WO2020196094A1 - 電池および電池の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- a second aspect of the present disclosure relates to a battery, which accommodates an electrode group having a first electrode and a second electrode, the electrode group, and has an opening at one end.
- a case having a bottom at the other end and a current collecting lead electrically connected to the first electrode and electrically connected to the inner surface of the case are provided, and the current collecting lead faces the case. It has melting marks formed on the first surface of the current collecting lead and the second surface which is the back surface of the first surface.
- the shape of the melting mark 38 does not have to extend linearly as described above.
- the melting marks 38 may be formed on the first surface 24a and the second surface 24b in a plurality of spots.
- the extending direction of the melting mark 38 extending linearly is also perpendicular to the extending direction of the negative electrode lead 24 extending substantially parallel to the bottom 34 of the case 30. It does not have to extend in the direction.
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Abstract
製造方法は、一方の端部に開口を有し、他方の端部に底部を有するケースを準備する工程と、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と電気的に接続した集電リードとを有する電極群を準備する工程と、前記電極群を前記ケースに収容する工程と、前記集電リードと前記ケースの内面とを接合する接合工程とを備え、前記接合工程は、前記集電リードが前記ケースの内面に当接するように管状の押圧部材を前記集電リードへ押圧させる工程と、前記押圧部材の管内を吸引部により減圧した状態で、前記ケースと前記集電リードとを溶接する工程と、を備える。
Description
本開示は、電池および電池の製造方法に関し、とりわけケースと集電体の集電リードとを溶接することにより電気的に接続する電池、およびその製造方法に関する。
特許文献１には、集電タブ（正極タブまたは負極タブ）をケースの底部の内面に接合固定する際に、電極組立体の中心部にセンターピンを挿入して集電タブをケース底面に押し付けながらケース外側からレーザを照射してレーザ溶接を行う製造方法が開示されている。
しかしながら、特許文献１のように、負極リードとケースとを溶接により接合する場合、負極リードを貫通せずに溶接することが求められる。これは、溶融部が負極リードを貫通するように負極リードとケースとを溶接した場合、負極リードの溶融部分の上面からスパッタが発生する虞がある。そして、この導電性のスパッタが電極組立体に混入すると短絡の原因となる虞があり、電池として信頼性が低下する可能性がある。また一方で、負極リードを貫通しないように負極リードとケースとを溶接する場合、レーザの出力を厳格に制御することや、限られたレーザの出力の適用範囲で溶接することを求められるため、生産性が低下する可能性がある。
そこで、本開示の電池および電池の製造方法では、より信頼性が高く作業性に優れた電池を提供することを目的とする。
そこで、本開示の電池および電池の製造方法では、より信頼性が高く作業性に優れた電池を提供することを目的とする。
本開示に係る第１の態様は、電池の製造方法に関し、この製造方法は、一方の端部に開口を有し、他方の端部に底部を有するケースを準備する工程と、第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と電気的に接続した集電リードとを有する電極群を準備する工程と、前記電極群を前記ケースに収容する工程と、前記集電リードと前記ケースの内面とを接合する接合工程とを備え、前記接合工程は、前記集電リードが前記ケースの内面に当接するように管状の押圧部材を前記集電リードへ押圧させる工程と、前記押圧部材の管内を吸引部により吸引した状態で、前記ケースと前記集電リードとを溶接する工程と、を備える。
本開示に係る第２の態様は、電池に関し、この電池は、第１の電極と第２の電極とを有する電極群と、前記電極群を収容するともに、一方の端部に開口を有し、他方の端部に底部を有するケースと、前記第１電極と電気的に接続するとともに前記ケースの内面と電気的に接続した集電リードとを備え、前記集電リードは、前記ケースと対向した前記集電リード第１面および前記第１面の裏面である第２面に形成された溶融痕を有する。
本開示に係る態様によれば、ケースと集電リードとをレーザ溶接する際、集電リードが溶融して生じるプルームおよび／またはスパッタを低減することにより、信頼性の高い電池をより安価で簡便な方法で製造することができる。
添付図面を参照して本開示に係る電池および電池の製造方法の実施形態について以下説明する。実施形態の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語（例えば「垂直」、「水平」および「左右」等）を適宜用いるが、これらの用語は図中の方向を説明するためのものであって、本開示を限定するものでない。なお各図面において、電池の各構成部品の形状または特徴を明確にするため、これらの寸法を相対的なものとして図示し、必ずしも同一の縮尺比で表したものではない。また、各図面において同一の構成部品には同一の符号を用いて示す。
まず、電池１の構成について説明した後、本実施形態に係る電池１の製造方法、およびその製造方法によって得られる電池１の具体的な構成について、以下説明する。なお、本発明の電池の製造方法および電池は、以下の実施形態の構成および方法に限定されない。
（電池の構成）
図１は、本実施形態に係る電池１の正面断面図である。図１に示す電池１は、電極群１０と、電極群１０を収容するケース３０と、ケース３０の開口部を塞ぐ封口体７０とを備える。電極群１０は、例えば第１の電極１２および第２の電極２２がセパレータ１１を介して巻回されてなる巻回型構造を有する。即ち、電池１は、所謂円筒型電池である。本実施形態では、円筒型電池を例示するが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。次に、各構成部品について以下説明する。
図１は、本実施形態に係る電池１の正面断面図である。図１に示す電池１は、電極群１０と、電極群１０を収容するケース３０と、ケース３０の開口部を塞ぐ封口体７０とを備える。電極群１０は、例えば第１の電極１２および第２の電極２２がセパレータ１１を介して巻回されてなる巻回型構造を有する。即ち、電池１は、所謂円筒型電池である。本実施形態では、円筒型電池を例示するが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。次に、各構成部品について以下説明する。
（電極群）
電極群１０は、セパレータ１１を介して第１および第２の電極１２，２２を、巻芯（図示せず）の周りに巻回した後、巻芯を抜き取ることにより、巻回軸方向に延びた中空部２０を有する柱状体として形成されている。第１の電極１２は、通常、第１の集電体シートと、その表面に形成された第１の活物質層とを有する（ともに図示せず）。一方、第２の電極２２は、通常、第２の集電体シートと、その表面に形成された第２の活物質層とを有する（ともに図示せず）。
電極群１０は、セパレータ１１を介して第１および第２の電極１２，２２を、巻芯（図示せず）の周りに巻回した後、巻芯を抜き取ることにより、巻回軸方向に延びた中空部２０を有する柱状体として形成されている。第１の電極１２は、通常、第１の集電体シートと、その表面に形成された第１の活物質層とを有する（ともに図示せず）。一方、第２の電極２２は、通常、第２の集電体シートと、その表面に形成された第２の活物質層とを有する（ともに図示せず）。
第１の電極１２は、導電性箔で構成された第１のリード１４を介して導電性を有する封口体７０と電気的に接続する。他方、第２の電極２２は、同様に導電性箔で構成された第２のリード２４を介して、ケース３０の内面に電気的に接続する。
本実施形態では、ケース３０の内面は、ケース３０の底部３４の内面中央部であるものとして説明するが、これに限定されるものではなく、ケース３０の側周面であってもよいし、中央以外の底部３４の一部（例えば周側面に偏った底面）であってもよく、第２のリード２４とケース３０とが電気的に接続されればよい。
なお本実施形態によれば、こうした電気的な接続は、ケース３０と第２のリード２４とをレーザ溶接することにより実現され、第２のリード２４は、ケース３０にレーザ溶接された溶融痕３８を有する。第２のリード２４の溶融痕３８は、電極群１０の中空部２０と巻回軸方向において重なり合うように構成してもよい。
また詳細については後述するが、第２のリード２４は、下向きの第１面２４ａと、第１面２４ａの裏面であって上向きの第２面２４ｂとを有する。第１面２４ａがケース３０の底部と対向するように第２のリード２４とケース３０は溶接される。また溶融痕３８は、第２のリード２４の第１面２４ａおよび第２面２４ｂにおいて、レーザ溶接によって形成された第１溶融痕３８ａおよび第２溶融痕３８ｂを有し、第１溶融痕３８ａの面積は第２溶融痕３８ｂの面積より大きい（図４）。
このように構成された電池１において、封口体７０が電池１の第１の端子（例えば正極端子）として、ケース３０が電池１の第２の端子（例えば負極端子）として機能する。ここで、第１および第２の電極１２，２２がそれぞれ正極１２および負極２２である場合のそれぞれの構成要素についてさらに詳細に以下説明する。
正極１２は、正極集電体シートと、その両面に形成された正極活物質層とを有する（図示せず）。電池１がリチウムイオン電池である場合、正極集電体シートは、例えばアルミニウム、アルミニウム合金などの金属箔が用いられ、その厚さは、例えば１０μｍ～２０μｍであってもよいが、これに限定されるものではない。
正極活物質層は、例えば正極活物質、結着剤、導電剤などを含む。リチウムイオン二次電池の正極活物質としては、リチウム含有複合酸化物が好ましく、例えばＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４などが用いられる。リチウムイオン一次電池の正極活物質としては、二酸化マンガン、フッ化黒鉛等が用いられる。正極活物質層の厚さは、例えば７０μｍ～１３０μｍであってもよいが、これに限定されるものではない。
リチウムイオン二次電池の正極リード１４は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、鉄、ステンレス鋼等の材料を用いて形成され、その厚さは、例えば１０μｍ～１２０μｍであってもよい。正極リード１４は、正極端子を兼ねる封口体７０の底面に接続されている。
負極２２は、負極集電体シートと、その両面に形成された負極活物質層とを有する（図示せず）。電池がリチウムイオン電池である場合、負極集電体シートは、例えばステンレス鋼、ニッケル、銅、銅合金などの金属箔が用いられ、その厚さは、例えば５μｍ～２０μｍであってもよいが、これに限定されるものではない。
負極活物質層は、例えば負極活物質、結着剤、導電剤などを含む。リチウムイオン電池の負極活物質としては、金属リチウム、合金（珪素合金、錫合金など）、炭素材料（黒鉛、ハードカーボンなど）、珪素化合物、錫化合物、チタン酸リチウム等が用いられる。負極活物質層の厚さは、例えば７０μｍ～１５０μｍであってもよいが、これに限定されるものではない。
リチウムイオン電池の負極リード２４は、例えばニッケル、ニッケル合金、鉄、ステンレス鋼、銅、銅合金等の材料を用いて形成され、その厚さは、例えば１０μｍ～２００μｍであってもよい。なお、負極リード２４の幅は、ケース３０内に収容できる大きさであれば特に限定されない。負極リード２４の幅は例えば、２～５ｍｍであってもよい。また、負極リード２４は、１種の金属から構成された単層構造でもよく、各層、異なる金属から構成された多層構造であってもよい。この多層構造には、例えば、Ｃｕ層とＮｉ層から構成された２層構造や、Ｎｉ層、Ｃｕ層、Ｎｉ層の３層構造などが挙げられる。また負極リード２４は、電池１に対して１本のみから構成されていなくてもよい。例えば、負極リード２４は複数設けられてもよい。複数の負極リード２４はそれぞれ、ケース３０の底部３４と個別に接合されてもよいし、複数のリード２４の先端部が互いに重なり合い、この重なりあった部分とケース３０の底部３４の１箇所とが接合されていてもよい。
正極１２と負極２２の間に介在されるセパレータ１１は、絶縁性の微多孔薄膜、織布または不織布を用いて形成される。リチウムイオン電池のセパレータは、例えばポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィンを用いて形成してもよく、その厚さは、好適には１０μｍ～５０μｍであり、より好適には１０μｍ～３０μｍである。
（電解液）
電解液は、例えば、リチウム塩と、リチウム塩を溶解させる非水溶媒とで構成される。非水溶媒としては、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステルなどが用いられ、リチウム塩としては、例えばＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４などが用いられるが、これらに限定されるものではない。
電解液は、例えば、リチウム塩と、リチウム塩を溶解させる非水溶媒とで構成される。非水溶媒としては、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステルなどが用いられ、リチウム塩としては、例えばＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４などが用いられるが、これらに限定されるものではない。
（ケース）
図１に示すケース３０は、円筒形状を有し、一方の端部に開口を有し、他方の端部に閉口した底部３４を有する。ケース３０の開口を形成する端部付近には、環状の溝部３２が形成されている。なお、ケース３０は、筒状形状であれば、円筒形状の他、楕円柱形状であってもよい。またケース３０は、導電性を有する材料で作製され、例えば０．１ｍｍ～１．０ｍｍの厚さを有するステンレス鋼で作製されるが、これに限定されるものではない。また、ケース３０の底部３４と電極群１０との間に下部絶縁板４２を介在させてもよい。さらに、電極群１０の上方とケース３０の間に上部絶縁板４３を設けてもよい。
図１に示すケース３０は、円筒形状を有し、一方の端部に開口を有し、他方の端部に閉口した底部３４を有する。ケース３０の開口を形成する端部付近には、環状の溝部３２が形成されている。なお、ケース３０は、筒状形状であれば、円筒形状の他、楕円柱形状であってもよい。またケース３０は、導電性を有する材料で作製され、例えば０．１ｍｍ～１．０ｍｍの厚さを有するステンレス鋼で作製されるが、これに限定されるものではない。また、ケース３０の底部３４と電極群１０との間に下部絶縁板４２を介在させてもよい。さらに、電極群１０の上方とケース３０の間に上部絶縁板４３を設けてもよい。
（封口体）
封口体７０は、例えば、複数の部材を重ね合わせて構成されていてもよい。下から順に、フィルタ７１、下弁体７２、絶縁リング７３、上弁体７４、そしてキャップ７５を重ね合わせることにより、封口体７０は構成されていてもよい。具体的には、フィルタ７１と下弁体７２とがそれぞれの周縁部で互いに接合されている。下弁体７２の中央部と上弁体７４の中央部が接合されている。下弁体７２の周縁部と上弁体７４の周縁部の間には絶縁リング７３が介在する。上弁体７４の周縁部は、キャップ７５の周縁部と接合している。下弁体７２と上弁体７４は、電池１の安全機構の機能を果す。ケース３０の内圧が上昇した場合、下弁体７２が破断する。そして、上弁体７４がガスにより上方に押されることにより、下弁体７２と上弁体７４との接合箇所が破断し、上弁体７４と下弁体７２の電気的接続が断たれる。さらにケース３０の内圧が上昇する場合、上弁体７４が破断して、ケース３０内のガスがキャップ７５内を通って、電池１の外部へ放出される。また、封口体７０とケース３０の開口部の間には、絶縁性のガスケット５０が介在していてもよい。ガスケット５０は、封口体７０とケース３０とを絶縁するとともに、封口体７０とともにケース３０の開口部を封止する機能を有する。
封口体７０は、例えば、複数の部材を重ね合わせて構成されていてもよい。下から順に、フィルタ７１、下弁体７２、絶縁リング７３、上弁体７４、そしてキャップ７５を重ね合わせることにより、封口体７０は構成されていてもよい。具体的には、フィルタ７１と下弁体７２とがそれぞれの周縁部で互いに接合されている。下弁体７２の中央部と上弁体７４の中央部が接合されている。下弁体７２の周縁部と上弁体７４の周縁部の間には絶縁リング７３が介在する。上弁体７４の周縁部は、キャップ７５の周縁部と接合している。下弁体７２と上弁体７４は、電池１の安全機構の機能を果す。ケース３０の内圧が上昇した場合、下弁体７２が破断する。そして、上弁体７４がガスにより上方に押されることにより、下弁体７２と上弁体７４との接合箇所が破断し、上弁体７４と下弁体７２の電気的接続が断たれる。さらにケース３０の内圧が上昇する場合、上弁体７４が破断して、ケース３０内のガスがキャップ７５内を通って、電池１の外部へ放出される。また、封口体７０とケース３０の開口部の間には、絶縁性のガスケット５０が介在していてもよい。ガスケット５０は、封口体７０とケース３０とを絶縁するとともに、封口体７０とともにケース３０の開口部を封止する機能を有する。
（電池の製造方法）
本実施形態に係る電池の製造方法について以下説明する。
まず、上記説明した電極群１０を準備する。ケース３０に対して、正極リード１４がケース３０の開口に向かって延び、負極リード２４がケース３０の底部３４に向かって延びるように配置する。さらに、負極リード２４の電極群１０よりもケース３０の底部３４へ延びた部分を屈曲させて底部内面と略平行になるように加工する。さらに、中央に孔を有するリング状の下部絶縁板４２を、電極群１０とケース３０の底部３４との間に介在させて、電極群１０を開口からケース３０に挿入する。
本実施形態に係る電池の製造方法について以下説明する。
まず、上記説明した電極群１０を準備する。ケース３０に対して、正極リード１４がケース３０の開口に向かって延び、負極リード２４がケース３０の底部３４に向かって延びるように配置する。さらに、負極リード２４の電極群１０よりもケース３０の底部３４へ延びた部分を屈曲させて底部内面と略平行になるように加工する。さらに、中央に孔を有するリング状の下部絶縁板４２を、電極群１０とケース３０の底部３４との間に介在させて、電極群１０を開口からケース３０に挿入する。
図２は、負極リード２４をケース３０の底部３４にレーザ溶接する工程における、図１と同様の正面拡大断面図である。上述のように、負極リード２４をケース３０にレーザ溶接する位置は、図示のようにケース３０の底部３４の中央位置に限定されず、周側面、または周側面に隣接する底面であってもよい。
次に、管状の押圧部材４４を準備する。押圧部材４４は、例えばステンレス鋼で形成された導管であってもよい。そして押圧部材４４をケース３０内に配置された電極群１０の中空に挿入する。管状の押圧部材４４の外径は例えば２ｍｍ以上、４ｍｍ以下であってもよい。また押圧部材４４の内径は、例えば１．５ｍｍ以上、３ｍｍ以下であってもよい。なお図２では、管状の押圧部材４４は、その特徴を理解しやすくするために、実寸大より誇張して大きく図示されている。
管状の押圧部材４４は、減圧ポンプ等の吸引部（図示せず）に接続され、減圧ポンプの作動に伴い、押圧部材４４の管４５からスパッタＰとともに流体を吸引するように構成されている。なお、吸引部による管４５の吸引圧は、例えば、５０ｋＰａ以上であってもよく、例えば７０ｋＰａ以上であってもよい。
押圧部材４４は、負極リード２４がケース３０（の内面）に当接するように、負極リード２４をケース３０に向けて押圧する。こうした押圧部材４４の挿入動作および押圧動作は、オペレータが手動で行ってもよいが、ステップモータで駆動されるマニピュレータ（ともに図示せず）を用いて、自動的に行ってもよい。
負極リード２４がケース３０（の内面）に当接するように押圧部材４４を負極リード２４へ押圧した後、レーザ出力部からレーザビームＬＢをケース３０の底部３４に向かって照射することにより、ケース３０を負極リード２４にレーザ溶接する。
図３は、図２に示す破線楕円αで囲んだ部分の拡大断面図である。なお本開示では、負極リード２４に対向し、レーザビームＬＢが照射されるケース３０の領域または部分を対向部という。また本願では、ケース３０および負極リード２４の構成材料からなる溶融物（連続性および一体性を有するものを含む）が形成されて、負極リード２４の第１面２４ａおよび第２面２４ｂにおいて、溶融したと外形上認められる領域または部分を溶融痕３８ａ、３８ｂと称する。
レーザビームＬＢは、連続発振レーザビームであってもよいし、パルスレーザビームであってもよい。またレーザ出力部は、そのレーザ発振機構を特に限定しないが、ファイバーレーザを用いたレーザ発振器であることが好ましい。さらにレーザビームＬＢは、ケース３０に対し、底部３４の対向部において、複数（図２および図３で３カ所）の位置に照射されることが好ましい。
ところで、ケース３０と負極リード２４との間の電気抵抗を小さくして接続するためには、両者の構成材料からなる溶融痕を連続的かつ一体的に形成するために、適当な光強度を有するレーザビームＬＢをケース３０の底部の外面に照射する必要がある。しかしながら、上述のように、ケース３０の厚さが例えば０．１ｍｍ～１．０ｍｍである。一方で、負極リード２４の厚さは、例えば１０μｍ～２００μｍであり、負極リード２４は、ケース３０より薄くなる場合が多い。そのため、レーザビームＬＢの適当な光強度を維持しながらレーザ溶接することは容易ではない。特に、レーザビームＬＢの光強度が適正強度より小さい場合、ケース３０と負極リード２４との間の電気抵抗が大きくなり、電池１としての特性が著しく損なわれる。一方、レーザビームＬＢの光強度が適正強度より極めて大きい場合、ケース３０および負極リード２４を貫通する孔が形成され、接合強度や機械的強度が低下する虞がある。
またレーザビームＬＢの光強度が強く、貫通孔が形成されるまでには至らないが、負極リード２４の第２面２４ｂからプルームおよび／またはスパッタで構成されるスパッタＰが形成される場合がある。こうしたスパッタＰは、導電性を有するため、電解液が充填された電池１の内部で移動し、正極１２と負極２２との間のリーク電流を発生させ、あるいは正極１２と負極２２との間を短絡させる場合がある。
そこで本実施形態に係る電池１の製造方法は、減圧ポンプで押圧部材４４の管４５内の空気を排出する工程を有する。これにより、レーザ溶接に伴って負極リード２４の第２面２４ｂから生じるプルームおよび／またはスパッタを電池１の内部から低減し、正極１２と負極２２との間のリーク電流／短絡を防止することができる。
負極リード２４をケース３０に溶接した後、電極群１０の上方に上部絶縁板４３を設ける。そして、上部絶縁板４３に形成された孔に正極リード１４を挿入する。上部絶縁板４３を通った正極リード１４をケース３０の開口から引き出し、ガスケット５０内に配置された封口体７０のフィルタ７１と溶接する。減圧方式によりケース３０の内部に電解液を注液する。そして、ケース３０の側壁に環状の溝部３２を形成する。最後に、溝部３２の内面上にガスケット５０とともに封口体７０を配置し、ケース３０の端部を、ガスケット５０を介して封口体７０の周縁部へ加締めることにより、円筒型の電池１を製造する。
（負極リードの形態）
図４（ａ）は、負極リード２４の第２面２４ｂを示す平面図であり、図４（ｂ）は、負極リード２４の第１面２４ａを示す底面図である。また図４（ａ）および図４（ｂ）は、レーザビームＬＢの照射により、ケース３０および負極リード２４の構成材料からなる溶融物で形成された複数の溶融痕３８を示す。なお、図４（ａ）、（ｂ）では図中で溶融痕３８の形状が強調されるように、図中に登場する構成部材の一部の外形線を破線で示している。
図４（ａ）は、負極リード２４の第２面２４ｂを示す平面図であり、図４（ｂ）は、負極リード２４の第１面２４ａを示す底面図である。また図４（ａ）および図４（ｂ）は、レーザビームＬＢの照射により、ケース３０および負極リード２４の構成材料からなる溶融物で形成された複数の溶融痕３８を示す。なお、図４（ａ）、（ｂ）では図中で溶融痕３８の形状が強調されるように、図中に登場する構成部材の一部の外形線を破線で示している。
図示のように、負極リード２４の第２面２４ｂに形成された溶融痕３８ｂ（第２溶融痕ともいう）の面積は、第１面２４ａに形成された溶融痕３８ａ（第１溶融痕ともいう）の面積より小さい。また、複数の溶融痕３８は、第１面２４ａおよび第２面２４ｂにおいて、互いに離間して線状に延びるよう形成されていてもよい。負極リード２４の第２面２４ｂに溶融痕３８ｂが形成されることにより、従来、ケース３０に覆われて見えていなかった負極リード２４の溶融状況や負極リード２４とケース３０との接合状態を第２面２４ｂに溶融痕３８ｂがあるか無いか見て確認することが可能となる。そのため、本接合状態の確認を行う検査工程を簡素化することが可能となる。
なお、溶融痕３８の形状は、上記のように線状に延びていなくてもよい。例えば、溶融痕３８は複数の点状（スポット状）に第１面２４ａ、第２面２４ｂに形成されていてもよい。また、図４（ａ）、（ｂ）のように、線状に延びる溶融痕３８の延びる方向も、ケース３０の底部３４に対して略並行に延びる負極リード２４が延びる方向に対して垂直な方向に延びなくてもよい。
図５（ａ）は、本実施形態の変形例に係る押圧部材４４の一部を拡大して示す底面斜視図であり、図５（ｂ）は、同変形例に係る押圧部材４４の一部を拡大して示す正面断面図であり、図５（ｃ）は、同変形例に係る押圧部材４４の底面図である。なお、図５（ｂ）は、図５（ｃ）のVB－VB線から見た正面断面図である。図５に示すように、管４５の先端には、切り欠き４５ａを形成してもよい。この構成により、押圧部材４４が負極リード２４に当接して押圧部材４４の管内が吸引される際、管４５内が負極リード２４により塞がれることが抑制される。そのため、ケース３０内から切り欠き４５ａを通って押圧部材４４の管４５内に流れ込むガスの流れが生じるため、押圧部材４４の管内に気流を発生させ易くなる。そのため、スパッタなどを吸引し易くなる。また、管４５内の内径は負極リード２４の幅より大きくてもよい。この構成でも、押圧部材４４の管４５内が負極リード２４により密閉されることを抑制することができる。
（製造システム）
本実施形態に係る製造方法は、インラインで（自動的に）実行されることが好ましい。図６は、本開示に係る電池の製造方法を実行する製造システム１００の構成を示すブロック図である。この製造システム１００は、上記説明したように、押圧部材４４の管４５内の空気を排出する減圧ポンプ１０２と、押圧部材４４の中空部２０への挿入動作および負極リード２４への押圧動作を駆動するマニピュレータ１０４と、レーザビームＬＢをケース３０の底面に向かって照射することにより、ケース３０を負極リード２４にレーザ溶接するレーザ出力部１０６と、を備える。また製造システム１００は、減圧ポンプ１０２、マニピュレータ１０４およびレーザ出力部１０６の動作を制御する制御部１１０を備える。さらに製造システム１００は、押圧部材４４の管４５内の気圧をモニタする圧力センサ１１２と、入出力部１１４（マシンインターフェイス）とを備える。入出力部１１４は、レーザ溶接時、レーザ出力部１０６から出力されるレーザビームＬＢの光強度、および押圧部材４４の管４５内の減圧度（真空度）や流量を設定するとともに、圧力センサ１１２で検知された管４５内の気圧を表示するように構成されている。
本実施形態に係る製造方法は、インラインで（自動的に）実行されることが好ましい。図６は、本開示に係る電池の製造方法を実行する製造システム１００の構成を示すブロック図である。この製造システム１００は、上記説明したように、押圧部材４４の管４５内の空気を排出する減圧ポンプ１０２と、押圧部材４４の中空部２０への挿入動作および負極リード２４への押圧動作を駆動するマニピュレータ１０４と、レーザビームＬＢをケース３０の底面に向かって照射することにより、ケース３０を負極リード２４にレーザ溶接するレーザ出力部１０６と、を備える。また製造システム１００は、減圧ポンプ１０２、マニピュレータ１０４およびレーザ出力部１０６の動作を制御する制御部１１０を備える。さらに製造システム１００は、押圧部材４４の管４５内の気圧をモニタする圧力センサ１１２と、入出力部１１４（マシンインターフェイス）とを備える。入出力部１１４は、レーザ溶接時、レーザ出力部１０６から出力されるレーザビームＬＢの光強度、および押圧部材４４の管４５内の減圧度（真空度）や流量を設定するとともに、圧力センサ１１２で検知された管４５内の気圧を表示するように構成されている。
オペレータは、入出力部１１４を用いて、押圧動作時、押圧部材４４が負極リード２４を下方に押圧する押圧力、およびレーザ溶接時、レーザ出力部１０６から出力されるレーザビームＬＢの光強度ならびに押圧部材４４の管４５内の減圧度（真空度）や流量を設定することができる。
製造システム１００の制御部１１０は、入出力部１１４で設定された押圧力で押圧部材４４が負極リード２４を押圧するようにマニピュレータ１０４を制御し、レーザ溶接時、同様に設定された光強度のレーザビームＬＢを出力するようにレーザ出力部１０６を制御するとともに、所望される減圧度で押圧部材４４の管４５内を減圧する。
レーザ溶接が進み、負極リード２４の一部（溶融痕３８に対応する部分）が溶融し、スパッタ等が押圧部材４４の管４５内に発生する。このとき、管４５内の減圧度は小さくなる（圧力は大きくなる）。圧力センサ１１２は、押圧部材４４の管４５内の気圧をモニタして、制御部１１０にフィードバックし、制御部１１０は、モニタされた管４５内の圧力が実質的に安定するように減圧ポンプ１０２を制御するように構成されている。こうして本実施形態に係る製造方法をインラインで実行することができる。
本開示は、ケースとリードとをレーザ溶接する電池および電池の製造方法に利用することができる。
１…電池、１０…電極群、１１…セパレータ、１２…第１の電極（正極）、１４…第１のリード（正極リード）、２０…中空部、２２…第２の電極（負極）、２４…第２のリード（負極リード）、２４ａ…第１面、２４ｂ…第２面、３０…ケース、３２…溝部、３４…底部、３８…溶融痕、３８ａ…第１溶融痕、３８ｂ…第２溶融痕、４２…下部絶縁板、４３…上部絶縁板、４４…押圧部材、４５…管、４５ａ…切り欠き、５０…ガスケット、７０…封口体、７１…フィルタ、７２…下弁体、７３…絶縁リング、７４…上弁体、７５…キャップ、１００…製造システム、１０２…減圧ポンプ、１０４…マニピュレータ、１０６…レーザ出力部、１１０…制御部、１１２…圧力センサ、１１４…入出力部（マシンインターフェイス）、ＬＢ…レーザビーム、Ｐ…スパッタ
Claims (11)
- 一方の端部に開口を有し、他方の端部に底部を有するケースを準備する工程と、
第１の電極と、第２の電極と、第１の電極と電気的に接続した集電リードとを有する電極群を準備する工程と、
前記電極群を前記ケースに収容する工程と、
前記集電リードと前記ケースの内面とを接合する接合工程とを備え、
前記接合工程は、
前記集電リードが前記ケースの内面に当接するように管状の押圧部材を前記集電リードへ押圧させる工程と、
前記押圧部材の管内を吸引部により吸引した状態で、前記ケースと前記集電リードとを溶接する工程と、
を備えた電池の製造方法。 - 前記集電リードを前記ケースに溶接するとき、前記集電リードが溶融して生じたプルームおよび／またはスパッタを吸引する、
請求項１に記載の電池の製造方法。 - 前記電極群は、前記第１の電極と前記第２の電極とがセパレータを介在した状態で巻回されて構成され、巻回軸方向に延びた中空部を有し、
前記接合工程では、
前記押圧部材が前記中空部に挿入された状態で前記集電リードを押圧し、
前記ケースと前記集電リードとを溶接する、
請求項１または２に記載の電池の製造方法。 - 前記ケースの内面は、前記集電リードと対向する対向部を有し、
前記対向部に前記ケースの外部からレーザ光を照射することにより、前記集電リードを前記ケースに溶接する、
請求項１～３のいずれか１項に記載の電池の製造方法。 - 前記押圧部材の管内の圧力又は流量をモニタする工程と、
モニタされた前記押圧部材の管内の圧力又は流量が実質的に安定するように前記押圧部材内の圧力又は流量を調整する工程と、をさらに備えた
請求項１～４のいずれか１項に記載の電池の製造方法。 - 前記集電リードは、前記ケースに当接する第１面と、前記第１面の裏面である第２面とを有し、
前記接合工程では、前記ケースと前記集電リードとを溶接するとき、前記集電リードを前記第１面から前記第２面に至るまで溶融させる、
請求項１～５のいずれか１項に記載の電池の製造方法。 - 第１の電極と第２の電極とを有する電極群と、
前記電極群を収容するともに、一方の端部に開口を有し、他方の端部に底部を有するケースと、
前記第１電極と電気的に接続するとともに前記ケースの内面と電気的に接続した集電リードとを備え、
前記集電リードは、前記ケースの内面と接合した溶融痕を有し、
前記溶融痕は、前記ケースと対向する第１面および前記第１面の裏面である第２面に形成されている、
電池。 - 前記第２面に形成された溶融痕の面積は、前記第１面に形成された溶融痕の面積より小さい、
請求項７に記載の電池。 - 前記電極群は、前記第１の電極と前記第２の電極とをセパレータを介在させた状態で巻回されるとともに、巻回軸方向に延びた中空部を有し、
前記集電リードは、前記ケースの底部と接合され、
前記溶融痕は、前記中空部と重なり合っている、
請求項７または８に記載の電池。 - 前記集電リードには、前記第１面および前記第２面において線状に拡がった複数の溶融痕が形成され、
前記複数の溶融痕はそれぞれ、互いに離間して形成されている、
請求項７～９のいずれか１項に記載の電池。 - 前記集電リードの前記第２面に形成された溶融痕が、前記中空部と対向している、
請求項９に記載の電池。
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