WO2011016194A1 - 密閉型電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

　正極板１および負極板２をセパレータ３を介して捲回または積層してなる電極群４を電池ケース５内に収容し、この電池ケース５の開口部を封口板で封口した密閉型電池であって、電極群４のいずれか一方の極板から導出されたリード１１が封口板１０にレーザ溶接されており、リード１１と封口板１０との溶接部９において、溶接部９の端部１３の溶融幅が、溶接部９の中央部の溶融幅より小さい。

Description

密閉型電池およびその製造方法

　本発明は密閉型電池およびその製造方法に関し、特に、電極群から導出されたリードと封口板との接続構造に関するものである。

　近年、携帯用電子機器等の駆動用電源として利用が広がっている高容量のアルカリ蓄電池に代表される水系電解液電池や、リチウムイオン電池に代表される非水系電解液電池などの密閉型電池が広く使用されている。さらに、近年の電子機器および通信機器の多機能化に伴って、さらなる密閉型電池の高容量化が望まれている。これら密閉型電池の高容量化が進む一方で重視すべきは安全対策であり、特に密閉型電池内の内部短絡などにより急激な温度上昇が起こり熱暴走に至るおそれもあるため、安全性の向上が強く要求されている。特に、大型・高出力な密閉型電池では、熱暴走を抑えるなどの安全性を向上させる工夫が必要である。

　これら密閉型電池は、正極板と負極板とをセパレータを介して捲回または積層してなる電極群が電解液とともに電池ケース内に収納され、電池ケースの開口部がガスケットを介して封口板で封口された密閉構造をなしている。そして、電極群の一方の極板（例えば、正極板）から導出されたリードは、一方の外部端子を兼ねた封口板に接続され、電極群の他方の極板（例えば、負極板）から導出されたリードは、他方の外部端子を兼ねた電池ケースの内面に接続されている。なお、リードと封口板または電池ケースの内面との接続は抵抗溶接が広く用いられている。

　ところで、電池ケースの開口部を封口する工程は、電極群を電池ケース内に収納した状態で、電極群から導出されたリードを封口板に抵抗溶接した後、リードを折り曲げて電池ケース内に収納し、電池ケースの開口部を封口板で密閉することにより行われる。この場合、電極群から導出されたリードを封口板に抵抗溶接する際、スパッタ（主に、リードの溶接部から離脱した金属粒子）が周囲に飛散し、この飛散したスパッタが電池ケース内の電極群に混入すると、セパレータを損傷させて内部短絡を引き起こすおそれがある。あるいは、飛散したスパッタが封口板の周縁部に取り付けられたガスケットに付着すると、電池ケースの開口部にガスケットを介して封口板をかしめ封口した際、ガスケットのかしめ封口による狭圧部がスパッタによって剪断されて、電池ケースと封口板とがスパッタを介して接触して短絡するおそれがある。

　このようなスパッタの混入等による短絡の発生に対して、例えば、電極群から導出されたリードを封口板に抵抗溶接する際、飛散したスパッタが電池ケース内に混入しないように電池ケースの開口部を作製時に薄板等で覆っておく方法もあるが、完全に覆うことはできないためスパッタの混入を防ぐには十分でない。

　これに対して、抵抗溶接の代わりに超音波溶接を用いて接合を行えば、抵抗溶接のような溶融は起きないので原理的にスパッタの混入を阻止することができる。しかしながら、超音波溶接による接合は抵抗溶接に比べて接合強度が劣る上に、超音波振動により封口板が防爆のための安全機構を有している場合はその機能に影響をおよぼすおそれや電極板から活物質が剥離するおそれがあるため信頼性の面で好ましくない。

　リチウムイオン二次電池の正極板の集電体の材質として通常アルミニウムが使用されるため、正極板から導出されるリードもアルミニウムが用いられている。さらに、軽量化を図るために、電池ケースおよび封口板もアルミニウムが使用され始めている。この場合、リードと封口板との溶接はアルミニウム同士の接続となるが、一般にアルミニウムは鋼に比べ導電率と熱伝導率が高く、抵抗溶接には大電流を短時間通電させる必要があり、鋼の溶接に比べ抵抗溶接する際に使用する溶接棒の損耗が激しく、長期間安定した溶接が困難である。

　そこで、リードと封口板との溶接には、局所的にエネルギーを集中させることができるパルス発振のＹＡＧレーザを用いたレーザ溶接が採用されている。このレーザ溶接は、レーザ光を小さく絞り込むことができるため、抵抗溶接に比べて溶融面積を小さくすることができ、その分飛散するスパッタの量も低減することができる。

　例えば、特許文献１、２には、図７、８に示すように、電極群４１から導出したリード４２を、パルス発振のＹＡＧレーザを用いて、封口板４０にレーザ溶接して、２箇所以上の溶接部４３でリード４２と封口板４０とを接合する方法が記載されている。

特開２０００－２９９０９９号公報 特開２００７－２３４２７６号公報

　上記のように、リードと封口板との溶接は、その工程上、必然的にスパッタの影響を受けるが、レーザ溶接を用いた場合、その影響を大幅に低減することが期待できる。

　しかしながら、本願発明者等が、リードと封口板との接合にパルス発振のＹＡＧレーザ溶接を用いて製造したリチウムイオン二次電池の信頼性評価を行ったところ、一定の割合で短絡に起因すると思われる発熱を生じたリチウムイオン二次電池が発生した。

　この発熱が生じたリチウムイオン二次電池をさらに詳しく調べてみると、ガスケットが剪断したことによる電池ケースの開口部と封口板との短絡や、セパレータが損傷したことによる内部短絡が発生していることが確認された。そして、その短絡の原因となった異物を分析した結果、リードおよび封口板の材料であるアルミニウムが含まれていることが分かった。

　このことから、リードと封口板との溶接工程で、何らかの製造工程上の外部要因の変動に起因してレーザ溶接時にスパッタが飛散し、このスパッタがガスケットに付着、もしくは電池ケース内に混入したものと考えられる。

　このスパッタは、特に、リードに穴開きが発生した場合に多く発生していた。この穴開きは、リードと封口板との間に隙間が存在したことや、リードと封口板との間に油脂などの不純物が挟み込まれていたことが原因で発生したと考えられる。このような原因によるスパッタを回避するためには、リードと封口板との隙間を完全になくすか、リードや封口板の表面の油脂成分を完全に除去しなければならず、実際の量産工程においては困難な作業となる。

　本願発明者等は、内部短絡の発生の抑制を目的として、電極群から導出されたリードと封口板との溶接を種々の鋭意検討していたところ、以下のような課題があることを見出した。

　電極群から導出されたリードと封口板とのレーザ溶接工程について詳しく説明する。リチウムイオン二次電池において、リードの厚みは０．１～０．２ｍｍ程度、封口板のリードと接合する部分の厚みは０．３～０．５ｍｍ程度、ＹＡＧレーザ光のスポット径は０．６～０．８ｍｍ程度である。ここで、レーザ光のスポット径に比べてリードの厚みが薄いため、ＹＡＧレーザ溶接においては、リードに穴開きが発生しないように熱伝導型の溶接が行われていた。そのため、レーザ溶接時の溶融面積が大きくなり、リードと封口板との間の隙間や油付着などの外部要因に起因するスパッタが発生することを見出した。

　図９（ａ）～（ｄ）は、リード４２と封口板４０との間に隙間５０が生じた状態でリード４２を封口板４０にＹＡＧレーザ溶接する工程を模式的に示した断面図である。

　図９（ａ）に示すように、レーザ光４４をリード４２に照射すると、リード４２のレーザ光４４が照射された部分に加熱領域４２ａが生じる。リード４２と封口板４０とは隙間５０があるため、封口板４０への直接的な熱伝導がないため、加熱領域４２ａの温度上昇が急激に進み、図９（ｂ）に示すように、加熱領域４２ａの溶接部４５が拡大すると共に、溶接部４５からの溶融金属蒸気からなる高圧プラズマ４６が発生する。

　そのため、図９（ｃ）に示すように、高圧プラズマ４６の圧力により、溶融金属の一部が飛散してスパッタ４７が発生する。この場合、図９（ｄ）に示すように、リード４２の溶接部４３には大きな穴開き５１が発生する。飛散したスパッタ４７は、封口板４０の周縁部に取付けたガスケットに付着したり、密閉型電池の電池ケースの内部に入り込み、これにより、電池ケースと封口板４０との短絡や、セパレータが損傷したことによる内部短絡が発生するおそれがある。また、溶接部４３に穴開き５１が生じていると、接続強度も低下する。

　次に、図１０（ａ）～（ｄ）は、リード４２と封口板４０との界面に異物４９が付着した状態でリード４２を封口板４０にレーザ溶接する工程を模式的に示した断面図である。異物４９の例としては、例えば、封口板４０を組み立てる設備の摺動部にはグリース等の潤滑剤を使用しているため、封口板４０を組み立てる際の封口板４０の表面にグリースが付着する場合が想定される。

　図１０（ａ）に示すように、リード４２を封口板４０に当接させた状態で、リード４２側からレーザ光４４を照射すると、リード４２のレーザ光４４が照射された部分に加熱領域４２ａが生じる。そして、図１０（ｂ）に示すように、加熱領域４２ａの一部が溶融して溶接部４５が形成されるとともに、溶接部４５から溶融金属蒸気からなる高圧プラズマ４６が発生する。このとき、レーザ光４４の照射によって、加熱されて溶融した異物４９ａも気化していく。その結果、図１０（ｃ）に示すように、溶接部４５が拡大するとともに、気化した異物の体積膨張による押圧力によって、溶融金属の一部が飛散してスパッタ４７が発生する。その後、レーザ光４４の照射を止めると、図１０（ｄ）に示すように、溶接部４５が冷えて固まることにより、リード４２と封口板４０との接合が完了する。スパッタ４７が発生したことによって、リード４２の溶接部４３には穴開き５１が発生する。

　このように、リード４２と封口板４０との界面に異物４９が付着していると、異物４９の気化による急激な体積膨張が押圧力となって、スパッタ４７の発生量を増加させる。この飛散したスパッタ４７が、封口板４０の周縁部に取付けたガスケットに付着したり、密閉型電池の電池ケースの内部に入り込み、電池ケースと封口板４０との短絡やセパレータが損傷したことによる内部短絡の原因となる。また、溶接部４３に穴開き５１が生じていると、接続強度も低下する。

　本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その主な目的は、リードと封口板との溶接工程で製造工程上の外部要因（リードと封口板との間に隙間の発生や、リードと封口板との間の異物かみこみ）の変動が生じても、リードの穴開きを抑制するとともに、レーザ光で溶接する際のスパッタの発生を大幅に低減し、リードと封口板との接合強度が高く、かつ、内部短絡による異常発熱の生じない、高い信頼性を有する密閉型電池を提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明に係る密閉型電池は、正極板および負極板をセパレータを介して捲回または積層してなる電極群を電池ケース内に収容し、この電池ケースの開口部を封口板で封口した密閉型電池であって、電極群のいずれか一方の極板から導出されたリードが封口板にレーザ溶接されており、リードと封口板との溶接部において、該溶接部の端部の溶融幅が、溶接部の中央部の溶融幅より小さいことを特徴とする。

　また、本発明に係る密閉型電池の製造方法は、正極板および負極板をセパレータを介して捲回または積層して電極群を形成する工程と、電極群のいずれか一方の極板にリードの一端を接続する工程と、電極群を電池ケース内に収容する工程と、リードの他端を封口板に当接させて、リードの厚みよりも小さいスポット径を有するレーザ光を連続的に走査しながらリード側から照射することによって、リードの他端を封口板にレーザ溶接する工程と、電池ケースの開口部を封口板で封口する工程とを含み、レーザ溶接により溶接されたリードと封口板との溶接部は、該溶接部の端部の溶融幅が、溶接部の中央部の溶融幅より小さくなっていることを特徴とする。

　本発明によれば、リードと封口板との溶接時の製造工程上の外部要因の変動が生じても、リードと封口板との接合強度を維持しつつ、リードの穴開きを抑制し、かつ、レーザ光で溶接する際のスパッタの発生を大幅に低減することができる。これにより、接合強度が高く、かつ、内部短絡による異常発熱の生じない、高い信頼性を有する密閉型電池を提供することができる。

本発明の一実施形態における密閉型電池の構成を模式的に示した断面図である。 本発明の一実施形態におけるリードと封口板との溶接部近傍の拡大図である。 本発明の一実施形態におけるリードと封口板とのレーザ溶接におけるレーザ光の照射状態を示した模式図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の他の実施の形態におけるリードと封口板との溶接部近傍の拡大図である。 （ａ）～（ｅ）は、本発明の一実施形態におけるリードを封口板にレーザ溶接する工程を模式的に示した断面図である。 （ａ）～（ｄ）は、本発明の一実施形態におけるリードを封口板にレーザ溶接する工程を模式的に示した斜視図である。 従来のリードを封口板にレーザ溶接した電池の部分模式図である。 従来のリードと封口板との溶接部近傍の拡大図である。 （ａ）～（ｄ）は、リードと封口板との間に隙間が生じている状態で、リードを封口板にレーザ溶接する工程を模式的に示した断面図である。 （ａ）～（ｄ）は、リードと封口板との界面に異物が付着した状態で、リードを封口板にレーザ溶接する工程を模式的に示した断面図である。

　本発明の密閉型電池は、正極板および負極板をセパレータを介して捲回または積層してなる電極群が電池ケース内に収容され、この電池ケースの開口部が封口板で封口された構成をなし、電極群のいずれか一方の極板から導出されたリードが封口板にレーザ溶接されており、リードと封口板との溶接部において、該溶接部の端部の溶融幅が、溶接部の中央部の溶融幅より小さいことを特徴とする。これにより、リードと封口板との溶接時の製造工程上の外部要因の変動が生じても、リードと封口板との接合強度を維持しつつ、リードの穴開きを抑制し、かつ、レーザ光で溶接する際のスパッタの発生を大幅に低減することができる。その結果、接合強度が高く、かつ、内部短絡による異常発熱の生じない、高い信頼性を有する密閉型電池を実現することができる。

　ここで、リードと封口板との溶接部において、溶接部の溶融終了側の端部の溶融幅が、溶接部の中央部の溶融幅より小さいことが好ましい。これにより、溶融終了側の溶接部端部において、溶融断面が凹状になるのを抑制することができる。

　また、リードは、リードの厚みよりも小さいスポット径を有するレーザ光を連続的に走査することによって、封口板にレーザ溶接されていることが好ましい。これにより、リードと封口板との溶接部が深溶け込み型の溶接となり、溶融面積が小さくなるため、リードと封口板との溶接時の製造工程上の外部要因の変動が生じても、スパッタの発生を大幅に低減することができる。

　さらに、リードと封口板との溶接部の端部の溶融幅は、溶接部の中央部の溶融幅の１／５以下であることが好ましい。これにより、溶融終了側または溶融開始側の溶接部端部において、溶融断面が凹状になったり穴開きになるのを抑制することができる。

　本発明における密閉型電池の製造方法は、正極板および負極板をセパレータを介して捲回または積層して電極群を形成する工程と、電極群のいずれか一方の極板にリードの一端を接続する工程と、電極群を電池ケース内に収容する工程と、リードの他端を封口板に当接させて、リードの厚みよりも小さいスポット径を有するレーザ光を連続的に走査しながらリード側から照射することによって、リードの他端を封口板にレーザ溶接する工程と、電池ケースの開口部を封口板で封口する工程とを含み、レーザ溶接により溶接されたリードと封口板との溶接部は、該溶接部の端部の溶融幅が、溶接部の中央部の溶融幅より小さくなっていることを特徴とする。これにより、リードと封口板との溶接時の製造工程上の外部要因の変動が生じても、リードと封口板との接合強度を維持しつつ、リードの穴開きを抑制し、かつ、レーザ光で溶接する際のスパッタの発生を大幅に低減することができる。その結果、接合強度が高く、かつ、内部短絡による異常発熱の生じない、高い信頼性を有する密閉型電池を実現することができる。

　ここで、レーザ溶接により溶接されたリードと封口板との溶接部は、溶接部の溶融終了側の端部の溶融幅が、溶接部の中央部の溶融幅より小さくなっていることが好ましい。これにより、溶融終了側の溶接部端部において、溶融断面が凹状になるのを抑制することができる。

　また、レーザ光のスポット径は、リードの厚みの１／１０～１／２であることが好ましい。これにより、リードと封口板との溶接部が深溶け込み型のキーホール溶接となり、溶融面積が小さくなるため、リードと封口板との溶接時の製造工程上の外部要因の変動が生じても、スパッタの発生を大幅に低減することができる。

　さらに、レーザ光を照射する際に、リードと封口板との溶接部の周辺を負圧にする、もしくは、リードと封口板との溶接部の周辺を吸引（例えば、レーザ溶接部の周辺に磁力を発生させながら吸引する）してもよい。これにより、リードが溶融した際の金属蒸気内に浮遊するスパッタを強制的に除去することができ、スパッタによる内部短絡の発生を大幅に抑制することができる。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。

　図１は、本発明の一実施形態における密閉型電池の構成を模式的に示した断面図である。図１に示すように、正極板１と負極板２とがセパレータ３を介して捲回された電極群４が、電池ケース５内に絶縁板７、８で挟み込まれた状態で電解液とともに収容されている。電池ケース５の開口部は、ガスケット６を介して封口板１０で封口されている。電極群４のいずれか一方の極板（例えば、正極板１）から導出されたリード１１は、封口板１０にレーザ溶接され、他方の極板（例えば、負極板２）は電池ケース５の底部に溶接されている。

　図２は、リード１１と封口板１０とのレーザ溶接部近傍の拡大図である。図２に示すように、リード１１と封口板１０との溶接部９において、溶接部９の端部の溶融幅が、溶接部９の中央部の溶融幅より小さくなっている。

　本発明の一実施形態における密閉型電池は、次のような製造される。まず、正極板１および負極板２をセパレータ３を介して捲回して電極群４を形成する。その後、電極群４のいずれか一方の極板（例えば、正極板１）にリード１１の一端を接続した後、電極群４を絶縁板７、８で挟み込んだ状態で電池ケース５内に収容する。その後、電極群４の一方の極板（例えば、負極板２）の端部から導出したリード１８を電池ケース５の底部に溶接した後、電極群４の他方の極板（例えば正極板１）の端部から導出したリード１１の他端を封口板１０に当接させて、リード１１の厚みよりも小さいスポット径を有するレーザ光を連続的に走査しながらリード１１側から照射することによって、リード１１の他端を封口板１０にレーザ溶接する。その後、電池ケース５の開口部を封口板１０で封口して密閉型電池を完成する。

　ここで、レーザ光を照射してリード１１を封口板１０にレーザ溶接する際に、溶接部９の周辺を負圧にすることによって、もしくは、溶接部の周辺を吸引することによって、溶融したリード１１の金属蒸気中に浮遊するスパッタを強制的に除去するようにしてもよい。後者の場合、例えば、スパッタが磁性体である場合には、溶接部９の周辺の磁力を発生させながら吸引することによって、金属蒸気中に浮遊するスパッタを強制的に除去することができる。こえにより、スパッタによる内部短絡の発生を大幅に抑制することができる。

　図３は、リード１１と封口板１０とのレーザ溶接におけるレーザ光の照射状態を示した模式図である。図３に示すように、レーザ加工ヘッド１２ａから出射されたレーザ光１２を、リード１１の幅方向に沿って走査させることによって、リード１１と封口板１０とをレーザ溶接する。この場合、リード１１と封口板１０との溶接部９において、溶接部９の溶融開始側の端部の溶融幅が、溶接部９の中央部の溶融幅より小さくなっている。

　図４（ａ）、（ｂ）は、リード１１と封口板１０との溶接部の他の形態を示した拡大図である。図４（ａ）は、溶接部９の両端部の溶融幅が、溶接部９の中央部の溶融幅より小さくなっている。また、図４（ｂ）は、溶接部９の溶融終了側の溶融幅が、溶接部９の中央部の溶融幅より小さくなっている。

　図５（ａ）～（ｅ）は、リード１１を封口板１０にレーザ溶接する工程を模式的に示した断面図である。

　図５（ａ）に示すように、リード１１を封口板１０に当接させた状態でリード１１側からレーザ光１２を照射すると、リード１１のレーザ光１２を照射した部分に加熱領域１１ａが生じる。なお、このときのレーザ光１２のスポット径は、リード１１の厚みより小さく、好ましくは、レーザ光１２のスポット径はリード１１の厚みの１／１０～１／２であり、より安定したキーホール溶接をするには、レーザ光１２のスポット径はリードの厚みの１／１０～１／５が好ましい。レーザ光１２のスポット径がリード１１の厚みの１／２より大きくなると、溶融面積が大きくなり加熱領域１１ａの温度上昇が急激に進み、溶融金属が飛散してスパッタの発生の抑制が困難となる。また、レーザ光１２のスポット径をリード１１の厚みの１／１０未満にすると、封口板１０とリード１１との溶接強度が損なわれ、電池ケース５の開口部を封口するために、リード１１を折り曲げて封口板１０を開口部に載置する際、リード１１が封口板１０から外れるおそれがある。

　レーザ光１２のスポット径を小さくすると、加熱領域１１ａのレーザパワー密度はスポット径の２乗に反比例して増加していく。例えば、光ファイバー自身がレーザ発振器となっているファイバーレーザを用いると、ファイバーレーザからのレーザ光は品質が非常に優れているため、スポット径を十分に小さくすることができる。本発明者らの実験においては、スポット径を０．１ｍｍにすることができ、さらには、ファイバーレーザの使用条件を整えることにより、スポット径を０．０１ｍｍまで小さくすることができる。

　このようにスポット径を小さくすることによって、加熱領域１１ａの一部は、図５（ｂ）に示すように、急激に溶融して溶接部９を形成すると共に、溶融したリード１１の金属蒸気である高圧プラズマ１４が蒸発する際の反発力によりキーホール１７が形成される。

　さらに、図５（ｃ）に示すように、キーホール１７の内部にレーザ光１２が入り込み、キーホール１７内で多重反射を繰り返すことによってキーホール１７がさらに成長し、溶接部９も封口板１０の奥深くまで進行していく。

　レーザ光１２の照射を止めた瞬間においては、図５（ｄ）に示すように、溶接部９にはキーホール１７が存在している。その後、図５（ｅ）に示すように、溶接部９が凝固していく時、キーホール１７は、溶融している金属の表面張力により埋まり、リード１１と封口板１０との溶接が完了する。

　このように、リード１１と封口板１０との溶接部９は、深溶け込み型のキーホール溶接となっており、レーザ溶接に必要な溶融幅や体積は大幅に小さくなっている。さらに、キーホール溶接では、キーホール１７内でレーザ光１２が多重反射を繰り返していくため、レーザ光のエネルギーが効率よくリード１１と封口板１０に吸収される。そのため、キーホール溶接は、熱伝導型の溶接（リード１１表面で吸収されたレーザ光のエネルギーが熱に変換され、封口板１０まで熱伝導して溶接される）に比べて、レーザ光のエネルギーを低減することができ、発生するスパッタの量を削減することができる。

　また、リード１１と封口板１０との溶接工程において、製造工程上の外部要因の変動が生じても、レーザ溶接時に形成されるキーホール１７の大きさは、リード１１の厚みに比べて小さいため、溶融面積が小さく、加熱領域１１ａの温度上昇が緩和されて、リード１１に穴あきが発生しにくくなる。その結果、スパッタの量が低減し、また、キーホール１７の大きさも小さくなる。

　また、リード１１と封口板１０との溶接部９が安定した接続強度を得るためには、溶接部９の端部（溶融開始側または溶融終了側）の溶融幅は、溶接部９の中央部の溶融幅の１／５以下であることが好ましい。これにより、溶融開始時または溶融終了時のリード１１の穴開きを抑制することができ、溶接部９の接続強度を確保することができる。

　図６（ａ）～（ｄ）は、リード１１を封口板１０にレーザ溶接する工程を模式的に示した斜視図である。

　まず、図６（ａ）に示すように、電極群４から導出されたリード１１の端部を封口板１０に当接させる。その状態で、図６（ｂ）に示すように、リード１１の厚みよりも小さいスポット径を有するレーザ光１２をリード１１の幅方向に沿って連続的に走査させる。このとき、レーザ光１２の照射開始時においては、溶接部の溶融開始側の端部１３では、レーザ光１２が集光されている焦点の近傍部分のリード１１しか溶融されず、ほとんどが反射されてしまう。従って、溶接部の溶融開始側の端部１３では、図５（ｂ）で示したようなキーホール１７は形成されない。

　しかし、レーザ光１２の照射を継続していくと、レーザ光１２のエネルギーによりリード１１自身の温度が徐々に上がり、キーホール１７がわずかに形成される。一度、キーホール１７が形成されると、レーザ光１２がそのキーホール１７内で多重反射を繰り返すため、レーザ光１２のエネルギーはリード１１に効率良く吸収されるようになり、図６（ｃ）に示すように、溶融幅が広がり、かつ、溶込み深さが深くなっていく。

　さらに、キーホール１７が封口板１０に到達すると、リード１１と封口板１０とが溶融し接合される。その後、レーザ光１２の照射が停止しレーザ溶接が終了すると、図６（ｄ）に示すように、リード１１と封口板１０との溶接部９において、溶接部９の溶融開始側の端部１３の溶融幅が、溶接部９の中央部の溶融幅より小さくなっている。つまり、レーザ光１２の照射開始時（溶融開始側）においては、過多のレーザエネルギーがリード１１に吸収されないため、リード１１がいきなり溶融・昇化せず、スパッタの発生が抑制される。なお、本発明において、レーザ光は一定のパワーで連続照射してもよいし、あるいは、溶接開始側でパワーを下げて途中からパワーに上げるように制御して照射してもよい。

　さらに、溶融終了側でも、レーザ光のパワーを下げることによって、溶接部９の溶融終了側の端部の溶融幅を、溶接部９の中央部の溶融幅より小さくすることが好ましい。これにより、溶接部９がキーホール１７を十分に埋められずに残存し溶融断面が凹状になることを抑制することができる。なお、レーザ光のパワーを下げる代わりに、一定のパワーで照射するレーザ光の走査速度を速くしてもよい。また、溶接部９の溶融終了側の端部の溶融幅のみを、溶接部９の中央部の溶接幅より小さくしてもよい。

　以下、本発明の密閉型電池として、リチウムイオン二次電池に適用した例を説明する。

　正極板１は、次のようにして作製した。まず、活物質としてコバルト酸リチウムを１００重量部、導電材としてアセチレンブラックを２重量部、結着材としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を２重量部を、適量のＮ－メチル－２－ピロリドンと共に練合機にて攪拌して、正極合剤塗料を作製した。次いで、この正極合剤塗料を、厚み１５μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布・乾燥し、総厚みが１６５μｍとなるようにプレスした後、スリット加工して正極板１を作製した。

　また、負極板２は、次のように作製した。まず、活物質として人造黒鉛を１００重量部、結着材としてスチレン－ブタジエン共重合体ゴム粒子分散体（固形分４０重量％）を２．５重量部（結着材の固形分換算で１重量部）、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースを１重量部、および適量の水とともに練合機にて攪拌して、負極合剤塗料を作製した。次いで、この負極合剤塗料を、厚み１０μｍの銅箔からなる負極集電体の両面に塗布・乾燥後、総厚みが１８０μｍとなるようにプレスした後、スリット加工して負極板２を作製した。

　このように作製した正極板１と負極板２とを、厚み２０μｍのポリエチレン微多孔フィルムのセパレータ３を介して捲回して電極群４を成形し、この電極群４を絶縁板７、８で挟み込まれた状態で電池ケース５内に収容した。次いで、電極群４の負極板２の端部から導出したリード１８の一端を電池ケース５内の底部に抵抗溶接を行った。さらに、電極群４の正極板１から導出されたアルミニウム箔からなるリード１１をアルミニウム板からなる封口板１０に当接させた状態で、レーザ光１２を連続照射して、リード１１を封口板１０に溶接した。ここで、リード１１の厚みは０．１５ｍｍ、幅は４ｍｍで、封口板１０の直径は１６．８ｍｍ、リード１１とを接合する部分の厚みは０．４ｍｍで、レーザ光のスポット径は０．０２ｍｍであった。また、リード１１と封口板１０との溶接部９は、溶融開始側の端部の溶融幅が０．０４ｍｍ、中央部の溶融幅が０．２５ｍｍ、長さが２．２ｍｍであった。

　次に、電池ケース５内に非水電解液を注液した後、リード１１を折り曲げて、封口板１０を電池ケース５の開口部に配置し、電池ケース５の開口部を、ガスケット６を介して封口板１０でかしめ封口して、リチウムイオン二次電池を作製した。

　ここで、リード１１と封口板１０との溶接部９を観察してみると、スパッタの発生は全く観察されず、リード１１や封口板１０にもスパッタの付着は見られなかった。また、リード１１と封口板１０との接続強度は約２４Ｎであり、従来技術のＹＡＧレーザによる溶接の接合強度（１５～２５Ｎ）と同程度、あるいはそれ以上の強度が得られた。また、溶接部の端部においても、凹みや穴開きは見られなかった。

　また、リード１１と封口板１０との間に５０μｍの隙間を設け、さらには、リード１１と封口板１０との間にグリースを付けた状態で、リード１１を封口板１０にレーザ溶接を行い、溶接部の状態を観察した。その結果、スパッタの発生は全く観察されず、リード１１や封口板１０にもスパッタの付着は見られなかった。また、リード１１と封口板１０との接続強度は約２４Ｎで、溶接部の端部においても凹みや穴開きは見られなかった。これにより、製造工程上の外部要因の変動が生じても、スパッタの発生を抑制したレーザ溶接が可能となるとともに、ＹＡＧレーザを用いた場合と同程度あるいはそれ以上の接続強度を維持することができた。

　以上、本発明を好適な実施の形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態において、リード１１と封口板１０とは同じアルミニウム材を例に説明したが、異種金属からなるリード１１および封口板１０であっても勿論構わない。また、連続的な溶接部の形状は特に制限はなく、直線以外に、並状、リング状にしても良い。さらに、リード１１が溶接された封口板１０は電池ケース５にかしめ封口される以外に、電池ケース５の開口部に溶接により封口されたものであってもよい。

　なお、本発明が適用される密閉型電池は、その種類に特に制限はなく、リチウムイオン二次電池の他、ニッケル水素蓄電池等にも適用することができる。また、円筒形二次電池に限らず、角形二次電池、一次電池にも適用し得る。さらに、電極群は、正極板および負極板はセパレータを介して捲回されたものに限らず、積層されたものでもよい。

　本発明によれば、安定した高い信頼性を有する密閉型電池を実現でき、携帯機器等の駆動用電源として有用である。

　１　　　正極板 
　２　　　負極板 
　３　　　セパレータ 
　４　　　電極群 
　５　　　電池ケース 
　６　　　ガスケット 
　７、８　絶縁板 
　９　　　溶接部 
　１０　　封口板 
　１１、１８　　リード 
　１１ａ　加熱領域 
　１２　　レーザ光 
　１２ａ　レーザ加工ヘッド 
　１３　　溶接部の端部 
　１４　　高圧プラズマ 
　１７　　キーホール 
　４０　　封口板 
　４１　　電極群 
　４２　　リード 
　４２ａ　加熱領域 
　４３　　溶接部 
　４４　　レーザ光 
　４５　　溶接部 
　４６　　高圧プラズマ 
　４７　　スパッタ 
　４９　　異物 
　５０　　隙間 
　５１　　穴開き

Claims (10)

1. 　正極板および負極板をセパレータを介して捲回または積層してなる電極群を電池ケース内に収容し、この電池ケースの開口部を封口板で封口した密閉型電池であって、
   　前記電極群のいずれか一方の極板から導出されたリードが前記封口板にレーザ溶接されており、
   　前記リードと前記封口板との溶接部において、該溶接部の端部の溶融幅が、前記溶接部の中央部の溶融幅より小さい、密閉型電池。
2. 　前記リードと前記封口板との溶接部において、該溶接部の溶融終了側の端部の溶融幅が、前記溶接部の中央部の溶融幅より小さい、請求項１に記載の密閉型電池。
3. 　前記リードは、該リードの厚みよりも小さいスポット径を有するレーザ光を連続的に走査することによって、前記封口板にレーザ溶接されている、請求項１に記載の密閉型電池。
4. 　前記溶接部の端部の溶融幅が前記溶接部の中央部の溶融幅の１／５以下である、請求項１に記載の密閉型電池。
5. 　正極板および負極板をセパレータを介して捲回または積層して電極群を形成する工程と、
   　前記電極群のいずれか一方の極板に、リードの一端を接続する工程と、
   　前記電極群を電池ケース内に収容する工程と、
   　前記リードの他端を封口板に当接させて、前記リードの厚みよりも小さいスポット径を有するレーザ光を連続的に走査しながら前記リード側から照射することによって、前記リードの他端を前記封口板にレーザ溶接する工程と、
   　電池ケースの開口部を前記封口板で封口する工程と
   を含み、
   　前記レーザ溶接により溶接された前記記リードと前記封口板との溶接部は、該溶接部の端部の溶融幅が、前記溶接部の中央部の溶融幅より小さくなっている、密閉型電池の製造方法。
6. 　前記レーザ溶接により溶接された前記リードと前記封口板との溶接部は、該溶接部の溶融終了側の端部の溶融幅が、前記溶接部の中央部の溶融幅より小さくなっている、請求項５に記載の密閉型電池の製造方法。
7. 　前記レーザ光のスポット径が前記リードの厚みの１／１０～１／２である、請求項５に記載の密閉型電池の製造方法。
8. 　前記レーザ光を照射する際に、前記リードと前記封口板との溶接部の周辺を負圧にする、請求項５に記載の密閉型電池の製造方法。
9. 　前記レーザ光を照射する際に、前記リードと前記封口板との溶接部の周辺を吸引する、請求項５に記載の密閉型電池の製造方法。
10. 　前記レーザ光を照射する際に、前記リードと前記封口板との溶接部の周辺に磁力を発生させながら吸引する、請求項９に記載の密閉型電池の製造方法。

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