JPH10249561A - 同種金属間の溶接方法とその方法によって正極リードを溶接した正極封口板を有するリチウム電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同種金属間を簡単に強固に溶接することがで
きるようにすることを課題とする。 【解決手段】 正極封口部材Ａは正極封口部材支持体１
０に固定され、コロナ放電用電極１１を処理すべきアル
ミニウム合金板製の正極封口板の上部に固定し、コロナ
放電処理を必要量の電圧を印加しながら数秒間で処理を
し正極封口板１のアルミニウム合金板の被溶接面を不純
物のない面に処理した後、レーザ溶接によって正極封口
板１の内面に正極リードを強固に溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は同種金属間、例えば
アルミニウム合金間の溶接方法に関する技術分野と、ア
ルミニウム合金間を溶接して構成した端子部を有してい
るリチウム電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】同種の金属間を溶接したものの例とし
て、アルミニウム合金の端子部を有するリチウム電池の
技術について、以下に述べる。

【０００３】正極活物質にコバルト酸リチウムやニッケ
ル酸リチウムのようなリチウム複合酸化物を使用し、負
極にリチウムイオンの吸蔵放出を行うことができる炭素
材料を使用したリチウム電池において、リチウム電極電
位に対し４Ｖ以上の強い酸化環境にさらされる正極集電
体には、酸化環境に耐え、導電性に優れ、箔膜上に加工
しやすいアルミニウムを主とした合金を使用するのが一
般的である。例えば特開昭６２−９０８６３号公報に
は、炭素質負極とリチウム複合酸化物正極の組合せで、
１５μｍのアルミニウム箔の端子を使用することが開示
されている。

【０００４】そして、正極集電体のアルミニウム箔に
は、電池の正極端子と電気的に接続することの必要性か
ら、正極集電体と同材料のアルミニウム合金のリボンが
正極リードとして正極集電体に溶接されている。通常、
正極活物質が塗布されている正極集電体のアルミニウム
合金箔は厚みが２０〜３０μｍであり、アルミニウム合
金の正極リードの厚みは０．０８〜０．１２ｍｍであ
る。そして、アルミニウム合金製の正極集電体と同じく
アルミニウム合金製の正極リードの溶接には超音波溶接
方法が採用されている。

【０００５】一方、正極リードを溶接する正極封口板も
強い酸化環境に曝され、正極集電体と同材料のアルミニ
ウム合金板から構成される。正極封口板のアルミニウム
合金板は電池の安全装置の機能の一部となっているため
厚みは０．３７〜０．４３ｍｍとアルミニウム合金製の
正極リードに比較して分厚い。

【０００６】従って、正極リードと正極封口板のアルミ
ニウム合金板の溶接には、被溶接材料が厚すぎて超音波
溶接を採用することができなかった。また、アルミニウ
ムを主とした合金間の溶接方法としては、その他にも抵
抗溶接方法が考えられるが、アルミニウム合金の表面に
は酸化アルミニウムが形成されているため抵抗溶接方法
を電池組み立て工程で採用することはできない。そこ
で、正極リードと正極封口板との両者は電池組み立て工
程において、レーザ溶接をするのが一般的であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、レーザ溶接に
よる場合、正極リードと正極封口板とが充分溶接されて
いない電池があったり、レーザ溶接によって正極リード
のアルミニウム合金に透孔があいていることがあり、正
極封口板を構成するアルミニウム合金板に溶接できてい
ない不良が発生することがあった。

【０００８】そこで、本発明は上記する従来の問題点を
解消することを課題とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は同種金属間の溶
接において、溶接面をコロナ放電処理することによって
安定した溶接条件を得ることが可能になる。また、より
好ましくはコロナ放電処理を施した上にレーザ溶接を行
い、場合によっては溶接時複数回レーザ照射することに
よって、レーザ照射強度をあまり高くしないで引張強度
が充分な溶接が可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、各請求項記載に係る形
態によって実施できるものであるが、特にリチウム電池
における実施の形態について詳述する。

【００１１】正極リードと正極封口板の構成部品である
アルミニウム板の合金組成の組合せは日本工業規格（Ｊ
ＩＳ）の合金番号から多数考えられる。

【００１２】そして、正極リードのアルミニウム合金と
溶接されるアルミニウム合金製の正極封口板は、ポリプ
ロピレン製のガスケットによって周囲が固定されている
ことが多い。従って、アルミニウム合金板の被溶接部分
は正極封口板の外部に位置する面となる。

【００１３】コロナ放電処理をするため、電池製造工程
の一部にコロナ放電処理工程を設けることが必要であ
る。

【００１４】正極封口板は正極封口部材支持体に固定さ
れていて、コロナ放電用電極を処理するアルミニウム合
金板の上部に固定させる。このコロナ放電処理には必要
量の電圧を印加し数秒間の短い処理時間で充分である。
アルミニウム合金板の表面は正極封口板の組み立て過程
で、特に油脂類が付着する可能性があり、目視では観察
されない不純物が正極リードとのレーザ溶接の障害と考
えられるが、約数秒間のコロナ放電は付着している油脂
類を酸化除去する作用があり、アルミニウム合金板の被
接着面は不純物のない面に処理され、レーザ溶接の障害
を除くことができる。

【００１５】通常はこの処理のみで、正極リードと正極
封口板のアルミニウム合金板のレーザ溶接は安定する
が、コロナ放電処理前の正極封口板の保管環境の温度が
高い等の問題があった場合は、やはり同様に不安定な溶
接工程となる。

【００１６】この原因は正極封口板であるアルミニウム
合金板表面の酸化物被膜が分厚く生成されるためと考え
られる。この時にはコロナ放電処理に加えてレーザ溶接
時にレーザ照射を２回以上加えることによって解決が可
能である。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１８】図１に正極封口部材の断面図を示す。図示
はしないが正極リードのアルミニウム合金板は厚み０．
０７〜０．１３ｍｍであり、溶接される厚み０．３９〜
０．４１ｍｍのアルミニウム合金製の正極封口板１はポ
リプロピレン製の第１ガスケット２と第２ガスケット３
に挟圧されている。正極封口板１の被溶接部分は電池封
口部材の外部に位置する面である。図１において、４は
正極封口板１の下部透孔であり、５は上部弁体、６は下
部弁体を示す。７はＰＴＣ素子を、また８は正極端子透
孔９を有する正極端子を示す。そして、正極封口板１は
下部弁体６，上部弁体５，ＰＴＣ素子７を通じて正極端
子８に電気的に接続されている。

【００１９】図２にコロナ放電処理するため、電池製造
工程の概略図を示す。図２において、正極封口部材Ａは
図１に示す状態とは逆にして正極封口部材支持体１０に
固定され、コロナ放電用電極１１を処理すべき正極封口
板１の上部に固定させる。このコロナ放電処理は１２ｋ
Ｖの電圧を印加し０．５秒間の処理時間で充分である。
０．５秒以下であれば処理が不十分であり溶接時、完全
にトラブルは解消しないが、０．５秒以上であれば充分
であった。

【００２０】なお、長時間のコロナ放電処理であっても
アルミニウム合金の表面には変化がなく次工程での溶接
時のトラブルは発生しない。電池組み立て設備の組み立
てスピードとコロナ放電処理時間は関係するので、約１
秒間程度が良い。

【００２１】正極封口板１の表面は正極封口部材Ａの組
み立て過程で、特に油脂類が付着する可能性があり、目
視では観察されない不純物が正極リードとのレーザ溶接
の障害と考えられるが、約１秒間のコロナ放電によって
付着している油脂類を酸化除去することができ、正極封
口板１の被接着面は不純物のない面に処理される。

【００２２】通常はこの処理のみで、正極リードと正極
封口部材Ａの正極封口板１のレーザ溶接は安定するが、
コロナ放電処理前の正極封口部材Ａの保管環境の温度が
高い場合は、不安定な溶接条件となる。

【００２３】この原因は正極封口板１の表面の酸化物被
膜が分厚く生成されるためと考えられる。この時にはコ
ロナ放電処理に加えてレーザ溶接のためのレーザ照射を
２回以上加えることによって解決可能である。

【００２４】また、幅３ｍｍ，厚み約０．１ｍｍのアル
ミニウム合金の正極リードと正極封口板１を構成する厚
み約０．４ｍｍのアルミニウム合金板を溶接するために
はレーザ照射エネルギーは１３〜２０ジュールが必要で
ある。

【００２５】複数回のレーザ照射は、被溶接材料表面の
酸化物被膜を１回目のレーザ照射で破壊し、酸化物のな
い金属面を露出させ２回目のレーザ照射でその金属面を
溶融接着する効果がある。

【００２６】リチウム電池に必要な溶接強度は幅３ｍｍ
の正極リードの場合、引張強度試験で３〜５ｋｇ以上を
目標に実験した。その結果を表１に示した。

【００２７】表１において、従来例は正極封口部材を組
み立て直後にその正極封口板に正極リードをレーザ溶接
した場合の例を示し、実施例１は正極封口部材を組み立
ててからその正極封口板をコロナ放電処理した後、その
正極封口板に正極リードをレーザ溶接した場合の例を示
し、実施例２では封口部材を組み立て後、４５℃，湿度
９０％に１週間保管後に正極封口板をコロナ放電処理を
してその後、正極封口板に正極リードをレーザ溶接した
場合を示している。

【００２８】また、実施例３では封口部材を組み立て
後、４５℃，湿度９０％に１週間保管後に正極封口板を
コロナ放電処理をしてその後、正極封口板に正極リード
を２回パルスのレーザ溶接をした場合を示している。

【００２９】

【表１】

【００３０】また、レーザ照射条件は１回照射は設定電
圧は１２ｋＶであり、コロナ放電処理時間は１０ｍ秒と
し、２回照射は１回照射と同設定電圧の条件設定である
ため種々検討し、０．６ｍ秒オンし、次いで０．６ｍ秒
オフし、次に０．６ｍ秒オンとした。

【００３１】封口部材資料は各５０個としレーザ溶接に
より正極リードに透孔ができた資料を不良品とした。た
だし、良品は全て引張強度試験で３ｋｇ以上である。

【００３２】実施例１の結果のように通常の場合は、コ
ロナ放電処理で充分であるが電池部品が滞留した場合等
は、複数回パルス方式のレーザ溶接を採用した方がより
良い結果をもたらすことが表１よりわかる。

【００３３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は同種金
属間の溶接においてその溶接面を溶接に先だってコロナ
放電処理をすることにより、強固に溶接することが簡単
にできるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるリチウム電池の正極封
口部材の断面図

【図２】同実施例におけるリチウム電池の正極封口部材
の正極封口板のコロナ放電処理工程を示す要部断面図

【符号の説明】

１ 正極封口板 ２ 第１ガスケット ３ 第２ガスケット ５ 上部弁体 ６ 下部弁体 ７ ＰＴＣ素子 ８ 正極端子 １０ 正極封口部材支持体 １１ コロナ放電用電極 Ａ 正極封口部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ // Ｂ２３Ｋ 101:38 103:10 (72)発明者 大尾 文夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同種金属間を溶接するのに先立って、少
   なくとも一方の金属の溶接面にコロナ放電による処理を
   施して、溶接面に存在する金属酸化物ならびに油脂類の
   除去を行った後、既知の溶接方法によって同種金属間を
   溶接することを特徴とする同種金属間の溶接方法。
2. 【請求項２】 同種金属間をアルミニウムを主とする合
   金としたことを特徴とする請求項１記載の同種金属間の
   溶接方法。
3. 【請求項３】 既知の溶接方法はレーザ溶接法としたこ
   とを特徴とする請求項１記載の同種金属間の溶接方法。
4. 【請求項４】 レーザ溶接法は複数のパルス方式のレー
   ザ溶接法としたことを特徴とする請求項３記載の同種金
   属間の溶接方法。
5. 【請求項５】 アルミニウムを主とした合金製の正極リ
   ードと、リチウム電池を密封するためのアルミニウムを
   主とした合金の内面を有する正極封口板とを有し、前記
   正極封口板の内面はコロナ放電処理を施した後、前記正
   極リードに溶接されていることを特徴とする正極リード
   を溶接した正極封口板を有するリチウム電池。
6. 【請求項６】 正極封口板の内面はコロナ放電処理を施
   した後、正極リードにレーザ溶接したものであることを
   特徴とする請求項５記載の正極リードを溶接した正極封
   口板を有するリチウム電池。
7. 【請求項７】 レーザ溶接は複数のパルス方式による溶
   接であることを特徴とする請求項６記載の正極リードを
   溶接した正極封口板を有するリチウム電池。