JP6941814B2

JP6941814B2 - 密閉式電池の製造方法

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Publication number: JP6941814B2
Application number: JP2018002746A
Authority: JP
Inventors: 葛西　孝昭; 孝昭葛西
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-01-11
Publication date: 2021-09-29
Anticipated expiration: 2038-01-11
Also published as: JP2019121579A

Description

本発明は、電池の嵌合部に蓋体を嵌合して溶接する密閉型電池の製造方法に関する。

比較的長期間にわたって安定した出力電圧が得られる電池として塩化チオニルリチウム電池が知られている。この電池が反応物質として用いる塩化チオニルは空気中で分解する。このため、塩化チオニルリチウム電池では、外気と遮断する完全密閉構造を採用して長期間にわたる安定した使用を可能にしている。また、二酸化マンガンリチウム電池等においても長期間にわたって安定使用できるようにするには電池内への水分の浸入が阻止できるように完全密閉構造が必要となる。

図７は、密閉型電池の従来構造例を示す断面図である。符号１１５は二酸化マンガンを主体とする活物質ペーストを極板芯体に塗着した正極板である。符号１１１は正極活物質ペーストを剥離して、そこに現れた極板芯体に溶接して取り付けている正極タブ端子である。符号１１６はリチウムを主体とする負極板で負極タブ端子１１３を取り付けている。符号１１７は正極板１１５と負極板１１６とをセパレータ１１８を介してスパイラル状に巻いた電極巻取品である。電極巻取品１１７の最外周部に正極タブ端子１１１が存在している。電極巻取品１１７を鉄、アルミ、ＳＵＳ等の金属からなる電池外装缶１１２に収納している。符号１１９は封口板２０の中心透孔にガスケット２１を介して負極端子１４を貫通固定した電池蓋である。負極タブ端子１１３と負極端子１１４とは溶接されている。電池外装缶１１２に電解液を注入した後、電池外装缶１１２の開口縁まで電池外装缶１１２の内面に沿って直線状に正極タブ端子１１１を延出する。この正極タブ端子１１１を電池外装缶１１２の開口縁と電池蓋１１９との間に挟むようにして、前記電池外装缶１１２の開口縁に電池蓋１１９を嵌合している。電池外装缶１１２と電池蓋１１９との、嵌合部１２２または嵌合部１２２付近にレーザ光を照射する溶接によって、電池の封口をするとともに正極タブ端子１１１を電池外装缶１１２と電池蓋１１９とに電気接続している。

しかしながら、図８に示すように、電池外装缶１１２の上端の開口部１１０に電池蓋１１９を嵌入し、嵌合部１２２にレーザを照射する溶接において、電池蓋１１９の外周縁を電池外装缶１１２の開口端部１２３の内周（開口端縁）に突き合わせた状態となる。この状態を保ちつつ、これら嵌合部１２２の所定部位を溶接すると、溶接部位において電池蓋１１９が電池外装缶１１２の内側へ落ち込んだり、またはその反動により溶接部位の反対側において電池蓋１１９が電池外装缶１１２の外側へ持ち上げられたりする。これにより、電池蓋１１９が図８に示すように斜めにずれてしまい、これらの結果として上記した溶接不良が生じる場合がある。

従来のレーザ溶接によって電池外装缶と電池蓋との密着をより確実なものとするために、電池外装缶の嵌合部の互いに離れた３カ所以上の仮止め箇所を仮止めした後に、嵌合部の全周をレーザ溶接しているものがある（例えば、特許文献１参照。）。図９Ａ及び図９Ｂは、特許文献１に記載された従来の電池外装缶２１２と電池蓋２１９をレーザ溶接する方法を示す図である。

まず、図９Ａに示すように、電池蓋２１９の外周縁を電池外装缶２１２の開口端部の内周（開口端縁）に突き合わせた状態を保ちつつ、嵌合部２２２を４箇所の仮止め部位２４１〜２４４で仮止めする。この後、図９Ｂに示すように、嵌合部２２２の所定の溶接開始部位から嵌合部２２２に沿ってレーザ照射位置を移動させつつ、レーザを順次出力して本溶接を行う。これにより、電池蓋２１９の外周縁と電池外装缶２１２の開口端部とを接合し、密閉を完了する。

また、レーザ溶接によって密閉型電池の電池蓋を溶接して封口する方法として特許文献２が挙げられる。図１０Ａ及び図１０Ｂは、特許文献２に記載された従来の電池外装缶３１２と電池蓋３１９をレーザ溶接する方法を示す図である。

図１０Ａは電池缶の上部の斜視図であり、図１０ＢはＢ−Ｂ’線の断面を説明する図である。電池外装缶３１２の開口端部３２３に電池蓋３１９を嵌合させる際に、長辺側上端部３４５を電池蓋３１９の上面を超えて位置するようにするとともに、長辺側上端部３４５を折り曲げてかしめ、蓋体を短辺側上端部３４６に載置する。そして、上面から電池缶の長辺側上端部３４５を中心方向へ折り曲げて、かしめた部分に上面からレーザ３０４を照射してレーザ溶接するとともに、電池外装缶３１２の短辺側上端部３４６の電池蓋３１９の載置面を側面からレーザ３０４を照射し、溶接して封口する。

特開平８−３１５７９０号公報特開２００１−１６７７４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のレーザ溶接では、レーザ溶接の密閉不良個所が生じることがあるといった課題を有している。

また、前記従来の特許文献２の構成は、角柱形状の密閉型電池であり、電池外装缶に対して電池蓋の嵌め合いに適さないという課題を有している。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、密閉型電池の電池蓋を溶接して封口する際に、電池外装缶に対して電池蓋の嵌め合いに適し、電池蓋の位置ずれによる隙間の発生を抑え、且つ、溶接後の溶接不良が発生しにくい封口が可能な密閉型電池の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様の密閉型電池の製造方法は、
電池外装缶の開口部を電池蓋によって封口する密閉型電池の製造方法において、
前記電池外装缶の前記開口部の内径よりも小さい直径を有し、外周端部を厚み方向に屈曲すると共に径方向外側に傾斜した鉤部を有する電池蓋を、前記開口部に準備するステップ、
前記電池蓋の一部を溶融させて第１溶融部を形成することにより、前記第１溶融部を起点にして前記電池蓋を歪ませて、前記鉤部の先端を前記電池外装缶の内壁に向かって移動させるステップ、および
前記第１溶融部よりも外側で、前記電池蓋の前記鉤部と前記電池外装缶の開口端部とを溶接する第２溶融部を形成することによって、前記電池外装缶と前記電池蓋とを溶接するステップ、
を含む。

以上のように、本発明の密閉型電池の製造方法によれば、密閉型電池の電池蓋を溶接して封口する際に、電池外装缶に対して電池蓋の嵌め合いに適し、電池蓋の位置ずれによる隙間の発生を抑え、且つ、溶接後の溶接不良が発生しにくい封口が可能である。

本発明の実施形態１に係る密閉式電池の製造方法の工程の一例を示す図本発明の実施形態１に係る密閉式電池の製造方法の工程の一例を示す図本発明の実施形態１に係る密閉式電池の製造方法の工程の一例を示す図本発明の実施形態１に係る密閉式電池の製造方法の工程の一例を示す図本発明の実施形態１の電池外装缶と電池蓋との隙間を小さくする方法の一例を説明するための数式を説明する図本発明の実施形態１の電池外装缶と電池蓋との隙間を小さくする方法の一例を説明するために用いられる数式を説明する図本発明の実施形態１の電池外装缶と電池蓋との隙間を小さくする方法の一例を実施した場合の計算結果例を説明する図本発明の実施形態１の電池外装缶と電池蓋との隙間を小さくする方法の一例を実施した場合の計算結果例を説明する図本発明の実施形態１の電池外装缶と電池蓋との隙間を小さくする方法の一例を実施した場合の計算結果例を説明する図本発明の実施形態１に係る密閉式電池の製造方法の工程の一例を示す図本発明の実施形態１に係る密閉式電池の製造方法の工程の一例を示す図本発明の実施形態１に係る密閉式電池の製造方法の工程の一例を示す図本発明の実施形態１に係る密閉式電池の製造方法の工程の一例を示す図本発明の実施形態１に係る密閉式電池の製造方法の工程の一例を示す図本発明の実施形態１に係る密閉式電池の製造方法の工程の一例を示す図本発明の実施形態１に係る密閉式電池の製造方法の工程の一例を示す図電池外装缶に電池蓋が斜めに挿入された時の、本発明の実施形態１に係る密閉式電池の製造方法の工程の一例を説明する図電池外装缶に電池蓋が斜めに挿入された時の、本発明の実施形態１に係る密閉式電池の製造方法の工程の一例を説明する図本発明の実施形態２の電池外装缶と電池蓋との隙間を小さくする方法の一例を説明するために用いられる数式を説明する図本発明の実施形態２の電池外装缶と電池蓋との隙間を小さくする方法の一例を説明するために用いられる数式を説明する図本発明の実施形態２の電池外装缶と電池蓋との隙間を小さくする方法の一例を実施した場合の計算結果例を説明する図本発明の実施形態２に係る密閉式電池の製造方法の工程の一例を示す図本発明の実施形態２に係る密閉式電池の製造方法の工程の一例を示す図本発明の実施形態２に係る密閉式電池の製造方法の工程の一例を示す図本発明の実施形態２に係る密閉式電池の製造方法の工程の一例を示す図特許文献１に記載された円筒形の密閉型電池を説明する図特許文献１に記載された円筒形の密閉型電池の封口時の課題を説明する図特許文献１に記載された従来の電池外装缶と電池蓋の固定方法を示す図特許文献１に記載された従来の電池外装缶と電池蓋の固定方法を示す図特許文献２に記載された従来の電池外装缶と電池蓋の固定方法を示す図特許文献２に記載された従来の電池外装缶と電池蓋の固定方法を示す図電池外装缶に電池蓋を嵌め合いした時に、電池蓋が傾いたときの課題を説明する図電池外装缶に電池蓋を嵌め合いした時に、電池蓋が傾いたときの課題を説明する図

（本発明に至った経緯）
前記従来の特許文献１のレーザ溶接により仮止めする構成では、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、電池外装缶１１２と電池蓋１１９の嵌め合いが悪い。例えば図１１Ａのように、電池蓋１１９が斜めに嵌め合い、この状態で図１１Ｂのように仮溶接した場合、レーザ１０４の焦点が合わない状態で電池外装缶１１２と電池蓋１１９の環状立上げ部１６１が仮溶接される場所が発生したり、隙間１６２が空いた状態で仮溶接される場所が発生する。仮溶接は通常本溶接よりも弱い出力で溶接するため、レーザの焦点が合わない状態、または隙間１６２が空いた状態で仮溶接すると、通常より弱い力で仮固定されることになる。この状態で本溶接すると、電池蓋１１９の熱的変形から電池蓋１１９の一部が跳ね上がり、嵌合部の隙間１６２が増加し、平行度が悪化する。その結果、レーザ溶接の密閉不良個所が生じることがあるといった課題を有している。

上記の斜めの嵌め合いや、電池外装缶１１２と電池蓋１１９の隙間１６２の発生を抑制するためには、電池外装缶１１２と電池蓋１１９の形状精度と嵌め合い精度を十分に管理する必要がある。

また、仮溶接部と仮溶接していない部分では、本溶接時の溶接条件が異なる。このため、出力、スピード、パルス数といった同じ溶接条件で本溶接をする場合、仮溶接部は仮溶接していない部分に比べ、レーザ溶接による本溶接の溶け込みが少なくなる。これにより、仮溶接部が強度の低下の起点部になったり、材料によっては２回溶接されることになるため、応力腐食割れの起点となったりする可能性がある。

そこで、本発明者らは、前記従来の課題を解決するため、鋭意検討を行ったところ、以下の発明に至った。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る密閉式電池の製造方法について、図１Ａ〜１Ｄを用いて説明する。図１Ａ〜１Ｄは、電池外装缶１２と電池蓋１９の隙間６２の補正と、電池外装缶１２と電池蓋１９とを固定する方法を説明する断面図である。電池外装缶１２および電池蓋１９は、アルミ、ＳＵＳ、鉄といった金属から構成され、電池外装缶１２および電池蓋１９は同一材料で形成されている。なお、鉄は腐食防止の為、通常はＮｉがメッキされている。

図１Ａに示すように、電池蓋１９は、有底筒状の電池外装缶１２の開口端部２３を封口する円板状の蓋である。電池蓋１９は、円板状の封口板２０の中心に孔を設け、その孔にガスケット２１を介して負極端子１４を固定したものである。負極端子１４は、負極タブ端子１３と溶接されている。

電池蓋１９は、封口板２０の外周端部を厚み方向に屈曲すると共に径方向外側に傾斜した鉤部７０を有する。電池蓋１９は、電池蓋１９の外周端部を電池蓋１９の下面側に屈曲すると共に、径方向外側に広がるように鉤部７０を形成している。鉤部７０は、封口板２０の外周端部に沿って環状に設けられる環状立下げ部７１で形成されている。環状立下げ部７１は、封口板２０の外周端部において電池蓋１９の下面側（下向き）に延びると共に、電池蓋１９の径方向外側に向かって広がる方向に延びている。

電池蓋１９の直径は、電池外装缶１２の開口部１０の内径よりも０．１〜０．５ｍｍ短い直径のものを用いる。このため、電池蓋１９を電池外装缶１２の開口部１０に配置した際に、電池蓋１９と電池外装缶１２との間に隙間６２が生じる。

図１Ａにおいて、鉤部７０の先端、即ち環状立下げ部７１の先端が下を向くように、電池蓋１９が電池外装缶１２の開口部１０内に準備される。具体的には、電池蓋１９を電池外装缶１２の開口部１０内に配置する。

図１Ｂにおいて、電池蓋１９の上面部であってその外周部よりも内周部側の位置に、電池蓋１９の表面を溶融させる程度の出力のレーザ４を照射する。具体的には、電池蓋１９の中心から径方向外側に向かって所定の距離離れた位置で、電池蓋１９の表面にレーザ４を照射する。所定の距離離れた位置とは、電池蓋１９の中心から電池蓋１９の外周端部までの間の位置であればよい。

レーザ４を照射された部分は、表面が溶融し、その後冷却され固化する。このとき図１Ｂに示されるように、溶融、固化の段階で歪み起点７２ａが発生する。歪み起点７２ａとは、レーザ照射された部分において、電池蓋１９の表面の一部が溶融及び固化することにより、歪みが発生した部分である。なお、本明細書においては、歪み起点を第１溶融部と称する場合がある。

電池蓋１９では、レーザが照射された部分である歪み起点７２ａを起点にして、反りが発生する。この反りにより隙間６２を小さくするように補正する。

具体的には、歪み起点７２ａを起点として電池蓋１９を歪ませ、電池蓋１９を上向きに屈曲させる。即ち、電池蓋１９が電池蓋１９の上面側に屈曲し、環状立下げ部７１の先端が上向きにシフトする（持ち上がる）。これにより、環状立下げ部７１の先端が、電池外装缶１２の内壁に向かって移動することによって、歪み起点７２ａを起点として反りが発生した部分において、電池蓋１９の半径（電池蓋１９の中心から電池蓋１９の外周端部までの長さ）が大きくなる。その結果、歪み起点７２ａが形成された側において、電池蓋１９と電池外装缶１２との間の隙間６２を小さくする、又はなくすことができる。

次に、図１Ｃにおいて、電池蓋１９の中心に対して、歪み起点７２ａが形成されている側と反対側に、歪み起点７２ｂを形成する。具体的には、歪み起点７２ａと電池蓋１９の中心とを結ぶ線分を、電池蓋１９の中心から歪み起点７２ａが形成されている側と反対側に延長した線上に歪み起点７２ｂを形成する。歪み起点７２ｂは、歪み起点７２ａと同様の方法で形成される。即ち、歪み起点７２ｂは、電池蓋１９の中心から径方向外側に向かって所定の距離離れた位置で、電池蓋１９の表面にレーザ４を照射することによって形成される。

図１Ｃに示すように、歪み起点７２ｂを起点として電池蓋１９を歪ませ、電池蓋１９の外周端部に設けられた環状立下げ部７１の先端を持ち上げるように電池蓋１９を屈曲させる。これにより、歪み起点７２ｂを起点として電池蓋１９を上向きに反らし、反りが発生した部分において、環状立下げ部７１の先端が電池蓋１９の径方向外側、即ち電池外装缶１２の内壁に向かって移動するため、電池蓋１９の半径が大きくなる。その結果、歪み起点７２ｂが形成された側において、電池蓋１９と電池外装缶１２との間の隙間６２を小さくすることができる。

このように、電池蓋１９の上面に歪み起点７２ａと７２ｂを形成することによって、電池蓋１９の半径を大きくすることで、電池外装缶１２と電池蓋１９との隙間６２を小さくする、又は隙間６２をなくすことができる。

なお、図１Ｂおよび図１Ｃにおいて、レーザ４を照射する位置、即ち、歪み起点７２ａ、７２ｂを形成する位置は、隙間６２の大きさに依存し変更することが可能である。また歪み量はレーザの出力により変えることができ、レーザ出力を大きくして溶融量が大きくなると、歪み量も大きくなる。

次に、図１Ｄにおいて歪み起点７２ａと７２ｂよりも外側に、それぞれレーザ４を照射し、歪み起点７３ａと７３ｂを形成する。具体的には、歪み起点７３ａは、歪み起点７２ａから電池蓋１９の径方向外側に向かって所定の距離離れた位置に形成される。また、歪み起点７３ｂは、歪み起点７２ｂから電池蓋１９の径方向外側に向かって所定の距離離れた位置に形成される。歪み起点７３ａと７３ｂとを、それぞれ、起点にして電池蓋１９を歪ませることによって、電池蓋１９を上向きに屈曲させ、電池蓋１９の外周端部である環状立下げ部７１の先端を持ち上げる。これにより、環状立下げ部７１の先端が電池外装缶１２の内壁に向かって移動し、歪み起点７３ａと７３ｂを起点として反りが発生した部分において、電池蓋１９の半径が更に大きくなる。その結果、環状立下げ部７１の先端が電池外装缶１２の内壁に接触することによって、隙間６２をなくし、電池外装缶１２の開口端部２３に電池蓋１９をより強固に固定することができる。

なお、実施の形態１では、歪み起点７２ａ、７２ｂ、７３ａ及び７３ｂを形成する例について説明したが、これに限定されない。例えば、隙間６２を小さくする補正方法は、歪み起点７２ａ及び７２ｂを形成し、歪み起点７３ａ及び７３ｂを形成しなくてもよい。

図２Ａ〜２Ｅを用いて、隙間６２を小さく補正する方法について詳細に説明する。図２Ａ及び図２Ｂは電池外装缶１２と電池蓋１９の断面構成を示しており、電池蓋１９の中心から径方向外側の一部を模式的に表した図である。図２Ａ〜２Ｅにおいては、歪み起点７２ａを形成した場合の例について説明する。

図２Ａおよび図２Ｂにおいて、電池蓋１９の中心から歪み起点７２までの第１部分８１の長さをＬ_１、歪み起点７２から環状立下げ部７１までの第２部分８２の長さをＬ_２、環状立下げ部７１の長さをＬ_３とする。歪み起点７２ａを基準に、第１部分８１と第２部分８２とのなす角度をθ_２、第２部分８２と環状立下げ部７１とのなす角度をθ_３とする。また、電池蓋１９の中心から電池外装缶１２の内壁までの距離をＲとする。

図２Ａのレーザ４を照射する前の状態において、電池蓋１９の中心から環状立下げ部７１の端部までの距離をＢとすると、図２Ａにおいて下記数式が成り立つ。

本発明においては、図２Ａのレーザ４を照射する前の状態において、電池蓋１９と電池外装缶１２との嵌合いから、Ｂ＜Ｒとなる。即ち、レーザ４の照射前においては、電池蓋１９の寸法（直径）が電池外装缶１２の開口部１０の開口寸法（内径）より小さくなっている。これにより、電池蓋１９と電池外装缶１２とを溶接する前の状態では、電池蓋１９が電池外装缶１２の開口部１０に配置しやすいようになっている。

次に、図２Ｂに示すように、レーザ４を照射した部分である歪み起点７２ａを起点として電池蓋１９を歪ませ、電池蓋１９の環状立下げ部７１の先端（下端）を電池外装缶１２の内壁に向かって移動させることによって、電池蓋１９の半径を大きくする。レーザ４を照射した後の状態において、電池蓋１９の中心から環状立下げ部７１の先端までの距離をＡとすると、下記数式が成り立つ。

本発明においては、図２Ｂのレーザ４を照射した後の状態において、Ａ＞Ｒとなる。即ち、電池蓋１９の直径を電池外装缶１２の内径より大きい状態とすることで、電池蓋１９の外周端部と電池外装缶１２の内壁との間の隙間６２をなくすことができる。

このように、上記数式（１）及び（２）が成立する場合、電池蓋１９を電池外装缶１２の開口部１０に配置した後、隙間６２を小さくする、又は隙間６２をなくし、電池外装缶１２の開口端部２３に電池蓋１９を強固に固定することができる。

数式（１）と数式（２）が成り立つ、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、θ_２、θ_３について、いくつかシミュレーションした結果が、図２Ｃ、図２Ｄ、及び図２Ｅである。なお、図２Ｃ〜２Ｅに示すＲ、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４、θ_２、θ_３の値は、例示であって、これらの値に限定されない。

図２Ｃは、第１部分８１と第２部分８２とのなす角度θ_２をパラメータとして変更した場合にＡ＞Ｒとなるか否かのシミュレーション結果を示す。図２Ｃに示すように、シミュレーションの条件としては、Ｒ＝１０ｍｍ、Ｌ_１＝６ｍｍ、Ｌ_２＝３ｍｍ、Ｌ_３＝３ｍｍ、θ_３＝８０°とした。数式（１）により、Ｂ＝９．５２１ｍｍとなり、Ｂ＜Ｒとなる。また、θ_２については、２°以上２０°以下で２°ずつ変化させた。

図２Ｃに示すシミュレーション結果においては、θ_２の角度が大きくなるのに伴い、距離Ａが大きくなっている。即ち、θ_２の角度が大きくなるのに伴い、電池蓋１９と電池外装缶１２との隙間（Ｒ−Ｂ）が小さくなっている。また、θ_２の角度が１２°以上になると、Ａ＞Ｒとなった。

図２Ｄは、図２Ｃに示すシミュレーション条件と比べて、Ｌ_１の長さを長くしてＬ_２を短くした場合のシミュレーション結果を示す。図８Ｄのシミュレーション条件は、Ｌ_１＝８ｍｍ、Ｌ_２＝１ｍｍとした。図２Ｄの他のシミュレーション条件は、Ｌ_１及びＬ_２を除いて図２Ｃに示す条件と同じである。

図２Ｄに示すシミュレーション結果においても、θ_２の角度が大きくなるのに伴い、距離Ａが大きくなり、電池蓋１９と電池外装缶１２との隙間（Ｒ−Ｂ）が小さくなっている。また、θ_２の角度が１０°以上になると、Ａ＞Ｒとなった。

図２Ｃ及び図２Ｄに示すシミュレーション結果において、それぞれレーザ４を照射する前の状態では、電池蓋１９と電池外装缶１２との隙間（Ｒ−Ｂ）は０．４７９ｍｍで同じである。レーザ４を照射して歪み起点７２ａにおいて、θ_２の角度が発生すると、距離Ａが大きくなり、隙間（Ｒ−Ｂ）は小さくなる。θ_２の角度が大きくなるほど、距離Ａが大きくなり、隙間（Ｒ−Ｂ）はより小さくなる。そして、距離Ａの大きさがＲ＝１０ｍｍを超えた時点で、隙間（Ｒ−Ｂ）は完全になくなる。歪み量（角度θ_２）は、歪み起点７２ａにおける電池蓋１９の表面の溶融量で制御することができる。なお、溶融量は、例えば、レーザ４の出力によって制御することができる。

図２Ｅは、図２Ｄに示すシミュレーション条件と比べて、θ_３の角度を小さくした場合のシミュレーション結果を示す。図２Ｅのシミュレーション条件は、θ_３＝７５°とした。図２Ｅの他のシミュレーション条件は、θ_３を除いて図２Ｄに示す条件と同じである。

図２Ｅに示すシミュレーション結果においても、θ_２の角度が大きくなるのに伴い、距離Ａが大きくなり、電池蓋１９と電池外装缶１２との隙間（Ｒ−Ｂ）が小さくなっている。また、θ_２の角度が６°以上になると、Ａ＞Ｒとなった。即ち、θ_３が小さい方が、θ２の角度が小さい（歪み量が小さい）状態でも、Ａ＞Ｒとなる。

図３Ａ〜３Ｇは、本発明の実施の形態１を説明するための電池蓋１９及び電池外装缶１２の上面図であり、図１Ａ〜１Ｄの補正方法を補足説明するための図である。なお、図３Ａ〜３Ｄにおいては、隙間６２を見やすくするために、隙間６２の部分にハッチングを付している。また、図３Ｃ〜３Ｇにおいては、歪み起点７２、７３についてハッチングを付している。更に、図３Ｇにおいては、溶接部９４についてハッチングを付している。

図３Ａの電池外装缶１２と、電池蓋１９の外周部に位置する環状立下げ部７１との間の隙間６２を補正する。図３Ｂにおいてレーザ照射により歪み起点７２ａを形成する。

具体的には、歪み起点７２ａを起点として電池蓋１９を歪ませ、電池蓋１９を上向きに屈曲させる。これにより、電池蓋１９では、電池蓋１９の外周端部である環状立下げ部７１の先端（下端）を持ち上げることによって、反りが生じる。この反りが生じている部分において、電池蓋１９の半径（電池蓋１９の中心から電池蓋１９の外周端部までの長さ）が大きくなる。即ち、電池蓋１９の中心から歪み起点７２ａへの方向における電池蓋１９の半径が大きくなる。その結果、隙間６２を小さくすることができる。

図３Ｂにおいて、電池蓋１９の中心に対して歪み起点７２ａを形成した部分以外で隙間６２がある場合は、図１Ａ〜１Ｄの説明と同様に、歪み起点を形成し、さらに隙間６２を小さくするように補正する。

図３Ｃに示すように、電池蓋１９の中心を基準にして、歪み起点７２ａの反対側に、歪み起点７２ｂを形成する。このとき、歪み起点７２ｂを起点として生じた電池蓋１９の反りによって、歪み起点７２ｂを形成した側の電池蓋１９の半径が大きくなる。これにより、歪み起点７２ｂが形成されている側の隙間６２を小さくすることができる。

さらに、図３Ｄに示すように、歪み起点７２ａ、７２ｂと異なる位置に歪み起点７２ｃ、７２ｄを形成することによって、隙間６２を小さくするように補正する。例えば、図３Ｄに示すように、歪み起点７２ａ及び７２ｂが電池蓋１９の中心を挟んでＸ方向に並べて形成されるのに対し、歪み起点７２ｃ及び７２ｄは、Ｘ方向に直交するＹ方向に並べて形成される。

さらに、図３Ｅに示すように、隙間６２がなくなるまで、電池蓋１９の上面に歪み起点７２を順次形成し続ける。なお、図３Ｅでは、歪み起点７２ａ、７２ｂ、７２ｃ及び７２ｄは、歪み起点７２として示されている。実施の形態１では、複数の歪み起点７２は、電池蓋１９の中心を中心とする同心円上に形成されている。言い換えると、複数の歪み起点７２は、電池蓋１９の中心までの距離が同じである。また、複数の歪み起点７２は、電池蓋１９の中心を回転中心として４５°ずつずらした位置に形成されている。

さらに、図３Ｆに示すように、複数の歪み起点７２の外側に複数の歪み起点７３を形成することで、電池外装缶１２と電池蓋１９とを強固に固定する。実施の形態１では、複数の歪み起点７３の数は、複数の歪み起点７２の数より多く形成されている。図３Ｆに示す例では、複数の歪み起点７２の数が８個であるのに対し、複数の歪み起点７３の数は１６個である。複数の歪み起点７３は、複数の歪み起点７２と同様に、電池蓋１９の中心を中心とする同心円上に形成されている。複数の歪み起点７３は、電池蓋１９の中心を回転中心として２２．５°ずつずらした位置に形成されている。

最後に、図３Ｇに示すように、電池外装缶１２の開口端部２３と電池蓋１９の鉤部７０とを溶接するための溶接部９４を形成する。溶接部９４を形成することによって、電池外装缶１２と電池蓋１９とを溶接し、電池外装缶１２を密閉することができる。なお、本明細書では、溶接部９４を第２溶融部と称する場合がある。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の実施の形態１を説明するための断面図であり、電池蓋１９が斜めに嵌合いしたときの隙間６２の補正を説明する図である。図４Ａ及び図４Ｂにおいては、電池蓋１９が電池外装缶１２の開口部１０に斜めに傾斜した状態で嵌合している。この状態においては、電池蓋１９の中心より低い側に位置する環状立下げ部７１が電池外装缶１２の内壁に接触しており、電池蓋１９の中心より高い側に位置する環状立下げ部７１と電池外装缶１２の内壁との間に隙間６２が形成されている。

図１Ａ〜１Ｄの説明と同様に、図４Ａに示すように、電池蓋１９の中心より低い側に位置する電池蓋１９の上面にレーザ４を照射することによって、歪み起点７２を形成する。その結果、図４Ｂに示すように、歪み起点７２を起点として電池蓋１９が歪み、屈曲することによって、電池蓋１９の中心より高い側に位置する環状立下げ部７１を下げることができる。これにより、隙間６２を小さくするか、又はなくすことができる。

図４Ｂにおいて、隙間６２が残っている場合は、図１Ａ〜１Ｄの説明と同様に、更に、歪み起点７２、７３を形成し、さらに隙間６２を補正する。これを繰り返すことで、電池蓋１９が電池外装缶１２の開口部１０に対して斜めに挿入された場合であっても、隙間６２をなくすことができる。その結果、電池蓋１９と電池外装缶１２との高精度な溶接が可能となり、信頼性の高い封口が実現される。

このように、本発明の密閉式電池の製造方法では、電池外装缶１２の開口部１０の内径より小さい直径を有する電池蓋１９を、電池外装缶１２の開口部１０内に配置する。その後、電池蓋１９の上面に、歪み起点７２（第１溶融部）を形成することによって、電池蓋１９を歪ませ、電池蓋１９を厚み方向において電池蓋１９の上面側に屈曲させる。これにより、環状立下げ部７１の先端を電池外装缶１２の内壁に向かって移動させることができ、歪み起点７２が形成されている側の電池蓋１９の半径を大きくすることができる。その結果、歪み起点７２が形成されている側において、電池蓋１９と電池外装缶１２との間の隙間６２を小さくする、又はなくすことができる。

また、環状立下げ部７１の先端を電池外装缶１２の内壁に向かって移動させることによって、電池蓋１９の環状立下げ部７１を電池外装缶１２の内壁に接触させることができる。これにより、電池外装缶１２の開口部１０内に電池蓋１９を強固に固定することができる。その結果、電池蓋１９を電池外装缶１２の開口端部２３に仮止めをしなくても、例えば、レーザ溶接することによって溶接部９４（第２溶融部）を形成し、電池外装缶１２の開口部１０を封口することができる。

したがって、本発明の実施の形態１に係る密閉式電池の製造方法によれば、電池外装缶に対して電池蓋１９の嵌め合いに適し、電池蓋１９の位置ずれによる隙間の発生を抑え、且つ、溶接後の溶接不良が発生しにくい密閉式電池を製造することができる。

なお、実施の形態１では、歪み起点７２、７３及び溶接部９４は、レーザ４によって形成される例について説明したが、これに限定されない。歪み起点７２，７３及び溶接部９４は、電池蓋１９の上面を溶融可能な任意の手段で形成してもよい。

実施の形態１では、図３Ａ〜３Ｇにおいて、歪み起点７２，７３は、電池蓋１９の中心を中心として、同心円上に等間隔で形成される例について説明したが、これに限定されない。歪み起点７２，７３は、電池蓋１９の上面に形成されていればよい。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る密閉式電池の製造方法について、図５Ａ〜５Ｃを用いて説明する。具体的には、図５Ａ〜５Ｃを用いて、電池蓋１９ａと電池外装缶１２との隙間６２を小さくする方法について詳細に説明する。

実施の形態２では、主に実施の形態１と異なる点について説明する。実施の形態２においては、実施の形態１と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態２では、実施の形態１と重複する記載は省略する。

実施の形態２においては、電池蓋１９ａが下向きに傾斜する傾斜部８３を有する点、及び鉤部７０ａが電池蓋１９ａの外周端部を上向きに屈曲して形成されている点が実施の形態１と異なる。

図５Ａ及び図５Ｂは電池外装缶１２と電池蓋１９ａの断面構成を示しており、電池蓋１９ａの中心から径方向外側の一部を模式的に表した図である。図５Ａ〜５Ｃにおいては、歪み起点７２を形成した場合の例について説明する。

図５Ａに示すように、実施の形態２においては、電池蓋１９ａは、平坦な第１部分８１及び第２部分８２と、傾斜部８３と、環状立上げ部８４とを有する。なお、本明細書では、第１部分８１と第２部分８２とを平坦部と称する場合がある。

実施の形態２では、平坦部を構成する第１部分８１及び第２部分８２は、電池蓋１９ａの中心から径方向外側に向かって延びる平坦な部分である。

傾斜部８３は、鉤部７０ａ、即ち環状立上げ部８４よりも内側において、円板状の封口板２０を電池蓋１９ａの下面側に屈曲して形成される。具体的には、傾斜部８３は、第２部分８２（平坦部）から下向きに傾斜して延びて鉤部７０ａに接続される。傾斜部８３は、第２部分８２の延びる方向に対して角度θ_３を有して傾斜している。

実施の形態２において、鉤部７０ａは、電池蓋１９ａの外周端部を、電池蓋１９ａの上面側に屈曲することによって形成されている。具体的には、鉤部７０ａは、傾斜部８３の端部に沿って環状に設けられた環状立上げ部８４で形成されている。環状立上げ部８４は、上向きに延びると共に、電池蓋１９の径方向外側に向かって広がる方向に延びている。環状立上げ部８４は、傾斜部８３の延びる方向に対して角度θ_４を有して上向きに延びている。

図５Ａにおいて、７０ａの先端、即ち環状立上げ部８４の先端が上を向くように、電池蓋１９ａが開口部１０内に準備される。具体的には、電池蓋１９ａを電池外装缶１２の開口部１０内に配置する。

図５Ａ及び図５Ｂは電池外装缶１２と電池蓋１９ａの断面構成を示しており、電池蓋１９ａの中心から径方向外側の一部を模式的に表した図である。図５Ａおよび図５Ｂにおいて、電池蓋１９ａは環状の傾斜部８３と環状立上げ部８４を有する。

実施の形態２において、図５Ａに示すように、電池蓋１９の中心から歪み起点７２までの第１部分８１の距離をＬ_１、歪み起点７２から傾斜部８３までの第２部分８２の距離をＬ_２、傾斜部８３の長さをＬ_３とする。歪み起点７２を基準に、第１部分８１と第２部分８２とのなす角度をθ_２、第２部分８２と傾斜部８３とのなす角度をθ_３、傾斜部８３と環状立上げ部８４とのなす角度をθ_４とする。また、電池蓋１９ａの中心から電池外装缶１２までの距離をＲとする。

図５Ａのレーザ４を照射する前の状態において、電池蓋１９ａの中心から環状立上げ部８４の端部までの距離をＢとすると、下記数式が成り立つ。

本発明においては、電池蓋１９ａと電池外装缶１２とを溶接する前の状態では、電池蓋１９ａと電池外装缶１２との嵌合いから、Ｂ＜Ｒとなる。これにより、電池蓋１９ａが電池外装缶１２の開口部１０内に配置しやすくなっている。

次に、図５Ｂに示すように、電池蓋１９ａの上面にレーザ４を照射することによって、歪み起点７２を形成する。このとき、歪み起点７２を起点として第２部分８２を歪ませることによって、第２部分８２が電池蓋１９ａの上向きに屈曲する。これにより、傾斜部８３が上向きにシフトし、環状立上げ部８４の先端が電池外装缶１２の内壁に向かって移動する。

図５Ｂのレーザ４を照射した後の状態において、電池蓋１９の中心から環状立下げ部７１の端部までの距離をＡとすると、下記数式が成り立つ。

本発明においては、図５Ｂのレーザ４を照射した後の状態において、Ａ＞Ｒとなる。即ち、電池蓋１９ａの直径が電池外装缶１２の内径より大きい状態となることで、電池蓋１９ａの外周端部と電池外装缶１２の内壁との間の隙間６２をなくすことができる。

このように、上記数式（３）及び（４）が成立する場合、電池蓋１９ａを電池外装缶１２の開口部１０に配置した後、隙間６２をなくすと共に、電池外装缶１２の開口端部２３に電池蓋１９ａを強固に固定することができる。

数式（３）と数式（４）が成り立つ、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４、θ_２、θ_３、θ_４について、シミュレーションした結果が、図５Ｃである。なお、図５Ｃに示すＲ、Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３、Ｌ_４、θ_２、θ_３、θ_４の値は、例示であって、これらの値に限定されない。

図５Ｃは、第１部分８１と第２部分８２とのなす角度θ_２をパラメータとして変更した場合にＡ＞Ｒとなるか否かのシミュレーション結果を示す。図５Ｃに示すように、シミュレーションの条件としては、Ｒ＝１０ｍｍ、Ｌ_１＝３ｍｍ、Ｌ_２＝３ｍｍ、Ｌ_３＝３．４ｍｍ、θ_３＝１０°、θ_４＝８５°とした。数式（１）により、Ｂ＝９．８６６ｍｍとなり、Ｂ＜Ｒとなる。また、θ_２については、１°以上１０°以下で１°ずつ変化させた。

図５Ｃに示すシミュレーション結果においては、θ_２の角度が大きくなるのに伴い、距離Ａが大きくなっている。即ち、θ_２の角度が大きくなるのに伴い、電池蓋１９ａと電池外装缶１２の隙間（Ｒ−Ｂ）が小さくなっている。また、θ_２の角度が４°以上になると、Ａ＞Ｒとなった。

前記実施形態１と同様に実施形態２においても、歪み量（角度θ_２）は、歪み起点７２ａにおける電池蓋１９ａの表面の溶融量で制御することができる。なお、溶融量は、例えば、レーザ４の出力によって制御することができる。

以上のように設計することで、隙間６２を小さくする、又はなくすように補正して、高精度な溶接が可能となり、信頼性の高い封口が実現される。

図６Ａ〜６Ｄを用いて、電池外装缶１２と電池蓋１９の隙間６２の補正と、電池外装缶１２と電池蓋１９ａとを固定する方法を説明する。図６Ａ〜６Ｄは、電池蓋１９ａ及び電池外装缶１２の上面図である。なお、図６Ａ〜６Ｄにおいては、隙間６２を見やすくするために、隙間６２の部分にハッチングを付している。また、図６Ｂ〜６Ｄにおいては、歪み起点７２、７３についてハッチングを付している。

図６Ａに示すように、電池蓋１９ａを電池外装缶１２の開口部１０内に配置する。

図６Ｂに示すように、電池蓋１９ａの上面にレーザ４を照射することによって、歪み起点７２を形成する。このとき、歪み起点７２を起点として電池蓋１９ａを歪ませることによって、電池蓋１９ａの傾斜部８３が上向きにシフトする。これにより、環状立上げ部８４の先端が電池外装缶１２の内壁に向かって移動し、歪み起点７２が形成されている側の電池蓋１９ａの半径が大きくなる。その結果、隙間６２を小さくすることができる。

図６Ｂにおいて、歪み起点７２による隙間６２の補正量が少ない場合は、歪み起点を形成し、さらに隙間６２を小さくするように補正することが可能である。例えば、図６Ｃに示すように、歪み起点７２よりも外側の位置で、歪み起点７３ａを形成してもよい。

また、さらに隙間６２を小さくするために、図６Ｄに示すように、電池蓋１９ａに対して、歪み起点７２、７３ａが形成されている側と反対側に、歪み起点７３ｂを形成してもよい。

このように、実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、電池蓋１９ａの上面に歪み起点７２、７３を形成することによって、歪み起点７２、７３側における電池蓋１９ａの半径を大きくすることができる。これにより、隙間６２を小さくする、又はなくすことができる。また、電池外装缶１２の開口部１０内に電池蓋１９ａを強固に固定することができる。

即ち、本発明の実施の形態２に係る密閉式電池の製造方法によれば、電池外装缶１２に対して電池蓋の嵌め合いに適し、電池蓋１９ａの位置ずれによる隙間６２の発生を抑え、且つ、溶接後の溶接不良が発生しにくい密閉式電池を製造することができる。

本発明の密閉型電池の封口は、電池外装缶の開口に電池蓋を溶接してなる円筒電池において、電池外装缶の開口端縁と電池蓋の端縁を確実に溶融している。このため、十分な強度と高い密封性を有する溶接部を生産性良く形成することができ、塩化チオニルリチウム電池、二酸化マンガンリチウム電池、リチウムイオン電池等を長期間にわたって安定使用するのに有用である。

４レーザ
１０開口部
１１正極タブ端子
１２電池外装缶
１３負極タブ端子
１４負極端子
１５正極板
１６負極板
１７電極巻取品
１８セパレータ
１９、１９ａ電池蓋
２０封口板
２１ガスケット
２２嵌合部
２３開口端部
６２隙間
７０、７０ａ鉤部
７１環状立下げ部
７２，７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ歪み起点
７３，７３ａ，７３ｂ歪み起点
８１第１部分
８２第２部分
８３傾斜部
８４環状立上げ部
９４溶接部
１０４レーザ
１１０開口部
１１１正極タブ端子
１１２電池外装缶
１１３負極タブ端子
１１４負極端子
１１５正極板
１１６負極板
１１７電極巻取品
１１８セパレータ
１１９電池蓋
１２０封口板
１２１ガスケット
１２２嵌合部
１２３開口端部
１６１環状立上げ部
１６２隙間
２１２電池外装缶
２１９電池蓋
２２２嵌合部
２４１，２４２，２４３，２４４仮止め部位
３１２電池外装缶
３２３開口端部
３１９電池蓋
３０４レーザ
３４５長辺側上端部
３４６短辺側上端部

Claims

電池外装缶の開口部を電池蓋によって封口する密閉型電池の製造方法において、
外周端部を厚み方向に屈曲すると共に径方向外側に傾斜した鉤部を有する電池蓋であって、前記電池蓋の中心から前記鉤部の端部までの距離が前記電池蓋の中心から前記電池外装缶の内壁までの距離より小さい前記電池蓋を、前記開口部に準備するステップ、
前記電池蓋の一部を溶融させて第１溶融部を形成することにより、前記第１溶融部を起点にして前記電池蓋の前記鉤部側を前記第１溶融部側へ歪ませることで、前記鉤部の先端を前記電池外装缶の内壁に向かって移動させるステップ、および
前記第１溶融部よりも外側で、前記電池蓋の前記鉤部と前記電池外装缶の開口端部とを溶接する第２溶融部を形成することによって、前記電池外装缶と前記電池蓋とを溶接するステップ、
を含む、密閉型電池の製造方法。
前記鉤部は、前記電池蓋の外周端部を、前記電池蓋の下面側に屈曲することによって形成されている、
請求項１に記載の密閉型電池の製造方法。
前記電池蓋は、前記鉤部よりも内側に、前記電池蓋の下面側に屈曲して形成される傾斜部を有し、
前記鉤部は、前記電池蓋の外周端部を、前記電池蓋の上面側に屈曲することによって形成されており、
前記鉤部の先端を前記電池外装缶の内壁に向かって移動させるステップは、前記第１溶融部を、前記傾斜部よりも内側の前記電池蓋の上面に形成すること、を含む、
請求項１に記載の密閉型電池の製造方法。