CN105643083A - 高功率锂离子电池极耳与极柱的焊接方法 - Google Patents

高功率锂离子电池极耳与极柱的焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高功率锂离子电池极耳与极柱的焊接方法，步骤包括：1、装配电子束焊接用装置；2、将装置放入电子束焊机真空室中；3、启动电子束焊机，电子枪发出电子束穿透多层铜负极耳并打入负极柱内形成一个熔池，使多层铜负极耳与负极柱交界面的焊缝熔为一体，控制多层铜负极耳与负极柱交界面上熔池中心处横截面的宽度在0.5mm以上。本发明采用电子束焊接方法，将多层铜负极耳与铜负极柱的交界面熔化成熔池，多层铜负极耳与负极柱熔接成不可分割的一体，保证了多层铜负极耳与负极柱连接的可靠性，确保电池即使经历若干次力学振动或高低温循环，仍能可靠工作。

Description

高功率锂离子电池极耳与极柱的焊接方法
技术领域
本发明属于高功率锂离子电池技术领域，特别是涉及高功率锂离子电池极耳与极柱的焊接方法。
背景技术
锂离子电池由于具有比能量高、充放电寿命长、使用温度范围宽等特点而得到广泛的应用。随着电子技术的日益进步，对锂离子电池的高功率要求越来越高。
由于铜具有导热系数很高的特点，铜材质已成为高功率锂离子电池负极柱和多层铜负极耳的首选材料。高功率电池的多层铜负极耳与铜负极柱不宜采用电阻焊方式连接；由于铜的反射率较高，不宜采用激光焊，再加之高功率电池多层铜负极耳层数较多，本身就加大了焊接的难度，目前，铆接成为多层铜负极耳和铜负极柱的主流连接方式。
在普通环境中，高功率锂离子电池多层铜负极耳和铜负极柱的铆接方式即可满足使用要求。随着航空航天技术的发展，对高功率锂离子电池的高功率和高可靠性的要求也随之提高，由于航空航天环境有着复杂的力学振动和温差很大的特殊性，高功率锂离子电池中铆接成的多层铜负极耳和铜负极柱在使用过程中，由于电池要经历若干次力学振动和温差很大的高低温循环，多层铜负极耳和铜负极柱的铆接部位会发生松动，造成电池电极的虚接，影响电池的工作的可靠性，缩短电池的使用寿命。
发明内容
本发明为解决背景技术中存在的技术问题，提供一种经历若干次力学振动或高低温循环后，仍能够保证多层铜负极耳和铜负极柱可靠连接，确保电池可靠工作的高功率锂离子电池极耳与极柱的焊接方法。
本发明包括如下技术方案：
高功率锂离子电池极耳与极柱的焊接方法，其特点是：包括以下步骤：
步骤1：装配多层铜负极耳与负极柱电子束焊接用装置
⑴在一板状底盘上固装一个放置负极柱焊接端的散热底座和一个放置电芯用的支撑底座；
⑵在散热底座上连接一个沿垂直方向可移动的压块，所述压块沿垂直方向的中部有镂空槽；通过压块和散热底座将负极柱焊接端和从电芯中引出的多层铜负极耳夹紧；
⑶在多层铜负极耳的电芯引出端和焊接端之间用一散热块夹紧；
⑷在负极柱的另一端连接一个导热块；完成多层铜负极耳与负极柱电子束焊接用装置的装配过程；
步骤2：对多层铜负极耳与负极柱进行电子束焊接
⑴将步骤1装配的装置放入电子束焊机真空室中，压块上的镂空槽对准电子束焊机中的电子枪口，真空室抽真空；
⑵启动电子束焊机，电子枪发出电子束穿透多层铜负极耳并打入负极柱内形成一个熔池，使多层铜负极耳与负极柱交界面的焊缝熔为一体，将熔池的深度控制在大于多层铜负极耳的厚度、小于多层铜负极耳厚度与负极柱焊接端厚度之和，控制多层铜负极耳与负极柱交界面上熔池中心处横截面的宽度在0.5mm以上；完成多层铜负极耳与负极柱交界面之间一处的电子束焊接过程；
按照步骤2，在多层铜负极耳与负极柱的交界面之间进行两处以上电子束焊接，完成本发明多层铜负极耳与负极柱的电子束焊接过程。
本发明还可以采用如下技术措施：
所述散热底座、散热块和导热块压块均为紫铜材料。
所述保护罩固装在底盘上，位于电芯引出多层铜负极耳部位的保护罩上有一开口，保护罩内的多层铜负极耳从开口处引至保护罩外部。
所述散热底座上端面制有与铜负极柱焊接端宽度相同的固位槽。
所述散热块为沿轴向带有通槽的两个镜像对称的长方体，两个长方体的一侧为活动连接，另一侧为锁紧连接。
所述导热块上制有与负极柱螺纹连接的螺纹盲孔，所述螺纹盲孔的长度小于负极柱的螺纹轴的长度。
本发明具有的优点和积极效果是：
1、本发明采用电子束焊接方法，将高功率锂离子电池电芯引出的多层铜负极耳与铜负极柱的交界面熔化，形成熔池，使相同材质的多层铜负极耳与负极柱熔接成为不可分割的一体，保证了多层铜负极耳与负极柱连接的可靠性，即使在力学振动或高低温循环下也不会发生多层铜负极耳与负极柱虚接的可能，保证多层铜负极耳与负极柱之间既具有良好的导电效果，又具有很高的力学强度，确保电池即使经历若干次力学振动或高低温循环，仍能可靠工作。
2、本发明选用了紫铜制成的散热底座带走了熔化多层铜负极耳和负极柱时产生的大部分热量；通过在散热底座和电芯之间的多层铜负极耳上紧包一圈紫铜制成的散热块，有效防止了因热量沿着多层铜负极耳传递到电芯引起的隔膜熔化，并将电芯引出的多个单片负极耳固定在一起；通过在负极柱远离多层铜负极耳的一端螺纹连接一紫铜螺纹盲孔导热块，导热块上螺纹盲孔的长度小于负极柱上螺纹轴的长度，确保负极柱的端部顶在导热块螺纹盲孔的底部，使得负极柱上的热量向有多层铜负极耳的反方向传递，导热块进一步防止了因过多热量传递到电芯一侧而毁损电芯。
3、本发明通过在底盘上固定一个罩住电芯的保护罩，有效防止了杂物落入电芯中，保证了电池的安全、可靠。
附图说明
图1是本发明多层铜负极耳与负极柱焊接用装置示意图；
图2是图1的立体示意图；
图3是本发明多层铜负极耳与负极柱的焊接部位示意图。
图中，1-底盘，2-导热块，3-负极柱，4-压块，5-负极柱焊接端，6-多层铜负极耳，7-散热底座，8-散热块，9-支撑底座，10-电芯，11-保护罩，12-多层铜负极耳与负极柱交界面，13-交界面上熔池的横截面宽度，14-熔池，15-熔池的深度。
具体实施方式
为能进一步公开本发明的发明内容、特点及功效，特例举以下实例详细说明如下：
步骤1：制作电子束焊接用装置的零件
如图1-图2所示，选用铝合金制作一面带有固定连接用螺孔的长方板作为底盘1；选用紫铜分别制作散热底座7、散热块8和导热块2；选用不锈钢制作与散热底座连接的压块4，所述压块沿垂直方向的中部有一镂空槽；选用聚四氟乙烯块制作平面面积大于电芯的支撑底座9；选用铝合金制作能够罩住电芯的保护罩11；
步骤2：装配多层铜负极耳与负极柱电子束焊接用装置
⑴将放置铜负极柱焊接端5的散热底座和放置电芯10的支撑底座固装在底盘上；散热底座的上端面制作与铜负极柱焊接端宽度相同的固位槽，铜负极柱焊接端置于散热底座的固位槽中，从电芯中引出的多层铜负极耳6放置在铜负极柱焊接端的端面上，压块压在多层铜负极耳上，通过压块和散热底座将负极柱焊接端和负极柱焊接端夹紧，以保证多层铜负极耳与负极柱焊接端紧密接触；
⑵在电芯引出端和焊接端之间的多层铜负极耳的一外周用散热块夹紧；所述散热块为沿轴向带有通槽的两个镜像对称的长方体，两个长方体的一侧为活动连接，另一侧为锁紧连接；
⑶所述导热块上制有与负极柱螺纹连接的螺纹盲孔，所述螺纹盲孔的长度小于负极柱的螺纹轴的长度，将导热块连接在负极柱3的另一端；
⑷固装在底盘上的保护罩上有一开口，所述的开口套在电芯中引出的多层铜负极耳上；完成多层铜负极耳与负极柱电子束焊接用装置的装配过程；
步骤3：对多层铜负极耳与负极柱进行电子束焊接
⑴将步骤1装配的装置放入电子束焊机真空室中，压块上的镂空槽对准电子束焊机中的电子枪口，将真空室抽真空；
⑵启动电子束焊机，电子枪发出电子束在压块上开出的镂空槽内穿透多层铜负极耳并打入负极柱内形成一个熔池14，将多层铜负极耳与负极柱交界面12形成的焊缝熔为一体，将熔池的深度15控制在大于多层铜负极耳的厚度、小于多层铜负极耳厚度与负极柱焊接端厚度之和，控制多层铜负极耳与负极柱交界面上熔池中心处横截面的宽度13在0.5mm以上，如图3所示；完成多层铜负极耳与负极柱交界面之间一处的电子束焊接过程；
按照步骤2，在多层铜负极耳与负极柱的交界面之间进行两处以上电子束焊接，完成本发明多层铜负极耳与负极柱的电子束焊接过程。
本发明的工作原理
本发明通过电子束轰击多层铜负极耳与负极柱的交界面，巨大的动能转化为热能，穿透多层铜负极耳使多层铜负极耳与负极柱的交界面熔化，形成熔池，相同材质的多层铜负极耳与负极柱熔接成为不可分割的一体，即使在力学振动或高低温循环下也不会发生多层铜负极耳与负极柱虚接的可能，保证多层铜负极耳与负极柱之间既具有良好的导电效果，又具有很高的力学强度，确保电池即使经历若干次力学振动或高低温循环，仍能可靠工作。为将熔化多层铜负极耳和负极柱产生的热量快速散出，装配的装置中选用了紫铜制成的散热底座带走了大部分热量；为将电芯引出的多个单片负极耳固定在一起，并防止因热量沿着多层铜负极耳传递到电芯引起的隔膜熔化，在散热底座和电芯之间的多层铜负极耳上紧包一圈紫铜制成的散热块；通过在负极柱远离多层铜负极耳的一端螺纹连接一紫铜螺纹盲孔导热块，确保负极柱的螺纹轴端部顶在导热块上螺纹盲孔的底部，使得负极柱上的热量向有多层铜负极耳的反方向传递，导热块进一步防止了因过多热量传递到电芯一侧而毁损电芯，保证了多层铜负极耳与负极柱在电子束焊接过程中不损坏电池上的任何零部件。
尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.高功率锂离子电池极耳与极柱的焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：装配多层铜负极耳与负极柱电子束焊接用装置
⑴在一板状底盘上固装一个放置负极柱焊接端的散热底座和一个放置电芯用的支撑底座；
⑵在散热底座上连接一个沿垂直方向可移动的压块，所述压块沿垂直方向的中部有镂空槽；通过压块和散热底座将负极柱焊接端和从电芯中引出的多层铜负极耳夹紧；
⑶在多层铜负极耳的电芯引出端和焊接端之间用一散热块夹紧；
⑷在负极柱的另一端连接一个导热块；完成多层铜负极耳与负极柱电子束焊接用装置的装配过程；
步骤2：对多层铜负极耳与负极柱进行电子束焊接
⑴将步骤1装配的装置放入电子束焊机真空室中，压块上的镂空槽对准电子束焊机中的电子枪口，真空室抽真空；
⑵启动电子束焊机，电子枪发出电子束穿透多层铜负极耳并打入负极柱内形成一个熔池，使多层铜负极耳与负极柱交界面的焊缝熔为一体，将熔池的深度控制在大于多层铜负极耳的厚度、小于多层铜负极耳厚度与负极柱焊接端厚度之和，控制多层铜负极耳与负极柱交界面上熔池中心处横截面的宽度在0.5mm以上；完成多层铜负极耳与负极柱交界面之间一处的电子束焊接过程；
按照步骤2，在多层铜负极耳与负极柱的交界面之间进行两处以上电子束焊接，完成本发明多层铜负极耳与负极柱的电子束焊接过程。
2.根据权利要求1所述高功率锂离子电池极耳与极柱的焊接方法，其特征在于：所述散热底座、散热块和导热块压块均为紫铜材料。
3.根据权利要求1或2所述高功率锂离子电池极耳与极柱的焊接方法，其特征在于：所述保护罩固装在底盘上，位于电芯引出多层铜负极耳部位的保护罩上有一开口，保护罩内的多层铜负极耳从开口处引至保护罩外部。
4.根据权利要求1或2所述高功率锂离子电池极耳与极柱的焊接方法，其特征在于：所述散热底座上端面制有与铜负极柱焊接端宽度相同的固位槽。
5.根据权利要求1或2所述高功率锂离子电池极耳与极柱的焊接方法，其特征在于：所述散热块为沿轴向带有通槽的两个镜像对称的长方体，两个长方体的一侧为活动连接，另一侧为锁紧连接。
6.根据权利要求1或2所述高功率锂离子电池极耳与极柱的焊接方法，其特征在于：所述导热块上制有与负极柱螺纹连接的螺纹盲孔，所述螺纹盲孔的长度小于负极柱的螺纹轴的长度。
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