レーザ溶接方法及びこのレーザ溶接方法によって作製された電池
【課題】レーザ溶接箇所からスパッタとして飛び出した金属粒子が周囲に飛散しないようにした金属部材間のレーザ溶接方法
【解決手段】金属部材１８ａ１、１９ｄ間の溶接箇所２４にレーザ光ＬＢを照射することよるレーザ溶接方法において、レーザ溶接箇所２４をレーザ光ＬＢに対して透過性の樹脂からなるカバー２５ａで覆い、このカバー２５ａを経て溶接箇所２４にレーザ光ＬＢを照射することにより、金属部材１８ａ１、１９ｄ間をレーザ溶接する。レーザ光ＬＢに対して透過性を有する樹脂からなるカバー２５ａとして、レーザ溶接箇所２４との間に空隙２６を形成し、溶接箇所２４の周囲で金属部材１８ａ１、１９ｄと接触することにより空隙２６を密閉状態に維持するようにしてもよい。
【解決手段】金属部材１８ａ１、１９ｄ間の溶接箇所２４にレーザ光ＬＢを照射することよるレーザ溶接方法において、レーザ溶接箇所２４をレーザ光ＬＢに対して透過性の樹脂からなるカバー２５ａで覆い、このカバー２５ａを経て溶接箇所２４にレーザ光ＬＢを照射することにより、金属部材１８ａ１、１９ｄ間をレーザ溶接する。レーザ光ＬＢに対して透過性を有する樹脂からなるカバー２５ａとして、レーザ溶接箇所２４との間に空隙２６を形成し、溶接箇所２４の周囲で金属部材１８ａ１、１９ｄと接触することにより空隙２６を密閉状態に維持するようにしてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材間のレーザ溶接方法及びこのレーザ溶接方法によって作製された電池に関し、特にレーザ溶接箇所からスパッタとして飛び出した金属粒子が周囲に飛散しないようにした金属部材間のレーザ溶接方法及びこのレーザ溶接方法によって作製された電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車業界では、ガソリン、ディーゼル油、天然ガス等の化石燃料を使用する自動車に換えて、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の開発が活発に行われている。このようなＥＶ、ＨＥＶ用電池としては、ニッケル−水素二次電池やリチウムイオン二次電池が使用されているが、軽量で、かつ高容量の電池が得られるということから、近年ではリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池が多く用いられるようになってきている。
【０００３】
ＥＶ、ＨＥＶ用の二次電池においては、高出力の放電を行うと電池に大電流が流れるため、電池の内部抵抗を極力低減させる必要がある。そのため、端子部における低抵抗化を実現することについて種々の改良が行われてきている。これらの電池の端子部における低抵抗化を実現する方法としては、従来から機械的なカシメ法が多く使用されていが、単なる機械的なカシメのみでは、ＥＶやＨＥＶ等の振動が多い環境下では、電気抵抗の経時変化が発生するため、例えば下記特許文献１（特開２００９− ８７６９３号公報）や下記特許文献２（特開２００８− ８４７５５号公報）に示されているように、レーザ溶接法が併用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９− ８７６９３号公報
【特許文献２】特開２００８− ８４７５５号公報
【特許文献３】特開２００９−２８５９２９号公報
【特許文献４】特開２００６−２８６９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの電池の製造工程においてレーザ溶接法を用いる場合、レーザ溶接箇所に異物が付着していたり、レーザ溶接箇所における金属部材間の隙間が大きかった場合、レーザ溶接時に溶接箇所からスパッタとして飛び出した金属粒子が飛散することがある。溶接箇所の異物付着等の外乱は完全に抑えるのは困難であるが、これによりスパッタとして飛び出した金属粒子が溶接箇所近傍に付着していると、電気的に短絡する恐れが生じるので、電池の製造工程においては、スパッタとして飛び出した金属粒子の付着状況を検査する工程が必要になる。
【０００６】
なお、上記特許文献３（特開２００９−２８５９２９号公報）には、レーザ溶接法を採用した中空容器の製造方法の発明が開示されている。この中空容器５０の製造方法は、図９に示したように、凹状の金属体５１ａ、５１ｂと、レーザ光非透過性の凹状形状体の第１樹脂体５２ａ、５２ｂの側面に、レーザ光透過性の第２樹脂体５３ａ、５３ｂを接合した凹状容器体５４ａ、５４ｂの当接面にレーザ光ＬＢを照射することによって溶着して中空状容器５０を製造する際に、第１凹状容器体５４ａの第２樹脂体５３ａ、５３ｂの当接面と、レーザ光非透過樹脂製の中間部材５５の一方の当接面とを当接させ、レーザ光照射により第１凹状容器体５４ａと中間部材５５の一方とを溶着させる工程と、第２凹状容器体５４ｂの第２樹脂体５３ａ、５３ｂの当接面と、中間部材５５の他方の当接面とを当接させ、レーザ光照射により第２凹状容器体５４ｂと中間部材５５の他方とを溶着させる工程とを備えている。しかしながら、このようなレーザ溶接方法は、透明なレーザ光透過性樹脂と光吸収性の樹脂との間のレーザ溶接方法に関するものであるから、直ちには金属部材間のレーザ溶接には採用できない。
【０００７】
さらに、上記特許文献４（特開２００６−２８６９７３号公報）には、図１０に示したように、コンデンサ素子６１と、コンデンサ素子６１を収納する開口部を有する外装ケース６２と、外装ケース６２の開口部を密封封止する封口体６３と、コンデンサ素子６１に接続されていると共に、封口体６３により外部に導出された引き出し端子６４とを備え、引き出し端子６４を封口体６３と密封状態で接合したコンデンサ６０であって、封口体６３をレーザ光ＬＢの透過性材料で構成し、引き出し端子６４と封口体６３との当接部をレーザ光ＬＢの照射により密封封止するコンデンサ素子の製造方法の発明が開示されている。しかしながら、このコンデンサ素子の製造方法も、金属部材と樹脂部材間のレーザ溶接に関するものであるから、直ちには金属部材間のレーザ溶接には採用できない。
【０００８】
本発明は、上述のような従来技術のレーザ溶接方法における問題点を解決すべくなされたものであり、金属部材間のレーザ溶接に際し、レーザ溶接箇所からスパッタとして飛び出した金属粒子が周囲に飛散しないようにした金属部材間のレーザ溶接方法及びこのレーザ溶接方法によって作製された電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明のレーザ溶接方法は、金属部材間の溶接箇所にレーザ光を照射することによるレーザ溶接方法において、前記レーザ溶接箇所をレーザ光に対して透過性の樹脂で覆い、前記レーザ光に対して透過性の樹脂を経てレーザ光を前記金属部材間の溶接箇所に照射することにより、前記金属部材間をレーザ溶接することを特徴とする。
【００１０】
本発明のレーザ溶接方法では、レーザ光はレーザ光に対して透過性の樹脂を経て金属部材間の溶接箇所に照射される。そのため、レーザ溶接中に溶接箇所からスパッタとして飛び出した金属粒子はレーザ光に対して透過性の樹脂の内部に捕捉されるので、外部に飛散することがなくなり、溶接箇所からスパッタとして飛び出した金属粒子を介する電気的短絡の問題を解消することができるようになる。そのため，本発明のレーザ溶接法は、電池の正負極の極板芯体と集電体との間のレーザ溶接、電池の集電体と端子との間のレーザ溶接、電池の金属製外装缶と金属製封口板との間のレーザ溶接、等の電池を構成する金属部材間のレーザ溶接に対して最適となる。特に、極板芯体と集電体との間の溶接、集電体と端子との間の溶接等のように溶接部が電池外装体の内部に位置する場合は、短絡を防止するためにスパッタの飛散を防止することが重要であり、これらの溶接部に本発明を適用することはより効果的である。
【００１１】
なお、レーザ溶接箇所に発生した熱は、レーザ光に対して透過性の樹脂に伝わるよりも熱伝導率が良好な溶接される金属部材に伝わるので、レーザ光に対して透過性の樹脂全体が熱で溶融、損傷することはなく、溶接箇所からスパッタとして飛び出した金属粒子がレーザ光に対して透過性の樹脂の外部へ飛散することを防ぐことができる。
【００１２】
なお、レーザ光に対して透過性の樹脂を金属部材に固定する方法としては、押さえ部材等を用いる方法、レーザ光に対して透過性の樹脂を金属部材に接着する方法などが可能である。
【００１３】
レーザ光に対して透過性の樹脂を金属部材に接着する場合、レーザ光に対して透過性の樹脂を、レーザ溶接時には保持手段等により固定しておき、レーザ溶接後にレーザ光に対して透過性の樹脂を金属部材に接着してもよいが、レーザ溶接前に予めレーザ光に対して透過性の樹脂を金属部材に接着しておくことが好ましい。レーザ光に対して透過性の樹脂を金属部材に接着する方法としては、レーザ光に対して透過性の樹脂を金属部材に熱溶着する方法、あるいは接着剤を用いる方法などが可能である。また、金属部材においてレーザ光に対して透過性の樹脂と接触する部分にレーザ照射し、この部分を発熱させてレーザ光に対して透過性の樹脂を溶融させ金属部材に接着することも可能である。
【００１４】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、前記レーザ光に対して透過性の樹脂を、前記レーザ光に対して透過性の樹脂と前記レーザ溶接箇所との間に空隙が存在するように、前記溶接箇所の周囲で前記金属部材と接触させることにより、前記空隙を密閉状態に維持した状態でレーザ溶接することが好ましい。
【００１５】
本発明のレーザ溶接方法において、レーザ光に対して透過性の樹脂は、レーザ溶接箇所との間に空隙が存在するようにして、溶接箇所の周囲で金属部材と接触することにより空隙を密閉状態に維持するため、レーザ光に対して透過性の樹脂はレーザ溶接箇所のカバーとして機能する。そのため、レーザ溶接中に溶接箇所からスパッタとして飛び出した金属粒子は溶接箇所とレーザ光に対して透過性の樹脂との間に形成された空隙内ないしレーザ光に対して透過性の樹脂の内部に捕捉され、周囲に飛散することがなくなる。しかも、溶接箇所とレーザ光に対して透過性の樹脂との間に形成された空隙の存在により、溶接箇所の金属の表面からスパッタとして飛び出した金属粒子が直ちに透過性樹脂を損傷させてしまう虞が少なくなるので、照射されたレーザ光が正しく金属表面の溶接箇所に当たらなくなることが少なくなり、また、各レーザパルス毎に透過性の樹脂の損傷の程度が異なることが少なくなるため、溶接箇所の品質が安定化される。
【００１６】
しかも、レーザ溶接箇所に発生した熱は、熱伝導率が良好な溶接される金属部材に伝わるので、空隙の気体は大幅に膨張するほど高温にはならない。そのため、レーザ光に対して透過性の樹脂を押さえ部材によって固定ないしレーザ光に対して透過性の樹脂と金属部材との間が接着されていれば、レーザ溶接箇所のカバーとして機能するレーザ光に対して透過性の樹脂からなる樹脂が外れることがなく、良好にレーザ溶接を行うことができるようになる。
【００１７】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、前記レーザ光に対して透過性の樹脂を前記レーザ溶接箇所の周囲でレーザ光に対して非透過性の樹脂を介して前記金属部材と接触させることが好ましい。
【００１８】
金属部材にレーザ光に対して非透過性の樹脂を熱溶着、あるいは接着剤等により接着しておき、レーザ光に対して透過性の樹脂をレーザ光に対して非透過性の樹脂に接触させ、その後レーザ光に対して透過性の樹脂を経てレーザ光をレーザ光に対して非透過性の樹脂に照射し、レーザ光に対して非透過性の樹脂を溶融させ、レーザ光に対して透過性の樹脂とレーザ光に対して非透過性の樹脂とを接着することができる。この場合、レーザ光に対して透過性の樹脂とレーザ光に対して非透過性の樹脂との接着は、金属部材間のレーザ溶接の前後の何れであってもよいが、金属部材間のレーザ溶接の前に予め行うことが好ましい。
【００１９】
また、予めレーザ光に対して透過性の樹脂とレーザ光に対して非透過性の樹脂を接着しておき、レーザ光に対して透過性の樹脂及びレーザ光に対して非透過性の樹脂で溶接箇所を覆い、その後レーザ光に対して透過性の樹脂を経てレーザ光をレーザ光に対して非透過性の樹脂に照射し、レーザ光に対して非透過性の樹脂を溶融させ、レーザ光に対して非透過性の樹脂と金属部材を接着することもできる。また、レーザ光に対して透過性の樹脂及びレーザ光に対して非透過性の樹脂で溶接箇所を覆い、レーザ光に対して透過性の樹脂を経てレーザ光をレーザ光に対して非透過性の樹脂に照射し、レーザ光に対して非透過性の樹脂を溶融させ、金属部材とレーザ光に対して非透過性の樹脂の間、及びレーザ光に対して非透過性の樹脂とレーザ光に対して透過性の樹脂の間を同時に接着することもできる。
【００２０】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、前記レーザ光に対して透過性の樹脂を前記レーザ溶接箇所の周囲でレーザ光に対して非透過性の樹脂を介して前記金属部材と接触させ、前記レーザ溶接箇所からの反射光によって前記レーザ光に対して非透過性の樹脂を溶融させ、前記レーザ光に対して透過性の樹脂を前記レーザ溶接箇所を覆うように接合させるようにすることが好ましい。
【００２１】
金属部材間の溶接箇所に照射されたレーザ光の一部は反射される。本発明のレーザ溶接方法においては、レーザ光に対して透過性の樹脂と金属部材との間に配置されたレーザ光に対して非透過性の樹脂は反射されたレーザ光を吸収するので、温度が上昇して溶融する。そのため、レーザ光の照射を終えると、レーザ光に対して非透過性の樹脂は固化してレーザ光に対して透過性の樹脂と金属部材との間を接合するので、レーザ光に対して透過性の樹脂は溶接箇所の周囲で金属部材と強固に接合される。そのため本発明のレーザ溶接方法によれば、レーザ溶接箇所はレーザ光に対して透過性の樹脂によって覆われた状態となるので、よりレーザ溶接時にスパッタとして飛び出した金属粒子による短絡を抑制することができるようになる。
【００２２】
ここで、金属部材間のレーザ溶接の前に、金属部材にレーザ光に対して非透過性の樹脂を接着しておき、その後レーザ光に対して透過性の樹脂をレーザ光に対して非透過性の樹脂に接触させた状態で金属部材間のレーザ溶接を行い、その反射光によりレーザ光に対して透過性の樹脂とレーザ光に対して非透過性の樹脂とを接着することができる。また、予めレーザ光に対して透過性の樹脂とレーザ光に対して非透過性の樹脂を接着しておき、レーザ光に対して透過性の樹脂及びレーザ光に対して非透過性の樹脂で溶接箇所を覆い、その後金属部材間のレーザ溶接を行い、その反射光によりレーザ光に対して非透過性の樹脂と金属部材を接着することもできる。また、レーザ光に対して透過性の樹脂及びレーザ光に対して非透過性の樹脂で溶接箇所を覆い、金属部材間のレーザ溶接時の反射光により、金属部材とレーザ光に対して非透過性の樹脂の間、及びレーザ光に対して非透過性の樹脂とレーザ光に対して透過性の樹脂の間を同時に接着することもできる。
【００２３】
なお、予めレーザ光に対して非透過性の樹脂とレーザ光に対して透過性の樹脂とが接合されていると、レーザ溶接時にレーザ光に対して透過性を所定の位置に保持しやすくなる。
【００２４】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、前記レーザ溶接箇所に凸部を形成することが好ましい。
【００２５】
レーザ溶接箇所に凸部が形成されていると、照射されたレーザ光の反射量が増大するため、レーザ光に対して非透過性の樹脂が溶融し易くなるので、レーザ光に対して透過性の樹脂とレーザ光に対して非透過性の樹脂の間あるいはレーザ光に対して非透過性の樹脂と金属部材の間をより確実に接合でき、レーザ溶接箇所を覆うレーザ光に対して透過性の樹脂の被覆状態が良好となる。
【００２６】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、レーザ光に対して透過性の樹脂として熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。
【００２７】
熱可塑性樹脂は、溶融する際に熱を吸収するから、レーザ溶接時にスパッタとして飛び出した金属粒子と接触すると、金属粒子から熱を奪って溶融して金属粒子を冷却するため、効率よく金属粒子を内部に捕捉することができる。そのため、本発明のレーザ溶接方法によれば、より良好にレーザ溶接時にスパッタとして飛び出した金属粒子が周囲に飛散するのを抑制することができるようになる。
【００２８】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、前記レーザ光に対して非透過性の樹脂として前記レーザ光に対して透過性の樹脂に着色剤を混合したものを使用することが好ましい。
【００２９】
レーザ光に対して非透過性の樹脂としてレーザ光に対して透過性の樹脂に着色剤を混合したものを使用すると、それぞれの樹脂間の接合強度が強くなるので、より強固にレーザ溶接箇所を被覆することができるようになる。
【００３０】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、前記空隙内をレーザ溶接に適した雰囲気ガスで満たすことが好ましい。
【００３１】
レーザ溶接箇所は、瞬間的に高温になるため、周囲のガスと反応して変色ないし変質し易い。本発明のレーザ溶接方法においては、空隙内がレーザ溶接に適した雰囲気ガスで満たされているため、レーザ溶接箇所が変色ないし変質し難く、良好な品質のレーザ溶接箇所が得られる。なお、レーザ溶接に適した雰囲気ガスは、いわゆるアシストガスとして周知のものであり、通常は安価な窒素ガスが使用されるが、用途によってはヘリウムガス、アルゴンガスなども使用し得る。
【００３２】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、前記金属部材が電池を構成する金属部材とすることができ、この場合、前記電池を構成する金属部材が極板芯体と集電体、あるいは電池の集電体と端子の場合に適用することが好ましい。
【００３３】
電池の金属部材間のレーザ溶接方法として上記本発明のレーザ溶接方法を採用すると、特に電池を構成する金属部材が極板芯体と集電体、あるいは電池の集電体と端子の場合には、電池の内部抵抗を低減させることができるとともに、内部短絡の発生が防止された電池が得られる。
【００３４】
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明の電池は、電池を構成する金属部材間のレーザ溶接箇所が、レーザ光に対して透過性の樹脂により、前記レーザ溶接箇所と前記レーザ光に対して透過性の樹脂の間に密閉された空隙を有する状態で覆われていることを特徴とする。さらに、本発明の電池においては、前記金属部材と前記レーザ光に対して透過性の樹脂との接合部には、レーザ光に対して非透過性の樹脂が介在するものとすることが好ましい。
【００３５】
本発明の電池によれば、上記本発明のレーザ溶接方法において詳細に述べたように、電池の内部抵抗を低減させることができるとともに、内部短絡の発生が防止された電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態１の非水電解質二次電池の斜視図である。
【図２】図２Ａは実施形態１の非水電解質二次電池の内部構造を示す正面図であり、図２Ｂは図２ＡのIIＢ−IIＢ線に沿った断面図である。
【図３】実施形態１の負極端子の組立前の斜視図である。
【図４】図４Ａ実施形態１の端子を組み立て後にレーザ溶接した後の部分断面図であり、図４Ｂは同じく平面図である。
【図５】図５Ａは図４ＡのＶＡ部分の拡大図であり、図５Ｂは変形例の部分拡大図である。
【図６】図６Ａは実施形態２の非水電解質二次電池の内部構造を示す正面図であり、図６Ｂは負極集電体の展開図である。
【図７】図７Ａは図６Ｂのスリット部の拡大図であり、図７Ｂは図７ＡのVIIＢ−VIIＢ線に沿った断面図であり、図７Ｃは図７ＡのVIIＣ−VIIＣ線に沿った断面図である。
【図８】図８Ａは変形例１の図７Ｂに対応する位置の断面図であり、図８Ｂは同じく図７Ｃに対応する位置の断面図であり、図８Ｃは変形例２の図７Ｂに対応する位置の断面図であり、図８Ｄは同じく図７Ｃに対応する位置の断面図である。
【図９】従来の中空容器の製造法を示す断面図である。
【図１０】図１０Ａは従来のコンデンサの分解組み立て断面図であり、図１０Ｂはレーザ光を用いた引出端子と封口体の接合方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのレーザ溶接方法として、角形非水電解質二次電池に適用した例を用いて説明するものであって、本発明をこの角形非水電解質二次電池に特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも適応し得るものである。
【００３８】
［実施形態１］
最初に実施形態１の角形非水電解質二次電池を図１〜図４を用いて説明する。この角形非水電解質二次電池１０Ａは、正極極板と負極極板とがセパレータ（何れも図示省略）を介して巻回された偏平状の巻回電極体１１を、角形の電池外装缶１２の内部に収容し、封口板１３によって電池外装缶１２を密閉したものである。
【００３９】
正極極板は、アルミニウム箔からなる正極芯体の両面に、帯状のアルミニウム箔が露出している正極芯体露出部１４が形成されるように、正極活物質合剤を塗布し、乾燥後に圧延することにより作製されている。また、負極極板は、銅箔からなる負極芯体の両面に、帯状の銅箔が露出している負極芯体露出部１５が形成されるように、負極活物質合剤を塗布し、乾燥後に圧延することによって作製されている。そして、偏平状の巻回電極体１１は、正極極板及び負極極板を、巻回軸方向の両端部に正極芯体露出部１４及び負極芯体露出部１５がそれぞれ位置するように、ポリエチレン製の多孔質セパレータ（図示省略）を介して偏平状に巻回することにより作製されている。
【００４０】
このうち、正極芯体露出部１４は正極集電体１６ａを介して正極端子１７に接続され、負極芯体露出部１５は負極集電体１８ａ１を介して負極端子１９に接続されている。なお、正極集電体１６ａは正極集電受け部材（図示省略）と正極芯体露出部１４を挟んで抵抗溶接されており、同じく負極集電体１８ａ１は負極集電受け部材１８ａ２と負極芯体露出部を挟んで抵抗溶接されている。また、正極端子１７、負極端子１９はそれぞれ絶縁部材２０、２１を介して封口板１３に固定されている。この角形非水電解質二次電池１０Ａは、偏平状の巻回電極体１１を角形の電池外装缶１２内に挿入した後、封口板１３を電池外装缶１２の開口部にレーザ溶接し、その後電解液注液孔（図示省略）から非水電解液を注液して、この電解液注液孔を密閉することにより作製されている。
【００４１】
ここで、実施形態１の角形非水電解質二次電池１０Ａにおける正極端子１７及び負極端子１９の具体的構成について説明を行うが、通常は正極集電体１６ａがアルミニウム系金属から形成されており、負極集電体１８ａ１が銅系金属から形成されている点で相違しているが、その他の構成は実質的に同一であるので、負極端子１９に代表させて説明を行う。
【００４２】
この負極端子１９は、図３に示したように、鍔部１９ａの一方側に形成された円筒状のカシメ部材１９ｂと、鍔部１９ａの他方端側に形成された端子部１９ｃとを備えている。この円筒状のカシメ部材１９ｂは、第１の絶縁体としてのガスケット２１ａ、封口板１３、第２の絶縁体としての絶縁部材２１ｂ及び負極集電体１８ａ１にそれぞれ形成された開口部内に挿通されて組み立てられる。なお、負極集電体１８ａ１としては、図４に示したように、負極端子１９のカシメ部材１９ｂが挿通される開口部の周囲にザグリ穴１８ａ３が形成されているものを使用している。
【００４３】
この組み立てられた状態で、端子部１９ｃが下向きとなるように図示しない治具上に載置し、カシメ部材１９ｂの先端側から等方向に拡径するようにカシメると共に、カシメ部材１９ｂの先端側に他のカシメ部材１９ｂよりも厚さが薄い薄肉部１９ｄが部分的に形成されるように成形する。そうすると、カシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄは、図４に示したように、負極集電体１８ａ１と十分に密着し、表面が平らになるとともに、カシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄは負極集電体１８ａ１のザグリ穴１８ａ３内に嵌合された状態となる。
【００４４】
この実施形態１の負極端子１９においては、負極端子１９の鍔部１９ａと、ガスケット２１ａと、封口板１３と、絶縁部材２１ｂと、負極集電体１８ａ１とは、互いに機械的に固定された状態となっている。そのため、負極端子１９と負極集電体１８ａ１とは機械的に強固に固定されている。さらに、カシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄが負極集電体１８ａ１のザグリ穴１８ａ３内に嵌合されているため、振動が加わっても、負極端子１９と負極集電体１８ａ１とがより動き難くなる。
【００４５】
しかしながら、ＥＶ、ＨＥＶ用の振動が多い環境下では、カシメ部の電気抵抗の経時変化が発生する可能性があるため、実施形態１では、図４及び図５に示したように、カシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄと負極集電体１８ａ１のザグリ穴１８ａ３の嵌合部にレーザ光ＬＢを照射し、カシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄの表面と負極集電体１８ａ１の表面とを直接溶融させてスポット溶接を行うことが好ましい。なお、図４における参照符号２２はレーザ溶接によって形成されるナゲットを示しており、また、図５は図４のＶＡ部分の拡大図である。
【００４６】
レーザ溶接に際しては、たとえば、銅又はアルミニウムのレーザ溶接において厚さ０．２〜２ｍｍ程度の材料に０．２〜０．８ｍｍ程度の溶け込み深さを得ようとすると、５〜２０×１０９Ｗ／ｍ２程度の高いパワー密度が必要であり、溶接箇所に異物付着等の外乱があるとスパッタが飛散しやすい。レーザ光のパワー密度を落とせば、スパッタは飛散しにくくなるが、熟伝導が大きな銅又はアルミニウムの溶接では、溶接箇所の周囲に逃げる熱が大きくなり周囲の部品に熱影響が発生し、十分な溶け込み深さも得られなくなる。
【００４７】
そのため、スパッタが発生しにくい比較的低めのパワー密度で必要な溶け込み深さが得られる条件を設定することになるが、低めのパワー密度では熱影響も発生しやすいため溶接条件の設定が難しく、適切な溶接条件が得られないこともある。十分な溶け込み深さを得るためにスパッタ発生が避けられない場合には、溶接後に溶接箇所近傍の飛散物付着を検査する工程或いは飛散物を除去する工程が必要となるが、このような工程を設けると製造効率の低下に繋がる。
【００４８】
そこで、実施形態１では、レーザ溶接箇所２４の近傍をレーザ光に対して透過性を持った熱可塑性樹脂、たとえばポリスチレン樹脂、からなるカバー２５ａで覆い、このカバー２５ａを通してレーザ光ＬＢを溶接箇所に照射して溶接を行なうようにしている。このカバー２５ａは、レーザ溶接箇所２４の周囲全体を覆い、金属部材である負極集電体１８ａ１及びカシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄとの間に空隙２６が形成されるようになされている。ここで、カバー２５ａの厚さとしては、０．０５〜１ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００４９】
また、金属部材である負極集電体１８ａ１及びカシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄにおいてカバー２５ａが接合される部分には、例えばポリスチレン樹脂に着色剤としてのアセチレンブラックを混合したレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７が一体に固着されている。このレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７はたとえば熱溶着することによって負極集電体１８ａ１及びカシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄに固着されており、厚さは任意であるが、カバー２５ａの厚さと同じかそれよりも薄い方が好ましい。
【００５０】
ここでは、カバー２５ａを１０〜２００Ｎの力でレーザ溶接箇所２４近傍を密封するように押し付けることによって、カバー２５ａと金属部材である負極集電体１８ａ１及びカシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄとの間に形成された空隙２６が密封状態となるようにしている。そのため、レーザ溶接箇所２４からスパッタとして飛び出した金属粒子２８が飛散しても、金属粒子２８はカバー２５ａを形成する樹脂内に捕獲されて、カバー２５ａの外側に飛散しないようになる。このカバー２５ａを形成する樹脂として熱可塑性樹脂を使用すると、レーザ溶接時にスパッタとして飛び出した金属粒子２８と接触した際に金属粒子２８から熱を奪って溶融して金属粒子２８を冷却するため、カバー２５ａの内部に金属粒子を捕捉することができ、より良好にレーザ溶接時にスパッタとして飛び出した金属粒子が周囲に飛散するのを抑制することができるようになる。
【００５１】
また、レーザ溶接時には、図５Ａに示したように、レーザ溶接箇所２４から一部のレーザ光が反射されて周囲に広がる。この反射光２９がレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７に吸収されると、レーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７の温度が上昇して溶融するので、カバー２５ａはレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７を介して金属部材である負極集電体１８ａ１及びカシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄに強固に固着される。そのため、レーザ溶接後に外力を取り除いても、レーザ溶接箇所２４はカバー２５ａによって被覆された状態となる。
【００５２】
また、カバー２５ａを形成するレーザ光に対して透過性の樹脂と接するレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７が金属部材と固着していない場合でも、レーザ溶接時の反射光によりレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７を溶融させて、カバー２５ａを負極集電体１８ａ１及びカシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄに強固に固着することも可能である。なお、図５Ｂに示したように、特にレーザ溶接箇所２４に凸部３０を設けると、照射されたレーザ光はこの凸部３０によって周囲に反射し易くなるので、より良好にレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７を溶融させることができるようになる。凸部３０の高さは、０．１〜０．５ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００５３】
また、良好な溶接状態を得るにはレーザ溶接に適した加工雰囲気を作ることが好ましいが、空隙２６部分をレーザ溶接に適した雰囲気ガスで満たし、レーザ溶接箇所２４をレーザ溶接に適した雰囲気ガスで覆うことにより、レーザ溶接中に絶えず雰囲気ガスを吹き付ける必要がなくなるため、雰囲気ガスの使用量も押えることができる。この雰囲気ガスとしては、レーザ溶接用アシストガスとして周知の不活性ガス、例えばヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス等を適宜選択して用いればよい。
【００５４】
このように、実施形態１におけるレーザ溶接方法においては、レーザ光に対して透過性の樹脂によって形成されたカバー２５ａは、レーザ溶接箇所２４との間に空隙２６を形成し、しかも、レーザ溶接箇所２４の周囲で金属部材である負極集電体１８ａ１及びカシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄと接触することにより空隙２６を密閉状態に維持している。そのため、レーザ溶接中にレーザ溶接箇所２４からスパッタとして飛び出した金属粒子２８はレーザ溶接箇所２４とカバー２５ａとの間に形成された空隙２６内ないしカバー２５ａを形成するレーザ光に対して透過性の樹脂の内部に捕捉されるから、周囲に飛散することがなくなる。
【００５５】
しかも、レーザ溶接箇所２４とカバー２５ａとの間に形成された空隙２６の存在により、レーザ溶接箇所２４の金属の表面からスパッタとして飛び出した金属粒子２８が直ちにカバー２５ａを形成するレーザ光に対して透過性の樹脂を損傷させてしまう虞が少なくなるので、照射されたレーザ光が正しく金属表面の溶接箇所２４に当たらなくなることが少なくなる。また、各レーザパルス毎にレーザ光に対して透過性から形成されたカバー２５ａの損傷の程度が異なることが少なくなるため、レーザ光による溶接箇所２４の品質が安定化される。
【００５６】
しかも、レーザ溶接箇所２４に発生した熱は、熱伝導率が良好な溶接される金属部材である負極集電体１８ａ１及びカシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄに伝わるため、空隙２６の気体は大幅に膨張するほど高温にはならない。そのため、カバー２５ａを図示省略した押さえ部材によって固定されていれば、レーザ溶接箇所のカバー２５ａが外れることがなく、良好にレーザ溶接を行うことができるようになる。
【００５７】
なお、実施形態１によれば、レーザ溶接箇所をレーザ光に対して透過性の樹脂で覆い、密封した状態でレーザ溶接することで、飛散物で電気的に短絡することがなくなるから、これによりレーザ溶接後のスパッタの付着状況検査が不要になるとともに、スパッタの発生しやすい溶接条件を用いることもできるようになる。
【００５８】
さらに、上記実施形態１では、レーザ溶接箇所２４とカバー２５ａとの間に空隙２６を形成した例を示したが、必ずしもこの空隙２６は必要なものではない。すなわち、レーザ溶接箇所２４が直接レーザ光に対して透過性の樹脂で直接被覆され、空隙が存在しないようになされていると、一度溶接が行われるとレーザ溶接箇所２４の金属の表面からスパッタとして飛び出した金属粒子がレーザ光に対して透過性の樹脂内に捕獲されるため、同一箇所に再度レーザ光を照射すると、そのレーザ光は金属粒子に乱反射されてしまうためにレーザ溶接箇所に正確に照射されない虞がある。
【００５９】
しかしながら、上記実施形態１では、レーザ溶接は複数箇所において移動しながら行われるため、移動後はレーザ光に対して透過性の樹脂が損傷されていない箇所においてレーザ溶接が行われるため、前回のレーザ溶接箇所で損傷されたレーザ光に対して透過性の樹脂は次回のレーザ溶接に際して与える影響は少ない。なお、レーザ溶接箇所２４とカバー２５ａとの間に空隙２６を形成する必要がない場合には、熱可塑性樹脂からなるレーザ光に対して透過性の樹脂を加熱して溶融させ、その後に所定のレーザ溶接箇所２４に配置することにより容易に固定することができる。
【００６０】
［実施形態２］
実施形態２は、本発明を上記特許文献２に開示されている角形密閉電池としての角形非水電解質二次電池１０Ｂに適用したものである。実施形態２の角形非水電解質二次電池１０Ｂが実施形態１の角形非水電解質二次電池１０Ａと構成が相違する点は、正極集電体１６ｂ及び負極集電体１８ｂ１の構成のみであるので、それぞれ同一構成の部分については同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。また、実施形態２の正極集電体１６ｂ及び負極集電体１８ｂ１は、形成材料が正極集電体１６ｂの場合はアルミニウムであるのに対し負極集電体１８ｂ１の場合は銅であって、それぞれの形状は対称となっているので、負極集電体１８ｂ１に代表させて説明を行う。
【００６１】
負極集電体１８ｂ１は、図６Ｂに示したように、展開状態で長方形状の本体部１８ｂ２の下側両側に一対の膨出部１８ｂ３を備えた形状を有している。そして一対の膨出部１８ｂ３の一方側に、負極集電体１８ｂ１の長さ方向に平行にスリット１８ｂ４が形成されている。この負極集電体１８ｂ１を負極芯体露出部１５に取り付けるには、負極芯体露出部１５を圧縮して超音波溶接等によって纏めておき、負極集電体１８ｂ１の一対の膨出部１８ｂ３を折り曲げ部位１８ｂ５に沿って折り曲げ、この折り曲げられた一対の膨出部１８ｂ３間に纏められた負極芯体露出部１５を挟み込む。
【００６２】
次いで、図７に示したように、スリット１８ｂ４を覆うようにレーザ光に対して透過性の樹脂からなるカバー２５ｂを空隙２６が生じるように被覆する。また、カバー２５ｂと負極集電体１８ｂ１との間にはレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７を配置し、適宜の保持手段によってカバー２５ｂを所定の溶接位置に保持しておく。
【００６３】
そして、図７Ｂ及び図７Ｃに示したように、スリット１８ｂ４内にカバー２５ｂ及び空隙２６を介してレーザ光を照射し、負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３と負極芯体露出部１５とを同時に溶融させてレーザ溶接を行う。このレーザ溶接は、レーザ光ＬＢをスリット１８ｂ４に沿って移動させて行う。すなわち、実施形態２においては、スリット１８ｂ４の部分が実施形態１における溶接箇所２４（図５参照）に対応する。これにより、スリット１８ｂ４に沿って、負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３と負極芯体露出部１５とが強固にレーザ溶接され、このレーザ溶接時にスパッタとして飛び出した金属粒子がカバー２５ｂの外部に飛散することがなくなる。
【００６４】
なお、このレーザ溶接に際しては、レーザ光ＬＢの強度及び照射時間を制御することにより、レーザ溶接により形成されたナゲット（図示省略）が束ねられた負極芯体露出部１５を貫通してレーザ照射側とは反対側に位置する負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３も溶融するようにすることが望ましい。この場合も、レーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７はレーザ照射位置から反射したレーザ光によって溶融させることができるが、実施形態２ではレーザ照射位置が広いので充分な反射光が得られない場合があるので、別途カバー２５ｂを経て直接レーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７を溶融するようにレーザ光ＬＢを照射してよく、或いはレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７を加熱溶融させて適切な位置に接着固定させてもよい。
【００６５】
また、負極芯体露出部１５は薄い銅箔が束ねられたものであるから、容易に変形する。そのため、負極集電体１８ｂ１の一対の膨出部１８ｂ３によって強く負極芯体露出部１５の表面に押しつけると、負極芯体露出部１５の表面は、変形例１として図８Ａ及び図８Ｂに示したように、スリット１８ｂ４内に盛り上がり、突起１５ａを形成する。この突起１５ａは実施形態１のレーザ溶接箇所２４に形成された凸部３０（図５Ｂ参照）に対応する。このような突起１５ａを形成すると、突起部によるレーザ光ＬＢの反射量が増加するため、効果的にレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７を溶融させることができ、レーザ溶接終了後にカバー２５ｂを負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３の表面に固着することができる。負極芯体露出部１５に突起１５ａを設ける方法としては、負極芯体露出部１５を介してスリット１８ｂ４と対向する負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３に突起を設け、負極芯体露出部１５がスリット１８ｂ４内に盛り上がるようにしてもよい。
【００６６】
また、実施形態２及び変形例１では、別途カバー２５ａないし２５ｂを所定の溶接位置に保持しておくための手段が形成されていないものを用いた例を示したが、変形例２として図８Ｃ及び図８Ｄに示したように、カバー２５ｃに押さえ部２５ｄ及び接合部２５ｅを形成するようにしてもよい。すなわち、図８Ｃ及び図８Ｄに示した変形例２では、カバー２５ｃには、負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３上に位置し、レーザ溶接時に専らに所定の溶接位置側に押さえつけるための押さえ部２５ｄと、負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３に形成されたスリット１８ｂ４の内壁に沿って配置される接合部２５ｅが形成されており、これらの押さえ部２５ｄ及び接合部２５ｅの負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３側にはレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７が形成されている。
【００６７】
このような構成のカバー２５ｃを採用すると、接合部２５ｅが安定した状態でスリット１８ｂ４の内壁に嵌合した状態に保持され、しかも、押さえ部２５ｄによってカバー２５ｃが安定的に負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３上に押さえつけられるので、カバー２５ｃが安定した状態でスリット１８ｂ４上に保持され、レーザ溶接部の品質が安定する。加えて、カバー２５ｃの接合部２５ｅがスリット１８ｂ４の内壁側に位置しているため、レーザ溶接部から反射した反射光が接合部２５ｅ及びレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７に当たり易くなり、カバー２５ｃと負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３との間の接着強度が強くなる。
【００６８】
なお、実施形態２及び変形例１ないし２の場合においても、空隙２６を設けることは必須の構成要件ではないが、束ねられた負極芯体露出部１５を貫通するようにナゲットを形成する必要上、レーザ光ＬＢの強度を大きくすると共に照射時間も長くする必要があるため、スパッタとして飛び出す金属粒子も多くなる可能性がある。そのため、実施形態２及び変形例１ないし２においても、空隙２６を形成することが望ましい。
【００６９】
本発明において使用できるレーザ溶接装置は、パルス型レーザ溶接装置に限定されず、連続発振型レーザ溶接装置であってもよい。また、本発明において使用できるレーザ光に対して透過性の樹脂は特に限定されないが、ポリスチレン、低密度ポリエチレン、ポリカーボネート等が使用できる。
【００７０】
また、上記各実施形態においては、レーザ光に対して非透過性の樹脂部分を用いる例を示したが、レーザ光に対して非透過性樹の脂部分２７を用いずにレーザ光に対して透過性の樹脂を金属部材に直接固定あるいは接着させる形態としてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１０Ａ、１０Ｂ…角形非水電解質二次電池 １１…巻回電極体 １２…電池外装缶 １３…封口板 １４…正極芯体露出部 １５…負極芯体露出部 １５ａ…突起 １６ａ、１６ｂ…正極集電体 １７…正極端子 １８ａ１、１８ｂ１…負極集電体 １８ａ２…負極集電受け部材 １８ａ３…ザグリ穴 １８ｂ２…本体部 １８ｂ３…膨出部 １８ｂ４…スリット １８ｂ５…折り曲げ部位 １９ｂ…カシメ部材 １９ｃ…端子部 １９ａ…鍔部 １９ｄ…薄肉部 １９…負極端子 ２０…絶縁部材 ２１ａ…ガスケット ２１ｂ…絶縁部材 ２２…ナゲット ２４…溶接箇所 ２５ａ〜２５ｃ…カバー ２５ｄ…押さえ部 ２５ｅ…接合部 ２６…空隙 ２７…非透過性の樹脂部分 ２８…金属粒子 ２９…反射光 ３０…凸部 ＬＢ…レーザ光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材間のレーザ溶接方法及びこのレーザ溶接方法によって作製された電池に関し、特にレーザ溶接箇所からスパッタとして飛び出した金属粒子が周囲に飛散しないようにした金属部材間のレーザ溶接方法及びこのレーザ溶接方法によって作製された電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車業界では、ガソリン、ディーゼル油、天然ガス等の化石燃料を使用する自動車に換えて、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の開発が活発に行われている。このようなＥＶ、ＨＥＶ用電池としては、ニッケル−水素二次電池やリチウムイオン二次電池が使用されているが、軽量で、かつ高容量の電池が得られるということから、近年ではリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池が多く用いられるようになってきている。
【０００３】
ＥＶ、ＨＥＶ用の二次電池においては、高出力の放電を行うと電池に大電流が流れるため、電池の内部抵抗を極力低減させる必要がある。そのため、端子部における低抵抗化を実現することについて種々の改良が行われてきている。これらの電池の端子部における低抵抗化を実現する方法としては、従来から機械的なカシメ法が多く使用されていが、単なる機械的なカシメのみでは、ＥＶやＨＥＶ等の振動が多い環境下では、電気抵抗の経時変化が発生するため、例えば下記特許文献１（特開２００９− ８７６９３号公報）や下記特許文献２（特開２００８− ８４７５５号公報）に示されているように、レーザ溶接法が併用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９− ８７６９３号公報
【特許文献２】特開２００８− ８４７５５号公報
【特許文献３】特開２００９−２８５９２９号公報
【特許文献４】特開２００６−２８６９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの電池の製造工程においてレーザ溶接法を用いる場合、レーザ溶接箇所に異物が付着していたり、レーザ溶接箇所における金属部材間の隙間が大きかった場合、レーザ溶接時に溶接箇所からスパッタとして飛び出した金属粒子が飛散することがある。溶接箇所の異物付着等の外乱は完全に抑えるのは困難であるが、これによりスパッタとして飛び出した金属粒子が溶接箇所近傍に付着していると、電気的に短絡する恐れが生じるので、電池の製造工程においては、スパッタとして飛び出した金属粒子の付着状況を検査する工程が必要になる。
【０００６】
なお、上記特許文献３（特開２００９−２８５９２９号公報）には、レーザ溶接法を採用した中空容器の製造方法の発明が開示されている。この中空容器５０の製造方法は、図９に示したように、凹状の金属体５１ａ、５１ｂと、レーザ光非透過性の凹状形状体の第１樹脂体５２ａ、５２ｂの側面に、レーザ光透過性の第２樹脂体５３ａ、５３ｂを接合した凹状容器体５４ａ、５４ｂの当接面にレーザ光ＬＢを照射することによって溶着して中空状容器５０を製造する際に、第１凹状容器体５４ａの第２樹脂体５３ａ、５３ｂの当接面と、レーザ光非透過樹脂製の中間部材５５の一方の当接面とを当接させ、レーザ光照射により第１凹状容器体５４ａと中間部材５５の一方とを溶着させる工程と、第２凹状容器体５４ｂの第２樹脂体５３ａ、５３ｂの当接面と、中間部材５５の他方の当接面とを当接させ、レーザ光照射により第２凹状容器体５４ｂと中間部材５５の他方とを溶着させる工程とを備えている。しかしながら、このようなレーザ溶接方法は、透明なレーザ光透過性樹脂と光吸収性の樹脂との間のレーザ溶接方法に関するものであるから、直ちには金属部材間のレーザ溶接には採用できない。
【０００７】
さらに、上記特許文献４（特開２００６−２８６９７３号公報）には、図１０に示したように、コンデンサ素子６１と、コンデンサ素子６１を収納する開口部を有する外装ケース６２と、外装ケース６２の開口部を密封封止する封口体６３と、コンデンサ素子６１に接続されていると共に、封口体６３により外部に導出された引き出し端子６４とを備え、引き出し端子６４を封口体６３と密封状態で接合したコンデンサ６０であって、封口体６３をレーザ光ＬＢの透過性材料で構成し、引き出し端子６４と封口体６３との当接部をレーザ光ＬＢの照射により密封封止するコンデンサ素子の製造方法の発明が開示されている。しかしながら、このコンデンサ素子の製造方法も、金属部材と樹脂部材間のレーザ溶接に関するものであるから、直ちには金属部材間のレーザ溶接には採用できない。
【０００８】
本発明は、上述のような従来技術のレーザ溶接方法における問題点を解決すべくなされたものであり、金属部材間のレーザ溶接に際し、レーザ溶接箇所からスパッタとして飛び出した金属粒子が周囲に飛散しないようにした金属部材間のレーザ溶接方法及びこのレーザ溶接方法によって作製された電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明のレーザ溶接方法は、金属部材間の溶接箇所にレーザ光を照射することによるレーザ溶接方法において、前記レーザ溶接箇所をレーザ光に対して透過性の樹脂で覆い、前記レーザ光に対して透過性の樹脂を経てレーザ光を前記金属部材間の溶接箇所に照射することにより、前記金属部材間をレーザ溶接することを特徴とする。
【００１０】
本発明のレーザ溶接方法では、レーザ光はレーザ光に対して透過性の樹脂を経て金属部材間の溶接箇所に照射される。そのため、レーザ溶接中に溶接箇所からスパッタとして飛び出した金属粒子はレーザ光に対して透過性の樹脂の内部に捕捉されるので、外部に飛散することがなくなり、溶接箇所からスパッタとして飛び出した金属粒子を介する電気的短絡の問題を解消することができるようになる。そのため，本発明のレーザ溶接法は、電池の正負極の極板芯体と集電体との間のレーザ溶接、電池の集電体と端子との間のレーザ溶接、電池の金属製外装缶と金属製封口板との間のレーザ溶接、等の電池を構成する金属部材間のレーザ溶接に対して最適となる。特に、極板芯体と集電体との間の溶接、集電体と端子との間の溶接等のように溶接部が電池外装体の内部に位置する場合は、短絡を防止するためにスパッタの飛散を防止することが重要であり、これらの溶接部に本発明を適用することはより効果的である。
【００１１】
なお、レーザ溶接箇所に発生した熱は、レーザ光に対して透過性の樹脂に伝わるよりも熱伝導率が良好な溶接される金属部材に伝わるので、レーザ光に対して透過性の樹脂全体が熱で溶融、損傷することはなく、溶接箇所からスパッタとして飛び出した金属粒子がレーザ光に対して透過性の樹脂の外部へ飛散することを防ぐことができる。
【００１２】
なお、レーザ光に対して透過性の樹脂を金属部材に固定する方法としては、押さえ部材等を用いる方法、レーザ光に対して透過性の樹脂を金属部材に接着する方法などが可能である。
【００１３】
レーザ光に対して透過性の樹脂を金属部材に接着する場合、レーザ光に対して透過性の樹脂を、レーザ溶接時には保持手段等により固定しておき、レーザ溶接後にレーザ光に対して透過性の樹脂を金属部材に接着してもよいが、レーザ溶接前に予めレーザ光に対して透過性の樹脂を金属部材に接着しておくことが好ましい。レーザ光に対して透過性の樹脂を金属部材に接着する方法としては、レーザ光に対して透過性の樹脂を金属部材に熱溶着する方法、あるいは接着剤を用いる方法などが可能である。また、金属部材においてレーザ光に対して透過性の樹脂と接触する部分にレーザ照射し、この部分を発熱させてレーザ光に対して透過性の樹脂を溶融させ金属部材に接着することも可能である。
【００１４】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、前記レーザ光に対して透過性の樹脂を、前記レーザ光に対して透過性の樹脂と前記レーザ溶接箇所との間に空隙が存在するように、前記溶接箇所の周囲で前記金属部材と接触させることにより、前記空隙を密閉状態に維持した状態でレーザ溶接することが好ましい。
【００１５】
本発明のレーザ溶接方法において、レーザ光に対して透過性の樹脂は、レーザ溶接箇所との間に空隙が存在するようにして、溶接箇所の周囲で金属部材と接触することにより空隙を密閉状態に維持するため、レーザ光に対して透過性の樹脂はレーザ溶接箇所のカバーとして機能する。そのため、レーザ溶接中に溶接箇所からスパッタとして飛び出した金属粒子は溶接箇所とレーザ光に対して透過性の樹脂との間に形成された空隙内ないしレーザ光に対して透過性の樹脂の内部に捕捉され、周囲に飛散することがなくなる。しかも、溶接箇所とレーザ光に対して透過性の樹脂との間に形成された空隙の存在により、溶接箇所の金属の表面からスパッタとして飛び出した金属粒子が直ちに透過性樹脂を損傷させてしまう虞が少なくなるので、照射されたレーザ光が正しく金属表面の溶接箇所に当たらなくなることが少なくなり、また、各レーザパルス毎に透過性の樹脂の損傷の程度が異なることが少なくなるため、溶接箇所の品質が安定化される。
【００１６】
しかも、レーザ溶接箇所に発生した熱は、熱伝導率が良好な溶接される金属部材に伝わるので、空隙の気体は大幅に膨張するほど高温にはならない。そのため、レーザ光に対して透過性の樹脂を押さえ部材によって固定ないしレーザ光に対して透過性の樹脂と金属部材との間が接着されていれば、レーザ溶接箇所のカバーとして機能するレーザ光に対して透過性の樹脂からなる樹脂が外れることがなく、良好にレーザ溶接を行うことができるようになる。
【００１７】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、前記レーザ光に対して透過性の樹脂を前記レーザ溶接箇所の周囲でレーザ光に対して非透過性の樹脂を介して前記金属部材と接触させることが好ましい。
【００１８】
金属部材にレーザ光に対して非透過性の樹脂を熱溶着、あるいは接着剤等により接着しておき、レーザ光に対して透過性の樹脂をレーザ光に対して非透過性の樹脂に接触させ、その後レーザ光に対して透過性の樹脂を経てレーザ光をレーザ光に対して非透過性の樹脂に照射し、レーザ光に対して非透過性の樹脂を溶融させ、レーザ光に対して透過性の樹脂とレーザ光に対して非透過性の樹脂とを接着することができる。この場合、レーザ光に対して透過性の樹脂とレーザ光に対して非透過性の樹脂との接着は、金属部材間のレーザ溶接の前後の何れであってもよいが、金属部材間のレーザ溶接の前に予め行うことが好ましい。
【００１９】
また、予めレーザ光に対して透過性の樹脂とレーザ光に対して非透過性の樹脂を接着しておき、レーザ光に対して透過性の樹脂及びレーザ光に対して非透過性の樹脂で溶接箇所を覆い、その後レーザ光に対して透過性の樹脂を経てレーザ光をレーザ光に対して非透過性の樹脂に照射し、レーザ光に対して非透過性の樹脂を溶融させ、レーザ光に対して非透過性の樹脂と金属部材を接着することもできる。また、レーザ光に対して透過性の樹脂及びレーザ光に対して非透過性の樹脂で溶接箇所を覆い、レーザ光に対して透過性の樹脂を経てレーザ光をレーザ光に対して非透過性の樹脂に照射し、レーザ光に対して非透過性の樹脂を溶融させ、金属部材とレーザ光に対して非透過性の樹脂の間、及びレーザ光に対して非透過性の樹脂とレーザ光に対して透過性の樹脂の間を同時に接着することもできる。
【００２０】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、前記レーザ光に対して透過性の樹脂を前記レーザ溶接箇所の周囲でレーザ光に対して非透過性の樹脂を介して前記金属部材と接触させ、前記レーザ溶接箇所からの反射光によって前記レーザ光に対して非透過性の樹脂を溶融させ、前記レーザ光に対して透過性の樹脂を前記レーザ溶接箇所を覆うように接合させるようにすることが好ましい。
【００２１】
金属部材間の溶接箇所に照射されたレーザ光の一部は反射される。本発明のレーザ溶接方法においては、レーザ光に対して透過性の樹脂と金属部材との間に配置されたレーザ光に対して非透過性の樹脂は反射されたレーザ光を吸収するので、温度が上昇して溶融する。そのため、レーザ光の照射を終えると、レーザ光に対して非透過性の樹脂は固化してレーザ光に対して透過性の樹脂と金属部材との間を接合するので、レーザ光に対して透過性の樹脂は溶接箇所の周囲で金属部材と強固に接合される。そのため本発明のレーザ溶接方法によれば、レーザ溶接箇所はレーザ光に対して透過性の樹脂によって覆われた状態となるので、よりレーザ溶接時にスパッタとして飛び出した金属粒子による短絡を抑制することができるようになる。
【００２２】
ここで、金属部材間のレーザ溶接の前に、金属部材にレーザ光に対して非透過性の樹脂を接着しておき、その後レーザ光に対して透過性の樹脂をレーザ光に対して非透過性の樹脂に接触させた状態で金属部材間のレーザ溶接を行い、その反射光によりレーザ光に対して透過性の樹脂とレーザ光に対して非透過性の樹脂とを接着することができる。また、予めレーザ光に対して透過性の樹脂とレーザ光に対して非透過性の樹脂を接着しておき、レーザ光に対して透過性の樹脂及びレーザ光に対して非透過性の樹脂で溶接箇所を覆い、その後金属部材間のレーザ溶接を行い、その反射光によりレーザ光に対して非透過性の樹脂と金属部材を接着することもできる。また、レーザ光に対して透過性の樹脂及びレーザ光に対して非透過性の樹脂で溶接箇所を覆い、金属部材間のレーザ溶接時の反射光により、金属部材とレーザ光に対して非透過性の樹脂の間、及びレーザ光に対して非透過性の樹脂とレーザ光に対して透過性の樹脂の間を同時に接着することもできる。
【００２３】
なお、予めレーザ光に対して非透過性の樹脂とレーザ光に対して透過性の樹脂とが接合されていると、レーザ溶接時にレーザ光に対して透過性を所定の位置に保持しやすくなる。
【００２４】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、前記レーザ溶接箇所に凸部を形成することが好ましい。
【００２５】
レーザ溶接箇所に凸部が形成されていると、照射されたレーザ光の反射量が増大するため、レーザ光に対して非透過性の樹脂が溶融し易くなるので、レーザ光に対して透過性の樹脂とレーザ光に対して非透過性の樹脂の間あるいはレーザ光に対して非透過性の樹脂と金属部材の間をより確実に接合でき、レーザ溶接箇所を覆うレーザ光に対して透過性の樹脂の被覆状態が良好となる。
【００２６】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、レーザ光に対して透過性の樹脂として熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。
【００２７】
熱可塑性樹脂は、溶融する際に熱を吸収するから、レーザ溶接時にスパッタとして飛び出した金属粒子と接触すると、金属粒子から熱を奪って溶融して金属粒子を冷却するため、効率よく金属粒子を内部に捕捉することができる。そのため、本発明のレーザ溶接方法によれば、より良好にレーザ溶接時にスパッタとして飛び出した金属粒子が周囲に飛散するのを抑制することができるようになる。
【００２８】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、前記レーザ光に対して非透過性の樹脂として前記レーザ光に対して透過性の樹脂に着色剤を混合したものを使用することが好ましい。
【００２９】
レーザ光に対して非透過性の樹脂としてレーザ光に対して透過性の樹脂に着色剤を混合したものを使用すると、それぞれの樹脂間の接合強度が強くなるので、より強固にレーザ溶接箇所を被覆することができるようになる。
【００３０】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、前記空隙内をレーザ溶接に適した雰囲気ガスで満たすことが好ましい。
【００３１】
レーザ溶接箇所は、瞬間的に高温になるため、周囲のガスと反応して変色ないし変質し易い。本発明のレーザ溶接方法においては、空隙内がレーザ溶接に適した雰囲気ガスで満たされているため、レーザ溶接箇所が変色ないし変質し難く、良好な品質のレーザ溶接箇所が得られる。なお、レーザ溶接に適した雰囲気ガスは、いわゆるアシストガスとして周知のものであり、通常は安価な窒素ガスが使用されるが、用途によってはヘリウムガス、アルゴンガスなども使用し得る。
【００３２】
また、本発明のレーザ溶接方法においては、前記金属部材が電池を構成する金属部材とすることができ、この場合、前記電池を構成する金属部材が極板芯体と集電体、あるいは電池の集電体と端子の場合に適用することが好ましい。
【００３３】
電池の金属部材間のレーザ溶接方法として上記本発明のレーザ溶接方法を採用すると、特に電池を構成する金属部材が極板芯体と集電体、あるいは電池の集電体と端子の場合には、電池の内部抵抗を低減させることができるとともに、内部短絡の発生が防止された電池が得られる。
【００３４】
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明の電池は、電池を構成する金属部材間のレーザ溶接箇所が、レーザ光に対して透過性の樹脂により、前記レーザ溶接箇所と前記レーザ光に対して透過性の樹脂の間に密閉された空隙を有する状態で覆われていることを特徴とする。さらに、本発明の電池においては、前記金属部材と前記レーザ光に対して透過性の樹脂との接合部には、レーザ光に対して非透過性の樹脂が介在するものとすることが好ましい。
【００３５】
本発明の電池によれば、上記本発明のレーザ溶接方法において詳細に述べたように、電池の内部抵抗を低減させることができるとともに、内部短絡の発生が防止された電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施形態１の非水電解質二次電池の斜視図である。
【図２】図２Ａは実施形態１の非水電解質二次電池の内部構造を示す正面図であり、図２Ｂは図２ＡのIIＢ−IIＢ線に沿った断面図である。
【図３】実施形態１の負極端子の組立前の斜視図である。
【図４】図４Ａ実施形態１の端子を組み立て後にレーザ溶接した後の部分断面図であり、図４Ｂは同じく平面図である。
【図５】図５Ａは図４ＡのＶＡ部分の拡大図であり、図５Ｂは変形例の部分拡大図である。
【図６】図６Ａは実施形態２の非水電解質二次電池の内部構造を示す正面図であり、図６Ｂは負極集電体の展開図である。
【図７】図７Ａは図６Ｂのスリット部の拡大図であり、図７Ｂは図７ＡのVIIＢ−VIIＢ線に沿った断面図であり、図７Ｃは図７ＡのVIIＣ−VIIＣ線に沿った断面図である。
【図８】図８Ａは変形例１の図７Ｂに対応する位置の断面図であり、図８Ｂは同じく図７Ｃに対応する位置の断面図であり、図８Ｃは変形例２の図７Ｂに対応する位置の断面図であり、図８Ｄは同じく図７Ｃに対応する位置の断面図である。
【図９】従来の中空容器の製造法を示す断面図である。
【図１０】図１０Ａは従来のコンデンサの分解組み立て断面図であり、図１０Ｂはレーザ光を用いた引出端子と封口体の接合方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのレーザ溶接方法として、角形非水電解質二次電池に適用した例を用いて説明するものであって、本発明をこの角形非水電解質二次電池に特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも適応し得るものである。
【００３８】
［実施形態１］
最初に実施形態１の角形非水電解質二次電池を図１〜図４を用いて説明する。この角形非水電解質二次電池１０Ａは、正極極板と負極極板とがセパレータ（何れも図示省略）を介して巻回された偏平状の巻回電極体１１を、角形の電池外装缶１２の内部に収容し、封口板１３によって電池外装缶１２を密閉したものである。
【００３９】
正極極板は、アルミニウム箔からなる正極芯体の両面に、帯状のアルミニウム箔が露出している正極芯体露出部１４が形成されるように、正極活物質合剤を塗布し、乾燥後に圧延することにより作製されている。また、負極極板は、銅箔からなる負極芯体の両面に、帯状の銅箔が露出している負極芯体露出部１５が形成されるように、負極活物質合剤を塗布し、乾燥後に圧延することによって作製されている。そして、偏平状の巻回電極体１１は、正極極板及び負極極板を、巻回軸方向の両端部に正極芯体露出部１４及び負極芯体露出部１５がそれぞれ位置するように、ポリエチレン製の多孔質セパレータ（図示省略）を介して偏平状に巻回することにより作製されている。
【００４０】
このうち、正極芯体露出部１４は正極集電体１６ａを介して正極端子１７に接続され、負極芯体露出部１５は負極集電体１８ａ１を介して負極端子１９に接続されている。なお、正極集電体１６ａは正極集電受け部材（図示省略）と正極芯体露出部１４を挟んで抵抗溶接されており、同じく負極集電体１８ａ１は負極集電受け部材１８ａ２と負極芯体露出部を挟んで抵抗溶接されている。また、正極端子１７、負極端子１９はそれぞれ絶縁部材２０、２１を介して封口板１３に固定されている。この角形非水電解質二次電池１０Ａは、偏平状の巻回電極体１１を角形の電池外装缶１２内に挿入した後、封口板１３を電池外装缶１２の開口部にレーザ溶接し、その後電解液注液孔（図示省略）から非水電解液を注液して、この電解液注液孔を密閉することにより作製されている。
【００４１】
ここで、実施形態１の角形非水電解質二次電池１０Ａにおける正極端子１７及び負極端子１９の具体的構成について説明を行うが、通常は正極集電体１６ａがアルミニウム系金属から形成されており、負極集電体１８ａ１が銅系金属から形成されている点で相違しているが、その他の構成は実質的に同一であるので、負極端子１９に代表させて説明を行う。
【００４２】
この負極端子１９は、図３に示したように、鍔部１９ａの一方側に形成された円筒状のカシメ部材１９ｂと、鍔部１９ａの他方端側に形成された端子部１９ｃとを備えている。この円筒状のカシメ部材１９ｂは、第１の絶縁体としてのガスケット２１ａ、封口板１３、第２の絶縁体としての絶縁部材２１ｂ及び負極集電体１８ａ１にそれぞれ形成された開口部内に挿通されて組み立てられる。なお、負極集電体１８ａ１としては、図４に示したように、負極端子１９のカシメ部材１９ｂが挿通される開口部の周囲にザグリ穴１８ａ３が形成されているものを使用している。
【００４３】
この組み立てられた状態で、端子部１９ｃが下向きとなるように図示しない治具上に載置し、カシメ部材１９ｂの先端側から等方向に拡径するようにカシメると共に、カシメ部材１９ｂの先端側に他のカシメ部材１９ｂよりも厚さが薄い薄肉部１９ｄが部分的に形成されるように成形する。そうすると、カシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄは、図４に示したように、負極集電体１８ａ１と十分に密着し、表面が平らになるとともに、カシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄは負極集電体１８ａ１のザグリ穴１８ａ３内に嵌合された状態となる。
【００４４】
この実施形態１の負極端子１９においては、負極端子１９の鍔部１９ａと、ガスケット２１ａと、封口板１３と、絶縁部材２１ｂと、負極集電体１８ａ１とは、互いに機械的に固定された状態となっている。そのため、負極端子１９と負極集電体１８ａ１とは機械的に強固に固定されている。さらに、カシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄが負極集電体１８ａ１のザグリ穴１８ａ３内に嵌合されているため、振動が加わっても、負極端子１９と負極集電体１８ａ１とがより動き難くなる。
【００４５】
しかしながら、ＥＶ、ＨＥＶ用の振動が多い環境下では、カシメ部の電気抵抗の経時変化が発生する可能性があるため、実施形態１では、図４及び図５に示したように、カシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄと負極集電体１８ａ１のザグリ穴１８ａ３の嵌合部にレーザ光ＬＢを照射し、カシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄの表面と負極集電体１８ａ１の表面とを直接溶融させてスポット溶接を行うことが好ましい。なお、図４における参照符号２２はレーザ溶接によって形成されるナゲットを示しており、また、図５は図４のＶＡ部分の拡大図である。
【００４６】
レーザ溶接に際しては、たとえば、銅又はアルミニウムのレーザ溶接において厚さ０．２〜２ｍｍ程度の材料に０．２〜０．８ｍｍ程度の溶け込み深さを得ようとすると、５〜２０×１０９Ｗ／ｍ２程度の高いパワー密度が必要であり、溶接箇所に異物付着等の外乱があるとスパッタが飛散しやすい。レーザ光のパワー密度を落とせば、スパッタは飛散しにくくなるが、熟伝導が大きな銅又はアルミニウムの溶接では、溶接箇所の周囲に逃げる熱が大きくなり周囲の部品に熱影響が発生し、十分な溶け込み深さも得られなくなる。
【００４７】
そのため、スパッタが発生しにくい比較的低めのパワー密度で必要な溶け込み深さが得られる条件を設定することになるが、低めのパワー密度では熱影響も発生しやすいため溶接条件の設定が難しく、適切な溶接条件が得られないこともある。十分な溶け込み深さを得るためにスパッタ発生が避けられない場合には、溶接後に溶接箇所近傍の飛散物付着を検査する工程或いは飛散物を除去する工程が必要となるが、このような工程を設けると製造効率の低下に繋がる。
【００４８】
そこで、実施形態１では、レーザ溶接箇所２４の近傍をレーザ光に対して透過性を持った熱可塑性樹脂、たとえばポリスチレン樹脂、からなるカバー２５ａで覆い、このカバー２５ａを通してレーザ光ＬＢを溶接箇所に照射して溶接を行なうようにしている。このカバー２５ａは、レーザ溶接箇所２４の周囲全体を覆い、金属部材である負極集電体１８ａ１及びカシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄとの間に空隙２６が形成されるようになされている。ここで、カバー２５ａの厚さとしては、０．０５〜１ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００４９】
また、金属部材である負極集電体１８ａ１及びカシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄにおいてカバー２５ａが接合される部分には、例えばポリスチレン樹脂に着色剤としてのアセチレンブラックを混合したレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７が一体に固着されている。このレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７はたとえば熱溶着することによって負極集電体１８ａ１及びカシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄに固着されており、厚さは任意であるが、カバー２５ａの厚さと同じかそれよりも薄い方が好ましい。
【００５０】
ここでは、カバー２５ａを１０〜２００Ｎの力でレーザ溶接箇所２４近傍を密封するように押し付けることによって、カバー２５ａと金属部材である負極集電体１８ａ１及びカシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄとの間に形成された空隙２６が密封状態となるようにしている。そのため、レーザ溶接箇所２４からスパッタとして飛び出した金属粒子２８が飛散しても、金属粒子２８はカバー２５ａを形成する樹脂内に捕獲されて、カバー２５ａの外側に飛散しないようになる。このカバー２５ａを形成する樹脂として熱可塑性樹脂を使用すると、レーザ溶接時にスパッタとして飛び出した金属粒子２８と接触した際に金属粒子２８から熱を奪って溶融して金属粒子２８を冷却するため、カバー２５ａの内部に金属粒子を捕捉することができ、より良好にレーザ溶接時にスパッタとして飛び出した金属粒子が周囲に飛散するのを抑制することができるようになる。
【００５１】
また、レーザ溶接時には、図５Ａに示したように、レーザ溶接箇所２４から一部のレーザ光が反射されて周囲に広がる。この反射光２９がレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７に吸収されると、レーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７の温度が上昇して溶融するので、カバー２５ａはレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７を介して金属部材である負極集電体１８ａ１及びカシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄに強固に固着される。そのため、レーザ溶接後に外力を取り除いても、レーザ溶接箇所２４はカバー２５ａによって被覆された状態となる。
【００５２】
また、カバー２５ａを形成するレーザ光に対して透過性の樹脂と接するレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７が金属部材と固着していない場合でも、レーザ溶接時の反射光によりレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７を溶融させて、カバー２５ａを負極集電体１８ａ１及びカシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄに強固に固着することも可能である。なお、図５Ｂに示したように、特にレーザ溶接箇所２４に凸部３０を設けると、照射されたレーザ光はこの凸部３０によって周囲に反射し易くなるので、より良好にレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７を溶融させることができるようになる。凸部３０の高さは、０．１〜０．５ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００５３】
また、良好な溶接状態を得るにはレーザ溶接に適した加工雰囲気を作ることが好ましいが、空隙２６部分をレーザ溶接に適した雰囲気ガスで満たし、レーザ溶接箇所２４をレーザ溶接に適した雰囲気ガスで覆うことにより、レーザ溶接中に絶えず雰囲気ガスを吹き付ける必要がなくなるため、雰囲気ガスの使用量も押えることができる。この雰囲気ガスとしては、レーザ溶接用アシストガスとして周知の不活性ガス、例えばヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス等を適宜選択して用いればよい。
【００５４】
このように、実施形態１におけるレーザ溶接方法においては、レーザ光に対して透過性の樹脂によって形成されたカバー２５ａは、レーザ溶接箇所２４との間に空隙２６を形成し、しかも、レーザ溶接箇所２４の周囲で金属部材である負極集電体１８ａ１及びカシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄと接触することにより空隙２６を密閉状態に維持している。そのため、レーザ溶接中にレーザ溶接箇所２４からスパッタとして飛び出した金属粒子２８はレーザ溶接箇所２４とカバー２５ａとの間に形成された空隙２６内ないしカバー２５ａを形成するレーザ光に対して透過性の樹脂の内部に捕捉されるから、周囲に飛散することがなくなる。
【００５５】
しかも、レーザ溶接箇所２４とカバー２５ａとの間に形成された空隙２６の存在により、レーザ溶接箇所２４の金属の表面からスパッタとして飛び出した金属粒子２８が直ちにカバー２５ａを形成するレーザ光に対して透過性の樹脂を損傷させてしまう虞が少なくなるので、照射されたレーザ光が正しく金属表面の溶接箇所２４に当たらなくなることが少なくなる。また、各レーザパルス毎にレーザ光に対して透過性から形成されたカバー２５ａの損傷の程度が異なることが少なくなるため、レーザ光による溶接箇所２４の品質が安定化される。
【００５６】
しかも、レーザ溶接箇所２４に発生した熱は、熱伝導率が良好な溶接される金属部材である負極集電体１８ａ１及びカシメ部材１９ｂの端部の薄肉部１９ｄに伝わるため、空隙２６の気体は大幅に膨張するほど高温にはならない。そのため、カバー２５ａを図示省略した押さえ部材によって固定されていれば、レーザ溶接箇所のカバー２５ａが外れることがなく、良好にレーザ溶接を行うことができるようになる。
【００５７】
なお、実施形態１によれば、レーザ溶接箇所をレーザ光に対して透過性の樹脂で覆い、密封した状態でレーザ溶接することで、飛散物で電気的に短絡することがなくなるから、これによりレーザ溶接後のスパッタの付着状況検査が不要になるとともに、スパッタの発生しやすい溶接条件を用いることもできるようになる。
【００５８】
さらに、上記実施形態１では、レーザ溶接箇所２４とカバー２５ａとの間に空隙２６を形成した例を示したが、必ずしもこの空隙２６は必要なものではない。すなわち、レーザ溶接箇所２４が直接レーザ光に対して透過性の樹脂で直接被覆され、空隙が存在しないようになされていると、一度溶接が行われるとレーザ溶接箇所２４の金属の表面からスパッタとして飛び出した金属粒子がレーザ光に対して透過性の樹脂内に捕獲されるため、同一箇所に再度レーザ光を照射すると、そのレーザ光は金属粒子に乱反射されてしまうためにレーザ溶接箇所に正確に照射されない虞がある。
【００５９】
しかしながら、上記実施形態１では、レーザ溶接は複数箇所において移動しながら行われるため、移動後はレーザ光に対して透過性の樹脂が損傷されていない箇所においてレーザ溶接が行われるため、前回のレーザ溶接箇所で損傷されたレーザ光に対して透過性の樹脂は次回のレーザ溶接に際して与える影響は少ない。なお、レーザ溶接箇所２４とカバー２５ａとの間に空隙２６を形成する必要がない場合には、熱可塑性樹脂からなるレーザ光に対して透過性の樹脂を加熱して溶融させ、その後に所定のレーザ溶接箇所２４に配置することにより容易に固定することができる。
【００６０】
［実施形態２］
実施形態２は、本発明を上記特許文献２に開示されている角形密閉電池としての角形非水電解質二次電池１０Ｂに適用したものである。実施形態２の角形非水電解質二次電池１０Ｂが実施形態１の角形非水電解質二次電池１０Ａと構成が相違する点は、正極集電体１６ｂ及び負極集電体１８ｂ１の構成のみであるので、それぞれ同一構成の部分については同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。また、実施形態２の正極集電体１６ｂ及び負極集電体１８ｂ１は、形成材料が正極集電体１６ｂの場合はアルミニウムであるのに対し負極集電体１８ｂ１の場合は銅であって、それぞれの形状は対称となっているので、負極集電体１８ｂ１に代表させて説明を行う。
【００６１】
負極集電体１８ｂ１は、図６Ｂに示したように、展開状態で長方形状の本体部１８ｂ２の下側両側に一対の膨出部１８ｂ３を備えた形状を有している。そして一対の膨出部１８ｂ３の一方側に、負極集電体１８ｂ１の長さ方向に平行にスリット１８ｂ４が形成されている。この負極集電体１８ｂ１を負極芯体露出部１５に取り付けるには、負極芯体露出部１５を圧縮して超音波溶接等によって纏めておき、負極集電体１８ｂ１の一対の膨出部１８ｂ３を折り曲げ部位１８ｂ５に沿って折り曲げ、この折り曲げられた一対の膨出部１８ｂ３間に纏められた負極芯体露出部１５を挟み込む。
【００６２】
次いで、図７に示したように、スリット１８ｂ４を覆うようにレーザ光に対して透過性の樹脂からなるカバー２５ｂを空隙２６が生じるように被覆する。また、カバー２５ｂと負極集電体１８ｂ１との間にはレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７を配置し、適宜の保持手段によってカバー２５ｂを所定の溶接位置に保持しておく。
【００６３】
そして、図７Ｂ及び図７Ｃに示したように、スリット１８ｂ４内にカバー２５ｂ及び空隙２６を介してレーザ光を照射し、負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３と負極芯体露出部１５とを同時に溶融させてレーザ溶接を行う。このレーザ溶接は、レーザ光ＬＢをスリット１８ｂ４に沿って移動させて行う。すなわち、実施形態２においては、スリット１８ｂ４の部分が実施形態１における溶接箇所２４（図５参照）に対応する。これにより、スリット１８ｂ４に沿って、負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３と負極芯体露出部１５とが強固にレーザ溶接され、このレーザ溶接時にスパッタとして飛び出した金属粒子がカバー２５ｂの外部に飛散することがなくなる。
【００６４】
なお、このレーザ溶接に際しては、レーザ光ＬＢの強度及び照射時間を制御することにより、レーザ溶接により形成されたナゲット（図示省略）が束ねられた負極芯体露出部１５を貫通してレーザ照射側とは反対側に位置する負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３も溶融するようにすることが望ましい。この場合も、レーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７はレーザ照射位置から反射したレーザ光によって溶融させることができるが、実施形態２ではレーザ照射位置が広いので充分な反射光が得られない場合があるので、別途カバー２５ｂを経て直接レーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７を溶融するようにレーザ光ＬＢを照射してよく、或いはレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７を加熱溶融させて適切な位置に接着固定させてもよい。
【００６５】
また、負極芯体露出部１５は薄い銅箔が束ねられたものであるから、容易に変形する。そのため、負極集電体１８ｂ１の一対の膨出部１８ｂ３によって強く負極芯体露出部１５の表面に押しつけると、負極芯体露出部１５の表面は、変形例１として図８Ａ及び図８Ｂに示したように、スリット１８ｂ４内に盛り上がり、突起１５ａを形成する。この突起１５ａは実施形態１のレーザ溶接箇所２４に形成された凸部３０（図５Ｂ参照）に対応する。このような突起１５ａを形成すると、突起部によるレーザ光ＬＢの反射量が増加するため、効果的にレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７を溶融させることができ、レーザ溶接終了後にカバー２５ｂを負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３の表面に固着することができる。負極芯体露出部１５に突起１５ａを設ける方法としては、負極芯体露出部１５を介してスリット１８ｂ４と対向する負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３に突起を設け、負極芯体露出部１５がスリット１８ｂ４内に盛り上がるようにしてもよい。
【００６６】
また、実施形態２及び変形例１では、別途カバー２５ａないし２５ｂを所定の溶接位置に保持しておくための手段が形成されていないものを用いた例を示したが、変形例２として図８Ｃ及び図８Ｄに示したように、カバー２５ｃに押さえ部２５ｄ及び接合部２５ｅを形成するようにしてもよい。すなわち、図８Ｃ及び図８Ｄに示した変形例２では、カバー２５ｃには、負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３上に位置し、レーザ溶接時に専らに所定の溶接位置側に押さえつけるための押さえ部２５ｄと、負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３に形成されたスリット１８ｂ４の内壁に沿って配置される接合部２５ｅが形成されており、これらの押さえ部２５ｄ及び接合部２５ｅの負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３側にはレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７が形成されている。
【００６７】
このような構成のカバー２５ｃを採用すると、接合部２５ｅが安定した状態でスリット１８ｂ４の内壁に嵌合した状態に保持され、しかも、押さえ部２５ｄによってカバー２５ｃが安定的に負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３上に押さえつけられるので、カバー２５ｃが安定した状態でスリット１８ｂ４上に保持され、レーザ溶接部の品質が安定する。加えて、カバー２５ｃの接合部２５ｅがスリット１８ｂ４の内壁側に位置しているため、レーザ溶接部から反射した反射光が接合部２５ｅ及びレーザ光に対して非透過性の樹脂部分２７に当たり易くなり、カバー２５ｃと負極集電体１８ｂ１の膨出部１８ｂ３との間の接着強度が強くなる。
【００６８】
なお、実施形態２及び変形例１ないし２の場合においても、空隙２６を設けることは必須の構成要件ではないが、束ねられた負極芯体露出部１５を貫通するようにナゲットを形成する必要上、レーザ光ＬＢの強度を大きくすると共に照射時間も長くする必要があるため、スパッタとして飛び出す金属粒子も多くなる可能性がある。そのため、実施形態２及び変形例１ないし２においても、空隙２６を形成することが望ましい。
【００６９】
本発明において使用できるレーザ溶接装置は、パルス型レーザ溶接装置に限定されず、連続発振型レーザ溶接装置であってもよい。また、本発明において使用できるレーザ光に対して透過性の樹脂は特に限定されないが、ポリスチレン、低密度ポリエチレン、ポリカーボネート等が使用できる。
【００７０】
また、上記各実施形態においては、レーザ光に対して非透過性の樹脂部分を用いる例を示したが、レーザ光に対して非透過性樹の脂部分２７を用いずにレーザ光に対して透過性の樹脂を金属部材に直接固定あるいは接着させる形態としてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１０Ａ、１０Ｂ…角形非水電解質二次電池 １１…巻回電極体 １２…電池外装缶 １３…封口板 １４…正極芯体露出部 １５…負極芯体露出部 １５ａ…突起 １６ａ、１６ｂ…正極集電体 １７…正極端子 １８ａ１、１８ｂ１…負極集電体 １８ａ２…負極集電受け部材 １８ａ３…ザグリ穴 １８ｂ２…本体部 １８ｂ３…膨出部 １８ｂ４…スリット １８ｂ５…折り曲げ部位 １９ｂ…カシメ部材 １９ｃ…端子部 １９ａ…鍔部 １９ｄ…薄肉部 １９…負極端子 ２０…絶縁部材 ２１ａ…ガスケット ２１ｂ…絶縁部材 ２２…ナゲット ２４…溶接箇所 ２５ａ〜２５ｃ…カバー ２５ｄ…押さえ部 ２５ｅ…接合部 ２６…空隙 ２７…非透過性の樹脂部分 ２８…金属粒子 ２９…反射光 ３０…凸部 ＬＢ…レーザ光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材間の溶接箇所にレーザ光を照射することによるレーザ溶接方法において、
前記レーザ溶接箇所をレーザ光に対して透過性の樹脂で覆い、
前記レーザ光に対して透過性の樹脂を経てレーザ光を前記金属部材間の溶接箇所に照射することにより、前記金属部材間をレーザ溶接することを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記レーザ光に対して透過性の樹脂を、前記レーザ光に対して透過性の樹脂と前記レーザ溶接箇所との間に空隙が存在するように、前記溶接箇所の周囲で前記金属部材と接触させることにより、前記空隙を密閉状態に維持した状態でレーザ溶接することを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記レーザ光に対して透過性の樹脂を、前記レーザ溶接箇所の周囲でレーザ光に対して非透過性の樹脂を介して前記金属部材と接触させることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
前記レーザ溶接箇所からの反射光によって前記レーザ光に対して非透過性の樹脂を溶融させ、前記レーザ光に対して透過性の樹脂を前記レーザ溶接箇所を覆うように接合させることを特徴とする請求項３に記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記レーザ溶接箇所に凸部を形成したことを特徴とする請求項４に記載のレーザ溶接方法。
【請求項６】
前記レーザ光に対して透過性の樹脂として熱可塑性樹脂を用いることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のレーザ溶接方法。
【請求項７】
前記レーザ光に対して非透過性の樹脂として熱可塑性樹脂に着色剤を混合したものを使用することを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載のレーザ溶接法。
【請求項８】
前記空隙内をレーザ溶接に適した雰囲気ガスで満たすことを特徴とする請求項２〜７の何れかに記載のレーザ溶接方法。
【請求項９】
前記金属部材が、電池を構成する金属部材であることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のレーザ溶接方法。
【請求項１０】
前記電池を構成する金属部材が、極板芯体と集電体、あるいは電池の集電体と端子であることを特徴とする請求項９に記載のレーザ溶接方法。
【請求項１１】
電池を構成する金属部材間のレーザ溶接箇所が、レーザ光に対して透過性の樹脂により、前記レーザ溶接箇所と前記レーザ光に対して透過性の樹脂の間に密閉された空隙を有する状態で覆われていることを特徴とする電池。
【請求項１２】
前記金属部材と前記レーザ光に対して透過性の樹脂との接合部には、レーザ光に対して非透過性の樹脂が介在することを特徴とする請求項１１に記載の電池。
【請求項１】
金属部材間の溶接箇所にレーザ光を照射することによるレーザ溶接方法において、
前記レーザ溶接箇所をレーザ光に対して透過性の樹脂で覆い、
前記レーザ光に対して透過性の樹脂を経てレーザ光を前記金属部材間の溶接箇所に照射することにより、前記金属部材間をレーザ溶接することを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記レーザ光に対して透過性の樹脂を、前記レーザ光に対して透過性の樹脂と前記レーザ溶接箇所との間に空隙が存在するように、前記溶接箇所の周囲で前記金属部材と接触させることにより、前記空隙を密閉状態に維持した状態でレーザ溶接することを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記レーザ光に対して透過性の樹脂を、前記レーザ溶接箇所の周囲でレーザ光に対して非透過性の樹脂を介して前記金属部材と接触させることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
前記レーザ溶接箇所からの反射光によって前記レーザ光に対して非透過性の樹脂を溶融させ、前記レーザ光に対して透過性の樹脂を前記レーザ溶接箇所を覆うように接合させることを特徴とする請求項３に記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記レーザ溶接箇所に凸部を形成したことを特徴とする請求項４に記載のレーザ溶接方法。
【請求項６】
前記レーザ光に対して透過性の樹脂として熱可塑性樹脂を用いることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のレーザ溶接方法。
【請求項７】
前記レーザ光に対して非透過性の樹脂として熱可塑性樹脂に着色剤を混合したものを使用することを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載のレーザ溶接法。
【請求項８】
前記空隙内をレーザ溶接に適した雰囲気ガスで満たすことを特徴とする請求項２〜７の何れかに記載のレーザ溶接方法。
【請求項９】
前記金属部材が、電池を構成する金属部材であることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のレーザ溶接方法。
【請求項１０】
前記電池を構成する金属部材が、極板芯体と集電体、あるいは電池の集電体と端子であることを特徴とする請求項９に記載のレーザ溶接方法。
【請求項１１】
電池を構成する金属部材間のレーザ溶接箇所が、レーザ光に対して透過性の樹脂により、前記レーザ溶接箇所と前記レーザ光に対して透過性の樹脂の間に密閉された空隙を有する状態で覆われていることを特徴とする電池。
【請求項１２】
前記金属部材と前記レーザ光に対して透過性の樹脂との接合部には、レーザ光に対して非透過性の樹脂が介在することを特徴とする請求項１１に記載の電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２１３７８９（Ｐ２０１２−２１３７８９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８０４２５（Ｐ２０１１−８０４２５）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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