JP6493188B2

JP6493188B2 - 電池の製造方法

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Publication number: JP6493188B2
Application number: JP2015239900A
Authority: JP
Inventors: 浩哉梅山; 一郎村田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2035-12-09
Also published as: JP2017107709A

Description

本発明は、電極板のうち集電箔が露出した箔露出部を、集電体のうち板状の接続部に、厚み方向に複数の箔露出部が重なる形態で突き当てて溶接してなる電池の製造方法に関する。

電極板（正極板または負極板）と集電体（正極集電体または負極集電体）とを集電タブを介することなく直接接続した、いわゆるタブレス構造を有する電池が知られている。即ち、電極板のうち集電箔が露出した箔露出部を、その厚み方向に複数の箔露出部が重なる状態で、集電体のうち板状をなす接続部に突き当てて溶接した電池である。

例えば特許文献１に、このような電池が開示されている（特許文献１の図３，４等を参照）。特許文献１の電池は、正極板と負極板とが多孔質絶縁層を介して捲回された円筒状の電極群（電極体）を備える。この電池では、電極群の軸線方向の一方側において、正極板の正極集電体露出部（正極箔露出部）を、円板状の正極集電端子板（正極集電体）に突き当てて溶接している。また、電極群の軸線方向の他方側において、負極板の負極集電体露出部（負極箔露出部）を、円板状の負極極集電端子板（負極集電体）に突き当てて溶接している。

特開２０１１−１７０９７２号公報

しかしながら、電極板の箔露出部を集電体の接続部に突き当ててレーザ溶接により両者を溶接する場合には、以下の不具合が生じ得る。即ち、レーザ光により集電体の接続部を裏面から対向面まで十分に溶融させると、多量の溶融金属が出来る。すると、厚み方向に隣り合う箔露出部同士の間隙のうち、ある部分では、多くの溶融金属が毛細管現象によって吸い上げられる。一方、その部分に隣接する部分では、溶融金属が不足するために、集電体の接続部と電極板の箔露出部との接合が十分でない状態となる。このように、集電体の接続部と箔露出部との接合強度が強い部分と弱い部分とが存在する不均一な接合となる。

また、集電体の接続部を裏面から対向面まで十分に溶融させるべく、レーザの出力を高くすると、レーザ光により形成されるキーホールが集電体の接続部を貫通する場合がある。すると、スパッタが対向面から電極板にまで飛散したり、貫通孔が空いてレーザ光が電極板にまで届くことにより、活物質層を構成する樹脂結着剤等の材料が劣化するなどの不具合が生じるおそれがある。一方、キーホールが集電体の接続部を貫通するのを防止すべく、レーザの出力を抑えると、接続部が対向面まで十分に溶融せず、集電体の接続部と電極板の箔露出部とを溶接できない場合がある。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、集電体の接続部と電極板の箔露出部とを場所によらず均一な接合強度でレーザ溶接できると共に、キーホールが集電体の接続部を貫通するのを防止できる電池の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の一態様は、集電箔を含む１または複数の電極板のうち上記集電箔の両主面が厚み方向に露出した箔露出部を、上記電極板に対向する対向面とこの対向面の裏面とを含む板状の接続部を有する集電体の上記接続部に、上記厚み方向に複数の上記箔露出部が重なる形態で、上記対向面側から突き当てて溶接してなる電池の製造方法であって、上記対向面及び上記裏面を含む板状で、上記対向面に設けられ溝延伸方向に延びる凹溝を含む溶接前接続部を有する溶接前集電体の上記溶接前接続部に、上記１又は複数の電極板の上記箔露出部を、上記厚み方向に複数の上記箔露出部が重なり、かつ、これらの箔露出部がそれぞれ上記凹溝を跨ぐ形態に、上記対向面側から突き当てる突当工程と、上記溶接前接続部のうち上記凹溝の裏側の溝裏部に、上記裏面側からレーザ光を照射しつつ上記溝延伸方向に走査して、上記複数の箔露出部をそれぞれ上記接続部に溶接する溶接工程と、を備え、上記溶接工程において、上記レーザ光により、上記溶接前接続部のうち上記溝裏部を挟んだ位置に、上記裏面から上記対向面に向けて延び、頂部が上記溶接前接続部内に位置する一対のキーホールを形成し、かつ、上記溶接前接続部のうち上記一対のキーホール間の上記溝裏部を含む部位を、上記裏面から上記対向面まで溶融させる電池の製造方法である。

上述の電池の製造方法によれば、溶接前集電体の溶接前接続部の溝裏部は、凹溝を設けた分だけ板厚が薄くなっているので、レーザ溶接時に凹溝の分だけ溶融金属の量を少なくできる。このため、凹溝を設けないために多量の溶融金属ができて毛細管現象が不均一に生じ、厚み方向に隣り合う箔露出部同士の間隙に吸い上げられる溶融金属の量が不均一になるのを抑制できる。よって、集電体の接続部と電極板の箔露出部とを場所によらず均一な強度で接合できる。
更に、溶接工程では、上述のように、溝裏部を挟む一対のキーホールの頂部が溶接前接続部内に位置するようにレーザ溶接している。このため、キーホールが溶接前接続部を貫通して、対向面からスパッタが電極板にまで飛散したり、貫通孔が空いてレーザ光が電極板にまで届くのを防止できる。

更に、上記の電池の製造方法であって、前記集電体は、銅からなる電池の製造方法とすると良い。

溶融銅は、溶融アルミニウムなどに比して表面張力が強いので、不均一に毛細管現象が生じ易く、箔露出部同士の間隙に吸い上げられる溶融銅の量が不均一になり易い。しかし、前述のように、溶接前集電体に凹溝を設けたことで、溶融銅の量を少なくできるので、不均一に毛細管現象が生じるのを抑制し、箔露出部同士の間隙に吸い上げられる溶融銅の量が不均一になるのを抑制できる。よって、集電体が銅からなるにも拘わらず、集電体の接続部と電極板の箔露出部とを場所によらず均一な強度で接合できる。

実施形態に係る電池の縦断面図である。実施形態に係る電極体の斜視図である。実施形態に係り、正極板及び負極板をセパレータを介して互いに重ねた状態を示す、電極体の展開図である。実施形態に係る電池のうち、正極集電板（または負極集電板）と正極板の正極箔露出部（または負極板の負極箔露出部）との接合部分を拡大した部分拡大断面図である。実施形態に係る溶接前正極集電板（または溶接前負極集電板）の対向面側から見た平面図である。実施形態に係る溶接前正極集電板（または溶接前負極集電板）の図５におけるＡ−Ａ断面図である。実施形態に係り、溶接前正極集電板（または溶接前負極集電板）に正極板の正極箔露出部（または負極板の負極箔露出部）を突き当てた状態を示す説明図である。実施形態に係るレーザ光のビームパターン（第１ビームパターン）を示す説明図である。実施形態に係り、照射するレーザ光のビームパターン（第１ビームパターン）と、照射された溶接前正極集電板（または溶接前負極集電板）の溶融状態との関係を示す説明図である。比較例２，４，６に係り、正極集電板（または負極集電板）と正極板の正極箔露出部（または負極板の負極箔露出部）との接合部分を拡大した部分拡大断面図である。比較例３，４に係るレーザ光のビームパターン（第２ビームパターン）を示す説明図である。比較例４に係り、照射するレーザ光のビームパターン（第２ビームパターン）と、照射された溶接前正極集電板の溶融状態との関係を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に、本実施形態に係る電池１の縦断面図を示す。また、図２及び図３に、この電池１を構成する電極体２０の斜視図及び展開図を示す。また、図４に、電池１のうち、正極集電板（正極集電体）５０または負極集電板（負極集電体）６０と、正極板２１の正極箔露出部２１ｍまたは負極板３１の負極箔露出部３１ｍとの接合部分の部分拡大断面図を示す。
この電池１は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両や、ハンマードリル等の電池使用機器などに搭載される円柱状のリチウムイオン二次電池である。電池１は、電池ケース１０と、この内部に収容された電極体２０と、この電極体２０に接合された正極集電板５０及び負極集電板６０等から構成される。また、電池ケース１０内には、非水電解液１９が収容されており、その一部は電極体２０内に含浸されている。

このうち電池ケース１０は、円柱状で金属（本実施形態ではアルミニウム）からなる。この電池ケース１０は、その軸線方向の一方側（図１中、上方）が開口する一方、軸線方向の他方側（図１中、下方）が閉塞した有底円筒状の本体部材１１と、この本体部材１１の開口部１１ｈを閉塞する円板状の蓋部材１３とから構成される。このうち蓋部材１３は、絶縁性樹脂からなるリング状のシール部材１５を介して、本体部材１１の開口部１１ｈに加締め固定されている。この蓋部材１３は、後述するようにリード部材１７を介して正極集電板５０に電気的に接続しており、電池１の正極端子を兼ねている。一方、本体部材１１は、後述するように負極集電板６０に接続しており、電池１の負極端子を兼ねている。

次に、電極体２０について説明する（図１〜図４参照）。この電極体２０は、帯状の正極板２１と帯状の負極板３１とを、帯状の一対のセパレータ４１，４１を介して互いに重ね（図３参照）、軸線ＡＸ周りに円筒状に捲回したものである（図２参照）。

正極板２１は、帯状のアルミニウム箔からなる正極集電箔２２の両主面２２ａ，２２ａのうち、幅方向の一部でかつ長手方向に延びる領域上に、正極活物質層２３，２３を帯状に設けてなる。正極活物質層２３には、正極活物質、導電材（導電助剤）及び結着剤が含まれる。また、正極板２１のうち幅方向の片方の端部は、厚み方向ＢＨ（図３において紙面に直交する方向，図４参照）に正極活物質層２３が存在せず、厚み方向ＢＨに正極集電箔２２の両主面２２ａ，２２ａが露出した正極箔露出部２１ｍとなっている。正極板２１の幅方向の一部（正極箔露出部２１ｍの一部）は、負極板３１及びセパレータ４１，４１から軸線方向ＡＨの一方側ＡＳ（図１〜図４中、上方）に、厚み方向ＢＨに複数の正極箔露出部２１ｍが重なり渦巻き状となって突出している。これらの正極箔露出部２１ｍは、後述する正極集電板５０に突き当てた状態で正極集電板５０に接続し導通している（図１及び図４参照）。

負極板３１は、帯状の銅箔からなる負極集電箔３２の両主面３２ａ，３２ａのうち、幅方向の一部でかつ長手方向に延びる領域上に、負極活物質層３３，３３を帯状に設けてなる。負極活物質層３３には、負極活物質、結着剤及び増粘剤が含まれる。負極板３１のうち幅方向の片方の端部は、厚み方向ＢＨ（図３において紙面に直交する方向，図４参照）に負極活物質層３３が存在せず、厚み方向ＢＨに負極集電箔３２の両主面３２ａ，３２ａが露出した負極箔露出部３１ｍとなっている。負極板３１の幅方向の一部（負極箔露出部３１ｍの一部）は、正極板２１及びセパレータ４１，４１から軸線方向ＡＨの他方側ＡＴ（図１〜図３中、下方，図４中、上方）に、厚み方向ＢＨに複数の負極箔露出部３１ｍが重なり渦巻き状となって突出している。これらの負極箔露出部３１ｍは、後述する負極集電板６０に突き当てた状態で負極集電板６０に接続し導通している（図１及び図４参照）。
セパレータ４１は、樹脂製の多孔質膜からなり、帯状でフィルム状をなす。

正極集電板５０は、電極体２０（正極板２１）に対向する対向面５０ａとその裏面５０ｂとを有する円板状で、金属（本実施形態ではアルミニウム）からなる（図１及び図４参照）。なお、本実施形態では、正極集電板５０の全体が前述の「対向面と裏面とを含む板状の接続部」に該当する。
この正極集電板５０の対向面５０ａ側には、電極体２０の正極板２１のうち、厚み方向ＢＨに複数重なった正極箔露出部２１ｍが突き当てられており、正極集電板５０の一部が一旦溶融した後に固化した溶融固化部５１を介して正極集電板５０と正極箔露出部２１ｍとが接合している。一方、正極集電板５０の裏面５０ｂ側には、前述のリード部材１７が接合している。このリード部材１７は、他方で電池ケース１０の蓋部材１３に接合している。

負極集電板６０は、電極体２０（負極板３１）に対向する対向面６０ａとその裏面６０ｂとを有する円板状で、金属（本実施形態では銅）からなる。なお、本実施形態では、負極集電板６０の全体が前述の「対向面と裏面とを含む板状の接続部」に該当する。
この負極集電板６０の対向面６０ａ側には、電極体２０の負極板３１のうち、厚み方向ＢＨに複数重なった負極箔露出部３１ｍが突き当てられており、負極集電板６０の一部が一旦溶融した後に固化した溶融固化部６１を介して負極集電板６０と負極箔露出部３１ｍとが接合している。一方、負極集電板６０の裏面６０ｂ側は、電池ケース１０の本体部材１１の底部１１ｔに接合している。

次いで、上記電池１の製造方法について説明する（図５〜図９参照）。まず、帯状のアルミニウム箔からなる正極集電箔２２の両主面２２ａ，２２ａのうち、幅方向の一部でかつ長手方向に延びる領域上に、正極活物質層２３，２３を帯状に設けて、正極板２１の幅方向の片方の端部に正極箔露出部２１ｍを有する正極板２１を形成する。
また別途、帯状の銅箔からなる負極集電箔３２の両主面３２ａ，３２ａのうち、幅方向の一部でかつ長手方向に延びる領域上に、負極活物質層３３，３３を帯状に設けて、負極板３１の幅方向の片方の端部に負極箔露出部３１ｍを有する負極板３１を形成する。
次に、これらの正極板２１及び負極板３１を一対のセパレータ４１，４１を介して互いに重ね（図３参照）、巻き芯を用いて軸線ＡＸ周りに捲回して、円筒状捲回型の電極体２０を形成する（図２参照）。

次に、アルミニウムからなる溶接前正極集電板（溶接前集電体）５０ｘを用意する（図５及び図６参照）。この溶接前正極集電板５０ｘは、対向面５０ａ及びその裏面５０ｂを含む厚みＴａ＝０．６０ｍｍの円板状である。溶接前正極集電板５０ｘの対向面５０ａには、溶接前正極集電板５０ｘの中心５０ｇから溶接前正極集電板５０ｘの周縁５０ｆまで径方向に延びる（溝延伸方向ＦＨに延びる）４つの凹溝５３が、９０度毎に形成されている。各凹溝５３の幅Ｗａは、０．２０〜１．００ｍｍとするのが好ましく、本実施形態では、Ｗａ＝０．５０ｍｍである。また、各凹溝５３の深さＨａは、０．１０〜０．５０ｍｍとするのが好ましく、本実施形態では、Ｈａ＝０．１５ｍｍである。また、溶接前正極集電板５０ｘのうち凹溝５３の裏側の溝裏部５５の厚みＴｃ（図９参照）は、Ｔｃ＝０．４５ｍｍである。なお、本実施形態では、溶接前正極集電板５０ｘの全体が前述の「対向面と裏面とを含む板状で、凹溝を含む溶接前接続部」に該当する。

次に、「突当工程」において、電極体２０の軸線ＡＸが溶接前正極集電板５０ｘの中心５０ｇを通るように、電極体２０の軸線方向ＡＨの一方側ＡＳの端部を、溶接前正極集電板５０ｘに対向面５０ａ側から突き当てる（図７参照）。これにより、電極体２０の正極板２１のうち厚み方向ＢＨに複数重なった正極箔露出部２１ｍがそれぞれ凹溝５３を跨ぐ形態に、正極箔露出部２１ｍを溶接前正極集電板５０ｘに対向面５０ａ側から突き当てることができる。

次に、「溶接工程」において、溶接前正極集電板５０ｘのうち凹溝５３の裏側の溝裏部５５に、それぞれ、裏面５０ｂ側からレーザ光ＬＢを照射しつつ溝延伸方向ＦＨに走査して、複数の正極箔露出部２１ｍをそれぞれ溶接前正極集電板５０ｘ（正極集電板５０）に溶接する（図８、図９及び図４参照）。この溶接工程では、レーザ光ＬＢにより、溶接前正極集電板５０ｘのうち溝裏部５５を挟んだ位置に、裏面５０ｂから対向面５０ａに向けて延び、頂部５０ｈｓが溶接前正極集電板５０ｘ内に位置する一対のキーホール５０ｈ，５０ｈを形成する。またこれと共に、レーザ光ＬＢにより、溶接前正極集電板５０ｘのうち一対のキーホール５０ｈ，５０ｈ間の溝裏部５５を含む部位５７を、裏面５０ｂから対向面５０ａまで溶融させる。

具体的には、図８及び図９に示すＤＯＥ（ディフラクティブオプティクス，回折光学素子）ビームパターンを有するレーザ光ＬＢにより溶接する。即ち、このＤＯＥビームパターンは、スポット径が４０μｍで、間隔Ｃａ＝（凹溝５３の幅Ｗａ＋０．２０）＝０．７０ｍｍをあけて配置されたエネルギ密度の高い２つのピーク（ピークＰ１及びピークＰ２）と、これらのピークＰ１，Ｐ２を含むスポット径Ｄａ＝（凹溝５３の幅Ｗａ＋０．３０）＝０．８０ｍｍでエネルギ密度の低いピークＰ３とからなる。ピークＰ１，Ｐ２のパワー密度は、それぞれ１．０×１０⁶〜１．０×１０⁸Ｗ／ｃｍ²とするの好ましく、本実施形態では、１．０×１０⁷Ｗ／ｃｍ²である。また、ピークＰ３のパワー密度は、１．０×１０⁴〜１．０×１０⁶Ｗ／ｃｍ²とするのが好ましく、本実施形態では、１．０×１０⁵Ｗ／ｃｍ²である。

このようなビームパターンを有するレーザ光ＬＢを用いることで、エネルギ密度の高いピークＰ１及びピークＰ２によって、溶接前正極集電板５０ｘのうち溝裏部５５を挟んだ位置に、裏面５０ｂから対向面５０ａに向けて延び、頂部５０ｈｓが溶接前正極集電板５０ｘ内に位置する一対のキーホール５０ｈ，５０ｈを形成できる。これと共に、エネルギ密度が低くスポット径Ｄａが大きいピークＰ３によって、溶接前正極集電板５０ｘのうち一対のキーホール５０ｈ，５０ｈ間の部位５７を、裏面５０ｂから対向面５０ａまで溶融させることができる。
この溶接工程により、正極集電板５０と正極板２１の正極箔露出部２１ｍとが溶融固化部５１を介して接合する。なお、溶融固化部５１のうち、凹溝５３よりも裏面５０ｂ側に位置する部分の外周面と、正極集電板５０の対向面５０ａとのなす角αは、６０度以上となる（図９参照）。

次に、銅からなる溶接前負極集電板（溶接前集電体）６０ｘを用意する（図５及び図６参照）。この溶接前負極集電板６０ｘは、対向面６０ａ及びその裏面６０ｂを含む厚みＴｂ＝０．６０ｍｍの円板状である。溶接前負極集電板６０ｘの対向面６０ａには、溶接前負極集電板６０ｘの中心６０ｇから溶接前負極集電板６０ｘの周縁６０ｆまで径方向に延びる（溝延伸方向ＦＨに延びる）４つの凹溝６３が、９０度毎に形成されている。各凹溝６３の幅Ｗｂは、正極の場合と同様に、０．２０〜１．００ｍｍとするのが好ましく、本実施形態では、Ｗｂ＝０．５０ｍｍである。また、各凹溝６３の深さＨｂは、０．１０〜０．５０ｍｍとするのが好ましく、本実施形態では、Ｈｂ＝０．１５ｍｍである。また、溶接前負極集電板６０ｘのうち凹溝６３の裏側の溝裏部６５の厚みＴｄは、Ｔｄ＝０．４５ｍｍである。なお、本実施形態では、溶接前負極集電板６０ｘの全体が前述の「対向面と裏面とを含む板状で、凹溝を含む溶接前接続部」に該当する。

次に、「突当工程」において、電極体２０の軸線ＡＸが溶接前負極集電板６０ｘの中心６０ｇを通るように、電極体２０の軸線方向ＡＨの他方側ＡＴの端部を、溶接前負極集電板６０ｘに対向面６０ａ側から突き当てる（図７参照）。これにより、電極体２０の負極板３１のうち厚み方向ＢＨに複数重なった負極箔露出部３１ｍがそれぞれ凹溝６３を跨ぐ形態に、負極箔露出部３１ｍを溶接前負極集電板６０ｘに対向面６０ａ側から突き当てることができる。

次に、「溶接工程」において、溶接前負極集電板６０ｘのうち凹溝６３の裏側の溝裏部６５に、それぞれ、裏面６０ｂ側からレーザ光ＬＢを照射しつつ溝延伸方向ＦＨに走査して、複数の負極箔露出部３１ｍをそれぞれ溶接前負極集電板６０ｘ（負極集電板６０）に溶接する（図８、図９及び図４参照）。この溶接工程では、レーザ光ＬＢにより、溶接前負極集電板６０ｘのうち溝裏部６５を挟んだ位置に、裏面６０ｂから対向面６０ａに向けて延び、頂部６０ｈｓが溶接前負極集電板６０ｘ内に位置する一対のキーホール６０ｈ，６０ｈを形成する。またこれと共に、レーザ光ＬＢにより、溶接前負極集電板６０ｘのうち一対のキーホール６０ｈ，６０ｈ間の溝裏部６５を含む部位６７を、裏面６０ｂから対向面６０ａまで溶融させる。

具体的には、正極の場合と同様に、図８及び図９に示すＤＯＥビームパターンを有するレーザ光ＬＢにより溶接する。即ち、このＤＯＥビームパターンは、正極の場合と同様に、スポット径が４０μｍで、間隔Ｃｂ＝（凹溝６３の幅Ｗｂ＋０．２０）＝０．７０ｍｍをあけて配置されたエネルギ密度の高い２つのピーク（ピークＰ１及びピークＰ２）と、これらのピークＰ１，Ｐ２を含むスポット径Ｄｂ＝（凹溝６３の幅Ｗｂ＋０．３０）＝０．８０ｍｍでエネルギ密度の低いピークＰ３とからなる。ピークＰ１，Ｐ２のパワー密度は、それぞれ１．０×１０⁶〜１．０×１０⁸Ｗ／ｃｍ²とするのが好ましく、本実施形態では、１．０×１０⁷Ｗ／ｃｍ²である。また、ピークＰ３のパワー密度は、１．０×１０⁴〜１．０×１０⁶Ｗ／ｃｍ²とするのが好ましく、本実施形態では、１．０×１０⁵Ｗ／ｃｍ²である。

このようなビームパターンを有するレーザ光ＬＢを用いることで、エネルギ密度の高いピークＰ１及びピークＰ２によって、溶接前負極集電板６０ｘのうち溝裏部６５を挟んだ位置に、裏面６０ｂから対向面６０ａに向けて延び、頂部６０ｈｓが溶接前負極集電板６０ｘ内に位置する一対のキーホール６０ｈ，６０ｈを形成できる。これと共に、エネルギ密度が低くスポット径Ｄｂが大きいピークＰ３によって、溶接前負極集電板６０ｘのうち一対のキーホール６０ｈ，６０ｈ間の部位６７を、裏面６０ｂから対向面６０ａまで溶融させることができる。
この溶接工程により、負極集電板６０と負極板３１の負極箔露出部３１ｍとが溶融固化部６１を介して接合する。なお、溶融固化部６１のうち、凹溝６３よりも裏面６０ｂ側に位置する部分の外周面と、負極集電板６０の対向面６０ａとのなす角βは、６０度以上となる（図９参照）。

次に、リード部材１７及び蓋部材１３を用意し、リード部材１７の一端側を正極集電板５０の裏面５０ｂに溶接する共に、リード部材１７の他端側を蓋部材１３に溶接する。次に、電池ケース１０の本体部材１１を用意し、この中に上述の正極集電板５０及び負極集電板６０を接合した電極体２０を挿入する。その後、負極集電板６０を本体部材１１の底部１１ｔに溶接する。次に、本体部材１１内に非水電解液１９注液し、その後、蓋部材１３をシール部材１５を介して加締め固定して、本体部材１１の開口部１１ｈを閉塞する。その後は、この電池について、初充電や各種検査を行う。かくして、電池１が完成する。

（実施例及び比較例）
次いで、本発明の効果を検証するために行った試験の結果について説明する。下記の表１に示すように、凹溝の有無、凹溝の幅、ＤＯＥビームパターン、レーザ出力をそれぞれ変更して、正極集電板（または負極集電板）と電極体２０のうち正極板２１の正極箔露出部２１ｍ（または負極板３１の負極箔露出部３１ｍ）とをレーザ溶接した。

具体的には、実施例１では、溶接前正極集電板に幅Ｗａ＝０．２０ｍｍの凹溝を形成しておき、図８に示した実施形態と同様のＤＯＥビームパターン（これを第１ビームパターンとする。表１には「第１パターン」と記す。）により、レーザ出力８６０Ｗでレーザ溶接を行った。それ以外は実施形態と同様とした。
実施例２は、前述の実施形態と同様である。即ち、溶接前正極集電板に幅Ｗａ＝０．５０ｍｍの凹溝を形成しておき、第１ビームパターンにより、レーザ出力１２００Ｗでレーザ溶接を行った。
実施例３では、溶接前正極集電板に幅Ｗａ＝１．００ｍｍの凹溝を形成しておき、第１ビームパターンにより、レーザ出力１７６０Ｗでレーザ溶接を行った。それ以外は実施形態と同様とした。

一方、比較例１では、溶接前正極集電板に凹溝を設けず、図８に示した第１ビームパターンにより、レーザ出力１２００Ｗでレーザ溶接を行った。それ以外は実施形態と同様とした。
比較例２では、溶接前正極集電板に凹溝を設けず、第１ビームパターンにより、レーザ出力１４００Ｗでレーザ溶接を行った。それ以外は実施形態と同様とした。
比較例３では、溶接前正極集電板に凹溝を設けず、図１１に示したＤＯＥビームパターン（これを第２ビームパターンとする。表１には「第２パターン」と記す。）により、レーザ出力３００Ｗでレーザ溶接を行った。このＤＯＥビームパターンは、スポット径が４０μｍで、間隔Ｃｃ＝０．７０ｍｍをあけて配置された２つのピーク（ピークＰ４及びピークＰ５）のみからなる。それ以外は実施形態と同様とした。
比較例４では、溶接前正極集電板に凹溝を設けず、第２ビームパターンにより、レーザ出力１２００Ｗでレーザ溶接を行った。それ以外は実施形態と同様とした。

また、実施例４では、溶接前負極集電板にＷｂ＝幅０．２０ｍｍの凹溝を形成しておき、第１ビームパターンにより、レーザ出力１３６０Ｗでレーザ溶接を行った。それ以外は実施形態と同様とした。
実施例５は、前述の実施形態と同様である。即ち、溶接前負極集電板に幅Ｗｂ＝０．５０ｍｍの凹溝を形成しておき、第１ビームパターンにより、レーザ出力１９００Ｗでレーザ溶接を行った。
実施例６では、溶接前負極集電板に幅Ｗｂ＝１．００ｍｍの凹溝を形成しておき、第１ビームパターンにより、レーザ出力２７９０Ｗでレーザ溶接を行った。それ以外は実施形態と同様とした。

一方、比較例５では、溶接前負極集電板に凹溝を設けず、第１ビームパターンにより、レーザ出力１９００Ｗでレーザ溶接を行った。それ以外は実施形態と同様とした。
比較例６では、溶接前負極集電板に凹溝を設けず、第１ビームパターンにより、レーザ出力２１００Ｗでレーザ溶接を行った。それ以外は実施形態と同様とした。

実施例１〜６及び比較例１〜６のそれぞれについて、レーザ溶接時に形成されるキーホールの頂部の位置を調査した。キーホールの頂部が、図９の下方に示したように、溶接前正極集電板（または溶接前負極集電板）の内部に位置していたものを「集電板内」とした。一方、キーホールの頂部が、図１２の下方に示すように、溶接前正極集電板（または溶接前負極集電板）内に留まらずに貫通したものを「貫通」とした。その結果を表１に示す。

また、実施例１〜６及び比較例１〜６のそれぞれについて、溶接前正極集電板（または溶接前負極集電板）の対向面から飛散したスパッタの発生数（個／ｍｍ）を、顕微鏡を用いて目視にて測定した。その結果を表１に示す。

また、実施例１〜６及び比較例１〜６のそれぞれについて、正極集電板（または負極集電板）と正極板２１の正極箔露出部２１ｍ（または負極板３１の負極箔露出部３１ｍ）との接合状態を目視で観察した。正極集電板等と正極箔露出部２１ｍ等とが適切に接合されているものを「良好」とした。一方、正極集電板等と正極箔露出部２１ｍ等とが接合されていないものを「非接合」とした。また、正極集電板等と正極箔露出部２１ｍ等とが接合されているものの、図１０に示すように、場所により不均一に接合されているものを「不均一」とした。

表１から判るように、溶接前正極集電板に凹溝を設け、かつ、図８に示した第１ビームパターンによりレーザ溶接を行った実施例１〜３では、いずれも、キーホールの頂部が溶接前正極集電板内に位置し、対向面からのスパッタの発生がなく、かつ、正極集電板と正極箔露出部２１ｍとの接合状態が良好であった。一方、溶接前正極集電板に凹溝を設けなかった比較例１〜４では、キーホールの頂部が溶接前正極集電板を貫通したり、対向面からスパッタが発生したり、正極集電板と正極箔露出部２１ｍとの接合状態が「非接合」または「不均一」であった。

その理由は、以下であると考えられる。実施例１〜３では、溶接前正極集電板の溝裏部は、凹溝を設けた分だけ厚みＴｃが０．１５ｍｍ薄くＴｃ＝０．４５ｍｍとなっているので、レーザ溶接時に凹溝の分だけ溶融アルミニウムの量を少なくできる。このため、凹溝を設けないために多量の溶融アルミニウムができて毛細管現象が不均一に生じ、正極箔露出部２１ｍ同士の間隙に吸い上げられる溶融アルミニウムの量が不均一になるのを抑制できる。よって、正極集電板と正極箔露出部２１ｍとを場所によらず均一に接合できる。また、溝裏部を挟む一対のキーホールの頂部が溶接前正極集電板内に位置しているので、キーホールが溶接前正極集電板を貫通して、対向面からスパッタが発生するのを防止できたと考えられる。

一方、比較例１では、溶接前正極集電板に凹溝を設けず板厚が厚い（０．６０ｍｍ）のに対して、レーザ出力が低すぎるために、溶接前正極集電板が対向面まで十分に溶融しない。このため、正極集電板と正極箔露出部２１ｍとが接合できない。また、レーザ出力が低いため、一対のキーホールの頂部が溶接前正極集電板内に位置しているので、対向面からスパッタが発生しなかったと考えられる。
これに対し、比較例２では、溶接前正極集電板を対向面まで十分に溶融するべく、レーザ出力を高くしたため、一対のキーホールが図１２の下方に示したように溶接前正極集電板を貫通して、対向面からスパッタが発生したと考えられる。また、この比較例２では、凹溝を設けず板厚が厚かったために多量の溶融アルミニウムができて毛細管現象が不均一に生じ、正極箔露出部２１ｍ同士の間隙に吸い上げられる溶融アルミニウムの量が不均一になる。このため、図１０に示すように、正極集電板１５０と正極箔露出部２１ｍとの溶融固化部１５１を介した接合が、場所によって不均一になったと考えられる。

また、第１ビームパターンに代えて第２ビームパターンを用いた比較例３でも、溶接前正極集電板に凹溝を設けず板厚が厚いのに対して、レーザ出力が低すぎるために、溶接前正極集電板が裏面から対向面まで十分に溶融しない。このため、正極集電板と正極箔露出部２１ｍとが接合できない。また、レーザ出力が低いため、一対のキーホールの頂部が溶接前正極集電板内に位置しているので、対向面からスパッタが発生しなかったと考えられる。
これに対し、同じく第２ビームパターンを用いた比較例４では、溶接前正極集電板１５０ｘを対向面まで十分に溶融溶解するべく、レーザ出力を高くしたため、図１２に示すように、一対のキーホール１５０ｈ，１５０ｈの頂部が溶接前正極集電板１５０ｘを貫通して、対向面からスパッタが発生したと考えられる。また、この比較例４では、比較例２と同様に、多量の溶融アルミニウムができて毛細管現象が不均一に生じ、正極箔露出部２１ｍ同士の間隙に吸い上げられる溶融アルミニウムの量が不均一になる。このため、正極集電板１５０と正極箔露出部２１ｍとの溶融固化部１５１を介した接合が、場所によって不均一になったと考えられる（図１０参照）。

次に、溶接前負極集電板に凹溝を設け、かつ、図８に示した第１ビームパターンによりレーザ溶接を行った実施例４〜６では、いずれも、キーホールの頂部が溶接前負極集電板内に位置し、対向面からのスパッタの発生がなく、かつ、負極集電板と負極箔露出部３１ｍとの接合状態が良好であった。一方、溶接前負極集電板に凹溝を設けなかった比較例５，６では、キーホールの頂部が溶接前負極集電板を貫通したり、対向面からのスパッタの発生したり、負極集電板と負極箔露出部３１ｍとの接合状態が「非接合」または「不均一」であった。

その理由は、以下であると考えられる。正極の場合（実施例１〜３）と同様、実施例４〜６では、溶接前負極集電板の溝裏部は、凹溝を設けた分だけ厚みＴｄが０．１５ｍｍ薄くＴｄ＝０．４５ｍｍとなっているので、レーザ溶接時に凹溝の分だけ溶融銅の量を少なくできる。このため、凹溝を設けないために多量の溶融銅ができて毛細管現象が不均一に生じ、負極箔露出部３１ｍ同士の間隙に吸い上げられる溶融銅の量が不均一になるのを抑制できる。よって、負極集電板と負極箔露出部３１ｍとを場所によらず均一に接合できる。また、溝裏部を挟む一対のキーホールの頂部が溶接前負極集電板内に位置しているので、キーホールが溶接前負極集電板を貫通して、対向面からスパッタが発生するのを防止できたと考えられる。

一方、比較例５では、溶接前負極集電板に凹溝を設けず板厚が厚い（０．６０ｍｍ）のに対して、レーザ出力が低すぎるために、溶接前負極集電板が対向面まで十分に溶融しない。このため、負極集電板と負極箔露出部３１ｍとが接合できない。また、レーザ出力が低いため、一対のキーホールの頂部が溶接前負極集電板内に位置しているので、対向面からスパッタが発生しなかったと考えられる。
これに対し、比較例６では、溶接前負極集電板を対向面まで十分に溶融するべく、レーザ出力を高くしたため、一対のキーホールが溶接前負極集電板を貫通して、対向面からスパッタが発生したと考えられる。また、この比較例６では、凹溝を設けず板厚が厚かったために多量の溶融銅ができて毛細管現象が不均一に生じ、負極箔露出部３１ｍ同士の間隙に吸い上げられる溶融銅の量が不均一になる。このため、図１０に示すように、負極集電板１６０と負極箔露出部３１ｍとの溶融固化部１６１を介した接合が、場所によって不均一になったと考えられる。

以上で説明したように、本実施形態の電池１の製造方法では、溶接前正極集電板５０ｘの溝裏部５５は、凹溝５３を設けた分だけ厚みＴｃが薄くなっているので、レーザ溶接時に凹溝５３の分だけ溶融アルミニウムの量を少なくできる。このため、凹溝５３を設けないために多量の溶融アルミニウムができて毛細管現象が不均一に生じ、厚み方向ＢＨに隣り合う正極箔露出部２１ｍ同士の間隙に吸い上げられる溶融アルミニウムの量が不均一になるのを抑制できる。よって、正極集電板５０と正極板２１の正極箔露出部２１ｍとを場所によらず均一な強度で接合できる。更に、溶接工程では、溝裏部５５を挟む一対のキーホール５０ｈ，５０ｈの頂部５０ｈｓ，５０ｈｓが溶接前正極集電板５０ｘ内に位置するようにレーザ溶接している。このため、キーホール５０ｈが溶接前正極集電板５０ｘを貫通して、対向面５０ａからスパッタが正極板２１にまで飛散したり、貫通孔が空いてレーザ光ＬＢが正極板２１にまで届くのを防止できる。

また、本実施形態では、溶接前負極集電板６０ｘの溝裏部６５は、凹溝６３を設けた分だけ厚みＴｄが薄くなっているので、レーザ溶接時に凹溝６３の分だけ溶融銅の量を少なくできる。このため、凹溝６３を設けないために多量の溶融銅ができて毛細管現象が不均一に生じ、厚み方向ＢＨに隣り合う負極箔露出部３１ｍ同士の間隙に吸い上げられる溶融銅の量が不均一になるのを抑制できる。よって、負極集電板６０と負極板３１の負極箔露出部３１ｍとを場所によらず均一な強度で接合できる。更に、溶接工程では、溝裏部６５を挟む一対のキーホール６０ｈ，６０ｈの頂部６０ｈｓ，６０ｈｓが溶接前負極集電板６０ｘ内に位置するようにレーザ溶接している。このため、キーホール６０ｈが溶接前負極集電板６０ｘを貫通して、対向面６０ａからスパッタが負極板３１にまで飛散したり、貫通孔が空いてレーザ光ＬＢが負極板３１にまで届くのを防止できる。

更に、本実施形態では、負極集電板６０は、銅からなる。溶融銅は、溶融アルミニウムなどに比して表面張力が強いので、不均一に毛細管現象が生じ易く、負極箔露出部３１ｍ同士の間隙に吸い上げられる溶融銅の量が不均一になり易い。しかし、前述のように、負極集電板６０に凹溝６３を設けたことで、溶融銅の量を少なくできるので、不均一に毛細管現象が生じるのを抑制し、負極箔露出部３１ｍ同士の間隙に吸い上げられる溶融銅の量が不均一になるのを抑制できる。よって、負極集電板６０が銅からなるにも拘わらず、負極集電板６０と負極板３１の負極箔露出部３１ｍとを場所によらず均一な強度で接合できる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、実施形態では、電極体として、円筒状捲回型の電極体２０を例示したが、これに限られない。例えば、扁平状捲回型の電極体、即ち、帯状の正極板と帯状の負極板とを、帯状の一対のセパレータを介して互いに重ねて、軸線周りに扁平状に捲回した電極体でもよい。或いは、積層型の電極体、即ち、各々所定形状（例えば矩形状など）をなす複数の正極板及び複数の負極板を、セパレータを介して交互に複数積層した電極体でもよい。

１電池
２０電極体
２１正極板
２１ｍ正極箔露出部
２２正極集電箔
２２ａ主面
２３正極活物質層
３１負極板
３１ｍ負極箔露出部
３２負極集電箔
３２ａ主面
３３負極活物質層
５０正極集電板（正極集電体，接続部）
５０ｘ溶接前正極集電板（溶接前集電体，溶接前接続部）
５０ａ対向面
５０ｂ裏面
５０ｈキーホール
５０ｈｓ（キーホールの）頂部
５１溶融固化部
５３凹溝
５５溝裏部
５７（溝裏部を含む）部位
６０負極集電板（負極集電体，接続部）
６０ｘ溶接前負極集電板（溶接前集電体，溶接前接続部）
６０ａ対向面
６０ｂ裏面
６０ｈキーホール
６０ｈｓ（キーホールの）頂部
６１溶融固化部
６３凹溝
６５溝裏部
６７（溝裏部を含む）部位
ＢＨ厚み方向
ＦＨ溝延伸方向
ＬＢレーザ光

Claims

集電箔を含む１または複数の電極板のうち上記集電箔の両主面が厚み方向に露出した箔露出部を、
上記電極板に対向する対向面とこの対向面の裏面とを含む板状の接続部を有する集電体の上記接続部に、
上記厚み方向に複数の上記箔露出部が重なる形態で、上記対向面側から突き当てて溶接してなる
電池の製造方法であって、
上記対向面及び上記裏面を含む板状で、上記対向面に設けられ溝延伸方向に延びる凹溝を含む溶接前接続部を有する溶接前集電体の上記溶接前接続部に、上記１又は複数の電極板の上記箔露出部を、上記厚み方向に複数の上記箔露出部が重なり、かつ、これらの箔露出部がそれぞれ上記凹溝を跨ぐ形態に、上記対向面側から突き当てる突当工程と、
上記溶接前接続部のうち上記凹溝の裏側の溝裏部に、上記裏面側からレーザ光を照射しつつ上記溝延伸方向に走査して、上記複数の箔露出部をそれぞれ上記接続部に溶接する溶接工程と、を備え、
上記溶接工程において、
上記レーザ光により、
上記溶接前接続部のうち上記溝裏部を挟んだ位置に、上記裏面から上記対向面に向けて延び、頂部が上記溶接前接続部内に位置する一対のキーホールを形成し、かつ、
上記溶接前接続部のうち上記一対のキーホール間の上記溝裏部を含む部位を、上記裏面から上記対向面まで溶融させる
電池の製造方法。