(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素と、
前記発電要素を収納する、有底筒状に形成された角型の収容部材と、
前記収容部材の開口面を閉塞する、貫通孔が形成された矩形の蓋部材と、
前記蓋部材から外方に突出して配設される外部端子部材と、
一端が前記収容部材の内部で前記発電要素と接続され、円筒状の他端が前記貫通孔に挿通されて前記蓋部材の外方に延出される、集電端子部材と、
前記蓋部材の外側で、前記集電端子部材と前記外部端子部材とを接続する、板状の接続部材と、を備え、
前記接続部材には、前記集電端子部材の他端が挿通される挿通孔が形成され、
前記接続部材と前記集電端子部材は、前記集電端子部材の他端が前記挿通孔にかしめられることにより接続され、
かしめられた前記集電端子部材の他端の外周側端部が前記接続部材に溶接される電池であって、
前記集電端子部材の他端の外周側端部のうち、前記蓋部材の長手方向の中心線からの角度が４５度以上の範囲のみが、前記接続部材に溶接される、
ことを特徴とする、電池。
【請求項２】
発電要素と、前記発電要素を収納する、有底筒状に形成された角型の収容部材と、前記収容部材の開口面を閉塞する、貫通孔が形成された矩形の蓋部材と、前記蓋部材から外方に突出して配設される外部端子部材と、一端が前記収容部材の内部で前記発電要素と接続され、円筒状の他端が前記貫通孔に挿通されて前記蓋部材の外方に延出される、集電端子部材と、前記蓋部材の外側で、前記集電端子部材と前記外部端子部材とを接続する、板状の接続部材と、を備え、前記接続部材には、前記集電端子部材の他端が挿通される挿通孔が形成され、前記接続部材と前記集電端子部材は、前記集電端子部材の他端が前記挿通孔にかしめられることにより接続され、かしめられた前記集電端子部材の他端の外周側端部を前記接続部材に溶接した電池の製造方法であって、
かしめられた前記集電端子部材の他端よりも所定径だけ大きな円形孔部が形成された電池製造用マスク部材を、かしめられた前記集電端子部材の他端が前記円形孔部から露出するように前記蓋部材に載置することにより、前記蓋部材におけるかしめられた前記集電端子部材の他端を含めた周辺以外の部分を、電池製造用マスク部材で被覆して、
前記集電端子部材の他端の外周側端部を溶接する部分と前記他端の中心とを結んだ線と、前記蓋部材の長手方向の中心線と、のなす鋭角が４５度以上となるように、前記他端の外周側端部を前記接続部材に溶接する、
ことを特徴とする、電池の製造方法。
【請求項３】
発電要素と、前記発電要素を収納する、有底筒状に形成された角型の収容部材と、前記収容部材の開口面を閉塞する、貫通孔が形成された矩形の蓋部材と、前記蓋部材から外方に突出して配設される外部端子部材と、一端が前記収容部材の内部で前記発電要素と接続され、円筒状の他端が前記貫通孔に挿通されて前記蓋部材の外方に延出される、集電端子部材と、前記蓋部材の外側で、前記集電端子部材と前記外部端子部材とを接続する、板状の接続部材と、を備え、前記接続部材には、前記集電端子部材の他端が挿通される挿通孔が形成され、前記接続部材と前記集電端子部材は、前記集電端子部材の他端が前記挿通孔にかしめられることにより接続され、かしめられた前記集電端子部材の他端の外周側端部が前記接続部材に溶接され、前記集電端子部材の他端の外周側端部を溶接する部分と前記他端の中心とを結んだ線と、前記蓋部材の長手方向の中心線と、のなす鋭角が４５度以上となるように、前記集電端子部材の他端の外周側端部が前記接続部材に溶接される電池の製造に用いる、電池製造用マスク部材であって、
かしめられた前記集電端子部材の他端よりも所定径だけ大きな円形孔部が形成され、かしめられた前記他端が前記円形孔部から露出するように前記蓋部材に載置されることにより、前記蓋部材におけるかしめられた前記集電端子部材の他端を含めた周辺以外の部分を被覆する、
ことを特徴とする、電池製造用マスク部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池、電池の製造方法、及び、電池製造用マスク部材に関し、特に、電池の端子構造を製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
角型の電池において、その外装は電池の発電要素を収納する。外装の内部には、正極端子及び負極端子のそれぞれの側で、外装を貫通して外方に突出する集電端子部材が配設される。そして、外装の内部で集電端子部材の一端を発電要素と電気的に接続し、外装の外部で集電端子部材の他端を外部端子部材と電気的に接続することにより、電池内部と外部との電力のやり取りが行われる。
【０００３】
前記の如く外装の外部で集電端子部材の他端と外部端子部材とを電気的に接続するために、板状の接続部材を用いる場合がある。ここで、接続部材に形成された挿通孔に集電端子部材の他端をかしめることにより、集電端子部材の他端と接続部材とを接続する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０２８２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献の如く集電端子部材の他端を接続部材にかしめることにより、集電端子部材の他端と接続部材とを接続する場合、集電端子部材と接続部材との導電性を確保するために、かしめられた集電端子部材の他端の外周側端部を接続部材に溶接することがある。
【０００６】
しかし、図６（ａ）に示す如く、集電端子部材の他端の外周側端部における溶接部分Ｗが、電池の蓋部材における長手方向に偏った場合（図６（ａ）において、集電端子部材の溶接部分Ｗと他端の中心ｏとを結んだ線Ｌ０と、蓋部材の長手方向に延びる中心線Ｌｃと、のなす鋭角α０が小さい場合）は、図６（ｂ）中の矢印Ｆ・Ｆに示す如く、溶接時の熱収縮によって、接続部材において蓋部材の長手方向に引張応力が発生する。そして、接続部材を図６（ｂ）中の矢印Ｒの方向に回転させる力が発生し、二点鎖線の如く上側に曲げてしまうのである。このように接続部材に曲げが発生した場合は、図６（ｂ）に示す如く、後工程で外部端子部材にバスバー等を装着する際に、ナットで締め付けることができなくなるという不具合が発生する可能性があった。
【０００７】
本発明は、上記の状況を鑑み、かしめられた集電端子部材の他端の外周側端部を接続部材に溶接する電池において、溶接時の熱収縮による接続部材における蓋部材の長手方向に生じる引張応力を低減させることで、接続部材の曲げの発生を抑制することができる、電池、電池の製造方法、及び、電池製造用マスク部材を提供する。
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、発電要素と、前記発電要素を収納する、有底筒状に形成された角型の収容部材と、前記収容部材の開口面を閉塞する、貫通孔が形成された矩形の蓋部材と、前記蓋部材から外方に突出して配設される外部端子部材と、一端が前記収容部材の内部で前記発電要素と接続され、円筒状の他端が前記貫通孔に挿通されて前記蓋部材の外方に延出される、集電端子部材と、前記蓋部材の外側で、前記集電端子部材と前記外部端子部材とを接続する、板状の接続部材と、を備え、前記接続部材には、前記集電端子部材の他端が挿通される挿通孔が形成され、前記接続部材と前記集電端子部材は、前記集電端子部材の他端が前記挿通孔にかしめられることにより接続され、かしめられた前記集電端子部材の他端の外周側端部が前記接続部材に溶接される電池であって、前記集電端子部材の他端の外周側端部のうち、前記蓋部材の長手方向の中心線からの角度が４５度以上の範囲のみが、前記接続部材に溶接されるものである。
【００１０】
請求項２においては、発電要素と、前記発電要素を収納する、有底筒状に形成された角型の収容部材と、前記収容部材の開口面を閉塞する、貫通孔が形成された矩形の蓋部材と、前記蓋部材から外方に突出して配設される外部端子部材と、一端が前記収容部材の内部で前記発電要素と接続され、円筒状の他端が前記貫通孔に挿通されて前記蓋部材の外方に延出される、集電端子部材と、前記蓋部材の外側で、前記集電端子部材と前記外部端子部材とを接続する、板状の接続部材と、を備え、前記接続部材には、前記集電端子部材の他端が挿通される挿通孔が形成され、前記接続部材と前記集電端子部材は、前記集電端子部材の他端が前記挿通孔にかしめられることにより接続され、かしめられた前記集電端子部材の他端の外周側端部を前記接続部材に溶接した電池の製造方法であって、かしめられた前記集電端子部材の他端よりも所定径だけ大きな円形孔部が形成された電池製造用マスク部材を、かしめられた前記集電端子部材の他端が前記円形孔部から露出するように前記蓋部材に載置することにより、前記蓋部材におけるかしめられた前記集電端子部材の他端を含めた周辺以外の部分を、電池製造用マスク部材で被覆して、前記集電端子部材の他端の外周側端部を溶接する部分と前記他端の中心とを結んだ線と、前記蓋部材の長手方向の中心線と、のなす鋭角が４５度以上となるように、前記他端の外周側端部を前記接続部材に溶接するものである。
【００１１】
請求項３においては、発電要素と、前記発電要素を収納する、有底筒状に形成された角型の収容部材と、前記収容部材の開口面を閉塞する、貫通孔が形成された矩形の蓋部材と、前記蓋部材から外方に突出して配設される外部端子部材と、一端が前記収容部材の内部で前記発電要素と接続され、円筒状の他端が前記貫通孔に挿通されて前記蓋部材の外方に延出される、集電端子部材と、前記蓋部材の外側で、前記集電端子部材と前記外部端子部材とを接続する、板状の接続部材と、を備え、前記接続部材には、前記集電端子部材の他端が挿通される挿通孔が形成され、前記接続部材と前記集電端子部材は、前記集電端子部材の他端が前記挿通孔にかしめられることにより接続され、かしめられた前記集電端子部材の他端の外周側端部が前記接続部材に溶接され、前記集電端子部材の他端の外周側端部を溶接する部分と前記他端の中心とを結んだ線と、前記蓋部材の長手方向の中心線と、のなす鋭角が４５度以上となるように、前記集電端子部材の他端の外周側端部が前記接続部材に溶接される電池の製造に用いる、電池製造用マスク部材であって、かしめられた前記集電端子部材の他端よりも所定径だけ大きな円形孔部が形成され、かしめられた前記他端が前記円形孔部から露出するように前記蓋部材に載置されることにより、前記蓋部材におけるかしめられた前記集電端子部材の他端を含めた周辺以外の部分を被覆するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、かしめられた集電端子部材の他端の外周側端部を接続部材に溶接する電池において、溶接時の熱収縮による接続部材における蓋部材の長手方向に生じる引張応力を低減させることで、接続部材の曲げの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は電池の概略構成を示す正面断面図、（ｂ）は電池の平面図。
【図２】（ａ）はマスク部材で被覆した際の電池を示す正面断面図、（ｂ）は同じく平面図。
【図３】（ａ）は電池の端子部分を拡大して示した断面図、（ｂ）は同じく平面図。
【図４】溶接箇所と端子の変形量の関係を示した図。
【図５】（ａ）は電池の集電端子部材を拡大して示した平面図、（ｂ）は同じく断面図。
【図６】（ａ）は従来技術に係る電池の端子部分を拡大して示した平面図、（ｂ）は同じく断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
【００１５】
図１（ａ）、（ｂ）、及び、図３（ａ）、（ｂ）を参照して、本発明に係る密閉型電池の一実施形態である電池１０の概略構成について説明する。本実施形態の電池１０は、リチウムイオン二次電池である。
電池１０は、主な構成要素として、発電要素２０と、発電要素２０を内部に収納する外装３０と、外装３０から外方に向けて突出する外部端子部材４０・４０と、外部端子部材４０・４０と外装３０との間に介装される樹脂製蓋部材である絶縁部材５０・５０と、その一端が発電要素２０に接続されて、その他端が外装３０の外方に延出される集電端子部材４５・４５と、集電端子部材４５・４５と外装３０との間に介装される樹脂製蓋部材である絶縁部材５１・５１と、外装３０の外側で集電端子部材４５・４５と外部端子部材４０・４０とを接続する板状の接続部材４７・４７と、を具備する。
【００１６】
発電要素２０は、正極、負極及びセパレータを積層又は巻回してなる電極体に電解液を含浸させたものである。電池１０の充放電時に発電要素２０内で化学反応が起こる（厳密には、正極と負極との間で電解液を介したイオンの移動が起こる）ことによって電流の流れが発生する。
【００１７】
外装３０は、それぞれ金属性の収容部材３１と蓋部材３２を有する角柱型缶である。収容部材３１は、一面が開口した有底筒状の角型部材であり、内部に発電要素２０を収納する。蓋部材３２は、収容部材３１の開口面に応じた形状を有する平板状の矩形部材であり、収容部材３１の開口面を塞いだ状態で収容部材３１と接合される。
【００１８】
図３（ａ）に示すように、外装３０における蓋部材３２には、集電端子部材４５・４５の他端（本実施形態においては上端）を挿通可能な貫通孔３３・３３が形成されている。貫通孔３３・３３は、所定の内径を有する孔であり、外装３０（蓋部材３２）をその厚み方向に貫通している。
【００１９】
また、図３（ａ）に示すように、蓋部材３２は、その外側（図３（ａ）における上側）の面に、貫通孔３３・３３に隣接して形成される回り止め溝３６・３６を備える。詳細には、蓋部材３２における貫通孔３３・３３の付近には、下方に矩形に窪んだ溝が回り止め溝３６・３６として形成されている。
【００２０】
蓋部材３２の中央寄りには、回り止め溝３６・３６の間に注液孔３４が開口されている。注液孔３４は所定の内径を有する貫通孔であり、蓋部材３２の厚さ方向に蓋部材３２を貫通する。注液孔３４は、予め発電要素２０が収容された外装３０の内部に電解液を注液するために用いられる。注液孔３４は電解液が注液された後に、封止部材６１で封止される。
【００２１】
絶縁部材５０・５０は、貫通孔３３・３３に挿入される筒状のガスケット部５０ａ・５０ａと、回り止め溝３６・３６と略同形状に形成されて、その内部に固定される回り止め部５０ｂ・５０ｂと、を備える。そして、筒状に形成されたガスケット部５０ａ・５０ａで集電端子部材４５・４５の周囲を巻装することで、外装３０の蓋部材３２と集電端子部材４５・４５とを電気的に絶縁する。換言すれば、集電端子部材４５・４５は絶縁部材５０・５０のガスケット部５０ａ・５０ａに挿入されて、貫通孔３３・３３を貫通するのである。
【００２２】
絶縁部材５１・５１は集電端子部材４５・４５の上側に配置され、外装３０における蓋部材３２と集電端子部材４５・４５との間を電気的に絶縁する。絶縁部材５０・５０及び絶縁部材５１・５１の材料としては、高温クリープ特性に優れる材料、つまり、電池１０の冷熱サイクルに対する長期の耐クリープ性を有する材料が好ましく、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等が挙げられる。
【００２３】
外部端子部材４０・４０は蓋部材３２の上面に、その一端（本実施形態においては上端）が外方に突出した状態で、絶縁部材５０・５０に配置される柱状の部材である。外部端子部材４０・４０は、集電端子部材４５・４５を介して発電要素２０の正極又は負極に電気的に接続される。外部端子部材４０・４０及び集電端子部材４５・４５は、発電要素２０に蓄えられる電力を外部に取り出す、若しくは、外部からの電力を発電要素２０に取り入れる通電経路として機能する。外部端子部材４０・４０には、電池１０の外方側に突出する部位にはねじ転造によりねじ加工が施され、ボルト部４０ａ（図３（ａ）を参照）が形成されている。
【００２４】
集電端子部材４５・４５は、それぞれの一端４５ａ（本実施形態においては下端）が発電要素２０の正極板、負極板と接続されている。また、その他端４５ｂ（本実施形態においては上端）は円筒状に形成されて、蓋部材３２の貫通孔３３・３３に挿通されて蓋部材３２の外方（上方）に延出されている。集電端子部材４５・４５の材料としては、例えば正極側にアルミニウム、負極側に銅を採用することができる。
【００２５】
接続部材４７・４７は図３（ａ）に示す如く、断面視でクランク状に形成された導電性の板状部材である。接続部材４７にはその厚み方向に貫通する挿通孔４７ａ及び外部端子孔４７ｂが開口されている。挿通孔４７ａには集電端子部材４５の他端４５ｂが挿通され、集電端子部材４５の他端４５ｂが挿通孔４７ａにかしめられることにより、接続部材４７と集電端子部材４５とが接続される。かしめられた集電端子部材４５の他端４５ｂは、図３（ａ）及び（ｂ）に示す如く円板状に広げられる。以下、この円板状部分をかしめ部４５ｃとして記載する。集電端子部材４５と接続部材４７との導電性を確保するために、集電端子部材４５のかしめ部４５ｃの外周側端部は接続部材４７に溶接されている。
【００２６】
また、接続部材４７の外部端子孔４７ｂには外部端子部材４０が挿通される。そして、接続部材４７の上面に外部端子部材４０を挿通するバスバーＢが載置され、バスバーＢの上から外部端子部材４０のボルト部４０ａにナットＮを締め付けることにより、接続部材４７と外部端子部材４０とが接続される。即ち、接続部材４７により、蓋部材３２の外側で集電端子部材４５と外部端子部材４０が接続されるのである。
【００２７】
次に、集電端子部材４５と接続部材４７との導電性を確保するために、集電端子部材４５の他端４５ｂに形成されたかしめ部４５ｃの外周側端部を接続部材４７に溶接する方法についいて、図２（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。
【００２８】
かしめ部４５ｃを接続部材４７に溶接する前に、予め電池１０は板状部材で形成された電池製造用マスク部材７０で被覆される。電池製造用マスク部材７０は、図２（ａ）及び（ｂ）に示す如く、かしめ部４５ｃに対応する部分に、かしめ部４５ｃよりも所定径だけ大きな円形孔部７１が二箇所開口されている。そして、かしめ部４５ｃが円形孔部７１から露出するように、電池製造用マスク部材７０を蓋部材３２に載置する。つまり、蓋部材３２におけるかしめ部４５ｃを含めた周辺以外の部分を、電池製造用マスク部材７０で被覆するのである。この際、外部端子部材４０等が電池製造用マスク部材７０と干渉しないように、電池製造用マスク部材７０の略中央部は上方に突出した（上側に窪んだ）形状に形成されている。
【００２９】
上記の如く、電池１０を電池製造用マスク部材７０で被覆した状態で、図２（ａ）中の矢印Ｌの如く、レーザー溶接にてかしめ部４５ｃの外周側端部を接続部材４７に溶接するのである。本実施形態によれば上記の如く構成することにより、溶接時にスパッタが発生した場合に、このスパッタが飛散して注液孔３４などに付着することを防止できる。つまり、スパッタが注液孔３４を塞ぐことにより、後工程で電解液が注液できなくなったり、スパッタが注液孔３４の周縁部に付着することにより、電解液の注液後に注液孔３４を封止部材にて密封することができなくなったりすることを防止できるのである。なお、本実施形態において、かしめ部４５ｃと接続部材４７との溶接部分Ｗは、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示す如く４箇所としている。ただし、溶接部分Ｗによる溶接面積が確保されていれば、その個数は限定されるものではない。
【００３０】
また、本実施形態において、かしめ部４５ｃの外周側端部を接続部材４７に溶接する際は、図３（ｂ）に示す如く、かしめ部４５ｃの外周側端部における溶接部分Ｗと他端４５ｂの中心ｏとを結んだ線Ｌ１と、蓋部材２３の長手方向に延びる中心線Ｌｃと、のなす鋭角α１が４５度以上となるように構成している。換言すれば、溶接部分Ｗが中心線Ｌｃから充分離れるように、溶接部分Ｗと他端４５ｂの中心ｏとを結んだ線Ｌ１と中心線Ｌｃとのなす角を４５度以上として、溶接部分Ｗが蓋部材３２における長手方向に偏らないように溶接しているのである。
【００３１】
本実施形態によれば上記の如く構成することにより、溶接時に熱収縮が発生しても、接続部材４７において蓋部材３２の長手方向に生じる引張応力を低減させることができる。つまり、接続部材４７を長手方向に回転させる力が生じないため、接続部材４７が上側に曲がることを防止できるのである。即ち、接続部材４７に曲げが発生しないため、後工程で外部端子部材４０にバスバーＢ等を装着する際に、ナットＮで締め付けることができなくなるという不具合が生じないのである。なお、本実施形態においては前記の如く電池製造用マスク部材７０で電池１０を被覆した状態でレーザー溶接をしているが、電池製造用マスク部材７０を用いずにレーザー溶接を行う構成とすることも可能である。
【００３２】
図４におけるグラフは、線Ｌ１と中心線Ｌｃとのなす鋭角α１（溶接位置）の大きさと、接続部材４７における端子変形量との関係を示したものである。図４中の破線は実際に測定した値を、実線は測定値を補正した値を示している。図４に示す如く、補正値においては、溶接位置α１を大きくすればするほど、端子変形量を小さくすることができた。ここで、端子変形量の許容値を０．０７ｍｍ以下とした場合、補正値における溶接位置α１は４５度以上にする必要がある。この結果から、本実施形態においては、線Ｌ１と中心線Ｌｃとのなす鋭角α１が４５度以上となるように構成しているのである。
【００３３】
また、本実施形態において、かしめ部４５ｃの外周側端部と溶接部分Ｗ（厳密には、溶接部分Ｗにおける中心）との距離ｄ（図５（ａ）及び（ｂ）を参照）は、所定の範囲内となるように構成されている。具体的には、画像検査によってかしめ部４５ｃの外周側端部の位置を検出し、距離ｄが０．４ｍｍ以上０．６ｍｍ以下となるようにレーザー溶接の照射位置を算出して、この算出結果に基づいてレーザー溶接を行うのである。
【００３４】
本実施形態によれば上記の如く構成することにより、溶接品質を確保することができる。具体的には、距離ｄが小さくなることによって、レーザー溶接において接続部材４７に加えられるエネルギー量が大きくなり、レーザーが接続部材４７を貫通してしまうことを防止できる。また、距離ｄが大きくなることによって、レーザー溶接において接続部材４７に加えられるエネルギー量が小さくなり、未溶接部分が発生することを防止できるのである。
【符号の説明】
【００３５】
１０    電池
２０    発電要素
３０    外装
３２    蓋部材
４０    外部端子部材
４５    集電端子部材
４７    接続部材
４７ｃ  かしめ部
Ｗ    溶接部分
【図１】
0005637181.tif 000002
【図２】
0005637181.tif 000003
【図３】
0005637181.tif 000004
【図４】
0005637181.tif 000005
【図５】
0005637181.tif 000006
【図６】
0005637181.tif 000007