密閉型電池及其製造方法

2023-10-19 19:40:02 2

專利名稱：密閉型電池及其製造方法
技術領域：
本發明涉及密閉型電池及其製造方法，特別涉及從電極組導出的引線和封口板的接合構造。
背景技術：
近年來，作為便攜用電子設備等的驅動用電源而正在擴大應用範圍且高容量的、 以鹼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得到廣泛使用。而且伴隨近年來的電子設備和通信設備的多功能化，期望密閉型電池的進一步高容量化。一方面使這些密閉型電池的高容量化得以發展，而另一方面， 應該重視的是安全對策，特別是因密閉型電池內的內部短路等，也有可能發生急劇的溫度上升，從而導致熱失控，因而強烈要求提高安全性。特別是在大型且高輸出的密閉型電池中，必須設法提高抑制熱失控等的安全性。這些密閉型電池被設計為如下的密閉構造將隔著隔膜卷繞或層疊正極板和負極板所形成的電極組與電解液一起收納在電池殼體內，電池殼體的開口部經由墊圈而用封口板進行封口。而且從電極組的一個極板(例如正極板)導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(例如負極板)導出的引線連接在兼具另一個外部端子的電池殼體的內表面上。此外，引線與封口板或電池殼體的內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行封口的工序採用如下的方法來進行在將電極組收納於電池殼體內的狀態下，將從電極組導出的引線與封口板進行電阻焊接，之後折彎引線而收納在電池殼體內，然後用封口板密閉電池殼體的開口部來進行。在此情況下，當將從電極組導出的引線與封口板進行電阻焊接時，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的電極組中，則有可能損傷隔膜而引起內部短路。或者，如果飛散的飛濺物附著於安設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由飛濺物而接觸短路。對於因這樣的飛濺物的混入等而引起的短路的發生，例如，當將從電極組導出的引線與封口板進行電阻焊時，為使飛散的飛濺物不混入電池殼體內，也有在製作時用薄板等事先覆蓋電池殼體的開口部的方法，但由於不能完全覆蓋，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行接合，則由於不會發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，其接合強度差，而且由於超聲波振動，在封口板具有用於防爆的安全機構的情況下，有可能對其功能產生影響以及活性物質有可能從電極板上剝離，因而在可靠性方面不是優選的。由於通常使用鋁作為鋰離子二次電池正極板的集電體的材質，因而從正極板導出的引線也使用鋁。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，電導率和熱傳導率較高，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，從而難以進行長時間穩定的焊接。於是，在引線和封口板的焊接中，採用了使用可以局部地使能量集中的脈衝振動的YAG雷射的雷射焊接。該雷射焊接由於可以使雷射聚集至很小，因而與電阻焊接相比可以減小熔融面積，相應地也可以降低飛散的飛濺物的量。作為脈衝振動的YAG雷射焊接的一個例子，提出了如下的方法如圖6所示，通過使用雷射在2點以上連續焊接用於密閉收納有使隔膜介於正極板和負極板之間的極板組 41的電池殼體的開口部的封口板101、和從極板組41導出的引線111，使焊接部142的拉伸強度增加，從而提高電池的可靠性(例如參照專利文獻1)。另外，作為其它的方法，提出了如下的方法如圖7所示，在從將正極板和負極板隔著隔膜層疊而成的極板組導出的引線111和封口板101的接合時，通過在引線111的寬度方向雷射接合2處以上、且在引線111的長度方向也雷射接合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的接合強度得以提高(例如參照專利文獻2)。先行技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2000-299099號公報專利文獻2 日本特開2007-2；34276號公報

發明內容
發明所要解決的課題但是，在上述的專利文獻1、2所記載的現有技術中，進行了包括在引線和封口板的接合中使用脈衝振動的YAG雷射焊接的鋰離子二次電池的強度的可靠性評價，結果以一定的比率出現了產生被認為起因於短路的發熱的鋰離子二次電池。本申請發明人以抑制內部短路的發生為目的，對從電極組導出的引線和封口板的焊接進行了各種各樣的潛心研究，結果發現存在如下的課題。如果更詳細地研究一下產生這種發熱的鋰離子二次電池，則確認發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部短路。而且對成為其短路原因的異物進行了分析，結果可知含有作為引線和封口板的材料的鋁。由此發現在從極板組導出的引線和封口板的焊接工序中，起因於某些製造工序上的外部要因的變動，雷射焊接時飛濺物飛散，該飛濺物附著在墊圈上，或者混入至電池殼體內。由於從極板組導出的引線位置的偏差和雷射照射位置的偏差，飛濺物在雷射照射引線的一端的情況下較多地發生。使用現有技術的脈衝振動的YAG雷射而將引線與封口板進行雷射焊接的方法如圖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的端部抵接於封口板101的中央附近的狀態下進行配置。
其次，如圖5(b)所示，從引線111的表面向抵接的封口板101的方向開始雷射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進行雷射焊接而在引線111上形成熔融部151。其次，如圖5(c)所示，一邊沿引線111的寬度方向照射雷射121—邊進行掃描，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上因雷射焊接所形成的熔融部151和該熔融部151發生凝固所形成的焊接部141的位置關係。在此，YAG雷射有連續地發出雷射的連續振動(CW)YAG雷射和以脈衝狀發出雷射的脈衝振動的YAG雷射，其中的任一種都能進行引線和封口板的焊接。但是，由於脈衝振動的YAG雷射將能量儲存起來並在瞬間釋放，因而可以降低平均功率。另外，由於脈衝振動的 YAG雷射與連續振動(CW)YAG雷射相比散熱較大，因而在掃描中容易使焊接開始和結束的熔融部溫度相同，因而一般使用脈衝振動的YAG雷射。下面對脈衝振動的YAG雷射進行進一步的說明。脈衝振動的YAG雷射由於與本發明所使用的纖維雷射相比較，其聚光性較低，因而在焊接中使用的在採用了光纖和聚光透鏡的光學系統中的加工點的雷射的光斑直徑比纖維雷射大1個數量級，實際為0. 3 0. 8mm左右，等同於或者大於引線111的厚度。在圖 5(b)和圖5(e)中，雷射121開始照射引線111的端部時，在引線111端部的寬廣的範圍內形成熔融部151。這時，熔融部151的中心部由於熱無法向周邊散發，因而溫度急劇上升，熔融金屬的一部分飛散而產生飛濺物131。在產生的飛濺物131較大的情況下，有可能產生如圖5(c)和圖5(f)所示那樣的開孔116。這樣一來，如果欲使用雷射121的光斑直徑與引線111的厚度相同或比引線111 的厚度大的脈衝振動的YAG雷射而將引線111與封口板101進行焊接，則不論是照射的開始、中途還是結束時，在照射引線111的外側時，一定會發生飛濺物113，特別是在照射引線 111的端部的情況下，產生較多的飛濺物131。因此，如圖5(b)和圖5(e)所示，只在引線 111的表面進行雷射焊接。為防止這樣的飛濺物113的發生，不從引線111表面的一端照射到另一端，而是要在引線111表面內的狹小範圍穩定地進行焊接。於是，焊接長度變短，接合強度降低，由于振動等引線111從封口板101上掉下，從而不能發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端部的附近照射雷射，由於引線111位置的偏差和雷射照射位置的偏差，難以通過照射引線111的端部而抑制飛濺物131的發生，存在較多地發生不良現象的課題。本發明是鑑於上述以前的課題而完成的，其主要目的在於提供一種密閉型電池， 其可以降低引線和封口板在雷射焊接時的飛濺物的影響，同時沒有開孔和接合強度的降低，且具有穩定的高可靠性。用於解決課題的手段為達到上述目的，本發明涉及一種密閉型電池，其將由正極板和負極板隔著隔膜卷繞或層疊而成的電極組收納在電池殼體內，並用封口板對該電池殼體的開口部進行封口，其特徵在於，從所述電極組的任一個極板導出的引線採用雷射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。
5
發明的效果根據本發明，在引線和封口板的雷射焊接工序中，即使產生引線位置的偏差和雷射照射位置的偏差等的製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度，同時沒有引線的開孔，可以大幅度降低雷射焊接時的飛濺物的發生，由此，可以穩定地實現抑制了飛濺物的混入且具有高可靠性的密閉型電池。


圖1是示意表示本發明的一個實施方式的密閉型電池的構成的剖視圖。圖2(a)是本發明的一個實施方式的雷射接合部的剖視圖，圖2(b)是雷射接合部的俯視圖。圖3(a) (C)是表示本發明的一個實施方式的引線和封口板的雷射焊接工序的剖視圖，圖3(d) (f)是其俯視圖。圖4(a) (f)是表示本發明的其它實施方式的引線和封口板的焊接部的構成的俯視圖。圖5(a) (c)是表示使用以前的脈衝振動YAG雷射的引線和封口板的雷射焊接工序的剖視圖，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行雷射焊接所得到的電池的構成的局部示意圖。圖7是表示以前的引線和封口板的焊接部的構成的局部放大圖。
具體實施例方式本發明的密閉型電池將正極板和負極板隔著隔膜卷繞或層疊而成的電極組收納在電池殼體內，並用封口板對該電池殼體的開口部進行封口，其中，從電極組的任一個極板導出的引線採用雷射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，可以大幅度地降低雷射焊接時的飛濺物的發生，同時可以提高引線和封口板的接合強度。其結果是，可以穩定地實現抑制了引線的開孔且具有高可靠性的密閉型電池。在此，引線優選用具有比該引線的厚度更小的光斑直徑的雷射進行連續掃描，從而採用雷射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生，從而實現引線和封口板的接合強度較高且具有可靠性的密閉型電池。另外，焊接長度相對於焊接部的焊接寬度之比優選為4以上。由此，可以實現接合強度較高的密閉型電池。另外，引線和封口板優選用以鋁作為主要成分的材料構成。以鋁作為主要成分的材料由於熱傳導率高，因而可以通過冷卻來抑制過度的溫度上升，抑制飛濺物的發生，並加快熔融部的凝固。再者，以鋁作為主要成分的材料由於電導率高，因而集電效率好，儘管重量輕，但也能實現提高了接合強度且具有高可靠性的密閉型電池。本發明的密閉型電池的製造方法包括以下工序將正極板和負極板隔著隔膜進行卷繞或層疊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雷射進行連續掃描一邊從引線側照射該雷射而將引線的另一端與封口板進行雷射焊接的工序，以及將電池殼體的開口部用封口板進行封口的工序；其中， 雷射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，即使產生引線和封口板的焊接時的製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度， 同時抑制引線的開孔，而且可以大幅度地降低雷射焊接時的飛濺物的發生。其結果是，可以製作降低了飛濺物混入且具有高可靠性的密閉型電池。在此，雷射的光源優選為纖維雷射。由此，可以容易地實現具有比引線的厚度更小的光斑直徑的雷射，可以抑制引線的開孔和飛濺物在電池內的混入。另外，雷射在1秒鐘掃描的距離優選相對於雷射的光斑直徑為2500倍以上。由此， 當對配置於引線的外側的封口板的表面進行雷射照射時，由於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側而可以提高接合強度。另外，關於雷射的掃描速度，優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雷射時，由於可以抑制輸入熱量，因而可以防止熔融部貫穿到封口板的背面側。另外，為了得到同樣的效果，也可以使雷射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，在雷射掃描封口板的表面時，優選向封口板表面的雷射所照射的附近噴吹氣流。由此，在向封口板表面進行照射雷射時，在氣流所產生的冷卻作用下，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側。另外，為了得到同樣的效果，也可以使相對於封口板的熱傳導率較高的夾具與雷射所照射的封口板的表面附近接觸。另外，雷射的光斑直徑優選為引線厚度的1/2 1/10。由此，可以大幅度地降低在雷射焊接時的飛濺物的發生，從而可以製作可靠性高的密閉型電池。以下，根據附圖就本發明的實施方式進行詳細的說明。此外，本發明並不限定於以下的實施方式。另外，在不脫離能夠產生本發明效果的範圍內可以進行適當的變更。再者， 與其它的實施方式的組合也是可能的。圖1是示意表示本發明的一個實施方式的密閉型電池的構成的剖視圖。如圖1所示，正極板1和負極板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夾持的狀態下與電解液一起收納在電池殼體5內。電池殼體5的開口部經由墊圈6而用封口板 10進行封口。從電極組4的任一個極板(例如正極板1)導出的引線11採用雷射焊接與封口板10焊接在一起。在此，焊接部14的一部分也存在於引線11並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。本發明的一個實施方式的密閉型電池採用如下的方法進行製作。首先，將正極板1 和負極板2隔著隔膜進行層疊或卷繞而形成電極組4後，在受到上下的絕緣板51、52夾持的狀態下將電極組4收納在電池殼體5內。其次，在將從電極組4的下方的端部導出的引線18的一端焊接在電池殼體5內的底部後，使從電極組4的上方的端部導出的引線11的另一端處於與封口板10抵接的狀態。在該狀態下，將引線11的另一端與封口板10的底面進行雷射焊接，從而形成焊接部14。進而從電池殼體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的開口部向內側方向折彎而進行斂縫封口，使電池殼體5密閉，從而製作出密閉型電池。
圖2(a)是本發明的一個實施方式的雷射接合部的剖視圖，圖2(b)是雷射接合部的俯視圖。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。關於該引線11和封口板10的雷射焊接，參照圖3(a) 圖3(f)進行詳細的說明。 在此，圖3(a) 圖3(c)是表示本發明的一個實施方式的引線和封口板的雷射焊接工序的剖視圖，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的寬度方向而連續地掃描具有比引線11的厚度更小的光斑直徑的雷射12。這時，如圖3(e)所示，從封口板10表面向引線11開始連續掃描時，只在封口板10的表面存在熔融部15。進而如圖3(c)所示，沿著引線11的表面連續掃描雷射12，在到達引線11的端部之前停止雷射12的照射。通過雷射12的移動，雷射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也隨著雷射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雷射12照射在引線11的端部時，熔融部15由於與圖5(c)所示的脈衝振動的YAG雷射的熔融部151相比非常狹小， 因而飛濺物難以發生，同時也不發生開孔。這時的焊接機理如下所示。如果繼續照射具有比引線11的厚度更小的光斑直徑的雷射12，則在雷射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，則由於雷射12在該匙孔內反覆進行多重反射，因而雷射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大。隨著匙孔的進一步加深，就與封口板10焊接在一起了。其後，在熱平衡原則下，雷射焊接以一定的熔融寬度、熔融深度推進下去。在此情況下，由於雷射12照射的能量效率高，並從引線11向封口板10傳遞過去，因而在雷射照射引線11的端部的情況下，也可以抑制飛濺物的發生。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)， 雷射焊接所需要的熔融寬度和體積也大幅度減小。進而在匙孔焊接時，由於在匙孔內雷射 12反覆進行多重反射，因而雷射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，與脈衝振動的YAG雷射等的熱傳導型焊接(向引線11所投入的雷射能量經由引線11而熱傳導到封口板10上，從而進行焊接)相比，可以減少雷射投入能量，從而可以減少發生的飛濺物的絕對量。本發明不像以前那樣地只是對引線11的表面進行雷射焊接，而是使雷射12的掃描跨越遠離引線11表面的位置、即跨越引線11的表面和封口板10的表面兩者而進行焊接。由此，即使產生製造工序上的外部要因的變動(例如引線11的位置偏差和雷射12照射位置的偏差等)，也不會作用於對飛濺物的發生成為重要因素的引線11端部位置的雷射焊接而能夠進行雷射焊接。其結果是，由於能夠抑制伴隨著雷射焊接的飛濺物的發生，可以極大地降低飛濺物混入到電池殼體內和飛濺物附著於在封口板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行製作，特別隨著密閉型電池的高容量化、小型化且薄型化的發展，也能夠以寬度狹小的引線來應對，可以穩定地製作既維持接合強度又抑制飛濺物發生的通過焊接得到的高品質的密閉型電池。此外，這時的雷射12的光斑直徑設定為比引線11的厚度更小的值，但優選為引線 11的厚度的1/2 1/10左右。進而在進行穩定的匙孔焊接時，優選使雷射12的光斑直徑為引線11的厚度的1/5 1/10。如果雷射12的光斑直徑大於引線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行，熔融金屬飛散，從而飛濺物發生的抑制變得困難。另外，如果使雷射12的光斑直徑低於引線11的厚度的1/10，則損害封口板10和引線11的焊接強度，由於將封口板10載置於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，可以實現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，可以進行熔融面積狹小且較深熔深的焊接。為實現這樣的小光斑直徑，例如可以使用光纖自身成為雷射振蕩器的纖維雷射。因為源於纖維雷射的擴展角等的光束質量非常優良，因而可以充分減小光斑直徑。在本發明人的實驗中，可以使光斑直徑為0. 1mm，進而可以通過聚光系統的改善，減小到0. Olmm左右。在以前的脈衝振動的YAG雷射中，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的厚度相同或者大於引線11的厚度，由於最小也是 0. 3mm，因而在引線11端部的寬廣範圍形成熔融部15，成為不能形成匙孔的熱傳導型的焊接。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而不會有急劇的溫度上升。因此，由於熔融金屬的一部分不會飛散，從而可以抑制飛濺物的發生，所以能夠抑制在引線11和封口板10上發生開孔。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的端部到相反側的端部照射雷射。其結果是，因為可以在引線11的寬廣範圍內穩定地進行焊接，因而可以提高接合強度。另外，由於將封口板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，本發明的一個實施方式的雷射12的光斑直徑由於小到引線11的厚度的 1/2 1/10左右，因而擔心伴隨焊接面積的縮小引起的接合強度的降低。為確保接合強度，必須增加焊接部位，但是如果對多個部位進行雷射焊接，則因為反覆進行加熱、熔融、凝固的狀態變化，因而容易產生飛濺物。除此以外，焊接狀態也因焊接部位的不同而變得不均勻，因而不能得到穩定的接合強度。於是，在本發明中，為得到飛濺物不會發生的穩定的接合構造，連續掃描連續振蕩的雷射12，在引線11和封口板10的表面形成線狀的焊接部14。由此，既確保接合強度，而且也可以大幅度地減少飛濺物13的發生。此外，相對於焊接部14的焊接寬度，焊接部14的焊接長度優先為4以上。接合強度與焊接部14的長度和寬度之積即焊接面積有關，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度，相對於焊接部14的焊接寬度，優選形成焊接長度為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)是表示本發明的其它實施方式的引線和封口板的焊接部的構成的俯視圖。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的表面後，焊接結束時在與焊接開始時相反側的封口板10的表面。另外，在圖4(c)中，與引線11的長度方向平行地進行雷射照射，在跨越引線11的上側和封口板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的上側和右側端邊並跨越封口板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係。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係。另外，關於雷射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。實施例以下，就作為本發明的密閉型電池、適用於鋰離子二次電池的實施例進行說明。(實施例1)正極板1採用如下的方法進行製作。首先，採用混煉機將作為活性物質的鈷酸鋰 100重量部、作為導電材的乙炔黑2重量部、作為粘結材料的聚偏氟乙烯(PVdF)2重量部與適量的N-甲基2-吡咯烷酮一起進行攪拌，從而製作出正極合劑塗料。其次，在由厚度為 15 μ m的鋁箔構成的正極集電體的兩面塗布該正極合劑塗料並使其乾燥，進行壓力加工使其總厚度成為165μπι後，進行縱向剪切加工而製作出正極板1。另外，負極板2採用如下的方法進行製作。首先，採用混煉機將作為活性物質的人造石墨100重量部、作為粘結材料的苯乙烯-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行攪拌，從而製作出負極合劑塗料。其次，在由厚度為 10 μ m的銅箔構成的負極集電體的兩面塗布該負極合劑塗料並使其乾燥後，進行壓力加工使其總厚度成為180 μ m後，進行縱向剪切加工而製作出負極板2。將這樣製作的正極板1和負極板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的狀態下將其收納在電池殼體5內。其次，將從電極組4的負極板2的端部導出的引線18的一端與電池殼體5內的底部進行電阻焊接。進而在使從電極組4的正極板1導出的由鋁箔構成的引線11與由鋁板構成的封口板10抵接的狀態下，連續照射雷射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，雷射的光斑直徑為0. 02mm。雷射如圖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的右端稍稍左側結束照射。其結果是，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。
10
其次，在電池殼體5內注入非水電解液後，折彎引線11，將封口板10配置在電池殼體5的開口部，經由墊圈6而用封口板10對電池殼體5的開口部進行斂縫封口，從而製作出鋰離子二次電池，將其作為實施例1。(比較例1)使用與實施例1同樣地製作的電極組4，如圖5(b) (C)所示，用光斑直徑為 0. 4mm的脈衝YAG雷射進行引線111和封口板101的焊接，從而製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，則在實施例1中，雷射焊接時發生的飛濺物在目測時完全沒有觀察到。另外，詳細地觀察封口板10和引線11的表面，結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的接合強度大約為23N。 另一方面，在比較例1中，雷射焊接時飛濺物131的發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發生了開孔161。這時的引線11和封口板10的接合強度大約為19N。如果比較實施例1和比較例1，則焊接本身哪個都可以形成，都可以進行電流的取出，但實施例1得到了沒有飛濺物的發生、且可靠性較高的密閉型電池。(實施例2)使用與實施例1同樣地製作的電極組4，引線11的寬度為2mm，焊接部14如圖4 (b) 所示，位於引線11的表面以及比兩端更靠外側的封口板10的表面，除此以外，進行與實施例1同樣的雷射焊接，從而製作出鋰離子二次電池，將其作為實施例2。(比較例2)使用光斑直徑為0. 4mm的脈衝YAG雷射，除此以外，與實施例2同樣地進行雷射焊接，從而製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，則在實施例2中，觀察了雷射焊接時發生的飛濺物，結果在目測時飛濺物完全沒有觀察到。另外，詳細地觀察了封口板10和引線11的表面，結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 的接合強度大約為22N。另一方面，在比較例2中，雷射焊接時飛濺物131的發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發生了開孔161。這時的引線11和封口板10的接合強度大約為13N。如果比較實施例2和比較例2，則在實施例2中，沒有飛濺物的發生，從而在密閉型電池的製造過程中，可以抑制飛濺物附著在墊圈上或者混入電池殼體內。再者，在實施例 2中，由於是與實施例1同樣的2mm的焊接長度，因而在接合強度方面也可以得到相同的強度。在比較例2中，由於有開孔，因而接合強度與比較例1相比得以降低。引線11的寬度即使較小，但根據實施例2，既可以維持接合強度，同時也可以抑制飛濺物的發生。(實施例3)使用與實施例1同樣地製作的電極組4，將焊接部14的熔融寬度設定為0. 4mm，將熔融長度設定為1.6mm，除此以外，進行與實施例1同樣的雷射焊接，從而製作出鋰離子二次電池。其結果是，可以得到接合強度大約為15N的穩定的焊接強度。由此，優選將線狀的焊接部14的焊接長度與焊接寬度之比設定為4以上。
接合強度與焊接部14的長度和焊接寬度之積即焊接面積有關。如果使焊接寬度恆定，則與焊接長度有關。焊接寬度依賴於雷射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域，優選為4以上。(實施例4)使用與實施例1同樣地製作的電極組4，將光斑直徑為0. 02mm的雷射12在1秒鐘掃描的距離改變為10 500mm，進行與實施例1同樣的雷射焊接，從而製作出鋰離子二次電池。其結果是，如果在1秒鐘掃描的距離達到50mm以上，即如果使相對於雷射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生。另一方面，如果以低於2500倍的掃描距離進行雷射焊接，則可以看到飛濺物的發生，而且焊接寬度增大。可以認為其原因在於如果使雷射12的相對於光斑直徑在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，從其表面容易產生飛濺物。進行雷射焊接時，飛濺物的發生與雷射的光斑直徑和行進的距離有很大的關係，優選相對於雷射的光斑直徑在1秒鐘掃描的距離為2500倍以上。(實施例5)使用與實施例1同樣地製作的電極組4，改變掃描封口板10的表面時的雷射12的掃描速度Vl和掃描引線11的表面時的雷射12的掃描速度V2，進行與實施例1同樣的雷射焊接，從而製作出鋰離子二次電池。其結果是，觀察了將掃描封口板10的表面時的雷射12的掃描速度Vl設定為 IOOmm/秒、將掃描引線11的表面時的雷射12的掃描速度V2設定為50mm/秒時的飛濺物， 結果在任何的組合中都沒有看到飛濺物的發生。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，優選使雷射的掃描速度加快。(實施例6)使用與實施例1同樣地製作的電極組4，改變掃描封口板10的表面時的雷射12的輸出Pl和掃描引線11的表面時的雷射12的輸出p2，進行與實施例1同樣的雷射焊接，從而製作出鋰離子二次電池。其結果是，觀察了將掃描封口板10的表面時的雷射12的輸出pi設定為150 500W、將掃描引線11的表面時的雷射12的輸出p2設定為500W時的飛濺物，結果只有在 pl、p2都為500W的組合時，可以看到飛濺物微量的發生。由此，與掃描引線11的表面時比較，掃描封口板10的表面時，優選使雷射的輸出減少。(實施例7)使用與實施例1同樣地製作的電極組4，在照射雷射12的封口板10的表面附近， 從直徑為2mm的噴嘴頂端以IOL/分鐘的流量噴吹氮氣，而且將雷射12的掃描速度設定為 50mm/秒鐘，與實施例1同樣地進行雷射焊接，從而製作出鋰離子二次電池。其結果是，如果觀察引線和封口板的焊接部，則沒有看到飛濺物的發生。另外，將氣氛氣體變更為氦氣和氬氣進行了同樣的焊接，結果飛濺物的發生同樣沒有看到。向雷射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生。(實施例8)使用與實施例1同樣地製作的電極組4，使由鋁製板構成的夾具與圖3(e)所示的熔融部15周邊的封口板10進行面接觸，而且將雷射的掃描速度設定為50mm/秒，與實施例 1同樣地進行雷射焊接，從而製作出鋰離子二次電池。其結果是，如果觀察引線和封口板的焊接部，則沒有看到飛濺物的發生。另外，將接觸在封口板10的夾具的金屬變更為銅和鎢進行了同樣的雷射焊接，結果飛濺物的發生同樣沒有看到。通過使熱傳導率高的金屬制的夾具與雷射12掃描的附近的封口板10的表面進行面接觸，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生。以上，根據優選的實施方式就本發明進行了說明，但這樣的記述不是限定事項，當然可以進行各種改變。例如，在上述實施方式中，引線11和封口板10以相同的鋁材為例進行了說明，當然，即使是由異種金屬構成的引線11和封口板10也沒有關係。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的開口部上進行封口。此外，本發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， 還可以適用於鎳氫蓄電池等。另外，不只限於圓筒形二次電池，也可以適應於方形二次電池。再者，也可以適用於一次電池。再者，電極組不只限於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。另外，不只限於一次、二次電池，也可以適用其它裝置的薄板的疊合焊接。產業上的可利用性根據本發明，可以實現具有穩定的高可靠性的密閉型電池，其作為便攜設備等的驅動用電源是有用的。符號說明1正極板3 隔膜5電池殼體10 封口板12 雷射15熔融部51、52 絕緣板
2負極板 4電極組 6墊圈 11引線 14焊接部 18引線
權利要求
1.一種密閉型電池，其將由正極板和負極板隔著隔膜卷繞或層疊而成的電極組收納在電池殼體內，並用封口板對該電池殼體的開口部進行封口，其中，從所述電極組的任一個極板導出的引線採用雷射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.根據權利要求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雷射進行連續掃描，從而採用雷射焊接與所述封口板焊接在一起。
3.根據權利要求1所述的密閉型電池，其中，所述焊接部的焊接長度相對於焊接寬度之比為4以上。
4.根據權利要求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成。
5.一種密閉型電池的製造方法，其包括以下工序將正極板和負極板隔著隔膜進行卷繞或層疊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行連接的工序，將所述電極組收納在電池殼體內的工序，使所述引線的另一端與封口板抵接，並一邊用具有比所述引線的厚度更小的光斑直徑的雷射進行連續掃描一邊從所述引線側照射該雷射，從而採用雷射焊接將所述引線的另一端與所述封口板進行焊接的工序，以及將電池殼體的開口部用所述封口板進行封口的工序；其中，所述雷射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行掃描。
6.根據權利要求5所述的密閉型電池的製造方法，其中，所述雷射的光源為纖維雷射。
7.根據權利要求6所述的密閉型電池的製造方法，其中，所述雷射在1秒鐘掃描的距離相對於所述雷射的光斑直徑為2500倍以上。
8.根據權利要求5所述的密閉型電池的製造方法，其中，對於所述雷射的掃描速度，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.根據權利要求5所述的密閉型電池的製造方法，其中，對於所述雷射的輸出，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.根據權利要求5所述的密閉型電池的製造方法，其中，在所述雷射掃描所述封口板的表面時，向所述封口板表面的所述雷射所照射的附近噴吹氣流。
11.根據權利要求5所述的密閉型電池的製造方法，使相對於所述封口板的熱傳導率較高的夾具與所述雷射所照射的所述封口板的表面附近接觸。
12.根據權利要求5所述的密閉型電池的製造方法，其中，所述雷射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)和負極板(2)隔著隔膜(3)進行卷繞或者層疊而成的電極組(4)收納在電池殼體(5)內、並將該電池殼體(5)的開口部用封口板(10)進行封口的密閉型電池中，採用雷射焊接將從電極組(4)的任一個極板導出的引線(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 優先權日2009年8月5日
發明者加藤誠一, 宮田恭介, 播磨幸男, 熊澤誠二, 福岡孝博, 船見浩司 申請人:松下電器產業株式會社