CN104002046A - 一种锂电池的激光穿透密封设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂电池生产领域，具体的说是一种锂电池的激光穿透密封设备，包括激光焊机主体、三自由度焊接工作台和夹紧固定装置，所述的三自由度焊接工作台安装在方形平台上，夹紧固定装置位于三自由度焊接工作台正上方；所述的一种锂电池的激光穿透密封方法，极耳压在锂电池的金属顶柱上方，盖板安装在锂电池的金属顶柱正上方，方形镍金属片放置在盖板凹槽内，激光焊接时，镍金属片熔化后可填充盖板凹槽内产生的裂纹和泄露点，实现了完全密封的功能。本发明保证了锂电池焊接位置的稳定性，提高了锂电池的激光焊接质量；且实现了完全密封的功能，增加了焊接的美观性。

Description

一种锂电池的激光穿透密封设备及方法

技术领域

本发明涉及锂电池生产领域，具体的说是一种锂电池的激光穿透密封设备及方法。

背景技术

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池；随着科技和经济的发展，锂电池广泛应用于数码产品、电动工具、飞机航模和手机电脑等领域，目前，锂电池大致可分为锂金属电池和锂离子电池两大类，其中，锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。锂电池的生产工艺流程一般为：配料、涂布、辊压、裁片、分条、焊接、卷绕、封装、烘烤、注液、化成、成型和分容检测等。

其中，焊接目前普遍采用激光电池封焊机进行激光焊接极耳，激光穿透焊接技术是通过高强度激光束熔化并穿透一定厚度的金属片，将金属片与其下边的电子元器件结合在一起的技术。在锂离子电池的制造过程中，该技术可以避免使用导流引带，减少接触电阻，防止结构件松动，提高自动化生产的能力与效率，但是激光焊接执行速度快、灵活性大，因此，在激光电池封焊过程中，锂电池的位置固定的稳定性和锂电池与激光束的中心对正与否直接影响着激光电池封焊的质量；同时在焊接负极盖板紫铜片时，由于其冷却速度很快，激光穿透处会存在裂纹，产生泄露，从而严重影响产品的性能。

目前，在现有的技术中仅有少数技术涉及到激光电池焊接，对于激光电池焊接设备，专利号为200620017964.8的中国专利公布了一种电池激光焊接封口夹具，采用循环运料解决了激光焊接机工作停滞的问题；专利号为201120089248.1的中国专利公布的电池激光焊接装置，主要应用于立方体锂电池的焊接；而对于激光电池焊接工艺方法，专利号为200710073018.4的中国专利公布的锂离子电池激光焊接封口工艺，采用高频输出的激光焊接机对锂离子电池外壳与电池盖板进行封口焊接；专利号为200910030391.0公布的一种电池激光焊接方法，采用在待焊工件上固定金属层，再用激光焊接的方式。

鉴于此，现有技术已经不能满足人们生产的需要，现迫切需要一种稳定好、可靠性高的激光电池焊接装置以及高效的焊接工艺，即一种锂电池的激光穿透密封设备及方法。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种锂电池的激光穿透密封设备及方法。

本发明所要解决其技术问题所采用以下技术方案来实现。

一种锂电池的激光穿透密封设备，包括激光焊机主体、三自由度焊接工作台和夹紧固定装置，所述的激光焊机主体底端设置有圆柱形托座，且激光焊机主体前侧设置有方形平台；所述的三自由度焊接工作台安装在方形平台上；所述的夹紧固定装置位于三自由度焊接工作台正上方，且夹紧固定装置和三自由度焊接工作台之间通过内六角螺栓相连接。

进一步，所述的三自由度焊接工作台包括液压缸、下板座、纵向丝杠、纵向手轮、中板座、横向丝杠、横向手轮和上板座；所述的液压缸数量为三，液压缸底端固定在方形平台上，且三个液压缸围绕方形平台的中心轴线呈三角形布置，液压缸顶端与下板座下方固连，通过液压缸实现了下板座上下升降的功能；所述的下板座上方左右两侧均分别设置有第一滑轨，下板座前后两侧均分别设置有第一耳座，纵向丝杠穿过第一耳座，且纵向丝杠一端通过轴承安装在第二耳座上，纵向丝杠另一端与纵向手轮固连；所述的中板座下方左右两侧均分别设置有第一滑块，且第一滑块安装在第一滑轨上，中板座下方纵向中心轴线位置处还设置有第一螺母，且第一螺母安装在纵向丝杠上，通过第一螺母和纵向丝杠实现了中板座前后移动的功能，中板座上方前后两侧均分别设置有第二滑轨，中板座左右两侧均分别设置有第二耳座，横向丝杠穿过第二耳座，且横向丝杠一端通过轴承安装在第二耳座上，横向丝杠另一端与横向手轮相连接；所述的上板座下方前后两侧均分别设置有第二滑块，且第二滑块安装在第二滑轨上，上板座下方横向中心轴线位置处设置有第二螺母，且第二螺母安装在横向丝杠上，通过第二螺母和横向丝杠实现了上板座左右移动的功能，上板座上方设置有螺纹安装孔。

进一步，所述的夹紧固定装置包括基座、滑轨、滑块、夹头、电动推杆和压板，且滑轨、滑块、夹头和电动推杆的数量均为三；所述的三个滑轨沿基座的中心轴线分别对称固定在基座上，滑块安装在滑轨上，且滑块前端固定有夹头，夹头为弧形结构；所述的电动推杆底端固定在基座上，电动推杆顶端与压板相连接。

进一步，所述的滑轨上均匀设置有限位孔，滑块上开设有通孔，通孔与限位孔之间采用锁紧螺栓相连接，通过限位孔可以适应对不同型号和大小的锂电池进行夹紧固定，从而适应性更强。

进一步，所述的压板为圆环形结构，且压板内侧均匀设置有半圆形突起物。

一种锂电池的激光穿透密封方法，所述的锂电池安放在基座的中心轴线位置处；所述的极耳压在锂电池的金属顶柱上方，极耳的数量不少于五，且极耳形成的重叠区域与金属顶柱中心重叠；所述的盖板安装在锂电池的金属顶柱正上方，且盖板中间设置有凹槽，凹槽内放置有方形镍金属片；控制电动推杆收缩使压板上的半圆形突起物与盖板接触挤压，再移动滑块使夹头对锂电池外壳进行锁紧，激光束依次穿过镍金属片、盖板凹槽和极耳，从而使镍金属片、盖板、极耳和锂电池的金属顶柱结合在一起，且镍金属片熔化后可填充盖板凹槽内产生的裂纹和泄露点，实现了完全密封的功能。

进一步，所述的极耳材质可为铜、镍铜复合带、铝带和铝镍复合带；所述的盖板凹槽位置处的材质为紫铜。

本发明具有以下优点：

(1).通过采用三自由度焊接工作台，可实现焊接工作台在空间内上下升降、前后移动和左右滑动的功能，更加便于锂电池与激光束的中心找正；

(2).通过采用夹紧固定装置实现了锂电池整体锁紧固定以及激光焊接过程中盖板压紧的功能，保证了锂电池焊接位置的稳定性，提高了锂电池的激光焊接质量；

(3).通过在盖板凹槽内添加镍金属片，使得镍金属片熔化后可填充盖板凹槽内产生的裂纹和泄露点，实现了完全密封的功能，增加了焊接的美观性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明夹紧固定装置的立体结构示意图；

图3是本发明下板座的立体结构示意图；

图4是本发明中板座的立体结构示意图；

图5是本发明金属顶柱和极耳焊接配合示意图；

图6是本发明盖板的俯视图；

图7是本发明镍金属片的主视图。

具体实施例

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种锂电池的激光穿透密封设备，包括激光焊机主体1、三自由度焊接工作台2和夹紧固定装置3，所述的激光焊机主体1底端设置有圆柱形托座101，且激光焊机主体1前侧设置有方形平台102；所述的三自由度焊接工作台2安装在方形平台102上；所述的夹紧固定装置3位于三自由度焊接工作台2正上方，且夹紧固定装置3和三自由度焊接工作台2之间通过内六角螺栓相连接。

如图1、图3和图4所示，作为本发明激光穿透密封设备的进一步实施方式，所述的三自由度焊接工作台2包括液压缸201、下板座202、纵向丝杠203、纵向手轮204、中板座205、横向丝杠206、横向手轮207和上板座208；所述的液压缸201数量为三，液压缸201底端固定在方形平台102上，且三个液压缸201围绕方形平台102的中心轴线呈三角形布置，液压缸201顶端与下板座202下方固连，通过液压缸201实现了下板座202上下升降的功能；所述的下板座202上方左右两侧均分别设置有第一滑轨，下板座202前后两侧均分别设置有第一耳座，纵向丝杠203穿过第一耳座，且纵向丝杠203一端通过轴承安装在第二耳座上，纵向丝杠203另一端与纵向手轮204固连；所述的中板座205下方左右两侧均分别设置有第一滑块，且第一滑块安装在第一滑轨上，中板座205下方纵向中心轴线位置处还设置有第一螺母，且第一螺母安装在纵向丝杠203上，通过第一螺母和纵向丝杠203实现了中板座205前后移动的功能，中板座205上方前后两侧均分别设置有第二滑轨，中板座205左右两侧均分别设置有第二耳座，横向丝杠206穿过第二耳座，且横向丝杠206一端通过轴承安装在第二耳座上，横向丝杠206另一端与横向手轮207相连接；所述的上板座208下方前后两侧均分别设置有第二滑块，且第二滑块安装在第二滑轨上，上板座208下方横向中心轴线位置处设置有第二螺母，且第二螺母安装在横向丝杠206上，通过第二螺母和横向丝杠206实现了上板座208左右移动的功能，上板座208上方设置有螺纹安装孔。

如图2所示，作为本发明激光穿透密封设备的进一步实施方式，所述的夹紧固定装置3包括基座301、滑轨302、滑块303、夹头304、电动推杆305和压板306，且滑轨302、滑块303、夹头304和电动推杆305的数量均为三；所述的三个滑轨302沿基座301的中心轴线分别对称固定在基座301上，滑块303安装在滑轨302上，且滑块303前端固定有夹头304，夹头304为弧形结构；所述的电动推杆305底端固定在基座301上，电动推杆305顶端与压板306相连接；所述的压板306为圆环形结构，且压板306内侧均匀设置有半圆形突起物。

如图2所示，作为本发明激光穿透密封设备的进一步实施方式，所述的滑轨302上均匀设置有限位孔，滑块303上开设有通孔，通孔与限位孔之间采用锁紧螺栓相连接，通过限位孔可以适应对不同型号和大小的锂电池4进行夹紧固定，从而适应性更强。

如图5、图6和图7所示，一种锂电池的激光穿透密封方法，所述的锂电池4安放在基座301的中心轴线位置处；所述的极耳5压在锂电池4的金属顶柱401上方，极耳5的数量不少于五，且极耳5形成的重叠区域与金属顶柱401中心重叠；所述的盖板6安装在锂电池4的金属顶柱401正上方，且盖板6中间设置有凹槽，凹槽内放置有方形镍金属片7；控制电动推杆305收缩使压板306上的半圆形突起物与盖板6接触挤压，再移动滑块303使夹头304对锂电池4外壳进行锁紧，激光束依次穿过镍金属片7、盖板6凹槽和极耳5，从而使镍金属片7、盖板6、极耳5和锂电池4的金属顶柱401结合在一起，且镍金属片7熔化后可填充盖板6凹槽内产生的裂纹和泄露点，实现了完全密封的功能。

如图5和图6所示，作为本发明激光穿透密封方法的进一步实施方式，所述的极耳5材质可为铜、镍铜复合带、铝带和铝镍复合带；所述的盖板6凹槽位置处的材质为紫铜。

使用时，首先将锂电池4安放在夹紧固定装置3的基座301的中心位置，移动滑块303，实现夹头304对锂电池4整体夹紧的功能，拧上锁紧螺栓；然后将极耳5固定在锂电池4的金属顶柱401上，并使得极耳5形成的重叠区域与金属顶柱401中心对齐，将盖板6盖压在极耳5上，将镍金属片7平放在盖板6的凹槽内；控制电动推杆305收缩，当半圆形突起物与盖板6充分接触时，关闭电动推杆305，使其停止收缩，达到了对盖板6固定的效果；最后分别转动第一手轮和第二手轮，调节中板座205和上板座208的位置，使得盖板6凹槽与垂直激光束位于同一条中心轴线上，当两者位置调节好后，就可以进行锂电池4激光穿透密封焊接了。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种锂电池的激光穿透密封设备，包括激光焊机主体(1)、三自由度焊接工作台(2)和夹紧固定装置(3)，其特征在于：所述的激光焊机主体(1)底端设置有圆柱形托座(101)，且激光焊机主体(1)前侧设置有方形平台(102)；所述的三自由度焊接工作台(2)安装在方形平台(102)上；所述的夹紧固定装置(3)位于三自由度焊接工作台(2)正上方，且夹紧固定装置(3)和三自由度焊接工作台(2)之间通过内六角螺栓相连接；其中：

所述的三自由度焊接工作台(2)包括液压缸(201)、下板座(202)、纵向丝杠(203)、纵向手轮(204)、中板座(205)、横向丝杠(206)、横向手轮(207)和上板座(208)；所述的液压缸(201)数量为三，液压缸(201)底端固定在方形平台(102)上，且三个液压缸(201)围绕方形平台(102)的中心轴线呈三角形布置，液压缸(201)顶端与下板座(202)下方固连；所述的下板座(202)上方左右两侧均分别设置有第一滑轨，下板座(202)前后两侧均分别设置有第一耳座，纵向丝杠(203)穿过第一耳座，且纵向丝杠(203)一端通过轴承安装在第二耳座上，纵向丝杠(203)另一端与纵向手轮(204)固连；所述的中板座(205)下方左右两侧均分别设置有第一滑块，且第一滑块安装在第一滑轨上，中板座(205)下方纵向中心轴线位置处还设置有第一螺母，且第一螺母安装在纵向丝杠(203)上，中板座(205)上方前后两侧均分别设置有第二滑轨，中板座(205)左右两侧均分别设置有第二耳座，横向丝杠(206)穿过第二耳座，且横向丝杠(206)一端通过轴承安装在第二耳座上，横向丝杠(206)另一端与横向手轮(207)相连接；所述的上板座(208)下方前后两侧均分别设置有第二滑块，且第二滑块安装在第二滑轨上，上板座(208)下方横向中心轴线位置处设置有第二螺母，且第二螺母安装在横向丝杠(206)上，上板座(208)上方设置有螺纹安装孔。

2.根据权利要求1所述的一种锂电池的激光穿透密封设备，其特征在于：所述的夹紧固定装置(3)包括基座(301)、滑轨(302)、滑块(303)、夹头(304)、电动推杆(305)和压板(306)，且滑轨(302)、滑块(303)、夹头(304)和电动推杆(305)的数量均为三；所述的三个滑轨(302)沿基座(301)的中心轴线分别对称固定在基座(301)上，滑块(303)安装在滑轨(302)上，且滑块(303)前端固定有夹头(304)，夹头(304)为弧形结构；所述的电动推杆(305)底端固定在基座(301)上，电动推杆(305)顶端与压板(306)相连接。

3.根据权利要求2所述的一种锂电池的激光穿透密封设备，其特征在于：所述的滑轨(302)上均匀设置有限位孔，滑块(303)上开设有通孔，通孔与限位孔之间采用锁紧螺栓相连接。

4.根据权利要求2所述的一种锂电池的激光穿透密封设备，其特征在于：所述的压板(306)为圆环形结构，且压板(306)内侧均匀设置有半圆形突起物。

5.一种锂电池的激光穿透密封方法，用于权利要求1-4项所述设备的使用，其特征在于：所述的锂电池(4)安放在基座(301)的中心轴线位置处；所述的极耳(5)压在锂电池的金属顶柱(401)上方，极耳(5)的数量不少于五，且极耳(5)形成的重叠区域与金属顶柱(401)中心重叠；所述的盖板(6)安装在锂电池(4)的金属顶柱(401)正上方，且盖板(6)中间设置有凹槽，凹槽内放置有方形镍金属片(7)；控制电动推杆(305)收缩使压板(306)上的半圆形突起物与盖板(6)接触挤压，再移动滑块(303)使夹头(304)对锂电池(4)外壳进行锁紧，激光束依次穿过镍金属片(7)、盖板(6)凹槽和极耳(5)，从而使镍金属片(7)、盖板(6)、极耳(5)和锂电池(4)的金属顶柱(401)结合在一起，且镍金属片(7)熔化后可填充盖板(6)凹槽内产生的裂纹和泄露点，实现了完全密封的功能。

6.根据权利要求5所述的一种锂电池的激光穿透密封方法，其特征在于：所述的极耳(5)材质可为铜、镍铜复合带、铝带和铝镍复合带；所述的盖板(6)凹槽位置处的材质为紫铜。