JP4168491B2 - 密閉電池の製造法 - Google Patents
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は密閉電池の、とくにその封口板または電池ケースに設けられた注液口を封口栓で溶接する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯機器の駆動用電源として、各種の電池が用いられている。特に、スペース有効利用の観点から、薄型電池、角形密閉電池に要望が集まっている。
【０００３】
薄型電池としては、従来では、角形ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池が用いられ、近年では、特に角形リチウムイオン二次電池などが用いられている。
【０００４】
このような、角形密閉電池として、封口板とケース開口部をレーザー溶接により密閉したものや、円筒型電池と同様に、封口板を、ガスケットを介して、ケースとかしめ封口を行ったものがある。
【０００５】
上述のような、封口板とケース開口部をレーザー溶接し、封口した電池では、注液を行う方法として、注液を行い、その後、封口板と、ケース開口部をレーザー溶接し封口する場合と、封口板とケース開口部をレーザー溶接した後に、封口板または、電池ケースの注液口から注液を行い、栓をする場合がある。特に後者の場合、従来では、封口栓として封口板または電池ケースと同材質の薄板を用い、レーザースポットにより仮止めを行った後、薄板上面からレーザービームにより貫通溶接している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記薄板上面からの貫通溶接は、封口板または電池ケースと封口栓とを溶接するために、レーザービーム出力を、とけ込みが薄板を貫通するまで高出力にする必要があり、スパッタによる穴あき不良を引き起こす原因となっていた。
【０００７】
またレーザースポットによる封口栓の仮止めも封口栓の固定が完全では無く、レーザー連続溶接時の熱により封口栓が微小変形した場合溶接部位に隙間ができ、この溶接部隙間による穴あき不良を引き起こす原因となっていた。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するもので、注液口と封口栓を安定して良好に溶接する方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の方法によれば、極板群を収容した電池ケースの上部開口部に封口板を載置、溶接し、封口板または、電池ケースの注液口から電解液を注入した後、前記注液口と封口栓を溶接する際、封口栓を垂直上方向から固定し、レーザー照射ヘッドを封口栓垂直上方向から５〜３０度傾けた円錐面、または角錐面上を移動させることで封口を行う。このように、封口板または電池ケースと封口栓を溶接時に完全に固定することで、レーザー連続溶接時の熱により封口栓が微小変形した場合においても、溶接部位に隙間ができることがないため、溶接部隙間による穴あき不良の無い良好な溶接を行うことができる。
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、説明する。
（実施の形態）
図１、図２は封口板の注液口に封口栓をレーザー溶接する様子を示す断面図と上面図である。レーザー溶接は、封口栓の外周端部にレーザービームのナゲットの一部が位置するように照射する。封口栓板厚はレーザー出力を低出力にするためには薄い方が好ましく、願わくば０．５ｍｍ以下である方が良い。封口栓上面形状は図のような円形である必要はなく角形でも良い。
【００１２】
図３はレーザービーム照射ヘッドを垂直方向から５〜３０度傾けてレーザー溶接する際の様子を示す斜視図である。図のように円形の封口栓を用いる場合は、レーザービーム照射ヘッドを円錐面上に移動させるが、角形の封口栓を用いる場合は角錐面上を移動させる。照射角度は表面反射による出力ロスを考えた場合３０度より小さいほうが好ましいが、反射光による光ファイバー焼けの恐れがあるため５度以上にする必要がある。
【００１３】
図４は上面図である。レーザービームの最終照射位置は、最終照射ナゲットが封止部位つまり封口栓端部に重ならない位置までそらせば良く、その方向はいずれの方向でもかまわない。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。
【００１５】
図５は、本発明の実施例における角形密閉電池の構造断面図を示すもので、本発明を幅２２ｍｍ、高さ４８ｍｍ、厚み５ｍｍの薄型リチウムイオン二次電池に適用したものである。図５において、１は、アルミニウム製の角形ケースである。４は、アルミニウム製の封口板で、１３の角形ケースとレーザー溶接されている。１４は、極板群で、１９は正極リード、２０は負極リードである。１は封口板蓋板に開けられた注液口で、２は注液口を封止する封口栓である。
【００１６】
本発明の角形密閉電池は以下のようにして作製した。正極板は、活物質であるＬｉＣｏＯ2に導電剤と、結着剤を混合したものをアルミニウム箔の両面に塗着、乾燥し、圧延した後、所定の大きさに切断したものである。これにアルミニウム製の正極リード板を溶接している。負極板は、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素材に結着剤を混合したものを銅箔の両面に塗着、乾燥、圧延した後、所定の大きさに切断したものである。これに、ニッケル製の負極リードを溶接している。セパレータはポリエチレン製の微多孔フィルムである。正極板、負極板とをセパレータを介して巻回し断面長円形の極板群を構成する。
【００１７】
極板群のリードを封口板に溶接し角形電池ケースに挿入し、封口板とケースをレーザー溶接する。正極リードはアルミニウム製封口板蓋板部にレーザースポット溶接し、負極リードはニッケルメッキされた鉄製のワッシャーに抵抗溶接した。
【００１８】
次に電解液を注液口から所定量注液する。電解液にはエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を混合した溶媒に、溶質として、六フッ化リン酸リチウムを溶解したものを用いた。その後、注液口に封口栓をし、封口板と封口栓をレーザー溶接により封口した。
【００１９】
（実施例１)
本実施例では、封口栓として板厚０．３ｍｍ、円形のものを用いた。封口栓を垂直上方向から固定した後、レーザー照射ヘッドを封口栓垂直上方向から１５度傾けた円錐面を移動させることで封口を行った。レーザー溶接は、５００ＷのＹＡＧレーザーを用い、外周端部にナゲットが位置するようにレーザー照射を行った。設定出力は１５０Ｗとした。このようにして作製した電池を本発明の電池Ａとした。
【００２０】
従来の電池として、同封口栓を用い、封口栓上面から貫通溶接を行った。この際、上記と同一のレーザー溶接機を用いたが、設定出力１５０Ｗでは溶接不可能であり、溶接可能な最低出力である２００Ｗに設定した。
【００２１】
【表１】
【００２２】
（表１）より明らかなように本発明のようなレーザー溶接を行った場合、従来用いられてきた溶接法に比較し飛躍的にレーザー溶接不良を低減することができた。
【００２３】
（実施例２)
本実施例では、封口栓として板厚０．３ｍｍ、円形のものを用いた。レーザー溶接は、封口栓を垂直上方向から固定した後、レーザー照射ヘッドを封口栓垂直上方向から１５度傾けた円錐面上を移動させることで行った。以上を本発明の電池Ｂとする。
【００２４】
また、同一封口栓を用い、全溶接距離の１／２の距離まで溶接したところで封口栓の固定を解除し、残り１／２の溶接を行った実施例を本発明の電池Ｃとする。従来の電池として、同一封口栓を用い、レーザースポットにより仮止め後、封口栓の固定を解除し溶接を行った。
【００２５】
【表２】
【００２６】
（表２）より明らかなように本発明のようなレーザー溶接を行った場合、従来用いられてきた溶接法に比較し飛躍的にレーザー溶接不良を低減することができた。また、電池ＢとＣを比較すると、全溶接距離の１／２まで封口栓を固定することでレーザー溶接不良を低減することが可能であるが、溶接終了まで封口栓を固定することがさらに効果的であることが分かる。
【００２７】
（実施例３)
本実施例では、封口栓として板厚０．３ｍｍ、円形のものを用いた。レーザー溶接は、５００ＷのＹＡＧレーザーを用い、レーザービームは、最終照射ナゲットが封止部位つまり封口栓外周端部に重ならない位置までそらした。以上を本発明の電池Ｄとする。
【００２８】
従来の電池として、同封口栓を用い、レーザービームの最終照射ナゲットが封止部位に重なる溶接を行った。
【００２９】
【表３】
【００３０】
（表３）より明らかなように本発明のようなレーザー溶接を行った場合、従来用いられてきた溶接法に比較し飛躍的にレーザー溶接不良を低減することができた。
【００３１】
なお、本実施例では、角形リチウムイオン二次電池を用いた場合を示したが、他の電池系、例えば、ニッケルカドミウム二次電池、ニッケル水素二次電池、鉛電池などに用いた場合にも、同様の結果が得られた。
【００３２】
さらに、角形電池に限らず、このような注液口をもち、注液を行った後、封口栓をし、封口板またはケースとを溶接するような電池の場合にも同様な結果が得られた。
【００３３】
また、本実施例では、電池ケース及び封口栓の材質としてアルミニウムを用いたが、他の電池系においては、その材質に鉄、ステンレス鋼等によっても同様な結果が得られた。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、密閉電池において封口栓と封口板またはケースを良好にレーザー溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】封口板の注液口に封口栓をレーザー溶接する様子を示す縦断面図
【図２】同レーザー溶接する様子を示す上面図
【図３】レーザービーム照射ヘッドを垂直方向から５〜３０度傾けてレーザー溶接した際の斜視図
【図４】レーザービームの最終照射位置を照射開始からの照射経路からそらすようにレーザー溶接した際の封口板上面図
【図５】本発明の角形密閉電池の縦断面図
【符号の説明】
１ 注液口
２ 封口栓
３ 封口栓外周端部
４ 封口板
５ レーザー溶解部
６ レーザー照射位置
７ レーザー照射ヘッド
８ 垂直上方向からの押さえ
９ 電池
１０ レーザー照射角度
１１ レーザービーム照射開始位置
１２ レーザービーム照射最終位置
１３ ケース
１４ 極板群
１５ 安全弁
１６ 樹脂製の絶縁ガスケット
１７ ニッケルメッキされた鉄製リベット
１８ ニッケルメッキされた鉄製ワッシャー
１９ 正極リード
２０ 負極リード
【発明の属する技術分野】
本発明は密閉電池の、とくにその封口板または電池ケースに設けられた注液口を封口栓で溶接する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯機器の駆動用電源として、各種の電池が用いられている。特に、スペース有効利用の観点から、薄型電池、角形密閉電池に要望が集まっている。
【０００３】
薄型電池としては、従来では、角形ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池が用いられ、近年では、特に角形リチウムイオン二次電池などが用いられている。
【０００４】
このような、角形密閉電池として、封口板とケース開口部をレーザー溶接により密閉したものや、円筒型電池と同様に、封口板を、ガスケットを介して、ケースとかしめ封口を行ったものがある。
【０００５】
上述のような、封口板とケース開口部をレーザー溶接し、封口した電池では、注液を行う方法として、注液を行い、その後、封口板と、ケース開口部をレーザー溶接し封口する場合と、封口板とケース開口部をレーザー溶接した後に、封口板または、電池ケースの注液口から注液を行い、栓をする場合がある。特に後者の場合、従来では、封口栓として封口板または電池ケースと同材質の薄板を用い、レーザースポットにより仮止めを行った後、薄板上面からレーザービームにより貫通溶接している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記薄板上面からの貫通溶接は、封口板または電池ケースと封口栓とを溶接するために、レーザービーム出力を、とけ込みが薄板を貫通するまで高出力にする必要があり、スパッタによる穴あき不良を引き起こす原因となっていた。
【０００７】
またレーザースポットによる封口栓の仮止めも封口栓の固定が完全では無く、レーザー連続溶接時の熱により封口栓が微小変形した場合溶接部位に隙間ができ、この溶接部隙間による穴あき不良を引き起こす原因となっていた。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するもので、注液口と封口栓を安定して良好に溶接する方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の方法によれば、極板群を収容した電池ケースの上部開口部に封口板を載置、溶接し、封口板または、電池ケースの注液口から電解液を注入した後、前記注液口と封口栓を溶接する際、封口栓を垂直上方向から固定し、レーザー照射ヘッドを封口栓垂直上方向から５〜３０度傾けた円錐面、または角錐面上を移動させることで封口を行う。このように、封口板または電池ケースと封口栓を溶接時に完全に固定することで、レーザー連続溶接時の熱により封口栓が微小変形した場合においても、溶接部位に隙間ができることがないため、溶接部隙間による穴あき不良の無い良好な溶接を行うことができる。
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、説明する。
（実施の形態）
図１、図２は封口板の注液口に封口栓をレーザー溶接する様子を示す断面図と上面図である。レーザー溶接は、封口栓の外周端部にレーザービームのナゲットの一部が位置するように照射する。封口栓板厚はレーザー出力を低出力にするためには薄い方が好ましく、願わくば０．５ｍｍ以下である方が良い。封口栓上面形状は図のような円形である必要はなく角形でも良い。
【００１２】
図３はレーザービーム照射ヘッドを垂直方向から５〜３０度傾けてレーザー溶接する際の様子を示す斜視図である。図のように円形の封口栓を用いる場合は、レーザービーム照射ヘッドを円錐面上に移動させるが、角形の封口栓を用いる場合は角錐面上を移動させる。照射角度は表面反射による出力ロスを考えた場合３０度より小さいほうが好ましいが、反射光による光ファイバー焼けの恐れがあるため５度以上にする必要がある。
【００１３】
図４は上面図である。レーザービームの最終照射位置は、最終照射ナゲットが封止部位つまり封口栓端部に重ならない位置までそらせば良く、その方向はいずれの方向でもかまわない。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。
【００１５】
図５は、本発明の実施例における角形密閉電池の構造断面図を示すもので、本発明を幅２２ｍｍ、高さ４８ｍｍ、厚み５ｍｍの薄型リチウムイオン二次電池に適用したものである。図５において、１は、アルミニウム製の角形ケースである。４は、アルミニウム製の封口板で、１３の角形ケースとレーザー溶接されている。１４は、極板群で、１９は正極リード、２０は負極リードである。１は封口板蓋板に開けられた注液口で、２は注液口を封止する封口栓である。
【００１６】
本発明の角形密閉電池は以下のようにして作製した。正極板は、活物質であるＬｉＣｏＯ2に導電剤と、結着剤を混合したものをアルミニウム箔の両面に塗着、乾燥し、圧延した後、所定の大きさに切断したものである。これにアルミニウム製の正極リード板を溶接している。負極板は、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素材に結着剤を混合したものを銅箔の両面に塗着、乾燥、圧延した後、所定の大きさに切断したものである。これに、ニッケル製の負極リードを溶接している。セパレータはポリエチレン製の微多孔フィルムである。正極板、負極板とをセパレータを介して巻回し断面長円形の極板群を構成する。
【００１７】
極板群のリードを封口板に溶接し角形電池ケースに挿入し、封口板とケースをレーザー溶接する。正極リードはアルミニウム製封口板蓋板部にレーザースポット溶接し、負極リードはニッケルメッキされた鉄製のワッシャーに抵抗溶接した。
【００１８】
次に電解液を注液口から所定量注液する。電解液にはエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）を混合した溶媒に、溶質として、六フッ化リン酸リチウムを溶解したものを用いた。その後、注液口に封口栓をし、封口板と封口栓をレーザー溶接により封口した。
【００１９】
（実施例１)
本実施例では、封口栓として板厚０．３ｍｍ、円形のものを用いた。封口栓を垂直上方向から固定した後、レーザー照射ヘッドを封口栓垂直上方向から１５度傾けた円錐面を移動させることで封口を行った。レーザー溶接は、５００ＷのＹＡＧレーザーを用い、外周端部にナゲットが位置するようにレーザー照射を行った。設定出力は１５０Ｗとした。このようにして作製した電池を本発明の電池Ａとした。
【００２０】
従来の電池として、同封口栓を用い、封口栓上面から貫通溶接を行った。この際、上記と同一のレーザー溶接機を用いたが、設定出力１５０Ｗでは溶接不可能であり、溶接可能な最低出力である２００Ｗに設定した。
【００２１】
【表１】
（表１）より明らかなように本発明のようなレーザー溶接を行った場合、従来用いられてきた溶接法に比較し飛躍的にレーザー溶接不良を低減することができた。
【００２３】
（実施例２)
本実施例では、封口栓として板厚０．３ｍｍ、円形のものを用いた。レーザー溶接は、封口栓を垂直上方向から固定した後、レーザー照射ヘッドを封口栓垂直上方向から１５度傾けた円錐面上を移動させることで行った。以上を本発明の電池Ｂとする。
【００２４】
また、同一封口栓を用い、全溶接距離の１／２の距離まで溶接したところで封口栓の固定を解除し、残り１／２の溶接を行った実施例を本発明の電池Ｃとする。従来の電池として、同一封口栓を用い、レーザースポットにより仮止め後、封口栓の固定を解除し溶接を行った。
【００２５】
【表２】
（表２）より明らかなように本発明のようなレーザー溶接を行った場合、従来用いられてきた溶接法に比較し飛躍的にレーザー溶接不良を低減することができた。また、電池ＢとＣを比較すると、全溶接距離の１／２まで封口栓を固定することでレーザー溶接不良を低減することが可能であるが、溶接終了まで封口栓を固定することがさらに効果的であることが分かる。
【００２７】
（実施例３)
本実施例では、封口栓として板厚０．３ｍｍ、円形のものを用いた。レーザー溶接は、５００ＷのＹＡＧレーザーを用い、レーザービームは、最終照射ナゲットが封止部位つまり封口栓外周端部に重ならない位置までそらした。以上を本発明の電池Ｄとする。
【００２８】
従来の電池として、同封口栓を用い、レーザービームの最終照射ナゲットが封止部位に重なる溶接を行った。
【００２９】
【表３】
（表３）より明らかなように本発明のようなレーザー溶接を行った場合、従来用いられてきた溶接法に比較し飛躍的にレーザー溶接不良を低減することができた。
【００３１】
なお、本実施例では、角形リチウムイオン二次電池を用いた場合を示したが、他の電池系、例えば、ニッケルカドミウム二次電池、ニッケル水素二次電池、鉛電池などに用いた場合にも、同様の結果が得られた。
【００３２】
さらに、角形電池に限らず、このような注液口をもち、注液を行った後、封口栓をし、封口板またはケースとを溶接するような電池の場合にも同様な結果が得られた。
【００３３】
また、本実施例では、電池ケース及び封口栓の材質としてアルミニウムを用いたが、他の電池系においては、その材質に鉄、ステンレス鋼等によっても同様な結果が得られた。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、密閉電池において封口栓と封口板またはケースを良好にレーザー溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】封口板の注液口に封口栓をレーザー溶接する様子を示す縦断面図
【図２】同レーザー溶接する様子を示す上面図
【図３】レーザービーム照射ヘッドを垂直方向から５〜３０度傾けてレーザー溶接した際の斜視図
【図４】レーザービームの最終照射位置を照射開始からの照射経路からそらすようにレーザー溶接した際の封口板上面図
【図５】本発明の角形密閉電池の縦断面図
【符号の説明】
１ 注液口
２ 封口栓
３ 封口栓外周端部
４ 封口板
５ レーザー溶解部
６ レーザー照射位置
７ レーザー照射ヘッド
８ 垂直上方向からの押さえ
９ 電池
１０ レーザー照射角度
１１ レーザービーム照射開始位置
１２ レーザービーム照射最終位置
１３ ケース
１４ 極板群
１５ 安全弁
１６ 樹脂製の絶縁ガスケット
１７ ニッケルメッキされた鉄製リベット
１８ ニッケルメッキされた鉄製ワッシャー
１９ 正極リード
２０ 負極リード
Claims (1)
- 極板群を収容した電池ケースの上部開口部に封口板を載置して溶接した後、封口板または、電池ケースの注液口から電解液を注入し、前記注液口に、前記注液口より大きい封口栓を載置し、これらをレーザー溶接する際に、封口栓が垂直上方向に向くように電池を設置し、レーザービーム照射ヘッドを封口栓垂直上方向から５〜３０度傾けた円錐面、または角錐面上を移動させて封口栓外周部にレーザービームを照射して溶接する密閉電池の製造法。
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| JP25990098A JP4168491B2 (ja) | 1998-09-14 | 1998-09-14 | 密閉電池の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP25990098A JP4168491B2 (ja) | 1998-09-14 | 1998-09-14 | 密閉電池の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000090891A JP2000090891A (ja) | 2000-03-31 |
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Family
ID=17340506
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP25990098A Expired - Fee Related JP4168491B2 (ja) | 1998-09-14 | 1998-09-14 | 密閉電池の製造法 |
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-
1998
- 1998-09-14 JP JP25990098A patent/JP4168491B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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