JP6217979B2 - 密閉型電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、密閉型電池の製造方法に関し、特に電解液を注入するための注液口を封止する技術に関する。

シート状に形成された一対の電極（正極および負極）を、セパレータを介して積層した状態で捲回して成る電極体と、当該電極体を電解液と共に収納するケースとを具備する密閉型電池が広く知られている。

上記のような密閉型電池においては、ケースの蓋部に形成された注液口から当該ケース内に電解液を注入した後、注液口を塞ぐように配置した封止材とケースとをレーザによって溶接することによって、ケース内が密閉されている。
密閉型電池においては、ケース内を密閉する必要があるが、封止材とケースとを溶接する際、注液口に付着した電解液によって溶接不良が生じ、ケース内の密閉が不完全となるおそれがある。

このような問題を解決するための技術が特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示された技術は、ケースの蓋部における注液口周辺にレーザを照射して、蓋部の外側面における注液口周辺に付着した電解液を除去することにより、封止材とケースとを溶接する際に生じる溶接不良を抑制するものである。

しかしながら、図７に示すように、一般的に、密閉型電池においては、ケース内に電解液を注入した際、ケースの蓋部の外側面における注液口周辺だけでなく、蓋部の内側面（図７における下面）にも電解液が付着する。そのため、封止材とケースとをレーザによって溶接する際に生じる熱により、蓋部の内側面に付着した電解液が気化して膨張し、密閉されたケース内の圧力が上昇する。
その結果、封止材とケースとの接合部分に形成された溶融池が、ケース内の圧力によって押し上げられ、溶接ビードの内部が空洞になる等の溶接不良（図７における円で囲まれた部分参照）が生じるおそれがある。
近年の密閉型電池の高容量化、高出力化および高エネルギー密度化に伴い、ケース内のデッドスペースが少ないため、わずかな量の電解液が気化した場合であっても、このような溶接不良が生じるのである。

特開２０１３−１４０６８２号公報

本発明は、密閉型電池のケースに形成された注液口を、レーザ溶接によって封止する際に生じる溶接不良を抑制可能な技術を提供することを課題とする。

本発明に係る密閉型電池の製造方法は、電極体と、前記電極体を電解液と共に収納するケースと、前記ケース内を密閉する封止材と、を具備し、前記ケースは、開口面を有する収納部と、当該収納部の開口面を塞ぐ蓋部と、を有し、前記蓋部は、前記ケースの内部と外部とを連通する注液口を有し、前記封止材は、前記注液口を封止することにより前記ケース内を密閉する密閉型電池の製造方法であって、前記ケース内に前記電極体を収納する収納工程と、前記収納工程後に、前記ケース内に前記電解液を注入する注液工程と、前記注液工程後に、前記封止材によって前記注液口を塞いだ状態で、前記蓋部と前記封止材との境界部分の全周をレーザにより溶接することによって、前記注液口を封止する溶接工程と、を具備し、前記溶接工程においては、前記蓋部と前記封止材との境界部分の全周に対する溶接を、少なくとも二回に分けて行い、当該少なくとも二回の溶接を、互いに所定の時間間隔を空けて行う。

本発明に係る密閉型電池の製造方法において、前記所定の時間間隔の合計は、前記溶接工程において前記蓋部と前記封止材との境界部分を溶接する際に気化した電解液が前記ケースの外部へ放出されるのに要する時間であることが好ましい。

本発明によれば、密閉型電池のケースに形成された注液口を、レーザ溶接によって封止する際に生じる溶接不良を抑制できる。

本発明に係る密閉型電池を示す図。 本発明に係る密閉型電池の端面図。 本発明に係る密閉型電池の製造工程を示す図。 溶接工程を示す図。 溶接工程における一回目の溶接を示す図。 溶接工程における二回目の溶接を示す図。 従来の密閉型電池の製造工程において溶接不良が生じる様子を示す図。

以下では、図１および図２を参照して、本発明に係る密閉型電池の一実施形態である電池１について説明する。
なお、説明の便宜上、図１における上下方向を電池１の上下方向と規定する。

図１に示すように、電池１は、電極体１０と、ケース２０と、封止材３０とを具備する。

電極体１０は、長尺のシート状に形成された一対の電極（正極および負極）を、長尺のシート状に形成された複数のセパレータを介在させて、それらの長手方向に沿って捲回することによって作製される。電極体１０は、ケース２０の内部に収納されている。電極体１０は、ケース２０の内部に注入された電解液Ｅが含浸することにより発電要素として機能する。

ケース２０は、アルミニウム合金等から成る略直方体状の容器であり、電池１の外装を成している。
ケース２０は、上面が開口した収納部２１、および収納部２１の上面の開口を塞ぐ蓋部２２を有する。

収納部２１は、略直方体状の箱体であり、上面が開口している。収納部２１の内部には、電極体１０が電解液Ｅと共に収納されている。

蓋部２２は、収納部２１の上面の開口に応じた形状を有する平板であり、溶接によって収納部２１と接合されている。蓋部２２には、電池１の外部端子として機能する正極端子２３および負極端子２４が、蓋部２２を上下方向に貫通した状態で固定されている。
正極端子２３および負極端子２４は、上下方向に延出する棒状の部材であり、導電性を有する素材から成る。正極端子２３および負極端子２４は、それぞれ、ケース２０の内部において、導電性を有する所定の集電部材を介して、電極体１０の正極および負極と電気的に接続されている。

図２に示すように、蓋部２２には、注液口２５が形成されている。
注液口２５は、ケース２０の内部に電解液Ｅを注入するための貫通孔である。注液口２５は、ケース２０の内部と外部とを連通するように、蓋部２２を上下方向に貫通している。注液口２５は、平面視で略円状に形成されている。
蓋部２２に形成される注液口２５の内周面は、段状に形成されている。詳細には、注液口２５は、所定の直径を有し、最も上側に位置する上部と、当該上部よりも小さい直径を有し、前記上部よりも下側に位置する中間部と、当該中間部よりも小さい直径を有し、最も下側に位置する下部と、から構成されている。つまり、注液口２５は、互いに異なる直径を有する三つの部分から構成され、下方にいくほど直径が小さくなっている。

封止材３０は、注液口２５を封止する部材である。封止材３０は、注液口２５の上部の形状に沿って形成されている。つまり、封止材３０は、平面視で円状に形成されている。封止材３０は、注液口２５の上部の直径と略同一の（同じか若干小さい）外径を有している。封止材３０は、中央部が若干下方に凹んだ形状を有する。
封止材３０は、注液口２５を塞ぐように、注液口２５の上部に挿入された状態で、蓋部２２に溶接されている。詳細には、注液口２５の上部に挿入された状態の封止材３０の外周面と、注液口２５の上部を成す蓋部２２の内周面とが、それらの全周に亘って、レーザ溶接によって連続的に接合されている。
こうして、蓋部２２に接合された封止材３０によって、ケース２０内が完全に密閉される。

以下では、図３〜図６を参照して、本発明に係る密閉型電池の製造方法の一実施形態である、電池１の製造工程Ｓ１について説明する。

図３に示すように、製造工程Ｓ１は、収納工程Ｓ１０と、注液工程Ｓ２０と、溶接工程Ｓ３０とを具備する。

収納工程Ｓ１０は、ケース２０内に電極体１０を収納する工程である。
収納工程Ｓ１０においては、まず、電極体１０の正極および負極を、それぞれ前記集電部材を介して正極端子２３および負極端子２４と電気的に接続した状態で、電極体１０を収納部２１に収納する。そして、収納部２１の開口を蓋部２２によって塞いだ状態で、収納部２１と蓋部２２とを溶接する。

注液工程Ｓ２０は、ケース２０内に電解液Ｅを注入する工程である。
注液工程Ｓ２０においては、蓋部２２に形成された注液口２５から、ケース２０内に所定量の電解液Ｅを注入する。

溶接工程Ｓ３０は、蓋部２２と封止材３０とを、レーザ溶接によって接合することで、注液口２５を封止する工程である。
図４に示すように、溶接工程Ｓ３０においては、注液口２５の上部に封止材３０を挿入することによって注液口２５を塞ぎ、蓋部２２と封止材３０との溶接を開始する。
なお、この時、ケース２０の内部に面する蓋部２２の内側面（図４における下面）には、電解液Ｅが付着している。

溶接工程Ｓ３０においては、蓋部２２と封止材３０との境界部分の全周を、二回に分けて溶接する。

図５に示すように、一回目の溶接は、位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３およびＰ４を順にレーザが辿るように行われる。
詳細には、まず、蓋部２２における、封止材３０との境界部分近傍の位置Ｐ１から、蓋部２２と封止材３０との境界部分における所定の位置Ｐ２へ連続的にレーザを照射する。次に、蓋部２２と封止材３０との境界部分の半分が溶接されるように、当該境界部分に沿って位置Ｐ２から位置Ｐ３へ連続的にレーザを照射する。最後に、位置Ｐ３から、蓋部２２における、封止材３０との境界部分近傍の位置Ｐ４へ連続的にレーザを照射する。
なお、図５におけるハッチングパターン部分は、溶接ビードを示している。

一回目の溶接においては、蓋部２２と封止材３０との境界部分をレーザによって溶接する際に生じる熱により、蓋部２２の内側面に付着した電解液Ｅが、ケース２０の内部において気化する。
そのため、一回目の溶接の終了した後は、ケース２０の内部における気化した電解液Ｅが、蓋部２２と封止材３０との境界部分における溶接されていない残り半分、つまり、蓋部２２と封止材３０との隙間、からケース２０の外部へ放出されるまで、蓋部２２と封止材３０との境界部分の溶接を休止する。
なお、この時、少なくとも、蓋部２２と封止材３０との境界部分における溶接されていない残り半分に対して溶接が行わなければよく、レーザの照射自体を中断してもよいし、蓋部２２等に対してレーザの照射を継続してもよい。

その後、二回目の溶接を行う。
図６に示すように、二回目の溶接は、位置Ｐ５、Ｐ３、Ｐ２およびＰ６を順にレーザが辿るように行われる。
詳細には、まず、位置Ｐ３を挟んで位置Ｐ４の反対側の位置Ｐ５から、位置Ｐ３へ連続的にレーザを照射する。次に、蓋部２２と封止材３０との境界部分における溶接されていない残り半分が溶接されるように、当該境界部分に沿って位置Ｐ３から位置Ｐ２へ連続的にレーザを照射する。最後に、位置Ｐ２から、位置Ｐ２を挟んで位置Ｐ１の反対側の位置Ｐ６へ連続的にレーザを照射する。
こうして、蓋部２２と封止材３０との境界部分の全周が溶接されることによって、注液口２５が封止材３０により封止され、ケース２０内が密閉される。
なお、図６におけるハッチングパターン部分は、溶接ビードを示している。

このように、溶接工程Ｓ３０においては、蓋部２２と封止材３０との境界部分の半分を溶接する一回目の溶接を行い、所定の時間経過後に、蓋部２２と封止材３０との境界部分の残り半分を溶接する二回目の溶接を行う。
換言すれば、溶接工程Ｓ３０においては、蓋部２２と封止材３０との境界部分の全周に対する溶接を二回に分けて行い、当該二回の溶接を、互いに所定の時間間隔を空けて行う。
これにより、蓋部２２と封止材３０との境界部分を溶接する際に気化した、蓋部２２の内側面に付着した電解液Ｅを、ケース２０内が完全に密閉される前にケース２０の外部へ放出することができ、気化して膨張した電解液Ｅが密閉されたケース２０内に残留することによってケース２０内の圧力が上昇することを抑制できる。
したがって、蓋部２２と封止材３０との境界部分を溶接する際に、溶融池がケース２０内の圧力により押し上げられて、溶接ビードの内部が空洞になる等の溶接不良を抑制できる。
ここで、「所定の時間」は、溶接工程Ｓ３０において蓋部２２と封止材３０との境界部分を溶接する際に気化した電解液Ｅのケース２０内における残留量が、上記の溶接不良を引き起こすことがない量となるまで、気化した電解液Ｅがケース２０の外部へ放出されるのに要する時間である。

実際に、溶融池が押し上げられた量を計測したところ、一回目の溶接と二回目の溶接との間の時間間隔を０．５秒として本実施形態の方法で蓋部と封止材とを溶接した場合は、０．０３ｍｍであり、従来の方法で一回で蓋部と封止材とを全周にわたって溶接した場合は、０．２６ｍｍであった。このことから、本発明によれば、蓋部と封止材とがレーザ溶接によって接合される際に、溶融池がケース内の圧力によって押し上げられることを抑制でき、ひいては溶接ビードの内部が空洞になる等の溶接不良を抑制できることが明らかとなった。
また、本実施形態の方法でも、一回目の溶接と二回目の溶接との間の時間間隔を０秒として、蓋部と封止材とを溶接した場合は、溶融池が押し上げられた量は０．２ｍｍとなり、一回目の溶接と二回目の溶接との間の時間間隔を充分に取る必要があることが明らかとなった。

溶接工程Ｓ３０を行った後は、初期充電を行う工程、および自己放電検査を行う工程等を経て、電池１が製造される。

以上のように、製造工程Ｓ１において、収納工程Ｓ１０と、注液工程Ｓ２０と、溶接工程Ｓ３０とを順に経ることによって、電池１が製造される。

なお、本実施形態においては、蓋部２２と封止材３０との境界部分の全周に対する溶接を、二回に分けて行っているが、これに限定するものではなく、少なくとも二回に分けて行えばよい。詳細には、蓋部２２と封止材３０との境界部分の全周に対する溶接を、少なくとも二回に分けて、互いに所定の時間間隔を空けて行えばよい。
この場合、時間間隔の合計は、溶接工程Ｓ３０において蓋部２２と封止材３０との境界部分を溶接する際に気化した電解液Ｅのケース２０内における残留量が、上記の溶接不良を引き起こすことがない量となるまで、気化した電解液Ｅがケース２０の外部へ放出されるのに要する時間となる。

また、本実施形態においては、一回目の溶接にて蓋部２２と封止材３０との境界部分の半分を溶接し、二回目の溶接にて蓋部２２と封止材３０との境界部分の残り半分を溶接しているが、一回の溶接において蓋部２２と封止材３０との境界部分を溶接する量は限定しない。

１ 電池（密閉型電池）
１０ 電極体
２０ ケース
２１ 収納部
２２ 蓋部
２５ 注液口
３０ 封止材

Claims (1)

1. 電極体と、前記電極体を電解液と共に収納するケースと、前記ケース内を密閉する封止材と、を具備し、前記ケースは、開口面を有する収納部と、当該収納部の開口面を塞ぐ蓋部と、を有し、前記蓋部は、前記ケースの内部と外部とを連通する注液口を有し、前記封止材は、前記注液口を封止することにより前記ケース内を密閉する密閉型電池の製造方法であって、
   前記ケース内に前記電極体を収納する収納工程と、
   前記収納工程後に、前記ケース内に前記電解液を注入する注液工程と、
   前記注液工程後に、前記封止材によって前記注液口を塞いだ状態で、前記蓋部と前記封止材との境界部分の全周を連続的なレーザ照射により溶接することによって、前記注液口を封止する溶接工程と、を具備し、
   前記溶接工程においては、前記蓋部と前記封止材との境界部分の全周に対する溶接を、少なくとも二回に分けて行い、当該少なくとも二回の溶接を、互いに所定の時間間隔を空けて行い、
   前記所定の時間間隔の合計は、前記溶接工程において前記蓋部と前記封止材との境界部分を溶接する際に気化した電解液が前記ケースの外部へ放出されるのに要する時間である、
   ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。

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