JPH11307065A - 密閉型電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ａｌ−Ｍｇ系合金にて形成された電池缶と電
池蓋とを用い、且つレーザ光の照射にて両者の合わせ部
分を溶接して高性能の密閉型電池を製造する方法を提供
することを課題とする。 【解決手段】 Ａｌ−Ｍｇ系合金製の電池缶と電池蓋と
の合わせ部をレーザ光の照射により溶接する際、電池蓋
としてその端部に溶接面と電池缶の内側壁面と接触し得
る位置合わせ面とを有するものを用い、合わせ部を溶接
面と開口上端面とを合わせることにより形成し、合わせ
部のうちで少なくとも電池蓋に設けられた有機高分子製
の電気絶縁ガスケットの近傍に位置する合わせ部を、電
気絶縁ガスケットの溶融変形が生じないように該合わせ
部の外側端にレーザ光を電池蓋を経由することなく直接
照射して溶接することを特徴とする密閉型電池の製造方
法。 【効果】 軽量にして機械的に丈夫な電解液内蔵のリチ
ウム二次電池などの密閉型電池、特に角型の密閉型電池
の製造に好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリチウム二次電池な
どの密閉型電池の製造方法に関し、特に電池缶と電池蓋
との合わせ部の溶接方法に特徴のある密閉型電池の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、通常の角形密閉型電池例の概念
的な断面図であり、図４は図３の上面図であり、図５お
よび図６は図３の一部拡大断面図である。図３〜図６に
おいて、１は電池缶、２は電気絶縁板、３は発電要素
体、３１は発電要素体３の下部から露出する一方の電極
リード、３２は発電要素体３の上部から露出する他方の
電極リード、４はドーナツ状の電気絶縁板、５は電極、
６は電池蓋、７は電極５の中央を貫通する電解液注入
口、８は電解液注入口７を封止する封止用部材、９は有
機高分子製の電気絶縁ガスケット、１０はラプチャー機
能を有する安全機構、Ｇは電池蓋６と電池缶１との合わ
せ部であって溶接されている。電池蓋６は、有機高分子
製の電気絶縁ガスケット９を介して電極５を有し、且つ
安全機構１０をも有する。

【０００３】図４〜図６から明らかなように、合わせ部
Ｇの大部分は電気絶縁ガスケット９の先端から離れてい
るが（図４および図６参照）、合わせ部Ｇの一部（合わ
せ部ｇとして示す）は、電気絶縁ガスケット９の先端と
近接している（図４および図５参照）。

【０００４】上記の密閉型電池は、鉄やアルミニウムな
どの導電性金属からなる有底の電池缶１内に発電要素体
３を電気絶縁板２、４と共に収納し、発電要素体３から
導出された一方の電極リード３１の先端を電池缶１の底
内面あるいは内側面に、他方の電極リード３２の先端を
電池蓋６中の電極５の裏面にそれぞれ電気的に接続し、
電池蓋６を電池缶１の開口上端部１１に溶接して有底電
池缶１に蓋をし、電解液注入口７から電池缶１内を脱気
すると共に電解液を注入して発電要素体３を電解液にて
含浸し、最後に封止用部材８を装着し溶接して電解液注
入口７を封止して製造される。

【０００５】電池の軽量化を目的として、電池缶１と電
池蓋６とをアルミニウムで形成する要求が多い。一方、
電池缶１と電池蓋６との合わせ部Ｇおよび合わせ部ｇの
溶接には、局所的な加熱が可能なレーザ光の照射が多用
されており、またその際例えば特開平８−３２９９０８
号公報などに記載されているように、レーザ光は電池蓋
６の上から図５および図６において矢印Ａで示す方向か
ら照射される。したがってレーザ光による熱は、電池蓋
６を経由して電池缶１と電池蓋６との合わせ部Ｇあるい
は合わせ部ｇに達することになる。

【０００６】ところで電池缶１と電池蓋６との形成材料
が融点が低く且つ溶接が容易な純アルミニウムである場
合には、電池蓋６の上からレーザ光を照射しても良好な
溶接を行うことができる。しかし純アルミニウムは、機
械的強度が低いために電池が外力により破損し易い大き
な問題がある。

【０００７】上記に鑑みて本発明者らは、純アルミニウ
ムに代えて機械的強度の良好なＡｌ−Ｍｇ系合金を用い
る試みを行った。しかしＡｌ−Ｍｇ系合金は、純アルミ
ニウムと比較して融点が高く且つ溶接が困難であって、
良好な溶接を達成するためには十分なレーザ光の照射が
必要となることが判明した。またレーザ光を図５や図６
の矢印Ａで示す方向に電池蓋６の上から十分量照射した
場合には、電池蓋６の他部の温度上昇をも惹起し、この
結果、電気絶縁ガスケット９の先端９１と近接している
合わせ部ｇにおいては、該先端９１およびその近傍が溶
融変形し、場合によっては電気絶縁ガスケット９の全体
が溶融脱落する問題がある。参考までに、電気絶縁ガス
ケット９の最先端９１と電池缶１の内壁面との間隔ｄ
（図５参照）は、最も狭い個所では１ｍｍ前後となるこ
とがあり、かかる個所の電気絶縁ガスケット９が特に溶
融変形し易い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかして本発明は、Ａ
ｌ−Ｍｇ系合金にて形成された電池缶と電池蓋とを用
い、且つレーザ光の照射にて両者の合わせ部を溶接して
高性能の密閉型電池を製造する方法を提供することを課
題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の課題は、つぎの
手段にて解決される。 (1) Ａｌ−Ｍｇ系合金製の電池缶と電池蓋との合わせ部
をレーザ光の照射により溶接するにあたり、電池蓋とし
てその端部が電池缶の開口上端面上に合わせるための溶
接面と電池缶の内側壁面と接触し得る位置合わせ面とを
有する段構造であるものを用い、合わせ部を溶接面と開
口上端面とを合わせることにより形成し、合わせ部のう
ちで少なくとも電池蓋に設けられた有機高分子製の電気
絶縁ガスケットの近傍に位置する合わせ部を、電気絶縁
ガスケットの溶融変形が生じないように該合わせ部の外
側端にレーザ光を電池蓋を経由することなく直接照射し
て溶接することを特徴とする密閉型電池の製造方法。 (2) 有機高分子製の電気絶縁ガスケットの近傍に位置す
る合わせ部以外の合わせ部も、該合わせ部の外側端にレ
ーザ光を電池蓋を経由することなく直接照射して溶接す
る上記(1) 記載の密閉型電池の製造方法。 (3) Ａｌ−Ｍｇ系合金が、Ｍｇを０．０２〜６重量％含
有するものである上記(1) または(2) 記載の密閉型電池
の製造方法。 (4) 電池缶の外壁面に対して３０〜９０度の角度でレー
ザ光を直接照射する上記(1) 〜(3) のいずれかに記載の
密閉型電池の製造方法。 (5) 合わせ部の溶接が、レーザ光の照射により生じた溶
融体の凝固が始まる段階以降において凝固体が徐冷する
ようにレーザ光をその照射エネルギー量が逓減するよう
に照射する上記(1) 〜(4) のいずれかに記載の密閉型電
池の製造方法。

【００１０】

【作用】本発明においては、電池蓋の端部は段構造で
あって電池缶の開口上端面と接する溶接面と電池缶の内
壁面と接触し得る位置合わせ面とを有し、電池缶の開
口上端面と電池蓋の溶接面との合わせ部がレーザ光の照
射により溶接される、また合わせ部のうちで少なくと
も電池蓋に設けられた有機高分子製の電気絶縁ガスケッ
トの近傍に位置する合わせ部（前記した合わせ部ｇな
ど）を、電気絶縁ガスケットの溶融変形が生じないよう
に該合わせ部の外側端にレーザ光を電池蓋を経由するこ
となく直接照射して溶接する。この結果、レーザ光は図
５での矢印Ａのように上からでなく、後記の図１や図２
から明らかなように横方向から照射される。したがって
溶接に必要な熱は、合わせ部に直接付与し得るので、電
池蓋自体の温度上昇は従来と比較して少なく、しかも上
からレーザ光を照射する場合と比較して照射部位から電
気絶縁ガスケットまでの熱伝達距離が長くなるので、十
分量のレーザ光照射を行っても電気絶縁ガスケットの溶
融変形を回避し得、しかしてＡｌ−Ｍｇ系合金からなる
電池缶と電池蓋とを良好に溶接することができる。ま
た、電池蓋の端部を段構造として位置合わせ面を有する
と、該位置合わせ面が電池缶上に電池蓋を安定して設置
する機能をなす。この電池蓋の安定設置により、レーザ
光の照射により電気絶縁ガスケットを溶融変形すること
なく一層安定した溶接が可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図例により詳細に
説明する。図１および図２は、いずれも本発明の実施例
であって、図３に示すような電池において、電池缶１と
電池蓋６との合わせ部Ｇのうちで電気絶縁ガスケット９
の近傍に位置する合わせ部ｇおよびその近傍のみの拡大
断面図を示す。よって以下においては、図３〜図６を参
照しつつ本発明の実施例を説明する。

【００１２】図１において、電池缶１と電池蓋６とは、
共にＡｌ−Ｍｇ系合金にて形成されており、合わせ部ｇ
は、電池缶１の開口上端部１１の端面１４と電池蓋６の
端部６１の溶接面６１１とが対向する部位であって、そ
れは電池缶１の端面１４上に電池蓋６の溶接面６１１を
乗せることにより形成されている。したがって図１の実
施態様では、合わせ部ｇは、電池蓋６の平面に並行ある
いは実質的に並行となっている。換言すると、合わせ部
ｇは電池缶１の外壁面１２に対して直交する方向とな
る。本発明において合わせ部Ｇのうちの合わせ部ｇの範
囲は、少なくとも図５に示す矢印Ａの方向からレーザ光
を照射した場合には電気絶縁ガスケット９の先端９１な
どに溶融変形が生じる範囲である。なお合わせ部Ｇも、
図示はしないが上記した合わせ部ｇと同じ合わせ構造を
有する。

【００１３】以下、合わせ部ｇのみを対象としてレーザ
光の照射による溶接方法を説明するが、合わせ部Ｇは合
わせ部ｇと同様の方法で溶接することが好ましい。

【００１４】合わせ部ｇの溶接に際し、レーザ光を合わ
せ部ｇの外側端ｇ１に向けて直接照射する。この結果、
合わせ部ｇの外側端ｇ１がレーザ光により直接照射さ
れ、かくして合わせ部ｇが溶接する。その際のレーザ光
の照射角度は、図１の矢印Ｂのように電池缶１の外壁面
１２に対して角度９０度であってもよく、あるいは斜め
上から下に向かう矢印Ｃや斜め下から上に向かう矢印Ｄ
のように、電池缶１の外壁面１２に対して角度θ１ある
いは角度θ２にて照射してもよい。但し角度θ１が過小
になると、図５に示す矢印Ａに近づいて電気絶縁ガスケ
ット９を溶融変形する危険があり、一方、角度θ２が過
小であると、電池製造システムにおける電池缶１の握持
機構とレーザ光発振器との設置位置の関係からレーザ光
の照射が困難となる。よって角度θ１、θ２共に、電池
缶１の外壁面１２に対して３０〜９０度程度の範囲内、
特に６０〜９０度程度の範囲内が好ましい。

【００１５】図１に示す電池蓋６の端部６１は、一部を
切り欠いた段構造となっていて溶接面６１１の他に、電
池缶１の内壁面１５と接触し得る位置合わせ面６１２を
も有する。本発明においては、電池蓋６の端部６１は図
３〜図６に示す従来例のように無加工でなしに段構造と
して位置合わせ面６１２を有すると、該面６１２が電池
缶１上に電池蓋６を安定して設置する機能をなし、この
電池蓋６の安定設置により合わせ部ｇの位置も安定し、
この結果、前記したレーザ光の照射により電気絶縁ガス
ケット９を溶融変形することなく一層安定した合わせ部
ｇの溶接が可能となる。なお位置合わせ面６１２は、そ
の全面が電池缶１の内壁面１５と接触し得る必要はな
く、その一部分が電池缶１の内壁面１５と接触して電池
缶１上に電池蓋６を安定して設置し得さえすればよい。

【００１６】図２の実施例は、図１の実施例とは合わせ
部ｇが図示する通り、電池缶１の外部から内部に向けて
上向きに傾斜している点のおいてのみ異なり、その他の
点は図１の実施例と同じである。レーザ光の照射角度θ
１、θ２についても図１の実施例での説明がここでも当
てはまる。

【００１７】電池缶１と電池蓋６とを形成するＡｌ−Ｍ
ｇ系合金としては、基本的に純アルミニウムの軽量性を
維持し、且つ純アルミニウムの機械的強度が改善された
ものが用いられる。具体的には、マグネシウムの含有量
が０．０５〜６重量％、特に０．２〜３重量％で、アル
ミニウムの含有量が少なくとも８５重量％、特に少な９
０重量％のものである。かかるＡｌ−Ｍｇ系合金として
は、例えば、ＡｌとＭｇとの二元系合金、ＡｌとＭｇの
他にＳｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｕなどの添加元素の１
種または２種以上を含む多元系合金などであってよく、
就中Ｍｇと他の添加元素との合計を０．０２〜１５重量
％含有するものが好ましい。

【００１８】なお電池缶１と電池蓋６とは、互いに組成
の異なるＡｌ−Ｍｇ系合金にて形成されていてもよい
が、互いの融点の差が１０℃以内、特に５℃以内である
ことが好ましい。

【００１９】有機高分子製の電気絶縁ガスケットとして
は、従来からこの分野で慣用のものであってよく、その
形成材料は例えば、ポリエチレン、架橋ポリエチレン、
アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチック
ポリプロピレンなどのポリプロピレン、ポリブチレン、
ポリ−４−メチルペンテン−１などのポリオレフィン
類、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポ
リカーボネートなどの耐熱性樹脂類などを例示し得る。

【００２０】溶接のためのレーザ光としては、連続波レ
ーザ光（ＣＷ）やパルスレーザ光（ＰＷ）など、従来か
ら斯界で周知あるいは実用されているものであってよ
い。なおＡｌ−Ｍｇ系合金は、溶接の際に生じる溶融体
の冷却速度が早過ぎるとその凝固体に割れが生じること
がある。よってかかる場合には、ＰＷの上にＣＷを重乗
させる、ＰＷの波形制御する、などの照射方法によりレ
ーザ光の照射により生じた溶融体の凝固が始まる段階以
降において凝固体が徐冷するようにレーザ光をその照射
エネルギー量が逓減するように照射することが好まし
い。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、純アルミニウムと比較
して、レーザ光の照射による溶接は困難だが機械的強度
の高いＡｌ−Ｍｇ系合金にて形成された電池缶と電池蓋
とを電池蓋に設けられている有機高分子製の電気絶縁ガ
スケットの溶融変形を惹起することなく良好に溶接する
ことができる。よって本発明は、軽量にして機械的に丈
夫な電解液内蔵のリチウム二次電池などの密閉型電池、
特に角型の密閉型電池の製造に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の部分拡大断面図である。

【図２】本発明の他の実施例の部分拡大断面図である。

【図３】通常の密閉型電池例の概念的な断面図である。

【図４】図３の上面図である。

【図５】図３の一部拡大断面図である。

【図６】図３の他の部分の一部拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 電池缶 ６ 電池蓋 ９ 有機高分子製の電気絶縁ガスケット Ｇ 電池缶１と電池蓋６との合わせ部 ｇ 電気絶縁ガスケット９の近傍に位置する合わ
せ部 ｇ１ 合わせ部ｇの外側端 Ｂ レーザ光の照射方向 Ｃ レーザ光の他の照射方向 Ｄ レーザ光の他の照射方向

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｌ−Ｍｇ系合金製の電池缶と電池蓋と
   の合わせ部をレーザ光の照射により溶接するにあたり、
   電池蓋としてその端部が電池缶の開口上端面上に合わせ
   るための溶接面と電池缶の内側壁面と接触し得る位置合
   わせ面とを有する段構造であるものを用い、合わせ部を
   溶接面と開口上端面とを合わせることにより形成し、合
   わせ部のうちで少なくとも電池蓋に設けられた有機高分
   子製の電気絶縁ガスケットの近傍に位置する合わせ部
   を、電気絶縁ガスケットの溶融変形が生じないように該
   合わせ部の外側端にレーザ光を電池蓋を経由することな
   く直接照射して溶接することを特徴とする密閉型電池の
   製造方法。
2. 【請求項２】 有機高分子製の電気絶縁ガスケットの近
   傍に位置する合わせ部以外の合わせ部も、該合わせ部の
   外側端にレーザ光を電池蓋を経由することなく直接照射
   して溶接する請求項１記載の密閉型電池の製造方法。
3. 【請求項３】 Ａｌ−Ｍｇ系合金が、Ｍｇを０．０２〜
   ６重量％含有するものである請求項１または２記載の密
   閉型電池の製造方法。
4. 【請求項４】 電池缶の外壁面に対して３０〜９０度の
   角度でレーザ光を直接照射する請求項１〜３のいずれか
   に記載の密閉型電池の製造方法。
5. 【請求項５】 合わせ部の溶接が、レーザ光の照射によ
   り生じた溶融体の凝固が始まる段階以降において凝固体
   が徐冷するようにレーザ光をその照射エネルギー量が逓
   減するように照射する請求項１〜４のいずれかに記載の
   密閉型電池の製造方法。