專利名稱：接合裝置、接合方法、以及電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在較難設(shè)置夾具的部位上進(jìn)行接合的接合裝置和接合方法、以及使用所述接合裝置和接合方法進(jìn)行制造的電池。
背景技術(shù)：
利用圖7A、圖7B、以及圖10，對現(xiàn)有的接合方法進(jìn)行說明。圖7A、圖7B是表示電池的結(jié)構(gòu)的圖，圖7A是縱向剖視圖，圖7B是仰視圖。圖10 是對現(xiàn)有的接合方法進(jìn)行說明的圖。以往，使用利用較寬的電阻焊機(jī)的點(diǎn)焊來作為如圖7A、圖7B所示的圓筒形鋰電池的、圓筒殼76與負(fù)電極7的接合方法。其原理是，在鍍鎳的深沖圓筒形的鐵殼(以下簡稱為圓筒殼76)的內(nèi)面底面上，用長棒狀的鎢電極夾住鎳或鍍鎳銅包材料，使大電流流過，用因接觸部的接觸電阻而產(chǎn)生的發(fā)熱來熔解接合界面的金屬，從而進(jìn)行焊接。然而，由于以大電流使接觸部發(fā)生短路，因此， 難以完全避免濺射物。因而，雖然鎢電極上接合有層疊結(jié)構(gòu)的薄膜電極，但可能會(huì)因?yàn)R射物的混入而導(dǎo)致正極板與負(fù)極板發(fā)生內(nèi)部短路，從而發(fā)生急劇的溫度上升，較難確?？煽啃?。下面利用圖10，對除上述電阻焊接以外的、能有效減少濺射物的方法進(jìn)行說明。如圖10所示，該方法是用筒狀?yuàn)A具按住金屬片91a和93，照射激光A將接合界面熔解，從而對金屬片91a和93進(jìn)行接合。然而在該方法中，雖然只要是樹脂或低熔點(diǎn)金屬即可進(jìn)行接合，但在對鎳等熔點(diǎn)超過1000°C的金屬進(jìn)行接合的情況下，大部分熱量被筒狀?yuàn)A具所吸收，很難超過熔點(diǎn)，從而不適合對高熔點(diǎn)材料進(jìn)行接合。即使萬一接合好了，也會(huì)因溫度梯度而導(dǎo)致只在中心部接合，由于接合的面積較小，因此接合部的電阻較大，從而在需要流過大電流的EV和HEV中，會(huì)因發(fā)熱而無法充分發(fā)揮鋰電池原有的高密度、大電流的能力。而且，在產(chǎn)生濺射物的情況下，由于在夾具上方空有空間，因此，還存在因?yàn)R射物向外飛出而導(dǎo)致質(zhì)量下降的問題。此外，在圓筒殼鋰電池的情況下，由于層疊電極是卷曲的，因此，圓筒殼中心部上只開有直徑3mm左右的孔，設(shè)置按壓夾具在物理上較為困難(例如，參照日本專利特開平 4-220164 號公報(bào))。由此，以往基本用電阻焊機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)，但每天需要對電阻焊機(jī)的焊接棒頻繁地進(jìn)行多次更換，并且無法阻止濺射物的產(chǎn)生，從而只能以在之后的充放電檢查工序中找出因?yàn)R射物所導(dǎo)致的不良的方式來應(yīng)對。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明用于解決上述問題，其目的在于，即使在較難設(shè)置夾具等的位置上進(jìn)行焊接的情況下，也能用較容易的方法來抑制濺射物的產(chǎn)生，并能確保接合面積。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的接合裝置的特征在于，包括中空工具，該中空工具包括激光波導(dǎo)；以及中空環(huán)狀噴頭，該中空環(huán)狀噴頭設(shè)置于所述中空工具的前端，內(nèi)壁呈向內(nèi)的錐形，在使所述環(huán)形噴頭與接合對象相接觸的狀態(tài)下，經(jīng)由中空工具對所述接合對象照射所述激光，從而對直接照射所述激光的部位進(jìn)行熱傳導(dǎo)型焊接，對所述環(huán)形噴頭的內(nèi)壁照射所述激光，以對所述環(huán)形噴頭進(jìn)行加熱，從而對接合對象的、與所述環(huán)形噴頭相接的部分進(jìn)行熱擴(kuò)散接合。另外，優(yōu)選通過照射所述激光，使所述接合對象的、直接照射所述激光的部位在所述接合對象的熔點(diǎn)以上沸點(diǎn)以下的溫度下液化，并使所述接合對象的、與所述環(huán)形噴頭相接的部分在所述接合對象的熔點(diǎn)以下的溫度下軟化。另外，所述環(huán)形噴頭優(yōu)選由陶瓷制成。另外，在所述環(huán)形噴頭的、與所述接合對象相接觸的面上，優(yōu)選具有凹凸。另外，優(yōu)選形成所述凹凸，使從所述環(huán)形噴頭的內(nèi)壁到外壁上形成槽。另外，所述波導(dǎo)也可以是光纖。另外，優(yōu)選在所述中空工具與所述光纖之間設(shè)有間隙。另外，本發(fā)明的接合方法利用接合裝置對接合對象進(jìn)行接合，所述接合裝置包括 中空工具，該中空工具包括激光波導(dǎo)；以及中空環(huán)狀噴頭，該中空環(huán)狀噴頭設(shè)置于所述中空工具的前端，內(nèi)壁呈向內(nèi)的錐形，其特征在于，包括壓接工序，該壓接工序?qū)⑺霏h(huán)形噴頭的前端壓接于所述接合對象上；以及照射工序，該照射工序經(jīng)由所述中空工具，從所述環(huán)形噴頭對所述接合對象照射所述激光，從而對直接照射所述激光的部位進(jìn)行熱傳導(dǎo)型焊接， 對所述環(huán)形噴頭的內(nèi)壁照射所述激光，以對所述環(huán)形噴頭進(jìn)行加熱，從而對接合對象的、與所述環(huán)形噴頭相接的部分進(jìn)行熱擴(kuò)散接合。另外，所述照射工序優(yōu)選包括第一照射工序，該第一照射工序照射第一激光功率的第一激光，從而對所述接合對象進(jìn)行加熱；以及第二照射工序，該第二照射工序用功率大于所述第一功率、且波長短于所述第一激光的第二激光，對所述接合對象進(jìn)行接合。另外，優(yōu)選通過照射所述第二激光，使所述接合對象的、直接照射所述第二激光的部位在所述接合對象的熔點(diǎn)以上沸點(diǎn)以下的溫度下液化，并使所述接合對象的、與所述環(huán)形噴頭相接的部分在所述接合對象的熔點(diǎn)以下的溫度下軟化。另外，在所述照射工序中，優(yōu)選在所述接合對象上流過惰性氣體。另外，在所述照射工序中，優(yōu)選對所述接合對象的、壓接有所述環(huán)形噴頭的面的背面進(jìn)行加熱。另外，本發(fā)明的電池的特征在于，包括圓筒殼；層疊電極，該層疊電極內(nèi)置于所述圓筒殼內(nèi)；中空部，該中空部形成于所述圓筒殼內(nèi)，使所述圓筒殼底部露出；以及電極， 該電極利用所述接合方法接合于所述圓筒殼底部。


圖IA是對本發(fā)明的接合方法的工序進(jìn)行說明的剖視圖。圖IB是對本發(fā)明的接合方法的工序進(jìn)行說明的剖視圖。圖IC是對本發(fā)明的接合方法的工序進(jìn)行說明的剖視圖。圖ID是對本發(fā)明的接合方法的工序進(jìn)行說明的剖視圖。圖2A是表示本發(fā)明的中空工具的結(jié)構(gòu)例的圖。圖2B是表示本發(fā)明的中空工具的結(jié)構(gòu)例的圖。
圖3是表示本發(fā)明的環(huán)形噴頭的結(jié)構(gòu)例的圖。圖4是對控制本發(fā)明的激光脈沖的接合方法進(jìn)行說明的圖。圖5是對控制本發(fā)明的激光脈沖的接合方法進(jìn)行說明的激光功率轉(zhuǎn)移圖。圖6A是表示在本發(fā)明的環(huán)形噴頭的前端形成凹凸的情況下的結(jié)構(gòu)例的圖。圖6B是表示在本發(fā)明的環(huán)形噴頭的前端形成凹凸的情況下的結(jié)構(gòu)例的圖。圖6C是表示在本發(fā)明的環(huán)形噴頭的前端形成凹凸的情況下的結(jié)構(gòu)例的圖。圖7A是表示電池的結(jié)構(gòu)的圖。圖7B是表示電池的結(jié)構(gòu)的圖。圖8是對本發(fā)明的接合形狀進(jìn)行說明的簡要仰視圖。圖9是表示本發(fā)明的接合形狀例的簡要仰視圖。圖10是對現(xiàn)有的接合方法進(jìn)行說明的圖。
具體實(shí)施例方式如將電極接合于圓筒殼電池的底部的情況那樣，本發(fā)明涉及一種對開口部的面積較小而深度較深的凹部等的底部實(shí)施焊接的接合方法及接合裝置。在這樣的位置上，在進(jìn)行接合時(shí)，由于無法設(shè)置按壓夾具等，因此，使用接合裝置來進(jìn)行接合，所述接合裝置包括 中空工具，該中空工具包括成為用于對接合部位照射激光的激光波導(dǎo)的光纖等；以及環(huán)形噴頭，該環(huán)形噴頭設(shè)置于中空工具的前端，中空部分的面積越朝向前端越小。具體而言，將中空工具插入至凹部底部，使環(huán)形噴頭與接合部位相接觸，經(jīng)由中空工具對接合部位照射激光，從而進(jìn)行接合。利用該方法進(jìn)行接合，從而對接合部位的、直接照射激光的部位進(jìn)行熱傳導(dǎo)型焊接。同時(shí)，對環(huán)形噴頭內(nèi)壁照射激光，從而對環(huán)形噴頭進(jìn)行加熱，利用環(huán)形噴頭的加壓和熱量，對與環(huán)形噴頭相接的接合部位進(jìn)行熱擴(kuò)散接合。這樣，即使在對較難設(shè)置夾具等的位置進(jìn)行焊接的情況下，也能用環(huán)形噴頭覆蓋接合部位，從而用較容易的方法來抑制濺射物的產(chǎn)生，并且，由于利用熱傳導(dǎo)型焊接和熱擴(kuò)散接合對接合部位進(jìn)行兩重接合，因此，能確保接合面積。首先，主要以圓筒殼電池為例，對本發(fā)明的概要進(jìn)行說明。本發(fā)明的基本原理是以下的方式即，將噴頭前端像導(dǎo)管那樣穿過抗熱性較差的層疊電極的中央部的僅有的一點(diǎn)空間，與底部像圓筒殼電池那樣較深的尾部相抵接，以將經(jīng)由光纖等射出的激光封閉，并通過熱傳導(dǎo)型焊接或熱擴(kuò)散接合來將產(chǎn)生的濺射物完全封閉。此外，在對電動(dòng)汽車(EV)和混合動(dòng)力汽車(HEV)等用的、需要減小接合電阻的產(chǎn)品進(jìn)行接合的情況下，在噴頭前端受到低亮度長脈沖激光的照射從而進(jìn)行了預(yù)熱之后，切換成高亮度短脈沖，用噴頭按壓部在重疊的金屬界面上進(jìn)行熱擴(kuò)散接合，并在激光直接照射面上進(jìn)行熱傳導(dǎo)型焊接，從而不僅能以高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的接合而不會(huì)在層疊電極內(nèi)產(chǎn)生濺射物，還能增大接合面積而使所需要的大電流流入EV和HEV，從而提高電池自身的性能。例如，本發(fā)明所涉及的接合方法如下在使激光基本平行地透射的中空工具的加壓構(gòu)件的前端設(shè)置前部尖銳的噴頭的環(huán)形面，使噴頭的環(huán)形面與作為第一構(gòu)件的電極板相接觸，所述電極板與作為第二構(gòu)件的鐵殼等的圓筒殼內(nèi)部的尾部相接觸而放置，用通過環(huán)形面內(nèi)部的激光直接對第一構(gòu)件進(jìn)行加熱，并且，由于前端的環(huán)形面前部的開口在內(nèi)側(cè)變小，因此，環(huán)形面受到激光的照射，因吸收一部分激光而發(fā)熱，并通過傳熱使電極板因加熱和加壓而變形，從而對作為第一構(gòu)件的電極板和作為第二構(gòu)件的圓筒殼的內(nèi)部底部進(jìn)行接合。由于在直接照射激光的面的相反面的接合界面上，利用激光焊接進(jìn)行熱傳導(dǎo)型焊接或熱擴(kuò)散接合，在周圍的加壓部上，進(jìn)行熱擴(kuò)散接合，從而有兩重接合狀態(tài)和接合部位，因此， 與利用基準(zhǔn)孔的接合相比，能增大接合面積，并能大幅提高需要大電流的EV和HEV用電池的性能。另外，由于在作為中空的加壓構(gòu)件的中空工具內(nèi)照射激光，因此，能將濺射物和金屬粒子封閉在中空的加壓構(gòu)件內(nèi)，能消除因這些濺射物和金屬粒子進(jìn)入周圍的層疊電極內(nèi)而引起短路的危險(xiǎn)性，從而能非常安全地實(shí)現(xiàn)可靠性較高的接合。此外，由于加壓構(gòu)件的前端使用了適度吸收激光而發(fā)熱的、中空的陶瓷，從而能提高耐磨性和耐久性，因此較為理想。作為本發(fā)明所涉及的其他接合方法，還可以在用中空工具對電極進(jìn)行加壓的狀態(tài)下，用低亮度長脈沖的第一激光對作為第一構(gòu)件的電極的激光照射面、以及中空工具的前端部的激光部分吸收部進(jìn)行加熱，直至達(dá)到電極熔融之前的溫度為止，然后切換成1毫秒至100毫秒左右的、高亮度短脈沖的激光功率，從而瞬間超過電極和圓筒殼的接觸面的熔點(diǎn)地進(jìn)行熱傳導(dǎo)型的激光焊接。另外，在中空工具前端的加壓環(huán)形面與電極的相反面相接合的接合界面上，即使未達(dá)到熔點(diǎn)，也能利用加壓力進(jìn)行熱擴(kuò)散接合。由于這樣能進(jìn)行兩重大面積的電極接合，因此，能提供用于EV和HEV而流過大電流的、高質(zhì)量的高性能電池。另外，由于像菊花形的座那樣在中空工具的前端加壓部上設(shè)置多個(gè)凹凸部，從而用本接合方式進(jìn)行接合的電極能對旋轉(zhuǎn)力矩實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的接合，因此，能提供抗振動(dòng)等的能力較強(qiáng)的、可靠性較高的電池。另外，若在中空工具內(nèi)流過氮?dú)獾瓤寡趸瘹怏w或氬氣等惰性氣體同時(shí)對電極進(jìn)行加壓，則直到被加壓所密封之前為止，由于流過這些氣體導(dǎo)致被密封的空間處于含氧量極低的狀態(tài)，因此，能防止接合部位發(fā)生氧化。因而，在鍍鎳的鐵制圓筒殼的電極接合中，由于表面不會(huì)出現(xiàn)未充分氧化的鐵，因此，能防止電池內(nèi)的溶液造成腐蝕，從而能提供可靠性較高的電池。另外，若用光纖將激光引至中空工具內(nèi)的錐部上，則能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)耐用的接合裝置而不受中空工具的彎曲的影響。這里，雖然將光纖和中空工具制成圓筒較為容易，但通過對光纖進(jìn)行H切割等，能形成使從對象的兩個(gè)空間出來的惰性氣體在激光照射面上進(jìn)行沖擊的結(jié)構(gòu)，由于處于惰性氣體純度更高的狀態(tài)下，因此，能可靠地構(gòu)筑在鎳電極和鍍鎳的鐵殼的接合部上覆蓋有鎳的狀態(tài)，因而，能防止因電池內(nèi)的溶液而發(fā)生腐蝕，從而能提供可靠性較高的電池。另外，若對與電極和圓筒殼尾部的接合部相反的面進(jìn)行預(yù)熱或同時(shí)進(jìn)行加熱，則能在更短的時(shí)間內(nèi)獲得較高的接合質(zhì)量。此外，在用激光對背面進(jìn)行輔助加熱的情況下，若形成從對象的兩個(gè)空間出來的惰性氣體在照射面上進(jìn)行沖擊的結(jié)構(gòu)，則由于處于惰性氣體純度更高的狀態(tài)，因此，能使圓筒殼的表面不發(fā)生鍍鎳損壞，因而，能提供抗外部腐蝕能力較強(qiáng)的、可靠性較高的電池。而且，通過用所述接合方法進(jìn)行接合，能在作為第二構(gòu)件的圓筒殼中內(nèi)置有層疊電極，在圓筒殼的中心軸上存在沒有層疊電極的空間，形成在與層疊電極相連接的電極、以及圓筒殼的底部上具有兩重接合痕跡的電池，由于接合面積大于通常的電阻焊接，因此，能提供能用于EV和HEV而流過大電流的、高質(zhì)量的高性能電池。下面，以將電極焊接于圓筒殼電池的底部的情況為例，利用圖IA 圖9，對本發(fā)明的接合方法及電池進(jìn)行詳細(xì)說明。圖IA 圖ID是對本發(fā)明的接合方法的工序進(jìn)行說明的剖視圖，圖2A、圖2B是表示本發(fā)明的中空工具的結(jié)構(gòu)例的圖，圖3是表示本發(fā)明的環(huán)形噴頭的結(jié)構(gòu)例的圖，圖4是對控制本發(fā)明的激光脈沖的接合方法進(jìn)行說明的圖，圖5是對控制本發(fā)明的激光脈沖的接合方法進(jìn)行說明的激光功率轉(zhuǎn)移圖，圖6A 圖6C是表示在本發(fā)明的環(huán)形噴頭的前端上形成凹凸的情況的結(jié)構(gòu)例的圖，圖8是對本發(fā)明的接合形狀進(jìn)行說明的簡要仰視圖，圖9是表示本發(fā)明的接合形狀例的簡要仰視圖。首先，利用圖IA 圖1D，按照時(shí)間序列對本發(fā)明的接合工序進(jìn)行說明。這里，以用維持相同亮度的矩形波作為激光的情況為例進(jìn)行說明。在以下的說明中，將以如下方法為例進(jìn)行說明即，在將電極7焊接于作為圓筒殼電池的內(nèi)部底面的圓筒殼尾部6上時(shí)，從圓筒殼電池的層疊電極的間隙插入中空工具2，使環(huán)形噴頭3與放置于圓筒殼尾部6上的電極7相接觸，經(jīng)由中空工具2對電極7照射激光 1，從而將電極7與圓筒殼尾部6相接合。如圖IA所示，設(shè)置于使激光1基本平行地透射的中空工具2上的、前部尖銳的環(huán)形噴頭3呈錐形，中空部分的內(nèi)壁向內(nèi)側(cè)變窄，利用激光1內(nèi)的、被環(huán)形噴頭3直接照射的一部分激光4對環(huán)形噴頭3進(jìn)行加熱。將電極7放置于圓筒殼尾部6上，在中空工具2內(nèi)部流動(dòng)的惰性氣體8噴射至電極7的電極表面9上。此外，在中空工具2與電極7相接觸或?qū)ζ溥M(jìn)行加壓之后，進(jìn)行實(shí)際的激光照射。另外，用低熱傳導(dǎo)性的支承臺(tái)10對圓筒殼尾部6進(jìn)行支承，也可以進(jìn)一步對與加壓部相反一側(cè)的面12照射輔助激光13，從而對圓筒殼尾部6進(jìn)行預(yù)熱或輔助加熱，所述面 12上通過反吹而噴射有惰性氣體8。在進(jìn)行輔助加熱的情況下，由于能利用惰性氣體來抑制氧化，因此，能使圓筒殼6的正反兩面不發(fā)生鍍鎳損壞，因而，能提供抗外部腐蝕能力較強(qiáng)的、可靠性較高的電池。圖IB是中空工具2的環(huán)形噴頭3與電極7相接觸的狀態(tài)，電極7被環(huán)形噴頭3包圍而形成封閉狀態(tài)，從而使接觸部5處于高純度的惰性氣體環(huán)境中。圖IC表示在加壓狀態(tài)下持續(xù)照射激光1，從而從電極7到圓筒殼尾部6形成熔融部14的狀態(tài)。此時(shí)，由于利用激光4對中空工具2的環(huán)形噴頭3進(jìn)行了加熱，因此，利用由環(huán)形噴頭3所進(jìn)行的加壓和加熱對電極7的、與環(huán)形面15相反一側(cè)的面進(jìn)行接合，從而形成熱擴(kuò)散接合部16，所述電極7由中空工具2前端的環(huán)形噴頭3進(jìn)行了加壓。圖ID表示激光照射結(jié)束、中空工具2與電極7分離的狀態(tài)，圓筒殼尾部6與電極7 通過熔融固化部17和熱擴(kuò)散接合部16相接合。此外，可以觀察到由中空工具2的加熱和加壓所導(dǎo)致的凹坑等形變19。圖2A是表示中空工具2的狀態(tài)例的剖視圖。在該狀態(tài)例中，中空工具2的波導(dǎo)由光纖21所構(gòu)成，激光通過線芯23進(jìn)行照射。在光纖21的內(nèi)部，在線芯23周圍的一部分上設(shè)有中空部，以使N2氣體沈通過。例如，在兩處對隔著線芯23而相對的、光纖21周圍的一部分進(jìn)行H切割，使截面相互平行，從而形成中空部。然后，使N2氣體通過作為被H切割的部分的中空部。這樣，即使在使用光纖21來形成中空工具2的情況下，也能形成中空部， 從而一邊提供隊(duì)氣體沈等，一邊進(jìn)行接合。圖2B是表示中空工具2的其他狀態(tài)例的側(cè)視圖。在中空工具2的前端上，利用高溫用粘接材料18，粘接有激光吸收率較高的SiC等耐熱陶瓷制的噴頭20，在中空工具2的內(nèi)部，插入有高溫耐熱的光纖21，直到錐部22為止。 利用從該光纖21的線芯23所射出的激光內(nèi)的直接加熱光束M和光束25對電極7進(jìn)行加熱，所述直接加熱光束M直接對電極7進(jìn)行加熱，所述光束25對噴頭20的筒的內(nèi)壁進(jìn)行加熱，通過傳熱間接地對電極7進(jìn)行加熱。另外，如圖2B所示，在利用像銅、鎢那樣的導(dǎo)電性金屬來作為噴頭20的情況下，在用噴頭20進(jìn)行加壓時(shí)，也可以在銅等通電性的支承臺(tái)10與不銹鋼或銅等的中空工具之間施加電壓27，從而利用接觸電阻所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行輔助加熱，所述導(dǎo)電性金屬的耐熱性較高，從而能部分吸收激光而將電極7加熱至熔點(diǎn)附近，同時(shí)還具有導(dǎo)電性。圖3是又一狀態(tài)的實(shí)施例的側(cè)視圖，作為環(huán)形噴頭，在中空工具2的前端安裝有由 BN等耐熱、激光透射性陶瓷所形成的噴頭31，將對激光進(jìn)行聚焦的凸透鏡30設(shè)置于噴頭31 內(nèi)，以將從光纖21的線芯部23射出的激光32聚焦成聚焦光束33，從而更高效地使附、銅、 鋁等的電極7加熱熔融。此外，由于該激光透射性陶瓷噴頭31部分吸收激光32而被加熱至高溫，直至電極 7的熔點(diǎn)附近，因此，用中空工具2進(jìn)行加壓，從而能對電極7與圓筒殼尾部6進(jìn)行熱擴(kuò)散接
I=I O 接著，用圖4、圖5來表示接合方法的例子。圖4表示對激光功率P (W)的波形進(jìn)行控制、從而能更有效地進(jìn)行接合的過程。圖4表示用噴頭20對電極7進(jìn)行加壓的狀態(tài)，圖5表示經(jīng)由噴頭20進(jìn)行照射的激光1的激光功率隨時(shí)間的轉(zhuǎn)移。首先，用如圖5所示的低亮度的激光功率P1，對電極7的激光照射面40、以及噴頭 20的前端部的激光部分吸收部41照射長脈沖的第一激光46，從而用時(shí)間tl來對電極7的激光照射面40的加熱部42和圓筒殼的傳熱部43進(jìn)行預(yù)熱，直至熔融前的溫度。此時(shí)，利用來自被激光1進(jìn)行了加熱的、位于噴頭前端的激光部分吸收部41的傳熱，用相同的時(shí)間 11，使由噴頭20的前端部進(jìn)行加壓的加壓電極部44溫度上升，直至接近熔點(diǎn)。接著，用幾毫秒左右的較短的時(shí)間t2，切換成波長短于第一激光46的高亮度的第二激光47，從而在電極7中，使位于電極7與圓筒殼尾部6之間的接觸面上的加熱部42和傳熱部43在超過形成電極7的材料的熔點(diǎn)而不超過其沸點(diǎn)的溫度下液化，對電極7和圓筒殼尾部6進(jìn)行熱傳導(dǎo)型激光焊接。此時(shí)，在與由中空工具前端部進(jìn)行加壓的加壓電極部44 相反的面的接合界面45上，電極7在形成電極7的材料的熔點(diǎn)以下的溫度下軟化，電極7 與圓筒殼尾部6利用加壓力熱擴(kuò)散接合。這樣，通過對進(jìn)行照射的激光1的激光功率進(jìn)行控制，預(yù)先以低亮度的激光46對接合部位進(jìn)行預(yù)熱，從而能用高亮度的激光瞬間進(jìn)行實(shí)際接合，并能實(shí)現(xiàn)熱傳導(dǎo)型焊接和熱擴(kuò)散接合這兩重面積較大的電極接合，因此，能提供能用于EV和HEV而流過大電流的、高質(zhì)量的高性能電池。
接著，利用圖6A 圖6C，對環(huán)形噴頭的前端的結(jié)構(gòu)例進(jìn)行說明。圖6A 圖6C表示以下例子即，在實(shí)施例1的接合方法中，使加壓部凹凸不平，以對旋轉(zhuǎn)力矩實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的接合。圖6A表示側(cè)視圖，圖6B表示從底部觀察的圖，將中空工具2的前端加壓部60加工成像菊花形的座那樣的具有多個(gè)凹凸的結(jié)構(gòu)。即，例示出了在與環(huán)形噴頭的電極7相接觸的前端加壓部60上形成一個(gè)或多個(gè)凹凸的結(jié)構(gòu)。圖6C是用前端加壓部60進(jìn)行接合的電極7的俯視圖。凹坑部61是通過用形成于前端加壓部60的凸部進(jìn)行加壓而形成的接合部表面外觀，對接合界面63進(jìn)行熱擴(kuò)散接合。平面部62是用凹部進(jìn)行加壓的部位。此外，即使與前端加壓部60的平面部62相反一側(cè)的接合界面63不一定完全被熱擴(kuò)散接合，由于使用了熱擴(kuò)散接合和焊接這兩重接合原理進(jìn)行接合，因此，也能實(shí)現(xiàn)可靠性較高的接合。另外，存在以下情況即，到接合結(jié)束為止，在平面部62與電極7之間最好存在間隙。該情況的原因是，在由作為電極7的激光照射面的熔融部14所產(chǎn)生的金屬蒸氣64沒有流速的封閉空間中，由于金屬蒸氣64會(huì)通過自由分子運(yùn)動(dòng)而發(fā)生擴(kuò)散，因此，在中空工具2 內(nèi)，若金屬蒸氣64附著于光纖21和具有陶瓷透鏡功能的噴頭31的前端部(參照圖3)上， 則激光透射率會(huì)降低，而該情況對防止這種附著有效。即，若如圖2A、圖2B那樣將噴頭20 的前端完全推壓至電極7上而完全封閉，則雖然處于隊(duì)氣體或氬氣環(huán)境下，但由于沒有流速，因此，氣化的金屬蒸氣64通過自由分子運(yùn)動(dòng)而發(fā)生擴(kuò)散，附著于光纖21的從線芯23起的出口 65上，從而會(huì)對出口 65造成損壞。與此不同的是，如上所述，由于在前端加壓部60上形成凹凸，從前端加壓部60的內(nèi)壁到外壁形成槽，從而在使凹凸的凸部與電極7進(jìn)行加壓接觸的同時(shí)，還能使成為槽的凹部的底部從電極7離開，因此，即使在進(jìn)行接合時(shí)，也能使高壓、低流量的惰性氣體67從形成于平面部62與電極7之間的僅有的一點(diǎn)間隙66流出，從而能防止金屬蒸氣64附著于出口 65上，防止對出口 65造成損壞，維持穩(wěn)定而高質(zhì)量的接合。另外，由于用本接合方式進(jìn)行接合的電極7能帶來將凹坑部61固定于接合部位的效果，從而能對圓筒殼旋轉(zhuǎn)力矩實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的接合，因此，能提供抗振動(dòng)等的能力較強(qiáng)的、可靠性較高的電池。而且，若一邊在中空工具2內(nèi)流過惰性氣體8，一邊對電極7進(jìn)行加壓，則能通過這些惰性氣體8的流動(dòng)，使密封的空間處于含氧量極低的狀態(tài)，從而能防止氧化。因而，在鍍鎳的鐵制圓筒殼尾部6的電極接合中，由于表面不會(huì)出現(xiàn)未充分氧化的鐵，因此，能防止電池內(nèi)的溶液造成腐蝕，從而能提供可靠性較高的電池。下面利用圖7A 圖10，對使用本發(fā)明的接合方法所形成的電池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖7A、圖7B中示出了作為用本發(fā)明的接合方法進(jìn)行接合的接合體的一個(gè)實(shí)施例的電池的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的電池采用以下結(jié)構(gòu)即，在圓筒殼76之中內(nèi)置有層疊電極70，在圓筒殼 76的中心軸71附近，形成沒有層疊電極70的空間。圖8是從圓筒殼76的底部72上去除了與層疊電極70相連接的電極7的概念圖，是具有熔融部75和環(huán)形熱擴(kuò)散接合部73這兩重接合痕跡的電池。此外，圖9示出了另外的兩重的接合痕跡。這些接合痕跡根據(jù)圖6A 圖6C所示的、形成有凹凸的噴頭前端形狀而制成，形成有熔融部75和凹形熱擴(kuò)散接合部 74。由于這些接合體的接合面積小于通常的電阻焊接，因此，能提供用于EV和HEV而流過大電流的、高質(zhì)量的高性能電池。在以上說明中，用插入像導(dǎo)管那樣的激光波導(dǎo)管來進(jìn)行加壓接合的實(shí)施例，對圓筒殼電池的尾部接合進(jìn)行了說明，但顯而易見，不僅限于電池，只要是相同的進(jìn)行尾部接合的形狀，無論是金屬、非金屬，還是玻璃、樹脂等材料，都能進(jìn)行加壓接合和熱接合。例如，對于像核反應(yīng)堆那樣的較長的配管，也能像導(dǎo)管那樣插入，用光纖提供激光能，從而對增強(qiáng)板進(jìn)行接合。另外，不僅限于圓筒殼，還能對電極或其他元器件進(jìn)行加壓和加熱，從而將其接合于深沖殼體的內(nèi)面底部。另外，顯而易見，還能對電極或殼體涂布釬料，然后通過加壓和加熱來進(jìn)行接合。 例如，在將M引線接合于鋰電池的鋁殼底部時(shí)，可以預(yù)先在鋁殼底部與M引線之間涂布鋁釬材，然后在該狀態(tài)下進(jìn)行加壓、加熱，從而對鋁殼底部與M引線進(jìn)行接合。此外，對其他銅箔等層疊箔電極也有效。這里，上述例示的各實(shí)施例還可以相互組合來使用。
權(quán)利要求
1.一種接合裝置，其特征在于，包括中空工具，該中空工具包括激光波導(dǎo)；以及中空環(huán)狀噴頭，該中空環(huán)狀噴頭設(shè)置于所述中空工具的前端，內(nèi)壁呈向內(nèi)的錐形， 在使所述環(huán)狀噴頭與接合對象相接觸的狀態(tài)下，經(jīng)由中空工具對所述接合對象照射所述激光，從而對直接照射所述激光的部位進(jìn)行熱傳導(dǎo)型焊接，對所述環(huán)狀噴頭的內(nèi)壁照射所述激光，以對所述環(huán)狀噴頭進(jìn)行加熱，從而對接合對象的、與所述環(huán)狀噴頭相接的部分進(jìn)行熱擴(kuò)散接合。
2.如權(quán)利要求1所述的接合裝置，其特征在于，通過照射所述激光，使所述接合對象的、直接照射所述激光的部位在所述接合對象的熔點(diǎn)以上沸點(diǎn)以下的溫度下液化，并使所述接合對象的、與所述環(huán)形噴頭相接的部分在所述接合對象的熔點(diǎn)以下的溫度下軟化。
3.如權(quán)利要求1所述的接合裝置，其特征在于， 所述環(huán)形噴頭由陶瓷制成。
4.如權(quán)利要求1所述的接合裝置，其特征在于，在所述環(huán)形噴頭的、與所述接合對象相接觸的面上，具有凹凸。
5.如權(quán)利要求4所述的接合裝置，其特征在于，形成所述凹凸，使從所述環(huán)形噴頭的內(nèi)壁到外壁上形成槽。
6.如權(quán)利要求1至5的任一項(xiàng)所述的接合裝置，其特征在于， 所述波導(dǎo)是光纖。
7.如權(quán)利要求6所述的接合裝置，其特征在于， 在所述中空工具與所述光纖之間設(shè)有間隙。
8.一種接合方法，利用接合裝置對接合對象進(jìn)行接合， 所述接合裝置包括中空工具，該中空工具包括激光波導(dǎo)；以及中空環(huán)狀噴頭，該中空環(huán)狀噴頭設(shè)置于所述中空工具的前端，內(nèi)壁呈向內(nèi)的錐形，其特征在于，包括壓接工序，該壓接工序?qū)⑺霏h(huán)形噴頭的前端壓接于所述接合對象上；以及照射工序，該照射工序經(jīng)由所述中空工具，從所述環(huán)形噴頭對所述接合對象照射所述激光，從而對直接照射所述激光的部位進(jìn)行熱傳導(dǎo)型焊接，對所述環(huán)形噴頭的內(nèi)壁照射所述激光，以對所述環(huán)形噴頭進(jìn)行加熱，從而對所述接合對象的、與所述環(huán)形噴頭相接的部分進(jìn)行熱擴(kuò)散接合。
9.如權(quán)利要求8所述的接合方法，其特征在于， 所述照射工序包括第一照射工序，該第一照射工序照射第一激光功率的第一激光，從而對所述接合對象進(jìn)行加熱；以及第二照射工序，該第二照射工序用功率大于所述第一功率、且波長短于所述第一激光的第二激光，對所述接合對象進(jìn)行接合。
10.如權(quán)利要求9所述的接合方法，其特征在于，通過照射所述第二激光，使所述接合對象的、直接照射所述第二激光的部位在所述接合對象的熔點(diǎn)以上沸點(diǎn)以下的溫度下液化，并使所述接合對象的、與所述環(huán)形噴頭相接的部分在所述接合對象的熔點(diǎn)以下的溫度下軟化。
11.如權(quán)利要求8至10的任一項(xiàng)所述的接合方法，其特征在于， 在所述照射工序中，在所述接合對象上流過惰性氣體。
12.如權(quán)利要求8至10的任一項(xiàng)所述的接合方法，其特征在于，在所述照射工序中，對所述接合對象的、壓接有所述環(huán)形噴頭的面的背面進(jìn)行加熱。
13.一種電池，其特征在于，包括Γη! A-A* -ζ±ι-圓fU冗；層疊電極，該層疊電極內(nèi)置于所述圓筒殼內(nèi)；中空部，該中空部形成于所述圓筒殼內(nèi)，使所述圓筒殼底部露出；以及電極，該電極利用如權(quán)利要求8至10的任一項(xiàng)所述的接合方法接合于所述圓筒殼底部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種接合裝置、接合方法、以及電池。在成為激光的波導(dǎo)的中空工具(2)中，設(shè)置越靠近前端直徑越細(xì)的環(huán)形噴頭(3)，在對又窄又深的部分進(jìn)行焊接時(shí)，將環(huán)形噴頭(3)插入焊接部分，通過中空工具(2)，由環(huán)形噴頭(3)對焊接部分照射激光(1)，從而對直接照射激光(1)的焊接部分進(jìn)行焊接接合，并且，使環(huán)形噴頭(3)受到激光(1)的照射而被加熱，從而對與環(huán)形噴頭(3)相接觸的焊接部分進(jìn)行熱擴(kuò)散接合，從而，即使在對較難設(shè)置夾具等的位置進(jìn)行焊接的情況下，也能用較容易的方法來抑制濺射物的產(chǎn)生，并能確保接合面積。
文檔編號B23K26/42GK102240849SQ20111012878
公開日2011年11月16日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者櫻井努, 熊澤誠二, 船見浩司 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社