JP5337586B2

JP5337586B2 - 密閉型電池および密閉型電池の製造方法

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Publication number: JP5337586B2
Application number: JP2009134885A
Authority: JP
Inventors: 賢治中井; 明徳多田; 欣也青田; 洋松本
Original assignee: Hitachi Vehicle Energy Ltd
Current assignee: Vehicle Energy Japan Inc
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-06-04
Also published as: JP2010282822A; EP2264808A1; CN101908652A; US20100310929A1; CN101908652B

Description

本発明は密閉型電池および密閉型電池の製造方法に係り、特に、正極、負極、セパレータを配した発電体と、発電体を浸潤する電解液と、発電体および電解液を収容する有底容器とを備えた密閉型電池および該密閉型電池の製造方法に関する。

従来密閉型電池では、正極、負極、セパレータを配した発電体が電解液とともに容器に収容され、蓋体により容器が密閉されている。発電体からの電気を電池の外部に導出するために、発電体と蓋体とが電気的導通のリードを介して接続されている。通常、リードは、湾曲した状態で容器内に収容されている。このような密閉型電池の場合、例えば、自動車の駆動電力を供給するような大電流用に適合させるには、リードの断面積を大きくする必要があり、リードの厚さが大きくされる。リードの厚さが大きくなると、湾曲しにくくなり、リードの収容に要する空間が大きくなる。リードが収容される空間は発電に関与しないため、空間を小さくすることが望ましい。

密閉型電池におけるリードの技術として、例えば、複数の薄板が積層されて構成されたリードを２つ接続して用い、薄板の積層に超音波接合を用いる技術が開示されている（特許文献１参照）。この技術では、リードの収容空間を小さくして体積効率の向上を図ることができる。

特開２００４−１５２７０７号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、上述した高出力の電池用途において、２つが接続されるが故にリードが長経路化するので、リード部の電気抵抗が充放電（通電）時の電圧降下となって現れ出力損失を招くことがある。比較的小型のたとえばリチウムイオン二次電池のように、電極から導出される１つのリードが蓋体と接続されるようにすると、リードの長経路化を回避できるが、リードの積層化により低抵抗化を図るには、リード端部の接合方法に制約が生じてしまう。この点、特許文献１では超音波接合が用いられるが、超音波ホーンとアンビルとの間に被接合物が挟まれた状態で超音波振幅を受けて被接合物同士が界面で接合される原理であるので、リードとの相手方被接合物は単一部品であることが超音波伝播の観点から望ましい。例えば、複数の部品が組み合わされた組立体とリードとの接合においては、組立体を構成する部品間界面で超音波伝播が阻害されてしまうので接合品質に影響が現れる。従って、組立体との接合では、必ずしも超音波による接合方式が適切であるとはいい難く、アーク溶接やレーザ溶接等のエネルギー照射型の溶接方式が適切である場合もある。

エネルギー照射型の溶接方式では、物体に照射されたエネルギーが被照射物表面で熱に変換されて物体の温度が上昇し、その融点を超えると溶融する。つまり、２物体の界面が溶融され凝固するのが溶接の原理である。このため、積層化したリードでは、照射によるリードの溶融を積層界面を経て蓋体等の被接合物にまで至らしめる必要がある。複数の接合界面が存在すると、その界面での熱伝播、溶融伝播に障害となるため照射するエネルギーを高くするなどして溶接する必要もある。この点、特許文献１の技術では、積層リードを予め仮止めしてから蓋体との接合を施すことで、リードの積層ずれが抑制されているが、仮止め部が小さすぎると、仮止め部以外の部分で被接合物と接合されることがあり、仮止め部が十分に大きくても、仮止めの状況によっては積層リードを構成する薄板の間隔にバラツキが生じ接合に望ましくない症状が現れることがある。例えば、リードを構成する薄板の間隔が大きすぎると、レーザ等の照射での熱伝搬の障害が大きくなるので積層リードの溶融が蓋体まで届かず接合不良につながるし、反対に、薄板の間隔が小さすぎるとレーザ等の照射での熱伝搬がよく進み、蓋体を過剰溶融させ、蓋体等の破損につながることもある。

また、一般に、密閉型電池では、蓋体に弁機構を有する部品が含まれており、電池内部の圧力が異常上昇した際に開放し電池内部の圧力を電池外部の圧力（大気圧）と同じにすることによって、電池の破損が抑制されている。この場合、蓋体に付属するなど、蓋体近傍に配される部品では、電池の内部圧力が弁機構に作用する際の障害になることを避けるため、また、弁機構が開放された場合でも、電池内部での異常な電極反応や化学反応によって反応生成物として大量のガスが発生した際にガスの弁機構への導通の障害になることを避けるため、貫通穴を備えておくことが望ましい。ところが、貫通穴を備えた部品に積層リードをレーザ溶接等によって接続する場合に、溶接による溶融が貫通穴にまで及ぶと、貫通穴の縁においては溶接に伴う入熱の逃げ先がなく熱が集中することとなる。このため、過剰溶融となって、スパッタや散りが発生したり、部品に溶融ピット（穴あき）が発生したりして正常な接合状態が得られなくなる、という問題が潜在している。同様に、積層リードの先端や側端に溶接による溶融が及ぶと、正常な接合状態が得られなくなることもある。

溶接では、たとえ短時間でも一旦は被接合物の融点以上に温度上昇させることになる。積層リード側からレーザ等の照射により積層リードと蓋体等の被接合物とが溶融し接合される場合において、蓋体等の積層リードと当接していない側では、レーザ照射による熱で、たとえ融点にまで上昇しないとしても高温になることは間違いない。このため、特に弁機構を有する薄板状部品の場合は、変形や熱による歪みが発生し、電池が誤用されたときに電池内部の所望の圧力で弁開放に至らず、電池が破損したり、反対に、電池の通常使用時の温暖状態において早期に弁開放したりして密閉型電池の気密が保てなくなり、延いては電解液の漏えいにつながるおそれもある。以上のことから、リードや接続用の部品と蓋体とを溶接する際に不具合を生じないことが望ましく、発電体から蓋体までの導電経路が確保されることが望ましい。

本発明は上記事案に鑑み、溶接不具合を生じることなく発電体および蓋体間の電気的導通を確保することができる密閉型電池および該密閉型電池の製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、正極、負極、セパレータを配した発電体と、前記発電体を浸潤する電解液と、前記発電体および電解液を収容する有底容器とを備えた密閉型電池において、前記発電体の一側端面に対向配置され、前記正極および負極のいずれか一方から導出されたリード片が接合された集電部材と、前記有底容器の開口部にかしめ固定され、前記正負極いずれか一方の電極端子を兼ねる蓋体と、前記蓋体の前記発電体側の面に接合され、導電性を有する板状部材と、前記集電部材と板状部材とを電気的に接続するリードと、を備え、前記リードは、複数の薄板が積層されて構成され、前記積層された薄板の厚さの総和が前記板状部材の厚さ以下であり、前記板状部材と溶接されており、前記リードは、前記板状部材との溶接箇所より広い面積において前記薄板同士の積層が固定化されているとともに、前記板状部材との溶接箇所が前記薄板同士の積層の固定化された範囲内に形成されていることを特徴とする。

第１の態様では、集電部材と板状部材とを電気的に接続するリードが複数の薄板が積層されて構成されたことで、小さく湾曲させて容器内にコンパクトに収容することができ、積層された薄板の厚さの総和を板状部材の厚さ以下とし、リードと板状部材との溶接箇所より広い面積において薄板同士の積層を固定化するとともに、リードと板状部材との溶接箇所を薄板同士の積層の固定化された範囲内に形成したことで、リードと板状部材とを溶接しても溶接不具合を生じることなく発電体および蓋体間の電気的導通を確保することができる。

第１の態様において、蓋体が弁機構を有する部品を含む複数の部品で構成されており、板状部材に通気可能な貫通穴が形成されていることが好ましい。板状部材を、リードとの溶接による溶融箇所が貫通穴に及んでいないようにすることができる。リードを、板状部材との溶接による溶融箇所が薄板の端には及ばず薄板の積層面内に収まっているようにすることができる。また、板状部材が、リードとの溶接による溶融箇所が、貫通穴に及んでおらず、かつ、薄板の端には及ばず薄板の積層面内に収まっていることが好ましい。リードが板状部材の蓋体と反対側に接続されており、板状部材と蓋体との間には該板状部材の外縁側に空間が形成されているようにしてもよい。

本発明の第２の態様は、第１の態様の密閉型電池の製造方法であって、複数の薄板を積層厚さの総和が前記板状部材の厚さ以下となるように積層し、超音波接合により第１の接合部を形成することで固定化して前記リードを構成し、前記リードの第１の接合部と前記板状部材とを当接し前記第１の接合部にレーザ照射により第２の接合部を形成することで前記リードと前記板状部材とを電気的に接続する、ステップを含むことを特徴とする。

本発明によれば、集電部材と板状部材とを電気的に接続するリードが複数の薄板が積層されて構成されたことで、小さく湾曲させて容器内にコンパクトに収容することができ、積層された薄板の厚さの総和を板状部材の厚さ以下とし、リードと板状部材との溶接箇所より広い面積において薄板同士の積層を固定化するとともに、リードと板状部材との溶接箇所を薄板同士の積層の固定化された範囲内に形成したことで、リードと板状部材とを溶接しても溶接不具合を生じることなく発電体および蓋体間の電気的導通を確保することができる、という効果を得ることができる。

本発明を適用した実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池を模式的に示す断面図である。実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池の電極捲回体および電池蓋間の接続に用いた積層リードの構成を模式的に示す断面図である。実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池の電池蓋および接続部品を模式的に示し、（Ａ）は電池外側に配される端子板の斜視図、（Ｂ）は電池内側に配されるダイアフラムの斜視図、（Ｃ）はダイアフラムの端子板と反対側に接合され積層リードと接続される接続部品の斜視図、（Ｄ）は電池蓋のダイアフラムに接続部品が接続された状態を示す断面図である。実施例１の円筒型リチウムイオン二次電池の電池蓋と、ダイアフラムに接合された接続部品および接続部品に接続された積層リードとの位置関係を模式的に示す断面図である。比較例の円筒型リチウムイオン二次電池の電池蓋と、ダイアフラムに接合された接続部品および接続部品に接続された積層リードとの位置関係を模式的に示す断面図である。実施例２の円筒型リチウムイオン二次電池に用いた積層リードを示し、薄板同士が固定された超音波接合部と、積層リードと接続部品とが溶融凝固し溶接されたレーザ溶接部との位置関係を電極捲回体側から見て模式的に示す平面図である。実施例３の円筒型リチウムイオン二次電池に用いた積層リードを示し、薄板同士が固定された超音波接合部と、積層リードと接続部品とが溶融凝固し溶接されたレーザ溶接部との位置関係を電極捲回体側から見て模式的に示す平面図である。実施例４の円筒型リチウムイオン二次電池に用いた積層リードを示し、薄板同士が固定された超音波接合部と、積層リードと接続部品とが溶融凝固し溶接されたレーザ溶接部との位置関係を電極捲回体側から見て模式的に示す平面図である。実施例５の円筒型リチウムイオン二次電池に用いた接続部品と積層リードとの位置関係を電極捲回体側から見て模式的に示す平面図である。実施例６の円筒型リチウムイオン二次電池に用いた接続部品と積層リードとの位置関係を電極捲回体側から見て模式的に示す平面図である。別の態様の円筒型リチウムイオン二次電池の電池蓋、断面が段付形状のダイアフラムに接合された接続部品および接続部品に接続された積層リードの位置関係を模式的に示し、接続部品の周縁部と電池蓋との間に隙間が形成された構成を示す断面図である。更に別の態様の円筒型リチウムイオン二次電池の電池蓋、ダイアフラムに接合され断面が段付形状の接続部品および接続部品に接続された積層リードの位置関係を模式的に示し、接続部品の周縁部と電池蓋との間に隙間が形成された構成を示す断面図である。他の態様の円筒型リチウムイオン二次電池の電池蓋、断面が段付形状のダイアフラムに接合された接続部品および接続部品に接続された積層リードの位置関係を模式的に示し、接続部品の周縁部と電池蓋との間にスペーサが配された構成を示す断面図である。更に他の態様の円筒型リチウムイオン二次電池の電池蓋、ダイアフラムに接合され断面が段付形状の接続部品および接続部品に接続された積層リードの位置関係を模式的に示し、接続部品の周縁部と電池蓋との間にスペーサが配された構成を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明を適用した円筒型リチウムイオン二次電池の実施の形態について説明する。

（構成）
図１に示すように、本実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池２０は、ニッケルメッキが施されたスチール製で有底円筒状の電池容器７を備えている。電池容器７には、正極板および負極板がセパレータを介して正極板、負極板が互いに接触しないように捲回された電極捲回体６が収容されている。

電極捲回体６の捲回中心には、ポリプロピレン樹脂製で中空円筒状の軸芯１が使用されている。電極捲回体６の上側には、軸芯１のほぼ延長線上に正極板からの電位を集電するための円環状の正極集電リング４が配置されている。正極集電リング４は、軸芯１の上端部に固定されている。正極集電リング４の周囲から一体に張り出している鍔部周面には、正極板から導出された正極タブ２の端部が超音波接合されている。正極集電リング４の上方には、正極外部端子となる円盤状の電池蓋（蓋体）１８が配置されている。

電池蓋１８は、図３（Ｄ）に示すように、端子板１３とダイアフラム１２とを有している。ダイアフラム１２の端子板１３と反対の面、すなわち、電池蓋１８の底面（電極捲回体６側の面）には、導電性を有する板状部材としての接続部品１４が溶接で接合されている。端子板１３は、図３（Ａ）に示すように、スチール製で円盤状に形成されており、円盤の中央部には上方に向けて突出した円筒状の突部を有している。突部の側面には、複数の開口が形成されている。ダイアフラム１２は、図３（Ｂ）に示すように、アルミニウム製で円板状に形成されており、円板の中央部には、薄肉化されており電池内圧の上昇に応じて開裂する弁機構としての開裂弁（ガス排出弁）１２ａが形成されている。開裂弁１２ａは、円環状の部分と、円環部分の４箇所からそれぞれダイアフラム１２の外周側へ向けて形成された放射状の部分とで構成されている。端子板１３の周縁部は、ダイアフラム１２の周縁部で覆いかぶされるようにカシメられ一体化されている。接続部品１４は、図３（Ｃ）に示すように、アルミニウム製でディスク状に形成されている。電池蓋１８を構成する端子板１３がスチール製、ダイアフラム１２がアルミニウム製であり、接続部品１４がアルミニウム製のため、接続部品１４は電池蓋１８より大きい導電性を有している。また、接続部品１４には、中央部より外周側の５箇所に通気可能な円形状の貫通穴１４ａが形成されている。接続部品１４の厚さＴは、本例では、１．０ｍｍに設定されている。

図１に示すように、接続部品１４の下面には、電極捲回体６および電池蓋１８間の導電経路を構成する積層リード９が接合されている。積層リード９は、図２に示すように、複数枚のアルミニウム製で矩形状の薄板が積層され（重ね合わされ）構成されている。積層リード９は、本例では、厚さ０．１ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの薄板の６枚が積層されている。積層リード９では、６枚の薄板の厚さの総和ｔが０．６ｍｍであり、接続部品１４の厚さＴ（１．０ｍｍ）以下となる。積層リード９は、図６に示すように、積層された６枚の薄板が長手方向の一端部で超音波接合され固定化されており、超音波接合部（第１の接合部）９ａが形成されている。

積層リード９は、図１に示すように、超音波接合部９ａが形成された一端部で接続部品１４の下面にレーザ溶接で接合されており、他端部が正極集電リング４の上部に超音波接合されている。すなわち、リチウムイオン二次電池２０では、正極板、正極集電リング４、積層リード９、接続部品１４、電池蓋１８の電気的導通により正極側の導電経路が構成されている。図６に示すように、積層リード９と接続部品１４とが接合され形成されたレーザ溶接部（第２の接合部）９ｂは、超音波接合部９ａより小さい面積に形成されている。換言すれば、積層リード９は、接続部品１４と接合されたレーザ溶接部９ｂより大きい面積の超音波接合部９ａで薄板同士の積層が固定化されている。レーザ溶接部９ｂは、積層リード９を構成する薄板の長手方向の一端および長手方向と交差する方向の両端に及ばないように形成されている。すなわち、レーザ溶接部９ｂは、超音波接合部９ａの範囲内に形成されており、薄板の積層面内に収まっている。また、図９に示すように、積層リード９は、レーザ溶接部９ｂの範囲が接続部品１４の貫通穴１４ａに及ばないように、貫通穴１４ａの形成されていない部分に接合されている。

一方、図１に示すように、電極捲回体６の下側には負極板からの電位を集電するための円環状の負極集電リング５が配置されている。負極集電リング５の内周面には軸芯１の下端部外周面が固定されている。負極集電リング５の外周面には、負極板から導出された負極タブ３の端部が超音波接合されている。負極集電リング５の下部には、電気的導通のための負極リード板８が溶接で接合されている。負極リード板８は、負極外部端子を兼ねる電池容器７の内底部に抵抗溶接で接合されている。

また、電池容器７内には、非水電解液が注液されている。非水電解液には、本例では、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの体積比２：３の混合有機溶媒中に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１モル／リットルの濃度になるように溶解させたものが用いられている。電池容器７の上部には、電池蓋１８がポリプロピレン製のガスケット１０を介してカシメ固定されている。積層リード９は湾曲した状態で電池容器７内に収容されている。このため、リチウムイオン二次電池２０の内部は密封されている。

電池容器７内に収容された電極捲回体６は、正極板と負極板とが、例えばポリエチレン製等の微多孔性のセパレータを介し、軸芯１の周囲に捲回されている。正極タブ２と負極タブ３とがそれぞれ電極捲回体６の互いに反対側の両端面に配されている。電極捲回体６および正極集電リング４の鍔部周面全周には、電池容器７との電気的接触を防止するために絶縁被覆が施されている。絶縁被覆には、ポリイミド製の基材の片面にヘキサメタアクリレートの粘着剤が塗布された粘着テープが用いられている。粘着テープが正極集電リング４の鍔部周面から電極捲回体６の外周面に亘って一重以上巻かれている。

電極捲回体６を構成する正極板は、正極集電体としてアルミニウム箔を有している。アルミニウム箔の両面には、正極の発電物質（活物質）を含む正極合剤が略均等に塗着されている。正極合剤には、発電物質以外に、導電助剤やバインダ（結着材）等が配合されている。正極板は、アルミニウム箔に正極合剤が塗着され、乾燥後プレスされ形成されている。アルミニウム箔の長寸方向一側の側縁には、正極合剤の塗着されない無塗着部が形成されている。無塗着部は櫛状に切り欠かれており、切り欠き残部で正極タブ２が形成されている。本例では、隣り合う正極タブ２の間隔が５０ｍｍ、各正極タブの幅が５ｍｍに設定されている。一方、負極板は、負極集電体として銅箔を有している。銅箔の両面には、負極の発電物質を含む負極合剤が略均等に塗着されている。負極合剤には、負極活物質以外に、導電材やバインダ等が配合されている。負極板は、銅箔に負極合剤が塗着され、乾燥後プレスされ形成されている。銅箔の長寸方向一側の側縁には、正極板と同様に負極合剤の無塗着部が形成されており、負極タブ３が形成されている。

（製造）
リチウムイオン二次電池２０の製造では、作製した正極板と負極板とをセパレータを介して軸芯１に捲回し電極捲回体６を作製する。このとき、軸芯１にセパレータをテープ等で固定し、捲き始めにセパレータのみを２〜３周程度捲回した後、正極板、負極板が適切に対向し、かつ、正極タブ２と負極タブ３とが互いに反対方向に位置するように捲回する。正極板、負極板を全て捲回した後、最外周で電極が露出しないように、捲き終わりにセパレータを２〜３周程度捲回する。次に、正極タブ２を変形させ、その全てを正極集電リング４の周囲から一体に張り出している鍔部周面付近に集合、接触させた後、正極タブ２と鍔部周面とを超音波接合で接続する。一方、負極集電リング５と負極タブ３との接続操作も、正極集電リング４と正極タブ２との接続操作と同様に実施する。その後、正極集電リング４の鍔部周面全周および電極捲回体６に絶縁被覆を施す。負極集電リング５には予め負極リード板８が溶接しておき、正極集電リング４、負極集電リング５の付いた電極捲回体６を、負極集電リング５を底側に向けて電池容器７内に挿入する。軸芯１の中空部分に電極棒を電池容器７の底部まで通し電池容器７の底部と負極リード板８とを抵抗溶接する。

一方、正極集電リング４には、予め（タブを集電リングに接合する前）積層リード９を超音波接合しておき、積層リード９の他端を、接続部品１４の下面に後述する形態および方法で接続する。接続部品１４は、予め電池蓋１８のダイアフラム１２に溶接で接合し、電池蓋１８に付属した状態にしておく。このように予め電池蓋１８に接続部品１４を付属させておく理由は次のとおりである。

ここでは、仮に、正極集電リング４、負極集電リング５の付いた電極捲回体６を電池容器７に収容した後、電池容器７の底部と負極リード板８とを抵抗溶接する際に、正極集電リング４に接合された積層リード９と接続部品１４とが接続されているとする。この場合には、抵抗溶接に用いる電極棒を軸芯１に通す際の障害物となること、電極棒と積層リード９に接続された接続部品１４とが接触することにより抵抗溶接時の電流に分流が生じること等、望ましくない状況が容易に予想される。これを避けるため、正極集電リング４に接続された積層リード９には接続部品１４が接続されていない状態で電池容器７の底部と負極リード板８とを抵抗溶接することが望ましい。なお、積層リード９は、薄板の積層体であるがゆえに可撓性を有しているので、電極棒に接しないように容易に湾曲ないし屈曲させて電極棒から遠ざけておくことができる。

電池容器７の底部と負極リード板８とを抵抗溶接した後、積層リード９の他端部に接続部品１４を接続し、接続部品１４と電池蓋１８（ダイアフラム１２）とを接続することも可能であるが、上述したように積層リード９が可撓性を有している、言い換えれば剛性のないものである。このため、積層リード９と接続部品１４との接合時には積層リード９が動かないように位置決めし一時的に固定することが必要となり、適切な治具を用いて対処することが必要となる。また、積層リード９が接合された接続部品１４と電池蓋１８との接合時においても、積層リード９の剛性のなさから、同様に、積層リード９が動かないように位置決めし一時的に固定することが必要となり、ここでも治具での対処が必要となる。治具を用いて対処することができるとはいえ、治具に剛性のない積層リード９を誘導し、たとえ一時的でも固定することは、特に工業的生産等、自動化設備で接続する場合においては容易とはいいにくい。これに対して、予め、電池蓋１８を構成するダイアフラム１２に接続部品１４を接合し付属させておくと、剛性のない積層リード９を接合する機会は１度で済むこととなり、難作業となる治具を用いるプロセスを最小限に抑えることができる。

このような理由から、正極集電リング４に積層リード９を接合しておき、電池容器７内に電極捲回体６を収容した後、電池容器７の内底部と負極リード板８とを抵抗溶接する。次に、予め電池蓋１８のダイアフラム１２に接合しておいた接続部品１４と、積層リード９とをレーザ溶接で接合する。このとき、積層リード９（超音波接合部９ａ）と接続部品１４とを当接させ、積層リード９側から超音波接合部９ａに向けてレーザ光線を照射しレーザ溶接部９ｂを形成する。そして、電池容器７内に非水電解液を注液した後、積層リード９を折りたたむようにして収容し、電池容器７にガスケット１０を介して電池蓋１８をカシメ固定することで、リチウムイオン二次電池２０を完成させる。

次に、本実施形態に従って製造したリチウムイオン二次電池２０の実施例について説明する。なお、比較のために製造した比較例についても併記する。

（実施例１）
実施例１では、図４に示すように、電池蓋１８のダイアフラム１２に厚さＴが１．０ｍｍの接続部品１４を超音波接合した。接続部品１４の電池蓋１８と反対側に積層リード９（超音波接合部９ａ）を接触させ、積層リード９側（図の下側）からレーザビームを照射し、積層リード９と接続部品１４とを溶接した。レーザ発振には、ＩＰＧ社製ＹＬＲ−２０００を、加工ヘッドにはプレシテック社製ＹＷ−５０を用いた。照射レーザは、焦点距離２００ｍｍ、出力７５０Ｗ、ビーム径０．２ｍｍ、走査速度３ｍ／分とした。レーザ照射は積層リード９の幅方向に６ｍｍの長さで照射し、これを１ｍｍ間隔で３列照射した。照射の結果、３列の溶融幅（積層リード９の長手方向の長さ）は約３ｍｍとなった。電池容器７に電池蓋１８をカシメ固定することで、実施例１のリチウムイオン二次電池２０を製造した。

（比較例）
比較例では、図５に示すように、接続部品１４の厚さＴを０．５ｍｍとした以外は、実施例１と同様にしてリチウムイオン二次電池を製造した。比較例では、積層リード９を構成する薄板の厚さの総和ｔ（０．６ｍｍ）が接続部品１４の厚さＴより大きくなる。

（実施例２）
実施例２では、図６に示すように、積層リード９の片端（接続部品１４と接合する側）から５ｍｍまでを全幅にわたって超音波接合により超音波接合部９ａを形成し薄板同士を固定した。積層リード９と接続部品１４とをレーザ照射により溶接した。レーザビームの照射位置は、超音波接合部９ａや積層リード９の端、側端からはみ出すことなく、超音波接合部９ａの範囲内にとどめた。接続部品１４の厚さＴは実施例１と同じ１．０ｍｍとした。レーザ照射では、実施例１の条件に対して出力のみを６５０Ｗに低下させた。

（実施例３）
実施例３では、図７に示すように、積層リード９の片端（接続部品１４と接合する側）から３ｍｍまでを全幅にわたって超音波接合により超音波接合部９ａを形成し薄板同士を固定した。積層リード９と接続部品１４とをレーザ照射により溶接した。レーザビームの照射位置は、積層リード９の端、側端からはみ出すことなく、ただし超音波接合部９ａから超音波接合されていない部分にはみ出すようにし、超音波接合部９ａの範囲内にとどまらない位置にした。接続部品１４の厚さＴ、レーザおよびその照射条件は、実施例２と同じとした。

（実施例４）
実施例４では、図８に示すように、積層リード９の片端（接続部品１４と接合する側）から５ｍｍまでを全幅にわたって超音波接合により超音波接合部９ａを形成し薄板同士を固定した。積層リード９と接続部品１４とをレーザ照射により溶接した。レーザビームの照射位置は、積層リード９の側端からはみ出して、超音波接合部９ａの範囲内にとどまらない位置にした。接続部品１４の厚さＴ、レーザおよびその照射条件は、実施例２と同じとした。

（実施例５）
実施例５では、図９に示すように、積層リード９の片端（接続部品１４と接合する側）から５ｍｍまでを全幅にわたって超音波接合により超音波接合部９ａを形成し薄板同士を固定した。積層リード９と接続部品１４とをレーザ照射により溶接した。レーザビームの照射位置は、積層リード９の超音波接合部９ａからはみ出すことなく、超音波接合部９ａの範囲内にとどまらせ、かつ、レーザビームの照射側から見て積層リード９の奥側に位置する接続部品１４の貫通穴１４ａに及ばない位置とした。接続部品１４の厚さＴ、レーザおよびその照射条件は、実施例２と同じとした。

（実施例６）
実施例６では、図１０に示すように、積層リード９の片端（接続部品１４と接合する側）から５ｍｍまでを全幅にわたって超音波接合により超音波接合部９ａを形成し薄板同士を固定した。積層リード９と接続部品１４とをレーザ照射により溶接した。レーザビームの照射位置は、積層リード９の超音波接合部９ａからはみ出すことなく、超音波接合部９ａの範囲内にとどまらせたが、レーザビームの照射側から見て積層リード９の奥側に位置する接続部品１４の貫通穴１４ａに及ぶ位置とした。接続部品１４の厚さＴ、レーザおよびその照射条件は、実施例２と同じとした。

（評価）
各実施例および比較例について、積層リード９と接続部品１４との溶接状況を１００個ずつ評価した。溶接状況としては、積層リード９と接続部品１４とが溶接できなかった数、接続部品１４に発生した溶接ピットの数、積層リード９に発生した溶接散りの数、接続部品１４に発生した溶接散りの数を評価した。溶接状況の評価結果を下表１に示す。なお、表１において、−印は評価対象としていないことを示している。

表１に示すように、比較例では接続部品１４に溶接ピットが６個発生しているのに対し、実施例１では２個にとどまっている。これは、レーザ照射による溶け込みが積層リード９から接続部品１４に及びすぎた結果とみなすことができる。因みに、接続部品１４への溶け込みを低減するためにレーザの照射エネルギーを弱くした結果、接続部品１４の溶接ピット発生をなくすことはできたが、その場合、溶接できなかった数が、表１に記載の２個から５個に増加した。また、因みに比較例においても同様にレーザの照射エネルギーを弱くすると、接続部品１４の溶接ピットの発生をなくすことはできたが、溶接できなかった数が、表１に記載の２個から８個に増加した。このことから、積層リード９には薄板間に界面があり、場合によっては隙間が形成されていて隙間量が積層状態によってまちまちとなるので、レーザ照射による熱伝搬に支障が生じた結果、溶け込みが接続部品１４にまで及ばなかったものと思われる。また、比較例および実施例１ともに積層リード９に溶接ピットが同数発生している。これも積層リード９を構成する薄板間の界面、隙間によってレーザ照射の熱伝搬の悪化、言い換えれば熱引けが進みにくくなったため、薄板に熱がたまり急温度上昇し、短時間で薄板素材であるアルミニウムの融点を越え、爆飛に近い状況を生んだためと思われる。

実施例２では、溶接できない不具合が発生せず、また接続部品１４の溶接ピットも、積層リード９の溶接ピットも発生していない。レーザ照射の前に予め積層リード９を超音波接合により固定化したため、上述のような隙間が形成されなくなって、レーザ照射による熱伝搬の隙間による障害を除去した効果と思われる。実施例２以降の実施例について、レーザの出力を６５０Ｗに低めたのは、予め積層リード９の薄板同士を固定化したことで、レーザ照射による熱伝搬の障害がなくなったので、出力が７５０Ｗのままでは過剰溶接となり、溶接スパッタの増加等の新たな不具合や不適切な過剰照射が原因で積層リード９、接続部品１４の溶接ピットや爆飛等の発生が予想されたからである。

実施例３では、溶接できない不具合も接続部品１４の溶接ピットも発生していないが、積層リード９に溶接ピットが発生している。積層リード９の溶接ピット発生は、積層リード９へのレーザ照射の位置が積層リード９に予め形成された超音波接合部９ａの範囲を超えた箇所であった。その箇所は積層リード９の薄板間界面や隙間が形成されたところであることから、上述した実施例１での説明と同じ理由で発生したものと思われる。

実施例４では、溶接できない不具合も接続部品１４の溶接ピットも積層リード９の溶接ピットも発生していないが、積層リード９側端部に散り（照射による熱で被溶接物の一部が逸散した状態を示し、被溶接物の端部に発生するもので、端部以外に穴が形成されるピットと区別している。）が発生している。これは、レーザ照射が積層リード９の側端部に及んでいるために、照射による熱引けが悪化し、積層リード９の側端部に熱がたまって急温度上昇し、短時間で薄板素材であるアルミニウムの融点を越えたので散りに繋がったものと考えられる。

実施例５では、不具合はまったく観察されていない。これに対して、実施例６では、積層リード９の溶接ピットと接続部品１４の貫通穴１４ａの端部に散りが発生している。実施例６ではレーザ照射が、照射側から見て積層リード９の奥側に位置する接続部品１４の貫通穴１４ａにまで及んでいるので、積層リード９の貫通穴１４ａに対応する部分にレーザが照射されたことから、積層リード９を伝搬した熱がそこから先に伝搬するものがなく熱引けが悪化し、熱がたまって急温度上昇し短時間で薄板素材であるアルミニウムの融点を越えたので溶接ピットになり、貫通穴１４ａの端部においても同様に熱引けの悪い箇所となるので、接続部品１４の散りに繋がったものと考えられる。

以上の各実施例、比較例から明らかなように、予め超音波接合によって積層リード９を構成する薄板同士を固定しておき、積層リード９側からレーザ照射して積層リード９と接続部品１４とを溶接する方法が適している。ところが、レーザ等のエネルギー照射による溶接においては、被溶接物表面で照射エネルギーが熱に変換され、その熱が被溶接物を伝搬することから、たとえ溶融にまで至らなくても、被溶接物以外の物体（部品等）が被溶接物に接していると被溶接物以外の物体にも熱が伝搬することになる。この点を熟慮してみると、電池蓋１８、特に電池蓋１８を構成するダイアフラム１２と接続部品１４とが外周側で接していない（接続部品１４と電池蓋との間に空間が形成される）ことが、ダイアフラム１２の熱変形や延いてはダイアフラム１２に形成された開裂弁１２ａの作動圧力の狂いを抑制する観点から望ましいことが自明である。このことは、例えば、次のようにすることで実現することができる。すなわち、図１１に示すように、ダイアフラム１２の断面形状を段付形状とし、接続部品１４の周縁部と電池蓋１８との間に隙間が形成される構成とすることができる。この場合、ダイアフラム１２の中央部に接続部品１４側に突出した突部が形成されており、この突部で接続部品１４と接合されている。また、図１２に示すように、接続部品１４の断面形状を段付形状とし、接続部品１４の周縁部と電池蓋１８との間に隙間が形成される構成とすることができる。この場合、接続部品１４の中央部にダイアフラム１２側に突出した突部が形成されており、この突部でダイアフラム１２と接合されている。

さらに補足するならば、図１１や図１２に示す構成では、積層リード９の接続部品１４への溶接の際に、積層リード９の接続部品１４への配置ないし押さえつけにより、接続部品１４のぐらつきが生じるおそれがある。これを回避するためには、接続部品１４の周縁部と電池蓋１８との間にスペーサを配置することが有効となる。例えば、図１３に示すように、断面が段付形状のダイアフラム１２と、接続部品１４の周縁部との間に形成される隙間にスペーサ１６を配置することで溶接時のぐらつきを抑えることができる。また、図１４に示すように、断面が段付形状の接続部品１４の周縁部と、ダイアフラム１２との間に形成される隙間にスペーサ１６を配置することで溶接時のぐらつきを抑えることができる。もちろん、スペーサ１６がレーザ照射位置の裏側にまで張り出すと熱ダメージを受けてしまうため、好ましくないことはいうまでもない。

（作用等）
次に、本実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池２０の作用等について説明する。

本実施形態では、電極捲回体６と正極外部端子を兼ねる電池蓋１８との間に、積層リード９および接続部品１４が介在しており、積層リード９と接続部品１４とがレーザ溶接で接合されている。積層リード９は、６枚の薄板が積層されて構成され、薄板の厚さの総和ｔが接続部品１４の厚さＴ以下に設定されている。このため、積層リード９と接続部品１４とのレーザ溶接時に積層リード９側からレーザ照射することで、レーザ照射による積層リード９から接続部品１４への溶け込みが適正化されるため、溶接ピットや溶接散り等の溶接不具合を生じることなく接合することができる。また、積層リード９と接続部品１４との接合に、エネルギー照射型のレーザ溶接を用いたことで、接合品質を改善することができる。従って、電極捲回体６および電池蓋１８間の電気的導通を確保することができる。

また、本実施形態では、積層リード９が６枚の薄板で構成されたことで可撓性を有している。このため、積層リード９の剛性が小さくなるので、容易に湾曲ないし屈曲させることができる。電池容器７に電池蓋１８をカシメ固定するときは、電池容器７内に積層リード９が湾曲した状態で収容される。これにより、電池容器７内で発電に関与しない空間が小さくなるので、リチウムイオン二次電池２０のコンパクト化を図ることができる。

更に、本実施形態では、積層リード９を構成する薄板同士が長手方向の一端部で超音波接合されており、超音波接合部９ａが形成されている。超音波接合部９ａでは、各薄板が界面（積層面）で融合しており、隙間が形成されることなく一体化されている。また、超音波接合部９ａは、積層リード９と接続部品１４とのレーザ溶接により形成されるレーザ溶接部９ｂより広い面積に形成されている。従って、薄板間に隙間が形成されているとレーザ照射によるエネルギー伝達が妨げられるのに対して、積層リード９と接続部品１４とのレーザ溶接時にズレを生じることなく確実に接合することができる。

また更に、本実施形態では、レーザ照射による溶融範囲のレーザ溶接部９ｂが接続部品１４の貫通穴１４ａに及んでいない。すなわち、接続部品１４の貫通穴１４ａが形成されていない部分にレーザ溶接部９ｂが形成されている。このため、レーザ照射に伴い貫通穴１４ａの端に溶接不具合の生じることを抑制することができる。これにより、接続部品１４と積層リード９との電気的導通を確保すると共に、貫通穴１４ａの通気性を確保することができる。

更にまた、本実施形態では、レーザ溶接部９ｂが積層リード９（超音波接合部９ａ）の端や幅方向の両端に及んでいない。すなわち、レーザ溶接部９ｂが超音波接合部９ａの範囲内に形成されている。このため、レーザ溶接時に、積層リード９のない部分、つまり、直接接続部品１４にレーザ照射すること、積層リード９を構成する薄板が超音波接合されていない部分にレーザ照射することを回避することができる。接続部品１４に直接レーザ照射した場合は、電池蓋１８、特にダイアフラム１２にレーザ照射に伴うエネルギーが伝達されるため、開裂溝１２ａの作動を不安定にさせる可能性があり、また、積層リード９の超音波接合されていない部分にレーザ照射した場合は、薄板間の隙間等により溶接不具合を生じることがある。従って、レーザ溶接部９ｂを超音波接合部９ａの範囲内とすることで、レーザ照射に伴う不具合を回避することができる。

また、本実施形態では、接続部品１４に通気可能な貫通穴１４ａが形成されている。このため、電池異常時等のガス発生により電池内圧が上昇したときに、貫通穴１４ａを通じて電池蓋１８側に圧力を伝達することができる。これにより、電池蓋１８を構成するダイアフラム１２に形成された開裂溝１２ａが作動することで、電池内圧が電池外部に解放されるので、電池異常時の安全性を確保することができる。

更に、本実施形態では、リチウムイオン二次電池２０の製造時に、積層リード９を電極捲回体６に取り付けた正極集電リング４に接合させておき、接続部品１４を電池蓋１８を構成するダイアフラム１２に接合させておく。電池容器７内に挿入した電極捲回体６の負極側の接続をした後に、積層リード９と接続部品１４とをレーザ溶接で接合する。このとき、レーザを電池蓋１８側から照射しようとしても電池蓋１８の構成部品がレーザを遮蔽し接続部品１４に照射されないので、積層リード９側から照射しなければならない。本実施形態で示した製造方法によれば、電極捲回体６や電池蓋１８に妨げられることなく積層リード９および接続部品１４間をレーザ溶接により接合することができる。また、上述したように、剛性のない積層リード９を接合するには治具等で位置決めする必要があるが、本実施形態で示した製造方法では、このような位置決めを要する接合作業を一度で済ませることができる。これにより、電池製造時の作業を簡素化することができる。

なお、本実施形態では、円筒型リチウムイオン二次電池２０を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、密閉型電池の一般に適用可能である。正極活物質や負極活物質、電解液等に制限のないことはもちろんである。また、本実施形態では、正負極板をセパレータを介して捲回した電極捲回体６を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、矩形状の正負極板をセパレータを介して積層した電極積層体を用いるようにしてもよい。電池形状についても特に制限はなく、円筒型以外に、例えば、角型の電池に適用することもできる。

また、本実施形態では、積層リード９を６枚の薄板で構成する例を示し、薄板の厚さや幅、長さを例示したが、本発明はこれらの条件に制限されるものではない。また、積層リード９と接続部品１４との接合について、レーザやその照射条件を例示したが、本発明はこれらに制限されるものではないことはいうまでもない。

更に、本実施形態では、接続部品１４に円形状の貫通穴１４ａが５箇所に形成された例を示したが、本発明は貫通穴の形状や数に制限されるものではない。積層リード９との接合で形成されるレーザ溶接部９ｂが貫通穴に及ばないように、接続部品１４と積層リード９とを接合することができればよい。

本発明は溶接不具合を生じることなく発電体と蓋体との電気的導通を確保することができる密閉型電池および該密閉型電池の製造方法を提供するものであるため、密閉型電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

６電極捲回体（発電体）
７電池容器
９積層リード（リード）
１２ダイアフラム（蓋体の一部）
１２ａ開裂弁（弁機構）
１８電池蓋（蓋体）
１４接続部品（板状部材）
２０円筒型リチウムイオン二次電池（密閉型電池）

Claims

正極、負極、セパレータを配した発電体と、前記発電体を浸潤する電解液と、前記発電体および電解液を収容する有底容器とを備えた密閉型電池において、
前記発電体の一側端面に対向配置され、前記正極および負極のいずれか一方から導出されたリード片が接合された集電部材と、
前記有底容器の開口部にかしめ固定され、前記正負極いずれか一方の電極端子を兼ねる蓋体と、
前記蓋体の前記発電体側の面に接合され、導電性を有する板状部材と、
前記集電部材と板状部材とを電気的に接続するリードと、
を備え、
前記リードは、複数の薄板が積層されて構成され、前記積層された薄板の厚さの総和が前記板状部材の厚さ以下であり、前記板状部材と溶接されており、
前記リードは、前記板状部材との溶接箇所より広い面積において前記薄板同士の積層が固定化されているとともに、前記板状部材との溶接箇所が前記薄板同士の積層の固定化された範囲内に形成されていることを特徴とする密閉型電池。
前記蓋体は弁機構を有する部品を含む複数の部品で構成されており、前記板状部材には通気可能な貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。
前記板状部材は、前記リードとの溶接による溶融箇所が前記貫通穴に及んでいないことを特徴とする請求項２に記載の密閉型電池。
前記リードは、前記板状部材との溶接による溶融箇所が前記薄板の端には及ばず前記薄板の積層面内に収まっていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の密閉型電池。
前記板状部材は、前記リードとの溶接による溶融箇所が、前記貫通穴に及んでおらず、かつ、前記薄板の端には及ばず前記薄板の積層面内に収まっていることを特徴とする請求項２に記載の密閉型電池。
前記リードは前記板状部材の前記蓋体と反対側に接続されており、前記板状部材と前記蓋体との間には該板状部材の外縁側に空間が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の密閉型電池。
請求項１に記載の密閉型電池の製造方法であって、
複数の薄板を積層厚さの総和が前記板状部材の厚さ以下となるように積層し、超音波接合により第１の接合部を形成することで固定化して前記リードを構成し、
前記リードの第１の接合部と前記板状部材とを当接し前記第１の接合部にレーザ照射により第２の接合部を形成することで前記リードと前記板状部材とを電気的に接続する、
ステップを含むことを特徴とする製造方法。