(57)【要約】【課題】  外装缶が良好な耐食性及び耐候性を有するとともに、外装缶と封口体との間のレーザ溶接部における密封性に優れ、錆の発生や収容物の漏出が防止された安価な密閉式電池の提供。【解決手段】  密閉式電池は、金属被覆層１６を有する外装缶２と、外装缶２に収容された発電要素と、外装缶２の開口端部にレーザ溶接された封口体とを備える。外装缶２の開口端部はレーザ溶接された封口板８を囲む環状端面２ａを有し、レーザ溶接される前に、開口端部の少なくとも環状端面２ａでの金属被覆層１６の厚さｄは、開口端部を除く部位での金属被覆層１６の厚さＤに比べて薄い。【選択図】      図３
2006260959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属被覆層を有する外装缶と、
前記外装缶に収容された発電要素と、
前記外装缶の開口端部にレーザ溶接された封口体と
を備えた密閉式電池において、
前記外装缶の前記開口端部は前記レーザ溶接された前記封口体を囲む環状端面を有し、
前記レーザ溶接される前に、前記開口端部の少なくとも前記環状端面での前記金属被覆層の厚さは、前記開口端部を除く部位での前記金属被覆層の平均厚さに比べて薄い
ことを特徴とする密閉式電池。
【請求項２】
前記外装缶は鋼からなり、且つ、前記金属被覆層はニッケルからなることを特徴とする請求項１記載の密閉式電池。
【請求項３】
前記金属被覆層は、成形された缶にめっきにより形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の密閉式電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は密閉式電池に係わり、より詳しくは、外装缶に封口体をレーザ溶接した密閉式電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の密閉式電池は、その底部等が負極端子として機能する外装缶を有し、外装缶内には、所定の電解質（電解液）とともに、セパレータを介して正極及び負極を積層又は巻回した極板群が収容されている。外装缶の開口端部には正極端子を含む封口体が設けられ、封口体は例えばレーザ溶接により開口端部に固定されている。
より詳しくは、外装缶は、電池の規格によって様々な寸法・形状を有するものであるが、基本的には例えば軟鋼材の有底缶と、有底缶の内外の壁面を覆うニッケルの被覆層とからなり、被覆層は、電気導電性のみならず電解液への耐食性や外部環境に対する耐候性をも有している（例えば、特許文献１,特許文献２参照）。
このような外装缶の作製方法としては、（１）軟鋼板を絞り加工して有底缶に成形した後、得られた有底缶にニッケルめっきする方法（第１の方法）、（２）ニッケルめっきした軟鋼板を絞り加工し、被覆層を有した有底缶に成形する方法（第２の方法）、及び、（３）ニッケルめっきした軟鋼板を絞り加工し、被覆層を有した有底缶に成形した後、被覆層の上から更にニッケルめっきする方法（第３の方法）がある。
【特許文献１】特開2001-93458号公報（段落番号０００４）
【特許文献２】特開平9-326247号公報（段落番号０００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ニッケルめっきには、ピンホールの発生やその厚さのばらつきが避けられず、更に外装缶の取り扱い中に傷付く虞もあること等を考慮すると、被覆層は耐食性及び耐候性確保のため、ある程度以上の厚さを有している必要がある。
しかしながら、レーザ溶接される前の外装缶の開口端部を覆うニッケルめっきの領域の厚さが厚い場合、外装缶と封口体とのレーザ溶接時、溶接部で凝固割れが生じて溶接部の密封性が低下し、この結果、電解液やガス等の電池の収容物が溶接部から漏出してしまうという問題がある。
【０００４】
溶接部での凝固割れは溶接条件に応じて増減し、具体的には、溶接幅が狭いほど、溶接深さが深いほど、溶接される箇所の被覆層が他層になるほど、又、溶接速度が速いほど凝固割れは増加する。ここで、外装缶と封口体とのレーザ溶接では、パルスレーザが用いられ、封口体に含まれる絶縁性の樹脂部材を焼かないように溶接幅は狭く、且つ、生産性の観点から溶接速度は速く設定される。このため、溶接条件の観点からみると、外装缶と封口体とのレーザ溶接部では凝固割れがもともと発生し易い。
【０００５】
このような溶接の悪条件に加えて、ニッケル元素は溶接時の凝固割れを助長する元素であり、レーザ溶接前の外装缶の開口端部でのニッケルめっきが厚い場合、レーザ溶接部に含まれるニッケル元素量が増加し、レーザ溶接部で凝固割れが発生してしまう。
以上のことより、品質の向上を図るには、開口端部のNi量を減らしその他の部分のNi量を増やすのが望ましい。それには電池の外装缶を前述した第３の方法で作製するのが好ましいが、第３の方法は製造工程が煩雑であり、電池のコストダウン化に不向きであるという問題がある。
【０００６】
また、第３の方法では、成形の際に高価なニッケルめっきした鋼板の一部を切り捨てることから、被覆層の歩留まりが悪いことも、電池のコストダウン化には不向きである。
このように被覆層の歩留まりが悪いという点については、第２の方法を用いた場合も同様であるが、第２の方法の場合、ニッケルめっきした鋼板を成形する際にニッケルめっきが傷付くと、傷がそのまま残って外装缶の耐食性や耐候性の低下を招く虞もある。
【０００７】
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、外装缶が良好な耐食性及び耐候性を有するとともに、外装缶と封口体との間のレーザ溶接部における密封性に優れ、錆の発生や収容物の漏出が防止された安価な密閉式電池の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、金属被覆層を有する外装缶と、前記外装缶に収容された発電要素と、前記外装缶の開口端部にレーザ溶接された封口体とを備えた密閉式電池において、前記外装缶の前記開口端部は前記レーザ溶接された前記封口体を囲む環状端面を有し、前記レーザ溶接される前に、前記開口端部の少なくとも前記環状端面での前記金属被覆層の厚さは、前記開口端部を除く部位での前記金属被覆層の平均厚さに比べて薄いことを特徴とする密閉式電池が提供される（請求項１）。
【０００９】
好適な態様として、前記外装缶は鋼からなり、且つ、前記金属被覆層はニッケルからなる（請求項２）。
好適な態様として、前記金属被覆層は、成形された缶にめっきにより形成される（請求項３）。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１の密閉式電池では、外装缶の開口端部を除く部位での金属被覆層の平均厚さが、レーザ溶接される前における外装缶の開口端部の少なくとも環状端面での金属被覆層の厚さに比べ厚いため、外装缶が優れた耐食性及び耐候性を有し、錆の発生が防止される。
また、この密閉式電池は、レーザ溶接される前において、外装缶の開口端部の少なくとも環状端面での金属被覆層の厚さが、開口端部を除く部位での金属被覆層の平均厚さに比べて薄いため、外装缶と封口体とのレーザ溶接部に含まれるニッケル元素量が少なく、レーザ溶接部における凝固割れの発生が防止される。このため、この電池では、レーザ溶接部の密封性の低下が防止され、収容物の漏出が防止される。
【００１１】
請求項２の密閉式電池は、金属被覆層がニッケルからなり、良好な耐アルカリ性を有するので、アルカリ電池に好適する。
請求項３の密閉式電池は、あらかじめ成形された缶に、金属被覆層がめっきにより形成されるので、外装缶の作製時に金属被覆層を傷付ける虞がなく、外装缶の耐食性及び耐候性が確保される。また、この電池は、缶の成形の際に、余った不必要な鋼鈑を切り捨てる場合でも、切り捨てる鋼鈑には高価な金属被覆層が形成されていないので、コストダウン化に好適する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の密閉式電池の一実施形態に係る角形ニッケル水素二次電池について説明する。
ニッケル水素二次電池は、図１に示したように有底角筒状の外装缶２を備え、外装缶２内にはアルカリ電解液（図示せず）とともに発電要素４（極板群）が収容されている。発電要素４は、例えば、正極及び負極を積層して形成され、これら電極間にはセパレータが挟まれている。負極は、発電要素４の外側に位置付けられ、これら外側の負極が外装缶２に直接接触している。これにより、負極は外装缶２と電気的に接続され、外装缶２が負極端子として機能する。
【００１３】
なお、正極は正極活物質としての水酸化ニッケルを含み、負極は負極活物質としての水素を吸蔵放出可能な水素吸蔵合金を含む。
外装缶２の開口端部には封口体６が設けられ、この封口体６により外装缶２の開口端部は密封されている。つまり、外装缶２及び封口体６が一つの電池容器を形成している。より詳しくは、封口体６は略長方形の封口板８を含み、封口板８の外周縁は、その周方向全域に亘り外装缶２の開口端部の内周縁にレーザ溶接されている。したがって、封口板８の外周縁と外装缶２の開口端部の内周縁とはレーザ溶接部（ナゲット）を介して一体になっている。
【００１４】
封口板８は中央に貫通孔を有し、この貫通孔に電気絶縁性のガスケット１０を介して正極端子１２が固定されている。このため、正極端子１２の一部分は封口板８の内側に位置し、この正極端子１２の一部分に発電要素４の正極が電気的に接続される。
上述した電池を組立てる際には、例えば図２に示したように、外装缶２に発電要素４を収容してから、外装缶２にアルカリ電解液を注液する。この後、発電要素４の正極と封口体６の正極端子１２との間を接続してから、外装缶２の開口端部に封口体６を配置する。この配置により、封口体６の封口板８は外装缶２の開口端部内に位置付けられ、外装缶２の開口端部の内周縁に封口板８の外周縁が当接する。それから、外装缶２の開口端部の内周縁と封口板８の外周縁との境界域に対し、封口板８の法線方向に平行に所定間隔のパルスレーザを入射させながら、パルスレーザの入射位置を外装缶２の開口端部の内周縁に沿って走査する。このレーザ溶接により、外装缶２の開口端部の内周縁と封口板８の外周縁との間には、周方向に重なるようにナゲットが連続的に形成され、電池の組立てが終了する。
【００１５】
ここで、図３は、レーザ溶接される前の外装缶２を模式的に示しており、外装缶２は、例えば角筒形状の軟鋼製の有底缶１４と、有底缶１４を表裏全体に亘り覆うニッケルの被覆層１６とからなる。この外装缶２では、開口端部での被覆層１６の厚みが、開口端部を除いた外装缶２の部位（本体部）での厚さＤに比べて薄い。換言すれば、有底缶１４の開口端部１４ａを覆う被覆層１６の厚さが、開口端部１４ａを除いた有底缶１４の側壁１４ｂ及び底壁１４ｃを覆う被覆層１６の厚さＤに比べて薄い。
【００１６】
なお、より具体的には、外装缶２の開口端部は、溶接される封口板８を囲み且つ封口板８の外面と略面一をなす環状の端面２ａと、この端面２ａに連なる内周縁及び外周縁とを含む。
このような外装缶２は、例えば、鋼板に絞り加工を施して有底缶１４を成形した後、有底缶１４を被覆層１６で被覆することにより形成される。この際、外装缶２の開口端部と本体部とで被覆層１６の厚さを相違させるには、有底缶１４全体にまず所定厚さの被覆層を形成した後、開口端部１４ａを覆う被覆層にマスクをし、側壁１４ｂ及び底壁１４ｃを覆う被覆層上にのみ更に被覆層を積層すればよい。あるいは、有底缶２全体に亘り厚さＤにて被覆層１６を形成した後、開口端部での被覆層１６をエメリー紙等の研磨紙により研磨して薄くしてもよい。
【００１７】
上述した外装缶２を備えたニッケル水素二次電池では、外装缶２の本体部での被覆層１６の厚さＤが、外装缶２の開口端部での被覆層１６の厚さよりも厚いため、外装缶２が優れた耐食性を有し、錆の発生が防止される。
また、この電池では、レーザ溶接前の外装缶２の開口端部での被覆層１６の厚さが外装缶２の本体部での被覆層１６の厚さＤよりも薄いため、外装缶２と封口体６とのレーザ溶接部に含まれるニッケル元素量が少なく、レーザ溶接部における凝固割れの発生が防止される。このため、この電池では、レーザ溶接部の密封性の低下が防止され、アルカリ電解液や水素ガス等の収容物の漏出が防止される。
【００１８】
本発明は上記した一実施形態に限定されることはなく、種々変形が可能であって、例えば、本発明の密閉式電池は、ニッケルカドミウム二次電池、リチウムイオン二次電池等であってもよく、また一次電池であってもよい。
一実施形態の電池は、外装缶２が角筒状の角形電池であったけれども、外装缶は円筒状であってもよい。つまり、本発明の密閉式電池は円筒形電池であってもよい。
【００１９】
一実施形態では、外装缶２の有底缶１４は軟鋼材からなるが、有底缶１４の材料は、種々の金属から選択することができる。ただし、鋼材は、ステンレス等に比べて安価で、適度な強度とともに良好な加工性も有するため有底缶１４に好適する。
一実施形態では、外装缶２の被覆層１６はニッケルからなるが、被覆層１６の材料は、電解液への耐食性及び外部環境への耐候性を有する金属から選択することができる。ただし、ニッケルからなる被覆層１６は良好な耐アルカリ性を有するため、アルカリ電池に好適する。
【００２０】
一実施形態では、他の領域での被覆層１６の厚さＤは均一であったけれども、外装缶２の本体部での被覆層１６の厚さは、ばらつきの範囲を超えて不均一であってもよい。この場合には、外装缶２の開口端部での被覆層１６の厚さが、外装缶２の本体部の被覆層１６の平均厚さよりも薄ければよい。
一実施形態では、外装缶２の開口端部での被覆層１６の厚さが、外装缶２の本体部での被覆層１６の厚さＤに比べて薄かったけれども、レーザ溶接される前において、外装缶２の開口端部の少なくとも端面２ａでの金属被覆層１６の厚さｄが、外装缶２の本体部での金属被覆層１６の厚さＤに比べて薄ければよい。これは、レーザ溶接の際、外装缶２の開口端部と封口板８との境界域に対し、パルスレーザが封口板８の法線方向に平行に入射し、外装缶２の端面２ａもレーザにより加熱されるからである。外装缶２の開口端部の少なくとも端面２ａでの金属被覆層１６の厚さｄが薄ければ、レーザ溶接部に含まれるニッケル元素量が少なくなり、レーザ溶接部における凝固割れの発生が防止される。
【００２１】
一実施形態では、外装缶２の作製の際、成形された有底缶１４に被覆層１６を形成したけれども（第１の方法）、被覆層を形成した鋼板に絞り加工を施して、被覆層１６を有する有底缶１４に成形してもよい（第２の方法）。また、被覆層を形成した鋼板に絞り加工を施して、被覆層を有する有底缶１４に成形した後、更にこの被覆層の上から被覆層を積層してもよい（第３の方法）。
【００２２】
ただし、外装缶２は第１の方法により作製するのが好ましい。なぜならば、有底缶１４の成形時に被覆層１６を傷付ける虞がなく、第２の方法を用いた場合に比べ、外装缶２の耐食性及び耐候性が確保されるからである。また、第１の方法により外装缶２を作製すれば、缶の成形の際に、余った不必要な鋼鈑を切り捨てる場合でも、切り捨てる鋼鈑には高価な金属被覆層が形成されていないので、第２及び第３の方法を用いた場合に比べコストダウンを図ることができる。更に、第１の方法により外装缶２を作製すれば、第３の方法を用いた場合に比べ工程が少なくなり、コストダウンを図ることができる。
【実施例】
【００２３】
１．電池の作製
（１）実施例１
鋼板に絞り加工を行って角筒状の有底缶１４に成形した後、この有底缶１４にニッケルめっきを施し、被覆層１６を有する外装缶２を作製した。この際、外装缶２の端面２ａ及び本体部（側壁１４ｂ中央部）における被覆層１６の厚さｄ，Ｄがそれぞれ３μｍ,７μｍとなるようにめっきを施した（表１参照）。この外装缶２を電池組立てラインの外装缶供給装置にセットし、この組立てラインにて、自動挿入機より外装缶２に電池要素４としての極板群を挿入してから電解液を注液した。この後、外装缶２の開口端部に封口体６を嵌め込んでから、開口端部と封口体６との間をレーザ溶接し、実施例１の角形の密閉式電池を組立てた。なお、封口体６の封口板８はニッケルめっきされた鋼板からなり、ニッケルめっきの厚さは５μｍであった。
【００２４】
（２）実施例２
厚さ４μｍのニッケルめっきを施した鋼板に絞り加工を行って角筒状の有底缶１４に成形した後、この有底缶１４の表裏全体に更に３μｍのニッケルめっきを施し、被覆層１６を有する外装缶２を作製した。従って、外装缶２の端面２ａ及び本体部における被覆層１６の厚さｄ，Ｄは、それぞれ３μｍ,７μｍとなった。この外装缶２を用いた以外は実施例１と同様にして、実施例２の電池を組立てた。
（３）比較例１
厚さ７μｍのニッケルめっきを施した鋼板に絞り加工を行い切り出して外装缶２を得た。従って、外装缶２の端面２ａ及び本体部における被覆層１６の厚さｄ，Ｄは、それぞれ０μｍ,７μｍとなった。この外装缶２を用いた以外は実施例１と同様にして、比較例１の電池を組立てた。
【００２５】
（４）比較例２
鋼板に絞り加工を行って角筒状の有底缶１４に成形した後、この有底缶１４の表裏全体に亘り厚さ７μｍのニッケルめっきを施し、被覆層１６を有する外装缶２を作製した。従って、外装缶２の端面２ａ及び本体部における被覆層１６の厚さｄ，Ｄは、ともに７μｍとなった。この外装缶２を用いた以外は実施例１と同様にして、比較例２の電池を組立てた。
（５）比較例３
有底缶１４の表裏全体に亘り厚さ３μｍのニッケルめっきを施した以外は比較例２と同様にして、比較例３の電池を組立てた。従って、外装缶２の端面２ａ及び本体部における被覆層１６の厚さｄ，Ｄは、ともに３μｍとなった。
【００２６】
２．電池の評価
（１）漏液率
実施例１,２及び比較例１〜３の電池それぞれ１００００個について、０．１Ｉｔの電流で１６時間の充電後、０．１Ｉｔの電流で終止電圧１．０Ｖまで放電させる充放電サイクルを５サイクル行った。この充放電サイクルの間、レーザ溶接部からの電解液の漏れを目視で確認し、漏液の発生した電池の割合を漏液率として表１に示した。
（２）錆発生率
実施例１,２及び比較例１〜３の電池それぞれ２００個を、温度４０℃で湿度８０％の環境下に１週間放置した。この放置の後、有底缶１４の側壁１４ｂの外面における錆の発生を目視で確認し、錆の発生した電池の割合を錆発生率として表１に示した。
【００２７】
【表１】
2006260959.tif 000003
【００２８】
表１から以下のことがわかる。
（i）実施例１、実施例２及び比較例３での漏液率は、比較例２での漏液率に比べ顕著に低い一方、比較例１の漏液率に比べ若干高い。これより漏液を防止するには、外装缶２の端面２ａでの被覆層１６の厚さｄは薄い程よいのがわかる。
（ii）実施例１，２及び比較例２での錆発生率は、比較例１及び比較例３での錆発生率に比べ顕著に低かった。これより錆発生を防止するには、外装缶２の本体部での被覆層１６の厚さＤは厚い程よいのがわかる。ところで、比較例１で側壁での被覆層が厚いにもかかわらず錆発生率が高いのは、缶の成型〜組立工程で形成されたと推測される金属被覆層のキズや端面の被覆層厚みが０であるためニッケル量が少なく、そこから錆発生が起こりやすいことが原因と考えられる。
【００２９】
（iii）(i)及び（ii）より、漏液を防止しつつ錆発生を防止するには、端面２ａでの被覆層１６の厚さｄを、本体部での厚さＤよりも薄くすればよいのがわかる。
（iv）実施例１及び比較例２での錆発生率は、実施例２での錆発生率に比べ低かった。これより錆発生をより確実に防止するには、有底缶１４に被覆層１６を形成するのが好ましいのがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係るニッケル水素二次電池の斜視図である。
【図２】図１の電池の組立て方法を概略的に示す説明図である。
【図３】図１の電池に用いられる外装缶の模式的な縦断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
２      外装缶
２ａ    端面（環状端面）
４      発電要素
６      封口体
８      封口板
１０      ガスケット
１２      正極端子
１４      有底缶
１４ａ    開口端部
１４ｂ    側壁
１４ｃ    底壁
１６      被覆層
【図１】
2006260959.tif 000004
【図２】
2006260959.tif 000005
【図３】
2006260959.tif 000006