专利名称：方形电池的制造方法
技术领域：
本发明涉及方形电池的制造方法，特别是涉及在容纳发电元件的方形壳体的开口端上焊接封口板加以密封的焊接方法经过改良的方形电池的制造方法。
背景技术：
例如，用作便携式电器的电源的二次电池，要求具有高能量密度，同时为了实现轻型化、小型化，要求具备能够高效率地使用空间的形状。使用方形的铝制壳体的锂离子二次电池作为满足这些要求的电池已经登场。
这种锂离子二次电池其结构也要求有长期稳定的密封性，因此利用激光焊接在有底方形壳体的开口端焊接形成电极的封口板将开口端封口。这种激光焊接方法与其他焊接方法相比，具有对容纳于壳体内部的电解液和电气绝缘部分的热影响较小，工作效率高的特点。
这种在方形壳体和封口板之间进行激光焊接制造方形电池的已有方法已知有日本专利特开平8-315788号、特开平8-315789号、特开平8-315790号各公报所公开的方法。这里公开的制造方法中，在使开口端朝上配置的方形壳体的开口端嵌入封口板，在方形壳体与封口板相接触的部位上从垂直方向照射激光光束，以激光光束对接触部位进行扫描、焊接，以利用封口板将方形壳体的开口端加以密封。
但是，为了对为了轻型化、薄型化而利用薄板材料形成的方形壳体和封口板，从方形壳体的上端开口侧对封口板与方形壳体相接触的部位以激光光束进行焊接时，熔深偏大时存在着金属熔融物侵入电池内部的危险。加工为方形壳体及封口板的板材的加工精度有一定的限度，即使将焊接时的熔深设定为不达到电池内部的最合适的值，也由于是薄板材料，由于厚度加工精度的偏差而发生熔透到电池内部的情况下，金属熔融物飞散到电池内部，将成为内部短路的原因。又，虽然激光焊接方法是不容易对电解液和绝缘物等产生热影响的焊接方法，但是因为加热方向指向电池内部，又由于方形壳体和封口板的加工精度或焊接精度的限制，要排除热的影响是困难的。
本发明是鉴于上述已有的技术问题的存在而作出的，因此其目的在于，提供能够不对电池的内部产生热影响，均匀地进行焊接，能够进行对方形壳体与封口板之间的焊接的方形电池的制造方法。
发明内容
为了实现上述目的而作出的本申请的第1发明的制造方法是，四边形的4个边是直线、各角部呈规定半径的曲线形状的、上端形成开口形状的有底方形筒状的方形壳体内容纳发电元件，在该方形壳体的上端开口以封口板抵住，以激光焊接接触部位，借助于此，以封口板封住方形壳体的上端开口，在这种方形电池的制造方法中，使封口板抵住所述方形壳体的上端开口，对方形壳体与封口板接触的接触线照射从方形壳体的侧方向斜上方照射的激光光束，利用该激光光束扫描接触线，以在方形壳体与封口板之间进行焊接。
采用上述制造方法，使对方形壳体的上端开口和封口板接触的接触线进行照射的激光光束的照射方向取指向斜上方的角度方向，以使激光焊接的熔深方向指向封口板的方向，因此即使熔深超过方形壳体的材料厚度，也能够防止熔深达到电池内部。虽然激光焊接的熔深控制于一定值，但是将对薄板材料的熔深维持于一定值是困难的，由于方形壳体的材料厚度的偏差，有时熔深会超过材料厚度，即使如此，也由于该激光光束方向的设定，能够防止超过方形壳体的材料厚度的熔深达到封口板，熔融的溅射物飞散到电池的内部造成内部短路，电池质量不良的情况发生。
又，本申请的第2发明的制造方法是，四边形的4个边是直线、各角部呈规定半径的曲线的剖面形状的、有底方形筒状的方形壳体内容纳发电元件，使封口板抵住该方形壳体的上端开口，以激光焊接接触部位，借助于此，以封口板封住方形壳体的上端开口，在这种方形电池的制造方法中，形成使所述封口板嵌入所述方形壳体的上端开口内的凹部，以使方形壳体的上端开口嵌入所述凹部的状态使方形壳体与封口板接触，对方形壳体与封口板的周边部接触的接触线，从方形壳体的侧方向照射激光光束，利用该激光光束扫描接触线，以在方形壳体与封口板之间进行焊接。
采用上述制造方法，使封口板上形成的凹部嵌入方形壳体上端的开口内，使封口板抵住方形壳体的上端开口，因此在外周边部方形壳体和封口板接触的接触线的内侧被所述凹部塞住，以此可以防止激光光束从方形壳体的侧方对接触线进行扫描、焊接时发生的溅射进入电池内部。又，即使是在激光焊接的熔深超过方形壳体的材料厚度那样的情况下，由于越过材料厚度的熔深达到凹部，因此能够防止熔区的金属熔融物进入电池内部。
附图概述
图1是本发明第1实施形态的方形电池的立体图。
图2是方形壳体的开口端的平面图。
图3(a)是表示各边的激光光束对接触线扫描的方向的平面图。
图3(b)是表示激光光束对接触线的入射方向的侧面图。
图4是说明使激光光束的入射方向倾斜的作用效果的说明图。
图5是表示本发明第2实施形态的方形电池的外观形状的立体图。
图6是表示形成嵌入部的封口板的结构的部分剖面图。
图7是说明激光光束对角部的聚焦距离的差的产生的说明图。
图8是表示防止激光光束的反射引起的弊害的光束方向的变化的平面图。
本发明的最佳实施方式下面参照附图对本发明的一实施形态加以说明，以供理解本发明。
图1表示本发明第1实施形态的方形电池的外观形状，在容纳发电元件的方形壳体1的开口端焊接封口板2，以此封闭方形壳体1的内部制造方形电池。所述方形壳体1形成四边形的有底筒状，其开口端的平面形状如图2所示长边a、b及短边c、d为直线，各角部e形成规定半径的曲线。
封口板2形成与该方形壳体的开口端的外形尺寸相同尺寸的外形。将封口板2置于该方形壳体1的开口端上，以激光焊接以角部e的曲线连接各边a～d的直线的接触线，以此用封口板2将方形壳体1的开口端密封住。该方形壳体1的开口端与封口板2之间的焊接方法在下面加以说明。
图3(a)是将方形壳体1开口端向上在垂直方向上配置于规定的位置上，放置封口板2以覆盖开口端的状态的鸟瞰图，如图3(b)所示，对方形壳体1与封口板2的接触线4以激光光束3a～3d进行照射，使各激光光束3a～3d平行于长边a、b、短边c、d进行扫描，以激光焊接接触线4，以封口板2密封住方形壳体1的开口端。这样，各激光光束3a～3d进行扫描的方向是沿着各边a～d的一直线，因此其移动控制容易，能够进行精密的焊接动作。又。激光光束3对所述接触线4进行扫描的照射方向，如图3(b)所示被设定为相对于水平面向上α角的方向。而且如图3(a)所示设定为在平视时激光光束3的照射方向对所述接触线4垂直射入。但是如参照图8在下面进行的叙述那样，可以把激光光束3a～3d分别在平视时照射的角度设定为与垂直于各边a、b、c、d的方向成θ角的倾斜方向。
这样，对接触线4以激光光束3a～3d分别从相对于水平方向向上α角的方向入射，可以抑制激光焊接对电池内部的热影响。本实施形态的的激光焊接的方向是相对于容纳发电元件的方形壳体1的上端从侧方进行焊接的，因此激光焊接产生的热量对电池内部的影响小，而且利用该照射角度的倾斜，对于方形壳体1的材料厚度偏差造成的熔深进入电池内部的情况是有效的。
方形壳体1和封口板2为了轻型化和薄型化，利用薄铝板加工形成，因此在其间进行焊接时有加工精度要求，但是加工精度要求是有限度的，特别是方形壳体1是深冲加工形成有底筒状的，因此其壁厚容易发生偏差。所以，即使是将激光光束3a～3d各自的照射产生的接触线4的熔深设定为一定值，有时也会由于材料厚度的偏差而使熔深达到电池的内部。图4以剖面状态说明对接触线4的激光焊接状态，如图4(a)所示，使激光光束3从水平方向向接触线4入射时，如上所述由于板材厚度的偏差，有熔深如图中虚线所示达到电池内部的情况发生。由于电池内部容纳着发电元件，一旦熔深达到电池内部，方形壳体1和封口板2熔化的金属熔融物飞散到电池的内部，造成电池内部短路是电池质量不良的原因。因此，如图4(b)所示，使激光光束3的照射方向取斜上方的方向射向接触线4，则熔深的行进方向指向封口板2一侧，因此即使在熔深比较深的时候也如图中虚线所示达不到电池内部，可以防止板材厚度的偏差引起的溅射物飞散到电池的内部。
激光焊接的步骤，如果以平行于长边a、b、短边c、d的直线用4束激光光束3a、3b、3c、3d扫描，则对包含各角部e的各边a、b、c、d进行焊接的动作同时进行，因此即使没有将放置的封口板在方形壳体1上临时固定，封口板2也不会发生位置偏移，能够高效率地进行焊接加工。又可以同时焊接相对的两边，例如包含各角部e的短边c、d，接着同时焊接或依序焊接剩下的包含各角部e的两边。还可以将方形壳体1上放置封口板2的状态临时固定，使其位置不发生偏移，从包含任意角部e的1边开始依序焊接。
下面对本发明第2实施形态的方形电池的制造方法加以说明。
图5所示的第2实施形态的方形电池是嵌入方形壳体1的开口端的嵌入部形成的封口板5被激光焊接于开口端将方形壳体加以密封的结构。
如图5所述，所述封口板5除了周边部分以外的部分设置为凹部，形成嵌入所述方形壳体1的开口端的嵌入部(凹部)5a。所述封口板5的嵌入部5a，如图6中部分剖面所示，嵌入方形壳体1的开口端内。而如图所示，从方形壳体1的侧方向方形壳体1与封口板5接触的接触线4照射激光光束3焊接时，在由于加工误差而在接触线4产生间隙的情况下，或熔深超过方形壳体1的板材厚度的情况下也能够以嵌入部5a塞住接触线4的电池内一侧，因此熔融的溅射物不会飞散到电池内部。
激光焊接与第1实施形态相同，如图3(a)所示用激光光束3a～3d与各边a、b、c的直线平行地对接触线4进行扫描、焊接。在本实施形态的中，如图6所示接触线4的电池内部一侧被嵌入部5a所堵塞，因此像第1实施形态那样，即使没有使激光光束3的照射方向向上倾斜，也可以从方形壳体1的侧方向接触线4径直入射。不用说，这种封口板5的结构，如果使激光光束3a～3d向斜上方入射能够得到更好的效果。
在上面说明过的第1和第2实施形态中，在以激光光束3平行于各边a、b、c、d进行扫描时，在形成曲线的各角部e，激光光束3的聚焦位置变远，在角部e激光的焊接能力降低，亦即，如图7所示从激光光束3a看来，扫描开始位置在角部e的曲线上，与对长边a进行扫描的位置相比，激光光束3a的聚焦位置产生最大的距离差β。这种状态在扫描的结束位置也相同，从图7所示的激光光束3c看来，与对短边c进行扫描的位置相比，激光光束3c的聚焦位置产生最大的距离差β。该距离差β造成的角部e的焊接强度的下降可以利用下述焊接方法消除。
第1种方法是，在激光光束3a～3d对角部e进行扫描的位置，与各边a～d的距离差对应地改变激光输出。亦即可以增加激光输出以补偿在聚焦位置变远的角部e焊接能力的下降，因此在接触线4的整个周长上能够均匀地焊接。
第2种方法是，在激光光束3a～3d对角部e进行扫描的位置，与各边a～d的距离差对应地改变激光脉冲的发射时间间隔。亦即控制得使激光脉冲的发射时间间隔随着距离差的变大而缩短，在距离差变大的方向控制使激光脉冲的发射时间间隔缩短。借助于激光脉冲发射时间间隔的变化，距离差被激光光束3的每单位时间的照射量所补偿，因此在接触线4的整个周长上能够均匀地焊接。
又，在第2实施形态中，如图8所示，使激光光束3a～3d各自的水平方向的照射角度相对于与各边a、b、c、d垂直的方向倾斜角度θ，借助于此，使向接触线4照射的激光光束3反射时反射光不返回激光发射口，以防止反射光对激光发射口的损伤。又，利用该照射角度对扫描线方向的倾斜可以使激光光束3对角部e的入射角度加大，因此激光光束3的反射减少，可以激光焊接的效率。工业应用性如上所述，采用本发明的焊接方法，焊接的熔深从电池的侧方指向封口板一侧的方向，因此即使是薄板材因而熔深超过方形壳体的板材厚度的情况下，也能够消除焊接引起的溅射波及电池内部因而造成内部短路的情况。
又，在使嵌入部嵌入方形壳体的上端开口内的状态下使封口板抵住方形壳体所上端开口，从方形壳体的侧方照射激光光束对接触线进行扫描的焊接方法中，接触线的电池内部一侧被封口板的嵌入部塞住，因此，即使在加工误差造成接触线有间隙的情况和熔深超过方形壳体的板材厚度的情况下也能够防止熔融的溅射物飞散到电池内部，因而不会发射溅射物进入电池内部导致内部短路的情况。所以本发明作为需要避免电池内部短路使电池变坏，并且具有长期稳定的密封性的技术对策是有用的。
权利要求
1.一种方形电池的制造方法，四边形的4个边(a、b、c、d)是直线、各角部(e)呈规定半径的曲线形状的、上端形成开口形状的有底方形筒状的方形壳体(1)内容纳发电元件，在该方形壳体(1)的上端开口以激光焊接封口板(2)，借助于此，以封口板(2)封住方形壳体(1)的上端开口，其特征在于，使封口板(2)抵住所述方形壳体(1)的上端开口，对方形壳体(1)与封口板(2)接触的接触线(4)入射从方形壳体(1)的侧方向斜上方照射的激光光束(3a～3d)，利用该激光光束(3a～3d)扫描接触线(4)，以在方形壳体(1)与封口板(2)之间进行焊接。
2.一种方形电池的制造方法，四边形的4个边(a、b、c、d)是直线、各角部(e)呈规定半径的曲线形状的、上端形成开口形状的有底方形筒状的方形壳体(1)内容纳发电元件，在该方形壳体(1)的上端开口以激光焊接封口板(5)，借助于此，以封口板(5)封住方形壳体(1)的上端开口，其特征在于，形成使所述封口板(5)嵌入所述方形壳体(1)的上端开口内的凹部(5a)，以使方形壳体(1)的上端开口嵌入所述凹部(5a)的状态使方形壳体(1)与封口板(5)接触，对方形壳体(1)与封口板(5)的周边部接触的接触线(4)，从方形壳体(1)的侧方向照射激光光束(3)，利用该激光光束(3)扫描接触线(4)，以在方形壳体(1)与封口板(5)之间进行焊接。
全文摘要
本发明提供一种方形电池的制造方法,将封口板(2)放置于容纳发电元件的方形壳体(1)上部的开口端,以从水平方向向上倾斜的角度对包含接触线(4)的各角部(e)的各边(a～d)照射激光光束(3a～3d),以各激光光束(3a～3d)对接触线(4)进行扫描、焊接,将方形壳体(1)加以密封。
文档编号H01M2/02GK1241301SQ98801433
公开日2000年1月12日 申请日期1998年9月28日 优先权日1997年9月30日
发明者原口和典, 芳泽浩司, 中嶋琢也, 竹内崇, 妹尾菊雄 申请人:松下电器产业株式会社