JPH11167904A - 角形電池の製造方法 - Google Patents

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密閉封止する角形
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
を載置し、当接ライン４の各角部ｅを含む各辺ａ〜ｄに
対して水平方向から上向きに傾斜させた角度でレーザー
ビーム３ａ〜３ｄを入射させ、当接ライン４を各レーザ
ービーム３ａ〜３ｄで走査する。

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、有底角形ケースの開口端に電極部を形成する封口板
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。ここ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部位を走査し
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、軽量
化、薄型化のために薄板材料により形成された角形ケー
ス及び封口板に対し、角形ケースの上端開口側から封口
板と角形ケースとの当接部位をレーザービームにより溶
接すると、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、薄板材料であるため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た場合に電池内
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、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
の本願の第１発明に係る製造方法は、四角形の４辺が直
線で各角部が所定半径の曲線となる上端開口形状に形成
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、この角形ケースの上端開口に封口板を当接させ、当
接部位をレーザー溶接することにより封口板によって角
形ケースの上端開口を封止する角形電池の製造方法にお
いて、前記角形ケースの上端開口に、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、角形ケースの側方から斜上方向に照射されるレーザ
ービームを入射させ、このレーザービームにより当接ラ
インを走査することによって角形ケースと封口板との間
を溶接することを特徴とする。

【０００８】上記製造方法によれば、角形ケースの上端
開口と封口板とが当接する当接ラインに対するレーザー
ビームの照射方向を斜上に向いた角度方向にすることに
よって、レーザー溶接の溶け込みの方向は封口板方向に
向くようになるため、溶け込みが角形ケースの材厚を越
えた場合にも溶け込みが電池内部に達することが防止さ
れる。レーザー溶接による溶け込み量は一定に制御され
るが、薄板材料に対する溶け込み量を一定に維持するこ
とは困難であり、角形ケースの材厚のばらつきにより溶
け込みが材厚を越えることがあっても、このレーザービ
ーム方向の設定により角形ケースの材厚を越えた溶け込
みは封口板に至り、溶融したスパッタが電池内部に飛散
して内部短絡による不良の発生が防止される。

【０００９】また、本願の第２発明に係る製造方法は、
四角形の４辺が直線で各角部が所定半径の曲線となる断
面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、この角形ケースの上端開口に封口板を当
接させ、当接部位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上端開口を封止する角形電池の製
造方法において、前記封口板を、前記角形ケースの上端
開口内に嵌入する凹部を設けて形成し、角形ケースの上
端開口に前記凹部を嵌入させた状態で角形ケースと封口
板とを当接させ、角形ケースと封口板の周縁部とが当接
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により当
接ラインを走査することによって角形ケースと封口板と
の間を溶接することを特徴とする。

【００１０】上記製造方法によれば、封口板に形成され
た凹部を角形ケースの上端開口内に嵌入させて封口板を
角形ケースの上端開口に当接させるので、外周部で角形
ケースと封口板とが当接する当接ラインの内側は前記凹
部で塞がれることになり、当接ラインを角形ケースの側
方方向からレーザービームで走査して溶接するときのス
パッタが電池内部に侵入することが防止される。また、
レーザー溶接による溶け込みが角形ケースの材厚を越え
たような場合にも、材厚を越えた溶け込みは凹部に至る
ので、溶け込みによる金属溶融物が電池内部に侵入する
ことが防止される。

【００１１】

【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。

【００１２】図１は、本発明の第１の実施形態に係る角
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を溶接接合することによ
り、角形ケース１内を密閉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。

【００１３】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形成されている。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によって密閉封止される。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。

【００１４】図３（ａ）は、角形ケース１をその開口端
が上向きとなる鉛直方向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、図３（ｂ）に示すように角形ケース１と
封口板２との当接ライン４にレーザービーム３ａ〜３ｄ
を照射し、各レーザービーム３ａ〜３ｄを長辺ａ、ｂ、
短辺ｃ、ｄに平行に走査して当接ライン４をレーザー溶
接し、角形ケース１の開口端を封口板２で密閉封止す
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。また、前記当接ライン４に対するレーザービーム３
の照射方向は、図３（ｂ）に示すように、水平面に対し
て角度αの上向き方向として当接ライン４を走査するよ
うに設定されている。なお図３（ａ）に示すように平面
視したとき、レーザービーム３の照射方向は前記当接ラ
イン４に対し直角に入るように設定されている。しか
し、図８を用いて後述しているように、レーザービーム
３ａ〜３ｄそれぞれの平面視したときの照射角度を、各
辺ａ、ｂ、ｃ、ｄに直交する方向から角度θに傾けるよ
うに設定することもできる。

【００１５】このように当接ライン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。

【００１６】角形ケース１及び封口板２は軽量化や薄型
化のために薄いアルミニウム板を加工して形成されてい
るため、それらの間の溶接に際しても精度が要求され
る。しかしながら、それら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。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４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４（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する
場合が生じる。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が溶融したスパッタ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４（ｂ）に示すように、レーザー
ビーム３の照射方向を斜上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
よるスパッタの電池内部への飛散は防止される。

【００１７】レーザー溶接の手順は、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、３
ｂ、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、対向する２辺、例えば各角部ｅを含
む短辺ｃ、ｄを同時に溶接し、次に残された各角部ｅを
含む２辺を同時にまたは順次溶接することもできる。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。

【００１８】次に、本発明の第２の実施形態に係る角形
電池の製造方法について説明する。

【００１９】図５に示す第２の実施形態に係る角形電池
は、角形ケース１の開口端に嵌合する嵌入部が形成され
た封口板５を開口端にレーザー溶接して角形ケース１を
密閉封止するように構成されている。

【００２０】前記封口板５には、図５に示すように、周
辺部を除いた部分を凹設して、角形ケース１の開口端に
嵌合する嵌入部（凹部）５ａが形成されている。前記封
口板５の嵌入部５ａは、図６に一部断面として示すよう
に、角形ケース１の開口端内に嵌合している。そして、
図示するように角形ケース１と封口板５とが当接する当
接ライン４に対して角形ケース１の側方からレーザービ
ーム３を照射して溶接するとき、加工誤差により当接ラ
イン４に隙間が生じているような場合や、溶け込み量が
角形ケース１の板厚を越えたような場合にも、当接ライ
ン４の電池内部側が嵌入部５ａで塞がれているので、溶
融したスパッタが電池内部に飛散することがない。

【００２１】レーザー溶接は、第１の実施形態と同様に
図３（ａ）に示すように、各辺ａ、ｂ、ｃ、ｄの直線と
平行にレーザービーム３ａ〜３ｄで当接ライン４を走査
して溶接する。本実施形態においては、図６に示すよう
に当接ライン４の電池内部側は嵌入部５ａで塞がれてい
るので、第１の実施形態のようにレーザービーム３の照
射方向を上向きに傾斜させなくても、角形ケース１の側
方から当接ライン４に直行する方向から入射させること
ができる。この封口板５の構成においても斜上方向にレ
ーザービーム３ａ〜３ｄを入射させれば、より効果的で
あることは言うまでもない。

【００２２】以上説明した第１及び第２の実施形態にお
いて、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の焦点位置が遠くなり、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７
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の焦点位置に最大で距離差
βが生じる。この状態は走査終了位置でも同様で、図７
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の焦点位置に最大で距離差
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】第１の方法は、レーザービーム３ａ〜３ｄ
が角部ｅを走査する位置において、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、焦点位置が遠くなる角部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】第２の方法は、レーザービーム３ａ〜３ｄ
が角部ｅを走査する位置において、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を短くし、距離差が大きく
なる方向ではレーザーパルスの発射時間間隔を短くなる
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】また、第２の実施形態において、図８に示
すように、レーザービーム３ａ〜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、当接ライン４に照射され
たレーザービーム３が反射したとき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。また、この照射角度
の走査ライン方向への傾きにより、角部ｅに対するレー
ザービーム３の入射角度を深くすることができるので、
レーザービーム３の反射が少なく、レーザー溶接の効率
を高めることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば、角形
ケースの上端開口に、封口板を当接させた当接ラインに
対し、角形ケースの側方から斜上方向に照射されるレー
ザービームにより当接ラインを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、溶接による溶け込みは電池の側方から封口板側に
向かう方向となるので、薄板材料であることから溶け込
みが角形ケースの板厚を越えたような場合にも、溶接に
よるスパッタが電池内部に及ぶことがなくスパッタが原
因となる内部短絡の発生を解消することができる。

【００２７】また、角形ケースの上端開口内に嵌入部を
嵌入させた状態で封口板を角形ケースの上端開口に当接
させ、角形ケースの側方から照射されるレーザービーム
により当接ラインを走査することにより角形ケースと封
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、当接ラ
インの電池内部側は、封口板の嵌入部によって塞がれて
いるので、加工誤差による当接ラインに隙間が生じてい
る場合や溶け込み量が角形ケースの板厚を越えたような
場合にも、溶融したスパッタが電池内部に飛散すること
が防止され、スパッタの電池内部への侵入による内部短
絡を発生させることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１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各辺毎のレーザー
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】レーザービームの入射方向を傾斜させた作用効
果を説明する説明図。

【図５】本発明の第２の実施形態に係る角形電池の外観
形状を示す斜視図。

【図６】嵌入部を形成した封口板の構造を示す一部断面
図。

【図７】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８】レーザービームの反射による弊害を防止するビ
ーム方向の変化を示す平面図。

【符号の説明】

１ 角形ケース ２、５ 封口板 ３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ レーザービーム ４ 当接ライン ５ａ 嵌入部 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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 四角形の４辺が直線で各角部が所定半径
   の曲線となる上端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、この角形ケースの上
   端開口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上端開口を封止する角形電池の製
   造方法において、 前記角形ケースの上端開口に、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
   ケースの側方から斜上方向に照射されるレーザービーム
   を入射させ、このレーザービームにより当接ラインを走
   査することによって角形ケースと封口板との間を溶接す
   ることを特徴とする角形電池の製造方法。
2. 【請求項２】 四角形の４辺が直線で各角部が所定半径
   の曲線となる開口端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、この角形ケースの上端
   開口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上端開口を封止する角形電池の製造
   方法において、 前記封口板を、前記角形ケースの上端開口内に嵌入する
   凹部を設けて形成し、角形ケースの上端開口に前記凹部
   を嵌入させた状態で角形ケースと封口板とを当接させ、
   角形ケースと封口板の周縁部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により当接ラインを走査す
   ることによって角形ケースと封口板との間を溶接するこ
   とを特徴とする角形電池の製造方法。