溶接方法、電池並びに組電池の製造方法、および、電池
【課題】 レーザ溶接時の溶接クラックを低減することが可能な溶接方法、この溶接方法を用いた電池及び組電池の製造方法、これらの方法で製造された電池を提供する。
【解決手段】 実施形態によれば、電池の端子と接続バー１３とをレーザ溶接する溶接方法が提供される。レーザ溶接を溶接軌跡が複数に分割され、かつ分割された溶接軌跡１６1〜１６4それぞれの終端１７1〜１７4が、隣接する溶接軌跡の始端と重なるように行う。
【解決手段】 実施形態によれば、電池の端子と接続バー１３とをレーザ溶接する溶接方法が提供される。レーザ溶接を溶接軌跡が複数に分割され、かつ分割された溶接軌跡１６1〜１６4それぞれの終端１７1〜１７4が、隣接する溶接軌跡の始端と重なるように行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、溶接方法、電池、組電池、電池の製造方法、及び、組電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
角形電池を単セルとして用いた組電池において、単セル間を電気的に接続する手法として、例えば、単セル同士の電極端子間に接続バーをレーザ溶接し、電極端子間を接続バーを介して電気的に接続する方法が挙げられる。レーザ溶接には、電極端子の凸形状に合った嵌め込み可能な丸穴もしくは角穴を接続バーに開け、その穴を電極端子に嵌め込み後にその境界線をレーザ溶接する突合せ方式の溶接方法がある。また、電極端子の上面に接続バーを重ね、重ね合わせて行う溶接方式もある。
【０００３】
組電池の信頼性を高めるため、レーザ溶接時の溶接クラックの発生を低減することが要望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１１１２４６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザ溶接時の溶接クラックを低減することが可能な溶接方法、この溶接方法を用いた電池及び組電池の製造方法、および、これらの方法で製造された電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、電池の端子と接続バーとをレーザ溶接する溶接方法が提供される。レーザ溶接を溶接軌跡が複数に分割され、かつ分割された溶接軌跡それぞれの終端が、隣接する溶接軌跡の始端と重なるように行う。
【０００７】
また、実施形態によれば、電池の端子と接続バーとをレーザ溶接する溶接方法が提供される。レーザ溶接により第１の溶接軌跡を形成する。次いで、第１の溶接軌跡と対向する箇所にレーザ溶接により第２の溶接軌跡を形成する。第１の溶接軌跡及び第２の溶接軌跡を形成する工程を少なくとも１回行うことにより、電池の端子と接続バーがレーザ溶接される。
【０００８】
実施形態によれば、外装缶と、外装缶の開口部に配置された蓋と、蓋に設けられた端子と、端子にレーザ溶接された接続バーを備えた電池の製造方法が提供される。レーザ溶接が、実施形態に係るいずれかの方法で行われる。また、電池を複数個と、電池の端子間を電気的に接続する接続バーとを備えた組電池の製造方法が提供される。端子と接続バーとのレーザ溶接が、実施形態に係るいずれかの方法で行われる。さらに、実施形態によれば、実施形態に係る方法で製造された電池及び組電池が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る組電池の部分分解斜視図。
【図２】図１に示す組電池における端子と接続バーとの溶接軌跡を示す模式図。
【図３】実施形態における重ね合せ方式の溶接工程を示す断面図。
【図４】実施形態の方法で溶接された端子と接続バーとの溶接部を模式的に示す断面図。
【図５】図１の単セルに用いられる電極群を示す部分展開斜視図。
【図６】第１の実施形態に係る組電池の部分分解斜視図。
【図７】第２の実施形態に係る組電池における端子と接続バーとの溶接軌跡を示す模式図。
【図８】第３の実施形態に係る電池の部分分解斜視図。
【図９】図８に示す電池の上面図。
【図１０】実施例１の溶接方法を示す断面図。
【図１１】実施例２の溶接方法を示す断面図。
【図１２】実施例１，２の溶接軌跡を示す模式図。
【図１３】比較例１，２の溶接軌跡を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る組電池の部分分解斜視図であり、図５は、図１の単セルに用いられる電極群を示す部分展開斜視図である。図１に示すように、組電池１は、複数の単セル２を備える。単セル２は、例えば、角形非水電解質電池が挙げられる。単セル２は、それぞれ、有底角筒形状をなす外装缶３と、外装缶３の開口部に配置された矩形板状の蓋４と、蓋４に設けられた正極端子５及び負極端子６とを備える。外装缶３及び蓋４は、例えば、金属、合金のような導電性材料から形成される。導電性材料には、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄あるいはステンレスなどを挙げることができる。
【００１２】
外装缶３内には、図５に示す電極群７と、非水電解液（図示しない）が収容されている。図５に示すように、電極群７は、例えば、シート状の正極８とシート状の負極９との間にセパレータ１０を挟んで渦巻状に捲回した後、全体を扁平形状に加圧成形することにより作製される。正極タブ１１は、電極群７の正極８に電気的に接続され、電極群７の上端面から上向きに導出されている。一方、負極タブ１２は、電極群７の負極９に電気的に接続され、電極群７の上端面から上向きに導出されている。なお、図５の例は、扁平渦巻き形状の電極群であるが、電極群の構造は特に限定されず、例えば、正極と負極をその間にセパレータを介在させながら交互に積層した積層型電極群を使用することが可能である。
【００１３】
正極端子５及び負極端子６は、それぞれ、上面が矩形の凸部からなる。正極端子５は、正極タブ１１と電気的に接続され、負極端子６は、負極タブ１２と電気的に接続されている。負極活物質に炭素系材料を使用するリチウムイオン二次電池の場合、正極端子５は一般的に、アルミニウムあるいはアルミニウム合金が使用され、負極端子６は、銅、ニッケル、ニッケルメッキされた鉄などの金属が使用される。また、負極活物質にチタン酸リチウムを使用する場合は、上記に加え、負極端子６にアルミニウムあるいはアルミニウム合金を使用してもかまわない。
【００１４】
図１に示すように、組電池１は、複数の接続バー１３を備えている。接続バー１３は、単セル２間の配線、あるいは単セル２もしくは組電池１から外部に電気エネルギーを取り出すために使用される。接続バー１３は、それぞれ、矩形板状をなし、複数（例えば２個）の貫通孔１４ａ，１４ｂを有する。接続バー１３は、金属や合金のような導電性を有する材料から形成されている。具体的には、アルミニウム、アルミニウム合金等が挙げられる。
【００１５】
一方の接続バー１３は、貫通孔１４ａが、一方の単セル２（図１の奥側）の正極端子５上に重ねられ、貫通孔１４ｂが、他方の単セル２（図１の手前側）の負極端子６上に重ねられている。この接続バー１３は単セル２間の配線として使用される。別の接続バー１３は、貫通孔１４ｂが、図１の奥側に位置する単セル２の負極端子６上に重ねられている。この接続バー１３は、組電池１から外部に電気エネルギーを取り出すために使用される。なお、単セル２間の電気的接続は、直列に限らず、並列接続も可能である。
【００１６】
接続バー１３と正負極端子５，６との溶接方法を図２〜図４を参照して説明する。図２は、図１に示す組電池における単セルの端子と接続バーとの溶接軌跡を示す模式図で、図３は、図２に示す端子と接続バーとの重ね合せ部にレーザ照射している状態を模式的に示す断面図で、図４は、図２に示す端子と接続バーとの溶接部を模式的に示す断面図である。図２及び図３に示すように、接続バー１３の貫通孔１４ｂの周縁と、負極端子６の上面とが重なった部分に、接続バー１３の上方からレーザ光１５を照射する。レーザ光１５は、特に限定されるものではないが、例えば、ＹＡＧレーザを挙げることができる。
【００１７】
レーザ光１５は、その軌跡が複数の円弧に分割されるように照射される。その際、溶接軌跡の始端が、前の工程で形成された溶接軌跡の終端に重なるように行うことが望ましい。例えば図２に示すように、レーザ光１５の照射により、第１の溶接軌跡１６1を円弧状に形成する。第１の溶接軌跡１６1の終端１７1が固化する前に、第２の溶接軌跡１６2をその始端が第１の溶接軌跡１６1の終端１７1に重なるように形成する。次いで、第２の溶接軌跡１６2の終端１７2が固化する前に、第３の溶接軌跡１６3をその始端が第２の溶接軌跡１６2の終端１７2に重なるように形成する。ひきつづき、第３の溶接軌跡１６3の終端１７3が固化する前に、第４の溶接軌跡１６4をその始端が第３の溶接軌跡１６3の終端１７3に重なるように形成する。また、第４の溶接軌跡１６4の終端１７4は、第１の溶接軌跡１６1の始端に重ねる。このようにして正負極端子５，６に接続バー１３を重ね合せ方式で溶接する。
【００１８】
溶接軌跡を複数に分割することにより、溶接時に、同時に溶融する金属の体積量を減らすことができるため、固化する際に発生する収縮ひずみ量を減少させることができる。また、次の溶接軌跡を形成するまでの期間が休止時間となるため、溶接時に発生する、正負極端子に加わる過度な温度上昇を抑制することができる。しかし、溶接軌跡の終端では、レーザ光により溶融した金属が広がり易いため、金属密度の低い疎な状態に陥りやすい。この状態になると、いわゆる高温割れと呼ばれる溶接クラックが多発する。溶接軌跡の終端が固化する前に、この終端を始端として次の溶接軌跡を形成することによって、金属密度の低い疎な部分が生成するのを回避できるため、溶接クラックを抑制することができる。その結果、電池及び組電池の信頼性を高めることができる。なお、溶接軌跡の分割数は特に限定されず、２以上の値にすることができる。
【００１９】
接続バー１３にはのぞき窓のないものを使用可能であるが、接続バー１３の貫通孔１４ａ，１４ｂに正負極端子５，６を重ね合せ溶接することにより、貫通孔１４ａ，１４ｂがのぞき窓として機能し、重ね合せ溶接時の下部被溶接体（正負極端子５，６）が露出するため、溶接済み部分を観察可能となり、溶接良否を外観で判定できる効果が得られる。
【００２０】
図３に例示されるように、負極端子６の上面と接続バー１３の貫通孔１４ｂの周縁との間に隙間１８を設けることにより、被溶接体の重ね部分に多く発生する気泡の逃げ道を確保する事ができるため、溶接部位１６1〜１６4内に発生する空洞部分１９の発生を抑制する効果が得られる。隙間１８の大きさは、下部被溶接体にレーザ光１５並びに溶融金属の熱エネルギーが到達する大きさであれば特に限定されるものではないが、被溶接体の板厚の１０分の一程度、例えば０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲にすることが望ましい。隙間１８は、被溶接部の一部に形成しても、全体に形成しても良い。なお、図３は、負極端子６を例にして記載されているが、正極端子５についても同様に適用することができる。
【００２１】
第１の実施形態の方法は、重ね合わせ溶接のみならず、突合せ溶接にも適用可能である。突合せ溶接が適用される組電池の例を図６に示す。なお、図１で説明したのと同様な部材は、同符号を付して重複する説明を省略する。組電池２０は、複数の単セル２を備える。各単セルの蓋４に設けられた正極端子５及び負極端子６は、それぞれ、上面が円形をした凸部である。正極端子５及び負極端子６は、それぞれ、絶縁部材２１を介して蓋４に固定されている。
【００２２】
接続バー１３の貫通孔１４ａ，１４ｂを正負極端子５，６に挿入し、正負極端子５，６の周縁と貫通孔１４ａ，１４ｂの周縁との境界にレーザ光を照射することにより、突合せ溶接で接続バー１３と正負極端子５，６とを接合することができる。溶接軌跡を複数の円弧に分割し、溶接軌跡の始端が、それよりも前の工程で形成された溶接軌跡の終端に重なるようにレーザ溶接を行うことによって、固化する際に発生する収縮ひずみ量を減少させることができ、正負極端子に加わる過度な温度上昇を抑制して絶縁部材２１の劣化を抑えることができ、溶接クラックを抑制することができる。
【００２３】
以上説明した第１の実施形態によれば、レーザ溶接時の溶接クラックの発生を抑制することができる。
【００２４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、電池の端子と接続バーとのレーザ溶接を、溶接軌跡が複数に分割されるように行う。第１の溶接軌跡を形成した後、第１の溶接軌跡と対向する箇所に第２の溶接軌跡を形成する工程を１回もしくは複数回繰り返すことにより、端子と接続バーとをレーザ溶接する。図７を参照して第２の実施形態を説明する。図７は、組電池における単セルの端子と接続バーとの溶接軌跡を示す模式図である。図１〜図６で説明したのと同様な部材は、同符号を付して重複する説明を省略する。
【００２５】
接続バー１３の貫通孔１４ｂの周縁と、負極端子６の上面とが重なった部分に、接続バー１３の上方からレーザ光を照射する。レーザ光は、特に限定されるものではないが、例えば、ＹＡＧレーザを挙げることができる。レーザ光は、その軌跡が複数の円弧に分割されるように照射される。まず、第１の溶接軌跡２２1を円弧状に形成する。第１の溶接軌跡２２1が固化した後、負極端子６を間に挟んで第１の溶接軌跡２２1と対向する箇所に、第２の溶接軌跡２２2を円弧状に形成する。ひきつづき、第３の溶接軌跡２２3を円弧状に形成する。第３の溶接軌跡２２3が固化した後、負極端子６を間に挟んで第３の溶接軌跡２２3と対向する箇所に、第４の溶接軌跡２２4を円弧状に形成する。このようにして接続バー１３の貫通孔１４ｂの周縁と負極端子６の上面とを重ね合わせ溶接により接合する。
【００２６】
第１の溶接軌跡２２1が固化する際、円弧の外周に向かう方向の収縮ひずみが発生する。第２の溶接軌跡２２2が固化する際にも円弧の外周に向かう方向の収縮ひずみが発生するが、第１の溶接軌跡２２1と対向する箇所に第２の溶接軌跡２２2が形成されているため、第１の溶接軌跡２２1が固化する際に生じた収縮ひずみを、第２の溶接軌跡２２2が固化する際の収縮ひずみで緩和することができる。また、第３の溶接軌跡２２3と対向する箇所に第４の溶接軌跡２２4を形成することによって、第３の溶接軌跡２２3が固化する際に生じた収縮ひずみを、第４の溶接軌跡２２4が固化する際の収縮ひずみで緩和することができる。その結果、溶接時に発生する収縮ひずみ量を少なくすることができるため、溶接クラックの発生を抑制する効果が得られる。これにより、電池及び組電池の信頼性を高めることができる。
【００２７】
また、第１，第３の溶接軌跡２２1，２２3が固化するまで待機し、第２，４の溶接軌跡２２2，２２4の形成前に休止時間を設けることにより、溶接時に発生する、正負極端子５，６に加わる過度な温度上昇を抑制することができる。第１，第２の溶接軌跡２２1，２２2の形成工程と第３，第４の溶接軌跡２２3，２２4の形成工程との間のような、工程間にも休止時間を設けることにより、正負極端子５，６に加わる過度な温度上昇と、溶接クラックの発生とを抑制する効果を高めることができる。
【００２８】
なお、図７では、第１〜第４の溶接軌跡２２1〜２２4それぞれの端部を隣接する溶接軌跡に重ねたが、重ねなくても溶接クラック抑制効果を得ることができる。また、図７では、溶接軌跡全体を４分割にしたが、２分割以上であれば分割数は特に限定されるものではない。
【００２９】
接続バーにはのぞき窓のないものを使用可能であるが、接続バーの貫通孔に正負極端子を重ね合せ溶接することにより、貫通孔がのぞき窓として機能し、重ね合せ溶接時の下部被溶接体（正負極端子）が露出するため、溶接済み部分を観察可能となり、溶接良否を外観で判定できる効果が得られる。
【００３０】
正負極端子の上面と接続バーの貫通孔の周縁との間に隙間を設けることにより、被溶接体の重ね部分に多く発生する気泡の逃げ道を確保する事ができるため、溶接部位内に発生する空洞部分の発生を抑制する効果が得られる。隙間の大きさは、第１の実施形態で説明したのと同様な範囲にすることができる。隙間は、被溶接部の一部に形成しても、全体に形成しても良い。
【００３１】
第２の実施形態の方法は、重ね合わせ溶接のみならず、突合せ溶接にも適用可能である。
【００３２】
以上説明した第２の実施形態によれば、レーザ溶接時の溶接クラックの発生を抑制することができる。
【００３３】
（第３の実施形態）
第１，第２の実施形態の溶接方法は、組電池の製造方法のみならず、電池（単電池）の製造方法にも適用可能である。第３の実施形態によれば、第１または第２の実施形態の溶接方法を用いた電池の製造方法が提供される。図８は、第３の実施形態の方法により製造される電池の部分分解斜視図で、図９は、図８に示す電池に接続バーが溶接された状態を示す上面図である。図１〜図７で説明したのと同様な部材は、同符号を付して重複する説明を省略する。
【００３４】
図８に示す電池２３は、図１に示す角形非水電解質電池２と同様な種類のものである。接続バー２５ａ，２５ｂは、それぞれ、矩形板状をなし、貫通孔２６ａ，２６ｂを有する。接続バー２５ａ，２５ｂは、金属や合金のような導電性を有する材料から形成されている。具体的には、アルミニウム、アルミニウム合金等が挙げられる。
【００３５】
図９に示すように、接続バー２５ａの端部が正極端子５上に重ねられ、また、接続バー２５ｂの端部が負極端子６上に重ねられる。接続バー２５ａ，２５ｂの下面と正負極端子５，６の上面とが重ね合わされた箇所を、重ね合せ方式のレーザ溶接で、かつ第１の実施形態（溶接軌跡を分割し、溶接軌跡の始端を前の工程で形成された溶接軌跡の終端に重ねる）または第２の実施形態（溶接軌跡を分割し、第１の溶接軌跡を形成した後、第１の溶接軌跡と対向する箇所に第２の溶接軌跡を形成する）に従った方法で接合することによって、溶接クラックの発生を抑制することができる。溶接軌跡を図９に符番２７で示す。なお、図９では、溶接軌跡２７が点線の円形で示されているが、これは、溶接軌跡２７の外形が円形であることを示しているに過ぎず、分割された溶接軌跡が重なっていない状態を示しているのではない。
【００３６】
接続バー２５ａ，２５ｂは、それぞれ、正負極端子５，６から電気エネルギーを取り出すためのものである。貫通孔２６ａ，２６ｂは、電池２３を別の電池と電気的に接続する際に取付孔として使用される。なお、図８及び図９は、重ね合わせ溶接の例であるが、第３の実施形態の電池の製造方法は、単電池の端子に接続バーを重ね合せ方式のレーザ溶接で接合する際に、第１の実施形態または第２の実施形態に従った方法で行うものに限定されない。単電池の端子に接続バーを突合せ方式のレーザ溶接で接合する際に、第１の実施形態または第２の実施形態に従った方法で行うことも、第３の実施形態の電池の製造方法に含まれる。
【００３７】
以下、第１〜第３の実施形態で使用可能な正極、負極、セパレータ及び電解液について説明する。
【００３８】
正極は、例えば、正極活物質を含むスラリーをアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる集電体に塗着することにより作製される。正極活物質としては、特に限定されるものではないが、リチウムを吸蔵放出できる酸化物や硫化物、ポリマーなどが使用できる。好ましい活物質としては、高い正極電位が得られるリチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウム燐酸鉄等が挙げられる。また、負極は、負極活物質を含むスラリーをアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる集電体に塗着することにより作製される。負極活物質としては、特に限定されるものではないが、リチウムを吸蔵放出できる金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、合金等が使用でき、好ましくは、リチウムイオンの吸蔵放出電位が金属リチウム電位に対して０．４Ｖ以上貴となる物質である。このようなリチウムイオン吸蔵放出電位を有する負極活物質は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金とリチウムとの合金反応を抑えられることから、負極集電体および負極関連構成部材へのアルミニウムもしくはアルミニウム合金の使用を可能とする。たとえば、チタン酸化物、リチウムチタン酸化物、タングステン酸化物、アモルファススズ酸化物、スズ珪素酸化物、酸化珪素などがあり、中でもリチウムチタン複合酸化物が好ましい。セパレータとしては、微多孔性の膜、織布、不織布、これらのうち同一材または異種材の積層物等を用いることができる。セパレータを形成する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合ポリマー、エチレン−ブテン共重合ポリマー等を挙げることができる。
【００３９】
電解液は、非水溶媒に電解質（例えば、リチウム塩）を溶解させることにより調製された非水電解液が用いられる。非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン等を挙げることができる。非水溶媒は、単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ過リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）等のリチウム塩を挙げることができる。電解質は単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。電解質の非水溶媒に対する溶解量は、０．２ｍｏｌ／Ｌ〜３ｍｏｌ／Ｌとすることが望ましい。
【００４０】
以下、図面を参照して実施例を説明する。
【００４１】
（実施例１）
アルミニウム合金を円柱状に成型した電極端子３０と、板厚が０．５ｍｍの矩形状のアルミニウム板からなる接続バー３１とを用意した。接続バー３１には、φ１０ｍｍの丸穴３２を設けた。
【００４２】
図１０の（ａ）に示すように、電極端子３０の上面に接続バー３１の丸穴３２の周縁を重ねた。この重なり部分に接続バー３１の上方からレーザ光を照射し、重ね合せ方式で溶接した。レーザ光の照射は、図１２に示すように、第１の溶接軌跡３３1を円弧状に形成し、第１の溶接軌跡３３1が固化した後、電極端子３０を間に挟んで第１の溶接軌跡３３1と対向する箇所に、第２の溶接軌跡３３2を円弧状に形成した。ひきつづき、第３の溶接軌跡３３3を、始端が第１の溶接軌跡３３1の終端と重なり、かつ終端が第２の溶接軌跡３３2の始端と重なるように円弧状に形成した。第３の溶接軌跡３３3が固化した後、電極端子３０を間に挟んで第３の溶接軌跡３３3と対向する箇所に、第４の溶接軌跡３３4を始端が第２の溶接軌跡３３2の終端と重なり、かつ終端が第１の溶接軌跡３３1の始端と重なるように円弧状に形成し、電極端子３０に接続バー３１を接合した。
【００４３】
実施例１の方法によると、図１０（ｂ）及び図１２に示すように、レーザ溶接軌跡を分割して溶接した際の最後の溶接軌跡（第４の溶接軌跡３３4）の終端部に少量のクラック３４が、電池１０個中３個の頻度で発生したが、他の箇所にクラックは発生しなかった。
【００４４】
（実施例２）
アルミニウム合金を成型し、上面に円形凸部３５を有する円柱状の電極端子３６を用意した。また、実施例１で使用したのと同様な種類の接続バー３１とを用意した。図１１の（ａ）に示すように、電極端子３６の凸部３５に接続バー３１の丸穴３２を嵌め込んだ。電極端子３６の凸部３５と丸穴３２の周縁との境界にレーザ光を照射し、突合せ方式で溶接した。レーザ光の照射は、実施例１と同様な方法で行い、電極端子３６に接続バー３１を接合した。
【００４５】
実施例２の方法によると、図１１（ｂ）に示すように、レーザ溶接軌跡を分割して溶接した際の最後の溶接軌跡（第４の溶接軌跡３３4）の終端部に少量のクラック３７が、電池１０個中３個の頻度で発生したが、他の箇所にクラックは発生しなかった。
【００４６】
また、図１０（ｂ）と図１１（ｂ）に示すように、溶接断面において、実施例１の重ね合せ溶接方式の場合の溶接クラック３４と、実施例２の突合せ方式の場合の溶接クラック３７では、発生位置が異なる結果となった。溶接方式の違いによるものである。
【００４７】
（比較例１）
溶接軌跡を複数に分割せず、円形にすること以外は、実施例１と同様な方法で重ね合せ溶接を行った。
【００４８】
（比較例２）
溶接軌跡を複数に分割せず、円形にすること以外は、実施例２と同様な方法で突合せ溶接を行った。
【００４９】
実施例及び比較例のレーザ条件は、連続発振タイプのＹＡＧレーザを使用し、１０００〜１５００Ｗのレーザ・パワー，１０〜１５ｍ／分の溶接速度とした。
【００５０】
図１３に示すように、比較例１，２による溶接結果では、溶接軌跡３８が円を描き、固化する際及び円弧が収縮する際に発生する収縮ひずみに起因すると考えられる溶接クラック３９と、溶接終端に集中する高温割れと呼ばれる溶接クラック４０が表れた。溶接クラック３９は、溶接終端以外の任意の位置に表れた。溶接クラックの発生頻度は、比較例１（重ね合せ溶接）では電池１０個中１０個とも発生した。また、比較例２（突合せ溶接）では、電池１０個中６個発生した。
【００５１】
以上の実施形態及び実施例によれば、溶接時のクラックの発生を抑制することが可能な溶接方法、この溶接方法を用いた電池及び組電池の製造方法、および、これらの方法で製造された電池を提供することができる。
【００５２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５３】
１，２０…組電池、２…単セル、３…外装缶、４…蓋、５…正極端子、６…負極端子、７…電極群、８…正極、９…負極、１０…セパレータ、１１…正極タブ、１２…負極タブ、１３，２５ａ，２５ｂ，３１…接続バー、１４ａ，１４ｂ，２６ａ，２６ｂ，３２…貫通孔、１５…レーザ光、１６1〜１６4，２２1〜２２4，３３1〜３３4…第１〜第４の溶接軌跡、１７1〜１７4…溶接軌跡の終端、１８…隙間、１９…溶接気泡、２３…電池、３０，３６…電極端子、３４，３７…溶接クラック。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、溶接方法、電池、組電池、電池の製造方法、及び、組電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
角形電池を単セルとして用いた組電池において、単セル間を電気的に接続する手法として、例えば、単セル同士の電極端子間に接続バーをレーザ溶接し、電極端子間を接続バーを介して電気的に接続する方法が挙げられる。レーザ溶接には、電極端子の凸形状に合った嵌め込み可能な丸穴もしくは角穴を接続バーに開け、その穴を電極端子に嵌め込み後にその境界線をレーザ溶接する突合せ方式の溶接方法がある。また、電極端子の上面に接続バーを重ね、重ね合わせて行う溶接方式もある。
【０００３】
組電池の信頼性を高めるため、レーザ溶接時の溶接クラックの発生を低減することが要望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１１１２４６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
レーザ溶接時の溶接クラックを低減することが可能な溶接方法、この溶接方法を用いた電池及び組電池の製造方法、および、これらの方法で製造された電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、電池の端子と接続バーとをレーザ溶接する溶接方法が提供される。レーザ溶接を溶接軌跡が複数に分割され、かつ分割された溶接軌跡それぞれの終端が、隣接する溶接軌跡の始端と重なるように行う。
【０００７】
また、実施形態によれば、電池の端子と接続バーとをレーザ溶接する溶接方法が提供される。レーザ溶接により第１の溶接軌跡を形成する。次いで、第１の溶接軌跡と対向する箇所にレーザ溶接により第２の溶接軌跡を形成する。第１の溶接軌跡及び第２の溶接軌跡を形成する工程を少なくとも１回行うことにより、電池の端子と接続バーがレーザ溶接される。
【０００８】
実施形態によれば、外装缶と、外装缶の開口部に配置された蓋と、蓋に設けられた端子と、端子にレーザ溶接された接続バーを備えた電池の製造方法が提供される。レーザ溶接が、実施形態に係るいずれかの方法で行われる。また、電池を複数個と、電池の端子間を電気的に接続する接続バーとを備えた組電池の製造方法が提供される。端子と接続バーとのレーザ溶接が、実施形態に係るいずれかの方法で行われる。さらに、実施形態によれば、実施形態に係る方法で製造された電池及び組電池が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る組電池の部分分解斜視図。
【図２】図１に示す組電池における端子と接続バーとの溶接軌跡を示す模式図。
【図３】実施形態における重ね合せ方式の溶接工程を示す断面図。
【図４】実施形態の方法で溶接された端子と接続バーとの溶接部を模式的に示す断面図。
【図５】図１の単セルに用いられる電極群を示す部分展開斜視図。
【図６】第１の実施形態に係る組電池の部分分解斜視図。
【図７】第２の実施形態に係る組電池における端子と接続バーとの溶接軌跡を示す模式図。
【図８】第３の実施形態に係る電池の部分分解斜視図。
【図９】図８に示す電池の上面図。
【図１０】実施例１の溶接方法を示す断面図。
【図１１】実施例２の溶接方法を示す断面図。
【図１２】実施例１，２の溶接軌跡を示す模式図。
【図１３】比較例１，２の溶接軌跡を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る組電池の部分分解斜視図であり、図５は、図１の単セルに用いられる電極群を示す部分展開斜視図である。図１に示すように、組電池１は、複数の単セル２を備える。単セル２は、例えば、角形非水電解質電池が挙げられる。単セル２は、それぞれ、有底角筒形状をなす外装缶３と、外装缶３の開口部に配置された矩形板状の蓋４と、蓋４に設けられた正極端子５及び負極端子６とを備える。外装缶３及び蓋４は、例えば、金属、合金のような導電性材料から形成される。導電性材料には、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄あるいはステンレスなどを挙げることができる。
【００１２】
外装缶３内には、図５に示す電極群７と、非水電解液（図示しない）が収容されている。図５に示すように、電極群７は、例えば、シート状の正極８とシート状の負極９との間にセパレータ１０を挟んで渦巻状に捲回した後、全体を扁平形状に加圧成形することにより作製される。正極タブ１１は、電極群７の正極８に電気的に接続され、電極群７の上端面から上向きに導出されている。一方、負極タブ１２は、電極群７の負極９に電気的に接続され、電極群７の上端面から上向きに導出されている。なお、図５の例は、扁平渦巻き形状の電極群であるが、電極群の構造は特に限定されず、例えば、正極と負極をその間にセパレータを介在させながら交互に積層した積層型電極群を使用することが可能である。
【００１３】
正極端子５及び負極端子６は、それぞれ、上面が矩形の凸部からなる。正極端子５は、正極タブ１１と電気的に接続され、負極端子６は、負極タブ１２と電気的に接続されている。負極活物質に炭素系材料を使用するリチウムイオン二次電池の場合、正極端子５は一般的に、アルミニウムあるいはアルミニウム合金が使用され、負極端子６は、銅、ニッケル、ニッケルメッキされた鉄などの金属が使用される。また、負極活物質にチタン酸リチウムを使用する場合は、上記に加え、負極端子６にアルミニウムあるいはアルミニウム合金を使用してもかまわない。
【００１４】
図１に示すように、組電池１は、複数の接続バー１３を備えている。接続バー１３は、単セル２間の配線、あるいは単セル２もしくは組電池１から外部に電気エネルギーを取り出すために使用される。接続バー１３は、それぞれ、矩形板状をなし、複数（例えば２個）の貫通孔１４ａ，１４ｂを有する。接続バー１３は、金属や合金のような導電性を有する材料から形成されている。具体的には、アルミニウム、アルミニウム合金等が挙げられる。
【００１５】
一方の接続バー１３は、貫通孔１４ａが、一方の単セル２（図１の奥側）の正極端子５上に重ねられ、貫通孔１４ｂが、他方の単セル２（図１の手前側）の負極端子６上に重ねられている。この接続バー１３は単セル２間の配線として使用される。別の接続バー１３は、貫通孔１４ｂが、図１の奥側に位置する単セル２の負極端子６上に重ねられている。この接続バー１３は、組電池１から外部に電気エネルギーを取り出すために使用される。なお、単セル２間の電気的接続は、直列に限らず、並列接続も可能である。
【００１６】
接続バー１３と正負極端子５，６との溶接方法を図２〜図４を参照して説明する。図２は、図１に示す組電池における単セルの端子と接続バーとの溶接軌跡を示す模式図で、図３は、図２に示す端子と接続バーとの重ね合せ部にレーザ照射している状態を模式的に示す断面図で、図４は、図２に示す端子と接続バーとの溶接部を模式的に示す断面図である。図２及び図３に示すように、接続バー１３の貫通孔１４ｂの周縁と、負極端子６の上面とが重なった部分に、接続バー１３の上方からレーザ光１５を照射する。レーザ光１５は、特に限定されるものではないが、例えば、ＹＡＧレーザを挙げることができる。
【００１７】
レーザ光１５は、その軌跡が複数の円弧に分割されるように照射される。その際、溶接軌跡の始端が、前の工程で形成された溶接軌跡の終端に重なるように行うことが望ましい。例えば図２に示すように、レーザ光１５の照射により、第１の溶接軌跡１６1を円弧状に形成する。第１の溶接軌跡１６1の終端１７1が固化する前に、第２の溶接軌跡１６2をその始端が第１の溶接軌跡１６1の終端１７1に重なるように形成する。次いで、第２の溶接軌跡１６2の終端１７2が固化する前に、第３の溶接軌跡１６3をその始端が第２の溶接軌跡１６2の終端１７2に重なるように形成する。ひきつづき、第３の溶接軌跡１６3の終端１７3が固化する前に、第４の溶接軌跡１６4をその始端が第３の溶接軌跡１６3の終端１７3に重なるように形成する。また、第４の溶接軌跡１６4の終端１７4は、第１の溶接軌跡１６1の始端に重ねる。このようにして正負極端子５，６に接続バー１３を重ね合せ方式で溶接する。
【００１８】
溶接軌跡を複数に分割することにより、溶接時に、同時に溶融する金属の体積量を減らすことができるため、固化する際に発生する収縮ひずみ量を減少させることができる。また、次の溶接軌跡を形成するまでの期間が休止時間となるため、溶接時に発生する、正負極端子に加わる過度な温度上昇を抑制することができる。しかし、溶接軌跡の終端では、レーザ光により溶融した金属が広がり易いため、金属密度の低い疎な状態に陥りやすい。この状態になると、いわゆる高温割れと呼ばれる溶接クラックが多発する。溶接軌跡の終端が固化する前に、この終端を始端として次の溶接軌跡を形成することによって、金属密度の低い疎な部分が生成するのを回避できるため、溶接クラックを抑制することができる。その結果、電池及び組電池の信頼性を高めることができる。なお、溶接軌跡の分割数は特に限定されず、２以上の値にすることができる。
【００１９】
接続バー１３にはのぞき窓のないものを使用可能であるが、接続バー１３の貫通孔１４ａ，１４ｂに正負極端子５，６を重ね合せ溶接することにより、貫通孔１４ａ，１４ｂがのぞき窓として機能し、重ね合せ溶接時の下部被溶接体（正負極端子５，６）が露出するため、溶接済み部分を観察可能となり、溶接良否を外観で判定できる効果が得られる。
【００２０】
図３に例示されるように、負極端子６の上面と接続バー１３の貫通孔１４ｂの周縁との間に隙間１８を設けることにより、被溶接体の重ね部分に多く発生する気泡の逃げ道を確保する事ができるため、溶接部位１６1〜１６4内に発生する空洞部分１９の発生を抑制する効果が得られる。隙間１８の大きさは、下部被溶接体にレーザ光１５並びに溶融金属の熱エネルギーが到達する大きさであれば特に限定されるものではないが、被溶接体の板厚の１０分の一程度、例えば０．１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲にすることが望ましい。隙間１８は、被溶接部の一部に形成しても、全体に形成しても良い。なお、図３は、負極端子６を例にして記載されているが、正極端子５についても同様に適用することができる。
【００２１】
第１の実施形態の方法は、重ね合わせ溶接のみならず、突合せ溶接にも適用可能である。突合せ溶接が適用される組電池の例を図６に示す。なお、図１で説明したのと同様な部材は、同符号を付して重複する説明を省略する。組電池２０は、複数の単セル２を備える。各単セルの蓋４に設けられた正極端子５及び負極端子６は、それぞれ、上面が円形をした凸部である。正極端子５及び負極端子６は、それぞれ、絶縁部材２１を介して蓋４に固定されている。
【００２２】
接続バー１３の貫通孔１４ａ，１４ｂを正負極端子５，６に挿入し、正負極端子５，６の周縁と貫通孔１４ａ，１４ｂの周縁との境界にレーザ光を照射することにより、突合せ溶接で接続バー１３と正負極端子５，６とを接合することができる。溶接軌跡を複数の円弧に分割し、溶接軌跡の始端が、それよりも前の工程で形成された溶接軌跡の終端に重なるようにレーザ溶接を行うことによって、固化する際に発生する収縮ひずみ量を減少させることができ、正負極端子に加わる過度な温度上昇を抑制して絶縁部材２１の劣化を抑えることができ、溶接クラックを抑制することができる。
【００２３】
以上説明した第１の実施形態によれば、レーザ溶接時の溶接クラックの発生を抑制することができる。
【００２４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、電池の端子と接続バーとのレーザ溶接を、溶接軌跡が複数に分割されるように行う。第１の溶接軌跡を形成した後、第１の溶接軌跡と対向する箇所に第２の溶接軌跡を形成する工程を１回もしくは複数回繰り返すことにより、端子と接続バーとをレーザ溶接する。図７を参照して第２の実施形態を説明する。図７は、組電池における単セルの端子と接続バーとの溶接軌跡を示す模式図である。図１〜図６で説明したのと同様な部材は、同符号を付して重複する説明を省略する。
【００２５】
接続バー１３の貫通孔１４ｂの周縁と、負極端子６の上面とが重なった部分に、接続バー１３の上方からレーザ光を照射する。レーザ光は、特に限定されるものではないが、例えば、ＹＡＧレーザを挙げることができる。レーザ光は、その軌跡が複数の円弧に分割されるように照射される。まず、第１の溶接軌跡２２1を円弧状に形成する。第１の溶接軌跡２２1が固化した後、負極端子６を間に挟んで第１の溶接軌跡２２1と対向する箇所に、第２の溶接軌跡２２2を円弧状に形成する。ひきつづき、第３の溶接軌跡２２3を円弧状に形成する。第３の溶接軌跡２２3が固化した後、負極端子６を間に挟んで第３の溶接軌跡２２3と対向する箇所に、第４の溶接軌跡２２4を円弧状に形成する。このようにして接続バー１３の貫通孔１４ｂの周縁と負極端子６の上面とを重ね合わせ溶接により接合する。
【００２６】
第１の溶接軌跡２２1が固化する際、円弧の外周に向かう方向の収縮ひずみが発生する。第２の溶接軌跡２２2が固化する際にも円弧の外周に向かう方向の収縮ひずみが発生するが、第１の溶接軌跡２２1と対向する箇所に第２の溶接軌跡２２2が形成されているため、第１の溶接軌跡２２1が固化する際に生じた収縮ひずみを、第２の溶接軌跡２２2が固化する際の収縮ひずみで緩和することができる。また、第３の溶接軌跡２２3と対向する箇所に第４の溶接軌跡２２4を形成することによって、第３の溶接軌跡２２3が固化する際に生じた収縮ひずみを、第４の溶接軌跡２２4が固化する際の収縮ひずみで緩和することができる。その結果、溶接時に発生する収縮ひずみ量を少なくすることができるため、溶接クラックの発生を抑制する効果が得られる。これにより、電池及び組電池の信頼性を高めることができる。
【００２７】
また、第１，第３の溶接軌跡２２1，２２3が固化するまで待機し、第２，４の溶接軌跡２２2，２２4の形成前に休止時間を設けることにより、溶接時に発生する、正負極端子５，６に加わる過度な温度上昇を抑制することができる。第１，第２の溶接軌跡２２1，２２2の形成工程と第３，第４の溶接軌跡２２3，２２4の形成工程との間のような、工程間にも休止時間を設けることにより、正負極端子５，６に加わる過度な温度上昇と、溶接クラックの発生とを抑制する効果を高めることができる。
【００２８】
なお、図７では、第１〜第４の溶接軌跡２２1〜２２4それぞれの端部を隣接する溶接軌跡に重ねたが、重ねなくても溶接クラック抑制効果を得ることができる。また、図７では、溶接軌跡全体を４分割にしたが、２分割以上であれば分割数は特に限定されるものではない。
【００２９】
接続バーにはのぞき窓のないものを使用可能であるが、接続バーの貫通孔に正負極端子を重ね合せ溶接することにより、貫通孔がのぞき窓として機能し、重ね合せ溶接時の下部被溶接体（正負極端子）が露出するため、溶接済み部分を観察可能となり、溶接良否を外観で判定できる効果が得られる。
【００３０】
正負極端子の上面と接続バーの貫通孔の周縁との間に隙間を設けることにより、被溶接体の重ね部分に多く発生する気泡の逃げ道を確保する事ができるため、溶接部位内に発生する空洞部分の発生を抑制する効果が得られる。隙間の大きさは、第１の実施形態で説明したのと同様な範囲にすることができる。隙間は、被溶接部の一部に形成しても、全体に形成しても良い。
【００３１】
第２の実施形態の方法は、重ね合わせ溶接のみならず、突合せ溶接にも適用可能である。
【００３２】
以上説明した第２の実施形態によれば、レーザ溶接時の溶接クラックの発生を抑制することができる。
【００３３】
（第３の実施形態）
第１，第２の実施形態の溶接方法は、組電池の製造方法のみならず、電池（単電池）の製造方法にも適用可能である。第３の実施形態によれば、第１または第２の実施形態の溶接方法を用いた電池の製造方法が提供される。図８は、第３の実施形態の方法により製造される電池の部分分解斜視図で、図９は、図８に示す電池に接続バーが溶接された状態を示す上面図である。図１〜図７で説明したのと同様な部材は、同符号を付して重複する説明を省略する。
【００３４】
図８に示す電池２３は、図１に示す角形非水電解質電池２と同様な種類のものである。接続バー２５ａ，２５ｂは、それぞれ、矩形板状をなし、貫通孔２６ａ，２６ｂを有する。接続バー２５ａ，２５ｂは、金属や合金のような導電性を有する材料から形成されている。具体的には、アルミニウム、アルミニウム合金等が挙げられる。
【００３５】
図９に示すように、接続バー２５ａの端部が正極端子５上に重ねられ、また、接続バー２５ｂの端部が負極端子６上に重ねられる。接続バー２５ａ，２５ｂの下面と正負極端子５，６の上面とが重ね合わされた箇所を、重ね合せ方式のレーザ溶接で、かつ第１の実施形態（溶接軌跡を分割し、溶接軌跡の始端を前の工程で形成された溶接軌跡の終端に重ねる）または第２の実施形態（溶接軌跡を分割し、第１の溶接軌跡を形成した後、第１の溶接軌跡と対向する箇所に第２の溶接軌跡を形成する）に従った方法で接合することによって、溶接クラックの発生を抑制することができる。溶接軌跡を図９に符番２７で示す。なお、図９では、溶接軌跡２７が点線の円形で示されているが、これは、溶接軌跡２７の外形が円形であることを示しているに過ぎず、分割された溶接軌跡が重なっていない状態を示しているのではない。
【００３６】
接続バー２５ａ，２５ｂは、それぞれ、正負極端子５，６から電気エネルギーを取り出すためのものである。貫通孔２６ａ，２６ｂは、電池２３を別の電池と電気的に接続する際に取付孔として使用される。なお、図８及び図９は、重ね合わせ溶接の例であるが、第３の実施形態の電池の製造方法は、単電池の端子に接続バーを重ね合せ方式のレーザ溶接で接合する際に、第１の実施形態または第２の実施形態に従った方法で行うものに限定されない。単電池の端子に接続バーを突合せ方式のレーザ溶接で接合する際に、第１の実施形態または第２の実施形態に従った方法で行うことも、第３の実施形態の電池の製造方法に含まれる。
【００３７】
以下、第１〜第３の実施形態で使用可能な正極、負極、セパレータ及び電解液について説明する。
【００３８】
正極は、例えば、正極活物質を含むスラリーをアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる集電体に塗着することにより作製される。正極活物質としては、特に限定されるものではないが、リチウムを吸蔵放出できる酸化物や硫化物、ポリマーなどが使用できる。好ましい活物質としては、高い正極電位が得られるリチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウム燐酸鉄等が挙げられる。また、負極は、負極活物質を含むスラリーをアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる集電体に塗着することにより作製される。負極活物質としては、特に限定されるものではないが、リチウムを吸蔵放出できる金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、合金等が使用でき、好ましくは、リチウムイオンの吸蔵放出電位が金属リチウム電位に対して０．４Ｖ以上貴となる物質である。このようなリチウムイオン吸蔵放出電位を有する負極活物質は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金とリチウムとの合金反応を抑えられることから、負極集電体および負極関連構成部材へのアルミニウムもしくはアルミニウム合金の使用を可能とする。たとえば、チタン酸化物、リチウムチタン酸化物、タングステン酸化物、アモルファススズ酸化物、スズ珪素酸化物、酸化珪素などがあり、中でもリチウムチタン複合酸化物が好ましい。セパレータとしては、微多孔性の膜、織布、不織布、これらのうち同一材または異種材の積層物等を用いることができる。セパレータを形成する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合ポリマー、エチレン−ブテン共重合ポリマー等を挙げることができる。
【００３９】
電解液は、非水溶媒に電解質（例えば、リチウム塩）を溶解させることにより調製された非水電解液が用いられる。非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン等を挙げることができる。非水溶媒は、単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ過リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）等のリチウム塩を挙げることができる。電解質は単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。電解質の非水溶媒に対する溶解量は、０．２ｍｏｌ／Ｌ〜３ｍｏｌ／Ｌとすることが望ましい。
【００４０】
以下、図面を参照して実施例を説明する。
【００４１】
（実施例１）
アルミニウム合金を円柱状に成型した電極端子３０と、板厚が０．５ｍｍの矩形状のアルミニウム板からなる接続バー３１とを用意した。接続バー３１には、φ１０ｍｍの丸穴３２を設けた。
【００４２】
図１０の（ａ）に示すように、電極端子３０の上面に接続バー３１の丸穴３２の周縁を重ねた。この重なり部分に接続バー３１の上方からレーザ光を照射し、重ね合せ方式で溶接した。レーザ光の照射は、図１２に示すように、第１の溶接軌跡３３1を円弧状に形成し、第１の溶接軌跡３３1が固化した後、電極端子３０を間に挟んで第１の溶接軌跡３３1と対向する箇所に、第２の溶接軌跡３３2を円弧状に形成した。ひきつづき、第３の溶接軌跡３３3を、始端が第１の溶接軌跡３３1の終端と重なり、かつ終端が第２の溶接軌跡３３2の始端と重なるように円弧状に形成した。第３の溶接軌跡３３3が固化した後、電極端子３０を間に挟んで第３の溶接軌跡３３3と対向する箇所に、第４の溶接軌跡３３4を始端が第２の溶接軌跡３３2の終端と重なり、かつ終端が第１の溶接軌跡３３1の始端と重なるように円弧状に形成し、電極端子３０に接続バー３１を接合した。
【００４３】
実施例１の方法によると、図１０（ｂ）及び図１２に示すように、レーザ溶接軌跡を分割して溶接した際の最後の溶接軌跡（第４の溶接軌跡３３4）の終端部に少量のクラック３４が、電池１０個中３個の頻度で発生したが、他の箇所にクラックは発生しなかった。
【００４４】
（実施例２）
アルミニウム合金を成型し、上面に円形凸部３５を有する円柱状の電極端子３６を用意した。また、実施例１で使用したのと同様な種類の接続バー３１とを用意した。図１１の（ａ）に示すように、電極端子３６の凸部３５に接続バー３１の丸穴３２を嵌め込んだ。電極端子３６の凸部３５と丸穴３２の周縁との境界にレーザ光を照射し、突合せ方式で溶接した。レーザ光の照射は、実施例１と同様な方法で行い、電極端子３６に接続バー３１を接合した。
【００４５】
実施例２の方法によると、図１１（ｂ）に示すように、レーザ溶接軌跡を分割して溶接した際の最後の溶接軌跡（第４の溶接軌跡３３4）の終端部に少量のクラック３７が、電池１０個中３個の頻度で発生したが、他の箇所にクラックは発生しなかった。
【００４６】
また、図１０（ｂ）と図１１（ｂ）に示すように、溶接断面において、実施例１の重ね合せ溶接方式の場合の溶接クラック３４と、実施例２の突合せ方式の場合の溶接クラック３７では、発生位置が異なる結果となった。溶接方式の違いによるものである。
【００４７】
（比較例１）
溶接軌跡を複数に分割せず、円形にすること以外は、実施例１と同様な方法で重ね合せ溶接を行った。
【００４８】
（比較例２）
溶接軌跡を複数に分割せず、円形にすること以外は、実施例２と同様な方法で突合せ溶接を行った。
【００４９】
実施例及び比較例のレーザ条件は、連続発振タイプのＹＡＧレーザを使用し、１０００〜１５００Ｗのレーザ・パワー，１０〜１５ｍ／分の溶接速度とした。
【００５０】
図１３に示すように、比較例１，２による溶接結果では、溶接軌跡３８が円を描き、固化する際及び円弧が収縮する際に発生する収縮ひずみに起因すると考えられる溶接クラック３９と、溶接終端に集中する高温割れと呼ばれる溶接クラック４０が表れた。溶接クラック３９は、溶接終端以外の任意の位置に表れた。溶接クラックの発生頻度は、比較例１（重ね合せ溶接）では電池１０個中１０個とも発生した。また、比較例２（突合せ溶接）では、電池１０個中６個発生した。
【００５１】
以上の実施形態及び実施例によれば、溶接時のクラックの発生を抑制することが可能な溶接方法、この溶接方法を用いた電池及び組電池の製造方法、および、これらの方法で製造された電池を提供することができる。
【００５２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５３】
１，２０…組電池、２…単セル、３…外装缶、４…蓋、５…正極端子、６…負極端子、７…電極群、８…正極、９…負極、１０…セパレータ、１１…正極タブ、１２…負極タブ、１３，２５ａ，２５ｂ，３１…接続バー、１４ａ，１４ｂ，２６ａ，２６ｂ，３２…貫通孔、１５…レーザ光、１６1〜１６4，２２1〜２２4，３３1〜３３4…第１〜第４の溶接軌跡、１７1〜１７4…溶接軌跡の終端、１８…隙間、１９…溶接気泡、２３…電池、３０，３６…電極端子、３４，３７…溶接クラック。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の端子と接続バーとをレーザ溶接する溶接方法であって、前記レーザ溶接を溶接軌跡が複数に分割され、かつ分割された溶接軌跡それぞれの終端が、隣接する溶接軌跡の始端と重なるように行うことを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
電池の端子と接続バーとをレーザ溶接する溶接方法であって、前記レーザ溶接により第１の溶接軌跡を形成した後、前記第１の溶接軌跡と対向する箇所に前記レーザ溶接により第２の溶接軌跡を形成する工程を少なくとも１回行うことを特徴とする溶接方法。
【請求項３】
前記接続バーが貫通孔を有し、前記貫通孔の周縁と前記端子が重ね合わされた箇所に前記レーザ溶接を施すことを特徴とする請求項１または２記載の溶接方法。
【請求項４】
前記貫通孔の周縁と前記端子との間に隙間が設けられていることを特徴とする請求項３記載の溶接方法。
【請求項５】
前記第１の溶接軌跡の形成と、前記第２の溶接軌跡の形成との間に休止時間を設けることを特徴とする請求項２記載の溶接方法。
【請求項６】
外装缶と、前記外装缶の開口部に配置された蓋と、前記蓋に設けられた端子と、前記端子にレーザ溶接された接続バーを備えた電池の製造方法であって、
前記レーザ溶接を、請求項１〜５いずれか１項記載の方法で行うことを特徴とする電池の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法で製造されたことを特徴とする電池。
【請求項８】
外装缶と、前記外装缶の開口部に配置された蓋と、前記蓋に設けられた端子とをそれぞれ備えた複数個の電池と、前記電池の前記端子間を電気的に接続する接続バーとを備えた組電池の製造方法であって、
前記端子と前記接続バーとを、請求項１〜５いずれか１項記載の方法でレーザ溶接することを特徴とする組電池の製造方法。
【請求項１】
電池の端子と接続バーとをレーザ溶接する溶接方法であって、前記レーザ溶接を溶接軌跡が複数に分割され、かつ分割された溶接軌跡それぞれの終端が、隣接する溶接軌跡の始端と重なるように行うことを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
電池の端子と接続バーとをレーザ溶接する溶接方法であって、前記レーザ溶接により第１の溶接軌跡を形成した後、前記第１の溶接軌跡と対向する箇所に前記レーザ溶接により第２の溶接軌跡を形成する工程を少なくとも１回行うことを特徴とする溶接方法。
【請求項３】
前記接続バーが貫通孔を有し、前記貫通孔の周縁と前記端子が重ね合わされた箇所に前記レーザ溶接を施すことを特徴とする請求項１または２記載の溶接方法。
【請求項４】
前記貫通孔の周縁と前記端子との間に隙間が設けられていることを特徴とする請求項３記載の溶接方法。
【請求項５】
前記第１の溶接軌跡の形成と、前記第２の溶接軌跡の形成との間に休止時間を設けることを特徴とする請求項２記載の溶接方法。
【請求項６】
外装缶と、前記外装缶の開口部に配置された蓋と、前記蓋に設けられた端子と、前記端子にレーザ溶接された接続バーを備えた電池の製造方法であって、
前記レーザ溶接を、請求項１〜５いずれか１項記載の方法で行うことを特徴とする電池の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の方法で製造されたことを特徴とする電池。
【請求項８】
外装缶と、前記外装缶の開口部に配置された蓋と、前記蓋に設けられた端子とをそれぞれ備えた複数個の電池と、前記電池の前記端子間を電気的に接続する接続バーとを備えた組電池の製造方法であって、
前記端子と前記接続バーとを、請求項１〜５いずれか１項記載の方法でレーザ溶接することを特徴とする組電池の製造方法。
【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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−４３７１４（Ｐ２０１２−４３７１４Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８５５６７（Ｐ２０１０−１８５５６７）
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２０日（２０１０．８．２０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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