CN104091911A - 一种新型动力电池陶瓷密封连接器及其制备方法 - Google Patents

一种新型动力电池陶瓷密封连接器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型动力电池陶瓷密封连接器及其制备方法，连接器包括陶瓷件、铜柱（正极）和铝板（负极），陶瓷件的成分连接器包括主材料Al2O3和ZrO2，改性剂为MgO，烧结助剂CaCO3，所述Al2O3与ZrO2的质量比为20：1，所述改性剂MgO的配比为Al2O3和ZrO2总量的1%-2%，所述烧结助剂CaCO3的配比为Al2O3和ZrO2总量的4％-5%。本发明通过掺杂0.12wt％MgO改性和烧成工艺技术调整方案制得。本发明在很大程度上提高了抗折强度和抗拉强度，提高了陶瓷的致密性和韧性，拓宽了生产和使用工艺条件。

Description

一种新型动力电池陶瓷密封连接器及其制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷金属材料领域，尤其涉及一种新型动力电池陶瓷密封连接器及其制备方法。
背景技术
陶瓷金属材料封接是多科综合的技术，它在航天、航空、电力、电子、机械、化工、石油、采矿和汽车等国民经济领域及国防军事领域的应用极为广泛，是保证各类整机和元器件高质量的关键技术。电池连接器陶瓷材料作为电动汽车电池与电池连接技术中的关键元器件材料，其具有优良的抗折强度和极高的抗拉强度的性能，在电动汽车领域具有较大的应用价值。
目前，陶瓷都采用95Al2O3，陶瓷脆性较高，密度＜3.65g/cm2，晶粒比较大，一般均在15mm -30mm，从而抗折强度不能适用于高科技要求。由于电池连接采用陶瓷封接方法，一面焊接铜柱，另一面封接为铝片，封接强度较高，且封接铝片为国内首创时间先进水平，现有的金属化技术无法满足此要求。现有技术中的动力电池连接都采用T2紫铜箔焊接或螺丝、卡环紧固，在接触面或全面进行镀锡处理，再通过特殊处理，做成软连接，此种纯金属材料的连接方式，需要另外的电极再采用此金属连接板连接，不能完整将电池正、负极连接为一体，所占空间比较大，每台电动汽车使用100多组电池，功率达到100多瓦，金属连接的内阻损耗电量，影响其输出功率，也就使整车续驶里程减少，无法完成动力电池组的紧密装配，且金属材料没有绝缘性能，长期使用有氧化影响。由于动力电池的各种工作环境问题，高温及颠簸振动性，连接的稳定可靠性非常重要，在电池组相互串联的高电流工作中，连接的可靠性是保证电池安全使用及使用寿命的重要标准，螺丝及卡环、玻璃封装等方式，都有一定的连接空间局限性，在产生振动时已发生脱离，影响动力设备的安全工作。因此，在局限空间内把电池整合成为一个动力电池组，提高其单电池相互连接的可靠性及安全性是急需解决并推广的技术项目。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种新型动力电池陶瓷密封连接器及其制备方法，从而解决上述背景技术中的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种新型动力电池陶瓷密封连接器，包括陶瓷件、铜柱（正极）和铝板（负极），所述陶瓷件的成分包括主材料Al2O3和ZrO2，改性剂为MgO，烧结助剂CaCO3，所述Al2O3与ZrO2的质量比为20：1，所述改性剂MgO的配比为Al2O3和ZrO2总量的1%-2%，所述烧结助剂CaCO3的配比为Al2O3和ZrO2总量的4％-5%。
一种新型动力电池陶瓷密封连接器的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）配料合成：将主材料Al2O3和ZrO2按20：1的配比称量，将改性剂MgO按Al2O3和ZrO2总量的1%-2%的配比称量，将烧结助剂CaCO3按Al2O3和ZrO2总量的4%-5%的配比称量，将各成分进行混合后放入烘烤箱进行烘烤，烘烤温度为150℃，烘烤时间为15小时，再放入球磨机进行球磨24小时得到均匀细化的混合原料，颗粒度达到3-3.5μm；
（2）预烧：在空气中以每分钟4℃升至1150℃下进行预烧2小时后，随炉冷却，再将）所得混合原料破碎，进行第二次球磨，过80目筛再烘干，制得Al2O3粉体；
（3）造粒：将Al2O3粉体加入10％的聚乙烯醇，利用造粒机进行造粒；
（4）干压：在6MPa下利用压力机进行干压成型，得到陶瓷毛坯；
（5）烧结：将陶瓷毛坯进行烧结，将温度控制在37℃-300℃进行烧结200分钟，再将温度控制在300℃-850℃进行烧结300分钟，再将温度控制在850℃-1250℃烧结150分钟，再将温度控制在1250℃-1600℃烧结150分钟，最后将温度控制在1600℃保温150分钟；
（6）加工检验：再通过表面加工，研磨至合格尺寸，进行吸蓝，检验产品是否有裂纹；
（7）金属化：将合格的陶瓷金属化，金属化层釆用小于2.5μm的钼粉料，加入低溶超细TiO2，采用湿磨法加入5%的酒精进行球磨，球磨时间为48小时，球磨后粒度为2-2.3μm，然后将此钼粉料配制成电子浆料，用90目丝网印刷陶瓷产品两平面，在烤箱内烘烤，温度为150℃，时间为4小时，再放入真空烧结炉进行烧结，烧结温度为1500℃，时间为5小时；
（8）化学镀镍：再放入镀槽进行化学镀镍，温度控制为76℃-82℃，时间为90分钟，用电吹风吹干，即得电池连接器陶瓷；
（9）密封焊接铜柱（正极）：将配套制作的带帽无氧铜柱插入陶瓷内孔，铜帽与陶瓷金属化单面密封焊接，采用72银铜焊料在真空保护下焊接，炉温为820℃，时间为15分钟；
（10）密封焊接铝板（负极）：将已焊接铜柱（正极）的陶瓷经过超声波清洗烘干，在陶瓷另一面涂铝膏，装配铝板（负极），在氮气保护中640℃采用72银铜焊料焊接，时间为25分钟。
本发明具有以下有益效果：
本发明以Al2O3和ZrO2为主要材料，通过掺杂0.12wt％MgO改性和烧成工艺技术调整方案，从而制备出了结构致密，烧结温度为37℃-1600℃，通过后序金属化加工及密封焊接正、负电极材料，该电池连接器陶瓷完全可满足电动汽车电池连接，采用陶瓷封接方法，电极是焊接在陶瓷两面，中间陶瓷绝缘，在3MM空间即可满足正负电极的连接，一面焊接铜柱，另一面焊接铝片，焊接强度高，且一个陶瓷上同时焊接铜铝不同温度的材料，是属于国内的先进技术水平，在产生振动时，动力电池组之间不会互相影响，不易造成连接部位的松动，解决了传统铆、卡等硬连接方式带来的弊端，为铁（锂）离子动力电池组提供了一种高绝缘、高导电率、高密封焊接的耐久性可靠连接方式。本发明在很大程度上提高了抗折强度和抗拉强度，提高了陶瓷的致密性和韧性，拓宽了两级不同温度的焊接生产和使用工艺条件。
附图说明
图1为本发明连接器的制备方法流程图；
图2为本发明连接器的结构示意图。
图2中所示：1、陶瓷件；2、铜柱（正极）；3、铝板（负极）。
具体实施方式
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，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1：
（1）配料合成：称取Al2O: 20份和ZrO21份，改性剂MgO为0.21份，烧结助剂CaCO30.84份，将各成分进行混合后放入烘烤箱进行烘烤，烘烤温度为150℃，烘烤时间为15小时，再放入球磨机进行球磨24小时得到均匀细化的混合原料，颗粒度达到3-3.5μm；
（2）预烧：在空气中以每分钟4℃升至1150℃下进行预烧2小时后，随炉冷却，再将）所得混合原料破碎，进行第二次球磨，过80目筛再烘干，制得Al2O3粉体；
（3）造粒：将Al2O3粉体加入10％的聚乙烯醇，利用造粒机进行造粒；
（4）干压：在6MPa下利用压力机进行干压成型，得到陶瓷毛坯；
（5）烧结：将陶瓷毛坯进行烧结，将温度控制在37℃-300℃进行烧结200分钟，再将温度控制在300℃-850℃进行烧结300分钟，再将温度控制在850℃-1250℃烧结150分钟，再将温度控制在1250℃-1600℃烧结150分钟，最后将温度控制在1600℃保温150分钟；
（6）加工检验：再通过表面加工，研磨至合格尺寸，进行吸蓝，检验产品是否有裂纹；
（7）金属化：将合格的陶瓷金属化，金属化层釆用小于2.5μm的钼粉料，加入低溶超细TiO2，采用湿磨法加入5%的酒精进行球磨，球磨时间为48小时，球磨后粒度为2-2.3μm，然后将此钼粉料配制成电子浆料，用90目丝网印刷陶瓷产品两平面，在烤箱内烘烤，温度为150℃，时间为4小时，再放入真空烧结炉进行烧结，烧结温度为1500℃，时间为5小时；
（8）化学镀镍：再放入镀槽进行化学镀镍，温度控制为76℃-82℃，时间为90分钟，用电吹风吹干，即得电池连接器陶瓷。
（9）密封焊接铜柱（正极）：将配套制作的带帽无氧铜柱插入陶瓷内孔，铜帽与陶瓷金属化单面密封焊接，采用72银铜焊料在真空保护下焊接，炉温为820℃，时间为15分钟；
（10）密封焊接铝板（负极）：将已焊接铜柱（正极）的陶瓷经过超声波清洗烘干，在陶瓷另一面涂铝膏，装配铝板（负极），在氮气保护中640℃采用72银铜焊料焊接，时间为25分钟。
实施例2：
（1）配料合成：称取Al2O: 40份和ZrO22份，改性剂MgO为0.63份，烧结助剂CaCO31.89份，将各成分进行混合后放入烘烤箱进行烘烤，烘烤温度为150℃，烘烤时间为15小时，再放入球磨机进行球磨24小时得到均匀细化的混合原料，颗粒度达到3-3.5μm；
（2）预烧：在空气中以每分钟4℃升至1150℃下进行预烧2小时后，随炉冷却，再将）所得混合原料破碎，进行第二次球磨，过80目筛再烘干，制得Al2O3粉体；
（3）造粒：将Al2O3粉体加入10％的聚乙烯醇，利用造粒机进行造粒；
（4）干压：在6MPa下利用压力机进行干压成型，得到陶瓷毛坯；
（5）烧结：将陶瓷毛坯进行烧结，将温度控制在37℃-300℃进行烧结200分钟，再将温度控制在300℃-850℃进行烧结300分钟，再将温度控制在850℃-1250℃烧结150分钟，再将温度控制在1250℃-1600℃烧结150分钟，最后将温度控制在1600℃保温150分钟；
（6）加工检验：再通过表面加工，研磨至合格尺寸，进行吸蓝，检验产品是否有裂纹；
（7）金属化：将合格的陶瓷金属化，金属化层釆用小于2.5μm的钼粉料，加入低溶超细TiO2，采用湿磨法加入5%的酒精进行球磨，球磨时间为48小时，球磨后粒度为2-2.3μm，然后将此钼粉料配制成电子浆料，用90目丝网印刷陶瓷产品两平面，在烤箱内烘烤，温度为150℃，时间为4小时，再放入真空烧结炉进行烧结，烧结温度为1500℃，时间为5小时；
（8）化学镀镍：再放入镀槽进行化学镀镍，温度控制为76℃-82℃，时间为90分钟，用电吹风吹干，即得电池连接器陶瓷。
（9）密封焊接铜柱（正极）：将配套制作的带帽无氧铜柱插入陶瓷内孔，铜帽与陶瓷金属化单面密封焊接，采用72银铜焊料在真空保护下焊接，炉温为820℃，时间为15分钟；
（10）密封焊接铝板（负极）：将已焊接铜柱（正极）的陶瓷经过超声波清洗烘干，在陶瓷另一面涂铝膏，装配铝板（负极），在氮气保护中640℃采用72银铜焊料焊接，时间为25分钟。
实施例3：
（1）配料合成：称取Al2O: 80份和ZrO24份，改性剂MgO为1.68份，烧结助剂CaCO34.2份，将各成分进行混合后放入烘烤箱进行烘烤，烘烤温度为150℃，烘烤时间为15小时，再放入球磨机进行球磨24小时得到均匀细化的混合原料，颗粒度达到3-3.5μm；
（2）预烧：在空气中以每分钟4℃升至1150℃下进行预烧2小时后，随炉冷却，再将）所得混合原料破碎，进行第二次球磨，过80目筛再烘干，制得Al2O3粉体；
（3）造粒：将Al2O3粉体加入10％的聚乙烯醇，利用造粒机进行造粒；
（4）干压：在6MPa下利用压力机进行干压成型，得到陶瓷毛坯；
（5）烧结：将陶瓷毛坯进行烧结，将温度控制在37℃-300℃进行烧结200分钟，再将温度控制在300℃-850℃进行烧结300分钟，再将温度控制在850℃-1250℃烧结150分钟，再将温度控制在1250℃-1600℃烧结150分钟，最后将温度控制在1600℃保温150分钟；
（6）加工检验：再通过表面加工，研磨至合格尺寸，进行吸蓝，检验产品是否有裂纹；
（7）金属化：将合格的陶瓷金属化，金属化层釆用小于2.5μm的钼粉料，加入低溶超细TiO2，采用湿磨法加入5%的酒精进行球磨，球磨时间为48小时，球磨后粒度为2-2.3μm，然后将此钼粉料配制成电子浆料，用90目丝网印刷陶瓷产品两平面，在烤箱内烘烤，温度为150℃，时间为4小时，再放入真空烧结炉进行烧结，烧结温度为1500℃，时间为5小时；
（8）化学镀镍：再放入镀槽进行化学镀镍，温度控制为76℃-82℃，时间为90分钟，用电吹风吹干，即得电池连接器陶瓷。
（9）密封焊接铜柱（正极）：将配套制作的带帽无氧铜柱插入陶瓷内孔，铜帽与陶瓷金属化单面密封焊接，采用72银铜焊料在真空保护下焊接，炉温为820℃，时间为15分钟；
（10）密封焊接铝板（负极）：将已焊接铜柱（正极）的陶瓷经过超声波清洗烘干，在陶瓷另一面涂铝膏，装配铝板（负极），在氮气保护中640℃采用72银铜焊料焊接，时间为25分钟。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。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 (2)

1.一种新型动力电池陶瓷密封连接器，包括陶瓷件、铜柱（正极）和铝板（负极），其特征是：所述陶瓷件成分包括主材料Al2O3和ZrO2，改性剂为MgO，烧结助剂CaCO3，所述Al2O3与ZrO2的质量比为20：1，所述改性剂MgO的配比为Al2O3和ZrO2总量的1%-2%，所述烧结助剂CaCO3的配比为Al2O3和ZrO2总量的4％-5%。
2.一种新型动力电池陶瓷密封连接器的制备方法，其特征是：具体包括如下步骤：
（1）配料合成：将主材料Al2O3和ZrO2按20：1的配比称量，将改性剂MgO按Al2O3和ZrO2总量的1%-2%的配比称量，将烧结助剂CaCO3按Al2O3和ZrO2总量的4%-5%的配比称量，将各成分进行混合后放入烘烤箱进行烘烤，烘烤温度为150℃，烘烤时间为15小时，再放入球磨机进行球磨24小时得到均匀细化的混合原料，颗粒度达到3-3.5μm；
（2）预烧：在空气中以每分钟4℃升至1150℃下进行预烧2小时后，随炉冷却，再将）所得混合原料破碎，进行第二次球磨，过80目筛再烘干，制得Al2O3粉体；
（3）造粒：将Al2O3粉体加入10％的聚乙烯醇，利用造粒机进行造粒；
（4）干压：在6MPa下利用压力机进行干压成型，得到陶瓷毛坯；
（5）烧结：将陶瓷毛坯进行烧结，将温度控制在37℃-300℃进行烧结200分钟，再将温度控制在300℃-850℃进行烧结300分钟，再将温度控制在850℃-1250℃烧结150分钟，再将温度控制在1250℃-1600℃烧结150分钟，最后将温度控制在1600℃保温150分钟；
（6）加工检验：再通过表面加工，研磨至合格尺寸，进行吸蓝，检验产品是否有裂纹；
（7）金属化：将合格的陶瓷金属化，金属化层釆用小于2.5μm的钼粉料，加入低溶超细TiO2，采用湿磨法加入5%的酒精进行球磨，球磨时间为48小时，球磨后粒度为2-2.3μm，然后将此钼粉料配制成电子浆料，用90目丝网印刷陶瓷产品两平面，在烤箱内烘烤，温度为150℃，时间为4小时，再放入真空烧结炉进行烧结，烧结温度为1500℃，时间为5小时；
（8）化学镀镍：再放入镀槽进行化学镀镍，温度控制为76℃-82℃，时间为90分钟，用电吹风吹干，即得电池连接器陶瓷；
（9）密封焊接铜柱（正极）：将配套制作的带帽无氧铜柱插入陶瓷内孔，铜帽与陶瓷金属化单面密封焊接，采用72银铜焊料在真空保护下焊接，炉温为820℃，时间为15分钟；
（10）密封焊接铝板（负极）：将已焊接铜柱（正极）的陶瓷经过超声波清洗烘干，在陶瓷另一面涂铝膏，装配铝板（负极），在氮气保护中640℃采用72银铜焊料焊接，时间为25分钟。
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