CN100396481C - 铝镍金属焊接带及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝镍金属焊接带，该焊接带包括熔焊连接的铝薄带和镍薄带，铝薄带与镍薄带层叠构成多层结构，而焊接带的最上层和最下层均为镍薄带。本发明提供一种能够轻易地实现铝带和镍带间的熔焊连接、而且焊接的强度高、连接的效果牢固可靠的铝镍金属焊接带及其制备方法。

Description

铝镍金属焊接带及其制备方法

【技术领域】

本发明涉及一种电子元件的部件，更具体地说，本发明涉及一种电子元件的引出导线及其生产工艺。

【背景技术】

目前市场上，一些电子元件需要在其内部采用铝或铝合金作为导电体或电极，虽然，铝是一种导电性能良好而且又非常价廉的金属材料，但是，铝的晶相结构非常疏松，在暴露的空气环境下，铝导电体非常容易在表面产生一层致密的氧化层，虽然这层致密的氧化层能够阻止深层次的铝被进一步氧化，但同时也使得铝或铝合金导电体、电极难于被简单的锡焊工具直接焊接到线路板、导线或其它的电器元件的引脚、电极上，为了克服上述缺点，人们通常将元件内部的铝或铝合金导电体、电极与耐腐蚀、易锡焊的镍或镍合金引脚熔焊连接起来，通过外延的镍或镍合金引脚来实现电器生产、装配中的简易锡焊连接。

以高能量密度的二次电池为例，锂离子电池代表了其发展方向，其正在日益成为手机、移动DVD、掌上电脑等通讯产品上重要的必不可少的电源配件。锂离子电池包括对之加以定型和保护的外壳体，外壳体之内的核心是由正、负电极构成的芯体。而其中的正极电极的集电体即为铝或铝合金材质。为了能从铝或铝合金材质的负极集电体中引出引脚，现有的方法是采用超声焊接(即摩擦焊)来将铝带与镍带热熔连接起来，该方法的原理为：通过超声焊头在金属界面上产生超声高频率的振动，这种超声高频率的振动导致金属界面间的剧烈摩擦和热量，热量使界面上的金属熔化并相互渗透，冷却固化后即达到焊接的目的。

现有的超声焊接技术采用摩擦生热原理，因此焊接发热效率不高，对熔点较高的金属热熔焊接效果较差，例如：纯镍的熔点为1450℃左右，镍合金的熔点也高达1000℃以上，这样，一般的超声焊接机械很难实现铝镍之间良好的焊接效果：大多数情况下铝带与镍带仅为单纯的机械咬合，而并非牢固的焊接。为实现铝、镍间良好充分的熔焊就需要采用功率很大的超声焊接机械，但是功率越大的超声焊接的机械，价格越昂贵，最终导致投资与生产成本大幅上升，不利于产品在市场竞争中胜出。为了克服超声焊接技术的上述缺点，人们在电子元件结构领域也考虑其它形式的精密焊接技术例如电阻点焊。通过大量实践发现，电阻点焊对于铝镍电极间的焊接也不胜任。因为，电阻焊是在工件连接点处通以一定的电流，利用电流在短时间内产生大量的热将连接处的金属熔化后实现焊接。从原理来看，电阻焊方式系利用电流的热效应进行热熔焊接，发热效率很高，热熔和焊接效果应该也很好。但实际上不尽然，可能的原因是：金属铝是一种质地较为疏松的金属材料，并且熔点较低(670℃左右)，电阻率较小；而镍金属的熔点较高(1450℃左右)，电阻率较大，因此这两种金属在熔点和电阻率上差别较大，导致热量和电流均主要集中在熔点较低的铝界面上，若电流过小，即使铝开始熔化了，但是镍还无动于衷而没有丝毫软化，无法达到焊接的目的；而如将电流增大使镍开始软化或熔化，则因为铝带在此电流下会被瞬间烧掉或炸开，焊接的目的还是无法达到。基于类似上述的实践经验，人们已形成这样的共识：铝、镍是两种难以实现焊接的金属，在电子元件生产中，使用一般的焊接方法包括电阻点焊方法均无法有效地对铝带和镍带进行熔焊连接。

在与此相关的领域，人们做过一些技术探索和改进，如中国专利文件97122110.3，其中公开了一种镍合金包层钢板及其生产方法，该方法将廉价钢板，如软钢板或碳钢板，焊到昂贵的良好耐酸耐腐蚀镍基合金板上而制得的一种镍合金包层钢板。该方法系采用一薄结合剂板，如一薄镍板、薄不锈钢基体板、镍带或不锈钢带，首先贴附到一钢板上。然后，通过缝电阻焊法将一镍基合金板焊接到钢板上，该结合剂板插在镍合金板和钢板之间。据称该方法可以大大节省贵金属镍板的用量和包层钢板的单位重量。但该方法主要是应用于镍合金板与钢板之间的焊接。

相关的技术探索和改进，见于中国专利文件98808976.9，其中公开了一种用于点焊的铝合金薄板，该铝合金薄板主要用于汽车外壳，为确保这种铝合金薄板能在连续电阻点焊时，对含铜电极的变形最小，并且具有稳定的焊接性，该技术主要在铝合金薄板材质中添加一些其它元素，该铝合金的合金组成包括含2-6wt.％Mg，0.15-1.0wt.％Fe和0.03-2.0wt.％Mn的初始铝合金薄板，此外，还包括一个覆盖在将与焊接时所使用的电极紧贴压靠一起的初始铝合金薄板的一个表面上的表面层，所述表面层包含颗粒状金属间化合物的粒子，其直径等于或高于0.5μm，密度为4,000个粒子/mm²或更高。该方法涉及到铝合金焊接的一些难点，但其改进主要是针对铝合金的组分和防止电极与被焊接的铝合金板间产生合金变形结构。该技术并不能解决镍、铝焊接生产实际中的技术难题。

【发明内容】

针对现有技术的上述缺点，本发明所要达到的技术目的是要提供一种能够轻易地实现铝带和镍带间的熔焊连接、而且焊接的强度高、连接的效果牢固可靠的铝镍金属焊接带及其制备方法。

为此，本发明的技术方案是一种铝镍金属焊接带，该焊接带包括熔焊连接的铝薄带和镍薄带，所述铝薄带与镍薄带层叠构成多层结构，而焊接带的最上层和最下层均为镍薄带。本发明的铝镍金属焊接带采用创新的层次结构即：在焊接带的最上层和最下层均为镍薄带，形成镍薄带夹持内层的含铝等薄带的层次结构。生产实践证明：这样的层间结构能够很好的利用熔点高的金属镍片/带来包夹住熔点低的金属铝片/带，当电阻点焊机通过单针或双针电极将电流导入铝带与镍带的连接处后，尽管铝薄带仍然可能较镍薄带提前进行熔化，但是因为点焊电极不直接接触金属铝，且镍薄带夹持在铝薄带两边，使得熔融铝液无法蒸发逃逸，进而，由于金属铝的良好导热性使其能够迅速将自身的热量传递给两边的镍薄带，并逐步将镍薄带界面熔化，镍铝交熔冷却后形成牢固的焊接点和结构。由此可见，本发明的金属焊接带的层间结构，能使熔点高的金属镍较好地吸收界面上金属铝所产生的富余热量，在实现自身熔焊的同时使熔点低的金属铝得到保护；并且，由上述的熔焊机理分析以及实验证明可知，本发明的铝镍金属焊接带连接的效果牢固可靠，其焊接的强度甚至可以超过铝基体本身的强度。

作为一些可供选择的实例，本发明采取如下较具体改进措施：本发明焊接带的不同层次上的金属薄带和/或同类材质的金属薄带的厚度相等或不等；所述的镍薄带与铝薄带的厚度相等或不等；所述的焊接带具有镍薄带与铝薄带交替的层间结构，且所述焊接带的层数为奇数，其中优选3或5层的镍薄带与铝薄带，如可采取镍/铝/镍、镍/铝/镍/铝/镍等层间结构的焊接带。所述的镍薄带的材质为纯镍或合金镍，所述的铝薄带的材质为纯铝或合金铝。所述合金镍材质中的镍含量大于80％；所述合金铝材质中的铝含量大于95％。镍薄带与铝薄带两种金属薄带的厚度为0.01～0.30mm。优选厚度为0.05～0.15mm。上述这些措施便于更加优化金属焊接带的各种加工或产品性能，开拓更加广泛的应用前景。

相应地，本发明的另一技术方案是一种上述的铝镍金属焊接带的制备方法，该方法将镍薄带与铝薄带层叠焊接制成所述的焊接带，该方法包括如下步骤：A)将两片镍薄带分别叠置于单层铝薄带两面，或者，通过叠置镍薄带形成镍薄带处于最上层和最下层而夹持内层薄带的层叠结构；B)将电阻焊设备的正、负电极分别与最上层和最下层的镍薄带相连接；C)开启电阻焊设备实施焊接，得到所述的焊接带成品。本发明的方法是通过夹焊的方式实现铝带与镍带的熔焊连接，即将镍带置于铝带的两侧包夹住铝带再进行焊接，从而可以大大简化铝带与镍带的焊接，可以大大地降低对焊接设备包括电阻焊设备的要求，例如，采用本发明的方法，可以对电阻焊机的电流脉冲的稳定性和精确度不作特殊的要求，即采用最普通的电阻焊机进行点焊方式就能轻易地实现镍片与铝片之间的焊接，而且焊接的效果好，焊接的强度大大提高，从而，大幅地降低了焊接生产的成本。

本发明采取如下较具体改进措施：

在步骤B)中，电阻焊设备的正电极通过点焊金属棒针与最上层的镍薄带相连接，电阻焊设备的负电极通过金属平板与最下层的镍薄带相连接。当然双针式点焊也是可行的焊接方法。

在步骤C)中，调节所述电阻焊设备的正、负电极的输出电压在100伏特～200伏特。优选电压为130～170V。

采用本发明的方法最适用的领域之一是在离子二次电池制造领域。本发明的方法和产品在聚合物(软包装)锂离子电池的制造领域，具有尤为重要的意义，使用本发明的方法就可以通过简单的电阻焊方法和设备顺利地实现铝带正集电体与镍带极耳间的连接目的，使得锂离子电池的生产成本进一步下降。

总之，本发明的结构以及方法改进具有实施简便、有效、成本低廉的优点。

以下，结合具体实施例和附图对本发明的技术解决方案作进一步说明。

【附图说明】

图1为本发明金属焊接带实施例1的结构示意图。

图2为本发明金属焊接带实施例2的结构示意图。

图3为本发明方法实施例的结构示意图。

【具体实施方式】

金属焊接带实施例1

如图1，所示为一种铝镍金属焊接带，该焊接带包括熔焊连接的铝薄带1和镍薄带2，铝薄带1与镍薄带2层叠构成三层交替的层间结构，焊接带的最上层和最下层均为镍薄带2。不同层次上的镍薄带2的厚度相等为0.05mm。，铝薄带1的厚度为0.15mm。。

镍薄带2的材质为纯镍，铝薄带的材质铝含量大于95％的合金铝。

金属焊接带实施例2

如图2，所示为一种铝镍金属焊接带，该焊接带包括熔焊连接的铝薄带1和镍薄带2，铝薄带1与镍薄带2层叠构成五层交替的层间结构，而焊接带的最上层和最下层均为镍薄带2。

最上层和最下层次上的镍薄带2的厚度为0.1mm。次上层和次下层次上的铝薄带1的厚度为0.1mm，中间的镍薄带2的厚度为0.08mm。

镍薄带2的材质为镍含量大于90％的合金镍，铝薄带的材质为纯铝。

方法实施例

如图3，所示为一种制备实施例1中所述的铝镍金属焊接带的设备及方法，该方法将镍薄带2与铝薄带1先行层叠即：将两片镍薄带2分别叠置于单层铝薄带1两面，将最下层的镍薄带2平铺置于金属平板6上；再将电阻焊设备的负电极4与金属平板6相连接，将电阻焊设备的正电极3与点焊金属棒针5相连接，开启电阻焊设备，调节电阻焊设备的正、负电极的输出电压在130～170V，操作点焊金属棒针5在最上层的镍薄带2需焊接处实施点焊连接，完成若干点的焊接后得到本发明的焊接带成品。

Claims (6)

1.一种铝镍金属焊接带，该焊接带包括熔焊连接的铝薄带和镍薄带，所述铝薄带与镍薄带层叠构成多层结构，其特征在于：所述的焊接带具有镍薄带与铝薄带交替的层间结构，而且所述焊接带的层数为奇数，所述的焊接带的最上层和最下层均为镍薄带；不同层次上的所述薄带的厚度相等或不等；所述的镍薄带与铝薄带的厚度相等或不等；所述镍薄带与铝薄带的厚度为0.01～0.30mm。

2.如权利要求1所述的铝镍金属焊接带，其特征在于：所述的镍薄带的材质为纯镍或合金镍，所述的铝薄带的材质为纯铝或合金铝。

3.如权利要求2所述的铝镍金属焊接带，其特征在于：所述合金镍材质中的镍含量大于80％；所述合金铝材质中的铝含量大于95％。

4.一种如权利要求1～3之一所述的铝镍金属焊接带的制备方法，该方法将镍薄带与铝薄带层叠焊接制成所述的焊接带，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：A)将两片镍薄带分别叠置于单层铝薄带两面，或者，通过叠置镍薄带形成镍薄带处于最上层和最下层而夹持内层薄带的层叠结构；B)将电阻焊设备的正、负电极分别与最上层和最下层的镍薄带相连接；C)开启电阻焊设备实施焊接，得到所述的焊接带成品。

5.如权利要求4所述的铝镍金属焊接带的制备方法，其特征在于：在所述步骤B)中，所述正电极通过点焊金属棒针与最上层的镍薄带相连接，所述负电极通过金属平板与最下层的镍薄带相连接。

6.如权利要求4所述的铝镍金属焊接带的制备方法，其特征在于：在所述步骤C)中，调节所述电阻焊设备的正、负电极的输出电压在100伏特～200伏特。

Images