JPH11273639A

JPH11273639A - 密閉式電池の製造方法

Info

Publication number: JPH11273639A
Application number: JP10074703A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hosokawa; 弘細川; Yasuhiro Yamauchi; 康弘山内; Wataru Shinohara; 亘篠原; Keisho Yamamoto; 恵章山本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 1999-10-08
Anticipated expiration: 2018-03-23
Also published as: JP3568387B2

Abstract

(57)【要約】【課題】密閉式電池において、レーザ溶接時に、レー
ザ光の照射エネルギーをできるだけ低く抑えつつ、クラ
ックの発生を抑えることの可能な製造方法を提供するこ
とを目的としている。【解決手段】パルス波形７０の場合も、最大値に達す
る時点７１の付近で溶融池が生成し、その後の出力減衰
期間に溶融池の冷却がなされるが、平坦部７３において
保温がなされるので、パルス波形８０の場合と比べて冷
却速度が緩慢である。そのため、同じ照射エネルギーで
比べても、冷却に伴って発生する熱応力が小さくなる。
従って、このような平坦部を有するパルス波形を用いる
ことは、溶接部分に発生する最大熱応力を、外装缶の材
料の引っ張り強度未満に抑え、クラック発生の抑制に有
効である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池外装缶と封口
板とをレーザ溶接によって製造する密閉式電池の製法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話，ＡＶ機器，コンピュー
タなどの携帯機器の需要が高まるに伴い、電池に対する
高性能化への要求が急速に高まっており、中でも、ニッ
ケルカドミウム電池，ニッケル−水素電池，リチウム二
次電池といった二次電池に対して高い要望がある。

【０００３】このような電池は一般的に密閉タイプであ
って、電池の形状としては、円筒形や角形が一般的であ
る。特に角形密閉式電池は、携帯機器に搭載するに際し
てスペース効率が優れている点で注目されている。この
ような密閉式電池は、金属製の板体を深絞り加工するこ
とによって、有底筒状に成形して外装缶を作製し、その
外装缶に正極・負極からなる発電要素を収納し、外装缶
の開口部に封口板を装着して封口することによって作製
されている。

【０００４】金属製の板体としては、従来から、ニッケ
ルメッキ鋼板やステンレス鋼板などが多く用いられてき
たが、電池を軽量化するために、現在では、アルミニウ
ムにマンガンなどを添加したアルミニウム合金の板も多
く用いられるようになっている。封口プロセスは、電池
の中が高圧となったときに電解液やガスが漏出するのを
防止するために必要であるが、その出来具合によって電
池の信頼性や寿命が大きく左右される。

【０００５】この封口プロセスは、機械式かしめ法で行
われているものが多いが、かしめ法による封口が困難な
場合、特に角形密閉式電池の場合には、レーザ溶接によ
る封口方法も行われている。このレーザ溶接法において
は、封口板の外周部と外装缶の開口縁部との境界に沿っ
て、レーザ光を照射しながら走査することによって溶接
を行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようなレーザ溶接
において、溶接箇所に照射するレーザ光のエネルギーは
できるだけ低く抑えることが生産効率上望まれる。即
ち、実際の封口装置においては、複数の電池を並行して
封口できるように、一つのレーザ光源からのレーザ光が
均等に分割され、複数の光ファイバで分岐されて、複数
の電池の各照射位置に照射されるようになっている。こ
の場合、各照射位置に照射されるエネルギーを低く抑え
られれば、同じ出力のレーザ光源でもより多くの電池を
並行して封口できることになり効率的である。

【０００７】また、走査速度に関しても、走査速度を大
きくするほど照射エネルギーは低下するが、生産性は向
上する。しかしながら、レーザ光の照射エネルギーを低
く抑えると、レーザ光のスポットが走査される溶接ライ
ンに沿ってクラック（ひびわれ）が発生しやすくなると
いう問題がある。

【０００８】これは、クラック発生のメカニズムとし
て、レーザ光を照射して溶融した部分（溶融池）が、冷
却時にその近傍で発生する熱応力によって引っ張られて
クラックが発生するものと考えられるが、レーザ光の照
射エネルギーが低い場合は、溶融池が急速に冷却され大
きな熱応力が発生することが原因と考えられる。特に、
アルミニウム合金の板を外装缶及び封口板に用いた場
合、アルミニウム合金は、鉄やステンレスと比べて引っ
張り強度が低いことや、熱伝導率が大きいため溶接部分
が急速に冷却されるなどの理由で、溶接部分にクラック
が発生しやすい。

【０００９】本発明は、このような課題に鑑みなされた
ものであって、密閉式電池において、レーザ溶接時に、
レーザ光の照射エネルギーをできるだけ低く抑えつつ、
クラックの発生を抑えることの可能な製造方法を提供す
ることを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、有底筒形状の外装缶及び外装缶の開口
部を封口する封口板を作製するステップと、外装缶に発
電要素を収納するステップと、外装缶の開口部に封口板
を装着し、封口板の外周部と外装缶の開口縁部とを両者
の境界に沿ってレーザ光を間欠的に照射しながら走査す
ることによって溶接し、封口するステップとからなる密
閉式電池の製造方法において、封口ステップにおいて照
射するレーザ光の波形に、最大出力値に対する出力の変
化率が０．１％／ｎｓｅｃ以下である平坦領域が含まれ
るようにした。

【００１１】レーザ溶接時におけるクラックは、溶融池
が冷却する時に発生する最大熱応力が外装缶の材料の引
っ張り強度を越える場合に生じるので、クラック発生を
防止するためには、最大熱応力がこの引っ張り強度未満
となるように設定すればよい。例えば、アルミニウム−
マンガン合金の場合は、レーザ光照射時に溶接部分に発
生する最大熱応力が４．５×１０³Ｎ／ｃｍ²以下となる
ような条件で製造を行えばよい。

【００１２】ここで、従来の通常のレーザ光の出力波形
では、最大値に到達した後に急激に出力が減衰するた
め、溶融池が冷却される時に大きな熱応力が生じる傾向
があったが、上記のように変化率の小さい平坦領域を設
けることによって保温効果が生じ、急激な冷却を避ける
ことができる。従って、照射エネルギーは従来と同じで
も、溶接部分に発生する最大熱応力を低減し、クラック
の発生を低く抑えることができる。

【００１３】また、発生する最大熱応力を更に小さくす
るために、照射されるレーザ光の出力波形において、出
力が最大値に到達した後に、最大出力値に対する出力の
変化率が０．１％／ｎｓｅｃ以下である平坦領域が２．
０ｍｓｅｃ以上含まれるようにすることが有効である。
ここで、最大出力値に対する出力の変化率が０．０１％
／ｎｓｅｃ以下である平坦領域が２．０ｍｓｅｃ以上含
まれるように設定することが好ましく、更に、最大出力
値に対する出力の変化率が０．０１％／ｎｓｅｃ以下で
あり且つ出力値が最大出力値に対して２０％〜５０％の
範囲にある平坦領域が２．０ｍｓｅｃ以上含まれるよう
に設定することが好ましい。

【００１４】また、レーザ溶接時に、溶接部分に発生す
る最大熱応力を低減する別の手段として、有底筒形状の
外装缶及び外装缶の開口部を封口する封口板を作製する
ステップと、外装缶に、発電要素を収納するステップ
と、外装缶の開口部に封口板を装着し、封口板の外周部
と外装缶の開口縁部とを、両者の境界に沿ってレーザ光
を照射しながら走査することによって溶接し封口するス
テップとからなる密閉式電池の製造方法において、封口
板の外周部に、照射されるレーザ光による熱が封口板の
中央部に放熱するのを防止する放熱防止手段を設けるこ
とも有効である。

【００１５】具体的には、封口体の外周に沿って突起部
を形成し、外装缶の開口部の先端部と封口体の突起部の
先端部とが対向するよう装着し、両先端部に沿ってレー
ザ光を照射しながら走査することが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】［実施の形態１］〔電池の構成〕図１は、本発明の一実施形態に係る角形
密閉式電池の斜視図である。この角形密閉式電池は、リ
チウム二次電池であって、有底角筒形の外装缶１０の内
部に、負極板２１と正極板２２とがセパレータ２３を介
して積層されてなる電極群２０並びに非水電解液が収納
され、外装缶１０の開口部を封口体３０で封口した構造
である。

【００１７】外装缶１０は、Ａｌ−Ｍｎ系合金の板が有
底角筒形に成形されたものである。このＡｌ−Ｍｎ系合
金は、アルミニウムを主成分としているため軽量であ
り、またマンガンが添加されていることにより、アルミ
ニウム単体と比べて引っ張り強度が大きい。なお、マン
ガンの含有量は１．５重量％程度以下が適当であって、
マンガンの含有量が多すぎると外装缶成形時の加工性や
溶接性が低下する。

【００１８】図１に示すように、封口体３０は、外装缶
１０の開口部に填まり込むよう成形された封口板３１の
中央部に、釘状の負極端子３２が、絶縁パッキン３３を
介して貫通して取り付けられた構成である。封口板３１
は、外装缶１０と同じＡｌ−Ｍｎ系合金の板が、外装缶
１０の開口部と同じ長方形状に打ち抜かれたものであ
る。

【００１９】外装缶１０や封口板３１の厚さは、必要な
強度を維持できる範囲内で、できるだけ薄く設定し、通
常は５００μｍ程度に設定する。負極端子３２の下部
（電池の内側）には、集電板３４が装着され、また、負
極端子３２の上部（電池の外側）には、ワッシャ３５が
装着されている。そして、これらの負極端子３２，集電
板３４及びワッシャ３５は、絶縁パッキン３３によって
封口板３１と絶縁された状態で、カシメ圧着されて封口
板３１に固定されている。

【００２０】電極群２０の負極板２１は、層状カーボン
（グラファイト粉末）が板状の芯体に塗着されたもので
あって、セパレータ２３によって包みこまれている。そ
して、この負極板２１の芯体と集電板３４とは、リード
板２５で接続されている。一方、電極群２０の正極板２
２は、正極活物質としてのリチウム含有酸化物（例えば
コバルト酸リチウム）と導電剤（例えばアセチレンブラ
ック）とからなる正極合剤が、板状の芯体に塗着された
ものであって、正極兼用の外装缶１０と直接接触して電
気的に接続されている。

【００２１】非水電解液は、例えば、エチレンカーボネ
ート及びジメチルカーボネートからなる混合溶媒に、溶
質としてのＬｉＰＦ6を溶解したものである。封口板３
１の外周部と外装缶１０の開口端部とは、レーザ溶接に
よって封止されている。なお、図１では省略している
が、電極群２０と封口板３１との間には、絶縁性樹脂か
らなる絶縁スリーブ２６が介挿され（図２参照）、これ
によって電極群２０は、外装缶１０内の定位置に固定さ
れると共に、封口体３０との接触が防止されるようにな
っている。

【００２２】〔電池の製造方法〕次に、この角形密閉式
電池の製造方法について説明する。先ず、Ａｌ−Ｍｎ系
合金の板を、パンチとダイスを用いて深絞り加工を施す
ことによって有底角筒形に成型し、外装缶１０を作製す
る。一方、Ａｌ−Ｍｎ系合金の板を、パンチを用いて打
ち抜いて封口板３１を作製し、これに、絶縁パッキン３
３、負極端子３２及び集電板３４を組み合わせて填めこ
み、負極端子３２の上部にワッシャ３５をはめてカシメ
圧着することにより、封口体３０を作製する。

【００２３】また、リード板２５付きの負極板２１をセ
パレータ２３で覆い、これと正極板２２とを交互に積層
させることによって電極群２０を作製する。このように
作製した電極群２０を、外装缶１０の中に挿入すると共
に、リード板２５を絶縁スリーブ２６に通し、集電板３
４と電気的に接続する。そして、外装缶１０の中に非水
電解液を注入して電極群２０に含浸させる。

【００２４】次に、絶縁スリーブ２６を外装缶１０の上
部に装着すると共に、封口体３０を外装缶１０の開口部
に填め込んで装着し、以下に説明するように、封口体３
０の外周部と外装缶１０の開口縁部１１とを、両者の境
界４０に沿ってレーザ光を照射しながら走査することに
よって溶接を行う。〔レーザ溶接による封口〕図２は、レーザ溶接によって
外装缶を封口する様子を示す図である。

【００２５】図２に示す装置において、集光レンズ５１
は、その光軸を、封口板３１と平行な面内で、任意の方
向に駆動できるようになっている。そして、この集光レ
ンズ５１にレーザ光発振装置（不図示）から光ファイバ
を経由してレーザ光５０が導かれる。レーザ光発振装置
は、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）を
用いて発光させるものであって、レーザ光５０はパルス
状に出力される（例えば、レーザパルス繰返数：５０ｐ
ｐｓ）。そして、このレーザ光発振装置におけるレーザ
光の出力（パルス波形）は、実質的に０．１μｓｅｃ程
度の間隔で自由に設定できるようになっている。

【００２６】このレーザ光５０は、集光レンズ５１を通
過することにより、封口板３１と開口縁部１１との境界
４０上に集光して、小さな円形状のスポット５２（スポ
ット径：数百μｍ）を形成する。このようなレーザ光の
照射方式により、溶接する部分の周囲にある部材（絶縁
スリーブ２６など）に熱的損傷を与えることなしに、ス
ポット５２の部分を局所的に溶融させることができる。

【００２７】レーザ光５０が照射されたスポット５２の
部分では、封口板３１と外装缶１０の開口縁部１１とが
溶融して溶融池が生じるが、その溶融池は短時間で凝固
する。図２において、６０は、この溶融池が凝固した溶
接部分である。なお、レーザ光５０のスポット５２の周
囲には、不活性ガス（窒素ガス）が噴射されるようにな
っており、これによって溶接部分の酸化は防止される。

【００２８】また、レーザ光発振装置におけるレーザ光
の繰返数並びに集光レンズ５１の走査の速度は、レーザ
光５０のスポット５２が、直前に照射したスポット５２
ａと適度にオーバーラップするよう（通常４０〜６０％
程度のオーバーラップ率となるよう）調整する。このよ
うに、レーザ光５０を、集光レンズ５１で境界４０上に
集光して照射しながら、境界４０に沿う方向（図２の矢
印Ａの方向）に集光レンズ５１を走査することによっ
て、境界４０に沿って連続的に溶接部分６０を形成す
る。そして、境界４０の全周にわたって溶接を行い、封
止を完了する。

【００２９】〔レーザ光の波形と発生する熱応力につい
て〕溶接時において照射するレーザ光のパルス波形（レ
ーザ光強度の時間的変化）について考察する。図３
（Ａ）は、本実施形態にかかるレーザ光のパルス波形７
０、図３（Ｂ）は、従来例にかかるレーザ光のパルス波
形８０を示す図である。なお、本図で、レーザ光強度は
最大強度を１００としたときの指標で示している。

【００３０】（Ｂ）の従来例のパルス波形８０では、レ
ーザ光強度は、時点８１で最大値に達した後、領域８２
で急激に減衰し、そのまま０に到達している。なお、こ
の図で、領域８２における減衰速度は、最大値に対して
約０．２％／ｎｓｅｃである。一方、（Ａ）のパルス波
形７０では、レーザ光強度は、時点７１で最大値に達し
た後、しばらくの間の領域７２で上記領域８２と同様に
急激に減衰しているが、ある程度低下した後、減衰速度
の小さい領域（平坦部７３）があり、その後減衰して０
に到達している。なお、この図で、平坦部７３における
減衰速度は、最大値に対して約０．００６％／ｎｓｅｃ
である。

【００３１】パルス波形７０，８０の特徴と、発生する
熱応力との関係を考察すると、いずれのパルス波形７
０，８０の場合も、最大値に達する時点７１，８１の付
近で溶融池が生成し、その後の出力が減衰する期間に溶
融池の冷却がなされるが、パルス波形７０では平坦部７
３において保温がなされるので、パルス波形８０の場合
と比べて冷却速度が緩慢である。そのため、同じ照射エ
ネルギーで比べてもパルス波形７０の方がパルス波形８
０よりも冷却に伴って発生する熱応力が小さくなる。

【００３２】このように本実施形態では、レーザ光のパ
ルス波形が平坦部を有しているので溶融池の冷却時に保
温作用が生じ、従来と照射エネルギーが同じでも溶接部
分に発生する最大熱応力が小さくなる。従って、このよ
うな平坦部を有するパルス波形を用いることは、溶接部
分に発生する最大熱応力を、外装缶の材料の引っ張り強
度未満に抑えるのに有効である。

【００３３】なおアルミニウム−マンガン合金の場合、
実質上、溶接部分に発生する最大熱応力を外装缶１０の
材料の引っ張り強度未満に抑えるためには、レーザ光照
射時に溶接部分に発生する最大熱応力を４．５×１０³
Ｎ／ｃｍ²以下に抑えればよいと考えられる。ここで、
保温効果を高めて溶接部分に発生する最大熱応力を低減
するために、最大出力値に対する出力の変化率が０．１
％／ｎｓｅｃ以下の平坦部を２．０ｍｓｅｃ以上含むよ
うにすることが効果的であり、最大出力値に対する出力
の変化率が０．０１％／ｎｓｅｃ以下の平坦部を２．０
ｍｓｅｃ以上含むようにすることがより効果的である。

【００３４】更に、最大出力値に対する出力の変化率が
０．０１％／ｎｓｅｃ以下であり且つ出力値が最大出力
値に対して２０％〜５０％の範囲にある平坦領域が２．
０ｍｓｅｃ以上含まれるようにすることがより効果的で
ある。なお、「平坦部の出力の変化率」とは、０．１ｍ
ｓｅｃ程度の時間幅で測定したときの変化率をいい、も
っと細かい時間幅（例えば、ｎｓｅｃ単位の短い時間
幅）で測定したときの変化率は大きくても問題はない。

【００３５】〔熱応力の有限要素法による解析〕本実施
の形態の電池において、照射するレーザ光の波形を、図
４の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すような波形１，２，
３に調整した場合に、連続して４回照射するときの各ス
ポットの中央部に生じる熱応力を、有限要素法を用いて
解析した。

【００３６】波形１〜３のいずれも、変化率０．０１％
／ｎｓｅｃ以下でレーザ光強度が最大値に対して０．３
程度の平坦部を有しているが、その長さは、波形１では
ごく短時間、波形２では１ｍｓｅｃ程度、波形３では２
ｍｓｅｃ程度である。スポットの中央部に生じる熱応力
を解析するのは、レーザ溶接に伴って発生する熱応力
は、スポットの中央部で一番大きく、これがクラック発
生の要因と考えられるからである。

【００３７】この有限要素法による解析は、以下の条件
に基づいて行った。レーザ光の波長：１．０６μｍレーザ光のパワー：９．３×１０²Ｗレーザ光のスポット径：４５０μｍパルス幅：１２．０ｍｓレーザ光照射からの解析時間：１５．０ｍｓ封口板の融点：１８００Ｋ絶縁スリーブ２６の樹脂融点：６００Ｋなお、有限要素法については、日本機械学会編の「熱と
流れのコンピュータアナリシス」，コロナ社（１９８６
年）を参考文献として挙げることができる。

【００３８】図５は、この解析結果を表わす特性図であ
って、各波形１，２，３ごとに照射回数と発生する熱応
力との関係が示されている。図５の解析結果から、１回
目の照射時と比べて２回目の照射時の方が熱応力が若干
大きくなるが、２回目以降の熱応力の大きさはほとんど
一定であることがわかる。

【００３９】また、発生する熱応力は、波形１＞波形２
＞波形３の順であることがわかる。これは、平坦部の時
間を長くするほど、発生する熱応力が低減されることを
示している。また、波形２においては、発生する熱応力
の最大値が４．５×１０³Ｎ／ｃｍ²程度であるが、波形
３においては、発生する熱応力の最大値が４．０×１０
³Ｎ／ｃｍ²程度である。従って、この解析条件におい
て、発生する熱応力の最大値を確実に４．５×１０³Ｎ
／ｃｍ²以下に抑えるためには、平坦部の長さを２ｍｓ
ｅｃ程度以上に設定することが好ましいことが裏付けら
れる。

【００４０】〔実験〕本実施の形態の電池において、封
口時に照射するレーザ光の波形を変えることによって最
大熱応力を様々な値に変えて電池を作製し、そのときの
クラックの発生率を調べる実験を行った。最大熱応力の
算出は、上記と同様の有限要素法を用いて行った。

【００４１】その実験の結果、最大熱応力が４．５×１
０³Ｎ／ｃｍ²以下の範囲では、クラック発生率が５％未
満であった。［実施の形態２］図６は、本実施の形態にかかるリチウ
ム二次電池の封口工程を示す図であって、外装缶及び封
口体の部分だけを示した断面図である。

【００４２】本実施の形態のリチウム二次電池は、実施
の形態１のリチウム二次電池と同様の構成であるが、本
実施形態の封口板１３１は、その外周部が曲折されて外
周突起部１３２が形成され、外周突起部１３２の先端部
１３２ａと開口縁部１１１の先端部１１１ａとがレーザ
溶接されている点が異なっている。電池の基本的な作製
方法は、実施の形態１と同様であるが、封口板１３１の
作製時に、封口板１３１の外周突起部１３２も合わせて
形成する。そして、封口時には、図６に示すように、開
口縁部１１１の先端部１１１ａと外周突起部１３２の先
端部１３２ａとの境界に沿ってレーザ光を照射しながら
封口を行う。

【００４３】この場合、溶融池１６０から封口体１３１
の中央部の方への伝熱は、外周突起部１３２を経由して
なされるので、上記実施の形態１の外装缶１０及び封口
板３１を用いる場合と比べて、封口体１３１の中央部へ
の伝熱量は少なくなる。従って、溶融池１６０からの熱
の放出速度は減少し、発生する熱応力が減少する。ま
た、これに加えて、開口縁部１１１の厚さＬ1を外装缶
１１０の他の部分の厚さＬ2より小さく設計すれば、ま
た外周突起部１３２の厚さＴ3を封口板１３１の他の部
分の厚さＴ1より小さく設計すれば、溶融池１６０から
の熱の放出速度を更に減少させ、発生する熱応力を減少
させるのに有効である。

【００４４】開口縁部１１１の厚さＬ1並びに封口板１
３１の外周突起部１３２の形状は、以下のようにして調
整することができる。絞り加工によって外装缶１１０を
作製する際、作製される外装缶１１０の内面側の形状
は、用いるパンチの形状に従うので、開口縁部１１１に
相当する部分を膨らませた形状のパンチを用いることに
よって、外装缶１１０の開口縁部１１１の厚Ｌ1さを小
さくすることができる。

【００４５】一方、封口板１３１も、アルミ合金の平板
をパンチとダイスを用いて絞り加工すると共に打ち抜い
て作製するが、この際に外周部を曲折することによって
外周突起部１３２を形成する。なお、この際に、用いる
パンチの形状を調整することによって外周突起部１３２
の厚さＴ3を調整することも可能である。この方法によ
り、開口縁部１１１の厚さＬ1、外周突起部１３２の高
さＴ2並びに厚さＴ3を各々所望の値に設定することがで
きる。

【００４６】本実施の形態において、封口時に照射する
レーザ光の波形は、図３（Ｂ）のように従来と同様の波
形を用いても効果はあるが、実施の形態１で用いた図３
（Ａ）のような波形を用いれば、更に熱応力の低減に効
果的である。〔封口板の形状と熱応力との関係について〕本実施の形
態に基づき、封口板の中央部の厚さＴ1及び外周突起部
１３２の高さＴ2を様々に変化させて電池を作製する場
合にレーザ溶接時に発生する最大熱応力について、上記
実施の形態１と同様にして有限要素法による解析を行っ
た。

【００４７】なお、外周突起部１３２の厚さＴ3は５０
０μｍで共通とした。また、照射するレーザ光の波形
は、図３（Ｂ）のように従来と同様の波形で行った。表
１はこの解析結果を表わすものである。また、図７は、
表１の各条件Ｎｏ．１〜１５について、外周突起部１３
２の高さＴ2と最大熱応力との関係をプロットした図表
である。

【００４８】

【表１】

【００４９】表１の解析結果から、外周突起部１３２の
高さＴ2が大きいほど、最大熱応力が小さいことがわか
る。またこの条件で、熱応力の最大値を４．５×１０³
Ｎ／ｃｍ²以下に抑えるためには、突起部の高さＴ2を８
０μｍ以上に設定することが好ましいことがわかる。〔実験〕また更に、表１の各条件Ｎｏ．１〜１５に基づ
いて実際に電池を作製し、レーザ封口時（走査速度は１
８ｍ／ｓｅｃ、レーザ光のスポット径は３００μｍ）の
クラックの発生率を測定する実験を行った。

【００５０】その実験結果は図７に併記してある。即
ち、図７では、クラック発生率が５％未満の場合は○
印、クラック発生率が５％以上の場合は×印を付してあ
る。この実験の結果は、最大熱応力が４．５×１０³Ｎ
／ｃｍ²以下の範囲でクラック発生率が５％未満である
ことを裏付けている。（その他の事項）なお、上記実施の形態では、リチウム
二次電池の場合を例にとって説明したが、本発明は、ニ
ッケル−水素電池などの二次電池、あるいは一次電池に
おいても適用可能である。

【００５１】また、上記実施の形態では、外装缶や封口
板の材質として、クラック発生の問題が生じやすいアル
ミニウム合金を用いる場合について説明したが、本発明
は、ステンレス等を用いる場合にも適用可能である。ま
た、上記実施の形態では、実用性の高い角形密閉式電池
について説明を行なったが、本発明の製造方法は、角形
密閉式電池に限らず、有底筒形状の外装缶を用いた電池
に対して広く適用することができる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、有底筒
形状の外装缶、特にアルミニウム合金からなるものを用
いた密閉式電池の製造方法において、封口ステップにお
いて照射するレーザ光の波形に、最大出力値に対する出
力の変化率が０．１％／ｎｓｅｃ以下である平坦領域が
含まれるようにすることによって、照射エネルギーは従
来と同じでも、溶接部分に発生する最大熱応力を低減
し、クラックの発生を低く抑えることができる。

【００５３】また、発生する最大熱応力を更に小さくす
るために、照射されるレーザ光の出力波形において、出
力が最大値に到達した後に、最大出力値に対する出力の
変化率が０．１％／ｎｓｅｃ以下である平坦領域が２．
０ｍｓｅｃ以上含まれるようにすることが有効である。
ここで、最大出力値に対する出力の変化率が０．０１％
／ｎｓｅｃ以下である平坦領域が２．０ｍｓｅｃ以上含
まれるように設定することが好ましく、更に、最大出力
値に対する出力の変化率が０．０１％／ｎｓｅｃ以下で
あり且つ出力値が最大出力値に対して２０％〜５０％の
範囲にある平坦領域が２．０ｍｓｅｃ以上含まれるよう
に設定することが好ましい。

【００５４】また、レーザ溶接時に、溶接部分に発生す
る最大熱応力を低減する別の手段として、封口板の外周
部に、照射されるレーザ光による熱が封口板の中央部に
放熱するのを防止する放熱防止手段を設けることも有効
であって、具体的には、封口体の外周に沿って突起部を
形成し、外装缶の開口部の先端部と封口体の突起部の先
端部とが対向するよう装着し、両先端部に沿ってレーザ
光を照射しながら走査することが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る角形密閉式電池の斜
視図である。

【図２】レーザ溶接によって外装缶を封口する様子を示
す図である。

【図３】実施の形態１にかかるレーザ光のパルス波形、
及び従来例にかかるレーザ光のパルス波形である。

【図４】実施の形態１において用いるレーザ光の波形の
形態を示す図である。

【図５】実施の形態１において、有限要素法による熱応
力の解析結果を表わす特性図である。

【図６】実施の形態２にかかるリチウム二次電池の封口
工程を示す図である。

【図７】表１の結果に基づいて、外周突起部の高さと最
大熱応力との関係をプロットした図表である。

【符号の説明】

１０外装缶１１開口縁部２０電極群３０封口体３１封口板５０レーザ光５１集光レンズ７０，８０パルス波形７３平坦部１１１開口縁部１３２外周突起部

フロントページの続き (72)発明者山本恵章大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有底筒形状の外装缶及び当該外装缶の開
口部を封口する封口板を作製する外装缶作製ステップ
と、前記外装缶に、発電要素を収納する収納ステップと、前記外装缶の開口部に前記封口板を装着し、前記封口板
の外周部と外装缶の開口縁部とを、両者の境界に沿って
レーザ光を間欠的に照射しながら走査することによって
溶接し、封口する封口ステップとからなる密閉式電池の
製造方法において、前記封口ステップにおいて照射するレーザ光の出力波形
には、最大出力値に対する出力の変化率が０．１％／ｎｓｅｃ
以下である平坦領域が含まれていることを特徴とする密
閉式電池の製造方法。
【請求項２】前記封口ステップで照射されるレーザ光
の出力波形には、出力が最大値に到達した後に、最大出力値に対する出力
の変化率が０．１％／ｎｓｅｃ以下である平坦領域が
２．０ｍｓｅｃ以上含まれていることを特徴とする請求
項１記載の密閉式電池の製造方法。
【請求項３】前記封口ステップで照射されるレーザ光
の出力波形には、出力が最大値に到達した後に、最大出力値に対する出力
の変化率が０．０１％／ｎｓｅｃ以下である平坦領域が
２．０ｍｓｅｃ以上含まれていることを特徴とする請求
項２記載の密閉式電池の製造方法。
【請求項４】前記封口ステップで照射されるレーザ光
の出力波形には、出力が最大値に到達した後に、最大出力値に対する出力
の変化率が０．０１％／ｎｓｅｃ以下であり且つ出力値
が最大出力値に対して２０％〜５０％の範囲にある平坦
領域が２．０ｍｓｅｃ以上含まれていることを特徴とす
る請求項３記載の密閉式電池の製造方法。
【請求項５】有底筒形状の外装缶及び当該外装缶の開
口部を封口する封口板を作製する外装缶作製ステップ
と、前記外装缶に、発電要素を収納する収納ステップと、前記外装缶の開口部に前記封口板を装着し、前記封口板
の外周部と外装缶の開口縁部とを、両者の境界に沿って
レーザ光を照射しながら走査することによって溶接し、
封口する封口ステップとからなる密閉式電池の製造方法
において、前記外装缶作製ステップで作製する封口板の外周部に
は、前記封口ステップで照射されるレーザ光による熱が封口
板の中央部に放熱するのを防止する放熱防止手段が設け
られていることを特徴とする密閉式電池の製造方法。
【請求項６】前記外装缶作製ステップは、封口体の外周に沿って突起部を形成するサブステップを
有し、前記封口ステップでは、前記外装缶の開口部の先端部と前記封口体の突起部の先
端部とが対向するよう装着し、前記両先端部に沿ってレ
ーザ光を照射しながら走査することを特徴とする請求項
５記載の密閉式電池の製造方法。
【請求項７】前記外装缶作製ステップで作製する外装
缶は、アルミニウム合金からなるものであって、前記封口ステップでは、レーザ光照射時に溶接部分に発生する最大熱応力が４．
５×１０³Ｎ／ｃｍ²以下となるようレーザ光の照射を行
うことを特徴とする請求項１〜６記載の密閉式電池の製
造方法。