(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板との間にセパレータを介在させて形成した極板群のアルミニウム製の集電リードと、前記極板群を収納するケースの開口部を封口する封口板とを、前記集電リードの両側辺の端部を含まないように集電リードの幅方向に２点以上連続させてレーザー溶接する電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池の製造方法、特に極板群の集電リードと封口板とを接続する集電技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＡＶ機器のような情報関連機器、パーソナルコンピュータのような電子機器のコードレス化、ポータブル化に伴い、その駆動用電源として用いる電池に対し、小型，軽量，高エネルギー密度化の要望が強まっている。特に、リチウム二次電池などは、高エネルギー密度を有する電池であるので、駆動用電源の主力電池として期待され、その潜在的な市場規模も大きくなっている。
【０００３】
しかしながら、電池を落下したり、あるいは振動したりすると、集電を確保している部分が剥離し、内部抵抗が上昇するために信頼性が低くなるので、集電を確保する部分の接触を良好にしたり、引っ張り強度を強固にしたりする集電技術が検討されている。
【０００４】
従来における集電を確保する方法としては、例えば、特開平８−２９３２９９号公報に開示されているように、集電リードをケースの底部内面に接触させ、外部よりケース底面にレーザーを照射して集電リードとケースとを溶接する方法、特開平９−１７１８０９号公報に開示されているように、正極の集電リードをケースと封口板とで挟持させた状態でレーザー溶接することにより集電リードと封口板とを溶接する方法、レーザーにより集電リードを集電体にスポット溶接する方法、あるいは極板群の最外周に位置する極板の活物質を保持する芯材、例えばアルミニウム箔を露出させてケースと接触させる方法などが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電池の製造方法にあっては、極板群の集電リードを封口板などに接続する場合、レーザーによりスポット溶接し、そのスポット溶接は２点スポットにより溶接しているが、スポット溶接の１点が穴空き状態になったり、あるいは集電リードの端部にレーザーを照射したために半分欠けた状態になったりすると、引っ張り強度が著しく減少し、性能劣化の原因になるという問題点があった。
【０００６】
また、穴空きなどを検査することが必要となると、製造工程が複雑化し、工程不良率が高くなるという問題点があった。
【０００７】
さらに、活物質を保持するアルミニウム箔などを露出させてケースと接触させる場合は、アルミニウム箔の表面に酸化膜が形成されたりして集電の面から好ましくないという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、集電リードと封口板とをレーザーにより溶接して引っ張り強度を増大し、電池を製造する場合において、信頼性および生産性を高めることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、本発明の電池の製造方法にあっては、正極板と負極板との間にセパレータを介在させて形成した極板群のアルミニウム製の集電リードと、極板群を収納するケースの開口部を封口する封口板とを、集電リードの両側辺の端部を含まないように集電リードの幅方向に２点以上連続させてレーザー溶接する。
【００１０】
そして、このようにすることにより、電池を落下させたり、振動させたりした場合に、穴空き現象などに起因して発生する集電部分の引っ張り強度の低下を防止することができ、また、電池の内部抵抗の上昇を防止することができ、電池の信頼性を向上させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、それぞれの請求項に記載したような形態で実施することができ、その実施の形態について以下に説明する。
【００１２】
本発明は、正極板と負極板との間にセパレータを介在させて形成した極板群のアルミニウム製の集電リードと、極板群を収納するケースの開口部を封口する封口板とを、集電リードの両側辺の端部を含まないように集電リードの幅方向に２点以上連続させてレーザー溶接するものである。
【００１３】
そして、集電部分の引っ張り強度を増加させ、落下および振動により発生する電池の内部抵抗の上昇を防止することができる。
【００１４】
また、正極板と負極板との間にセパレータを介在させた極板群を収納するケースの開口部を封口する封口板に取り付けた補強板と、前記極板群の集電リードとを、または、正極板と負極板との間にセパレータを介在させた極板群を収納するケースと、前記極板群の集電リードとを、あるいは、正極板と負極板との間にセパレータを介在させた極板群を収納するケースと、前記極板群の最外に位置する極板の活物質を保持する集電体とを、２点以上連続させてレーザー溶接するものである。
【００１５】
そして、上記のように２点以上連続させてレーザー溶接することにより、スポット溶接の場合よりも弱い出力でも穴空き現象の発生がなく、集電部分の引っ張り強度が増大して効果的である。
【００１６】
さらに、レーザー溶接する場合、溶接部を集電リードの両側辺の端部を含まないように溶接する形態の他に、溶接部を集電リードの両側辺の一端部から他端部まで連続して溶接したり、あるいは、溶接部を連続かつ断続して溶接する形態でも良い。
【００１７】
【実施例】
本発明の実施例について、図１ないし図４を参照して説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１は、実施例１により作製した角形の非水電解液電池の溶接部の投影図である。１はアルミニウム製の封口板、２は集電用として極板群３の正極板から取り出した正極リードで、レーザーの連続照射により封口板１と溶接されている。４は樹脂製の絶縁ガスケット、５はニッケルメッキされた鉄製のワッシャーで、負極端子を兼ねている。６は極板群３の負極板から取り出した負極リードで、ワッシャー５に溶接されている。７は封口板１に設けた注液口、８は安全弁用の穴、９はニッケルメッキされた鉄製のリベットで、正極端子を兼ねている。なお、正極板と負極板との間にはセパレータを介在させて極板群３を形成している。
【００１９】
この角形の非水電解液電池は以下のようにして作製される。正極板は、活物質であるＬｉＣｏＯ2に、導電剤としてカーボンブラックを、結着剤としてポリ四フッ化エチレン水性ディスパージョンを、固形分の重量比で１００：３：１０の割合で混合した合剤を、アルミニウム箔の両面に塗着し、乾燥し、圧延したのち、所定の大きさに切断したものであり、アルミニウム製の正極リード２をアルミニウム箔に溶接している。
【００２０】
負極板は、炭素質材料を主材料とし、これにスチレンブタジエンゴム系結着剤を重量比で１００：５の割合で混合した合剤を、銅箔の両面に塗着し、乾燥し、圧延したのち所定の大きさに切断したもので、銅箔には、ニッケル製の負極リード６を溶接している。
【００２１】
セパレータとしてはポリエチレン製の微多孔フィルムを用い、正極板と負極板との間にセパレータを介在させて巻回し、上面が長円形の極板群３としている。正極リード２を封口板１に溶接した極板群３をケースに挿入し、封口板１とケースとをレーザー溶接により封口する。
【００２２】
図１に示したように、負極リード６はニッケルメッキされた鉄製のワッシャー５に抵抗溶接し、次に、正極リード２を封口板１に接触するように配置した後、第１波として０Ａ〜６０Ａの電流値で０〜１．０ｍｓｅｃ間、第２波として１５０Ａ〜４５０Ａの電流値で０．１〜４．０ｍｓｅｃ間、第３波として４０〜２５０Ａの電流値で０〜４．０ｍｓｅｃ間、第４波として０〜１５０Ａの電流値で０〜３．０ｍｓｅｃ間照射する波形を用いたレーザーを連続照射することにより溶接し、正極リード２と封口板１とを２点以上の溶接部１０で接合した。
【００２３】
次に、電解液を注液口７から所定量注液するには、注液口７に先端にゴム製のリングが取り付けたパイプを差し込み、このパイプは３方コックを備えており、この３方コックは電池と、真空ポンプと、電解液が入ったポンプとにそれぞれ接続させている。パイプを通して電池内を真空ポンプで減圧にし、次にコックを切り替えて電解液をポンプから注入することにより注液を行った。なお、一度電池内を減圧にしておくことで電解液の注入が容易になり、電解液には、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とをモル比で１：３の割合に混合した溶媒に、溶質として六フッ化リン酸リチウムを１モル／リットルの濃度で溶解したものを用いた。
【００２４】
このように、第１波から第４波までに、照射する波形の条件を所定値に制御したレーザーを連続照射することにより、正極リード２を封口板１に２点以上で溶接した実施例の場合と、正極リードと封口板とをレーザーを用いてスポット溶接した従来例の場合とを比較すると表１に示したようになる。実施例の場合は、レーザーで２点以上溶接することにより、溶接面積を増加させて溶接強度を強くすることができ、穴空きに対する許容度が高くなって工程不良率を低減することができる。なお、表１には従来例と実施例とによる工程不良率、およびそれぞれ５個の電池について１点が穴空きする状態となった場合の引っ張り強度の平均を示している。
【００２５】
【表１】
0004496563.tif 000002
【００２６】
表１より明らかなように、実施例の場合が、従来例の場合に比べ工程不良率が低減され、穴空きに対する許容度が高くなっていることがわかる。
【００２７】
（実施例２）
実施例１の場合と同じ条件の波形を用いてレーザーを連続照射した場合、その照射方法の違いによる信頼性を確認して表２に示した。図２に示したように、正極リード２の中央部分に照射して溶接部１０を形成した場合、図３に示したようにレーザーを連続かつ断続的に照射して溶接部１０を形成した場合、および図１に示すように、正極リード２の幅方向全体に溶接部１０を形成した場合について説明する。レーザーの照射で幅方向全体を溶接した場合、溶接部分の面積が最大となるため、スポット一点に加わる引っ張り応力は小さくなるが、溶接による熱歪みを受けているため、引っ張り強度は他の場合よりも弱い。また、正極リード２の中央部分を溶接したり、あるいは、レーザーを断続的に照射することにより溶接したりすると、正極リード２の延性により、引っ張り強度は全体照射の場合に比べて増大させることができる。表２に各場合における引っ張り強度および落下試験における内部抵抗の変化を示した。なお、９は端子を兼ねるニッケルメッキされた鉄製のリベットである。
【００２８】
【表２】
0004496563.tif 000003
【００２９】
表２より明らかなように、正極リードの中央部にレーザーを連続照射したり、あるいは、断続的に連続照射したりすると信頼性を高めることができることがわかる。
【００３０】
（実施例３）
極板群３を構成する極板の活物質を保持する芯材部分である金属集電体１１、例えばアルミニウム箔を露出させ、その金属集電体１１と極板群３を収納するケース１２とを、レーザーを連続照射して溶接する場合について図４を参照して説明する。正極リードを封口板１に溶接する場合、レーザーが照射可能な面積は小さいので、必要以上に正極リードの長さを長くする必要がある。そして、この長くした正極リードをケース１２内に収容する場合は、正極リードを折り曲げて収納することが必要となり、工程不良率も高くなってくる。そこで、金属集電体１１の露出された部分について、ケース１２の外側からレーザーで連続的に２点以上溶接して溶接部１０を形成することにより、照射面積を大きくすることができ、正極リードを折り曲げる工程を省略することができ、この工程を簡略化することにより生産性を向上することができる。表３に、正極リードと封口板とを連続照射して溶接した場合と、露出させた金属集電体１１とケース１２とを連続照射して溶接した場合との工程不良率および工程能力を示した。
【００３１】
【表３】
0004496563.tif 000004
【００３２】
表３より明らかなように、極板群を構成する極板の活物質を保持する金属集電体を露出させ、レーザーを連続的に照射させて金属集電体の露出部分とケースとを２点以上で溶接することにより、工程能力を増速化することができ、さらに工程不良率を低減させることができる。
【００３３】
（実施例４）
実施例１におけるように、波形の条件を制御したレーザーを照射したことによる引っ張り強度以外の効果について説明する。従来のスポット溶接においては、シングルパルスを用いることが多く、このような場合には、レーザーにより溶接する表面に不純物が付着したり、あるいは、急冷によりブローホールが発生したり、クラックが発生したりすることがあった。特に、アルミニウムについてレーザー溶接する場合においては、スポット溶接によると高エネルギーを要するためブローホールやスパッタによる周囲への影響も多く見られる。そこで、例えば第１波を３４０Ａの電流値で０．２ｍｓｅｃ間、第２波を２００Ａの電流値で０．２ｍｓｅｃ間、第３波を１６０Ａの電流値で１．０ｍｓｅｃ間、第４波を１２０Ａの電流値で２．５ｍｓｅｃ間照射する波形を用いたレーザーで連続的に溶接する場合の工程不良率を、スポット溶接した場合と比べると表１に示した通りになる。
【００３４】
【表４】
0004496563.tif 000005
【００３５】
表４より明らかなように、所定値に制御した波形によるレーザーを照射して連続的に溶接することによってブローホールやクラックの発生を制御することができる。
【００３６】
以上の実施例では、集電部分の溶接として正極リード２を封口板１にレーザー溶接する場合を主体に説明したが、負極リード６をワッシャー５のような補強板にレーザー溶接したり、負極リード６をケースにレーザー溶接したりする場合でも、同様に行うことができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は以上説明したような状態で実施されることにより、集電を確保する工程における不良率を低減して生産性を高めることができ、集電部分の溶接部の引っ張り強度が増大することにより、電池を落下した場合、振動させた場合において、信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における角形の非水電解液電池の要部投影図
【図２】本発明の実施例２における角形の非水電解液電池の要部投影図
【図３】本発明の実施例２における角形の非水電解液電池の他の要部投影図
【図４】本発明の実施例３における角形の非水電解液電池の断面模式図
【符号の説明】
１  封口板
２  正極リード
３  極板群
５  ワッシャー（補強板）
６  負極リード
１０  溶接部
１１  金属集電体
１２  ケース
【図１】
0004496563.tif 000006
【図２】
0004496563.tif 000007
【図３】
0004496563.tif 000008
【図４】
0004496563.tif 000009