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将方形壳体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做成有底方形筒状的的方形壳体的开口端焊接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，具有所产生的热对容纳于壳体内部的电解液和电气绝缘部分的影响较小，而且工作效率高的特点。
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。这些公开的制造方法中，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，以激光光束对接触线进行扫描焊接，以利用封口板将方形壳体的开口端加以密封。
但是，为了对使开口端朝上配置的方形壳体从垂直方向在封口板与方形壳体相接触的部位上照射激光光束进行焊接，必需沿着在连接开口端的4边的直线部分的各方形部形成的焊接线使激光光束或方形壳体移动，存在控制激光光束对焊接的接触线进行扫描的方法变得复杂，生产效率下降的问题。又，以从垂直方向照射的激光光束对接触部位进行焊接时，焊接造成的熔透的进行方向是向电池内部的方向，在熔透量变大的时候，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，即使将焊接时的熔透量设定为不达到电池内部的最合适的量，也由于板材厚度加工精度的偏差而发生熔透到电池内部，金属熔融物飞散到电池内部的情况，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，提供为进行激光焊接而进行的激光光束扫描控制能够简单的进行，同时能均匀地进行焊接，不对电池的内部产生热影响，以对方形壳体与封口板之间的焊接能够进行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发明方形电池的制造方法中，开口形状为四边形的4个边是直线、各角呈规定半径的曲线形状的有底方形筒状的方形壳体内容纳发电元件，在该方形壳体的开口端以激光焊接封口板，以封口板封住方形壳体的开口端，本发明的电池的制造方法的特征在于，使封口板抵住所述方形壳体的开口端，对方形壳体与封口板接触的接触线，从方形壳体的一侧的方向入射激光光束，使该激光光束在与4个边的直线平行的方向上直线扫描，以激光焊接方法将方形壳体与封口板加以焊接。
采用上述制造方法，使封口板抵住所述方形壳体的开口端，在方形壳体的上端侧部形成开口端与封口板接触的接触线。从方形壳体的一侧的方向照射激光光束，使该激光光束在与4个边的直线平行的方向上对该接触线进行扫描，以将封口板焊接于方形壳体的开口端。这种焊接方法由于激光光束的扫描方向是在扫描线的一直线上，其控制也容易。
在上述制造方法中，与4个边分别对应设置的4束激光光束分别在与各边的直线平行的方向上扫描，将各接触线一齐焊接，使整个一周的焊接同时进行，因此焊接效率高，封口板不发生位置偏离。
又，以2束或单束激光光束与4个边平行地依序扫描焊接各接触线，以同时焊接任意相对的接触线，借助于此，可以高效率地进行焊接而不因封口板的焊接动作而产生位置的偏离。而且如果在方形壳体上可靠地对封口板进行位置固定，就能够与任意边平行地以激光光束扫描，依序进行焊接。
又，以激光光束进行的扫描在各边的直线部与角部之间移动时，控制得能够根据各角部曲线的曲率半径改变激光的输出，以此能够以激光输出的变化补偿激光光束在直线部分和角部的曲线部分之间聚焦距离的差异所产生的焊接强度的不均匀，防止角部焊接强度降低。
又，激光光束的扫描在各边的直线部分和角部之间移动时，控制得能够根据角部曲线的曲率半径改变激光光束的脉冲时间间隔，借助于此，在直线边和角部的曲线部分之间由于激光光束的聚焦距离的差异所产生的焊接强度的不均匀，可以利用改变激光光束的脉冲时间间隔的方法，使每一单位时间激光光束的照射量一致，以防止角部焊接强度降低。
又，使激光光束的照射角度相对于扫描线方向倾斜规定的角度，借助于此，使激光光束对角部的入射角度不变小，因此，角部焊接强度的下降减少。又可以消除由于照射的激光光束反射返回激光发射口造成的激光发射口损伤。
又，将多个开口端上放置封口板的方形壳体配置成一列，从与排列方向相交的方向照射激光光束，以该激光光束在与平行于排列方向的相对的各边的直线部分平行的方向上进行扫描，对各方形壳体与各封口板的接触线进行焊接，以此利用在方形壳体的排列方向上扫描的激光光束依序焊接放置封口板配置成一列的各方形壳体。利用使激光光束与排列的方形壳体相对移动的方法同时进行多个方形壳体的焊接，可以提高成批生产工序中的生产效率。
又，在分别加工方形壳体及封口板时，使接触线位置上发生的毛刺的方向，在方形壳体上的指向电池内部方向，而在封口板上的则指向方形壳体方向，避免由于在激光光束的入射位置上由毛刺引发消除凸起，或反之产生凹坑而损害平面的平整，因此，可以避免发生凸起熔融、飞散溅射导致焊接外观变坏，在方形壳体进行高精度的封口板焊接。
又，采取使激光光束焊接的焊点直径d与角部的半径的关系为0.3＜(d/R)的焊接，可以抑制激光焊接产生的裂纹。
附图概述
图1是本发明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)是表示激光光束对接触线的扫描方向的平面图。
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表示同时进行多个方形电池的焊接的激光焊接工序的例子，(a)是短边的焊接，(b)是长边的焊接的平面图。
图5是说明激光光束对角部聚焦距离的差的产生的说明图。
图6是表示使激光光束的水平方向的入射角倾斜地进行扫描的方法的平面图。
图7是表示使激光光束的垂直方向的入射角倾斜地进行扫描的方法的侧面图。
图8是说明使垂直方向上的入射方向倾斜的作用效果的说明图。
图9是以剖面表示方形壳体及封口板的毛刺方向不合适的状态(a)～(c)，以及毛刺方向合适的状态(d)的模式图。
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。
图1表示本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，因此封闭方形壳体1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形成规定曲率半径的曲线。
封口板2形成与该方形壳体1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～c的直线的接触线，以此用封口板2将方形壳体1的开口端封住。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开口端向上配置于规定的位置上，使各筒的形成轴处于垂直方向上，放置封口板2以覆盖开口端的状态的鸟瞰图，与长边的直线a、b、短边的直线c、d平行地分别使激光光束3a～3d移动，如图3(b)所示对方形壳体1与封口板2相抵的接触线4进行激光焊接，以封口板2封住方形壳体1的开口端。这样，各激光光束3a～3d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。
激光焊接的步骤如图3所示，以4束激光光束3a、3b、3c、3d在与长边a、b、短边c、d平行的直线上进行扫描，则对包含各角部e的各边a、b、c、d的焊接动作同时进行，因此即使是没有将放置的封口板2在方形壳体1上进行临时固定的状态下，也能够进行高效率的焊接而不发生封口板2位置偏移的情况。又，在批量生产中，如图4(a)所示，多个盖着封口板2的方形壳体1排列着，一边使激光光束3c、3d相对于排列方向移动，一边使其通、断，同时对包含各角部e的短边c、d进行焊接，接着，如图4(b)所示，改变排列方向，对留下的包含各角部e的长边a、b进行激光焊接。这时，也可以同时对长边a、b照射激光光束3a、3b，但是，如果改变激光光束3a、3b的扫描方向或扫描位置，对长边a或b一方逐一焊接，使激光焊接引起的发热不集中，则可以抑制对电池的热影响。又，如果采取临时固定的方法，使封口板2放置在方形壳体1上的状态保持不变，不发生位置偏移，则可以从包含任意角部e的一边起依序焊接。
如上所述，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，激光光束的聚焦距离变远，激光在角部的焊接能力下降。亦即，如图5所示，从激光光束3a看来，扫描开始位置在角部e的曲线上，与扫描长边a的位置相比，激光光束3a的聚焦距离最大要产生差值β。在该状态下，扫描结束位置也相同，从图5所示的激光光束3c看来，与扫描短边c的位置相比，激光光束3c的聚焦距离最大产生β的差值。这一差值β引起的角部e焊接强度的下降可以利用下述焊接方法消除。
首先，第1种方法是，在分别以激光光束3a～3d对角部e进行扫描的位置上，对应于与各边a～d距离的差改变激光的输出。亦即以激光输出的增加补偿聚焦距离远的角部焊接能力的下降，因此能够对接触线4整个一周进行均匀的焊接。
又，第2种方法是，在分别以激光光束3a～3d对角部e进行扫描的位置上，对应于与各边a～d距离的差改变激光脉冲的发射时间间隔。亦即控制使得激光脉冲的发射时间间隔随着距离差的增大而缩短。利用这造成的激光脉冲发射时间间隔的变化，距离的差由激光光束3每单位时间的照射量补偿，因此能够对接触线4整个一周进行均匀的焊接。
在上述说明的对接触线4的激光焊接中，如图6所示，使激光光束3a～3d各自的水平方向的照射角度从与各边a、b、c、d垂直的方向倾斜角度θ，以此使激光光束3a～3d对角部e的入射角度变大，以此使激光光束3a～3d的反射减少，可以使焊接强度不降低地进行焊接。又，照射在接触线4上的激光光束3的反射光不返回激光光束发射口，可以防止反射光对激光光束发射口的损伤。而且利用使该激光光束3a～3d的照射角度倾斜，如上所述，角部e的焊接强度降低即使不采用改变激光输出等方法进行补正，也能够得到均匀的焊接强度。
又，借助于激光光束3的照射焊接的焊点直径在焊接各角部e时，可以利用调整激光光束3的光点直径和输出等的方法，使角部e的半径R和焊点直径存在0.3＜(d/R)的关系，以抑制激光焊接引起的裂纹发生。
又，如图7所示，对于接触线4使激光光束3a～3d以从各自的水平方向起的照射角度为α的方向向上入射，以此可以使激光焊接发热不影响电池的内部。本实施形态的激光焊接的方向是从侧面对容纳发电元件的方形壳体1的上端进行焊接，以此激光焊接对电池内部的热影响是小的，而由于这一照射角度的倾斜，在由于方形壳体1的材料厚度误差而熔入电池的内部时是有效的。
方形壳体1和封口板2为了轻型化、薄型化而使用了材料厚度薄的铝板，而其加工精度有一定的限制，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～3b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8以剖面状态说明对接触线4的激光焊接状态，如图8(a)所示，使激光光束3从水平方向向接触线4入射时，如上所述由于薄板材厚度的偏差，熔深如图中虚线所示达到电池内部的情况下，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8(b)所示，使激光光束3的照射方向取从水平方向偏上的方向射向接触线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金属熔融物飞散到电池的内部。
制造方形壳体1和封口板2的剪切工序中无法避免毛刺的发生。图9夸张地形象表示方形壳体1产生的毛刺1a和封口板2产生的毛刺2a，毛刺1a和毛刺2a向切断方向突起，因此如图9(a)、(b)所示，在进行焊接的接触线上方形壳体1的毛刺1a指向外侧方向，则毛刺a被照射的激光光束3熔化飞散发生溅射，焊接的外观不良。
又如图9(a)所示，方形壳体1的毛刺1a向外，封口板2的毛刺2a发生于与方形壳体1接触的一侧时，由于毛刺2a的突起，封口板2与方形壳体1不能密切接触，在这种状态下进行激光焊接，则不仅发生溅射，而且由于接触线之间的空隙而导致焊接不良。又如图9(c)所示，方形壳体1的毛刺1a指向内侧方向，封口板2的毛刺2a发生于向上的方向时，在接触线4产生凹部，表面的不平整导致焊接不良。
因此，如图9(d)所示，设定切断方向，使方形壳体1的毛刺1a向内侧方向，封口板2的毛刺2a向下，则在封口板2放置于方形壳体1上面时，如图所示方形壳体1的毛刺1a引起的向内侧方向的凹部由封口板2的向下的毛刺2a覆盖，焊接部位不存在突起或凹部，毛刺1a、毛刺2a能够防止焊接不良的发生。工业应用性如上所述，采用本发明的焊接方法，方形壳体的开口端以与其各边平行的直线性操作焊接，因此容易进行焊接操作的控制。又控制得对具有曲线部分的焊接线也能够得到与直线部分相同的焊接强度，还对在接触线产生的毛刺的方向进行限制，从而能够以一定的焊接强度用封口板可靠地将方形壳体的开口端加以密封。因此，本发明能够提高生产效率，并且避免热量对电池内部的影响，作为提高电池的质量和实现电池的长期稳定性的密封性所需要的技术是很有用的。
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、各角呈规定半径的曲线形状的、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)的开口端以激光焊接封口板(2)，借助于此，以封口板(2)封住方形壳体(1)的开口端，其特征在于，使封口板(2)抵住所述方形壳体(1)的开口端，对方形壳体(1)与封口板(2)接触的接触线(4)，从方形壳体(1)的侧向入射激光光束(3)，使该激光光束(3)在与4个边(a、b、c、d)的直线平行的方向上直线扫描，以激光焊接方法将方形壳体(1)与封口板(2)加以焊接。
2.根据权利要求1所述的方形电池的制造方法，其特征在于，使与4个边(a、b、c、d)的各边对应设置的4束激光光束(3a、3b、3c、3d)分别在与各边的直线平行的方向上扫描，将各接触线一起焊接。
3.根据权利要求1所述的方形电池的制造方法，其特征在于，以2束或1束激光光束与4个边(a、b、c、d)的直线平行地依序扫描各接触线进行焊接。
4.根据权利要求1所述的方形电池的制造方法，其特征在于，进行扫描的激光光束(3)在各边(a、b、c、d)的直线部分与角部(e)之间移动时，控制使激光的输出相应于角部(e)的曲线的曲率半径而改变。
5.根据权利要求1所述的方形电池的制造方法，其特征在于，进行扫描的激光光束(3)在各边(a、b、c、d)的直线部分与角部(e)之间移动时，控制使激光光束(3)的脉冲时间间隔相应于角部(e)的曲线的曲率半径而改变。
6.根据权利要求1所述的方形电池的制造方法，其特征在于，使激光光束(3)的照射角度相对于扫描线方向倾斜规定的角度(θ)。
7.根据权利要求1所述的方形电池的制造方法，其特征在于，将多个开口端上放置封口板(2)的方形壳体(1)配置成一列，从与排列方向相交的方向照射激光光束(3c、3d)，以该激光光束(3c、3d)在与平行于排列方向的相对的各边的直线部分(c、d)平行的方向上进行扫描，对各方形壳体(1)与各封口板(2)的接触线(4)进行焊接。
8.根据权利要求1所述的方形电池的制造方法，其特征在于，在分别加工方形壳体(1)及封口板(2)时，使接触线(4)的位置上发生的毛刺(1a、2a)的方向，在方形壳体(1)指向电池内部方向，而在封口板(2)则指向方形壳体方向。
9.根据权利要求1所述的方形电池的制造方法，其特征在于，进行使激光光束(3)进行的焊接的焊点直径d与角部(e)的半径R的关系为0.3＜(d/R)的焊接。
全文摘要
本发明提供一种方形电池的制造方法,使封口板(2)抵住容纳发电元件的方形壳体(1)上部的开口端,以激光光束(3a～3d)平行于各边(a、b、c、d)的直线对接触线(4)进行扫描,对包含接触线(4)各角部(e)的各边(a～d)进行激光焊接,将方形壳体(1)加以密封。
文档编号H01M2/02GK1241302SQ98801437
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