JP4454928B2 - 角形電池の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半殻体に形成された本体ケースの開口部を蓋板によって封口した電池ケース内に発電要素を収容した扁平形状の角形電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話機やPDAなどの携帯電子機器は、高機能化と共に小型化、薄型化の進展が著しく、それに適用する電池に小型、薄型にして高エネルギー密度であることが要求され、これに対応する電池として扁平角形のリチウムイオン二次電池が広く用いられている。この扁平角形の電池に適用される電池ケースは、深絞り加工によって有底角筒形状に形成された電池缶と、その開口端を閉じる封口板とによって構成され、電池ケース内に極板群および電解液からなる発電要素が収容されている。
【0003】
電池の薄型化を達成するためには、前記電池缶を狭い幅の角筒に深絞りする必要があるが、加工方向の深さに対して開口面積が小さくなるほどに加工が困難となり、深絞り加工による電池缶の薄型化には限度がある。また、幅が狭く深い筒状に形成された電池缶に極板群を挿入することも、薄型化して開口面積が小さくなるほどに困難になる。
【0004】
従って、薄型化に限度がある角形電池の更なる薄型化を図るためには、電池ケースの構造を変える必要があり、電池ケースを浅い絞り加工がなされた半殻体と、半殻体の凹部を閉じる板体とによって構成した角形電池が提案されている。
【0005】
例えば、図11に示すように、半殻体に形成された容器5内に極板群7を収容し、容器5の開口部を蓋板6で閉じた角形電池が知られている(特許文献1参照)。容器5と蓋板6との間は、蓋板6の周囲と容器5の周縁との間をレーザ溶接することにより、極板群7を収容した容器5内が封口される。
【0006】
また、図12に示すように、半殻体に形成された上カップ1と、その開口部を封口する下カップ2とによって電池ケースを形成した角形電池が知られている(特許文献2参照)。この角形電池では、図13に示すように、上カップ1及び下カップ2の周縁部で重なり合った板材間の合わせ部分にレーザ照射して上カップ1と下カップ2とを接合している。
【0007】
【特許文献1】
特開平09−213286号公報(第3〜4頁、図4)
【0008】
【特許文献2】
特開2001−250517号公報(第3〜4頁、図1)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来構成になる角形電池において、先に示した構成では、レーザ溶接する位置が極板群7の至近位置となるため、極板群7に熱影響を及ぼすことになる。そのため従来構成ではレーザ位置と極板群7との間に遮熱板8を配して熱影響を緩和させているが、薄型化を志向する角形電池としては好ましくない構成である。また、容器5の材厚を薄くして軽量化、薄型化を図った場合に、レーザ照射の位置精度が要求され、半殻体の容器5に僅かな変形も許されず、溶接不良が発生する恐れがある。
【0010】
また、従来技術として後に示した構成では、溶接時に極板群3に熱影響が及ばないように離れた位置に溶接位置を設けているが、板材の合わせ部分にレーザ照射して溶接するため、重ね合わせた両板材の間に隙間が生じないように上カップ1及び下カップ2共に精度よく加工されていることが要求される。
【0011】
本発明が目的とするところは、半殻体と板体との組み合わせによる電池ケースの形成を容易にすると共に、半殻体に対する蓋体の溶接を精度よく実施することができる角形電池の製造方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る角形電池の製造方法は、四角形半殻体の周縁部にフランジを形成した本体ケースの凹部内に極板群を収容し、前記フランジ上に本体ケースの凹部を位置決めして閉じるように、前記凹部の内寸に一致する外寸の窪みを持つ蓋板を配した後、フランジと蓋板との板面を重ね合わせた周辺部を、フランジと蓋板の板厚の薄い蓋板側でかつ、板面に交差する方向からレーザ照射し、フランジと蓋板との間をレーザ溶接して凹部内を封口することを特徴とする。
【0013】
上記製造方法によれば、本体ケースと蓋板とは、本体ケースの周縁部に形成したフランジに蓋板を重ね合わせ、重ね合わせた板面と交差する方向からレーザ照射して溶接される。従って、フランジの幅内にレーザ照射すればよく、高精度の照射位置制御は必要としないので製造は容易である。また、フランジ部分で溶接がなされるので、極板群との間には距離を確保することができ、溶接による熱影響を極板群に及ぼすことがない。特に、重ね合わせたフランジと蓋板の板厚の薄い蓋板側からレーザ照射することにより、溶接エネルギーがより小さいレーザ溶接が可能であり、極板群に対する熱影響がより緩和され、板面方向からレーザ照射する際の穴開き等の溶接不良を防止することができる。蓋板の材厚が本体ケースより薄く形成され且つ、フランジ面より凸状態になっている部位がないので、板面に対して直角方向から傾斜した角度方向からレーザ照射するときに、凸部位が照射角度の障害となることがない。また、前記窪みは位置決め部としての効果だけでなく、極板群の膨張、あるいは内圧の上昇により電池ケースに膨らみが生じたとき、膨らみを窪みの形成深さ内で吸収して、角形電池としての全体厚さに変化が生じないようにする効果を得ることができる。
【0016】
また、直交する辺に沿った一方の溶接ラインが他方の溶接ラインに交差するコーナー部位において、少なくとも一方の溶接ラインが他方の溶接ラインに交差する直前でアールラインを描いて他方の溶接ラインに重なるようにレーザ溶接することにより、四角形形状のコーナー部分の接合強度が向上し、電池内圧の上昇に伴う板面の膨れが生じたときに変形を伴って、最も圧力がかかるコーナー部分を補強することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【0019】
図1は、本実施形態に係る角形電池の外観形状を示すもので、リチウムイオン二次電池として構成されたものである。この角形電池は、図2に示す電池本体20を外装体30によって被覆して構成される。
【0020】
前記電池本体20は、図3に各構成要素に分解して示すように、半殻体に形成された本体ケース11と、その開放部を閉じる蓋板12とにより電池ケース10が構成されており、本体ケース11に形成された凹部15内に極板群14を収容し、本体ケース11の開放部を蓋体12で封止するように構成されている。
【0021】
前記本体ケース11は、金属板をプレス加工して一端側に絞り深さを小さくした段差部16を設けて凹部15を形成すると共に、凹部15の周囲にフランジ部13を設けて形成される。前記段差部16は正極及び負極の外部接続端子を形成する部位で、ここでは段差部16に形成された端子孔17に下ガスケット18で本体ケース2と絶縁すると共に気密性を確保してリベット19によりPTCユニット26を段差部16の外面上に固定している。また、段差部6には電解液の注入口28が形成されている。
【0022】
前記PTCユニット26は、図10に示すように、PTC導電性ポリマ33aの両面に上電極33bと下電極33cとを接合したPTC素子33をPTCホルダ34内に収容し、上ガスケット35によって段差部16と絶縁してワッシャ37を介して前記リベット19を締結することにより段差部16上に固定され、前記PTCホルダ34の開口部にホルダプレート36を溶接したものである。ホルダプレート36は、ここでは正極外部接続端子を構成する。尚、PTC(Positive Temperature Coefficient)素子33は、過電流や過熱により温度上昇して素子温度が所定温度に達すると急激に抵抗値が上昇するデバイスであり、平常時は僅少な抵抗値で通電回路の電力損失を低く抑えているが、所定温度に達したときには抵抗値が10の4乗から6乗にも急上昇するので、外部短絡が生じたときに温度上昇して短絡電流を抑え、電池を外部短絡から保護する電池保護素子として作用する。
【0023】
前記本体ケース11の凹部15内には、正極板と負極板とをセパレータを介して扁平に巻回された極板群14が収容される。極板群14は最外周が負極板となるように巻回され、その巻回方向は、段差部16からその対向辺に向く方向であり、巻き終わり端が段差部16側になるようにして、正極板及び負極板それぞれの巻き終わり端から正極リード21、負極リード22が引き出される。この極板群14を正極リード21及び負極リード22が引き出された側を前記段差部16側にして凹部15内に収容すると、極板群14から引き出された正極リード21の先端部は前記リベット19上に位置し、負極リード22の先端部分は段差部16上に位置するので、正極リード21はリベット19に、負極リード22は段差部16にそれぞれ接合される。
【0024】
極板群14を収容した本体ケース11の開口部上に蓋板12を被せ、フランジ部13と蓋板12とをそれぞれの外縁端が一致するように位置決めして、図4に示すように、蓋板12側からレーザ照射して蓋板12の周辺部とフランジ部13との間を溶接する。以下、蓋板12とフランジ部13との間の溶接方法について説明する。
【0025】
極板群14を収納した本体ケース11に対し、そのフランジ部13上に蓋板12を載置する。蓋板12をフランジ部13上に位置ずれなく載置できるようにするためには、位置決め部を形成するのが望ましい。位置決め部は、例えば、図5(a)に示すように、蓋板12の周縁にフランジ部13側に向けた折り曲げ部43を形成した構成、あるいは、図5(b)に示すように、蓋板12に凹部15の内寸に一致する外寸の窪み23を形成した構成、あるいは、図5(c)に示すように、蓋板12に凹部15の内寸に一致する位置に凸部40を形成した構成、あるいは、図5(d)に示すように、フランジ部13に形成した凸部44と蓋板12に形成した穴部45とを嵌合させる構成などを適用することができる。ここでは、図5(b)に示した蓋板12に窪み23を形成した構成を採用して、それを位置決め部としている。
【0026】
前記窪み23は位置決め部としての効果だけでなく、極板群4の膨張、あるいは内圧の上昇により電池ケース50に膨らみが生じたとき、膨らみを窪み23の形成深さ内で吸収して、角形電池としての全体厚さに変化が生じないようにする効果を得ることができる。
【0027】
フランジ部13上に蓋板12を位置決め載置した後、蓋板13とフランジ部13との間をレーザ溶接する。レーザ溶接は、重ね合わされた蓋板12とフランジ部13の板厚の薄い側から板面と交差する方向からレーザ照射して重ね合わせた2枚の板を溶接する。ここでは、本体ケース11の板厚は0.15mm、蓋板12の板厚は0.10mmとしているので、図6に示すように、蓋板12の面に交差する方向からレーザ照射して、蓋板12のレーザ照射された部分を板厚方向に溶融させると共に、フランジ部13の板厚方向の一部を溶融させることにより、溶融状態が固化したとき蓋板12とフランジ部13との間が接合される。従って、板厚の薄い側からレーザ照射することにより、より小さいレーザ出力によっても溶融状態を重ね合わせた対面側まで至るようにして確実な接合状態が得られる。また、蓋板12側には、本体ケース11のように凹部15のような突出部位がないので、溶接面に対して傾斜した角度方向からレーザ照射するときに、破線で示すように凹部15がレーザ照射光路の障害となることがなく、レーザ溶接を容易に実施することができる。
【0028】
また、薄い板材を溶接すると、溶接時の熱影響や溶融金属の凝固時の影響により変形が発生し、溶接部位以外の部位で蓋板12とフランジ部13との重ね合わせ状態に浮きが生じ、溶接不良が発生する恐れがある。これを防止するために、図7に示すように、蓋板12とフランジ部13との間を全周にわたる複数点Pで溶接し、仮固定した状態からレーザ溶接を開始すると、溶接している部位以外の部位に溶接に伴う変形が及ばず、蓋板12とフランジ部13とが密着した状態で溶接され、確実な溶接状態が安定して得られる。尚、複数点の溶接は、レーザ溶接によって行ってもよいが、スポット溶接(抵抗溶接)等の簡易な溶接手段を用いることもできる。
【0029】
また、レーザ溶接は四角形の各辺に沿った4本の溶接ライン上で実施してもよいが、図8(a)に示すように、一筆書き状に四角形の各辺にそって一周する溶接ラインAを描くように溶接するのが好ましく、より好ましくは、図8(b)に示すように、コーナー部位で円弧を描く溶接ラインBで溶接することによって、凹部15の角部アールに沿った溶接がなされ、電池内圧の上昇時に最も大きな破断圧力が加わるコーナー部位の接合強度を向上させることができる。また、図8(c)(d)に示すように、直交する辺に沿った一方の溶接ラインCが他方の溶接ラインDに交差する直前でアールラインを描いて他方の溶接ラインDに一部が重なるようにレーザ溶接することにより、四角形形状のコーナー部分の接合強度が向上し、電池内圧の上昇に伴う板面の膨れが生じたときに最も破断圧力を受けるコーナー部分を補強することができる。更に、図8(e)に示すように、コーナー部分において、一方の溶接ラインCと他方の溶接ラインDとが共にアールラインを描いて互いに一部が重なるようにレーザ溶接することにより、コーナー部分の接合強度をより向上させることができる。
【0030】
フランジ部13に蓋板12をレーザ溶接することにより封止された凹部15内には、段差部16に形成された電解液注入口28から所定量の電解液が注入され、注入完了後に電解液注入口28には封栓29が挿入され、段差部16に封栓29を溶接することにより凹部15内は密封される。
【0031】
上記のように形成された電池本体20の蓋板12に形成された前記窪み23内には、吸液性又は吸液性且つ難破断性を有する吸液シート27が薄肉部24を被覆して貼着される。
【0032】
上記のように形成された電池本体20には、図9に示すように、樹脂成形によって形成された樹脂カバー25が被せられ、樹脂フィルム38を巻着することにより、図1に示した角形電池に形成される。
【0033】
前記樹脂カバー25には、段差部16の外面上に固定されたPTCユニット26のホルダプレート36上に開口する正極端子窓31と、本体ケース11底面の段差部16が形成されていない部位上に開口する負極端子窓32とが形成され、正極端子窓31及び負極端子窓32の部分には、前記樹脂フィルム38が巻着されないように切り欠きが形成されているので、正極端子窓31から正極外部接続端子となるホルダプレート36が外部露出し、負極端子窓32から負極外部接続端子となる本体ケース11が外部露出するので、外部接続の用に供することができる。
【0034】
上記構成になる角形電池は、極板の膨張や通常使用における内圧上昇が生じたとき、板厚が本体ケース11より薄く形成された蓋板12に膨らみが生じるが、蓋板12に窪み23が形成されていることにより、膨らみを窪み23の形成深さ内で吸収して、角形電池全体の厚さに変化が生じないようにする。
【0035】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、四角形半殻体に形成された本体ケース内に極板群を収容して蓋板によって封口する際の広い面積の周囲をレーザ溶接する工程を安定した接合状態に行うことができ、扁平な角形電池を効率よく製造することができる。特に、板厚の薄い蓋板側からの溶接エネルギーがより小さいレーザ溶接が可能で、極板群に対する熱影響がより緩和され、板面方向からレーザ照射する際の穴開き等の溶接不良を防止することができる。フランジ面より凸状態になっている部位がなく板面に直角方向から傾斜した角度方向からレーザ照射するときに、蓋板が本体ケースより薄く且つ、凸部位が照射角度の障害となることがない。また、前記窪みは位置決め部としての効果だけでなく、極板群の膨張、あるいは内圧の上昇により電池ケースに膨らみが生じたとき、膨らみを窪みの形成深さ内で吸収して、角形電池としての全体厚さに変化が生じないようにする効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係る角形電池の外観形状を示す斜視図。
【図2】同上角形電池を構成する電池本体の外観形状を示す斜視図。
【図3】電池本体の構成を示す分解斜視図。
【図4】蓋板とフランジ部との間のレーザ溶接方法を示す斜視図。
【図5】フランジ部と蓋板との位置決め構造の例を示す部分断面図。
【図6】レーザ光の照射方向を説明する部分断面図。
【図7】仮固定のための点溶接を説明する平面図。
【図8】レーザ溶接ラインを説明する平面図。
【図9】外装体の構成を示す斜視図。
【図10】PTCユニットの構成を示す断面図。
【図11】従来技術に係る角形電池の構成を示す断面図。
【図12】従来技術に係る角形電池の構成を示す分解斜視図。
【図13】同上角形電池の溶接部位の構造を示す部分断面図。
【符号の説明】
10 電池ケース
11 本体ケース
12 蓋板
13 フランジ部
14 極板群
15 凹部
16 段差部
Claims (2)
- 四角形半殻体の周縁部にフランジを形成した本体ケースの凹部内に極板群を収容し、前記フランジ上に本体ケースの凹部を位置決めして閉じるように、前記凹部の内寸に一致する外寸の窪みを持つ蓋板を配した後、フランジと蓋板との板面を重ね合わせた周辺部を、フランジと蓋板の板厚の薄い蓋板の側でかつ、板面に交差する方向からレーザ照射し、フランジと蓋板との間をレーザ溶接して凹部内を封口することを特徴とする角形電池の製造方法。
- 直交する辺に沿った一方の溶接ラインが他方の溶接ラインに交差するコーナー部位において、少なくとも一方の溶接ラインが他方の溶接ラインに交差する直前でアールラインを描いて他方の溶接ラインに重なるようにレーザ溶接する請求項1に記載の角形電池の製造方法。
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