JP6022460B2 - 電池及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、一対の導電部材間がカシメ部と高エネルギー線による溶接部とによって接続された接合部を備える電池及びその製造方法に関する。

近年、環境保護運動が高まり、二酸化炭素ガス等の温暖化の原因となる排ガスの排出規制が強化されている。そのため、自動車業界では、ガソリン、ディーゼル油、天然ガス等の化石燃料を使用する自動車に換えて、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の開発が活発に行われている。このようなＥＶ、ＨＥＶ用電池としては、ニッケル−水素二次電池やリチウムイオン二次電池等の密閉電池が使用されているが、近年は軽量で、かつ高容量の電池が得られるということから、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池が多く用いられるようになってきている。

ＥＶ、ＨＥＶ用途においては、環境対応だけでなく、自動車としての基本性能、すなわち、加速性能や登坂性能等の走行能力の高度化も必要とされる。このような要求を満たすためには、単に電池容量を大きくすることのみならず、高出力の電池が必要である。一般に、ＥＶ、ＨＥＶ用の電池は、発電要素を金属製の角形外装缶内ないし円筒形外装缶内に収容したものが多く使用されているが、高出力の放電を行うと電池に大電流が流れるため、電池の低抵抗化が必要であり、内部抵抗を極力低減させ、さらに抵抗変動がないようにする必要がある。そのため、端子部や電池内部の接合部における高信頼性化と低抵抗化を実現することについても種々の改良が行われてきている。

これらの電池の端子部や電池内部の接合部における低抵抗化を実現する方法としては、従来から機械的なカシメ法が多く使用されていた。しかしながら、単なる機械的なカシメのみでは、ＥＶやＨＥＶ等の振動が多い環境下では、電気抵抗の経時変化が発生するため、下記特許文献１〜３にも示されているように、カシメによる接合部分の境界部をレーザ等の高エネルギー線によって溶接することが行われている。このとき境界部全体を溶接するとカシメの力がかかっていた部分が溶けることによりカシメの力が弱くなってしまうため、境界部の一部のみを高エネルギー線によって溶接している。そして、下記特許文献２及び３には、カシメによる接合部分の境界部に沿って、複数の領域毎に、それぞれ複数の溶接スポットが互いに重畳するように、高エネルギー線によって溶接した例が示されている。

このうち、下記特許文献２に開示されている集電体と端子との接合部の形成方法を、高エネルギー線としてレーザ光を用いた場合について、図９を用いて説明する。なお、図９Ａは下記特許文献２に開示されている端子のカシメ部の先端の加工工程を示す断面図であり、図９Ｂは図９Ａの工程後にレーザ溶接する工程を示す図であり、図９Ｃは図９Ｂの平面図であり、図９Ｄはレーザ溶接を複数の溶接スポットが互いに重畳するように複数回繰り返した後の平面図である。

下記特許文献２に開示されている集電体と端子との接合部６０は、電池外装体（図示せず）に固定される蓋板６１と、内側絶縁封止材６２及び外部絶縁封止材６３と、発電要素に接続された集電体６４と、リベット端子６５とを備えている。内側絶縁封止材６２及び外部絶縁封止材６３は、貫通孔を有し、蓋板６１に形成された開孔の内外両周縁部に配されている。集電体６４は、内側絶縁封止材６２に重ねて配されている。リベット端子６５は、顎部６５ａから突接したカシメ部６５ｂを有している。

そして、この接合部６０は、リベット端子６５のカシメ部６５ｂを蓋板６１の外周側から外部絶縁封止材６３、蓋板６１の開口、内側絶縁封止材６２、及び集電体６４のリベット端子孔を貫通するように組み立てられ、次いで、リベット端子６５のカシメ部６５ｂを集電体６４を押圧するようにカシメることにより一体化されている。次いで、リベット端子６５のカシメ部６５ｂと相補的な凹部を有し、この凹部の周縁に所定角度の傾斜部Ａ１を有する加工パンチＡを用意する。そして、加工パンチＡを、カシメ部６５ｂの先端６５ｃに傾斜部Ａ１が当接するように押し込み、カシメ部６５ｂの先端６５ｃを部分的に変形加工させ、図９Ｂに示したように、カシメ部６５ｂの先端６５ｃが円錐台部となるように成形する。これにより、カシメ部６５ｂの先端６５ｃの形状は鈍角に調整される。

次いで、図９Ｂ及び図９Ｃに示したように、カシメ部６５ｂの先端６５ｃの円錐台部の上面の垂直方向またはその付近の方向からレーザ光ＬＢを照射することにより、レーザスポット溶接を行う。このときのレーザ光ＬＢの照射範囲は、少なくとも集電体６４とカシメ部６５ｂの先端６５ｃの円錐台部を含む領域となるようにして、集電体６４とカシメ部６５ｂの先端６５ｃの円錐台部との間を突合せ溶接する。このレーザスポット溶接により、集電体６４とカシメ部６５ｂの先端６５ｃの円錐台部の双方に照射されたレーザのエネルギーが偏りなく伝達され、溶接部には良好な溶接スポット（ナゲット）６６が形成される。

さらに、図９Ｄに示したように、集電体６４とカシメ部６５ｂの先端６５ｃの円錐台部分に沿って、溶接スポット６６が重畳するようにして複数個形成されるように、集電体６４とカシメ部６５ｂの先端６５ｃの円錐台部との間が突合せ溶接される。

特開２００９−０８７６９３号公報 特開２００８−２５１４１１号公報 特開２０１０−０３３７６６号公報 特開２００８−０６６２５４号公報

上記特許文献２及び３に記載されているような接合部の形成を電池の端子部や電池内部の接合部の形成方法として採用すると、内部抵抗が低下すると共に、ＥＶやＨＥＶ等の振動が多い環境下でも電気抵抗の経時変化が発生し難くなり、端子部や電池内部の接合部における高信頼性化と低内部抵抗化を実現することができるという優れた効果を奏する。

しかしながら、この接合部の形成方法では、カシメ部が広がる大きさにばらつきが生じ、カシメ部と他の部材の境界部の位置が変動してしまうため、溶接スポット形成時に溶接位置外れを起こし易いという課題が生じた。加えて、電池の集電体、接続端子、外部端子等には凝固割れを起こしやすいアルミニウム系金属又は銅系金属が使用されているが、上記特許文献２及び３に示されているようにカシメ部と他の部材の境界部に沿って複数の溶接スポットが互いに重畳するように溶接スポットを形成した場合には、溶接スポット中央付近に発生した割れは、次の溶接スポットが完全にオーバーラップして消すことがないため、接合部に割れが残り易いという課題も生じた。なお、このような溶接部の割れは、シーム溶接のように連続的になされる溶接では形成され難くなるが、電池における端子部や電池内部の接合部はサイズが小さいため、電池の端子部や電池内部の接合部の形成方法としてシーム溶接を採用することは困難である。

本発明は上記の課題を解決すべくなされたものであり、一対の導電部材間がカシメ部と高エネルギー線による溶接部とによって機械的かつ電気的に接続された接合部を備える電池において、内部抵抗変動が抑制され、信頼性が向上した電池及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の電池は、一対の導電性部材間がカシメ固定されていると共に互いに高エネルギー線によって溶接された溶接領域が形成されている電池であって、前記溶接領域は、前記一対の導電性部材の一方と他方との境界部に交差する方向に、２点以上のオーバーラップした溶接スポットで形成されていることを特徴とする。

本発明の電池においては、２点以上のオーバーラップした溶接スポットが一方の部材と他方の部材との境界部（一方の部材と他方の部材の境界線）に交差する方向に形成されているため、一方の部材のカシメ部の端部の位置にばらつきが生じても、一方の部材と他方の部材とに跨がって確実に高エネルギー線によって溶接することができる。そのため、本発明の電池によれば、一対の導電性部材間がカシメ固定と高エネルギー線による溶接とによって接続されるので、内部抵抗が小さくなると共に、振動が多い環境下でも電気抵抗の経時変化が発生し難くなり、信頼性が高い電池が得られる。

また、本発明の電池は、一次電池及び二次電池のいずれであっても、また、円筒形電池及び角形電池のいずれであっても、さらには、非水電解質を用いた電池及び水性電解質を用いた電池のいずれであっても、等しく適用可能である。さらに、本発明の電池における高エネルギー線による溶接領域は、正極側にも負極側に対しても適用することができる。

また、本発明の電池においては、外装体と、前記外装体の内部に収容された発電要素と、前記外装体の開口部を封止する封口板と、前記封口板を貫通するように前記封口板に取り付けられた接続端子と、前記発電要素と前記接続端子に電気的に接続された集電体と、を備え、前記溶接領域は、前記集電体と前記接続端子との間に形成されているものとしてもよい。

本発明の電池によれば、集電体と接続端子との間の接合部がカシメ固定と高エネルギー線による溶接とによって接続されるので、内部抵抗が小さくなると共に、振動が多い環境下でも電気抵抗の経時変化が発生し難くなり、信頼性が高い電池が得られる。なお、本発明の電池においては、集電体を接続端子にカシメ固定するものであっても、接続端子を集電体にカシメ固定するものであってもよい。また、本発明の電池は、接続端子として電流遮断機構等の安全手段を内蔵しているものに対しても適用可能である。なお、本発明の電池においては、外装体として金属製のものを使用することができ、また、封口板も金属製のものも使用し得る。封口板が金属製のものであれば、接続端子と封口板との間をガスケットないし絶縁板で電気的に絶縁すればよい。

また、本発明の電池においては、外装体と、前記外装体の内部に収容された発電要素と、前記外装体の開口部を封止する封口板と、前記封口板を貫通するように前記封口板に取り付けられた接続端子と、前記発電要素と前記接続端子に電気的に接続された集電体と、前記接続端子に電気的に接続された外部端子と、を備え、前記溶接領域は、前記接続端子と前記外部端子との間、もしくは、前記集電体と前記接続端子との間及び前記接続端子と前記外部端子との間に形成されているものとしてもよい。

本発明の電池によれば、接続端子と外部端子との間、もしくは、集電体と接続端子との間及び接続端子と外部端子との間の接合部がカシメ固定と高エネルギー線による溶接とによって接続されるので、内部抵抗が小さくなると共に、振動が多い環境下でも電気抵抗の経時変化が発生し難くなり、信頼性が高い電池が得られる。なお、本発明の電池においては、接続端子を外部端子にカシメ固定するものであっても、外部端子を接続端子にカシメ固定するものであってもよく、さらに、接続端子を集電体にカシメ固定すると共に外部端子にカシメ固定するものであっても、接続端子に集電体及び外部端子をカシメ固定するものであってもよい。

また、本発明の電池においては、前記溶接スポットは、３点以上がオーバーラップした状態に形成され、両端側の一点が一方の部材寄りに形成され、中間側の少なくとも１点が一方の部材と他方の部材との境界に跨がって形成され、さらに両端側の別の一点が他方の部材側に位置するように形成されていることが好ましい。

本発明の電池においては、一方の部材のカシメ部の端部の位置が一方の部材側又は他方の部材側のいずれ側にずれても、一方の部材と他方の部材とに跨がってより確実に高エネルギー線によって溶接することができ、しかも、一方の部材と他方の部材との間に形成された溶接スポットにいわゆる凝固割れによる微小な割れが生じても、この割れはこれにオーバーラップされた溶接スポットによって残らないようにすることができる。そのため、本発明の電池によれば、より内部抵抗が小さく、より振動が多い環境下でも電気抵抗の経時変化が発生し難く、より信頼性が高い電池が得られる。

また、本発明の電池においては、前記高エネルギー線による溶接領域の最後の溶接スポットは、前記一方の部材のみの部分又は前記他方の部材のみの部分に形成されていることが好ましい。

溶接スポットに凝固割れで微小な割れが生じることがあっても、最終の溶接スポット以外であれば次にオーバーラップする溶接スポットで割れが消えるようにできる。そのため、最後の溶接スポットが一方の部材のみの部分、あるいは他方の部材のみの部分になるようにすれば、万一最終の溶接スポットで割れが残ったとしても、一方の部材と他方の部材との接合部では割れが無く、一方の部材と他方の部材との間を確実に接続できる。そのため、本発明の電池によれば、上記効果がより良好に奏されるようになる。

また、本発明の電池においては、前記２点以上のオーバーラップした溶接スポットは、前記一対の導電性部材のうちのカシメられた部材側から他方の部材側に向かって形成されていることが好ましい。

他方の部材と溶接されていない状態でのカシメられた側の部材の端部は、加えられた熱が逃げ難く、カシメられた側の部材にのみ高エネルギー線が照射された状態では接合部にあたるカシメられた側の部材の端部を予熱する効果が大きくなるので、少ない入熱量で溶融するようになる。そのため、本発明の電池のように、カシメられた側の部材から他方の部材に向かって高エネルギー線を走査させてカシメられた側の部材の端部を溶融させて他方の部材と接続させる方が、他方の部材側からカシメられた側の部材側に向かって高エネルギー線を走査させて他方の部材とカシメられた側の部材とを接続させるよりも照射する高エネルギー線のパワーが少なくても済む。なお、高エネルギー線の走査方向は、溶接スポットのオーバーラップ状態から容易に判別することができる。

また、本発明の電池においては、前記溶接領域は、前記カシメられた部材の境界に沿って複数箇所に形成されていることが好ましい。

本発明の電池によれば、高エネルギー線による溶接領域が１箇所では一方の部材と他方の部材との接合部の機械的な強度や電気的な電導度が不足する場合、高エネルギー線による溶接領域を複数箇所となるようにすることによって改良し得る。ただ、高エネルギー線による溶接領域が多すぎると、カシメの力がかかっていた部分が溶融することによってカシメの力が弱くなってしまうため、複数の高エネルギー線による溶接領域は重畳しないようにすることが好ましい。

また、本発明の電池においては、前記溶接領域は、前記カシメられた部材の境界に沿って対称な位置に形成されていることが好ましい。

本発明の電池によれば、カシメ部に力が加えられた際に高エネルギー線による溶接領域に均等に力がかかるため、一方の部材と他方の部材との接合部の強度がより大きくなり、より信頼性が高い電池が得られる。

また、本発明の電池においては、前記一対の導電性部材は、それぞれアルミニウム系金属からなるものに適用できる。

集電体、接続端子、外部端子等がアルミニウム系金属からなるものは、特にリチウムイオン二次電池の正極側で多く用いられている。アルミニウム系金属は、鋼等と比べて熱膨張が大きいので、凝固割れを起こしやすい。本発明の電池では、一対の導電性部材がアルミニウム系金属からなるものを用いても、上記効果が良好に奏されるようになる。

また、本発明の電池においては、前記カシメられた部材は、カシメ前の形状が円筒状のものをスピニングカシメにより変形させて形成したものとすることができる。

カシメ部は、カシメ部周辺の変形を抑えるために大きな力を加えられない場合が多い。円筒状の部材をスピニングカシメすると、大きな力を加えなくても、一方の部材と他方の部材とを強固にカシメ固定することができるが、カシメ部の広がりにばらつきが生じ易い。そのため、スピニングカシメと位置ずれにより溶接不良を起こしやすい高エネルギー線を小さな領域に集中させる溶接法とを組み合わせることは一般的には困難である。本発明の電池によれば、高エネルギー線による溶接領域は、一方の部材と他方の部材との境界部に交差する方向に、２点以上のオーバーラップした溶接スポットで形成されているので、スピニングカシメによるカシメの境界部の位置が変動しても溶接不良を起こし難くなる。

また、本発明の電池においては、前記カシメられた部材は、カシメ前の形状が割ピン状のものを変形させて形成したものとすることができる。

カシメ部の形状が割りピン状であると、容易にカシメることができ、カシメ部の寸法安定性は良好になるが、カシメ強度は小さくなる。本発明の電池によれば、カシメ固定部だけでなく、さらに高エネルギー線による溶接領域が形成されているため、内部抵抗が小さくなると共に、振動が多い環境下でも電気抵抗の経時変化が発生し難くなり、信頼性が高い電池が得られる。

また、本発明の電池においては、前記カシメられた部材は、前記一対の導電性部材のうちの一方の部材に形成されたテーパ状のザグリ穴を有する貫通穴内に、前記ザグリ穴とは反対側から、前記一対の導電性部材のうちの他方の部材を挿入して、前記他方の部材が前記ザグリ穴に接するように変形させて形成したものであることが好ましい。

一方の部材に形成された貫通穴にテーパ状のザグリ穴が形成されていると、一方の部材のテーパ状のザグリ穴が形成された部分は熱容量が小さくなる。そのため、本発明の電池によれば、カシメられる他方の部材の熱容量とのバランスが良好となり、良好な品質の高エネルギー線による溶接部が得られるから、より振動が多い環境下でも電気抵抗の経時変化が発生し難くなり、より信頼性が高い電池が得られる。

また、高エネルギー線による溶接部では溶接スポットの表面に凹凸が生じるが、この凹凸の面が側面視で一方の部材の表面よりも突出していなければ、見かけ上一方の部材の表面は平らな面のままとなり、寸法安定性が向上する。なお、他方の部材に対してスピニングカシメが採用される場合に本発明を適用すると、スピニングカシメ部とテーパ状のザグリ穴との間の寸法安定性及び密着性が良好となり、より高品質の電池が得られる。例えば、ザグリ穴が形成された一方の部材が外部端子の場合では、一方の部材の表面を平らな面にできることで、電池の品質や特性などの検査・試験のために使用させる装置の測定用端子を安定的に接触させることができるため、好ましい。

また、本発明の電池においては、前記テーパ状のザグリ穴側には前記テーパ状のザグリ穴の径よりも大径の段差部が形成されていてもよい。

高エネルギー線による溶接スポットが形成された溶接領域では、溶接面の表面に凹凸が生じるが、この凹凸の面が段差部内に収まっていれば、側面視で溶接領域の凹凸の面が一方の部材の表面から露出しないので、見かけ上他方の部材の表面は平らな面のままとなり、寸法安定性が向上する。また、大径の段差部により、高エネルギー線の照射により生じるスパッタが開孔の外側に飛散することを抑制することもできる。

また、上記目的を達成するため、本発明の電池の製造方法は、一対の導電性部材間がカシメ固定されていると共に互いに高エネルギー線によって溶接された溶接領域が形成されている電池の製造方法であって、前記一対の導電性部材の一方を他方に対してカシメ加工し、次いで、前記一対の導電性部材の一方と他方との境界部に交差する方向に、高エネルギー線を走査することによって２点以上のオーバーラップした溶接スポットからなる溶接領域を形成することを特徴とする。

また、本発明の電池の製造方法においては、前記電池は、外装体と、前記外装体の内部に収容された発電要素と、前記外装体の開口部を封止する封口板と、前記封口板を貫通するように前記封口板に取り付けられた接続端子と、前記発電要素と前記接続端子に電気的に接続された集電体と、を備えており、前記溶接領域を、前記集電体と前記接続端子との間に形成してもよい。

また、本発明の電池の製造方法においては、前記電池は、外装体と、前記外装体の内部に収容された発電要素と、前記外装体の開口部を封止する封口板と、前記封口板を貫通するように前記封口板に取り付けられた接続端子と、前記発電要素と前記接続端子に電気的に接続された集電体と、前記接続端子に電気的に接続された外部端子と、を備えており、前記溶接領域を、前記集電体と前記接続端子との間及び前記接続端子と前記外部端子との間に形成してもよい。

また、本発明の電池の製造方法においては、前記溶接領域の前記溶接スポットを３点以上としてもよい。また、本発明の電池の製造方法においては、前記高エネルギー線による溶接領域の最後の溶接スポットを前記一方の部材のみの部分又は前記他方の部材のみの部分に形成してもよい。また、本発明の電池の製造方法においては、前記２点以上のオーバーラップした溶接スポットを前記一対の導電性部材のうちのカシメられた部材側から他方の部材側に向かって形成してもよい。さらには、本発明の電池の製造方法においては、前記カシメられた部材は、カシメ前の形状が円筒状のものを使用してスピニングカシメによって変形させるようにしてもよい。

本発明の電池の製造方法によれば、上記効果を奏する本発明の電池を、容易に製造することができるようになる。

図１Ａは実施例及び比較例に共通する角形非水電解質二次電池の外部端子を省略した斜視図であり、図１Ｂは接続端子部の分解斜視図である。 接続端子に外部端子を取り付ける状態を示す分解斜視図である。 スピニングカシメによって接続端子を外部端子にカシメ固定する状態示す断面図である。 図４Ａは外部端子の穴に接続端子を差し込んだ状態の平面図であり、図４Ｂは図４ＡのIVＢ−IVＢ線に沿った断面図であり、図４Ｃはスピニングカシメを行った状態の平面図であり、図４Ｄは図４ＣのIVＤ−IVＤ線に沿った断面図である。 図５Ａは比較例１の単一の溶接スポット形成時の平面図であり、図５Ｂは図５ＡのＶＢ−ＶＢ線に沿った断面図であり、図５Ｃは比較例２の単一の溶接スポットが形成された状態の平面図であり、図５Ｄは図５ＣのＶＤ−ＶＤ線に沿った断面図である。 図６Ａは実施例１の溶接領域が形成時の平面図であり、図６Ｂは図６ＡのVIＢ−VIＢ線に沿った断面図であり、図６Ｃは実施例２の溶接領域が形成された状態の平面図であり、図６Ｄは図６ＣのVIＤ−VIＤ線に沿った断面図である。 図７Ａは比較例３の単一の溶接スポット形成時の平面図であり、図７Ｂは図７ＡのVIIＢ−VIIＢ線に沿った断面図であり、図７Ｃは実施例３の溶接領域が形成された状態の平面図であり、図７Ｄは図７ＣのVIIＤ−VIIＤ線に沿った断面図である。 図８Ａは第１の変形例の部分断面図であり、図８Ｂは第２の変形例のカシメ前の平面図であり、図８Ｃは第２の変形例のカシメ加工及び溶接領域が形成された状態の平面図である。 図９Ａは従来例の端子のカシメ部の先端の加工工程を示す断面図であり、図９Ｂは図９Ａの工程後にレーザ溶接する工程を示す図であり、図９Ｃは図９Ｂの平面図であり、図９Ｄはレーザ溶接を複数の溶接スポットが互いに重畳するように複数回繰り返した後の平面図である。

以下、本発明の実施形態を、実施例及び比較例によって図面を用いて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための角形非水電解質二次電池における接続端子と外部端子との間の接続形態を例示するものであって、本発明をこの接続端子と外部端子との間の接続形態のみに特定することを意図するものではなく、本発明は電池内部の集電体と接続端子との間の接続形態にも適用可能である。また、本発明は、角形非水電解質二次電池だけでなく、一次電池及び二次電池のいずれに対しても、また、円筒形電池及び角形電池のいずれに対しても、さらには、非水電解質を用いた電池だけでなく水性電解質を用いた電池のいずれに対しても、等しく適用可能である。なお、本発明においては、溶接に使用する高エネルギー線としては、レーザ光及び電子ビームの何れをも使用し得るが、以下ではレーザ光に代表させて説明する。

最初に、実施例及び比較例に共通する電池としての角形非水電解質二次電池を図１を用いて説明する。なお、図１Ａは実施例及び比較例に共通する角形非水電解質二次電池の外部端子を省略した斜視図であり、図１Ｂは接続端子部の分解斜視図である。また、図１Ａにおいては、ガスケット１５は図示省略されている。

この角形非水電解質二次電池１０は、正極極板と負極極板とがセパレータを介して巻回ないし積層された偏平状の発電要素（何れも図示省略）を、角形の電池外装缶１１の内部に収容し、封口板１２によって電池外装缶１１を密閉したものである。そして、封口板１２を貫通するように、封口板１２とはガスケット１５及び絶縁部材１６により絶縁された状態で、正極接続端子１３及び負極接続端子１４が設けられている。

ここで、この角形非水電解質二次電池１０で使用されている発電要素の構成を簡単に説明する。正極極板は、アルミニウム箔からなる正極芯体の両面に、帯状のアルミニウム箔が露出している正極芯体露出部が形成されるように、正極活物質合剤を塗布し、乾燥後に圧延することにより作製されている。また、負極極板は、銅箔からなる負極芯体の両面に、帯状の銅箔が露出している負極芯体露出部が形成されるように、負極活物質合剤を塗布し、乾燥後に圧延することによって作製されている。そして、偏平状の発電要素は、正極極板及び負極極板を、巻回軸方向の両端部に正極芯体露出部及び負極芯体露出部がそれぞれ位置するように、ポリオレフィン製の微多孔性セパレータを介して偏平状に巻回ないし積層することにより作製されている。

このうち、正極芯体露出部は正極集電体を介して正極接続端子１３に接続され、負極芯体露出部は負極集電体を介して負極接続端子１４に接続されている。正極接続端子１３、負極接続端子１４はそれぞれ絶縁部材を介して封口板１２に固定されている。この角形非水電解質二次電池１０は、偏平状の発電要素を角形の電池外装缶１１内に挿入した後、封口板１２を電池外装缶１１の開口部にレーザ溶接し、その後電解液注液孔（図示省略）から非水電解液を注液して、この電解液注液孔を密閉することにより作製されている。

ここで、正極接続端子１３及び負極接続端子１４の具体的構成について説明を行うが、通常は正極集電体及び正極接続端子１３がアルミニウムないしアルミニウム合金等のアルミニウム系金属から形成されており、負極集電体及び負極接続端子１４が銅ないし銅合金等の銅系金属から形成されている点で相違しているが、その他の構成は実質的に同一であるので、正極接続端子１３に代表させて説明を行う。

この正極接続端子１３は、図１Ａに示したように、鍔部１３ａの一方側に形成された円筒状の第１のカシメ部材１３ｂと、鍔部１３ａの他方端側に形成された外部端子に固定するための円筒状の第２のカシメ部材１３ｃとを備えている。この円筒状の第１のカシメ部材１３ｂは、ガスケット１５、封口板１２、絶縁部材１６及び正極集電体１７にそれぞれ形成された開口部内に挿通されて組み立てられる。

このように組み立てられた状態で、第２のカシメ部材１３ｃが下向きとなるように図示しない治具上に載置し、第１のカシメ部材１３ｂの先端側から等方向に拡径するようにカシメると共に、適宜レーザ溶接することにより、正極接続端子１３の第１のカシメ部材１３ｂと正極集電体１７とが電気的及び機械的に強固に接続される。なお、この正極接続端子１３の第１のカシメ部材１３ｂと正極集電体１７との間のカシメ固定及びレーザ溶接は、以下に詳細に述べる正極接続端子１３の第２のカシメ部材１３ｃと外部端子１８（図２参照）との間のカシメ固定及びレーザ溶接と同様に行うことができるので、ここでの具体的説明は省略する。

このようにして作製された角形非水電解質二次電池１０の正極接続端子１３に対して、実施例及び比較例に共通する外部端子の取り付け工程を図２〜図４を用いて説明する。図２は接続端子に外部端子を取り付ける状態を示す分解斜視図である。図３はスピニングカシメによって接続端子を外部端子にカシメ固定する状態示す断面図である。図４Ａは外部端子の穴に接続端子を差し込んだ状態の平面図であり、図４Ｂは図４ＡのIVＢ−IVＢ線に沿った断面図であり、図４Ｃはスピニングカシメを行った状態の平面図であり、図４Ｄは図４ＣのIVＤ−IVＤ線に沿った断面図である。なお、図２においては、ガスケット１５等の絶縁部材は図示省略されている。

ここで使用している正極外部端子１８は、Ｚ金具状であり、正極接続端子１３と同様のアルミニウム系金属で作製され、両端側に開孔１８ａ及び１８ｂが形成されている。このうち、上端側の開口１８ａは複数の角形非水電解質二次電池１０を直並列に接続するためないし外部配線と接続するためのものであり、下端側の開孔１８ｂは正極接続端子１３と接続させるためのものである。そして下端側の開孔１８ｂ上部には、開孔１８ｂの内径が拡径されるように、テーパ状のザグリ穴１８ｃが形成されている。

まず、正極外部端子１８の下端側の開孔１８ｂに下側から円筒状の第２のカシメ部材１３ｃを挿入すると、図４Ａ及び図４Ｂに示した状態となる。この状態で、図３に示したようにスピニングカシメ治具２０を用いて、円筒状の第２のカシメ部材１３ｃを上側から拡径するように、スピニングカシメを行う。スピニングカシメ治具２０は先端部２０ａが縮径するように加工され、円筒状の第２のカシメ部材１３ｃの中心軸φ１とは偏心した軸φ２の回りを回転しながら、円筒状の第２のカシメ部材１３ｃの中心軸φ１の回りを回転するように駆動される。これにより、円筒状の第２のカシメ部材１３ｃの先端側が拡径されて正極外部端子１８のテーパ状のザグリ穴１８ｃの表面にカシメ固定され、図４Ｃ及び図４Ｄに示した状態となる。

このスピニングカシメによれば、大きな力を加えなくても、正極接続端子１３の円筒状の第２のカシメ部材１３ｃの先端側を正極外部端子１８のテーパ状のザグリ穴１８ｃの表面に強固にカシメ固定することができるので、ガスケット１５や絶縁部材１６（図１Ｂ参照）に大きな力がかからず、破損し難くなる。

次に、スピニングカシメによって一体化された正極接続端子１３と正極外部端子１８との間のレーザ溶接について図５及び図６を用いて説明する。なお、図５Ａは比較例１の単一の溶接スポット形成時の平面図であり、図５Ｂは図５ＡのＶＢ−ＶＢ線に沿った断面図であり、図５Ｃは比較例２の単一の溶接スポットが形成された状態の平面図であり、図５Ｄは図５ＣのＶＤ−ＶＤ線に沿った断面図である。また、図６Ａは実施例１の溶接領域が形成時の平面図であり、図６Ｂは図６ＡのVIＢ−VIＢ線に沿った断面図であり、図６Ｃは実施例２の溶接領域が形成された状態の平面図であり、図６Ｄは図６ＣのVIＤ−VIＤ線に沿った断面図である。

まず、レーザ溶接法によって１点のスポット溶接を行う場合に生じる現象を図５を用いて説明する。なお、図５Ａは比較的均一にカシメ部が形成された比較例１に対応する単一の溶接スポット形成時の平面図である。図５Ｂは図５ＡのＶＢ−ＶＢ線に沿った断面図である。図５Ｃは不均一にカシメ部が形成された比較例２に対応する単一の溶接スポットが形成された状態の平面図である。図５Ｄは図５ＣのＶＤ−ＶＤ線に沿った断面図である。なお、図５Ａ〜図５Ｄにおいては、図４Ａ〜図４Ｄと同一の構成部分については同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。

レーザ溶接は、正極接続端子１３と正極外部端子１８とが一体化された状態で治具（図示省略）上に載置し、治具を中心軸φの回りを例えば９０°ずつ回転させることにより、４点のスポット溶接が自動的に行われる。なお、治具の中心軸φは円筒状の第２のカシメ部材１３ｃの中心軸φ１（図３参照）と一致するようになされている。この場合、レーザ光ＬＢの照射位置は、第２のカシメ部材１３ｃの先端側と正極外部端子１８のテーパ状のザグリ穴１８ｃとに同時に照射されるように、予め固定されている。

そうすると、スピニングカシメによって正極接続端子１３の円筒状の第２のカシメ部材１３ｃの先端側が正極外部端子１８のテーパ状のザグリ穴１８ｃの表面にばらつきなく固定された場合、図５Ａ及び図５Ｂに示したように、レーザ光ＬＢは、第２のカシメ部材１３ｃの先端側と正極外部端子１８のテーパ状のザグリ穴１８ｃとに同時に照射されるので、一応良好な溶接スポット２１〜２４が形成される。

しかしながら、スピニングカシメは、大きな力を加えなくてもカシメ加工される部材と他方の部材とを強固に固定することができるが、カシメ部の広がりにばらつきが生じ易いという性質を有している。なお、このようなカシメ加工部の寸法のばらつきは、カシメ加工される素材の塑性変形によるものであるため、他のカシメ工程を採用した場合でも同様に生じる。

そのため、例えば図５Ｃ及び図５Ｄに示したように、図５Ｃの右端部分のカシメ部の広がりが小さい状態となることがある。この場合、レーザ光ＬＢの照射位置が予め固定されているため、図５Ｃの右端部分のカシメ部の広がりが小さい部分では、レーザ光ＬＢが正極接続端子１３の第２のカシメ部材１３ｃの先端側には照射されず、正極外部端子１８のテーパ状のザグリ穴１８ｃのみに照射されてしまうことがある。

このような状態となると、図５Ｃの右端部分の溶接スポット２４は、図５Ｄに示したように、正極外部端子１８のテーパ状のザグリ穴１８ｃのみに形成されてしまい、正極接続端子１３との間には溶接スポットが形成されない状態となり、レーザ溶接することの効果が奏されなくなる。なお、ここでは、スピニングカシメによるカシメ部の広がりが小さい状態となった例を示したが、スピニングカシメによるカシメ部の広がりが大きい状態となった場合には、逆に正極接続端子１３のみに溶接スポットが形成され、正極外部端子１８のテーパ状のザグリ穴１８ｃには溶接スポットが形成されない状態となってしまう。

このようなカシメ部の寸法変動による問題点は、図９Ｄに示したような、従来例の正極接続端子１３の第２のカシメ部材１３の先端側と正極外部端子１８のテーパ状のザグリ穴１８ｃとの境界に沿って互いにオーバーラップする複数個の溶接スポットを形成するようにしても、解決することはできない。その理由は、溶接スポットの形成位置は、正極接続端子１３の第２のカシメ部材１３の先端側と正極外部端子１８のテーパ状のザグリ穴１８ｃとの境界位置を検出して自動的に補正されるものではないからである。

そこで、本発明では、図６Ａ及び図６Ｂに示したように、正極接続端子１３の第２のカシメ部材１３ｃ側から、その先端側を越えて、正極外部端子１８のテーパ状のザグリ穴１８ｃ側に至まで、レーザ光ＬＢの照射位置を走査することにより、２点以上のオーバーラップした溶接スポットが形成されるようにしている。なお、図６Ａ及び図６Ｂはスピニングカシメによって正極接続端子１３の円筒状の第２のカシメ部材１３ｃの先端側が正極外部端子１８のテーパ状のザグリ穴１８ｃの表面にばらつきなく固定された場合を示し、図６Ｃ及び図６Ｄは、図６Ｃの右端部分のカシメ部の広がりが小さい状態となった場合を示している。

実施例１に対応する図６Ａ及び図６Ｂに示した例では、最初のレーザ光ＬＢの照射により第１の溶接スポット２１ａ正極接続端子１３の第２のカシメ部材１３ｃ側のみに位置する状態に形成し、次いでレーザ光ＬＢの照射位置をテーパ状のザグリ穴１８ｃ側にずらして第２の溶接スポッ・BR>G２１ｂを第１の溶接スポット２１ａとオーバーラップするように形成し、さらに、レーザ光ＬＢの照射位置を正極外部端子１８側にずらして第３の溶接スポット２１ｃを第２の溶接スポット２１ｂとオーバーラップするように形成することにより最初の溶接領域２１を形成する。このようなレーザ光による溶接領域２１〜２４を、それぞれの溶接領域２１〜２４が対称な位置になるように、例えば４箇所に形成する。この場合の溶接スポットのピッチは、オーバーラップの程度が適切となるようにするため、５０〜２００μｍ程度とするとよい。

この場合、実施例２に対応する図６Ｃ及び図６Ｄに示したように、それぞれの溶接領域２１〜２４の第１の溶接スポット２１ａ〜２４ａ及び第３の溶接スポット２１ｃ〜２４ｃがそれぞれ正極接続端子１３の第２のカシメ部材１３ｃ側のみないし正極外部端子１８側のみに位置する状態とすると、第２の溶接スポット２１ｂ〜２４ｂは正極接続端子１３の第２のカシメ部材１３ｃ側と正極外部端子１８側の両者に跨がって形成される。

このような状態とすると、スピニングカシメによって正極接続端子１３の円筒状の第２のカシメ部材１３ｃの先端側の位置にばらつきがあっても、正極接続端子１３の第２のカシメ部材１３ｃ側と正極外部端子１８との間に確実に溶接スポットを形成することができる。そのため、図６Ａ〜図６Ｄに示されているような溶接領域２１〜２４を備える実施例１及び２に記載の角形非水電解質二次電池によれば、正極接続端子１３と正極外部端子１８との間の接合部がカシメ固定とレーザ光ＬＢによる溶接とによって強固に固定されるので、内部抵抗が小さくなると共に、振動が多い環境下でも電気抵抗の経時変化が発生し難くなり、信頼性が高い角形非水電解質二次電池が得られる。

なお、このようなオーバーラップした溶接スポットは、治具の中心軸φ側から放射方向に向かって、すなわち、正極接続端子１３の円筒状の第２のカシメ部材１３ｃの中心側から正極外部端子１８側に向かって形成するとよい。その理由は、正極外部端子１８と溶接されていない状態での正極接続端子１３の端部は、レーザ光ＬＢによって加えられた熱が逃げ難いので、正極接続端子１３にのみレーザ光ＬＢが照射された状態では接合部にあたる正極接続端子１３の端部を予熱する効果が大きくなるので、少ない入熱量で溶融するようになるからである。そのため、正極接続端子１３側から正極外部端子１８のテーパ状のザグリ穴１８ｃに向かってレーザ光ＬＢを走査させて正極接続端子１３の端部を溶融させて正極外部端子１８のテーパ状のザグリ穴１８ｃと接続させる方が、正極外部端子１８のテーパ状のザグリ穴１８ｃ側から正極接続端子１３側に向かってレーザ光ＬＢを走査させて正極外部端子１８のテーパ状のザグリ穴１８ｃと正極接続端子１３とを接続させるよりも照射するレーザ光ＬＢのパワーが少なくても済むようになる。

なお、上記実施例１及び２ではそれぞれの溶接領域２１〜２４におけるそれぞれのオーバーラップされた溶接スポットは、３個ずつ形成した例を示したが、それぞれ２個以上であれば一応良好な効果を奏する。しかしながら、それぞれ２個づつであると、それぞれの溶接領域の最初の溶接スポット及び最後の溶接スポットをそれぞれ正極接続端子１３の第２のカシメ部材１３ｃ側のみないし正極外部端子１８のテーパ状のザグリ穴１８ｃ側のみに位置する状態とすることができなくなる。そのため、それぞれの溶接領域におけるそれぞれのオーバーラップされた溶接スポットの数は３個以上とすることが好ましいが、余り多すぎても無駄となるので、それぞれ４個程度に留めることが好ましい。

また、それぞれの溶接領域の数は、１箇所でもそれなりの効果を奏することができるが、接合部の機械的な強度や電気的な電導度が不足する場合には、複数箇所とすると、一応溶接領域の数に応じて接合部の機械的な強度や電気的な電導度が良好となるようにすることができる。しかしながら、あまり溶接領域の数多くても、カシメの力がかかっていた部分が溶融することによってカシメの力が弱くなってしまうため、溶接領域は重畳しないようにすることが好ましく、４箇所程度とすることが好ましい。

さらに、複数の溶接領域は、正極接続端子１３の第２のカシメ部材１３ｃの周囲に対称となるように形成すると、カシメ部に力が加えられた際に、それぞれ重畳する溶接スポットが形成された領域に均等に力がかかるため、正極接続端子１３と正極外部端子１８との間の接合部の強度がより大きくなる。

次に、溶接スポットに凝固に伴う微小な割れが形成された場合について、図７を用いて説明する。なお、図７Ａは比較例３に対応する単一の溶接スポット形成時の平面図であり、図７Ｂは図７ＡのVIIＢ−VIIＢ線に沿った断面図であり、図７Ｃは実施例３に対応する溶接領域が形成された状態の平面図であり、図７Ｄは図７ＣのVIIＤ−VIIＤ線に沿った断面図である。

例えば、正極接続端子１３及び正極外部端子１８としてアルミニウム系金属のような熱膨張率が大きい金属を用いた場合、単一の溶接スポットでは、図７Ａの溶接スポット２４に示したように、凝固に伴って微小な割れ２５が形成されることがある。図７Ａに示した比較例３に対応する単一の溶接スポットでは、このような溶接スポット２４の微小割れ２５は、消滅することがないため、この溶接スポットの機械的強度は小さくなってしまう。

それに対し、実施例３に対応する図７Ｂに示した溶接領域２４では、最初の溶接スポットに凝固に伴って微小な割れが形成されても、この溶接割れ部分はその後にオーバーラップした状態に形成される溶接スポットによって消えてしまう。なお、最後の溶接スポットに凝固に伴って微小な割れが形成されても、最後の溶接スポットは正極外部端子１８のテーパ状のザグリ穴１８ｃ上に形成されるから、正極接続端子１３と正極外部端子１８との間の接合部の機械的強度及び電気抵抗に影響を与えることはない。

また、上記実施例１〜３では、正極外部端子１８の開孔１８ｂの上側にテーパ状のザグリ穴１８ｃが形成されているものを用いた例を示したが、このようなテーパ状のザグリ穴１８ｃが形成されているものを使用すると、正極外部端子１８のテーパ状のザグリ穴が形成された部分は熱容量が小さくなるので、カシメられる正極接続端子１３の円筒状の第２のカシメ部材１３ｃ熱容量とのバランスが良好となり、良好な品質の溶接スポットが得られる。加えて、レーザ光ＬＢにより形成された溶接スポットは、表面に凹凸が生じるが、この凹凸の面が側面視で正極外部端子１８の表面から視認することができなければ、見かけ正極外部端子１８の表面は平らな面のままとなり、寸法安定性が向上する。

また、この大径の段差部を形成することにより、高エネルギー線の照射により生じるスパッタが正極外部端子１８の開孔１８ｂの外側に飛散することを抑制することもできる。したがって、正極外部端子１８の表面にスパッタが付着することを防ぎ、より確実に正極外部端子１８の表面を平らな面とすることが可能となる。これにより、電池の品質や特性などの検査・試験のために使用させる装置の測定用端子を正極外部端子１８の表面に安定的に接触させることができるようになる。このような効果は、本願発明のように一対の導電性部材の一方と他方との境界部に交差する方向に、２点以上のオーバーラップした溶接スポットで形成される形態に限らず、従来技術のように、一対の導電性部材の一方と他方との境界部に沿って連続的な溶接部あるいは溶接スポットが形成される形態でも得られる。

また、本発明においては、第１の変形例の部分断面図である図８Ａに示したように、正極外部端子１８としてテーパ状のザグリ穴の上端側には、ザグリ穴１８ｃの径よりも大径の段差部１８ｄが形成されているものを用いてもよい。このような構成を採用すれば、レーザ光ＬＢによって形成された溶接スポットの表面に凹凸が生じても、この溶接スポットにより形成された溶接領域２６の凹凸の面が側面視で正極外部端子１８の表面から視認することができなければ、見かけ正極外部端子１８の表面は平らな面のままとなり、寸法安定性が向上する。

また、本発明においては、第２の変形例のカシメ前の平面図及びカシメ加工及び溶接領域が形成された状態の平面図である図８Ｂ及び図８Ｃに示したように、正極接続端子１３のカシメ部を割りピン状のカシメ部１３ｄとすることもできる。このような構成を採用すると、容易にカシメることができ、カシメ部の寸法安定性は良好になる。一方、カシメ強度はスピニングカシメの場合よりも小さくなるが、さらにレーザ光ＬＢによる溶接領域２６が形成されているため、内部抵抗が小さくなると共に、振動が多い環境下でも電気抵抗の経時変化が発生し難くなり、信頼性が高い電池が得られる。

さらに、図示省略したが、本発明では、カシメ部として周知の座屈カシメ部を有するものに対しても適用可能であり、また、正極接続端子１３として上記特許文献４に開示されているような電流遮断機構等の安全手段を内蔵しているものに対しても適用可能である。

１０：角形非水電解質二次電池 １１：電池外装缶 １２：封口板 １３：正極接続端子 １３ａ：鍔部 １３ｂ：第１のカシメ部材 １３ｃ：第２のカシメ部材 １３ｄ：割ピン状のカシメ部材 １４：負極接続端子 １５：ガスケット １６：絶縁部材 １７：正極集電体 １８：正極外部端子 １８ａ：上端側の開孔 １８ｂ：下端側の開孔 １８ｃ：テーパ状のザグリ穴 １８ｄ：段差部 ２０：スピニングカシメ治具 ２０ａ：（スピニングカシメ治具の）先端部 ２１：溶接領域 ２１ａ〜２１ｄ：溶接スポット ２２：溶接領域 ２２ａ〜２２ｄ：溶接スポット ２３：溶接領域 ２３ａ〜２３ｄ：溶接スポット ２４：溶接領域 ２４ａ〜２４ｄ：溶接スポット ２５：微小な割れ ２６：溶接領域

Claims (10)

1. 一対の導電性部材間がカシメ固定されていると共に互いに高エネルギー線によって溶接された溶接領域が形成されている電池の製造方法であって、
   前記一対の導電性部材の一方を、前記一対の導電性部材の他方に対してカシメ加工し、次いで、前記一対の導電性部材の一方においてカシメられた部分と前記一対の導電性部材の他方との境界部に交差する方向に、高エネルギー線を走査することによって、前記一対の導電性部材の一方においてカシメられた部分と前記一対の導電性部材の他方とに跨るように、前記一対の導電性部材の一方においてカシメられた部分と前記一対の導電性部材の他方との境界部に交差する方向に連なった２点以上のオーバーラップした溶接スポットからなる溶接領域を形成することを特徴とする電池の製造方法。
2. 前記一対の導電性部材の他方は貫通穴を有し、
   前記一対の導電性部材の一方は前記貫通穴に挿入され、
   前記２点以上のオーバーラップした溶接スポットは、前記貫通穴の中心から離れる方向に延びるように形成される請求項１に記載の電池の製造方法。
3. 前記溶接スポットは、３点以上がオーバーラップした状態に形成され、
   ３点以上がオーバーラップした前記溶接スポットのうち、一方の端部側の一点が、前記一対の導電性部材の一方上に形成され、
   ３点以上がオーバーラップした前記溶接スポットのうち、他方の端部側の一点が、前記一対の導電性部材の他方上に形成され、
   ３点以上がオーバーラップした前記溶接スポットのうち、中間側の少なくとも１点が前記一対の導電性部材の一方と前記一対の導電性部材の他方との境界に跨がって形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池の製造方法。
4. 前記高エネルギー線による溶接領域の最後の溶接スポットを前記一対の導電性部材の一方の部材のみ、又は前記一対の導電性部材の他方の部材のみに形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電池の製造方法。
5. 前記２点以上のオーバーラップした溶接スポットを、カシメられた前記一対の導電性部
   材の一方側から、前記一対の導電性部材の他方側に向かって形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電池の製造方法。
6. 前記電池は、外装体と、前記外装体の内部に収容された発電要素と、前記外装体の開口部を封止する封口板と、前記封口板を貫通するように前記封口板に取り付けられた接続端子と、前記発電要素と前記接続端子に電気的に接続された集電体と、を備えており、
   前記一対の導電性部材の一方は、前記接続端子であり、
   前記一対の導電性部材の他方は、前記集電体であり、
   前記溶接領域を、前記集電体と前記接続端子との間に形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電池の製造方法。
7. 前記電池は、外装体と、前記外装体の内部に収容された発電要素と、前記外装体の開口部を封止する封口板と、前記封口板を貫通するように前記封口板に取り付けられた接続端子と、前記発電要素と前記接続端子に電気的に接続された集電体と、前記接続端子に電気的に接続された外部端子と、を備えており、
   前記一対の導電性部材の一方は、前記接続端子であり、
   前記一対の導電性部材の他方は、前記外部端子であり、
   前記溶接領域を、前記接続端子と前記外部端子の間に形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電池の製造方法。
8. 前記一対の導電性部材の一方においてカシメられる部分は、カシメ前の形状が円筒状であり、前記一対の導電性部材の一方における円筒状の部分をスピニングカシメによって変形させることによりカシメることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電池の製造方法。
9. 前記一対の導電性部材の一方を、前記一対の導電性部材の他方に形成されたテーパ状のザグリ穴を有する貫通穴に、前記ザグリ穴とは反対側から挿入し、
   前記一対の導電性部材の一方が前記ザグリ穴に接するように前記一対の導電性部材の一方を変形させる工程を有する請求項１〜８のいずれかに記載の電池の製造方法。
10. 前記テーパ状のザグリ穴側には前記テーパ状のザグリ穴の径よりも大径の段差部が形成されていることを特徴とする請求項９に記載の電池の製造方法。