JPH11111246A - 密閉電池およびその製造方法 - Google Patents

密閉電池およびその製造方法

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JPH11111246A
JPH11111246A JP10002417A JP241798A JPH11111246A JP H11111246 A JPH11111246 A JP H11111246A JP 10002417 A JP10002417 A JP 10002417A JP 241798 A JP241798 A JP 241798A JP H11111246 A JPH11111246 A JP H11111246A
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lid
welding
injection hole
liquid injection
sealed battery
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JP10002417A
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Naotada Okada
直忠 岡田
Masahiro Kato
昌浩 加藤
Katsuhisa Honma
克久 本間
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A&T Battery Corp
AT Battery KK
Original Assignee
Toshiba Corp
A&T Battery Corp
AT Battery KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 外装缶１の上端開口部に蓋体８を気密に接合
され、 かつ前記蓋体８の注液孔１０を封止蓋１４で気密
に封止した密閉電池を提供する。 【構成】 金属からなる有底角形の外装缶１と、この外
装缶１内に収納された発電要素３と、前記外装缶１の上
端開口部に溶接により接合され、ハーメティックにより
絶縁された電極端子１１および電解液の注液孔１０を有
する金属製蓋体８とを具備し、電解液を前記蓋体８の注
液孔１０を通して前記外装缶１内に注液し、前記注液孔
１０を塞いだ構造の密閉電池において、前記蓋体８は、
前記注液孔１０を含む外表面に金属板材からなる封止蓋
１４が前記注液孔１０に対して閉ループを構成するよう
に形成されたレーザ溶接による溶接軌跡１７を有するシ
ーム接合により取付けられていることを特徴としてい
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、密閉電池およびそ
の製造方法に関し、特に電解液の注液孔を封止する構造
を改良した密閉電池およびその製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】この種の密閉電池は、角型密閉電池を例
にとると次のような構造のものが知られている。 （１）開口部を有する金属からなる有底角形の外装缶内
に発電要素を収納し、この外装缶の開口部から電解液を
注液した後、前記外装缶の上端開口部にハーメティック
シールにより絶縁された電極端子を有する金属製蓋体を
溶接して接合することにより密閉した電池。
【０００３】（２）前記（１）と同様に電解液を注液し
た後、前記外装缶の上端開口部にハーメティックシール
により絶縁された電極端子を有する蓋体をかしめ接合す
ることにより密閉した電池。
【０００４】（３）開口部を有する金属からなる有底角
形の外装缶内に発電要素を収納し、この外装缶の開口部
にハーメティックシールにより絶縁された電極端子およ
び電解液の注液孔を有する金属板材からなる蓋体を溶接
して接合し、電解液を前記蓋体の注液孔を通して前記外
装缶内に注液した後、前記注液孔に球形状または釘形の
栓体を差込み、この栓体と前記蓋体を前記注液孔の近傍
でろう付けまたは抵抗溶接により接合し、前記注液孔を
塞いで密閉した電池。
【０００５】しかしながら、前述した（１）の構造を有
する角型密閉電池では外装缶の上端開口部に蓋体を溶接
する際、前記外装缶内に既に電解液が収容され、 電解液
が蒸発された雰囲気下でなされるため、 前記外装缶と前
記蓋体との溶接箇所に電解液蒸気が付着して溶接不良が
生じて密閉性が著しく低下される。
【０００６】前記（２）の構造を有する角型密閉電池で
は、蓋体がかしめ接合される外装缶が有底角形の形状を
有し、 円筒形の外装缶へのかしめ接合とは相違し、 辺と
コーナ部とでかしめの条件が異なるため、 かしめ接合後
の外装缶と蓋体との気密性が損なわれる問題があった。
前記（３）の構造を有する角型密閉電池では、前記栓体
が電解液が付着されている注液孔で抵抗溶接、ろう付け
がなされるため、前記電解液の蒸発により前記栓体の接
合不良を招く恐れがある。また、軽量化を図る目的で前
記蓋体をアルミニウムにより形成する場合、 前記栓体を
ろう付けや抵抗溶接により前記蓋体の注液孔に接合する
ことが困難になる。
【０００７】なお、前述した問題は注液孔が設けられる
位置が外装缶の底面や側面であっても、部位が異なるだ
けで、他の構成が変わらないため同様な問題が起こる。
また、角型の密閉電池のみならず、円筒型の密閉電池で
あっても、前記（１）の技術では角型と同様な理由から
溶接不良が生じて密閉性が低下する。前記（２）の技術
では円筒型の場合、かしめ条件が一定になるため、角型
よりも密閉性が増加するものの、溶接に比べて密閉性、
特に使用中での高温環境下での密閉性、が損なわれる。
前記（３）の技術では、角型と同様な理由から接合不良
が起こったり、接合自体が困難になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、外装缶の開
口部に蓋体を気密に接合し、 かつ前記蓋体または前記外
装缶の注液孔を金属封止蓋で気密に封止した構造を有す
る密閉電池およびその製造方法を提供しようとするもの
である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係わる密閉電池は、開口部を有する金属から
なる外装缶と、この外装缶内に収納され、セパレータを
挟んで対峙された正極および負極を有する発電要素と、
前記外装缶の開口部に溶接により接合された金属製の蓋
体と、前記発電要素に電気的に接続された電極端子と、
前記蓋体または外装缶に設けられ、電解液を前記外装缶
内に注液するための注液孔とを具備し、前記注液孔を塞
いだ構造を有する密閉電池において、金属からなる封止
蓋は、前記注液孔を含む前記蓋体または前記外装缶にレ
ーザ溶接によるシーム接合により取付けられ、かつ前記
封止蓋は、前記注液孔に対して閉ループを構成するよう
に形成された前記レーザ溶接による始点から終点への溶
接軌跡と、この閉ループの外側に位置する前記始点よび
終点のうちの少なくとも一方とを有することを特徴とす
るものである。
【００１０】本発明に係わる別の密閉電池は、開口部を
有する金属からなる外装缶と、この外装缶内に収納さ
れ、セパレータを挟んで対峙された正極および負極を有
する発電要素と、前記外装缶の開口部に溶接により接合
された金属製の蓋体と、前記発電要素に電気的に接続さ
れた電極端子と、前記蓋体または外装缶に設けられ、電
解液を前記外装缶内に注液するための注液孔とを具備
し、前記注液孔を塞いだ構造を有する密閉電池におい
て、金属からなる封止蓋は、前記注液孔を含む前記蓋体
または前記外装缶にレーザ溶接によるシーム接合により
取付けられ、かつ前記封止蓋は、前記注液孔に対して閉
ループを構成するように形成された前記レーザ溶接によ
る複数の溶接軌跡を有することを特徴とするものであ
る。
【００１１】前記各密閉電池において、封止蓋は前記閉
ループの外側に位置する前記蓋体または前記外装缶にス
ポット接合がなされていることが好ましい。本発明に係
わる密閉電池の製造方法は、金属からなる外装缶内にセ
パレータを挟んで対峙された正極および負極を有する発
電要素を収納する工程と、前記発電要素と電気的に接続
された電極端子を形成する工程と、前記外装缶の開口部
に金属製蓋体を溶接により接合する工程と、前記外装缶
内に電解液を注液孔を通して注液する工程と、前記注液
孔を含む前記蓋体または前記外装缶の外表面においてレ
ーザ溶接によって前記注液孔に対して閉ループを描くよ
うに始点から終点への溶接軌跡を形成しながら、前記閉
ループの外側に前記始点または前記終点のうちの少なく
とも一方を形成してシーム接合を行うことにより金属板
材からなる封止蓋を前記蓋体または外装缶に取付けて前
記注液孔を塞ぐ工程とを具備したことを特徴とするもの
である。
【００１２】本発明に係わる別の密閉電池の製造方法
は、金属からなる外装缶内にセパレータを挟んで対峙さ
れた正極および負極を有する発電要素を収納する工程
と、前記発電要素と電気的に接続された電極端子を形成
する工程と、前記外装缶の開口部に金属製蓋体を溶接に
より接合する工程と、前記外装缶内に電解液を注液孔を
通して注液する工程と、前記注液孔を含む前記蓋体また
は前記外装缶の外表面においてレーザ溶接によって前記
注液孔に対して閉ループを描くように複数の溶接軌跡を
形成してシーム接合を行うことにより金属板材からなる
封止蓋を前記蓋体または外装缶に取付けて前記注液孔を
塞ぐ工程とを具備したことを特徴とするものである。
【００１３】前記各密閉電池の製造方法において、シー
ム接合に先立って、前記閉ループの外側に位置する前記
金属製封止蓋の部位にスポット溶接して前記封止蓋を前
記蓋体または前記外装缶に仮固定することが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる密閉電池を
角型密閉電池を例として図面を参照して詳細に説明す
る。ここで、角型とは外装缶を発電要素を含む面で切断
したときの形状が長方形であることを意味するが、コー
ナ部においてアールが付けられることを許容するもので
ある。
【００１５】図１は、本発明に係わる密閉電池、例えば
角型密閉リチウムイオン二次電池を示す斜視図、図２は
図１の二次電池の上面図である。金属からなる有底矩形
筒状をなす外装缶１は、例えば正極端子を兼ね、底部内
面に絶縁フィルム２が配置されている。発電要素である
電極体３は、前記外装缶１内に収納されている。前記電
極体３は、負極４とセパレータ５と正極６とを前記正極
６が最外周に位置するように渦巻状に捲回した後、扁平
状にプレス成形することにより作製したものである。中
心付近にリード取出穴を有する例えば合成樹脂からなる
スペーサ７は、前記外装缶１内の前記電極体３上に配置
されている。
【００１６】金属製蓋体８は、前記外装缶１の上端開口
部に例えばレーザ溶接により気密に接合されている。前
記蓋体８の中心付近には、負極端子の取出し穴９が開口
され、かつこの取出し穴９から離れた箇所に電解液の注
液孔１０が開口されている。負極端子１１は、前記蓋体
８の穴９にガラス製または樹脂製の絶縁材１２を介して
ハーメティクシールされている。前記負極端子１１の下
端面には、リード１３が接続され、かつこのリード１３
の他端は前記電極体３の負極４に接続されている。
【００１７】金属板材からなる封止蓋１４は、前記蓋体
８の前記注液孔１０を通して電解液を注液した後におい
て前記注液孔１０を含む前記蓋体８の外表面にレーザ溶
接によるシーム接合により取付けられている。前記蓋体
８に対する前記封止蓋１４の取付けは、図２に示すよう
にレーザ溶接の始点１５から終点１６に至る溶接軌跡
（例えば円形の溶接軌跡）１７が前記注液孔１０を囲む
ように前記封止蓋１４に閉ループに形成されると共に、
前記溶接の始点１５または終点１６のうちの少なくとも
一方が前記溶接軌跡１７における閉ループ部分の外側に
位置するようにシーム接合することによりなされること
が好ましい。前記封止蓋１４に形成される前記溶接軌跡
１７における閉ループ部分の外側に位置する部分、例え
ば４つのコーナ部には、前記溶接軌跡１７の形成に先立
ってスポット溶接部１８がそれぞれ形成されていること
が好ましい。
【００１８】上部側絶縁紙１９は、前記封止蓋１４を含
む前記蓋体８の外表面全体に被覆されている。スリット
２０を有する下部側絶縁紙２１は、前記外装缶１の底面
に配置されている。二つ折りされたＰＴＣ（Positive
Thermal Coefficient ）素子２２は、一方の面が前記
外装缶１の底面と前記下部側絶縁紙２１の間に介装さ
れ、かつ他方の面が前記スリット２０を通して前記絶縁
紙２１の外側に延出されている。外装チューブ２３は、
前記外装缶１の側面から上下面の絶縁紙１９、２１の周
辺まで延出するように配置され、前記上部側絶縁紙１９
および下部側絶縁紙２１を前記外装缶１に固定してい
る。このような外装チューブ２３の配置により、外部に
延出された前記ＰＴＣ素子２２の他方の面が前記下部側
絶縁紙２１の底面に向けて折り曲げられる。
【００１９】次に、本発明に係わる密閉電池の製造方法
を詳細に説明する。まず、金属からなる有底角形の外装
缶１内の底面に絶縁紙２を配置し、この中に発電要素
（例えば正極６および負極４をセパレータ５を挟んで渦
巻き状に捲回し、扁平状に成形した電極体３）を収納す
る。なお、後述する充電可能な二次電池の場合には、充
電可能な形態の発電要素が用いられる。つづいて、前記
外装缶１内の前記電極体３上に中心付近にリード取出し
穴を有するスペーサ７を配置した後、絶縁材１２を介し
てハーメティックシールされた電極端子（負極端子１
１）および電解液の注液孔１０を有する金属製蓋体８を
前記外装缶１の上端開口部に例えばレーザ溶接により気
密に接合する。
【００２０】次いで、前記外装缶１内に電解液を前記蓋
体８の注液孔１０を通して注液する。つづいて、前記注
液孔１０を含む前記蓋体８の外表面に金属板材からなる
封止蓋１４をレーザ溶接によりシーム接合して前記注液
孔１０を塞ぐ。このレーザ溶接は、図２に示すようにそ
の始点１５から終点１６に至る溶接軌跡（例えば円形の
溶接軌跡）１７が前記注液孔１０を囲むように閉ループ
を形成して前記金属製封止蓋１４になされ、かつ前記溶
接の始点１５および終点１６を前記溶接軌跡１７の閉ル
ープ部分の外側に位置させることが好ましい。このレー
ザ溶接に先立って、図２に示すように前記溶接軌跡１７
の外側の前記封止蓋１４部分（例えば４つのコーナ部）
にスポット溶接してその溶接部１８により前記封止蓋１
４を前記蓋体８に仮固定することが好ましい。また、前
記封止蓋１４が溶接される前記蓋体８の表面粗さ（Ｒ
ａ）は、３μｍ以下であることが好ましい。
【００２１】次いで、前記蓋体８表面に絶縁紙１９を位
置し、かつ前記外装缶１の底部外面にスリット２０を有
する絶縁紙２１を配置すると共に、この絶縁紙２１に二
つ折りされたＰＴＣ素子２２を配置し、前記外装缶１を
含む全体を外装チューブ２３に入れ、このチューブ２３
を熱収縮することにより上部側の絶縁紙１９を前記蓋体
８に、下部側の絶縁紙２１およびＰＴＣ素子２２を前記
外装缶１の底部に固定して例えば前述した図１、図２に
示す構造の角型密閉リチウムイオン二次電池のような角
型密閉電池を製造する。
【００２２】前記外装缶は、例えばアルミニウム、ステ
ンレスまたは鉄から作られる。前記負極は、例えばリチ
ウムイオン二次電池の場合、リチウムイオンが出し入れ
される炭素質物質を含むペーストをアルミニウム薄板の
ような集電体の両面に保持させた構造を有する。
【００２３】前記正極は、例えばリチウムイオン二次電
池の場合、リチウムニッケル酸化物、リチウムコバルト
酸化物のような活物質を含むペーストを銅薄板のような
集電体の両面に保持させた構造を有する。
【００２４】前記セパレータとしては、例えばリチウム
イオン二次電池の場合、ポリプロピレンのような合成樹
脂からなる多孔性フィルムが用いられる。前記電解液と
しては、例えばリチウムイオン二次電池の場合、過塩素
酸リチウム、ホウフッ化リチウム、六フッ化リチウム、
六フッ化燐リチウム等の電解質をエチレンカーボネー
ト、プロピレンカーボネートのような有機溶媒で溶解し
たもの等が用いられる。
【００２５】前記蓋体および前記封止蓋のうち、少なく
とも蓋体はアルミニウム、０．０５重量％以下のＭｇお
よび０．２重量％以下のＣｕを含むアルミニウム系金属
からなることが好ましい。このようなアルミニウム系金
属としては、例えばＪＩＳの合金番号でＡ１０５０、Ａ
１１００、Ａ１２００、Ａ３００３等を挙げることがで
きる。
【００２６】前記蓋体は、０．８ｍｍ以上、より好まし
く０．９〜１．５ｍｍの厚さを有することが好ましい。
前記蓋体の厚さを０．８ｍｍ未満にすると、強度が低下
して前記外装缶１内に収納された電極体３を十分に保護
することが困難になる。
【００２７】前記金属板材からなる封止蓋は、０．１０
ｍｍ〜０．２５ｍｍの厚さを有することが好ましい。前
記封止蓋の厚さを０．１０ｍｍ未満にすると、前記封止
蓋による前記注液孔の気密封止が困難になる。一方、前
記封止蓋の厚さが０．２５ｍｍを超えるとこの封止蓋を
前記蓋体に良好にレーザ溶接、シール接合することが困
難になり、同様に前記封止蓋による前記注液孔の気密封
止性が損なわれる恐れがある。より好ましい前記封止蓋
の厚さは、０．１〜０．２ｍｍである。
【００２８】前記蓋体への封止蓋のレーザ溶接に際して
は、例えば照射エネルギーを４〜５Ｊ／pulse、パルス幅
を３〜１０ｍｓ、オーバラップ率を７０〜８０％、集光
部におけるレーザ光のスポット径を０．４〜０．５ｍｍ
にすることが好ましい。閉ループの溶接軌跡１７は、図
３に示すようにその中心から最小半径（Ｒ）が１．７５
ｍｍ以下の範囲内で前記封止蓋１４に形成することが好
ましい。
【００２９】ここで、溶接軌跡の最小半径とは図５に示
すようにその軌跡の円弧が歪む場合をも許容することを
意味する。図５は、溶接軌跡の最小半径を１．５ｍｍと
した時の溶接軌跡点Ｐ1 〜Ｐ8 のｘ，ｙの座標［Ｐ
（ｘ，ｙ）］を示す。溶接軌跡の中心点は（０，０）で
表わされる。
【００３０】前記閉ループの溶接軌跡は、１回の連続し
たレーザ溶接走査により形成される場合に限らず、連続
したレーザ溶接走査を複数回に分けて形成することを許
容する。例えば、図４の（Ａ）に示すように連続したレ
ーザ溶接走査を２回に分けて閉ループの溶接軌跡１７を
形成したり、同図（Ｂ）に示すように連続したレーザ溶
接走査を３回に分けて閉ループの溶接軌跡１７を形成し
たりしてもよい。
【００３１】以上説明した本発明によれば、注液孔を通
して電解液を注液した後において、前記注液孔を含む前
記蓋体または外装缶の外表面に封止蓋をレーザ溶接によ
るシーム接合により取付けることによって、前記注液孔
内面に電解液が付着していても、レーザ溶接箇所は電解
液が存在しないため、前記電解液による溶接への影響が
なく、かつ接合部で凝固割れを生じることがない。その
結果、前記封止蓋により前記注液孔を気密に塞ぐことが
でき、封止性（密閉性）の高い密閉電池を得ることがで
きる。
【００３２】また、図２に示すようにレーザ溶接の始点
１５から終点１６への溶接軌跡１７を注液孔１０を囲む
ように前記封止蓋１４に閉ループを形成すると共に、前
記溶接の始点１５および終点１６が前記溶接軌跡１７に
おける閉ループ部分の外側に位置するようにシーム接合
することによって、レーザ溶接の始点や終点が溶接軌跡
上に存在することに起因する溶接不良欠陥や重複溶接に
よる孔明きを解消できるため、前記封止蓋により前記注
液孔をより一層気密に塞ぐことができる。この際、前記
封止蓋と前記蓋体とを前記溶接軌跡より外側の箇所でス
ポット溶接することによって、前記注液孔を含む蓋体
（または外装缶）に前記封止蓋を仮止めした後にシーム
接合することができるので、前記注液孔をさらにより一
層気密に塞ぐことができる。
【００３３】さらに、前述した図３に示すように注液孔
１０を囲んでレーザ溶接する際、溶接軌跡の長さが短く
なるように閉ループの溶接軌跡１７の最小半径（Ｒ）を
１．７５ｍｍ以下の範囲に設定すれば、溶接時のに入熱
によって電解液が気化し、スペーサ７を通して注液孔１
０から吹き出す現象を防止することができる。
【００３４】さらに、前述した図４に示すように連続し
たレーザ溶接走査を複数回に分けて閉ループの溶接軌跡
１７を形成すれば、１回あたりの溶接入熱を低減できる
ため、電解液がスペーサ７を通して注液孔１０から吹き
出す現象を防止することができる。
【００３５】さらに、前記封止蓋をレーザ溶接により前
記注液孔を塞いでシーム接合することによって、前記封
止蓋またはこの封止蓋が接合される蓋体のような部材の
うちの少なくとも一方をアルミニウムやアルミニウム合
金のようなアルミニウム系金属で構成されても、それら
部材間を良好に接合できる。したがって、前記封止蓋に
より前記注液孔を気密に塞ぐことができると共に、アル
ミニウム、アルミニウム系金属の使用により密閉電池の
軽量化を図ることができる。特に、アルミニウム系金属
としてアルミニウム、０．０５重量％以下のＭｇおよび
０．２重量％以下のＣｕを含む組成のものを用いること
によって、前記注液孔を前記封止蓋により良好にシーム
接合することができる。
【００３６】すなわち、外装缶の上端開口部に注液孔を
有する蓋体を接合し、前記注液孔を通して電解液を注液
した後、前記注液孔を塞ぐ技術としては、従来より抵抗
溶接、超音波溶接、ろう付けが採用されている。抵抗溶
接は、鉄素材に適するものの、アルミニウム素材には全
く不向きで接合が困難である。ろう付けは、母材の温度
を高くする必要があり、かつフラックスも必要になるた
め、電解液などの化学物質を含む電池への応用が困難に
なる。特に、アルミニウムはろう付けによる接合が最も
難しい素材の一つである。超音波溶接は、アルミニウム
系金属に適するものの、気密封止の接合が困難であり、
かつ蓋体が外装缶と一体になっている場合には形状的に
溶接部位を溶接治具で直接保持することができないた
め、安定的な溶接が困難になる。
【００３７】前述した効果は、前記注液孔が前記蓋体で
はなく前記外装缶の側面や底部に設けられていても、前
記注液孔の位置が異なるだけであるから、蓋体に取付け
たのと同様な目的を達成することができる。
【００３８】このようなことから、本発明は前記蓋体ま
たは外装缶における前記注液孔を含む外表面に前記封止
蓋をレーザ溶接によりシーム接合することによって、前
記封止蓋またはこの封止蓋が接合される蓋体または外装
缶のうちの少なくとも一方をアルミニウムやアルミニウ
ム系金属で構成しても良好に接合することができる。特
に、アルミニウム以外の成分として、０．０５重量％以
下のＭｇおよび０．２重量％以下のＣｕを含む組成のア
ルミニウム系金属は、比較的容易にレーザ溶接すること
が可能である。つまり、レーザ溶接では２つの部材の溶
接部の金属が高温になり、溶融し混ざり合った後に冷え
て固まるプロセスを経るが、この冷却固化時に合金中の
凝固点が比較的異なるか、または熱膨張・熱収縮の度合
いが比較的大きく異なる化学成分（ここでは、Ｍｇ，Ｃ
ｕ）がある量以上含有されていると、冷却固化時に溶接
部分に応力が集中してひび割れが生じる、いわゆる凝固
点割れを起こす。この凝固点割れは、Ｍｇ、Ｃｕの含有
量に大きく影響される。本発明では、前述したようにＭ
ｇ、Ｃｕの含有量がそれぞれ０．０５重量％以下、０．
２０重量％以下のアルミニウム系金属を用いることによ
って、記封止蓋を前記蓋体または外装缶にその注液孔を
塞ぐように容易にレーザ溶接することができる。
【００３９】したがって、電解液の注入後の注液孔が良
好に気密封止された構造を有する高信頼性の密閉電池を
えることができる。特に、少なくとも蓋体としてＭｇ、
Ｃｕの含有量を特定の範囲に規定したアルミニウム系金
属で形成することにより、蓋体の注液孔の気密封止性を
損なうことなく、軽量の密閉電池を得ることが可能にな
る。
【００４０】本発明の方法によれば、封止蓋を金属板材
により形成することによって、前記封止蓋が溶接される
前記蓋体または外装缶の部位において深く窪んだように
溶け込む、いわゆるキーホールが形成されるため、凝固
割れが最も起きにくい形状のレーザ溶接が可能になる。
【００４１】したがって、電解液の注入後の注液孔が良
好に気密封止された構造を有する高信頼性の密閉電池を
製造することができる。また、前記封止蓋をレーザ溶接
する際に、レーザ溶接の始点から終点に至る溶接軌跡が
前記注液孔を囲むように閉ループを形成し、かつ前記レ
ーザ溶接の始点および終点のうちの少なくとも一方を前
記溶接軌跡における閉ループ部分の外側に位置させるよ
うにすることによって、前記封止蓋の反射吸収率の異な
る溶接痕や溶接不良が生じ易い箇所が再溶接されるのを
最小限に止めることができる。特に、前記溶接の始点及
び終点では溶接状態が不安定になり易く、不良を生じ易
い。前記始点および終点のうちの少なくとも一方を前記
閉ループ部分の外側に位置させることによって、それら
の点が位置する封止蓋の箇所で孔あきや溶込み不足など
の不良が生じたとしても、前記封止蓋による気密性は何
ら悪影響を及ぼすことがない。その結果、溶接不良発生
を低減できると共に、信頼性の高い注液孔の封止を実現
できる。この時、前記レーザ溶接に先立って前記閉ルー
プ部分の外側に位置する前記封止蓋の領域、例えばコー
ナ部にスポット溶接して仮固定することによって、前記
封止蓋とこの封止蓋が接合される蓋体のような部材との
間の隙間を低減、例えば前記封止蓋の厚さの１／２以下
に低減できる。また、仮固定することによりシーム接合
時に前記封止蓋を押さえつける必要がないため、前記接
合時において蓋体のような部材の変形を最小限に抑える
ことが可能になる。その結果、レーザ溶接の自動化が可
能になると共に、レーザ溶接の気密封止不良を低減でき
る。
【００４２】さらに、前記封止蓋が接合される部材の表
面粗さを３μｍ以下にすれば、前記部材と前記封止蓋と
のシール接合強度をより一層向上することが可能にな
る。また、外装缶１と電極体３との電気的接合は、図６
に示す構造にしてもよい。すなわち、電極体３の最外周
をセパレータ５とし、その代わりに電極体３から正極リ
ード２４を蓋体８の側に設けて、蓋体８における電極体
３側の面に対して正極リード２４を溶接によって接合す
る。このようにすれば、蓋体８と外装缶１とは溶接によ
って電気的に接合されるので、蓋体８を介して間接的に
外装缶１と電極体３とを電気的に接合することができ
る。
【００４３】なお、前述した密閉型電池において電極体
を外装缶に収納する際にその負極が外側に位置するよう
にして外装缶を負極端子とし、蓋体にハーメティクシー
ルされた電極端子を正極端子とする構造にしてもよい。
【００４４】また、本発明に係わる密閉電池は角型の密
閉電池に限らず、形状が異なるだけで電池としての基本
構成が変わらない円筒型等の密閉電池にも同様に適用す
ることができる。
【００４５】
【実施例】以下、本発明の実施例を前述した図１〜図３
に示すような蓋体に注液孔を設けた角型密閉電池を参照
して詳細に説明する。 （実施例１）まず、アルミニウム（ＪＩＳ合金番号Ａ３
００３）からなる有底角形の外装缶１内の底面に絶縁紙
２を配置し、この中に正極６および負極４をセパレータ
５を挟んで渦巻き状に捲回し、扁平状に成形した電極体
３を収納した。つづいて、前記外装缶１内の前記電極体
３上の中心付近にリード取出し穴を有するスペーサ７を
配置した後、絶縁材１２を介してハーメティクシールさ
れた負極端子１１および電解液の注液孔１０を有するア
ルミニウム（ＪＩＳ合金番号Ａ３００３）からなる厚さ
１．０ｍｍの蓋体８を前記外装缶１の上端開口部にレー
ザ溶接により気密に接合した。
【００４６】次いで、前記外装缶１内に六フッ化燐リチ
ウムの電解質をエチレンカーボネートとメチルエチルカ
ーボネートで溶解した非水溶媒系電解液を前記蓋体８の
注液孔１０を通して注液した。つづいて、前記注液孔１
０を含む前記蓋体８の外表面に長さ５ｍｍ、幅５ｍｍ、
厚さ０．２０ｍｍのアルミニウム（ＪＩＳ合金番号Ａ３
００３）の板材からなる封止蓋１４を配置し、図２に示
すようにその４つのコーナ部にスポット溶接し、それら
の溶接部１８により前記封止蓋１４を前記蓋体８に仮固
定した。ひきつづき、照射エネルギー５．０Ｊ／ｐ、パ
ルス幅５．０ｍｓ、繰り返し数２４Ｈｚ、オーバーラッ
プ率７５％の条件で図２に示すようにその始点１５から
終点１６に至る円形の溶接軌跡１７が前記注液孔１０を
閉ループを形成して囲むように、かつ前記溶接の始点１
５および終点１６を前記溶接軌跡１７における閉ループ
の外側に位置させるようにレーザ溶接を前記封止蓋１４
に施してシーム接合し、前記注液孔１０を塞いだ。
【００４７】次いで、前記蓋体８表面に絶縁紙１９を位
置し、かつ前記外装缶１の底部外面にスリット２０を有
する絶縁紙２１を配置すると共に、この絶縁紙２１に二
つ折りされたＰＴＣ素子２２を配置し、前記外装缶１を
含む全体を外装チューブ２３に入れ、このチューブ２３
を熱収縮することにより上部側の絶縁紙１９を前記蓋体
８に、下部側の絶縁紙２１およびＰＴＣ素子２２を前記
外装缶１の底部に固定することにより前述した図１、図
２に示す構造の角型密閉リチウムイオン二次電池を製造
した。
【００４８】（比較例１）実施例１と同様に電極体を収
納したアルミニウムからなる外装缶内に、非水溶媒系電
解液を注液した後、ガラス製絶縁材を介してハーメティ
クシールされた負極端子を有するアルミニウム（ＪＩＳ
合金番号Ａ３００３）からなる厚さ１．０ｍｍの蓋体を
前記外装缶の上端開口部にかしめ付けして気密に接合す
ることにより角型密閉リチウムイオン二次電池を製造し
た。
【００４９】得られた実施例１および比較例１の二次電
池について、８５℃の雰囲気に放置して重量変化を測定
した。その結果を図７に示す。図７から明らかなように
蓋体を外装缶の上端開口部にかしめ付けした比較例１の
二次電池では高温放置試験で少量ながら電解液の漏れに
よる重量の減少が生じ、気密信頼性が不十分で、電解液
の減少による容量低下等の出力特性の劣化を生じる可能
性があった。これに対し、蓋体を外装缶の上端開口部に
溶接し、前記蓋体の注液孔を通して電解液を注液し、前
記注液孔を封止蓋のレーザ溶接により封止した実施例１
の二次電池では高温放置試験で重量の減少が殆どなく、
気密信頼性が高く、容量維持による優れた出力特性を有
する。
【００５０】（実施例２）下記寸法の外装缶Ａ，Ｂを用
い、照射エネルギー６．０Ｊ／ｐ、溶接時間２．３ｓ、
オーバーラップ率７４％の条件で図３に示すように閉ル
ープ（溶接軌跡）の最小半径（Ｒ）を１．９５ｍｍ，
１．７５ｍｍ，１．４５ｍｍとした以外、実施例１と同
様な方法により図１、図２に示す構造の角型密閉リチウ
ムイオン二次電池を製造した。
【００５１】ここで、「高さ」とは外装缶１の底部から
蓋体２との接合部までの長さ、「幅」とは外装缶１の長
辺部の長さ、「厚さ」とは外装缶の短辺部の長さ、であ
る。 ＜外装缶Ａ＞ 高さ：４８ｍｍ、 幅：２８．６ｍｍ、 厚さ：８．１ｍｍ。
【００５２】＜外装缶Ｂ＞ 高さ：４８ｍｍ、 幅：２９．６ｍｍ、 厚さ：６．０ｍｍ。
【００５３】また、前記閉ループの溶接軌跡の最小半径
（Ｒ）が１．９５ｍｍ，１．７５ｍｍ，１．４５ｍｍの
溶接軌跡点Ｐ1 〜Ｐ8 のｘ，ｙの座標［Ｐ（ｘ，ｙ）］
を前述した図５にしたがって求めた値を下記表１に示
す。
【００５４】
【表１】
【００５５】このような実施例２における良品率を調べ
た。その結果、溶接軌跡の閉ループの最小半径（Ｒ）が
１．９５ｍｍの二次電池は外装缶Ａ，Ｂいずれの場合も
９６％，溶接軌跡の閉ループの最小半径（Ｒ）が１．７
５ｍｍおよび１．４５ｍｍの二次電池は外装缶Ａ，Ｂい
ずれの場合も１００％であった。
【００５６】以上の結果から外装缶１の容積に関係な
く、シーム溶接の軌跡が短くなるほど、良品率が高くな
ることがわかる。これは、溶接軌跡の閉ループの最小半
径（Ｒ）１．９５ｍｍから１．７５ｍｍおよび１．４５
ｍｍと短くなるに伴って溶接軌跡が１０％，２５％と短
くなり、それに応じて外装缶１内部への入熱量が減少
し、電解液の気化によって電解液がスペーサ７を通して
注液孔から吹き出される減少を抑制できるためである。
なお、電解液の吹き出しは封止蓋１４の溶接悪化を招い
たり、溶接不良や穴明きを生じる。
【００５７】溶接の軌跡を短くすることは、１回の連続
したレーザ溶接走査で閉ループを形成するのではなく、
前述した図４に示すように連続したレーザ溶接走査を複
数回に分けて行うことによっても可能である。例えば、
図４の（Ａ）に示すようにレーザ溶接の軌跡を２分割し
た場合には、溶接１回あたりの入熱量を約５０％低減で
きる。また、図４の（Ｂ）に示すようにレーザ溶接の軌
跡を３分割した場合には、溶接１回あたりの入熱量を約
６７％低減できる。したがって、レーザ溶接軌跡の分割
数を増大させることによって、前述した電解液の吹き出
しに起因する溶接不良を抑制することが可能になる。
【００５８】（実施例３）蓋体として表面粗さ（Ｒａ）
が３μｍのアルミニウム（ＪＩＳ合金番号Ａ３００３）
からなるものを用い、かつ封止蓋として厚さ０．０５ｍ
ｍ，０．１０ｍｍ，０．１５ｍｍ，０．２０ｍｍ，０．
２５ｍｍ，０．３０ｍｍｎのアルミニウム（ＪＩＳ合金
番号Ａ３００３）の板材を用いた以外、実施例１と同様
な方法により角型密閉リチウムイオン二次電池を製造し
た。得られた各二次電池１００個について、電解液の漏
れ等を起こさない良品の割合を調べた。その結果を下記
表２に示す。
【００５９】
【表２】
【００６０】前記表２から明らかなように厚さが０．１
０〜０．２５ｍｍの封止蓋を有する二次電池は、極めて
高い良品率を有することがわかる。なお、次のような追
加試験を行った。
【００６１】（１）レーザ溶接の始点および終点のいず
れ一方が溶接軌跡に重なって封止蓋と蓋体とを溶接した
場合には、得られた二次電池１００個当たりの良品率は
９２％と低下した。
【００６２】（２）厚さ０．２０ｍｍの封止蓋を用い、
かつ蓋体の表面粗さを４μｍとした場合には、得られた
二次電池１００個当たりの良品率は８８％と低下した。
また、蓋体の表面粗さを２μｍとした場合には、得られ
た二次電池１００個当たりの良品率は１００％であっ
た。
【００６３】（３）蓋体の厚さを０．７ｍｍとした場合
には、レーザ溶接時に前記蓋体の溶接部に突き抜けが生
じた。蓋体の厚さを０．８ｍｍ以上にした場合にはレー
ザ溶接時に前記蓋体の溶接部に突き抜けが生じなかつ
た。
【００６４】（４）封止蓋としてＪＩＳ合金番号Ａ３０
０３の代わりにアルミニウム以外の成分組成がＡ３００
３と異なるＪＩＳ合金番号Ａ３００４，Ａ５０５２を用
いたところ、レーザ溶接部での不良発生が多くなった。
また、封止蓋としてＪＩＳ合金番号Ａ３００３の代わり
にＪＩＳ合金番号Ａ１１００，Ａ１２００を用いた場合
には、溶接歩留まりは同様であった。
【００６５】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば外
装缶の上端開口部に蓋体を気密に接合され、 かつ前記蓋
体の注液孔を金属封止蓋で気密に封止した構造を有する
高信頼性の密閉電池を提供することができる。また、前
記蓋体及び前記封止蓋のうちの少なくとも蓋体をアルミ
ニウム軽合金により形成することによって、より軽量の
密閉電池を実現できる。
【００６６】さらに、本発明によれば外装缶の上端開口
部に蓋体を気密に接合され、 かつ前記蓋体の注液孔を金
属封止蓋で気密に封止した構造を有する高信頼性の密閉
電池を高歩留まりで製造し得る方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる密閉型電池の一例である角型密
閉リチウムイオン二次電池を示す部分切欠斜視図。
【図２】図１の二次電池の上面図。
【図３】図１の溶接軌跡の閉ループの最小半径を示す上
面図。
【図４】連続したレーザ溶接走査を分割することにより
形成された閉ループを示す上面図。
【図５】溶接軌跡の最小半径を１．５ｍｍとした時の溶
接軌跡点Ｐ1 〜Ｐ8 のｘ，ｙの座標［Ｐ（ｘ，ｙ）］を
示す図。
【図６】本発明に係わる別の角型密閉リチウムイオン二
次電池を示す部分切欠斜視図。
【図７】本発明の実施例１および比較例１の角型密閉リ
チウムイオン二次電池における高温放置時間と重量変化
の関係を示す特性図。
【符号の説明】
１…外装缶、 ３…電極体、 ８…蓋体、 １０…注液孔、 １１…電極端子（負極端子）、 １４…封止蓋、 １５…溶接始点、 １６…溶接終点、 １７…溶接軌跡、 １８…スポット溶接部、 ２２…ＰＴＣ素子、 ２３…外装チューブ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本間 克久 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社エイ・ティーバッテリー内

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 開口部を有する金属からなる外装缶と、
    この外装缶内に収納され、セパレータを挟んで対峙され
    た正極および負極を有する発電要素と、前記外装缶の開
    口部に溶接により接合された金属製の蓋体と、前記発電
    要素に電気的に接続された電極端子と、前記蓋体または
    外装缶に設けられ、電解液を前記外装缶内に注液するた
    めの注液孔とを具備し、前記注液孔を塞いだ構造を有す
    る密閉電池において、 金属からなる封止蓋は、前記注液孔を含む前記蓋体また
    は前記外装缶にレーザ溶接によるシーム接合により取付
    けられ、かつ前記封止蓋は、前記注液孔に対して閉ルー
    プを構成するように形成された前記レーザ溶接による始
    点から終点への溶接軌跡と、この閉ループの外側に位置
    する前記始点よび終点のうちの少なくとも一方とを有す
    ることを特徴とする密閉電池。
  2. 【請求項２】 前記溶接軌跡の閉ループは、その中心か
    ら最小半径が１．７５ｍｍ以下の範囲内で前記封止蓋に
    形成されていることを特徴とする請求項１記載の密閉電
    池。
  3. 【請求項３】 開口部を有する金属からなる外装缶と、
    この外装缶内に収納され、セパレータを挟んで対峙され
    た正極および負極を有する発電要素と、前記外装缶の開
    口部に溶接により接合された金属製の蓋体と、前記発電
    要素に電気的に接続された電極端子と、前記蓋体または
    外装缶に設けられ、電解液を前記外装缶内に注液するた
    めの注液孔とを具備し、前記注液孔を塞いだ構造を有す
    る密閉電池において、 金属からなる封止蓋は、前記注液孔を含む前記蓋体また
    は前記外装缶にレーザ溶接によるシーム接合により取付
    けられ、かつ前記封止蓋は、前記注液孔に対して閉ルー
    プを構成するように形成された前記レーザ溶接による複
    数の溶接軌跡を有することを特徴とする密閉電池。
  4. 【請求項４】 前記封止蓋は、前記閉ループの外側の部
    位で前記蓋体または前記外装缶にスポット溶接されてい
    ることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の密閉電
    池。
  5. 【請求項５】 前記封止蓋とこの封止蓋が取付せられる
    前記蓋体または前記外装缶のうち、少なくとも一方は、
    アルミニウム、または０．０５重量％以下のＭｇおよび
    ０．２重量％以下のＣｕを含むアルミニウム系金属から
    なることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の密閉
    電池。
  6. 【請求項６】 前記蓋体または前記外装缶は、０．８ｍ
    ｍ以上の厚さの板材からなることを特徴とする請求項１
    〜５いずれか記載の密閉電池。
  7. 【請求項７】 前記封止蓋は、０．１０ｍｍ〜０．２５
    ｍｍの厚さの板材からなることを特徴とする請求項１〜
    ６いずれか記載の密閉電池。
  8. 【請求項８】 金属からなる外装缶内にセパレータを挟
    んで対峙された正極および負極を有する発電要素を収納
    する工程と、 前記発電要素と電気的に接続された電極端子を形成する
    工程と、 前記外装缶の開口部に金属製蓋体を溶接により接合する
    工程と、 前記外装缶内に電解液を注液孔を通して注液する工程
    と、 前記注液孔を含む前記蓋体または前記外装缶の外表面に
    おいてレーザ溶接によって前記注液孔に対して閉ループ
    を描くように始点から終点への溶接軌跡を形成しなが
    ら、前記閉ループの外側に前記始点または前記終点のう
    ちの少なくとも一方を形成してシーム接合を行うことに
    より金属板材からなる封止蓋を前記蓋体または外装缶に
    取付けて前記注液孔を塞ぐ工程とを具備したことを特徴
    とする密閉電池の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記溶接軌跡の閉ループは、その中心か
    ら最小半径が１．７５mm以下の範囲内で前記封止蓋に形
    成されていることを特徴とする請求項８記載の密閉電
    池。
  10. 【請求項１０】 金属からなる外装缶内にセパレータを
    挟んで対峙された正極および負極を有する発電要素を収
    納する工程と、 前記発電要素と電気的に接続された電極端子を形成する
    工程と、 前記外装缶の開口部に金属製蓋体を溶接により接合する
    工程と、 前記外装缶内に電解液を注液孔を通して注液する工程
    と、 前記注液孔を含む前記蓋体または前記外装缶の外表面に
    おいてレーザ溶接によって前記注液孔に対して閉ループ
    を描くように複数の溶接軌跡を形成してシーム接合を行
    うことにより金属板材からなる封止蓋を前記蓋体または
    外装缶に取付けて前記注液孔を塞ぐ工程とを具備したこ
    とを特徴とする密閉電池の製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記レーザ溶接に先立って、前記閉ル
    ープの外側の前記封止蓋の部分にスポット溶接して前記
    封止蓋を前記蓋体または前記外装缶に仮固定することを
    特徴とする請求項８〜１０いずれか記載の密閉電池の製
    造方法。
  12. 【請求項１２】 前記封止蓋とこの封止蓋が取付せられ
    る前記蓋体または前記外装缶のうち、少なくとも一方
    は、アルミニウム、または０．０５重量％以下のＭｇお
    よび０．２重量％以下のＣｕを含むアルミニウム系金属
    からなることを特徴とする請求項８〜１１いずれか記載
    の密閉電池の製造方法。
  13. 【請求項１３】 前記蓋体または前記外装缶は、０．８
    ｍｍ以上の厚さの板材からなることを特徴とする請求項
    ８〜１２いずれか記載の密閉電池の製造方法。
  14. 【請求項１４】 前記封止蓋は、０．１０ｍｍ〜０．２
    ５ｍｍの厚さの板材からなることを特徴とする請求項８
    〜１３いずれか記載の密閉電池の製造方法。
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