JP2004063406A

JP2004063406A - Laser sealing battery, its manufacturing method and laser irradiation apparatus

Info

Publication number: JP2004063406A
Application number: JP2002223346A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hosokawa; 細川　弘; Tadatoshi Fukuda; 福田　忠利
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten a time required for laser welding of a laser sealing battery by accelerating a laser welding speed and to limit an adverse influence of welding heat to a battery body to a minimum limit. <P>SOLUTION: As a laser beam, an irradiation spot shape pulse laser beam having a major axis is used. An irradiation spot central point of the pulse laser beam is substantially disposed on an engaging part of a sheathing can with a sealing cover of the battery in such a manner that a tangential direction of the engaging part at the spot central position is always brought into coincidence with a major axis direction of the spot shape pulse laser beam, and the overall periphery of the engaging part is irradiated with the laser beam. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパルスレーザー光を用いてシーム溶接するレーザー封口電池、その製造方法及びこの製造方法に用いる電池封口用レーザー溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、レーザー封口電池においては、電極体が収納された有底筒状の外装缶と、この外装缶の開口に配置された封口蓋との嵌合部、及び／又は、上記封口蓋に形成された電解液注入口とこの電解液注入口を塞ぐ注入口封止板との嵌合部をパルスレーザー光を用いてシーム溶接する方法が提案されている。
【０００３】
この方法を、図面を用いて説明する。図８は従来の技術にかかるレーザー照射装置の概略図、図９（ａ）は従来の技術にかかるパルスレーザー光の照射状態を示す説明図、同図（ｂ）は従来の技術にかかる被加工物の溶接深度を表す説明図である。
図８に示すように、断面形状が円形の光ファイバー５１から出射されるパルスレーザー光を、コリメートレンズ５２で平行な光束に変え、集光レンズ５２で集光させることにより、レーザースポット形状が円形のパルスレーザー光を被加工物５４（例えば、外装缶と封口蓋との嵌合部）の表面に投射する。この方法においては、スポット形状が円形のパルスレーザー光の一部を重ね合わせながら被加工物上を走査することにより、被加工物の目的位部位全体を溶接することになるが、図９（ａ）（ｂ）に示すように、レーザースポット５５・５５のスポット間距離Ｌ_５を長くすると、被加工物５４に、パルスレーザー光による溶接深度が浅い部分５７が生じ、溶接が不十分になる。このため、この方法においては、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、レーザースポット５５・５６のスポット間距離Ｌ_５を短くし、隣接する二つのレーザースポット５５・５６のオーバーラップ率〔図１０において、〈オーバーラップしている部分の長さＬ_７／レーザースポット径Ｌ_６〉×１００（％）で算出〕を７０％程度に規制することにより、溶接深度の浅い部分が生じるのを防止する方法がとられていた。
【０００４】
しかしながら、レーザー照射装置には最大繰り返し数（時間当たり、パルスレーザー光を照射できる回数）に制約があるため、上記の技術のようにオーバーラップ率を大きくすると、レーザー溶接速度が遅くなり、作業効率が低下する。さらに、オーバーラップが大きいと、オーバーラップ部分での発熱量が過大になるため、電池性能を低下させるおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明者らは、特開２００１−３３８６２２号公報において、パルスレーザー光の照射スポット形状を矩形や楕円形とする技術を提案した。この技術では、図１２（ａ）（ｂ）、図１３（ｃ）に示すように、スポットの長手方向と電池の長辺方向とを一致させて移動させる。従って、一回の照射によって溶接する部分が長くでき、しかも、オーバーラップ率を２０％程度（長軸と短軸の長さの比が３．４：１の場合）としても溶接深度を均一にできる。従って、溶接作業効率が高まる。
【０００６】
しかしながら、この技術では、図１２（ｃ）（ｄ）、図１３（ｃ）に示すように、電池の短辺方向を溶接する際には、スポットの短手方向を短辺方向に沿って移動させることになる。従って、短辺方向においては、上記従来の技術と同様、オーバーラップ率を７０％程度とする必要があり、未だ改善の余地を残していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記に鑑みなされたものであって、本発明の目的は、レーザー封口電池の溶接に伴う作業時間を短縮することができ、しかも溶接作業時に電池性能を低下させることのないレーザー封口電池を提供すること、その製造方法を提供すること及びこの方法に使用するレーザー照射装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、正極と負極とを有する電極体を収容した外装缶の開口部に封口蓋を嵌合し、前記開口部と封口蓋との嵌合部にレーザー光を照射して当該嵌合部を溶接し封口するレーザー封口電池の製造方法において、前記レーザー光として、長軸を有する照射スポット形状のパルスレーザー光を用い、前記パルスレーザー光の照射スポット中心点を概ね前記嵌合部上に位置させ、かつ前記照射スポット中心位置における嵌合部接線方向と前記照射スポットの長軸方向とが常に略一致するようにして、前記パルスレーザー光を嵌合部全周に照射することを特徴とする。
【０００９】
上記構成では、長軸を有する照射スポット形状（例えば楕円、矩形等）を用い、レーザーの長軸方向と照射スポット中心位置における嵌合部接線方向とを常に一致させるようにしてレーザーを照射するので、電池の短辺方向の溶接においても、長辺方向と同じ溶接速度を維持させることができる。従って、この方法によると電池封口作業における溶接時間を短縮でき、しかもオーバーラップ率を小さくできるので、過大な照射熱が発生しない。従って、溶接作業時に電池本体に悪影響を与えることがない。
【００１０】
ここで、本明細書中で用いる照射スポット形状について説明する。本明細書中でいう照射スポット形状とは、レーザー光がレーザー光を被照射面に照射した場合における光形状のことをいい、長軸を有する形状とは、一般には楕円、矩形、丸角矩形を指す。そして、これらの形状の図形は、対称軸を２つ有するので、その長い方を長軸とし、両軸の交点をスポット中心とする。ただし、長軸を有する形状には、多角形や不定形も含まれる。多角形や不定形の場合においては、図１４に示すように照射スポット形状１９をもっとも幅の狭い平行な２直線２１．２１で挟み、この後、この平行な２直線２１．２１に対し垂直な平行な２直線２２．２２でスポット形状１９を挟む。これにより線分２１．２１，２２．２２からなる矩形が形成されるが、この矩形の対称軸のうち長い方を照射スポット形状の長軸とみなし、長軸の中点を照射スポット形状の中心点とみなす。なお、丸角矩形とは角の部分が丸い矩形のことを意味する。また、レーザー溶接痕とは、レーザー光がレーザー光を被照射面に照射した後、被照射面に残存する照射スポット痕のことを意味する。
【００１１】
また、照射スポット中心位置における嵌合部接線方向は、当該点における嵌合部の形状が直線である場合にはその直線方向を意味するものとし、当該点が角である場合にはどちらか一方の直線方向とする。
【００１２】
また、本明細書中で使用する嵌合とは、両部材が隙間なく嵌め合わさったものだけでなく、滑り動くようにゆるく継ぎ合わされたものを含むものである。
【００１３】
また、本発明に係るレーザー封口電池は、正極と負極とを有する電極体を収容した外装缶の開口部と封口蓋とがレーザー溶接により封口されたレーザー封口電池において、当該溶接部に垂直な方向から見た場合、レーザー溶接痕が長軸を有する形状であり、前記溶接痕の中心点が外装缶の外周線から外装缶肉厚分内側で、且つ前記外周線と平行な内周線上に概ね位置し、且つ前記溶接痕の長軸方向と前記内周線の接線方向とが常に略一致していることを特徴とする。
【００１４】
上記構成によると、従来の技術より少ないレーザー照射量で溶接されているため、電池封口作業における溶接時間を短縮でき、電池本体はほとんど悪影響を受けていない。
【００１５】
次に、本発明にかかるレーザー照射装置について説明する。本発明の電池封口用レーザー照射装置は、正極と負極とを有する電極体が収納された外装缶の開口部と封口蓋との嵌合部がレーザースポット溶接されてなるレーザー封口電池の製造に使用する電池封口用レーザー照射装置であって、前記電池封口用レーザー照射装置は、長軸を有する照射スポット形状のパルスレーザー光を射出する射出部と、前記射出部から射出した長軸を有するスポット形状光のスポット中心点が概ね前記嵌合部上に位置し、かつ照射スポットの長軸方向が前記照射スポット中心点位置における嵌合部接線方向と一致するように、長軸スポット形状光と外装缶開口部との相互の空間的位置関係を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
ここで、上記構成の装置における前記射出部は、スポット形状が円形のパルスレーザー光を長軸を有する長軸スポット形状光に変形する照射光変形レンズを備え、前記制御部は、少なくとも、スポット形状光のスポット中心点、長軸方向、長軸の長さ、および外装缶開口部の形状についての情報を電子的に格納する照射情報格納手段と、前記照射情報格納手段に格納された情報に基づいて、スポット予定点の位置と、前記スポット予定点の位置における嵌合部接線方向を算出する算出手段と、前記算出手段が算出した情報に基づいて、パルスレーザー光のパルス間隔の間に、次のスポット予定点が前記射出部から射出される長軸スポット形状光のスポット中心点と概ね一致するように前記射出部を移動させる射出部移動手段と、前記算出手段が算出した情報に基づいて、前記パルス間隔の間に、前記次のスポット予定点の嵌合部接線方向と長軸スポット形状光の長軸方向とを一致させるように前記照射光変形レンズを回動させる長軸方向回動手段とを備えたものとすることができる。
【００１７】
この構成のレーザー照射装置であると、上記製造方法を一層効率よく実施することができるので好ましい。
【００１８】
また、常にセンサー等でその時点での照射位置を基準として電池全体の位置を読みとり、前記算出手段が算出した次のスポット予定点における電位全体の位置と、センサー等で読みとったその時点での電池全体の位置にずれが生じている場合、制御部にフィードバックするの感知手段を付加することもできる。さらに、この感知手段は、次のスポット予定点での長軸方向と、センサー等で読みとったその時点での長軸方向とにずれが生じている場合、制御部にフィードバックする構成であってもよい。この構成によると、さらに確実に嵌合部の接線方向と長軸スポット光の長軸方向とを一致させることができる。
【００１９】
なお、本発明に用いる制御部の算出手段は、主に各情報をソフト的に処理するコンピュータからなる。そして、上記スポット予定点は照射情報格納手段に格納された情報に基づいて、算出手段が算出した点をいう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１〜図３に基づいて説明する。
図１は第１の形態の製造方法により作製されたレーザー封口電池の斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視部分断面図、図３は注入口封止板及びパッキングを取り除いた際のレーザー封口電池の斜視図である。
【００２１】
図１に示すように、本発明に係る角型のレーザー封口電池は、有底方形筒状の外装缶１を有しており、この外装缶１内には、ＬｉＣｏＯ_２を主体とする正極と、黒鉛を主体とする負極と、これら両電極を離間するセパレータとから成る渦巻き状の電極体（図示せず）が収納されている。また、上記外装缶１内には、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とが体積比で４：６の割合で混合された混合溶媒に、ＬｉＰＦ_６が１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解された電解液が注入されている。
【００２２】
ここで、上記外装缶１の開口部には、封口蓋２がレーザー溶接されており、これによって電池が封口される。また、上記封口蓋２には、図３に示すように、凹部７ｂと、凹部７ｂの中央付近に設けられた貫通孔７ａとからなる電解液注入口７及び、正極端子３が設けられている。上記電解液注入口７の貫通孔７ａには、図３に示すように、ゴム製のパッキング５が挿入されており、このパッキング５は注入口封止板４により電池内部方向（図２中Ｂ方向）に押圧されて、電解液が電池外に漏れるのを阻止している。上記注入口封止板４は上記凹部７ａの上端にレーザー溶接されている。
【００２３】
上記構造のレーザー封口電池を、以下のようにして作製した。
先ず、ＬｉＣｏＯ_２からなる正極活物質と、黒鉛からなる導電材と、ポリフッ化ビニリデンからなる結着剤と、Ｎ−メチル−２−ピロリドンとを混合して正極活物質スラリーとした。この活物質スラリーをアルミ箔製正極芯体の両面に塗布した後、圧延、乾燥することにより正極を作製した。
【００２４】
黒煙からなる負極活物質と、ポリフッ化ビニリデンからなる結着剤と、Ｎ−メチル−２−ピロリドンとを混合して負極活物質スラリーとした。この活物質スラリーを銅箔製負極芯体の両面に塗布した後、圧延、乾燥することにより負極を作製した。
【００２５】
次に、上記正極と負極とをポリエチレン製のセパレータを介して偏平渦巻き状に巻回することにより電極体を作製した。
【００２６】
エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とが体積比で４：６の割合で混合された混合溶媒に、ＬｉＰＦ_６を１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解して電解液を作製した。
【００２７】
次いで、外装缶１内に上記電極体を挿入した後、外装缶１の開口端に封口蓋２を嵌め込み、更に、外装缶１と封口蓋２とをレーザー溶接した（図１における太線部１７・１７）。この後、封口蓋２の電解液注入口７から電解液を注入した後、電解液注入口７の貫通孔７ａにパッキング５を挿入した。しかる後、パッキング５を押圧しつつ、貫通孔７ａと連通する凹部７ｂの上端に注入口封止板４を嵌め込み、注入口封止板４の周縁と封口蓋２とをレーザー溶接した（図１における太線部１９・１９）。これにより、レーザー封口電池が製造される。
【００２８】
上記外装缶１と封口蓋２、及び、注入口封止板４の周縁と封口蓋２とのレーザー溶接は、図４に示すようなレーザー照射装置を用いた。このレーザー照射装置は、レーザー発振器（図示せず）と、制御部（図示せず）と、レーザー射出部１０とを有している。このレーザー射出部１０は、上記レーザー発振器からのパルスレーザー光を導く断面形状が円形の光ファイバー１１と、この光ファイバー１１から射出される、スポット形状が円形のパルスレーザー光１２を矩形に変化させる照射光変形レンズ１３と、レーザー光を平行な光束に変えるコリメートレンズ１８とから成る。但し、コリメートレンズは必須の構成要素ではない。また、上記照射光変形レンズ１３にはシリンドリカルレンズが用いられた構成であり、図５（ａ）に示すように、上記照射光変形レンズ１３を通過したレーザー光のレーザースポット形状が丸角矩形（この場合、溶接位置でのスポットの大きさは約０．５×１．７ｍｍ）となる。
【００２９】
また、制御部は、スポット形状光のスポット中心点、長軸方向及び長軸の長さ、外装缶開口部の形状、隣り合う二つのスポットのオーバーラップ率についての情報を電子的に格納した照射情報格納手段（図示せず）と、照射光変形レンズ１３を回動可能とする長軸方向回動手段１４（図４においては図示せず）と、射出部を固定し、移動させる射出部移動手段（図示せず）とを有している。なお、前記長軸方向回動手段１４としては照射光変形レンズを回転させる回転テーブルを用い、前記射出部移動手段としては、ＸＹテーブルを用いた。
【００３０】
前記ＸＹテーブルは、溶接開始点が定められ、この点を（０，０）、電池の長辺方向をＸ方向、電池の短辺方向をＹ方向としてすべての点のＸ、Ｙ座標が定められており、この情報は照射情報格納手段に格納されている。これら格納された情報に基づき、制御部の算出手段が、すべての溶接予定点とその予定点における長軸スポット形状光の長軸の向き、溶接の順序を算出する。そして、上記算出手段は外装缶と封口蓋が嵌合してなる素電池１００が電池テーブル１５上の溶接開始点に配置、固定されると、上記で算出した情報を制御部の長軸方向変換手段および制御部の射出部移動手段に伝達し、一回目のパルスレーザー光を射出させる。次いで、パルスレーザー光のパルス間隔の間に、次のスポット予定点が射出部から射出される長軸スポット形状光のスポット中心点と一致するように射出部移動手段を移動させるとともに、その予定点での長軸方向と長軸スポット形状光の長軸方向と一致するように長軸方向変換手段を回動させる信号を発する。そして、上記移動及び回動の終了後、射出部から次のパルスレーザー光が射出されるように構成されている。
【００３１】
本発明にかかるレーザー照射装置の動作概略斜視図である図６を用いて、具体的なパルスレーザー光の射出の様子を説明する。図６（ａ）に示すように、角形電池の長辺部を溶接する時には、長軸方向を回動させることなく一定とし、射出部から射出される長軸スポット形状光のスポット中心点と次のスポット予定点とが一致する位置となるように、射出部に接続されたＸＹテーブル（図示せず）をＸ方向（電池の長辺方向）に順次移動させ、パルスレーザー光を照射する。
【００３２】
また、図６（ｂ）に示すように、電池の溶接部位が長辺部から短辺部に移る場合には、次のスポット予定点が射出部から射出される長軸スポット形状光のスポット中心点と一致するようにＸＹテーブルをＸ方向及びＹ方向に移動させるとともに、スポット予定点での長軸方向と長軸スポット形状光の長軸方向と一致させるように回転テーブルを回動させ、パルスレーザー光を照射する。このようにして、短辺部においても、その短辺方向と長軸スポット形状光の長軸方向とを一致させてレーザー溶接する。このレーザー溶接のパルス間隔は、あらかじめある一定の間隔で照射されるように決められていてもよく、また上記移動及び回動の終了と同期してレーザー光が射出されるように制御する構成とすることもできる。
【００３３】
また、注入口封止板と封口蓋との嵌合部においても同様に溶接する。
【００３４】
このレーザー照射装置は、上記構成に加え、常にセンサー等でその時点での照射位置を基準として電池全体の位置を読みとり、前記算出手段が算出した次のスポット予定点における電位全体の位置と、センサー等で読みとったその時点での電池全体の位置にずれが生じている場合、制御部にフィードバックする感知手段を付加することもできる。さらに、この感知手段は、次のスポット予定点での長軸方向と、センサー等で読みとったその時点での長軸方向とにずれが生じている場合、制御部にフィードバックする構成であってもよい。この構成によると、さらに確実に嵌合部の接線方向と長軸スポット光の長軸方向とを一致させることができる。
【００３５】
上述のレーザー溶接方法であると、図１３（ａ）に示すように、レーザースポット形状の長軸方向が、レーザースポット中点における外装缶と封口蓋の嵌合部の接線方向と常に一致するので、オーバーラップ率を約２０％とした場合においても、素電池１００に溶接深度の小さい部分がほとんど生じず、良好な封止を行いうる。また、レーザー溶接速度が高まるので、短時間で完全な封止が完了する。
【００３６】
尚、レーザースポット形状の長軸方向が、レーザースポット中点における外装缶と封口蓋の嵌合部の接線方向と常に一致させる方法としては、上記の構成に限定するものではなく、以下の（１）〜（３）に示すような構成とすることもできる。
【００３７】
（１）　照射光変形レンズを用いずに、レーザー取り出し部の光ファイバーの形状を楕円、矩形等とすることにより、光ファイバーから直接、楕円、矩形のレーザースポットを射出する構成とすることができる。
【００３８】
（２）　また、嵌合部の次のスポット予定点が射出部から射出される長軸スポット形状光のスポット中心点に概ね一致する位置にまで外装缶を移動させる外装缶移動手段と、次のスポット予定点の嵌合部接線方向と長軸スポット形状光の長軸方向とを一致させる長軸方向回動手段を備えた構成とすることができる。
【００３９】
（３）　また、長軸方向回動手段は用いずに、外装缶を移動させることによりレーザー射出部から射出される長軸スポット形状光のスポット中心点に次のスポット予定点を移動させ、且つ射出部から射出された長軸スポット光の長軸方向とスポット予定点の嵌合部接線方向とが一致するように外装缶を回動させる外装缶位置制御手段を備えた構成とすることができる。
【００４０】
また、リチウムイオン電池は、上記の材料に限定されるものではなく、公知の材料を用いて作製することができる。さらに、本発明は上記リチウムイオン電池に限定するものではなく、例えばニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池等、レーザー照射装置にてシーム溶接することのできるすべての電池に適用することができる。
【００４１】
（実施例１）
上記実施の形態に示す方法と同様の方法で実施例１にかかる電池を作製した。この電池のサイズは、短辺５．４×長辺３３．７５×高さ４７．５ｍｍである。また、溶接には２００Ｗ、４Ｊ／ｐｕｌｓｅ、５０ｐｕｌｓｅ／ｓｅｃの条件で、大きさが０．５×１．７ｍｍの丸角矩形照射スポット形状を与えるレーザー照射装置を用い、図５に示すように、オーバーラップ率を約２０％に設定した。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池Ａと称する。
【００４２】
（比較例１）
電池の溶接には２００Ｗ、１Ｊ／ｐｕｌｓｅ、２００ｐｕｌｓｅ／ｓｅｃであり、レーザースポットの大きさが０．５×０．５ｍｍの円形形状のレーザー照射装置を用いて電池を作製した。ここで、オーバーラップ率は図１０に示すように約７０％に設定した。
この他の条件は上記実施例１と同様にして比較例１にかかる電池を作製した。以下、この電池を比較電池Ｘと称する。
【００４３】
（比較例２）
長軸方向回動手段を備えないこと以外は、実施例１と同様のレーザー照射装置を用いて電池を作製した。長軸方向回動手段を備えないので、電池の長辺方向を溶接する場合においては実施例１と同じくオーバーラップ率を約２０％としたが、短辺方向を溶接する場合においては比較例１と同じくオーバーラップ率を約７０％に設定した。
この他の条件は上記実施例１と同様にして比較例２にかかる電池を作製した。以下、この電池を比較電池Ｙと称する。
【００４４】
〔実験〕
レーザー照射装置を用いて上記本発明電池Ａ及び比較電池Ｘ、Ｙを作製する際の、１パルス当たりの加工エネルギー、レーザー溶接における溶接速度、電池一個あたりの封口蓋と開口部の嵌合部の溶接に要した時間とを測定した。その結果を、下記表１に示す。
【００４５】
【表１】

【００４６】
比較電池Ｘでは、図１３（ｂ）に示すように７０％オーバーラップさせて溶接したため、溶接速度は３０ｍｍ／ｓｅｃとなり、溶接にかかる時間は２．６１秒となった。
【００４７】
また、比較電池Ｙでは、一回のパルスのエネルギー量が比較電位の四倍であるため、レーザー照射の繰り返し数は５０ｐｕｌｓｅ／ｓｅｃとなる。このとき、図１３（ｃ）に示すように、電池の長辺方向に溶接するときは長軸スポット光の長軸方向と嵌合部の接線方向とが一致するため、オーバーラップ率を約２０％としても良好に封止でき、溶接速度は６７．５ｍｍ／ｓｅｃとなる。一方、電池の短辺方向に溶接するときは長軸スポット光の長軸方向と嵌合部の接線方向とが一致しないため、オーバーラップ率を上記比較電池Ｘと同様に約７０％とせねばならず、溶接速度は７．５ｍｍ／ｓｅｃと、比較電池Ｘよりも四倍遅くなる。この結果、溶接にかかる時間は２．４４秒となった。
【００４８】
これに対して、本発明電池Ａでは、図１３（ａ）に示すように、電池の長辺方向、短辺方向いずれの方向に溶接するときであっても、常に長軸スポット光の長軸方向と嵌合部の接線方向とが一致するため、６７．５ｍｍ／ｓｅｃの速さで溶接することができる。このため、溶接にかかる時間は１．１６秒となった。
【００４９】
以上のことから、上記表１に示す結果となったものと考えられる。本発明電池Ａは、比較電池Ｘ、Ｙと比べて二倍以上速く溶接することができるため、電池の製造時間の短縮を図れるとともに、電極体に対する熱の影響を小さくすることができる。
【００５０】
（実施例２）
図７に示すようなレーザー照射装置を用い、外装缶の角が丸くなっている外装缶、封口蓋を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、実施例２にかかる電池を作製した。このレーザー照射装置は、レーザー発振器（図示せず）と、制御装置（図示せず）と、射出部１０と、射出部１０に接続されたＸＹテーブル（図示せず）とを有している。このレーザー射出部１０は、上記レーザー発振器からのパルスレーザー光を導く断面形状が円形の光ファイバー１１と、この光ファイバー１１から出射される円形のパルスレーザー光１２を矩形、楕円形に変化させる照射光変形レンズ１３とから成り、さらに集光レンズ１７を有している。尚、この集光レンズは必須の構成要素ではない。
このようにして作製した電池を、以下本発明電池Ｂと称す。
【００５１】
（結果）
電池Ｂの溶接に要した時間は、電池の長辺部溶接に０．８９秒、コーナー部及び短辺部に０．２２秒であり、合計時間は１．１１秒であった。このことは、図７、図１３（ｄ）に示すように、コーナー部においても常に長軸スポット光の長軸方向と、嵌合部の接線方向とが一致しているため、常に６７．５ｍｍ／ｓｅｃという高い速度で溶接できたからである。このため、電極体に対する熱の影響も小さくすることができた。
【００５２】
尚、上記実施の形態では、変光レンズとしてシリンドリカルレンズを用いたが、これに限定されるものではなく、２焦点レンズの２つのスポットをオーバーラップさせる等、他のレンズを用いても本発明を実施しうるのはもちろんのことである。また、電池テーブルを用いずに、素電池をロボットアーム等で把持し、固定することも可能である。
【００５３】
また、上記実施の形態では角形、角の丸い角形の電池を用いたがこれに限定される必要はなく、レーザー溶接により封口する電池であれば、楕円、円等の形状の電池にも本発明を適用しうるのはもちろんのことである。
【００５４】
また、上記実施の形態ではパルスと次のパルスをオーバーラップさせて照射したが、図１５に示すように、ｋ回目のパルスとｋ＋１回目のパルスをオーバーラップさせずに照射した後、ｋ回目のパルスとオーバーラップさせる方法であってもかまわない。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、時間当たりのレーザー溶接速度を高くできるとともに、レーザー溶接する際の電極体に対する熱の影響を最小限に止めることができる。従って、本発明によると、レーザー封口電池の製造時間を短縮でき、しかも電池性能の向上にも資するという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の形態の製造方法により作製されたレーザー封口電池の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視部分断面図である。
【図３】注入口封止板及びパッキングを取り除いた際のレーザー封口電池の斜視図である。
【図４】本発明にかかるレーザー照射装置の構造を示す説明図である。
【図５】同図（ａ）は本発明にかかるパルスレーザー光の照射状態を示す説明図、同図（ｂ）は本発明にかかる被加工物の溶接状態を示す説明図である。
【図６】本発明にかかるレーザー照射装置の動作概略斜視図である。
【図７】本発明の変形例にかかるレーザー照射装置の動作概略斜視図である。
【図８】従来の技術にかかる射出部の構造を示す説明図である。
【図９】同図（ａ）は従来の技術にかかるパルスレーザー光の照射状態を示す説明図、同図（ｂ）は従来の技術にかかる被加工物の溶接状態を示す説明図である。
【図１０】同図（ａ）は従来の技術にかかるパルスレーザー光の照射状態を示す説明図、同図（ｂ）は従来の技術にかかる被加工物の溶接状態を示す説明図である。
【図１１】従来の技術の変形例にかかるレーザー照射装置の構造を示す説明図である。
【図１２】同図（ａ）は従来の技術の変形例にかかるパルスレーザー光の照射状態を示す説明図、同図（ｂ）は同図（ａ）の被加工物の溶接状態を示す説明図、同図（ｃ）はパルスレーザー光の短軸方向に照射した場合の照射状態を示す説明図、同図（ｄ）は同図（ｃ）の被加工物の溶接状態を示す説明図である。
【図１３】同図（ａ）は実施例電池Ａの溶接の状態を示す説明図、同図（ｂ）は比較電池Ｘの溶接の状態を示す説明図、同図（ｃ）は比較電池Ｙの溶接の状態を示す説明図、同図（ｄ）は実施例電池Ｂの溶接の状態を示す説明図である。
【図１４】不定形のレーザー光の長軸、スポット中心を決定する方法を示す模式図である。
【図１５】本発明のパルスを照射する順番を変形した例を示す模式図である。
【符号の説明】
１：外装缶
２：封口蓋
４：注入口封止板
５：パッキング
７ａ：貫通孔
７ｂ：凹部
７：電解液注入口
１０：射出部
１１：光ファイバー
１２：レーザー光
１３：変光レンズ
１４：回転テーブル
１５：電池テーブル
１６：嵌合部
１７：集光レンズ
１８：コリメートレンズ
１９：スポット形状（レーザー溶接痕）
１００：素電池[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser sealing battery that performs seam welding using pulsed laser light, a manufacturing method thereof, and a laser welding apparatus for battery sealing used in this manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a laser sealed battery is formed on a fitting portion between a bottomed cylindrical outer can in which an electrode body is housed and a sealing lid disposed in an opening of the outer can and / or the sealing lid. There has been proposed a method of seam welding a fitting portion between the electrolyte inlet and an inlet sealing plate for closing the electrolyte inlet using a pulsed laser beam.
[0003]
This method will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a schematic diagram of a laser irradiation apparatus according to the prior art, FIG. 9A is an explanatory view showing the irradiation state of pulsed laser light according to the prior art, and FIG. 8B is a workpiece according to the prior art. It is explanatory drawing showing the welding depth of a thing.
As shown in FIG. 8, pulse laser light emitted from an optical fiber 51 having a circular cross-sectional shape is converted into a parallel light beam by a collimator lens 52 and condensed by a condensing lens 52, whereby a laser spot shape is circular. Pulse laser light is projected onto the surface of the workpiece 54 (for example, the fitting portion between the outer can and the sealing lid). In this method, the entire target portion of the workpiece is welded by scanning the workpiece while superimposing a part of the pulse laser beam having a circular spot shape. ) As shown in (b), the distance L between the spots of the

laser spots

55 and 55. ₅ If the length is increased, a portion 57 having a shallow welding depth due to the pulsed laser beam is generated on the workpiece 54, resulting in insufficient welding. For this reason, in this method, as shown in FIGS. 10A and 10B, the distance L between the spots of the

laser spots

55 and 56 is as follows. ₅ , And the overlapping rate of two adjacent laser spots 55 and 56 [in FIG. 10, <the length L of the overlapping portion ₇ / Laser spot diameter L ₆ >> 100 (%)] is regulated to about 70%, and a method of preventing a portion having a shallow welding depth has been taken.
[0004]
However, because laser irradiation equipment has a limit on the maximum number of repetitions (number of times that pulsed laser light can be emitted per hour), increasing the overlap rate as in the above technology slows down the laser welding speed and increases work efficiency. Decreases. Furthermore, if the overlap is large, the amount of heat generated in the overlap portion becomes excessive, which may reduce the battery performance.
[0005]
In view of this, the present inventors have proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-338622 a technique for making the irradiation spot shape of the pulse laser light rectangular or elliptical. In this technique, as shown in FIGS. 12A, 12B, and 13C, the longitudinal direction of the spot and the long side direction of the battery are moved in alignment with each other. Therefore, the welded portion can be lengthened by one irradiation, and the welding depth can be made uniform even when the overlap ratio is about 20% (when the ratio of the length of the major axis to the minor axis is 3.4: 1). it can. Therefore, the welding work efficiency is increased.
[0006]
However, in this technique, as shown in FIGS. 12C, 12D, and 13C, when welding the short side direction of the battery, the short direction of the spot is moved along the short side direction. I will let you. Therefore, in the short side direction, it is necessary to set the overlap ratio to about 70% as in the conventional technique, and there is still room for improvement.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to reduce the working time associated with welding of a laser sealed battery and to prevent the battery performance from being deteriorated during welding work. , Providing a manufacturing method thereof, and providing a laser irradiation apparatus used in this method.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is configured to fit a sealing lid to an opening of an outer can containing an electrode body having a positive electrode and a negative electrode, and to apply laser light to the fitting portion of the opening and the sealing lid. In the manufacturing method of the laser sealing battery that irradiates and welds and seals the fitting portion, as the laser beam, an irradiation spot-shaped pulse laser beam having a long axis is used, and the irradiation spot center point of the pulse laser beam is approximately The pulse laser beam is placed on the entire circumference of the fitting portion so as to be positioned on the fitting portion, and so that the tangential direction of the fitting portion at the center position of the irradiation spot and the long axis direction of the irradiation spot always coincide with each other. Irradiating.
[0009]
In the above configuration, an irradiation spot shape having a long axis (for example, ellipse, rectangle, etc.) is used, and the laser is irradiated so that the long axis direction of the laser always coincides with the tangential direction of the fitting portion at the irradiation spot center position. Even in welding in the short side direction of the battery, the same welding speed as in the long side direction can be maintained. Therefore, according to this method, the welding time in the battery sealing operation can be shortened and the overlap rate can be reduced, so that excessive irradiation heat is not generated. Therefore, the battery main body is not adversely affected during the welding operation.
[0010]
Here, the irradiation spot shape used in this specification will be described. The irradiation spot shape in this specification refers to a light shape when laser light is irradiated onto a surface to be irradiated, and a shape having a major axis is generally an ellipse, a rectangle, or a rounded rectangle. Point to. Since these figures have two symmetry axes, the longer one is the major axis, and the intersection of both axes is the spot center. However, the shape having the long axis includes a polygon and an indefinite shape. In the case of a polygon or an indeterminate shape, as shown in FIG. 14, the irradiation spot shape 19 is sandwiched between two parallel straight lines 21.21 having the narrowest width, and thereafter, perpendicular to the two parallel straight lines 21.21. The spot shape 19 is sandwiched between two parallel straight lines 22.22. As a result, a rectangle composed of line segments 21.21 and 22.22 is formed. The longer one of the symmetry axes of this rectangle is regarded as the long axis of the irradiation spot shape, and the midpoint of the long axis is the center of the irradiation spot shape. Consider a point. Note that a rounded rectangle means a rectangle with rounded corners. Further, the laser welding trace means an irradiation spot trace remaining on the irradiated surface after the laser beam irradiates the irradiated surface with the laser beam.
[0011]
In addition, the tangent direction of the fitting portion at the irradiation spot center position means the straight direction when the shape of the fitting portion at the point is a straight line, and either one when the point is a corner. The linear direction of
[0012]
The term “fitting” used in the present specification includes not only one in which both members are fitted together without a gap, but also one that is loosely joined so as to slide.
[0013]
Further, the laser sealed battery according to the present invention is a laser sealed battery in which an opening of an outer can containing an electrode body having a positive electrode and a negative electrode and a sealing lid are sealed by laser welding, and a direction perpendicular to the welded portion. As seen from the above, the laser welding trace has a shape having a long axis, and the center point of the welding trace is generally on the inner circumferential line parallel to the outer circumferential line, and is on the inner side of the outer can thickness from the outer circumferential line of the outer can. The major axis direction of the welding mark and the tangential direction of the inner peripheral line are always substantially coincident with each other.
[0014]
According to the said structure, since it welds with the laser irradiation amount smaller than the prior art, the welding time in a battery sealing operation | work can be shortened, and the battery main body has hardly received the bad influence.
[0015]
Next, the laser irradiation apparatus according to the present invention will be described. The battery sealing laser irradiation device of the present invention is used for manufacturing a laser sealing battery in which a fitting portion between an opening of an outer can in which an electrode body having a positive electrode and a negative electrode is accommodated and a sealing lid is laser spot welded. A battery sealing laser irradiating device, wherein the battery sealing laser irradiating device includes an emission part for emitting pulse laser light having an irradiation spot shape having a long axis, and a spot shape having a long axis emitted from the emitting part. The long-axis spot-shaped light and the outer can are arranged so that the spot center point of the light is generally located on the fitting portion and the long-axis direction of the irradiation spot coincides with the tangential direction of the fitting portion at the irradiation spot center point position. And a control unit that controls the mutual spatial positional relationship with the opening.
[0016]
Here, the emission unit in the apparatus having the above configuration includes an irradiation light deformation lens that deforms a pulse laser beam having a circular spot shape into a long-axis spot-shaped light having a long axis, and the control unit includes at least a spot shape. Based on the information stored in the irradiation information storage means, and the irradiation information storage means for electronically storing information about the spot center point of light, the long axis direction, the length of the long axis, and the shape of the outer can opening Then, based on the information calculated by the calculation means for calculating the position of the spot expected point, the fitting portion tangent direction at the position of the spot expected point, and the information calculated by the calculation means, An emission part moving means for moving the emission part so that a predetermined spot point of the beam substantially coincides with a spot center point of the long-axis spot-shaped light emitted from the emission part; and the calculation means Based on the calculated information, the irradiation light deformation lens is rotated during the pulse interval so that the tangent direction of the fitting portion of the next scheduled spot point coincides with the long axis direction of the long-axis spot-shaped light. And a long axis direction turning means.
[0017]
The laser irradiation apparatus having this configuration is preferable because the above manufacturing method can be more efficiently performed.
[0018]
In addition, the position of the entire battery is always read with a sensor or the like as a reference at the irradiation position at that time, and the position of the entire potential at the next spot planned spot calculated by the calculation means and the battery at that time read by the sensor or the like If there is a shift in the overall position, a sensing means for feeding back to the control unit can be added. Further, this sensing means may be configured to feed back to the control section when there is a deviation between the major axis direction at the next scheduled spot and the major axis direction at that time read by a sensor or the like. Good. According to this configuration, the tangential direction of the fitting portion and the long-axis direction of the long-axis spot light can be matched more reliably.
[0019]
The calculation means of the control unit used in the present invention is mainly composed of a computer that processes each piece of information in software. And the said spot scheduled point says the point which the calculation means calculated based on the information stored in the irradiation information storage means.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
1 is a perspective view of a laser-sealed battery manufactured by the manufacturing method of the first embodiment, FIG. 2 is a partial cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and FIG. 3 is a view in which an inlet sealing plate and a packing are removed. It is a perspective view of the laser sealing battery at the time.
[0021]
As shown in FIG. 1, the rectangular laser sealed battery according to the present invention has a bottomed rectangular cylindrical outer can 1, and in this outer can 1, LiCoO ₂ A spiral electrode body (not shown) composed of a positive electrode mainly composed of graphite, a negative electrode mainly composed of graphite, and a separator separating these two electrodes is housed. In the outer can 1, LiPF is mixed with a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) are mixed at a volume ratio of 4: 6. ₆ Is injected at a rate of 1 M (mol / liter).
[0022]
Here, the sealing lid 2 is laser welded to the opening of the outer can 1, thereby sealing the battery. Further, as shown in FIG. 3, the sealing lid 2 is provided with an electrolyte injection port 7 including a concave portion 7 b and a through hole 7 a provided near the center of the concave portion 7 b, and a positive electrode terminal 3. . As shown in FIG. 3, a rubber packing 5 is inserted into the through-hole 7a of the electrolyte injection port 7, and this packing 5 is inserted into the inside of the battery (B in FIG. 2) by the injection port sealing plate 4. The electrolyte is prevented from leaking out of the battery. The inlet sealing plate 4 is laser welded to the upper end of the recess 7a.
[0023]
A laser sealed battery having the above structure was produced as follows.
First, LiCoO ₂ A positive electrode active material made of graphite, a conductive material made of graphite, a binder made of polyvinylidene fluoride, and N-methyl-2-pyrrolidone were mixed to obtain a positive electrode active material slurry. After applying this active material slurry to both surfaces of a positive electrode core made of aluminum foil, a positive electrode was produced by rolling and drying.
[0024]
A negative electrode active material made of black smoke, a binder made of polyvinylidene fluoride, and N-methyl-2-pyrrolidone were mixed to obtain a negative electrode active material slurry. After apply | coating this active material slurry to both surfaces of the negative electrode core body made from copper foil, the negative electrode was produced by rolling and drying.
[0025]
Next, an electrode body was produced by winding the positive electrode and the negative electrode in a flat spiral shape through a polyethylene separator.
[0026]
LiPF is mixed with a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) are mixed at a volume ratio of 4: 6. ₆ Was dissolved at a rate of 1 M (mol / liter) to prepare an electrolytic solution.
[0027]
Next, after the electrode body was inserted into the outer can 1, the sealing lid 2 was fitted into the opening end of the outer can 1, and the outer can 1 and the sealing lid 2 were laser welded (the thick line portion 17. 17). Thereafter, the electrolyte solution was injected from the electrolyte solution injection port 7 of the sealing lid 2, and then the packing 5 was inserted into the through hole 7 a of the electrolyte solution injection port 7. Thereafter, while pressing the packing 5, the inlet sealing plate 4 is fitted into the upper end of the recess 7b communicating with the through hole 7a, and the periphery of the inlet sealing plate 4 and the sealing lid 2 are laser welded (FIG. 1). Thick line portions 19 and 19). Thereby, a laser sealed battery is manufactured.
[0028]
Laser welding of the outer can 1, the sealing lid 2, and the periphery of the inlet sealing plate 4 and the sealing lid 2 was performed using a laser irradiation device as shown in FIG. 4. The laser irradiation apparatus includes a laser oscillator (not shown), a control unit (not shown), and a laser emitting unit 10. The laser emitting unit 10 is an optical fiber 11 having a circular cross-sectional shape for guiding the pulse laser light from the laser oscillator, and an irradiation light that is emitted from the optical fiber 11 and changes the pulse laser light 12 having a circular spot shape to a rectangle. It consists of a deformable lens 13 and a collimating lens 18 that changes the laser light into a parallel light beam. However, the collimating lens is not an essential component. In addition, a cylindrical lens is used for the irradiation light deformation lens 13, and as shown in FIG. 5A, the laser spot shape of the laser light that has passed through the irradiation light deformation lens 13 is a rounded rectangle ( In this case, the spot size at the welding position is about 0.5 × 1.7 mm).
[0029]
In addition, the control unit electronically stores information on the spot center point of the spot shape light, the major axis direction and the length of the major axis, the shape of the outer can opening, and the overlap ratio of two adjacent spots. Information storage means (not shown), long-axis direction turning means 14 (not shown in FIG. 4) that can turn the irradiation light deformation lens 13, and injection part movement for fixing and moving the injection part Means (not shown). Note that a rotating table that rotates the irradiation light deformation lens was used as the long-axis direction rotating means 14, and an XY table was used as the emitting unit moving means.
[0030]
In the XY table, the welding start point is defined, and this point is (0, 0), the long side direction of the battery is the X direction, and the short side direction of the battery is the Y direction. This information is stored in the irradiation information storage means. Based on the stored information, the calculation means of the control unit calculates all the welding scheduled points, the major axis direction of the long-axis spot-shaped light at the scheduled points, and the welding order. Then, when the unit cell 100 formed by fitting the outer can and the sealing lid is arranged and fixed at the welding start point on the battery table 15, the calculation means converts the information calculated above into the major axis direction of the control unit. And the first pulse laser beam is emitted. Next, during the pulse interval of the pulse laser beam, the emission unit moving means is moved so that the next scheduled spot point coincides with the spot center point of the long-axis spot-shaped light emitted from the emission unit. A signal for rotating the long-axis direction converting means is generated so as to coincide with the long-axis direction of the long-axis spot-shaped light. After the movement and rotation, the next pulse laser beam is emitted from the emission unit.
[0031]
With reference to FIG. 6, which is a schematic perspective view of the operation of the laser irradiation apparatus according to the present invention, a specific state of emission of pulsed laser light will be described. As shown in FIG. 6 (a), when welding the long side portion of the rectangular battery, the long axis direction is constant without rotating, and the spot center point of the long axis spot-shaped light emitted from the emitting portion and the next Then, an XY table (not shown) connected to the emission unit is sequentially moved in the X direction (long side direction of the battery) so that the spot is coincident with the planned spot point, and pulsed laser light is emitted.
[0032]
In addition, as shown in FIG. 6B, when the welded portion of the battery moves from the long side portion to the short side portion, the next spot planned point is the spot center of the long-axis spot-shaped light emitted from the emitting portion. The XY table is moved in the X direction and the Y direction so as to coincide with the point, and the rotary table is rotated so that the long axis direction at the planned spot point coincides with the long axis direction of the long-axis spot-shaped light, and the pulse Irradiate with laser light. In this way, also in the short side portion, the short side direction and the long axis direction of the long-axis spot-shaped light are made to coincide with each other and laser welding is performed. The pulse interval of this laser welding may be determined so as to be irradiated at a predetermined interval in advance, and the laser beam is controlled to be emitted in synchronization with the end of the movement and rotation. You can also
[0033]
Further, welding is similarly performed at the fitting portion between the inlet sealing plate and the sealing lid.
[0034]
In addition to the above configuration, this laser irradiation apparatus always reads the position of the entire battery with a sensor or the like on the basis of the irradiation position at that time, the position of the entire potential at the next scheduled spot calculated by the calculation means, and the sensor When there is a deviation in the position of the entire battery at the time of reading by, for example, a sensing means for feeding back to the control unit can be added. Further, this sensing means may be configured to feed back to the control section when there is a deviation between the major axis direction at the next scheduled spot and the major axis direction at that time read by a sensor or the like. Good. According to this configuration, the tangential direction of the fitting portion and the long-axis direction of the long-axis spot light can be matched more reliably.
[0035]
In the above laser welding method, as shown in FIG. 13A, the long axis direction of the laser spot shape always coincides with the tangential direction of the fitting portion between the outer can and the sealing lid at the midpoint of the laser spot. Even when the overlap ratio is about 20%, the unit cell 100 has almost no portion with a small welding depth, and good sealing can be performed. In addition, since the laser welding speed is increased, complete sealing is completed in a short time.
[0036]
In addition, the method of always matching the long axis direction of the laser spot shape with the tangential direction of the fitting portion of the outer can and the sealing lid at the laser spot midpoint is not limited to the above configuration, and the following (1 ) To (3).
[0037]
(1) An elliptical or rectangular laser spot can be directly emitted from the optical fiber by using an elliptical or rectangular shape of the optical fiber of the laser extraction unit without using the irradiation light deformation lens.
[0038]
(2) Moreover, the outer can moving means for moving the outer can to a position where the next spot scheduled point of the fitting portion substantially coincides with the spot center point of the long-axis spot-shaped light emitted from the emitting portion; It can be set as the structure provided with the long-axis direction rotation means which makes the fitting part tangent direction of a spot planned point and the long-axis direction of long-axis spot shape light correspond.
[0039]
(3) The next spot planned point is moved to the spot center point of the long-axis spot-shaped light emitted from the laser emitting unit by moving the outer can without using the long-axis direction rotating means, and An outer can position control means for rotating the outer can so that the long axis direction of the long-axis spot light emitted from the emitting portion and the fitting portion tangential direction of the spot spot coincide with each other can be provided. .
[0040]
Further, the lithium ion battery is not limited to the above materials, and can be manufactured using a known material. Furthermore, the present invention is not limited to the lithium ion battery described above, and can be applied to all batteries that can be seam welded with a laser irradiation device, such as a nickel-hydrogen storage battery and a nickel-cadmium storage battery.
[0041]
(Example 1)
A battery according to Example 1 was manufactured by a method similar to the method described in the above embodiment. The size of this battery is short side 5.4 × long side 33.75 × height 47.5 mm. In addition, for the welding, a laser irradiation apparatus that gives a rounded rectangular irradiation spot shape having a size of 0.5 × 1.7 mm under the conditions of 200 W, 4 J / pulse, 50 pulse / sec, as shown in FIG. The overlap rate was set to about 20%.
The battery thus produced is hereinafter referred to as the present invention battery A.
[0042]
(Comparative Example 1)
The batteries were fabricated using a circular laser irradiation apparatus with a laser spot size of 0.5 × 0.5 mm at 200 W, 1 J / pulse, and 200 pulses / sec for welding the batteries. Here, the overlap rate was set to about 70% as shown in FIG.
A battery according to Comparative Example 1 was fabricated under the same conditions as in Example 1 above. Hereinafter, this battery is referred to as a comparative battery X.
[0043]
(Comparative Example 2)
A battery was fabricated using the same laser irradiation apparatus as in Example 1 except that the long axis direction rotating means was not provided. Since the long axis direction rotating means is not provided, when the battery is welded in the long side direction, the overlap ratio is about 20% as in Example 1, but in the case where the short side direction is welded, Comparative Example 1 is used. The overlap rate was set to about 70%.
A battery according to Comparative Example 2 was fabricated under the same conditions as in Example 1 above. Hereinafter, this battery is referred to as a comparative battery Y.
[0044]
[Experiment]
When manufacturing the above-described battery A of the present invention and the comparative batteries X and Y using a laser irradiation device, the processing energy per pulse, the welding speed in laser welding, the sealing lid and the opening fitting part per battery The time required for welding was measured. The results are shown in Table 1 below.
[0045]
[Table 1]

[0046]
In Comparative Battery X, welding was performed with 70% overlap as shown in FIG. 13B, so the welding speed was 30 mm / sec, and the time required for welding was 2.61 seconds.
[0047]
Further, in the comparative battery Y, since the energy amount of one pulse is four times the comparison potential, the repetition number of laser irradiation is 50 pulses / sec. At this time, as shown in FIG. 13 (c), when welding in the long side direction of the battery, the long axis direction of the long axis spot light coincides with the tangential direction of the fitting portion. % Can be sealed well, and the welding speed is 67.5 mm / sec. On the other hand, when welding in the short side direction of the battery, the long axis direction of the long axis spot light and the tangential direction of the fitting portion do not match, so the overlap rate should be about 70% as in the comparative battery X. The welding speed is 7.5 mm / sec, which is four times slower than the comparative battery X. As a result, the time required for welding was 2.44 seconds.
[0048]
On the other hand, in the battery A of the present invention, as shown in FIG. 13A, the long axis of the long-axis spot light is always maintained even when welding is performed in either the long side direction or the short side direction of the battery. Since the direction and the tangential direction of the fitting portion coincide with each other, welding can be performed at a speed of 67.5 mm / sec. For this reason, the time required for welding was 1.16 seconds.
[0049]
From the above, it is considered that the results shown in Table 1 were obtained. Since the battery A of the present invention can be welded twice or more faster than the comparative batteries X and Y, the manufacturing time of the battery can be shortened and the influence of heat on the electrode body can be reduced.
[0050]
(Example 2)
A battery according to Example 2 was manufactured in the same manner as Example 1 except that a laser irradiation apparatus as shown in FIG. 7 was used and an outer can having a rounded corner and a sealing lid were used. . The laser irradiation apparatus includes a laser oscillator (not shown), a control device (not shown), an emission unit 10, and an XY table (not shown) connected to the emission unit 10. The laser emitting unit 10 is an optical fiber 11 having a circular cross-sectional shape for guiding the pulsed laser light from the laser oscillator, and an irradiation light deformation for changing the circular pulsed laser light 12 emitted from the optical fiber 11 into a rectangle or an ellipse. The lens 13 includes a condenser lens 17. This condenser lens is not an essential component.
The battery thus produced is hereinafter referred to as the present invention battery B.
[0051]
(result)
The time required for welding of the battery B was 0.89 seconds for the long side welding of the battery, 0.22 seconds for the corner portion and the short side portion, and the total time was 1.11 seconds. This is because, as shown in FIGS. 7 and 13 (d), the major axis direction of the major axis spot light always coincides with the tangential direction of the fitting portion even in the corner portion, so that it is always 67.5 mm. This is because welding could be performed at a high speed of / sec. For this reason, the influence of heat on the electrode body could be reduced.
[0052]
In the above-described embodiment, the cylindrical lens is used as the variable lens. However, the present invention is not limited to this, and the present invention may be used by using other lenses such as overlapping two spots of the bifocal lens. Of course, it can be implemented. Moreover, it is possible to hold and fix the unit cell with a robot arm or the like without using the battery table.
[0053]
Further, in the above embodiment, a rectangular battery with rounded and rounded corners is used. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is applicable to batteries having an elliptical shape, a circular shape, etc. as long as the battery is sealed by laser welding. Of course, can be applied.
[0054]
In the above embodiment, the pulse and the next pulse are overlapped and irradiated. However, as shown in FIG. 15, the kth pulse and the (k + 1) th pulse are irradiated without overlapping, and then the kth pulse is irradiated. A method of overlapping with the pulse may be used.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the laser welding speed per hour can be increased, and the influence of heat on the electrode body during laser welding can be minimized. Therefore, according to the present invention, it is possible to shorten the manufacturing time of the laser-sealed battery and to achieve an excellent effect that contributes to improvement of battery performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a laser sealed battery manufactured by a manufacturing method according to a first embodiment.
2 is a partial cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a perspective view of a laser sealed battery when an inlet sealing plate and a packing are removed.
FIG. 4 is an explanatory view showing the structure of a laser irradiation apparatus according to the present invention.
FIG. 5A is an explanatory view showing a state of irradiation with pulsed laser light according to the present invention, and FIG. 5B is an explanatory view showing a welded state of a workpiece according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic perspective view of the operation of the laser irradiation apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is an operation schematic perspective view of a laser irradiation apparatus according to a modification of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a structure of an injection unit according to a conventional technique.
FIG. 9A is an explanatory view showing a state of irradiation with pulsed laser light according to the prior art, and FIG. 9B is an explanatory view showing a welding state of the workpiece according to the prior art.
FIG. 10A is an explanatory view showing a state of irradiation with pulsed laser light according to a conventional technique, and FIG. 10B is an explanatory view showing a welding state of a workpiece according to the conventional technique.
FIG. 11 is an explanatory view showing the structure of a laser irradiation apparatus according to a modification of the prior art.
FIG. 12 (a) is an explanatory view showing the irradiation state of pulse laser light according to a modification of the prior art, and FIG. 12 (b) is an explanatory view showing the welding state of the workpiece of FIG. The figure, (c) is explanatory drawing which shows the irradiation state at the time of irradiating with the short-axis direction of a pulse laser beam, The figure (d) is explanatory drawing which shows the welding state of the workpiece of the figure (c). is there.
13A is an explanatory view showing the welding state of Example Battery A, FIG. 13B is an explanatory view showing the welding state of comparative battery X, and FIG. 13C is a comparative battery Y; FIG. 4D is an explanatory view showing the welding state of Example Battery B. FIG.
FIG. 14 is a schematic diagram showing a method for determining a long axis and a spot center of an irregular laser beam.
FIG. 15 is a schematic diagram showing an example in which the order of pulse irradiation of the present invention is modified.
[Explanation of symbols]
1: Exterior can
2: Sealing lid
4: Injection port sealing plate
5: Packing
7a: Through hole
7b: recess
7: Electrolyte inlet
10: Injection part
11: Optical fiber
12: Laser light
13: Variable lens
14: Rotary table
15: Battery table
16: Fitting part
17: Condensing lens
18: Collimating lens
19: Spot shape (laser welding marks)
100: Unit cell

Claims

A sealing lid is fitted to an opening of an outer can containing an electrode body having a positive electrode and a negative electrode, and the fitting portion between the opening and the sealing lid is irradiated with a laser beam to weld the sealing portion. In the manufacturing method of the laser sealed battery,
As the laser beam, using an irradiation spot-shaped pulse laser beam having a long axis,
The irradiation spot center point of the pulsed laser light is generally located on the fitting part, and the fitting part tangent direction at the irradiation spot center position is always substantially coincident with the major axis direction of the irradiation spot, A method for manufacturing a laser sealed battery, wherein the entire circumference of the fitting portion is irradiated with the pulsed laser light.

In the laser sealing battery in which the opening of the outer can containing the electrode body having the positive electrode and the negative electrode and the sealing lid are sealed by laser welding,
When viewed from the direction perpendicular to the weld, the laser weld trace has a long axis,
The center point of the welding mark is located approximately on the inner peripheral line parallel to the outer peripheral line, inside the outer can thickness from the outer peripheral line of the outer can,
The laser sealed battery is characterized in that the major axis direction of the welding mark and the tangential direction of the inner peripheral line are always substantially coincident.

A laser irradiation device for battery sealing used for manufacturing a laser sealed battery in which a fitting portion between an opening of an outer can containing a positive electrode and a negative electrode and a sealing lid is laser spot welded,
The battery sealing laser irradiation device is:
An emission part for emitting an irradiation spot-shaped pulse laser beam having a long axis;
The spot center point of the spot-shaped light having the long axis emitted from the emission part is substantially located on the fitting part, and the long axis direction of the irradiation spot coincides with the tangent direction of the fitting part at the irradiation spot center point position. A control unit for controlling the spatial positional relationship between the long-axis spot-shaped light and the outer can opening,
A laser irradiation device for sealing a battery, comprising:

In the laser irradiation apparatus for battery sealing of Claim 2,
The emission unit includes an irradiation light deformation lens that transforms a pulse laser beam having a circular spot shape into a long-axis spot-shaped light having a long axis,
The control unit includes at least irradiation information storage means for electronically storing information about the spot center point of the spot-shaped light, the major axis direction, the length of the major axis, and the shape of the outer can opening,
Based on the information stored in the irradiation information storage means, the calculation means for calculating the position of the spot spot of the fitting part of the outer can and the sealing lid, and the tangent direction of the fitting part at the position of the spot spot,
Based on the information calculated by the calculating means, during the pulse interval of the pulse laser beam, the next spot scheduled point of the fitting portion is approximately the spot center point of the long-axis spot-shaped light emitted from the emitting portion. Injection unit moving means for moving the injection unit to a matching position;
Based on the information calculated by the calculation means, the irradiation light deformation lens is rotated during the pulse interval, and the fitting spot tangential direction of the next spot scheduled point and the long axis direction of the long axis spot shape light And a long axis direction rotating means for matching
A laser irradiation device for sealing a battery, comprising: