製する場合の抵抗溶接工程を示す半断面図である。
【図４】本発明のリード板付き電池に接続用リード板を溶接する工程を示す半断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・外装缶
２・・・・・・電流取出用リード板
２Ａ・・・・・第１の層
２Ｂ・・・・・第２の層
４・・・・・・接続用リード板
【発明の属する技術分野】
本発明は、抵抗溶接にて電流取出用リード板と外装缶とを電気的接続するリード板付き電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン電池では、電池の過充電や過放電を防止するために、電池外部に電池電圧を制御するための保護回路が設けられている。この保護回路と電池は接続用リード板によって電気的に接続されているが、この接続用リード板は保護回路との接続性等を考慮して、ニッケル材、あるいは表面にニッケルメッキされたステンレス材等が用いられている。
【０００３】
ところが、この接続用リード板と外装缶とを固着する場合には、外装缶の材料としてアルミニウム又はアルミニウム合金を用いていると、抵抗溶接法では外装缶の導電性が良いということに起因して、また超音波溶接法では、接続用リード板がニッケル材又はステンレス材等からなるので接続用リード板が溶解しないということに起因して、それぞれ固着することができないという問題がある。したがって、従来は、接続用リード板と外装缶との固着はレーザ溶接法にて行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記レーザ溶接法では使用環境条件が著しく規制され、且つレーザ装置が高価であり、しかも時間あたりの生産数量も少ないということから電池の製造コストの高騰を招くといった課題を有していた。加えて、接続用リード板の材料により溶接条件が異なり、且つこの溶接条件は著しく規制され、少しでも逸脱するとクラックあるいはピンホール等の不良が発生するために、生産性が低下するという課題も有していた。
【０００５】
そこで、本発明は、製造コストの高騰や生産性の低下を招くことがないリード板付き電池を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のリード板付き電池は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる有底筒状の外装缶と、当該外装缶の外面表面に抵抗溶接によって電気的に接続される電流取出用リード板とを備え、前記電流取出用リード板は前記外装缶と固着されるアルミニウム又はアルミニウム合金からなる第１の層と、接続用リード板と電気的に接続される第２の層からなるクラッド材であり、前記電流取出用リード板は外装缶表面外には延出しておらず、前記電流取出用リード板の上に接続用リード板が抵抗溶接されていることを特徴とする。
【０００７】
上述の如く、電流取出用リード板の第１層と外装缶とが同質のアルミニウム又はアルミニウム合金から構成されているので、両者を容易に抵抗溶接で固着することができる。
【０００８】
ここで、電流取出リード板の第１層と外装缶とが同質の材料で構成されていれば、超音波溶接によっても両者を固着することができる。
【０００９】
しかしながら、確かに超音波溶接によって両者を固着することはできるが、超音波溶接を行った場合、超音波溶接装置における超音波ホーンの耐久性が非常に悪いので、超音波溶接を繰り返すと、ホーンのヘッドが簡単に摩耗し、劣化するのでホーンを頻繁に取り替えなければならない。
【００１０】
従って、超音波溶接装置の部品交換のコスト等を考慮した場合、抵抗溶接よりもコストアップを招くこと、又、ホーンヘッドを度々交換しなければならず生産効率の低下を招くという問題が生じる。
【００１１】
これに対して、本発明では、電流取出リード板の第１層と外装缶とを抵抗溶接によって固着しているので、上述のような問題は生じない。これは、抵抗溶接では、溶接時に加える加圧力が超音波溶接に比べて少なくできるため、抵抗溶接用電極棒の摩耗を小さくでき、耐久性が向上するからである。
【００１２】
このように、抵抗溶接法では、超音波溶接法に比べて消耗部品の耐久性もあり、また、その装置自体が安価であり、電池の製造コストを低減することができる。
【００１３】
さらに、本発明では、同質の材料同士を抵抗溶接するので、超音波溶接と同等またはそれ以上の溶接強度が得られる。
【００１４】
また、本発明は、電流取出用リード板の第１層の厚みを、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００１５】
これは、電流取出用リード板の第２層と接続用リード板とを抵抗溶接する場合に、上記の範囲を逸脱すると、溶着部にクラックあるいは亀裂等を生じる恐れがあるからである。
【００１６】
尚、電流取出用リード板の第１の層の材質としては、金属アルミニウム又はアルミニウム−マンガン系等のアルミニウム合金が用いられる。
【００１７】
一方、電流取出用リード板の第２の層の材質としては、ニッケル材、鉄ニッケルメッキ材、ステンレスニッケル材、銅ニッケルメッキ材等が用いられる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明を図１、２に基づいて、以下に説明する。
【００１９】
図１に示すように、本発明の電流取出用リード板付きの角形リチウムイオン電池は、金属アルミニウムからなる有底筒状の外装缶１を有しており、この外装缶１の底部１ａの外側面には、電流取出用リード板２が抵抗溶接により溶着されている（尚、図１においては発電要素、金属封口蓋等を省略している）。上記電流取出用リード板２は、図２に示すように、２層構造をなすクラッド材（厚み０．１５ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ１６ｍｍ）から構成されており、具体的には上記外装缶１側に溶着される第１の層２Ａと、この第１の層２Ａの他方の面に形成された第２の層２Ｂとから構成される。上記第１の層２Ａの厚みは０．０５ｍｍであり、また第１の層２Ａは外装缶１との溶着性を考慮して、金属アルミニウムから構成されている。一方、上記第２の層２Ｂの厚みは０．１０ｍｍであり、また第２の層２Ｂは後述する接続用リード板との溶着性を考慮して、ニッケルから構成されている。
【００２０】
このような構造の電池を以下のようにして作製した。
【００２１】
第３図に示すように、外装缶底面外部上に電流取出用リード板のアルミニウムからなる第１の層２Ａが外装缶側に位置するように電流取出用リード板２を載置する。次いで、抵抗溶接用電極棒３を降下させ、電流を流すことによって外装缶と電流取出用リード板２の第１の層２Ａを溶接する。
【００２２】
この後、外装缶内部に発電要素を挿入し、更に外装缶の開口部を金属封口蓋で封口する等の工程を経て電池を作製した。
【００２３】
尚、この電池に接続用リード板４を接続する際には、図４に示すように、電流取出用リード板２の第２の層２Ｂ上に、ニッケルからなる接続用リード板４を載置した後、抵抗溶接用電極棒３を降下させ、電流を流すことによって溶接する。そして、これによって、電流取出用リード板２の第２の層２Ｂと接続用リード板４が固着する。
【００２４】
また、電流取出用リード板であるクラッド材の製造方法としては、アルミニウム板とニッケル板とを重ね合わせた後、これらを加圧及び加熱することにより作製した。
【００２５】
［実施例１］
上記発明の実施の形態で示す電池を用い、このような構造電池を本発明電池Ａ１とする。
【００２６】
［比較例１］
電流取出リード板の第１層と、外装缶とを超音波溶接する以外は、実施例１と同様にして、電池を作製した。この電池を比較電池Ｘ１とする。
【００２７】
［比較例２］
電流取出リード板の第１層と、外装缶とをレーザ溶接する以外は、実施例１と同様にして、電池を作製した。この電池を比較電池Ｘ２とする。
【００２８】
（実験１）
上記本発明電池Ａ１と比較電池Ｘ１とを用い、電流取出リード板と外装缶との引張強度を測定した。その結果を表１に示す。尚、測定条件は、リード板を垂直に引張り、電池からリード板が破断するときの強度を示したものであり、各電池１０個測定し、その強度の平均値と、最大値、最小値を示した。又、本発明電池Ａ１における抵抗溶接条件は、溶接電流０．９〜１．０ｋＡで２点抵抗溶接したものである。さらに、超音波溶接条件は、超音波エネルギー２０Ｊ、加圧力４０ＰＳＩ（１ＰＳＩ＝０．０７ｋｇｆ／ｃｍ2）、振幅率１００％とした。
【００２９】
【表１】
上記表１から明らかなように、電流取出用リード板と外装缶とを抵抗溶接すれば、超音波溶接と同等以上の強度が得られていることが判る。
【００３１】
（実験２）
本発明電池Ａ１と比較電池Ｘ２とを用い、電流取出リード板と外装缶との溶け込み深度測定した。その結果を表２に示す。尚、測定は、各電池１０個の溶接痕断面を測定し、その溶け込み深度の平均値と最大値、最小値を示した。又、レーザ溶接条件は、溶接電圧５００Ｖ、パルス幅３ｍｓｅｃ、溶接スピード３ｍｍ／ｓｅｃ、繰り返し数５ｐｐｓとした。
【００３２】
【表２】
上記表２から明らかなように、電流取出用リード板と外装缶とを抵抗溶接すれば、レーザ溶接と同等以上の溶け込み深度が得られていることが判る。
【００３４】
尚、上記実施例では、電流取出用リード板を外装缶の外底面に固着したが、この固着位置は外装缶の外面であればどの場所でも構わない。また、電流取出用リード板と接続用リード板との固着は、電流取出用リード板を外装缶から延出させると、電流取出用リード板固着後の電池組立て工程において、その延出したリード板が邪魔になるので、電流取出用リード板は、外装缶の表面外には延出させないようにして固着するのが好ましい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、電流取出用リード板と外装缶及び電流取出し用リード板と接続用リード板とを抵抗溶接により溶接しているので、超音波溶接法、レーザ溶接法に比べて、安価で、簡単にリード板付き電池を製造することができる。また、抵抗溶接の装置では、超音波溶接の装置に比べて、部品の耐久性が良いので、超音波溶接装置のように頻繁に部品を交換する必要もなく、生産効率が非常に高いといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリード板付き電池の半断面図である。
【図２】電流取出用リード板の断面図である。
【図３】本発明のリード板付き電池を作製する場合の抵抗溶接工程を示す半断面図である。
【図４】本発明のリード板付き電池に接続用リード板を溶接する工程を示す半断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・外装缶
２・・・・・・電流取出用リード板
２Ａ・・・・・第１の層
２Ｂ・・・・・第２の層
４・・・・・・接続用リード板
Claims (2)
- アルミニウム又はアルミニウム合金からなる有底筒状の外装缶と、当該外装缶の外面表面に抵抗溶接によって電気的に接続される電流取出用リード板とを備え、前記電流取出用リード板は前記外装缶と固着されるアルミニウム又はアルミニウム合金からなる第１の層と、接続用リード板と電気的に接続される第２の層からなるクラッド材であり、前記電流取出用リード板は外装缶表面外には延出しておらず、前記電流取出用リード板の上に接続用リード板が抵抗溶接されていることを特徴とするリード板付き電池。
- 前記電流取出用リード板の第１の層の厚みが０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のリード板付き電池。
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| JP14736296A JP3675954B2 (ja) | 1996-06-10 | 1996-06-10 | リード板付き電池 |
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| JP14736296A JP3675954B2 (ja) | 1996-06-10 | 1996-06-10 | リード板付き電池 |
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|---|---|
| JPH09330696A JPH09330696A (ja) | 1997-12-22 |
| JP3675954B2 true JP3675954B2 (ja) | 2005-07-27 |
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ID=15428495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP14736296A Expired - Fee Related JP3675954B2 (ja) | 1996-06-10 | 1996-06-10 | リード板付き電池 |
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| JP (1) | JP3675954B2 (ja) |
Cited By (2)
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| JP4909508B2 (ja) * | 2004-06-16 | 2012-04-04 | Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 | 電池用ケース及びそれを用いた二次電池 |
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| KR100571272B1 (ko) | 2004-11-18 | 2006-04-13 | 삼성에스디아이 주식회사 | 캔형 이차 전지 및 그 형성 방법 |
| CN103762331B (zh) | 2009-02-02 | 2016-03-02 | 株式会社杰士汤浅国际 | 电池组及具备该电池组的车辆 |
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| CN112439993A (zh) * | 2020-11-17 | 2021-03-05 | 上海思客琦自动化工程有限公司 | 一种镀镍铜与6系铝合金的单模激光焊接工艺 |
-
1996
- 1996-06-10 JP JP14736296A patent/JP3675954B2/ja not_active Expired - Fee Related
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