JP4058725B2

JP4058725B2 - 電池容器

Info

Publication number: JP4058725B2
Application number: JP03920998A
Authority: JP
Inventors: 則行清水; 勉松井; 秀明北爪
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2018-02-20
Also published as: JPH11238491A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池容器に関し、更に詳しくは、その表面にパラレル式抵抗溶接法でリード材を溶接したときに、当該リード材との間で小さい溶接電流の通電であっても高い溶接強度を安定した状態で実現することが可能である電池容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種の電気・電子機器の普及に伴い、その駆動源である電池の複数個をパッケージして電池パックとし、その電池パックを、直接、当該機器の中に組み込むケースが急増している。また、最近、環境に優しいクリーンな自動車として電気自動車が注目を集めているが、その駆動源も複数個の電池をパッケージしたものである。
【０００３】
このように、複数個の電池をパッケージにして実使用する場合、電池の充電または放電のために、各電池の間やパッケージ端子と電池の間はリード材で電気的に接続することが必要である。すなわち、電池の外側表面、例えば封口体の部分や電池外装缶の底部など電池容器の一部表面にリード材を固定することが必要になる。
【０００４】
ところで、電池容器は、所定の発電要素を電解液と一緒に収容して負極端子の働きも兼ねる電池外装缶と、その電池外装缶の開口部を液密に密閉して正極端子の働きも兼ねる封口体との両者によって構成されている。そして、この電池容器の材料としては、一般に、低炭素鋼板の表面にＮｉめっきを施して成るＮｉめっき鋼板が使用されている。ここで、Ｎｉめっきは基材である鋼板の発錆を防止するとともに、電池の外観を美麗にしてその商品価値を高めるために施されている。
【０００５】
このような電池とリード材とを接続することに関しては、通常、次に説明するようなパラレル式抵抗溶接法が適用されている。
まず、図５で示したように、既に組み立てられた電池における電池容器１の表面１ａ（図の場合は、電池容器の底面）に溶接すべきリード材２が配置される。なお、リード材２としては、従来から、Ｎｉ単体の小片や、電池容器１の場合と同じようなＮｉめっき鋼板が広く使用されている。
【０００６】
リード材２の表面２ａには、先端３ａが小径になっている２本の溶接電極３，３が所定の間隔を置いて平行配置される。そして、これら溶接電極３，３からリード材２に所定の加圧力を印加してリード材２の裏面２ｂと電池容器１の表面１ａを密着させる。
この状態で電源４から所定値の溶接電流を通電する。溶接電流は一方の溶接電極からリード材２に入力し、その一部はリード材２を通って他方の溶接電極から電源４に帰還し、残余の溶接電流は溶接電極の先端３ａの直下に位置する箇所を中心にしてリード材２の厚み方向に流れて電池容器１の表面１ａに至り、ついで電池容器１を通って他方の溶接電極の先端３ａの直下に位置する箇所を中心にしてリード材２の厚み方向に流れて他方の溶接電極から電源に帰還していく。
【０００７】
この過程で、各溶接電極の直下付近に位置するリード材の裏面２ｂと電池容器１の表面１ａとの接触界面ではジュール熱が発生し、その接触界面近傍における両部材が一部溶融してナゲットを形成し、両部材が点溶接されることにより、リード材２は電池容器１に固定される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電池容器の素材である例えばＮｉめっき鋼板は、一般に、所定の鋼板の表面にＮｉめっきを施したのち、得られた板材をロール面が平滑なロールを用いて冷間でロール圧延して製造されているので、圧延後のＮｉめっき鋼板の表面も平滑で、いわゆる美麗なブライト仕上げ面になっている。したがって、このＮｉめっき鋼板を例えば深絞り加工して製造される電池容器の表面もブライト仕上げ面になっているのが通例である。
【０００９】
しかしながら、上記ブライト仕上げ面の電池容器にリード材を図５で示したようにして抵抗溶接したときには次のような問題が起こる。
まず、電池容器１の表面１ａは巨視的にみれば平滑であるとはいえ、微視的にみると多数の微小凹凸の集合面になっている。そのため、ここにリード材２を圧接すると、図４で模式的に示したように、リード材２の裏面２ｂは表面１ａにおける多数の微小凸起１ｂと点接触した状態になっていて、リード材２と電池容器１の表面１ａとの接触界面における全体としての接触抵抗は低い状態になっている。
【００１０】
したがって、ここに溶接電流を通電すると、上記接触界面における発熱量は少なく、例えばナゲットが形成されなかったり、またナゲットが形成されてもその大きさが小さいという問題が生じてくる。このことは、電池容器１とリード材２との溶接強度が低くなり、また強度ばらつきも大きくなるということである。
この溶接強度が高くないということは、電池パックを電気・電子機器に組み込んで実使用したときに、例えばそれら機器を落とした場合、その衝撃で溶接箇所が破損して機器の機能喪失を招くことにもなる。
【００１１】
また、溶接強度がばらつくということは、通常、溶接作業はライン工程で連続的に行われていることを考えると、連続的に製造されてきた電池とリード材の溶接構造体における溶接信頼性を低めることでもある。
このような問題は、例えば溶接電流の通電量を高めたり、また通電時間を長くすることにより解消することはできる。しかしながら、他方では前記した点接触箇所でスパークが飛んでいわゆるチリと指称される融解金属の飛散が激しく発生するようになり、作業環境を悪化させるのみならず、形成されるナゲットも小さくなって、結果として溶接強度の低下が引き起こされるようになる。
【００１２】
このように、電池容器の表面がブライト仕上げ面になっていると、小さい溶接電流の通電では適切な溶接強度が得られず、また大きな溶接電流の通電の場合にはチリが発生するとともに同じく適切な溶接強度を得ることができないため、現場における溶接工程で採用する溶接電流の選択幅は制限を受けるということになる。
【００１３】
本発明は、従来の電池容器にリード材を抵抗溶接するときにおける上記した問題を解決し、溶接時におけるチリ発生を防止し、また小さい溶接電流の通電であってもリード材との間で高い溶接強度を安定して実現することができる電流容器の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した問題を解決するために、本発明においては、パラレル式抵抗溶接法で複数個の電池の外側表面にリード材を溶接して電池パックを組み立てるときに用いる電池の電池容器であって、前記容器の前記外側表面の表面粗度（Ｒａ）が０ . ５〜２ . ０μｍのダル仕上げ面になっていることを特徴とする電池容器が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の電池容器の表面１Ａと、そこにリード材２を圧接した状態を示す模式図である。この電池容器の特徴は、その表面１Ａがダル仕上げ面になっていることである。
このダル仕上げ面は、前記したブライト仕上げ面に比べて粗面化の程度が大きく、微視的にみたときにおける表面凸起１Ｂは、前記したブライト仕上げ面における微小凸起１ｂ（図４）よりも大きく、またその分布状態も粗であり、数が少なくなっている。そのため、このダル仕上げ面１Ａは、手感触では若干のざらつき感を与え、またにぶい光沢を呈している。
【００１６】
このダル仕上げ面１Ａに、図１で示したようにリード材２を圧接した場合、当該リード材２の裏面２ｂとダル仕上げ面１Ａの凸起１Ｂの接触状態と、図４で示したブライト仕上げ面１ａの微小凸起１ｂとリード材２の裏面２ｂの接触状態とを比べると、両者はいずれも点接触状態であることに代わりはないが、前者の場合は、凸起１Ｂが微小凸起１ｂよりも大きく、かつその分布も粗であるということから、後者の場合よりも点接触している箇所の個数は少なくなっている。
【００１７】
したがって、図１で示した状態にある接触界面の接触抵抗は、図４で示した状態にある接触界面の接触抵抗よりもその値は高い。
そのため、ここに同じ値の溶接電流を通電した場合、図１で示した接触界面における発熱量は図４で示した接触界面における発熱量よりも大きくなる。すなわち、前者の場合には、後者の場合に比べてナゲットは確実に形成され、しかもその大きさは大きくなって溶接強度も大きくなる。
【００１８】
別言すれば、図１で示した接触界面の場合は、前記したチリの発生を引き起こさないような小さい溶接電流の通電であっても適正な大きさのナゲット形成が可能となる。そのため、溶接工程において通電する溶接電流の選択幅を広めることができる。
上記したような効果を発揮するダル仕上げ面１Ａは、その表面粗度（Ｒａ）を０.５〜２.０μｍに設定する。このＲａが０.５μｍより小さい場合には、電池容器の表面はブライト仕上げ面に近似した状態になるため、上記したような効果が減殺されるからである。また、Ｒａが２.０μｍより大きい場合には、リード材との接触界面における接触抵抗が大きくなりすぎて逆に適正な大きさのナゲット形成が困難になるからである。通常、Ｒａは０.８〜１.５μｍであることが好ましい。
【００１９】
この電池容器は、例えばＮｉめっき鋼板をロールの表面の粗度が上記したＲａ値であるようなロールを用いて冷間で圧延し、その処理材を用いて電池外装缶や封口体を塑性加工して製造することができる。
【００２０】
【実施例】
Ｒａ値が１.１９〜１.９９μｍであるダル仕上げ面のＮｉめっき鋼板（Ｎｉめっき層の厚み３μｍ、全体の厚み０.３mm）を深絞り加工してＡＡＡサイズ電池用の電池外装缶を実施例として製造した。
また、Ｒａ値が０.１〜０.２μｍであるブライト仕上げ面のＮｉめっき鋼板（Ｎｉめっき層の厚み３μｍ、全体の厚み０.３mm）を深絞り加工してＡＡＡサイズ電池用の電池外装缶を比較例として製造した。
【００２１】
これら外装缶の底面に、Ｎｉめっき鋼板（Ｎｉめっき層の厚み３μｍ、全体の厚み０.３mm）から成るリード材を図５で示したように配置し、先端３ａの直径が１.５mmである２本の溶接電極３，３を２.１mmの間隔を置いて平行配置し、加圧力２〜２.５kgfでリード材２を外装缶の表面に圧接した。
この状態を保持したまま、電源から各種値の溶接電流を通電して５ms間のパラレル式抵抗溶接を行い、電池外装缶にリード材を溶接した。この溶接構造体を１００個製造した。
【００２２】
ついで、図６で示したように、電池外装缶１の底部表面に溶接されているリード材２の一端２ｃをチャック５で把持し、このチャック５を引張試験器６で引き上げて前記リード材２を引き剥がす試験を行った。このとき、リード材２と電池外装缶１の底部表面とがなす角度θは常に一定となるようにし、かつ試験器６による引張強さは一定の速さで増加するようにして引き剥がし試験を行い、リード材２が電池外装缶１の底部表面から完全に引き剥がされるまで試験を継続し、下記の仕様で２ナゲット出現率を測定し、また溶接強度を算出した。
【００２３】
２ナゲット出現率：得られた溶接構造体において、リード材２が引き剥がされたときに、２つのナゲットが電池外装缶の方に残る個数を計測し、その個数を溶接構造体の全試験個数で除算したときの百分率で表示。
この２個のナゲットが電池外装缶の方に出現するということは、リード材と電池外装缶を溶接しているナゲットの強度が当該リード材の強度よりも大きくなっているということを意味し、したがって、この２ナゲット出現率が高いということは、リード材と電池外装缶との間の溶接強度は大きく、かつ安定した溶接状態にあるということを意味する。
【００２４】
溶接強度：リード材２が電池外装缶の底面から引き剥がされたときに試験器６が示した値。
２ナゲット出現率の算出値の平均値を溶接電流との関係図として図２に示した。溶接強度の測定平均値を同じく溶接電流との関係図として図３に示した。図中、−○−印は実施例の場合、−△−印は比較例の場合の結果である。
【００２５】
図２，図３から次のことが明らかになる。
（１）実施例の外装缶を用いた場合には、溶接電流が１.３４kAである時点で既に２つのナゲットが確実に出現し、溶接強度も高い抵抗溶接が実現している。他方、比較例の外装缶を用いた場合には、溶接電流を１.５３kAに増加した時点ではじめて２つのナゲットが出現する。
【００２６】
（２）しかし、比較例の場合、溶接電流１.５３kAで２つのナゲットが出現したとはいえ、そのときの溶接強度は低下してしまっており、良好な溶接状態であるとはいえない。これは、溶接電流が大きすぎるので、チリなどが発生し、出現した２つのナゲットも小さなものになっているからである。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の電池容器は、それにパラレル式抵抗溶接法でリード材を溶接するときに、小さい溶接電流であっても高い溶接強度を安定して実現することができる。
溶接電流は小さくてもよいので、抵抗溶接時にチリなどの発生はなく、また溶接工程で採用する溶接電流の選択幅も広くなり、工程管理の面からも有用である。
【００２８】
このような効果は、電池容器の表面をダル仕上げ面として、リード材との接触界面における接触抵抗を高くするようにしたことによってもたらされる結果である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池容器の表面にリード材を圧接した状態を示す模式図である。
【図２】２ナゲット出現率と溶接電流との関係を示すグラフである。
【図３】溶接強度と溶接電流との関係を示すグラフである。
【図４】従来の電池容器にリード材を圧接した状態を示す模式図である。
【図５】パラレル式抵抗溶接法を説明するための概略図である。
【図６】溶接強度の測定法を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１電池容器
１Ａダル仕上げ面
１Ｂダル仕上げ面１Ａの表面凸起
１ａブライト仕上げ面
１ｂブライト仕上げ面１ａの微小凸起
２リード材
２ａリード材２の表面
２ｂリード材２の裏面
２ｃリード材２の端部
３溶接電極
３ａ溶接電極３の先端
４電源
５チャック
６引張試験器

Claims

パラレル式抵抗溶接法で複数個の電池の外側表面にリード材を溶接して電池パックを組み立てるときに用いる電池の容器であって、
前記容器の前記外側表面の表面粗度（Ｒａ）が０ . ５〜２ . ０μｍのダル仕上げ面になっていることを特徴とする電池容器。