KR20090097804A - 밀폐형 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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에이지 오꾸따니
히로노리 마루바야시
히데유끼 이노마따
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Abstract

본 발명은, 전지 외장 캔의 개구부에 끼워 맞추어진 밀봉체가 레이저 광 등의 고에너지선에 의해 용접된 용접부의 파단 강도가 큰 밀폐형 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 밀폐형 전지의 제조 방법은 개구부를 갖는 외장 캔(15)과, 상기 전지 외장 캔(15)의 끼워 맞춤면 전체 둘레 혹은 그 일부에 플랜지의 도중에 수직으로 상승되는 상승부를 설치한 밀봉체(16)를 사용하여, 상기 전지 외장 캔(15)과 상기 밀봉체(16)의 플랜지의 천장면이 거의 동일 평면이 되도록 상기 전지 외장 캔(15)의 개구부에 밀봉체(16)를 삽입하는 제1 스텝과, 상기 전지 외장 캔(15)의 개구부와 밀봉체(16)의 끼워 맞춤부에 고에너지선을 조사하여 용접하는 제2 스텝을 구비하는 것을 특징으로 한다.
개구부, 외장 캔, 플랜지, 밀봉체, 용접부

Description

밀폐형 전지 및 그 제조 방법 {CLOSED TYPE BATTERY AND MANUFACTURING METHOD FOR SAME}
본 발명은, 밀폐형 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 전지 외장 캔의 개구부에 끼워 맞추어진 밀봉체의 플랜지가 레이저 광 등의 고에너지선에 의해 용접된, 용접부의 파단 강도가 큰 밀폐형 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
휴대형의 전자 기기의 급속한 보급에 수반하여, 거기에 사용되는 전지로의 원하는 사양은 해마다 엄격해져, 특히 소형·박형화, 고용량이며 사이클 특성이 우수하며, 성능이 안정된 것이 요구되고 있다. 그리고, 2차 전지 분야에서는 다른 전지에 비해 고에너지 밀도인 니켈 수소 전지나 리튬 비수 전해질 2차 전지가 주목받아, 이들 2차 전지가 차지하는 비율은 2차 전지 시장에 있어서 큰 신장을 보이고 있다.
그런데, 이러한 종류의 2차 전지가 사용되는 기기에 있어서는 전지를 수용하는 공간이 각형(편평한 상자형)인 것이 많기 때문에 발전 요소를 각형의 전지 외장 캔에 수용하여 밀폐된 밀폐형 2차 전지가 사용되는 경우가 많다. 이러한 각형의 밀폐형 2차 전지의 일례를 도 1 내지 도 3을 사용하여 설명한다.
도 1은 종래부터 제작되고 있는 각형의 밀폐형 전지인 리튬 비수 전해질 2차 전지를 세로 방향으로 절단하여 도시하는 사시도이다. 도 2는 전지 외장 캔에 밀봉체를 끼워 맞춘 상태를 도시하는 평면도이다. 도 3은 전지 외장 캔과 밀봉체를 레이저 용접하는 상태를 도시하는 모식 단면도이다.
이 밀폐형 2차 전지(10)는, 정극판(12)과 부극판(11)이 세퍼레이터(13)를 통하여 권회된 편평 형상의 소용돌이 형상 전극체(14)를 각형의 전지 외장 캔(15)의 내부에 수용하고, 밀봉체(16)에 의해 각형의 전지 외장 캔(15)을 밀폐한 것이다. 편평 형상의 소용돌이 형상 전극체(14)는 정극판(12)이 최외주에 위치하여 노출되도록 권회되어 있으며, 노출된 최외주의 정극판(12)은 정극 단자를 겸하는 각형의 전지 외장 캔(15)의 내면에 직접 접촉하여 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 부극판(11)은 밀봉체(16)의 중앙에 형성되고, 절연체(17)를 개재하여 설치된 부극 단자(18)에 대하여 집전체(19)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 각형의 전지 외장 캔(15)은 정극판(12)과 전기적으로 접속되어 있으므로, 부극판(11)과 각형의 전지 외장 캔(15)의 단락을 방지하기 위해 편평 형상의 소용돌이 형상 전극체(14)의 상단부와 밀봉체(16) 사이에 절연 스페이서(20)를 삽입함으로써 부극판(11)과 각형의 전지 외장 캔(15)을 전기적으로 절연 상태로 하고 있다.
이 각형의 비수 전해질 2차 전지는 편평 형상의 소용돌이 형상 전극체(14)를 각형의 전지 외장 캔(15) 내에 삽입한 후, 밀봉체(16)를 각형의 전지 외장 캔(15)의 개구부에 레이저 용접하고, 그 후 전해액 주입 구멍(21)으로부터 비수전해액을 주액하여 이 전해액 주입 구멍(21)을 밀폐함으로써 제작된다. 이와 같이, 밀봉 체(16)를 레이저 용접하여 각형 외장 캔에 고정하는 방법은 용적 효율을 저하시키는 일없이 전지 외장 캔(15)의 개구부를 확실하게 밀봉할 수 있는 효과를 발휘하기 때문에 널리 사용되고 있다(하기 특허 문헌1 내지 3 참조).
또한, 전지 외장 캔(15)과 밀봉체(16) 사이의 레이저 용접은, 도 3에 도시한 바와 같이 전지 외장 캔(15)과 밀봉체(16)를 천장면이 수평하게 되도록 끼워 맞추고, 일체화된 조립품의 상방으로부터 레이저 광을 수직 방향으로 조사하여 전지 외장 캔과 밀봉체를 용융 용착시키는 것이다. 또한, 상술한 바와 같은 전지 외장 캔(15) 및 밀봉체(16)의 형성 재료로서는, 저렴한 것 및 경량화의 목적으로 열 전도가 좋은 알루미늄 내지 알루미늄 합금이 사용되고 있다.
<특허 문헌1> 일본 특허 출원 공개2000-268781호 공보
<특허 문헌2> 일본 특허 출원 공개2005-183360호 공보
<특허 문헌3> 일본 특허 출원 공개2006-19089호 공보
전지 외장 캔(15) 및 밀봉체(16)의 형성 재료로서 열 전도성이 좋은 알루미늄 내지 알루미늄 합금을 사용하는 경우, 전지 외장 캔(15) 및 밀봉체(16) 사이에 충분한 용해를 행하게 하지 않으면, 접합 강도를 높게 할 수 없어, 낙하 충격 시의 전해액 리크로 이어져 버릴 우려가 있다. 이러한 충분한 용해를 형성할 수 없는 이유 중 하나로서 끼워 맞춤면에 있어서의 전지 외장 캔(15)과 밀봉체(16)의 두께 차나 재질의 차이로부터, 각각의 용해 방법이 서로 달라, 일정한 용해가 되지 않는 것을 들 수 있다.
발명자들은 이러한 각형의 전지 외장 캔(15)과 밀봉체(16)의 레이저 광 등의 고에너지선에 의한 용접 시의 문제점을 해결하도록 다양한 실험을 거듭해 왔다. 그 결과, 레이저 광의 집광 직경을 고려하여 전지 외장 캔(15)과 밀봉체(16)의 양자의 천장면이 모두 녹도록 양자의 두께를 설계하고, 또한 밀봉체(16)의 모재의 강도를 저하시키지 않도록 하기 위해, 플랜지 바닥에 충분한 두께를 갖게 하여 각형의 전지 외장 캔(15)과 밀봉체(16)의 용접부가 충분히 용해되도록 하면 용접부의 강도가 증가되고, 또한 주위의 모재 강도도 확보할 수 있어 내낙하(耐落下) 신뢰성이 우수한 밀폐형 전지가 얻어지는 것을 발견했다.
즉, 본 발명은 전지 외장 캔과 밀봉체의 사이의 용접 부분에 충분한 용해가 발생하도록 하여 충분한 접합 강도를 얻을 수 있고, 또한 주위의 모재 강도도 확보하면서 내낙하 신뢰성이 우수하여 충격을 받았을 때의 전해액 리크를 억제할 수 있는 밀폐형 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 밀폐형 전지는 전지 외장 캔과 상기 전지 외장 캔의 개구부를 밀봉하는 밀봉체의 끼워 맞춤면을 고에너지선에 의한 용접에 의해 접합한 밀폐형 전지에 있어서, 상기 전지 외장 캔과 밀봉체의 용접부 단면은 용융 응고부 저면으로부터 상기 전지 외장 캔의 외측으로 상기 전지 외장 캔과 밀봉체의 끼워 맞춤선을 정점으로 한 볼록 형상이며, 또한 상기 전지 외장 캔측과 밀봉체측의 용융 응고부는 그 저면에서는 밀봉체의 천장면과 실질적으로 평행한 동일선 상에 있으며, 상기 밀봉체의 플랜지의 천장면측의 테이퍼부에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 밀폐형 전지에 있어서는, 외장 캔과 밀봉체의 용접부 단면은 용융 응고부 저면으로부터 전지 외장 캔의 외측으로 전지 외장 캔과 밀봉체의 끼워 맞춤선을 정점으로 한 볼록 형상으로 되어 있으므로, 전지 외장 캔과 밀봉체의 끼워 맞춤 위치와 용융 응고부의 표면 사이의 거리가 길어진다. 또한, 본 발명의 밀폐형 전지에 있어서는 밀봉체의 플랜지의 밑동은 녹지 않고, 모재 강도를 확보하고 있어 충분한 강도를 갖는다. 그 때문에, 본 발명의 밀폐형 전지에 따르면 낙하 충격 등을 받아도 밀봉체 모재와 용접부의 경계로부터의 파단이나 용접부의 깨짐이 발생되기 어려워져 내낙하 신뢰성이 우수하여 충격을 받았을 때의 전해액 리크가 적어 안정성이 높은 밀폐형 전지를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서의 「실질적으로 평행」이라는 용어는 반드시 완전하게 평행하게 되어 있지 않아도 되나, 일견하여 평행에 가까운 상태로 되어 있는 경우도 포함하는 의미로 사용되고 있다.
또한, 본 발명의 밀폐형 전지에 있어서는 상기 전지 외장 캔 및 상기 밀봉체는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.
알루미늄 및 알루미늄 합금은 염가이면서 또한 경량이나, 열 전도율이 높다. 그 때문에, 종래예의 알루미늄 및 알루미늄 합금으로 이루어지는 전지 외장 캔과 밀봉체의 용접부는 충분한 용해를 형성할 수 없기 때문에, 용접부의 강도를 높게 할 수 없어, 낙하 충격 시의 전해액 리크가 발생되기 쉬웠다. 그에 비하여, 본 발명의 밀폐형 전지에서는 전지 외장 캔과 밀봉체가 충분히 용해되어 있으므로 용접 부의 강도가 증가하고, 또한 주위의 모재 강도도 확보할 수 있어, 염가이고 또한 경량이면서 내낙하 신뢰성이 우수한 밀폐형 전지가 된다.
또한, 본 발명의 밀폐형 전지의 제조 방법은 전지 외장 캔과, 단자부를 구비하고, 상기 전지 외장 캔과의 끼워 맞춤면 전체 둘레 혹은 그 일부에 플랜지 선단부의 천장면을 밑동으로부터 얇으면서 두께가 일정해지도록, 상기 천장면으로부터 저부를 향해서 수직한 부분과 점차로 두꺼운 두께가 되도록 테이퍼부를 형성한 밀봉체를 사용하여, 상기 밀봉체의 단자부에 전극체를 용접하는 공정과, 상기 전극체를 상기 전지 외장 캔 내에 삽입하는 동시에, 상기 전지 외장 캔 및 밀봉체를 양자의 천장면이 동일 평면 상이 되도록 위치 맞춤하는 공정과, 상기 전지 외장 캔과 밀봉체의 끼워 맞춤부에 초점을 맞추어 고에너지선을 조사하여 용접하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 밀폐형 전지의 제조 방법에서 사용하는 밀봉체는 전지 외장 캔과의 끼워맞춤면에 플랜지 선단부의 천장면을 밑동으로부터 얇으면서 두께가 일정해지도록 하고, 상기 천장면으로부터 저부를 향하여 수직한 부분과 점차로 두께가 두꺼워지도록 테이퍼부를 형성된 것을 사용하고 있다. 이 밀봉체를 전지 외장 캔에 끼워 맞추어 전지 외장 캔 및 밀봉체를 양자의 천장면이 동일 평면 상으로 되도록 위치 맞춤한 후에 전지 외장 캔과 밀봉체의 끼워 맞춤부에 초점을 맞추어 고에너지선을 조사하여 용접하면 전지 외장 캔 및 밀봉체의 플랜지의 천장면으로부터 저부를 향하여 수직한 부분이 용융되는 동시에 밀봉체의 플랜지의 테이퍼부의 천장면측의 일부분이 용융된다. 그러나, 밀봉체의 플랜지의 테이퍼부는 서서히 두께가 두 꺼워지므로 열 전도 때문에 온도가 저하되어, 테이퍼부의 도중에 용융이 멈춘다. 즉, 밀봉체의 플랜지의 밑동은 용융되지 않는다.
따라서, 본 발명의 밀폐형 전지의 제조 방법을 채용하면, 외장 캔과 밀봉체의 용접부 단면은 용융 응고부 저면으로부터 전지 외장 캔의 외측으로 전지 외장 캔과 밀봉체의 끼워 맞춤선을 정점으로 한 볼록 형상이 되는 동시에, 밀봉체의 플랜지의 밑동은 용융되지 않는다. 그 때문에, 본 발명의 밀폐형 전지의 제조 방법 에 따르면 전지 외장 캔과 밀봉체가 충분히 용해되어 용접부의 강도가 강하고, 또한 주위의 모재 강도도 확보할 수 있어, 염가이고 경량이면서 내낙하 신뢰성이 우수한 밀폐형 전지를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 밀폐형 전지의 제조 방법에 있어서는, 고에너지선으로서 레이저 광뿐만 아니라 전자 빔도 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 밀폐형 전지의 제조 방법이 있어서는, 상기 전지 외장 캔 및 상기 밀봉체는 모두 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 상기 전지 외장 캔의 두께는 0.2 내지 0.3㎜이며, 상기 밀봉체의 플랜지는 전체 높이가 0.2 내지 0.3㎜, 선단부가 두께 0.2 내지 0.35㎜, 높이 0.05 내지 0.15㎜, 밑동의 최고 두께부의 두께 0.4 내지 0.45㎜의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
전지 외장 캔의 개구부 두께는 0.2㎜ 미만이면 전지 외장 캔의 강도가 약해지고, 0.3㎜를 초과하면 전지 외장 캔의 용융 심도가 얕아지기 때문에 용접부의 강도가 저하된다. 또한, 밀봉체의 플랜지부의 전체 높이는 0.2㎜ 미만이면 밀봉체의 모재로의 열 전도가 너무 커져 용융 심도가 얕아지기 때문에 용접부의 강도가 저하 되고, 0.3㎜를 초과하면 밀폐형 전지의 내부 용적의 감소로 이어진다. 또한, 밀봉체의 플랜지의 선단부의 두께는 0.2㎜ 미만이면 용융 응고부의 고조가 적어지기 때문에 용접부의 강도가 저하되고, 0.35㎜를 초과하면 레이저 광의 스폿 직경이 0.6㎜ 정도이기 때문에 플랜지의 테이퍼부까지 용융되지 않게 되므로 용접부의 강도가 저하된다.
또한, 밀봉체의 선단부의 높이는 0.05㎜ 미만이면 실질적으로 밀봉체의 플랜지에 선단부가 형성되어 있지 않은 경우와 마찬가지로 되고, 0.15㎜를 초과하면 밀봉체의 플랜지의 선단부 모두가 용융되지 않는 경우가 발생하기 때문에 용접부의 강도가 저하된다. 또한, 밀봉체의 플랜지의 밑동의 두께는 0.4㎜ 미만이면 밀봉체 모재 강도의 확보가 곤란해지고, 0.45㎜를 초과하면 밀봉체 모재로의 열확산이 커져, 플랜지부의 열 집중 효과가 적어진다.
본 발명에 따르면 전지 외장 캔의 개구부에 끼워 맞추어진 밀봉체가 레이저 광 등의 고에너지선에 의해 용접된 용접부의 파단 강도가 큰 밀폐형 전지 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
이하, 본원 발명을 실시하기 위한 최량의 형태를 각형의 밀폐형 전지 및 고에너지선으로서의 레이저 광을 사용한 경우를 예로 들어, 실시예 및 비교예에 의해 상세하게 설명한다. 단, 이하에 기재하는 실시예는 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 일례를 예시하는 것으로서, 본 발명을 이 실시예에 특정하는 것을 의도 하는 것이 아니고, 본 발명은 고에너지선으로서 전자선을 사용한 경우 등, 특허 청구 범위에 기재한 기술 사상을 일탈하는 일 없이 다양한 변경을 행한 것에도 균일하게 적용할 수 있는 것이다.
또한, 도 4의 (A)는 실시예의 용접 전의 상태를 도시하는 모식 단면도이며, 도 4의 (B)는 실시예의 용접 후의 상태를 도시하는 모식 단면도이다. 도 5는 실시예의 용접 후의 상태를 도시하는 부분 확대 평면도이다. 도 6의 (A)는 제1 비교예의 용접 전의 상태를 도시하는 모식 단면도이며, 도 6의 (B)는 제1 비교예의 용접 후의 상태를 도시하는 모식 단면도이다. 도 7의 (A)는 제2 비교예의 용접 전의 상태를 도시하는 모식 단면도이며, 도 7의 (B)는 제2 비교예의 용접 후의 상태를 도시하는 모식 단면도이다.
또한, 실시예, 제1 비교예 및 제2 비교예에 있어서는 각형의 전지 외장 캔 및 밀봉체로서 도 1 및 도 2에 도시한 것과 마찬가지의 형상의 것을 사용하고 있으며, 도 4 내지 도 7에 있어서는 도 1 및 도 2와 동일한 구성 부분에는 동일한 참조 부호를 부여해서 설명한다.
여기서는, 실시예, 제1 비교예 및 제2 비교예 모두에 있어서, 각형의 전지 외장 캔(15)의 천장면의 폭이 0.2㎜의 것을 사용했다. 또한, 밀봉체(16)로서는 도 1, 도 2에 도시한 바와 같은 순알루미늄으로 이루어지는 대략 직사각형의 밀봉체(16)를 사용했다. 이 밀봉체(16)는, 주연에 플랜지(22)를 갖고, 중앙부에 절연체(17)를 개재하여 설치된 부극 단자(18)가 설치되어 있는 동시에, 전해액 주입 구멍(21)을 구비하고 있다. 또한, 제1 비교예 및 제2 비교예에 있어서는, 플랜 지(22)의 형상이 상이한 것 이외에는 실시예의 밀봉체(16)와 동일 재료 또한 동일 치수의 것을 사용했다.
즉, 제1 비교예의 플랜지(22)의 두께는 전지 외장 캔(15)의 천장면의 폭과 동일한 0.2㎜인 것에 비해, 제2 비교예의 플랜지(22)의 두께는 전지 외장 캔(15)의 천장면의 폭의 2배인 0.4㎜인 점에서 구성이 상이하나, 다른 부분의 치수는 모두 동일하며, 또한 어느 쪽이든 플랜지(22)에는 테이퍼부가 형성되어 있지 않다. 그에 대하여, 실시예의 밀봉체(16)의 플랜지(22)는 두께는 제1 비교예 및 제2 비교예의 중간의 0.3㎜이나 테이퍼부가 형성되어 있으며, 게다가 테이퍼부를 포함시킨 플랜지의 전체 폭은 제2 비교예의 경우와 동일한 0.4㎜로 되어 있다.
실시예, 제1 비교예 및 제2 비교예의 전지 외장 캔(15) 및 플랜지(22)의 구체적 구성 및 치수를 도 4의 (A), 도 6의 (A) 및 도 7의 (A)에 도시한다. 또한, 이들 도면에 기재되어 있는 숫자의 단위는 모두 「㎜」이다. 그리고, 실시예, 제1 비교예 및 제2 비교예에서는 각각 두께 0.20㎜의 소정 치수의 외장 캔(15)의 개구 내측 테두리에 천장면이 평평해지도록 설치하고, 전극체 및 전해액은 사용하지 않은 더미 전지를 각각 15개 작성하고, 계속해서 밀봉체(16)와 전지 외장 캔(15)의 접합면을 플랜지(22)의 천장면측으로부터 둘레 방향 전체에 걸쳐 펄스 레이저 광에 의해 용접했다. 실시예, 제1 비교예 및 제2 비교예의 용접 후의 용접부의 단면 형상을 각각 도 4의 (B), 도 6의 (B) 및 도 7의 (B)에 도시하고, 또한 실시예의 용접 후의 부분 확대 평면도를 도 5에 도시한다. 또한, 제작한 더미 전지의 외형 치수는 모두 두께 5.8㎜ × 폭 34㎜× 높이 43㎜이다.
용접 후의 각 더미 전지의 각각 10개에 대해서 부극 단자(18)의 옆을 수직으로 절단하고, 이 단면에서의 용융 응고부의 용접 심도(Wd)를 측정했다. 또한, 실시예, 제1 비교예 및 제2 비교예의 더미 전지의 각각 5개에 대해서 부극 단자를 선단부 직경 3㎜의 환봉으로 가압하여 파단 시의 하중(최대 인가 하중 500N)과 변위를 측정함으로써 용접부의 강도를 측정하였다. (이 시험을 압입 시험이라고 한다) 결과를 정리하여 표1에 나타내었다. 또한, 표1에 나타낸 상측의 숫자는 평균값을 나타내고, 괄호 안의 수치는 측정된 범위를 나타낸다.
Figure 112009014330981-PAT00001
또한, 실시예, 제1 비교예 및 제2 비교예의 밀봉체를 전극체에 설치하고, 전극체를 외장 캔에 삽입하면서 밀봉체를 외장 캔 개구부에 끼워 맞추고, 펄스 레이저 광에 의해 용접한 후, 전해액을 주입, 밀봉된 전지를 각각 15개 제작하고, 각각 10개에 대해서 조건1(1m의 높이로부터 철판의 표면에 랜덤하게 낙하시킨다)로 낙하 시험을 행하고, 또한 각각 5개에 대해서 조건2(30cm의 높이로부터 철판의 표면에 부극 단자가 하향이 되도록 낙하시킨다)로 낙하 시험을 행했다. 결과를 정리해서 표2에 나타냈다. 또한, 표2에 나타낸 상측의 숫자는 평균값을 나타내고, 괄호 안의 수치는 측정된 범위를 나타낸다.
Figure 112009014330981-PAT00002
실시예의 더미 전지의 용접부(30a)의 단면은, 도 4의 (B)에 도시한 바와 같이 용융 응고부 저면(31a)으로부터 전지 외장 캔(15)의 외측으로 전지 외장 캔(15)과 밀봉체(16)의 끼워 맞춤선(32a)을 정점으로 한 볼록 형상이며, 또한 전지 외장 캔(15)측과 밀봉체(16)측의 용융 응고부가 용융 응고부 저면(31a)에서는 밀봉체(16)의 천장면(33a)과 거의 평행한 동일선 상에 있으며, 밀봉체(16)의 플랜지의 천장면측의 테이퍼부(34a)에 이르도록 형성되어 있다. 이에 비해, 제1 비교예의 더미 전지의 용접부(30b)의 단면은 도 6의 (B)에 도시한 바와 같이 밀봉판(16)의 플랜지(22)의 폭을 전지 외장 캔(15)의 폭과 동일하게 했기 때문에 플랜지(22) 모두가 용융되어 있으며, 용융 응고부 저면(31b)은 플랜지(22)측으로부터 전지 외장 캔(15)측을 향해서 하측으로 경사져 있다. 또한, 제2 비교예의 더미 전지의 용접부(30c)의 단면은 도 7의 (B)에 도시한 바와 같이 밀봉판(16)의 플랜지(22)의 폭을 전지 외장 캔(15)의 폭보다도 넓게 했기 때문에 플랜지(22)는 부분적으로밖에 용융되지 않는다. 그리고, 제2 비교예의 용접부(30c)의 용융 응고부 저면(31c)은 플랜지(22)측으로부터 전지 외장 캔(15)측을 향해서 하측으로 경사져 있는 동시에, 전지 외장 캔(15)과 밀봉체(16)의 끼워 맞춤선(32c)의 위치에서 변곡점이 발생되어 있다.
또한, 표1에 나타낸 결과로부터 이하를 알 수 있다. 용접 심도(Wd)는, 제1 비교예의 것이 제2 비교예의 것보다도 대폭으로 커져 있으며, 실시예의 것은 제1 비교예의 것보다도 약간 커져 있다. 한편, 압입 시험 결과는 실시예에서는 500N까지의 부하에서는 모두 파괴되지 않았으나, 제1 비교예에서는 430N, 제2 비교예에서는 383N에서 파단되었다. 또한 제1 비교예의 경우의 파단면은 모두 밀봉체(16)의 모재의 파단이며, 제2 비교예의 파단면은 모두 용접부(30c)의 파단이었다.
이것은, 제1 비교예의 것에서는 용접부의 강도는 향상되어 있으나, 플랜지(22)의 두께가 작기 때문에 밀봉체(16)의 모재의 파단에 이른 것이라고 할 수 있다. 따라서, 밀봉체(16)의 플랜지(22)의 두께는 플랜지(22)에 테이퍼부가 형성되어 있지 않은 경우, 밀봉체의 모재의 강도면에서 0.2㎜ 이상이 바람직하나, 0.4㎜ 에서는 도리어 용접부의 강도가 저하되어 있다. 그 때문에, 플랜지(22)에 테이퍼부가 형성되어 있는 경우, 레이저 광의 스폿 직경이 0.6㎜ 정도인 것을 고려하면 플랜지(22)의 테이퍼부까지 용융시키기 때문에 밀봉체(16)의 플랜지(22)의 선단부의 두께의 상한은 0.35㎜가 바람직하다고 할 수 있다.
또한, 표2에 나타낸 결과로 이하를 알 수 있다. 즉, 조건1의 랜덤 낙하 시험 결과는, 실시예의 경우는 모두 500회의 낙하로도 전해액이 리크되지 않았으나, 제1 비교예에서는 평균 400회의 낙하 및 제2 비교예에서는 평균 270회의 낙하로 전해액이 리크되었다. 그에 비하여, 조건2의 부극 단자측으로부터의 낙하에서는 실시예의 경우에는 모두 500회의 낙하로도 전해액이 리크되지 않았으나, 제1 비교예에서는 평균 140회의 낙하 및 제2 비교예에서는 평균 250회의 낙하로 전해액이 리크되었다. 제1 비교예의 전해액 리크는 모두 밀봉체(16)의 모재 파단된 개소로부터이며, 제2 비교예의 전해액 리크는 모두 용접부(30a)가 파단된 개소로부터였다. 이것으로부터도, 제1 비교예의 것에서는 용접부의 강도는 향상되어 있으나, 플랜지(22)의 두께가 작아, 모재 강도가 부족하였기 때문에 밀봉체(16)의 모재의 파단, 전해액 리크에 이른 것이라고 할 수 있다. 그에 대하여, 실시예에서는 플랜지(22)의 선단부가 모두 용융되고, 또한 밑동의 두께도 충분하기 때문에 용접부, 밀봉체 모재 모두 충분한 강도를 갖고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 상기 실시예, 제1 비교예 및 제2 비교예에서는 전지 외장 캔(15)의 개구부 두께가 0.2㎜의 것을 사용했으나, 전지 외장 캔(15)의 두께는 0.2㎜ 미만이면 얻어지는 전지의 강도가 약해지고, 0.3㎜를 초과하면 전지 외장 캔(15)의 용융 심도가 얕아지기 때문에 용접부의 강도가 저하된다. 그 때문에, 전지 외장 캔(15)의 개구부 두께는 0.2 내지 0.3㎜의 범위가 바람직하다. 또한, 밀봉체의 플랜지부의 전체 높이는 0.2㎜ 미만이면 밀봉체(16)의 모재로의 열 전도가 너무 커져 용융 심도가 얕아지기 때문에 용접부의 강도가 저하되고, 0.3㎜를 초과하면 밀폐형 전지의 내부 용적의 감소로 이어진다. 그 때문에, 밀봉체의 플랜지부의 전체 높이는 0.2 내지 0.3㎜의 범위가 바람직하다.
또한, 밀봉체(16)의 플랜지(22)의 선단부의 두께는 0.2㎜ 미만이면 용융 응고부의 볼록부가 적어지기 때문에 용접부의 강도가 저하되고, 0.35㎜를 초과하면 레이저 광의 스폿 직경이 0.6㎜ 정도이기 때문에 플랜지의 테이퍼부까지 용융되지 않게 되므로 용접부의 강도가 저하된다. 그 때문에, 밀봉체(16)의 플랜지(22)의 선단부의 두께는 0.2 내지 0.35㎜가 바람직하다. 또한, 밀봉체(16)의 선단부의 높이는 0.05㎜ 미만이면 실질적으로 밀봉체의 플랜지에 선단부가 형성되어 있지 않은 경우와 마찬가지로 되고, 0.15㎜를 초과하면 밀봉체의 플랜지의 선단부 모두가 용융되지 않은 경우가 발생하기 때문에 용접부의 강도가 저하된다. 그 때문에, 밀봉체(16)의 선단부의 높이는 0.05 내지 0.15㎜로 하는 것이 바람직하다.
또한, 밀봉체의 플랜지의 밑동의 두께는 0.4㎜ 미만이면 모재 강도의 확보가 곤란하며, 0.45㎜를 초과하면 밀봉체 모재로의 열 전도가 커져 플랜지부의 열 집중 효과가 적어진다.
그 때문에, 밀봉체의 플랜지의 밑동의 두께는 0.4 내지 0.45㎜가 바람직하다.
또한, 상기 실험에 있어서는, 용접 방법으로서 레이저 용접법을 채용한 것을 기재했으나, 이에 한정하지 않고 주지의 고에너지선, 예를 들어 전자 빔 용접법도 사용할 수 있다. 또한, 상기 실시예에 있어서는, 밀봉체의 전체 둘레에 걸쳐 플랜지의 형상을 개량한 예를 게시했으나, 단속적으로 설치해도 된다.
도 1은 각형의 밀폐형 전지인 리튬 비수 전해질 2차 전지를 세로 방향으로 절단하여 도시하는 사시도.
도 2는 전지 외장 캔에 밀봉체를 끼워 맞춘 상태를 도시하는 평면도.
도 3은 전지 외장 캔과 밀봉체를 레이저 용접하는 상태를 도시하는 모식 단면도.
도 4의 (A)는 실시예의 용접 전의 상태를 도시하는 모식 단면도이며, 도 4의 (B)는 실시예의 용접 후의 상태를 도시하는 모식 단면도.
도 5는 실시예의 용접 후의 상태를 도시하는 부분 확대 평면도.
도 6의 (A)는 제1 비교예의 용접 전의 상태를 도시하는 모식 단면도이며, 도 6의 (B)는 제1 비교예의 용접 후의 상태를 도시하는 모식 단면도.
도 7의 (A)는 제2 비교예의 용접 전의 상태를 도시하는 모식 단면도이며, 도 7의 (B)는 제2 비교예의 용접 후의 상태를 도시하는 모식 단면도.
<부호의 설명>
10 : 비수 전해질 2차 전지
11 : 부극판
12 : 정극판
13 : 세퍼레이터
14 : 소용돌이 형상 전극체
15 : 외장 캔
16 : 밀봉체
17 : 절연체
18 : 부극 단자
21 : 전해액 주입 구멍
22 : 플랜지
30a, 30b, 30c : 용접부
31a, 31b, 31c : 용융 응고부 저면

Claims (4)

  1. 전지 외장 캔과 상기 전지 외장 캔의 개구부를 밀봉하는 밀봉체의 끼워 맞춤면을 고에너지선에 의한 용접에 의해 접합한 밀폐형 전지에 있어서,
    상기 전지 외장 캔과 밀봉체의 용접부 단면은, 용융 응고부 저면으로부터 상기 전지 외장 캔의 외측으로 상기 전지 외장 캔과 밀봉체의 끼워 맞춤선을 정점으로 한 볼록 형상이며, 또한 상기 전지 외장 캔측과 밀봉체측의 용융 응고부는 그 저면에서는 밀봉체의 천장면과 실질적으로 평행한 동일선 상에 있고, 상기 밀봉체의 플랜지의 천장면측의 테이퍼부에 이르도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 밀폐형 전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전지 외장 캔 및 상기 밀봉체는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 밀폐형 전지.
  3. 전지 외장 캔과,
    단자부를 구비하고, 상기 전지 외장 캔과의 끼워 맞춤면 전체 둘레 혹은 그 일부에 플랜지 선단부의 천장면을 밑동으로부터 얇으면서 두께가 일정해지도록 하고, 상기 천장면으로부터 저부를 향하여 수직한 부분과 점차로 두께가 두꺼워지도록 테이퍼부를 형성한 밀봉체를 사용하여,
    상기 밀봉체의 단자부에 전극체를 용접하는 공정과,
    상기 전극체를 상기 전지 외장 캔 내에 삽입하는 동시에, 상기 전지 외장 캔 및 밀봉체를 양자의 천장면이 동일 평면 상이 되도록 위치 맞춤하는 공정과,
    상기 전지 외장 캔과 밀봉체의 끼워맞춤부에 초점을 맞추어 고에너지선을 조사하여 용접하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는, 밀폐형 전지의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전지 외장 캔 및 상기 밀봉체는 모두 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 상기 전지 외장 캔의 개구부 두께는 0.2 내지 0.3㎜이며, 상기 밀봉체의 플랜지는 전체 높이가 0.2 내지 O.3㎜ , 선단부가 두께 0.2 내지 0.35㎜, 높이 0.05 내지 0.15㎜, 밑동의 최고 두께부의 두께 0.4 내지 0.45㎜의 것을 사용하는 것을 특징으로 하는, 밀폐형 전지의 제조 방법.
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