CN108695484B - 焊接结构体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种焊接结构体及其制造方法，能够抑制小孔产生，并且可靠性较高。在对电池壳体与电极极耳进行焊接来形成线状的焊痕时，在从激光照射开始后的第一期间中，使激光的输出增加至第一输出，以第一输出使电池壳体熔融直至达到熔融电极极耳后，在第二期间中，维持第一输出，使电极极耳与电池壳体熔融后，使激光的输出从第一输出减少到仅使电池壳体熔融的第二输出后，到焊痕的形成结束，维持第二输出或者使激光的输出从第二输出的减少量小于从第一输出减少到第二输出时的减少量。

Description

焊接结构体及其制造方法
技术领域
本发明涉及焊接结构体及其制造方法。
背景技术
作为便携式设备等的驱动用电源、家庭或车载用的蓄电池，广泛使用以高容量的锂离子二次电池为代表的非水电解液二次电池等密闭型二次电池。
图8是示意性地示出密闭型二次电池的结构的剖视图。密闭型二次电池将电极组4和电解液一起收纳于电池壳体5，形成为电池壳体5的开口部经由垫片6由封口板10封口的密闭结构，其中，电极组4将正极板1和负极板2隔着隔离件3进行层叠或卷绕而成。而且，从电极组4的一个极板(例如，正极板)导入的正极极耳(tab)11与兼作一个外部端子的封口板10接合，从电极组4的另一方的负极板导出的负极极耳(图8中未记载)与兼作另一个外部端子的电池壳体5接合。
作为现有的对包含铁或SUS等金属的电池壳体和包含镍或铜的负极极耳照射激光来进行焊接的方法，存在如下方法：通过从所述电池壳体5的外侧照射激光来进行焊接(例如，参照专利文献1)。图9以及图10是示出专利文献1所记载的现有的所述电池壳体5的电池壳体底部13与所述负极极耳14的焊接的图。
在图9中，将由正极板和负极板隔着隔离件呈螺旋状卷绕而成的电极组4插入到圆筒形的电池壳体5，将焊接于负极板的负极极耳14在电池壳体5的中央部与电池壳体5的底部13重叠，通过接触棒12使负极极耳14与电池壳体5的底部13接触，从电池壳体5的外侧照射脉冲激光7，由此将电池壳体5的电池壳体底部13与负极极耳14的一部分进行了焊接。
在专利文献1所公开的结构中，从电池壳体5的外侧照射脉冲激光7，并测定极耳表面的温度的同时，持续多个脉冲照射直到其信号超过一定的阈值。
另外，也可以想到从电池壳体5的内部的负极极耳14侧照射脉冲激光7的方法，但是由于脉冲激光7有可能照射到所述电极组4而烧焦，以及若在焊接时产生的溅射和碎屑等副产物残留于电池壳体5的内部，则成为短路不良的主要原因，因此专利文献1所记载的从电池壳体5的外侧照射脉冲激光7的方法被视为优选。
图10是示出图9的电池壳体5的电池壳体底部13与负极极耳14的接合部的剖视图，通过从电池壳体底部13侧照射脉冲激光7从而熔融从电池壳体底部13的表面进展，随着照射时间的流逝，具有线状的焊痕的焊接部15达到与负极极耳14的接合面，并在进一步进入到负极极耳14的内部时停止激光照射，使电池壳体5的壳体底部13与负极极耳14接合。通常在基于脉冲激光的焊接中，对同一地点连续多个照射，因此激光的热集中于一点，该热通过热传导而传向材料内，电池壳体底部13的脉冲激光7照射侧的焊接部15的焊接面积变大。
此外，作为现有的对包含铝等金属的封口板与包含铝等的正极极耳照射激光来进行焊接的方法，还存在如下方法，即，使极耳的另一端与封口板抵接，连续地扫描具有比极耳的厚度小的光斑直径的光纤激光的同时，从极耳侧进行照射，由此将极耳的另一端与封口板进行了激光焊接(例如，参照专利文献2)。
在专利文献2所公开的结构中，使用光纤激光，以较小的光斑直径进行了深熔入型的焊接(小孔(keyhole)焊接)。
关于小孔焊接，使用图11来详细说明。在激光的输出密度较高的情况下，激光照射部表面被加热到蒸发温度以上，由于蒸发时的反作用力从而表面凹陷，形成较深的小孔。在小孔内，激光在小孔内壁面(一般是行进方向前壁面)或底部被菲涅耳吸收(多重反射引起的吸收)，产生金属蒸气(羽流(plume))，并从小孔口喷出。小孔型熔融焊接部的熔入深度由小孔深度和来自其前端的熔液流决定。在此，激光束行进时熔液流对流的部分称为熔池。该熔池通过向周围材料的热传导和向大气中的热对流而被散热，逐渐冷却并固化。
图12以及图13是示出专利文献2所记载的现有的所述封口板10与所述正极极耳11的焊接的图。图12是示出了专利文献2所记载的现有的将正极极耳11与封口板10进行激光焊接的方法的俯视图。此外，图13是示出了包含正极极耳11和封口板10的焊接部的剖面的图。
在图13中，对于从电极组导出的正极极耳11的端部，在抵接于封口板10的状态下，沿着正极极耳11的宽度方向连续地扫描具有比正极极耳11的厚度小的光斑直径的连续振荡激光16而形成焊接部15，从而将正极极耳11的端部与封口板10进行了激光焊接。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2004-158318号公报
专利文献2：JP特许第4647707号
发明内容
但是，在所述结构的情况下，存在产生小孔这样的问题。
本发明的课题在于，提供一种能够抑制小孔产生的可能性、且可靠性高的焊接结构体及其制造方法。
为了解决所述课题，本发明的焊接结构体的制造方法是通过在电池壳体的内侧表面与电极极耳密接的状态下从所述电池壳体的外侧表面扫描激光来进行了焊接的焊接结构体的制造方法，具有通过所述激光与所述电池壳体的相对移动来形成线状的焊痕的工序，
在该工序中，
在从所述激光照射开始后的第一期间中，使所述激光的输出增加至第一输出，以所述第一输出使所述电池壳体熔融直至达到熔融所述电极极耳，然后，
在第二期间中，维持所述第一输出，使所述电极极耳与所述电池壳体熔融，然后，
从所述第一输出，使所述激光的输出减少到仅使所述电池壳体熔融的第二输出，然后，
直到所述焊痕的形成结束，维持所述第二输出或者使所述激光的输出从所述第二输出的减少量比从所述第一输出减少到所述第二输出时的减少量小。
发明效果
如上所述，根据本发明，使所述电极极耳和所述电池壳体熔融后，使所述激光的输出减少到仅使所述电池壳体熔融的第二输出后，直到所述焊痕的形成结束，维持所述第二输出或者使所述激光的输出从所述第二输出的减少量比从所述第一输出减少到所述第二输出时的减少量小。据此，能够增大激光末端部处的熔融量，例如即使由于树脂系异物存在于电池壳体与电极极耳的界面等而开始产生小孔，也能够以所述较大的熔融量填充小孔从而抑制小孔产生。
附图说明
图1是说明本实施方式1的对应于经过时间的激光输出控制的图。
图2是说明本实施方式1的焊接部剖面的图。
图3是说明本实施方式1的对应于经过时间的激光输出控制的图。
图4是示出通过本实施方式1的焊接结构体的制造方法而形成的下降区部的剖面积的图。
图5是说明由于激光输出的偏差而在下降区部形成了电池壳体底部与负极极耳的新的接合部的情况下的贯通孔产生的图。
图6是说明本实施方式2的对应于经过时间的激光输出控制和激光扫描速度的图。
图7是说明本实施方式2的焊接部上表面和剖面的图。
图8是示意性地示出了密闭型二次电池的结构的剖视图。
图9是示出专利文献1所记载的现有的电池壳体与负极极耳的焊接方法的图。
图10是将专利文献1所记载的现有的电池壳体与负极极耳的焊接部的剖面进行了放大的图。
图11是对小孔焊接进行说明的图。
图12是示出专利文献2所记载的现有的封口板与正极极耳的焊接方法的图。
图13是将专利文献2所记载的现有的封口板与正极极耳的焊接部的剖面进行了放大的图。
图14是说明夹在壳体底部与负极极耳之间的树脂系异物位于焊接区的大致中央的情况下的焊接的图。
图15是残留在熔融内部的气孔的CT图像的图。
图16是说明夹在壳体底部与负极极耳之间的树脂系异物位于激光照射末端部的情况下的焊接的图。
图17是在激光照射末端部产生的贯通孔的CT图像的图。
图18是从电池壳体底部侧观察贯通孔的图。
图19是以接合部的长度S1将壳体底部与负极极耳进行了焊接的情况下的俯视图和剖视图。
图20是说明图19的对应于经过时间的激光输出控制的图。
图21是以接合部的长度S2将电池壳体底部与负极极耳进行了焊接的情况下的俯视图和剖视图。
图22是说明图21的对应于经过时间的激光输出控制的图。
图23是说明将激光扫描速度设为现有的2倍的情况下的对应于经过时间的输出控制的图。
符号说明
1：正极板
2：负极板
3：隔离件
4：电极组
5：电池壳体
6：垫片
7：脉冲激光
10：封口板
11：正极极耳
12：接触棒
13：电池壳体底部
14：负极极耳
15：焊接部
15A：焊接部
15B：焊接部中的激光照射部末端
16：连续振荡激光
17：树脂系异物
18：焊接部表面
19：小孔
20：过去的小孔
21：熔液流
22：熔池
23：凝固部
24：熔池的凸起
25：上方压力
26：气孔
27：放大小孔
28：贯通孔
31：接合部
32：输出控制的最小分辨率(0.1ms)中的激光输出的积分值
33：连结各时间中的激光输出的平均值的线
34：下降区部的拐点
35：由于激光输出的偏差而在下降区部形成的电池壳体底部13与负极极耳14的新的接合部
DS：下降区部
DS1：第一下降区部
DS2：第二下降区部
TP1：第一期间
TP2：第二期间
TP3：第三期间。
具体实施方式
以下，参照附图对本实施方式进行说明。另外，在以下的附图中，在横轴为时间的曲线图中，输出变更指令的开始时间为柱状图的左侧的时间。
首先，对达到本实施方式的见解进行说明。
在制造工序内产生的或在前一工序附着的、附着于电池壳体底部13或负极极耳14的表面的PET等树脂系异物或油等与焊接时在小孔内壁面或底部发生了多重反射的激光接触的情况下，树脂系异物或油急剧地升华，体积膨胀，产生气体。该气体从小孔口喷出，此时，小孔周围的熔液流也被吹飞并溅射化，产生比通常的小孔大的孔穴。在小孔焊接中，通过相对于焊接方向，来自前方的熔液流，填埋所产生的小孔的同时焊接推进，若该熔液流量较多，则能够填充所产生的孔穴。
但是，电池壳体5使用的铁或SUS与专利文献2记载的焊接对象的铝相比，热传导率小至约1/4，此外熔点大至约2.5倍，因此所产生的熔液流量较少。
特别是在激光照射的末端部，由于逐渐减弱激光束，因此在扫描前方方向产生的熔液流量也渐渐变少，变得难以填充所产生的所述孔穴。
此外，由于激光照射时的熔液流量变少，因此如专利文献2中也记载的那样，对介于电池壳体底部13与负极极耳14之间的树脂或油等树脂系异物的耐性变弱，产生在激光焊接时容易在罐上开孔的问题点。若在罐上开孔，则发生电解液的漏液。
利用图14～图17来说明以上的具体的电池壳体底部处的贯通孔的产生处理。另外，图14以及图16虽为剖视图，但若标注阴影线则变得难以理解，因而省略了阴影线。
图14是说明夹在电池壳体底部13与负极极耳14之间的树脂系异物17位于激光16的扫描范围的中央部的情况下的、通过小孔焊接将电池壳体底部13与负极极耳14进行接合的处理状态的图。图14的(1)是激光16的移动时的紧邻树脂系异物17之前的位置处的处理状态的剖视图以及俯视图。图14的(2)是异物17上的位置处的处理状态的剖视图以及俯视图。图14的(3)是紧邻异物17之后的位置处的处理状态的剖视图以及俯视图。使用这些图来进行说明。
首先，在图14的(1)中，在紧邻树脂系异物17之前的位置处，在所产生的小孔19的激光焊接方向的后方发生熔液流21，在时间上过去产生的小孔20被从焊接方向前方流动到小孔20的熔液流21填充而消失，并逐渐冷却而形成凝固部23。这是通常的小孔焊接的处理状态。
接着，在图14的(2)中，若激光16来到树脂系异物17的异物上的位置并与树脂系异物17接触，则与激光16接触的树脂系异物17急剧地升华，由于该升华所形成的上方压力25，产生小孔19的内径放大的放大小孔27。该放大小孔27的内径比在紧邻树脂系异物17之前的位置(参照图14的(1))产生的所述小孔19的内径大。
但是，此时，由于从前方流动过来的熔液流21的量较多，因此如紧接通过树脂系异物17之后的位置的图14的(3)所示，产生的放大小孔27被从前方流动过来的熔液流21填充而成为熔池22。但是，在树脂系异物17的尺寸较大而由熔液流21不能将所产生的放大小孔27完全填充的情况下，或者在焊接速度较快的情况下，由于从前方流动过来的熔液流21变少，因此由熔液流21不能完全填充而存在激光16通过了树脂系异物17的(3)紧邻之后的状态的图示那样的、在熔池22的内部残留气孔26的情况。另外，图14的(3)的符号19a为在激光16通过了树脂系异物17的(3)紧邻之后产生的小孔。
图15是在熔池22的内部残留的气孔26的CT(Computed Tomography：计算机断层摄影)图像，该气孔26通常存在于电池壳体底部13与负极极耳14的边界。
接着，利用图16来说明夹在电池壳体底部13与负极极耳14之间的树脂系异物17位于激光16的照射末端部的情况下的、通过小孔焊接将电池壳体底部13与负极极耳14进行接合的处理状态。图16的(1)是激光16的移动时的紧邻树脂系异物17之前的位置处的处理状态的剖视图以及俯视图。图16的(2)是异物17上的位置处的处理状态的剖视图以及俯视图。图16的(3)是紧邻异物17之后的位置处的处理状态的剖视图以及俯视图。使用这些图来进行说明。
首先，在图16的(1)中，在紧邻树脂系异物17之前的位置的状态的情况下，与图14的(1)中的说明同样地，所产生的小孔19被从焊接方向前方流动到小孔19的熔液流21填充而消失。
接着，在图16的(2)中，若激光16来到树脂系异物17的异物上的位置并与树脂系异物17接触，则与图14的(2)中的说明同样地，暂时性地产生内径比在树脂系异物17的(1)紧邻之前的位置产生的小孔19的内径大的放大小孔27。
但是，相对于图14中的说明，在图16中，所述放大小孔27的产生部处于激光16的照射的末端部，激光16的输出逐渐下降。为此，从焊接方向前方流动过来的熔液流21比图14的(3)中的说明少，因而通过这样的熔液流21，不能填充所产生的所述放大小孔27的可能性较高，从而作为贯通孔28而残留。
图17是在激光照射末端部产生的贯通孔28的CT图像。贯通孔28跨越电池壳体底部13和负极极耳14而存在。
图18是从电池壳体底部13侧观察所述贯通孔28的SEM照片。在产生的贯通孔28的焊接方向的后侧，由于所述树脂系异物17升华时的上方压力25，形成了熔融凸起24。
根据以上的说明，在对电池壳体底部13和负极极耳14从电池壳体底部13侧进行基于具有比电池壳体底部13的厚度足够小的光束直径的激光16的小孔焊接中，在激光16的照射末端部产生贯通孔28的概率较高。作为其理由，在激光16的照射末端部，从焊接方向前方流动过来的熔液流21的量较少，因此不能由熔液流21填充所产生的放大小孔27，作为贯通孔28而残留的概率增高。
另一方面，由于电池壳体底部13与负极极耳14的接合部的面积是决定电池壳体底部13与负极极耳14的接合强度的参数，因此为了确保一定程度以上的接合强度，需要一定程度以上的接合部的面积。
关于为了将电池壳体底部13与负极极耳14的接合强度确保为一定程度以上的焊接条件的设定方法，使用图19～图22来进行说明。
图19的(a)以及(b)表示电池壳体底部13与负极极耳14的接合部31的以激光16的扫描方向长度S1进行了焊接的情况下的从电池壳体底部13侧观察的俯视图和剖视图。在将电池壳体底部13与负极极耳14进行接合的情况下，相对于电池壳体底部13的厚度B，作为线状的焊痕的焊接部15的深度h1始终处于h1＞B的关系。在图19的(a)以及(b)中，从左侧开始焊接，焊接朝向右侧前进。此时的激光16的扫描速度设为固定速度V1。此外，在图19的(a)的俯视图中，若将焊接部15的外观的长度设为L且将宽度设为W，则该长度L由激光16的扫描距离决定，宽度W由激光16的光束直径和激光16的扫描速度决定。即，若激光16的扫描速度V1较慢，则由于向周围的热传导所引起的金属的熔融，宽度W通常比所述激光16的光束直径粗。
在激光16的焊接开始部即接合部的长度S0的区间中，为了抑制溅射的发生，连续地逐渐增大激光的输出，使熔入深度增加。这也是专利文献2中所记载的方法，是为了防止溅射向周围飞散。若急剧地向金属注入能量，则固体→熔化→流体的相变不稳定，发生许多溅射。接合部的焊接部15的深度维持在h1。另一方面，在激光16的焊接末端部即接合部的长度S2的区间中，连续地逐渐减小激光的输出，使熔入深度减少使得填充在焊接时产生的小孔。将焊接末端部的连续地逐渐减小了激光的输出的焊接部的剖面的激光16的扫描方向长度设为S2。
图20是说明形成图19的焊接部15时的对应于从焊接开始起的经过时间的激光输出控制的图。在横轴表示从激光振荡开始的时间，在纵轴表示各时间的加工点处的激光输出。
激光输出控制的时间分辨率虽然根据控制激光振荡器的装置而不同，但最小为0.1ms程度。图20中的空心的四边形32为各经过时间的加工点的激光输出设定值。
从焊接开始起，逐渐提高激光输出至输出P1以上，壳体底部13和负极极耳14接合。另外，由于在输出P2以上，激光16贯通负极极耳14，因此输出设定在P1～P2之间。在时间t0为输出P1以上的输出并维持时间Δt1的期间，确保接合部的长度S1。在激光焊接末端部，在时间t1使激光输出连续地逐渐降低，在经过时间Δt2后的时间t2，激光输出成为零，焊接完成。
接着，使用图21和图22对不改变电池壳体底部13侧的焊接外观长度L而通过激光16的扫描速度V1来提高电池壳体底部13与负极极耳14的焊接强度的焊接条件的设定方法进行说明。
同样地，从焊接开始起，连续地逐渐提高激光输出至输出P1以上，壳体底部13和负极极耳14进行接合。增加激光输出而成为输出P1以上为止的时间t0是用于抑制要发生的溅射的所需时间。以输出P1以上的固定值维持时间Δt3(＝第二期间TP2)的期间，确保接合部的长度S3(＞S1)。激光焊接末端部在时间t3逐渐降低激光输出，在经过时间Δt3后的时间t4，激光输出成为零，焊接完成。但是，焊接末端部的连续地逐渐减小了激光的输出的焊接部的剖面的长度S4比长度S2短。因此，在激光16的照射末端部由于树脂系异物17而产生了放大小孔27的情况下，用于填充该放大小孔27的熔液流21的量变少，产生贯通孔28的可能性进一步增高。
此外，在将激光16的扫描速度V1设为2倍的速度V2的情况下，由于激光输出控制的时间分辨率不变仍为0.1ms，因此如图23所示，焊接末端部的输出的设定分辨率变粗，连续地逐渐减小了激光的输出的焊接部的剖面的面积进一步变小，在激光16的照射末端部由于树脂系异物17而产生了放大小孔27的情况下，用于填充该放大小孔27的熔液流21的量变少，产生贯通孔28的可能性进一步增高。
本发明为解决上述现有的课题的发明，其目的在于，提供一种用于在激光16的照射末端部由于树脂系异物而产生了放大小孔27的情况下增加用于填充该放大小孔27的熔液流的量的、电池等的焊接结构及其制造方法，由此来抑制由于树脂系异物的存在从而在激光16的照射末端部形成的贯通孔28产生的可能性。
(实施方式1)
图2示出圆筒形电池的电池壳体底部13与负极极耳14的焊接部剖面结构作为本实施方式1中的焊接结构体的示例。该电池由焊接部15A将电池壳体底部13与负极极耳14进行接合使得电池壳体底部13的内侧表面与负极极耳(电极极耳的一例)14密接。焊接部15A从电池壳体底部13的外侧表面连续地形成到负极极耳14的内部。此外，图1是说明用于实现本实施方式1中的圆筒形电池的电池壳体底部13与负极极耳14的线状的焊痕的焊接部15A的剖面结构的、对应于从焊接开始起的经过时间的激光输出控制的图。在该图1中，将激光输出控制的时间分辨率设为0.1ms时，空心的四边形32是各时间的加工点的激光输出的积分值。此外，黑线33是连结各时间的激光输出的平均值的线。另外，在图中，将时间t0等设定为激光输出变更指令的开始时刻(四边形32的左端)，下面以激光输出的平均值(黑线33)为基准来说明期间TP1等以及时间Δt3等。
在图2中，电池壳体底部13的材料例如包含铁或SUS。作为一例，在包含铁的电池壳体底部13的情况下，为了防止其腐蚀，通过镀覆等在表面涂敷有几微米厚的镍。负极极耳14例如具有单体镍、或镍层/铜层/镍层的层叠结构。
激光焊接时，通过从负极极耳14侧，由耐热性的棒状的夹具将负极极耳14推压于电池壳体底部13，从激光照射方向侧，由夹具等按压该激光照射部分以外的部位，从而电池壳体底部13和负极极耳14在密接的状态下被激光焊接。
在作为焊接结构体的制造方法的示例的激光焊接方法中，通过激光与电池壳体的底部13的相对移动而形成线状的焊痕。
具体而言，该激光焊接方法至少具备以下四个工序。
(a)首先，在从激光照射开始后到时间t0的第一期间TP1中，使激光的输出增加到第一输出P1，以第一输出P1使电池壳体底部13熔融，直至达到熔融电极极耳14。
(b)然后，即，在第一期间TP1之后的第二期间TP2中，维持第一输出P1，使电极极耳14和电池壳体底部13熔融。
(c)然后，即，在第二期间TP2之后，使激光的输出从第一输出P1减少到仅使电池壳体底部13熔融的第二输出P4。
(d)然后，直到焊痕的形成结束，维持第二输出P4(参照后述的实施方式2)、或者使从第二输出P4起的激光的输出的减少量比从第一输出P1减少到第二输出P4时的减少量小。
该(c)和(d)的工序在作为第三期间TP3的时间Δt4的期间进行，在焊痕的形成结束之前，不使激光的输出减少到零。
更具体而言，如下实施工序。
通过电流镜等扫描器对电池以固定速度V1扫描激光16时，或者通过保持电池壳体的台座等的移动而以固定速度对电池扫描激光时，在图1中，仅在从激光照射开始到时间t0的第一期间TP1中，连续地逐渐使激光输出增加至用于电池壳体底部13与负极极耳14的接合的激光输出(第一输出的一例)P1，并以第一输出P1，使电池壳体底部13熔融直至达到熔融负极极耳14。该第一输出P1是使负极极耳14熔融并且使电池壳体底部13熔融的输出。
在此，在图2中，设该激光输出P1时的熔入深度为h1。在本实施方式1中，将该激光照射开始到时间t0的第一期间TP1以及第一区间距离S0称为上升区(upslope)。另外，激光输出P0是对电池壳体底部13与负极极耳14进行焊接的临界输出，激光输出P2是激光16贯通负极极耳14的输出，激光输出P0、P1、P2的关系始终为P0＜P1＜P2。
例如，若电池壳体底部13为实施了几μm厚的镀Ni的厚度0.3mm的SUS，负极极耳14为镍层/铜层/镍层＝25μm/50μm/25μm的层叠结构，则通常，需要第一期间TP1＝0.5ms程度的时间t0，在设所述固定速度为V1＝200mm/s的情况下，成为第一区间距离S0＝0.1mm。作为一例，所述激光输出P1(第一输出)为800～850W时，熔入深度成为h1＝0.34～0.35mm。在此，第一输出P1是对电池壳体底部13与负极极耳14进行焊接、为负极极耳14的厚度的一半以上且不贯通极耳厚度的输出，作为一例能够设为800～850W。
在图1中，激光输出控制具有0.1ms的时间分辨率，因而激光输出呈阶段性地提高。若该第一期间TP1即时间t0过短，则例如，对于所述实施了几μm厚的镀Ni的厚度0.3mm的SUS，在约0.2ms以下的上升区时间t0的情况下，被激光照射的SUS急剧升温而成为熔融状态，由于该急剧升温引起的反作用力，发生大量的溅射。
若发生大量的溅射，则用于使激光16聚光的光学部件被弄脏，激光由于该弄脏而被遮光，致使激光的输出减弱，若发生焊接不良或者溅射进入到电池壳体内而在电池使用时引起短路不良，则成为发生二次不良的主要原因。为此，为了抑制向周边的溅射飞散，优选将所述上升区时间t0即第一期间TP1确保为0.5ms以上，并且连续地提高激光输出。
接着，在图1中，激光输出到达第一输出P1后，在第二期间TP2＝Δt3时间的期间，将激光输出在第一输出P1保持固定，使负极极耳14和电池壳体底部13熔融。此时的焊接长度成为S3，焊接长度S3越长，电池壳体底部13与负极极耳14的接合强度就越强。
例如，若设电池壳体底部13与负极极耳14的转矩强度需要10N·m以上的情况下的接合长度S3为S3＝2mm，设所述固定速度V1为V1＝200mm/s，则成为第二期间TP2＝Δt3＝10ms。
接着，在图1中，在作为从激光照射开始起经过时间t3后(即，经过第一期间TP1以及第二期间TP2后)的第三期间TP3的时间Δt4的期间中，使激光输出从激光输出P1起减少。在本实施方式1中，将从所述激光输出P1起，逐渐降低激光输出，激光输出经过激光输出(第二输出的一例)P4而成为激光输出P5的时间t4为止的时间Δt4＝第三期间TP3和第三区间距离S4称为下降区(downslope)部DS。在现有的专利文献2所记载的焊接方法中，激光输出仅是连续地减少。与此相对，在本实施方式1中，在激光输出P1的时间t3之后的第三期间TP3＝时间Δt4的期间的中途，激光输出从激光输出P1，暂且逐渐下降到成为对电池壳体底部13与负极极耳14进行焊接的临界输出即激光输出P0的50～97％的激光输出(第二输出的一例)P4。然后，在剩余的时间Δt4的期间中，从激光输出P4逐渐下降到激光输出P5，直到激光照射部末端，维持激光输出P4以下的激光输出P5来进行加工。作为该激光输出P5，为了取得所希望的效果而设为激光输出P0的20～50％。由此，在第三期间TP3＝时间Δt4的期间中，激光输出从激光输出P1经过激光输出(第二输出的一例)P4而成为激光输出P5。第二输出P4是仅使电池壳体底部13熔融的输出。换言之，在激光输出的偏差为±3％程度时，在焊痕形成结束时间点，最低限度，只要剩下作为对电池壳体底部13与负极极耳14进行焊接的临界输出的激光输出P0的0.97倍的激光输出即可。
此外，作为时间Δt4的最低时间，如下：
h5min＝DS2-V28＝B/2S4×(π×W-2S4)。
根据该式，成为：
S4＝πWB/2/(h5min+B)。
在此，在设激光的扫描速度为V1时，
Δt4_min＝S4/V1。
作为实际的值，若设为π＝3.141592654，则W＝0.05mm，B＝0.3mm，h5_min＝0.2mm，S4＝0.04712389mm，V1＝200mm/s，Δt4_min＝0.000235619s＝0.235619449ms。
因此，时间Δt4的最低时间为0.2ms，成为第三期间TP3＝Δt4＝0.2ms。焊接外观长度L成为L＝S0+S3+S4＝0.1mm+2mm+0.04mm＝2.14mm。
在该条件下，在图2中的下降区部DS的剖面中，形成图21的现有技术中没有的拐点34。
在此，下降区部DS的剖面积越大，填充利用图16～图18说明的贯通孔28的熔液流21的量(换言之，熔池的量)增多，在深度h4＝h5即激光输出为P4＝P5＝P0的50％时，贯通孔28的孔穴填充效果成为最大。即，按照图3所示的激光输出控制的配置，扫描激光直到输出成为激光输出0→P0→P1→P4之后，保持不变，直到激光照射部末端，维持激光输出P4以下的激光输出P5来进行加工。由此，如图4所示，能够形成贯通孔28的孔穴填充效果更高的下降区部DS。
另外，h4为拐点34的深度，h5示出焊接部15A的终点处的熔入深度。另外，有时将在到达激光输出P4(拐点34)之前形成的区域称为第一下降区部DS1，将从拐点34到焊接部15A的终点的区域称为第二下降区部DS2。即，焊接部15A在负极极耳14的厚度方向的剖面中，在焊接部15A的侧部区域，具有第一下降区部DS1和位于第一下降区部DS1的外侧部的第二下降区部DS2。第一下降区部DS1跨越负极极耳14和电池壳体底部13的双方的区域而存在，并且其厚度朝向外侧逐渐变薄。第二下降区部DS2仅存在于电池壳体底部13内的区域，其厚度的变化量比第一下降区部DS1小。
最后，在图1中，在从激光照射开始经过时间t4后(即，经过第一期间TP1、第二期间TP2以及第三期间TP3后)，停止激光输出，本实施方式1的电池壳体底部13与负极极耳14的焊接完成。
在此，第二下降区部的厚度，换言之，熔入深度h4期望相对于电池壳体底部13的厚度B，最大为97％(第二输出P4＝770～820W)，例如，在B＝0.3mm时，拐点34的深度最大为h4＝0.29mm，在熔入深度h4较小(小于厚度B的50％)的情况下，用于填充开在电池壳体的底部13的贯通孔28的熔液流21的量较少，孔穴填充效果较小。此外，在熔入深度h4过于接近电池壳体底部13的厚度B(超过厚度B的97％)的情况下，由于材料的厚度偏差或激光输出的偏差等，从而在下降区部的区间S4穿透电池壳体底部13，在下降区部间与介于电池壳体底部13与负极极耳14之间的其他的树脂异物等接触，产生新的孔穴的可能性升高。图5是说明由于激光输出的偏差而在下降区部形成了电池壳体底部13与负极极耳14的新的接合部35的情况下的贯通孔28的产生的图。为了使这样的新的接合部35以及贯通孔28不残留，将拐点34配设在电池壳体底部13内，并且，将第二下降区部DS2的厚度，换言之，拐点34距表面的距离设为电池壳体底部13的厚度B的50％以上且厚度B的97％以下。在此，第二输出P4为能够贯通电池壳体底部13的输出的-3％～-5％的输出，作为一例能够设为770～820W。
以上，根据实施方式1，在激光16的照射末端部，从第一输出P1起，使激光的输出减少到仅使电池壳体底部13熔融的第二输出P4之后，使从第二输出P4起的激光的输出的减少量比从第一输出P1减少到第二输出P4时的减少量小。由此，能够增大激光末端部处的熔融量(熔液流的量)，即使树脂系异物存在于电池壳体底部13与负极极耳14的界面而开始产生贯通孔，也能够以较大的熔融量来填充贯通孔从而抑制孔穴产生。因此，例如，在激光16的照射末端部由于树脂系异物而产生了放大小孔27的情况下，能够以较大的熔融量充分地填补该放大小孔27。结果，即使树脂系异物存在于电池壳体底部13与负极极耳14的界面，也能够抑制贯通孔28的产生，能够提供一种高可靠性的焊接结构体及其制造方法。
(实施方式2)
实施方式2是与实施方式1相比进一步增加下降区部DS的熔池量(熔液流的量)的方法。
图7的(a)以及(b)是本发明的实施方式2中的圆筒形电池的电池壳体底部13与负极极耳14的从电池壳体底部13侧(外侧表面侧)观察的俯视图和示出焊接部的剖面结构的剖面侧视图。此外，图6是用于实现本发明的实施方式2中的圆筒形电池的电池壳体底部13与负极极耳14的焊接剖面结构的焊接方法，图6中横轴表示从焊接开始的经过时间，纵轴表示激光输出的设定值。激光输出的设定分辨率为0.1ms。
在图7中，与实施方式1同样地，通过电流镜等扫描器以固定速度V1对电池扫描激光16时、或者通过保持电池壳体的台座等的移动而以固定速度V1对电池扫描激光16时，仅在从激光照射开始到时间t0的第一期间TP1中，使激光的输出连续地增加，并以第一输出P1使电池壳体底部13熔融直至达到熔融负极极耳14。
接着，激光输出到达了电池壳体底部13与负极极耳14的接合输出即第一输出P1后，在从时间t0到时间t3的时间Δt3的期间中(即，第二期间TP2中)，将激光输出维持在固定的第一输出P1，使负极极耳14和电池壳体底部13熔融。
接着，在时间t3之后(即，经过第一期间TP1以及第二期间TP2后)的Δt4的期间中(即，第三期间TP3中)，使激光输出从激光输出P1减少到激光输出P6，并且还使激光的扫描速度从扫描速度V1减少到扫描速度V4。通过减慢扫描速度，从而能够通过向周围的热传导来增加熔液流的量。在此，激光输出P6为P1＞P0＞P6＞0，P6max＝P0×0.97(因为激光的输出偏差为±3％)，P6min＝P5min。此外，扫描速度V4为V1＞V4＞0。通过激光输出与激光扫描速度的组合，从而如图7的焊接部的俯视所示，能够使激光照射部末端15B相对于通常(焊接部15A的中央部)的外观宽度W变得更粗而成为宽度W3，从而进一步增加下降区部的熔液流的量，填充所产生的贯通孔28的效果增大。在激光照射部末端15B中的除了弯曲的末端缘部的与第二下降区部DS2对应的部分，无论其位置如何，均具有固定的宽度W3。
激光照射部末端15B的外观宽度W3，换言之，在电池壳体底部13的外侧表面与所述下降区部DS对应的焊接部外观宽度W3，能够使用激光输出P6、扫描速度V4以及比例常数k6由以下数式来表示。
W3＝k6×P6/V4
另外，比例常数k6是依赖于材料的热传导率的常数。
另一方面，下降区部DS的熔入深度h6能够同样由以下数式来表示。
h6＝S6×P6/V4
另外，比例常数S6是依赖于材料的热传导率的常数。
现在，在电池壳体底部13的厚度为B时，作为实施方式1的用于增多下降区部DS的熔液流的量的条件如下，即：
0.5×B≤h6≤0.97×B
0.5×B≤(S6/k6)W3≤0.97×B。
进而，作为用于使下降区部DS的熔液流的量比实施方式1更多的条件如下，即：
W3＞W。
实施方式2中的下降区部DS的焊接外观宽度W3为满足所述数式的宽度。
此外，由于仅是下降区部DS的扫描速度减少，因此不发生生产率的大幅降低。
例如，在所述激光扫描速度V1＝200mm/s时、所述接合输出P1＝850W时，焊接宽度W＝0.15mm，在想要使下降区部DS的焊接宽度成为接近成倍的W3＝0.2mm时，若将激光扫描速度设为一半的V4＝100mm/s、将激光输出也设为一半的P6＝400W，则可得到焊接宽度W3＝0.2mm。此时的熔入深度成为h6＝0.15mm。
在设焊接外观长度L＝2.14mm时，S0＝0.1mm，S3＝2mm，S4＝0.04mm，若焊接时间为TP1+TP2+TP3＝0.1msec+10msec+0.08msec＝10.9msec，则虽然与在实施方式1中TP1＝0.5msec、TP2＝10msec、TP3＝0.2msec时作为TP1+TP2+TP3＝0.5msec+10msec+0.2msec＝10.7msec而计算出的焊接时间10.7msec相比变长，但是与激光扫描速度整体较慢的情况下的V＝100mm/s、焊接外观长度L＝2.14mm的情况下的21.4msec相比，生产时间足够短。
在实施方式2中，在Δt4的期间中(即，第三期间TP3中)，使激光输出从激光输出P1减少至激光输出P6，并且还使激光的扫描速度从扫描速度V1减少至扫描速度V4，通过减缓扫描速度，从而能够通过向周围的热传导来增加熔液流的量。结果，与实施方式1相比，能够进一步增加下降区部DS的熔池量(熔液流的量)。
这样，在实施方式1以及实施方式2中，能够抑制电池壳体底部13的激光焊接时的开孔产生，能够防止电解液的漏液。关于电解液的漏液，由于电池的性能变差或周围的金属部件的腐蚀发生，因此难以实现电子设备或车载中的长期使用。此外，电解液对于人体也是有害的。此外，电池生产时的工序内的漏液容易引起工序内设备的腐蚀或其他电池的腐蚀，因此电池壳体底部13的开孔必须采取对策使得不流入到后工序。
另外，通过将所述各种各样的实施方式或变形例中的任意的实施方式或变形例适当进行组合，从而能够取得各自具有的效果。此外，能够进行实施方式彼此的组合或实施例彼此的组合或实施方式与实施例的组合，并且还能够进行不同的实施方式或实施例中的特征彼此的组合。
根据本发明的焊接结构体及其制造方法，能够抑制小孔的产生，也能够应用于电池或电子部件等的高鲁棒(robust)性的激光焊接用途。

Claims (6)

1.一种焊接结构体的制造方法，所述焊接结构体通过在电池壳体的内侧表面与电极极耳密接的状态下从所述电池壳体的外侧表面扫描激光来进行了焊接，
所述制造方法具有：通过所述激光与所述电池壳体的底部的相对移动来形成线状的焊痕的工序，
在该工序中，
在从开始照射所述激光后到第一时间的第一期间中，使所述激光的输出连续地逐渐增加至第一输出，以所述第一输出使所述电池壳体熔融直至达到熔融所述电池壳体的底部和所述电极极耳，然后，
在所述第一期间之后的第二期间中，维持所述第一输出，使所述电极极耳与所述电池壳体的底部熔融，设为所述电极极耳与所述电池壳体的底部的转矩强度成为10N·m以上的接合强度的焊接长度，然后，
使所述激光的输出从所述第一输出连续地逐渐减少到仅使所述电池壳体的底部熔融的第二输出，然后，
直到所述焊痕的形成结束，维持所述第二输出，或者使所述激光的输出从所述第二输出的减少量比从所述第一输出减少到所述第二输出时的减少量小。
2.根据权利要求1所述的焊接结构体的制造方法，所述第一输出为800W～850W，所述第二输出为770W～820W，并且所述第一输出比所述第二输出大。
3.一种焊接结构体，具备作为线状的焊痕的焊接部，所述焊接部将电池壳体与电极极耳进行接合，使得所述电池壳体的内侧表面与所述电极极耳密接，
所述焊接部从所述电池壳体的外侧表面连续地形成到所述电极极耳的内部，设为所述电极极耳与所述电池壳体的底部的转矩强度成为10N·m以上的接合强度的焊接长度，
所述焊接部在所述电极极耳的厚度方向的剖面中，在该焊接部的侧部区域，具有第一下降区部和位于该第一下降区部的外侧部的第二下降区部，
所述第一下降区部跨越所述电极极耳和所述电池壳体的双方的区域而存在，并且其厚度朝向外侧逐渐变薄，
所述第二下降区部仅存在于所述电池壳体内的区域，其厚度的变化量比所述第一下降区部小。
4.根据权利要求3所述的焊接结构体，所述第二下降区部的厚度为所述电池壳体的厚度的50％以上且97％以下。
5.根据权利要求3所述的焊接结构体，所述第二下降区部的厚度是固定的。
6.根据权利要求3所述的焊接结构体，在所述电池壳体的外侧表面，所述焊接部的与所述第二下降区部对应的焊接部外观的宽度比所述焊接部的中央部的宽度大。
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