JP4437302B2 - 電池容器 - Google Patents

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２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、電池容器がＮｉめっき鋼板から成り、またリード材がＮｉ単体やＮｉめっき鋼板から成る場合、両者を上記したパラレル式抵抗溶接法で溶接すると、次のような問題の起こることが指摘されている。
すなわち、電池容器とリード材との溶接強度はあまり高くならず、しかも溶接作業ごとに得られる溶接強度がばらつくという問題である。
【０００９】
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。
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。
【００１０】
このようなことから、溶接電流や通電時間や溶接電極による加圧力などの溶接条件の最適化を企て高い溶接強度を安定して得るための努力がなされているが、それでも満足すべき結果は得られていない。例えば、溶接電流を大きくすればそれだけ接触界面における発熱量も大きくなり、大きなナゲットが安定して形成されるようになって高い溶接強度が実現可能であるように考えられるが、他方では溶融部分の飛散（チリ）などが激しく発生するようになり、作業環境の悪化のみ成らず、良好なナゲットの形成は困難になるという問題が発生してくる。
【００１１】
本発明は、Ｎｉめっき鋼板から成る電池容器にパラレル式抵抗溶接法で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て、低い溶接電流の通電であっても高い溶接強度を安定して得ることを可能にする電池容器の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記した目的を達成するために鋭意研究を重ねる過程で、溶接強度の大小とその安定化の良否は、溶接電流、通電時間、溶接電極による加圧力の３大条件で律せられるだけではなく、電池容器の表面を構成するＮｉめっき層の厚みによっても強く影響を受けるとの着想を抱いた。この着想は、Ｎｉめっき層が厚い場合には、図２で示したパラレル式抵抗溶接時に、溶接電極３から入力された溶接電流にとってこの厚いＮｉめっき層は通電経路として機能するようになり、その結果、電池容器１とリード材２との間におけるナゲット形成に必要な電力が減少して良好なナゲットの形成、ひいては高い溶接強度の実現が抑制されるであろうという考察を基礎にするものである。
【００１３】
したがって、本発明者らは、電池容器におけるＮｉめっき層の厚みと溶接強度の関係を調査し、同時に、前記したチリ発生を抑制する観点から低い溶接電流でも高い溶接強度の実現を可能にするＮｉめっき層の厚みに関して調査した。そして、本発明の電池容器を開発するに至ったのである。
すなわち、本発明の電池容器は、リード材が外側表面にパラレル式抵抗溶接法で溶接される電池容器であって、全体はめっき鋼板から成り、かつ少なくとも前記リード材が溶接される箇所におけるめっき層の平均厚みは３μｍ以下であることを特徴とする。とくに、本発明においては、めっき鋼板がＮｉめっき鋼板である電池容器が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の電池容器１の１例を示す。この電池容器１は電池外装缶であって、例えば低炭素鋼から成る鋼板１Ａの表面がめっき層１Ｂで被覆された断面構造になっている。
めっき層１Ｂは従来から多用されているＮｉめっき層であることが好適である。
【００１５】
このめっき層１Ｂの平均厚みは３μｍ以下に設定される。この平均厚みが３μｍよりも厚くなると、電池容器の鋼板１Ａとリード材との間で大きいナゲットが形成されにくくなり、その結果、充分な溶接強度が得られなくなる。
ところで、電池容器１が鋼板１Ａのみから成り、めっき層１Ｂが形成されていない場合には、小さな溶接電流の通電でも良好なナゲットを形成することができる。しかしながら、その場合には、電池容器が発錆して電池の美観が損なわれるという問題が発生してくるので、市販する電池ではめっき層の形成は必要な事項である。
【００１６】
このようなことも勘案すると、めっき層１Ｂの厚みは２〜３μｍであることが好ましい。このとき、発錆も防止できるとともに、小さい溶接電流の通電によっても良好なナゲットが形成されて溶接強度も高くなるからである。
また、めっき層１Ｂは、その厚みをｔ（ただし、０＜ｔ≦３μｍ）としたとき、そのばらつきを±０.５μｍの範囲内におさめることが好ましい。このばらつきが上記した範囲からはずれると、抵抗溶接時にリード材と鋼板１Ａとの間に通電してナゲット形成に資する溶接電流が不安定となり、大きなナゲットを安定して形成することに難が生ずる、すなわち、溶接強度の信頼性に難が生じてくるからである。
【００１７】
このめっき層１Ｂは、電気めっき法，真空蒸着法，スパッタ法などの常用の成膜法を鋼材１の表面に適用して容易に形成することができる。これら成膜法のうち、電気めっき法は、成膜コストの点や生産性の点で好適である。
電気めっき法でめっき層１Ｂを形成する場合には、そのめっき層の構成元素を含む所定のめっき浴を建浴し、それを用いて所定の条件下で電気めっきを行えばよい。
【００１８】
【実施例】
実施例１〜４、比較例１，２
炭素濃度０.１〜０.１８％の低炭素鋼板（厚み０.２５mm）に深絞り加工を行って、外径１０mm、高さ４４mmのＡＡＡサイズ用電池の電池外装缶を製造した。
この電池外装缶の外側表面に、下記の条件でＮｉめっきを行った。
【００１９】
このめっき処理時に、めっき時間を変化させることにより、電池外装缶の表面には、表１で示したように、平均厚みが異なるＮｉめっき層を形成した。各Ｎｉめっき層に関しては、電池外装缶の表面において、その中央部、周縁部のめっき厚を測定し形成されているＮｉめっき層の厚みのばらつきも把握した。
ついで、この電池外装缶の底面の略中央部にＮｉめっき鋼板（Ｎｉめっきの厚み２μｍ、全体の厚み０.１５mm）のリード材を配置し、その上に、０.８mmの間隔を置いて２本の溶接電極を平行配置して２kgfの加圧力でリード材を電池外装缶の底面に圧接した。
【００２０】
この状態を保持したまま、電源から表１で示した溶接電流を通電して５m秒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。
ついで、図３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、下記の仕様で溶接強度を測定し、また２ナゲット出現率を算出した。
【００２１】
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：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度強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。
【００２２】
以上の結果を一括して表１に示した。
【００２３】
【表１】

【００２４】
表１から次のことが明らかとなる。
（１）ある溶接電流で抵抗溶接を行ったときには、Ｎｉめっき層の厚みが厚くなっていくにつれて溶接強度と２ナゲット出現率は、いずれも、低下していく。逆にいえば、ある厚みのＮｉめっき層を有する電池容器とリード材の溶接において、両者間の溶接強度と２ナゲット出現率を高めようとする場合には溶接電流を大きくすることが必要になるということである。
【００２５】
とくに、Ｎｉめっき層の厚みが３μｍよりも厚くなると、２ナゲット出現率が１００％というような高く信頼性に富む溶接強度を得るためには、溶接電流を大きくしなければならない。
このことは、電池容器とリード材との間で良好なナゲットを形成しようとする場合には、抵抗溶接工程において通電する溶接電流を大きくすることが必要であり、工程管理の面からいえば溶接電流の選択幅が狭くなるということである。
【００２６】
（２）実施例の場合には、小さい溶接電流を通電しても溶接強度は大きく、また２ナゲット出現率も高くなり、信頼性に富む抵抗溶接の実現が可能になっている。
（３）このようなことを考えると、Ｎｉめっき層の厚みは３μｍ以下に設定すべきであることがわかる。
【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表面のめっき層の平均厚みを３μｍ以下に規制しているので、電池容器の防錆性は充分に確保され、同時に抵抗溶接時にリード材との間で形成されるナゲットも大きくかつ安定しており、その結果、大きな溶接強度と高い２ナゲット出現率を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池容器を示す一部切欠断面図である。
【図２】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３】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 鋼板
１Ｂ めっき層
１ａ 電池容器の底部表面
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 (2)

1. リード材が外側表面にパラレル式抵抗溶接法で溶接される電池容器であって、全体はめっき鋼板から成り、かつ少なくとも前記リード材が溶接される箇所におけるめっき層の平均厚みは３μｍ以下であることを特徴とする電池容器。
2. 前記めっき鋼板がＮｉめっき鋼板である請求項１の電池容器。

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