JP6476941B2 - 蓄電素子、蓄電素子を備えた蓄電装置、蓄電素子の製造方法、及び蓄電装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、充放電可能な蓄電素子、蓄電素子を備えた蓄電装置、蓄電素子の製造方法、及び蓄電装置の製造方法に関する。

蓄電素子、及び蓄電素子を備える蓄電装置では、金属部材同士が溶接によって接合されている場合がある。例えば、金属製の注液栓が金属製の電池蓋の注液口の周縁部にレーザ溶接によって接合されている（特許文献１参照）。

前記レーザ溶接による接合において、重ねた金属部材同士が強固に接合されるよう溶接部における溶接深さを確保するために、重ねた金属部材同士をキーホール溶接によって接合する場合がある。このキーホール溶接では、高出力のレーザを溶接部位に照射することで、照射部位に生じた金属蒸気が該照射部位における溶融金属を押し広げてキーホールと呼ばれるくぼみを形成し、このキーホール内に前記レーザが進入することで、該レーザが材料内の奥深くに照射され、これにより、溶接深さが確保されて前記金属部材同士が強固に接合される。

蓄電素子等の製造時において、重ねた金属部材同士をキーホール溶接するときに、接合した金属部材間の密閉性を確保するために、溶接部における溶接開始部位と溶接終了部位とが重なる（オーバーラップする）ように溶接する場合がある。この場合、キーホール溶接では、キーホール内で生じた気体（金属蒸気等）が溶接痕の内部に気泡として残ることがあるため、溶接開始部位に溶接終了部位をオーバーラップさせるために一端冷えて固まった溶接開始部位にレーザが再度照射されると、該溶接開始部位内の気泡をレーザが貫通し、これにより、気泡と外部とが連通してブローホールが形成され（即ち、溶接欠陥が生じ）、蓄電素子等の品質が低下する場合がある。

特開２０１４−１６７８６２号公報

そこで、本発明は、品質の高い蓄電素子、品質の高い蓄電装置、品質の高い蓄電素子の製造方法、及び品質の高い蓄電装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る蓄電素子は、
金属製の第一部材と、
前記第一部材と重なった状態で配置される金属製の第二部材と、を備え、
前記第一部材と前記第二部材とが重なっている部位に、線状に連なる溶接痕によって構成される溶接部であって該第一部材と該第二部材とを接続する溶接部が形成され、
前記溶接部は、出力波形がパルス状のレーザによるキーホール溶接の溶接痕によって形成された第一部位と、前記第一部位と連なり且つレーザによる熱伝導溶接の溶接痕によって形成された第二部位とを有し、該溶接部の第二部位側の端部であって該溶接部において最後に形成された溶接痕を含む端部が前記第一部位と重なることによって所定の領域を囲み、
前記第二部位は、少なくとも前記最後に形成された溶接痕を含む。

かかる構成によれば、溶接部において、少なくとも最後の溶接痕が形成されるときに該最後の溶接痕が形成される部位（キーホール溶接よる溶接痕によって形成された第一部位）に気泡が混入していても、少なくとも前記最後の溶接痕が溶接時にキーホール（くぼみ）の生じない熱伝導溶接によって形成されるため、該熱伝導溶接のためのレーザが前記気泡を貫通してブローホールを形成することが防がれる。これにより、溶接欠陥が抑えられ、蓄電素子の品質が高くなる。

前記蓄電素子では、
前記第二部位は、少なくとも前記溶接部における前記第一部位と重なっている前記第二部位側の端部を含むことが好ましい。

かかる構成によれば、溶接部において、少なくとも第二部位側の端部（第一部位と重なっている部位）が熱伝導溶接によって形成されるため、溶接時にブローホールの生じ易い部位（キーホール溶接により形成された溶接痕（第一部位）と重なる部位）におけるブローホールが抑えられ、これにより、溶接欠陥がより抑えられ、蓄電素子の品質がより高くなる。

また、本発明に係る蓄電素子は、
金属製の第一部材と、
前記第一部材と重なった状態で配置される金属製の第二部材と、を備え、
前記第一部材と前記第二部材とが重なっている部位に、線状に連なる溶接痕によって構成される溶接部であって該第一部材と該第二部材とを接続する溶接部が形成され、
前記溶接部は、
出力波形がパルス状のレーザによるキーホール溶接の溶接痕によって形成された第一部位であって、該溶接部における最初に形成された溶接痕を含む第一部位と、
前記第一部位と連なり且つレーザによる熱伝導溶接の溶接痕によって形成された第二部位であって、該溶接部における最後に形成された溶接痕を含む第二部位と、を有し、
前記第二部位の一部が前記第一部位と重なることによって所定の領域を囲み、
前記線状の溶接部において、前記第一部位と前記第二部位との境界は、該第一部位と該第二部位とが重なっている位置より前記最初に形成された溶接痕に近い位置にある。

かかる構成によれば、溶接部において、第二部位の少なくとも一部が第一部位と重なっているため、第一部位における第二部位と重なる領域に気泡が混入していても、第二部位が溶接時にキーホール（くぼみ）の生じない熱伝導溶接によって形成されるため、第一部位における第二部位と重なる領域において第二部位を形成するためのレーザが前記気泡を貫通してブローホールを形成することが防がれる。これにより、溶接欠陥が抑えられ、蓄電素子の品質が高くなる。

例えば、前記蓄電素子は、
電極体及び電解液を収容する内部空間が形成されるケースであって、前記電解液を前記内部空間に注入可能な注液孔と該注液孔を塞ぐ注液栓とを有するケースを備え、
前記注液栓は、前記注液孔を覆うように前記ケースの注液孔周縁部と重なる頭部を有し、
前記第二部材は、前記注液栓であり、
前記第一部材は、前記注液栓を除いた前記ケースであり、
前記所定の領域は、前記頭部であってもよい。

かかる構成によれば、注液栓の頭部とケースの注液孔周縁部との溶接部における溶接欠陥が抑えられ、蓄電素子の品質が高くなる。

また、前記蓄電素子は、
開口を有するケース本体と該ケース本体の開口周縁部に重ねられて前記開口を塞ぐ蓋板とを有するケースを、備え、
前記第一部材は、前記ケース本体であり、
前記第二部材は、前記蓋板であり、
前記所定の領域は、前記ケース本体の開口であってもよい。

かかる構成によれば、ケース本体と蓋板との溶接部における溶接欠陥が抑えられ、蓄電素子の品質が高くなる。

また、本発明に係る前記蓄電装置は、
金属製の第一部材と、
前記第一部材と重なった状態で配置される金属製の第二部材と、を備え、
前記第一部材と前記第二部材とが重なっている部位に、線状に連なる溶接痕によって構成される溶接部であって該第一部材と該第二部材とを接続する溶接部が形成され、
前記溶接部は、出力波形がパルス状のレーザによるキーホール溶接の溶接痕によって形成された第一部位と、前記第一部位と連なり且つレーザによる熱伝導溶接の溶接痕によって形成された第二部位とを有し、該溶接部の第二部位側の端部であって該溶接部において最後に形成された溶接痕を含む端部が前記第一部位と重なることによって所定の領域を囲み、
前記第二部位は、少なくとも前記最後に形成された溶接痕を含む。

かかる構成によれば、溶接部において、少なくとも最後の溶接痕が形成されるときに該最後の溶接痕が形成される部位（キーホール溶接よる溶接痕によって形成された第一部位）に気泡が混入していても、少なくとも前記最後の溶接痕が溶接時にキーホール（くぼみ）の生じない熱伝導溶接によって形成されるため、該熱伝導溶接のためのレーザが前記気泡を貫通してブローホールを形成することが防がれる。これにより、溶接欠陥が抑えられ、蓄電装置の品質が高くなる。

前記蓄電装置では、
外部端子を有する少なくとも一つの蓄電素子と、
前記外部端子に接続されるバスバと、を備え、
前記外部端子は、前記バスバが面接触した状態で配置される接続面を有し、
前記第一部材は、前記外部端子であり、
前記第二部材は、前記バスバであり、
前記所定の領域は、前記接続面に沿って設定されてもよい。

かかる構成によれば、外部端子と該外部端子の接続面に配置されたバスバとの溶接部における溶接欠陥が抑えられ、蓄電装置の品質が高くなる。

また、本発明に係る蓄電素子の製造方法は、
蓄電素子を構成するための金属製の第一部材及び第二部材が重なっている部位に対し、所定の領域の周縁に沿って溶接痕が線状に連なるように、出力波形がパルス状のレーザによってキーホール溶接を行うことと、
前記キーホール溶接に続いて、前記所定の領域の周縁に沿って溶接痕が線状になるようにレーザによって熱伝導溶接を行うことと、を備え、
前記キーホール溶接の溶接痕と前記熱伝導溶接の溶接痕とが前記所定の領域を囲むように連なることで形成される溶接部であって、前記第一部材と前記第二部材とを接続する溶接部が形成され、
前記溶接部は、前記キーホール溶接の溶接痕によって形成された第一部位と、前記第一部位と連なり且つ前記熱伝導溶接による溶接痕によって形成された第二部位とを有し、該溶接部の第二部位側の端部であって該溶接部において最後に形成された溶接痕を含む端部が前記第一部位と重なることによって前記所定の領域を囲み、
前記第二部位は、少なくとも前記最後に形成された溶接痕を含む。

かかる構成によれば、溶接部において、少なくとも最後の溶接痕が形成されるときに該最後の溶接痕が形成される部位（キーホール溶接よる溶接痕によって形成された第一部位）に気泡が混入していても、少なくとも前記最後の溶接痕が溶接時にキーホール（くぼみ）の生じない熱伝導溶接によって形成されるため、該熱伝導溶接のためのレーザが前記気泡を貫通してブローホールを形成することが防がれ、これにより、溶接欠陥が抑えられた品質の高い蓄電素子が得られる。

また、本発明に係る蓄電装置の製造方法は、
蓄電装置を構成するための金属製の第一部材及び第二部材が重なっている部位に対し、所定の領域の周縁に沿って溶接痕が線状に連なるように、出力波形がパルス状のレーザによってキーホール溶接を行うことと、
前記キーホール溶接に続いて、前記所定の領域の周縁に沿って溶接痕が線状になるようにレーザによって熱伝導溶接を行うことと、を備え、
前記キーホール溶接の溶接痕と前記熱伝導溶接の溶接痕とが前記所定の領域を囲むように連なることで形成される溶接部であって、前記第一部材と前記第二部材とを接続する溶接部が形成され、
前記溶接部は、前記キーホール溶接の溶接痕によって形成された第一部位と、前記第一部位と連なり且つ前記熱伝導溶接による溶接痕によって形成された第二部位とを有し、該溶接部の第二部位側の端部であって該溶接部において最後に形成された溶接痕を含む端部が前記第一部位と重なることによって前記所定の領域を囲み、
前記第二部位は、少なくとも前記最後に形成された溶接痕を含む。

かかる構成によれば、溶接部において、少なくとも最後の溶接痕が形成されるときに該最後の溶接痕が形成される部位（キーホール溶接よる溶接痕によって形成された第一部位）に気泡が混入していても、少なくとも前記最後の溶接痕が溶接時にキーホール（くぼみ）の生じない熱伝導溶接によって形成されるため、該熱伝導溶接のためのレーザが前記気泡を貫通してブローホールを形成することが防がれ、これにより、溶接欠陥が抑えられた品質の高い蓄電装置が得られる。

また、本発明に係る蓄電素子は、
金属製の第一部材と、
前記第一部材と重なった状態で配置される金属製の第二部材と、を備え、
前記第一部材と前記第二部材とが重なっている部位に、線状に連なる溶接痕によって形成される溶接部であって該第一部材と該第二部材とを接続する溶接部が形成され、
前記溶接部は、
出力波がパルス状のレーザによるキーホール溶接の溶接痕によって形成された第一部位であって、該溶接部における最初に形成された溶接痕を含む第一部位と、
前記第一部位と連なり且つレーザによる熱伝導溶接の溶接痕によって形成された第二部位であって、該溶接部における最後に形成された溶接痕を含む第二部位と、を有し、
前記第二部位の一部が前記第一部位と重なることによって所定の領域を囲み、
前記最初に形成された溶接痕及び前記最後に形成された溶接痕の少なくとも一方は、前記所定の領域の周縁と異なる位置に形成され、
前記線状の溶接部において、前記第一部位と前記第二部位との境界は、該第一部位と該第二部位とが重なっている位置より前記最初に形成された溶接痕に近い位置にある。

かかる構成によれば、溶接部において、第二部位の少なくとも一部が第一部位と重なるように形成されるときに第一部位における第二部位と重なる領域に気泡が混入していても、第二部位が溶接時にキーホール（くぼみ）の生じない熱伝導溶接によって形成されるため、第一部位における第二部位と重なる領域において第二部位を形成するためのレーザが前記気泡を貫通してブローホールを形成することが防がれる。これにより、溶接欠陥が抑えられ、蓄電素子の品質が高くなる。

以上より、本発明によれば、品質の高い蓄電素子、品質の高い蓄電装置、品質の高い蓄電素子の製造方法、及び品質の高い蓄電装置の製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電素子の斜視図である。 図２は、図１のＩＩ―ＩＩ位置における断面図である。 図３は、前記蓄電素子の分解斜視図である。 図４は、前記蓄電素子の注液栓の断面斜視図である。 図５は、前記蓄電素子の製造方法を示すフロー図である。 図６は、図５のケース本体と蓋板とのレーザ溶接における詳細なフロー図である。 図７は、図５の蓋板の注液孔周縁部と注液栓とのレーザ溶接における詳細なフロー図である。 図８は、キーホール溶接におけるレーザのパルス波形と熱伝導溶接におけるレーザのパルス波形とを説明するための図である。 図９は、ケース本体と蓋板の溶接部を説明するための図である。 図１０は、キーホール溶接によって形成された溶接部の表面写真である。 図１１は、略パルス発振型のレーザでの熱伝導溶接によって形成された溶接部の表面写真である。 図１２は、連続発振型のレーザでの熱伝導溶接によって形成された溶接部の表面写真である。 図１３は、蓋板の注液孔周縁部と注液栓の溶接部を説明するための図である。 図１４は、本発明の一実施形態に係る蓄電装置の斜視図である。 図１５は、前記蓄電装置における外部端子とバスバとの溶接部を説明するための図である。 図１６は、前記蓄電装置の製造方法を示すフロー図である。 図１７は、図１６の外部端子とバスバとの溶接部における詳細なフロー図である。 図１８は、他実施形態に係る溶接部の形状を示す模式図である。 図１９は、他実施形態に係る溶接部の形状を示す模式図である。 図２０は、他実施形態に係る溶接部の形状を示す模式図である。 図２１は、他実施形態に係る溶接部の形状を示す模式図である。 図２２は、他実施形態に係る溶接部の形状を示す模式図である。

以下、本発明に係る蓄電素子の一実施形態（第一実施形態）について、図１〜図１０を参照しつつ説明する。蓄電素子には、一次電池、二次電池、キャパシタ等がある。本実施形態では、蓄電素子の一例として、充放電可能な二次電池について説明する。尚、本実施形態の各構成部材（各構成要素）の名称は、本実施形態におけるものであり、背景技術における各構成部材（各構成要素）の名称と異なる場合がある。

本実施形態の蓄電素子は、非水電解質二次電池である。より詳しくは、蓄電素子は、リチウムイオンの移動に伴って生じる電子移動を利用したリチウムイオン二次電池である。この種の蓄電素子は、電気エネルギーを供給する。蓄電素子は、単一又は複数で使用される。具体的に、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧が小さいときには、単一で使用される。一方、蓄電素子は、要求される出力及び要求される電圧の少なくとも一方が大きいときには、他の蓄電素子と組み合わされて蓄電装置に用いられる。前記蓄電装置では、該蓄電装置に用いられる蓄電素子が電気エネルギーを供給する。

蓄電素子は、図１〜図３に示すように、正極及び負極を含む電極体２と、電極体２を収容するケース３と、ケース３の外側に配置される外部端子４であって電極体２と導通する外部端子４と、を備える。また、蓄電素子１は、電極体２、ケース３、及び外部端子４の他に、電極体２と外部端子４とを導通させる集電体５等も有する。

電極体２は、巻芯２１と、正極と負極とがセパレータによって互いに絶縁された状態で積層された積層体２２であって、巻芯２１の周囲に巻回された積層体２２と、を備える（図２参照）。電極体２においてリチウムイオンがセパレータを介して正極と負極との間を移動することにより、蓄電素子１が充放電する。

ケース３は、開口を有するケース本体３１と、ケース本体３１の開口を塞ぐ（閉じる）蓋板３２と、を有する。ケース３は、電極体２及び集電体５等と共に、電解液を内部空間３３に収容する。ケース３は、電解液に耐性を有する金属によって形成される。本実施形態のケース３は、例えば、アルミニウム、又は、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料によって形成される。

ケース３は、ケース本体３１の開口周縁部３４と、蓋板３２（本実施形態の例では、蓋板３２の周縁部）とを重ね合わせた状態で接合することによって形成される。ケース３では、ケース本体３１と蓋板３２とによって、内部空間３３が画定される。本実施形態では、ケース本体３１の開口周縁部３４と蓋板３２の周縁部とは、レーザ溶接によって接合されている。

ケース本体３１は、板状の閉塞部３１１であってケース３の内側を向く内面とケース３の外側を向く外面とを有する閉塞部３１１と、閉塞部３１１の周縁に接続される胴部３１２であって、閉塞部３１１の内面側に延び且つ該内面を包囲する筒状の胴部３１２とを備える。

閉塞部３１１は、開口が上を向くようにケース本体３１が配置されたときに、ケース本体３１の下端に位置する（即ち、前記開口が上を向いたときのケース本体３１の底壁となる）部位である。閉塞部３１１は、該閉塞部３１１の法線方向視において、矩形状である。

以下では、図１に示すように、閉塞部３１１の長辺方向を３軸直交座標におけるＸ軸方向とし、閉塞部３１１の短辺方向をＹ軸方向とし、閉塞部３１１の法線方向をＺ軸方向とする。

本実施形態の胴部３１２は、角筒形状を有する。詳しくは、胴部３１２は、偏平な角筒形状を有する。胴部３１２は、閉塞部３１１の周縁における長辺から延びる一対の長壁部３１３と、閉塞部３１１の周縁における短辺から延びる一対の短壁部３１４とを有する。短壁部３１４が一対の長壁部３１３の対応（詳しくは、Ｙ軸方向に対向）する端部同士をそれぞれ接続することによって、角筒状の胴部３１２が形成される。

以上のように、ケース本体３１は、開口方向（Ｚ軸方向）における一方の端部が塞がれた角筒形状（即ち、有底角筒形状）を有する。

蓋板３２は、ケース本体３１の開口を塞ぐ板状の部材である。具体的に、蓋板３２は、ケース本体３１の開口を塞ぐようにケース本体３１に当接する。より具体的には、ケース本体３１の開口を塞ぐように、蓋板３２の周縁部がケース本体３１の開口周縁部３４（図２及び図３参照）に重ねられる。開口周縁部３４と蓋板３２とが重ねられた状態で、蓋板３２側から蓋板３２とケース本体３１とがレーザ溶接される。これにより、ケース３が構成される。蓋板３２は、Ｚ軸方向視において、ケース本体３１の開口周縁部３４に対応した輪郭形状を有する。即ち、蓋板３２は、Ｚ軸方向視において、Ｘ軸方向に長い矩形状の板材である。

ケース３には、電解液を注入するための注液孔３２５が設けられる。即ち、ケース３は、注液孔３２５を有する。注液孔３２５は、ケース３の内部（内部空間３３）と外部とを連通する。本実施形態の注液孔３２５は、蓋板３２に設けられる。注液孔３２５は、蓋板３２をＺ軸方向（厚さ方向）に貫通する円形の穴である。

以上のように構成される注液孔３２５は、注液栓３２６によって密閉される（塞がれる）。即ち、ケース３は、注液栓３２６を有する。注液栓３２６は、電解液に耐性を有する金属製であり、レーザ溶接によってケース３（本実施形態の例では蓋板３２）の注液孔周縁部に固定（接合）される。本実施形態の注液栓３２６は、例えば、アルミニウム、又は、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料によって形成される。この注液栓３２６は、図１、３、４に示すように、注液孔３２５を覆う頭部３２７を有する。また、注液栓３２６は、頭部３２７から延びる挿入部３２８も有する。

頭部３２７は、注液孔３２５を覆う部位である。頭部３２７は、Ｚ軸方向視において注液孔３２５より大きい。即ち、頭部３２７は、注液孔３２５を覆うようにケース３（蓋板３２）の注液孔周縁部と重なる。具体的に、頭部３２７は、板状の部位であり、蓋板３２と重なるようにして注液孔３２５を覆う。本実施形態の頭部３２７は、Ｚ軸方向視において略円形の輪郭を有する。即ち、頭部３２７は、円板状の部位である。この頭部３２７の周縁部と、蓋板３２の注液孔周縁部とが溶接されることにより、注液栓３２６がケース３に固定される。尚、図４における頭部３２７は、蓋板３２の注液孔周縁部への溶接前の形状である。

頭部３２７における蓋板３２と反対の面の中央に、基準凹部３２９が設けられる。基準凹部３２９は、頭部３２７の周縁と蓋板３２とをレーザ溶接（自動溶接）するときの溶接位置（レーザ照射位置）を決めるための基準等として用いられる。

挿入部３２８は、頭部３２７から注液孔３２５を通ってケース３内に延びる。即ち、挿入部３２８は、頭部３２７から延びる柱状の部位である。本実施形態の挿入部３２８は、頭部３２７から該頭部３２７の拡がり方向と直交する方向に延びる略円柱状の部位である。挿入部３２８の先端側の部位（先端を含む部位）では、外径が先端に向かって漸減する。挿入部３２８の基部は、蓋板３２の注液孔３２５よりも僅かに大きい。即ち、挿入部３２８の基部の外径は、蓋板３２の注液孔３２５の内径よりも僅かに大きい。このため、注液栓３２６を蓋板３２に取り付けるときには、挿入部３２８は、注液孔３２５に圧入される。

外部端子４は、他の蓄電素子の外部端子又は外部機器等と電気的に接続される部位である。外部端子４は、導電性を有する部材によって形成される。例えば、外部端子４は、アルミニウム又はアルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料、銅又は銅合金等の銅系金属材料等の溶接性の高い金属材料によって形成される。外部端子４は、バスバ等が溶接可能な接続面４１を有する。本実施形態の接続面４１は、平面である。

集電体５は、ケース３内に配置され、電極体２と外部端子４とを通電可能に直接又は間接に接続する。集電体５は、導電性を有する部材によって形成され、ケース３の内面に沿って配置される。集電体５は、蓄電素子１の正極と負極とにそれぞれ配置される。

蓄電素子１は、電極体２とケース３とを絶縁する絶縁部材６等も備える。本実施形態の絶縁部材６は、ケース３（詳しくはケース本体３１）と電極体２との間に配置される袋状の部材である。この絶縁部材６は、所定の形状に裁断された絶縁性を有するシート状の部材を折り曲げることによって袋状に形成される。蓄電素子１では、袋状の絶縁部材６に収容された状態の電極体２（詳しくは、電極体２及び集電体５）がケース３内に収容される。

次に、蓄電素子１の製造方法について、図５〜図１０も参照しつつ説明する。

電極体２、外部端子４、及び集電体５等が蓋板３２に取り付けられる（ステップＳ１）。このとき、注液栓３２６は、蓋板３２に取り付けられない。即ち、蓋板３２において、注液孔３２５が開口した状態である。

電極体２等が蓋板３２に取り付けられると、蓋板３２に取り付けられた電極体２及び集電体５が開口からケース本体３１内に挿入されるように該蓋板３２がケース本体３１の開口周縁部３４に重ねられる（ステップＳ２）。このとき、袋状の絶縁部材６がケース本体３１と電極体２及び集電体５との間に位置するように配置される。続いて、蓋板３２とケース本体３１とがレーザ溶接される（ステップＳ３）。本実施形態のレーザ溶接では、出力波形がパルス状のレーザをケース３の側面方向からケース本体３１と蓋板３２との境界線（境界位置）に沿って照射することで、ケース本体３１と蓋板３２とを溶接する。具体的に、レーザ溶接は、以下のように行われる。

先ず、パルス状のレーザが照射され、キーホール溶接が行われる（ステップＳ３１）。このとき、略円形の溶接痕が線状に連なるように、パルス間隔が設定されている。このキーホール溶接では、例えば、図８の実線で示すような波形のパルス状のレーザが用いられる。このキーホール溶接で用いられるレーザのパルス波形は、急峻に出力が上下する高出力部分（図８の第Ｉ区間参照）と、高出力部分のピーク出力よりも出力が低く且つ略一定の定出力部分（図８のＩＩ区間）とを有し、高出力部分で材料（ワーク）表面の酸化膜を除去し、続く定出力部分でキーホールを形成した後に該部位を本溶接するような波形である。

図９に示すように、蓋板３２の周縁部とケース本体３１の開口周縁部３４とが重なっている部分に沿って、略円形の溶接痕が連なって線状の溶接部５０が形成されるようにパルス状のレーザによるキーホール溶接が行われる。そして、レーザ照射位置が最初に形成された溶接痕（即ち、溶接開始位置）５１０の手前で、パルス状のレーザのパルス波形が切り換えられ（ステップＳ３２）、続いて、熱伝導溶接が行われる（ステップＳ３３）。この熱伝導溶接では、図８の一点鎖線で示すような波形の略パルス状のレーザが用いられる。この熱伝導溶接で用いられるレーザのパルス波形は、ピーク出力をキーホール溶接でのパルス波形よりも下げ、且つパルス幅（射出時間）を長くしている。即ち、熱伝導溶接でのパルス波形は、キーホール溶接の高出力部分のピーク値よりも低く、且つ出力の上下変動が少ないなだらかな形状である。このため、熱伝導溶接では、材料（ワーク）に照射されたレーザは、該材料表面で吸収され、キーホールを形成することなく熱に変換される。変換された熱は、材料表面から熱伝導によって材料中に広がり、これにより、該材料を溶融させて溶接する。

ここで、レーザ溶接におけるキーホール溶接と熱伝導溶接の特徴を説明する。キーホール溶接では、溶接の過程で材料表面にくぼみ（キーホール）が生成されるため、溶接部（溶接痕）表面は、比較的大きな凸凹形状を有する（図１０参照）。一方、熱伝導溶接では、溶接の過程で材料表面にキーホールが生成されないため、溶接部（溶接痕）表面は、凸凹形状の少ない比較的平坦な形状を有する（図１１及び図１２参照）。また、溶接部を断面観察すると、キーホール溶接では、深い溶け込み溶接痕が形成されている。一方、熱伝導溶接では、深い溶け込みはなく比較的浅く広がった溶接痕が形成されている。尚、図１０は、キーホール溶接によって形成された溶接部の表面写真である。また、図１１は、略パルス発振型のレーザでの熱伝導溶接によって形成された溶接部の表面写真である。また、図１２は、連続発振型のレーザでの熱伝導溶接によって形成された溶接部の表面写真である。

熱伝導溶接は、溶接部５０の溶接開始位置（溶接部５０において最初に形成された溶接痕の位置）５１０を含む端部と重なる（オーバーラップする）ように行われる。これにより、溶接部５０が、蓋板３２の周縁に沿ってケース本体３１の開口（所定の領域）を囲う。この溶接部５０は、キーホール溶接の溶接痕によって形成された部位（第一部位）５１と、第一部位５１と連なり且つ熱伝導溶接の溶接痕によって形成された部位（第二部位）５２と、を有する。溶接部５０では、第二部位側の端部であって該溶接部５０において最後に形成された溶接痕を含む端部（オーバーラップ部）５２０が第一部位５１と重なっている。第二部位５２は、少なくとも溶接部５０において最後に形成された溶接痕（熱伝導溶接による溶接痕）を含む。該溶接部５０では、第二部位５２がオーバーラップ部５２０と略一致している。

オーバーラップ部５２０（第二部位５２）が溶接部５０の溶接開始位置５１０を含む端部（第一部位５１）と重なる（オーバーラップする）ように、溶接部５０が形成されることで、溶接部５０において、オーバーラップ部５２０が形成されるときに熱伝導溶接が行われるため、溶接時にブローホールの生じ易い第一部位５１と重なる部位でのブローホールの発生が抑えられる。

蓋板３２とケース本体３１とが接合されると、電解液が注液孔３２５からケース３の内部に注入される（ステップＳ４）。この電解液の注入が終わると、注液孔３２５が注液栓３２６によって塞がれる（ステップＳ５）。このとき、注液栓３２６の頭部３２７が蓋板３２の注液孔周縁部に当接するまで、挿入部３２８が注液孔３２５に圧入される。続いて、蓋板３２の注液孔周縁部と注液栓３２６（詳しくは、頭部３２７）とがレーザ溶接される（ステップＳ６）。このレーザ溶接は、以下の通りである。

図１３に示すように、蓋板３２とケース本体３１との溶接と同様に、先ず、パルス状のレーザによるキーホール溶接が頭部３２７の周縁に沿って行われる（ステップＳ６１：図１３の符号５１参照）。本実施形態では、頭部３２７に向けて蓋板３２（詳しくは、蓋板３２の広がる方向）と直交する方向からレーザが照射される。尚、図１３の溶接部において、図９に示す溶接部５０の各部位と対応する部位には同一符号を用いる。

注液栓３２６は小さな部品であるため、頭部３２７の周縁に沿ってレーザが照射されると、狭い範囲にレーザが照射され続けることになり、材料（ワーク：注液栓３２６及び蓋板３２の注液孔周縁部）の温度が上昇し易い。このため、レーザの照射によって材料（ワーク）が溶融する範囲が前記温度上昇に伴って広がり、これにより、溶接痕の幅（線状の溶接部の幅）も溶接開始位置から徐々に広がる。この溶接痕の幅が十分広がり、その幅（十分に広がった幅）で安定すると、材料の温度が十分に上がって溶け易くなっているため、レーザの出力を下げても十分な溶接が行われる。そこで、この溶接痕の幅が広がった状態で安定するタイミングで、パルス状のレーザのパルス波形が切り換えられ（ステップＳ６２）、続いて、熱伝導溶接が行われる（ステップＳ６３：図１３の符号５２参照）。即ち、注液栓３２６の頭部３２７及び蓋板３２の注液孔周縁部が十分に昇温したタイミングで、パルス状のレーザのパルス波形が切り換えられ、これにより、キーホール溶接から熱伝導溶接に切り換えられる。

本実施形態では、蓋板３２は、アルミ製であり、厚さが１．２ｍｍである。また、注液栓３２６は、アルミ製であり、頭部３２７の直径が４ｍｍ、頭部３２７の周縁部（パルス状のレーザが照射される部位）の厚さが０．３ｍｍ、挿入部３２８の直径が１．９ｍｍ、挿入部３２８の長さが２ｍｍである。また、パルス状のレーザの出力は、５．６ｋＷであり、照射範囲（パルス１回分の照射範囲）は、０．６ｍｍである。この注液栓３２６の頭部３２７と、蓋板３２の注液孔周縁部とが重なった状態で頭部３２７の周縁に沿ってパルス状のレーザでキーホール溶接すると、頭部３２７の周方向において１／６周程度の位置で、溶接痕の幅が広がった状態で安定する。このため、本実施形態では、この位置でキーホール溶接から熱伝導溶接に切り換えられる（図１３の符号５１、５２参照）。即ち、頭部３２７と注液孔周縁部との溶接部５０では、溶接開始位置からこの位置（１／６周程度の位置）までが、第一部位５１であり、該位置から溶接終了位置までが第二部位５２である。

前記切り換え後、注液栓３２６の頭部３２７の周縁に沿って、溶接痕が線状に連なるようにパルスレーザによる熱伝導溶接が行われる。そして、溶接部５０における溶接開始位置５１０を含む端部と重なるようにオーバーラップ部５２０が形成され、熱伝導溶接が終了する。これにより、蓋板３２の注液孔周縁部と注液栓３２６の頭部３２７とが接合される。

以上のように、注液孔３２５が注液栓３２６によって密閉（封止）されることで、蓄電素子１が完成する。

本実施形態の蓄電素子１、及び蓄電素子１の製造方法によれば、溶接部５０において、少なくとも最後の溶接痕が形成されるときに、溶接部５０において、少なくとも最後の溶接痕（熱伝導溶接による溶接痕）が形成されるときに該最後の溶接痕が形成される部位（キーホール溶接よる溶接痕によって形成された第一部位５１）に気泡が混入していても、レーザの出力が小さいため該レーザが前記気泡を貫通してブローホールを形成することが防がれる。これにより、溶接欠陥が抑えられた品質の高い蓄電素子が得られる。

本実施形態の溶接部５０では、第二部位５２が少なくともオーバーラップ部（溶接部５０における第一部位５１と重なっている第二部位側の端部）５２０を含むため、溶接部５０において第一部位５１と重なる部位５２０全体が熱伝導溶接によって形成される。このため、溶接時にブローホールの生じ易い部位（溶接部５０において第一部位５１と第二部位５２とが重なる部位）におけるブローホールが抑えられ、これにより、溶接欠陥がより抑えられた品質のより高い蓄電素子が得られる。

具体的に、本実施形態では、頭部３２７と注液孔周縁部との溶接部５０において、キーホール溶接によって形成された第一部位５１と、熱伝導溶接によって形成されたオーバーラップ部５２０とが重なっているため、該部位（第一部位５１と第二部位５２とが重なっている部位）における溶接欠陥（ブローホール等）が抑えられる。

また、ケース本体３１と蓋板３２との溶接部５０においても、キーホール溶接が行われた第一部位５１と、熱伝導溶接が行われたオーバーラップ部５２０とが重なっているため、該部位（第一部位５１と第二部位５２とが重なっている部位）における溶接欠陥（ブローホール等）が抑えられる。

次に、本発明に係る蓄電装置の一実施形態（第二実施形態）について図１４〜図１７を参照しつつ説明する。上述の実施形態における蓄電素子と同様の構成には同一符号を用いると共に説明を繰り返さず、異なる構成ついてのみ説明する。

蓄電装置１１は、外部端子４を有する少なくとも一つの蓄電素子１と、外部端子４に接続される少なくとも一つのバスバ１２と、を有する。本実施形態の蓄電装置１１は、複数の蓄電素子１と、複数のバスバ１２と、を備える。

バスバ１２は、蓄電装置１１に配置されている複数の蓄電素子１の外部端子４同士を導通可能に接続する。バスバ１２は、導電性を有する部材によって形成される。本実施形態のバスバ１２は、矩形の板状部材であり、アルミニウム、又は、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属材料によって形成されている。尚、複数のバスバ１２のうち少なくとも二つは、蓄電素子１の外部端子４と、蓄電装置１１の外部にある端子等とを導通可能に接続するのに用いられる。バスバ１２は、外部端子４の接続面４１と面接触するように外部端子４と接合されている。

また、蓄電装置１１は、蓄電素子１とバスバ１２との他に、蓄電素子１に隣接するスペーサ１１０と、蓄電素子１及びスペーサ１１０をひとまとめに保持する保持部材１１３とを備える。また、蓄電装置１１は、蓄電素子１と保持部材１１３との間に配置されるインシュレータ１１４も備える。

以上のように構成される蓄電装置１１は、以下のように製造される。

複数の蓄電素子１と、蓄電素子１間に配置されるスペーサ１１０と、が保持部材１１３によってひとまとめに保持される（ステップＳ１０）。このとき、インシュレータ１１４は、各蓄電素子１と保持部材１１３との間に配置されている。続いて、外部端子４とバスバ１２とがレーザ溶接される（ステップＳ１１）。このレーザ溶接は、以下の通りである。

蓄電素子１の製造方法における溶接と同様に、先ず、パルス状のレーザによるキーホール溶接がバスバ１２における所定の領域の周縁に沿って行われる（ステップＳ１１１）。この所定の領域は、バスバ１２と外部端子４との当接面（接続面４１）に沿った領域である。レーザ照射位置が最初に形成された溶接痕（即ち、溶接開始位置５１０）の手前で、パルス状のレーザのパルス波形が切り換えられ（ステップＳ１１２）、続いて、熱伝導溶接が行われる（ステップＳ１１３）。即ち、溶接部５０の溶接開始位置５１０を含む第一部位５１の端部と重なるように、第二部位５２（オーバーラップ部５２０）が形成される（図１５参照）。

このようにバスバ１２と外部端子４とがレーザ溶接によって接合されると、蓄電装置１１が完成する。

以上の蓄電装置１１及び蓄電装置１１の製造方法では、溶接部５０において、少なくとも最後の溶接痕が形成されるときに該最後の溶接痕が形成される部位（キーホール溶接よる溶接痕によって形成された第一部位５１）に気泡が混入していても、レーザの出力が小さいため該レーザが前記気泡を貫通してブローホールを形成することが防がれる。これにより、溶接欠陥が抑えられた品質の高い蓄電装置が得られる。

尚、本発明の蓄電素子は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。

上記第一及び第二実施形態では、ケース本体３１と蓋板３２、注液孔周縁部と頭部３２７、及び、外部端子４とバスバ１２の接合において、溶接部５０（溶接開始位置５１０を含む端部とオーバーラップ部５２０とが重なった溶接部５０）が形成されるように溶接されているが、この構成に限定されない。例えば、蓋板３２に安全弁を取り付ける等、蓄電素子１又は蓄電装置１１の製造時において、金属製の部材同士が重ね合わされた状態で接合される場合（即ち、金属製の第一部材と、第一部材と重なった状態で配置される金属製の第二部材とが接合される場合）に、溶接部５０が形成されるように溶接されればよい。具体的に、上記第一及び第二実施形態等に示す例では、ケース３（注液栓３２６を除く）が第一部材のときに、注液３２６栓が第二部材であり、ケース本体３１が第一部材のときに、蓋板３２が第二部材であり、外部端子４が第一部材のときに、バスバ１２が第二部材である。

上記第一及び第二実施形態の溶接部５０では、第一部位５１と第二部位５２との境界が溶接部５０におけるオーバーラップ部５２０の開始位置から溶接方向において離れた位置であるが、この構成に限定されない。例えば、前記境界位置は、オーバーラップ部５２０の開始位置の少し手前の位置（前記開始位置に近い位置）であってもよく、オーバーラップ部５２０上であってもよい。即ち、第二部位５２は、オーバーラップ部５２０より長くてもよく、短くてもよい。

上記第一及び第二実施形態の溶接部５０では、溶接開始位置（最初に形成された溶接痕）５１０と溶接終了位置（最後に形成された溶接痕）とが何れも溶接部５０が囲む所定の領域の周縁上にあるが、この構成に限定されない。例えば、図１８〜図２２に示すように、溶接開始位置５１０及び溶接終了位置５１２の少なくとも一方が、前記所定の領域（溶接部５０によって囲まれた領域）の周縁と異なる位置に形成されてもよい。この場合、溶接開始位置５１０又は溶接終了位置５１２は、前記所定の領域内に位置してもよく（図１８、図１９、図２２参照）、所定の領域外に位置してもよい（図２０、図２１参照）。尚、図１８〜図２２の溶接部５０において、第一部位５１と第二部位５２との境界位置を符号５１４で示す。

また、上記第一及び第二実施形態における溶接部５０では、最後に形成された溶接痕によって構成される第二部位５２の端部は、オーバーラップ部５２０上であるが、オーバーラップ部５２０上になくてもよい。

蓄電素子１及び蓄電装置１１において、溶接部５０が形成されるように溶接される部材は、ケース本体３１及び蓋板３２のみでもよく、蓋板３２の注液孔周縁部と頭部３２７のみでもよく、外部端子４とバスバ１２のみでもよい。

溶接部５０を形成する際に、キーホール溶接から熱伝導溶接に切り換える具体的なタイミングは、限定されない。溶接部５０が第一部位（キーホール溶接の溶接痕によって構成される部位）５１と第二部位（熱伝導溶接の溶接痕によって構成される部位）５２とを有し、少なくとも、第二部位５２が、溶接部５０において最後に形成された溶接痕を含んでいればよい。

上記第一及び第二実施形態では、第一部位５１及び第二部位５２の両方の部位が、出力波形がパルス状のレーザを用いた溶接によって形成されているが、この構成に限定されない。第二部位５２は、出力を図８の一点鎖線のピーク値程度とした連続光（連続発振）のレーザを用いた溶接（ＣＷ溶接等）によって形成されてもよい。この場合も、第二部位５２は、熱伝導溶接によって形成される。

上記第一及び第二実施形態の蓄電素子１は、電極が巻回された巻回型の電極体を備えているが、この構成に限定されない。蓄電素子１は、電極が積層された積層型の電極体を備えていてもよい。

また、上記第一及び第二実施形態においては、蓄電素子が充放電可能な非水電解質二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）として用いられる場合について説明したが、蓄電素子の種類や大きさ（容量）は任意である。また、上記第一及び第二実施形態において、蓄電素子の一例として、リチウムイオン二次電池について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、本発明は、種々の二次電池、その他、一次電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタの蓄電素子にも適用可能である。

１…蓄電素子、２…電極体、２１…巻芯、２２…積層体、３…ケース、３１…ケース本体、３１１…閉塞部、３１２…胴部、３１３…長壁部、３１４…短壁部、３２…蓋板、３２５…注液孔、３２６…注液栓（第二部材）、３２７…頭部、３２８…挿入部、３２９…基準凹部、３３…内部空間、３４…開口周縁部、４…外部端子、４１…接続面、５…集電体、６…絶縁部材、１１…蓄電装置、１１０…スペーサ、１１３…保持部材、１１４…インシュレータ、１２…バスバ、５０…溶接部、５１…第一部位、５１０…溶接開始位置、５２…第二部位、５２０…オーバーラップ部

Claims (8)

1. 金属製の第一部材と、
   前記第一部材と重なった状態で配置される金属製の第二部材と、を備え、
   前記第一部材と前記第二部材とが重なっている部位に、線状に連なる溶接痕によって構成される溶接部であって該第一部材と該第二部材とを接続する溶接部が形成され、
   前記溶接部は、
   出力波形がパルス状のレーザによるキーホール溶接の溶接痕によって形成された第一部位であって、該溶接部における最初に形成された溶接痕を含む第一部位と、
   前記第一部位と連なり且つレーザによる熱伝導溶接の溶接痕によって形成された第二部位であって、該溶接部における最後に形成された溶接痕を含む第二部位と、を有し、
   前記第二部位の一部が前記第一部位と重なることによって所定の領域を囲み、
   前記線状の溶接部において、前記第一部位と前記第二部位との境界は、該第一部位と該第二部位とが重なっている位置より前記最初に形成された溶接痕に近い位置にある、蓄電素子。
2. 電極体及び電解液を収容する内部空間が形成されるケースであって、前記電解液を前記内部空間に注入可能な注液孔と該注液孔を塞ぐ注液栓とを有するケースを備え、
   前記注液栓は、前記注液孔を覆うように前記ケースの注液孔周縁部と重なる頭部を有し、
   前記第二部材は、前記注液栓であり、
   前記第一部材は、前記注液栓を除いた前記ケースであり、
   前記所定の領域は、前記頭部である、請求項１に記載の蓄電素子。
3. 開口を有するケース本体と該ケース本体の開口周縁部に重ねられて前記開口を塞ぐ蓋板とを有するケースを、備え、
   前記第一部材は、前記ケース本体であり、
   前記第二部材は、前記蓋板であり、
   前記所定の領域は、前記ケース本体の開口である、請求項１に記載の蓄電素子。
4. 複数の蓄電素子を有する蓄電装置であって、
   該蓄電装置を構成する金属製の第一部材と、
   前記第一部材と重なった状態で配置される金属製の第二部材と、を備え、
   前記第一部材と前記第二部材とが重なっている部位に、線状に連なる溶接痕によって構成される溶接部であって該第一部材と該第二部材とを接続する溶接部が形成され、
   前記溶接部は、
   出力波形がパルス状のレーザによるキーホール溶接の溶接痕によって形成された第一部位であって、該溶接部における最初に形成された溶接痕を含む第一部位と、
   前記第一部位と連なり且つレーザによる熱伝導溶接の溶接痕によって形成された第二部位であって、該溶接部における最後に形成された溶接痕を含む第二部位とを有し、
   前記第二部位の一部が前記第一部位と重なることによって所定の領域を囲み、
   前記線状の溶接部において、前記第一部位と前記第二部位との境界は、該第一部位と該第二部位とが重なっている位置より前記最初に形成された溶接痕に近い位置にある、蓄電装置。
5. 前記複数の蓄電素子のうちの少なくとも一つの蓄電素子が有する外部端子に接続されるバスバを備え、
   前記外部端子は、前記バスバが面接触した状態で配置される接続面を有し、
   前記第一部材は、前記外部端子であり、
   前記第二部材は、前記バスバであり、
   前記所定の領域は、前記接続面に沿って設定される、請求項４に記載の蓄電装置。
6. 蓄電素子を構成するための金属製の第一部材及び第二部材が重なっている部位に対し、所定の領域の周縁に沿って溶接痕が線状に連なるように、出力波形がパルス状のレーザによってキーホール溶接を行うことと、
   前記キーホール溶接に続いて、前記所定の領域の周縁に沿って溶接痕が線状になるようにレーザによって熱伝導溶接を行うことと、を備え、
   前記キーホール溶接の溶接痕と前記熱伝導溶接の溶接痕とが前記所定の領域を囲むように連なることで形成される溶接部であって、前記第一部材と前記第二部材とを接続する溶接部が形成され、
   前記溶接部は、
   前記キーホール溶接の溶接痕によって形成された第一部位であって、該溶接部における最初に形成された溶接痕を含む第一部位と、
   前記第一部位と連なり且つ前記熱伝導溶接による溶接痕によって形成された第二部位であって、該溶接部における最後に形成された溶接痕を含む第二部位とを有し、
   前記第二部位の一部が前記第一部位と重なることによって所定の領域を囲み、
   前記線状の溶接部において、前記第一部位と前記第二部位との境界は、該第一部位と該第二部位とが重なっている位置より前記最初に形成された溶接痕に近い位置にある、蓄電素子の製造方法。
7. 複数の蓄電素子を有する蓄電装置を構成するための金属製の第一部材及び第二部材が重なっている部位に対し、所定の領域の周縁に沿って溶接痕が線状に連なるように、出力波形がパルス状のレーザによってキーホール溶接を行うことと、
   前記キーホール溶接に続いて、前記所定の領域の周縁に沿って溶接痕が線状になるようにレーザによって熱伝導溶接を行うことと、を備え、
   前記キーホール溶接の溶接痕と前記熱伝導溶接の溶接痕とが前記所定の領域を囲むように連なることで形成される溶接部であって、前記第一部材と前記第二部材とを接続する溶接部が形成され、
   前記溶接部は、
   前記キーホール溶接の溶接痕によって形成された第一部位であって、該溶接部における最初に形成された溶接痕を含む第一部位と、
   前記第一部位と連なり且つ前記熱伝導溶接による溶接痕によって形成された第二部位であって、該溶接部における最後に形成された溶接痕を含む第二部位とを有し、
   前記第二部位の一部が前記第一部位と重なることによって所定の領域を囲み、
   前記線状の溶接部において、前記第一部位と前記第二部位との境界は、該第一部位と該第二部位とが重なっている位置より前記最初に形成された溶接痕に近い位置にある、蓄電装置の製造方法。
8. 金属製の第一部材と、
   前記第一部材と重なった状態で配置される金属製の第二部材と、を備え、
   前記第一部材と前記第二部材とが重なっている部位に、線状に連なる溶接痕によって形成される溶接部であって該第一部材と該第二部材とを接続する溶接部が形成され、
   前記溶接部は、
   出力波がパルス状のレーザによるキーホール溶接の溶接痕によって形成された第一部位であって、該溶接部における最初に形成された溶接痕を含む第一部位と、
   前記第一部位と連なり且つレーザによる熱伝導溶接の溶接痕によって形成された第二部位であって、該溶接部における最後に形成された溶接痕を含む第二部位と、を有し、
   前記第二部位の一部が前記第一部位と重なることによって所定の領域を囲み、
   前記最初に形成された溶接痕及び前記最後に形成された溶接痕の少なくとも一方は、前記所定の領域の周縁と異なる位置に形成され、
   前記線状の溶接部において、前記第一部位と前記第二部位との境界は、該第一部位と該第二部位とが重なっている位置より前記最初に形成された溶接痕に近い位置にある、蓄電素子。