專利名稱：密閉型電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及密閉型電池及其制造方法，特別涉及從電極組導(dǎo)出的引線和封口板的接合構(gòu)造。
背景技術(shù)：
近年來，作為便攜用電子設(shè)備等的驅(qū)動用電源而正在擴(kuò)大應(yīng)用范圍且高容量的、 以堿蓄電池為代表的水系電解液電池和以鋰離子電池為代表的非水系電解液電池等的密閉型電池已經(jīng)得到廣泛使用。而且伴隨近年來的電子設(shè)備和通信設(shè)備的多功能化，期望密閉型電池的進(jìn)一步高容量化。一方面使這些密閉型電池的高容量化得以發(fā)展，而另一方面， 應(yīng)該重視的是安全對策，特別是因密閉型電池內(nèi)的內(nèi)部短路等，也有可能發(fā)生急劇的溫度上升，從而導(dǎo)致熱失控，因而強(qiáng)烈要求提高安全性。特別是在大型且高輸出的密閉型電池中，必須設(shè)法提高抑制熱失控等的安全性。這些密閉型電池被設(shè)計為如下的密閉構(gòu)造將隔著隔膜卷繞或?qū)盈B正極板和負(fù)極板所形成的電極組與電解液一起收納在電池殼體內(nèi)，電池殼體的開口部經(jīng)由墊圈而用封口板進(jìn)行封口。而且從電極組的一個極板(例如正極板)導(dǎo)出的引線連接在兼具一個外部端子的封口板上，從電極組的另一個極板(例如負(fù)極板)導(dǎo)出的引線連接在兼具另一個外部端子的電池殼體的內(nèi)表面上。此外，引線與封口板或電池殼體的內(nèi)表面的連接廣泛使用電阻焊接。但是，對電池殼體的開口部進(jìn)行封口的工序采用如下的方法來進(jìn)行在將電極組收納于電池殼體內(nèi)的狀態(tài)下，將從電極組導(dǎo)出的引線與封口板進(jìn)行電阻焊接，之后折彎引線而收納在電池殼體內(nèi)，然后用封口板密閉電池殼體的開口部來進(jìn)行。在此情況下，當(dāng)將從電極組導(dǎo)出的引線與封口板進(jìn)行電阻焊接時，飛濺物(主要是從引線的焊接部脫離的金屬粒子)向周圍飛散，如果該飛散的飛濺物混入電池殼體內(nèi)的電極組中，則有可能損傷隔膜而引起內(nèi)部短路?；蛘?，如果飛散的飛濺物附著于安設(shè)在封口板的周邊部的墊圈上，則在電池殼體的開口部介入墊圈而對封口板進(jìn)行斂縫封口時，墊圈的通過斂縫封口所形成的狹壓部有可能被飛濺物剪斷，從而電池殼體和封口板經(jīng)由飛濺物而接觸短路。對于因這樣的飛濺物的混入等而引起的短路的發(fā)生，例如，當(dāng)將從電極組導(dǎo)出的引線與封口板進(jìn)行電阻焊時，為使飛散的飛濺物不混入電池殼體內(nèi)，也有在制作時用薄板等事先覆蓋電池殼體的開口部的方法，但由于不能完全覆蓋，因而在防止飛濺物的混入方面是不充分的。對此，如果使用超聲波焊接以代替電阻焊接而進(jìn)行接合，則由于不會發(fā)生電阻焊接那樣的熔融，因而原理上可以阻止飛濺物的混入。但是，超聲波焊接的接合與電阻焊接相比，其接合強(qiáng)度差，而且由于超聲波振動，在封口板具有用于防爆的安全機(jī)構(gòu)的情況下，有可能對其功能產(chǎn)生影響以及活性物質(zhì)有可能從電極板上剝離，因而在可靠性方面不是優(yōu)選的。由于通常使用鋁作為鋰離子二次電池正極板的集電體的材質(zhì)，因而從正極板導(dǎo)出的引線也使用鋁。再者，為謀求輕量化，電池殼體和封口板也開始使用鋁。在此情況下，引線和封口板的焊接成為鋁彼此之間的連接，但一般地說，鋁與鋼相比，電導(dǎo)率和熱傳導(dǎo)率較高，在電阻焊接時必須短時間通過大電流，與鋼的焊接相比，電阻焊接時使用的焊條的損耗激烈，從而難以進(jìn)行長時間穩(wěn)定的焊接。于是，在引線和封口板的焊接中，采用了使用可以局部地使能量集中的脈沖振動的YAG激光的激光焊接。該激光焊接由于可以使激光聚集至很小，因而與電阻焊接相比可以減小熔融面積，相應(yīng)地也可以降低飛散的飛濺物的量。作為脈沖振動的YAG激光焊接的一個例子，提出了如下的方法如圖6所示，通過使用激光在2點(diǎn)以上連續(xù)焊接用于密閉收納有使隔膜介于正極板和負(fù)極板之間的極板組 41的電池殼體的開口部的封口板101、和從極板組41導(dǎo)出的引線111，使焊接部142的拉伸強(qiáng)度增加，從而提高電池的可靠性(例如參照專利文獻(xiàn)1)。另外，作為其它的方法，提出了如下的方法如圖7所示，在從將正極板和負(fù)極板隔著隔膜層疊而成的極板組導(dǎo)出的引線111和封口板101的接合時，通過在引線111的寬度方向激光接合2處以上、且在引線111的長度方向也激光接合2處以上，便在2排的焊接部142的作用下，引線111和封口板101的接合強(qiáng)度得以提高(例如參照專利文獻(xiàn)2)。先行技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開2000-299099號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2007-2；34276號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題但是，在上述的專利文獻(xiàn)1、2所記載的現(xiàn)有技術(shù)中，進(jìn)行了包括在引線和封口板的接合中使用脈沖振動的YAG激光焊接的鋰離子二次電池的強(qiáng)度的可靠性評價，結(jié)果以一定的比率出現(xiàn)了產(chǎn)生被認(rèn)為起因于短路的發(fā)熱的鋰離子二次電池。本申請發(fā)明人以抑制內(nèi)部短路的發(fā)生為目的，對從電極組導(dǎo)出的引線和封口板的焊接進(jìn)行了各種各樣的潛心研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)存在如下的課題。如果更詳細(xì)地研究一下產(chǎn)生這種發(fā)熱的鋰離子二次電池，則確認(rèn)發(fā)生了因墊圈剪斷引起的電池殼體的開口部和封口板的短路、因隔膜損傷引起的內(nèi)部短路。而且對成為其短路原因的異物進(jìn)行了分析，結(jié)果可知含有作為引線和封口板的材料的鋁。由此發(fā)現(xiàn)在從極板組導(dǎo)出的引線和封口板的焊接工序中，起因于某些制造工序上的外部要因的變動，激光焊接時飛濺物飛散，該飛濺物附著在墊圈上，或者混入至電池殼體內(nèi)。由于從極板組導(dǎo)出的引線位置的偏差和激光照射位置的偏差，飛濺物在激光照射引線的一端的情況下較多地發(fā)生。使用現(xiàn)有技術(shù)的脈沖振動的YAG激光而將引線與封口板進(jìn)行激光焊接的方法如圖5(a) (f)所示。圖5(a)、圖5(b)、圖5(c)是剖視圖，圖5 (d)、圖5 (e)、圖5 (f)是從上面看的俯視圖。如圖5(a)所示，不發(fā)生間隙地使引線111抵接在封口板101上。如圖5(d)所示， 在引線111的端部抵接于封口板101的中央附近的狀態(tài)下進(jìn)行配置。
其次，如圖5(b)所示，從引線111的表面向抵接的封口板101的方向開始激光121 的照射以形成熔融部151。如圖5(e)所示，對封口板101的中央附近的引線111進(jìn)行激光焊接而在引線111上形成熔融部151。其次，如圖5(c)所示，一邊沿引線111的寬度方向照射激光121—邊進(jìn)行掃描，只照射引線111的表面而形成熔融部151，該熔融部151便發(fā)生凝固而形成焊接部141。在圖 5(f)中，表示了在封口板101的中央附近的引線111上因激光焊接所形成的熔融部151和該熔融部151發(fā)生凝固所形成的焊接部141的位置關(guān)系。在此，YAG激光有連續(xù)地發(fā)出激光的連續(xù)振動(CW)YAG激光和以脈沖狀發(fā)出激光的脈沖振動的YAG激光，其中的任一種都能進(jìn)行引線和封口板的焊接。但是，由于脈沖振動的YAG激光將能量儲存起來并在瞬間釋放，因而可以降低平均功率。另外，由于脈沖振動的 YAG激光與連續(xù)振動(CW)YAG激光相比散熱較大，因而在掃描中容易使焊接開始和結(jié)束的熔融部溫度相同，因而一般使用脈沖振動的YAG激光。下面對脈沖振動的YAG激光進(jìn)行進(jìn)一步的說明。脈沖振動的YAG激光由于與本發(fā)明所使用的纖維激光相比較，其聚光性較低，因而在焊接中使用的在采用了光纖和聚光透鏡的光學(xué)系統(tǒng)中的加工點(diǎn)的激光的光斑直徑比纖維激光大1個數(shù)量級，實(shí)際為0. 3 0. 8mm左右，等同于或者大于引線111的厚度。在圖 5(b)和圖5(e)中，激光121開始照射引線111的端部時，在引線111端部的寬廣的范圍內(nèi)形成熔融部151。這時，熔融部151的中心部由于熱無法向周邊散發(fā)，因而溫度急劇上升，熔融金屬的一部分飛散而產(chǎn)生飛濺物131。在產(chǎn)生的飛濺物131較大的情況下，有可能產(chǎn)生如圖5(c)和圖5(f)所示那樣的開孔116。這樣一來，如果欲使用激光121的光斑直徑與引線111的厚度相同或比引線111 的厚度大的脈沖振動的YAG激光而將引線111與封口板101進(jìn)行焊接，則不論是照射的開始、中途還是結(jié)束時，在照射引線111的外側(cè)時，一定會發(fā)生飛濺物113，特別是在照射引線 111的端部的情況下，產(chǎn)生較多的飛濺物131。因此，如圖5(b)和圖5(e)所示，只在引線 111的表面進(jìn)行激光焊接。為防止這樣的飛濺物113的發(fā)生，不從引線111表面的一端照射到另一端，而是要在引線111表面內(nèi)的狹小范圍穩(wěn)定地進(jìn)行焊接。于是，焊接長度變短，接合強(qiáng)度降低，由于振動等引線111從封口板101上掉下，從而不能發(fā)揮作為電池的性能了。因此，為確保作為密閉型電池的性能，不得不增加焊接長度。因此，必須從引線111 端部的附近到相反側(cè)端部的附近照射激光，由于引線111位置的偏差和激光照射位置的偏差，難以通過照射引線111的端部而抑制飛濺物131的發(fā)生，存在較多地發(fā)生不良現(xiàn)象的課題。本發(fā)明是鑒于上述以前的課題而完成的，其主要目的在于提供一種密閉型電池， 其可以降低引線和封口板在激光焊接時的飛濺物的影響，同時沒有開孔和接合強(qiáng)度的降低，且具有穩(wěn)定的高可靠性。用于解決課題的手段為達(dá)到上述目的，本發(fā)明涉及一種密閉型電池，其將由正極板和負(fù)極板隔著隔膜卷繞或?qū)盈B而成的電極組收納在電池殼體內(nèi)，并用封口板對該電池殼體的開口部進(jìn)行封口，其特征在于，從所述電極組的任一個極板導(dǎo)出的引線采用激光焊接與所述封口板焊接在一起，所述引線和所述封口板的焊接部至少跨越所述引線的端部而形成為線狀。
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發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，在引線和封口板的激光焊接工序中，即使產(chǎn)生引線位置的偏差和激光照射位置的偏差等的制造工序上的外部要因的變動，也可以維持引線和封口板的接合強(qiáng)度，同時沒有引線的開孔，可以大幅度降低激光焊接時的飛濺物的發(fā)生，由此，可以穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)抑制了飛濺物的混入且具有高可靠性的密閉型電池。


圖1是示意表示本發(fā)明的一個實(shí)施方式的密閉型電池的構(gòu)成的剖視圖。圖2(a)是本發(fā)明的一個實(shí)施方式的激光接合部的剖視圖，圖2(b)是激光接合部的俯視圖。圖3(a) (C)是表示本發(fā)明的一個實(shí)施方式的引線和封口板的激光焊接工序的剖視圖，圖3(d) (f)是其俯視圖。圖4(a) (f)是表示本發(fā)明的其它實(shí)施方式的引線和封口板的焊接部的構(gòu)成的俯視圖。圖5(a) (c)是表示使用以前的脈沖振動YAG激光的引線和封口板的激光焊接工序的剖視圖，圖5(d) (f)是其俯視圖。圖6是表示以前的將引線與封口板進(jìn)行激光焊接所得到的電池的構(gòu)成的局部示意圖。圖7是表示以前的引線和封口板的焊接部的構(gòu)成的局部放大圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的密閉型電池將正極板和負(fù)極板隔著隔膜卷繞或?qū)盈B而成的電極組收納在電池殼體內(nèi)，并用封口板對該電池殼體的開口部進(jìn)行封口，其中，從電極組的任一個極板導(dǎo)出的引線采用激光焊接與封口板焊接在一起，引線和封口板的焊接部至少跨越引線的端部而形成為線狀。由此，可以大幅度地降低激光焊接時的飛濺物的發(fā)生，同時可以提高引線和封口板的接合強(qiáng)度。其結(jié)果是，可以穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)抑制了引線的開孔且具有高可靠性的密閉型電池。在此，引線優(yōu)選用具有比該引線的厚度更小的光斑直徑的激光進(jìn)行連續(xù)掃描，從而采用激光焊接與封口板焊接在一起。由此，可以抑制引線的開孔和飛濺物的發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)引線和封口板的接合強(qiáng)度較高且具有可靠性的密閉型電池。另外，焊接長度相對于焊接部的焊接寬度之比優(yōu)選為4以上。由此，可以實(shí)現(xiàn)接合強(qiáng)度較高的密閉型電池。另外，引線和封口板優(yōu)選用以鋁作為主要成分的材料構(gòu)成。以鋁作為主要成分的材料由于熱傳導(dǎo)率高，因而可以通過冷卻來抑制過度的溫度上升，抑制飛濺物的發(fā)生，并加快熔融部的凝固。再者，以鋁作為主要成分的材料由于電導(dǎo)率高，因而集電效率好，盡管重量輕，但也能實(shí)現(xiàn)提高了接合強(qiáng)度且具有高可靠性的密閉型電池。本發(fā)明的密閉型電池的制造方法包括以下工序?qū)⒄龢O板和負(fù)極板隔著隔膜進(jìn)行卷繞或?qū)盈B而形成電極組的工序，將引線的一端連接在電極組的任一個極板上的工序，將電極組收納在電池殼體內(nèi)的工序，使引線的另一端與封口板抵接、通過一邊用具有比引線的厚度更小的光斑直徑的激光進(jìn)行連續(xù)掃描一邊從引線側(cè)照射該激光而將引線的另一端與封口板進(jìn)行激光焊接的工序，以及將電池殼體的開口部用封口板進(jìn)行封口的工序；其中， 激光至少從封口板的表面跨越引線的端部而在該引線的表面掃描。由此，即使產(chǎn)生引線和封口板的焊接時的制造工序上的外部要因的變動，也可以維持引線和封口板的接合強(qiáng)度， 同時抑制引線的開孔，而且可以大幅度地降低激光焊接時的飛濺物的發(fā)生。其結(jié)果是，可以制作降低了飛濺物混入且具有高可靠性的密閉型電池。在此，激光的光源優(yōu)選為纖維激光。由此，可以容易地實(shí)現(xiàn)具有比引線的厚度更小的光斑直徑的激光，可以抑制引線的開孔和飛濺物在電池內(nèi)的混入。另外，激光在1秒鐘掃描的距離優(yōu)選相對于激光的光斑直徑為2500倍以上。由此， 當(dāng)對配置于引線的外側(cè)的封口板的表面進(jìn)行激光照射時，由于可以抑制每單位時間的輸入熱量，因而熔融部不會貫穿到封口板的背面?zhèn)榷梢蕴岣呓雍蠌?qiáng)度。另外，關(guān)于激光的掃描速度，優(yōu)選掃描封口板的表面時比掃描引線的表面時更快。 由此，向熱容量小、溫度容易上升的封口板表面照射激光時，由于可以抑制輸入熱量，因而可以防止熔融部貫穿到封口板的背面?zhèn)?。另外，為了得到同樣的效果，也可以使激光的輸出在掃描封口板的表面時比掃描引線的表面時更低。另外，在激光掃描封口板的表面時，優(yōu)選向封口板表面的激光所照射的附近噴吹氣流。由此，在向封口板表面進(jìn)行照射激光時，在氣流所產(chǎn)生的冷卻作用下，可以抑制封口板的過度的溫度上升，從而可以防止熔融部貫穿到封口板的背面?zhèn)?。另外，為了得到同樣的效果，也可以使相對于封口板的熱傳?dǎo)率較高的夾具與激光所照射的封口板的表面附近接觸。另外，激光的光斑直徑優(yōu)選為引線厚度的1/2 1/10。由此，可以大幅度地降低在激光焊接時的飛濺物的發(fā)生，從而可以制作可靠性高的密閉型電池。以下，根據(jù)附圖就本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。此外，本發(fā)明并不限定于以下的實(shí)施方式。另外，在不脫離能夠產(chǎn)生本發(fā)明效果的范圍內(nèi)可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏?。再者?與其它的實(shí)施方式的組合也是可能的。圖1是示意表示本發(fā)明的一個實(shí)施方式的密閉型電池的構(gòu)成的剖視圖。如圖1所示，正極板1和負(fù)極板2隔著隔膜3卷繞而成的電極組4在受到上下的絕緣板51、52夾持的狀態(tài)下與電解液一起收納在電池殼體5內(nèi)。電池殼體5的開口部經(jīng)由墊圈6而用封口板 10進(jìn)行封口。從電極組4的任一個極板(例如正極板1)導(dǎo)出的引線11采用激光焊接與封口板10焊接在一起。在此，焊接部14的一部分也存在于引線11并不存在的部位即封口板 10的表面，跨越引線的表面和封口板表面兩者而存在。本發(fā)明的一個實(shí)施方式的密閉型電池采用如下的方法進(jìn)行制作。首先，將正極板1 和負(fù)極板2隔著隔膜進(jìn)行層疊或卷繞而形成電極組4后，在受到上下的絕緣板51、52夾持的狀態(tài)下將電極組4收納在電池殼體5內(nèi)。其次，在將從電極組4的下方的端部導(dǎo)出的引線18的一端焊接在電池殼體5內(nèi)的底部后，使從電極組4的上方的端部導(dǎo)出的引線11的另一端處于與封口板10抵接的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，將引線11的另一端與封口板10的底面進(jìn)行激光焊接，從而形成焊接部14。進(jìn)而從電池殼體5的開口部注入非水系電解液，折彎引線11而載置著周邊具有墊圈6的封口板10，將電池殼體5的開口部向內(nèi)側(cè)方向折彎而進(jìn)行斂縫封口，使電池殼體5密閉，從而制作出密閉型電池。
圖2(a)是本發(fā)明的一個實(shí)施方式的激光接合部的剖視圖，圖2(b)是激光接合部的俯視圖。如圖2(a)所示，焊接部14溶入引線11和封口板10中而將其接合在一起。另外，如圖2(b)所示，焊接部14跨越引線11的表面和封口板10表面兩者而形成。關(guān)于該引線11和封口板10的激光焊接，參照圖3(a) 圖3(f)進(jìn)行詳細(xì)的說明。 在此，圖3(a) 圖3(c)是表示本發(fā)明的一個實(shí)施方式的引線和封口板的激光焊接工序的剖視圖，圖3(d) 圖3(f)是其俯視圖。如圖3(a)、圖3(d)所示，在封口板10的中央附近配置有引線11的端部，以引線 11與封口板10之間不產(chǎn)生間隙的方式而使引線11與封口板10抵接在一起。其次，如圖 3(b)所示，從引線11不存在的部分即封口板10表面向引線11沿著引線11的寬度方向而連續(xù)地掃描具有比引線11的厚度更小的光斑直徑的激光12。這時，如圖3(e)所示，從封口板10表面向引線11開始連續(xù)掃描時，只在封口板10的表面存在熔融部15。進(jìn)而如圖3(c)所示，沿著引線11的表面連續(xù)掃描激光12，在到達(dá)引線11的端部之前停止激光12的照射。通過激光12的移動，激光12通過而形成的熔融部15被冷卻而成為焊接部14，只是照射部附近成為熔融部15。熔融部15也隨著激光12的移動，在封口板10或引線11上移動。在此，如圖3(f)所示，焊接部14跨越引線11的表面和封口板10 的表面兩者而形成。這樣一來，在將具有比引線11的厚度更小的光斑直徑的激光12照射在引線11的端部時，熔融部15由于與圖5(c)所示的脈沖振動的YAG激光的熔融部151相比非常狹小， 因而飛濺物難以發(fā)生，同時也不發(fā)生開孔。這時的焊接機(jī)理如下所示。如果繼續(xù)照射具有比引線11的厚度更小的光斑直徑的激光12，則在激光12的能量的作用下，引線11自身的溫度慢慢上升，在被加熱的部分局部地急劇熔融而形成熔融部 15。與此同時，在熔融的引線11的金屬蒸氣即高壓等離子體蒸發(fā)時的反作用力的作用下， 在熔融部15的表面稍微形成被稱之為匙孔(key hole)的凹陷。如果一旦形成匙孔，則由于激光12在該匙孔內(nèi)反復(fù)進(jìn)行多重反射，因而激光12的能量可以被引線11高效率地吸收， 從而熔融寬度和熔融深度急劇擴(kuò)大。隨著匙孔的進(jìn)一步加深，就與封口板10焊接在一起了。其后，在熱平衡原則下，激光焊接以一定的熔融寬度、熔融深度推進(jìn)下去。在此情況下，由于激光12照射的能量效率高，并從引線11向封口板10傳遞過去，因而在激光照射引線11的端部的情況下，也可以抑制飛濺物的發(fā)生。這樣一來，引線11和封口板10的焊接部9成為深熔型匙孔焊接(或小孔式焊接)， 激光焊接所需要的熔融寬度和體積也大幅度減小。進(jìn)而在匙孔焊接時，由于在匙孔內(nèi)激光 12反復(fù)進(jìn)行多重反射，因而激光投入能量高效率地被引線11和封口板10所吸收。因此，在匙孔焊接時，與脈沖振動的YAG激光等的熱傳導(dǎo)型焊接(向引線11所投入的激光能量經(jīng)由引線11而熱傳導(dǎo)到封口板10上，從而進(jìn)行焊接)相比，可以減少激光投入能量，從而可以減少發(fā)生的飛濺物的絕對量。本發(fā)明不像以前那樣地只是對引線11的表面進(jìn)行激光焊接，而是使激光12的掃描跨越遠(yuǎn)離引線11表面的位置、即跨越引線11的表面和封口板10的表面兩者而進(jìn)行焊接。由此，即使產(chǎn)生制造工序上的外部要因的變動(例如引線11的位置偏差和激光12照射位置的偏差等)，也不會作用于對飛濺物的發(fā)生成為重要因素的引線11端部位置的激光焊接而能夠進(jìn)行激光焊接。其結(jié)果是，由于能夠抑制伴隨著激光焊接的飛濺物的發(fā)生，可以極大地降低飛濺物混入到電池殼體內(nèi)和飛濺物附著于在封口板10的周邊所具有的墊圈6 上，因而可以抑制引線11和封口板的開孔，同時可以供給抑制了接合強(qiáng)度的降低且可靠性高的密閉型電池。再者，在成本方面也可以用廉價的裝置進(jìn)行制作，特別隨著密閉型電池的高容量化、小型化且薄型化的發(fā)展，也能夠以寬度狹小的引線來應(yīng)對，可以穩(wěn)定地制作既維持接合強(qiáng)度又抑制飛濺物發(fā)生的通過焊接得到的高品質(zhì)的密閉型電池。此外，這時的激光12的光斑直徑設(shè)定為比引線11的厚度更小的值，但優(yōu)選為引線 11的厚度的1/2 1/10左右。進(jìn)而在進(jìn)行穩(wěn)定的匙孔焊接時，優(yōu)選使激光12的光斑直徑為引線11的厚度的1/5 1/10。如果激光12的光斑直徑大于引線11的厚度的1/2，則熔融面積增大，被加熱的部分的溫度上升急劇地進(jìn)行，熔融金屬飛散，從而飛濺物發(fā)生的抑制變得困難。另外，如果使激光12的光斑直徑低于引線11的厚度的1/10，則損害封口板10和引線11的焊接強(qiáng)度，由于將封口板10載置于電池殼體的開口部上，因而有可能在折彎引線11時掉下來。例如，通過使光斑直徑比作為引線11的厚度的0. 2mm更小的值，可以實(shí)現(xiàn)熔深深度加深的匙孔焊接。特別地，如果使光斑直徑比0. 04mm更小、從而提高能量密度，則可以有效地形成匙孔，可以進(jìn)行熔融面積狹小且較深熔深的焊接。為實(shí)現(xiàn)這樣的小光斑直徑，例如可以使用光纖自身成為激光振蕩器的纖維激光。因為源于纖維激光的擴(kuò)展角等的光束質(zhì)量非常優(yōu)良，因而可以充分減小光斑直徑。在本發(fā)明人的實(shí)驗中，可以使光斑直徑為0. 1mm，進(jìn)而可以通過聚光系統(tǒng)的改善，減小到0. Olmm左右。在以前的脈沖振動的YAG激光中，使用傳送用的光纖，聚光性較低。因此，其光斑直徑通常為0. 6 0. 8mm,與引線11的厚度相同或者大于引線11的厚度，由于最小也是 0. 3mm，因而在引線11端部的寬廣范圍形成熔融部15，成為不能形成匙孔的熱傳導(dǎo)型的焊接。另一方面，在匙孔焊接中，熔融部15的中心部使其周邊的熱散發(fā)而不會有急劇的溫度上升。因此，由于熔融金屬的一部分不會飛散，從而可以抑制飛濺物的發(fā)生，所以能夠抑制在引線11和封口板10上發(fā)生開孔。因此，為確保作為密閉型電池的性能，可以延長焊接長度，可以從引線11的端部到相反側(cè)的端部照射激光。其結(jié)果是，因為可以在引線11的寬廣范圍內(nèi)穩(wěn)定地進(jìn)行焊接，因而可以提高接合強(qiáng)度。另外，由于將封口板10載置在電池殼體的開口部上，因而在折彎引線11時，引線11不會因振動等從封口板10上掉下。但是，本發(fā)明的一個實(shí)施方式的激光12的光斑直徑由于小到引線11的厚度的 1/2 1/10左右，因而擔(dān)心伴隨焊接面積的縮小引起的接合強(qiáng)度的降低。為確保接合強(qiáng)度，必須增加焊接部位，但是如果對多個部位進(jìn)行激光焊接，則因為反復(fù)進(jìn)行加熱、熔融、凝固的狀態(tài)變化，因而容易產(chǎn)生飛濺物。除此以外，焊接狀態(tài)也因焊接部位的不同而變得不均勻，因而不能得到穩(wěn)定的接合強(qiáng)度。于是，在本發(fā)明中，為得到飛濺物不會發(fā)生的穩(wěn)定的接合構(gòu)造，連續(xù)掃描連續(xù)振蕩的激光12，在引線11和封口板10的表面形成線狀的焊接部14。由此，既確保接合強(qiáng)度，而且也可以大幅度地減少飛濺物13的發(fā)生。此外，相對于焊接部14的焊接寬度，焊接部14的焊接長度優(yōu)先為4以上。接合強(qiáng)度與焊接部14的長度和寬度之積即焊接面積有關(guān)，焊接部14的寬度基本上以小為好。因此，為了即使以小的寬度也具有接合強(qiáng)度，相對于焊接部14的焊接寬度，優(yōu)選形成焊接長度為4倍以上的焊接部，由此，不會損害封口板10和引線11的焊接強(qiáng)度，因為將封口板10 載置在電池殼體的開口部上，因而在折彎引線11時，不會因振動而損壞引線11和封口板10 的焊接部14。圖4(a) (f)是表示本發(fā)明的其它實(shí)施方式的引線和封口板的焊接部的構(gòu)成的俯視圖。在圖4(a)中，焊接開始是在引線11的表面，焊接結(jié)束是在封口板10的表面。另外，在圖4(b)中，焊接開始時在封口板10的表面，照射引線11的表面后，焊接結(jié)束時在與焊接開始時相反側(cè)的封口板10的表面。另外，在圖4(c)中，與引線11的長度方向平行地進(jìn)行激光照射，在跨越引線11的上側(cè)和封口板10的部位形成焊接部14。另外，在圖4(d) 中，斜向地焊接引線11的表面，在通過引線11的上側(cè)和右側(cè)端邊并跨越封口板10的部位形成焊接部14。再者，焊接部14即使為圖4(e)所示的圓形狀、或圖4(f)所示的折彎的形狀也沒關(guān)系。另外，焊接部14即使描繪成長方形、橢圓或者任意的圖形也沒關(guān)系。另外，關(guān)于激光12的掃描，既可以是從封口板10的表面向引線11的表面的掃描，或者也可以是從引線11的表面往封口板10的表面的掃描，或者還可以是它們的組合。實(shí)施例以下，就作為本發(fā)明的密閉型電池、適用于鋰離子二次電池的實(shí)施例進(jìn)行說明。(實(shí)施例1)正極板1采用如下的方法進(jìn)行制作。首先，采用混煉機(jī)將作為活性物質(zhì)的鈷酸鋰 100重量部、作為導(dǎo)電材的乙炔黑2重量部、作為粘結(jié)材料的聚偏氟乙烯(PVdF)2重量部與適量的N-甲基2-吡咯烷酮一起進(jìn)行攪拌，從而制作出正極合劑涂料。其次，在由厚度為 15 μ m的鋁箔構(gòu)成的正極集電體的兩面涂布該正極合劑涂料并使其干燥，進(jìn)行壓力加工使其總厚度成為165μπι后，進(jìn)行縱向剪切加工而制作出正極板1。另外，負(fù)極板2采用如下的方法進(jìn)行制作。首先，采用混煉機(jī)將作為活性物質(zhì)的人造石墨100重量部、作為粘結(jié)材料的苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠粒子分散體(固體成分為 40重量％) 2. 5重量部(按粘結(jié)材料的固體成分換算為1重量部)、作為增稠劑的羧甲基纖維素1重量部以及與適量的水一起進(jìn)行攪拌，從而制作出負(fù)極合劑涂料。其次，在由厚度為 10 μ m的銅箔構(gòu)成的負(fù)極集電體的兩面涂布該負(fù)極合劑涂料并使其干燥后，進(jìn)行壓力加工使其總厚度成為180 μ m后，進(jìn)行縱向剪切加工而制作出負(fù)極板2。將這樣制作的正極板1和負(fù)極板2隔著厚度為20 μ m的聚乙烯微多孔薄膜的隔膜 3進(jìn)行卷繞而形成電極組4，在用絕緣板51、52夾持該電極組4的狀態(tài)下將其收納在電池殼體5內(nèi)。其次，將從電極組4的負(fù)極板2的端部導(dǎo)出的引線18的一端與電池殼體5內(nèi)的底部進(jìn)行電阻焊接。進(jìn)而在使從電極組4的正極板1導(dǎo)出的由鋁箔構(gòu)成的引線11與由鋁板構(gòu)成的封口板10抵接的狀態(tài)下，連續(xù)照射激光12，從而將引線11焊接在封口板10上。在此，引線11的厚度為0. 15mm，寬度為4mm，封口板10的直徑為16. 8mm，與引線11接合的部分的厚度為0. 4mm，激光的光斑直徑為0. 02mm。激光如圖3(b)所示，從封口板10的表面開始照射，如圖3(c)所示，在距引線11的右端稍稍左側(cè)結(jié)束照射。其結(jié)果是，形成了焊接部 14的熔融寬度為0. 25mm、熔融長度為2. 2mm、封口板10表面的熔融長度為0. 2mm的焊接部 14。
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其次，在電池殼體5內(nèi)注入非水電解液后，折彎引線11，將封口板10配置在電池殼體5的開口部，經(jīng)由墊圈6而用封口板10對電池殼體5的開口部進(jìn)行斂縫封口，從而制作出鋰離子二次電池，將其作為實(shí)施例1。(比較例1)使用與實(shí)施例1同樣地制作的電極組4，如圖5(b) (C)所示，用光斑直徑為 0. 4mm的脈沖YAG激光進(jìn)行引線111和封口板101的焊接，從而制作出鋰離子二次電池，將其作為比較例1。如果觀察引線和封口板的焊接部，則在實(shí)施例1中，激光焊接時發(fā)生的飛濺物在目測時完全沒有觀察到。另外，詳細(xì)地觀察封口板10和引線11的表面，結(jié)果完全沒有飛濺物的附著，且在焊接部14也沒有開孔。這時的引線11和封口板10的接合強(qiáng)度大約為23N。 另一方面，在比較例1中，激光焊接時飛濺物131的發(fā)生在目測時大量觀察到，在引線111 和封口板101上也可以看到許多飛濺物131的附著，而且在焊接部141發(fā)生了開孔161。這時的引線11和封口板10的接合強(qiáng)度大約為19N。如果比較實(shí)施例1和比較例1，則焊接本身哪個都可以形成，都可以進(jìn)行電流的取出，但實(shí)施例1得到了沒有飛濺物的發(fā)生、且可靠性較高的密閉型電池。(實(shí)施例2)使用與實(shí)施例1同樣地制作的電極組4，引線11的寬度為2mm，焊接部14如圖4 (b) 所示，位于引線11的表面以及比兩端更靠外側(cè)的封口板10的表面，除此以外，進(jìn)行與實(shí)施例1同樣的激光焊接，從而制作出鋰離子二次電池，將其作為實(shí)施例2。(比較例2)使用光斑直徑為0. 4mm的脈沖YAG激光，除此以外，與實(shí)施例2同樣地進(jìn)行激光焊接，從而制作出鋰離子二次電池，將其作為比較例2。如果觀察引線和封口板的焊接部，則在實(shí)施例2中，觀察了激光焊接時發(fā)生的飛濺物，結(jié)果在目測時飛濺物完全沒有觀察到。另外，詳細(xì)地觀察了封口板10和引線11的表面，結(jié)果完全沒有飛濺物的附著，且在焊接部14也沒有開孔。這時的引線11和封口板10 的接合強(qiáng)度大約為22N。另一方面，在比較例2中，激光焊接時飛濺物131的發(fā)生在目測時大量觀察到，在引線111和封口板101上也可以看到許多飛濺物131的附著，而且在焊接部 141發(fā)生了開孔161。這時的引線11和封口板10的接合強(qiáng)度大約為13N。如果比較實(shí)施例2和比較例2，則在實(shí)施例2中，沒有飛濺物的發(fā)生，從而在密閉型電池的制造過程中，可以抑制飛濺物附著在墊圈上或者混入電池殼體內(nèi)。再者，在實(shí)施例 2中，由于是與實(shí)施例1同樣的2mm的焊接長度，因而在接合強(qiáng)度方面也可以得到相同的強(qiáng)度。在比較例2中，由于有開孔，因而接合強(qiáng)度與比較例1相比得以降低。引線11的寬度即使較小，但根據(jù)實(shí)施例2，既可以維持接合強(qiáng)度，同時也可以抑制飛濺物的發(fā)生。(實(shí)施例3)使用與實(shí)施例1同樣地制作的電極組4，將焊接部14的熔融寬度設(shè)定為0. 4mm，將熔融長度設(shè)定為1.6mm，除此以外，進(jìn)行與實(shí)施例1同樣的激光焊接，從而制作出鋰離子二次電池。其結(jié)果是，可以得到接合強(qiáng)度大約為15N的穩(wěn)定的焊接強(qiáng)度。由此，優(yōu)選將線狀的焊接部14的焊接長度與焊接寬度之比設(shè)定為4以上。
接合強(qiáng)度與焊接部14的長度和焊接寬度之積即焊接面積有關(guān)。如果使焊接寬度恒定，則與焊接長度有關(guān)。焊接寬度依賴于激光12照射時的熔融面積，但因為該熔融面積小者能夠抑制飛濺物的發(fā)生，因而焊接寬度基本上以較小為好。但是，如果焊接寬度過小， 則因為接合強(qiáng)度的確保變得困難，因而焊接寬度和焊接長度之比存在最適合的區(qū)域，優(yōu)選為4以上。(實(shí)施例4)使用與實(shí)施例1同樣地制作的電極組4，將光斑直徑為0. 02mm的激光12在1秒鐘掃描的距離改變?yōu)?0 500mm，進(jìn)行與實(shí)施例1同樣的激光焊接，從而制作出鋰離子二次電池。其結(jié)果是，如果在1秒鐘掃描的距離達(dá)到50mm以上，即如果使相對于激光12的光斑直徑在1秒鐘掃描的距離為2500倍以上，則沒有看到飛濺物的發(fā)生。另一方面，如果以低于2500倍的掃描距離進(jìn)行激光焊接，則可以看到飛濺物的發(fā)生，而且焊接寬度增大?？梢哉J(rèn)為其原因在于如果使激光12的相對于光斑直徑在1秒鐘掃描的距離比 2500倍小，則因為每單位時間的輸入熱量增多，因而熔融面積增大，從其表面容易產(chǎn)生飛濺物。進(jìn)行激光焊接時，飛濺物的發(fā)生與激光的光斑直徑和行進(jìn)的距離有很大的關(guān)系，優(yōu)選相對于激光的光斑直徑在1秒鐘掃描的距離為2500倍以上。(實(shí)施例5)使用與實(shí)施例1同樣地制作的電極組4，改變掃描封口板10的表面時的激光12的掃描速度Vl和掃描引線11的表面時的激光12的掃描速度V2，進(jìn)行與實(shí)施例1同樣的激光焊接，從而制作出鋰離子二次電池。其結(jié)果是，觀察了將掃描封口板10的表面時的激光12的掃描速度Vl設(shè)定為 IOOmm/秒、將掃描引線11的表面時的激光12的掃描速度V2設(shè)定為50mm/秒時的飛濺物， 結(jié)果在任何的組合中都沒有看到飛濺物的發(fā)生。由此，與掃描引線11的表面時比較，在掃描封口板10的表面時，優(yōu)選使激光的掃描速度加快。(實(shí)施例6)使用與實(shí)施例1同樣地制作的電極組4，改變掃描封口板10的表面時的激光12的輸出Pl和掃描引線11的表面時的激光12的輸出p2，進(jìn)行與實(shí)施例1同樣的激光焊接，從而制作出鋰離子二次電池。其結(jié)果是，觀察了將掃描封口板10的表面時的激光12的輸出pi設(shè)定為150 500W、將掃描引線11的表面時的激光12的輸出p2設(shè)定為500W時的飛濺物，結(jié)果只有在 pl、p2都為500W的組合時，可以看到飛濺物微量的發(fā)生。由此，與掃描引線11的表面時比較，掃描封口板10的表面時，優(yōu)選使激光的輸出減少。(實(shí)施例7)使用與實(shí)施例1同樣地制作的電極組4，在照射激光12的封口板10的表面附近， 從直徑為2mm的噴嘴頂端以IOL/分鐘的流量噴吹氮?dú)?，而且將激?2的掃描速度設(shè)定為 50mm/秒鐘，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行激光焊接，從而制作出鋰離子二次電池。其結(jié)果是，如果觀察引線和封口板的焊接部，則沒有看到飛濺物的發(fā)生。另外，將氣氛氣體變更為氦氣和氬氣進(jìn)行了同樣的焊接，結(jié)果飛濺物的發(fā)生同樣沒有看到。向激光掃描的附近的引線表面噴吹氣氛氣體的氣流，在通過氣流產(chǎn)生的冷卻的作用下，可以抑制封口板10和引線11的局部的溫度過度上升，從而可以抑制飛濺物的發(fā)生。(實(shí)施例8)使用與實(shí)施例1同樣地制作的電極組4，使由鋁制板構(gòu)成的夾具與圖3(e)所示的熔融部15周邊的封口板10進(jìn)行面接觸，而且將激光的掃描速度設(shè)定為50mm/秒，與實(shí)施例 1同樣地進(jìn)行激光焊接，從而制作出鋰離子二次電池。其結(jié)果是，如果觀察引線和封口板的焊接部，則沒有看到飛濺物的發(fā)生。另外，將接觸在封口板10的夾具的金屬變更為銅和鎢進(jìn)行了同樣的激光焊接，結(jié)果飛濺物的發(fā)生同樣沒有看到。通過使熱傳導(dǎo)率高的金屬制的夾具與激光12掃描的附近的封口板10的表面進(jìn)行面接觸，便可以抑制封口板10的局部的溫度過度上升，從而可以抑制飛濺物的發(fā)生。以上，根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式就本發(fā)明進(jìn)行了說明，但這樣的記述不是限定事項，當(dāng)然可以進(jìn)行各種改變。例如，在上述實(shí)施方式中，引線11和封口板10以相同的鋁材為例進(jìn)行了說明，當(dāng)然，即使是由異種金屬構(gòu)成的引線11和封口板10也沒有關(guān)系。另外，焊接有引線11的封口板10除在電池殼體5上斂縫封口以外，還可以通過焊接在電池殼體5的開口部上進(jìn)行封口。此外，本發(fā)明所適用的密閉型電池的種類沒有特別限制，除鋰離子二次電池以外， 還可以適用于鎳氫蓄電池等。另外，不只限于圓筒形二次電池，也可以適應(yīng)于方形二次電池。再者，也可以適用于一次電池。再者，電極組不只限于將正極板和負(fù)極板隔著隔膜卷繞而成的電極組，也可以是層疊而成的電極組。另外，不只限于一次、二次電池，也可以適用其它裝置的薄板的疊合焊接。產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)具有穩(wěn)定的高可靠性的密閉型電池，其作為便攜設(shè)備等的驅(qū)動用電源是有用的。符號說明1正極板3 隔膜5電池殼體10 封口板12 激光15熔融部51、52 絕緣板
2負(fù)極板 4電極組 6墊圈 11引線 14焊接部 18引線
權(quán)利要求
1.一種密閉型電池，其將由正極板和負(fù)極板隔著隔膜卷繞或?qū)盈B而成的電極組收納在電池殼體內(nèi)，并用封口板對該電池殼體的開口部進(jìn)行封口，其中，從所述電極組的任一個極板導(dǎo)出的引線采用激光焊接與所述封口板焊接在一起，所述引線和所述封口板的焊接部至少跨越所述引線的端部而形成為線狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密閉型電池，其中，所述引線通過用具有比該引線的厚度更小的光斑直徑的激光進(jìn)行連續(xù)掃描，從而采用激光焊接與所述封口板焊接在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密閉型電池，其中，所述焊接部的焊接長度相對于焊接寬度之比為4以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密閉型電池，其中，所述引線和封口板由以鋁作為主要成分的材料構(gòu)成。
5.一種密閉型電池的制造方法，其包括以下工序?qū)⒄龢O板和負(fù)極板隔著隔膜進(jìn)行卷繞或?qū)盈B而形成電極組的工序，將引線的一端與所述電極組的任一個極板進(jìn)行連接的工序，將所述電極組收納在電池殼體內(nèi)的工序，使所述引線的另一端與封口板抵接，并一邊用具有比所述引線的厚度更小的光斑直徑的激光進(jìn)行連續(xù)掃描一邊從所述引線側(cè)照射該激光，從而采用激光焊接將所述引線的另一端與所述封口板進(jìn)行焊接的工序，以及將電池殼體的開口部用所述封口板進(jìn)行封口的工序；其中，所述激光至少從所述封口板的表面跨越所述引線的端部而在該引線的表面進(jìn)行掃描。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密閉型電池的制造方法，其中，所述激光的光源為纖維激光。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的密閉型電池的制造方法，其中，所述激光在1秒鐘掃描的距離相對于所述激光的光斑直徑為2500倍以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密閉型電池的制造方法，其中，對于所述激光的掃描速度，掃描所述封口板的表面時的掃描速度比掃描所述引線的表面時的掃描速度快。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密閉型電池的制造方法，其中，對于所述激光的輸出，掃描所述封口板的表面時的輸出比掃描所述引線的表面時的輸出低。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密閉型電池的制造方法，其中，在所述激光掃描所述封口板的表面時，向所述封口板表面的所述激光所照射的附近噴吹氣流。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密閉型電池的制造方法，使相對于所述封口板的熱傳導(dǎo)率較高的夾具與所述激光所照射的所述封口板的表面附近接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密閉型電池的制造方法，其中，所述激光的光斑直徑為所述引線厚度的1/2 1/10。
全文摘要
在將由正極板(1)和負(fù)極板(2)隔著隔膜(3)進(jìn)行卷繞或者層疊而成的電極組(4)收納在電池殼體(5)內(nèi)、并將該電池殼體(5)的開口部用封口板(10)進(jìn)行封口的密閉型電池中，采用激光焊接將從電極組(4)的任一個極板導(dǎo)出的引線(11)與封口板(10)焊接在一起，引線(11)和封口板(10)的焊接部(14)至少跨越引線(11)的端部而形成為線狀。
文檔編號H01M10/0587GK102203983SQ20108000309
公開日2011年9月28日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月5日
發(fā)明者加藤誠一, 宮田恭介, 播磨幸男, 熊澤誠二, 福岡孝博, 船見浩司 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社