JP2009048963A - 電池とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電解液注液口を封止する際の溶接不良を低減し得る電池の製造方法を提供する。
【解決手段】注液口から電解液を注入する工程（ａ）と、封止部材２０を注液口に位置合わせして配置する工程（ｂ）と、レーザ光６０を照射して封止部材２０のレーザ溶接部２６および注液口形成部３３のレーザ溶接部３６を溶融させる工程（ｃ）と、溶融させたレーザ溶接部２６，３６を冷却固化させて、封止部材２０と注液口形成部３３とを接合する工程（ｄ）とを含み、ここで、封止部材２０の非レーザ溶接部２８の少なくとも一部は、工程（ｂ）の位置合わせの際には注液口形成部３３と隙間２５を介して配置され、且つ工程（ｃ）においてレーザ溶接部２６が所定量溶融されると注液口形成部３３に当接することを特徴とする、電池の製造方法である。
【選択図】図５

Description

本発明は、電池とその製造方法に関する。

近年、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池その他の二次電池は、車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携帯端末の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして期待されている。

ところで、この種の電池の一つの代表的な構成では、正極電極と負極電極とをセパレータを介して捲回（或いは積層）した電池要素を、外装ケースとしての金属缶に収納し、次いで蓋体を取り付けて、当該金属缶と蓋体との会合部を封口している。続いて、蓋体の電解液注液口から所定量の電解液を注入し、電解液注液口に金属製の封止部材を嵌合した状態でレーザを照射し、当該封止部材と注液口との境界部を溶融させて一体化している。

例えば特許文献１には、注液口から電解液を注液した後、注液口周囲に付着した電解液や酸化被膜を除去し、次いで金属製の封止部材を注液口に挿入した後、レーザ溶接により溶接した密閉型電池の製造方法が開示されている。
特開２０００−２１４３７号公報

しかしながら、上述したレーザ照射による溶接プロセスにおいては、レーザ溶接量を適当量に制御することが重要となる。すなわち、レーザ溶接量が少なすぎると、封止部材と注液口との境界に隙間が生じて溶接不良の要因となり、レーザ溶接量が多すぎると、レーザ照射部に付着した電解液や残渣が熱で揮発し、その電解液に含まれていた支持塩によってブローホールが発生し易くなり、溶接品質が低下する。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、注液口を封止する際の溶接不良を低減し得る電池の製造方法を提供することである。

本発明によって提供される電池の製造方法は、正極及び負極を備える電極体と、該電極体を電解液と共に収容する外装ケースとを備えた電池（典型的には密閉型電池）を製造する方法である。

即ち、本発明の電池の製造方法は、外装ケースに設けられた注液口から電解液を注入する工程（ａ）と、前記注液口に位置合わせして、該注液口の周囲で前記外装ケースに当接して該外装ケースにレーザ溶接されるレーザ溶接部と前記外装ケースにレーザ溶接されない非レーザ溶接部とを有する封止部材を配置する工程（ｂ）と、レーザ光を照射して、前記封止部材のレーザ溶接部およびこれに対応する前記外装ケースのレーザ溶接部を溶融させる工程（ｃ）と、前記溶融させたレーザ溶接部を冷却固化（硬化）させて前記封止部材と前記外装ケースとを接合することにより前記注液口を封止する工程（ｄ）とを含む。ここで、上記封止部材の非レーザ溶接部の少なくとも一部は、上記工程（ｂ）の位置合わせの際には上記外装ケースと隙間を介して配置され、且つ上記工程（ｃ）において上記レーザ溶接部が所定量溶融されると上記外装ケースに当接するように構成されている。

本発明の電池の製造方法によれば、上記レーザ溶接部が所定量溶融されると封止部材の非レーザ溶接部が外装ケースに当接するので、該当接の有無に基づいてレーザ溶接部の溶融量（例えば封止部材の溶融量）を制御することができる。すなわち、封止部材の非レーザ溶接部が外装ケースに干渉するまでレーザ光を照射することにより、レーザ溶接部の溶融量を定量的に管理することができる。これにより、レーザ溶融部を適当量（すなわち封止部材と外装ケースとを確実に溶接し得る量）の溶融させることができるので、レーザ溶接量の不足による溶接不良の発生を回避できる。

ここで開示される電池の製造方法の好ましい一態様では、上記封止部材のレーザ溶接部は、上記レーザ光を透過する熱可塑性樹脂からなる。また、上記外装ケースのレーザ溶接部は、上記レーザ光を吸収する熱可塑性樹脂からなる。

この製造方法によれば、封止部材と外装ケースとを、レーザによる樹脂溶接で接合することができる。かかるレーザ樹脂溶着では、レーザ金属溶着に比べてレーザ出力を小さくすることができるため、溶接時の発熱量を抑制することができる。そのため、例えばレーザ溶接部に電解液の残渣が付着していた場合でも、該電解液が揮発することを回避することができる。その結果、ブローホール等の発生を回避し得、溶接品質を向上させることができる。

ここで開示される電池の製造方法の好ましい一態様では、上記工程（ｃ）において、上記封止部材を上記外装ケースに押し付けながら、上記レーザ光を照射することを特徴とする。この製造方法によれば、封止部材と外装ケースとの密着性を高めることができ、溶接不良を更に低減することができる。

ここで開示される電池の製造方法の好ましい一態様では、上記封止部材の非レーザ溶接部には、該封止部材のレーザ溶接部に囲まれた部分に突起が形成されている。そして、上記工程（ｂ）の位置合わせは、上記突起を上記注液口に挿入して実行されることを特徴とする。この製造方法によれば、封止部材と注液口との位置合わせが容易となり、両者の位置合わせ精度も高くなる。その結果、封止部材と注液口との位置合わせ不良による溶接不良を低減することができる。

ここで開示される電池の製造方法の好ましい一態様では、上記突起は、その先端から後端（基端、すなわち根元側）にかけて径が大きくなるテーパ状突起である。そして、上記工程（ｃ）において、上記テーパ状突起は、その後端が上記注液口に掛着された状態（すなわち、注液口の入口に引っ掛かった状態）で上記外装ケースに当接することを特徴とする。この製造方法によれば、位置合わせ用の突起を、レーザ照射時に外装ケースと当接する非レーザ溶接部として利用することができ、封止部材の構成を簡単にすることができる。また、好ましくは上記テーパ状突起を封止部材のほぼ中央に設けることにより、封止部材と注液口との位置合わせが多少ズレた場合でも、前記工程（ｃ）において封止部材を注液口の中心位置に導くガイドとして前記テーパ状突起を利用することができる。

ここで開示される電池の製造方法の好ましい一態様では、上記封止部材の非レーザ溶接部は、上記封止部材のレーザ溶接部に対して凹形状（すなわち、該レーザ溶接部よりも外装ケースから離れる側に窪んだ形状）となるように形成されている。また、上記外装ケースには、上記非レーザ溶接部の凹形状に対応する凸部が形成されている。そして、上記工程（ｂ）の位置合わせは、上記非レーザ溶接部の凹形状に上記外装ケースの凸部を嵌入して実行されることを特徴とする。この製造方法によれば、封止部材と注液口との位置合わせが容易となり、両者の位置合わせ精度も高くなる。その結果、封止部材と注液口との位置合わせ不良による溶接不良を低減することができる。

ここで開示される電池の製造方法の好ましい一態様では、上記封止部材は、その表裏が同一形状となるように形成されている（すなわち表側と裏側の凹凸が同一形状であり、したがって表裏に差異のない形状）ことを特徴とする。この構成によれば、上記工程（ｂ）において、封止部材を注液口に位置合わせする際に、封止部材の表裏判定が不要となる。その結果、製造工程を簡略化することができる。

また、本発明によって提供される電池は、樹脂製の注液口形成部を備えた外装ケースと、前記注液口形成部に設けられた注液口と、前記注液口形成部にレーザ溶接されて前記注液口を封止している樹脂製の封止部材とを備えている。すなわち、上記外装ケースの注液口形成部にレーザ溶接された上記封止部材によって上記注液口が封止されている。また、上記封止部材は、先端から後端にかけて径が大きくなるテーパ状突起を有している。ここで、上記封止部材と上記注液口形成部とは、上記テーパ状突起が上記注液口に掛着された状態でレーザ溶接されていることを特徴とする。

かかる構成の電池では、電池製造段階においてテーパ状突起を上記注液口に挿入させることにより、封止部材と注液口との位置合わせが容易となり、その位置合わせ精度も高くなる。したがって、封止部材と注液口との位置合わせ不良による溶接不良を低減することができ、高い信頼性を有する電池を提供することができる。

また、本発明によって提供される電池は、樹脂製の注液口形成部を備えた外装ケースと、前記注液口形成部に設けられた注液口と、注液口形成部にレーザ溶接されて前記注液口を封止している樹脂製の封止部材とを備えている。すなわち、上記外装ケースの注液口形成部に上記封止部材がレーザ溶接された上記封止部材によって上記注液口が封止されている。上記封止部材は、上記注液口形成部にレーザ溶接されるレーザ溶接部と、上記注液口形成部にレーザ溶接されていない非レーザ溶接部とを有している。上記非レーザ溶接部は、上記レーザ溶接部に対して凹形状となるように形成されている。また、注液口形成部には、上記非レーザ溶接部の凹形状に対応する凸部が形成されている。ここで、上記封止部材と上記注液口形成部とは、上記非レーザ溶接部の凹形状に上記注液口形成部の凸部が嵌合した状態で接合されていることを特徴とする。

かかる構成の電池では、電池製造段階において、非レーザ溶接部の凹形状に注液口形成部の凸部を嵌合させることにより、封止部材と注液口との位置合わせが容易となり、その位置合わせ精度も高くなる。したがって、封止部材と注液口との位置合わせ不良による溶接不良を低減することができ、高い信頼性を有する電池を提供することができる。

なお、上記封止部材は、レーザ溶接前においてその表裏に同一形状の凹凸を有することが好ましい。これにより、封止部材を注液口に位置合わせする際に、封止部材の表裏判定が不要となり、製造工程を簡略化することができる。その結果、さらに高い信頼性を有する電池を提供することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、以下、角形リチウムイオン二次電池１００を例にして本発明の電池の構造について詳細に説明するが、本発明をかかる実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。

図１及び図２を参照しながら、本発明による第１の実施形態のリチウムイオン二次電池１００（以下「電池１００」とも称する）の構成について説明する。図１は第１の実施形態に係る電池１００の上面模式図であり、図２は電池１００の正面模式図である。ただし、図示の便宜のため、図２の一部（後述する注液口付近）については外装ケースを切り欠いた断面を示している。ここで開示される電池１００は、正極および負極を備える電極体７０と、該電極体７０および電解質を収容する外装ケース３０とを備える。

第１の実施形態の電極体７０は、典型的な組電池に装備される単電池と同様、所定の電池構成材料（正負極それぞれの活物質、正負極それぞれの集電体、セパレータ等）から構成されている。また、ここでは電極体７０として後述する扁平形状の捲回電極体７０が用いられている。

第１の実施形態の外装ケース３０は、外装ケース本体３２と蓋体３４とから構成されている。外装ケース本体３２は、後述する扁平形状の捲回電極体７０を収容し得る形状（ここでは箱型）を有する。外装ケース本体３２は、その上部に開口端を有し、この開口端を介して電極体７０を収容することができる。蓋体３４は、外装ケース本体３２の上端開口を塞ぐ板状の部材であり、ここでは略矩形状を有している。外装ケース３０（外装ケース本体３２および蓋体３４）の材質は、軽量で熱伝導性が良い金属製材料が好ましく、このような金属製材料として、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼などが挙げられる。

かかる外装ケースの蓋体３４の中央には、注液口形成部３３が設けられている。注液口形成部３３は、蓋体３４の一部であり、注液口１０を画する外縁部分を形成している。注液口１０は、電解液を注入するための注液口である。すなわち、当該注液口１０を介して外装ケース３０に電解液を収容することができる。この実施形態の注液口１０は、蓋体３４を貫通する略円形状の貫通孔である。

かかる注液口１０は、電解液の注入後に封止部材２０によって封止される。この実施形態の封止部材２０は、注液口形成部３３の上に載置され、注液口１０の上方を塞いで（覆って）いる。封止部材２０の封止によって、電解液のケース外部漏れやケース内への水分等の混入を防止することができる。封止部材２０の形状は、注液口１０を封止し得る形状であればよく、この例では、注液口１０よりも径の大きな略円形状である。封止部材２０を、注液口１０を塞ぐように注液口形成部３３の上に載置し、当該封止部材２０と注液口形成部３３とを接合することにより、注液口１０を封止することができる。この封止部材２０と注液口形成部３３との接合は、レーザ透過溶接法による樹脂溶接により行われている。

次に、図３〜図６を参照しながら、上記レーザ溶接の手順について説明する。図３〜図６は、レーザ溶接の各工程を示す工程断面図である。

まず、図３に示すように、蓋体３４の注液口形成部３３に設けられた注液口１０から電解液（図示せず）を注入する。この実施形態では、非水溶媒に電解質を溶解した非水電解液を注入している。この電解液を構成する非水溶媒としては、ジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒（例えば質量比１：１）を用いている。また、この電解液を構成する電解質（支持塩）としては、フッ素を構成元素とする各種リチウム塩（例えばヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）など）から選択される一種または二種以上を用いることができる。

また、注液口形成部３３は、上記電解液に対する耐食性を有すると共に、レーザ光を吸収する性質を示す熱可塑性樹脂から構成されている。このような熱可塑性樹脂は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の熱可塑性樹脂にレーザ吸収材（例えばカーボンブラック）を含有させることによって容易に作製することができる。

次に、図４に示すように、注液口１０を封止する封止部材２０を、当該注液口１０に位置合わせして配置する。図示した例では、封止部材２０は、注液口１０の上方を塞ぐように注液口形成部３３の上に載置されている。この封止部材２０は、上述した電解液に対する耐食性を有すると共に、レーザ光を透過する（例えば１ｍｍの肉厚レベルで３０％以上のレーザ透過率を有する）熱可塑性樹脂から構成されている。このような熱可塑性樹脂として、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等が挙げられる。なお、注液口形成部３３は、インサート成形によって予め蓋体３４と一体に形成されている。

また、封止部材２０と注液口形成部３３とは、溶着したい面同士を接触させた状態で配置されている。この例では、封止部材２０のレーザ溶接部２６と、注液口形成部３３のレーザ溶接部３６とが互いに面接触した状態で配置されている。一方、溶着されない面同士は、互いに離れた状態で配置されている。すなわち、封止部材２０の非レーザ溶接部２８と、注液口形成部３３の非レーザ溶接部３８とが隙間２５を介して配置されている。

なお、注液口１０および封止部材２０の各寸法について例示すると次の通りである。注液口１０は、その直径が約１．６ｍｍの略円形状の貫通孔である。一方、封止部材２０は、注液口１０よりも大きな径を有している。また、封止部材２０のレーザ溶接部２６の厚みは、レーザ光６０を透過し得る程度（例えば２ｍｍ以下）の厚みであればよく、この例では約１ｍｍとなっている。また、封止部材２０の非レーザ溶接部２８の厚みは、レーザ溶接部２６の厚みよりも小さく、約０．６ｍｍである。これにより、封止部材２０の非レーザ溶接部２８と注液口形成部３３の非レーザ溶接部３８との隙間２５は、約０．４ｍｍとなるように設定されている。

次に、図５に示すように、レーザ光６０を照射して、封止部材２０のレーザ溶接部２６および注液口形成部３３のレーザ溶接部３６を溶融させる。レーザ光６０は、例えば半導体レーザである。半導体レーザ以外にも種々のレーザ（例えば気体レーザ等）を使用することができる。このレーザ光６０は、矢印で示すように、封止部材２０を透過して、注液口形成部３３のレーザ溶接部３６で吸収される。その吸収時の熱によって、まず、注液口形成部３３のレーザ溶接部３６が溶融され、次いで、封止部材２０のレーザ溶接部２６が溶融されることとなる。なお、この例ではレーザ出力は、２０Ｗ程度である。レーザ出力は、電池の構成条件（例えば樹脂材質や封止部材の厚み寸法等）や製造条件（レーザ発振源など）に応じて適宜調整可能である。

なお、上記レーザ光６０の照射は、封止部材２０を注液口形成部３３に押し付けながら実行される。この例では、封止部材２０の上に板状部材６２を配置し、当該板状部材６２で封止部材２０を注液口形成部３３に向けて加圧（矢印「６４」参照）しながらレーザ光６０を照射している。板状部材６２は、レーザ光６０を透過する材質であればよく、例えばガラス製板状部材を好適に使用することができる。この加圧によって、封止部材２０と注液口形成部３３との密着性を高めることができ、溶接不良を低減することができる。

図５に示した状態でレーザ光６０を照射し続けると、封止部材２０のレーザ溶接部２６が溶融されて、その厚みが次第に小さくなる。それに伴い、封止部材２０の非レーザ溶接部２８と注液口形成部３３の非レーザ溶接部３８との隙間２５は次第に狭くなる。

そして、図６に示すように、封止部材２０の非レーザ溶接部２８と注液口形成部３３の非レーザ溶接部３８とが当接する（すなわち隙間２５がなくなる）と、レーザ光６０の照射が完了する。つまり、この実施形態では、封止部材２０のレーザ溶接部２６が所定量溶融されると、封止部材２０の非レーザ溶接部２８が注液口形成部３３に当接するように構成されている。そして、この当接の有無に基づいてレーザ光６０の照射を制御することにより、封止部材２０の溶融量を定量的に管理している。

なお、封止部材２０の当接の有無は、加圧時における板状部材６２の圧力をセンシングすることにより容易に判断することができる。例えば板状部材６２に圧力センサを設け、当該圧力センサからの圧力増大を示す情報に基づいてレーザ光の照射を完了することができる。あるいは、加圧時における板状部材６２の高さをセンシングすることにより、当接の有無を判断してもよい。例えば板状部材６２に位置センサを設け、当該位置センサからの高さ変動なしを示す情報に基づいてレーザ光の照射を完了することができる。

溶融させた封止部材２０のレーザ溶接部２６と注液口形成部３３のレーザ溶接部３６とは、図６に示すように、混じり合って一体のレーザ溶接部３５となる。この一体となったレーザ溶接部３５を冷却して（例えば放置して）硬化（固化）させることにより、封止部材２０と注液口形成部３３とが接合される。このようにして封止部材２０と注液口形成部３３とのレーザ溶接による接合は完了する。

第１の実施形態の電池の製造方法によれば、封止部材２０のレーザ溶接部２６が所定量溶融されると、封止部材２０の非レーザ溶接部３８が注液口形成部３３に当接するので、該当接の有無に基づいて封止部材の溶融量を制御することができる。すなわち、封止部材２０の非レーザ溶接部２８が注液口形成部３３に干渉するまでレーザ光６０を照射することにより、封止部材２０の溶融量を定量的に管理することができる。これにより、適当量（すなわち封止部材と外装ケースとを確実に溶接し得る量）の封止部材２０を溶融させることができ、レーザ溶接による溶接不良を低減できる。

また、この実施形態では、封止部材２０と注液口形成部３３とを、レーザによる樹脂溶接（溶着）で接合することができる。レーザ樹脂溶着では、レーザ金属溶着に比べてレーザ出力を小さくすることができる（例えばレーザ出力は、金属溶着では数百Ｗ必要であるのに対し、樹脂溶着では百Ｗ以下でよい）ため、溶接時の発熱量を抑制することができる。そのため、例えばレーザ溶接部２６，３６に電解液の残渣が付着していた場合でも、該電解液残渣の揮発を回避することができる。その結果、ブローホール等の発生を回避し得、溶接品質を向上させることができる。

続いて、図７および図８を参照しながら、本発明による第２の実施形態のリチウムイオン二次電池２００の構成について説明する。第２の実施形態では、封止部材２２０にテーパ状突起２４０が設けられている点において上述の電池１００とは異なる。従って、電池１００と同一の構成部材には同一の符号を付し、その重複した説明を省略する。

図７に示すように、封止部材２２０のレーザ溶接部２２６に囲まれた非レーザ溶接部２２８には、レーザ溶接部２２６よりも高く突出した突起２４０が形成されている。突起２４０は、その先端から後端にかけて径が大きくなるテーパ状（ここでは略円錐台状）の突起２４０である。図示した例では、テーパ状突起２４０は、封止部材２２０の下面の中央に設けられ、その先端が注液口１０の開口径よりも小さく、その後端が該開口径よりも大きくなるように傾斜をつけて構成されている。このテーパ状突起２４０は、封止部材２２０と注液口１０との位置合わせの際に利用され得る。すなわち図７に示すように、テーパ状突起２４０を注液口１０に挿入することにより、封止部材２２０と注液口１０との位置合わせを容易に行うことができる。

また、テーパ状突起２４０は、レーザ照射時に注液口形成部２３３と当接する非レーザ溶接部２２８としての役割を兼用させることができる。つまり、図７に示した状態でレーザ光６０を照射し続けると、封止部材２２０のレーザ溶接部２２６が溶融されて、テーパ状突起２４０と注液口形成部３３の非レーザ溶接部２３８との隙間２２５は次第に狭くなる。そして図８に示すように、テーパ状突起２４０が注液口形成部２３３に当接し、突起２４０の後端が注液口１０に掛着されるまでレーザ光６０を照射することによって、封止部材２２０の溶融量を適当量に制御することができる。

このように、第２の実施形態では、封止部材２２０に突起２４０を設けることにより、封止部材２２０と注液口１０との位置合わせが容易となり、また、両者の位置合わせ精度も高くなる。その結果、封止部材２２０と注液口１０との位置合わせ不良による溶接不良を低減することができる。また、突起２４０をテーパ状にすることにより、レーザ照射時に注液口形成部２３３と当接する非レーザ溶接部として利用することができ、封止部材２２０の構成を簡単にすることができる。また、テーパ状突起２４０を封止部材２２０の中央に設けることにより、封止部材２２０と注液口１０との位置合わせが多少ズレた場合でも、封止部材２２０を注液口１０の中心位置に導くガイドとしてテーパ状突起２４０を利用することができる。

さらに、図９および図１０を参照しながら、本発明による第３の実施形態のリチウムイオン二次電池３００の構成について説明する。第３の実施形態では、注液口形成部に封止部材の位置決め用の凸部が形成されている点において上述の電池１００、２００とは異なる。従って、電池１００，２００と同一の構成部材には同一の符号を付し、その重複した説明を省略する。

図９に示すように、封止部材３２０の非レーザ溶接部３２８は、レーザ溶接部３２６に対して凹形状となるように形成されている。この例では、非レーザ溶接部３２８はレーザ溶接部３２６の内側に設けられている。また、注液口形成部３３３には、上記非レーザ溶接部３２８の凹形状に対応する凸部３４０が形成されている。そして、封止部材３２０と注液口１０との位置合わせは、非レーザ溶接部３２８の凹形状に注液口形成部３３３の凸部３４０を嵌入して実行される。この構成であっても、封止部材と注液口との位置合わせが容易となり、位置合わせ不良による溶接不良を低減することができる。

なお、注液口形成部３３３の凸部３４０の高さは、非レーザ溶接部３２８の凹形状の凹み高さよりも小さくなるように構成されている。そして、図１０に示すように、封止部材３２０の非レーザ溶接部３２８が注液口形成部３３３の凸部３４０に当接するまでレーザ光６０を照射することによって、封止部材３２０の溶融量を適当量に制御することができる。

なお、このように、封止部材３２０の非レーザ溶接部３２８とレーザ溶接部３２６とが略同一面上ではなく凹凸となるように形成されている場合には、封止部材の表裏に同一形状および同一寸法の凹凸を形成することが好ましい。例えば、図１１および図１２には、その表裏に同一形状および同一寸法の凹凸が形成された封止部材４２０の一例（第４の実施形態に係る電池４００）を示してある。図１１に示すように封止部材４２０の下面には、図９に示した封止部材３２０と同様の凹凸（レーザ溶接部４２６および非レーザ溶接部４２８）が形成されている。また、封止部材４２０の上面には、上記凹凸（レーザ溶接部４２６および非レーザ溶接部４２８）に対応する同一形状の凹凸４２７，４２９が形成されている。

この構成では、封止部材４２０と注液口１０との位置合わせを行う際に、封止部材４２０の表裏判定が不要となる。したがって、電池の製造工程を簡略化することができる。なお、このような構成の封止部材４２０であっても、図１２に示すように、封止部材４２０の非レーザ溶接部４２８が注液口形成部４３３の凸部４４０に当接するまでレーザ光６０を照射することによって、封止部材４２０の溶融量を適当量に制御することができる。

次に、図１及び図２に戻って、第１の実施形態の電池１００を構成する各構成材料について言及しながら、電池１００のその他の製造方法について説明する。

まず、外装ケース３０（外装ケース本体３２および蓋体３４）を用意する。外装ケース３０の材質は、従来の単電池で使用されるものと同じであればよく特に制限はないが、比較的軽量な材質が挙げられる。例えば、表面に絶縁用樹脂コーティングが施されているような金属製ケース、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂その他の合成樹脂製ケースが好適である。なお、ここで用意される蓋体３４には、上述した樹脂製の注液口形成部３３がインサート成形により予め一体に形成されている。

次に、外装ケース本体３２内に正極７２ａ及び負極７２ｂを備える電極体７０を収容する。本実施形態に係る電極体７０は、通常のリチウムイオン電池の電極体と同様、シート状正極（以下「正極シート」という。）とシート状負極（以下「負極シート」という。）を計２枚のシート状セパレータ（以下「セパレータシート」という。）と共に積層し捲回させた捲回電極体７０である。

上記捲回電極体７０の製造に際しては、まず、正極シートと負極シートを計２枚のセパレータシートと共に重ね合わせ、さらに当該正極シートと負極シートとを捲回し、次いで得られた捲回体を側面方向から押しつぶして拉げさせることによって作製する。なお、捲回に先立ち、正極シート及び負極シートの活物質層を除去して集電体を露出させ、この集電体露出部分（正極７２ａ及び負極７２ｂ）にそれぞれ正極リード端子７４ａおよび負極リード端子７４ｂがそれぞれ付設される。なお、正極リード端子７４ａおよび負極リード端子７４ｂは、それぞれ蓋体３４に設けられた正極端子７６ａおよび負極端子７６ｂと電気的に接続される。

捲回電極体７０を構成する材料および部材自体は、従来のリチウムイオン電池の電極体と同様でよく、特に制限はない。例えば、正極シートは長尺状の正極集電体の上にリチウムイオン電池用正極活物質層が付与されて形成され得る。正極集電体にはアルミニウム箔（本実施形態）その他の正極に適する金属箔が好適に使用される。正極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２等が挙げられる。例えば、長さ２〜４ｍ（例えば２．７ｍ）、幅８〜１２ｃｍ（例えば１０ｃｍ）、厚さ５〜２０μｍ（例えば１５μｍ）程度のアルミニウム箔を集電体として使用し、その表面の所定領域に常法によってニッケル酸リチウムを主体とするリチウムイオン電池用正極活物質層（例えばニッケル酸リチウム８８質量％、アセチレンブラック１０質量％、ポリテトラフルオロエチレン１質量％、カルボキシメチルセルロース１質量％）を形成することによって好適な正極シートが得られる。

一方、負極シートは長尺状の負極集電体の上にリチウムイオン電池用負極活物質層が付与されて形成され得る。負極集電体には銅箔（本実施形態）その他の負極に適する金属箔が好適に使用される。負極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム遷移金属酸化物やリチウム遷移金属窒化物等が挙げられる。例えば、長さ２〜４ｍ（例えば２．９ｍ）、幅８〜１２ｃｍ（例えば１０ｃｍ）、厚さ５〜２０μｍ（例えば１０μｍ）程度の銅箔を使用し、その表面の所定領域に常法によって黒鉛を主体とするリチウムイオン電池用負極活物質層（例えば黒鉛９８質量％、スチレンブタジエンラバー１質量％、カルボキシメチルセルロース１質量％）を形成することによって好適な負極シートが得られる。

また、正負極シート間に使用される好適なセパレータシートとしては多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。例えば、長さ２〜４ｍ（例えば３．１ｍ）、幅８〜１２ｃｍ（例えば１１ｃｍ）、厚さ５〜３０μｍ（例えば２５μｍ）程度の合成樹脂製（例えばポリエチレン等のポリオレフィン製）多孔質セパレータシートが好適に使用し得る。なお、電解質として固体電解質若しくはゲル状電解質を使用する場合には、セパレータが不要な場合（即ちこの場合には電解質自体がセパレータとして機能し得る。）があり得る。

なお、外装ケース内に収容する電極体は上記捲回タイプに限定されない。例えば正極シートと負極シートをセパレータ（或いはセパレータとしても機能し得る固体またはゲル状電解質）と共に交互に積層して成る積層タイプの電極体であってもよい。

捲回電極体７０を外装ケース本体３２内に収容した後、蓋体３４を取り付けて、当該外装ケース本体３２と蓋体３４との会合部を封口する。その後、蓋体３４に形成された注液口１０から電解液を注入し、当該注液口１０を封止部材２０で封止する。この電解液の注入工程および封止工程は、図３〜図６を用いて説明した通りである。このようにして本実施形態に係る電池１００は構築される。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、電池の種類は上述したリチウムイオン電池に限られず、電極体構成材料や電解質が異なる種々の内容の電池、例えばリチウム金属やリチウム合金を負極とするリチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、或いは電気二重層キャパシタであってもよい。

なお、本実施形態に係る電池１００は、図１３に示すように、特に自動車等の車両に搭載されるモーター（電動機）用電源として好適に使用し得る。即ち、本実施形態に係る密閉型電池１００を単電池として所定の方向に配列し、当該単電池をその配列方向に拘束することによって組電池９２を構築し、かかる組電池９２を電源として備える車両９０（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）を提供することができる。

第１の実施形態に係る電池の上面模式図。 第１の実施形態に係る電池の正面模式図。 レーザ溶接の各工程を示す工程断面図。 レーザ溶接の各工程を示す工程断面図。 レーザ溶接の各工程を示す工程断面図。 レーザ溶接の各工程を示す工程断面図。 第２の実施形態に係る電池の工程断面図。 第２の実施形態に係る電池の工程断面図。 第３の実施形態に係る電池の工程断面図。 第３の実施形態に係る電池の工程断面図。 第４の実施形態に係る電池の工程断面図。 第４の実施形態に係る電池の工程断面図。 本実施形態に係る電池（組電池）を備えた自動車の側面模式図。

符号の説明

１０ 注液口
２０，２２０，３２０，４２０ 封止部材
２５，２２５，３２５，４２５ 隙間
２６，２２６，３２６，４２６ レーザ溶接部（封止部材）
２８，２２８，３２８，４２８ 非レーザ溶接部（封止部材）
３０ 外装ケース
３２ 外装ケース本体
３３，２３３，３３３，４３３ 注液口形成部
３４ 蓋体
３５ レーザ溶接部
３６，２３６，３３６，４３６ レーザ溶接部（注液口形成部）
３８，２３８，３３８，４３８ 非レーザ溶接部（注液口形成部）
６０ レーザ光
６２ 板状部材
７０ 電極体
７２ａ 正極
７２ｂ 負極
７４ａ 正極リード端子
７４ｂ 負極リード端子
７６ａ 正極端子
７６ｂ 負極端子
９０ 車両
９２ 組電池
１００，２００，３００，４００ 電池
２４０ テーパ状突起
３４０ 凸部
４４０ 凸部

Claims (10)

1. 正極及び負極を備える電極体と、該電極体を電解液と共に収容する外装ケースとを備えた電池の製造方法であって、
   前記外装ケースに設けられた注液口から前記電解液を注入する工程（ａ）と、
   前記注液口に位置合わせして、該注液口の周囲で前記外装ケースに当接して該外装ケースにレーザ溶接されるレーザ溶接部と前記外装ケースにレーザ溶接されない非レーザ溶接部とを有する封止部材を配置する工程（ｂ）と、
   レーザ光を照射して、前記封止部材のレーザ溶接部およびこれに対応する前記外装ケースのレーザ溶接部を溶融させる工程（ｃ）と、
   前記溶融させたレーザ溶接部を冷却固化させて前記封止部材と前記外装ケースとを接合することにより前記注液口を封止する工程（ｄ）と
   を含み、
   ここで、前記封止部材の非レーザ溶接部の少なくとも一部は、前記工程（ｂ）の位置合わせの際には前記外装ケースと隙間を介して配置され、且つ前記工程（ｃ）において前記レーザ溶接部が所定量溶融されると前記外装ケースに当接するように構成されていることを特徴とする、電池の製造方法。
2. 前記封止部材は、前記レーザ光を透過する熱可塑性樹脂からなり、
   前記外装ケースのレーザ溶接部は、前記レーザ光を吸収する熱可塑性樹脂からなる、請求項１に記載の電池の製造方法。
3. 前記工程（ｃ）において、前記封止部材を前記外装ケースに押し付けながら前記レーザ光を照射することを特徴とする、請求項２に記載の電池の製造方法。
4. 前記封止部材の非レーザ溶接部には、該封止部材のレーザ溶接部に囲まれた部分に突起が形成されており、
   前記工程（ｂ）の位置合わせは、前記突起を前記注液口に挿入して実行されることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一つに記載の電池の製造方法。
5. 前記突起は、その先端から後端にかけて径が大きくなるテーパ状突起であり、
   前記工程（ｃ）において、前記テーパ状突起は、その後端が前記注液口に掛着された状態で前記外装ケースに当接することを特徴とする、請求項４に記載の電池の製造方法。
6. 前記封止部材の非レーザ溶接部は、前記封止部材のレーザ溶接部に対して凹形状となるように形成されており、
   前記外装ケースには、前記非レーザ溶接部の凹形状に対応する凸部が形成されており、
   前記工程（ｂ）の位置合わせは、前記非レーザ溶接部の凹形状に前記外装ケースの凸部を嵌入して実行されることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一つに記載の電池の製造方法。
7. 前記封止部材は、その表裏が同一形状となるように形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の電池の製造方法。
8. 樹脂製の注液口形成部を備えた外装ケースと、
   前記注液口形成部に設けられた注液口と、
   前記注液口形成部にレーザ溶接されて前記注液口を封止している樹脂製の封止部材と
   を備え、
   前記封止部材は、先端から後端にかけて径が大きくなるテーパ状突起を有しており、
   ここで、前記封止部材と前記注液口形成部とは、前記テーパ状突起が前記注液口に掛着された状態でレーザ溶接されていることを特徴とする、電池。
9. 樹脂製の注液口形成部を備えた外装ケースと、
   前記注液口形成部に設けられた注液口と、
   前記注液口形成部にレーザ溶接されて前記注液口を封止している樹脂製の封止部材と
   を備え、
   前記封止部材は、前記注液口形成部にレーザ溶接されたレーザ溶接部と、前記注液口形成部にレーザ溶接されていない非レーザ溶接部とを有しており、
   前記非レーザ溶接部は、前記レーザ溶接部に対して凹形状となるように形成されており、
   前記注液口形成部には、前記非レーザ溶接部の凹形状に対応する凸部が形成されており、
   ここで、前記封止部材と前記注液口形成部とは、前記非レーザ溶接部の凹形状に前記注液口形成部の凸部が嵌合した状態でレーザ溶接されていることを特徴とする、電池。
10. 請求項１〜７の何れか一つに記載の方法により製造された電池または請求項８〜９の何れか一つに記載の電池を備える車両。

Images