JPH11167903A

JPH11167903A - 角形電池の製造方法

Info

Publication number: JPH11167903A
Application number: JP10249435A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Haraguchi; 和典原口; Koji Yoshizawa; 浩司芳澤; Takuya Nakajima; 琢也中嶋; Takashi Takeuchi; 崇竹内; Kikuo Senoo; 菊雄妹尾
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1998-09-03
Publication date: 1999-06-22
Anticipated expiration: 2018-09-03
Also published as: JP4074012B2

Abstract

(57)【要約】【課題】発電要素を収容した角形ケースの開口端に封
口板をレーザー溶接して角形ケースを封止する角形電池
の製造方法を提供する。【解決手段】角形ケース１の上部開口端に、封口板２
を当接させ、当接ライン４に対して各辺ａ、ｂ、ｃ、ｄ
の直線に平行にレーザービーム３ａ〜３ｄで走査して当
接ライン４の各角部ｅを含む各辺ａ〜ｄをレーザー溶接
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、角形電池の製造方
法に関し、特に発電要素を収容した角形ケースの開口端
に封口板を溶接して角形ケースを密閉封止する溶接方法
を改良した角形電池の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、携帯用電子機器の電源として用
いられる二次電池は、高エネルギー密度であることが要
求されると同時に、軽量化や小型化のためにスペース使
用効率のよい形状が要求されている。これらの要求を満
たす電池として角形のアルミニウムケースを用いたリチ
ウムイオン二次電池が脚光をあびている。

【０００３】このリチウムイオン二次電池は、その構造
上からも長期にわたって安定した密閉性が要求されるた
め、有底角筒形状に形成された角形ケースの開口端に封
口板をレーザー溶接により接合して開口端を封口する。
このレーザー溶接は、他の溶接方法に比してケース内部
に収容された電解液や電気絶縁部分に対する熱的影響が
少なく、作業効率に優れた特徴を有している。

【０００４】この角形ケースと封口板との間をレーザー
溶接して角形電池を製造する従来方法は、特開平８−３
１５７８８号、特開平８−３１５７８９号、特開平８−
３１５７９０号の各公報に開示されたものが知られてい
る。これらに開示された製造方法では、開口端を上向き
にして配置した角形ケースの開口端に封口板を嵌入さ
せ、角形ケースと封口板との当接部位に鉛直方向からレ
ーザービームを照射し、レーザービームで当接ラインを
走査して溶接することにより、角形ケースの開口端は封
口板により密閉封止される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、開口端
を上向きにして配置された角形ケースに対し、封口板と
角形ケースとの当接部位を鉛直方向から照射されるレー
ザービームにより溶接するためには、開口端形状の４辺
の直線部をつなぐ各角部で形成される溶接ラインに沿っ
てレーザービームまたは角形ケースを移動させる必要が
あり、溶接する当接ラインをレーザービームで走査する
制御が複雑になり、生産効率が低い問題点があった。ま
た、当接部位を鉛直方向から照射されるレーザービーム
により溶接すると、溶接による溶け込みの進行方向は電
池内部方向であり、溶け込み量が大きくなったとき電池
内部に金属溶融物が侵入する危険性がある。角形ケース
及び封口板として加工される板材の加工精度には限度が
あり、溶接時の溶け込み量を電池内部に達しない最適量
に設定していても、板厚の加工精度のばらつきにより電
池内部にまで達する溶け込みが生じて電池内部に金属溶
融物が飛散すると、内部短絡の原因となる。また、レー
ザー溶接は電解液や電気的絶縁物等に対する熱的影響を
与えにくい溶接方法であるが、加熱方向が電池内部に向
いているため、角形ケースや封口板の加工精度あるいは
溶接精度の限界から熱的影響を排除することは困難であ
る。

【０００６】本発明は上記従来技術の課題に鑑みて創案
されたもので、その目的とするところは、レーザー溶接
を行うためのレーザービームの走査制御を簡単に行い得
ると共に、電池内部に熱的影響を与えることなく均一な
溶接により角形ケースと封口板との間の溶接接合を行い
得るようにした角形電池の製造方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、四角形の４辺が直線で各角部が所定半径の
曲線となる開口形状に形成された有底角筒形状の角形ケ
ース内に発電要素を収容し、この角形ケースの開口端に
封口板をレーザー溶接することにより、封口板によって
角形ケースの開口端を封止する角形電池の製造方法にお
いて、前記角形ケースの開口端に、封口板を当接させ、
角形ケースと封口板とが当接する当接ラインに対して角
形ケースの側方方向からレーザービームを入射させ、こ
のレーザービームを４辺の直線に平行する方向に直線的
に走査して角形ケースと封口板との間をレーザー溶接す
ることを特徴とする。

【０００８】上記製造方法によれば、角形ケースの開口
端に、封口板が当接され、角形ケースの上端側部には開
口端と封口板とが当接する当接ラインが形成される。こ
の当接ラインに対して角形ケースの側方からレーザービ
ームを照射し、４辺の直線に平行して走査することによ
り、角形ケースの開口端に封口板が溶接される。この溶
接方法では、レーザービームによる走査方向は一直線の
走査ラインとなるので、その制御が容易である。

【０００９】上記製造方法において、４辺のそれぞれに
対応して設けられた４本のレーザービームを、それぞれ
各辺の直線に平行する方向に走査して各当接ラインを一
斉に溶接することにより、全周にわたる溶接が同時進行
するので、作業効率がよく溶接動作による封口板の位置
ずれが生じない。

【００１０】また、４辺の直線と平行に２本または単一
のレーザービームで各当接ラインを順次走査して溶接す
ることにより、任意の対向する当接ラインを同時に溶接
することによって、封口板の溶接動作による位置ずれを
発生させることなく効率的に溶接を実行することができ
る。また、封口板を角形ケース上に確実に位置固定すれ
ば、任意の辺に平行にレーザービームで走査して順次溶
接することもできる。

【００１１】また、レーザービームによる走査が、各辺
の直線部と角部との間で移動するとき、角部の曲線半径
に応じてレーザー出力を変化させるように制御すること
により、直線辺と角部の曲線部との間のレーザービーム
の焦点距離の差による溶接強度の不均一をレーザー出力
の変化によって補い、角部の溶接強度が低下することを
防止することができる。

【００１２】また、レーザービームによる走査が、各辺
の直線部と角部との間で移動するとき、角部の曲線半径
に応じてレーザービームのパルス時間間隔を変化させる
ように制御することにより、直線辺と角部の曲線部との
間のレーザービームの焦点距離の差による溶接強度の不
均一は、レーザービームのパルス時間間隔を変化させる
ことによって、単位時間当たりのレーザービームの照射
量を一致させ、角部の溶接強度が低下することを防止で
きる。

【００１３】また、レーザービームの照射角度を、走査
ライン方向に対し所定角度に傾斜させることにより、角
部に対するレーザービームの入射角度が浅くならないの
で、角部の溶接強度の低下が少なくなる。また、照射レ
ーザービームの反射がレーザー発射口に戻ることによる
レーザー発射口の損傷をなくすことができる。

【００１４】また、開口端に封口板を載置した角形ケー
スを複数個列設配置し、列設方向と交差する方向からレ
ーザービームを照射し、このレーザービームで列設方向
に平行な対向辺の各直線部と平行に走査して各角形ケー
スと各封口板との当接ラインを溶接することにより、封
口板を載置して列設された各角形ケースは列設方向に走
査されるレーザービームにより順次レーザー溶接され
る。レーザービームを列設された角形ケースと相対的に
移動させることにより複数個の溶接が一括してなされ、
量産工程における生産効率を向上させることができる。

【００１５】また、角形ケース及び封口板それぞれの加
工時に当接ライン位置に発生するバリの方向が、角形ケ
ースにおいては電池内部方向に、封口板においては角形
ケース方向になるように加工することにより、レーザー
ビームの入射位置にバリによる突起が生じたり、逆に窪
みにより平面性が損なわれることがなくなるので、突起
が溶融されて飛散するスパッタが発生することによる溶
接外観の不良や、平面性が損なわれたことによる溶接不
良の発生がなく、精度よく角形ケースに封口板を溶接す
ることができる。

【００１６】また、レーザービームによる溶接ナゲット
径ｄと、角部の半径Ｒとの関係が、０．３＜（ｄ／Ｒ）
となるように溶接することにより、レーザー溶接による
クラックの発生を抑えることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の一実施形態について説明し、本発明の理解に供する。

【００１８】図１は、本実施形態に係る角形電池の外観
形状を示しており、発電要素を収容した角形ケース１の
開口端に封口板２を溶接することにより、角形ケース１
を封止して角形電池が製造される。前記角形ケース１
は、４角形状の有底筒状に形成され、その開口端の平面
形状は、図２に示すように、長辺ａ、ｂ、及び短辺ｃ、
ｄが直線で、各角部ｅが所定半径の曲線に形成されてい
る。

【００１９】封口板２は、この角形ケース１の開口端の
外形寸法と同一寸法の外形形状に成形されている。この
角形ケース１の開口端上に封口板２を載置し、各辺ａ〜
ｄの直線の間を角部ｅの曲線でつないだ当接ラインをレ
ーザー溶接することにより、角形ケース１の開口端は封
口板２によって封止される。この角形ケース１の開口端
と封口板２との間の溶接方法について以下に説明する。

【００２０】図３（ａ）は、角形ケース１をその開口端
を上向きとして、各筒の筒形成軸が鉛直方向となるよう
にして所定位置に配置し、開口端を覆って封口板２を載
置した状態を上方から見た状態を示しており、長辺ａ、
ｂ、短辺ｃ、ｄの直線に平行にそれぞれレーザービーム
３ａ〜３ｄを移動させ、図３（ｂ）に示すように、角形
ケース１と封口板２とが当接する当接ライン４をレーザ
ー溶接し、角形ケース１の開口端を封口板２で封止す
る。このように各レーザービーム３ａ〜３ｄによる走査
方向は各辺ａ〜ｄに沿った一直線なので、その移動制御
は容易であり、精密な溶接動作を行わせることができ
る。

【００２１】レーザー溶接の手順は、図３に示すよう
に、長辺ａ、ｂ、短辺ｃ、ｄに平行な直線で４本のレー
ザービーム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄで走査すれば、各角
部ｅを含む各辺ａ、ｂ、ｃ、ｄに対する溶接動作が同時
進行するので、載置した封口板２を角形ケース１上に仮
止めしない状態でも封口板２の位置ずれは生じず効率的
に溶接加工を行うことができる。また、量産工程におい
ては、図４（ａ）に示すように、封口板２を当接させた
角形ケース１を複数個配列し、レーザービーム３ｃ、３
ｄを配列方向に相対的に移動させながらオン・オフ動作
させて、各角部ｅを含む短辺ｃ、ｄを同時に溶接し、次
に、図４（ｂ）に示すように、配列方向を変えて残され
た各角部ｅを含む長辺ａ、ｂをレーザー溶接する。この
とき、長辺ａ、ｂに同時にレーザービーム３ａ、３ｂを
照射してもよいが、レーザー溶接による加熱が集中しな
いように、長辺ａまたはｂの片方づつが溶接されるよう
にレーザービーム３ａ、３ｂの走査方向あるいは走査位
置を変えると、電池に与える熱的影響を抑えることがで
きる。また、角形ケース１に封口板２を載置した状態が
位置ずれしないように仮止めしておけば、任意の角部ｅ
を含む１辺から順次溶接していくようにすることもでき
る。

【００２２】上記のように各辺ａ、ｂ、ｃ、ｄに対して
平行にレーザービーム３で走査するとき、曲線に形成さ
れた各角部ｅではレーザービーム３の焦点距離が遠くな
り、角部ｅにおけるレーザー溶接の能力が低下すること
になる。即ち、図５に示すように、レーザービーム３ａ
について見れば、走査開始位置は角部ｅの曲線上にあ
り、長辺ａを走査する位置とはレーザービーム３ａの焦
点距離に最大で距離差βが生じる。この状態は走査終了
位置でも同様で、図５に示すレーザービーム３ｃで見れ
ば、短辺ｃを走査する位置とはレーザービーム３ｃの焦
点距離に最大で距離差βが生じる。この距離差βによる
角部ｅの溶接強度の低下は、次に示す溶接方法によって
解消される。

【００２３】まず、第１の方法は、レーザービーム３ａ
〜３ｄそれぞれにより角部ｅを走査する位置において
は、各辺ａ〜ｄとの距離差に対応させてレーザー出力を
変化させるものである。即ち、焦点距離が遠くなる角部
ｅにおける溶接能力の低下をレーザー出力の増加で補う
ことができるので、当接ライン４の全周にわたって均一
な溶接がなされることになる。

【００２４】また、第２の方法は、レーザービーム３ａ
〜３ｄそれぞれにより角部ｅを走査する位置において
は、レーザーパルスの発射時間間隔を各辺ａ〜ｄとの距
離差に対応させて変化させるものである。即ち、距離差
が大きくなるに従ってレーザーパルスの発射時間間隔が
短くなるように制御する。このよるレーザーパルスの発
射時間間隔の変化により、距離差はレーザービーム３の
単位時間当たりの照射量で補われるので、当接ライン４
の全周にわたって均一な溶接がなされることになる。

【００２５】以上説明した当接ライン４に対するレーザ
ー溶接において、図６に示すように、レーザービーム３
ａ〜３ｄそれぞれの水平方向の照射角度を、各辺ａ、
ｂ、ｃ、ｄに直交する方向から角度θに傾けることによ
り、角部ｅに対するレーザービーム３ａ〜３ｄの入射角
度が深くなるためレーザービーム３ａ〜３ｄの反射が少
なく溶接強度を低下させることなく溶接することができ
る。また、当接ライン４に照射されたレーザービーム３
の反射光がレーザービーム発射口に戻ることがなく、反
射光によるレーザービーム発射口の損傷が防止される。
更に、このレーザービーム３ａ〜３ｄの照射角度を傾斜
させることにより、前記のように角部ｅの溶接強度が低
下することをレーザー出力の変化等の方法により補正し
なくても、均等な溶接強度を得ることができる。

【００２６】また、レーザービーム３が照射されること
によって溶融するナゲットの径は、各角部ｅを溶接する
とき、角部ｅの半径をＲ、ナゲット径をｄとすると、そ
の関係が０．３＜（ｄ／Ｒ）となるように、レーザービ
ーム３のスポット径や出力を調整することにより、レー
ザー溶接によるクラックの発生を抑制することができ
る。

【００２７】また、図７に示すように、当接ライン４に
対するレーザービーム３ａ〜３ｄそれぞれの水平方向か
らの照射角度を角度αで上向きに入射させることによ
り、レーザー溶接による熱的影響が電池内部に及ばない
ようにすることができる。本実施形態によるレーザー溶
接の方向は、発電要素を収容した角形ケース１の上端に
対して側方から溶接するのでレーザー溶接による熱的影
響が電池内部に及ぶことは少ないが、この照射角度の傾
きにより、角形ケース１の材厚誤差により溶け込みが電
池内部に至ったような場合に有効となる。

【００２８】角形ケース１及び封口板２は軽量化、薄型
化のために材厚の薄いアルミニウム板を使用しており、
また、その加工精度には限界があり、特に角形ケース１
は絞り加工して有底筒状に形成されるため、その材厚に
ばらつきが生じやすくなる。

【００２９】そのため、レーザービーム３ａ〜３ｄそれ
ぞれの照射による当接ライン４の溶け込み量を一定に設
定しておいても、材厚の僅かなばらつきにより溶け込み
が電池内部にまで達することがある。図８は当接ライン
４に対するレーザー溶接の状態を断面状態で説明するも
ので、図８（ａ）に示すように、当接ライン４に対して
水平方向からレーザービーム３を入射させた場合、前記
のように薄い板材の材厚のばらつきにより溶け込みが図
示破線のように電池内部にまで達したような場合に、電
池内部には発電要素が収容されているので、溶け込みが
電池内部にまで達すると、角形ケース１及び封口板２が
溶融した金属溶融物が電池内部に飛散することになり、
内部短絡による電池不良を発生させる原因となる。そこ
で、図８（ｂ）に示すように、レーザービーム３の照射
方向を水平方向から上向き方向にして当接ライン４に入
射させるようにすると、溶け込みの進行方向は封口板２
側に向いているので、溶け込みが深くなったときにも、
破線で示すように電池内部に至らず、材厚のばらつきに
よる金属溶融物の電池内部への飛散は防止される。

【００３０】角形ケース１及び封口板２は、それらを製
造する切断工程において、バリの発生が避けられない。
図９は角形ケース１に生じたバリ１ａと封口板２に生じ
たバリ２ａとを誇張して模式的に示すもので、バリ１
ａ、２ａは切断方向に突起として発生するので、図９
（ａ）（ｂ）に示すように、溶接する当接ラインに角形
ケース１のバリ１ａが外側方向に向いて生じていると、
バリ１ａが照射されるレーザービーム３により溶融して
飛び散るスパッタが生じて溶接の外観不良となる。

【００３１】また、図９（ａ）に示すように、角形ケー
ス１のバリ１ａが外向きで、封口板２のバリ２ａが角形
ケース１との当接側に生じている場合には、バリ２ａの
突起により封口板２が角形ケース１に密着しないことに
なり、この状態でレーザー溶接するとスパッタが発生す
るばかりでなく、当接ライン間の空隙により溶接不良を
発生させる。また、図９（ｃ）に示すように、角形ケー
ス１のバリ１ａが内側方向、封口板２のバリ２ａが上向
き方向に生じていると、当接ライン４に凹部が生じて平
面性が損なわれ溶接不良が発生する。

【００３２】そこで、図９（ｄ）に示すように、角形ケ
ース１のバリ１ａが内側方向、封口板２のバリ２ａが下
向き方向になるように切断方向を設定すると、角形ケー
ス１上に封口板２を載置したとき、図示するように角形
ケース１のバリ１ａによる内側方向への窪みは、封口板
２の下向きのバリ２によって覆われることになり、溶接
部位に突起や窪みがなく、バリ１ａ、２ａによる溶接不
良の発生が防止される。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば、角形
ケースの開口端に、封口板を載置した当接ラインに対し
て角形ケースの側方からレーザービームを入射させ、４
辺の直線と平行した直線的に走査することによって角形
ケースと封口板との間はレーザー溶接され、角形ケース
の開口端は封口板によって封止される。この溶接方法で
は、各辺に平行な直線的な操作で溶接されるので、その
制御が容易である。また、曲線部を有する溶接ラインに
対しても直線部と同一の溶接強度が得られるように制御
され、更に、当接ラインに生じるバリの方向を規制する
ことにより、一定した溶接強度により角形ケースの開口
端は封口板により確実に密閉封止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る角形電池の斜視図。

【図２】角形ケースの開口端の平面図。

【図３】（ａ）は当接ラインに対するレーザービームの
走査方向を示す平面図、（ｂ）は当接ラインに対するレ
ーザービームの入射方向を示す側面図。

【図４】複数個の角形電池の溶接を同時に実行するレー
ザー溶接工程の例を示すもので、（ａ）は短辺側の溶
接、（ｂ）は長辺側の溶接を示す平面図。

【図５】角部に対するレーザービームの焦点距離差の発
生を説明する説明図。

【図６】レーザービームの水平方向の入射角度を傾斜さ
せて走査する方法を示す平面図。

【図７】レーザービームの鉛直方向の入射角度を傾斜さ
せて走査する方法を示す側面図。

【図８】鉛直方向上の入射方向を傾斜させた作用効果を
説明する説明図。

【図９】角形ケース及び封口板のバリ方向が不適切な状
態（ａ）〜（ｃ）と、適切なバリ方向の状態（ｄ）とを
断面で示す模式図。

【符号の説明】

１角形ケース１ａ、２ａバリ２封口板３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄレーザービーム４当接ラインａ、ｂ、ｃ、ｄ直線辺ｅ角部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹内崇大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者妹尾菊雄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

【特許請求の範囲】

【請求項１】四角形の４辺が直線で各角部が所定半径
の曲線となる開口形状に形成された有底角筒形状の角形
ケース内に発電要素を収容し、この角形ケースの開口端
に封口板をレーザー溶接することにより、封口板によっ
て角形ケースの開口端を封止する角形電池の製造方法に
おいて、前記角形ケースの開口端に、封口板を当接させ、角形ケ
ースと封口板とが当接する当接ラインに対して角形ケー
スの側方方向からレーザービームを入射させ、このレー
ザービームを４辺の直線に平行する方向に直線的に走査
して角形ケースと封口板との間をレーザー溶接すること
を特徴とする角形電池の製造方法。
【請求項２】４辺のそれぞれに対応して設けられた４
本のレーザービームを、それぞれ各辺の直線に平行する
方向に走査して各当接ラインを一斉に溶接する請求項１
記載の角形電池の製造方法。
【請求項３】４辺の直線と平行に２本または単一のレ
ーザービームで各当接ラインを順次走査して溶接する請
求項１記載の角形電池の製造方法。
【請求項４】レーザービームによる走査が、各辺の直
線部と角部との間で移動するとき、角部の曲線半径に応
じてレーザー出力を変化させるように制御する請求項
１、２または３記載の角形電池の製造方法。
【請求項５】レーザービームによる走査が、各辺の直
線部と角部との間で移動するとき、角部の曲線半径に応
じてレーザービームのパルス時間間隔を変化させるよう
に制御する請求項１、２または３記載の角形電池の製造
方法。
【請求項６】レーザービームの照射角度を、走査ライ
ン方向に対し所定角度に傾斜させた請求項１〜５いずれ
か一項に記載の角形電池の製造方法。
【請求項７】開口端に封口板を載置した角形ケースを
複数個列設配置し、列設方向と交差する方向からレーザ
ービームを照射し、このレーザービームで列設方向に平
行な対向辺の各直線部と平行に走査して各角形ケースと
各封口板との当接ラインを溶接する請求項１〜６いずれ
か一項に記載の角形電池の製造方法。
【請求項８】角形ケース及び封口板それぞれの加工時
に当接ライン位置に発生するバリの方向が、角形ケース
においては電池内部方向に、封口板においては角形ケー
ス方向になるようにした請求項１〜７いずれか一項に記
載の角形電池の製造方法。
【請求項９】レーザービームによる溶接ナゲット径ｄ
と、角部の半径Ｒとの関係が、０．３＜（ｄ／Ｒ）とな
るように溶接する請求項１〜７いずれか一項に記載の角
形電池の製造方法。