CN101252203B - 二次电池及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及二次电池及其制造方法，特别涉及一种用于焊接电解液注入孔以密封形成于二次电池中的电解液注入孔的方法。二次电池包括：电极组件，通过将负电极板、正电极板和隔板堆叠和卷绕而形成；罐，其一端开口，以用于容纳所述电极组件；盖组件，其上侧形成有电解液注入孔，并包括用于封闭所述罐的开口的盖板和用于封闭所述电解液注入孔的塞子；其中，所述塞子的整个上侧被熔化，所述塞子的上周边部分被熔化，封闭回路式高速旋转型激光焊接部分，通过将所述塞子已熔化的上侧与所述塞子已熔化的周边部分进行结合而形成。用于制造该二次电池的方法包括：将激光焊接头靠近所述塞子的中心；以及辐射激光以形成封闭回路式高速旋转型激光焊接部分。

Description

二次电池及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2007年2月20日提交的韩国专利申请10-2007-0016896的优先权和权益，上述申请的全部内容被合并于此作为引用参考。

技术领域

本发明涉及二次电池及其制造方法，更具体地说，涉及一种用于焊接塞子以密封形成于二次电池中的电解液注入孔的工艺过程。

背景技术

紧凑且轻质的便携式电气/电子设备，例如蜂窝式电话、笔记本电脑、便携式摄像机等，正在被快速地发展以及制造。因此，即使在便携式电气/电子设备未被提供外接电源的场合下，用于使所述设备工作的电池组也被嵌置在所述设备中。近来，考虑到经济问题，电池组采用可进行充电和放电的二次电池。此外，作为需要高密度能量和高输出的混合动力汽车所使用的电池，二次电池正在引起热切的关注，而且这种电池也正在被发展和制造。

典型的二次电池有：镍镉电池、镍氢电池、锂电池和锂离子电池。

尤其是，锂离子二次电池的工作电压，相当于在便携式电子设备中广泛用作电源的镍镉电池和镍氢电池的工作电压的大约三倍。而且，锂离子二次电池得以广泛应用的原因在于，其单位重量的能量密度高。锂离子二次电池采用锂类氧化物作为正活性物质，并且采用碳物质作为负活性物质。通常，根据电解液的类型，电池被分类为液态电解液电池和高聚合物电解液电池；并且采用液态电解液的电池被称为锂离子电池，采用高聚合物电解液的电池被称为锂聚合物电池。此外，锂二次电池可被制造为各种形状，其中典型的形状有圆柱形、方形和袋形。

结合对二次电池的一般制造工艺的说明，首先通过堆叠及卷绕正电极板、负电极板和隔板形成电极组件，其中在正电极板中，正电极接头连接到具有正活性物质的正电极集电体；在负电极板中，负电极接头连接到具有负活性物质的负电极集电体；而隔板被插置于负电极板与正电极板之间。在通过压制将电极组件形成为方形或椭圆柱形之后，将修整带附接在电极组件的外表面上，并且将电极组件置于罐中。而且，罐的开口由盖组件密封，此后电解液被注入盖组件的电解液注入孔中并且由塞子密封。随后，在通过塞子密封电解液注入孔之后，在塞子附近进行激光焊接以实现紧密密封。

在焊接塞子周边的过程中，电解液由于毛细现象从塞子与电解液注入孔之间的缝隙中渗出。渗出的电解液由于激光焊接的加热而蒸发，与此同时，如图1中所示，由于在激光焊接部分上产生气泡而形成气孔，因而存在电解液渗漏或者焊接部分易于受到外来冲击而损坏这样的问题。

发明内容

为了解决上面所提到的问题，本发明的方案是，当焊接塞子周边以密封电解液注入孔时，防止产生电解液气泡，并增强焊接部分。

为了实现上述方案，根据本发明的二次电池包括：电极组件，通过将其具有的正电极板、负电极板和置于该正电极板与该负电极板之间并与此二者堆叠在一起的隔板进行卷绕而形成；罐，其一端开口，以用于容纳所述电极组件；和盖组件，其上侧形成有电解液注入孔，该盖组件包括用于封闭所述罐的开口的盖板和用于封闭所述电解液注入孔的塞子；其中，所述塞子的整个上侧被熔化，所述电解液注入孔的上周边部分被熔化，并且通过将所述塞子已熔化的上侧与所述电解液注入孔已熔化的周边部分进行结合而形成封闭回路式高速旋转型激光焊接部分，其中所述封闭回路式高速旋转型激光焊接部分被形成为使得其直径比所述电解液注入孔的直径大80-100％，并且其中，所述高速旋转允许从所述塞子与所述盖板的接触部分渗漏出的电解液蒸发，从而在所述封闭回路式高速旋转型激光焊接部分上不形成气孔。

在所述封闭回路式高速旋转型激光焊接部分中，辐射状图样可当基于所述塞子的中心旋转圆形边缘时形成。

另一方面，根据本发明的二次电池的制造方法包括以下步骤：将激光焊接头靠近塞子的中心；通过聚光镜将穿过具有斜侧的所述棱柱镜的折射激光聚集并同时通过旋转棱柱镜，在沿着基于所述塞子中心的圆形路径高速移动的同时辐射激光，其中，所述高速旋转允许从所述塞子与所述盖板的接触部分渗漏出的电解液蒸发，从而在所述封闭回路式高速旋转型激光焊接部分上不形成气孔。

在所述将激光焊接头靠近的步骤中，可通过使用视频相机来确认所述塞子的位置。

所述辐射激光的步骤通过在所述塞子附近形成氢气气氛而进行。

在所述辐射激光的步骤中，可当以600-7000rpm旋转连接到所述棱柱镜周边表面的马达的同时，辐射激光0.5-2秒。

在所述辐射激光的步骤中，可在所述辐射阶段中不连续地辐射激光。

附图说明

通过下文中结合附图的详细描述，本发明的上述和其它方面、特征和优点将变得显而易见，其中：

图1是传统塞子的焊接状态的俯视照片；

图2是用于说明本发明实施例的根据本发明的封闭回路式高速旋转型激光焊接设备和二次电池的结构示意图；

图3是根据本发明的二次电池的分解立体图；

图4是根据本发明实施例的由封闭回路式高速旋转型激光焊接设备焊接的塞子的俯视照片；

图5是根据本发明实施例的连接到电解液注入孔的塞子的横截面区域的照片；

图6是连接到传统电解液注入孔的塞子的横截面区域的照片；和

图7是根据本发明实施例的制造二次电池的方法流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图对本发明的实施例进行详细说明。

参见图2，将对根据本发明实施例的用于二次电池的封闭回路式高速旋转型激光焊接设备进行说明。

所述封闭回路式高速旋转型激光焊接设备包括：棱柱镜410，马达420，激光辐射单元430，聚光镜440，单向透射镜450，第二反光镜460和网络相机(web camera)470。

首先，由于棱柱镜410的一端具有斜面，而且由激光辐射单元430发射激光以使激光穿过棱柱镜410，因此所发射的激光可穿过棱柱镜410的具有斜面的那一端并且之后被折射。此时，如果旋转可产生折射激光的棱柱镜410，则形成诸如圆形或椭圆形之类的封闭辐射路径。而且，如果使用者调节棱柱镜410的转速，则可在辐射路径周期性旋转的同时辐射激光。进一步地，如果调节斜面的角度并在斜面上形成弯曲部分，则激光的辐射路径不局限于圆形或椭圆形，而是可形成为具有不同类型的封闭曲线。也就是说，可形成各种不同类型的封闭路径。针对激光波长具有优良透射率并被广泛使用的玻璃、岩盐、晶体或塑料，可被用作棱柱镜410的材料，不过本发明并不限制棱柱镜410的材料。

连接到棱柱镜410周边表面的马达420可用于旋转棱柱镜410。直流马达或交流马达可与马达控制器共同使用，可采用通过调节占空比的脉宽调制(PWM)控制方法。而且，步进马达可与马达控制器共同使用，可采用单极或双极驱动方法，并且可通过在变频时传送脉冲来驱动步进马达。不过，本发明并不限制马达420的类型或者驱动方法。

激光辐射单元430向棱柱镜410辐射激光。激光辐射单元430可利用二氧化碳激光器或钕-钇铝石榴石(Nd YAG)介质型的激光器以及振荡器来辐射激光，不过本发明并不限制辐射方法。

聚光镜440用于聚集穿过棱柱镜410的激光。聚光镜440由玻璃或塑料等制成，以聚集入射到聚光镜440上的光。

单向透射镜450反射和辐射穿过棱柱镜410至聚光镜440的激光。而且，由于单向透射镜450仅反射激光波长的光而使其它波长的光通过，因此，可使网络相机470确保焊接部分的视角。进一步，在单向透射镜450的表面上安装滤光器以阻止激光通过并允许其它波长的光通过，从而确保了焊接部分的视角。

第二反光镜460使获取的影像能够被传输到单向透射镜450，并使所述影像能够被反射。

网络相机470对反射在第二反光镜460上的获取影像执行影像处理。

具有上文中所述结构的封闭回路式高速旋转型激光焊接设备的驱动方法，是这样一种方法，其中在该方法中，在光源即激光穿过棱柱镜410而被折射之后，在高速旋转棱柱镜410的同时辐射激光，更具体地说，激光被发射到一端具有斜侧的棱柱镜410上，之后具有低能量密度的激光被发射和折射。这里，图中所示的折射角度被放大以助于理解。如图所示，被折射并同时被发出的激光，通过聚光镜440聚集发出光的能量，调节光的能量密度。此时，在使用透射镜450、第二反光镜460和网络相机470来放大详细的焊接部分以确认将被测量的确切部分之后，辐射所述激光。不同于在将光能发射到将照射激光部分上的同时移动激光焊接设备(未示出)的传统方法，本发明的方法中，辐射穿过具有斜侧的棱柱镜410而被折射的激光，并且允许通过沿着照射部分的圆形封闭路径高速重复地旋转棱柱镜410，将均匀的激光辐射到照射部分上，从而使整个封闭路径被均匀地熔化。

参见图3，本发明的二次电池(SB)通过使用封闭回路式高速旋转型激光焊接设备而形成，并且包括电极组件100、罐200和盖组件300。

电极组件100可通过将连接有负电极接头150的负电极板120、连接有正电极接头140的正电极板110以及隔板130进行堆叠和卷绕而形成。

正电极板110包括正电极集电体和正电极涂层部分。正电极涂层部分可由含锂的层状化合物、用于改进粘合力的粘合剂以及用于改进电导率的导电材料组成。通常，使用铝作为正电极集电体的材料，而正电极集电体被用作正电极涂层部分中所产生电荷的移动路径，并支撑正电极涂层部分。正电极涂层部分被附接在正电极集电体的宽表面上，其中未形成正电极涂层部分的正电极的非涂层部分(未示出)形成在正电极板110的一端上，正电极接头140连接到正电极的非涂层部分。

负电极板120包括负电极集电体和负电极涂层部分。负电极涂层部分包含碳，并且可由广泛使用的硬质碳、和/或石墨以及用于改进活性物质之间粘合力的粘合剂组成。通常，使用铜作为负电极集电体的材料，而负电极集电体被用作负电极涂层部分中所产生电荷的移动路径，并支撑负电极涂层部分。负电极涂层部分被附接在负电极集电体的宽表面上，其中未形成负电极涂层部分的负电极的非涂层部分(未示出)形成在负电极板120的一端上，负电极接头150连接到负电极的非涂层部分。

隔板130被插置在正电极板110与负电极板120之间，用于隔离正电极板110与负电极板120，并且可使正电极板110和负电极板120的电荷通过。通常，隔板130的材料为聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)，但本发明并不限制其材料。隔板130还可包含电解液并可由凝胶形成或者为液体类型。

罐200的一端打开以容纳电极组件100。罐200可容纳电解液。罐200的形状根据电极组件100的形状而为方形或跑道型。在这种类型的罐200中，在绝缘壳360被容纳在电极组件100的上侧之后，罐200的开口通过焊接等类似方式被覆盖有盖板310。罐200可由铝制成，不过本发明并不局限于此。

在盖组件300的上侧，形成有安全通气口313和用于密封电解液注入孔311的塞子312。盖组件300包括：盖板310，其电连接到正电极接头140并封闭罐200的开口；电极端子320，其设置在盖板310的中心孔中并电连接到负电极接头150；绝缘垫圈330，其用于通过围绕电极端子320的主体部分而绝缘电极端子320与盖板310；绝缘壳360，其具有用于伸出正电极接头140和负电极接头150的孔，并被设置在电极组件100的上侧上以用于将电极组件100的上侧绝缘；端子板340，其用于提供孔从而使电极端子320的端侧穿过其中而被压制、粘接和固定；和绝缘板350，其用于绝缘端子板340和盖板310。此时，绝缘垫圈330、绝缘壳360和绝缘板350可由诸如聚丙烯树脂或聚乙烯树脂之类的绝缘材料形成，而电极端子320、盖板310和端子板340可由导电金属形成，例如由导电金属铝、含铝合金、镍或者含镍合金形成。不过，本发明并不限制盖组件300的材料。

参照图4和图5，在根据本发明的二次电池中形成的封闭回路式高速旋转型激光焊接部分314，通过熔化塞子312的整个上侧、熔化电解液注入孔311的上周边部分以及将已熔化的塞子312的上表面与已熔化的注入孔311的周边部分进行结合而形成。首先，其中焊接有图1中传统塞子的焊接部分500，通过在利用激光焊接设备辐射激光的同时沿着焊接部分的路径移动激光焊接设备而形成。此时，由于传统焊接部分500的某些部分中的电解液蒸发，因而形成气孔510。图2中描述的焊接部分314不具有上述问题，它利用封闭回路式高速旋转型激光焊接设备形成，而且，如果通过旋转封闭回路式高速旋转型激光焊接设备的棱柱镜410，在形成基于塞子312中心的圆形路径的同时快速旋转和辐射激光，则形成如图4中照片所示的利用封闭回路式高速旋转型激光焊接设备所焊接的部分314。此时，由于在蒸发从塞子312与盖板310的接触部分渗漏出的电解液的同时，如图5中所示，塞子312的整个上侧被快速旋转和辐射的激光所熔化，因此在封闭回路式高速旋转型激光焊接部分314上不形成气孔。

参照图4，在利用封闭回路式高速旋转型激光焊接设备焊接的部分314的周边表面上，形成有光滑表面315。不同于使用传统的激光焊接方法形成的图1中不规则的波纹部分520，其中在传统的激光焊接方法中，激光集中辐射到在塞子312与盖板310之间的边界面上，图4中的光滑表面315的曲率圆滑，从而形成光滑表面315。因此，由于当采用传统的激光焊接方法时，有必要在研磨所产生的波纹部分520的突起之后确认激光焊接是否执行良好并且是否光滑地形成，因此本发明具有的一个优点是能够缩短制造时间。

而且，在封闭回路式高速旋转型激光焊接部分314的周边部分上可能会出现烟尘。当封闭回路式高速旋转型激光焊接设备将电解液注入孔附近的残余电解液蒸发或者将当注入电解液之后挤压塞子312时由于毛细现象而渗漏的电解液蒸发时，围绕塞子312形成的光滑表面315将被覆盖上烟尘。

在封闭回路式高速旋转型激光焊接部分314的中心，辐射状图样316可以通过基于圆形周边318的中心旋转圆形周边318而形成。更具体地说，如果基于塞子的中心高速移动圆形路径的同时辐射激光，则辐射状图样316通过封闭回路式高速旋转型激光焊接设备而形成在塞子312的上侧。这些辐射状图样316可通过棱柱镜的匀速旋转而形成。

参照图5，封闭回路式高速旋转型激光焊接部分314被形成为使得其直径比电解液注入孔311的直径大80-100％。参照图6，传统塞子312的焊接部分通过聚焦于电解液注入孔311与塞子312接触的周边表面上的激光而进行焊接。此处，激光的直径不能超出塞子312的中心。如果激光被辐射到塞子312的中心之外，则当旋转激光设备时，在激光照射部分的中心处形成重叠部分，而激光重叠和照射部分被过度熔化，从而导致不良焊接。因此，通过传统焊接方法形成的焊接部分的直径比电解液注入孔311的直径大30％。不过，在图5中的封闭回路式高速旋转型激光焊接部分314中，由于塞子的整个上侧被熔化，因此，已熔化的上侧的某些部分向下流动，其直径将比电解液注入孔311的直径约大80-100％。

参照图7，根据本发明的二次电池制造方法，其用于形成上文中提到的通过封闭回路式高速旋转型激光焊接设备所焊接的部分，包括：将激光焊接头靠近塞子的中心(S1)；和通过旋转棱柱镜并同时利用聚光镜将穿过具有斜侧的棱柱镜的折射激光聚集，在沿着基于塞子中心的圆形路径高速移动的同时辐射激光(S2)。

参照图2，在将激光焊接头靠近的步骤(S1)中，激光焊接头480靠近塞子312的中心。此时，塞子312被压向电解液注入孔311。图2为详细显示了此状态的结构示意图，不过应注意的是，在实际元件与图中所示元件之间存在尺寸差异。

随后，在辐射激光的步骤(S2)中，可以在通过旋转棱柱镜410并同时通过聚光镜440将穿过具有斜侧的棱柱镜410的具有低能量密度的折射激光聚集，在沿着基于塞子312中心的圆形路径高速移动的同时辐射激光。如果具有低能量密度的激光被辐射穿过棱柱镜410，则短波激光将具有低能量密度，并且在通过旋转棱柱镜410而沿着圆形路径高速移动的同时，辐射折射的激光。这里，连接到由直流或交流驱动的马达420的驱动轴421端侧的齿轮、带、或摩擦构件，与棱柱镜410的周边表面相接触，并且使得可以通过马达420的旋转而高速旋转棱柱镜410。根据这种方法，如果激光的能量密度通过允许折射激光穿过聚光镜440而被调节至较高水平，并且在沿着基于塞子312中心的圆形路径高速移动的同时辐射激光，则连接到盖板310的塞子312的周边被熔化和粘接。

由于残余在塞子312上及其附近的电解液通过所述步骤(S1和S2)而被逐渐蒸发，因此可以在塞子312的附近形成光滑的封闭回路式高速旋转型激光焊接部分314，而不会形成使电解液可通过其渗漏的气孔。

在将激光焊接头靠近的步骤(S1)中，可以使用网络相机470来确认塞子312的位置。使用网络相机470的主要原因在于，由于受压的塞子312具有约1mm的微小直径，因此应在使用网络相机确认和放大塞子312的位置之后才使用封闭回路式高速旋转型激光焊接设备，以精确熔化塞子312的小尺寸的周边部分。此处，通过在测量塞子312位置的同时使用单向透射镜450，激光的辐射路径和网络相机470的视角可重叠，因此可以确认塞子312的位置。网络相机470可通过反射镜460的穿过单向透射镜450的透射来确认塞子312的位置。

辐射激光的步骤(S2)通过在塞子312附近形成氢气气氛而进行。如果在塞子312附近形成氢气气氛，则可以更快地蒸发残余在塞子312附近的电解液。

在辐射激光的步骤(S2)中，可以通过旋转棱柱镜410辐射激光，并同时可执行辐射0.5-2秒。如果连接到棱柱镜410侧边的马达420的转速被调节至600-7000rpm，则激光沿着基于塞子312中心的圆形路径而每秒移动大约10-100次，而受辐射，而且与此同时，如果马达420的转速和辐射时间根据塞子312的厚度和盖板310的厚度而调节，则通过封闭回路式高速旋转型激光焊接设备形成焊接部分314，焊接工艺极为灵活。

在此，可以增加棱柱镜410的转速，并通过不连续地点辐射激光在短时间内多次执行激光焊接。这使电解液能够通过不连续的点辐射激光被逐步蒸发，使得在电解液快速蒸发时产生的气泡不会发生。

本发明的技术内容并不局限于具体的实施例或附图，应注意的是，在不偏离本发明的范围的情况下，本领域技术人员可实现不同的修改，而且本发明的范围根据本发明的精神而由所附权利要求书中的各权利要求所示。

根据本发明的二次电池具有的优点是，通过在塞子附近形成封闭回路式高速旋转型激光焊接部分，均匀防止电解液泄漏。

此外，还具有的一个优点是，通过形成封闭回路式高速旋转型激光焊接部分，激光焊接部分被增强。

根据本发明的制造二次电池的方法所具有的优点是，封闭回路式高速旋转型激光焊接部分可具有极好的操作灵活性。

Claims (7)

1.一种二次电池，包括：

电极组件，通过将其具有的正电极板、负电极板和置于该正电极板与该负电极板之间并与此二者堆叠在一起的隔板进行卷绕而形成；

罐，其一端开口，以用于容纳所述电极组件；和

盖组件，其上侧形成有电解液注入孔，并且该盖组件包括用于封闭所述罐的开口的盖板和用于封闭所述电解液注入孔的塞子；

其中，所述塞子的整个上侧被熔化，所述电解液注入孔的上周边部分被熔化，而且通过将所述塞子已熔化的上侧与所述电解液注入孔已熔化的周边部分进行结合而形成封闭回路式高速旋转型激光焊接部分，其中所述封闭回路式高速旋转型激光焊接部分被形成为使得其直径比所述电解液注入孔的直径大80-100％，

其中，所述高速旋转允许从所述塞子与所述盖板的接触部分渗漏出的电解液蒸发，从而在所述封闭回路式高速旋转型激光焊接部分上不形成气孔。

2.根据权利要求1所述的二次电池，

其中在所述封闭回路式高速旋转型激光焊接部分中，辐射状图样通过基于所述塞子的中心旋转圆形边缘而形成。

3.一种根据权利要求1所述的二次电池的制造方法，包括：

将激光焊接头靠近塞子的中心；以及

通过旋转棱柱镜并同时通过聚光镜将穿过具有斜侧的所述棱柱镜的折射激光聚集，在沿着基于所述塞子中心的圆形路径高速移动的同时辐射激光，

其中，所述高速移动允许从所述塞子与所述盖板的接触部分渗漏出的电解液蒸发，从而在所述封闭回路式高速旋转型激光焊接部分上不形成气孔。

4.根据权利要求3所述的二次电池制造方法，

其中在所述将激光焊接头靠近的步骤中，通过使用网络相机确认所述塞子的位置。

5.根据权利要求3所述的二次电池制造方法，

其中，所述辐射激光的步骤通过在所述塞子附近形成氢气气氛而进行。

6.根据权利要求3所述的二次电池制造方法，

其中在所述辐射激光的步骤中，在以600-7000rpm旋转连接到所述棱柱镜周边表面的马达的同时，辐射激光0.5-2秒。

7.根据权利要求6所述的二次电池制造方法，

其中在所述辐射激光的步骤中，在所述辐射阶段中不连续地辐射激光。

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