專利名稱：激光焊接方法以及包含該激光焊接方法的電池的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光焊接方法以及包含該激光焊接方法的電池的制造方法，特別涉及對(duì)于銅構(gòu)件等表面上的激光反射率較大的構(gòu)件的激光焊接技術(shù)。
背景技術(shù)：
以往，將兩個(gè)金屬構(gòu)件通過激光焊接接合的技術(shù)在制造領(lǐng)域廣泛使用。特別，使用YAG激光的激光焊接在大氣氣氛下也能夠使用，所以與在真空氣氛下進(jìn)行的電子束焊接(EBW)等其他的焊接技術(shù)相比，在設(shè)備成本方面、控制方面等非常有利， 具有在大量生產(chǎn)工序中積極引入的傾向。但是，在對(duì)于表面上的激光反射率較大的金屬構(gòu)件(銅構(gòu)件等)的激光焊接中，激光在構(gòu)件表面反射而不能給予充分的熱量輸入(線能量)，在焊接部位不能得到預(yù)期的熔深，所以現(xiàn)狀是不能滿足地進(jìn)行實(shí)用化。另外，存在與銅構(gòu)件相對(duì)的吸收率較高的綠色激光的激光加工裝置。另一方面，使用一般流通的綠色激光的激光加工裝置不但僅為輸出較低的裝置，而且應(yīng)用范圍僅限于與較薄構(gòu)件相對(duì)的焊接、加工等，所以實(shí)用化不現(xiàn)實(shí)。在制造鋰離子二次電池等二次電池的工序中，考慮組裝工序的效率，具有通過焊接將由銅構(gòu)件構(gòu)成的兩個(gè)構(gòu)件接合的部位(例如，負(fù)極導(dǎo)線與負(fù)極端子的接合部位)。但是，如上所述，在使用一般的激光加工裝置的情況下，由于來自銅構(gòu)件的反射較大，另外由于輸出較低，不能給予充分的熱量輸入，所以具有不能得到預(yù)期的熔深的課題。作為解決該課題的方法之一，具有使用高輸出的激光加工裝置的方法。但是，容易引起產(chǎn)生濺射、煤煙等或者焊接部位貫通等不良，具有焊接性不穩(wěn)定的另外的問題。進(jìn)而，在使用高輸出的激光加工裝置的情況下，向焊接部位以外的熱量輸入增大到必要以上，具有導(dǎo)致配置在焊接部位周圍的其他的構(gòu)件的熱破損的危險(xiǎn)。另外，在專利文獻(xiàn)1中，公開了使用砂紙、研磨劑、噴丸處理或者化學(xué)蝕刻事先將焊接面粗糙化、降低表面上的反射率的技術(shù)。但是，在專利文獻(xiàn)1所記載的粗糙化方法中，與大部分相對(duì)的粗糙化精度良好，但向具有臺(tái)階、凹凸面等形狀變化的微小部位的均勻的粗糙化比較困難，容易在表面狀態(tài)產(chǎn)生不均。另外，在上述的粗糙化方法中，需要粗加工時(shí)的掩模、加工后的清洗，具有工序變得復(fù)雜的問題，難以在大量生產(chǎn)工序中使用。特別，在焊接時(shí)使用高輸出激光的情況下，容易受到焊接部位的表面狀態(tài)、產(chǎn)品狀態(tài)(例如形狀、組裝精度)等的不均的影響，所以激光焊接時(shí)的熱量輸入變得不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生焊接缺陷。如上所述，在以往的激光焊接方法中，難以對(duì)表面上的激光反射率較大的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)均勻的焊接。專利文獻(xiàn)1 特開2003-263977號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題本發(fā)明的課題在于提供能夠?qū)Ρ砻嫔系募す夥瓷渎瘦^大的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)均勻的焊接的激光焊接方法以及包含該激光焊接方法的電池的制造方法。用于解決課題的技術(shù)方案作為本發(fā)明的第一技術(shù)方案的激光焊接方法，通過激光焊接將第一構(gòu)件與第二構(gòu)件接合，其中對(duì)所述第一構(gòu)件與第二構(gòu)件的焊接區(qū)的表面，通過第一激光加工裝置照射激光而實(shí)施粗加工，將該表面粗糙化；對(duì)所述表面粗糙化了的焊接區(qū)，通過第二激光加工裝置照射激光而將所述焊接區(qū)熔融，將所述第一構(gòu)件與第二構(gòu)件激光焊接。優(yōu)選所述第一構(gòu)件以及第二構(gòu)件為由所述第二激光加工裝置照射的激光在表面的反射率高的高反射率構(gòu)件。優(yōu)選由所述第二激光加工裝置進(jìn)行的激光焊接在氧氣氣氛下進(jìn)行。作為本發(fā)明的第二技術(shù)方案的電池的制造方法，制造包含所述第一構(gòu)件以及第二構(gòu)件作為構(gòu)成要素(元件)的電池，其中使用與所述第一技術(shù)方案有關(guān)的激光焊接方法將所述第一構(gòu)件與第二構(gòu)件接合。在所述電池的制造方法中，所述第一構(gòu)件或者第二構(gòu)件也能夠良好地應(yīng)用于在所述焊接區(qū)具有鉚接(力〉J )有鉚釘狀的構(gòu)件的部位的情況。即，在焊接對(duì)象為高反射率構(gòu)件、發(fā)生了變形的微小的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)良好的激光焊接。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)Ρ砻嫔系募す夥瓷渎瘦^大的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)均勻的焊接。


圖1是表示電池的示意圖。圖2是表示作為激光焊接的對(duì)象的電池的焊接區(qū)的剖面圖,圖3是表示焊接區(qū)的俯視圖。圖4是表示激光焊接工序的流程圖。圖5是表示激光焊接工序的圖。圖6是表示焊接區(qū)的放大圖。標(biāo)號(hào)說明10:電池20:負(fù)極端子(第一構(gòu)件)21 負(fù)極導(dǎo)線(第二構(gòu)件)22 鉚釘部30 焊接區(qū)31 焊接部位32 激光標(biāo)記
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖，對(duì)作為與本發(fā)明有關(guān)的激光焊接方法的一個(gè)實(shí)施方式的激光焊接工序Sl進(jìn)行說明。在激光焊接工序Sl中，對(duì)構(gòu)成電池10的負(fù)極的負(fù)極端子20與負(fù)極導(dǎo)線21進(jìn)行激光焊接。在下面，對(duì)作為激光焊接工序Sl中的焊接對(duì)象的電池10的概略結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。電池10是鋰離子二次電池，如圖1所示，在外殼11的內(nèi)部收納有發(fā)電元件12。外殼11具有由箱體構(gòu)成的容器部13和將容器部13的開口面封閉的蓋部14。蓋部14具有兩個(gè)開口 14a、14a，從這些開口 Ha、Ha使正極端子15、負(fù)極端子20分別向外側(cè)突出。負(fù)極端子20是銅制的外部端子，經(jīng)由作為集電端子的負(fù)極導(dǎo)線21與發(fā)電元件電連接。更詳細(xì)地說，如圖2以及圖3所示，負(fù)極端子20與負(fù)極導(dǎo)線21，在將設(shè)置于負(fù)極導(dǎo)線21的頂端的鉚釘部22經(jīng)由密封構(gòu)件23、絕緣構(gòu)件M等鉚接于蓋部14的開口 1 的狀態(tài)下進(jìn)行激光焊接，在負(fù)極端子20與負(fù)極導(dǎo)線21的連接部形成有四處焊接區(qū)30、30、30、 30。另外，從品質(zhì)管理等觀點(diǎn)設(shè)置四處焊接區(qū)30，但并不限定于此。負(fù)極導(dǎo)線21是由與負(fù)極端子20相同的材料構(gòu)成的銅制的集電端子，連接于發(fā)電元件12的負(fù)極側(cè)。鉚釘部22是成形于負(fù)極導(dǎo)線21的端部的鉚釘狀的部位，其頂部具有比蓋部14的開口 Ha的內(nèi)徑大的外徑。如圖2所示，在焊接區(qū)30，鉚釘部22比負(fù)極端子20的頂部(最高的部位)向上方突出。密封構(gòu)件23是樹脂制的構(gòu)件，將負(fù)極導(dǎo)線21與蓋部14密封，將外殼11內(nèi)密閉。絕緣構(gòu)件M是樹脂制的構(gòu)件，將負(fù)極導(dǎo)線21與蓋部14絕緣，防止從負(fù)極導(dǎo)線21 向蓋部14的電傳導(dǎo)。如上所述，本實(shí)施方式的激光焊接工序Sl將電池10中的銅制的負(fù)極端子20與銅制的負(fù)極導(dǎo)線21的鉚釘部22激光焊接。另外，如圖2所示，在負(fù)極端子20與負(fù)極導(dǎo)線21的鉚釘部22的焊接區(qū)30形成有凹凸形狀，形成有臺(tái)階，不但焊接形狀變得復(fù)雜，而且在對(duì)鉚釘部22的頂端部進(jìn)行鉚接時(shí)會(huì)施加變形，所以其表面狀態(tài)變得不均勻，所以從需要使激光焊接時(shí)的熱量輸入穩(wěn)定的方面以及需要確保充分的熔深的方面等，在激光焊接時(shí)需要較高的精度。進(jìn)而，如上所述，在負(fù)極端子20與鉚釘部22的焊接區(qū)30的附近，配置有耐熱性比金屬構(gòu)件差的樹脂制的構(gòu)件，所以需要考慮在激光焊接時(shí)降低激光輸出等對(duì)焊接區(qū)30的周圍的各構(gòu)件的熱影響。即，激光焊接工序Sl提供滿足上述那樣的高精度的激光焊接以及對(duì)于熱影響的考慮的要求的激光焊接方法。下面，對(duì)激光焊接工序Sl進(jìn)行說明。如圖4以及圖5所示，激光焊接工序Sl包含(表面)粗糙化處理工序S11、焊接工序 S12。粗糙化處理工序Sll是對(duì)在激光焊接后形成有焊接區(qū)30的部分的表面通過第一激光加工裝置照射激光、將照射部位的表面粗糙化的工序。在粗糙化處理工序Sll中，所述第一激光加工裝置照射具有向表面的激光反射率較高的構(gòu)件(銅構(gòu)件等高反射率構(gòu)件)的吸收率較好的波長的激光(例如綠色激光)。焊接工序S12是對(duì)通過粗糙化處理工序Sll粗糙化的成為焊接區(qū)30的部分的表面通過第二激光加工裝置照射激光、將照射部位熔融而進(jìn)行激光焊接的工序。所述第二激光加工裝置是在一般的激光焊接中使用的裝置，照射YAG激光。粗糙化處理工序Sll是對(duì)形成有各焊接區(qū)30的部分(在本實(shí)施方式中，如圖5(a) 所示，四處焊接部位31、31、31、31)的表面照射波長532nm的綠色激光，在照射部位設(shè)置激光標(biāo)記32、32、32、32，將焊接部位31、31、31、31粗糙化的工序。焊接部位31是為了實(shí)現(xiàn)形成預(yù)期的焊接區(qū)30而設(shè)定的焊接部位，如圖5所示，設(shè)定于負(fù)極導(dǎo)線21的鉚釘部22外周的一部分以及與鉚釘部22的外周接觸的負(fù)極端子20的一部分。另外，通過激光焊接工序Sl設(shè)定的焊接部位31并不限定于與焊接區(qū)30相同的設(shè)定部位、大小等。即，焊接部位31只要能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的焊接區(qū)30的形成即可。更詳細(xì)地說，如圖5(b)所示，在粗糙化處理工序Sll中，向設(shè)定于形成為俯視圓形狀的鉚釘部22的外周部分以及負(fù)極端子20上的與所述鉚釘部22的外周部分接觸的部分的焊接部位31、31、31、31，通過所述第一激光加工裝置照射綠色激光，設(shè)置俯視矩形狀的激光標(biāo)記32、32、32、32，向激光照射部分的表面施加均勻的粗加工。各激光標(biāo)記32形成為具有微小的凹凸的槽形狀，所述槽形狀具有預(yù)定的深度(例如0. 3 0. 4 μ m左右的深度)。這樣，在設(shè)有激光標(biāo)記32、32、32、32的部位，銅構(gòu)件的表面的光澤消失，所以在激光焊接時(shí)，能夠使用照射銅構(gòu)件等表面上的反射率較大的YAG激光的第二激光加工裝置。S卩，如果對(duì)處于沒有特別實(shí)施表面處理的狀態(tài)的銅構(gòu)件等高反射率構(gòu)件照射YAG 激光，則照射的激光的大部分通過構(gòu)件表面反射從而向構(gòu)件內(nèi)的吸收率降低，所以難以實(shí)現(xiàn)良好的焊接，但通過在焊接部位31、31、31、31設(shè)置激光標(biāo)記32、32、32、32而將表面的光澤除去，能夠提高來自照射YAG激光的第二激光加工裝置的激光的向焊接部位31、31、31、 31處的構(gòu)件內(nèi)的吸收率，實(shí)現(xiàn)良好的焊接。另外，所謂“高反射率構(gòu)件”，指的是如果向沒有實(shí)施表面處理的狀態(tài)的表面照射 YAG激光則照射的激光的大部分反射從而向構(gòu)件內(nèi)的吸收率降低，所以難以實(shí)現(xiàn)良好的焊接的構(gòu)件。另外，在粗糙化處理工序Sll中使用的第一激光加工裝置，通過適當(dāng)?shù)目刂蒲b置控制激光的照射部位、照射時(shí)間等，能夠?qū)︻A(yù)先設(shè)定的焊接部位31、31、31、31形成具有預(yù)期的面積(例如，如圖5(b)所示比焊接部位31大的區(qū)域)以及預(yù)期的深度的激光標(biāo)記32、 32、32、32ο這樣，使用能夠高精度控制的綠色激光在各焊接部位31設(shè)置激光標(biāo)記32，所以能夠容易地組裝進(jìn)電池10的制造工序等大量生產(chǎn)工序。焊接工序S12是相對(duì)于通過粗糙化處理工序Sll設(shè)有激光標(biāo)記32的各焊接部位 31照射波長1064nm的YAG激光，將負(fù)極端子20與負(fù)極導(dǎo)線21的鉚釘部22的表面熔融，將負(fù)極端子20與負(fù)極導(dǎo)線21激光焊接，形成焊接區(qū)30、30、30、30的工序。更詳細(xì)地說，如圖5(c)所示，在焊接工序S12中，對(duì)跨及鉚釘部22以及負(fù)極端子 20地設(shè)置的激光標(biāo)記32、32、32、32，通過所述第二激光加工裝置照射YAG激光，將焊接部位 31、31、31、31熔融，將負(fù)極端子20與鉚釘部22激光焊接。如上所述，設(shè)有激光標(biāo)記32的各焊接部位31失去銅構(gòu)件特有的表面的光澤，并且通過形成于激光標(biāo)記32的微小的凹凸形狀，表面積增加。因此，在各焊接部位31，通過第二激光加工裝置照射的YAG激光的吸收率提高。即，在通過銅構(gòu)件構(gòu)成的各焊接部位31，也能夠加深激光熱量輸入時(shí)的熔深，能夠確保充分的熔深與焊接面積。此外，在各焊接部位31的表面，通過激光標(biāo)記32均勻?qū)嵤┯写旨庸?，在表面狀態(tài)沒有不均，所以能夠使向各焊接部位31的激光熱量輸入穩(wěn)定。如上所述根據(jù)激光焊接工序Si，能夠?qū)τ杀砻嫔系募す夥瓷渎瘦^大(特別，相對(duì)于第二激光加工裝置的反射率較大)的銅構(gòu)件構(gòu)成的負(fù)極端子20、與同樣由銅構(gòu)件構(gòu)成的負(fù)極導(dǎo)線21的鉚釘部22的各焊接部位31實(shí)現(xiàn)均勻的焊接，能夠防止氣孔、裂紋等焊接缺陷。此外，通過與上述同樣的原因，能夠提高相對(duì)于鉚釘部22的鉚接部分的制造不均 (表面形狀、鉚接間隙等)以及表面狀態(tài)的不均的可靠性。進(jìn)而，能夠?qū)⒃诤附庸ば騍12中使用的第二激光加工裝置的輸出抑制得較低，所以能夠抑制對(duì)焊接部位31的周圍的構(gòu)件的影響。另外，在焊接工序S12中，照射YAG激光的第二激光加工裝置作為輔助氣體噴霧氧氣，在氧氣氣氛下進(jìn)行激光焊接。由此，在焊接時(shí)產(chǎn)生劇烈的氧化反應(yīng)，能夠通過發(fā)熱反應(yīng)促進(jìn)熔深。因此，能夠提高焊接工序S12中的焊接性。進(jìn)而，在粗糙化處理工序Sll中設(shè)置各激光標(biāo)記32時(shí)，在激光標(biāo)記32的表面以及該槽的內(nèi)部，殘留有微小的粉塵。如上所述，通過在焊接工序S12中在氧氣氛下實(shí)施激光焊接，殘留于激光標(biāo)記32 的微粉塵燃燒(產(chǎn)生所謂的粉塵爆炸)，將激光焊接時(shí)的燃燒活性化而促進(jìn)焊接。因此，能夠得到各焊接部位31上的良好的熔深以及充分的焊接面積。如上所述，成為激光焊接工序Sl的焊接對(duì)象的一側(cè)的負(fù)極導(dǎo)線21的鉚釘部22是由高反射率構(gòu)件構(gòu)成并且在鉚接時(shí)對(duì)其頂端部施加變形的微小部位。因此，在以往的激光焊接方法中，如上所述構(gòu)件表面上的反射較大，表面狀態(tài)由于變形變得不穩(wěn)定，進(jìn)而不可能實(shí)現(xiàn)與作為微小部位而形成的焊接部位相對(duì)的焊接。然而，通過激光焊接工序Sl包含通過粗糙化處理工序Sll將表面粗糙化的第一焊接工序與通過焊接工序S12對(duì)粗糙化了的表面進(jìn)行焊接的第二焊接工序這兩階段的焊接工序，能夠?qū)崿F(xiàn)在以往的激光焊接方法中不能實(shí)現(xiàn)的焊接。另外，能夠良好地應(yīng)用于需要將如上所述那樣形成的焊接部位焊接的、制造包含負(fù)極端子20以及負(fù)極導(dǎo)線21等結(jié)構(gòu)元件的電池10的工序。另外，如圖6所示，在焊接工序S12中，優(yōu)選對(duì)焊接部位31上的作為薄壁部的、形成于鉚釘部22的端部的角縫焊區(qū)25，從外側(cè)向內(nèi)側(cè)以30 45°的角度照射激光。由此，在激光焊接時(shí)，角縫焊區(qū)25有效地吸收激光，所以能夠抑制激光輸出，并且提高焊接穩(wěn)定性。另外，在粗糙化處理工序Sll將激光標(biāo)記32形成為俯視矩形狀，將其形成面積設(shè)置得比焊接部位31的面積大，但并不限定于此。例如，也可以將激光標(biāo)記32的形成面積設(shè)置得比焊接部位31小，在該情況下，也能夠在設(shè)有激光標(biāo)記32的區(qū)域內(nèi)充分地熔融焊接， 對(duì)于其附近部位也能夠通過熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)充分的熱量輸入。另外，在本實(shí)施方式中，對(duì)于作為鋰離子二次電池的電池10的負(fù)極側(cè)的激光焊接進(jìn)行了說明，但也能夠使用于與同樣表面上的激光反射率較高的構(gòu)件相對(duì)的焊接。例如，在將利用于電子部件等中的銅線接合時(shí)能夠應(yīng)用激光焊接工序Si，在該情況下，能夠作為釬焊接合的代替而使用。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明能夠利用于向在表面具有形狀變化的構(gòu)件的激光焊接工序，特別適用于對(duì)構(gòu)件表面上的激光的反射率較大的構(gòu)件進(jìn)行激光焊接的技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種激光焊接方法，該激光焊接方法通過激光焊接將第一構(gòu)件與第二構(gòu)件接合，其中對(duì)所述第一構(gòu)件與第二構(gòu)件的焊接區(qū)的表面，通過第一激光加工裝置照射激光而實(shí)施粗加工，將該表面粗糙化；對(duì)所述表面粗糙化了的焊接區(qū)，通過第二激光加工裝置照射激光而將所述焊接區(qū)熔融，將所述第一構(gòu)件與第二構(gòu)件激光焊接。
2.如權(quán)利要求1所述的激光焊接方法，其中所述第一構(gòu)件以及第二構(gòu)件為由所述第二激光加工裝置照射的激光在表面的反射率高的高反射率構(gòu)件。
3.如權(quán)利要求1或2所述的激光焊接方法，其中由所述第二激光加工裝置進(jìn)行的激光焊接在氧氣氣氛下進(jìn)行。
4.一種電池的制造方法，該方法制造包含所述第一構(gòu)件以及第二構(gòu)件作為構(gòu)成要素的電池，其中包含如權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中的任意一項(xiàng)所述的激光焊接方法。
5.如權(quán)利要求4所述的電池的制造方法，其中所述第一構(gòu)件或者第二構(gòu)件在所述焊接區(qū)具有鉚接有鉚釘狀的構(gòu)件的部位。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于提供能夠?qū)Ρ砻嫔系募す夥瓷渎瘦^大的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)均勻的焊接的激光焊接方法。激光焊接工序S1包含粗糙化處理工序S11，其中通過第一激光加工裝置對(duì)負(fù)極端子(20)(第一構(gòu)件)與負(fù)極導(dǎo)線(21)(第二構(gòu)件)的焊接區(qū)(30、30、30、30)的表面(各焊接部位(31))照射激光而實(shí)施粗加工，在該表面形成激光標(biāo)記(32)；和焊接工序S12，其中通過第二激光加工裝置對(duì)通過粗糙化處理工序S11而表面粗糙化的各焊接部位(31)照射激光而將各焊接部位(31)熔融，將負(fù)極端子(20)與負(fù)極導(dǎo)線(21)激光焊接。
文檔編號(hào)B23K26/20GK102427909SQ200980159288
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者三宅秀明, 大島貴博 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社