專利名稱：Sealed secondary battery, and method for manufacturing the battery的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及密閉型二次電池及其制造方法，特別涉及從電極組導出的引線與封口 板的接合構(gòu)造。
背景技術：
作為便攜式設備等的驅(qū)動用電源，以高容量的堿性蓄電池為代表的水性電解液二 次電池、以鋰離子二次電池為代表的非水電解液二次電池等密閉型二次電池被廣泛使用。這些密閉型二次電池具有如下構(gòu)造正極板和負極板隔著隔膜層疊或卷繞而成的 電極組與電解液一起被收納于電池殼體中，電池殼體的開口部經(jīng)由墊圈被封口板封口而得 到的密閉構(gòu)造。而且，從電極組的一個極板(例如，正極板)導出的引線與兼作一個外部端 子的封口板接合，從電極組的另一個極板(例如，負極板)導出的引線與兼作另一個外部端 子的電池殼體接合。此外，引線與封口板或電池殼體的接合廣泛使用電阻焊接。然而，將電池殼體的封口部進行封口的工序是在將電極組收納于電池殼體內(nèi)的狀 態(tài)下，將從電極組導出的引線與封口板進行電阻焊接后，通過將引線彎折，然后用封口板將 電池殼體的封口部進行封口來進行的。此時，在將引線與封口板進行電阻焊接時，濺射物(主要是從熔融引線上脫離的 金屬粒子)往往向周圍飛散，該飛散的濺射物如果混入到電池殼體內(nèi)的電極組中，則有可 能損傷隔膜而引起內(nèi)部短路?；蛘撸绻w散的濺射物附著于封口板的周邊部上安裝的墊 圈上，則在隔著墊圈用封口板對電池殼體的開口部進行斂縫封口時，墊圈的狹壓部有可能 被附著物剪斷，從而電池殼體與封口板通過附著物而接觸，從而發(fā)生短路。針對這種因濺射物的混入等而引起的短路的發(fā)生，也有例如在將引線與封口板進 行電阻焊接時，用薄板等預先覆蓋電池殼體的開口部以避免飛散的濺射物混入到電池殼體 內(nèi)的方法，但由于不能完全覆蓋，所以對于防止濺射物的混入并不充分。與之相對照，如果使用超聲波焊接代替電阻焊接而進行接合，則不會引起電阻焊 接那樣的熔融，因此理論上可以消除濺射物的混入。但是，用超聲波焊接進行的接合與電阻 焊接相比，不僅接合強度較差，而且由于超聲波振蕩，使得當封口板具有用于防爆的安全機 構(gòu)時有可能影響其功能。此外，活性物質(zhì)有可能從極板上剝離，在可靠性方面也是不優(yōu)選 的。另外，由于鋰二次電池的正極板通常使用鋁，所以從正極板導出的引線也使用鋁。 此外，為了實現(xiàn)電池的輕量化，電池殼體和封口板也開始使用鋁。此時，引線與封口板的焊 接成為鋁之間的焊接，但一般地說，鋁合金與鋼相比，由于導電率和熱傳導率較高，所以電 阻焊接時有必要在短時間內(nèi)通過大電流，結(jié)果，與鋼板的焊接相比，焊接棒的損耗劇烈，難 以得到長時間穩(wěn)定的接合。因此，引線與封口板的焊接采用激光焊接(例如，參照專利文獻 1、2)。該激光焊接由于可以將激光聚焦為極小，所以能夠減小熔融面積，與之對應，飛散 的濺射物的量也可以大幅減少。
如上所述，引線與封口板的焊接在其工序上必然容易受到濺射物的影響，但使用 激光焊接時，可期待大幅降低其影響。但是，本申請發(fā)明者等對于引線與封口板的接合使用激光焊接而制造的鋰離子二 次電池進行了包括強度在內(nèi)的可靠性的評價，結(jié)果有某一定比例的短路電池的發(fā)生。對該短路電池進一步詳細研究，則可以確認發(fā)生了因墊圈被剪斷而引起的電池殼 體與封口板的短路、以及因隔膜損傷而引起的內(nèi)部短路。而且，分析了可能導致該短路的異 物，結(jié)果可知含有作為引線和封口板的材料的鋁。由此可認為，在引線與封口板的焊接工序中，由于某些制造工序上的外部因素的 變動，引起激光焊接時濺射物飛散，該濺射物附著于墊圈上，或混入電池殼體內(nèi)。專利文獻1 特開2000-299099號公報專利文獻2 特開2007-234276號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于這樣的問題，其主要目的在于通過減少在引線與封口板的激光焊接時 濺射物的影響，提供一種具有穩(wěn)定的高可靠性的密閉型二次電池。本發(fā)明涉及一種密閉型二次電池，其將正極板和負極板隔著隔膜層疊或卷繞而成 的電極組收納于電池殼體內(nèi)，并用封口板將該電池殼體的開口部進行封口，所述密閉型二 次電池的特征在于從電極組的任一個極板導出的引線通過光斑直徑小于該引線厚度的激 光與封口板進行激光焊接。根據(jù)上述構(gòu)成，在引線與封口板的焊接工序中，即使產(chǎn)生制造工序上的外部因素 的變動，也可維持引線與封口板的接合強度，同時減少激光焊接時的濺射物的發(fā)生，由此， 能夠?qū)崿F(xiàn)具有穩(wěn)定的高可靠性的密閉型二次電池。這里，上述引線與封口板的焊接部的熔深優(yōu)選大于焊接部的焊珠直徑(bead diameter)。由此，由于引線與封口板的焊接部的熔深加深，所以接合強度進一步提高，同時 可以進一步減少焊接時的濺射物的發(fā)生。另外，上述引線與封口板的焊接部優(yōu)選形成為線狀。由此，即使對引線與封口板的 焊接部從所有方向施加沖擊，也能夠維持穩(wěn)定的接合強度。本發(fā)明涉及一種密閉型二次電池的制造方法，其是具有上述構(gòu)成的密閉型二次電 池的制造方法，該制造方法包含以下工序準備電極組的工序，所述電極組是將正極板和負 極板隔著隔膜層疊或卷繞而成的；將引線的一端與電極組的任一個極板連接的工序；將電 極組收納于電池殼體內(nèi)的工序；使引線的另一端與封口板抵接，從引線側(cè)照射光斑直徑小 于引線厚度的激光，從而將引線的另一端與封口板進行激光焊接的工序；以及用封口板將 電池殼體的開口部進行封口的工序。根據(jù)上述方法，在引線與封口板的焊接工序中，即使產(chǎn)生制造工序上的外部因素 的變動，也可維持引線與封口板的接合強度，同時減少激光焊接時的濺射物的發(fā)生，由此， 能夠穩(wěn)定地制造可靠性高的密閉型二次電池。這里，上述激光優(yōu)選使用光纖激光來進行照射。另外，激光優(yōu)選一邊連續(xù)掃描一邊 照射光纖激光。由此，能夠穩(wěn)定地制造控制性好、可靠性高的密閉型二次電池。根據(jù)本發(fā)明，在引線與封口板的焊接工序中，即使產(chǎn)生制造工序上的外部因素的變動，也可維持引線與封口板的接合強度，同時減少激光焊接時的濺射物的發(fā)生，由此，能 夠?qū)崿F(xiàn)具有穩(wěn)定的高可靠性的密閉型二次電池。


圖1(a) (d)是示意表示在引線的表面附著有異物的狀態(tài)下，將引線與封口板進 行激光焊接的工序的剖視圖。圖2(a) (d)是示意表示在引線與封口板的界面附著有異物的狀態(tài)下，將引線與 封口板進行激光焊接的工序的剖視圖。圖3(a) (d)是示意表示在引線與封口板之間產(chǎn)生了間隙的狀態(tài)下，將引線與封 口板進行激光焊接的工序的剖視圖。圖4(a) (d)是示意表示在對引線的端部照射了激光的狀態(tài)下，將引線與封口板 進行激光焊接的工序的剖視圖。圖5是用于說明小孔式焊接的原理的示意圖。圖6(a) (d)是示意表示在本發(fā)明的第一實施方式中將引線與封口板進行激光 焊接的工序的剖視圖。圖7表示了將本發(fā)明的第一實施方式中的引線與封口板的激光焊接適用于鋰離 子電池的例子，(a)是俯視示意圖，(b)是焊接部的俯視顯微鏡照片，(c)是焊接部的斷面顯 微鏡照片。圖8是表示本發(fā)明的第一實施方式中的光纖激光的掃描方法的圖。圖9是表示本發(fā)明的第一實施方式中將焊接部的平面形狀設定為環(huán)狀的例子的 俯視圖。圖10是示意表示本發(fā)明的第一實施方式的密閉型二次電池的構(gòu)成的剖視圖。圖11是表示本發(fā)明的第二實施方式中將引線與封口板進行激光焊接的方法的俯 視圖。圖12(a) (d)是表示本發(fā)明的第二實施方式中焊接部的形狀的俯視圖。圖13(a)、(b)是表示本發(fā)明的第二實施方式中的焊接部為封閉直線時的焊接部 的形狀的俯視圖。圖14(a) (d)是表示本發(fā)明的第二實施方式中將電池殼體的開口部用封口板進 行封口的工序的圖。圖15是對小孔式接合的接合構(gòu)造進行說明的圖，(a)是表示激光的功率曲線的 圖，(b)是焊接部的俯視圖，(c)是焊接部的剖視圖，(d)是焊接部的俯視顯微鏡照片。圖16是表示本發(fā)明的第三實施方式中將引線與封口板進行激光焊接的方法的 圖，(a)是表示激光的功率曲線的圖，(b)是焊接部的俯視圖，(c)是焊接部的剖視圖，(d) 是焊接部的俯視顯微鏡照片。符號說明1正極板2負極板3隔膜4電極組5電池殼體6墊圈10封口板11引線
6
Ila 區(qū)域13熔融部15焊接部31 光纖33 電流掃描器(galvano100板狀構(gòu)件102 小孔(key hole)
12激光 14等離子體 20,21異物 32準直透鏡 scanner) 35氣體供給噴嘴 101激光 103熔融區(qū)域
具體實施例方式盡管可以認為由于激光焊接的熔融面積非常小，所以在引線與封口板的焊接時飛 散的濺射物的影響非常小，但本申請發(fā)明者等認為被看作是由飛散的濺射物的混入等引起 的短路的發(fā)生原因在于制造工序上的某些外部因素的變動。S卩，在引線與封口板的焊接工序中，制造工序中產(chǎn)生的異物有可能附著于引線的 表面、或封口板表面。此外，引線與封口板的焊接部位盡管是在相互抵接的狀態(tài)下進行焊接 的，但也有在擠壓較弱而留有間隙的狀態(tài)下進行焊接的可能性。再者，相對于引線與封口板 的焊接部位，激光的照射位置也存在發(fā)生偏離的可能性。圖1(a) (d)是示意表示在引線11的表面附著有異物20的狀態(tài)下，將引線11 與封口板10進行激光焊接的工序的剖視圖。如圖1(a)所示，在使引線11與封口板10抵接的狀態(tài)下，從引線11側(cè)照射激光12， 則引線11的被激光照射的區(qū)域Ila被加熱。在圖1(b)中，被加熱的區(qū)域Ila的一部分熔 融而形成熔融部13，同時從熔融部13產(chǎn)生蒸發(fā)的等離子體14。此時，因激光12的照射而 被加熱的異物20也蒸發(fā)，該蒸發(fā)的氣體劇烈地發(fā)生體積膨脹。其結(jié)果是，如圖1(c)所示， 熔融部13擴大，同時由于蒸發(fā)的氣體的體積膨脹所產(chǎn)生的擠壓力，使得熔融金屬的一部分 飛散而產(chǎn)生濺射物。之后，如果停止激光12的照射，則如圖1(d)所示，熔融部13變冷而凝 固，從而完成引線11與封口板10的接合。由于產(chǎn)生了濺射物，在引線11的焊接部(熔融 痕)15上會發(fā)生穿孔。這樣可以知道，如果在引線11的表面附著有異物20，則該異物20的蒸發(fā)所引起的 急劇的體積膨脹會形成擠壓力，從而使濺射物的發(fā)生量增加。圖2(a) (d)是示意表示在引線11與封口板10的界面附著有異物21的狀態(tài)下， 將引線11與封口板10進行激光焊接的工序的剖視圖。所發(fā)生的現(xiàn)象基本上與在引線11 的表面附著有異物20的情況相同，但由于異物21在引線11與封口板10的界面上，所以在 從異物21蒸發(fā)的氣體的體積膨脹所產(chǎn)生的擠壓力的作用下，熔融金屬的一部分飛散所產(chǎn) 生的濺射物的量變得更多。因此，如圖2(d)所示，在引線11的焊接部上發(fā)生更大的穿孔。 例如，在裝配封口板10的設備的滑動部上由于使用了潤滑脂等潤滑劑，所以在裝配封口板 10時，在封口板10的表面有可能附著潤滑脂。圖3(a) (d)是示意表示在引線11與封口板10之間產(chǎn)生了間隙的狀態(tài)下，將引 線11與封口板10進行激光焊接的工序的剖視圖。此時，如圖3(a)所示，對引線11照射激光12，則引線11的被激光照射的區(qū)域Ila 被加熱，但由于不會向封口板10進行熱傳導，所以區(qū)域Ila的溫度急劇上升，如圖3(b)所示，區(qū)域Ila的熔融部13也急劇擴大。結(jié)果，如圖3(c)所示，熔融金屬的一部分飛散而產(chǎn) 生濺射物。此時，如圖3(d)所示，在引線11的焊接部15上產(chǎn)生大的穿孔。圖4(a) (d)是示意表示激光的照射位置偏離，在對引線11的端部照射了激光 12的狀態(tài)下，將引線11與封口板10進行激光焊接的工序的剖視圖。此時，如圖4(a)所示，被激光照射的區(qū)域Ila即使被加熱，也不會向引線11的端 部進行熱傳導，所以區(qū)域Ila的溫度急劇上升，如圖4(b)所示，區(qū)域Ila的熔融部13也急 劇擴大。結(jié)果，如圖4(c)所示，熔融金屬的一部分飛散而產(chǎn)生濺射物。可以認為，基于上述那種方式的引線11與封口板10的激光焊接由于制造工序上 的外部因素的偏差而不可避免地產(chǎn)生濺射物。因此，即使有上述的外部因素的變動也不會 產(chǎn)生濺射物的激光焊接是必要的。然而，由于引線11的厚度與封口板10相比，非常薄(典型的為0. 2mm左右)，所以 在以往的激光焊接中，為了避免在上述的引線11的焊接部上產(chǎn)生穿孔而進行熱傳導型的 焊接，但由于熔融面積增大，一般認為難以抑制外部因素的變動所引起的濺射物的發(fā)生。因此，本申請發(fā)明者等認為，如果不是熱傳導型的焊接，而是能夠進行深熔深型焊 接(小孔式焊接)，則熔融面積變得微小，所以即使產(chǎn)生外部因素的變動，也能夠?qū)崿F(xiàn)濺射 物的產(chǎn)生得以抑制的激光焊接。圖5是用于說明小孔式焊接的原理的示意圖，表示了在厚度為h的板狀構(gòu)件100 上通過照射激光101而生成了直徑為X的小孔102的狀態(tài)。小孔102通過熔融的板狀構(gòu)件 100的金屬蒸氣的蒸發(fā)排斥力Pa和熔融的板狀構(gòu)件100的表面張力Ps的均衡來維持。此時，小孔102的表面能E(X) —般用以下的式⑴來表示(例如，參照宮本勇“〉 >夕‘卟毛一卜·、7 7 ^ K— l· 一廿(二 J易金屬7才^卟Θ微糸田高速溶接”、第58回k 一廿加
工學會論文集、2003年3月)。E(X) = π G [hX+1/2 (D2-X2)]式(1)其中，G是板狀構(gòu)件100的液體金屬的表面能，D是熔融區(qū)域103的直徑。從式(1)可得到以下的式(2)。dE/dX = π G (h-X)式(2)從式(2)可知，當X > h時，變?yōu)閐E/dX < 0，隨著小孔102的直徑X的增大(dX)， 表面能E減少(dE)，所以小孔102成為穿孔。另一方面，當X < h時，變?yōu)閐E/dX > 0，隨著 小孔102的直徑X的增大(dX)，表面能E增加(dE)，所以小孔102的直徑X收縮，與蒸發(fā)排 斥力Pa均衡。因此，如果使用光斑直徑比板狀構(gòu)件100的厚度h還小的激光101，則能夠進行穩(wěn) 定的小孔式焊接。如上所述，引線11的典型的厚度為0.2mm左右，而以往的激光焊接中使用的YAG 激光的光斑直徑最小也有0. 3mm左右，所以如果使用YAG激光，則不能進行穩(wěn)定的小孔式焊接。另外，盡管通過增大引線11的焊接部位的厚度也能夠進行小孔式焊接，但與增大 引線11的厚度相對應，則體積效率下降，所以會阻礙電池的高容量化，實際上難以采用。另 外，與增大引線11的厚度相對應，則需要增大激光的功率，從而也助長了濺射物的發(fā)生。因此，本發(fā)明者等著眼于光纖激光。即，光纖激光的光斑直徑可以非常小，達0. 02mm左右，所以相對于引線11的厚度來說具有充分小的光斑直徑(典型的為1/5 1/10 左右)，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的小孔式焊接。由此，由于能夠?qū)崿F(xiàn)深熔深型焊接，所以可以將引線與 封口板的熔融面積設定得微小，其結(jié)果是，即使產(chǎn)生制造工序上的外部因素的變動，也能夠 進行濺射物的發(fā)生得以抑制的激光焊接。另外，由于光纖激光的光斑直徑比YAG激光的光斑直徑小，為1/10左右，所以會擔 心伴隨熔融面積的縮小而產(chǎn)生的接合強度的下降，但通過連續(xù)地掃描連續(xù)振蕩的光纖激光 而形成線狀的熔融部，可以維持與使用YAG激光的情況相同程度或在其以上的接合強度。以下，根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式。另外，本發(fā)明不限于以下的實施方 式。此外，在不超出可取得本發(fā)明效果的范圍內(nèi)，可進行適當變更。進而，也可以與其它的 實施方式進行組合。(第一實施方式)圖6(a) (d)是示意表示在本發(fā)明的第一實施方式中將引線11與封口板10進 行激光焊接的工序的剖視圖。如圖6(a)所示，在將引線11與封口板10抵接的狀態(tài)下，從引線11側(cè)照射光纖激 光(以下簡稱為“激光”)12，對激光照射的引線11的區(qū)域Ila進行加熱。這里，激光12具 有小于引線11的厚度的光斑直徑。如圖6(b)所示，被加熱的區(qū)域Ila的一部分熔融而形成熔融部13，同時，由于熔融 的引線11的金屬蒸氣的蒸發(fā)排斥力而形成小孔。進而如圖6(c)所示，由于小孔的進一步 成長，熔融部13也深深地擴大到封口板10的表面下。之后，如果停止激光12的照射，則如 圖6(d)所示，熔融部13以掩埋小孔的方式凝固，引線11與封口板10的接合結(jié)束。此時，引線11與封口板10的焊接部15具有深熔深型的焊接構(gòu)造。另外，焊接部 15的形狀沒有特別限制，但引線11與封口板10的焊接部15的熔深優(yōu)選大于焊接部15的 焊珠直徑。上述焊接部的形狀可以通過激光12的光斑直徑的大小、照射的功率密度、照射 時間等來控制。另外，激光12的光斑直徑如果小于引線11的厚度，則能夠進行小孔式焊接， 但如果優(yōu)選為引線11的厚度的1/2以下，更優(yōu)選為1/5以下，則能夠進行更穩(wěn)定的小孔式 焊接。圖7(a) (c)是表示將本發(fā)明的引線11與封口板10的激光焊接適用于鋰離子 電池的例子的圖，(a)是俯視示意圖，(b)是焊接部15的俯視顯微鏡照片，(c)是焊接部15 的斷面顯微鏡照片。這里，從鋰離子電池的電極組的正極導出的引線11由厚度為0. 15mm、寬度為4mm 的鋁箔構(gòu)成，封口板10由厚度為0. Imm(與引線11的焊接部的厚度)、直徑為16. 8mm的鋁 板構(gòu)成。另外，激光使用光斑直徑為0. 02mm、功率密度為7X 107W/cm2的激光，用5m/分鐘 的掃描速度進行連續(xù)照射。引線11與封口板10的焊接部15的形狀如圖7 (b)、(c)所示，實現(xiàn)了熔融寬度(焊 珠寬度)為0. 3mm、焊接長度為2. 5mm、熔深為0. 4mm的深熔深焊接，由此可知，通過使激光 的光斑直徑小于引線11的厚度，可以實現(xiàn)小孔式焊接。另外，在激光焊接時未觀察到濺射的發(fā)生，而且接合強度約為30N。由此，即使產(chǎn)生 制造工序上的外部因素的變動，也能夠?qū)崿F(xiàn)濺射物的發(fā)生得以抑制的激光焊接，同時，通過 使激光連續(xù)地掃描而形成線狀的焊接部15，便可以維持與使用YAG激光的情況相同程度或其以上的接合強度。此外，通過將引線11與封口板10的焊接部15設定為線狀，即使從所 有方向?qū)附硬?5施加沖擊，也能夠維持穩(wěn)定的接合強度。另外，如圖7(c)所示，引線11與封口板10的焊接部15的焊珠直徑相對于激光的 光斑直徑，擴大了 15倍左右，但該光斑直徑的擴大根據(jù)引線11的厚度、焊接部15的熔深等 而變化。圖8是表示光纖激光的掃描方法的圖。通過準直透鏡32使從光纖31的端面照射 的激光12成為光束直徑為12mm的準直光，然后利用電流掃描器33和f θ透鏡一邊連續(xù)地 掃描一邊照射引線11的表面。此時，照射到引線11的激光12的光斑直徑聚焦為0. 01 0.1mm。另外，通過電流掃描器33來控制激光12的掃描速度和掃描方向。此外，為了防止 焊接部的氧化等，也可以由氣體供給噴嘴35向焊接部吹送氮氣等保護氣體。圖9是表示用電流掃描器33掃描激光12，將焊接部15的平面形狀形成為環(huán)狀的 例子的俯視圖。這樣，通過使用電流掃描器，可以容易地設定焊接部15的形狀，所以能夠?qū)?應著多品種的電池來改變焊接部15的形狀。圖10是示意表示本實施方式的密閉型二次電池的構(gòu)成的剖視圖。如圖10所示， 將正極板1和負極板2隔著隔膜3卷繞而成的電極組4被收納于電池殼體5內(nèi)，電池殼體 5的開口部經(jīng)由墊圈6由封口板10斂縫封口。而且，從電極組4的任一個極板導出的引線 11通過激光與封口板10進行激光焊接，所述激光具有小于引線11的厚度的光斑直徑。根據(jù)上述構(gòu)成，在引線11與封口板10的焊接工序中，即使產(chǎn)生制造工序上的外部 因素的變動，也可維持引線11與封口板10的接合強度，同時減少激光焊接時的濺射物的發(fā) 生，由此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有穩(wěn)定的高可靠性的密閉型二次電池。另外，本實施方式的密閉型二次電池可以通過以下的方法來形成。首先，準備電極組4，該電極組4是將正極板1和負極板2隔著隔膜3層疊而成的， 將引線11的一端與電極組4的任一個極板連接。然后，將電極組4收納于電池殼體5內(nèi)， 然后使引線11的另一端與封口板10抵接，一邊連續(xù)地掃描引線11的表面，一邊照射激光， 從而將引線11的另一端與封口板10進行激光焊接。然后，經(jīng)由墊圈6用封口板10將電池 殼體5的開口部進行斂縫封口，從而完成密閉型二次電池。(第二實施方式)由于光纖激光的光斑直徑比YAG激光的光斑直徑小1/10左右，所以會擔心伴隨焊 接面積的縮小而產(chǎn)生的接合強度的下降。因此，為了確保接合強度，有必要增加焊接部位， 但如果使用脈沖振蕩的激光對多個部位進行激光焊接，則會反復發(fā)生加熱、熔融、凝固的狀 態(tài)變化，容易產(chǎn)生濺射物。除此之外，焊接狀態(tài)也因焊接部位的不同而變得不均勻，有可能 無法得到穩(wěn)定的接合強度。因此，本實施方式中，為了得到無濺射物的發(fā)生、穩(wěn)定的接合構(gòu)造，提出了連續(xù)地 掃描連續(xù)振蕩的光纖激光，從而形成線狀的熔融部的方法。由此，可以獲得具有與使用YAG 激光的情況相同程度或其以上的接合強度的接合構(gòu)造。除此以外，通過將引線與封口板的 焊接部設定為線狀，則即使對焊接部從所有方向施加沖擊，也能夠維持穩(wěn)定的接合強度。圖11是表示本發(fā)明實施方式中將引線11與封口板10進行激光焊接的方法的俯 視圖。如圖7所示，在將從電極組導出的引線11的端部與封口板10抵接的狀態(tài)下，沿著引 線11的寬度方向連續(xù)地掃描具有小于引線11的厚度的光斑直徑的激光，從而將引線11的端部與封口板10進行激光焊接。此時，引線11與封口板10的焊接部15形成為線狀。這 里，焊接部15的焊接長度L與焊接寬度之比優(yōu)選為4以上，更優(yōu)選為8以上。此外，焊接部 的焊接長度優(yōu)選為引線的寬度的1/3以上。由此，可以獲得具有與使用YAG激光的情況相 同程度或其以上的接合強度的接合構(gòu)造。例如，以IOm/分鐘的掃描速度照射光斑直徑為0. 02mm、功率密度為7 X 107ff/cm2的 激光18msec，從而將由厚度為0. 15mm、寬度為4mm的鋁箔構(gòu)成的引線11與厚度為0. Imm(與 引線11的焊接部的厚度)、直徑為16. 8mm的鋁板構(gòu)成的封口板10進行激光焊接，在此情況 下，焊接部15的焊接長度L約為2mm，焊接寬度W為0. 3mm。此時的接合強度約為28N，這相 當于與使用YAG激光的情況相同程度或其以上的接合強度。另外，激光焊接時，未觀察到濺 射物的發(fā)生。另外，本實施方式中，焊接部15的線狀沒有特別限制，但為了提高引線11與封口 板10的接合強度，或降低引線11與封口板10的接觸電阻，優(yōu)選形成圖12(a) (d)中所 示那樣的線狀的焊接部15。圖12(a)是表示將焊接部15形成為至少2條以上的相互分開的直線狀的例子。通 過這樣形成，焊接部15的總長變長，因而可以提高引線11與封口板10的接合強度。另外， 在圖8(a)中，將2條相互平行的直線狀焊接部15形成于與引線11的長度方向垂直的方向 上，但也可以形成于與引線11的長度方向平行的方向上。或者，也可以將2條直線狀的焊 接部15形成于相互垂直的方向上。此外，也可以形成為曲線狀以代替形成為直線狀。圖12(b)、(c)是表示將焊接部15形成為連續(xù)的封閉直線或封閉曲線的例子。這 里，圖12(a)表示形成為矩形的例子，圖12(b)表示形成為圓形的例子。如果這樣形成，則 焊接部15的總長變長，同時在被封閉直線或封閉曲線圍成的整個區(qū)域上，可以使引線11與 封口板10接觸，所以除了可以提高引線11與封口板10的接合強度之外，還可以降低引線 11與封口板10的接觸電阻。另外，在被封閉直線或封閉曲線圍成的整個區(qū)域上的接觸不充 分時，也可以在被封閉直線或封閉曲線圍成的整個區(qū)域內(nèi)進一步形成其它的焊接部15。另外，本發(fā)明中所說的“線狀”，還包括例如圖12(d)所示那樣的Z字狀的形狀等。然而，當將焊接部15形成為圖12(b)、(c)所示那樣的封閉直線或封閉曲線時，由 于封閉直線或封閉曲線的起點與終點重合，激光12要照射二次，所以在重合的部位有可能 產(chǎn)生穿孔。因此，為了回避這樣的穿孔，例如在封閉直線的情況下，優(yōu)選如圖13(a)所示那 樣，使封閉直線的終點在不與起點重合的位置停止。此外，這種情況也可以說是焊接部15 形成為實質(zhì)上的封閉直線，因而當然也能獲得上述效果?；蛘撸部梢匀鐖D13(b)所示那 樣，不讓封閉直線的終點在與起點重合的位置停止，而是延長到稍微離開起點的位置(相 當于圖13(b)中的15a的部分)再停止。激光12的功率在連續(xù)掃描時是恒定的，但由于停 止激光12的掃描時，激光12的功率增加，所以如果使終點在不與起點重合的位置停止，則 即使有與起點重合而照射二次的部分，也能夠回避穿孔。另外，焊接部15是封閉曲線的情 況也可以采用與封閉直線的情況相同的方式。圖14(a) (d)是表示將電極組4的任一個極板上連接的引線11用激光焊接于 封口板10上之后，至將該封口板10封口于電池殼體5的開口部為止的工序的圖。如圖14(a)所示，在電池殼體5的開口部附近，將封口板10配置在與開口部面大 致垂直的方向上，同時，使沿著電池殼體5的開口部上方伸出的引線11的端部與封口板10抵接。在該狀態(tài)下，從引線11側(cè)照射激光，從而將引線11的端部與封口板10進行激光焊接。接著，如圖14(b) (d)所示，將與電池殼體5的開口部面大致垂直配置的封口板 10以相對于電池殼體5的開口部面平行的方式傾斜并朝著開口部方向降低，然后用封口板 10將電池殼體5的開口部封口。此時，沿著電池殼體5的開口部上方伸出的引線11彎折 后被收納于電池殼體5內(nèi)，引線11由于是柔軟的，所以彎折位置不固定，根據(jù)彎折位置的不 同，引線11的一部分有可能與電池殼體5接觸。因此，如圖14(a)所示，通過將焊接部15的一部分形成為至少在與引線11的長度 方向垂直的方向上呈直線狀的部位A，則在彎折引線11并用封口板15將電池殼體5的開 口部封口時，如圖14(b)所示，可以通過焊接部15的部位A來限制引線11的彎折位置。由 此，可以防止引線11與電池殼體5接觸，從而可以穩(wěn)定地收納于電池殼體5內(nèi)。另外，在一邊彎折引線11 一邊用封口板10將電池殼體5的開口部封口時，在引線 11的長度方向上有可能產(chǎn)生引線卷曲。因此，如圖14(a)所示，通過在與引線11的長度方 向平行的方向上也形成直線狀的焊接部15，則可以同時防止引線卷曲。S卩，在一邊彎折引線11 一邊用封口板10將電池殼體5的開口部封口的工序中，為 了回避引線11的一部分與電池殼體5接觸的問題、以及產(chǎn)生引線卷曲的問題，如圖14(a) 所示，優(yōu)選將焊接部15形成為矩形。(第三實施方式)本發(fā)明者等使用本發(fā)明的方法進行引線11與封口板10的小孔式接合，并對其接 合構(gòu)造進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了以下的現(xiàn)象。如圖7(a)所示，在使從電極組導出的引線11 (由厚度為0. 15mm、寬度為4mm的鋁 箔構(gòu)成)的端部與封口板10 (由與引線11的焊接部的厚度為0. 1mm、直徑為16. 8mm的鋁板 構(gòu)成)抵接的狀態(tài)下，沿著引線11的寬度方向，以IOm/分鐘的掃描速度一邊掃描一邊照射 光斑直徑為0. 02mm、功率密度為7X 107W/cm2的激光，從而進行引線11與封口板10的激光 焊接，對所形成的焊接部15的接合構(gòu)造進行了觀察。圖15(a) (d)是表示其結(jié)果的圖，(a)是表示激光12的功率曲線的圖，(b)是焊 接部15的俯視圖，(c)是焊接部的剖視圖，(d)是焊接部的俯視顯微鏡照片。如圖15(b)、(c)所示，可知掃描開始時的焊接部15a的熔深變深，掃描停止時的焊 接部15b往往在焊接部的表面產(chǎn)生了穿孔16?？梢哉J為其原因在于由于在用恒定的功率照射激光12的情況下，掃描開始時， 達到規(guī)定的掃描速度時的每單位面積的熱量輸入大，進而引線11的照射部的溫度急劇上 升，所以熔深變深，而且掃描停止時，由于隨著掃描速度的下降，每單位面積的熱量輸入變 大，所以發(fā)生了穿孔16。能得到上述的接合構(gòu)造的激光焊接由于引線11 (以及封口板10)的熔融狀態(tài)不穩(wěn) 定，所以有可能使熔融金屬的一部分飛散而產(chǎn)生濺射物。此外，當激光12的掃描軌跡發(fā)生 對位偏離，掃描開始點或掃描停止點到達沒有引線11的區(qū)域時，激光12直接照射到封口板 10的表面，所以封口板10也有可能貫穿。本實施方式中，為了抑制上述的不穩(wěn)定的接合構(gòu)造的發(fā)生，提出了減少引線與封 口板的激光焊接時的濺射物的影響，能夠進行穩(wěn)定的通孔焊接的方法。
圖16(a) (d)是示意表示本實施方式中將引線11與封口板10進行激光焊接的 工序的圖，(a)是表示激光12的功率曲線的圖，(b)是焊接部15的俯視圖，(c)是焊接部的 剖視圖，(d)是焊接部的俯視顯微鏡照片。利用與圖7(a)所示的方法同樣的方法，在使從電極組導出的引線11的端部與封 口板10抵接的狀態(tài)下，沿著引線11的寬度方向一邊掃描一邊照射具有小于引線11的厚度 的光斑直徑的激光，從而將引線11的端部與封口板10進行激光焊接，形成線狀的焊接部 15。此時，如圖16(a)所示，在掃描開始后的一定時間(時刻0 、)，一邊使激光12 的功率增加一邊進行激光照射，并且，在掃描停止前的一定時間(時刻t2 t3)，一邊使激 光12的功率減少一邊進行激光照射。由此，可以進行穩(wěn)定的通孔焊接，如圖16(b)、(c)所 示，不會發(fā)生穿孔，可以實現(xiàn)焊接部15的熔深為大致恒定的接合構(gòu)造。圖16(d)是在使由厚度為0. 15mm、寬度為4mm的鋁箔構(gòu)成的引線11端部與厚度為 0. lmm(與引線11的焊接部的厚度)、直徑為16. 8mm的鋁板構(gòu)成的封口板10抵接的狀態(tài)下， 沿著引線11的寬度方向，以IOm/分鐘的掃描速度一邊掃描一邊照射光斑直徑為0. 02mm、功 率密度為7X107W/cm2的激光，從而進行引線11與封口板10的激光焊接時的焊接部15的 平面顯微鏡照片。在掃描開始后的3msec，一邊使激光12的功率密度增加一邊照射激光，并 且在掃描停止前的3msec，一邊使激光12的功率密度減少一邊照射激光，按照此方式進行 18msec的激光照射。另外，這期間未觀察到濺射物的發(fā)生。這里，優(yōu)選從掃描開始后經(jīng)過一定時間后到掃描停止前的一定時間之間(時刻 、 t2)，將激光12的功率設定為恒定來進行激光照射，但如果能夠確保一定的接合強度， 則也可以在不會使熔融狀態(tài)急劇變化的范圍內(nèi)進行變化。本實施方式中的激光照射可以通過圖8所示的光纖激光掃描來進行。激光12的 掃描速度和掃描方向由電流掃描器33控制，此外，使激光12的功率密度與激光12的掃描 同步，控制為圖9(a)所示的功率曲線。另外，激光12的功率曲線也可以通過一邊使激光12 的聚焦位置相對于引線11的表面移動一邊進行來實質(zhì)上地控制。以上，通過優(yōu)選的實施方式對本發(fā)明進行了說明，但上述說明并不是限定事項，當 然可以進行各種改變。例如，在上述實施方式中，以引線11和封口板10同為鋁材為例進行 了說明，但也可以是由不同金屬構(gòu)成的引線11和封口板10。另外，焊接有引線11的封口板 10除了可以與電池殼體5斂縫封口以外，還可以通過焊接與電池殼體5的開口部封口。另外，將引線11與封口板10進行激光焊接的工序是在將導出了引線11的電極組 4收納于電池殼體5內(nèi)之后進行的，但也可以將引線11與封口板10進行激光焊接后，將在 封口板10上焊接了引線11的電極組收納于電池殼體5內(nèi)，然后用封口板10對電池殼體5 的開口部10進行封口。另外，本發(fā)明所適用的密閉型二次電池的種類沒有特別限制，除了鋰離子二次電 池以外，還可以適用于鎳氫蓄電池等。此外，不限于圓筒形二次電池，還可以適用于方形二 次電池。再者，電極組不限于將正極板和負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。根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)具有穩(wěn)定的高可靠性的密閉型二次電池，作為便攜式設備 等的驅(qū)動用電源是有用的。
權利要求
一種密閉型二次電池，其將正極板和負極板隔著隔膜層疊或卷繞而成的電極組收納于電池殼體內(nèi)，并用封口板將該電池殼體的開口部進行封口，所述密閉型二次電池的特征在于從所述電極組的任一個極板導出的引線通過光斑直徑小于該引線厚度的激光與所述封口板進行激光焊接。
2.根據(jù)權利要求1所述的密閉型二次電池，其中，所述引線與所述封口板的焊接部的 熔深大于所述焊接部的焊珠直徑。
3.根據(jù)權利要求1所述的密閉型二次電池，其中，所述引線與所述封口板的焊接部形 成為線狀。
4.根據(jù)權利要求1所述的密閉型二次電池，其中，所述引線和所述封口板由以鋁為主 成分的材料構(gòu)成。
5.根據(jù)權利要求1所述的密閉型二次電池，其中，所述激光的光斑直徑為所述引線的 厚度的1/2以下。
6.根據(jù)權利要求3所述的密閉型二次電池，其中，所述焊接部形成至少2條以上的相互 分開的直線狀或曲線狀。
7.根據(jù)權利要求3所述的密閉型二次電池，其中，所述焊接部形成連續(xù)的封閉直線或 封閉曲線。
8.根據(jù)權利要求3所述的密閉型二次電池，其中，所述焊接部形成連續(xù)的Z字狀。
9.根據(jù)權利要求3所述的密閉型二次電池，其中，所述焊接部至少在與所述引線的長 度方向垂直的方向上具有呈直線狀的部位。
10.根據(jù)權利要求3所述的密閉型二次電池，其中，所述焊接部的焊接長度與焊接寬度 之比為4以上。
11.根據(jù)權利要求3所述的密閉型二次電池，其中，所述焊接部形成于所述引線的寬度 方向上，所述焊接部的焊接長度為所述引線的寬度的1/3以上。
12.—種權利要求1所述的密閉型二次電池的制造方法，其包含以下工序(a)準備電極組的工序，所述電極組是將正極板和負極板隔著隔膜層疊或卷繞而成的；(b)將引線的一端與所述電極組的任一個極板連接的工序；(c)將所述電極組收納于電池殼體內(nèi)的工序；(d)使所述引線的另一端與封口板抵接，從所述引線側(cè)照射光斑直徑小于所述引線厚 度的激光，從而將所述引線的另一端與所述封口板進行激光焊接的工序；以及(e)用所述封口板將所述電池殼體的開口部進行封口的工序。
13.根據(jù)權利要求12所述的密閉型二次電池的制造方法，其中，在所述工序(d)中，所 述激光是使用光纖激光來進行照射。
14.根據(jù)權利要求12所述的密閉型二次電池的制造方法，其中，在所述工序(d)中，所 述激光是一邊連續(xù)掃描一邊照射光纖激光。
15.根據(jù)權利要求14所述的密閉型二次電池的制造方法，其中，在所述掃描開始后的 一定時間，一邊使所述激光的功率增加一邊進行激光照射，并且，在所述掃描停止前的一定 時間，一邊使所述激光的功率減少一邊進行激光照射。
16.根據(jù)權利要求15所述的密閉型二次電池的制造方法，其中，從所述掃描開始后經(jīng)過一定時間之后到所述掃描停止前的一定時間之間，將所述激光的功率設定為恒定來進行 激光照射。
17.根據(jù)權利要求15所述的密閉型二次電池的制造方法，其中，所述引線與所述封口 板的焊接部的熔深在所述激光的掃描方向上恒定地形成。
18.根據(jù)權利要求15所述的密閉型二次電池的制造方法，其中，所述引線與所述封口 板的焊接部形成為線狀。
19.根據(jù)權利要求15所述的密閉型二次電池的制造方法，其中，一邊使所述激光的聚 焦位置相對于所述引線的表面移動，一邊進行所述激光的功率的增加和減少。
20.根據(jù)權利要求12所述的密閉型二次電池的制造方法，其中，在所述工序(d)中，所 述激光的光斑直徑為所述引線厚度的1/2以下。
21.根據(jù)權利要求12所述的密閉型二次電池的制造方法，其中，所述引線和所述封口 板由以鋁為主成分的材料構(gòu)成。
全文摘要
文檔編號B23K26/20GK101952997SQ20098010084
公開日2011年1月19日 申請日期2009年6月23日 優(yōu)先權日2008年8月8日
發(fā)明者Miyata Kyosuke, Fukuoka Takahiro, Harima Yukio, Funami Koji, Kumazawa Seiji 申請人:Panasonic Corp