密閉型電池とその製造方法
【課題】外装缶の開口部に封口板の外周部をレーザー溶接しながら、この溶接部分にブローホールが生成されるのを有効に防止して、外装缶の開口部に封口板をより強固に固定する。
【解決手段】密閉型電池は、電極体３を収納してなる外装缶１の開口部１０に封口板２を嵌入し、外装缶１の開口部１０と封口板２の外周部の境界に沿ってレーザー溶接して、封口板２を外装缶１の開口部１０に接合している。密閉型電池は、封口板２の外周縁部と外装缶１の開口縁部の少なくとも一方に切欠部２１、１１を設けて、外装缶１の開口縁と封口板２の外周縁の境界に沿う切欠溝４を設けており、この切欠溝４に沿ってレーザー溶接し、切欠溝４の対向する内面を溶融連結部５で互いに連結して、封口板２の外周縁部と外装缶１の開口縁部を接合すると共に、切欠溝４の溝底部４Ａは溶接することなく非溶接隙間６を設けている。
【解決手段】密閉型電池は、電極体３を収納してなる外装缶１の開口部１０に封口板２を嵌入し、外装缶１の開口部１０と封口板２の外周部の境界に沿ってレーザー溶接して、封口板２を外装缶１の開口部１０に接合している。密閉型電池は、封口板２の外周縁部と外装缶１の開口縁部の少なくとも一方に切欠部２１、１１を設けて、外装缶１の開口縁と封口板２の外周縁の境界に沿う切欠溝４を設けており、この切欠溝４に沿ってレーザー溶接し、切欠溝４の対向する内面を溶融連結部５で互いに連結して、封口板２の外周縁部と外装缶１の開口縁部を接合すると共に、切欠溝４の溝底部４Ａは溶接することなく非溶接隙間６を設けている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外装缶の開口部を封口板で密閉してなる密閉型電池に関し、とくに、外装缶の開口部に封口板をレーザー溶接して接合してなる密閉型電池とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
密閉型電池は、一般に、有底の外装缶に電極体を挿入した状態で、開口部を封口板で密閉して製造される。外装缶の開口部に封口板を確実に固定して密閉するために、外装缶の開口部をカシメ加工して封口板を固定する方法と、外装缶の開口部に封口板の外周部を溶接して固定する方法がある。円筒形である密閉型電池は、外装缶の加工が比較的簡単であるため、一般的にはカシメ加工が施されている。これに対して、角形電池では、外装缶の形状からコーナー部における加工が難しいこともあって、一般的にはレーザー溶接して外装缶の開口部に封口板を固定している。
【０００３】
封口板をレーザー溶接して外装缶に固定する密閉型電池は、外装缶に電極体を挿入した状態で外装缶の開口部に封口板を挿入し、この封口板の外周縁と外装缶の開口縁部の境界部分に、レーザー光を照射して、封口板を外装缶にレーザー溶接している。レーザー溶接による封口板の固定は、図１と図２に示すように、外装缶９１と封口板９２の境界部分にレーザー光を照射して金属を溶融し、溶融された金属（溶融池）を介して外装缶９１と封口板９２とを連結し、この状態で溶融池を凝固させて封口板９２を外装缶９１に一体的に連結する。
【０００４】
さらに、封口板を外装缶にレーザー溶接する封口方法として、外装缶の開口部と封口板の外周部との境界部分に溶接用溝を設けて、この溝底にレーザー光を照射してレーザー溶接する技術が特許文献１及び２の公報に記載されている。これらの公報に記載される封口方法は、図３と図４に示すように、外装缶８１の開口端の内周側縁部にテーパー面８１Ａを形成すると共に、封口板８２の周端部の上面側角部にテーパー面８２Ａを形成し、この封口板８２を外装缶８１の開口端に嵌入して、外装缶８１のテーパー面８１Ａと封口板８２のテーパー面８２Ａとを互いに対面状態に合体して断面形状をＶ字状とする溶接用溝８４を形成している。さらに、この溶接用溝８４の溝底部８４Ａにレーザー光を照射して、溶接用溝８４に沿ってレーザー溶接することによって、外装缶８１と封口板８２とを溶接部で接合している。
【０００５】
とくに、特許文献１の公報には、溶接用溝に照射されるレーザー光の反射光を各テーパー面の存在によって、封口板に設けた絶縁パッキンを照射する方向に向かわせないようにしながら、溶接用溝の深さを好ましい範囲に設定することで溶接不良の発生を確実に防止できることが記載される。さらに、特許文献２の公報には、溶接用溝に照射されるレーザー光の吸収率を向上させることができ、レーザー光の照射エネルギーを小さくできることが記載される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１８４３６５号公報
【特許文献２】特開平１１−２５０８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のように、外装缶の開口部に封口板をレーザー溶接して接合する連結構造は、溶融された金属（溶融池）が凝固する時に外装缶と封口板とを一体的に連結するので、強固に連結できる特徴がある。ただ、レーザー溶接による連結方法は、溶融池が硬化する時に、溶融池の内部である溶接深部にブローホールが生成される弊害がある。溶接部の内部にブローホールが生成されると、この部分の連結強度が低下する。それは、内部に生じるブローホールにより、溶接部の肉厚が薄くなることに加えて、肉厚が薄くなる部分と厚い部分との強度差がアンバランスになるからである。とくに、ブローホールは、金属の内部においてイレギュラー的に成長して極めて大きくなることがある。このように、溶接部にブローホールがある密閉型電池が落下等により強い衝撃を受けると、ブローホール部分において、溶接部にクラックが入りやすくなる。困ったことに、外装缶と封口板との連結部分である溶接部にクラックが発生すると、この部分からガスや電解液が外部に漏れる問題点が生じる。クラックから排出されるガスや電解液、特に、リチウムイオン二次電池の電解液は、可燃性の有機溶媒を含んでいることから、これが外界に漏れ出すと、火災や爆発の起きやすい極めて危険な状態になる。この弊害を防止するために、レーザー溶接においては、溶接部にブローホールが生成されるのを防止する必要がある。
【０００８】
ところで、レーザー溶接において、溶接深部にブローホールが生成されるのは、以下の理由によると考えられる。図１ないし図４に示すように、レーザー光が照射される溶接中央部９６、８６（図においてクロスハッチングで表示）では、溶融された金属が溶融点を超えた高温に加熱されるため、水素を溶融させる能力が高くなる。これに対して、溶接中央部９６、８６から離れた溶接周辺部９７、８７では、金属が溶融していても温度の低い領域となるため、金属の温度は溶融点近くの温度に長時間留まることとなる。この関係において、溶接周辺部９７、８７が凝固する段階で、溶解水素濃度は溶融点近傍の温度域での溶解許容度を超えており、溶接周辺部９７、８７で水素を放出する必要が生じて、水素気泡が発生し、これがブローホール９０、８０となる。ブローホール９０、８０が生成され始めると水素濃度は低下するので、溶接中央部９６、８６が凝固する段階ではブローホールは生成されない。このため、ブローホール９０、８０は、レーザー光が照射される溶接中央部９６、８６から離れた場所であって、比較的温度の低い溶接周辺部９７、８７で発生しやすくなる。
【０００９】
さらに、金属内部で生成されるブローホール９０、８０は、図１と図３に示すように、溶接中央部９６、８６から離れた溶接周辺部９７、８７であって、溶接中央部９６、８６の下方である溶接最深部において成長しやすくなる。これは、ブローホール発生点の力学的安定性に起因すると考えられる。たとえば、ブローホールの発生位置を図１の破線で示す位置に仮定した場合、ブローホールが成長するとき、周囲の溶融金属を排除する必要があるが、気相と接触する界面のみが物質移動可能な部分となる。したがって、ブローホールが成長するには、界面の移動に合わせてブローホール発生点と界面を結ぶ直線上にある溶融池が移動させられる必要がある。しかし、破線Ａと破線Ｂで示す位置においては直線の方向により界面までの距離が異なる。これは、方向により物質移動に必要なエネルギーあるいは反力が異なり、発生点が不安定であることを示している。このため、実線Ｃで示す中央部分が、ブローホールが同じ位置に留まることができる最も力学的バランスが取れた位置であり、この中央部の溶接最深部においてブローホール９０が成長しやすくなる。ところが、この溶接最深部は、封口板９２、８２と外装缶９１、８１の溶接合わせ面に接近する部分であるため、この部分でブローホール９０、８０が成長すると、溶接合わせ面における溶接部の肉厚が薄くなって、この部分における連結強度が低下してしまう。
【００１０】
さらに、レーザー溶接においては、図２と図４に示すように、ブローホールの発生を抑制するために、溶接部分に窒素等の不活性ガスを供給しながらレーザー光を照射している。このような不活性ガスを溶接部分に供給することにより、溶融された金属が水分を含んだ空気に接触するのを有効に防止して、水素を取り込む作用を抑制している。このため、溶接部分の表面付近においては、供給される不活性ガスにより、ブローホールの発生が効果的に抑制されている。ただ、図１と図２に示すレーザー溶接では、溶接最深部付近において、封口板９２の外周面と外装缶９１の内周面との間の隙間が狭いこともあって、溶接部分に供給される不活性ガスがこの部分には到達せず、溶接最深部におけるブローホール９０の発生を効果的には抑制できない。また、図３と図４に示す方法では、封口板８２の外周面と外装缶８１の内周面との境界に溶接用溝８４を設けているので、この溶接用溝８４の溝底部８４Ａまで不活性ガスを供給しながらレーザー溶接できるが、この不活性ガスも溶接最深部には到達しないので、溶接最深部におけるブローホール８０の発生を効果的には抑制できない。このため、溶接部分に不活性ガスを供給しながらレーザー溶接を行っても、溶接最深部にブローホールが生成されるのを効果的に防止できない。
【００１１】
本発明は、さらにこれらの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、外装缶の開口部に封口板の外周部をレーザー溶接しながら、この溶接部分にブローホールが生成されるのを有効に防止して、外装缶の開口部に封口板をより強固に固定できる密閉型電池とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１２】
本発明の密閉型電池は、電極体３を収納してなる外装缶１の開口部１０に封口板２を嵌入し、外装缶１の開口部１０と封口板２の外周部の境界に沿ってレーザー溶接して、封口板２を外装缶１の開口部１０に接合している。密閉型電池は、封口板２の外周縁部と外装缶１の開口縁部の少なくとも一方に切欠部２１、１１を設けて、外装缶１の開口縁と封口板２の外周縁の境界に沿う切欠溝４を設けており、この切欠溝４に沿ってレーザー溶接し、切欠溝４の対向する内面を溶融連結部５で互いに連結して、封口板２の外周縁部と外装缶１の開口縁部を接合すると共に、切欠溝４の溝底部４Ａは溶接することなく非溶接隙間６を設けている。
【００１３】
以上の密閉型電池は、外装缶の開口部と封口板の外周部の溶接部分にブローホールが生成されるのを有効に防止して、外装缶の開口部に封口板をより強固に固定できる特徴がある。それは、この密閉型電池が、外装缶の開口縁と封口板の外周縁の境界に沿う切欠溝を設けており、この切欠溝に沿ってレーザー溶接し、切欠溝の対向する内面を溶融連結部で互いに連結して封口板の外周縁部と外装缶の開口縁部とを接合すると共に、切欠溝の溝底部は溶接することなく非溶接隙間を設けているからである。このように、切欠溝の溝底部に非溶接隙間を設けて、切欠溝の対向面を溶融連結部で連結する構造は、溶融連結部の下方にブローホールが生成されるのを有効に防止しながら、溶融連結部を安定した形状に成形できるので、封口板を外装缶により強固に接合できる。
【００１４】
本発明の密閉型電池は、切欠溝４の深さ（Ｄ）を、封口板２の厚さ（ｈ）の０．２倍ないし０．７倍であって、溶融連結部５の最小厚さ（ｄ）の１．１倍ないし２．０倍とすることができる。
以上の密閉型電池は、切欠溝の溝底部に非溶接隙間を確実に形成しながら、溶融連結部を十分な厚さに成形できる。
【００１５】
本発明の密閉型電池は、切欠溝４の横断面形状を、溝底に向かって幅の狭くなる形状とすることができる。さらに、本発明の密閉型電池は、切欠部２１、１１の横断面形状を、傾斜面、湾曲面、または段差面のいずれかとすることができる。
【００１６】
さらにまた、本発明の密閉型電池は、外装缶１及び封口板２を、アルミニウムまたはアルミニウム合金で作製することができる。
【００１７】
本発明の密閉型電池の製造方法は、電極体３を収納してなる外装缶１の開口部１０に封口板２を嵌入し、外装缶１の開口部１０と封口板２の外周部の境界に沿ってレーザー溶接して、封口板２を外装缶１の開口部１０に接合して密閉型電池を製造する。密閉型電池の製造方法は、封口板２の外周縁部と外装缶１の開口縁部の少なくとも一方に切欠部２１、１１を設ける成形工程と、電極体３を外装缶１に収納すると共に、外装缶１の開口部１０に封口板２を嵌入して、成形工程で設けた切欠部２１、１１によって、外装缶１の開口縁と封口板２の外周縁の境界に沿う切欠溝４を設ける挿入工程と、切欠溝４に沿ってレーザー光を照射して溶接する溶接工程とからなる。さらに、密閉型電池の製造方法は、溶接工程において、切欠溝４の溝底部４Ａを溶接することなく、切欠溝４の開口部４Ｂ側において、封口板２の外周縁部と外装缶１の開口縁部とを互いに接合している。
【００１８】
以上の密閉型電池の製造方法は、溶接部分にブローホールが生成されるのを有効に防止して、外装缶の開口部に封口板を強固に固定できる特徴がある。それは、この製造方法が、外装缶の開口縁と封口板の外周縁の境界に設けた切欠溝に沿ってレーザー光を照射する溶接工程において、切欠溝の溝底部を溶接することなく、切欠溝の開口部側において、封口板の外周縁部と外装缶の開口縁部とを互いに接合しているからである。この製造方法では、切欠溝の溝底部を溶接することなく、切欠溝の対向する内面同士を、溶融された金属で接合するので、この溶融池の下面が金属部分に接触して熱が奪われることがなく、溶融点を超えた高温状態に加熱して、ブローホールの生成を有効に防止できる。したがって、外装缶と封口板との溶接部分を安定した形状に成形して、封口板を外装缶により強固に接合できる。
【００１９】
本発明の密閉型電池の製造方法は、溶接工程において、レーザー光を照射する溶接部に不活性ガスを供給すると共に、この不活性ガスを、外装缶１の深さ方向、ないし、この方向から傾斜する方向から供給して、切欠溝４の溝底部４Ａに供給することができる。
この製造方法は、溶接工程において、切欠溝の溝底部に供給する不活性ガスを、外装缶と封口板とを接合する溶融池の下側面に効果的に供給できるので、この部分にブローホールが生成されるのをより確実に阻止できる特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の密閉型電池の外装缶に封口板をレーザー溶接する状態を示す断面図である。
【図２】図１に示す密閉型電池のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】従来の他の密閉型電池の外装缶に封口板をレーザー溶接する状態を示す断面図である。
【図４】図３に示す密閉型電池のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】本発明の一実施例にかかる密閉型電池の分解正面図である。
【図６】本発明の一実施例にかかる密閉型電池の外装缶に封口板をレーザー溶接する状態を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施例にかかる密閉型電池の外装缶に封口板をレーザー溶接する状態を示す要部拡大断面図である。
【図８】図７に示す密閉型電池のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】本発明の他の実施例にかかる密閉型電池の外装缶に封口板をレーザー溶接する状態を示す断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例にかかる密閉型電池の外装缶に封口板をレーザー溶接する状態を示す断面図である。
【図１１】本発明の他の実施例にかかる密閉型電池の外装缶に封口板をレーザー溶接する状態を示す断面図である。
【図１２】本発明の他の実施例にかかる密閉型電池の外装缶に封口板をレーザー溶接する状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための密閉型電池とその製造方法を例示するものであって、本発明は密閉型電池とその製造方法を以下の構造に特定しない。
【００２２】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２３】
本発明の一実施例にかかる密閉型電池を図５と図６に示している。これらの図に示す密閉型電池は、リチウムイオン二次電池としている。ただ、本発明は、密閉型電池をリチウムイオン二次電池には特定しない。本発明は、二次電池及び一次電池を問わず、外装缶の開口部に封口板をレーザー溶接して密閉してなる全ての電池が使用できる。したがって、電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池とし、あるいは、マンガン電池やアルカリ電池、リチウム電池等の一次電池とすることもできる。
【００２４】
さらに、図の密閉型電池は、角形電池としている。とくに、角形電池は、円筒形電池のようにカシメ加工による封口板の封止が難しいので、封口板をレーザー溶接して外装缶の開口部に接合する密閉型電池として有効である。ただ、本発明の密閉型電池は、角形電池には特定せず、円筒形電池とすることもできる。
【００２５】
図５と図６に示す密閉型電池は、有底の外装缶１の内部に、正極板と負極板とがセパレータを介して積層されてなる電極体３を収納すると共に、非水電解液（図示せず）を注入している。さらに、密閉型電池は、外装缶１の開口部１０を封口板２で封止して密閉構造としている。外装缶１に収納される電極体３と、注入される非水電解液は、公知の材料、公知の方法を用いて製作することができる。
【００２６】
外装缶１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属板を有底の筒形に成形したものである。この外装缶１は、金属板を深絞り加工することによって、有底の筒形に成形して作製される。図に示す密閉型電池は、角形電池とするので、外装缶１の形状を長方形の角筒状としている。
【００２７】
封口板２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる所定の厚さの金属板を、外装缶１の開口部１０に嵌入できるように、外装缶１の開口部１０の内形とほぼ等しい外形、正確には、多少小さい外形に成形したものである。この封口板２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金である平板をパンチで打ち抜いて所定の外形に成形する。図に示す密閉型電池は、外装缶１の形状を長方形の角筒状とするので、封口板２の外形を外装缶１の開口部１０と同じ長方形状としている。
【００２８】
さらに、封口板２は、外装缶１に収納される電極体３から外部に出力するために、出力端子８を備えている。図に示す密閉型電池は、封口板２を貫通する２つの出力端子８である正負の出力端子を有している。正負の出力端子は、一方を電極体３の正極板に、他方を電極体３の負極板にそれぞれ接続している。これらの出力端子８は、絶縁部材９を介して封口板２に固定されており、出力端子８を封口板２及び外装缶１から絶縁している。ただ、密閉型電池は、必ずしも２つの出力端子を封口板に設ける必要はない。密閉型電池は、電極体の正極板と負極板のいずれか一方を出力端子に接続して封口板に絶縁状態で固定すると共に、正極板と負極板の他方を外装缶１や封口板２に接続して出力端子とすることもできる。
【００２９】
封口板２に設けた正負の出力端子８は、電極体３の正負の電極板に接続されており、図５に示すように、出力端子８に接続された電極体３と封口板２とを一体的に外装缶１に収納している。さらに、電極体３と封口板２とを外装缶１に挿入した状態で、封口板２の外周部を外装缶１の開口部１０にレーザー溶接して固定している。
【００３０】
さらに、密閉型電池は、図７の要部拡大断面図に示すように、外装缶１の開口縁と封口板２の外周縁の境界に沿って切欠溝４を設けている。図の密閉型電池は、この切欠溝４に沿ってレーザー光を照射して、レーザー光で溶融された金属（溶融池７）によって、封口板２の外周部を外装缶１の開口部１０に接合している。図の切欠溝４は、その横断面形状を、溝底に向かって幅の狭くなる形状としている。この形状の切欠溝４は、開口部１０の横幅（Ｗ）を広くして、この部分から供給される不活性ガスを効果的に溝底部４Ａに供給できる特徴がある。ただ、切欠溝は、溝底に向かって幅が狭くなる形状には特定しない。
【００３１】
さらに、密閉型電池は、外装缶１と封口板２の溶接部分に切欠溝４を設けることにより、レーザー光で溶融される金属の溶融量を少なくして、切欠溝４の全体に溶融池７を充填することなく、すなわち、切欠溝４の全体を溶接することなく、外装缶１と封口板２とを接合している。図の密閉型電池は、切欠溝４の溝底部４Ａを溶接することなく、切欠溝４の開口部４Ｂ側の対向する内面を溶融池７によって橋渡しするように連結してアーチ状の溶融連結部５を設けている。この溶融連結部５の下方であって切欠溝４の溝底部４Ａには、溶接されない非溶接隙間６が形成されている。この構造の密閉型電池は、切欠溝４の対向する内面同士を溶融池７でアーチ状に連結することにより、この溶融池７の下面が外装缶１及び封口板２に接触するのを阻止している。このため、溶融池７の下面側は、金属に接触して熱を奪われることがなく、溶融点を超えた高温状態に加熱されて、ブローホールの生成が抑制される。さらに、切欠溝４の対向する内面を溶融池７でアーチ状に連結することにより、図８に示すように、この溶融池７の下方にできる空間に不活性ガスを供給して、この部分にブローホールが生成されるのをより効果的に阻止できる。すなわち、切欠溝４の溝底部４Ａに形成される非溶接隙間６に不活性ガスを供給しながらレーザー溶接することで、溶融連結部５にブローホールが生成されるのを有効に阻止できる。
【００３２】
以上のようにして成形される溶融連結部５は、高温に加熱された溶融池７の下面側が金属部分に接触して熱が奪われるのを阻止することで、溶解された水素が放出されるのを有効に防止できることに加えて、図８に示すように、溶融池７の上下の両面に不活性ガスが供給される条件下で溶融連結部５が成形されることとの相乗効果で、溶融連結部５の内部にブローホールが生成されるのを確実に阻止できる。ただ、本発明の製造方法は、必ずしも不活性ガスを供給する条件下においてレーザー溶接する必要はない。
【００３３】
以上の密閉型電池は、切欠溝４の深さ（Ｄ）を溶融連結部５となる溶融池７の厚さよりも大きくすることにより、溶融連結部５の下方に非溶接隙間６を設けている。ここで、切欠溝４の深さ（Ｄ）は、封口板２の厚さ（ｈ）の０．２倍ないし０．７倍、好ましくは、０．３倍ないし０．４倍とすることができる。また、切欠溝４の深さ（Ｄ）は、溶融連結部５の最小厚さ（ｄ）の１．１倍ないし２．０倍、好ましくは、１．２倍ないし１．５倍とすることができる。
【００３４】
さらに、密閉型電池は、切欠溝４の開口部４Ｂの横幅（Ｗ）を広くすると、不活性ガスを切欠溝４の溝底部４Ａまで供給しやすくなるが、レーザー溶接時に溶融される金属の溶融量が少なくなると共に、切欠溝４の対向する内面を橋渡し状態に連結する距離が長くなる。反対に、切欠溝４の開口部４Ｂの横幅（Ｗ）を狭くすると、レーザー溶接時に溶融される金属の溶融量が多くなり、また、開口部４Ｂの対向する内面を橋渡し状態に連結する距離が短くなる。本発明では、切欠溝４において、外装缶１の開口部１０に封口板２の外周部を溶接するが、このとき、切欠溝４の溝底部４Ａを溶接することなく、切欠溝４の対向する内面を溶融池７で連結して接合する。このため、レーザー光の照射によって溶融される金属の溶融量が多すぎると、切欠溝４の溝底部４Ａにも溶融池７が充填されて、溝底部４Ａが溶接される状態となる。したがって、切欠溝４の開口部４Ｂの大きさは、レーザー光で溶融される金属の溶融量が、切欠溝４の対向する内面を溶融池７で連結するが、切欠溝４の溝底部４Ａまで充填されることがない量となるように調整する。これらのことを考慮して、切欠溝４の開口部４Ｂの横幅（Ｗ）は、最適な数値となるように設計する。たとえば、切欠溝の開口部の横幅（Ｗ）は、封口板の厚さ（ｈ）の０．０５倍ないし０．２倍であって、外装缶の肉厚（ｔ）の０．２倍ないし０．４倍とすることができる。
【００３５】
図７に示す密閉型電池は、封口板２の外周縁部に切欠部２１を設けており、この切欠部２１によって、封口板２の外周部と外装缶１の開口部１０との境界部分に切欠溝４を設けている。図７に示す封口板２は、外周部の上側角部を斜めに切り欠いた形状であって、外装缶１の開口縁に沿うリング状の切欠部２１を設けている。この密閉型電池は、断面形状を傾斜面とする切欠部２１によって、切欠溝４の横断面形状を、溝底に向かって次第に幅の狭くなる形状としている。切欠部２１である傾斜面の傾斜角（θ）は、切欠溝の深さ（Ｄ）と開口部の横幅（Ｗ）で特定されるが、たとえば、１０度ないし３０度とすることができる。
【００３６】
さらに、図７に示すように、切欠溝４の断面形状を溝底に向かって次第に狭くする構造は、レーザー溶接時において、溶融される金属の溶融量が多少変動する状態においても、溶融連結部５を形成する溶融池７の下面の形状を変形させて、溶融量の変動を吸収できる特徴がある。これにより、溶融連結部５を連続的に同一の形態に維持しながら、断面積を調整できる。
【００３７】
さらに、図９に示す密閉型電池は、封口板２の外周部の上側角部を湾曲して切り欠いた形状の切欠部２１を設けている。この密閉型電池は、断面形状を傾斜面とする切欠部２１によって、切欠溝４の横断面形状を、溝底に向かって次第に幅の狭くなる形状としている。
【００３８】
さらに、図１０に示す密閉型電池は、封口板２の外周部の上側角部を階段状に切り欠いた段差形状の切欠部２１を設けている。この密閉型電池は、断面形状を段差面とする切欠部２１によって、切欠溝４の横断面形状を、溝底に向かって幅の狭くなる形状としている。
【００３９】
以上のように、封口板２に設けられる切欠部２１は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる平板をパンチで打ち抜いて所定の外形に成形する製造工程において、同時に形成することができる。封口板２の製造工程において、パンチで打ち抜かれる封口板２の外周部の形状は、使用するパンチの形状に沿う形状となる。したがって、封口板２の製造工程において、切欠部２１を設ける部分と対向する部分に成形凸部を設けたパンチを使用することによって、封口板２を所定の外形に成形しながら、封口板２の外周部に切欠部２１を形成できる。この方法によると、封口板２を成形する工程において、封口板２の外周部に容易に切欠部２１を設けることができるので、封口板２に切欠部２１を設けるための個別の工程を設けることなく、効率よく成形できる。ただ、切欠部は、必ずしもパンチによるプレス加工で形成する必要はなく、別工程において設けることもできる。たとえば、平板をパンチで打ち抜いて封口板を所定の外形に成形した後、封口板の外周縁部を切削加工して、すなわち、外周縁部を切り欠いて切欠部を設けることもできる。
【００４０】
さらに、図１１に示す密閉型電池は、外装缶１の内周縁部に切欠部１１を設けており、この切欠部１１によって、封口板２の外周部と外装缶１の開口部１０との境界部分に切欠溝４を設けている。図１１に示す外装缶１は、外装缶１の開口縁部の角部を斜めに切り欠いた形状であって、封口板２の外周縁に沿うリング状の切欠部１１を設けている。この密閉型電池は、断面形状を傾斜面とする切欠部１１によって、切欠溝４の横断面形状を、溝底に向かって次第に幅の狭くなる形状としている。このように、外装缶１に設ける切欠部１１によって形成される切欠溝４も、深さ（Ｄ）や、開口部４Ｂの横幅（Ｗ）、傾斜面の傾斜角（θ）を前述の範囲とすることができる。
【００４１】
外装缶１の開口部１０に設けられる切欠部１１は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属板を、ダイスとポンチを使用して有底の筒形に深絞り加工する製造工程において、同時に形成することができる。深絞り加工で成形される外装缶１の内形は、使用するポンチの外形に沿う形状となるので、切欠部１１を設ける部分と対向する部分に成形凸部を設けたポンチを使用することによって、外装缶１の開口部１０となる部分の内周縁部に切欠部１１を形成できる。この方法によると、外装缶１を成形する工程において、外装缶１の開口縁部に容易に切欠部１１を設けることができるので、外装缶１に切欠部１１を設けるための個別の工程を設けることなく、効率よく成形できる。ただ、切欠部は、必ずしもポンチによる深絞り工程で形成する必要はなく、別工程において切欠部を設けることもできる。たとえば、金属板を深絞り加工で所定の形状に成形した後、開口縁部を切削加工して、すなわち、外装缶の内周縁部を切り欠いて切欠部を設けることもできる。
【００４２】
図７、及び図９ないし図１１の切欠溝４は、封口板２の外周縁部と外装缶１の開口縁部のいずれか一方に切欠部２１、１１を設けており、この切欠部２１、１１によって切欠溝４を設けている。ただ、密閉型電池は、図１２に示すように、封口板２の外周縁部と外装缶１の開口縁部の両方に切欠部２１、１１を設けて、これらの切欠部２１、１１を互いに対面させて切欠溝４を設けることもできる。図に示す密閉型電池は、封口板２の外周部の上側角部に、垂直方向に伸びると共に、下端に湾曲部を設けた切欠部２１を設けると共に、外装缶１の開口縁部には、傾斜面である切欠部１１を設けて切欠溝４としている。
【００４３】
以上の密閉型電池は、以下の工程で製造される。
（１）アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属板を深絞り加工して、有底の筒形に成形してなる外装缶１を成形する。さらに、外装缶１に切欠部１１を設ける密閉型電池においては、この工程において、外装缶１の開口縁部に切欠部１１を設けることができる。
（２）アルミニウムまたはアルミニウム合金である平板をパンチで打ち抜いて所定の外形の封口板２を成形する。さらに、封口板２に切欠部２１を設ける密閉型電池においては、この工程において、封口板２の外周縁部に切欠部２１を設けることができる。
（３）封口板２に、絶縁部材９を介して出力端子８を固定すると共に、この出力端子８に電極体３の正極板と負極板を接続する。
（４）図５に示すように、電極体３と封口板２とを一体的に外装缶１に収納する。この状態で、外装缶１の開口縁部と封口板２の外周縁部との境界部分に切欠溝４が形成される。
（５）切欠溝４に沿ってレーザー光を照射して、レーザー光で溶融された金属（溶融池７）によって、封口板２の外周部を外装缶１の開口部１０に接合する。このとき、切欠溝４の溝底部４Ａを溶接することなく、切欠溝４の開口部４Ｂ側の対向する内面を溶融池７によって橋渡しするように連結して、封口板２の外周縁部と外装缶１の開口縁部とを互いに接合する。
さらに、レーザー溶接する工程において、好ましくは溶接部分に不活性ガスを供給する。不活性ガスは、溶接時においてブローホールの生成を抑制する窒素等のガスである。溶接部分に供給される不活性ガスは、図７ないし図１２に示すように、外装缶１の深さ方向、ないし、この方向から傾斜する方向から供給する。これにより、不活性ガスを切欠溝４の溝底部４Ａに、より効果的に供給できる。切欠溝４の溝底部４Ａに供給される不活性ガスは、図８に示すように、溶融池７の下面に供給されてこの部分にブローホールが生成されるのを効果的に阻止する。
（６）レーザー光を切欠溝４に沿って走査し、封口板２の外周部の全周を外装缶１の開口部の内周に接合する。リング状の切欠溝４は、図７、及び、図９ないし図１２に示すように開口部４Ｂ側の対向する内面がアーチ状の溶融連結部５で連続して連結されると共に、溝底部４Ａには、図８に示すように非溶接隙間６が連続する状態で形成される。この状態で、外装缶１の開口部が封口板２で密閉される。
（７）その後、封口板２に設けた注液口（図示せず）から外装缶１の内部に電解液を注液し、その後、注液口を気密に封止する。
【符号の説明】
【００４４】
１…外装缶
２…封口板
３…電極体
４…切欠溝 ４Ａ…溝底部
４Ｂ…開口部
５…溶融連結部
６…非溶接隙間
７…溶融池７
８…出力端子
９…絶縁部材
１０…開口部
１１…切欠部
２１…切欠部
８０…ブローホール
８１…外装缶 ８１Ａ…テーパー面
８２…封口板 ８２Ａ…テーパー面
８４…溶接用溝 ８４Ａ…溝底部
８６…溶接中央部
８７…溶接周辺部
９０…ブローホール
９１…外装缶
９２…封口板
９６…溶接中央部
９７…溶接周辺部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外装缶の開口部を封口板で密閉してなる密閉型電池に関し、とくに、外装缶の開口部に封口板をレーザー溶接して接合してなる密閉型電池とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
密閉型電池は、一般に、有底の外装缶に電極体を挿入した状態で、開口部を封口板で密閉して製造される。外装缶の開口部に封口板を確実に固定して密閉するために、外装缶の開口部をカシメ加工して封口板を固定する方法と、外装缶の開口部に封口板の外周部を溶接して固定する方法がある。円筒形である密閉型電池は、外装缶の加工が比較的簡単であるため、一般的にはカシメ加工が施されている。これに対して、角形電池では、外装缶の形状からコーナー部における加工が難しいこともあって、一般的にはレーザー溶接して外装缶の開口部に封口板を固定している。
【０００３】
封口板をレーザー溶接して外装缶に固定する密閉型電池は、外装缶に電極体を挿入した状態で外装缶の開口部に封口板を挿入し、この封口板の外周縁と外装缶の開口縁部の境界部分に、レーザー光を照射して、封口板を外装缶にレーザー溶接している。レーザー溶接による封口板の固定は、図１と図２に示すように、外装缶９１と封口板９２の境界部分にレーザー光を照射して金属を溶融し、溶融された金属（溶融池）を介して外装缶９１と封口板９２とを連結し、この状態で溶融池を凝固させて封口板９２を外装缶９１に一体的に連結する。
【０００４】
さらに、封口板を外装缶にレーザー溶接する封口方法として、外装缶の開口部と封口板の外周部との境界部分に溶接用溝を設けて、この溝底にレーザー光を照射してレーザー溶接する技術が特許文献１及び２の公報に記載されている。これらの公報に記載される封口方法は、図３と図４に示すように、外装缶８１の開口端の内周側縁部にテーパー面８１Ａを形成すると共に、封口板８２の周端部の上面側角部にテーパー面８２Ａを形成し、この封口板８２を外装缶８１の開口端に嵌入して、外装缶８１のテーパー面８１Ａと封口板８２のテーパー面８２Ａとを互いに対面状態に合体して断面形状をＶ字状とする溶接用溝８４を形成している。さらに、この溶接用溝８４の溝底部８４Ａにレーザー光を照射して、溶接用溝８４に沿ってレーザー溶接することによって、外装缶８１と封口板８２とを溶接部で接合している。
【０００５】
とくに、特許文献１の公報には、溶接用溝に照射されるレーザー光の反射光を各テーパー面の存在によって、封口板に設けた絶縁パッキンを照射する方向に向かわせないようにしながら、溶接用溝の深さを好ましい範囲に設定することで溶接不良の発生を確実に防止できることが記載される。さらに、特許文献２の公報には、溶接用溝に照射されるレーザー光の吸収率を向上させることができ、レーザー光の照射エネルギーを小さくできることが記載される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１８４３６５号公報
【特許文献２】特開平１１−２５０８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上のように、外装缶の開口部に封口板をレーザー溶接して接合する連結構造は、溶融された金属（溶融池）が凝固する時に外装缶と封口板とを一体的に連結するので、強固に連結できる特徴がある。ただ、レーザー溶接による連結方法は、溶融池が硬化する時に、溶融池の内部である溶接深部にブローホールが生成される弊害がある。溶接部の内部にブローホールが生成されると、この部分の連結強度が低下する。それは、内部に生じるブローホールにより、溶接部の肉厚が薄くなることに加えて、肉厚が薄くなる部分と厚い部分との強度差がアンバランスになるからである。とくに、ブローホールは、金属の内部においてイレギュラー的に成長して極めて大きくなることがある。このように、溶接部にブローホールがある密閉型電池が落下等により強い衝撃を受けると、ブローホール部分において、溶接部にクラックが入りやすくなる。困ったことに、外装缶と封口板との連結部分である溶接部にクラックが発生すると、この部分からガスや電解液が外部に漏れる問題点が生じる。クラックから排出されるガスや電解液、特に、リチウムイオン二次電池の電解液は、可燃性の有機溶媒を含んでいることから、これが外界に漏れ出すと、火災や爆発の起きやすい極めて危険な状態になる。この弊害を防止するために、レーザー溶接においては、溶接部にブローホールが生成されるのを防止する必要がある。
【０００８】
ところで、レーザー溶接において、溶接深部にブローホールが生成されるのは、以下の理由によると考えられる。図１ないし図４に示すように、レーザー光が照射される溶接中央部９６、８６（図においてクロスハッチングで表示）では、溶融された金属が溶融点を超えた高温に加熱されるため、水素を溶融させる能力が高くなる。これに対して、溶接中央部９６、８６から離れた溶接周辺部９７、８７では、金属が溶融していても温度の低い領域となるため、金属の温度は溶融点近くの温度に長時間留まることとなる。この関係において、溶接周辺部９７、８７が凝固する段階で、溶解水素濃度は溶融点近傍の温度域での溶解許容度を超えており、溶接周辺部９７、８７で水素を放出する必要が生じて、水素気泡が発生し、これがブローホール９０、８０となる。ブローホール９０、８０が生成され始めると水素濃度は低下するので、溶接中央部９６、８６が凝固する段階ではブローホールは生成されない。このため、ブローホール９０、８０は、レーザー光が照射される溶接中央部９６、８６から離れた場所であって、比較的温度の低い溶接周辺部９７、８７で発生しやすくなる。
【０００９】
さらに、金属内部で生成されるブローホール９０、８０は、図１と図３に示すように、溶接中央部９６、８６から離れた溶接周辺部９７、８７であって、溶接中央部９６、８６の下方である溶接最深部において成長しやすくなる。これは、ブローホール発生点の力学的安定性に起因すると考えられる。たとえば、ブローホールの発生位置を図１の破線で示す位置に仮定した場合、ブローホールが成長するとき、周囲の溶融金属を排除する必要があるが、気相と接触する界面のみが物質移動可能な部分となる。したがって、ブローホールが成長するには、界面の移動に合わせてブローホール発生点と界面を結ぶ直線上にある溶融池が移動させられる必要がある。しかし、破線Ａと破線Ｂで示す位置においては直線の方向により界面までの距離が異なる。これは、方向により物質移動に必要なエネルギーあるいは反力が異なり、発生点が不安定であることを示している。このため、実線Ｃで示す中央部分が、ブローホールが同じ位置に留まることができる最も力学的バランスが取れた位置であり、この中央部の溶接最深部においてブローホール９０が成長しやすくなる。ところが、この溶接最深部は、封口板９２、８２と外装缶９１、８１の溶接合わせ面に接近する部分であるため、この部分でブローホール９０、８０が成長すると、溶接合わせ面における溶接部の肉厚が薄くなって、この部分における連結強度が低下してしまう。
【００１０】
さらに、レーザー溶接においては、図２と図４に示すように、ブローホールの発生を抑制するために、溶接部分に窒素等の不活性ガスを供給しながらレーザー光を照射している。このような不活性ガスを溶接部分に供給することにより、溶融された金属が水分を含んだ空気に接触するのを有効に防止して、水素を取り込む作用を抑制している。このため、溶接部分の表面付近においては、供給される不活性ガスにより、ブローホールの発生が効果的に抑制されている。ただ、図１と図２に示すレーザー溶接では、溶接最深部付近において、封口板９２の外周面と外装缶９１の内周面との間の隙間が狭いこともあって、溶接部分に供給される不活性ガスがこの部分には到達せず、溶接最深部におけるブローホール９０の発生を効果的には抑制できない。また、図３と図４に示す方法では、封口板８２の外周面と外装缶８１の内周面との境界に溶接用溝８４を設けているので、この溶接用溝８４の溝底部８４Ａまで不活性ガスを供給しながらレーザー溶接できるが、この不活性ガスも溶接最深部には到達しないので、溶接最深部におけるブローホール８０の発生を効果的には抑制できない。このため、溶接部分に不活性ガスを供給しながらレーザー溶接を行っても、溶接最深部にブローホールが生成されるのを効果的に防止できない。
【００１１】
本発明は、さらにこれらの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、外装缶の開口部に封口板の外周部をレーザー溶接しながら、この溶接部分にブローホールが生成されるのを有効に防止して、外装缶の開口部に封口板をより強固に固定できる密閉型電池とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１２】
本発明の密閉型電池は、電極体３を収納してなる外装缶１の開口部１０に封口板２を嵌入し、外装缶１の開口部１０と封口板２の外周部の境界に沿ってレーザー溶接して、封口板２を外装缶１の開口部１０に接合している。密閉型電池は、封口板２の外周縁部と外装缶１の開口縁部の少なくとも一方に切欠部２１、１１を設けて、外装缶１の開口縁と封口板２の外周縁の境界に沿う切欠溝４を設けており、この切欠溝４に沿ってレーザー溶接し、切欠溝４の対向する内面を溶融連結部５で互いに連結して、封口板２の外周縁部と外装缶１の開口縁部を接合すると共に、切欠溝４の溝底部４Ａは溶接することなく非溶接隙間６を設けている。
【００１３】
以上の密閉型電池は、外装缶の開口部と封口板の外周部の溶接部分にブローホールが生成されるのを有効に防止して、外装缶の開口部に封口板をより強固に固定できる特徴がある。それは、この密閉型電池が、外装缶の開口縁と封口板の外周縁の境界に沿う切欠溝を設けており、この切欠溝に沿ってレーザー溶接し、切欠溝の対向する内面を溶融連結部で互いに連結して封口板の外周縁部と外装缶の開口縁部とを接合すると共に、切欠溝の溝底部は溶接することなく非溶接隙間を設けているからである。このように、切欠溝の溝底部に非溶接隙間を設けて、切欠溝の対向面を溶融連結部で連結する構造は、溶融連結部の下方にブローホールが生成されるのを有効に防止しながら、溶融連結部を安定した形状に成形できるので、封口板を外装缶により強固に接合できる。
【００１４】
本発明の密閉型電池は、切欠溝４の深さ（Ｄ）を、封口板２の厚さ（ｈ）の０．２倍ないし０．７倍であって、溶融連結部５の最小厚さ（ｄ）の１．１倍ないし２．０倍とすることができる。
以上の密閉型電池は、切欠溝の溝底部に非溶接隙間を確実に形成しながら、溶融連結部を十分な厚さに成形できる。
【００１５】
本発明の密閉型電池は、切欠溝４の横断面形状を、溝底に向かって幅の狭くなる形状とすることができる。さらに、本発明の密閉型電池は、切欠部２１、１１の横断面形状を、傾斜面、湾曲面、または段差面のいずれかとすることができる。
【００１６】
さらにまた、本発明の密閉型電池は、外装缶１及び封口板２を、アルミニウムまたはアルミニウム合金で作製することができる。
【００１７】
本発明の密閉型電池の製造方法は、電極体３を収納してなる外装缶１の開口部１０に封口板２を嵌入し、外装缶１の開口部１０と封口板２の外周部の境界に沿ってレーザー溶接して、封口板２を外装缶１の開口部１０に接合して密閉型電池を製造する。密閉型電池の製造方法は、封口板２の外周縁部と外装缶１の開口縁部の少なくとも一方に切欠部２１、１１を設ける成形工程と、電極体３を外装缶１に収納すると共に、外装缶１の開口部１０に封口板２を嵌入して、成形工程で設けた切欠部２１、１１によって、外装缶１の開口縁と封口板２の外周縁の境界に沿う切欠溝４を設ける挿入工程と、切欠溝４に沿ってレーザー光を照射して溶接する溶接工程とからなる。さらに、密閉型電池の製造方法は、溶接工程において、切欠溝４の溝底部４Ａを溶接することなく、切欠溝４の開口部４Ｂ側において、封口板２の外周縁部と外装缶１の開口縁部とを互いに接合している。
【００１８】
以上の密閉型電池の製造方法は、溶接部分にブローホールが生成されるのを有効に防止して、外装缶の開口部に封口板を強固に固定できる特徴がある。それは、この製造方法が、外装缶の開口縁と封口板の外周縁の境界に設けた切欠溝に沿ってレーザー光を照射する溶接工程において、切欠溝の溝底部を溶接することなく、切欠溝の開口部側において、封口板の外周縁部と外装缶の開口縁部とを互いに接合しているからである。この製造方法では、切欠溝の溝底部を溶接することなく、切欠溝の対向する内面同士を、溶融された金属で接合するので、この溶融池の下面が金属部分に接触して熱が奪われることがなく、溶融点を超えた高温状態に加熱して、ブローホールの生成を有効に防止できる。したがって、外装缶と封口板との溶接部分を安定した形状に成形して、封口板を外装缶により強固に接合できる。
【００１９】
本発明の密閉型電池の製造方法は、溶接工程において、レーザー光を照射する溶接部に不活性ガスを供給すると共に、この不活性ガスを、外装缶１の深さ方向、ないし、この方向から傾斜する方向から供給して、切欠溝４の溝底部４Ａに供給することができる。
この製造方法は、溶接工程において、切欠溝の溝底部に供給する不活性ガスを、外装缶と封口板とを接合する溶融池の下側面に効果的に供給できるので、この部分にブローホールが生成されるのをより確実に阻止できる特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の密閉型電池の外装缶に封口板をレーザー溶接する状態を示す断面図である。
【図２】図１に示す密閉型電池のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】従来の他の密閉型電池の外装缶に封口板をレーザー溶接する状態を示す断面図である。
【図４】図３に示す密閉型電池のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】本発明の一実施例にかかる密閉型電池の分解正面図である。
【図６】本発明の一実施例にかかる密閉型電池の外装缶に封口板をレーザー溶接する状態を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施例にかかる密閉型電池の外装缶に封口板をレーザー溶接する状態を示す要部拡大断面図である。
【図８】図７に示す密閉型電池のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】本発明の他の実施例にかかる密閉型電池の外装缶に封口板をレーザー溶接する状態を示す断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例にかかる密閉型電池の外装缶に封口板をレーザー溶接する状態を示す断面図である。
【図１１】本発明の他の実施例にかかる密閉型電池の外装缶に封口板をレーザー溶接する状態を示す断面図である。
【図１２】本発明の他の実施例にかかる密閉型電池の外装缶に封口板をレーザー溶接する状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための密閉型電池とその製造方法を例示するものであって、本発明は密閉型電池とその製造方法を以下の構造に特定しない。
【００２２】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００２３】
本発明の一実施例にかかる密閉型電池を図５と図６に示している。これらの図に示す密閉型電池は、リチウムイオン二次電池としている。ただ、本発明は、密閉型電池をリチウムイオン二次電池には特定しない。本発明は、二次電池及び一次電池を問わず、外装缶の開口部に封口板をレーザー溶接して密閉してなる全ての電池が使用できる。したがって、電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池とし、あるいは、マンガン電池やアルカリ電池、リチウム電池等の一次電池とすることもできる。
【００２４】
さらに、図の密閉型電池は、角形電池としている。とくに、角形電池は、円筒形電池のようにカシメ加工による封口板の封止が難しいので、封口板をレーザー溶接して外装缶の開口部に接合する密閉型電池として有効である。ただ、本発明の密閉型電池は、角形電池には特定せず、円筒形電池とすることもできる。
【００２５】
図５と図６に示す密閉型電池は、有底の外装缶１の内部に、正極板と負極板とがセパレータを介して積層されてなる電極体３を収納すると共に、非水電解液（図示せず）を注入している。さらに、密閉型電池は、外装缶１の開口部１０を封口板２で封止して密閉構造としている。外装缶１に収納される電極体３と、注入される非水電解液は、公知の材料、公知の方法を用いて製作することができる。
【００２６】
外装缶１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属板を有底の筒形に成形したものである。この外装缶１は、金属板を深絞り加工することによって、有底の筒形に成形して作製される。図に示す密閉型電池は、角形電池とするので、外装缶１の形状を長方形の角筒状としている。
【００２７】
封口板２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる所定の厚さの金属板を、外装缶１の開口部１０に嵌入できるように、外装缶１の開口部１０の内形とほぼ等しい外形、正確には、多少小さい外形に成形したものである。この封口板２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金である平板をパンチで打ち抜いて所定の外形に成形する。図に示す密閉型電池は、外装缶１の形状を長方形の角筒状とするので、封口板２の外形を外装缶１の開口部１０と同じ長方形状としている。
【００２８】
さらに、封口板２は、外装缶１に収納される電極体３から外部に出力するために、出力端子８を備えている。図に示す密閉型電池は、封口板２を貫通する２つの出力端子８である正負の出力端子を有している。正負の出力端子は、一方を電極体３の正極板に、他方を電極体３の負極板にそれぞれ接続している。これらの出力端子８は、絶縁部材９を介して封口板２に固定されており、出力端子８を封口板２及び外装缶１から絶縁している。ただ、密閉型電池は、必ずしも２つの出力端子を封口板に設ける必要はない。密閉型電池は、電極体の正極板と負極板のいずれか一方を出力端子に接続して封口板に絶縁状態で固定すると共に、正極板と負極板の他方を外装缶１や封口板２に接続して出力端子とすることもできる。
【００２９】
封口板２に設けた正負の出力端子８は、電極体３の正負の電極板に接続されており、図５に示すように、出力端子８に接続された電極体３と封口板２とを一体的に外装缶１に収納している。さらに、電極体３と封口板２とを外装缶１に挿入した状態で、封口板２の外周部を外装缶１の開口部１０にレーザー溶接して固定している。
【００３０】
さらに、密閉型電池は、図７の要部拡大断面図に示すように、外装缶１の開口縁と封口板２の外周縁の境界に沿って切欠溝４を設けている。図の密閉型電池は、この切欠溝４に沿ってレーザー光を照射して、レーザー光で溶融された金属（溶融池７）によって、封口板２の外周部を外装缶１の開口部１０に接合している。図の切欠溝４は、その横断面形状を、溝底に向かって幅の狭くなる形状としている。この形状の切欠溝４は、開口部１０の横幅（Ｗ）を広くして、この部分から供給される不活性ガスを効果的に溝底部４Ａに供給できる特徴がある。ただ、切欠溝は、溝底に向かって幅が狭くなる形状には特定しない。
【００３１】
さらに、密閉型電池は、外装缶１と封口板２の溶接部分に切欠溝４を設けることにより、レーザー光で溶融される金属の溶融量を少なくして、切欠溝４の全体に溶融池７を充填することなく、すなわち、切欠溝４の全体を溶接することなく、外装缶１と封口板２とを接合している。図の密閉型電池は、切欠溝４の溝底部４Ａを溶接することなく、切欠溝４の開口部４Ｂ側の対向する内面を溶融池７によって橋渡しするように連結してアーチ状の溶融連結部５を設けている。この溶融連結部５の下方であって切欠溝４の溝底部４Ａには、溶接されない非溶接隙間６が形成されている。この構造の密閉型電池は、切欠溝４の対向する内面同士を溶融池７でアーチ状に連結することにより、この溶融池７の下面が外装缶１及び封口板２に接触するのを阻止している。このため、溶融池７の下面側は、金属に接触して熱を奪われることがなく、溶融点を超えた高温状態に加熱されて、ブローホールの生成が抑制される。さらに、切欠溝４の対向する内面を溶融池７でアーチ状に連結することにより、図８に示すように、この溶融池７の下方にできる空間に不活性ガスを供給して、この部分にブローホールが生成されるのをより効果的に阻止できる。すなわち、切欠溝４の溝底部４Ａに形成される非溶接隙間６に不活性ガスを供給しながらレーザー溶接することで、溶融連結部５にブローホールが生成されるのを有効に阻止できる。
【００３２】
以上のようにして成形される溶融連結部５は、高温に加熱された溶融池７の下面側が金属部分に接触して熱が奪われるのを阻止することで、溶解された水素が放出されるのを有効に防止できることに加えて、図８に示すように、溶融池７の上下の両面に不活性ガスが供給される条件下で溶融連結部５が成形されることとの相乗効果で、溶融連結部５の内部にブローホールが生成されるのを確実に阻止できる。ただ、本発明の製造方法は、必ずしも不活性ガスを供給する条件下においてレーザー溶接する必要はない。
【００３３】
以上の密閉型電池は、切欠溝４の深さ（Ｄ）を溶融連結部５となる溶融池７の厚さよりも大きくすることにより、溶融連結部５の下方に非溶接隙間６を設けている。ここで、切欠溝４の深さ（Ｄ）は、封口板２の厚さ（ｈ）の０．２倍ないし０．７倍、好ましくは、０．３倍ないし０．４倍とすることができる。また、切欠溝４の深さ（Ｄ）は、溶融連結部５の最小厚さ（ｄ）の１．１倍ないし２．０倍、好ましくは、１．２倍ないし１．５倍とすることができる。
【００３４】
さらに、密閉型電池は、切欠溝４の開口部４Ｂの横幅（Ｗ）を広くすると、不活性ガスを切欠溝４の溝底部４Ａまで供給しやすくなるが、レーザー溶接時に溶融される金属の溶融量が少なくなると共に、切欠溝４の対向する内面を橋渡し状態に連結する距離が長くなる。反対に、切欠溝４の開口部４Ｂの横幅（Ｗ）を狭くすると、レーザー溶接時に溶融される金属の溶融量が多くなり、また、開口部４Ｂの対向する内面を橋渡し状態に連結する距離が短くなる。本発明では、切欠溝４において、外装缶１の開口部１０に封口板２の外周部を溶接するが、このとき、切欠溝４の溝底部４Ａを溶接することなく、切欠溝４の対向する内面を溶融池７で連結して接合する。このため、レーザー光の照射によって溶融される金属の溶融量が多すぎると、切欠溝４の溝底部４Ａにも溶融池７が充填されて、溝底部４Ａが溶接される状態となる。したがって、切欠溝４の開口部４Ｂの大きさは、レーザー光で溶融される金属の溶融量が、切欠溝４の対向する内面を溶融池７で連結するが、切欠溝４の溝底部４Ａまで充填されることがない量となるように調整する。これらのことを考慮して、切欠溝４の開口部４Ｂの横幅（Ｗ）は、最適な数値となるように設計する。たとえば、切欠溝の開口部の横幅（Ｗ）は、封口板の厚さ（ｈ）の０．０５倍ないし０．２倍であって、外装缶の肉厚（ｔ）の０．２倍ないし０．４倍とすることができる。
【００３５】
図７に示す密閉型電池は、封口板２の外周縁部に切欠部２１を設けており、この切欠部２１によって、封口板２の外周部と外装缶１の開口部１０との境界部分に切欠溝４を設けている。図７に示す封口板２は、外周部の上側角部を斜めに切り欠いた形状であって、外装缶１の開口縁に沿うリング状の切欠部２１を設けている。この密閉型電池は、断面形状を傾斜面とする切欠部２１によって、切欠溝４の横断面形状を、溝底に向かって次第に幅の狭くなる形状としている。切欠部２１である傾斜面の傾斜角（θ）は、切欠溝の深さ（Ｄ）と開口部の横幅（Ｗ）で特定されるが、たとえば、１０度ないし３０度とすることができる。
【００３６】
さらに、図７に示すように、切欠溝４の断面形状を溝底に向かって次第に狭くする構造は、レーザー溶接時において、溶融される金属の溶融量が多少変動する状態においても、溶融連結部５を形成する溶融池７の下面の形状を変形させて、溶融量の変動を吸収できる特徴がある。これにより、溶融連結部５を連続的に同一の形態に維持しながら、断面積を調整できる。
【００３７】
さらに、図９に示す密閉型電池は、封口板２の外周部の上側角部を湾曲して切り欠いた形状の切欠部２１を設けている。この密閉型電池は、断面形状を傾斜面とする切欠部２１によって、切欠溝４の横断面形状を、溝底に向かって次第に幅の狭くなる形状としている。
【００３８】
さらに、図１０に示す密閉型電池は、封口板２の外周部の上側角部を階段状に切り欠いた段差形状の切欠部２１を設けている。この密閉型電池は、断面形状を段差面とする切欠部２１によって、切欠溝４の横断面形状を、溝底に向かって幅の狭くなる形状としている。
【００３９】
以上のように、封口板２に設けられる切欠部２１は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる平板をパンチで打ち抜いて所定の外形に成形する製造工程において、同時に形成することができる。封口板２の製造工程において、パンチで打ち抜かれる封口板２の外周部の形状は、使用するパンチの形状に沿う形状となる。したがって、封口板２の製造工程において、切欠部２１を設ける部分と対向する部分に成形凸部を設けたパンチを使用することによって、封口板２を所定の外形に成形しながら、封口板２の外周部に切欠部２１を形成できる。この方法によると、封口板２を成形する工程において、封口板２の外周部に容易に切欠部２１を設けることができるので、封口板２に切欠部２１を設けるための個別の工程を設けることなく、効率よく成形できる。ただ、切欠部は、必ずしもパンチによるプレス加工で形成する必要はなく、別工程において設けることもできる。たとえば、平板をパンチで打ち抜いて封口板を所定の外形に成形した後、封口板の外周縁部を切削加工して、すなわち、外周縁部を切り欠いて切欠部を設けることもできる。
【００４０】
さらに、図１１に示す密閉型電池は、外装缶１の内周縁部に切欠部１１を設けており、この切欠部１１によって、封口板２の外周部と外装缶１の開口部１０との境界部分に切欠溝４を設けている。図１１に示す外装缶１は、外装缶１の開口縁部の角部を斜めに切り欠いた形状であって、封口板２の外周縁に沿うリング状の切欠部１１を設けている。この密閉型電池は、断面形状を傾斜面とする切欠部１１によって、切欠溝４の横断面形状を、溝底に向かって次第に幅の狭くなる形状としている。このように、外装缶１に設ける切欠部１１によって形成される切欠溝４も、深さ（Ｄ）や、開口部４Ｂの横幅（Ｗ）、傾斜面の傾斜角（θ）を前述の範囲とすることができる。
【００４１】
外装缶１の開口部１０に設けられる切欠部１１は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属板を、ダイスとポンチを使用して有底の筒形に深絞り加工する製造工程において、同時に形成することができる。深絞り加工で成形される外装缶１の内形は、使用するポンチの外形に沿う形状となるので、切欠部１１を設ける部分と対向する部分に成形凸部を設けたポンチを使用することによって、外装缶１の開口部１０となる部分の内周縁部に切欠部１１を形成できる。この方法によると、外装缶１を成形する工程において、外装缶１の開口縁部に容易に切欠部１１を設けることができるので、外装缶１に切欠部１１を設けるための個別の工程を設けることなく、効率よく成形できる。ただ、切欠部は、必ずしもポンチによる深絞り工程で形成する必要はなく、別工程において切欠部を設けることもできる。たとえば、金属板を深絞り加工で所定の形状に成形した後、開口縁部を切削加工して、すなわち、外装缶の内周縁部を切り欠いて切欠部を設けることもできる。
【００４２】
図７、及び図９ないし図１１の切欠溝４は、封口板２の外周縁部と外装缶１の開口縁部のいずれか一方に切欠部２１、１１を設けており、この切欠部２１、１１によって切欠溝４を設けている。ただ、密閉型電池は、図１２に示すように、封口板２の外周縁部と外装缶１の開口縁部の両方に切欠部２１、１１を設けて、これらの切欠部２１、１１を互いに対面させて切欠溝４を設けることもできる。図に示す密閉型電池は、封口板２の外周部の上側角部に、垂直方向に伸びると共に、下端に湾曲部を設けた切欠部２１を設けると共に、外装缶１の開口縁部には、傾斜面である切欠部１１を設けて切欠溝４としている。
【００４３】
以上の密閉型電池は、以下の工程で製造される。
（１）アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる金属板を深絞り加工して、有底の筒形に成形してなる外装缶１を成形する。さらに、外装缶１に切欠部１１を設ける密閉型電池においては、この工程において、外装缶１の開口縁部に切欠部１１を設けることができる。
（２）アルミニウムまたはアルミニウム合金である平板をパンチで打ち抜いて所定の外形の封口板２を成形する。さらに、封口板２に切欠部２１を設ける密閉型電池においては、この工程において、封口板２の外周縁部に切欠部２１を設けることができる。
（３）封口板２に、絶縁部材９を介して出力端子８を固定すると共に、この出力端子８に電極体３の正極板と負極板を接続する。
（４）図５に示すように、電極体３と封口板２とを一体的に外装缶１に収納する。この状態で、外装缶１の開口縁部と封口板２の外周縁部との境界部分に切欠溝４が形成される。
（５）切欠溝４に沿ってレーザー光を照射して、レーザー光で溶融された金属（溶融池７）によって、封口板２の外周部を外装缶１の開口部１０に接合する。このとき、切欠溝４の溝底部４Ａを溶接することなく、切欠溝４の開口部４Ｂ側の対向する内面を溶融池７によって橋渡しするように連結して、封口板２の外周縁部と外装缶１の開口縁部とを互いに接合する。
さらに、レーザー溶接する工程において、好ましくは溶接部分に不活性ガスを供給する。不活性ガスは、溶接時においてブローホールの生成を抑制する窒素等のガスである。溶接部分に供給される不活性ガスは、図７ないし図１２に示すように、外装缶１の深さ方向、ないし、この方向から傾斜する方向から供給する。これにより、不活性ガスを切欠溝４の溝底部４Ａに、より効果的に供給できる。切欠溝４の溝底部４Ａに供給される不活性ガスは、図８に示すように、溶融池７の下面に供給されてこの部分にブローホールが生成されるのを効果的に阻止する。
（６）レーザー光を切欠溝４に沿って走査し、封口板２の外周部の全周を外装缶１の開口部の内周に接合する。リング状の切欠溝４は、図７、及び、図９ないし図１２に示すように開口部４Ｂ側の対向する内面がアーチ状の溶融連結部５で連続して連結されると共に、溝底部４Ａには、図８に示すように非溶接隙間６が連続する状態で形成される。この状態で、外装缶１の開口部が封口板２で密閉される。
（７）その後、封口板２に設けた注液口（図示せず）から外装缶１の内部に電解液を注液し、その後、注液口を気密に封止する。
【符号の説明】
【００４４】
１…外装缶
２…封口板
３…電極体
４…切欠溝 ４Ａ…溝底部
４Ｂ…開口部
５…溶融連結部
６…非溶接隙間
７…溶融池７
８…出力端子
９…絶縁部材
１０…開口部
１１…切欠部
２１…切欠部
８０…ブローホール
８１…外装缶 ８１Ａ…テーパー面
８２…封口板 ８２Ａ…テーパー面
８４…溶接用溝 ８４Ａ…溝底部
８６…溶接中央部
８７…溶接周辺部
９０…ブローホール
９１…外装缶
９２…封口板
９６…溶接中央部
９７…溶接周辺部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極体(3)を収納してなる外装缶(1)の開口部(10)に封口板(2)が嵌入され、前記外装缶(1)の開口部(10)と前記封口板(2)の外周部の境界に沿ってレーザー溶接されて、前記封口板(2)が前記外装缶(1)の開口部(10)に接合されてなる密閉型電池において、
前記封口板(2)の外周縁部と前記外装缶(1)の開口縁部の少なくとも一方に切欠部(21)、(11)を設けて、前記外装缶(1)の開口縁と前記封口板(2)の外周縁の境界に沿う切欠溝(4)が設けられており、前記切欠溝(4)に沿ってレーザー溶接して、前記切欠溝(4)の対向する内面を溶融連結部(5)で互いに連結して前記封口板(2)の外周縁部と前記外装缶(1)の開口縁部を接合すると共に、前記切欠溝(4)の溝底部(4A)は溶接することなく非溶接隙間(6)を設けてなることを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
前記切欠溝(4)の深さ（Ｄ）が、前記封口板(2)の厚さ（ｈ）の０．２倍ないし０．７倍であって、前記溶融連結部(5)の最小厚さ（ｄ）の１．１倍ないし２．０倍である請求項１に記載される密閉型電池。
【請求項３】
前記切欠溝(4)の横断面形状が、溝底に向かって幅の狭くなる形状である請求項１または２に記載される密閉型電池。
【請求項４】
前記切欠部(21)、(11)の横断面形状が、傾斜面、湾曲面、または段差面のいずれかである請求項３に記載される密閉型電池。
【請求項５】
前記外装缶(1)及び前記封口板(2)が、アルミニウムまたはアルミニウム合金である請求項１ないし４のいずれかに記載される密閉型電池。
【請求項６】
電極体(3)を収納してなる外装缶(1)の開口部(10)に封口板(2)を嵌入し、前記外装缶(1)の開口部(10)と前記封口板(2)の外周部の境界に沿ってレーザー溶接して、前記封口板(2)を前記外装缶(1)の開口部(10)に接合する密閉型電池の製造方法であって、
前記封口板(2)の外周縁部と前記外装缶(1)の開口縁部の少なくとも一方に切欠部(21)、(11)を設ける成形工程と、
前記電極体(3)を前記外装缶(1)に収納すると共に、前記外装缶(1)の開口部(10)に前記封口板(2)を嵌入して、前記成形工程で設けた切欠部(21)、(11)によって、前記外装缶(1)の開口縁と前記封口板(2)の外周縁の境界に沿う切欠溝(4)を設ける挿入工程と、
前記切欠溝(4)に沿ってレーザー光を照射して溶接する溶接工程とからなり、
前記溶接工程において、前記切欠溝(4)の溝底部(4A)は溶接することなく、前記切欠溝(4)の開口部(4B)側において、前記封口板(2)の外周縁部と前記外装缶(1)の開口縁部とを互いに接合することを特徴とする閉型電池の製造方法。
【請求項７】
前記溶接工程において、レーザー光を照射する溶接部に不活性ガスを供給すると共に、この不活性ガスを、前記外装缶(1)の深さ方向、ないし、この方向から傾斜する方向から供給して、前記切欠溝(4)の溝底部(4A)に供給する請求項６に記載される密閉型電池の製造方法。
【請求項１】
電極体(3)を収納してなる外装缶(1)の開口部(10)に封口板(2)が嵌入され、前記外装缶(1)の開口部(10)と前記封口板(2)の外周部の境界に沿ってレーザー溶接されて、前記封口板(2)が前記外装缶(1)の開口部(10)に接合されてなる密閉型電池において、
前記封口板(2)の外周縁部と前記外装缶(1)の開口縁部の少なくとも一方に切欠部(21)、(11)を設けて、前記外装缶(1)の開口縁と前記封口板(2)の外周縁の境界に沿う切欠溝(4)が設けられており、前記切欠溝(4)に沿ってレーザー溶接して、前記切欠溝(4)の対向する内面を溶融連結部(5)で互いに連結して前記封口板(2)の外周縁部と前記外装缶(1)の開口縁部を接合すると共に、前記切欠溝(4)の溝底部(4A)は溶接することなく非溶接隙間(6)を設けてなることを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
前記切欠溝(4)の深さ（Ｄ）が、前記封口板(2)の厚さ（ｈ）の０．２倍ないし０．７倍であって、前記溶融連結部(5)の最小厚さ（ｄ）の１．１倍ないし２．０倍である請求項１に記載される密閉型電池。
【請求項３】
前記切欠溝(4)の横断面形状が、溝底に向かって幅の狭くなる形状である請求項１または２に記載される密閉型電池。
【請求項４】
前記切欠部(21)、(11)の横断面形状が、傾斜面、湾曲面、または段差面のいずれかである請求項３に記載される密閉型電池。
【請求項５】
前記外装缶(1)及び前記封口板(2)が、アルミニウムまたはアルミニウム合金である請求項１ないし４のいずれかに記載される密閉型電池。
【請求項６】
電極体(3)を収納してなる外装缶(1)の開口部(10)に封口板(2)を嵌入し、前記外装缶(1)の開口部(10)と前記封口板(2)の外周部の境界に沿ってレーザー溶接して、前記封口板(2)を前記外装缶(1)の開口部(10)に接合する密閉型電池の製造方法であって、
前記封口板(2)の外周縁部と前記外装缶(1)の開口縁部の少なくとも一方に切欠部(21)、(11)を設ける成形工程と、
前記電極体(3)を前記外装缶(1)に収納すると共に、前記外装缶(1)の開口部(10)に前記封口板(2)を嵌入して、前記成形工程で設けた切欠部(21)、(11)によって、前記外装缶(1)の開口縁と前記封口板(2)の外周縁の境界に沿う切欠溝(4)を設ける挿入工程と、
前記切欠溝(4)に沿ってレーザー光を照射して溶接する溶接工程とからなり、
前記溶接工程において、前記切欠溝(4)の溝底部(4A)は溶接することなく、前記切欠溝(4)の開口部(4B)側において、前記封口板(2)の外周縁部と前記外装缶(1)の開口縁部とを互いに接合することを特徴とする閉型電池の製造方法。
【請求項７】
前記溶接工程において、レーザー光を照射する溶接部に不活性ガスを供給すると共に、この不活性ガスを、前記外装缶(1)の深さ方向、ないし、この方向から傾斜する方向から供給して、前記切欠溝(4)の溝底部(4A)に供給する請求項６に記載される密閉型電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２０４３９６（Ｐ２０１１−２０４３９６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６８７３３（Ｐ２０１０−６８７３３）
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【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２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２４日（２０１０．３．２４）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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