CN116615300A - 用于二次电池的焊接方法和焊接设备、以及用于监测二次电池焊接工序的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够将激光照射到下罐的内侧的用于二次电池的焊接方法和焊接设备，并且涉及一种在执行焊接的同时能够确认焊接状态的用于监测二次电池焊接工序的方法和设备。根据本发明的焊接设备包括：激光照射设备，其通过将激光照射到电极组件的中心孔来将电极接头焊接到下罐；以及夹具，其在激光照射期间保护电极组件。根据本发明的监测设备包括夹具和激光照射设备，其中，激光照射设备包括用于焊接的激光照射设备、用于照明的激光照射设备和图像传感器。用于焊接的激光和用于照明的激光从中心孔的上侧在垂直方向上照射。

Description

用于二次电池的焊接方法和焊接设备、以及用于监测二次电 池焊接工序的方法和设备

技术领域

本申请要求于2020年9月10日提交的韩国专利申请No.10-2020-0116432、2020年9月11日提交的韩国专利申请No.10-2020-0117213、2020年9月11日提交的韩国专利申请No.10-2020-0117214以及2021年9月8日提交的韩国专利申请No.10-2021-0119653的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

本发明涉及一种用于二次电池的焊接方法和焊接设备，并且更具体地，涉及：用于二次电池的焊接方法和焊接设备，其中，激光束用于将电极组件的电极接头焊接到下罐，其中，焊接是通过将激光束发射到下罐的内侧来执行的，更具体地，发射激光束使得产生散焦，从而防止下罐的外部变形并增加焊接强度和焊接效率；以及用于二次电池焊接工序的监测方法和监测设备，该监测方法和监测设备能够在执行焊接时检查和监测焊接状态。

背景技术

通常，被称为硬币型电池和螺柱型电池的按钮型电池具有薄的螺柱或按钮形状，并且已经广泛用于诸如遥控器、手表、玩具和计算机部件之类的各种装置。

这种按钮型电池主要被制造为不可再充电的一次电池，但随着近来已开发了小型化装置，也已被广泛制造为可充电和可放电的二次电池。

而且，类似于圆筒形或袋型二次电池，按钮型二次电池具有可重复充电和放电的结构，其中，电极组件和电解质嵌入壳体内。

特别地，按钮型二次电池与圆筒形二次电池的不同之处在于，结构更简单并且罐的高度非常小，但是具有与圆筒形二次电池类似的结构，因为卷芯型电极组件安装在由金属制成的罐内侧。

同时，按钮型二次电池以电极组件嵌入在通过联接上罐和下罐形成的罐中的方式被制造。

电极组件通过在隔膜、负极、隔膜和正极层叠的状态下卷绕在卷绕芯上而制造。因此，它具有这样的结构，其中，在卷绕芯被移除之后在中心处形成中心孔，并且电极接头被制造成分别向上和向下突出。通常，当电极接头位于下罐上时，位于上侧的电极接头是正极接头，位于下侧的电极接头是负极接头。也就是说，当电极组件被嵌入时，上罐和下罐被联接、密封和电绝缘。因此，上罐连接到正极接头并用作正极，并且下罐连接到负极接头并用作负极。

同时，如图1所示，示出了在相关技术的按钮型二次电池的制造工序中电极接头被焊接到下罐的状态，相关技术的电极接头2a当中的负极接头的焊接以如下方式执行：在电极组件2被安装到下罐3使得电极接头被定位在中心孔2b中的状态下，夹具1通过中心孔2b与下罐3的内部底表面紧密接触，然后，下罐3被倒置并用来自外部的激光束照射。

然而，在从外部执行焊接的前述方法中，在下罐3相对大于负极接头熔化时，进行结合。因此，可能根据下罐3的材料特性和厚度而限制激光焊接，并且其商业价值可能会劣化，因为在下罐3的外表面上留下焊接痕迹。

另外，当执行焊接时，需要检查和监测是否执行适当焊接。

发明内容

技术问题

因此，为了解决上述相关技术的问题，本发明的主要目的是提供一种用于二次电池的焊接方法和焊接设备，其中，激光束被发射到下罐的内侧。

此外，另一目的是提供一种用于二次电池焊接工序的监测方法和监测设备，该监测方法和监测设备能够在焊接完成之后或在执行焊接的同时检查焊接状态。

技术解决方案

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于将电极接头(正极接头和负极接头当中的电极接头，特别是负极接头)焊接到下罐的底表面的焊接设备和焊接方法，以及一种用于二次电池焊接工序的监测方法和监测设备，该监测方法和监测设备能够在执行焊接时监测焊接。

根据本发明的焊接设备是一种用于二次电池的焊接设备，其中，当具有中心孔的电极组件被安置在下罐上时，该电极组件的电极接头通过焊接设备被焊接到下罐的内部底表面，该焊接设备包括：夹具，该夹具包括插入部分和底座部分，该插入部分具有管状和能够进入电极组件的中心孔的直径，底座部分具有扩大的直径以在插入部分的端部上形成圆盘形状；以及激光照射设备，该激光照射设备被配置成将激光束发射到插入部分的孔中，其中，在电极组件被安置在下罐上使得电极接头被放置在中心孔内的状态下，在激光束在穿过夹具的插入部分的孔之后被发射到下罐的内部底表面与电极接头之间的接触点时，执行焊接。

该下罐具有下侧被内部底表面封闭并且顶侧开口的圆筒形形状，并且底座部分的直径大于下罐的直径，使得当插入部分插入到安装至下罐的电极组件的中心孔中时，底座部分被安置在下罐上方。

当底座部分在夹具的插入部分使电极接头与下罐的内部底表面紧密接触的情况下被安置在下罐上方时，插入部分的高度(h)为5mm或更小，并且形成在插入部分中的孔的内径在从0.25mm至1.5mm的范围内。

更特别地，插入部分的高度(h)为5mm或更小，并且形成在插入部分中的孔的内径在从0.53mm至1.5mm的范围内。

而且，下罐的高度(h)和直径(d)被确定，从而使得通过将高度(h)除以直径(d)获得的值在0.35至0.6的范围内。

沿着插入部分的纵向方向形成的孔具有如下形状，其中，直径在形成底座部分的一侧上最大，并且在远离底座部分的方向上逐渐减小。

底座部分具有如下形状，该形状在边缘部分处具有相对较高的高度，并且在朝向中心的孔的方向上逐渐降低。

底座部分在侧表面上具有凹槽，使得当插入部分进入中心孔时，下罐的上端插入凹槽中。

插入部分具有如下长度，使得当插入部分进入中心孔时，电极接头能够与下罐的内部底表面紧密接触。

夹具由金属材料制成，并且底座部分的面向电极组件的底表面以及插入部分的表面涂覆有用于绝缘电的绝缘层。

这里，绝缘层由具有比夹具低的热导率的材料制成。

同时，激光束以散焦状态发射，在散焦状态下，焦点在激光束到达下罐的内部底表面与电极接头之间的接触点之前形成。

而且，根据本发明的焊接方法是一种用于二次电池的焊接方法，其中，当具有中心孔的电极组件被安置在下罐上时，该电极组件的电极接头通过焊接方法被焊接到下罐的内部底表面，该焊接方法包括：电极组件安置工序，该电极组件安置工序将电极组件安置在下罐上使得电极接头被放置在电极组件的中心孔内；夹具安置工序，该夹具安置工序将夹具安置在电极组件上方使得插入部分进入中心孔，夹具安置包括具有圆盘形状的底座部分和从底座部分垂直延伸并具有管状的插入部分；以及焊接工序，该焊接工序将激光束发射到插入部分内侧的孔中并将电极接头焊接到下罐的内部底表面。

在焊接工序期间发射的激光束是具有IR波长的脉冲激光束。

在夹具安置工序期间，插入部分的端部使电极接头与下罐的内部底表面紧密接触。

当底座部分在夹具的插入部分使电极接头与下罐的内部底表面紧密接触的情况下被安置在下罐上方时，插入部分的高度(h)为5mm或更小，并且形成在插入部分中的孔的内径在从0.25mm至1.5mm的范围内，并且更特别地，在从0.53mm至1.5mm的范围内，并且下罐的内部底表面与电极接头在焊接工序期间焊接在一起，从而在一点形成焊接区域。

下罐的高度(h)和直径(d)被确定，从而使得通过将高度(h)除以直径(d)获得的值在0.35至0.6的范围内。

在焊接工序期间，激光束以散焦状态发射，在散焦状态下，焦点在激光束到达下罐的内部底表面与电极接头之间的接触点之前形成。

这里，在焊接工序期间，激光束的焦点形成在插入部分的最上端和最下端内的三分之一点至三分之二点之间。而且，在这种情况下，在焊接工序期间发射的激光束是准连续波激光、脉冲激光和CW调制激光中的一种。

根据本发明的用于焊接工序的监测设备是一种用于二次电池焊接工序的监测设备，其中，当具有中心孔的电极组件安置在下罐上时，电极组件的电极接头被焊接到下罐，该监测设备包括：夹具和激光照射设备，该夹具设置有插入部分，插入部分具有管状和能够进入电极组件的中心孔的直径，该激光照射设备被配置成将激光束发射到插入部分的孔中；其中，该激光照射设备包括：焊接激光照射装置，该焊接激光照射装置被配置成经由聚焦透镜将焊接激光束发射到插入部分的孔中，以在电极组件安置在下罐内侧使得电极接头被放置在中心孔内的状态下焊接电极接头与下罐之间的接触点；照明激光照射装置，该照明激光照射装置被配置成经由聚焦透镜将照明激光束发射到插入部分的孔中；以及图像传感器，该图像传感器被配置成接收反射的照明激光束，其中，焊接激光束和照明激光束从中心孔的顶侧垂直发射。

焊接激光束从第一分色镜反射并且穿过聚焦透镜，并且照明激光束从第二分色镜反射并且穿过聚焦透镜。

第一分色镜和第二分色镜中的每一个被设置成使得激光束的一部分从其反射，且激光束的另一部分透射穿过其中，其中，焊接激光束从第一分色镜反射并发射到聚焦透镜，并且照明激光束透射穿过第一分色镜并发射到聚焦透镜。

照明激光束的从焊接点反射的光源透射穿过第一分色镜并且然后透射穿过第二分色镜，并且到达图像传感器。

焊接激光照射装置包括：焊接激光振荡器，该焊接激光振荡器被配置成发射焊接激光束；第一光绝缘体，该第一光绝缘体被配置成使得从焊接激光振荡器发射的焊接激光束在沿前进方向移动时被允许从中穿过，但在返回时被阻挡；以及第一准直器，该第一准直器被配置成使得已经穿过第一光绝缘体的焊接激光束在穿过第一准直器之后变成平行的。

照明激光照射装置包括：照明激光振荡器，该照明激光振荡器被配置成发射照明激光束；第二光绝缘体，该第二光绝缘体被配置成使得从照明激光振荡器发射的照明激光束在沿前进方向移动时被允许从中穿过，但在返回时被阻挡；以及第二准直器，该第二准直器被配置成使得已经穿过第二光绝缘体的照明激光束在穿过第二准直器之后变成平行的。

照明激光束穿过聚焦透镜且具有比插入部分的孔的内径小的直径。

照明激光束的发射在焊接激光束被发射时停止，并且焊接激光束的发射在照明激光束被发射时停止。

夹具设置有底座部分，底座部分具有扩大的直径以在插入部分的端部上形成圆盘形状。

根据本发明的用于焊接工序的监测方法是一种用于二次电池焊接工序的监测方法，其中，当具有中心孔的电极组件安置在下罐上时，电极组件的电极接头被焊接到下罐，该监测方法包括：电极组件安置工序，该电极组件安置工序将电极组件安置在下罐上使得电极接头被放置在电极组件的中心孔内；夹具安置工序，该夹具安置工序安置夹具，夹具包括具有管状的插入部分，使得插入部分进入中心孔；以及焊接工序，该焊接工序经由聚焦透镜将焊接激光束发射到插入部分的孔，以焊接电极接头与下罐之间的接触点；以及感测工序，该感测工序利用图像传感器接收照明激光束，照明激光束经由聚焦透镜发射到插入部分的孔中，然后被反射，其中，焊接激光束和照明激光束从中心孔的顶侧垂直发射。

在本发明中提供的用于二次电池焊接工序的另一监测方法是一种用于二次电池焊接工序的监测方法，其中，当具有中心孔的电极组件安置在下罐上时，电极组件的电极接头被焊接到下罐，该监测方法包括：电极组件安置工序，该电极组件安置工序将电极组件安置在下罐上使得电极接头被放置在电极组件的中心孔内；夹具安置工序，该夹具安置工序安置夹具，夹具包括具有管状的插入部分，使得插入部分进入中心孔；以及焊接工序，该焊接工序经由聚焦透镜将激光束发射到插入部分的孔，以焊接电极接头与下罐之间的接触点；以及感测工序，该感测工序利用图像传感器接收从焊接点反射的激光束，其中，在感测工序期间，激光束在其输出调整之后被发射到插入部分的孔，并且图像传感器接收反射的激光束。

有利效果

在具有上述配置的本发明中，通过将激光束发射到下罐的内侧来焊接电极接头(负极接头)。因此，在下罐上没有留下焊接痕迹，因此，可以增强商业价值。

夹具的底座部分安置在下罐上方，并且因此激光束可以稳定地发射。而且，可以防止在焊接期间生成的异物进入电极组件，并且可以防止可能由于激光照射引起的热量导致的损坏的影响。而且，当底座部分安置在插入部分上时，插入部分的移动被调节。因此，可以稳定地执行焊接。更具体地，在本申请的夹具中，底座部分形成为大于下罐的直径，因此可以抑制飞溅的影响。也就是说，由于激光焊接的特性，在焊接期间很可能发生飞溅。该飞溅表示下罐和电极接头以金属颗粒的形式熔化和分散，并且可以穿透到电极组件中。而且，这些金属颗粒在电极组件内侧移动并且可能导致短路。提供本申请的夹具以防止这些金属颗粒的穿透。由于底座部分具有比下罐大的直径，因此可以有效地防止金属颗粒的穿透。

在本发明中，插入部分的孔的内径可以根据执行焊接的点的数量而变化，并且因此，下罐内的电极组件的体积可以被最大化。

例如，在焊接点在一个位置处的情况下，当形成在插入部分中的孔的内径被限制在从0.25mm至1.5mm的范围内时，电极组件的体积可以增加到下罐的内部体积的大约100％，并且因此可以提高充电和放电容量。另一方面，在焊接点在三个位置处的情况下，孔的内径被限制在从0.53mm至1.5mm的范围内(由于电极组件的中心孔的直径增加)，并且电极组件的体积减小。因此，电极组件的体积减小到下罐的内部体积的97％，但是可以增强焊接强度。

在本发明提供的夹具中，沿着插入部分的纵向方向形成的孔具有如下形状，其中，直径在形成底座部分的一侧上最大，并且在远离底座部分的方向上逐渐减小。因此，可以精确地限制待焊接的点的范围。

夹具的底座部分具有如下形状，该形状在边缘部分处具有相对较高的高度，并且在朝向中心的孔的方向上逐渐降低。因此，在激光焊接期间一起供应的气体可以容易地排出。

另外，底座部分在侧表面上具有凹槽，使得当夹具的插入部分进入中心孔时，下罐的上端插入底座部分的底表面中。因此，在夹具固定的状态下稳定地执行焊接。

而且，底座部分的底表面和插入部分的表面涂覆有用于绝缘电的绝缘层。因此，可以保护电极组件免受在发射激光束的同时生成的热量的影响。

而且，在本发明中，激光束以散焦状态发射，使得焦点形成在形成于夹具的插入部分中的内部孔内，并且因此，进入夹具的激光束的最大内径可减小。因此，夹具(特别是插入部分)的直径可以减小，但是电极组件的体积可以增加(通过减小电极组件的中心孔的内径)。因此，可提高二次电池的容量。而且，在激光束以散焦状态发射时，飞溅的发生可以被更有效地抑制和最小化。也就是说，可以通过散焦来调整激光束到达的点处的区域和待焊接点的温度。因此，可以通过根据焊接条件调整焦点的高度来对飞溅的发生进行抑制或最小化。

在本发明中，当造成激光束散焦时，焦点形成在插入部分的最上端和最下端内的三分之一点至三分之二点之间。因此，激光束的横截面上的直径可以被最小化。

在本发明中，当电极接头被焊接时，照明激光束像焊接激光束一样垂直发射。因此，可以更清楚地检查和监测焊接状态。也就是说，照明激光束垂直发射，因此不会出现阴影区域。

另外，在本发明中，焊接激光束可以通过调节焊接激光照射装置的输出来用作照明激光束而不使用单独的照明激光照射设备。因此，焊接设备可以以更紧凑的尺寸制造，并且其结构可以简化。

附图说明

图1是示出在根据相关技术的按钮型二次电池组件工序期间通过从外部发射激光束将电极接头焊接到下罐的状态的截面图。

图2是示出在根据本发明第一实施方式的按钮型二次电池组件工序中通过将激光束发射到下罐中来将电极接头(电极接头当中的负极接头)焊接到下罐的状态的截面图。

图3是示出下罐、电极组件和夹具被分解的状态的立体图。

图4是示出具有相对较高的高度和直径的圆筒形电池的罐体(candle)以及本发明的按钮型电池的下罐的透视图，并且例示了在单点焊接期间所需的形成在夹具中孔的内径以及在多点焊接期间所需的形成在夹具中孔的内径。

图5是示出激光束被发射到电极接头的状态的放大图。

图6是例示根据本发明的夹具的多个修改示例的图。

图7是应用本发明的修改示例的夹具的纵向截面图。

图8是示出在根据本发明的第二实施方式的按钮型二次电池组件工序中通过将激光束发射到下罐中来将电极接头(电极接头中的负极接头)焊接到下罐的状态和形成焦点的状态的图。

图9是示出在根据第二实施方式的按钮型二次电池组件工序中下罐、电极组件和夹具被分解的状态的图。

图10是示意性地例示相对于电极组件的高度h形成激光束的焦点的高度z的图。

图11是例示根据基于本发明的第三实施方式的优选实施方式的用于二次电池焊接工序的监测设备的简化配置的图。

图12是其中使得能够反射激光束的路径被表示为虚线并且被添加到图11的图的图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方式，使得本领域技术人员可以容易地执行本发明。然而，本发明可以以各种不同的形式实施，并且不限于本文描述的实施方式。

将省略与描述无关的部分以清楚地描述本发明，并且在整个说明书中相同或相似的元件将由相同的附图标记表示。

而且，本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应被限制性地解释为普通含义或基于词典的含义，而应基于发明人可以正确地定义术语的概念以便以最佳方式描述和解释他或她的发明的原理而被解释为符合本发明的范围的含义和概念。

本发明涉及一种用于二次电池的焊接方法和焊接设备，该焊接方法和焊接设备能够通过将激光束发射到下罐3的内侧(安装有电极组件的一侧)来提高焊接工序的效率，而不会在下罐的外部留下焊接痕迹。而且，本发明涉及用于在执行二次电池的焊接工序时监测焊接状态的方法和设备。在下文，将参照附图详细描述本发明的实施方式。

第一实施方式

在该实施方式中，提供了一种焊接方法和焊接设备，其中，通过将激光束发射到下罐3的内侧来执行焊接。

本发明中提供的焊接方法是如下这种焊接方法，其中，当具有中心孔2b的电极组件2安置在下罐3上时，电极组件2的电极接头2a(这里，电极接头是负极接头)被焊接到下罐3的内部底表面。焊接方法包括电极组件安置工序、夹具安置工序和焊接工序。

图2是示出在根据本发明的按钮型二次电池组件工序中通过将激光束发射到下罐3中来将电极接头2a焊接到下罐3的状态的截面图，并且图3是示出下罐3、电极组件2和夹具10被分解的状态的立体图。

在电极组件安置工序期间，电极组件2被安置在下罐3的内侧。电极组件2通过在隔膜、负极、隔膜和正极如相关技术的结构中那样层叠的状态下卷绕在卷绕芯上而制造，并且因此在移除卷绕芯之后具有在中心处形成中心孔2b的结构。此外，电极接头被制造为分别向上和向下突出(正极接头在上侧，并且负极接头在下侧)。

因此，电极组件2被安装到下罐3，使得位于下侧的负极接头与下罐3的内部底表面接触。当电极组件2安置在下罐3上时，作为负极接头的电极接头2a位于电极组件2的中心孔2b内。

然后，在电极组件2安置在下罐3上的状态下执行夹具安置工序。在实施方式中提供的夹具10包括具有圆圆盘形状状的底座部分11和从底座部分11的中心垂直延伸并具有管道形状的插入部分12。沿着纵向方向形成在插入部分12内侧的孔13具有穿过底座部分11和插入部分12的垂直开口结构。

夹具10从电极组件2的顶部到底部被安置，并且插入部分12进入电极组件2的中心孔2b。夹具10的底座部分11的直径大于下罐3的直径，并且因此搁置在下罐3的上端上方。这里，插入部分12的端部使负极接头与下罐3的内部底表面紧密接触。

而且，在夹具10安置在下罐3上的状态下，执行焊接工序，其中，激光束经由孔13发射到插入部分12的内侧，以将电极接头焊接到下罐3的内部底表面。

这里，发射的激光束可以是具有IR波长的脉冲激光束，并且IR波长可以是1060nm至1080nm，优选地为1070nm(以具有图5中所示的形状)。

图4是示出具有相对较高的高度和直径(除了图4中右侧的一个之外的左侧的两个)的圆筒形电池的罐体和本发明的按钮型电池的下罐3的透视图，并且例示了在单点焊接期间所需的形成在夹具10中的孔13的内径和在多点焊接期间所需的形成在夹具中的孔13的内径。

参照图4，本发明中发射的激光束被发射使得激光束在横截面上的直径在焦点处最小(在焦点处会聚)，并且被发射使得在电极接头(负极接头)处形成焦点。

因此，激光束在横截面上的直径在远离电极接头的方向上逐渐增加。例如，当在图4中执行单点焊接时，在发射具有相同标准的激光束的情况下，高度为65mm的圆筒形电池(18650标准的电池)和高度为70mm的圆筒形电池(21700标准的电池)的罐体分别需要内径为3.25mm和3.5mm的孔。

这里，18650标准的电池罐的外径为18mm，21700标准的电池罐的外径为21mm。激光束穿过的孔用作电极组件的中心孔(或当插入夹具时形成在夹具中的孔的内径)。由于制造方法的限制，中心孔必须被制造成圆筒形，因此，通过减小中心孔的直径来增大电极组件的容量以避免激光干扰存在限制。因此，与不形成中心孔时的体积相比，18650标准的电池和21700标准的电池的体积减少了激光束穿过的中心孔的体积，并且因此最大体积的尺寸分别被限制为96.7％和97.2％。

另一方面，当本申请的按钮型电池的下罐3具有5mm的高度h和11mm的直径d(外径)时，激光束穿过的孔13的内径需要0.25mm至1.5mm。这意味着夹具的插入部分21的内径的尺寸需要0.25mm至1.5mm。

也就是说，与对具有大高度的罐进行焊接相比，在本发明中，减小下罐的高度所需的孔13的内径可以显著减小。因此，形成在电极组件2中的中心孔2b的内径可以减小，并且因此，与不形成中心孔2b时的体积相比，电极组件2的体积可以增加为体积的98.1％至99.9％。

本发明的目的是确定夹具的插入部分12的内径的尺寸，使得产生能量的部分的体积可以增加到98.1％至99.9％，并且因此，插入部分的厚度可以被认为足够薄。

特别地，当通过移动激光束的焦点来执行多点焊接时，电极组件的中心孔必须具有更大的直径。例如，当18650标准的电池和21700标准的电池经受多点焊接时，孔的内径必须分别从3.25mm增加到6.99mm和从3.5mm增加到7.53mm。在这种情况下，与不形成中心孔时的体积相比，体积分别限制为84.9％和87.1％。

然而，在本申请的结构中，即使在执行多点焊接时，孔的直径的下限也从0.25mm增加到0.53mm。即使在这种情况下，与不形成中心孔时的体积相比，可以确保体积的98.1％至99.7％。

这是因为激光束的外线以曲线发射，如图5所示，其例示了激光束被发射到电极接头的放大状态。也就是说，对于发射到电极接头2a的激光束的横向截面Wo，横向截面W不会急剧增加到特定高度Z，而是横向截面被形成为在特定高度上方更大。因此，发射激光束所通过的孔的直径必须根据罐或下罐3的高度更多地增加。

因此，在本发明中，夹具10的尺寸限于一定范围的尺寸，以便防止电极组件和夹具的损坏并防止激光束的干扰。

也就是说，在下罐3的内部底表面和电极接头2a被焊接成使得它们之间的焊接区域在焊接工序期间的一个点处形成的情况下(当执行单点焊接时)，当底座部分11安置在下罐3上方的同时夹具的插入部分12使电极接头2a与下罐3的内部底表面紧密接触时，插入部分的高度h为5mm或更小，并且形成在插入部分中的孔13的内径为0.25mm至1.5mm。

而且，在下罐3的内部底表面和电极接头2a被焊接成使得它们之间的焊接区域在焊接工序期间在三个点处形成的情况下(当执行多点焊接时)，当底座部分11安置在下罐3上方的同时夹具10的插入部分12使电极接头2a与下罐3的内部底表面紧密接触时，插入部分的高度h为5mm或更小，并且形成在插入部分12中的孔13的内径为0.53mm至1.5mm。

[表1]

(在下罐具有11mm的直径和5mm的高度时执行单点焊接的情况下)

插入部分的直径(mm)	0.25	0.50	0.75	1.00	1.25	1.50	2.0
								可用体积(％)	99.9	99.7	99.5	99.1	98.7	98.1	96.7

[表2]

(在下罐具有11mm的直径和5mm的高度时执行多点焊接的情况下)

插入部分的直径(mm)	0.53	1.0	1.5	2.00	2.5
						可用体积(％)	99.7	99.1	98.1	96.7	94.8

参照上面的表1和表2，在根据本发明的下罐具有11mm的高度和5mm的高度时执行单点焊接的情况下，插入部分12的孔13的最小内径可以确定为0.25mm。在这种情况下，当小于0.25mm时，在激光束与夹具10之间存在干涉，并且焊接可能是不可能的。因此，当直径为0.25mm时，用于单点焊接的可用体积的最大值可以获得为99.9％。

另外，当执行多点焊接时，插入部分12的孔13的最小内径可以确定为0.53mm。即使在这种情况下，当小于0.53mm时，激光束与夹具10之间存在干涉，并且焊接可能是不可能的。因此，当直径为0.53mm时，多点焊接的可用体积的最大值可以获得为99.7％。

同时，为了满足作为按钮型二次电池中发生显著差异的标准的批量生产标准，下罐3内的最小可用体积需要为98％或更高。

当参照用于单点焊接的表1时，当孔13的内径为1.5mm时，可用体积为98.1％，但是当超过该内径时，可用体积急剧减小到小于98％，即96.7％。因此，在根据本发明的焊接方法中，对于单点焊接，在插入部分中形成的孔的内径需要被限制在0.25mm至1.5mm的范围内。

而且，即使当参照用于多点焊接的表2时，当孔的内径为1.5mm时，可用体积为98.1％，但是当超过该内径时，可用体积急剧减小到小于98％，即96.7％。因此，在根据本发明的焊接方法中，对于多点焊接，形成在插入部分中的孔的内径需要限制在0.53mm至1.5mm的范围内。

同时，在本发明中提供的下罐中，高度h和直径d被确定成使得通过将高度h除以直径d获得的值(即，h/d)具有从0.35至0.6的范围。例如，当直径为11mm并且高度为5时，值为0.45并且满足上述范围。在这个比值范围内，可以实施最有效的电池。

另外，该实施方式还提供了一种用于二次电池的焊接设备，其中，当具有中心孔2b的电极组件2安置在下罐3上时，电极组件2的电极接头2a被焊接到下罐3的内部底表面。

参照附图，本发明的焊接设备包括夹具20和激光照射设备20。

夹具10设置有插入部分12和底座部分11，插入部分12具有管状和能够进入电极组件2的中心孔2b的直径，底座部分11具有扩大的直径以在插入部分12的端部上形成圆盘形状。底座部分11的直径大于下罐3的直径，并且插入部分12的长度使得当底座部分12安置在下罐3的上端上方时，电极接头2a能够在电极组件2的中心孔2b中按压下罐3的内部底表面。而且，形成在插入部分12内侧的孔13被配置成在穿过底座部分11时垂直打开。

此外，激光照射设备20被配置成向插入部分12的孔13发射激光束，并且激光束被发射成使得在电极接头2a处形成焦点。

因此，在电极组件2安置在下罐3上使得电极接头2a被放置在中心孔2b内的状态下，在激光束在穿过夹具10的插入部分12之后被发射到下罐3的内部底表面与电极接头2a之间的接触点时，执行焊接。

同时，在该实施方式中，下罐3具有圆筒形形状，其下侧被内部底表面封闭，并且顶侧开口。

而且，如上所述，为了尽可能地抑制电极组件2的体积损失，根据实施方式的夹具10被形成为使得当底座部分11安置在下罐3上方而夹具10的插入部分12使电极接头2a与下罐3的内部底表面紧密接触时，插入部分的高度h为5mm或更小，并且形成在插入部分中的孔的内径具有从0.25mm到1.5mm的范围。

而且，当底座部分11安置在下罐3上方而夹具10的插入部分12使电极接头2a与下罐3的内部底表面紧密接触时，插入部分的高度h为5mm或更小，并且形成在插入部分中的孔的内径具有从0.53mm到1.5mm的范围(在形成多个焊接区域的情况下)。

另外，如图6所示，其示出了根据本发明的夹具10的若干修改示例，除了其中圆形板状底座部分11联接到圆筒形插入部分12的上端的一般结构(a)之外，实施方式中提供的夹具10可以具有若干附加结构。

也就是说，在夹具10中，沿着插入部分12的纵向方向形成的孔13具有如下形状(b)，其直径在形成底座部分12的一侧上最大，并且在远离底座部分12的方向上逐渐减小。

而且，底座部分11可以具有如下形状(c)，其中，在边缘部分处具有相对较高的高度并且在朝向中心的孔13的方向上逐渐降低，也就是说，在底座部分11中形成楔形凹槽14的形状。

而且，底座部分11可以具有如下结构(d)，其中，在侧表面上形成凹槽15，使得当插入部分12进入中心孔2b时，下罐3的上端插入凹槽15中。

具有形状(b)的夹具可以精确地限制待焊接点的范围，具有配置(c)的夹具可以便于在激光焊接期间一起提供的气体的流动，并且具有配置(d)的夹具可以在固定到下罐3时稳定地执行焊接。

图7是应用本发明的修改示例的夹具的纵向截面图。在如图7所示的夹具10中，底座部分11的面向电极组件2的底表面以及插入部分12的表面涂覆有用于绝缘电的绝缘层16。绝缘层16可以由具有比夹具10低的热导率的材料制成。因此，当由于焊接产生热量时，要传递到电极组件的热量被阻挡，从而防止电极组件的劣化。

在本发明的具有上述配置的第一实施方式中，通过将激光束发射到下罐的内侧来焊接电极接头(负极接头)。因此，在下罐3上没有留下焊接痕迹，因此，可以增强商业价值。

夹具10的底座部分12安置在下罐3上方，并且因此，激光束可以稳定地发射。而且，可以防止在焊接期间生成的异物进入电极组件2，并且可以防止可能由于激光照射引起的热量导致的损坏的影响。

在本发明中，插入部分12的孔13的内径可以根据执行焊接的点的数量而变化，因此，下罐3内的电极组件2的体积可以最大化。例如，在焊接点在一个位置处的情况下，当形成在插入部分12中的孔13的内径限制到从0.25mm至1.5mm时，电极组件2的体积可以增加到下罐3的内部体积的大约100％，并且因此可以提高充电和放电容量。另一方面，在焊接点在多个位置处的情况下，孔13的内径被限制到从0.53mm至1.5mm的范围内(由于电极组件的中心孔的直径增加)，并且电极组件的体积减小。因此，电极组件的体积减小到下罐的内部体积的97％，但是可以增强焊接强度。

在本发明中提供的夹具10中，沿着插入部分12的纵向方向形成的孔具有如下形状，其中，直径在形成底座部分的一侧上最大，并且在远离底座部分的方向上逐渐减小。因此，可以精确地限制待焊接的点的范围。

而且，夹具的底座部分具有如下形状，该形状在边缘部分处具有相对较高的高度，并且在朝向中心的孔的方向上逐渐降低。因此，在激光焊接期间一起供应的气体可以容易地排出。

另外，底座部分在侧表面上具有凹槽，使得当夹具的插入部分进入中心孔时，下罐的上端插入底座部分的底表面中。因此，在夹具固定的状态下稳定地执行焊接。

第二实施方式

在该实施方式中，提供了一种焊接方法和焊接设备，其中，通过将激光束发射到下罐3的内侧来执行焊接，使得造成散焦。

在该实施方式中提供的焊接方法是用于二次电池的焊接方法，其中，当具有中心孔2b的电极组件2安置在下罐3上时，电极组件2的电极接头2a被焊接到下罐3的内部底表面。如在第一实施方式中，焊接方法包括电极组件安置工序、夹具安置工序和焊接工序。

图8是示出电极接头(电极接头当中的负极接头)通过在根据本发明的按钮型二次电池组件工序中将激光束发射到下罐中而被焊接到下罐的状态和形成焦点的状态的图。图9是示出下罐、电极组件和夹具被分解的状态的图。图10是示意性地例示相对于电极组件的高度h形成激光束的焦点的高度z的图。

参照附图，电极组件安置工序和夹具安置工序以与第一实施方式中相同的方式执行。

也就是说，电极组件2在电极组件安置工序期间安置在下罐3内，并且夹具安置工序在电极组件2安置在下罐3上的状态下执行。

实施方式中提供的夹具10也可以具有与第一实施方式相同或相似的结构。也就是说，提供了如下夹具10，其包括具有圆盘形状的底座部分11和从底座部分11的中心垂直延伸并具有管状的插入部分12。这里，插入部分12的沿着纵向方向在插入部分12内形成的孔13具有穿过底座部分11和插入部分12的垂直开口结构，并且夹具10安置在电极组件上方，使得插入部分12进入中心孔2b。

而且，在夹具10的插入部分12进入中心孔2b的状态下，执行焊接工序，其中，激光束被经由插入部分12的内部孔13发射以将电极接头2b焊接到下罐3的内部底表面。

这里，要发射的激光束可以是准连续波激光、脉冲激光或CW调制激光中的一种。在准连续波激光中，可以选择连续波激光(其中，连续地生成不间断的光束)或脉冲激光(其中，光发射本身仅持续非常短的时间段)。

其中，准连续波激光可以用于在电极接头2a与下罐3之间进行焊接，因为可以调节输出和激光波长的灵活性。而且，在焊接工序(S30)期间，下罐3的内部底表面和电极接头2a可以在多个点处单独地彼此焊接。

同时，在实施方式中提供的焊接工序期间，激光束以散焦状态发射，其中，在激光束到达下罐3的内部底表面与电极接头2a之间的接触点之前形成焦点。

也就是说，发射用于焊接的激光束被发射成使得横截面上的直径在发光点处最大并且在焦点处最小(在焦点处会聚)。激光束在焦点处会聚，然后到达焊接点，即，电极接头2a处于直径逐渐增大的状态中。因此，激光束以散焦状态发射，使得焦点在到达电极接头之前在夹具内形成。

散焦的字典含义意味着没有准确地形成焦点，并且‘+’散焦表示在对象前面形成焦点的状态，而‘-’散焦表示在对象后面形成焦点的状态。因此，本发明中的激光束以‘+’散焦状态发射，如图8和图9所示。

这里，激光束的焦点形成在插入部分12的最上端和最下端内的三分之一点至三分之二点之间。优选地，在插入部分12的内部孔的中间形成焦点。也就是说，当电极组件的高度为h，并且形成焦点的高度如图10所示为z时，优选的是，焦点形成在一的位置处，其中，h＝2z(这里，如图10所示，电极组件具有高度h，以便与底座部分的底表面接触或接近，并且底座部分被认为足够薄，使得其厚度可以忽略)。

此外，z可以被形成在1/3h≤z≤2/3h的范围内。

作为参考，图10中所示的h和z是插入部分12的高度和电极组件2的高度被假定为彼此相等的情况。然而，当插入部分12的高度大于电极组件2的高度时，形成焦点的高度z可以根据插入部分的尺寸进一步增加，但是焦点的高度不超过电极组件的高度。

如上所述，由于激光束以‘+’散焦状态发射，因此进入夹具10的激光束的横向截面上的直径可能小于在焊接区域处执行聚焦时的直径。也就是说，当在焊接区域执行聚焦时，插入部分12的内部孔13的内径进一步增大以避免干涉。然而，在焦点由于‘+’散焦而向上移动z的状态下，在进入插入部分12的点处的激光束的横截面上的直径减小，并且插入部分12的内部孔13的内径也可以减小。因此，可以减小夹具10的尺寸。如图9所示，会聚在焦点处的激光束以楔形形状发射，因此，夹具插入部分的内部孔的直径需要增加以避免干涉，使得焦点形成在电极接头2a处。由于内部孔的直径的这种增加，电极组件2的中心孔2b的尺寸也必须增加，因此电极组件2的总容量可能受到限制。

因此，根据实施方式的焊接方法使得可以焊接具有甚至更小尺寸的电极组件，并且可以使中心孔2b的尺寸最小化并增大电极组件2的容量。

同时，夹具10由金属材料制成并且具有足够的强度和热阻，并且进入电极组件2的中心孔2b的插入部分12可以被制造为具有足够小的厚度。

另外，该实施方式还提供了一种用于二次电池的焊接设备，其中，当具有中心孔2b的电极组件2安置在下罐3上时，电极组件2的电极接头2a被焊接到下罐3的内部底表面。

参照附图，本发明的焊接设备包括夹具20和激光照射设备20。

夹具10可以仅由具有管状和能够进入电极组件2的中心孔2b的直径的插入部分12形成，或者可以包括具有管状和能够进入电极组件2的中心孔2b的直径的插入部分12以及具有扩大的直径以在插入部分12的端部上形成圆盘形状的底座部分11。

而且，激光照射设备20被配置成将激光束发射到插入部分12的孔13，并且激光束被发射成使得在到达焊接点之前在夹具10的插入部分12内形成焦点。

也就是说，在电极组件2安置在下罐3上使得电极接头2a被放置在中心孔2b内的状态下，当激光束在穿过插入部分12的内部孔13之后被发射到下罐3的内部底表面与电极接头2a之间的接触点时，执行焊接。激光照射设备20以‘+’散焦状态发射激光束，其中，在激光束到达下罐3的内部底表面与电极接头2a之间的接触点之前形成焦点。

因此，为了造成‘+’散焦，激光照射设备20可以联接到滑动装置(未示出)，该滑动装置可以上升和下降以调节焦点的形成位置。滑动装置可以被配置成不仅使激光照射设备20升高和降低以便调整焦点的位置，而且甚至使激光照射设备在左右和前后方向上滑动以便形成多个焊接点。

在具有上述配置的本发明中，通过将激光束发射到下罐3的内侧来焊接负极接头。因此，在下罐的外表面上没有留下焊接痕迹，因此，可以提高商业价值。

特别地，在本发明中，激光束以散焦状态发射，使得在形成于夹具的插入部分12中的内部孔13内形成焦点，并且因此可以减小激光束进入夹具的最大内径。因此，夹具(特别是插入部分12)的直径可以减小，但是电极组件的体积可以增加(通过减小中心孔的尺寸)。因此，可提高二次电池的容量。

而且，当底座部分安置在插入部分上时，插入部分的移动被调节。因此，可以稳定地执行焊接。

在本发明中，当造成激光束散焦时，在插入部分的最上端和最下端内的三分之一点至三分之二点之间形成焦点(底座部分可以被假定为足够薄)。因此，激光束的横截面上的直径可以被最小化。

第三实施方式

在该实施方式中，提供了用于二次电池焊接工序的监测设备和监测方法。

图11是例示根据本发明的优选实施方式的用于二次电池焊接工序的监测设备的简化配置的图，并且图12是其中使得能够反射激光束的路径被表示为虚线并且被添加到图11的图的图。然而，为了防止附图的线彼此交叠，在图11和图12中省略了电极组件2和夹具10，并且仅例示了下罐3。

参照图11和图12，本发明的监测设备包括前述实施方式中描述的夹具10和激光照射设备20。

这里，夹具10可以具有从其删除底座部分11的结构，即，可以仅设置有插入部分12，该插入部分12具有管状和能够进入电极组件的中心孔的直径，或者可以设置有插入部分12和底座部分11两者。

而且，在该实施方式中，将激光束发射到插入部分的孔的激光照射设备20包括焊接激光照射装置50、照明激光照射装置60和图像传感器40。

当通过监测设备执行焊接和监测时，电极组件2嵌入在下罐3中，并且电极接头2a被设置为与下罐3的内部底表面接触。

因此，焊接激光照射装置50可以在电极组件2安置在下罐3内侧以使得电极接头2a放置在中心孔2b内的状态下发射焊接激光束Y。

焊接激光照射装置50经由聚焦透镜30将焊接激光束Y发射到中心孔2b中(更准确地说，发射到夹具插入部分的孔中)，以焊接电极接头2a与下罐3之间的接触点。

焊接激光照射装置50包括：焊接激光振荡器51，其发射焊接激光束Y；第一光绝缘体54，其被配置成使得从焊接激光振荡器51发射的焊接激光束Y在沿前进方向移动时被允许从中穿过，但是当返回时被阻挡；第一准直器52，其被配置成使得已经穿过第一光绝缘体54的焊接激光束Y在从中穿过之后变成平行的；以及第一分色镜53，其被配置成使得已经穿过第一准直器52的焊接激光束Y从其反射到聚焦透镜30。

焊接激光振荡器51发射具有适当输出的焊接激光束Y，并且发射的焊接激光束Y被发射到第一光绝缘体54。第一光绝缘体54是法拉第隔离器并且被配置成仅在一个方向上透射激光束。

也就是说，第一光绝缘体54被配置成使得从焊接激光振荡器51发射的焊接激光束Y在沿前进方向移动时被允许从中穿过，但是(第一分色镜的一部分)当返回时被阻挡。法拉第隔离器的详细内部结构在本领域中是公知的，因此在此将省略其详细描述。

已经穿过第一光绝缘体54的焊接激光束Y被发射到第一准直器52。第一准直器52通过抑制扩散(在径向方向上)并聚焦束来使得焊接激光束Y平行，从而使得其直径保持恒定。也就是说，激光束在被发射时具有漫射特性，但是第一准直器52可以通过多个光学透镜的组合来提供该功能，以便抑制焊接激光束Y的漫射。

已经穿过第一准直器52的焊接激光束Y被发射到第一分色镜53。第一分色镜53可以根据激光束的特性反射一部分并允许另一部分透射穿过其中，并且被制造成使得具有相对较高输出的焊接激光束Y从其完全反射。

已经从第一分色镜53反射的焊接激光束Y朝向焊接点发射，并且在发射路径上穿过聚焦透镜30，并且以会聚状态发射，使得在其中电极接头和下罐彼此接触的焊接区域中形成焦点。

同时，发射以比焊接激光束Y相对较低的输出发射的照明激光束L的照明激光照射装置60也被配置成具有与焊接激光照射装置50类似的配置。

也就是说，照明激光照射装置60包括：照明激光振荡器61，其发射照明激光束L；第二光绝缘体64，其被配置成使得从照明激光振荡器61发射的照明激光束L在沿前进方向移动时被允许从中穿过，但是当返回时被阻挡；第二准直器62，其被配置成使得已经穿过第二光绝缘体64的照明激光束L在从中穿过之后变成平行的；以及第二分色镜63，其被配置成使得已经穿过第二准直器62的照明激光束Y从其反射到聚焦透镜30。对于第二分色镜，照明激光束Y的一部分从其反射，并且另一部分透射穿过其中，使得从焊接区域反射的照明激光束Y透射穿过其中。

如果可能的话，照明激光振荡器61发射具有能够向图像传感器40提供足够量的光而不影响焊接质量的输出的照明激光束L，并且发射的照明激光束L被发射到第二光绝缘体64。

第二光绝缘体64是类似于第一光绝缘体54的法拉第隔离器，并且被配置成仅在一个方向上透射照明激光束L。

已经穿过第二光绝缘体64的照明激光束L被发射到第二准直器62。类似于第一准直器52，第二准直器62也通过抑制扩散和聚焦光束来使照明激光束L平行，从而使得其直径保持恒定。

已经穿过第二准直器62的照明激光束L被发射到第二分色镜63。第二分色镜63被配置成反射照明激光束L的一部分且允许另一部分透射穿过其中。

从第二分色镜63反射的照明激光束L朝向焊接点发射。这里，第一分色镜53允许照明激光束L的全部或几乎全部透射穿过其中。已经穿过第一分色镜53的照明激光束L在穿过聚焦透镜30之后到达焊接区域。这里，照明激光束L在到达聚焦透镜30之前可以具有比中心孔的内径大的直径，但是在穿过聚焦透镜30时直径变得比夹具插入部分的孔的内径小的状态下到达焊接区域。而且，从焊接区域反射的照明激光束L的直径可以在穿过聚焦透镜30时返回到原始尺寸。

已经从焊接区域反射的照明激光束L透射穿过聚焦透镜30、第一分色镜53和第二分色镜63并且然后到达图像传感器40。这里，聚焦透镜30、第一分色镜53和第二分色镜63可以被调谐，使得对于从焊接区域反射的照明激光束L的光源，透射到图像传感器40的光源的量比反射和损失的光源的量大。例如，焊接激光束Y和照明激光束L在诸如输出和/或波长的激光特性方面彼此不同，并且因此可以被调谐成使得当焊接激光束Y进入和离开时的透射率和反射率与当照明激光束L进入和离开时的透射率和反射率不同。

也就是说，已经从照明激光照射装置60发射的照明激光束L透射穿过设置在焊接激光照射装置50中的第一分色镜53和聚焦透镜30，然后反射到图像传感器40。因此，在本发明的激光照射设备20中，焊接激光束Y和照明激光束L可以从中心孔2b(更准确地说，夹具插入部分的孔)的顶侧垂直发射。

因此，在本发明的设备中，第一分色镜53被设置为反射所有或大部分焊接激光束Y，并允许所有或大部分照明激光束L透射穿过其中。第二分色镜63被配置成反射照明激光束L的一部分并且允许另一部分透射穿过其中，并且因此，从焊接点反射的照明激光束L的至少一部分可以到达图像传感器40。

同时，根据激光束的输出或特性，照明激光束L和焊接激光束Y可以同时发射。然而，为了避免激光束之间的干涉，当发射焊接激光束Y时可以停止照明激光束L的发射，并且当发射照明激光束L时可以停止焊接激光束Y的发射。

更具体地，可以同时执行照明激光束L和焊接激光束Y的发射。然而，焊接激光束Y被连续地发射，并且焊接激光束Y的发射可以停止，而照明激光束L在特定时段内被发射，以便避免干涉的影响。

另外，该实施方式还提供了用于二次电池焊接工序的监测方法。

根据实施方式的监测方法是用于二次电池焊接工序的监测方法，其中，当具有中心孔2b的电极组件2安置在下罐3上时，电极组件2的电极接头2a被焊接到下罐3的内部底表面。监测方法包括电极组件安置工序、夹具安置工序、焊接工序和感测工序。

在电极组件安置工序期间，电极组件2安置在下罐3内侧，使得电极接头2a被放置在中心孔2b内。也就是说，如图11和图12所示，电极组件2安置在下罐3内，使得电极组件2向上暴露。这里，电极组件2的电极接头2a和下罐3的内部底表面彼此接触，并且电极接头2a和下罐3彼此接触的点在形成在电极组件2的中心处的中心孔2b中向上暴露。

如上所述，当电极组件2被设置的同时被安置在下罐3上时，执行夹具容纳工序，其中，包括具有管状的插入部分的夹具被安置成使得插入部分进入中心孔，然后进行焊接工序。

在焊接工序期间，焊接激光束Y经由聚焦透镜30从插入部分的孔上方发射到插入部分的孔中，并且因此，电极接头2a与下罐3之间的接触点被焊接。

对于在焊接工序期间发射的焊接激光束Y，期望经由聚焦透镜30聚焦在焊接点上或略高于焊接点(+散焦状态)。然而，在发射期间，焊接激光束Y被发射成使得不损坏电极组件2。这里，为了保护电极组件2免受焊接激光束Y的影响，夹具10可以具有如下结构，其中，底座部分11联接到插入部分12的上端，如上所述。

而且，执行感测工序以在焊接期间或在焊接之后检查焊接状态。在感测工序期间，照明激光束L经由聚焦透镜30发射到中心孔2b中。图像传感器40可以接收反射的照明激光束L并且光学地检查焊接质量。

图像传感器40可以计算和处理关于所接收的照明激光束L的数据并且将关于焊接部分的信息提供为图像。所提供的图像被发送到单独的显示设备，或者被转换成数字信号等，然后被发送到控制整个生产工序的操作员或中央计算机。

这里，在感测工序期间发射的照明激光束L像焊接激光束Y一样从中心孔2b的上侧垂直发射，使得照明激光束L可以检查电极组件2内侧的焊接点。

同时，本发明的监测方法可以仅由焊接激光照射装置50而不由照明激光照射装置60执行。也就是说，当在将具有中心孔2b的电极组件2安置在下罐3上之后执行焊接时或在焊接完成之后，焊接激光束Y可以通过降低和转换其输出以匹配照明激光束L的输出而用作照明激光束L。

在这种情况下，不需要单独的照明激光照射装置60，并且仅利用一个焊接激光照射装置50进行监测是可能的。

在具有上述配置的本发明中，电极接头2a的焊接在下罐3的内侧进行，因此可以提高外观质量。而且，当执行电极接头2a的焊接时，照明激光束L以与焊接激光束Y相同的方式垂直地发射，因此，可以更清楚地检查和监测焊接状态。

另外，在本发明中，焊接激光束Y可以通过调整焊接激光照射装置50的输出来用作照明激光束L，而不使用单独的照明激光照射装置60。因此，焊接设备可以以更紧凑的尺寸制造，并且其结构可以简化。

尽管通过具体实施方式和附图描述了本发明，但是本发明不限于此，并且在本发明的技术思想和所附权利要求的等同范围内，本发明所属领域的技术人员可以进行各种改变和修改。

[符号的描述]

2：电极组件3：下罐

10：夹具11：底座部分

12：插入部分13：孔

20：激光照射设备30：聚焦透镜

40：图像传感器50：焊接激光照射装置

51：焊接激光振荡器52：第一准直器

53：第一分色镜54：第一光绝缘体

60：照明激光照射装置61：照明激光振荡器

62：第二准直器63：第二分色镜

64：第二光绝缘体

Claims (33)

1.一种用于二次电池的焊接设备，其中，当具有中心孔的电极组件被安置在下罐上时，所述电极组件的电极接头通过所述焊接设备被焊接到所述下罐的内部底表面，所述焊接设备包括：

夹具，所述夹具包括插入部分和底座部分，所述插入部分具有管状和能够进入所述电极组件的所述中心孔的直径，所述底座部分具有扩大的直径以在所述插入部分的端部上形成圆盘形状；以及

激光照射设备，所述激光照射设备被配置成将激光束发射到所述插入部分的孔中，

其中，在所述电极组件被安置在所述下罐上使得所述电极接头被放置在所述中心孔内的状态下，在所述激光束在穿过所述夹具的所述插入部分的所述孔之后被发射到所述下罐的所述内部底表面与所述电极接头之间的接触点时，执行焊接。

2.根据权利要求1所述的焊接设备，其中，所述下罐具有其下侧被所述内部底表面封闭并且顶侧开口的圆筒形形状，并且

所述底座部分的直径大于所述下罐的直径，使得当所述插入部分插入到安装至所述下罐的所述电极组件的所述中心孔中时，所述底座部分被安置在所述下罐上方。

3.根据权利要求2所述的焊接设备，其中，当所述底座部分在所述夹具的所述插入部分使所述电极接头与所述下罐的所述内部底表面紧密接触的情况下被安置在所述下罐上方时，所述插入部分的高度(h)为5mm或更小，并且形成在所述插入部分中的所述孔的内径在从0.25mm至1.5mm的范围内。

4.根据权利要求2所述的焊接设备，其中，当所述底座部分在所述夹具的所述插入部分使所述电极接头与所述下罐的所述内部底表面紧密接触的情况下被安置在所述下罐上方时，所述插入部分的高度(h)为5mm或更小，并且形成在所述插入部分中的所述孔的内径在从0.53mm至1.5mm的范围内。

5.根据权利要求2所述的焊接设备，其中，所述下罐的高度(h)和直径(d)被确定，从而使得通过将所述高度(h)除以所述直径(d)获得的值在0.35至0.6的范围内。

6.根据权利要求2所述的焊接设备，其中，沿着所述插入部分的纵向方向形成的所述孔具有如下形状：其中，直径在形成所述底座部分的一侧上最大，并且在远离所述底座部分的方向上逐渐减小。

7.根据权利要求2所述的焊接设备，其中，所述底座部分具有如下形状：所述底座部分在边缘部分处具有相对较高的高度，并且在朝向中心的孔的方向上逐渐降低。

8.根据权利要求2所述的焊接设备，其中，所述底座部分在侧表面上具有凹槽，使得当所述插入部分进入所述中心孔时，所述下罐的上端插入所述凹槽中。

9.根据权利要求2所述的焊接设备，其中，所述插入部分具有当所述插入部分进入所述中心孔时，所述电极接头能够与所述下罐的所述内部底表面紧密接触的长度。

10.根据权利要求2所述的焊接设备，其中，所述夹具由金属材料制成。

11.根据权利要求10所述的焊接设备，其中，所述底座部分的面向所述电极组件的底表面以及所述插入部分的表面涂覆有用于绝缘电的绝缘层。

12.根据权利要求11所述的焊接设备，其中，所述绝缘层由具有比所述夹具低的热导率的材料制成。

13.根据权利要求1所述的焊接设备，其中，所述激光束以散焦状态发射，在所述散焦状态中，在所述激光束到达所述下罐的所述内部底表面与所述电极接头之间的所述接触点之前形成焦点。

14.一种用于二次电池的焊接方法，其中，当具有中心孔的电极组件被安置在下罐上时，所述电极组件的电极接头通过所述焊接方法被焊接到所述下罐的内部底表面，所述焊接方法包括如下步骤：

电极组件安置工序，所述电极组件安置工序将所述电极组件安置在所述下罐上使得所述电极接头被放置在所述电极组件的所述中心孔内；

夹具安置工序，所述夹具安置工序将夹具安置在所述电极组件上方使得插入部分进入所述中心孔，所述夹具包括具有圆盘形状的底座部分和从所述底座部分垂直延伸并具有管状的所述插入部分；以及

焊接工序，所述焊接工序将激光束发射到所述插入部分内侧的孔中并将所述电极接头焊接到所述下罐的所述内部底表面。

15.根据权利要求14所述的焊接方法，其中，在所述焊接工序期间发射的所述激光束是具有IR波长的脉冲激光束。

16.根据权利要求14所述的焊接方法，其中，所述插入部分的端部在所述夹具安置工序期间，使所述电极接头与所述下罐的所述内部底表面紧密接触。

17.根据权利要求14所述的焊接方法，其中，当所述底座部分在所述夹具的所述插入部分使所述电极接头与所述下罐的所述内部底表面紧密接触的情况下被安置在所述下罐上方时，所述插入部分的高度(h)为5mm或更小，并且形成在所述插入部分中的所述孔的内径在从0.25mm至1.5mm的范围内，并且

所述下罐的所述内部底表面和所述电极接头在所述焊接工序中被焊接，使得在一个点处形成焊接区域。

18.根据权利要求14所述的焊接方法，其中，当所述底座部分在所述夹具的所述插入部分使所述电极接头与所述下罐的所述内部底表面紧密接触的情况下被安置在所述下罐上方时，所述插入部分的高度(h)为5mm或更小，并且形成在所述插入部分中的所述孔的内径在从0.53mm至1.5mm的范围内，并且

所述下罐的所述内部底表面和所述电极接头在所述焊接工序中被焊接，使得在多个点处形成焊接区域。

19.根据权利要求14所述的焊接方法，其中，所述下罐的高度(h)和直径(d)被确定，从而使得通过将所述高度(h)除以所述直径(d)获得的值在0.35至0.6的范围内。

20.根据权利要求14所述的焊接方法，其中，在所述焊接工序期间，所述激光束以散焦状态发射，在所述散焦状态中，在所述激光束到达所述下罐的所述内部底表面与所述电极接头之间的接触点之前形成焦点。

21.根据权利要求20所述的焊接方法，其中，在所述焊接工序期间，所述激光束的所述焦点形成在所述插入部分的最上端和最下端内的三分之一点至三分之二点之间。

22.根据权利要求20所述的焊接方法，其中，在所述焊接工序期间发射的所述激光束是准连续波激光、脉冲激光或CW调制激光中的一种。

23.一种用于二次电池焊接工序的监测设备，其中，当具有中心孔的电极组件安置在下罐上时，所述电极组件的电极接头被焊接到所述下罐，所述监测设备包括：

夹具和激光照射设备，所述夹具设置有插入部分，所述插入部分具有管状和能够进入所述电极组件的所述中心孔的直径，所述激光照射设备被配置成将激光束发射到所述插入部分的孔中，

其中，所述激光照射设备包括：

焊接激光照射装置，所述焊接激光照射装置被配置成经由聚焦透镜将焊接激光束发射到所述插入部分的所述孔中，以在所述电极组件被安置在所述下罐内侧使得所述电极接头被放置在所述中心孔内的状态下焊接所述电极接头与所述下罐之间的接触点；

照明激光照射装置，所述照明激光照射装置被配置成经由所述聚焦透镜将照明激光束发射到所述插入部分的所述孔中；以及

图像传感器，所述图像传感器被配置成接收反射的照明激光束，

其中，所述焊接激光束和所述照明激光束从所述中心孔的顶侧垂直发射。

24.根据权利要求23所述的监测设备，其中，所述焊接激光束从第一分色镜反射并且穿过所述聚焦透镜，并且所述照明激光束从第二分色镜反射并且穿过所述聚焦透镜。

25.根据权利要求24所述的监测设备，其中，所述第一分色镜和所述第二分色镜中的每一个被设置成使得所述激光束的一部分从所述第一分色镜和所述第二分色镜中的每一个中反射，且所述激光束的另一部分透射穿过所述第一分色镜和所述第二分色镜中的每一个，

其中，所述焊接激光束从所述第一分色镜反射并发射到所述聚焦透镜，并且所述照明激光束透射穿过所述第一分色镜并且被发射到所述聚焦透镜。

26.根据权利要求25所述的监测设备，其中，所述照明激光束的从焊接点反射的光源透射穿过所述第一分色镜并且然后透射穿过所述第二分色镜，并且到达所述图像传感器。

27.根据权利要求24所述的监测设备，其中，所述焊接激光照射装置包括：

焊接激光振荡器，所述焊接激光振荡器被配置成发射所述焊接激光束；

第一光绝缘体，所述第一光绝缘体被配置成使得从所述焊接激光振荡器发射的所述焊接激光束在沿前进方向移动时被允许从所述第一光绝缘体穿过，但在返回时被阻挡；以及

第一准直器，所述第一准直器被配置成使得已经穿过所述第一光绝缘体的所述焊接激光束在穿过所述第一准直器之后变成平行的。

28.根据权利要求24所述的监测设备，其中，所述照明激光照射装置包括：

照明激光振荡器，所述照明激光振荡器被配置成发射所述照明激光束；

第二光绝缘体，所述第二光绝缘体被配置成使得从所述照明激光振荡器发射的所述照明激光束在沿前进方向移动时被允许从所述第二光绝缘体穿过，但在返回时被阻挡；以及

第二准直器，所述第二准直器被配置成使得已经穿过所述第二光绝缘体的所述照明激光束在穿过所述第二准直器之后变成平行的。

29.根据权利要求23所述的监测设备，其中，所述照明激光束穿过所述聚焦透镜且具有比所述插入部分的所述孔的内径小的直径。

30.根据权利要求23所述的监测设备，其中，所述照明激光束的发射在所述焊接激光束被发射时停止，并且所述焊接激光束的发射在所述照明激光束被发射时停止。

31.根据权利要求23所述的监测设备，其中，所述夹具设置有底座部分，所述底座部分具有扩大的直径以在所述插入部分的端部上形成圆盘形状。

32.一种用于二次电池焊接工序的监测方法，其中，当具有中心孔的电极组件安置在下罐上时，所述电极组件的电极接头被焊接到所述下罐，所述监测方法包括如下步骤：

电极组件安置工序，所述电极组件安置工序将所述电极组件安置在所述下罐上，使得所述电极接头被放置在所述电极组件的所述中心孔内；

夹具安置工序，所述夹具安置工序安置夹具，所述夹具包括具有管状的插入部分，使得所述插入部分进入所述中心孔；以及

焊接工序，所述焊接工序经由聚焦透镜将焊接激光束发射到所述插入部分的孔，以焊接所述电极接头与所述下罐之间的接触点；以及

感测工序，所述感测工序利用图像传感器接收照明激光束，所述照明激光束经由所述聚焦透镜发射到所述插入部分的所述孔中并且然后被反射，

其中，所述焊接激光束和所述照明激光束从中心孔的顶侧垂直发射。

33.一种用于二次电池焊接工序的监测方法，其中，当具有中心孔的电极组件安置在下罐上时，所述电极组件的电极接头被焊接到所述下罐，所述监测方法包括如下步骤：

电极组件安置工序，所述电极组件安置工序将所述电极组件安置在所述下罐上，使得所述电极接头被放置在所述电极组件的所述中心孔内；

夹具安置工序，所述夹具安置工序安置夹具，所述夹具包括具有管状的插入部分，使得所述插入部分进入所述中心孔；以及

焊接工序，所述焊接工序经由聚焦透镜将激光束发射到所述插入部分的孔，以焊接所述电极接头与所述下罐之间的接触点；以及

感测工序，所述感测工序利用图像传感器接收从焊接点反射的激光束，

其中，在所述感测工序期间，所述激光束在其输出调整之后被发射到所述插入部分的所述孔，并且所述图像传感器接收所反射的激光束。