JPS63146344A - 密閉形電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はニッケルめっきを施した鋼製の電池容器の開口
端に同じくニッケルめっきを施した鋼製の蓋体を嵌着し
、それらの接合部をレーザ溶接により密封した密閉形電
池に係り、特にそのニッケルめっきの改良に関するもの
である。

従来の技術 電子機器の発達などによシ、長期信頼性のすぐれた電池
が要望され、電池の密封方法にも改良が加えられてきた
。高度の密封性を要求されるリチウム電池あるいは、角
形の密閉形アルカリ電池などにおいて従来のクリンプ式
封口法に代えて、金属製の電池容器の開口端に同じく金
属製の蓋体を嵌着し、それらの接合部を溶接して密封す
る方式が定着しつつある。その溶接法として小型密閉式
電池の場合、狭い幅を精度よく溶接可能なレーザ溶接方
式が多く採用されている。このような電池における電池
容器と蓋体との嵌合形態としては、第４図の要部側断面
図に示したように電池容器１１の開口端の内縁に接する
ように（第４図（ム））、周縁が平板状の蓋体１３を嵌
着するもの（第４図（Ｂ））、あるいは特公昭４５−１
４２１７号公報あるいは実開昭６１−１１９２５５号公
報などに開示されたごとく、蓋体の周縁に設けた立上り
部が電池容器の開口端内縁に接するように嵌着するなど
の方式が用いられ、電池容器と蓋体を嵌着しその接合部
をレーザ溶接により密封するものであった。そして小型
の電池では量産時の部品精度と組立作業性などの理由で
後者の方式が一般的なものであった０ 発明が解決しようとする問題点 このような従来の構成では、特開昭５７−７４９６４号
公報などに開示され、ているように、レーザ溶接により
電池容器を密封する場合、局部的に、かつ瞬時的に溶接
が可能であるために電池本体への熱的影響が極めて少な
く、高精度の溶接ができるなどの利点がある反面、レー
ザ光は直進性が良く、また焦点の面積が極めて小さいた
め、被溶接面となる電池容器の開口端と蓋体の周縁ある
いは立上り部の端面により形成される接合部の形状、精
度および材質などの影響を受けて不完全な溶接となって
十分な密封状態を得られないことがあった。レーザ溶接
において、材質が鉄材のような単一金属、あるいは特開
昭５８−１０７４７０号公報に示されたごとくステンレ
ス鋼などの鉄系の合金材であって、それぞれの同種の金
属部材間を溶着する場合は材料自体による問題点は生じ
なく容易に溶接できるが、電池容器表面の発錆防止。

電池内外部での接触抵抗を低くする。あるいは角形電池
容器など加工性の良い材料を求められる場合には、従来
よシかしめ封口式密閉電池で用いられているような鋼材
を成形し表面にニッケルめっきを施した電池容器及び蓋
体を用いる必要があった。しかし前記構成にレーザ溶接
による封口方式を適用した場合、前記したその接合部の
上面をレーザ光によシ溶着し形成した溶接部に、ひずみ
によると考えられる数十μｍ以下の微細なりランクが発
生しやすいという問題があった。このクラックの発生状
態は、前記の特開昭５７−７４９６４号公報等にも述べ
られているような、電池容器と蓋体の嵌合形状、精度の
改良によシ若干改善されるが、解消することはできず密
封不十分となり、電池使用時に電解液の漏出、ガスもれ
を生じやすいという問題があった。

本発明はこのような問題点を解決するもので、鋼製の電
池容器及び蓋体に施すめっき層として、特定した無光沢
ニッケル電気めっきを用いることにより、溶接部に微細
なりラックが発生するのを防止することを目的とするも
のである。

問題点を解決するための手段 この問題点を解決するために本発明は、鋼製の電池容器
と蓋体に、少なくとも溶接される部分のめっき層の厚さ
を２〜１０μｍにすると共に、その硬度をビッカース硬
度Ｈｖ２８０以下とした無光沢電気ニッケルめっきを施
して用いるようにしたものである。

作用 この構成により、レーザ光によって接合部が局部的、瞬
時的に浴融され冷却される際にニアケルめっき層の存在
によって生ずるひずみを抑制し、クランクの発生しない
溶接部を形成できることとなる。

実施例 第１図、第２図は本発明の一実施例による密閉形電池の
電池容器と蓋体との溶接部分及び電池側面の要部を示す
縦断面図である。第１図、第２図において、電池容器１
及び周縁に立上り部３ａを有する蓋体３は冷間圧延鋼板
（ＪＩＳのｓｐａ鋼板）を所定の形状に成形した後、後
述する内容の無光沢電気ニッケルめっきを施し、それぞ
れ１１Ｌ。

３ｂのニッケルめっき層を設けたものを用い、電池容器
１にニッケル・カドミウム系あるいはリチウム系などの
発電要素２を収納し、前記の蓋体３に絶縁リング８ｂを
介して端子ビン８＆を固着して端子部８を形成したもの
を前記電池容器１の開口端に嵌着し、蓋体３の立上り部
３ａ上端と電池容器１の開口端内縁で形成される接合部
４の上方から、第１図に示したようにＹＡＧレーザ装置
等を用いてレーザ光６を照射して接合部４の上部を溶着
して一体化し、溶接部６を形成することにより密封する
。

次に、上記した電池容器１及び蓋体３に設けた無光沢電
気ニッケルめっき層１１Ｌ、３ｂについて詳述する。

本発明に適用するニッケルめっきには、通常用いられる
有機物系などの光沢剤を添加せず、ｐＨ緩衝剤、例えば
ホウ酸と比較的高濃度のニノケル塩溶液からなる無光沢
ニッケルめっき液を用い、電解析出条件を制御して、め
っき層の硬度がビッカース硬度でＨｖ２８０以下であり
、その厚さを２〜１０μｍとした無光沢電気ニッケルめ
っきを用いる。前記めっきを施した電池容器１及び蓋体
３の組み合わせによシ、溶接速度を１〜２０ｍｒｎ／秒
として第１図に示したごとくレーザ光６を照射して溶接
したが、溶接部６にクラックの発生は見られなかった。

本発明のものが溶接性にすぐれているのは、本発明者ら
が各種のニッケルめっきを比較検討した結果から得た知
見によれば、次の理由によるものと考えられる。第３図
はレーザ浴接時の溶接状況を示す第１図の要部拡大図で
あり、図において１は電池容器の開口端部分、３１Ｌは
蓋体３の立上り部を示し、両者が接する接合部４には図
からもわかるように通常若干の間隙（ｏ、ｏ　ｔｓ〜０
、２１ｎｌｌｌ程度）が存在するが、前記したごとく、
接合部４の上方よシレーザ光６を照射すると、電池容器
１及び蓋体３の立上り部３＆のそれぞれの先端の接する
部分が、各め１き層１ａ、３ｂを含めて溶融されて一体
（固溶体）とカリ、６で図示するごとく溶接部が形成さ
れて密封される。レーザ溶接では、レーザ光のスポット
が連接した状態で線状に溶接されるが、溶融時には容器
１．蓋体３の鋼材及びめっき層１１Ｌ、３ｂは、温度上
昇に対応してそれぞれの熱膨張係数に従って図示点線矢
印のごとく接合部の間隙が狭まくなる方向に膨張し、冷
却時には実線矢印のように外方に収縮し引張応力を生じ
る。溶融された溶接部６は外周から中心部分に向って冷
却されるが、仁のとき図示矢印Ｃの部分付近が時間的に
最後に冷却されるため、図示の冷却時矢印のようにこの
部分でも引張シ応力が働く。そのため全体として矢印Ｃ
の部分は冷却される直前に引張り応力によってクラック
を生じる因子を持っている。前記したようにステンレス
鋼のような合金になっているものでは、溶融−冷却時に
組成、結晶状態は安定していて、実用上応力に耐えてク
ラックを生じないが、めっき層を施した鋼材では、溶融
時にニッケル及びその添加物が鋼材中に拡散していく。

しかし溶融−冷却の時間が非常に短いため、組成、結晶
状態が不均一となり、内部ひずみも多くなり強度が低下
し、クランクを生じやすくなると考えられる。小型の電
池では、第３図に示した電池容器１及び蓋体３の板厚さ
は０．３〜Ｏ，Ｓ　Ｗ程度であり、溶接幅Ｗは０．４〜
１　！１１１１１　、溶接深さｄは０．１〜０．３　ｍ
ｍ程度と小さいものである。従って、めっき層１１Ｌ、
３ｂの厚さ及びその物性は、溶接部６が冷却されるとき
に大きく影響する。従来一般に用いられている各種のニ
ッケルめっき法を適用して検討した結果によると、溶接
前のめっき層の内部応力が大きいものを用いるとクラッ
クを生じやすいことがわかり、また内部応力はめっき層
の硬度とほぼ比例していて、ビッカース硬度としてＨｖ
２８０以下（範囲としてＨｖ約１５０〜２８０）であれ
ばクラックの発生防止に効果のあることを見出した。し
かし、硬度の適正化だけでは、溶接部の安定性はまだ不
十分であり、前記したように溶接深さｄが比較浅いため
、二ｙケルめっき層の厚さが、溶接部分が冷却されると
きに影響することを見出した。それは、鉄鋼とニッケル
の物性の差、すなわち熱膨張係数、融点、融解熱等に若
干の差があり、ニッケルめっき層が厚いと接合部の熱ひ
ずみが大きくなること、また溶接部での固溶体組成の不
均一性の増大等による内部ひずみの増加などがクラック
発生につながるものと考えられる。検討結果によれば、
前記したようにビッカース硬度が上記のＨｖ２８０以下
のニッケルめっきを用い１０μｍ以下とすることにより
、通常のレーザ溶接速度で、クラックを生じないことを
確認した。以上の条件に適合するめっき条件の一例を示
すと次の通りである０ 上記めっき浴を用い、ｐＨｓ、ｓ〜４．５．浴温４０〜
６５℃にコントロールすることによって低硬度Ｈｖ１６
０〜２５０が得られる。この場合、ニッケルめっき厚さ
が２μｍ未満になると、めっき実施後に発錆することが
あり、溶接時にピンホールの原因になるなどの問題を生
じたり、溶接部表面に鉄素地が出て錆を生じやすいので
、２μｍ以上とする必要がある。前記した本発明の実施
例と他のめっき法によるものを、めっき層の厚さを含め
て比較した結果を第１表に示す。この表から本発明のも
のが、クラック発生防止に有効であることがわかる。

（以下　余　白） なお、無電解めっき品は、融点が低下し溶接時に蒸発す
る、添加されたＰ（リン）、Ｂ（ホウ素）などが溶接に
悪影響を及ばずものと考えられる。

有機光沢剤を添加した半光沢電気ニッケルめっきは、結
晶が微細化しているが、内部応力が大きくなる、光沢剤
の残存などによりクラックを生ずるものと思われる。無
光沢電気ニッケルめっきでも、一般に生産性をあげるな
どの理由で、浴温を高くしたり、電流密度を大きくする
よう調整しているが、それによって内部応力の大きい結
晶状態になり溶接性が低下したと考えられる。以上のご
とく本発明は特定したニッケルめっき層を設けた鋼製の
電池容器と蓋体を用いることにより、その溶接部にクラ
ックが発生するのを防止したものである。

発明の効果 以上のように本発明によれば、鋼製の電池容器と蓋体に
、ビッカース硬度Ｈｖ２８０以下、厚さを少なくとも溶
接される部分において２〜１０μｍとした無光沢電気ニ
ッケルめっきを施したものを用いることにより、レーザ
溶接時に溶接部に微細なりラックが発生するのを防止し
、長期信頼性の高い密閉形電池を提供できるという効果
が得られる０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による密閉形電池のレーザ溶
接部分を示す要部拡大断面図、第２図は電池側面の要部
断面図、第３図はレーザ溶接時の溶接状況を示す溶接部
分の側面要部拡大図、第４図は従来の電池の構造を示す
要部断面図である。 １・・・・・・電池容器、１ａ・・・・・・ニッケルめ
っき層、２・・・・・・発電要素、３・・・・・・蓋体
、３ａ・・・・・・立上り部、３ｂ・・・・・・ニッケ
ルめっき層、４・・・・・・接合部、５・・・・・・レ
ーザ光、６・・・・・・溶接部、８・・・・・・端子部
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 発電要素を収納した電池容器の開口端に蓋体を嵌着し、
   それらの接合部をレーザ溶接により密封する電池におい
   て、前記電池容器と蓋体が鋼製であって、少なくとも溶
   接される部分のめっき層の厚さを２〜１０μｍにすると
   共に、その硬度をビッカース硬度Ｈｖ２８０以下とした
   無光沢電気ニッケルめっきを施したものであることを特
   徴とする密閉形電池。