专利名称：一种激光清洁装置及使用其的激光清洁方法
技术领域：
本发明总地涉及一种用于电池的电极接头的激光清洁装置，更具体地，涉及用于去除在注入电解质的工艺期间粘附到电极接头的电解质溶液的激光清洁装置，以及使用其的激光清洁方法。
背景技术：
电池能够分为不能充电的一次电池和能够充电的可再充电电池。在那些电池当中，低容量的一次电池或可再充电电池已经用作便携式小型电子装置(诸如移动电话、笔记本计算机和摄像机)的电源；大容量可再充电电池已经用作用于驱动发动机(诸如混合动力车车、电动汽车等)的电源。电池主要包括电极组，包括正电极、负电极和隔板；壳，用于接收电极组以及电解质溶液；以及盖组件，用于密封壳。在圆柱形电池的情形下，正电极可以电连接到盖组件， 负电极可以电连接到壳。为此，附接到正电极的正接头可以固定到盖组件的内侧，附接到负电极的负接头可以固定到壳的内侧。由于一般的圆柱形电池不具有电解质溶液注入孔，所以该电池经受如下工艺将电极组插入壳中；将电解质注入壳中；将盖组件安装在壳上；然后密封壳。负接头在电解质溶液注入之前固定到壳，正接头在电解质溶液注入之后固定到盖组件，正接头固定到的盖组件与衬垫一起安装在壳上。如上所述，在电解质溶液注入壳中然后安装盖组件的结构中，电解质溶液粘附到电极接头，例如正接头。在此情形下，由于电极接头的导电特性和组装性能退化，所以应当去除粘附到电极接头的电解质溶液。然而，由于电极接头具有约0. Imm的很小的厚度，所以需要非常注意地处理电极接头，在清洁工艺中不应发生二次异物。在本背景部分公开的以上信息仅用于增强对所描述技术的背景的理解，因此它可以包含并不形成该国中已经为本领域的普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
本发明致力于提供一种用于电池的电极接头的激光清洁装置以及使用其的激光清洁方法，该激光清洁装置具有以下的优点在注入电解质溶液之后有效去除粘附到电极接头的电解质溶液，简化系统构造并改善生产率。示范性实施例提供了一种用于电池的电极接头的激光清洁装置，该装置包括清洁室，电池壳放入其中，该电池壳接收电极组、电解质溶液以及暴露到外部的电极接头；激光产生器，包括用于产生激光束的激光源以及用于控制激光束的输出的输出控制器；激光传输器，传输由激光产生器产生的激光束；以及激光发射单元，安装在清洁室内部，将由激光传输器传输的激光束照射到电极接头从而去除粘附到电极接头的液体污染物。激光源可以产生Nd:YAG脉冲激光，Nd:YAG脉冲激光的每脉冲的能量可以是14J至 34J.激光传输器可以构造为光纤光缆(optical fiber cable) 0
激光发射单元可以至少包括放大光学单元、调整光学单元或聚焦光学单元。调整光学单元可以包括激光吸收遮罩，用于确定激光束形状的开口形成在激光吸收遮罩中。聚焦光学单元可以包括凸透镜以及改变凸透镜的位置的透镜移动单元。激光发射单元可以发射直径为电极接头的宽度的两倍到三倍大的激光束。用于电池的电极接头的激光清洁装置还可以包括位置控制器，该位置控制器耦接到激光发射单元从而改变激光发射单元的位置。用于电池的电极接头的激光清洁装置还可以包括直立装置，该直立装置安装在清洁室内部，并连接到电极接头从而使电极接头直立并展开。直立装置可以包括夹具单元和竖直移动单元，该夹具单元对电极接头施压从而固定电极接头，该竖直移动单元在竖直方向上移动夹具单元。多个电池壳可以设置为彼此间隔一距离。用于电池的电极接头的激光清洁装置还可以包括支撑物，支撑多个电池壳；以及第一传输单元，安装在支撑物上并沿限定的轨道移动多个电池壳。直立装置可以对应于电池壳的数目设置为多个。用于电池的电极接头的激光清洁装置还可以包括第二传输单元，第二传输单元连接到多个直立装置从而沿与第一传输单元相同的轨道来移动多个直立装置。用于电池的电极接头的激光清洁装置还可以包括激光吸收器，该激光吸收器设置在清洁室中电极接头的后面，并吸收激光束的剩余能量。用于电池的电极接头的激光清洁装置还可以包括安装在清洁室中的排气单元。排气单元可以包括集尘器，收集并去除污染物；以及排气管，将已去除污染物的空气排出到清洁装置的外部。用于电池的电极接头的激光清洁装置还可以包括监控系统，该监控系统监控并记录电池接头的清洁工艺。监控系统可以包括摄影单元，对电池接头的清洁工艺摄影；以及显示单元，显示从摄影单元获得的图像信息。另一示范性实施例提供一种用于电池的电极接头的激光清洁方法，该方法包括如下步骤将电池壳安装在清洁室中，该电池壳接收电解质溶液并暴露电极接头；产生激光束，该激光束具有被激光产生器控制的输出；通过使用激光传输器将激光束传输到激光发射单元；以及通过控制激光发射单元的光学放大倍数，设定激光束的形状和尺寸，然后将激光束照射到电极接头上。在电池壳的安装中，电极接头可以通过使用直立装置而被直立并展开。电极接头可以被直立从而保持在关于激光束的照射方向的80°至100°的角度。在激光束的照射中，激光束的直径可以是电极接头的宽度的两倍到三倍。在激光束的照射中，激光吸收器可以设置在电极接头的后面从而吸收激光束的剩余能量。在激光束的照射中，通过使用集尘器可以在激光清洁工艺期间收集并去除污染物。根据示例性实施例，使用激光束的热能蒸发并去除粘附到电极接头的电解质溶液。激光清洁技术能够有效清洁具有小厚度的电极接头而不用施加摩擦力到电极接头，不会损伤电极接头或引起二次污染，简化了系统构造并改善了生产率。
当结合附图考虑时，通过参照以下的详细描述，对本发明的更全面的理解以及本发明的许多随之而来的优点将变得明显并能被更好地理解，附图中相似的附图标记指代相同或相似的组件，附图中图1是示出根据示范性实施例的用于电池的电极接头的激光清洁装置的构造图；图2是示出图1所示的激光清洁装置中的激光发射单元的构造图；图3是示出图1所示的激光清洁装置中的直立(erect)装置的示意图；图4是示出图1所示的激光清洁装置中的电池壳和支撑物的示意图；图5是示出图1所示的激光清洁装置中的电极接头和激光吸收器的示意图，其中为了方便省略了直立装置；图6是示出根据示范性实施例用于电池的电极接头的激光清洁方法的流程图；以及图7是示出处于图6所示的第一步骤的电极接头的示意图。
具体实施例方式在下文，将参照附图更充分地描述本发明，其中在附图中示出了本发明的示范性实施例。如同本领域技术人员将理解的，所描述的实施例可以以多种不同的方式修改，而都不背离本发明的精神或范围。图1是示出根据示范性实施例的用于电池的电极接头的激光清洁装置的构造图。参照图1，根据示范性实施例的激光清洁装置100包括清洁室10、激光产生器20、 激光传输器30和激光发射单元40。包括在激光清洁装置100中的每个部件的操作被集成的控制器11控制。激光产生器20产生用于去除电解质溶液的激光束(LB)，该电解质溶液是粘附到电极接头12的液体污染物。激光产生器20包括产生激光束LB的激光源21和控制激光束 (LB)的输出的输出控制器22。输出控制器22连接到集成的控制器11，从而根据集成的控制器11的控制信号来输出激光束(LB)。
可以使用具有1，064nm的脉冲宽度的Nd:YAG脉冲激光作为激光束(LB)。激光束 (LB)利用热能使粘附到电极接头12的电解质溶液蒸发，从而清洁电极接头12。激光清洁并不施加摩擦力到电极接头12，从而可以有效地清洁具有小厚度的电极接头12。激光束(LB)的每脉冲的能量可以是14J至34J。如果激光束(LB)的每脉冲的能量小于14J，则不可能使用激光束(LB)进行清洁；如果激光束(LB)的每脉冲的能量大于 34J，则电极接头12会在清洁工艺期间被损坏。激光产生器20位于清洁室10外部，激光发射单元40置于清洁室10内部。激光传输器30安装在激光产生器20与激光发射单元40之间，从而将激光产生器20产生的激光束0^)传输到激光发射单元40。激光传输器30可以形成为光纤光缆(optical fiber cable)。光纤光缆构造为传输激光束的光纤和围绕光纤的涂覆材料。激光发射单元40将从激光传输器30接收的激光束(LB)发射到电极接头12。激光发射单元40中包括光学装置，从而可以控制激光束(LB)的尺寸、每单位面积的能量密度 (J/cm2)和激光束(LB)的形状等。图2是示出图1所示的激光清洁装置中的激光发射单元的构造图。
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参照图2，放大光学单元42、调整光学单元43和聚焦光学单元44包括在激光发射单元40的壳41中。激光发射单元40可以根据目的使用所有三个光学单元或三个光学单元中的一些。放大光学单元42包括凹透镜421和凸透镜422，通过凹透镜421和凸透镜422 的光学作用将激光束(LB)放大到期望的放大倍数。调整光学单元43包括激光吸收遮罩 (mask) 432，该激光吸收遮罩432具有由开口 431形成的中心。提供在激光吸收遮罩432处的激光束以与开口 431相同的形状输出，而边缘被吸收在激光吸收遮罩432中。激光束(LB) 可以以有利于清洁的形状修改，诸如圆形、椭圆形等的形状。聚焦光学单元44包括凸透镜441，并聚焦经过调整光学单元43的激光束(LB)，从而实现具有足够强度的能量密度以进行清洁。聚焦光学单元44可以包括改变凸透镜441 的位置的透镜移动单元442。激光束(LB)的尺寸以及到达电极接头12的激光束(LB)的能量密度能够通过使用透镜移动单元442改变凸透镜441的位置而被容易地控制。再参照图1，激光清洁装置100可以包括位置控制器46，位置控制器46在水平方向和竖直方向上移动激光发射单元40从而控制激光束(LB)的光发射位置。位置控制器46 安装在清洁室10的内壁中，并在平行于清洁室10的内壁的方向上移动激光发射单元40，从而可以自由地控制激光束(LB)的位置。支撑电池壳13的支撑物14置于清洁室10的内部。电池壳13中包括电极组和电解质溶液。电极组包括正电极、负电极和隔板，其中电极接头12的一部分暴露到电池壳13 的外部。电极接头12可以是连接到正电极的正接头和连接到负电极的负接头。另一方面， 两个电极接头(正接头和负接头)可以暴露于电池壳13的外部。图1通过示例的方式示出一个电极接头12暴露于电池壳13的外部的情形。在完成电解质溶液的注入之后，电极接头12处于已经倒下或在沿任一方向倾斜的状态。在此状态下，由于激光束(LB)不能照射到电极接头12上，所以不能去除粘附到电极接头12的电解质溶液。因此，激光清洁装置100包括直立装置50，该直立装置50使电极接头12直立并展开并有助于激光清洁装置。图3是示出图1所示的激光清洁装置中的直立装置的示意图。参照图3，直立装置50包括夹具单元(holder unit) 51，该夹具单元51通过挤压电极接头12而固定电极接头12 ；以及竖直移动单元52，在竖直方向上移动夹具单元51。夹具单元51可以构造为钳(tong)。竖直移动单元52可以包括连接到夹具单元51的线性移动装置；以及凸轮M，驱动线性移动装置53。竖直移动单元52可以由图3所示的示例性实施例之外的其它机械装置的组合形成。当夹具单元51装配到电极接头12中然后驱动凸轮M时，固定到夹具单元51的电极接头12平坦地伸展同时通过向上的作用而直立。因此，电极接头12的激光束(LB)照射到其上的表面面积扩大，从而可以提高激光束(LB)的清洁效率。电极接头12可以关于激光束(LB)的照射方向保持80°至100°的角度。再参照图1，多个电池壳13包括在清洁室10中，多个电池壳13可以沿限定的轨道移动并逐个到达清洁位置。清洁位置定义为接收激光束(LB)的位置，面对激光发射单元 40。
图4是示出图1所示的激光清洁装置中的电池壳和支撑物的示意图。参照图4，支撑物14包括用于将多个电池壳13支撑在预定距离处的多个支撑夹具 141。支撑物14的下部设置有第一传输单元15，以沿限定轨道移动支撑物14和电池壳13。 第一传输单元15可以在笔直的方向上移动支撑物14或者可以沿封闭的曲线形状(诸如圆形、椭圆形等)的轨道来移动支撑物14。在此情形下，多个直立装置50对应于电池壳13的数目提供，第二传输单元16设置在直立装置50的上部上从而沿与第一传输单元15相同的轨道来移动多个直立装置50。 第一传输单元15和第二传输单元16构造为齿条、齿轮和电机的组合，或者可以构造为其它机械装置的组合。设置在清洁位置处的电池壳13的电极接头12接收激光束(LB)从而进行清洁操作。然后，操作第一传输单元15和第二传输单元16，它们移动并停止电池壳13的电极接头12。然后，设置在清洁位置处的电池壳13的电极接头12接收激光束(LB)，从而进行清洁操作。在此情形下，当操作第一传输单元15和第二传输单元16时，关掉激光源21从而不发射激光束(LB)。通过重复的工艺，能够连续地清洁多个电极接头12。再参照图1，激光清洁装置100包括激光吸收器17，激光吸收器17设置在清洁室 10中电极接头12的后面。激光吸收器17设置为面对激光发射单元40，使电极接头12位于两者之间，并形成为具有比电极接头12更大的面积。到达电极接头12的激光束(LB)的直径设定为大于电极接头12的宽度以平稳地清洁电极接头12。从而，激光束(LB)的一部分到达电极接头12以使粘附到电极接头12的电解质溶液蒸发，但其余部分扩散到清洁室10内部。在此情形下，激光吸收器17接收未到达电极接头12的激光束(LB)，从而吸收激光束(LB)的剩余能量。如果假设没有激光吸收器17，则从激光发射单元40发射的激光束(LB)中未到达电极接头12的激光束到达清洁室10中的其它部件，损伤它们或者在清洁室10中在几个方向扩散从而引起其它部件的故障。然而，根据本示范性实施例的激光清洁装置100包括激光吸收器17，从而解决了上述问题。激光清洁装置100包括排气单元60，排气单元60安全地去除在清洁工艺期间产生的污染物。排气单元60包括鼓风机61，吸入包括污染物的空气；集尘器(dust collecting device)62，收集并去除污染物；以及排气管63，将已去除污染物的空气排出到清洁室10的外部。排气单元60可以设置在电池壳13和直立装置50的正上方从而快速地去除污染物。 通过使用上述排气单元60能够安全地去除污染物。此外，激光清洁装置100包括监控系统，该监控系统监控并记录电极接头12的清洁工艺。监控系统包括摄影单元71，对电极接头12的清洁工艺摄影；以及显示单元72，显示通过摄影单元71获得的图像信息。摄影单元71可以固定到清洁室10的内部(例如，激光发射单元40的壳41)，显示单元72设置在清洁室10的外部。图5是示出图1所示的激光清洁装置中的电极接头和激光吸收器的示意图。为了方便在图5中省略了直立装置。参照图5，电极接头12具有预定的宽度W和暴露于电池壳13外部的长度L，并形成为具有约Imm的厚度。例如，电极接头12的宽度W可以为约3mm，电极接头12的暴露于电池壳13外部的长度L可以为约6mm。
激光束(LB)可以为圆形，到达电极接头12的激光束(LB)的直径D可以是电极接头12的宽度W的两倍到三倍。激光束(LB)照射到电极接头12的面向激光发射单元40的一个表面上，但粘附到电极接头12的相反表面的电解质溶液通过电极接头12的热传输也
一起蒸发并被去除。如果确定激光束(LB)的直径比电极接头12的宽度W的两倍小，则应当非常精确地控制激光束(LB)的位置和电极接头12的位置中的至少一个，从而要求额外的工艺。同时，如果确定激光束(LB)的直径超过电极接头12的宽度W的三倍，则激光束(LB)的每单位面积的能量密度低，从而恶化了清洁效果。图6是示出根据示范性实施例用于电池的电极接头的激光清洁方法的流程图。参照图6，根据示范性实施例的用于电池的电极接头的激光清洁方法包括第一步骤(SlO)，将电池壳安装在清洁室中，电极接头从电池壳暴露；第二步骤(S20)，通过使用激光产生器产生激光束并控制激光束的输出；第三步骤(S30)，通过激光传输器将激光束传输到清洁室中的激光发射单元；以及第四步骤(S40)，控制激光发射单元的光学放大倍数从而将优化的激光束发射到电极接头。在第一步骤SlO中，电极接头12可以通过使用安装在清洁室10中的直立装置50 而被笔直地直立并展开。图7是示意地处于图6中所示的第一步骤的电极接头的视图，其中电极接头12可以关于激光束(LB)的照射方向保持在80°至100°的角度θ处。如果确定电极接头12的角度θ小于80°或超过100°，则激光束(LB)的每单位面积的能量密度低，使得清洁效率退化。此外，多个电池壳13安装在清洁室10中，多个电池壳可以通过使用第一传输单元 15和第二传输单元16而逐个地顺序设置。在第二步骤S20中，激光束可以是Nd: YAG脉冲激光，激光束(LB)的每脉冲的能量可以为14J至;34J。在第四步骤中，激光发射单元40使用上述放大光学单元42、调整光学单元43和聚焦光学单元44中的至少一个来控制激光束(LB)的形状和尺寸以及每单位面积的能量密度，并将被控制的激光束(LB)发射到电极接头12。在此情形下，激光束(LB)的尺寸大于电极接头12暴露到电池壳13外部的区域， 激光束(LB)的直径设定为电极接头12的宽度的两倍至三倍。接收激光束(LB)的电极接头12被清洁，而粘附到表面的电解质溶液通过激光束(LB)的热能被蒸发。此外，激光吸收器17置于电极接头12的后面，从而吸收激光束(LB)的剩余能量。在激光清洁工艺期间产生的污染物，诸如烟，被收集在安装于清洁室10中的集尘器62中，并被安全地去除。上述激光清洁技术并不施加摩擦力到电极接头12，从而能有效地清洁具有小厚度的电极接头12，并且不发生对电极接头12的损伤或二次污染。尽管已经结合目前认为是可行的示范性实施例描述了本公开，但是应当理解，本发明不限于公开的实施例，而是相反地，旨在覆盖包括在权利要求书的精神和范围内的各种修改和等同布置。
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权利要求
1.一种用于电池的电极接头的激光清洁装置，包括清洁室，电池壳放入其中，该电池壳接收电极组、电解质溶液以及暴露到外部的电极接头；激光产生器，包括用于产生激光束的激光源以及用于控制所述激光束的输出的输出控制器；激光传输器，传输由所述激光产生器产生的所述激光束；以及激光发射单元，安装在所述清洁室内部，用于将由所述激光传输器传输的所述激光束照射到所述电极接头上从而去除粘附到所述电极接头的液体污染物。
2.如权利要求1所述的激光清洁装置，其中所述激光源产生Nd:YAG脉冲激光，所述 NdiYAG脉冲激光的每脉冲的能量是14J至34J。
3.如权利要求1所述的激光清洁装置，其中所述激光传输器构造为光纤光缆。
4.如权利要求1所述的激光清洁装置，其中所述激光发射单元包括放大光学单元、调整光学单元或聚焦光学单元中的至少一个。
5.如权利要求4所述的激光清洁装置，其中所述调整光学单元包括激光吸收遮罩，在该激光吸收遮罩中形成用于确定激光束形状的开口。
6.如权利要求4所述的激光清洁装置，其中所述聚焦光学单元包括凸透镜以及改变所述凸透镜的位置的透镜移动单元。
7.如权利要求4所述的激光清洁装置，其中所述激光发射单元发射直径为所述电极接头的宽度的两倍到三倍大的激光束。
8.如权利要求1所述的激光清洁装置，还包括位置控制器，该位置控制器耦接到所述激光发射单元，用于改变所述激光发射单元的位置。
9.如权利要求1所述的激光清洁装置，还包括直立装置，该直立装置安装在所述清洁室的内部，并连接到所述电极接头从而使所述电极接头直立并展开。
10.如权利要求9所述的激光清洁装置，其中所述直立装置包括夹具单元和竖直移动单元，该夹具单元对所述电极接头施压从而固定所述电极接头，该竖直移动单元在竖直方向上移动所述夹具单元。
11.如权利要求9所述的激光清洁装置，其中多个电池壳设置为彼此间隔一距离，所述激光清洁装置还包括支撑物，支撑所述多个电池壳；以及第一传输单元，安装在所述支撑物上并沿限定的轨道移动所述多个电池壳。
12.如权利要求11所述的激光清洁装置，其中多个直立装置对应于电池壳的数目设置，所述激光清洁装置还包括第二传输单元，该第二传输单元连接到所述多个直立装置从而沿与所述第一传输单元相同的轨道来移动所述多个直立装置。
13.如权利要求1所述的激光清洁装置，还包括激光吸收器，该激光吸收器设置在所述清洁室中所述电极接头的后面，并吸收所述激光束的剩余能量。
14.如权利要求1所述的激光清洁装置，还包括安装在所述清洁室中的排气单元，其中所述排气单元包括集尘器，收集并去除污染物；以及排气管，将已去除污染物的空气排出到所述激光清洁装置的外部。
15.如权利要求1所述的激光清洁装置，还包括监控系统，该监控系统监控并记录电池接头的清洁工艺，其中所述监控系统包括摄影单元，对所述电池接头的清洁工艺摄影；以及显示单元，显示通过所述摄影单元获得的图像信息。
16.一种用于电池的电极接头的激光清洁方法，该方法包括如下步骤将电池壳安装在清洁室中，该电池壳接收电解质溶液并暴露电极接头；由激光产生器产生激光束；通过使用激光传输器将所述激光束传输到激光发射单元；以及通过控制所述激光发射单元的光学放大倍数，设定所述激光束的形状和尺寸，然后将所述激光束照射到所述电极接头上。
17.如权利要求16所述的激光清洁方法，其中，在安装所述电池壳的步骤中，通过使用直立装置使所述电极接头直立并展开。
18.如权利要求17所述的激光清洁方法，其中所述电极接头被直立，从而保持在关于所述激光束的照射方向的80°至100°范围内的角度。
19.如权利要求16所述的激光清洁方法，其中，在所述激光束的照射期间，所述激光束的直径在所述电极接头的宽度的两倍到三倍的范围内。
20.如权利要求16所述的激光清洁方法，其中，在所述激光束的照射期间，激光吸收器设置在所述电极接头的后面从而吸收所述激光束的剩余能量。
21.如权利要求16所述的激光清洁方法，其中，在所述激光束的照射中，通过使用集尘器在激光清洁工艺期间收集并去除污染物。
全文摘要
本发明公开了一种激光清洁装置以及使用其的激光清洁方法，用于去除在注射电解质溶液的工艺期间粘附到电极接头的电解质溶液。用于电池的电极接头的激光清洁装置包括清洁室，电池壳放入其中，该电池壳接收电极组、电解质溶液以及暴露到外部的电极接头；激光产生器，包括用于产生激光束的激光源以及用于控制激光束的输出的输出控制器；激光传输器，传输由激光产生器产生的激光束；以及激光发射单元，安装在清洁室内部，将由激光传输器传输的激光束照射到电极接头上从而去除粘附到电极接头的液体污染物。激光清洁方法包括通常与激光清洁装置的后面的功能相对应的步骤。
文档编号B08B7/00GK102259103SQ201010559449
公开日2011年11月30日 申请日期2010年11月23日 优先权日2010年5月28日
发明者尹甫惠, 李元镛, 河京斗, 车正辈, 郑在皓 申请人:三星Sdi株式会社