CN105140429B - 一种叠片式锂电池铝壳体结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种叠片式锂电池铝壳体结构及其制作方法，包括壳底和壳壁；所述的壳底完全处于壳壁内，壳底四周轮廓与壳壁贴合，单边留出0‑0.2mm间隙；壳底与壳壁通过焊接连接，所用焊接方式为搅拌摩擦点焊。本发明的制作方法制作的一种叠片式锂电池铝壳体结构具有良好的强度可靠性和密封性，并且外观整齐美观，可以提高电池外形一致性。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池封装技术领域，具体涉及一种叠片式锂电池铝壳体结构及其制作方法。
背景技术
目前市场上封装叠片式锂电池的铝壳体主要有两种结构形式。一种是壳底与壳壁一体式的，这种铝壳体采用冲压的方式制造，所用铝板材厚度较小，一般小于0.6mm，所做出的铝壳体体积也比较小，主要用于手机电池等体积和容量较小的电池。另一种铝壳体结构是由分离的直筒状壳壁（横截面形状为长方形）和板状壳底焊接而成，所用的壳壁和壳底材料厚度较大，一般在1.0mm以上，所用的焊接方式主要有氩弧焊和激光焊接。
铝合金表面易产生难熔的Al2O3氧化膜，采用氩弧焊时就需要采用较大的功率密度，使铝合金焊接接头软化严重，强度系数低，且容易产生气孔和热裂纹。铝合金线膨胀系数度大，弧焊容易产生大的焊接变形。铝合金热导率大，约为钢的4倍，相同焊接速度下，热输入要比焊接钢材大2~4倍。因此铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接输入小、焊接速度高的高效焊接方法。锂电池壳体对密封性要求高，气孔和热裂纹都会严重影响锂电池壳体的密封性和使用寿命；过大的焊接变形对锂电池装配也不利。对于锂电池铝壳体而言，氩弧焊是一种设备投入小、生产成本低的焊接方法，但显然并不是一种最理想的焊接方法。
激光焊接具有能量密度高，热输入量小，焊接变形小，能够得到熔化区和热影响区窄的焊缝；激光焊接冷却速度快，能够得到组织微细的焊缝，故焊接接头性能良好；激光焊接速度快、功能适应性强、可靠性高且不需要真空装置，在焊接精度、效率和自动化等方面具有无可比拟的优势，采用激光焊接铝合金可以有效防止传统焊接工艺产生的缺陷，强度系数提高很大。激光焊接铝合金有许多优势，也存在较大的局限性。激光器功率一般都比较低，铝及铝合金对辐射能的吸收很弱，成为激光焊接铝合金的难点。激光焊接设备成本高、接头间隙允许度小、工件准备工序要求严等，不利于电池成本的降低，从而在市场竞争中容易处于劣势。
搅拌摩擦焊是一种可用于各种合金板焊接的固态连接技术。与传统熔焊方法相比，搅拌摩擦焊无飞溅、无烟尘，不需要添加焊丝也不需要保护气体，节省能源，焊接接头无气孔和裂纹，焊接变形小，焊接接头机械力学性能好。由于铝及铝合金熔点低，更适用于采用搅拌摩擦焊。搅拌摩擦焊自动化程度高、生产周期短。搅拌摩擦焊接过程操作简便，不需要特别的焊前准备，对氧化膜不敏感，这点与激光焊接相比，其适用性更强。搅拌摩擦焊也有一定的不足之处，例如被焊工件必须要夹紧固定，对焊接装配要求较高，对接面间隙要求高于填丝焊而低于激光焊接。搅拌摩擦焊一般需要在焊缝背面加垫板，进行刚性支撑。
发明内容
在对叠片式锂电池铝壳体的壳壁与壳底焊接中，搅拌摩擦焊相对于氩弧焊和激光焊接具有明显的的优势，但其自身的不足之处对其应用产生了一定的限制。本发明针对现有技术存在的上述不足，目的在于提供一种能增强叠片式锂电池铝壳体的密封性，以及壳壁与壳底连接可靠性，提高电池外形一致性，并且工艺适用性较强，生产效率相对较高、成本相对较低的叠片式锂电池铝壳体结构及其制作方法。为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种叠片式锂电池铝壳体结构，包括壳壁、壳底，所述的壳底完全处于壳壁内，其中一边与壳壁留出0~0.2mm间隙；壳底与壳壁通过搅拌摩擦焊接，所述的搅拌摩擦焊接焊缝沿壳底2与壳壁1的接缝一整周。
一种叠片式锂电池铝壳体结构的制作方法，包括以下步骤：
S1，将壳壁1套在壳壁定位柱外，壳壁的下部与定位底座接触；
S2，将壳底放于壳壁超出壳壁定位柱上端的部分所围绕壳壁定位柱上表面形成的空间内，壳底下表面与壳壁定位柱上表面接触；
S3，合上定位夹具的壳壁夹紧装置与壳底夹紧装置，将壳壁与壳底夹紧；
S4，在壳壁与壳底的接缝处沿接缝一周进行搅拌摩擦焊接，壳壁与壳底焊接连接成为一体，即锂电池铝壳体；
S5，打开壳壁夹紧装置与壳底夹紧装置，顶出装置向上顶出壳锂电池铝壳体。
进一步的，所述步骤S2中壳壁和壳底放置完成后，壳壁上端面高出壳底上表面0~0.2mm。
进一步的，所述的壳壁定位柱靠近焊缝的部分和夹紧壳壁的定位夹具装置接近壳壁上端面的部分的材料具有良好弹性和隔热的性质。
进一步的，步骤S2中所述的壳底放于超出壳壁定位柱上端的部分所围绕壳壁定位柱形成的空间内后，壳底周边轮廓与壳壁之间存在0~0.2mm的间隙。
进一步的，步骤S4中所述的搅拌摩擦焊接所采用的搅拌头为可伸缩式搅拌头（8），其直径小于壳壁厚度的1/2。
进一步的，步骤S4中所述的搅拌摩擦焊接过程的起始点位于壳壁圆角以外的位置，焊接结束前可伸缩式搅拌头在到达或者超过起始位置时开始提起，最终形成完整的密封性良好的无匙孔的焊缝。
附图说明
图1是本发明实施例1的一种锂电池极耳与极柱的连接结构示意图；
图2是图1中X处的细节放大图；
图3是壳壁的横截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种叠片式锂电池铝壳体结构，包括壳壁1和壳底2，所述的壳底2完全处于壳壁1内，其中一边与壳壁1留出0~0.2mm间隙；壳底2与壳壁1通过搅拌摩擦焊接，所述的搅拌摩擦焊接焊缝沿壳底2与壳壁1的接缝一整周。
一种叠片式锂电池铝壳体结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将壳壁1套在壳壁定位柱4外，壳壁1的下部与定位底座5接触；S2、将壳底2放于壳壁1与壳壁定位柱4上表面401围成的空间内，壳底2下表面与壳壁1定位柱上表面接触；S3、合上定位夹具，夹紧壳壁和壳底；S4、在壳壁与壳底的接缝处沿焊缝一周进行搅拌摩擦焊接，壳壁与壳底焊接连接成为一体；S5、焊接完成，壳壁夹紧装置3与壳底夹紧装置6，顶出装置向上顶出壳壁1与壳底2焊接连接成的整体结构，即锂电池铝壳体；S6、取出壳锂电池铝壳体，准备下一件的制作。
为了能够顺利的将壳底铝板放入壳壁内，壳底尺寸略小于壳壁内腔横截面尺寸，因此，一种叠片式锂电池铝壳体结构的制作方法步骤S2中所述的壳底2放于壳壁1与壳壁定位柱4上表面围成的空间内之后，壳壁周边轮廓与壳壁1之间存在0~0.2mm的间隙。
搅拌摩擦焊接过程中搅拌工具对焊接材料有一定的下压力。为了填补壳壁周边轮廓与壳壁1之间存在0~0.2mm的间隙，步骤S2中壳壁和壳底2放置完成后，壳壁上端面101高出壳底上表面201距离为0~0.2mm，在焊接过程中较高的壳壁上端面收到搅拌工具的压力和搅拌里发生塑性变形，可以更好地填补壳壁周边轮廓与壳壁之间存在0~0.2mm的间隙，有利于保证焊缝质量。
搅拌摩擦焊接的特点是被焊工件必须要夹紧固定，且需要在焊缝背面加垫板，进行刚性支撑。因此设计壳壁定位柱作为对壳底铝板的支撑，壳壁的下部与定位底座5接触从而获得支撑力，壳底夹紧装置6对壳底进行加紧。如此被焊工件被牢牢固定，且焊缝背面获得良好支撑。
搅拌摩擦焊接装置搅拌工具的轴肩直径较大，将超出壳壁1外侧，因此，一种叠片式锂电池铝壳体结构的制作方法的步骤S3中，对壳壁1的夹紧是四周夹紧的定位夹具对壳壁的夹紧力的位置的最上部低于壳底上表面0~0.2mm，壳壁夹紧装置3的上表面301低于壳底上表面0~0.2mm。间隙的存在可以防止搅拌工具的轴肩与定位夹具发生干涉而损坏；而较小间隙可以避免被焊材料进入轴肩与定位夹具之间形成飞边。
由于壳壁和壳底材料较薄，厚度一般为在1.0~1.2mm，焊缝横截面尺寸较小，相对来说损失到夹具和垫板上的热量会提高，因此所述的壳壁定位柱4接近焊缝的部分和壳壁夹紧装置3接近壳壁上端面的部分的材料需要具有良好弹性和隔热的性质，优选的可以是陶瓷材料。
为避免搅拌摩擦焊接的搅拌工具退出焊接部位时留有退出匙孔，一种叠片式锂电池铝壳体结构的制作方法一种叠片式锂电池铝壳体结构的制作方法的步骤S4中所述的搅拌摩擦焊接所采用的搅拌头结构为可伸缩式搅拌头，搅拌头的直径小于壳壁厚度的1/2。搅拌摩擦焊接过程的起始点位于壳壁圆角以外的位置，整个焊接过程搅拌工具绕焊缝一周。在焊接结束前，可伸缩式搅拌头在到达或者超过起始位置时开始逐渐提起，此时搅拌工具仍沿着焊缝移动。可伸缩式搅拌头完全缩进轴肩之后，焊接过程结束，最终形成完整的密封性良好的无匙孔的焊缝。
焊接结束后，打开定位夹具的夹紧装置，顶出装置向上顶出壳壁与壳底焊接连接成的整体结构，即锂电池铝壳体，取出锂电池铝壳体，然后准备下一件的制作
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，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种叠片式锂电池铝壳体结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将壳壁（1）套在壳壁定位柱（4）外，壳壁（1）的下部与定位底座（5）接触；
S2，将壳底（2）放于壳壁（1）超出壳壁定位柱（4）上端的部分所围绕壳壁定位柱（4）上表面（401）形成的空间内，壳底（2）下表面与壳壁定位柱上表面接触；
S3，合上定位夹具的壳壁夹紧装置（3）与壳底夹紧装置（6），将壳壁（1）与壳底（2）夹紧；
S4，在壳壁（1）与壳底（2）的接缝处沿接缝一周进行搅拌摩擦焊接，壳壁与壳底焊接连接成为一体，即锂电池铝壳体
S5，打开壳壁夹紧装置（3）与壳底夹紧装置（6），顶出装置向上顶出壳锂电池铝壳体。
2.根据权利要求1所述的一种叠片式锂电池铝壳体结构的制作方法，其特征在于，所述步骤S2中壳壁（1）和壳底（2）放置完成后，壳壁（1）上端面（101）高出壳底（2）上表面（201）0~0.2mm。
3.根据权利要求1所述的一种叠片式锂电池铝壳体结构的制作方法，其特征在于，所述步骤S3中定位夹具的壳壁夹紧装置（3）的上表面低于壳底上表面（301）高度为0~0.2mm。
4.根据权利要求1所述的一种叠片式锂电池铝壳体结构的制作方法，其特征在于，所述的壳壁定位柱（4）靠近焊缝的部分和夹紧壳壁的定位夹具装置接近壳壁上端面的部分的材料具有良好弹性和隔热的性质。
5.根据权利要求1所述的一种叠片式锂电池铝壳体结构的制作方法，其特征在于，步骤S2中所述的壳底（2）放于超出壳壁定位柱（4）上端的部分所围绕壳壁定位柱（4）形成的空间内后，壳底（2）周边轮廓与壳壁（1）之间存在0~0.2mm的间隙。
6.根据权利要求1所述的一种叠片式锂电池铝壳体结构的制作方法，其特征在于，步骤S4中所述的搅拌摩擦焊接所采用的搅拌头为可伸缩式搅拌头（8），其直径小于壳壁（1）厚度的1/2。
7.根据权利要求1所述的一种叠片式锂电池铝壳体结构的制作方法，其特征在于，步骤S4中所述的搅拌摩擦焊接过程的起始点位于壳壁（1）圆角以外的位置，焊接结束前可伸缩式搅拌头在到达或者超过起始位置时开始提起，最终形成完整的密封性良好的无匙孔的焊缝。
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