專利名稱：二次電池及二次電池的制造方法
技術領域：
本發明的實施方式涉及二次電池及二次電池的制造方法。
背景技術：
近年，在以鋰離子電池為代表的二次電池中，以車載用途為中心的各種用途不斷擴展，生產一直在擴大。 在制造二次電池時，多采用將電池的構成部件封入金屬箱內的制造方法。此外，為了提高二次電池的空間效率，與以往的圓形箱相比，多采用方形的電池箱。無論是在圓形還是方形的電池箱的情況下，能夠高效率地制造構造體的激光焊接多被用于鋰離子電池的制造。在鋰離子電池的制造工序中，經常使用激光焊接的工序是以下三個工序。I、連接鋁罐本體和帽體的帽縫焊接。2、用于堵塞注入電解液的注液口的封閉焊接。3、用于將多個電池電學并聯或串聯的部件焊接。但是，前述工序中2的封閉焊接工序為通過使激光從接合對象物表面向相對面貫通而使相對物熔融來進行一體化的工序，所以會在凝固過程中發生微裂紋(micro crack)。

發明內容
本發明所要解決的課題是提供一種能夠抑制由激光焊接產生的微裂紋的缺陷的發生，實現高品質及高可靠性的二次電池及二次電池的制造方法。實施方式的二次電池具有容器，具有用于注入電解液的注液口，并同時收容電極體和從注液口注入的電解液；以及封口蓋，固定于容器并堵塞注液口，封口蓋具有以貫穿封口蓋及容器的深度環狀存在的焊接痕和以與封口蓋的厚度相當的深度在封口蓋中的焊接痕的內周側與焊接痕重疊的環狀存在的內周側熔融痕。實施方式的二次電池的制造方法是以堵塞注入了電解液的容器的注液口的方式在容器上放置封口蓋；以環狀對所放置的封口蓋照射激光從而以貫穿封口蓋及容器的深度在封口蓋形成焊接痕，將封口蓋焊接于容器；以環狀對所焊接的封口蓋照射激光，從而以與封口蓋的厚度相當的深度在封口蓋中的焊接痕的內周側與焊接痕重疊地形成內周側熔融痕。根據上述的二次電池及二次電池的制造方法可知，能夠抑制由激光焊接產生的微裂紋的缺陷的發生，實現高品質及高可靠性。


圖I是表示一個實施方式的二次電池的概略構成的外觀立體圖。圖2是放大表示圖I所示的二次電池所具有的容器的封口蓋周邊的平面圖。圖3是圖2的Al-Al線的剖面圖。圖4是表示制造圖I所示的二次電池的制造工序的流程的流程圖。
圖5是用于說明圖4所示的制造工序中的激光焊接的說明圖。圖6是用于說明圖4所示的制造工序中的由激光焊接產生的焊接痕的剖面圖。圖7是用于說明圖4所示的制造工序中的由激光照射產生的內周側熔融痕的剖面圖。圖8是用于說明圖4所示的制造工序中的第二次或第三次的激光功率和微裂紋的發生數量之間的關系的說明圖。圖9是用于說明由連續波激光照射產生的焊接痕和由脈沖激光照射產生的焊接痕的說明圖。
具體實施例方式
參照附圖對一實施方式加以說明。如圖I所示，本實施方式的二次電池I具有電極體2 ;容器3，同時收容該電極體2和電解液；一對正極端子4及負極端子5。作為該二次電池1，例如，可列舉出鋰離子電池等非水電解質二次電池。電極體2由作為發電元件的正極板及負極板夾著隔板卷成螺旋(spiral)狀來形成，與電解液一同被收納于容器3內。容器3為扁平的長方體形狀的外裝容器，例如由鋁或鋁合金等金屬形成。該容器3具有上端(圖1中)開口的一端開口的容器本體3a和堵塞該容器本體3a的開口的矩形板狀的蓋體3b,該蓋體3b焊接于容器本體3a,形成為液密狀態。正極端子4設于蓋體3b的長度方向的一端部，負極端子5設于其另一端部。這些正極端子4及負極端子5分別連接于電極體2的正極及負極，從蓋體3b的上面突出。此夕卜，任一方的端子，例如正極端子4電連接于蓋體3b，與容器3形成相同電位。負極端子5貫穿蓋體3b并延伸，在該負極端子5和蓋體3b之間設有由合成樹脂或玻璃等絕緣體構成的密封件，例如密封墊(gasket)(未作圖示)。該密封件將負極端子5和容器3之間氣密地密封,并且電絕緣。蓋體3b的中央部設有例如矩形的安全閥6。該安全閥6通過使蓋體3b的一部分變薄至厚度的一半的程度來形成，該薄體部分的上面中央部形成刻印。在由于二次電池I的異常等在容器3內產生氣體，容器3的內壓上升至規定值以上的情況下，安全閥6成為開閥狀態并將容器3內的氣體放出，從而降低容器3的內壓，防止二次電池I的破裂等問題。此外，在蓋體3b形成用于向容器3內注入電解液的注液口 7。該注液口 7為貫通孔，例如形成為圓形。電解液自注液口 7被注入到容器3內。再有，在蓋體3b設有堵塞注液口 7的封口蓋8。該封口蓋8例如由鋁或鋁合金等金屬形成，并以堵塞注液口 7的方式固定于蓋體3b上。封口蓋8例如形成圓形，其半徑大于注液口 7的半徑，并形成為能夠焊接于蓋體3b。在此，封口蓋8通過在其上面以圓環狀照射激光而被焊接于蓋體3b。此時，最初，具有使金屬熔化的功率的激光照射于封口蓋8的外緣上的四個位置(預焊接)，其后，在封口蓋8的表面上以圓環狀照射一次(正式焊接)，進而，以圓環狀照射第二次。因此，如圖2及圖3所示，封口蓋8具有由預焊接產生的四個圓形的焊接痕8a、8b、8c、8d和由正式焊接產生的一個圓環狀的焊接痕8e(參照圖3)和由該正式焊接后的激光照射產生的圓環狀的第I熔融痕8f及第2熔融痕Sg。
圓形的各焊接痕8a 8d是通過正式焊接前的激光照射將封口蓋8預焊接于蓋體3b時所產生的痕跡。執行該預焊接是為了防止由于正式焊接時在封口蓋8的表面上以圓環狀照射激光而封口蓋8發生移動。焊接痕8e為將封口蓋8通過正式焊接的激光照射而焊接于蓋體3b時所產生的痕跡。該正式焊接通過在封口蓋8的表面上以圓環狀照射具有使金屬熔化的功率的激光來執行。由此，焊接痕8e以貫穿封口蓋8及容器3的深度以圓環狀存在，并有助于封口蓋8的相對于蓋體3b的固定。第I熔融痕8f及第2熔融痕8g為通過正式焊接后的激光照射而與焊接痕8e重疊地存在于該焊接痕Se的內周側及外周測的兩側的、彼此接近的痕跡。激光照射通過向封口蓋8的表面上以圓環狀照射具有使金屬熔化的功率(但是是低于前述焊接時的功率，且使熔融痕的深度形成為與封口蓋8的厚度相同的功率)的激光來執行。由此，第I熔融痕8f以與封口蓋8的厚度相同的深度在封口蓋8的焊接痕8e的內周側與焊接痕8e重疊并以圓環狀存在。此外，第2熔融痕8g也以與封口蓋8的厚度相同的深度在封口蓋8的焊接痕Se的外周側與焊接痕Se重疊并以圓環狀存在。再者，第I熔融痕8f作為內周側熔融痕發揮作用，第2熔融痕Sg作為外周側熔融痕發揮作用。接下來，對前述二次電池I的制造工序(制造方法)加以說明。如圖4所示，首先，使用電解液注入裝置從注液口 7向容器3內注入電解液(步驟SI)，其后，將已注入電解液的容器3提供給激光照射裝置(步驟S2)。接著，使已注入電解液的容器3的周圍氣體環境成為減壓狀態(步驟S3)。容器3的整體或僅封口蓋8所在的上部被封入密閉空間，即激光照射裝置的腔室內。腔室內的密閉空間的氣體環境例如為在N2的氣體環境下減壓至20kPa。在步驟S3的減壓后，通過機器人等的放置臂，以堵塞注液口 7的方式將封口蓋8放置于容器3的蓋體3b上(步驟S4)，在該放置狀態下，使用激光照射裝置向封口蓋8的外緣上的兩個位置(圖2中的上下兩個位置)照射激光，將封口蓋8預焊接于蓋體3b(步驟S5)。由此，兩個圓形的焊接痕8a、8b形成于封口蓋8的外緣上。其后，使放置臂退避(步驟S6)，使用激光照射裝置向封口蓋8的外緣上的兩個位置(圖2中的左右兩個位置)照射激光，將封口蓋8預焊接于蓋體3b(步驟S7)。由此，兩個圓形的焊接痕8c、8d形成于封口蓋8的外緣上。在此，步驟S5中，在放置臂退避前進行兩個位置的預焊接，而在該兩個位置的預焊接前使放置臂退避時，有時蓋體3b上的封口蓋8會由于該放置臂的退避動作而移動并從規定位置偏離。為了防止這種情況，如前所述，在放置臂退避前進行兩個位置的預焊接。再者，執行步驟S5及步驟S7的預焊接是為了防止封口蓋8由于正式焊接時的激光照射而移動。在步驟S7的預焊接后，使用激光照射裝置進行使封口蓋8激光焊接于蓋體3b的正式焊接(步驟S8)，進而，使在激光焊接部產生的微裂紋消失(步驟S9)，最后，進行出庫檢測等規定的檢查(步驟S10)。在步驟S8，如圖5所示，激光照射裝置使用激光照射部11在封口蓋8的表面上以圓環狀掃描照射具有使金屬熔化的功率的激光。由此，以沿注液口 7的外緣的圓環狀照射激光，封口蓋8被焊接于蓋體3b。在此,作為激光掃描的掃描方式,優選采用使用流電掃描儀(Galvano scanner)等掃描儀的掃描方法，因為這種掃描方法能夠高速地進行激光掃描。不過，也可以根據掃描速度的不同，采用使容器3的工件本體旋轉的方法或使用機器人等移動機構使光學系統移動的方法。如圖6所示，通過前述步驟S8的激光焊接，在封口蓋8以貫穿封口蓋8及容器3的深度形成圓環狀的焊接痕Se。此時，可能會從金屬制的封口蓋8的下面與蓋體3b的上面的邊界開始產生微裂紋K1、K2。即使進行激光照射條件的最優化或封口蓋8的材質、蓋體3b的材質的最優化等，也很難消除微裂紋K1、K2。所以，在此，通過步驟S9的激光照射使微裂紋Κ1、Κ2消失。
在步驟S9中，如圖5所示，激光照射裝置使用激光照射部11，在焊接痕8e的內周側以與該焊接痕Se重疊的方式圓環狀地掃描照射具有使金屬熔化的功率的激光，其后，在焊接痕Se的外周側以與該焊接痕Se重疊的方式圓環狀地掃描照射具有使金屬熔化的功率的激光。此工序中的激光的功率低于前述步驟S8的激光焊接時的功率，并被設定為能夠獲得與封口蓋8的深度相同的熔入深度的值。如圖7所示，通過向前述焊接痕8e的內周側照射激光，在封口蓋8中，與焊接痕8e的內周側重疊的第I熔融痕8f以與封口蓋8的厚度相同的深度形成為圓環狀。在該第I熔融痕8f的形成過程、即封口蓋8的一部分通過照射激光而熔融并凝固的過程中，微裂紋Kl消失。而且，如圖3所示，通過向前述焊接痕Se的外周側照射激光，與焊接痕Se的外周側重疊的第2熔融痕8g以與封口蓋8的厚度相同的深度形成為圓環狀。在該第2熔融痕Sg的形成過程、即封口蓋8的一部分通過照射激光而熔融并凝固的過程中，微裂紋K2消失。再者，向前述焊接痕Se的內周側照射激光和向前述焊接痕Se的外周測照射激光二者可以同時進行，但并不限于此，至少僅進行向前述焊接痕Se的內周側照射激光即可。這是因為，在考慮了確保車載品質的情況下，只要僅使注液口 7側(內側)的微裂紋Kl(參照圖6)消失，在壽命品質上就沒有問題。不過，在要求更高品質的特殊用途的情況下，需要使微裂紋K1、K2均消失。在像這樣的二次電池I的制造工序中，將激光聚集在置于注液口 7上的封口蓋8的表面上并以圓環狀進行照射，將封口蓋8焊接于容器3的蓋體3b之后，在從最初照射的激光的軌跡向內側或外側偏移的位置上，以比最初照射的激光的功率低的功率圓環狀地進行第二次或第三次的激光照射。軌跡的偏移量例如被控制在最初的激光照射中的焊縫寬度的1% 99%。此外，第二次或第三次的激光功率被控制為使熔融痕8f、8g的熔入深度與封口蓋8的厚度相同的值；但是并不限于此，該功率被控制為能夠獲得相當于封口蓋8的厚度的深度、例如封口蓋8的厚度的±20%以內(設深度為X，厚度為a時，0.8Xa彡X彡1.2Xa的關系式成立)的熔入深度的值即可。在此，當對通過前述制造工序所制造的二次電池I和通過省去了裂縫消除工序的制造工序所制造的二次電池進行比較時可知，在通過省去了裂縫消除工序的制造工序所制造的二次電池中，幾乎以100%的概率發生微裂紋。該裂縫的長度為O. 02mm O. 11_。與此相對，通過包含前述裂縫消除工序的制造工序所制造的二次電池I中，微裂紋的發生為O(zero)。為了導出這樣良好的制造條件，重要的是對第二次或第三次所照射的激光的功率進行調整。例如，在將激光功率作為參數的情況下，如圖8所示，第二次或第三次所照射激光的功率對微裂紋的發生數量有很大的影響。即，在圖8中，微裂紋的發生數量根據激光功率而變化，激光功率為I. 5kff時，發生數量為0 (zero)。因此，通過使第二次或第三次所照射激光的功率最優化，能夠使微裂紋的發生數量為0 (zero)。再者，在前述封口蓋9的焊接中，焊接該封口蓋9時，將容器3的整體或僅封口蓋9所在的上部封入密閉空間，使該密閉空間內形成減壓氣體環境；此時，在排氣速度高的情況或極限真空度高的情況等下，會從注液口 7漏出大量的電解液，因此，將減壓氣體環境控制在IOkPa至30kPa的范圍是很重要的；例如，以20kPa的壓力作為目標值對排氣系統進行控制。其后，如前所述，在減壓氣體環境下對封口蓋9照射激光并進行焊接。 在此,參照圖9對使用連續波激光(CW(Continuous Wave)激光)作為前述激光的情況和使用脈沖激光作為前述激光的情況加以說明。圖9中，上側為由連續波激光照射產生的焊接痕9a，下側為由脈沖激光照射產生的焊接痕％。再者，連接波激光為時間上連續的激光，前述脈沖激光是時間上非連續的激光。如圖9所示，由連續波激光照射產生的焊接痕9a成為連續的一條直線，但在由脈沖激光照射產生的焊接痕9b產生焊接缺陷K3。在通過脈沖激光進行的焊接中，由于脈沖能量在時間上非連續，所以熔融時間短，當即使僅照射一次激光能量弱的激光脈沖時，焊接痕(焊縫)9b也會大受其影響，因此容易發生焊接缺陷K3。與此相對，在通過連續波激光進行的焊接中，金屬的熔融時間較長，金屬的熔融池連續移動，因此，即使有少許的功率變動，也幾乎不會影響到作為加工痕的焊接痕9a。此外，即使在根據作為焊接對象的金屬的表面狀態的不同，激光的吸收率發生了變化的情況下，因為與上述相同的理由，對焊接痕9a的影響很小。因此，即使產生干擾因素，在使用通過連續波激光進行的焊接的情況下，焊接痕9a的雜亂很小，能夠獲得極為穩定的焊接接頭。此外，脈沖激光可以取得較高的峰值功率，因此，廣泛應用于焊接加工，但是在通過脈沖激光進行的焊接中，作為加工對象的金屬的熔融時間短，熔融痕成為非連續狀態(所謂的拼畫狀態(y P、々'狀態))。因此，容易產生飛濺(splash)或氣孔(blow hole)等焊接缺陷，作為接頭的可靠性明顯低下。因此，對于要求高焊接品質的車載用途來說，大多不能使用通過脈沖激光產生的焊接接頭。此外，通過脈沖激光進行的激光焊接的另一個問題點是生產率低下。具體而言，焊接速度最大只能提高到數10mm/s的程度,生產能力(through put)低,很難提高生產率。與此相對，使用光纖激光器或盤形激光器等能夠以數kW級的連續輸出進行振蕩的固體激光器，將連續波激光用于焊接，由此，能夠實現焊接的可靠性和生產率的提高。如以上所說明的，根據本實施方式，以堵塞注入了電解液的容器3的注液口 7的方式將封口蓋8放置于容器3 ;以環狀對所放置的封口蓋8照射激光并將封口蓋8焊接于容器3，使得在封口蓋8形成貫穿封口蓋8及容器3的深度的焊接痕Se ；以環狀對所焊接的封口蓋8照射激光，使得在封口蓋8中的焊接痕Se的內周側與該焊接痕Se重疊地形成與封口蓋8的厚度相當的深度的第I熔融痕8f。由此，能夠使環狀的焊接痕8e的內周側、即注液口 7側的微裂紋Kl (參照圖 6)消失。因此，能夠抑制由激光焊接產生的微裂紋Kl的缺陷的發生，并能夠實現二次電池I的高品質及高可靠性。此外，能夠以高產量制造二次電池
Io再有，以環狀對所焊接的封口蓋8照射激光，使得在封口蓋8的焊接痕Se的外周側與該焊接痕8e重疊地形成與封口蓋8的厚度相當的深度的第2熔融痕8g，由此，能夠使環狀的焊接痕Se外周側、即與注液口 7側相反一側的微裂紋K2(參照圖6)消失。由此，能夠可靠地抑制由激光焊接產生的微裂紋Κ2的缺陷的發生，并能夠實現二次電池I的高品質及高可靠性。此外，在照射激光時，以形成深度為封口蓋8的厚度的±20%的第I熔融痕8f或第2熔融痕Sg的方式照射激光，由此，能夠可靠地消除從封口蓋8和蓋體3b的邊界產生的微裂紋K1、K2。結果，能夠更可靠地抑制由激光焊接產生的微裂紋Kl、Κ2的缺陷的發生。以上，對本發明的幾個實施方式進行了說明，但這些實施方式只是作為例子示出的，意圖并不在于限定發明的范圍。這些新穎的實施方式也可以通過其他各種方式加以實施，并能夠在不超出發明主旨的范圍內進行各種省略、置換、變更。這些實施方式或其變形包含于發明的范圍和主旨內，同時包含于權利要求范圍中所記載的發明和其均等范圍內。
權利要求
1.一種二次電池，其特征在于，具有 容器，具有用于注入電解液的注液口，并收容電極體和從所述注液口注入的所述電解液；以及 封口蓋，固定于所述容器并堵塞所述注液口， 所述封口蓋具有 焊接痕，以貫穿所述封口蓋及所述容器的深度呈環狀存在，以及 內周側熔融痕，以與所述封口蓋的厚度相當的深度在所述封口蓋中的所述焊接痕的內周側與所述焊接痕重疊地呈環狀存在。
2.根據權利要求I所述的二次電池，其特征在于， 所述封口蓋具有外周側熔融痕，該外周側熔融痕以與所述封口蓋的厚度相當的深度在所述封口蓋中的所述焊接痕的外周側與所述焊接痕重疊地呈環狀存在。
3.根據權利要求I所述的二次電池，其特征在于， 所述內周側熔融痕的深度為所述封口蓋的厚度的± 20 %以內的深度。
4.根據權利要求2所述的二次電池，其特征在于， 所述外周側熔融痕的深度為所述封口蓋的厚度的±20%以內的深度。
5.根據權利要求I所述的二次電池，其特征在于， 所述焊接痕形成為連續的一條線狀。
6.—種二次電池的制造方法，其特征在于， 以堵塞在注入了電解液的容器的注液口的方式在所述容器之上放置封口蓋； 以環狀對所放置的所述封口蓋照射激光從而以貫穿所述封口蓋及所述容器的深度在所述封口蓋形成焊接痕，將所述封口蓋焊接于所述容器；以環狀對所焊接的所述封口蓋照射激光，從而以與所述封口蓋的厚度相當的深度在所述封口蓋中的所述焊接痕的內周側與所述焊接痕重疊地形成內周側熔融痕。
7.根據權利要求6所述的二次電池的制造方法，其特征在于， 以環狀對進行了焊接的所述封口蓋照射激光，從而以與所述封口蓋的厚度相當的深度在所述封口蓋中的所述焊接痕的外周側與所述焊接痕重疊地形成外周側熔融痕。
8.根據權利要求6所述的二次電池的制造方法，其特征在于， 在照射所述激光時，以形成所述封口蓋的厚度的±20%以內的深度的所述內周側熔融痕的方式照射激光。
9.根據權利要求7所述的二次電池的制造方法，其特征在于， 在照射所述激光時，以形成所述封口蓋的厚度的±20%以內的深度的所述外周側熔融痕的方式照射激光。
10.根據權利要求6所述的二次電池的制造方法，其特征在于， 使用連續波激光作為所述激光。
全文摘要
本發明提供一種能夠抑制由激光焊接產生的微裂紋的缺陷的發生，實現高品質及高可靠性的二次電池及二次電池的制造方法。實施方式中的二次電池具有容器，具有用于注入電解液的注液口，并同時收容電極體和從該注液口注入的電解液；封口蓋(8)，該封口蓋(8)具有焊接痕(8e)，其以貫穿封口蓋(8)及容器的蓋體(3b)的深度呈環狀存在；內周側熔融痕(8f)，其以與封口蓋(8)的厚度相當的深度在封口蓋(8)中的焊接痕(8e)的內周側與該焊接痕(8e)重疊地以環狀存在。
文檔編號B23K26/20GK102623744SQ201210019188
公開日2012年8月1日 申請日期2012年1月20日 優先權日2011年1月25日
發明者豐田夏樹, 岡田直忠, 坂井哲男, 川田義高, 矢作進 申請人:株式會社東芝