KR19990013976A - 각형 밀폐전지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 각형의 외장케이스의 개구부에 덮개체를 접합하고, 상기 덮개체와 개구부를 용접함으로서 만들어진 각형 밀폐전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 외장케이스는 개구부를 구비하고 상기 개부구의 외부 둘레에는 제 1 코너부가 형성되어 있으며, 외장케이스 내에는 격리판을 끼고 대향한 양극 및 음극을 갖는 발전요소가 수용되고, 상기 개구부의 단면은 상기 외장케이스의 제 1 코너부와 대응하는 제 2 코너부를 갖고 상기 외장케이스와의 접합부분이 레이저광으로 용접되는 금속으로 만든 덮개체에 의해 폐쇄되며, 상기 외장케이스의 제 1 코너부 및 상기 덮개체의 제 2 코너부의 상기 레이저광이 조사되는 외부 둘레면은 모두 동일한 각형부로 정형되어 있는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 각형의 외장케이스의 개구부에 덮개체를 접합하고 이 덮개체와 개구부를 용접함으로써 만들어지는 각형 밀폐전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 휴대용 OA 기기나 통신기기의 수요가 높아짐에 따라 그 전원이 되는 니켈 수소 2차 전지나 리튬 이온 2차전지 중에서도, 특히 소형화가 가능하고 상기 각 기기에 있어서 실장효율이 높은, 각형 밀폐전지의 요구가 높아지고 있다.
일반적으로 상기 각형 밀폐전지는 도 1에 도시한 바와 같이 개구부(3A)가 형성된 외장케이스(1A)를 갖고, 상기 외장케이스(1A)의 개구부(3A)에 덮개체(2A)를 접합하고, 이 접합부분을 레이저광(L)으로 조사하여 용접함으로써 기밀로 형성된다.
상기 레이저광(L)을 외장케이스(1A)의 옆쪽에서 조사하고 외장케이스(1A)와 덮개체(2A)의 접합부 부분에 주사시키는 경우, 상기 레이저광(L)의 주사방향을, 상기 외장케이스(1A)의 외부 둘레면에 대해서 동 도면에 도시한 X방향 및 Y방향으로 제어하도록 하고 있다.
그러나, 레이저광(L)을 외장케이스(1A)의 코너부(R)와 덮개체(2A) 코너부(r)의 처리가 곤란해진다. 즉, 레이저광(L)을 X방향과 Y방향으로 직선적으로 주사시키는 것 만으로는 외장케이스(1A)와 덮개체(2A)의 코너부(R,r)에서는 레이저광(L)의 입사가 외장케이스(1A) 및 덮개체(2A)의 외부 둘레면에 대해서 수직이 되지 않는다.
예를 들어, 상기 코너부(R,r)의 곡률반경을 2.0㎜ 정도로 하면, 도 2에 도시한 바와 같이 레이저광(L)의 조사방향과 코너부(R,r)의 접선(용접면을 포함)에 수직인 면이 이루는 각도(θ)가 최대 45도의 각도가 된다. 이 때 레이저광(L)의 조사면적이(1/cos 45。=)1.41배로 증가한다.
따라서, 레이저광(L)의 조사에너지 밀도(플루언스:J/㎠)가 용접면에 수직으로 입사하는 경우에 비해 약 40% 감소한다. 일반적으로 레이저 용접에서의 플루언스의 변화에 대한 가공시의 허용범위는 ±10%가 되고 있으므로 상기와 같은 조건에서는 용접부분의 용융의 깊이도 감소하기 때문에, 접합강도가 낮아지고 용접부분에 균열이 생기는 경우가 있다.
특히, 경량화를 도모하기 위해 외장케이스(1A)나 덮개체(2A)에 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 사용한 경우에는, 균열이 발생하기 쉬우므로 제품의 제조에서의 수율이 현저하게 저하된다. 양호하게 용접을 실시하는 데에는 cosθ＞0.9를 만족시킬 필요가 있고, 따라서 θ＜25。로 하는 것이 요망된다.
상기 외장케이스(1A)나 덮개체(2A)의 재료가 철이나 스텐레스인 경우에는 코너부(R,r)를 포함한 외장케이스 전체의 곡률반경을 1.0∼1.3㎜ 정도로 작게 함으로써 코너부(R,r)의 외부 둘레면에 대한 레이저광(L)의 조사각도의 치우침을 저하시키고, 접합강도가 저하되는 것을 방지하고 있었다.
그러나, 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 경우에는 코너부(R,r)의 곡률반경을 작게 하면, 그 코너부(R,r)에 응력이 집중하여 강성이 저하된다.
즉, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 자체의 강도가 저하되므로 코너부(R,r)의 곡률반경을 크게 할 필요가 있다. 그 때문에, 레이저광(L)의 조사각도의 편향이 커지고, 용접부분의 용융의 깊이도 감소하므로, 용접강도가 저하된다.
상기 코너부(R,r)에서, 레이저광(L)의 주사를 그 코너부(R,r)의 곡율에 따라서 구부러지게 하면 그와 같은 문제가 생기는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 레이저광(L)의 주사의 궤적을 코너부(R,r)을 따라서 구부러지도록 하면 그 제어가 복잡화되므로 주사장치의 비용상승을 초래하거나 덕트 타임이 길어지는 등의 문제가 있어 실용적이지 않다.
한편, 각형 밀폐전지의 외장케이스(1A)에서는 개구부(3A)에 평행인 단면이 장방형(코너부(R)가 반경을 가지고 있는 것도 포함)으로 형성되어 있고, 그 긴 변 부분(4A)과 짧은 변 부분(5A)의 판 두께(외장케이스를 구성하는 부재의 두께)는 동일해져 있었다.
그 때문에, 판 두께가 불충분한 경우에는 외장케이스(1A)의 강성이 낮아지므로, 2차 전지의 발전요소에 충전할 때, 전해액의 화학반응 때문에 가스가 발생하는 것으로 외장케이스(1)의 내압이 상승하면, 도 3에 실선의 화살표로 도시한 바와 같이 외장케이스(1A)의 긴 변 부분(4A)측의 내면이 팽창방향으로 가압 변형된다.
그에 의해, 코너부(R)에는 점선의 화살표로 도시한 바와 같이 굽힘 모멘트가 발생하므로, 그 굽힘 모멘트에 의해 짧은 변 부분(5A)측이 내측으로 변형되고, 외장케이스(1A)에 손상이 발생하는 경우가 있었다.
본 발명의 목적은 외장케이스와 덮개채를 용접할 때, 이 코너부에서 레이저광의 조사각도가 크게 변화하여 용융 양이 감소하는 것을 방지할 수 있도록 한 각형 밀폐 전지 및 그 제조법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 목적은 외장케이스의 내부압력의 상승에 기인하여 그 외장케이스가 잘 변형되지 않도록 한 각형 밀폐전지 및 그 제법을 제공하는 데에 있다.
도 1은 종래의 각형 밀폐전지의 사시도,
도 2는 도 1에서 도시한 코너부의 용접상태의 설명도,
도 3은 도 1에서 도시한 외장케이스의 내압이 상승하여 변형하는 상태를 도시한 설명도,
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태의 각형 밀폐전지의 일부 단면을 투시한 사시도,
도 5는 도 4에서 도시한 외장케이스의 사시도,
도 6은 도 4에서 도시한 외장케이스와 덮개체의 접합상태를 도시한 일부분의 단면도,
도 7은 도 4에서 도시한 코너부와 외장케이스의 긴 변 부분의 팽창량의 관계를 도시한 그래프,
도 8은 도 4에서 도시한 짧은 변 부분의 판 두께와 긴 변 부분의 팽창량의 관계를 도시한 그래프,
도 9는 도 5에서 도시한 Ⅸ-Ⅸ선을 따른 외장케이스의 단면도,
도 10은 도 5에서 도시한 외장케이스의 개구부 이외의 부분의 횡단면도,
도 11은 도 9에서 도시한 외장케이스의 코너부의 확대 단면도,
도 12는 제 2 실시형태의 각형 밀폐전지를 도시한 사시도,
도 13은 도 12에서 도시한 ⅩⅢ-ⅩⅢ선을 따른 단면도,
도 14는 본 발명의 제 3 실시형태를 도시한 용접부분의 설명도,
도 15는 제 3 실시형태의 변형예를 도시한 용접부의 설명도,
도 16은 용접시에 용융부가 부재의 바깥 가장자리에 도달한 상태에서의 응력의 발생을 도시한 설명도,
도 17은 용접시에 용융부가 부재의 바깥 가장자리에 도달하지 않은 상태에서의 응력의 발생을 도시한 설명도,
도 18은 각형 밀폐전지의 외관도,
도 19는 본 발명의 제 4 실시형태의 레이저 용접장치를 도시한 설명도,
도 20은 도 19에서의 펄스 레이저광의 출력과 용융 깊이의 관계를 도시한 그래프,
도 21a∼도 21e는 각각 다른 형상의 펄스파형의 설명도,
도 22는 각형 밀폐전지를 설명하기 위한 사시도,
도 23은 도 22에서 도시한 외장케이스와 덮개체의 용접부분의 단면도,
도 24a는 도 22에서 도시한 캡체와 폐쇄부재의 용접부분의 평면도,
도 24b는 도 22에서 도시한 캡체와 폐쇄부재의 용접부분의 단면도 및
도 25는 도 22에서 도시한 캡체를 외장케이스 내에 끼워 넣어 이를 용접할 때의 용접부분의 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1: 외장케이스 2: 덮개체
3: 개구부 6: 절연필름
7: 전극체 8: 음극
9: 격리판 10: 양극
11: 양극 리드 12: 음극단자
13: 스페이서 14: 주액구멍
15: 절연재 16: 음극리드
17: 상부 절연지 18: 슬릿
19: 하부 절연지 20: PTC소자
하나의 바람직한 실시형태에서, 본 발명에 의하면
각형 밀폐전지에 있어서,
개구부 및 그 개구부의 외부 둘레에 제 1 코너부를 갖는 금속으로 만든 외장케이스,
상기 외장케이스 내에 수납되고 격리판을 끼고 대향한 양극 및 음극을 갖는 발전요소,
상기 외장케이스의 상기 개구부의 단면에 접합됨과 동시에 상기 외장케이스의 제 1 코너부와 대응하는 제 2 코너부를 갖고 상기 외장케이스와의 접합부분을 레이저광으로 조사하여 용접되는 금속으로 만든 덮개체, 및
상기 발전요소에 전기적으로 접속된 전극소자를 구비하고,
상기 외장케이스의 제 1 코너부 및 상기 덮개체의 제 2 코너부의 상기 레이저광이 조사되는 외부 둘레면은 둘레 방향을 따라서 소정 각도로 기울어진 복수의 평면이 연이어 설치된 거의 동일한 형상의 각형부로 정형되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 4 내지 도 11은 본 발명의 제 1 실시형태를 도시하고, 상기 제 1 실시형태의 각형 밀폐전지는 도 1에 도시한 바와 같은 구조를 채용하고 있다. 즉, 각형 밀폐전지는 각형으로 상단면이 개구한 바닥이 있는 직사각형을 이루는 금속으로 만든 외장케이스(1)를 구비한다. 이 외장케이스(1)는 양극단자를 겸하고 있고 바닥부 내면에 절연필름(6)이 배치되어 있다.
발전요소인 전극체(7)는 외장케이스(1) 내에 수납되어 있다. 전극체(7)는 리튬이온 2차 전지의 경우에는 탄소질물질을 함유하는 활성물질이 표리양면에 도포된 알루미늄 박막의 음극(8)과, 다공성 폴리프로필렌시트인 격리판(9)과, 리튬니켈산화물이나 리튬코발트산화물 등을 함유하는 활성물질이 표리양면에 도포된 구리 박막의 양극(10)을, 양극(10)이 가장 바깥 둘레에 배치되도록 하여 나선 형상으로 감은 후, 편평형상(비원형)으로 정형하여 작성한 것이다.
상기 외장케이스(1)와 전극체(7)는 후술하는 덮개체(2)를 통하여 전기적으로 접속된다. 즉, 상기 양극(10)으로부터는 양극 리드(11)가 뻗어 나오고, 상기 양극 리드(11)는 덮개체(2)의 전극체(7)측의 면에 접합되어 있다. 덮개(2)에는 중심부근에 음극단자(12)의 관통구멍(도시하지 않음)이 설치되고, 상기 관통구멍으로부터 소정 크기만큼 떨어진 위치에는 전해액의 주액구멍(14)이 설치되어 있다. 상기 덮개체(2)와 상기 외장케이스(1) 내의 전극체(7)의 상단 사이에는 전기절연재로 이루어진 합성수지로 만든 스페이서(spacer)(13)가 설치되어 있다.
상기 덮개체(2)는 외장케이스(1) 상단의 개구부(3)에 용접 등으로 접합되어 있다. 덮개체(2)의 중심 부근으로부터 돌출한 음극단자(12)는 상기 관통구멍에 유리 또는 수지로 만든 절연재(15)를 통하여 용접밀폐되어 있다. 음극단자(12)의 하단면에는 음극리드(16)가 접속되고, 상기 음극리드(16)의 타단은 상기 음극(8)에 접속되어 있다.
상기 주액구멍(14)은 전해액을 외장케이스(1)내로 주입하여 내부를 채운 후에, 상기 덮개체(2)에 액밀로 용접된 금속판재로 이루어진 밀봉덮개(14A)에 의해 폐색된다.
또한, 덮개체(2)에 주액구멍(14)을 형성하지 않고, 전해액을 외장케이스(1) 내에 주입한 후에, 상기 외장케이스(1)의 상단개구를 덮개체(2)에 의해 밀봉하도록 해도 좋다.
여기에서 전해액은 리튬 이온 2차 전지의 경우에는 과염소산 리튬, 붕소화 리튬, 불화물리튬, 인불화물리튬 등의 전해질을 함유하는, 에틸렌탄산염, 프로필렌 탄산염 등의 유기용매이다.
밀봉덮개를 포함하는 덮개체(2)의 외표면 전체는 상부 절연지(17)에 의해 피복된다. 외장케이스(1)의 내부 바닥면에는 슬릿(18)을 갖는 하부 절연지(19)가 배치되어 있다.
둘로 접힌 PTC(Positive Thermal Coefficient)소자(20)는 한쪽면이 외장케이스(1)의 바닥면과 하부 절연지(19)의 사이에 끼워지고, 다른쪽면이 슬릿(18)을 통과하여 하부 절연지(19)의 바깥쪽으로 뻗어나가 있다.
외장 튜브(21)는 외장케이스(1)의 측면으로부터 상부 절연지(17)와 하부 절연지(19)의 주변까지 뻗어 나가도록 배치되고, 상부 절연지(17) 및 하부 절연지(19)를 외장케이스(1)에 고정시키고 있다. 이와 같은 외장튜브(21)의 배치에 의해, 외부로 뻗어나간 PTC 소자(20)의 상기한 다른쪽면이 하부 절연지(19)의 바닥면을 향해 구부러져 있다.
상기 덮개체(2)는 레이저 용접을 사용하여 각형의 외장케이스(1)의 개구부(3)에 기밀로 용접된다. 덮개체(2)를 레이저 용접하여 각형의 외장케이스(1)에 고정하는 방법은, 용적 효율을 저하시키지 않고, 각형의 외장케이스(1)의 개구부(3)를 폐쇄할 수 있으므로 실용화가 이루어져 있다.
외장케이스(1)는 상기의 발전요소를 수납한 후에 덮개체(2)가 접합되는 개구부(3)가 단면이 평행한 장방형이고, 긴변 부분(4)의 판 두께를 0.5㎜, 짧은 변 부분(5)의 판 두께를 0.7㎜로 하고 있다. 외장케이스(1)는 예를 들어 0.05중량% 이하의 Mg 및 0.2중량% 이하의 Cu를 포함하는 알루미늄계 금속으로 형성되어 있다.
그에 의해, 레이저 용접이 이루어진 후의 냉각고화가 일어나도, 응고점에서의 균열이 억제된다. 구체적으로는 알루미늄 합금의 일본공업규격(JIS)A-3003,3004,1050,1100,1200 등이 바람직하다. 이 재료를 상기 판두께가 되도록, 디이프 드로오잉이나 냉간충격가공이라는 프레스 가공에 의해 외장케이스(1)의 형상을 형성한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 상기 덮개체(1)는 각형의 박판형상으로 주변부에 0.3㎜ 단차(2a)가 설치되고 이 단차(2a)를 외장케이스(1)의 개구부(3)의 상단면에 접합시키고 있다. 상기 단차(2a)의 외부둘레면은 외장케이스(1)의 외부 둘레면과 면이 일치하도록 설정되어 있다. 덮개체(2)는 0.8㎜ 이상이고, 바람직한 것은 0.9∼1.5㎜의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 0.8㎜ 미만에서는 강도가 저하하기 때문이다.
외장케이스(1)의 개구부(3)에 덮개체(2)를 접합하면 외장케이스(1)와 덮개체(2)의 접합부(용접면)에 YAG 레이저로부터의 레이저광(L1)을 조사하고 도 5에 도시한 점선의 화살표 방향을 따라서 주사시킨다. 레이저광(L1)의 집속직경(레이저 스폿직경)은 0.4∼0.5㎜로 한다.
그렇게 함으로써 접합부에 대해서 용융직경이 0.8㎜ 정도의 용융부를 연속적으로 형성하는 심 용접을 실시하고, 외장케이스(1)를 덮개체(2)로 밀폐한다. 이 때의 조건으로서는 YAG 레이저(파장:1.06㎛)는 반복 주기가 20∼30㎐, 펄스폭이 3∼5ms, 이동(주사)속도가 5∼10㎜/s, 오버랩율이 70∼80%로 했다. 또한, 용접부에 질소가스를 분사하면서 용접함으로서 용접시에 외장케이스(1)의 구성부재가 산화함으로써 생기는 기포의 발생을 방지하고 있다.
또한, 레이저광(L1)으로서 YAG레이저를 사용한 것은 파장이 탄산가스레이저 보다도단파장이므로, 알루미늄이나 그 합금에 대한 반사율이 탄산가스레이저에 비해 작고, 보다 효율이 좋은 용접이 가능하기 때문이다. 그리고, 상기 레이저광(L1)은 레이저 발진기로부터 광섬유를 지나 렌즈(모두 도시하지 않음)에서 접합부로 집광된다. 이 레이저광(L1)의 광축은 접합부에 대해서 수직으로부터 20°의 허용범위로 설정되어 용접을 한다. 여기에서는 상기 렌즈가 외장케이스(1)의 긴 변부분(4) 및 짧은 변 부분(5)의 접합부에 대해서 일정한 각도 및 거리를 유지하도록 하여 주사된다.
내부의 압력에 의해 잘 변형되지 않고 고중량화를 초래하지 않는 외장케이스(1)의 형상을 설정할 때, 발명자는 실험을 하여 이하에 설명하는 도 7과 도 8에 도시한 바와 같은 결과를 얻었다. 이 실험의 기준이 된, 외장케이스(1)의 크기예를 표 1에 나타낸다. 또한, 이 표에서는 「폭」은 긴 변 부부(4)의 길이이고, 「두께」는 짧은 변 부분(5)의 길이이며, 「높이」는 외장케이스(1)의 바닥부로부터 덮개체(2)와의 접합부까지의 길이이다.
이 기준크기의 외장케이스를 사용하여 도 5에 도시한 코너부(R)과 외장케이스(1)의 긴 변부분(4)의 팽창량의 관계를 구한 결과를 도 7에 도시한다. 외장케이스(1)의 내부의 압력은 0.1913MPa(대기압 +0.09MPa)로 하고, 팽창량은 대기압인 0.1013MPa일 때의 외장케이스(1)의 형상을 기준으로 하여, 도 7에 도시한 긴 변 부분(4)의 바깥쪽으로의 최대 변위량으로 정의되는 것으로 한다. 상기 도 7로부터 코너부(R)의 곡률반경을 크게 하면 팽창량은 감소하고, 외장케이스(1)의 변형을 결과적으로 억제할 수 있는 것을 알 수 있다. 동시에, 외장케이스(1)의 표면적도 감소하므로 중량도 감소한다는 이점도 있다.
다음에 상기 기준크기의 외장케이스(1)를 사용하여, 짧은 변 부분(5)의 긴 변 부분(4)의 팽창량과의 관계를 구한 결과를 도 8에 도시한다. 여기에서도 외장케이스(1)의 내부의 압력은 0.1913MPa로 하고, 팽창량은 대기압인 0.1013MPa일 때의 외장케이스(1)의 형상을 기준으로 하고, 도 8에 도시한 긴 변 부분(4)의 외측으로의 최대변위량으로 정의되는 것으로 한다.
도 8로부터 예를 들어 짧은 변 부분(5)의 판 두께를 0.5㎜에서 0.7㎜으로 증가시키면, 긴 변 부분(4)의 팽창량이 약 20% 감소하는 것을 알 수 있다. 그리고 이 경우에는 표 1에 나타낸 크기에 있어서 외장케이스(1)의 전체의 중량이 4.5g에서 4.6g와 0.1g만큼의 증가로 억제할 수 있었으므로, 발전요소 등을 포함하는 전지전체에서의 경량화에도 기여한다.
또한, 실제의 제품으로서는, 짧은 변 부분(5)(외장케이스(1)의 두께)의 8% 정도가 긴 변 부분(4)(외장케이스(1)의 폭)의 팽창량으로서 허용되어 있으므로, 두께가 커질수록 짧은 변 부분(5)의 판 두께도 작아도 된다. 따라서, 별지의 표 2와 같은 짧은 변 부분(5)의 판두께가 긴 변 두께부(4)의 판 두께보다도 커져 있는 크기를, 적절한 예로서 들 수 있다.
그리고, 본 실시형태에서는 개구부(3)에서는 코너부(R)의 곡률반경을 외장케이스(1)의 팽창억제의 이유로부터 커져 있으므로, 본 명세서 중의 ［종래의 기술］에서 설명한 바와 같이, 용접부로의 레이저광(L1)의 입사각도가 커지고 덮개체(2)와 개구부(3)의 용접부가 불량이 될 가능성이 높다.
따라서, 외장케이스(1)는 코너부(R)에서의 곡률을 크게 취함으로써 강성을 높임과 동시에, 외장케이스(1)의 높이 방향에서의 개구부(3)의 외부 둘레면을 각형부(Q)로 정형하면, 덮개체(2)와의 용접도 불량이 억제된다고 생각된다. 또한, 덮개체(2)의 코너부(r)도, 당연히, 외장케이스(1)의 코너부(R)와 동일한 형상의 각형부(q)에 형성되어 있다.
여기에서, 각형부(Q,q)는 코너부(R,r)보다도 작은 곡률반경을 가지고 있는 부분이 있으면 충분하다. 중요한 것은 어떻게 하여 용접부분에 대한 레이저광의 입사각을 직각으로 근접할 수 있는가를 목적으로 하고 있기 때문이다.
상기 각형부(Q,q)는 도 11에 도시한 바와 같이, 각 코너부(R,r)의 외부 둘레면에, 2개의 평면부(17a,17b)를 긴 변과 짧은 변에 대해서 각도(θ)로 연이어 설치하여 형성되어 있다.
도 9는 도 5의 Ⅸ-Ⅸ선을 따른 외장케이스(1)의 개구부(3)의 단면도이고, 개구부(3)의 외부 둘레면에 각형부(Q)가 형성되어 있다. 긴 변부분(4)의 판두께를 a로 하고, 짧은 변 부분(5)의 판 두께를 b로 하면, 상술한 바와 같이 외장케이스(1)의 내압에 의한 팽창을 억제하기 위해 a＜b로 되어 있다. 사선부는 각형부(Q)를 가진 개구부(3)의 단면이고, 점선부가 곡율을 가진 코너부(R)를 갖는 외장케이스(1)의 개구부(3) 이외의 부분의 단면이다. 외장케이스(1)의 개구부(3) 이외의 부분의 단면 형상을 도 10에 도시한다.
상기 각형부(Q)를 형성할 때, 도 9에 도시한 바와 같이 긴 변 부분(4) 또는 짧은 변 부분(5)의 각형부(Q)가 이루는 각도(θ)를 15。로 했다. 여기에서 기하학적인 계산으로부터 도 11에 도시한 바와 같이 긴 변 부분(4) 및 짧은 변 부분(5)과 각형부(Q)의 평면(17a,17b)이 이루는 각도를 θ로 했다. 각도(θ)는 각 평면(17a,17b)에 대해서 도면 중 파선으로 도시한 수직인 면(18)과 각 평면(17a,17b)에 입사하는 레이저광(L)이 이루는 각도와 동일해지고 있다.
그렇게 하면, 주요부를 확대한 도 11에 도시한 θ를, 본 명세서 중의 ［종래의 기술］에서 설명한 조건인 θ＜25。, 즉 cosθ＞0.9로 하도록 설정하여 용접을 실시하는 것이 가능해진다.
상기 각도(θ)를 15。로 하여 상기 판 두께의 조건에서 각형부(Q,q)를 가공하고 외장케이스(1)와 덮개체(2)를 150 군데 용접한 경우, 균열의 발생은 0개였다. 이에 대해서 외장케이스(1)와 덮개체(2)의 각형부(Q,q)를 형성하지 않고 용접한 경우에는 모든 것에 균열이 발생했다.
상기 각형부(Q,q)는 디이프 드로오잉 등의 프레스 가공에 의해 형성된다. 즉, 외장케이스(1)와 덮개체(2)를 형성한 후, 이 코너부(R,r)를 금형에 의해 프레스 가공하여 상기 각형부(Q,q)가 형성된다. 또한, 각형부(Q,q)의 형성방법은 프레스 가공이 한정되지 않고 모서리 깎기 가공에 의해 형성해도 좋다.
이 때, 레이저광(L)에 의한 덮개체(2)와 개구부(3)의 용접조건을 일정하게 유지하기 위해, 개구부(3)에서는 긴 변 부분(4)과 짧은 변 부분(5)의 두께의 관계를 상술한 바와 같이 하여 a＜b로 하지 않고, a=b로 해도 좋다.
외장케이스(1)의 높이 방향에 있어서, 개구부(3)가 차지하는 비율은 적으므로, 개구부(3)에 한정하면, 긴 변 부분(4)과 짧은 변 부분(5)에서 동일한 판 두께로 프레스 가공해도 외장케이스(1)의 내압성에는 거의 지장이 없다.
상기 외장케이스(1)와 덮개체(2)를 알루미늄 합금으로 형성하는 경우, 그 재료로서는 외장케이스(1)와 덮개체(2)를 각각 구성하는 알루미늄 합금에서의 Mg(마그네슘)의 함유량을 더하여 둘로 나눈 평균값이 1.0wt% 이하이고, 또한 외장케이스(1)에 포함되는 Mg의 함유량이 덮개체(2)에 포함되는 양 보다도 커지도록, 이들의 재질이 설정된다.
알루미늄 합금에서는 Mg의 함유량을 많게 하면, 인장강도를 높게 할 수 있다. 예를 들어, Mg의 함유량이 2.8중량%이면 인장강도는 285∼290N/㎟가 된다.
한편, Mg의 비점은 약 1100℃이고, 알루미늄의 비점 2500℃에 비해 낮다. 그 때문에, 용접시에는 Mg이 선택적으로 기화하고 스플래쉬(sprash)의 발생이나 용접부에 기공이 생성되어 용접품질의 저하를 초래하는 경우가 있었다.
그래서, 상술한 바와 같이 외장케이스(1)와 덮개체(2)에 포함되는 Mg의 양을 규제함으로써 용접품질을 향상시킬 수 있고, 또한 외장케이스(1)에 포함되는 양을 덮개체(2)에 포함되는 양보다도 크게 함으로써, 외장케이스(1)에 필요한 강도를 가져오게 하는 것도 가능해진다.
이하, 실험결과에 대해서 설명한다.
실험 1에서는 외장케이스(1)에, Mn:1.0∼1.5중량%, Si:0.6중량% 이하, Fe:0.7중량% 이하, Cu: 0.25 중량% 이하, Mg:0.8∼1, 3중량% 이하의 알루미늄 합금을 사용하고, 덮개체(2)에는 Mn:1.0∼1.5중량%, Si:0.6중량% 이하, Fe:0.7중량% 이하, Cu:0.25중량 이하, Mg:0.05 중량% 이하의 알루미늄 합금을 사용했다.
그리고, 외장케이스(1)와 덮개체(2)의 접합부를 레이저광(L)으로 용접한 바, 용접부의 Mg 농도는 약 0.4∼0.65중량%가 되고, 균열이 발생하지 않는 용접을 실시할 수 있었다.
실험 2에서는 외장케이스(1)에, Mn:1.0∼1.5중량%, Si:0.3 중량% 이하, Fe:0.7 중량% 이하, Cu: 0.25 중량% 이하, Mg:0.8∼1.3 중량% 이하의 알루미늄 합금을 사용하고, 덮개체(2)에는 Mn:0.05중량% 이하, Si:0.25중량% 이하, Fe:0.4중량% 이하, Cu:0.05중량% 이하, Mg:0.05중량% 이하의 알루미늄 합금을 사용했다.
그리고, 외장케이스(1)와 덮개체의 접합부를 레이저광(L)로 용접한 바, 용접부의 Mg 농도는 약 0.4∼0.65중량%가 되고, 이 경우에도 균열이 발생하지 않는 용접을 실시할 수 있었다.
실험 3에서는 외장케이스(1)에, Mn:0.8∼1.4중량%, Si:0.6중량% 이하, Fe:0.8중량% 이하, Cu:0.25 중량% 이하, Mg:0.8∼1, 3중량% 이하의 알루미늄 합금을 사용하고, 덮개체(2)에는 Mn:1.0∼1.5중량%, Si:0.6중량% 이하, Fe:0.7중량% 이하, Cu: 0.25중량% 이하, Mg:0.05중량% 이하의 알루미늄 합금을 사용했다.
그리고, 외장케이스(1)와 덮개체(2)의 접합부를 레이저광(L)으로 용접한 바, 용접부의 Mg농도는 약 0.4∼0.65중량%가 되고, 균열이 발생하지 않는 용접을 실시할 수 있었다.
또한, 외장케이스(1)의 강도향상을 도모하기 위해, 외장케이스(1)를 형성하는 알루미늄 합금에 포함되는 Mg의 함유량을 상술한 각 실험 보다도 많게 해도 좋고, 그 함유량이 1.9중량% 이하이면, 용접 결함을 초래하지 않고 외장케이스(1)의 강도향상을 도모할 수 있는 것이 확인되었다.
도 12와 도 13은 본 발명의 제 2 실시형태이다. 상기 제 2 실시형태에서는 외장케이스(1) 중 개구부(3)의 코너부(R)의 내부둘레면의 곡률반경이 외장케이스(1)의 다른 부분에 비해 작게 형성되어 있다. 즉, 도 13에서 파선으로 도시한 형상은 외장케이스(1)의 개구부(3) 이외의 내부 둘레면의 형상이고, 실선으로 도시한 형상은 개구부(3)의 내부 둘레면의 형상을 도시하고 있다.
그리고, 상기 코너부(R)의 외부 둘레면 및 상기 코너부(R)에 대응하는 덮개체(2)의 코너부(r)에는 각각 상기 제 1 실시형태와 동일한 각형부(Q,q)가 형성되어 있다.
도 13이 외장케이스(1)의 개구부(3)의 단면을 도시하고, 상기 개구부(3)의 각형부는 긴 변 부분(4)과 짧은 변 부분(5)측이 이루는 각도(θ)는 상술한 조건인 θ＜25。를 만족하고 있다.
따라서, cosθ＞0.9로 하도록 설정하며, 양호하게 용접을 실시하는 것이 가능해진다.
상기 각형부(Q)는 디이프 드로오잉 등의 프레스 가공에 의해 형성된다. 즉, 외장케이스(1)를 형성한 후에 압출 프레스 가공에 의해 형성된다. 상기 실시형태에서도 긴 변 부분(4)측의 두께(a)와, 짧은 변 부분(5)측의 두께(b)의 관계는 a＜b이지만, a=b로 해도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는 용접에는 펄스 발진의 레이저광을 사용했지만, 연속 발진(CW:Continuous Wave)의 레이저광을 사용해도, 조사 에너지를 용접에 적당한 값으로 설정하면 동일한 효과가 얻어진다.
또한, 상기 각 실시형태에서는 리튬이온 2차전지를 예로 하여 각형 밀폐전지용 외장케이스(1)에 적용한 경우를 도시했지만, 니켈 수소 2차전지 등의 다른 종류의 2차 전지이어도 좋고, 또한 강성을 높인다는 본 발명의 효과로부터 1차 전지에도 적용 가능하다.
다음에, 본 발명의 제 3 실시형태를 도 14 내지 도 18을 참조하여 설명한다. 각형 밀폐전지는 도 14에 도시한 바와 같이, 외장케이스(41)와 덮개체(42)의 밀폐용기구조로 형성되어 있다. 덮개체(42)에는 음극 전극(50)과 전해액의 주액구를 밀봉하는 밀봉 덮개(51)가 설치되어 있다.
도 14는 본 발명의 개요를 도시한 단면도이고, 각형 밀폐전지의 용접부를 도시한 단면도이다. 외장케이스(41)는 판두께가 0.6㎜이고, 개구단부에는 판 두께가 1㎜인 덮개체(42)가 덮개가 되도록 삽입되어 걸어 맞추어져 있다. 덮개체(42)는 각형의 박판형상으로 주변부에 0.3㎜의 단차가 설치되고, 외장케이스(41)와의 걸어 맞춤부에서는 외측의 단은 두께 방향의 단면이 외장케이스(41)의 외부면과 면이 일치되도록 설정되어 있다.
이 상태에서 외장케이스(41)와 덮개체(42)의 접합부(45)를 향해서, 집속직경(D) 0.45㎜인 YAG레이저광(L2)을 조사하여 접합부(45)에 용융직경(d) 0.8㎜의 용융부(44)를 연속적으로 형성하는 심 용접을 실시하고, 외장케이스체(41)를 덮개체(42)로 밀폐한다. 이 때, YAG레이저광(L2)은 반복하여 주기가 20∼30㎐, 펄스폭이 3∼5ms, 이동속도를 5∼10㎜/s로 했다. 또한, 용접부는 질소가스를 분사하여 용접산화에 의한 기포의 발생을 방지하고 있다.
즉, 용접시에 발생하는 균열을 방지하기 위해, 덮개체(42) 외측으로부터의 두께(t)는 0.3㎜로 했으므로, t＜d/2가 되고, 낮은 용융 에너지에서 가장자리부까지 용융부(44)가 형성되어 용접부의 균열이 잘 발생하지 않는 구조의 각형 밀폐전지가 얻어지는 것이다.
도 17에 도시한 바와 같이 용접부의 균열은 용융부(44)가 응고할 때의 체적수축에 의한 용접 경계부로의 응력집중에 의해 발생한다. 통상의 용접에서의 용융상태는 도 17과 같이, 용융부(44)는 양측 모두 바깥 가장자리부까지 용해하지 않는다. 응고시에는 용융부(44)의 좌우양측이 구속되므로 용융경계부에 화살표(A1,A2)로 도시한 방향으로 응력이 발생하여 균열을 일으킨다.
한편, 용융부(44)의 한쪽이 도 16에 도시한 바와 같이 판의 바깥 가장자리까지 도달하면, 용접경계부에 화살표(A1)로 도시한 응력이 발생하고, 응고시에는 한쪽이 구속되지 않고 자유롭게 된다.
그 결과 양측이 구속되어 있는 경우에 비해, 용접경계부에 발생하는 응력은 작아지므로 균열이 잘 발생하지 않는 것이 된다.
상기 실시태양에서는 도 14와 도 15에 도시한 바와 같이, 용융반경(d/2)을 덮개체(42)의 바깥 가장자리로부터의 용접부위의 두께(t) 또는 외장케이스(41)의 판 두께(t) 보다 크게 함으로써 판의 외부 가장자리까지를 용융시키고, 용융부(44)의 한쪽이 구속되지 않는 상태로 유지되고, 응고시의 용접경계부에 발생하는 응력을 완화했다.
또한, YAG 레이저광(L2)의 주사위치중심을 덮개체(42)와 외장케이스(41)의 접합부(45)에 일치시켰을 때 덮개체(42)와 외장케이스 체(41)에 YAG레이저광(L2)이 모두 조사되므로, 상기 실시형태에서는 예를 들어 YAG 레이저광(L2)의 스폿직경(D)을 D/2＜t로 하는 편이 바람직하다.
따라서, 적정한 용접 에너지 범위가 됨과 동시에, 레이저 조사 에너지의 변동에 대해서도 안정하게 가공을 실시할 수 있다.
또한, 레이저광의 발진원으로서 YAG 레이저를 사용한 것은 파장이 탄산가스레이저 보다도 단파장이므로, 알루미늄이나 그 합금에 대한 반사율이 탄산가스레이저에 비해 작고, 보다 효율 좋게 용접이 가능하기 때문이다.
또한, 별지 표 3은 덮개체(42)의 바깥 가장자리로부터의 용접부위의 두께와 그에 대응하는 적정한 용접 에너지의 범위와, 레이저 용접부의 균열 불량율의 관계를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
덮개체(42)의 바깥 가장자리로부터의 용접부위 두께(t)가 0.5㎜일 때에서는 균열이 발생하지 않고 용접할 수 있는 범위는 5.3∼5.8J(±5%)이다. 5.8J을 넘는 펄스 에너지는, 전극체에 열에 의한 손상을 주므로 부적당하다. 한편, 덮개체(42)의 바깥 가장자리로부터의 용접부위 두께(t)가 0.3㎜일 때에는 균열의 발생 없이 용접할 수 있는 범위는 4.8∼5.8J(±10%)이 되고, 조사에너지의 변동이 다소 있어도 안정성이 높은 용접이 가능해졌다. 용접부위의 용융직경이 0.8㎜이고, 레이저광(L2)의 수속직경이 0.45㎜이므로, 덮개체(2)의 바깥 가장자리로부터의 용접부위의 두께(t)가 0.3㎜일 때,
D/2＜t＜d/2
의 관계를 만족하고 용접부(44)가 캡체(42)의 바깥 가장자리에 닿게 된다.
또한, 캡체(2)의 바깥 가장자리로부터의 용접부위의 두께가 0.5＜일 때에는
d/2＜t
의 관계가 되므로, 용접부(44)가 덮개체(42)의 바깥 가장자리에 닿지 않아 균열이 발생하기 쉬워진다.
또한, 외장케이스(41)와 덮개체(42)의 접합관계를 종종 임의로 선택함으로써 그에 따라 접합면은 여러 종류의 방향이 된다. 도 15는 다른 실시형태를 도시한 것이고, 도 14에 도시한 실시형태에서는 외장케이스(41)와 덮개체(42)의 접합면을 외장케이스(41)의 개구방향과 직각방향에 설치한 것에 대해, 상기 실시형태에서는 접합면을 외장케이스(41)의 개구방향에 설치했다. 접합면의 방향이 다를 뿐이고, 도 14에 도시한 실시형태와 부호가 동일한 것은 동일 부분 또는 기능적으로 동일한 것을 나타내고 있으므로, 도 14에서 도시한 실시형태와 동일한 효과를 얻어진다.
또한, 본 실시형태에서는 레이저광(L2)은 펄스 레이저광을 사용했지만, 연속 발진(CW) 레이저 광을 사용해도 조사 에너지 가공에 적당한 값으로 설정하면 동일한 효과가 얻어진다.
또한, 본 실시의 형태에서는 리튬이온전지 등의 각형 밀폐 전지용 외장케이스(41)를 적용한 경우를 도시했지만, 구형 등의 전지의 외장케이스나 일반 가전제품이나 차량 등의 알루미늄 합금 재료로 만든 부품의 레이저 용접에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 그 밖에 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변형 실시할 수 있는 것을 물론이다.
도 19 내지 도 25는 본 발명의 제 4 실시형태를 도시한다.
도 19는 본 발명을 실시하기 위한 레이저 용접장치(61)를 나타내고, 상기 레이저 용접장치(61)는 펄스 레이저광(L3)을 발진 출력하기 위한 YAG 레이저 등의 레이저 발진기(62)를 구비하고 있다. 상기 레이저 발진기(62)에는 제어장치(63)가 접속되어 있고, 상기 제어장치(63)에 의해 발진 출력되는 펄스 레이저광(L3)의 펄스 파형이나 출력 피크값(P)을 설정 제어할 수 있도록 이루어져 있다.
상기 레이저 발진기(62)로부터 발진출력된 펄스 레이저광(L3)은 광섬유(64)에 도입된다. 상기 광섬유(64)로부터 사출된 펄스 레이저광(L3)은 집광렌즈(65)에 입사하고, 상기 집광렌즈(65)에서 집속되어 피용접 부재로서의 도 22에 도시한 각형 밀폐전지(71)를 조사하여 도시하지 않은 주사기구에 의해 10㎜/s의 전송속도에 의해 용접하도록 이루어져 있다.
피용접 부재에서의 펄스 레이저광(L3)에 의해 조사되는 용접부분에는, 도시하지 않은 펄스로부터 시일드(shield) 가스가 공급된다. 시일드 가스로서는 질소, 아르곤, 헬륨 등의 불활성 가스가 사용된다. 그에 따라, 피용접 부재의 용접부분에 산소에 의한 기포가 발생하는 것을 방지하도록 이루어져 있다.
상기 각형 밀폐전지(71)는 도 22에 도시한 바와 같이 외장케이스(72)와 덮개체(73)로 이루어지고, 덮개체(73)에 형성된 주액구(74)는 밀봉덮개(75)에 의해 폐쇄된다. 이 부품(72,73,75)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 의해 형성되어 있다. 이들 알루미늄 합금은 일본 공업 규격(JIS)A-3003,5052로 되도록 망간이나 마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금이다.
상기 외장케이스(72)와 덮개체(3)는 도 23에 도시한 바와 같이 상기 펄스 레이저광(L)에 의해 맞대어 용접되고, 상기 덮개체(73)와 밀봉덮개(75)는 도 24a, 도 24b에 도시한 바와 같이 겹쳐 맞추어져 용접된다. 이 예에서는 외장케이스(72)의 판 두께는 0.3∼0.5㎜, 덮개체(73)의 연결 부위에서의 판 두께도 0.3∼0.5㎜로 했다. 그리고, 덮개체(73) 자체의 판 두께는 1.0㎜로 하고, 밀봉덮개(75)의 판 두께는 0.2㎜로 했다.
상기 각형 밀폐전지(71)의 각 부품(외장케이스(72), 덮개체(73), 밀봉덮개(75) 등)을 용접할 때, 레이저 발진기(62)로부터 주파수 20㎐에서 발진 출력되는 펄스 레이저광(L3)은 제어장치(63)에 의해 출력의 피크값(P)과 펄스파형이 소정의 상태로 설정된다.
즉, 펄스 레이저광(L3)의 출력의 피크값(P)은 1×1010W/㎡이상의 값, 예를 들어 상기 실시형태에서는 2×1010W/㎡로 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 펄스 파형은 도 21a∼도 23e 중 어느 형상으로 설정된다. 그리고, 펄스광(L3)의 투입 에너지는 1펄스 당 3∼4J이고, 집속직경은 0.45㎜로 했다. 또한, 펄스 간격은 펄스폭 이상으로 했다.
앞에 서술한 바와 같이 용접시에 상기 각형 밀폐용기(71)의 각 부품을 충분한 깊이로 용융할 수 있도록 하는 데에는, 펄스 레이저광(L3)의 출력의 피크값(P)을 2×1010W/㎡ 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 여기에서는 용융직경은 0.8㎜로 했다. 도 20에는 알루미늄 또는 그 합금으로 이루어진 재료를 펄스 레이저광(L3)으로 용접하는 경우, 그 펄스 레이저광(L3)의 출력의 피크값과 용융깊이의 관계를 실험한 결과를 나타낸다.
도 20으로부터 알 수 있는 바와 같이, 펄스 레이저광(L3)의 피크값(P)이 1×1010W/㎡이상이 되면, 에너지 흡수율이 높아지고, 급격하게 용융 깊이가 커지는 것이 확인되었다. 따라서, 이 실시형태에서는 상술한 바와 같이 펄스 레이저광(L3)의 출력의 피크값(P)을 2×1010W/㎡로 설정함으로써, 용접부분을 소정의 용융강도를 얻는 데에는 충분한 깊이로 용융할 수 있었다.
펄스 레이저광(L)의 펄스 파형은 도 21a∼도 21e 중, 예를 들어 21a에 도시한 제 1 파형(W1)으로 설정된다. 상기 제 1 파형(W1)에 있어서, 발진되고 나서 출력이 피크값(P)에 도달할 때까지의 시간(t1)은 t1≤0.8ms이고, 제 1 파형(W1)에서는 0.7ms로 설정되어 있다. 펄스 레이저광(L)이 출력되고 나서 피크값(P)을 지나, 피크값(P)의 2분의 1값으로 저하될 때까지의 시간(t2)은 t2≤1.0ms로 설정되어 있다.
또한, 펄스 레이저광(L3)의 출력이 피크값(P)의 2분의 1의 값으로부터 0이 되기까지는 그 출력이 점진적인 감소, 즉 완만하게 감소하도록 설정되어 있다. 또한, 펄스폭(T)은 T≥2.0ms 이상, 상기 실시형태의 제 1 파형(W1)의 파형(W1)에서는 2.6ms로 설정되어 있다.
상기 제 1 파형(W1)의 펄스 레이저광(L3)을 용기본체(1)의 피용접부에 조사하면, 피크값(P)에 도달할 때까지의 시간이 0.8ms 이하로 짧다. 그 때문에, 각형 밀폐전지(71)의 재료가 알루미늄이나 그 합금이고, 열확산 속도가 빨라도 비교적 효율 좋게 용융할 수 있다. 즉, 시간(t1)을 t1≤0.8ms로 설정하면, 펄스 레이저광(L)의 출력의 피크값(P)을 2×1010W/㎡으로 설정한 것과 함께 피용접 부재를 국부적으로 효율 좋고, 충분한 용접깊이로 용접하는 것이 가능해진다.
펄스 레이저광(L3)이 발진되고 나서 그 출력이 피크값(P)에 도달하고 다음에 피크값(P)의 2분의 1의 출력이 될 때까지의 시간(t2)을 1.0ms 이하로 함으로써 (t2-t1)을 비교적 짧게 할 수 있으므로, 각형 밀폐전지(71)로의 입열량을 작게 할 수 있다. 그에 의해, 각형 밀폐전지(71)의 온도 상승을 억제할 수 있으므로, 상기 각형 밀폐전지(71) 내부에 불소 수지, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 저융점의 수지부재가 감겨진 양극 및 음극간의 격리판을 넣을 수 있다. 따라서, 예를 들어 리튬 이온 전지 등의 각형 밀폐전지를 구성하는 부품에 대한 용접에 적용한 경우에도, 상기 수지부재는 열 손상되지 않는다.
출력이 피크값(P)의 2분의 1이 되고 나서 0이 될 때까지는 그 출력을 완만하게 감소시키고 있다. 또한, 펄스폭(T)을 2.6ms로 설정함으로써, 펄스 레이저광(L)의 출력이 0에서 피크값(P)에 도달할 때까지의 시간(t1)인, 가열시간 보다도, 피크값(P)에서부터 0까지 저하할 때까지의 시간(T-t1)인 냉각 시간을 길게 할 수 있으므로, 피용접 부재의 냉각속도를 가열속도에 비해 완만하게 할 수 있다.
따라서, 각형 밀폐전지(71)의 피용접부는 용접후에 급냉되지 않으므로, 그 용접부분에 용접 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
다음에, 도 21b∼21e에 도시한 제 2 내지 제 5 펄스파형(W2∼W5)에 대해서 설명한다. 우선, 제 2 파형(W2)은 출력이 피크값(P)에 도달할 때까지의 시간(t1)이 0.5ms로 설정되고 상기 피크값(P)이 0.8ms까지 계속된다. 출력이 피크값(P)의 2분의 1로 저하할 때까지의 시간(t2)은 1.0ms에서 펄스폭(t)은 2.0ms으로 설정되어 있다.
제 3 파형(W3)은, 출력이 피크값(P)에 도달할까지의 시간(t1)이 0.8ms로 설정되고 그 피크값(P)의 2분의 1로 저하할 때까지의 시간(t2)은 1.0ms로 설정되어 있다.
펄스폭(T)은 3.0ms로 설정되어 있지만, 출력이 피크값(P)의 2분의 1에서 0으로 점진적으로 감소하는 과정을 1.0ms에서 2.0ms까지의 제 1 점진적인 감소부(D1)와, 2.0ms에서 3.0ms까지의 제 2 점직적인 감소부(D2)로 나누어져 있다. 제 1 점진적인 감소부(D1)는 제 2 점직적인 감소부(D2)에 비해 출력의 감소 속도가 완만하다. 그 때문에 피용접부재의 용접부분의 냉각속도를 한층 더 완만하게 할 수 있게 된다.
제 4 파형(W4)은 출력이 피크값(P)에 도달할 때까지의 시간(t1)은 0.8ms이지만, 그 전에 출력을 피크값(P)의 4분의 3정도까지 급격하게 상승시키고, 다음에 2분의 1보다도 약간 낮게 저하시키고 나서 피크값(P)으로 상승시키도록 하고 있다.
출력이 피크값(P)로부터 그 2분의 1로 저하할 때까지의 시간(t2)은 1.0ms이고, 그 후의 냉각과정은 제 3 파형(W3)과 동일, 제 1 점진적인 감소부(D1)와 제 2 점진적인 감소부(D2)로 나누어져 있다. 제 1 점진적인 감소부(D1)는 1.0ms에서 2.0ms까지의 1.0ms이고 제 2의 점진적인 감소부는 2.0ms에서 4.0ms의 2.0ms로 설정되어 있다. 또한, 펄스폭(T)은 4.0ms로 설정되어 있다.
제 5 파형(W5)은 출력이 피크값(P)에 도달할 때까지의 시간(t1)은 0.8ms로 설정되고, 피크값(P)의 2분의 1로 저하할 때까지의 시간(t2)은 1.0ms로 설정되어 있다. 출력이 피크값(P)의 2분의 1에서 0으로 감소할 때까지의 과정은 제 1 점진적 감소부(D1)과 제 2 점진적인 감소부(D2)로 되어 있고, 제 1 점진적인 감소부(D1)는 1.0ms에서 2.0ms까지이고, 제 2 점진적인 감소부(D2)는 3.0ms까지로 되어 있다. 따라서, 펄스폭(T)은 3.0ms로 설정되어 있다. 또한, 상기 제 5 파형(W3)은 출력이 피크값(P)에 도달할 때까지의 상승 커브가 일직선이 아니고, 도중에서 굴곡하고 있다.
본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고 여러 가지 변형 가능하다. 예를 들어, 상기 발명에 사용되는 펄스 파형은 상술한 제 1 내지 제 5 펄스 파형에 한정되는 것이 아니고, 피크값에 도달할 때까지의 시간(t1), 출력이 피크값(P)의 2분의 1로 저하할 때까지의 시간(t2) 및 펄스폭(T)가 일정한 조건을 만족하고, 또한 출력이 피크값(P)에서 2분의 1로 저하한 후에 점진적으로 감소하는 형상이면 적용할 수 있다.
또한, 외장케이스(72)와 덮개체(73)는 도 25에 도시한 바와 같이 외장케이스(72)의 개구부에 덮개체(73)를 끼우고 상기 접합부분에 펄스 레이저광(L3)을 조사하여 용접하도록 해도 좋다.
또한, 피용접 부재로서는 각형 밀폐전지에 한정되지 않고, 다른 것이어도 좋고 중요한 것은 효율 좋게 용융하며, 또한 급냉에 의한 피용접 부재의 균열의 발생을 방지하는 것이 요구되는 용접에 적용할 수 있다.
| 높이 | 폭 | 두께 | 짧은 변 부분의 판 두께 | 긴 부분의 판 두께 | 코너부 곡률반경 |
| 45 | 29.6 | 6.0 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 높이 | 폭 | 두께 | 짧은 변 부분 판 두께 | 긴 변 부분의 판 두께 | 코너부 곡률반경 |
| 44.5 | 29.6 | 6.0 | 0.7 | 0.5 | 2.0 |
| 44.5 | 28.6 | 8.1 | 0.6 | 0.5 | 2.0 |
| 46.5 | 21.6 | 5.3 | 0.6 | 0.4 | 2.0 |
| 46.5 | 21.6 | 4.8 | 0.6 | 0.4 | 2.0 |
| 균열불량율 | |||
| 덮개체(2)의 바깥 가장자리로부터의 용접부위 두께(t) | |||
| 에너지(J)(본발명) | 0.3㎜ | 0.4㎜ | 0.5㎜ |
| 4.4 | 18% | 62% | 100% |
| 4.8 | 0% | 2% | 18% |
| 5.3 | 0% | 0% | 0% |
| 5.8 | 0% | 0% | 0% |
본 발명의 각형 밀폐전지는 이상 설명한 바와 같이 다음의 효과를 갖는다.
첫 번째로 외장 케이스는 코너부에서의 곡률을 크게 취함으로써 강성을 높임과 동시에, 외장 케이스의 높이 방향에서의 개구부의 외부 둘레면을 각형부로 정형하여 덮개체와의 용접 불량을 개선시킬 수 있다.
두 번째로 외장케이스의 짧은 변 부분의 판 두께가 긴 변 부분의 판 두께 보다도 두껍게 설정하여 외장 케이스의 변형을 억제하고 중량을 감소시킨다.
세 번째로 외장 케이스와 덮개체에 포함되는 Mg의 양을 규제함으로써 용접품질을 향상시키고 또한, 외장케이스에 포함되는 양을 덮개체에 포함되는 양보다 크게 하여 외장 케이스에 필요한 강도를 가져오게 한다.
네 번째로 용융반경(d/2)을 덮개체의 바깥 가장자리로부터의 용접부위의 두꼐 또는 외장 케이스의 판두께 보다 크게 함으로써, 용융부의 한쪽이 구속되지 않는 상태로 유지되고 응고시의 용접 경계부에 발생하는 응력을 완화할 수 있다.
Claims (22)
- 개구부 및 상기 개구부의 외부 둘레에 제 1 코너부를 갖는 금속으로 만든 외장케이스와,상기 외장케이스 내에 수납되고 격리판을 끼고 대향한 양극 및 음극을 갖는 발전요소,상기 외장케이스의 상기 개구부에 접합됨과 동시에 상기 외장케이스의 제 1 코너부와 대응하는 제 2 코너부를 갖고 상기 외장케이스와의 접합부분을 레이저광으로 조사하여 용접되는 금속으로 만든 덮개체, 및상기 발전요소에 전기적으로 접속된 전극소자를 구비한 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 외장케이스는 긴 변 부분과 짧은 변 부분을 구비한 단면형상이 장방형상으로 형성되고 상기 각형부는 2개의 평면으로 형성되어 있으며,한쪽의 평면은 상기 긴 변 부분에 대해서 25도 이하의 각도로 설정되고 다른쪽의 평면은 상기 짧은 변 부분에 대해서 25도 이하의 각도로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 코너부와 제 2 코너부의 상기 레이저광이 조사되는 외부 둘레면은 둘레 방향을 따라서 소정의 각도로 기울어진 복수의 평면을 구비함과 동시에 이 코너부는 서로 연이어 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지.
- 제 1 항에 있어서,상기 외장케이스와 상기 덮개체는 상기 외장케이스와 상기 덮개체를 각각 구성하는 알루미늄 합금에서의 Mg(마그네슘)의 함유량을 더하여 둘로 나눈 평균값이 1.0중량% 이하인 알루미늄 합금에 의해 형성되어 있음과 동시에 외장케이스의 Mg의 함유량이 덮개체의 Mg의 함유량 보다도 큰 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지.
- 제 4 항에 있어서,상기 외장케이스의 Mg의 함유량은 1.9중량% 이하이고, 상기 덮개체의 Mg의 함유량은 0.1중량% 이하인 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지.
- 제 4 항에 있어서,상기 외장케이스는 Mn(망간)의 함유량이 1.0∼1.5중량%, Si(실리콘)의 함유량이 0.6중량% 이하, Mg의 함유량이 0.8∼1.3중량%이고,상기 덮개체는 Mn의 함유량이 1.5중량% 이하, Si의 함유량이 0.6중량% 이하, Mg의 함유량이 0.05중량% 이하인 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지.
- 개구부를 갖는 금속으로 만든 외장케이스,상기 외장케이스 내에 수납되고 격리판을 끼고 대향한 양극 및 음극을 갖는 발전요소,상기 개구부에 레이저광을 조사함으로써 용접된 금속으로 만든 덮개체, 및상기 발전 요소에 전기적으로 접속된 전극소자를 구비하고,상기 외장케이스는 상기 개구부의 개구면에 평행인 단면 형상이 긴 변 부분과 짧은 변 부분을 갖는 거의 장방형으로 형성됨과 동시에, 상기 짧은 변 부분의 판 두께가 긴 변 부분의 판 두께 보다도 두껍게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지.
- 제 7 항에 있어서,상기 외장케이스와 덮개체의 코너부의 상기 레이저광이 조사되는 외부 둘레면은 둘레방향을 따라 소정 각도로 기울어진 복수의 평면을 갖음과 동시에 이 코너부는 서로 연이어 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지.
- 제 8 항에 있어서,상기 각형부는 2개의 평면으로 형성되어 있고,한쪽의 평면은 상기 긴 변 부분에 대해서 25도 이하의 각도로 설정되고 다른쪽의 평면은 상기 짧은 변 부분에 대해서 25도 이하의 각도로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지.
- 제 7 항에 있어서,상기 외장케이스와 상기 덮개체는 상기 외장케이스와 상기 덮개체를 각각 구성하는 알루미늄 합금에서의 Mg(마그네슘)의 함유량을 나누어 둘로 나눈 평균값이 1.0중량% 이하인 알루미늄 함금에 의해 형성되어 있음과 동시에, 외장케이스의 Mg의 함유량이 덮개체의 Mg의 함유량 보다도 큰 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지.
- 제 10 항에 있어서,상기 외장케이스의 Mg의 함유량은 1.9중량% 이하이고 상기 덮개체의 Mg의 함유량은 0.1중량% 이하인 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지.
- 제 10 항에 있어서,상기 외장케이스는 Mn(망간)의 함유량이 1.0∼1.5중량%, Si(실리콘)의 함유량이 0.6중량% 이하, Mg의 함유량이 0.8∼1.3중량%이고,상기 덮개체는 Mn의 함유량이 1.5중량% 이하, Si의 함유량이 0.6중량%이하, Mg의 함유량이 0.05중량% 이하인 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지.
- 개구부를 갖는 금속으로 만든 외장케이스와,상기 외장케이스에 수납되고 격리판을 끼고 대향한 양극 및 음극을 갖는 발전요소,상기 개구부에 레이저광을 조사함으로써 용접된 금속으로 만든 덮개체, 및상기 발전요소에 전기적으로 접속된 전극소자를 구비하고,상기 개구부(3)는 상기 덮개체 중의 상기 레이저광이 조사되는 쪽의 단면부분의 두께를 t, 상기 개구부와 상기 덮개체가 용접되어 형성된 용접부의 용융직경을 d로 하면,0＜t＜d/2의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지.
- 개구부 및 상기 개구부의 외부 둘레에 제 1 코너부를 갖는 금속으로 만든 각형의 외장케이스의 내부에, 격리판을 끼고 대향한 양극 및 음극을 갖는 발전요소를 수납하는 공정,상기 발전요소와 전기적으로 접속되는 전극단자를 형성하는 공정,외부 둘레에 제 2 코너부를 갖는 금속으로 만든 덮개체를 상기 개구부에 접합하여 이 접합부분에 레이저광을 조사하여 용접하는 공정,상기 덮개체를 상기 개구부에 용접하기 전 또는 후에 상기 외장케이스의 내부에 전해액을 주입하는 공정 및상기 레이저 용접에 의해 덮개체를 개구부에 용접하는 공정 전에 상기 개구부의 제 1 코너부 및 상기 덮개체의 제 2 코너부를 각형부로 정형하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지의 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 1, 제 2 코너부를 각부로 정형하는 공정은 상기 코너부를 둘레 방향을 따라서 소정의 각도로 모서리 깎기 가공하는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지의 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 1, 제 2 코너부를 각형부로 정형하는 공정은, 상기 코너부의 곡률반경을 프레스 가공에 의해 작게 하는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지의 제조방법.
- 개구부를 갖고, 상기 개구부에 평행인 단면이 장방형으로 형성된 각형의 금속으로 만든 외장케이스의 내부에, 격리판을 끼고 대향한 양극 및 음극을 갖는 발전요소를 수납하는 공정,상기 발전요소와 전기적으로 접속된 전극단자를 형성하는 공정,상기 개구부에 대하여 금속으로 만든 덮개체를 레이저광을 조사하여 용접하는 공정,상기 덮개체를 접합하기 전 또는 후에 전해액을 상기 외장케이스의 내부에 주입하는 공정 및상기 외장케이스에 발전요소를 수납하기 전에, 상기 외장케이스의 장방형의 짧은 변 부분의 판 두께를 상기 장방형의 긴 변 부분의 판 두께 보다도 두껍게 형성하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지의 제조방법.
- 개구부를 갖고, 상기 개구부에 평행인 단면이 장방형으로 형성된 각형의 금속으로 만든 외장케이스의 내부에 격리판을 끼고 대향한 양극 및 음극을 갖는 발전요소를 수납하는 공정,상기 발전요소와 전기적으로 접속된 전극단자를 형성하는 공정, 및상기 개구부에 대해서 금속으로 만든 덮개체를 레이저광으로 조사하여 용접하는 공정을 구비하고,상기 개구부는 상기 덮개체 중의 상기 레이저광이 조사되는 측의 단면부분의 두께를 t, 상기 개구부와 상기 덮개체가 용접되어 형성된 용용부의 용융직경을 d로 하면,0＜t＜d/2의 관계를 갖도록 상기 레이저광의 에너지를 설정하는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지의 제조방법.
- 제 18 항에 있어서,상기 레이저광의 빔 수속 직경을 D라고 하면,D/2＜t＜d/2의 관계를 갖도록 상기 레이저광의 빔 수속직경을 설정하는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지의 제조방법.
- 개구부를 갖고, 상기 개구부에 평행인 단면이 장방형으로 형성된 각형의 금속으로 만든 외장케이스의 내부에 격리판을 끼고 대향한 양극 및 음극을 갖는 발전 요소를 수납하는 공정,상기 발전요소와 전기적으로 접속된 전극단자를 형성하는 공정 및상기 개구부에 대해 금속으로 만든 덮개판을 레이저광을 조사하여 용접하는 공정을 구비하고,상기 레이저광은 최대 출력값(P)에 도달할 때까지의 시간(t1)이 t1≤0.8ms임과 동시에, 상기 최대 출력값(P)의 2분의 1값으로 저하할 때까지의 시간(t2)이 t2≤1.0ms이고, 시간(t2)이 경과한 후의 출력은 점진적으로 감소함과 동시에, 펄스폭(T)이 T≥2.0ms로 설정된 파형인 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지의 제조방법.
- 제 20 항에 있어서,상기 최대 출력값은 1×101W/㎡ 이상인 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지의 제조방법.
- 제 20 항에 있어서,전해액을 상기 외장케이스의 내부에 주액하기 위한 주액구멍을 포함하는 상기 덮개체와 금속으로 만든 밀봉덮개를 상기 레이저광의 용접으로 막는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 각형 밀폐전지의 제조방법.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100892028B1 (ko) * | 2007-05-11 | 2009-04-07 | 세방전지주식회사 | 니켈 수소 2차 전지의 극주 연결 장치 및 방법 |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000090913A (ja) * | 1998-09-11 | 2000-03-31 | Japan Storage Battery Co Ltd | 電 池 |
| JP2000090893A (ja) * | 1998-09-17 | 2000-03-31 | Japan Storage Battery Co Ltd | 電池及び電池の製造方法 |
| JP4193247B2 (ja) * | 1998-10-30 | 2008-12-10 | ソニー株式会社 | 非水電解質電池及びその製造方法 |
| US6929880B1 (en) * | 1999-05-07 | 2005-08-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Square cell container and method of manufacturing the cell container |
| DE29913127U1 (de) * | 1999-07-27 | 1999-09-30 | Mueller A & K Gmbh Co Kg | Aufnahmevorrichtung zur Halterung und Kontaktierung von Batterien |
| TW521449B (en) * | 2000-07-04 | 2003-02-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | A battery, a process for producing the battery, a process for producing a battery case, and a battery pack |
| JP3709134B2 (ja) * | 2000-11-22 | 2005-10-19 | 松下電器産業株式会社 | 角形電池 |
| KR100751310B1 (ko) * | 2001-09-24 | 2007-08-22 | 삼성에스디아이 주식회사 | 캡 조립체 및, 그것을 구비한 각형 2 차 전지 |
| JP4039657B2 (ja) * | 2001-10-16 | 2008-01-30 | Ｎｅｃトーキン株式会社 | 電池パック |
| US20040097103A1 (en) * | 2001-11-12 | 2004-05-20 | Yutaka Imai | Laser annealing device and thin-film transistor manufacturing method |
| KR100542187B1 (ko) * | 2003-08-21 | 2006-01-10 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지 및 이의 제조 방법 |
| JP4247831B2 (ja) * | 2003-11-27 | 2009-04-02 | 日立マクセル株式会社 | 密閉角形電池 |
| US20060263686A1 (en) * | 2005-05-19 | 2006-11-23 | Medtronic, Inc. | Lithium battery manufacturing method |
| DE102007010744B4 (de) * | 2007-02-27 | 2009-01-22 | Daimler Ag | Batteriezelle einer Batterie, Zellverbund aus Batteriezellen und Verwendung mehrerer Zellen |
| JP2008311193A (ja) * | 2007-06-18 | 2008-12-25 | Toyota Motor Corp | 電池およびその製造方法 |
| JP2009146645A (ja) * | 2007-12-12 | 2009-07-02 | Toyota Motor Corp | 溶接構造体の製造方法及び電池の製造方法 |
| JP4880664B2 (ja) * | 2007-12-28 | 2012-02-22 | 株式会社神戸製鋼所 | パルスレーザ溶接用アルミニウム合金材及び電池ケース |
| JP4378662B2 (ja) * | 2008-01-31 | 2009-12-09 | トヨタ自動車株式会社 | 密閉型電池製造方法 |
| KR101621094B1 (ko) * | 2009-08-20 | 2016-05-16 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지 |
| US20110236732A1 (en) * | 2010-03-23 | 2011-09-29 | International Battery, Inc. | Package for large format lithium ion cells |
| JP2012079476A (ja) * | 2010-09-30 | 2012-04-19 | Sanyo Electric Co Ltd | 角形密閉型電池の製造方法 |
| JP6354982B2 (ja) * | 2014-04-24 | 2018-07-11 | トヨタ自動車株式会社 | 非水電解液二次電池およびその製造方法 |
| DE102014216435A1 (de) * | 2014-08-19 | 2016-02-25 | Volkswagen Varta Microbattery Forschungsgesellschaft Mbh & Co. Kg | Batterie mit prismatischem Gehäuse und Herstellungsverfahren |
| US10340483B2 (en) | 2014-08-26 | 2019-07-02 | Cps Technology Holdings Llc | Welding process for sealing a battery module |
| JP6365474B2 (ja) * | 2015-09-11 | 2018-08-01 | トヨタ自動車株式会社 | 二次電池の製造方法 |
| WO2017081719A1 (ja) * | 2015-11-09 | 2017-05-18 | 株式会社 豊田自動織機 | 蓄電装置 |
| CN108963121A (zh) * | 2017-05-24 | 2018-12-07 | 天津三星通信技术研究有限公司 | 电池盖及电池盖制作方法 |
| CN113346167B (zh) * | 2021-06-04 | 2024-02-02 | 中创新航科技股份有限公司 | 电池盖板的焊接方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19714846A1 (de) * | 1997-04-10 | 1998-10-15 | Varta Batterie | Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Zelle |
-
1998
- 1998-07-14 US US09/115,237 patent/US6174620B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-07-14 KR KR1019980028983A patent/KR100300499B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100892028B1 (ko) * | 2007-05-11 | 2009-04-07 | 세방전지주식회사 | 니켈 수소 2차 전지의 극주 연결 장치 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6174620B1 (en) | 2001-01-16 |
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