(57)【要約】【課題】ケース本体と蓋体とのビーム溶接時にピンホールが発生しても、ピンホールをケース本体及び蓋体と別部材で塞ぐことによりケースの気密性（密封性）を確保する。【解決手段】二次電池１０（蓄電装置）の蓋体１４とケース本体１３との溶接方法は、電極組立体１２を挿入可能な開口部１３ａを有するケース本体１３内に電極組立体１２を収容した状態で、開口部１３ａを塞ぐ蓋体１４をケース本体１３にビーム溶接する。そして、蓋体１４の溶接すべき箇所をケース本体１３と当接する溶接位置に配置し、かつその状態で蓋体１４とケース本体１３との当接部より内側に溶接に伴う熱により溶融可能な熱塑性材料２４が配置された状態で、蓋体１４とケース本体１３との当接部にその外側からビーム照射を行う。【選択図】図２
2015041526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極組立体を挿入可能な開口部を有するケース本体内に前記電極組立体を収容した状態で、前記開口部を塞ぐ蓋体を前記ケース本体にビーム溶接する蓄電装置の蓋体とケース本体との溶接方法であって、
前記蓋体の溶接すべき箇所を前記ケース本体と当接する溶接位置に配置し、かつその状態で前記蓋体と前記ケース本体との当接部より内側に溶接に伴う熱により溶融可能な熱塑性材料が配置された状態で、前記当接部にその外側からビーム照射を行うことを特徴とする蓄電装置の蓋体とケース本体との溶接方法。
【請求項２】
前記蓋体と前記ケース本体との溶接時に、前記ケース本体内を加圧状態にする請求項１に記載の蓄電装置の蓋体とケース本体との溶接方法。
【請求項３】
前記加圧は、前記蓋体に形成された注液孔から圧縮気体を供給することにより行われる請求項２に記載の蓄電装置の蓋体とケース本体との溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置の蓋体とケース本体との溶接方法に係り、詳しくは電極組立体を挿入可能な開口部を有するケース本体内に前記電極組立体を収容した状態で、前記開口部を塞ぐ蓋体を前記ケース本体にビーム溶接する蓄電装置の蓋体とケース本体との溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。一般に、容量の大きな蓄電装置は電極組立体を収容するケースを備え、そのケース内に電極組立体が収容されている。従来、二次電池のケースは、ケース本体と蓋体とは別部品として構成され、ケース本体内に電極組立体を収容した後、ケース本体の開口部を覆うように蓋体がレーザ溶接によりに溶接される。ケース本体と蓋体とをレーザ溶接で溶接する場合、ケース本体と蓋体との境界に発生するピンホールが製品の歩留まりを低下させる。
【０００３】
従来、図７に示すように、金属製の円筒缶５０の開口部を金属製の蓋５２で塞ぎ、蓋５２の中心には端子ピン５４が封口ガラス５６を介して固着され、円筒缶５０と蓋５２との接合部５８のケース内方部分に全周にわたって粘着性封口剤６０が塗着されて接合部５８が気密に一次シールされた密閉型電池の封口構造が提案されている（特許文献１）。この密閉型電池は、レーザ溶接を行う前段階で、円筒缶５０と蓋５２との接合部５８のケース内方部分全体が粘着性封口剤６０によって一次シールされているので、内部の電解液が接合部５８に及んで悪影響を与えることがなく、信頼性の高いレーザ溶接が可能で溶接火花が内部に印加することもないとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６１−１７４１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の粘着性封口剤６０の目的は、溶接の際に内部の電解液が接合部５８の隙間に達するのを防止することであり、レーザ溶接時にピンホールが発生した場合にそのピンホールにより気密性が損なわれることを防止する役割を果たすものではなく、レーザ溶接時にピンホールが発生した場合に関しては何ら記載はない。
【０００６】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ケース本体と蓋体とのビーム溶接時にピンホールが発生しても、ピンホールをケース本体及び蓋体と別部材で塞ぐことによりケースの気密性（密封性）を確保することができる蓄電装置の蓋体とケース本体との溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する蓄電装置の蓋体とケース本体との溶接方法は、電極組立体を挿入可能な開口部を有するケース本体内に前記電極組立体を収容した状態で、前記開口部を塞ぐ蓋体を前記ケース本体にビーム溶接する蓄電装置の蓋体とケース本体との溶接方法である。そして、前記蓋体の溶接すべき箇所を前記ケース本体と当接する溶接位置に配置し、かつその状態で前記蓋体と前記ケース本体との当接部より内側に溶接に伴う熱により溶融可能な熱塑性材料が配置された状態で、前記当接部にその外側からビーム照射を行う。
【０００８】
この構成によれば、蓋体とケース本体との当接部より内側に配置された熱塑性材料は、溶接時に溶接に伴う熱により少なくとも当接部に近い側が溶融する。そして、ビーム溶接時にピンホールが発生すると熱塑性材料の溶融部分が増大し、空間内の熱塑性材料全体が溶融状態となり、その一部がピンホール内に侵入し、ピンホールを塞ぐ状態になる。したがって、ケース本体と蓋体とのビーム溶接時にピンホールが発生しても、ピンホールをケース本体及び蓋体と別部材で塞ぐことによりケースの気密性（密封性）を確保することができる。
【０００９】
前記蓋体と前記ケース本体との溶接時に、前記ケース本体内を加圧状態にすることが好ましい。この構成によれば、レーザ溶接時にピンホールが発生して熱塑性材料全体が溶融状態となった場合、溶融状態の熱塑性材料全体が加圧作用を受けることにより、溶融状態の熱塑性材料がピンホール内に確実に侵入して、ピンホールを塞ぐ状態になる。
【００１０】
前記加圧は、前記蓋体に形成された注液孔から圧縮気体を供給することにより行われることが好ましい。ケース本体内を加圧状態にする圧縮気体をケース本体内に供給する場合、圧縮気体供給用に専用の孔を設けてもよいが、電解液の注入孔を利用すれば、圧縮気体供給用の孔を新たに形成したり、ビーム溶接終了後にその孔を封止したりする手間も不要になり、製造コストが低下される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ケース本体と蓋体とのビーム溶接時にピンホールが発生しても、ピンホールをケース本体及び蓋体と別部材で塞ぐことによりケースの気密性（密封性）を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態の二次電池の模式斜視図。
【図２】（ａ）は二次電池の模式断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図。
【図３】（ａ）は電極組立体を省略した蓋体がケース本体の開口部を塞ぐ前の模式断面図、（ｂ）は同じく蓋体とケース本体とがレーザ溶接される際の模式断面図。
【図４】（ａ）はブローホールが発生した部分に熱塑性材料が入り込んだ状態の模式断面図、（ｂ）はブローホールが発生した場合の溶接欠陥を示す模式断面図。
【図５】蓋体とケース本体とのレーザ溶接時の蓋体の温度測定箇所を示す模式図。
【図６】（ａ），（ｂ）はそれぞれ別の実施形態の蓋体及びケース本体を示す部分断面図。
【図７】従来技術を示す一部破断正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、積層型の電極組立体を備えた二次電池に具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、ケース１１に電極組立体１２が収容されている。また、ケース１１には、電解液（図示せず）も収容されている。ケース１１は、電極組立体１２を挿入可能な開口部１３ａ（図２（ａ）に図示）を有する有底四角筒状のケース本体１３と、開口部１３ａを塞ぐ蓋体１４とからなる。ケース本体１３と蓋体１４とはビーム溶接としてのレーザ溶接によって溶接されている。この実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン電池である。ケース本体１３及び蓋体１４はアルミニウム系金属製である。アルミニウム系金属とは、アルミニウム又はアルミニウム合金を意味する。アルミニウム合金とは、例えば、アルミニウムを主成分とし、銅、マンガン、亜鉛、シリコン、マグネシウムなどが添加されたものを含み、熱処理型合金も含む。
【００１４】
図２（ａ）に示すように、電極組立体１２は、複数の矩形シート状の正極及び複数の矩形シート状の負極が、正極と負極との間にシート状のセパレータが存在する状態で積層されて構成されている。正極及び負極は、金属箔の両面に活物質が塗布された活物質層を有する部分が矩形状に形成され、活物質層が形成されていないタブ１２ｐ，１２ｎが突出形成されている。セパレータは、活物質層の幅より若干幅広に形成されている。二次電池１０がリチウムイオン二次電池の場合、正極用の金属箔はアルミニウム箔が好ましく、負極用の金属箔は銅箔が好ましい。
【００１５】
図２（ａ）に示すように、電極組立体１２には、正極端子１５及び負極端子１６が電気的に接続されている。正極端子１５は導電部材１７を介して電極組立体１２の正極のタブ１２ｐに電気的に接続され、負極端子１６は導電部材１８を介して電極組立体１２の負極のタブ１２ｎに電気的に接続されている。また、正極端子１５及び負極端子１６は、蓋体１４の孔１４ａからケース１１外に突出している。正極端子１５及び負極端子１６には、ケース１１から電気的に絶縁するためのリング状の絶縁リング１９がそれぞれ取り付けられている。
【００１６】
蓋体１４には、ケース１１（ケース本体１３）内に電解液を注入するための注液孔２０が設けられており、注液孔２０は封止部材２１によって閉塞されている。封止部材２１はアルミニウム系金属製で、蓋体１４に溶接されている。
【００１７】
蓋体１４には、ケース１１内の圧力が設定された圧力に上昇したときに開放する安全弁２２が設けられている。安全弁２２はアルミニウム系金属製で、蓋体１４に形成された安全弁取り付け孔２３に溶接で取り付けられている。
【００１８】
図２及び図３に示すように、ケース本体１３の上端部内周に沿って環状に段差部１３ｂが形成され、蓋体１４のケース本体１３と対向する側の周縁には段差部１４ｂが形成されている。段差部１４ｂは高さが段差部１３ｂの高さと同じに形成されるとともに、幅はケース本体１３の肉厚より大きく形成されている。そして、蓋体１４がケース本体１３の上に載置された状態で、ケース本体１３の段差部１３ｂと、蓋体１４の段差部１４ｂとにより、ケース内に連通する状態の四角環状の空間Ｓが形成され、その空間Ｓ内に熱塑性材料２４が配置されている。この状態は、蓋体１４の溶接すべき箇所がケース本体１３と当接する溶接位置に配置された状態であり、蓋体１４とケース本体１３との当接部より内側に配置された熱塑性材料２４は、溶接に伴う熱により溶融可能である。熱塑性材料２４としては低融点合金が好ましい。低融点合金としては例えば、Ｓｎ（錫）合金が使用される。
【００１９】
次に前記のように構成されたケース１１内に電極組立体１２が収容された二次電池１０のケース本体１３と蓋体１４との溶接方法を説明する。
蓋体１４をケース本体１３に溶接する場合、電極組立体１２をケース本体１３の開口部１３ａからケース本体１３内に挿入した後、蓋体１４をケース本体１３の開口部１３ａを塞ぐ状態に配置する。図３（ａ）に示すように、熱塑性材料２４が段差部１４ｂに嵌合された状態の蓋体１４が、ケース本体１３の開口部１３ａ上方から下降され、図３（ｂ）に示すように、ケース本体１３の上端面が蓋体１４の段差部１４ｂの一部と当接し、熱塑性材料２４が段差部１３ｂと段差部１４ｂとにより形成された空間Ｓ内に配置された状態になる。なお、図３（ａ），（ｂ）では電極組立体１２の図示を省略している。
【００２０】
次に図３（ｂ）に二点鎖線で示すように、注液孔２０に圧縮気体を供給するパイプ２５が接続され、パイプ２５から圧縮気体が供給されてケース１１内が加圧された状態で、蓋体１４とケース本体１３との当接部にその外側からレーザビームが照射されて、レーザ溶接が行われる。蓋体１４とケース本体１３との当接部より内側に配置された熱塑性材料２４は、レーザ溶接時に溶接に伴う熱により少なくとも当接部に近い側が溶融する。
【００２１】
蓋体１４とケース本体１３との当接部に照射されたレーザビームによって発生した熱により蓋体１４及びケース本体１３との溶接すべき部分が溶融された状態で、溶接不良によりピンホールが発生する場合がある。熱塑性材料２４が存在しない従来の溶接方法では、ピンホールが発生すると溶接完了後、ピンホールの存在によりケース１１の気密性が損なわれ、二次電池１０は不良品となる。
【００２２】
一方、熱塑性材料２４が存在する場合、空間Ｓに配置された熱塑性材料２４は、レーザ溶接時、蓋体１４及びケース本体１３に近い部分が溶融され、ピンホールが発生すると熱塑性材料２４の溶融部分が増大し、空間Ｓ内の熱塑性材料２４全体が溶融状態となる。そして、図４（ａ）に示すように、溶融状態の熱塑性材料２４が圧縮気体の加圧作用により、ピンホール２６内に侵入し、ピンホール２６を塞ぐ状態になる。
【００２３】
また、図４（ｂ）に示すように、蓋体１４とケース本体１３との溶接時に、支障なく溶接が行われてピンホールが発生しない場合は、溶接途中で熱塑性材料２４の一部は溶融するが、溶接終了後は元の状態となり、蓋体１４とケース本体１３とは溶接部２７を介して溶接された状態になる。
【００２４】
溶接時にピンホール２６が発生した場合、溶融状態の熱塑性材料２４がピンホール２６に侵入してピンホール２６を塞ぐためには、溶融状態の熱塑性材料２４がピンホール２６に侵入する必要がある。そのためには、ピンホール２６が発生した状態において熱塑性材料２４のピンホール２６と対応する部分が溶融状態にあり、ケース１１内の圧力によりピンホール２６に向かって流動する必要がある。
【００２５】
レーザ溶接の際、照射されたレーザにより発生した熱の一部はケース本体１３及び蓋体１４の非溶接部に伝達され、その分、溶接に利用される熱量が少なくなる。そのため、溶接時にピンホール２６が発生した場合に、溶融状態の熱塑性材料２４が前述のようにピンホール２６内に侵入してピンホール２６を塞ぐ条件を満たす状態になるか否かは熱塑性材料２４の融点だけでは判断できない。そのため、溶接すべきケース本体１３及び蓋体１４を使用してレーザ溶接を行い、蓋体１４の内側周縁部の温度を測定して、測定温度に基づいてケース本体１３の段差部１３ｂや蓋体１４の段差部１４ｂの大きさ、熱塑性材料２４の大きさが設定される。
【００２６】
図５に示すように、蓋体１４の両端子部取り付け位置（丸で示される位置）及びその中間部と対応する位置で、蓋体１４の裏側（内面側）における段差部１４ｂの近傍（蓋体１４の端から１ｍｍのところ）に熱電対を配置して、レーザ溶接時の温度を測定した。なお、段差部１４ｂの幅は約１ｍｍとした。レーザ溶接は図５に矢印で示すように、左端から開始して、ＣＨ１〜ＣＨ６の順にレーザビーム照射位置が移動するようにして行った。
【００２７】
ケース本体１３及び蓋体１４の材質を純アルミニウムとして、レーザ出力：約３６００［Ｗ］、送り速度：３［ｍ／ｍｉｎ］、スポット径Φ：約１．２［ｍｍ］で溶接を行った。各位置の測定温度の平均値は表１のようになった。
【００２８】
【表１】
2015041526.tif 000003
表１の結果から、蓋体１４の端からの距離が同じであっても、位置によって最高温度が異なることが分かる。したがって、製品となる二次電池１０に使用されるケース本体１３及び蓋体１４について、熱塑性材料２４の配置位置におけるレーザ溶接時の温度変化を測定し、その結果に基づいて熱塑性材料２４に使用すべき低融点合金を設定すれば適切な材料となる。
【００２９】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）二次電池１０（蓄電装置）の蓋体１４とケース本体１３との溶接方法は、電極組立体１２を挿入可能な開口部１３ａを有するケース本体１３内に電極組立体１２を収容した状態で、開口部１３ａを塞ぐ蓋体１４をケース本体１３にビーム溶接する。蓋体１４の溶接すべき箇所をケース本体１３と当接する溶接位置に配置し、かつその状態で蓋体１４とケース本体１３との当接部より内側に溶接に伴う熱により溶融可能な熱塑性材料２４が配置された状態で、蓋体１４とケース本体１３との当接部にその外側からビーム照射を行う。したがって、ケース本体１３と蓋体１４とのビーム溶接時にピンホール２６が発生しても、ピンホール２６をケース本体１３及び蓋体１４と別部材の熱塑性材料２４で塞ぐことによりケース１１の気密性（密封性）を確保することができる。
【００３０】
（２）蓋体１４とケース本体１３との溶接時に、ケース本体１３内を加圧状態にする。この構成によれば、レーザ溶接時にピンホール２６が発生して熱塑性材料２４全体が溶融状態となった場合、溶融状態の熱塑性材料２４全体が加圧作用を受けることにより、溶融状態の熱塑性材料２４がピンホール２６内に確実に侵入して、ピンホール２６を塞ぐ状態になる。
【００３１】
（３）加圧は、蓋体１４に形成された注液孔２０から圧縮気体を供給することにより行われる。ケース本体１３内を加圧状態にする圧縮気体をケース本体１３内に供給する場合、圧縮気体供給用に専用の孔を設けてもよいが、電解液の注液孔２０を利用すれば、圧縮気体供給用の孔を新たに形成したり、ビーム溶接終了後にその孔を封止したりする手間も不要になり、製造コストも低下される。
【００３２】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  蓋体１４とケース本体１３とは、その溶接箇所がケース１１の周面となるように蓋体１４がケース本体１３と嵌合した状態で、レーザ溶接により接合された構成に限らない。例えば、図６（ａ）に示すように、ケース本体１３の上端部内側に形成される段差部１３ｂの高さを蓋体１４の厚さと同じに設定し、蓋体１４の上面とケース本体１３の上端面とが同一平面上に位置し、蓋体１４の周面がケース本体１３の段差部１３ｂと当接する状態で、蓋体１４とケース本体１３とがレーザ溶接により溶接された構成であってもよい。この場合、溶接時に、ビームがケース１１の上方から蓋体１４とケース本体１３との当接部に向かって照射される。
【００３３】
○  蓋体１４はケース本体１３の開口部に嵌合された状態でケース本体１３に溶接された構造に限らず、開口部と嵌合せずにケース本体１３の開口側端面に載置された状態でケース本体１３に溶接された構造であってもよい。例えば、図６（ｂ）に示すように、熱塑性材料２４が配置される空間Ｓを構成するために、蓋体１４の裏面に一部がケース本体１３の開口側端面と対向する状態で溝２８を形成してもよい。
【００３４】
○  蓋体１４とケース本体１３との溶接時に、ケース本体１３内を加圧状態にする圧縮気体の供給は、蓋体１４に形成された注液孔２０から行う代わりに、ケース本体１３あるいは蓋体１４に圧縮気体供給用の孔を設けて、その孔から圧縮気体を供給するようにしてもよい。しかし、注液孔２０を利用する方が好ましい。
【００３５】
○  蓋体１４とケース本体１３との溶接時に、溶融状態になった熱塑性材料２４を発生したピンホール２６に侵入させる力を作用させる方法として、熱塑性材料２４に遠心力を作用させてもよい。例えば、レーザ溶接装置をケース本体１３及び蓋体１４と共にケース本体１３の中心を回転中心として回転させた状態で溶接を行うようにする。
【００３６】
○  蓋体１４とケース本体１３との溶接時に、溶融状態になった熱塑性材料２４を発生したピンホール２６に侵入させる力を作用させる方法として、ケース本体１３及び蓋体１４の外部を減圧状態にしてもよい。
【００３７】
○  熱塑性材料２４は低融点合金に限らず、例えば、熱可塑性樹脂であってもよい。
○  ケース本体１３は有底筒状に限らず、筒状で開口部１３ａが両側にあり、蓋体１４がケース本体１３の両端に存在する構成であってもよい。
【００３８】
○  蓋体１４は板状に限らず、浅い有底筒状であってもよい。
○  熱塑性材料２４は断面四角形状に限らず、他の形状、例えば三角形状であってもよい。
【００３９】
○  ケース本体１３及び蓋体１４は、アルミニウム系金属製に限らず、例えば、ステンレス鋼製であってもよい。
○  ビーム溶接は、レーザ溶接に限らず、電子ビーム溶接であってもよい。
【００４０】
○  電極組立体１２は積層型に限らず、巻回型であってもよい。
○  二次電池１０は電解液が必須ではなく、電解質として電解液を使用する構成であっても、電解液を使用せずに固体電解質や高分子電解質を使用する構成であってもよい。
【００４１】
○  蓄電装置は、二次電池１０に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタであってもよい。
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
【００４２】
（１）電極組立体を挿入可能な開口部を有するケース本体内に前記電極組立体が収容され状態で、前記開口部を塞ぐ蓋体が前記ケース本体に溶接された蓄電装置であって、
前記蓋体及び前記ケース本体の溶接部の内側に、溶接に伴う熱により溶融可能な熱塑性材料が配置され、前記溶接部に形成されたピンホール内に前記熱塑性材料が侵入した状態であることを特徴とする蓄電装置。
【符号の説明】
【００４３】
１０…蓄電装置としての二次電池、１２…電極組立体、１３…ケース本体、１３ａ…開口部、１４…蓋体、２０…注液孔、２４…熱塑性材料。
【図１】
2015041526.tif 000004
【図２】
2015041526.tif 000005
【図３】
2015041526.tif 000006
【図４】
2015041526.tif 000007
【図５】
2015041526.tif 000008
【図６】
2015041526.tif 000009
【図７】
2015041526.tif 000010