(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口縁が胴体部位と同等の厚み若しくはそれに比べて肉薄で、アルミニウム合金から成る外装缶を準備する外装缶準備ステップと、
外装缶の開口縁に嵌まり込む、板体の外周に沿ってリブを有するアルミニウム合金から成る封口体を準備する封口体準備ステップと、
外装缶に発電要素を収納した後、外装缶の開口縁にリブを密嵌させた状態で封口体を外装缶に装着する装着ステップと、
エネルギービームを照射して外装缶の開口縁と封口体のリブとの境界部を溶接する溶接ステップと
を備え、
前記封口体準備ステップは、板体の厚みをT1 （μｍ）、リブの高さをT2（μｍ）、リブの厚みをT3（μｍ）としたときに、T2≧（T1／１０＋４０）μｍ、５０（μｍ）≦T3≦T1の関係式を満たすように、封口体を準備し、
この結果、前記溶接ステップではアルミニウム合金溶接時の熱応力を低減させて溶接する
ことを特徴とする密閉式電池の製造方法。
【請求項２】
前記外装缶準備ステップでは、
外装缶の開口縁の厚みをL1、その胴体部分の厚みをL2とすると、外装缶の開口縁の厚みL1と胴体部分の厚みL2とが、５０（μｍ）≦L1≦L2の関係式を満たすように、外装缶を準備する
ことを特徴とする請求項１記載の密閉式電池の製造方法。
【請求項３】
前記封口体準備ステップでは、
板体の外周を折り曲げてリブを形成する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の密閉式電池の製造方法。
【請求項４】
前記外装缶準備ステップでは、外装缶の内周側に薄肉部を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の密閉式電池の製造方法。
【請求項５】
前記外装缶準備ステップでは、外装缶の内周側に薄肉部を形成する
ことを特徴とする請求項２に記載の密閉式電池の製造方法。
【請求項６】
前記外装缶作製ステップでは、外装缶の内周側に薄肉部を形成する
ことを特徴とする請求項３に記載の密閉式電池の製造方法。
【請求項７】
開口縁が胴体部位と同等の厚み若しくはそれに比べて肉薄で、アルミニウム合金からなる外装缶と、
外周部にリブを有し、アルミニウム合金からなる封口体とが前記開口縁にリブを密接させた状態で配置され、エネルギービームの照射により溶接されている密閉式電池であって、
板体の厚みをT1（μｍ）、リブの高さをT2（μｍ）、リブの厚みをT3（μｍ）としたときに、T2≧（T1／１０＋４０）μｍ 、５０（μｍ）≦T3≦T1の関係式を満たす封口体が用いられ、
この結果、前記アルミニウム合金溶接時の熱応力を低減させて封口板と外装缶とは溶接されている
ことを特徴とする密閉式電池。
【請求項８】
前記外装缶の開口縁の厚みをL1、その胴体部分の厚みをL2とすると、外装缶の開口縁の厚みL1と胴体部分の厚みL2とが、５０（μｍ）≦L1≦L2の関係式を満たす外装缶が用いられている
ことを特徴とする請求項７記載の密閉式電池。
【請求項９】
前記外装缶は、内周側に薄肉部を有する
ことを特徴とする請求の範囲７または８記載の密閉式電池。
【請求項１０】
アルミニウム合金からなる外装缶に、発電要素を収納する収納ステップと、
外装缶の開口部にアルミニウム合金からなる封口板を装着し、前記封口板の外周部と外装缶の開口縁とを、両者の境界に沿ってエネルギービームを照射しながら走査することによって溶接し、封口する封口ステップと
を備える密閉式電池の製造方法において、
前記封口ステップで使用するエネルギービームは、溶接素材が溶融したときに封口部の温度勾配がガウシアン分布のエネルギービームを用いた場合よりも小さくなるようなエネルギー分布を有し、アルミニウムの合金溶接時の熱応力を低減させる
ことを特徴とする密閉式電池の製造方法。
【請求項１１】
アルミニウム合金からなる外装缶に、発電要素を収納する収納ステップと、
外装缶の開口縁にアルミニウム合金からなる封口板を装着し、封口板の外周部と外装缶の開口縁とを、両者の境界に沿ってエネルギービームを照射しながら走査することによって溶接し、封口する封口ステップと
を備える密閉式電池の製造方法において、
前記封口ステップで使用するエネルギービームは、
ビームスポットの直径をＷ、ビームスポットの所定点のエネルギーをＰｃ、Ｐｃとの差分をｄＰと定義したときに、
ｄＰ／Ｐｃ＜０.０５の条件を満たす平坦領域の直径が０．２Ｗ以上に及ぶエネルギー分布を有するものであって、
当該平坦領域を前記境界に沿って照射し、アルミニウム合金溶接時の熱応力を低減させる
ことを特徴とする密閉式電池の製造方法。
【請求項１２】
アルミニウム合金からなる外装缶の中に発電要素が収納され、外装缶の開口縁が、アルミニウム合金からなる封口板が溶接されることにより封口された密閉式電池であって、
外装缶と封口板との溶接個所には、アルミニウム合金溶接時の熱応力を低減させるようにシルクハット形状の溶接跡が存在する
ことを特徴とする密閉式電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いた密閉式電池の製造方法及び密閉式電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話、ＡＶ機器、コンピュータなどの携帯機器の需要が高まるに伴い、電池に対する高性能化への要求が急速に高まっており、中でも、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン二次電池といった二次電池に対して大きな要望がある。
【０００３】
このような電池は一般的に密閉タイプであって、電池の形状としては、円筒形や筒形といったものが知られているが、その中で角形密閉式電池は、携帯機器に搭載するに際してスペース効率が優れている点で注目されており、その高性能化や高信頼性に対する要望は大きいと言える。
この角形密閉式電池は、一般的に、金属製の板体を絞り加工することによって、当該板体を有底角筒状に成形して外装缶を作製し、その外装缶に正極・負極からなる発電要素を収納し、外装缶の開口部に封口板を装着して封口することによって作製される。この封口プロセスでは、外装缶と封口板とを、かしめ圧着あるいは溶着によって封止するのが一般的である。
【０００４】
この封止で、外装缶の中が高圧となったときに外装缶の中から電解液やガスが漏出するのが防止されるが、封止の出来によって電池の信頼性や寿命は大きく左右される。
一般的に、電池の封口プロセスは、機械式かしめ法が広く用いられているが、角形密閉式電池においては、かしめ法による封口が困難なことも多く、レーザ溶接による封口も多く用いられている。
【０００５】
図２５は、従来から一般的な、密閉式電池におけるレーザ溶接を用いた封口技術を示す概念図である。
この図２５に示すように、レーザ溶接法においては、外装缶４００の開口縁部に平板状の封口板４１０を上面が段差が生じないいわゆる面一になるように嵌め込んだ状態で、封口体の外周部と外装缶の開口縁部との境界線に沿ってレーザビーム４２０を間欠的に照射しながら一定の速度で走査することによって溶接を行う。そして、このようなレーザ溶接を用いた封口技術によって、角形電池の完全密封を実現でき、電池の高信頼性・長寿命化も実現可能となるため、レーザ封口は、角形密閉式電池の高品質を実現する中核技術の一つとして位置付けられている。
【０００６】
ところで、外装缶及び封口板の素材には、従来から、ニッケルメッキ鋼板やステンレス鋼板などが多く用いられてきたが、電池を軽量化するために、現在では、アルミニウムにマンガンなどを添加したアルミニウム合金の板も多く用いられるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アルミニウム合金の板を外装缶及び封口板に用いた場合、上記のようにレーザ溶接で封口を行うと、溶接部分にクラックが発生しやすいという問題がある。
このクラックは、通常、レーザビームの走査方向に沿って発生するがクラック発生のメカニズムとしては、レーザビームの照射により溶接した部分（溶接池）が、冷却時にその付近で発生する熱応力によって引っ張られることによるものと考えられる。また、アルミニウム合金の板を用いた場合に特にクラックが発生しやすい原因としては、アルミニウム合金は、鉄やステンレスと比べて引っ張り強度が低いことや、熱伝導率が大きいため溶接部分が急速に冷却されることなどが挙げられる。
【０００８】
このような問題に対して、レーザビームの走査速度を小さく設定すればクラックの発生率が低下するため現状では、クラックの発生率をできるだけ小さく抑えために、レーザビームの走査速度を小さく設定してレーザ溶接を行っているが、レーザビームの走査速度を小さくすると封口に要する時間が長くなるので、生産効率の面で望ましくない。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、角形密閉式電池をはじめとする密閉式電池において、外装缶や封口板にアルミニウム合金のような材質を用いた場合にも、レーザビーム等のエネルギービームによる溶接に伴うクラックの発生を極力抑えつつ、生産性をできるだけ高く保つことの可能な密閉式電池の製造方法及び密閉式電池を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
まず、封口体と外装缶の形状を工夫することで、溶接部に発生する熱応力を低減することによりクラックの発生を防止する。その効果は、各部の寸法に依存する。数値解析により求めた関係式（後述する数３〜数５）を満たすよう封口体と外装缶とを設計すれば、より顕著に熱応力は低減される。
【００１１】
次に、溶接に用いるレーザ光のエネルギー分布を工夫することにより、溶接部に発生する熱応力を低減することによりクラックの発生を防止する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る角形の密閉式電池について図面を参照しながら具体的に説明する。
[実施の形態１]
図１は、本発明の一実施の形態に係る角形密閉式電池１（以下、単に「電池１」という。）の斜視図である。図２は、図１のＸ−Ｘ線矢視断面図で、要部断面拡大図である。
【００１３】
この電池１は、リチウムイオン二次電池であって、有底角筒形の外装缶１０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群２０並びに非水電解液が収納され、外装缶１０の開口縁部を封口体３０で封口した構造である。
外装缶１０は、Ａｌ−Ｍｎ系合金の板が有底角筒形に成形されたものである。
【００１４】
このＡｌ−Ｍｎ系合金は、アルミニウム（Ａｌ）を主成分としているため軽量であり、また、マンガン（Ｍｎ）が添加されていることにより、アルミニウム単体と比べて引っ張り強度が大きい。なお、マンガンの含有量が多すぎると外装缶成形時の加工性や溶接性が低下するので、マンガンの含有量は、１．０から１．５ｗｔ％程度が適当である。
【００１５】
図１、図２に示すように、封口体３０は、外装缶１０の開口縁部に嵌まり込むよう成形された封口板３１の中央部に、釘状の負極端子３２が、絶縁パッキン３３を介して貫通して取り付けられた構成である。
封口板３１は、外装缶１０と同じＡｌ−Ｍｎ系合金の板が、外装缶１０の開口部と同じ長方形状に打ち抜かれたものである。
【００１６】
外装缶１０や封口板３１の厚さは、必要な強度を維持できる範囲内で、できるだけ薄く設定し、通常は５００μｍ程度に設定する。
負極端子３２の下部（電池の内側）には、集電板３４が装着され、また、負極端子３２の上部（電池の外側）には、ワッシャ３５が装着されている。そして、これらの負極端子３２、集電板３４及びワッシャ３５は、絶縁パッキン３３によって封口板３１と絶縁された状態で、カシメ圧着されて封口板３１に固定されている。
【００１７】
電極群２０の負極板２１は、層状カーボン（グラファイト粉末）が板状の芯体に塗着されたものであって、セパレータ２３によって包みこまれている。そして、この負極板２１の芯体と集電板３４とは、リード板２５で接続されている。
一方、電極群２０の正極板２２は、詳しくは図示しないが正極活物質としてのリチウム含有酸化物（例えば、コバルト酸リチウム）と導電剤（例えば、アセチレンブラック）とからなる正極合剤が板状の芯体に塗着されたものであって、正極兼用の外装缶１０と直接接触して電気的に接続されている。
【００１８】
非水電解液は、例えば、エチレンカーボネート及びジメチルカーボネートからなる混合溶媒に、溶質としてＬiＰＦ6を溶解したものである。
封口板３１の外周部と外装缶１０の開口縁部１０ａとは、レーザー溶接によって封止されている。
なお、図１では省略されているが、電極群２０と封口板３１との間には、絶縁性樹脂からなる絶縁スリーブ２６が介挿され（図５参照）、これによって電極群２０は、外装缶１０内の定位置に固定されるとともに、封口体３０との接触が防止されるようになっている。
【００１９】
このような電池１は以下のように作製される。
図３は、電池１の製造工程を示す模式図である。
まず、パンチとダイスを用いてアルミニウム合金板を絞り加工することにより、有底角筒状の外装缶１０を作製する。
図４は、封口板３１の外周部と外装缶１０の開口縁部１０ａとを溶接する前の、外装缶の封口板３１を嵌め込んだ状態を示す図である。
【００２０】
外装缶１０の開口縁部１０ａの厚みＬ1（μｍ）が外装缶胴体部分１０ｂの厚みＬ2（μｍ）よりも薄くなるように調整する。詳しくは、この図に示すように、外装缶１０の外径Ｒは開口縁部１０ａ及び胴体部分１０ｂで同一にして、内径ｒが開口部分で大きくなるようにして、外装缶の開口縁部１０ａの厚みＬ1を、胴体部分１０ｂよりも肉薄に形成する。この調整は、用いるパンチの開口縁部１０ａに対応する部位を太くすることによって簡単に行うことができる。
【００２１】
次に、アルミニウム合金からなる平板状の部材をパンチとダイスを用いて絞り加工することによりリブ３１ｂが平坦部３１ａの外周に沿って形成された外装缶１０の開口縁部に嵌め込み可能な大きさの封口板３１を形成する。
ここで、リブ３１ｂの厚みＴ3（μｍ）が平坦部３１ａの厚みＴ1（μｍ）よりも薄くなるように調整する。この平坦部３１ａとリブ３１ｂの厚みの調整も、上記同様にパンチのリブに対応する部位の寸法を調整することで簡単に行うことができる。ここで、リブの平坦部３１ａの表面からの高さをリブ３１ｂの高さＴ2（μｍ）と定義する。
【００２２】
次に、この封口板３１の中央部分に負極端子等を装着して封口体３０を作製する。
続いて、外装缶１０に、正極とセパレータと負極とからなる電極群２０を収納し、負極板２１と集電体３４とをリード板２５を用いて電気的に接続する。次に、外装缶１０内に電解液を注入し、封口体３０を外装缶１０の上端１０ｃと封口体３０のリブ上端３１ｃとが略面一になるように外装缶１０に圧入する。
【００２３】
そして、外装缶１０と封口体３０とが接した部分４０（境界部）、即ち、外装缶１０の上端１０ｃとリブの上面３１ｃの境界部分にレーザビームを間欠的に照射してレーザ溶接を行う。
この工程を詳細に説明する。図５は、レーザ溶接によって外装缶を封口する様子を示す斜視図である。
【００２４】
図５に示す装置において、集光レンズ５１は、その光軸を封口板３１と平行な面内で、任意の方向に駆動できるようになっている。そして、この集光レンズ５１にレーザ光発振装置（不図示）から光ファイバを経由してレーザ光が導かれる。
レーザ光発振装置は、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）を用いて発光させるものであって、レーザ光５０をパルス状に出力する（例えば、レーザパルス繰返し数：５０ｐｐｓ）。そして、このレーザ光５０は、集光レンズ５１を通過することにより、封口板３１と外装缶１０の開口縁部１０ａとの境界４０上に集光して、小さな円形状のスポット５２（スポット径：数百μｍ）を形成する。
【００２５】
このようなレーザ光の照射方式により、溶接する部分の周囲にある部材（絶縁スリーブ２６など）に熱的損傷を与えることなしに、スポット５２の部分を局所的に溶融させることができる。
レーザ光が照射されたスポット５２の部分では、封口板３１の外周部（リブ３１ｂ部分）と外装缶１０の開口縁部１０ａとが溶融して溶融池を生じるが、その溶融池は短時間で凝固する。図５において、６０は、この溶融池が凝固した溶接部分である。
【００２６】
なお、レーザ光５０のスポット５２の周囲には、不活性ガス（窒素ガス）が噴射されるようになっており、これによって溶接部分の酸化は防止される。
レーザ光発振装置におけるレーザ光の繰り返し数並びに集光レンズ５１の走査の速度は、レーザ光５０のスポット５２が、直前に照射したスポット５２ａと適度にオーバーラップするよう（通常４０％〜６０％程度のオーバーラップ率となるよう）調整する。
【００２７】
このように、レーザ光５０を、集光レンズ５１で境界４０上に集光して照射しながら、境界４０に沿う方向（図５の矢印Ａの方向）に集光レンズ５１を走査することによって、境界に沿って連続的に溶接部分６０を形成する。そして、境界４０の全周に渡って溶接を行い、封止を完了する。
このように電池１の製造においては、従来のように単に平坦な封口板の外周部分を外装缶の開口縁部に溶接により固定するものでなく、リブを有する封口板を溶接するので、図２に示すように完成した電池においても封口板３１の外周部分にはリブ３１ｂが残存した構造となっている。もっとも、レーザビームのエネルギーやリブの高さ等によっては、完成した電池においてこのようにリブが残らないこともある。
【００２８】
詳しくは後述するが、このような密閉式電池の製造方法においては、リブの上端をレーザビームにより溶接するので、リブのない上述した従来の封口体を用いる場合に比べて、溶融池から封口体の中央部に逃げる熱エネルギー量が少なくなり、溶融池は冷却しにくくなると考えられる。
また、リブの厚みＴ3が板体の厚みに対し薄く設定されているので、溶融池の熱エネルギーが逃げる領域はいっそう小さくなるので、溶融池はより冷却しにくくなると考えられる。
【００２９】
更に、外装缶１０の開口縁部１０ａの厚みＬ1をそれ以外の胴体部分１０ｂの厚みＬ2よりも薄くしてあるので、レーザビームによる溶融池の熱エネルギーはいっそう逃げにくい。
このように溶融池の熱エネルギーが溶融池から逃げにくいため、レーザビームによる熱エネルギーが溶融池に蓄えられ、溶融池の冷却速度が従来の封口技術の場合に比べて極めて遅くなるものと考えられる。従って、封口プロセスにおいて発生する熱応力を小さくすることができる。このため、上記したように電池を作製すれば溶融池にクラックが発生する頻度は極減され、この結果、生産性の向上が期待される。
【００３０】
「溶接前の外装缶１０及び溶接前の封口体３０の形状の有効性について」
次に、溶接前の外装缶１０及び溶接前の封口体３０の形状の有効性について詳細に検討する。
発明者らは、レーザ溶接時に生じる熱応力と溶接前のリブ３１ｂの寸法や、溶接前の外装缶１０の厚みとの関係について考察するために、レーザ溶接がレーザビームの吸収による熱的加工法である点に着目して、次のようなシミュレーションによる解析実験を試みた。
【００３１】
即ち、図６に示すように、レーザによる封口部（溶接部）の一部をメッシュ状に分割した解析モデルを用いて、有限要素法（参考文献；日本機械学会編の「熱と流れのコンピュータアナリシス」、コロナ社（１９８６年））により下記数１式（３次元非線形非定常熱伝導方程式）、数２式を用いて解析することによってレーザ封口部の温度分布により生じる熱応力を算出した。有限要素法の解析の精度を上げるため、図６に示すように、温度勾配が大きいと考えられるレーザビームのスポット近接では、特に細かくメッシュ分割を行った。
【００３２】
【数１】
0003594555.tif 000002
【００３３】
【数２】
0003594555.tif 000003
主な解析条件は、レーザ波長１．０６μｍのＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）レーザ、レーザパワー９．３×１０Ｗ、ビーム径４５０μｍ、パルス幅１２．０ｍｓであって、解析時間はレーザビーム照射から温度上昇・溶融・凝固を経て低温に戻るまでの時間を考慮して１５．０ｍｓで行った。
【００３４】
図７は、この解析によって算出された結果であって、平坦部３１ａの厚みＴ1を３００μｍ、４００μｍ、５００μｍと変えたときの、リブ３１ｂの高さＴ2とレーザスポットの中心部分に発生する熱応力σ（Ｎ／ｃｍ2）と関係を示す特性図である。なお、レーザスポットの中心部分に最も大きい熱応力が発生する発生することに着目して、その部位に発生する熱応力を算出した。
【００３５】
また、変化させる数値（Ｔ2）以外の寸法は、Ｔ3、Ｌ1、Ｌ2ともに５００μｍと、熱応力が大きくなりやすい条件に設定した。
この図７に示すようにリブ３１ｂの高さＴ2が高いほど熱応力は小さくなり、封口体の平坦部３１aの厚さＴ1が薄いほど熱応力は小さくなることがわかる。
溶融池に生じる熱応力が外装缶及び封口体の材質の引っ張り限界（ここで用いた素材では引っ張り限界は、４×１０3Ｎ／ｃｍ2である。）を超えるとクラックが惹起されるので、封口体を設計する際にはこれを超えないように設計する必要があり、従って図７から、平坦部３１ａの厚さＴ1とリブ３１ｂの高さＴ2とは下記数３の関係式を満たすように決定することが望ましいことがわかる。
【００３６】
【数３】
0003594555.tif 000004
上記数３式を図式化すると図８のようになる。
この特性図から熱応力が引っ張り限界を超えないようにするためには、つまり、上記数３の関係式を満たすためには、図８において斜線部の領域の条件範囲における設計が必要となる。
【００３７】
次に、上記解析結果において、同じリブ高さＴ2の場合で熱応力が大きい、厚みＴ1が５００μｍの場合において、リブ３１ｂの厚みＴ3とレーザスポットの中心部に発生する熱応力σとの関係について算出した。ここで、Ｔ2は９０μｍ、Ｌ1、Ｌ2は共に５００μｍに設定した。図９は、この結果を示す特性図である。
この図９に示すようにリブ３１ｂの厚みＴ3が、平坦部３１aの厚みＴ1と同じ寸法であると、溶融池に発生する熱応力は引っ張り限界（ここでは、４×１０3Ｎ／ｃｍ2である。）付近となる。しかし、平坦部３１aの厚みＴ1を固定して封口板のリブ３１ｂの厚みＴ3を薄くしてゆくと、熱応力はより小さくなる。つまり、溶融池に発生する熱応力を引っ張り限界に対してより小さくして、クラックの発生を防止するには、リブ３１ｂの厚みＴ3を、平坦部３１aの厚みＴ1と同等若しくはそれよりもより薄くすることが有効であることがわかる。
【００３８】
従って、アルミニウム合金板の機械的な強度を考慮した結果導かれる、リブの厚みＴ3は、薄くしたとしても５０μｍ以上に設定すべきであるという事情をも考慮すると、リブ３１ｂの厚みＴ3と平坦部３１aの厚みＴ1とは下記数４の式を満たすよう決定することが望ましいと言える。
【００３９】
【数４】
0003594555.tif 000005
更に、外装缶の胴体部分１０ｂの厚みを５００μｍに固定したときの、外装缶１０の開口縁部１０ａの厚みＬ1とレーザスポットの中心部に生じる熱応力σとの関係について算出した。ここで、Ｔ２は９０μｍ、Ｔ1、Ｔ3、Ｌ2は共に５００μｍに設定した。図１０は、この結果を示す特性図である。
【００４０】
この図１０に示すように外装缶１０の開口縁部１０ａの厚みＬ1が胴体部分１０ｂの厚みＬ2と同じ寸法であると、溶融池に発生する熱応力は引っ張り限界（４×１０3Ｎ／ｃｍ2）付近となる。しかし、外装缶１０の胴体部分１０ｂの厚みＬ2を固定して、開口縁部１０ａの厚みＬ1を薄くしてゆくと、熱応力はより小さくなる。つまり、溶融池に発生する熱応力を引っ張り限界に対してより小さくして、クラックの発生を防止するには、外装缶１０の開口縁部１０ａの厚みＬ1を、胴体部分１０ｂの厚みＬ2と同等若しくはそれよりもより薄くすることが有効であることがわかる。
【００４１】
従って、上記同様にアルミニウム合金板の機械的な強度を考慮した結果導かれる、外装缶１０の開口縁部１０ａの厚みＬ1を薄くしたとしても５０μｍ以上に設定すべきであるという事情を考慮すると、外装缶１０の開口縁部１０ａの厚みＬ1と胴体部分１０ｂの厚みＬ2とは下記数５の式を満たすように決定することが望ましい。
【００４２】
【数５】
0003594555.tif 000006
この関係式を満たすように外装缶１０の開口縁部１０ａの厚みＬ1を決定すれば、封口板のリブ３１ｂとの密着性が向上される点からも望ましい。
なお、図４の説明では外装缶の外径は開口縁部及び胴体部分とで同一にして内径が開口部分で大きくなるようにして、外装缶の開口縁部の厚みＬ1を、胴体部分よりも肉薄に形成したが、図１１に示すように、外装缶の内径ｒを開口縁部及び胴体部分とで同一にして、外径Ｒが開口縁部で小さくなるようにして、外装缶の開口縁部の厚みＬ1を、胴体部分よりも肉薄に形成してもよい。この調整は、用いるダイスの開口縁部に対応する部位の径を小さくすることによって簡単に行うことができる。
【００４３】
但し、封口体を外装缶に嵌め込む際の固定に外装缶の開口部分の薄肉部分が有効に働くようにするためには、図４に示したように薄肉部分を形成することが望ましいと言える。
（実施例）
上記電池１を、外装缶１０の開口縁部１０ａの厚みＬ1を４００μｍ、胴体部分１０ｂの厚みＬ2を５５０μｍ、封口体３０のリブ３１ｂに囲まれた平坦部３１aの厚みＴ1を５００μｍ、リブ３１ｂの高さＴ2を５００μｍ、リブ３１ｂの厚みＴ3を４００μｍ、絶縁スリーブの厚みを８００μｍに設定して以下のレーザ照射条件で複数個作製し、クラック発生率を調べた。なお、ここで電池作製に用いた部材の各寸法は、上記数３から数５式の関係式を満たす。
【００４４】
レーザ照射条件
レーザ波長：１．０６４μｍ（ＹＡＧレーザ）
レーザパルス繰り返し数：５０ｐｐｓ（パルス／秒）
レーザスポット径：５００μｍ
レーザビーム走査速度：１５ｍｍ／ｓ
（比較例）
本発明に対して、従来のリブを有さない平板状の封口体及び開口縁部に薄肉部を有しない外装缶を用い、外装缶の開口縁部に上面が面一になるように封口板を嵌め込んだ状態で、上記同様の条件でレーザ溶接して比較例の密閉式電池を複数個作製し、クラック発生率を調べた。なお、外装缶の厚みは５００μｍ、封口体の厚みは８００μｍのものを用いた。
【００４５】
これらの実験の結果を下記表１に示した。
【００４６】
【表１】
0003594555.tif 000007
この表１に示すように、比較例ではクラック発生率が２７％と高い値であったのに対して、上記実施例のように封口体に用いる部材の形状及び外装缶に用いる部材の形状を工夫して電池を作製すれば、クラック発生率を１％にまで低減させることができた。
【００４７】
この結果は、上記実施の形態で論じたように密閉式電池を作製すれば、溶接時に溶接箇所に発生する熱応力を低減でき、従って、クラックの発生を抑えられるという上記製造方法の実用的な効果を実証するものである。
図１２は、上記条件下で溶融部に発生する熱応力を、照射回数ごとに示す特性図である。
【００４８】
この図１２のグラフを観ると、１回目の照射時と比べて２回目の照射時の方が熱応力が若干大きくなるが、２回目以降の熱応力の大きさはほとんど一定であることがわかる。
また、従来の製造方法の場合は、発生する熱応力の最大値が６．０×１０3Ｎ／ｃｍ2程度であるが、実施例に係る製造方法の場合は、発生する熱応力の最大値が４．０×１０3Ｎ／ｃｍ2未満である。
【００４９】
従って、実施例の角形密閉式電池の製造方法を適用すればここで用いたアルミニウム合金の引っ張り強度が４．０×１０3Ｎ／ｃｍ2程度であることを考慮すると、発生する最大熱応力がこの引っ張り強度未満となるように設定するのに有効であることがわかる。
[実施の形態２]
以下、別な実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
【００５０】
[電池の構成]
図１３は、別な実施の形態に係る角形密閉式電池１００（以下、単に電池１００という。）の斜視図である。ここで、同一番号は、同一部材を示す。
[電池の製造方法]
上記電池１００の製造方法について説明する。なお、封口板３１の形状及び外装缶１０の形状は従来一般的なものと同様であって、封口板３１は平板であり、また外装缶の厚みは、開口縁部１０ａであるのか胴体部分であるのかに拘わらず一様に設計してある。
【００５１】
図１４は、外装缶１０の開口縁部に封口板３１が嵌め込まれた状態の要部拡大図であって、封口板３１の外周部及び外装缶１０の開口縁部の付近が示されている。
先ず、Ａｌ−Ｍｎ系合金の板を有底角筒形に成型して外装缶１０を作製する。また、Ａｌ−Ｍｎ系合金の板を打ち抜いて平板状の封口板３１を作製する。
【００５２】
具体的には、外装缶１０は、アルミ合金の平板を、パンチ及びしごきダイスを用い、トランスファ絞り加工を施して成型を行って作製する。一方、封口板３１は、アルミ合金の平板をパンチで打ち抜いて作製する。
次に、封口板３１に、所定の部材（絶縁パッキン、負極端子及び集電板）を組み合わせて嵌め込み、負極端子の上部にワッシャをはめてカシメ圧着することにより、封口体３０を作製する。
【００５３】
続いて、外装缶１０に、予め作製した電極群を収納し、負極板と集電体とを電気的に接続する。次に、外装缶１０内に電解液を注入し、封口体３０を外装缶１０の上端１０ｃと封口体３０の封口板３１の上面３１ｄとが略面一になるように外装缶１０に圧入する。
そして、封口板３１の外周部と外装缶１０の開口縁部とを、両者の境界４０に沿ってレーザ光を照射しながら走査することによって溶接を行い、電池１００を完成させる。
【００５４】
[レーザ溶接による封口]
図１５は、レーザ溶接によって外装缶を封口する様子を示す平面図である。
図１５に示す装置は、ビームホモジナイザ１２０・・・と、ビームホモジナイザ１２０・・・で発生された光束を投影する投影レンズ１３０とを備えるもので、ビームホモジナイザ１２０・・・及び投影レンズ１３０とは一体的に封口板３１と平行な面内で、任意の方向に駆動できるようになっている。
【００５５】
ビームホモジナイザ１２０・・・は、レーザ光発振装置（不図示）から光ファイバを経由して導かれるレーザ光１４０を細かな光束１４１・・・に分割する加工レンズである。
投影レンズ１３０は、前記光束１４１・・・を溶接箇所である前記境界４０において中心及び径が重なるように投影し、円形のレーザスポットを形成する。
【００５６】
このようにレーザ光１４０を一旦細かく分割し、そして、分割されたレーザ光を重ね合わせるように照射することにより、ビームスポットの中心部分でエネルギーが高く、しかも、その付近に変化が実質的にない領域を有するレーザスポット１５０を生成することができる（この作用については、別途詳述する。）。
レーザ光発振装置は、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）を用いて発光させるものであって、レーザ光１４０をパルス状に出力する（例えば、レーザパルス繰り返し数：５０ｐｐｓ）。
【００５７】
レーザ光が照射されたスポット１５０の部分では、封口板３１の外周部分と外装缶１０の開口縁部とが溶融して溶融池が生じるが、その溶融池は短時間で凝固する。図１４、１５において、１１０は、この溶融池が凝固した溶接部分である。
なお、図示しないがレーザスポット１５０の周囲には、不活性ガス（窒素ガス）が噴射されるようになっており、これによって溶接部分の酸化は防止される。
【００５８】
また、上記実施の形態１と同様にレーザ光発振装置におけるレーザ光の繰り返し数並びにレーザスポット１５０の走査の速度は、レーザスポット１５０が、直前に照射したスポットと適度にオーバーラップするよう（通常４０〜６０％程度のオーバーラップ率となるよう）調整する。
レーザスポット１５０をそのエネルギー分布の平坦部の中心部がちょうど溝４０にあたるように照射する。このようにエネルギーのもっとも大きいレーザスポットの中心を溝４０にあてるのは、外装缶と封口板との接触する部分でもっとも強固に溶接するためである。もちろん、これは溶接する部分の周囲にある部材（絶縁スリーブ２６など）に熱的損傷を与えることはなく、スポット１５０の部分が局所的に溶融されるに過ぎない。
【００５９】
このように、レーザ光を、投影レンズ１３０で境界４０上に投影して照射しながら、境界４０に沿う方向（図１４の矢印Ａ1の方向）にビームホモジナイザ１２０・・・及び投影レンズ１３０を一体的に走査することによって、境界４０に沿って連続的に溶接部分１１０を形成する。そして、境界４０の全周にわたって溶接を行い、封止を完了する。
【００６０】
[レーザビームのエネルギー分布と溶接に対する効果について]
上記封口プロセスで使用したレーザ光のエネルギー分布を図１６（ａ）に、また参考として従来から一般的に用いられていたレーザ光のエネルギー分布の形状を図１６（ｃ）に示した。
これらの図は、円形状のレーザスポットを想定した場合の、レーザスポットの中心点でのエネルギーを基準とした中心から周囲へのエネルギー分布を表している。
【００６１】
図１６（ａ）に示すようにここで使用するレーザスポットのエネルギー分布は、（ｃ）に示す従来から一般的なガウシアン分布と異なる。
すなわち、図１６（ａ）に示すようにレーザスポットの中心付近には、エネルギー変化が実質的にない平坦な領域が存在する。
このようなエネルギー分布にすることにより、まず、溶融金属が流動する現象、つまりマランゴニ流の発生を抑制することができる。
【００６２】
溶融した金属において温度が低い程、表面張力は大きくなるので、より高温の溶融金属は、温度が低い溶融金属に引っ張られ、それにより溶融金属の流れが発生する。図１６（ｃ）に示したガウシアン分布を有するレーザ光を用いると、レーザスポットの中心部分でもっともエネルギーが大きく、周辺に向かうに従って、エネルギーは小さくなるので、溶融池の温度分布も平面で考えれば中央部分で温度が高く、周辺部分で温度が低くなる。このような温度勾配により溶融池上部中央部分→周辺部分→底部→上部中央部分というように循環する対流（マランゴニ流）が発生する（図１６（ｄ）中に矢印Ｂでこの対流の様子を示す。）。その結果、溶接跡の形状は後述するような半円球形状になる。
【００６３】
一方、本実施の形態におけるレーザ光は、上記したように平坦部を有するエネルギー分布であるので、平坦部に相当する溶融池では温度勾配が実質的に生じない。したがって、この部分での温度勾配に起因したマランゴニ流の発生は抑制することができる。
このようにマランゴニ流が局部的に抑制されることによって、レーザ光によるエネルギーが溶融池底部へ効果的に伝わってゆくため、境界４０をより深くまで溶融でき（図１６（ｂ）参照）、最終的には封止性に優れた電池を得ることができる。なお、レーザスポット周辺付近では、若干のマランゴニ流（図１６（ｂ）中に矢印Ｃで対流の様子を示す。）は生じることとなる。この結果、後述するようないわゆるシルクハット形状の溶融跡が形成される。
【００６４】
また、マランゴニ流の発生が抑えられるため、クラック発生に大きな影響を与える熱応力を低減することができる。熱応力は、溶融池が急速に冷却される際に生じる応力であるが、溶融金属の流動性にも依存し、溶融池の溶融金属の流動が激しいほど、金属同士はより引っ張りあうことになるので熱応力はより大きくなる。従って、マランゴニ流を抑えることにより、溶融金属の流動によって生じる熱応力を低減させることができる。また、熱応力が上記数２式で示したように温度変化の関数で表されることからも、温度勾配を小さくすることが熱応力低減の効果に結びつくと言える。このように、溶接個所における熱応力を低減することができるのでクラックの発生を抑えることができる。
【００６５】
なお、基本的には、従来のガウシアン分布のビームよりも、溶融金属の温度勾配が小さくなるようなエネルギー分布を有しさえすれば、上記した効果は得られるということができる。
また、上記熱応力低減の効果は、用いたビームの平坦部がレーザスポットのどれだけの領域に及んでいるのかに依存する。つまり、あまり平坦部が小さいと、結局、温度勾配が広い範囲に渡って生じることになるので、マランゴニ流が抑えられなくなるからである。従って、平坦部は、ビームスポットの径を考慮して決定する必要がある。
【００６６】
更に、このようなマランゴニ流発生が抑制され、最終的にクラック発生を抑えられるという効果が得られる範囲内での平坦部でのエネルギー変化は許容される。従って、その意味で平坦部とはエネルギー変化がまったくないという場合を意味するものではない。
特に、次の数６の関係式を満たす場合により効果が顕著である。
【００６７】
【数６】
0003594555.tif 000008
注：この根拠は、詳細には示さないが、下記の主な条件下での上記シミュレーション解析に基づく計算によって導出した。
シミュレーションの主な条件；
外装缶１０及び封口板３１の板厚；５００μｍ
ＹＡＧレーザ光の波長；１．０６４μｍ
照射スポットの径；６００μｍ
照射エネルギー；１スポットあたり６０W、７０W、８０W
なお、上記関係式を満たすエネルギー分布は、ガウシアン分布のレーザ光では得られない。これは、ガウシアン分布はそのエネルギーI（ｘ）が下記数７で表されることから明らかであるが、中心のエネルギーからエネルギー変動が５％以内である領域は、レーザスポットの２０％にも満たなからである。
【００６８】
【数７】
0003594555.tif 000009
「溶接跡の形状について」
上記したようなエネルギー分布のレーザ光によって溶接することによって、溶接跡１１０の形状は従来にない独特の形状となる。
【００６９】
図１７（ａ）は、一つのレーザスポットにより溶接される外装缶と封口板との溶接跡１６０の斜視図であり、図１７（ｂ）は、その中央部分における断面図である。
これらの図に示すように１レーザスポットによる溶接跡１６０は、レーザスポット中央部分の平坦部の径に相当する領域では、上記したように溶融池が直進して形成されてゆき、また、溶融池上部（レーザスポット周辺）では若干のマランゴニ流が生じることから、結果的には、マランゴニ流の影響により被溶融部との境界の傾斜がなだらかで偏平した半円球形状の第１の溶接跡部１６１と、この第1の溶接跡部の上部の径Ｒ１よりも小さな上部の径Ｒ２を有する第２の溶接跡部１６２とからシルクハット形状となる。
【００７０】
ここでの第２の溶接跡部１６２は、レーザスポットの平坦部のエネルギーが直進して形成されたものであるので、非溶融部との境界の傾斜は第１の溶接跡部１６１よりも険しいものとなっている。
これに対して、ガウシアン分布のレーザ光で溶接した場合には、マランゴニ流が溶融池全体で発生するため、半円球形状の溶接跡が形成される。
【００７１】
このように、本実施の形態の溶接方法の場合の１レーザスポットによる溶接跡の形状は、従来の場合と大きく異なっている。そして、この形状ゆえに、１レーザスポットの全エネルギーを同一に設定して溶接した場合には、レーザ照射方向（垂直方向）への溶接跡の進行度合い（深さ）が本実施の形態の方が大きくなるので、封止性に優れるという利点がある。
【００７２】
ところで、実際には、レーザ光が連続的に照射されて溶接されるので、溝４０に形成される溶接跡１１０の形状は、レーザ光発振装置におけるレーザ光の繰返数並びにレーザスポットの走査の速度によって異なる。つまり、これらの設定により、レーザスポット１５０のオーバーラップ率が異なり、溶接跡の形状もこのオーバーラップ率の程度によって異なるからである。
【００７３】
例えば、レーザ光のレーザスポットの外周部が僅かに重なるようにレーザ照射した場合には（ケース１）、上記した溶接跡１６０とほぼ同じ形状の溶接跡が連続して並んだ形状になる。
一方、レーザ光のレーザスポットのより中心よりが重なるように照射した場合には（ケース２）、レーザスポットのエネルギー変化の少ない平坦部が重なることになるので、溶接跡の形状は３次元的には留めておらず、レーザ光照射方向と同方向への垂直断面の形状が、図１７（ｂ）示したような溶接跡の断面形状と同様の形状となる。これを図示すると図１８のようになる。つまり、電池上部の外周に沿って、断面形状がシルクハット形状の溶接跡が形成されることになる。
【００７４】
このようなレーザスポットのオーバーラップ率によって溶接跡の形状が異なってくるという事情は、従来の場合にも同様であるが、ケース１の場合には、半円球状の溶接跡が連続的に配列した全体形状となり、ケース２の場合には、レーザ光照射方向と同方向への垂直断面の形状が、半円柱形状の溶接跡となる。
このように、最終的に出来上がる外装缶と封口板との境界全体に渡って形成される溶接跡の形状も、本実施の形態と従来の場合とでは著しく異なっている。つまり、本実施の形態の密閉式電池では、縦方向に直進する第２の溶接跡部が形成されているので、外装缶と封口板との溶接面積が従来の溶接法と比べてより大きく確保される溶接跡形状となっている。従って、完成後の電池において発電要素を系外から遮断するという封止効果に優れた、つまり電解液の漏出などが起こりにくく、安全性・信頼性の高い電池が得られる。
【００７５】
なお、平坦部が重なるように走査する方が、溶接領域が大きくなるので封止性をより向上させる上で好ましい。
（実施例）
上記実施の形態に基づいて、角形密閉式電池を作製した。
外装缶１０及び封口板３１の板厚は５００μｍとした。
【００７６】
溶接時において、ＹＡＧレーザ光の波長は１．０６４μｍで、照射スポットの径は５００μｍとし、照射エネルギーは、１スポットあたり６０，７０，８０Wで行った。
（比較例）
レーザ光のエネルギー分布が異なる以外は、上記実施例と同様の方法で、角形密閉式電池を作製した。
【００７７】
（実験１）
実施例及び比較例の製法で電池を作製し、熱応力を解析した。その結果を表１に示す。なお、ここではレーザ光が照射される個所に生じる熱応力のうちもっとも大きな熱応力を記載している。
【００７８】
【表２】
0003594555.tif 000010
表２から明らかなように、実施例にかかるレーザ光による溶接では、比較例の場合と比べて大幅に熱応力が低減されている。
（実験２）
実施例及び比較例の製法で電池を作製し、歩留り（クラックが発生しなかった割合）を調べた。
【００７９】
その結果、実施例にかかるレーザ光による溶接では、比較例の場合と比べて大幅にクラック発生率が低減され、上記製法では実施例に係る電池の歩留まりは９５％以上であった。
レーザ光を形状を変える装置構成について、上記説明では、ビームホモジナイザと投影レンズにより行ったけれども、これに限定されず、例えば、エキスパンダとマスクと投影レンズによっても実現できる。すなわち、まずエキスパンダによりレーザ発振装置からのレーザ光を拡げ、その中央部分をマスクと投影レンズで溶接箇所に投影することにより、平坦部を生成することができる。
【００８０】
また、上記実施の形態でのレーザスポットは、円形であってが、これに限らず、円形が若干偏平した形状や、多角形の形状であっても構わない。なお、これらの円形以外の形状の場合には、前記スポット直径Ｗは、例えば、レーザスポットの重心を経る最大径で表すことができる。
[実施の形態３]
次にまた別な実施の形態について説明する。
【００８１】
図１９は、本実施の形態に係る角形密閉式電池２００（以下、単に電池２００という。）の斜視図である。同一番号は、図１３に示した電池１００と同様の要素を示す。
電池の作製において、封口板や外装缶などその他の電池の各要素の製造方法は上記実施の形態２と同様であるので説明は省略する。
【００８２】
ここでは、封口板と外装缶との溶接方法が実施の形態２と異なっている。以下に溶接方法について詳細に説明する。
〔レーザ溶接による封口〕
図２０は、レーザ溶接によって外装缶を封口する様子を示す図である。
本図に示す装置において、集光レンズ２１０は、その光軸を、封口板３１と平行な面内で、任意の方向に駆動できるようになっている。そして、この集光レンズ２１０にレーザ光発振装置（不図示）からのレーザ光２２０が、光ファイバを経由して導かれるようになっている。
【００８３】
レーザ光発振装置は、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）を用いて発光させるものであって、レーザ光２２０をパルス状に出力する（例えば、レーザパルス繰返数：５０ｐｐｓ）。
このレーザ光２２０は、集光レンズ２１０を通過することにより、封口板３１と外装缶１０の開口縁部１０ａとの境界４０上に集光して、小さな円形状のスポット２３０（スポット径：数百μｍ）を形成する。
【００８４】
このようなレーザ光の照射方式により、溶接箇所の周囲にある部材（絶縁スリーブ２６など）に熱的損傷を与えることなしに、スポット２３０の部分を局所的に溶融させることができる。
レーザ光２２０が照射されたスポット２３０の部分では、封口板３１と外装缶１０の開口縁部１０ａとが溶融して溶融池が生じるが、その溶融池は短時間で凝固する。図２０において、２４０は、この溶融池が凝固したものである。
【００８５】
レーザ光発振装置で発振するレーザ光の繰返数並びに集光レンズ２１０の走査の速度は、レーザ光２２０のスポット２３０が、直前に照射したスポットと適度にオーバーラップするよう（通常４０〜６０％程度のオーバーラップ率となるよう）調整する。
このように、レーザ光２２０を照射しながら、レーザ光２２０のスポット２３０に向けて、Ｎ2ガスボンベ２５０から供給されるＮ2ガスをアシストガスとして噴射する（流量：例えば５リットル／ｍｉｎ）。そして、このアシストガスの雰囲気中で溶接を行うことによって、溶接箇所の酸化が防止されるようになっている。
【００８６】
また、このアシストガスは、内部にヒータを備えた加熱器２６０で高温に加熱されてから溶接箇所に供給されるようになっている。
従って、スポット２３０があたる部分に形成される溶融池は、この高温のガス雰囲気中で徐々に冷却されるので、この溶接箇所における熱応力の発生が緩和されクラックの発生が抑えられる。なお、アシストガスを加熱しても、溶融部を局所的に加熱することができるので、電池内部の発電要素等が熱によって損傷を受けることもない。
【００８７】
詳しくは後述するが、溶接部におけるクラック発生に対する十分な抑制効果を得るためには、アシストガスの加熱温度を４００Ｋ以上に設定することが好ましい。
なお、アシストガスとしては、窒素ガスの他に、アルゴンガスなどの不活性ガスや水素ガス、酸素などが用いられる場合もある。
【００８８】
このように、加熱したアシストガスを当てつつレーザ光２２０を境界４０上に集光して照射しながら、境界４０に沿う方向（図２０の矢印Ａ2の方向）に集光レンズ２１０を走査することによって、境界４０に沿って連続的に溶接部２４０を形成する。そして、境界４０の全周にわたって溶接を行い、封止を完了する。
〔アシストガスの温度と熱応力との関係について〕
レーザ溶接時に溶接部に吹き付けるアシストガスの温度と、溶接部の温度履歴並びに溶接部に発生する熱応力（スポットの中央部に生じる熱応力）との関係について、有限要素法を用いて解析を行った。
【００８９】
スポットの中央部に生じる熱応力を解析するのは、上記したようにレーザ溶接に伴って発生する熱応力は、スポットの中央部で一番大きく、これがクラック発生の要因と考えられるからである。
この有限要素法による解析は、以下の条件に基づいて行った。
外装缶１０及び封口板３１の板厚：５００μｍ
レーザ光の波長：１．０６４μｍ
レーザ光のパワー密度：１スポットあたり１．５×１０6Ｗ／ｃｍ2
レーザ光のスポット径：４５０μｍ
パルス幅：３．０ｍｓ
レーザ光照射からの解析時間：５．０ｍｓ
封口板の融点：９３０Ｋ
絶縁スリーブ２６の樹脂熱影響発生点：６００Ｋ
図２１，２２は、この解析結果を表わす特性図であって、図２１は、アシストガスの温度を３００Ｋ，３５０Ｋ，４００Ｋ，８００Ｋに設定したときの溶融部（溶融池）の温度履歴を示している。
【００９０】
図２１のグラフを観ると、溶融部の温度は、レーザ照射開始から１ｍｓ程度が経過するまで（すなわち溶融部が最高温度に達した直後まで）は、アシストガス温度にかかわらず同様であるが、その後はアシストガスの温度の違いによってかなり違いが見られる。即ち、アシストガスの温度が３５０Ｋ以下であるか４００Ｋ以上であるかによって、溶融部の冷却速度にかなり違いが見られることがわかる。
【００９１】
例えば、アシストガスの温度が３００Ｋ及び３５０Ｋの場合は、約１．５ｍｓ経過した時点で溶接部の温度が１０００Ｋに低下しているが、アシストガスの温度が４００Ｋ及び８００Ｋのときは、溶接部の温度が１０００Ｋに低下するのは約３ｍｓが経過した時点である。
この結果は、アシストガスを４００Ｋ以上の高温に設定すれば、溶融部を融点（約９３０Ｋ）以上の温度で３ｍｓ以上保つことができることを示している。
【００９２】
図２２は、アシストガスの温度を３００Ｋ，３５０Ｋ，４００Ｋ，８００Ｋに設定したときの溶融部に発生する熱応力を、照射回数ごとに示す特性図である。
図２２のグラフを観ると、１回目の照射時と比べて２回目の照射時の方が熱応力が若干大きくなるが、２回目以降の熱応力の大きさはほとんど一定であることがわかる。
【００９３】
また、アシストガスの温度が３００Ｋ及び３５０Ｋの場合は、発生する熱応力の最大値が４．２×１０3Ｎ／ｃｍ2程度であるが、アシストガスの温度が４００Ｋ及び８５０Ｋの場合は、発生する熱応力の最大値が４．０×１０3Ｎ／ｃｍ2未満である。
従って、実施の形態の角形密閉式電池に用いたアルミニウム合金の場合は引っ張り強度が４．３×１０3Ｎ／ｃｍ2程度であることを考慮すると、発生する最大熱応力がこの引っ張り強度未満となるように設定するためには、アシストガスの温度を４００Ｋ以上に設定することが好ましいことがわかる。
【００９４】
上記図２１，２２の結果に基づいて考察すると、アルミニウム−マンガン合金の場合、クラック発生率を低く抑えるためには、溶接部に発生する最大熱応力を外装缶１０の材料の引っ張り強度以下に抑えるためには、レーザ光照射時に溶接部に発生する最大熱応力を４．３×１０3Ｎ／ｃｍ2以下に抑えればよいと考えられるが、上記のようにアシストガスの温度を４００Ｋ以上に設定することによって、溶接部の温度を融点以上で３ｍｓ以上保ち、溶接部に発生する最大熱応力を４．３×１０3Ｎ／ｃｍ2以下に抑えることが可能になったものと考えられる。
【００９５】
〔実験〕
アシストガスの温度を３００Ｋ，３５０Ｋ，４００Ｋ，８００Ｋの各温度に設定して、実際にレーザ封口（走査速度は１８ｍ／ｓｅｃ）を行って電池を作製し、そのときの歩留りを測定する実験を行った。
図２３は、その実験結果を示すグラフであって、アシストガスの温度と歩留りとの関係を示している。
【００９６】
実験の結果では、アシストガスの温度が３００Ｋ，３５０Ｋの場合は、歩留りが９６％であるが、アシストガスの温度が４００Ｋ，８００Ｋの場合は、歩留りが９９％である。
これは、クラック発生を抑制するためには、アシストガスの温度を４００Ｋ以上に設定することが望ましいことを裏付けている。
【００９７】
［実施の形態４］
図２４は、本実施の形態におけるレーザ封口の様子を示す図である。
上記実施の形態３では、加熱したアシストガスで溶融部を保温しながら冷却してレーザ封口を行ったが、本実施の形態では、アシストガスの加熱は行わず、角部を半導体レーザ３０１〜３０４で加熱しながらレーザ封口を行う。
【００９８】
すなわち、開口縁部の４つの角部１０ｄに対向して、４つの半導体レーザ３０１〜３０４を配置し、各角部にレーザ光を照射できるようにしておく。半導体レーザ３０１〜３０４の具体例としては、ＡｌＧａＡｓレーザダイオードやＩｎＧａＡｓＰレーザダイオードを挙げることができる。
レーザ溶接を実施する時には、実施の形態３と同様に、レーザ光発振装置からのレーザ光２２０を、集光レンズで封口体と外装缶との境界４０上に集光して照射しながら、レーザスポットを境界に沿って走査することによって溶接を行うが、角部を溶接する時（即ち、レーザスポットが角部を通過するとき）には、そこに半導体レーザ３０１〜３０４からのレーザ光も合わせて照射して加熱することによって、溶融部を徐冷する。
【００９９】
角型電池を製造する上で、金属性の板体を有底角筒状に成形して外装缶１０を作製すると、外装缶１０の開口縁部においては、曲折度の大きい角部１０ｄでは、曲折度の小さい直線部１０ｅよりも残留応力が大きい。従って、レーザ封口する際に、角部１０ｄにクラックは発生しやすいが、上記のように角部１０ｄを半導体レーザ３０１〜３０４で加熱しながらレーザ封口を行えば、角部１０ｄでは溶接部が徐冷されるため、角部１０ｄの溶接箇所に発生する熱応力を低減し、クラックの発生を抑えることができる。
【０１００】
また、半導体レーザ３０１〜３０４を用いると、角部１０ｄを局所的に加熱することができるので、電池内部の発電要素が熱によって損傷を受けることもない。
本実施の形態のように、レーザ封口を行う際に、半導体レーザ３０１〜３０４で加熱しながら溶融部を徐冷することによっても、実施の形態１と同様に歩留りの向上を図ることができる。
【０１０１】
上記各実施の形態では、リチウム二次電池の場合を例にとって説明したが、本発明は、ニッケル−水素電池などの二次電池、あるいは一次電池においても適用可能である。
また、上記各実施の形態では、外装缶や封口板の材質として、クラック発生の問題が生じやすいアルミニウム合金を用いる場合について説明したが、本発明は、ステンレス等を用いる場合にも適用可能である。
【０１０２】
更に、上記各実施の形態では、実用性の高い角形密閉式電池について説明を行なったが、本発明の製造方法は、角形密閉式電池に限らず、有底筒形状の外装缶を用いた電池に対して広く適用することができる。
なお、実施の形態１、実施の形態３及び実施の形態４では、用いるレーザ光のエネルギー分布については説明しなかったが、これらの実施の形態で用いたレーザ光のエネルギー分布は、ガウシアン分布である。
【０１０３】
また、溶融池が凝固してできる溶接跡は、そのままでは観察することが困難なことがある。しかし、高温で金属が溶融するため、金属の結晶構造が変化するので、所定の電解研磨処理を施して電子顕微鏡により観察することができる。
また、上記各実施の形態はそれぞれ単独で実施しても、溶融部における熱応力を低減するという効果は大きいのであるが、それらを任意に組み合わせて実施することもでき、組み合わせて実施する方がそれら単独の形態において実施するよりもより顕著な効果を得ることができると思われる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、封口体と外装缶の形状を工夫することで、溶接部に発生する熱応力を低減することによりクラックの発生を防止する。
次に、溶接に用いるレーザ光のエネルギー分布を工夫することによって、溶接部に発生する熱応力を低減して、それによりクラックの発生を防止する。
【０１０５】
本発明は、携帯電話、ＡＶ機器、コンピュータ等の携帯機器をはじめとする種々の電子機器の電源としての電池の製造に利用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】一の実施の形態に係る密閉式電池を示す斜視図であって、一部を切り欠き、当該電池の内部構造をも示す図である。
【図２】図１における要部断面拡大図である。
【図３】前記密閉式電池の製造工程を示す図である。
【図４】前記密閉式電池の外装缶に封口体を嵌め込んだ状態を示す要部断面拡大図である。
【図５】レーザ溶接によって外装缶を封口する様子を示す斜視図である。
【図６】レーザによる封口部（溶接部）の一部をメッシュ状に分割した、熱応力解析のためのモデルを示す概念図である。
【図７】封口板のリブの高さと熱応力との関係を示す特性図である。
【図８】封口板の平坦部の厚みとリブの高さとの関係を示す特性図である。
【図９】封口板のリブの厚みと熱応力との関係を示す特性図である。
【図１０】外装缶の開口縁部と熱応力との関係を示す特性図である。
【図１１】図１に示した密閉式電池の変形例を示す断面図である。
【図１２】レーザ照射回数と熱応力との関係を示す特性図である。
【図１３】別な実施の形態に係る密閉式電池を示す斜視図であって、一部を切り欠き、当該電池の内部構造をも示す図である。
【図１４】前記密閉式電池の要部拡大図である。
【図１５】レーザ溶接によって外装缶を封口する様子を示す平面図である。
【図１６】用いるレーザ光のエネルギー分布及び溶融池の断面形状を示す図である。
(ａ)は、本発明のレーザ光のエネルギー分布を示す。
（ｂ)は、その溶融池の断面形状を示す。
(ｃ)は、従来のレーザ光のエネルギー分布を示す。
（ｄ)は、その溶融池の断面形状を示す。
【図１７】溶接跡の形状を表す図である。
（ａ）は、概観図である。
（ｂ）は、その中央部分における垂直断面図である。
【図１８】電池の外装缶と封口体との境界部分に形成される溶接跡の形状の一例を示す図である。
【図１９】更に別な実施の形態に係る密閉式電池を示す斜視図であって、一部を切り欠き、当該電池の内部構造をも示す図である。
【図２０】レーザ溶接によって外装缶を封口する様子を示す斜視図である。
【図２１】アシストガスの温度を変えたときの溶融部の温度履歴を示す特性図である。
【図２２】アシストガスの温度を変えたときの溶融部に発生する熱応力を、照射回数ごとに示す特性図である。
【図２３】アシストガスの温度と歩留りとの関係を示す特性図である。
【図２４】また別な実施の形態に係る密閉式電池を製造する際のレーザ溶接で外装缶を封口する様子を示す図である。
【図２５】従来の密閉式電池を製造方法を説明する概念図であり、レーザ溶接によって外装缶を封口する様子を示す平面図である。
【符号の説明】
１    角形密閉式電池
１０    外装缶
１０ａ  開口縁部
１０ｃ  外装缶の上端
２０    電極群
３０    封口体
３１    封口板
３１ｂ  リブ
５０    レーザ光
５１    集光レンズ
５２    スポット
６０    溶接部分
１００    角形密閉式電池
１１０    溶接部分
１２０    ビームホモジナイザ
１３０    投影レンズ
１４０    レーザ光
１５０    レーザスポット
１６０    溶接跡
２００    角形密閉式電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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