(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム系金属からなる外装缶内にセパレータを挟んで対峙された正極および負極を有する発電要素を収納する工程；
前記外装缶の開口部にアルミニウム系金属からなる蓋体を溶接により接合して電池ケースを作製する工程；
前記電池ケース内に電解液をそのケースに開口された注入孔を通して注入する工程；
前記注入孔を含む前記電池ケースにアルミニウム系金属板材を配置する工程；
一端側に円筒部を有し、その円筒部の先端面に複数の突起が形成された円柱状ホーンを用意する工程；および
前記円柱状ホーンの前記円筒部の先端面を前記金属板材に対してその円筒部が前記注入孔を包囲するように当接させ、このホーンを通して前記金属板材に超音波を付与して前記金属板材を前記電池ケースに溶接すると共に前記円筒部の外縁に沿って前記金属板材を溶断することにより円板状の封止部材を前記電池ケースに接合して前記注入孔を気密封止する工程；
を具備したことを特徴とする密閉電池の製造方法。
【請求項２】
前記注入孔は、前記電池ケースの前記蓋体に開口されることを特徴とする請求項１記載の密閉電池の製造方法。
【請求項３】
前記円柱状ホーンの円筒部先端面に形成された複数の突起は、ピラミッド形であることを特徴とする請求項１または２記載の密閉電池の製造方法。
【請求項４】
前記円柱状ホーンは、その円筒部の外周縁のアールが０．２以下で前記円筒部の内周縁のアールが０．５以上であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の密閉電池の製造方法。
【請求項５】
前記アルミニウム系金属板材は、アルミニウムのＯ材から作られることを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の密閉電池の製造方法。
【請求項６】
前記金属板材からなる前記封止部材の溶接しろ部分の厚さは、０．０８〜０．３０ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載の密閉電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉電池および密閉電池の製造方法に関し、特に電解液の注入孔を封止する構造を改良した密閉電池およびその製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の密閉電池、例えば角型密閉電池は次のような構造を有する。
【０００３】
（１）有底角筒形の金属製外装缶と、この外装缶内に収納された発電要素と、前記外装缶の開口部から注入された電解液と、前記外装缶の上端開口部に溶接により接合され、ハーメティックシールにより絶縁された電極端子を有する金属製蓋体とを備えた密閉電池。
【０００４】
（２）有底角筒形の外装缶と、この外装缶内に収納された発電要素と、前記外装缶の開口部に溶接により接合され、ハーメティックシールにより絶縁された電極端子および電解液の注入孔を有する金属板材からなる蓋体と、前記蓋体の注入孔を通して前記外装缶内に注入された電解液と、前記注入孔に差し込まれ、ろう付けまたは抵抗溶接により接合された球形状または釘形の栓体とを備えた密閉電池。
【０００５】
しかしながら、前述した（１）の構造を有する角型密閉電池では外装缶の上端開口部に蓋体を溶接する際、前記外装缶内に既に電解液が収容され、電解液が蒸発された雰囲気下でなされる。このため、前記外装缶と前記蓋体との溶接箇所に電解液蒸気が付着して溶接不良が生じて密閉性が著しく低下される。
【０００６】
前記（２）の構造を有する角型密閉電池では、前記栓体を電解液が付着されている注入孔に差し込み、抵抗溶接またはろう付けを行なう。このため、前記電解液の蒸発により前記栓体の接合不良を招く恐れがある。また、軽量化を図る目的で前記蓋体をアルミニウムにより形成する場合、前記栓体をろう付けや抵抗溶接により前記蓋体の注入孔に接合することが困難になる。
【０００７】
なお、注入孔を外装缶の底面や側面に設けた密閉電池においても、部位が異なるだけで、他の構成が変わらないため注入孔を蓋体に設けた電池と同様な問題が起こる。
【０００８】
また、角型の密閉電池のみならず、円筒型の密閉電池においても、前記（１）の技術では角型と同様な理由から溶接不良が生じて密閉性が低下する。前記（２）の技術では、角型と同様な理由から接合不良が起こったり、接合自体が困難になる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、外装缶の開口部に蓋体を気密に接合またはカシメを行なった電池ケースを有し、かつ前記電池ケースの注入孔を金属封止部材で気密に封止した構造の密閉電池およびその製造方法を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る密閉電池の製造方法は、アルミニウム系金属からなる外装缶内にセパレータを挟んで対峙された正極および負極を有する発電要素を収納する工程；
前記外装缶の開口部にアルミニウム系金属からなる蓋体を溶接により接合して電池ケースを作製する工程；
前記電池ケース内に電解液をそのケースに開口された注入孔を通して注入する工程；
前記注入孔を含む前記電池ケースにアルミニウム系金属板材を配置する工程；
一端側に円筒部を有し、その円筒部の先端面に複数の突起が形成された円柱状ホーンを用意する工程；および
前記円柱状ホーンの前記円筒部の先端面を前記金属板材に対してその円筒部が前記注入孔を包囲するように当接させ、このホーンを通して前記金属板材に超音波を付与して前記金属板材を前記電池ケースに溶接すると共に前記円筒部の外縁に沿って前記金属板材を溶断することにより円板状の封止部材を前記電池ケースに接合して前記注入孔を気密封止する工程；
を具備したことを特徴とするものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる密閉電池を角型密閉電池を例として図面を参照して詳細に説明する。ここで、角型とは外装缶を発電要素を含む面で切断したときの形状が長方形であることを意味するが、コーナ部においてアールが付けられることを許容するものである。
【００１７】
図１１は、本発明に係わる密閉電池、例えば角型密閉リチウムイオン二次電池を示す斜視図である。
【００１８】
角型の電池ケース１は、例えばアルミニウム系金属からなる有底矩形筒状をなす外装缶２の開口部にアルミニウム系金属からなる蓋体３を例えばレーザ溶接により気密に接合した構造を有する。前記外装缶２は、例えば正極端子を兼ね、底部内面に絶縁フィルム４が配置されている。
【００１９】
発電要素である電極体５は、前記電池ケース１の外装缶２内に収納されている。前記電極体５は、例えば負極６とセパレータ７と正極８とを前記正極８が最外周に位置するように渦巻状に捲回した後、扁平状にプレス成形することにより作製される。中心付近にリード取出穴を有する例えば合成樹脂からなるスペーサ９は、前記外装缶２内の前記電極体５上に配置されている。
【００２０】
前記蓋体３の中心付近には、負極端子の取出し穴１０が開口されている。注入孔１１は、前記取出し穴１０から離れた前記蓋体３の箇所に開口されている。電解液は、前記注入孔１１を通して前記外装缶２内に注入されている。負極端子１２は、前記蓋体３の穴１０にガラス製または樹脂製の絶縁材１３を介してハーメティクシールされている。前記負極端子１２の下端面には、リード１４が接続され、かつこのリード１４の他端は前記電極体５の負極６に接続されている。
【００２１】
上部側絶縁紙１７は、前記蓋体３の外表面全体に被覆されている。スリット１８を有する下部側絶縁紙１９は、前記外装缶２の底面に配置されている。二つ折りされたＰＴＣ（Positive  Thermal  Coefficient）素子２０は、一方の面が前記外装缶２の底面と前記下部側絶縁紙１９の間に介装され、かつ他方の面が前記スリット１８を通して前記絶縁紙１９の外側に延出されている。外装チューブ２１は、前記外装缶２側面から上下面の絶縁紙１７、１９の周辺まで延出するように配置され、前記上部側絶縁紙１７および下部側絶縁紙１９を前記外装缶２に固定している。このような外装チューブ２１の配置により、外部に延出された前記ＰＴＣ素子２０の他方の面が前記下部側絶縁紙１９の底面に向けて折り曲げられる。
【００２２】
前記電池ケースの材質であるアルミニウム系金属としては、例えば純アルミニウム、０．０５重量％以下のＭｇおよび０．２重量％以下のＣｕを含むアルミニウム合金を挙げることができる。このようなアルミニウム系金属としては、例えばＪＩＳの合金番号でＡ１０５０、Ａ１１００、Ａ１２００、Ａ３００３等を挙げることができる。ただし、電池ケースはアルミニウム系金属の他にステンレスまたは鉄を用いることを許容する。
【００２３】
前記電池ケースをアルミニウム系金属により作った場合には、その厚さを０．５ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上にすることが望ましい。電池ケースの厚さを０．５ｍｍ未満にすると、強度が低下して外装缶に収納された発電要素を十分に保護することが困難になる。
【００２４】
前記電池ケースを鉄またはステンレスにより作った場合には、その厚さを０．２ｍｍ以上、より好ましくは１ｍｍ以上にすることが望ましい。電池ケースの厚さを０．２ｍｍ未満にすると、強度が低下して外装缶に収納された発電要素を十分に保護することが困難になる。
【００２５】
前記電池ケースを構成する外装缶と蓋体は、レーザ溶接により接合する場合に限らず、カシメにより接合してもよい。
【００２６】
前記負極、セパレータ、正極および電解液は、密閉電池がリチウムイオン二次電池の場合、次のような形態のものが用いられる。
【００２７】
前記負極は、例えばリチウムイオンが出し入れされる炭素質物質を含むペーストをアルミニウム薄板のような集電体の両面に保持させた構造を有する。
【００２８】
前記正極は、例えばリチウムニッケル酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムマンガン酸化物のような活物質を含むペーストを銅薄板のような集電体の両面に保持させた構造を有する。
【００２９】
前記セパレータとしては、例えばポリプロピレンのような合成樹脂からなる多孔性フィルムが用いられる。
【００３０】
前記電解液としては、例えば過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム、六フッ化リチウム、六フッ化燐リチウム等の電解質をエチレンカーボネート、プロピレンカーボネートのような有機溶媒で溶解したもの等が用いられる。
【００３１】
次に、前記蓋体３の注入孔を封止するための３つの形態を詳細に説明する。
【００３２】
封止形態（１）
図２は、図１１の二次電池の蓋体を示す上面図、図３は図２のIII−III線に沿う拡大断面図。
【００３３】
例えば金属円板からなる封止部材１５は、前記蓋体３の前記注入孔１１を通して電解液を注入した後において前記注入孔１１周囲の前記蓋体３に対して超音波溶接により接合され、前記注入孔１１を気密封止している。すなわち、前記封止部材１５は図２および図３に示すように前記注入孔１１を囲むように形成されたドーナツ状の超音波溶接部１６により前記蓋体３に対して接合されている。
【００３４】
前記封止部材の材質であるアルミニウム系金属としては、例えば純アルミニウム、０．０５重量％以下のＭｇおよび０．２重量％以下のＣｕを含むアルミニウム合金を挙げることができる。このようなアルミニウム系金属としては、例えばＪＩＳの合金番号でＡ１０５０、Ａ１１００、Ａ１２００、Ａ３００３等を挙げることができる。特に、前記封止部材の材質は焼きなましにより調質された最も軟質のアルミニウムのＯ材であることが好ましい。このようなアルミニウムのＯ材からなる封止部材は、超音波溶接性が高いために前記電池ケース（例えば蓋体）に良好に接合することが可能になる。
【００３５】
前記金属板材からなる封止部材は、その溶接しろ部分の厚さを０．０８〜０．３０ｍｍにすることが好ましい。前記封止部材の溶接しろ部分の厚さを０．０８ｍｍ未満にすると、前記封止部材による前記電池ケース（例えば蓋体）に開口された注入孔の気密封止が困難になる。一方、前記封止部材の溶接しろ部分の厚さが０．３０ｍｍを超えるとこの封止部材を電池ケース（例えば蓋体）に良好に超音波溶接することが困難になる。このため、前記封止部材による前記注入孔の気密封止性が損なわれる恐れがある。より好ましい前記封止部材の厚さは、０．１０〜０．２５ｍｍである。
【００３６】
封止形態（２）
図５は、図１１の二次電池の蓋体を示す上面図、図６は図５の要部断面図、図７は鋲形状の封止部材を蓋体の注入孔に圧入する状態を示す斜視図である。なお、前述した図２、図３と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。
【００３７】
金属製の円板４１の中心付近に金属製突出棒４２（突出部）を取着するか、もしくは前記円板４１をプレス加工して形成した鋲形状をなす封止部材１５における前記突出棒４２は、蓋体３の注入孔１１内に圧入して前記注入孔１１を気密封止すると共に前記封止部材１５の前記円板４１を前記蓋体３表面に当接させている。前記円板４１と前記蓋体３は、溶接、例えばスポット溶接された複数、例えば４つの溶接部４３を有し、これらの溶接部４３により前記封止部材１５と前記蓋体３とを接合している。
【００３８】
前記封止部材は、例えば鉄またはステンレスから作られる。ただし、前記蓋体をアルミニウム系金属から作った場合、前記封止部材も同様なアルミニウム系金属から作ることによって密閉電池をより軽量化することが可能になる。
【００３９】
前記封止部材の円板は、０．１ｍｍ以上の厚さを有することが好ましい。この円板の厚さを０．１ｍｍ未満にすると、前記封止部材による前記注入孔の気密封止が困難になる。
【００４０】
図7に示すように前記封止部材１５の突出棒４２の外径（φ1）は、前記蓋体３の注入孔１１の内径（φ2）より０．０２〜０．１ｍｍ大きいことが好ましい。この寸法差を０．０２ｍｍ未満にすると、前記封止部材により前記注入孔を良好に気密封止することが困難になる恐れがある。一方、前記寸法差が０．１ｍｍを超えると、前記封止部材の突出棒を前記蓋体の注入孔への挿入と、気密保持が困難になる。
【００４１】
前記封止部材の突出棒を前記蓋体の注入孔に圧入する時の力は、５〜１２ｋｇｆにすることが好ましい。
【００４２】
前記封止部材の突出棒は、先端をテーパ状にすることが好ましい。
【００４３】
前記封止部材の円板と蓋体との溶接は、例えば抵抗溶接、レーザ溶接または超音波溶接が用いられる。超音波溶接を適用する場合には、アルミニウム系金属から作られた前記蓋体および封止部材が用いられる。このようなアルミニウム系金属としては、例えばＪＩＳの合金番号でＡ１０５０、Ａ１１００、Ａ１２００、Ａ３００３等を挙げることができる。
【００４４】
なお、封止部材の円板と蓋体との溶接はスポット溶接に限らず、蓋体の注入孔を囲むように例えば円環状の溶接部を形成してもよい。
【００４５】
封止形態（３）
図８は、図１１の二次電池の蓋体を示す上面図、図９は図８の要部断面図である。なお、前述した図２、図３と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。
【００４６】
金属製の円板４１の中心付近に金属製突出棒４２（突出部）を取着するか、もしくは前記円板４１をプレス加工して形成した鋲形状をなす封止部材１５における前記突出棒４２は、蓋体３の注入孔１１内に挿入されて前記円板４１を前記蓋体３表面に当接させている。前記円板４１と前記蓋体３は、前記注入孔１１を囲むように溶接された例えば円環状の溶接部４４を有し、この溶接部４４により前記封止部材１５を前記蓋体３に接合すると共に、前記注入孔１１を気密封止している。
【００４７】
前記封止部材は、例えば鉄またはステンレスから作られる。ただし、前記蓋体をアルミニウム系金属から作った場合、前記封止部材も同様なアルミニウム系金属から作ることによって密閉電池をより軽量化することが可能になる。
【００４８】
前記封止部材の円板は、０．１ｍｍ以上の厚さを有することが好ましい。この円板の厚さを０．１ｍｍ未満にすると、前記封止部材による前記注入孔の気密封止が困難になる。
【００４９】
前記封止部材の円板と蓋体との溶接は、例えば抵抗溶接、レーザ溶接または超音波溶接が用いられる。例えば後述する図４に示すホーン３３を用いた超音波溶接を適用する場合には、アルミニウム系金属から作られた前記蓋体および封止部材が用いられる。このようなアルミニウム系金属としては、例えばＪＩＳの合金番号でＡ１０５０、Ａ１１００、Ａ１２００、Ａ３００３等を挙げることができる。
【００５０】
次に、前述した密閉電池の製造方法を説明する。
【００５１】
まず、アルミニウム系金属からなる有底角形の外装缶２内の底面に絶縁紙４を配置し、この中に発電要素（例えば正極８および負極６をセパレータ７を挟んで渦巻き状に捲回し、扁平状に成形した電極体５）を収納する。つづいて、前記外装缶２内の前記電極体５上に中心付近にリード取出し穴を有するスペーサ９を配置した後、前記外装缶２の上端開口部にアルミニウム系金属からなる蓋体３を例えばレーザ溶接により気密に接合して内部に電極体５が収納された電池ケース１を組み立てる。なお、前記蓋体３は絶縁材１３を介してハーメティックシールされた電極端子（負極端子１２）および電解液の注入孔１１を有する。
【００５２】
次いで、前記外装缶２内に電解液を前記蓋体３の注入孔１１を通して注入した後、この注入孔を気密封止する。つづいて、前記蓋体３表面に絶縁紙１７を位置させ、かつ前記外装缶２の底部外面にスリット１８を有する絶縁紙１９を配置すると共に、この絶縁紙１８に二つ折りされたＰＴＣ素子２０を配置し、前記外装缶２を含む全体を外装チューブ２１に入れ、このチューブ２１を熱収縮する。これにより上部側の絶縁紙１７は前記蓋体３に、下部側の絶縁紙１９およびＰＴＣ素子２０は前記外装缶２の底部に、それぞれ固定され、例えば前述した図１に示す構造の角型密閉リチウムイオン二次電池のような角型密閉電池が製造される。
【００５３】
前述した密閉電池の製造において、蓋体の注入孔の封止は次の３つの方法によりなされる。
【００５４】
封止方法（１）
前記外装缶２内に電解液を前記蓋体３の注入孔１１を通して注入した後、前記外装缶２を支持固定し、前記注入孔１１を含む前記蓋体３の外表面に長尺のアルミニウム系金属板材を捲回したフープからアルミニウム系金属板材を配置する。つづいて、図４の（Ａ），（Ｂ）に示す下端付近に円筒部３１を有し、かつ前記円筒部３１下面に多数の突起（例えばピラミッド形の突起）３２が形成された円柱状ホーン３３を備えた超音波溶接装置を用いて前記金属板材を超音波溶接すると共に溶断することにより円板状の封止部材１５を前記蓋体３に接合する。詳述すると、前記ホーン３３の円筒部３１下面を前記金属板材の所定位置に当接させた後、図示しない超音波振動部材により前記ホーン３３を超音波振動させることにより前記円柱状ホーン３３の当接箇所に超音波溶接部が形成されるとともに、そのホーン３３の外周縁で前記板材を溶断することにより円板状の封止部材１５を前記蓋体３に接合するとともに、前記注入孔１１を気密封止する。つまり、前述した図２および図３に示すように円板状の封止部材１５が前記注入孔１１を囲むように形成されたドーナツ状の超音波溶接部１６により前記蓋体３に対して接合される。
【００５５】
前記超音波溶接において、前記ホーン３３における円筒部３１下面に多数の突起３２を形成することにより前記ホーン３３が前記金属板材に対して効果的に食い込み、溶断により形成された円板状の封止部材１５から前述した図２および図３に示すように蓋体３に向かって深い超音波溶接部１６が形成され、前記蓋体３の注入孔１１を良好に気密封止することが可能になる。なお、前記突起３２はその数を多くするほど効果が大きくなる。
【００５６】
また、図４に示す円柱状ホーン３３の円筒部３１の外周縁のアール（Ｒ1）を０．２以下と急峻にし、同円筒部３１の内周縁のアール（Ｒ2）を０．５以上と緩慢にすることが好ましい。このような形状のホーン３３を用いることによって、このホーン３３の円筒部３１を前記金属板材に当接させて超音波振動を付与する際、前記円筒部３１の外周縁がカッターの役目をなし、前記アルミニウム系金属板材を容易に溶断して前記円筒部３１と同様な外形寸法を持つ封止部材を蓋体に接合できるとともに、前記円筒部３１の内周縁で溶断されるのを防止することが可能になる。
【００５７】
封止方法（２）
金属製円板４１の中心付近に金属製突出棒４２を固定した鋲形状をなす封止部材１５を用意し、この封止部材１５の突出棒４２を電解液注入後の前記注入孔１１に圧入して前記注入孔１１を気密封止すると共に、前記平板４１を前記蓋体３表面に当接させた後、前記平板４１と前記蓋体３を例えばスポット溶接して４つの溶接部４３により前記封止部材１４を前記蓋体３に接合する。
【００５８】
封止方法（３）
金属製円板４１の中心付近に金属製突出棒４２を形成した鋲形状をなす封止部材１５を用意し、この封止部材１５の突出棒４２を電解液注入後の前記注入孔１１に挿入して前記平板４１を前記蓋体３表面に当接させた後、前記平板４１と前記蓋体３を前記注入孔を囲むように溶接して例えば円環状の溶接部４４を形成し、前記封止部材１４を前記蓋体３に接合すると共に、前記注入孔１１を気密封止する。
【００５９】
なお、本発明に係わる密閉電池において注入孔は電池ケース1の蓋体3に開口される場合に限らない。例えば、図１０に示すように外装缶２の側面に注入孔１１を開口し、この注入孔１１を含む外装缶２の側面に封止蓋１５を超音波溶接により接合してもよい。また、電池ケースの外装缶の底面に注入孔を開口し、この注入孔を含む外装缶の底面に封止蓋を超音波溶接により接合してもよい。
【００６０】
また、本発明に係わる密閉電池において外装缶２と電極体５との電気的接合は、図１に示す構造にしてもよい。すなわち、電極体５の最外周をセパレータ７とし、その代わりに電極体５から正極リード２２を蓋体３の側に設けて、蓋体３における電極体５側の面に対して正極リード２２を溶接によって接合する。このようにすれば、蓋体３と外装缶２とは溶接によって電気的に接合されるので、蓋体３を介して間接的に外装缶２と電極体５とを電気的に接合することができる。
【００６１】
さらに、前述した密閉電池において電極体を外装缶に収納する際にその負極が外側に位置するようにして外装缶を負極端子とし、蓋体にハーメティクシールされた電極端子を正極端子とする構造にしてもよい。
【００６２】
本発明に係わる密閉電池は角型の密閉電池に限らず、形状が異なるだけで電池としての基本構成が変わらない円筒型等の密閉電池にも同様に適用することができる。
【００６３】
以上説明した本発明に係わる密閉電池は、注入孔を通して電解液を注入した後において、アルミニウム系金属からなる封止部材を前記注入孔周囲のアルミニウム系金属からなる電池ケース（例えば蓋体）に対して超音波溶接により接合した構成を有する。
【００６４】
このような構成によれば、電池ケースおよび封止部材が比較的軟質のアルミニウム系金属により作られているため、それら部材を溶接条件が安定した超音波溶接により容易に接合することができる。特に、封止部材の材質として焼きなましにより調質された最も軟質のアルミニウムのＯ材を用いれば、電池ケースに対してより一層良好な超音波溶接を実現できる。その上、前記注入孔を封止する前記封止部材の溶接しろ部分の厚さを０．０８〜０．３０ｍｍにすることによって、より一層信頼性の高い超音波溶接を実現できる。
【００６５】
また、前記注入孔内面に電解液が付着していても、超音波溶接箇所である前記注入孔周辺の電池ケース（例えば蓋体）外面には電解液が存在しないため、前記電解液による溶接への影響を受けることなく前記注入孔を含む前記蓋体に封止部材を良好に超音波溶接することができる。
【００６６】
したがって、電池ケースに開口された電解液の注入孔を封止部材によって良好に気密封止した軽量の密閉電池を得ることができる。特に、前記封止部材と前記注入孔周囲の前記電池ケースとの超音波溶接部の形状をドーナツ状にすることによって、前記注入孔をより一層良好に気密封止することが可能になる。
【００６７】
本発明の方法によれば、アルミニウム系金属からなる外装缶内にセパレータを挟んで対峙された正極および負極を有する発電要素を収納する工程と、前記外装缶の開口部にアルミニウム系金属からなる蓋体を溶接により接合して電池ケースを作製する工程と、前記電池ケースに電解液を注入するための注入孔を開口する工程と、前記電池ケース内に電解液を前記注入孔を通して注入する工程と、前記注入孔を含む前記電池ケースにアルミニウム系金属板材を配置した後、先端面に多数の突起が形成された円筒部を一端側に有する円柱状ホーンにおける前記円筒部の先端面を前記金属板材にその円筒部が前記注入孔を包囲するように当接させ、このホーンを通して前記金属板材に超音波を付与して溶接すると共に前記円筒部の外縁に沿って溶断することにより円板状の封止部材を前記電池ケースに接合して前記注入孔を気密封止する工程とを具備することによって、電池ケースに開口された電解液の注入孔を封止部材によって良好に気密封止した軽量の密閉電池を容易に製造することができる。
【００６８】
本発明に係わる別の密閉電池は、金属製平板の中心付近に金属製突出棒を形成した鋲形状をなす封止部材を用いて、この突出棒を電解液の注入後の注入孔に圧入して前記注入孔を気密封止すると共に、前記平板を前記ケース表面に当接させ、かつ前記平坦と前記ケースとを溶接して前記ケースに接合した構成を有する。
【００６９】
このような構成によれば、前記封止部材の突出棒を前記電池ケース（例えば蓋体）の注入孔に挿入し、前記電池ケース表面に当接された記封止部材の平板とを溶接することによって、電池ケースに開口された電解液の注入孔を封止部材によって極めて良好に気密封止した密閉電池を得ることができる。
【００７０】
特に、前記注入孔の径に比べて０．０２〜０．１ｍｍ大きな外径を持つ突出棒を有する前記封止部材を用いることによって、前記注入孔をより一層良好に気密封止することが可能になる。
【００７１】
本発明の別の方法によれば、金属からなる外装缶内にセパレータを挟んで対峙された正極および負極を有する発電要素を収納する工程と、前記外装缶のの開口部に金属からなる蓋体を溶接もしくはカシメにより気密に固定して電池ケースを作製する工程と、前記電池ケースに電解液を注入するための注入孔を開口する工程と、前記電池ケース内に電解液を前記注入孔を通して注入する工程と、金属製平板の中心付近に金属製突出棒を形成した鋲形状をなす封止部材を用意し、この封止部材の突出棒を前記注入孔に挿入して前記注入孔を気密封止すると共に、前記平板を前記ケース表面に当接させた後、前記平板と前記ケースとを溶接する工程とを具備することによって、電池ケースに開口された電解液の注入孔を封止部材によって極めて良好に気密封止した密閉電池を製造できる。
【００７２】
本発明に係わるさらに別の密閉電池は、金属製平板の中心付近に金属製突出棒を形成した鋲形状をなす封止部材を用い、この突出棒を電池ケース（例えば蓋体）の注入孔に挿入して前記平板を前記ケース表面に当接させ、かつ前記平板と前記ケースとを前記注入孔を囲むように溶接して前記ケースに接合されることにより前記注入孔を気密封止した構成を有する。
【００７３】
このような構成によれば、前記封止部材の突出棒を前記電池ケース（例えば蓋体）の注入孔に挿入することによって、前記封止部材を前記注入孔を含む電池ケースに簡単に位置決めできるとともに、前記電池ケース表面に当接された記封止部材の平板とを前記注入孔を囲むように溶接する際に前記封止部材の位置ずれを防止できるため、電池ケースに開口された電解液の注入孔を封止部材によって極めて良好にに気密封止した密閉電池を得ることができる。
【００７４】
本発明のさらに別の方法によれば、金属からなる外装缶内にセパレータを挟んで対峙された正極および負極を有する発電要素を収納する工程と、前記外装缶のの開口部に金属からなる蓋体を溶接もしくはカシメにより気密に固定して電池ケースを作製する工程と、前記電池ケースに電解液を注入するための注入孔を開口する工程と、前記電池ケース内に電解液を前記注入孔を通して注入する工程と、金属製平板の中心付近に金属製突出棒を形成した鋲形状をなす封止部材を用意し、この封止部材の突出棒を前記注入孔に挿入して前記平板を前記ケース表面に当接させた後、前記平板と前記ケースとを前記注入孔を囲むように溶接して前記注入孔を気密封止する工程とを具備することによって、電池ケースに開口された電解液の注入孔を封止部材によって極めて良好に気密封止した密閉電池を製造できる。
【００７５】
【実施例】
以下、本発明の好ましい実施例を前述した図１１、図２、図３に示す角型密閉電池を参照して詳細に説明する。
【００７６】
（実施例１）
まず、アルミニウム（ＪＩＳ合金番号Ａ３００３）からなる有底角筒形の外装缶２内の底面に絶縁紙４を配置し、この中に正極８および負極６をセパレータ７を挟んで渦巻き状に捲回し、扁平状に成形した電極体５を収納した。つづいて、前記外装缶２内の前記電極体５上の中心付近にリード取出し穴を有するスペーサ９を配置した後、アルミニウム（ＪＩＳ合金番号Ａ３００３）からなる厚さ１．０ｍｍの蓋体３を前記外装缶２の上端開口部にレーザ溶接により気密に接合した。なお、前記蓋体３には絶縁材１３を介してハーメティクシールされた負極端子１２および電解液の注入孔１１（孔径２．０ｍｍ）を有する。
【００７７】
次いで、前記外装缶２内に六フッ化燐リチウムの電解質をエチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートで溶解した非水溶媒系電解液を前記蓋体３の注入孔１１を通して注入した。つづいて、幅６ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍのアルミニウム（ＪＩＳ合金番号Ａ３００３で焼きなましを行なったＯ材）からなる長尺板材のフープから引き出した板材を前記注入孔１１を含む前記蓋体３の外表面に配置した。
【００７８】
次いで、前述した図３に示す円柱状ホーン３３を備えた超音波溶接装置を用意した。この円柱状ホーン３３は、下端付近に外径４．５ｍｍ、内径３．０ｍｍで、外周のエッジＲ1が０．２、内周のエッジＲ2が０．５の円筒部３１を有し、かつ前記円筒部３１下面に高さ０．０５ｍｍ、ピッチ０．２ｍｍの多数のピラミッド形突起３２が形成されている。前記円柱状ホーン３３の円筒部３１下面の多数の突起３２を前記蓋体３のアルミニウム板材の所定位置に当接させて食い込ませた後、図示しない超音波振動部材により前記ホーン３３を超音波振動させることにより前記円柱状ホーン３３の当接箇所に図２に示すように外径４．５ｍｍ、内径３．０ｍｍのドーナツ状の超音波溶接部１６を形成するとともに、そのホーン３３の外周縁のカッター作用により前記板材を溶断することにより外径寸法が４．５ｍｍの円板状の封止部材１５を前記蓋体３に接合して前記注入孔１１を塞いだ。この時の超音波溶接条件は、振幅１８μｍ、加圧力２．５ｋｇｆ／ｃｍ2、エネルギー０．７０Ｊとした。
【００７９】
次いで、前記蓋体３表面に絶縁紙１７を配置し、かつ前記外装缶２の底部外面にスリット１８を有する絶縁紙１９を配置すると共に、この絶縁紙１９に二つ折りされたＰＴＣ素子２０を配置した。前記外装缶２を含む全体を外装チューブ２１に入れ、このチューブ２１を熱収縮することにより上部側の絶縁紙１７を前記蓋体３に、下部側の絶縁紙１９およびＰＴＣ素子２０を前記外装缶２の底部に固定することにより前述した図１１に示す構造の角型密閉リチウムイオン二次電池を製造した。
【００８０】
（実施例２〜６）
幅６ｍｍで下記表１に示す厚さのアルミニウムのＯ材からなる長尺板材を用い、実施例１と同様な形状のホーンを有する超音波溶接装置による超音波溶接条件を振幅１８μｍ、加圧力１．０〜３．０ｋｇｆ／ｃｍ2、エネルギー０．４〜０．７５Ｊとした以外、実施例１と同様な方法により封止部材を電池ケースの注入孔を含む蓋体に超音波溶接し、前述した図１１に示す構造の５種の角型密閉リチウムイオン二次電池を製造した。
【００８１】
得られた実施例１〜６の各二次電池１００個について、電解液の漏れ等を起こさない良品の割合を調べた。その結果を下記表１に示す。
【００８２】
【表１】
0004202539.tif 000002
【００８３】
前記表１から明らかなように厚さが０．０８〜０．３０ｍｍの封止部材を有する二次電池は、極めて高い良品率を有することがわかる。
【００８４】
（参照例１）
実施例１と同様に外装缶に電極体を収納し、外装缶に注入孔が開口された蓋体をレーザ溶接により気密に接合した後、電解液を前記注入孔を通して注入した。つづいて、外径２．０８ｍｍ弱の突出棒を有し、円板の厚さが０．１５ｍｍの鋲状封止部材を用い、この封止部材の突出棒を前記電池ケースの蓋体の注入孔（孔径；２．０ｍｍ）に挿入するとともに前記円板を前記蓋体表面に当接させた。この後、前記円板と前記蓋体とをスポット溶接することにより前述した図１１，図５，図６に示す構造角型密閉リチウムイオン二次電池を製造した。
【００８５】
（参照例２，３）
まず、厚さが０．１５ｍｍの円板中心付近に外径２．０ｍｍ弱の突出棒を形成した鋲状封止部材を用い、実施例１と同様に電極体の収納、電解液の注入後の電池ケースの蓋体の注入孔（孔径；２．０ｍｍ）に前記封止部材の突出棒を挿入した。この後、実施例１と同様な下部付近に円筒部を有するホーンを備えた超音波溶接装置、および外径４．５ｍｍ、外周のエッジが０．２で、かつ円形下面に高さ０．０５ｍｍ、ピッチ０．２ｍｍの多数のピラミッド形突起が形成された全体が円柱状をなすホーンを備えた超音波溶接装置により振幅１８μｍ、加圧力２．０ｋｇｆ／ｃｍ2、エネルギー０．６Ｊの超音波溶接条件で超音波溶接することにより前述した図１１，図８，図９に示す構造の２種の角型密閉リチウムイオン二次電池を製造した。
【００８６】
得られた参照例１〜３の各二次電池１００個について、電解液の漏れ等を起こさない良品の割合を調べた。その結果を下記表２に示す。
【００８７】
【表２】
0004202539.tif 000003
【００８８】
前記表２から明らかなように鋲状封止部材を用いて電池ケースの注入孔を含む蓋体に溶接した参照例１〜３の二次電池は、いずれも極めて高い良品率を有することがわかる。
【００８９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば外装缶の開口部に蓋体を気密に接合またはカシメを行なった電池ケースを有し、かつ前記電池ケースの注入孔を金属封止部材で気密に封止した信頼性の高い密閉電池およびその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わる角型密閉リチウムイオン二次電池のさらに別の形態を示す部分切欠斜視図。
【図２】  図１の二次電池の蓋体を示す図。
【図３】  図２のIII−III線に沿う断面図。
【図４】  超音波溶接装置に組込まれるホーンを示す図。
【図５】  本発明に係わる別の密閉型電池における蓋体を示す図。
【図６】  図５の要部断面図。
【図７】  図５の要部斜視図。
【図８】  本発明に係わるさらに別の密閉型電池における蓋体を示す図。
【図９】  図８の要部断面図。
【図１０】  本発明に係わる角型密閉リチウムイオン二次電池の別の形態示す側面図。
【図１１】  本発明に係わる密閉型電池の一例である角型密閉リチウムイオン二次電池を示す部分切欠斜視図。
【符号の説明】
１…電池ケース、２…外装缶、３…蓋体、５…電極体、１１…注入孔、１５…封止部材、１６…超音波溶接部、２０…ＰＴＣ素子、２１…外装チューブ、３１…円筒部、３２…突起、３３…ホーン、４１…円板、４２…突出棒、４３，４４…溶接部。
【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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