(57)【要約】【課題】溶接強度に優れた密閉型電池及びその製造方法を提供する。【解決手段】外装缶の開口に封口体が嵌合された嵌合部を有し、当該嵌合部が高エネルギービーム溶接され密閉された密閉型電池において、前記高エネルギービーム溶接の少なくとも１つの箇所の溶融痕の上面最下点が、隣接する溶融痕の上面最下点よりも前記外装缶の底方向に低い位置にあり、かつ前記１つの箇所の溶融痕の底面最下点が、前記隣りの溶融痕の底面最下点よりも前記外装缶の底方向に低い位置にあることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装缶の開口に封口体が嵌合された嵌合部を有し、当該嵌合部が高エネルギービーム溶接され密閉された密閉型電池において、
前記高エネルギービーム溶接の少なくとも１つの箇所での溶融痕の上面最下点が、隣接する溶融痕の上面最下点よりも前記外装缶の底方向に低い位置にあり、
かつ前記１つの箇所での溶融痕の底面最下点が、前記隣接する溶融痕の底面最下点よりも前記外装缶の底方向に低い位置にある
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
請求項１に記載の密閉型電池において、
前記１つの箇所での溶融痕の上面最下点は、前記隣接する溶融痕の上面最下点よりも外装缶の底方向に０．０５〜０．２ｍｍ低い位置にあり、
前記１つの箇所での溶融痕の底面最下点は、前記隣接する溶融痕の底面最下点よりも外装缶の底方向に０．１ｍｍ以上低い位置にある、
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項３】
請求項１に記載の密閉型電池において、
前記外装缶が角形の外装缶であり、
前記高エネルギービーム溶接された嵌合部の少なくともコーナー部には、前記低い位置にある溶融痕が形成されている、
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項４】
請求項１に記載の密閉型電池において、
前記外装缶が角形の外装缶であり、
前記封口体の中央部には外部電極端子が設けられ、
少なくとも前記封口体の端子横部（Ｔ）には、前記低い位置にある溶融痕が形成されている、
ことを特徴とする密閉型電池。
【請求項５】
外装缶の開口先端に当該外装缶の軸方向内側に凹の凹部を形成する第１ステップと、
前記凹部を有する外装缶に封口体を、当該封口体外側面の外周縁と前記外装缶凹部の上端とが面一になるようにして嵌合する第２ステップと、
当該嵌合部を高エネルギービーム溶接する第３ステップと、
を備えることを特徴とする密閉型電池の製造方法。
【請求項６】
封口体外側面の外周縁部に外周端から内側に延びる凹溝を形成する第１ステップと、
前記凹溝を有する封口板の外周縁部の上面と、外装缶の開口の上端とが面一になるようにして、当該封口板を外装缶の開口に嵌合する第２ステップと、
当該嵌合部を高エネルギービーム溶接する第３ステップと、
を備えることを特徴とする密閉型電池の製造方法。
【請求項７】
外装缶の開口先端に当該外装缶の軸方向内側に凹の凹部を形成する第１ステップと、
封口体外側面の外周縁部に外周端から内側に延びる凹溝を形成する第２ステップと、
前記外装缶凹部の上端と前記封口体の外側面とが面一となるようにして、前記凹部を有する外装缶と前記凹溝を有する封口板とを嵌合する第３ステップと、
当該嵌合部を高エネルギービーム溶接する第４ステップと、
を備えることを特徴とする密閉型電池の製造方法。
【請求項８】
請求項５ないし７いずれかに記載の密閉型電池の製造方法において、
前記凹部および凹溝の幅Ｌ１が０．１〜０．２ｍｍであり、前記凹部および凹溝の深さＬ２が０．０５〜０．１ｍｍであり、前記凹部および凹溝の間隔Ｌ３が０．５〜１．０ｍｍであり、前記凹溝の長さＬ４が０．２〜０．６ｍｍである、
ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型電池に関し、より詳しくは、密閉型電池の溶接強度の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
角形の密閉型電池は、電子機器内部に実装しやすいことから、さまざまな電子機器の駆動電源として用いられている。
【０００３】
この種の密閉型電池は、外装缶の開口部と封口体とを嵌合し、該嵌合部をレーザ溶接することにより密閉し作製されるが、溶接強度が十分でないと、電池落下時にクラック（ひびわれ）が生じ、当該クラックから電解液が漏液したり、酸素や水分が電池内部に浸入して電池性能を低下させたりするという問題がある。
【０００４】
この問題を解決するため、レーザ強度を増し、レーザの溶け込み深さを大きくすることが考えられるが、この手法を採用すると、スパッタの発生やレーザ装置の早期劣化を招くという問題がある。
【０００５】
電池の溶接強度を高める技術としては、下記特許文献１〜３がある。
【０００６】
【特許文献１】特開2002-292486号公報
【特許文献２】特開2006-19089号公報
【特許文献３】特開2006-260883号公報
【０００７】
特許文献１は、封口蓋におけるレーザ光の反射率を外装缶におけるレーザ光の反射率よりも低くする技術であり、この技術によると、レーザ溶接部のシール性能の低下を低減できるとされる。
【０００８】
特許文献２は、外装缶と封口板とがレーザ溶接されてなるスポット溶融痕を外装缶の高さ方向と平行で且つ外装缶外表面から封口板までの距離が最短となる平面で切断したとき、その断面が、スポット溶融痕底面から前記外装缶の外方に山状に盛り上がった形状とし、山状の盛り上がり頂点が封口板の外表面を包含する平面よりも封口板の内表面側に位置させる技術であり、この技術によると、溶接強度を高めることができるとされる。
【０００９】
特許文献３は、開口部の周縁を構成する側壁の開口部断面の外面側が直線状であり且つその開口部の周縁を構成する側壁のなかで少なくとも前記直線状外面の長さが最長である側壁の開口部断面において該断面の中央部分の厚みがその両端よりも厚い角形ケースを用意する工程と、前記開口部を封口する位置に該開口部を塞ぎ得る大きさの封口部材を配置する工程と、前記封口部材と前記開口部周縁の側壁との境界部に前記ケースの側方から高密度エネルギーを照射することにより、該側壁の厚みに対応させて該側壁厚み方向の溶け込み深さを変化させつつ該ケースに封口部材を溶接する工程とを備える技術であり、この技術によると、溶接強度を高めることができるとされる。
【００１０】
しかし、上記各技術を用いても、いまだ十分な溶接強度を有する電池が得られていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記に鑑みなされたものであって、溶接強度に優れた密閉型電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための電池にかかる本発明は、外装缶の開口に封口体が嵌合された嵌合部を有し、当該嵌合部がレーザ高エネルギービーム溶接され密閉された密閉型電池において、前記レーザ高エネルギービームスポット溶接の少なくとも１つの箇所での溶融痕の上面最下点が、隣接する溶融痕の上面最下点よりも前記外装缶の底方向に低い位置にあり、かつ前記１つの溶融痕の底面最下点が、前記隣接する溶融痕の底面最下点よりも前記外装缶の底方向に低い位置にあることを特徴とする。
【００１３】
上記構成では、溶融痕の一部が、隣接する溶融痕よりも外装缶の底方向に低い位置あり、これは低い位置の溶融痕においては、溶接が深い位置にまで行われていることを意味する。この一部に設けられた深い溶融痕により溶接強度が増大する。
【００１４】
ここで、溶融痕とは、高エネルギービームによって溶融した領域（三次元的な溶融範囲）の痕跡をいい、外観観察やその断面を観察することによって知ることができる痕跡をいう。
【００１５】
上記構成において、前記１つの溶融痕の上面最下点は、前記隣接する溶融痕の上面最下点よりも外装缶の底方向に０．０５〜０．２ｍｍ低い位置にあり、前記１つの溶融痕の底面最下点は、隣接する溶融痕の底面最下点よりも外装缶の底方向に０．１ｍｍ以上低い位置にある構成とすることができる。
【００１６】
この構成によると、より一層溶接強度を増大できる。なお、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍは、通常の高エネルギービーム溶接によって生じるばらつきよりも顕著に大きな値である。
【００１７】
上記構成において、前記外装缶が角形の外装缶であり、前記高エネルギービーム溶接された嵌合部の少なくともコーナー部には、前記低い位置にある溶融痕が形成されている構成とすることができる。
【００１８】
上記構成において、前記外装缶が角形の外装缶であり、前記封口体の中央部には外部電極端子が設けられ、少なくとも前記封口体の端子横部（Ｔ）には、前記低い位置にある溶融痕が形成されている構成とすることができる。
【００１９】
角形の外装缶を用いた電池のコーナー部や、封口板の端子横部（Ｔ）に関しては、形状的な理由あるいは樹脂部品への熱影響があるなどの理由により、レーザ出力を上げることが困難な場合があり、これらの箇所で溶接強度が低いことが多い。このため、少なくともこれらの位置に深い溶接を行うと、溶接強度が飛躍的に高まる。なお、低い溶接は、コーナー部及び端子横部のみならず、外装缶と封口体との嵌合部すべてに形成されていてもよい。
【００２０】
ここで、コーナー部とは、角形外装缶の開口部の四隅近傍領域を意味し、端子横部Ｔとは、電極端子横の領域であって、電極端子の長さＬ以上且つ３Ｌ以下の領域を意味する。
【００２１】
上記課題を解決するための電池の製造方法にかかる第１の本発明は、外装缶の開口先端に当該外装缶の軸方向内側に凹の凹部を形成する第１ステップと、前記凹部を有する外装缶に封口体を、当該封口体外側面の外周縁と前記外装缶凹部の上端とが面一になるようにして嵌合する第２ステップと、当該嵌合部を高エネルギービーム溶接する第３ステップと、を備えることを特徴とする。
【００２２】
上記課題を解決するための電池の製造方法にかかる第２の本発明は、封口体外側面の外周縁部に外周端から内側に延びる凹溝を形成する第１ステップと、前記凹溝を有する封口板の外周縁部の上面と、外装缶の開口の上端とが面一になるようにして、当該封口板を外装缶の開口に嵌合する第２ステップと、当該嵌合部を高エネルギービーム溶接する第３ステップと、を備えることを特徴とする。
【００２３】
上記課題を解決するための電池の製造方法にかかる第３の本発明は、外装缶の開口先端に当該外装缶の軸方向内側に凹の凹部を形成する第１ステップと、封口体外側面の外周縁部に外周端から内側に延びる凹溝を形成する第２ステップと、前記外装缶凹部の上端と前記封口体の外側面とが面一となるようにして、前記凹部を有する外装缶と前記凹溝を有する封口板とを嵌合する第３ステップと、当該嵌合部をレーザ溶接する第４ステップと、を備えることを特徴とする。
【００２４】
これらの構成によると、嵌合部に高エネルギービームが照射されたとき、凹部及び／又は凹溝が設けられている部分は他の部分に比べ、より深いところまで（外装缶の底方向に低い位置にまで）熱溶融が生じる。よって、より強い溶接強度を必要とする部分に凹部及び／又は凹溝を形成することにより、同一強度の高エネルギービームを用いて当該部分の溶接強度と高めることができる。したがって、これらの構成によると、発電要素や他の構成部品に無用な熱ダメージを与えることなく、必要で十分な溶接強度を有する密閉型電池を製造することができる。
【００２５】
なお、凹部及び／又は凹溝が設けられている部分に形成される溶融痕は、その上面最下点が隣接する溶融痕の上面最下点よりも外装缶底方向に低い位置にあり、上記一つの溶融痕の底面最下点が、上記隣接する溶融痕の底面最下点よりも外装缶底方向に低い位置にある構造のものとなる。
【００２６】
上記各構成において、「当該封口体外側面の外周縁と前記外装缶凹部の上端とが面一になるようにして」、「前記凹溝を有する封口板の外周縁部の上面と、外装缶の開口の上端とが面一になるようにして」、「前記外装缶凹部の上端と前記封口体の外側面とが面一となるようにして」とは、凹部や凹溝が形成されていない部分の上面（天面）を一致させるという意味であるが、外装缶及び封口体に凹部と凹溝とを設ける場合には、凹部と凹溝の位置をも一致させることが好ましい。この凹部や凹溝は、切削加工、プレス加工、化学的表面処理などによって形成することができる。
【００２７】
上記構成において、前記凹部および凹溝の幅Ｌ１が０．１〜０．２ｍｍであり、前記凹部および凹溝の深さＬ２が０．０５〜０．１ｍｍであり、前記凹部および凹溝の間隔Ｌ３が０．５〜１．０ｍｍであり、前記凹溝の長さＬ４が０．２〜０．６ｍｍｍｍである構成とすることができる。
【００２８】
前記凹部および凹溝の幅Ｌ１を０．１ｍｍ未満とすると、外装缶底方向に低い位置にあるスポット溶融痕を十分に形成できない。他方、Ｌ１を０．２ｍｍより大きくすると、外装缶底方向に低い位置にあるスポット溶融痕が連続することとなり、スパッタの発生や発電要素に熱ダメージを与えるおそれがある。また、前記凹部および凹溝の深さＬ２が０．０５ｍｍ未満であると、溶融痕の深さが不十分となり、溶接強度が十分に向上しない。他方、Ｌ２が０．１ｍｍより大きいと、照射面に対するレーザの焦点ズレが大きくなり、強度の高い溶接が難しくなる。また、前記凹部および凹溝の間隔Ｌ３が０．５ｍｍ未満であると、外装缶底方向に低い位置にある溶融痕が連続することとなり、発電要素に与える熱ダメージが大きくなる。他方、Ｌ３が１．０ｍｍより大きいと、外装缶底方向に高い位置にある溶融痕が連続することとなり、溶接強度向上効果が不十分となる。また、凹溝の長さＬ４が短すぎると十分な強度の溶融痕を形成ない。よって、上記のように規制することが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明によると外装缶と封口体との嵌合部における溶接強度を格段に向上させることができるので、密閉性、堅牢性に優れた密閉型電池を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１（ａ）は本発明電池の封口体外周縁の断面図であり、図１（ｂ）は本発明電池の外装缶開口部と封口体との嵌合部の要部拡大透視図であり、図２は溶接前の外装缶開口部と封口体との嵌合部の要部拡大図である。
【００３１】
本発明電池は、外装缶の開口先端に当該外装缶の軸方向内側に凹の凹部が形成された外装缶、封口体外側面の外周縁部に外周端から内側に延びる凹溝が形成された封口体いずれか一方又は双方を用い、図２に示すように、前記外装缶凹部の上端と前記封口体の外側面とが面一となるようにして前記外装缶の開口部に前記封口体とを嵌合させ、当該嵌合部をパルスレーザ溶接することにより作製される。
【００３２】
このため、図１に示すように、レーザ溶接されてなるスポット溶融痕の少なくとも一部が、隣接するスポット溶融痕よりも外装缶底方向に低い位置となる。この構造であると、図１に示すように溶け込み深さが深いスポット溶融痕が形成されるので、溶接強度が格段に増加する。
【００３３】
（実験１：負極端子横押込み強度測定） 
図３（ａ）に示すように、端子横部Ｔが１０ｍｍとなる外装缶の開口先端に当該外装缶の軸方向内側に凹の凹部を形成した。この外装缶の凹部は、図２に示す凹部の幅Ｌ１が０．２ｍｍであり、深さＬ２が０．１ｍｍであり、間隔Ｌ３が１．０ｍｍである。前記凹部を有する外装缶に封口体を、当該封口体外側面の外周縁と前記外装缶凹部の上端とが面一になるようにして嵌合し、しかる後に当該嵌合部をレーザ溶接して、ダミー電池１を５つ作製した。なお、このダミー電池１には、正極と負極とセパレータとを有する電極体は収容されているが、電解液は注液されていない。また、封口体の外周縁には、何の加工もされていない。
【００３４】
図３（ａ）に示すように、端子横部Ｔが１０ｍｍとなる外周縁部分に、封口体外側面の外周縁部に外周端から内側に延びる凹溝を形成した。この封口体の凹溝は、図２に示す凹部の幅Ｌ１が０．２ｍｍであり、深さＬ２が０．１ｍｍであり、間隔Ｌ３が１．０ｍｍ（端子横の各辺に１１ずつの凹部）であり、長さＬ４が０．４ｍｍ（封口体のフランジ部の肉厚と等しい）である。この外装缶の開口部の天面と封口体の外周縁の天面とが同一平面となるように外装缶の部に前記封口体とを嵌合させ、しかる後に当該嵌合部をレーザ溶接して、ダミー電池２を５つ作製した。なお、このダミー電池２には、正極と負極とセパレータとを有する電極体は収容されているが、電解液は注液されていない。また、外装缶の開口部には、何の加工もされていない。
【００３５】
比較として、外装缶の開口先端に凹部が形成されていない外装缶と、外周縁に凹溝が形成されていない封口体とを用いて、比較電池１を５つ作製した。
【００３６】
図３（ｂ）に示すように、このダミー電池１，２及び比較電池１の端子を先端φ３の丸棒にて加圧し、封口レーザ溶接部の押込み強度（封口レーザ溶接部が破断したときの荷重）を測定した。この結果を下記表１に示す。
【００３７】
【表１】
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平均値（最小値〜最大値）
【００３８】
上記表１において、電池ａは、厚み４．６ｍｍ、幅３４ｍｍ、高さ５０ｍｍの電池を意味し、電池ｂは、厚み５．５ｍｍ、幅３４ｍｍ、高さ５０ｍｍの電池を意味する。
【００３９】
上記表１から、本発明にかかるダミー電池の溶接強度は、電池ａにおいて３５５Ｎ、３６０Ｎ、電池ｂにおいて４２４Ｎ、４３０Ｎと、比較電池１の２６９Ｎ、３６３Ｎよりも優れていることがわかる。
【００４０】
このことは、次のように考えられる。本発明にかかるダミー電池では、図１に示すように部分的に深い位置で接合されている。このため、外力が印加されたときに、この位置での力の伝播が不連続となるため、溶接部全体の変形が抑えられ、結果として、溶接強度が格段に向上すると考えられる。他方、比較電池１では、図５に示すように、溶接深さがほぼ一定であるため、外力が印加されたときに、溶接部に均一に力が加わり、溶接部が裂けやすい。このため十分な溶接強度が得られないと考えられる。
【００４１】
（実験２：コーナー部押込み強度測定）
図４（ａ）に示すように、外装缶の開口先端に当該外装缶の軸方向内側に凹の凹部を形成し、封口体外側面の外周縁部に凹溝を形成した。この外装缶及び封口体の凹部及び凹溝は、図２に示す凹部の幅Ｌ１が０．２ｍｍであり、深さＬ２が０．１ｍｍであり、間隔Ｌ３が１．０ｍｍである。前記外装缶凹部の上端と前記封口体の外側面とが面一となるようにして外装缶の部に前記封口体とを嵌合させ、しかる後に当該嵌合部をレーザ溶接して、厚み６５ｍｍ、幅３４ｍｍ、高さ５０ｍｍダミー電池３を５つ作製した。なお、このダミー電池３には、正極と負極とセパレータとを有する電極体は収容されているが、電解液は注液されていない。
【００４２】
比較として、外装缶の開口先端に凹部が形成されていない外装缶と、外周縁に凹溝が形成されていない封口体とを用いて、比較電池２を５つ作製した。
【００４３】
このダミー電池３及び比較電池２の図４（ｂ）に示すコーナー部分を先端φ３の丸棒にて加圧し、封口レーザ溶接部の押込み強度（封口レーザ溶接部が破断したときの荷重）を測定した。この結果を下記表１に示す。
【００４４】
【表２】
2008166031.tif 000004
平均値（最小値〜最大値）
【００４５】
上記表２から、本発明にかかるダミー電池３の溶接強度は、３０９Ｎと、比較電池２の２３４Ｎよりも優れていることがわかる。この理由は、上記実験１で考察したのと同様の理由によるものと考えられる。
【００４６】
（実験３：落下試験）
図３（ａ）に示すように、端子横の１０ｍｍとなる部分に、外装缶の開口先端に当該外装缶の軸方向内側に凹の凹部を形成し、封口体外側面の外周縁部に凹溝を形成した。この外装缶及び封口体の凹部は、図２に示す凹部及び凹溝の幅Ｌ１が０．２ｍｍであり、深さＬ２が０．１ｍｍであり、間隔Ｌ３が１．０ｍｍである。外装缶凹部の上端と封口体の外側面とが面一となるようにして、外装缶の部に前記封口体とを嵌合させ、しかる後に当該嵌合部をレーザ溶接して、厚み５５ｍｍ、幅３４ｍｍ、高さ５０ｍｍダミー電池４を５つ作製した。なお、このダミー電池４には、正極と負極とセパレータとを有する電極体は収容されているが、電解液は注液されていない。
【００４７】
比較として、外装缶の開口先端に凹部が形成されていない外装缶と、外周縁に凹溝が形成されていない封口体とを用いて、比較電池３を５つ作製した。
【００４８】
１．６５ｍの高さからコンクリート上へ電池の各面（６面）の落下を実施し、封口レーザ溶接部（溶融痕）が割れるまでのセット数（各面を下に向けて１回づつ落下させ、６面が終って１セットとする）を測定した。この結果を下記表３に示す。
【００４９】
【表３】
2008166031.tif 000005
平均値（最小値〜最大値）
【００５０】
上記表３から、本発明にかかるダミー電池４の耐衝撃性は、４０セットと、比較電池３の２４セットよりも優れていることがわかる。この理由は、上記実験１で考察したのと同様の理由によるものと考えられる。
【００５１】
なお、本発明にかかる電池は、レーザ溶接により封口する電池一般に適用することができ、一次電池、二次電池すべてに適用可能である。上述の実験は、パルスレーザ溶接で行い、図面には明確なスポット痕を図示している。この場合、本発明の密閉型電池は、少なくとも１つのスポット溶融痕の上面最下点が、隣りのスポット溶融痕の上面最下点よりも前記外装缶の底方向に低い位置にあり、かつ前記１つのスポット溶融痕の底面最下点が、前記隣りのスポット溶融痕の底面最下点よりも前記外装缶の底方向に低い位置にある。さらに本発明はパルスレーザ溶接だけでなく、高エネルギービームとして、ＣＷ（連続発振型）レーザを用いた溶接、あるいは電子ビームを用いた溶接など、公知の溶接方法を用いても同等の効果が得られる。この場合、パルスレーザ溶接のように明確なスポット痕が生じない。したがって、本発明の密閉型電池は、少なくとも１箇所における溶融痕の上面最下点および底面最下点が、その１箇所に隣接する溶融痕よりも外装缶の底方向に低い位置にある。また、本発明の密閉型電池は、角形電池以外に、円筒形電池にも応用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上説明したように、本発明によると、溶接強度に優れた密閉型電池を実現できるので、産業上の意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１（ａ）は本発明電池の封口体外周縁の断面図であり、図１（ｂ）は本発明電池の外装缶開口部と封口体との嵌合部の要部拡大透視図である。
【図２】図２は溶接前の外装缶開口部と封口体との嵌合部の要部拡大図である。
【図３】図３（ａ）は実験１に用いた電池の溶接前の平面図であり、図３（ｂ）は実験１に用いた電池の溶接後の平面図である。
【図４】図４（ａ）は実験２に用いた電池の溶接前の平面図であり、図４（ｂ）は実験２に用いた電池の溶接後の平面図である。
【図５】図５は従来電池の封口体外周縁の断面図である。
【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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