CN107104207A - 二次电池及其顶盖 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二次电池及其顶盖。所述顶盖包括用于与壳体焊接连接的顶盖焊接区域，顶盖焊接区域设有朝向壳体的连接接触面；所述顶盖焊接区域的连接接触面上开设有沿其焊接长度方向延伸的通气通路，通气通路将顶盖焊接区域分为用于与壳体焊接连接的焊接连接部和用于抵顶壳体以避免飞溅物落入电池内部的飞溅物阻挡部。与现有技术相比，本发明二次电池顶盖通过在顶盖焊接区域的连接接触面上开设通气通路，有效解决了激光焊接产生气孔的问题，还减少了焊接飞溅、咬边的发生，同时避免了焊接产生的飞溅物直接掉入电池内部，即便出现焊接不良，也只需进行补焊即可。
Description
技术领域
本发明属于二次电池制造领域，更具体地说，涉及一种能够避免焊接问题的二次电池及其顶盖。
背景技术
在二次电池(例如锂离子电池)的制造过程中，在电芯入壳后，需要将顶盖与壳体进行激光焊接，为电池注液做好准备。
请参阅图1至图3，顶盖1与壳体2之间激光焊接的具体过程是：分别对顶盖焊接区域的上表面11和连接接触面13、壳体焊接区域的上表面21和连接接触面22进行清洁，然后压平二者的焊接区域上表面11和21，最后将接触部分用激光满焊的方式进行密封，焊接完后形成满焊焊缝3。
请参阅图4，为保证焊缝3的可靠性，在确保不焊穿顶盖1的前提下，为获得较深的焊缝，目前一般采用深熔焊的方式进行焊接。在深熔焊过程中，激光4的功率密度超过106W/cm2，工件表面将产生高压蒸汽32，蒸汽脱离熔池34时产生的强烈反冲压力会生成细长的激光匙孔33。一旦材料表面张力超过蒸汽反冲压力，激光匙孔33就会瓦解，导致蒸汽被困在熔池34内而形成气孔35。气孔35的存在将使焊缝3的强度大幅降低(通常是母材的50％-75％)，这样的焊缝3存在很大的安全隐患。
另外，若顶盖1或壳体2的焊接区域清洁不干净，焊接过程中除了会产生上述气孔缺陷外，还会产生飞溅、咬边等缺陷，尤其是当靠近顶盖倒角12的焊接区域存在低熔点污染物的情况下，焊接产生的飞溅物会直接进入电池内部，而焊缝3的表面却无异常，这类电池存在很大的性能隐患，但是却很难检出。
近年来，出现了一些能显著减少焊接气孔的特殊激光技术，例如摆动激光、双光束激光等，但这些特殊激光技术在国内还是空白，需要投入大量资金从国外引进。当然，国内一些公司/科研结构使用低功率密度的热导焊方式也能抑制气孔的产生，但加工效率较低。而且，除了严格控制焊接区域的表面清洁外，目前还没有任何的技术手段能有效抑制焊接飞溅、咬边等缺陷的发生，严格的清洁要求势必会增加生产成本和降低生产效率。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种改进结构的二次电池及其顶盖，通过顶盖的结构设置来抑制激光焊接不良缺陷的发生，并且在发生焊接不良的情况下，依旧能够通过顶盖的结构防止焊接飞溅物掉入电池内部。
为了实现上述目的，本发明提供了一种二次电池顶盖，其包括用于与壳体焊接连接的顶盖焊接区域，顶盖焊接区域设有朝向壳体的连接接触面；所述顶盖焊接区域的连接接触面上开设有沿其焊接长度方向延伸的通气通路，通气通路将顶盖焊接区域分为用于与壳体焊接连接的焊接连接部和用于抵顶壳体以避免飞溅物落入电池内部的飞溅物阻挡部。
作为本发明二次电池顶盖的一种改进，所述通气通路分布在连接接触面的整个焊接长度上。
作为本发明二次电池顶盖的一种改进，所述通气通路的横截面为矩形、V形或弧形。
作为本发明二次电池顶盖的一种改进，所述通气通路的高度L和深度h均为0.3～2mm。
作为本发明二次电池顶盖的一种改进，所述焊接连接部的厚度H1为0.2～2mm。
作为本发明二次电池顶盖的一种改进，所述飞溅物阻挡部最薄处的厚度H2不小于0.3mm，最厚处的厚度H3不大于2mm。
作为本发明二次电池顶盖的一种改进，所述顶盖为片体，连接接触面为顶盖的外周面。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种二次电池，其包括顶盖、壳体和电芯；电芯收容于壳体中，顶盖焊接于壳体的开口而实现电芯的密封；所述顶盖为上述任一段落所述的二次电池顶盖。
作为本发明二次电池的一种改进，所述顶盖与壳体之间的焊缝的熔池深度大于焊接连接部的厚度H1，且小于焊接连接部的厚度H1与通气通路的高度L之和。
作为本发明二次电池的一种改进，所述壳体也设有连接接触面；焊接前，顶盖的焊接连接部和飞溅物阻挡部均抵顶在壳体的连接接触面上；焊接时，通气通路在激光匙孔瓦解后为高压蒸汽提供逃逸路径而避免在熔池内形成气孔，同时，焊接过程中产生的多余熔池金属和飞溅物都会被飞溅物阻挡部阻挡而留在通气通路中。
与现有技术相比，本发明二次电池顶盖通过在顶盖焊接区域的连接接触面上开设通气通路，有效解决了激光焊接产生气孔的问题，还减少了焊接飞溅、咬边的发生，同时避免了焊接产生的飞溅物直接掉入电池内部，即便出现焊接不良，也只需进行补焊即可。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明二次电池、顶盖及其有益技术效果进行详细说明，其中：
图1为二次电池的结构示意图。
图2为现有二次电池的顶盖与壳体在焊接前的安装结构示意图。
图3为图2中的顶盖与壳体经激光焊接后的焊缝连接结构示意图。
图4为现有二次电池的顶盖与壳体在焊接过程中形成气孔的原理解析图。
图5为本发明二次电池的顶盖与壳体在焊接前的安装结构示意图。
图6为对图5中的顶盖与壳体进行激光焊接的过程示意图。
图7为图5中的顶盖与壳体经激光焊接后的焊缝连接结构示意图。
具体实施例
为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
请参阅图1和图5，本发明二次电池包括顶盖1、壳体2和电芯(图未示)。其中，电芯收容于壳体2中，顶盖1焊接于壳体2的开口而实现电芯的密封。
顶盖1包括用于与壳体2焊接连接的顶盖焊接区域，顶盖焊接区域设有朝向壳体2的连接接触面。顶盖焊接区域的连接接触面上开设有沿其焊接长度方向延伸的通气通路501。通气通路501优选为分布在连接接触面的整个焊接长度上，将顶盖焊接区域分为焊接连接部16和飞溅物阻挡部17；连接接触面位于焊接连接部16的部分为焊接连接面160，位于飞溅物阻挡部17的部分为抵顶面170。
通气通路501的横截面优选为矩形，但也可以是V形或弧形等形状，只要能够起到导出焊接蒸汽的作用即可，可以采用机加工、多道冲压等工艺获得。通气通路501的底面即为飞溅物阻挡部17的阻挡面172。
在尺寸方面，通气通路501的高度L和深度h均为0.3～2mm，焊接连接部16的厚度H1为0.2～2mm；飞溅物阻挡部最薄处的厚度H2不小于0.3mm，最厚处的厚度H3不大于2mm。
请参阅图5～7，顶盖1与壳体2的焊接过程为：
首先，对顶盖焊接区域的上表面11和连接接触面、壳体焊接区域的上表面21和连接接触面进行适当清洁，然后压平二者的焊接区域上表面11和21，完成图如图5所示；此时，焊接连接部16的焊接连接面160和飞溅物阻挡部17的抵顶面170均抵顶在壳体2的连接接触面上。
然后，采用激光4对顶盖1与壳体2进行焊接。焊接时，通过控制激光4的功率密度，使熔池34的深度大于焊接连接部16的厚度H1，且小于焊接连接部16的厚度H1与通气通路501的高度L之和，以确保焊接时激光匙孔33能形成通孔且不会焊穿飞溅物阻挡部17；焊接过程中，高压蒸汽32脱离熔池34时产生的反冲压力会穿透焊接连接部16形成激光匙孔33，激光匙孔33不仅与外界连通，而且还形成通孔与通气通路501连通。若焊接过程中材料的表面张力超过蒸汽反冲压力造成激光匙孔33瓦解，以致不能与外界连通，被阻隔的高压蒸汽32就会经通孔进入通气通路501，形成气流32a和32b从通气通路501逃逸，而不会停留在熔池34内形成气孔。另一方面，由于飞溅物阻挡部17的抵顶面170抵顶在壳体2的连接接触面上，焊接过程中产生的多余熔池金属和飞溅物都会被飞溅物阻挡部17的阻挡面172阻挡而留在通气通路501中，无法落入电池内部，最终形成的焊缝30如图7所示。显然，通气通路501的空间越大，容纳高压蒸汽32的能力就越强，抑制焊接飞溅、咬边等由低熔点异物造成的缺陷的能力也越强。
在图示实施方式中，顶盖1为矩形片体，连接接触面为顶盖1的外周面，因此通气通路501也设于顶盖外周面上，但在不同种类、形状的二次电池中，顶盖1还可以有以下变化：1)顶盖1的形状也可以为圆形、多边形或不规则的形状(如异形电池)，使得连接接触面为规则或不规则形状的外周壁，这并不影响本发明的实施，只需将通气通路501沿连接接触面的焊接长度设置即可；2)根据实际需要，顶盖1也可能以其他表面为连接接触面，如下表面、弯折部的内侧面等，这也不会影响本发明的实施，只需将通气通路501直接设置在连接接触面上即可。
与现有技术相比，本发明二次电池顶盖通过在顶盖焊接区域的连接接触面上开设通气通路501，有效解决了激光焊接产生气孔的问题，还减少了焊接飞溅、咬边的发生，同时避免了焊接产生的飞溅物直接掉入电池内部，即便出现焊接不良，也只需进行补焊即可。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施例进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施例，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种二次电池顶盖，包括用于与壳体焊接连接的顶盖焊接区域，顶盖焊接区域设有朝向壳体的连接接触面；其特征在于：所述顶盖焊接区域的连接接触面上开设有沿其焊接长度方向延伸的通气通路，通气通路将顶盖焊接区域分为用于与壳体焊接连接的焊接连接部和用于抵顶壳体以避免飞溅物落入电池内部的飞溅物阻挡部。
2.根据权利要求1所述的二次电池顶盖，其特征在于：所述通气通路分布在连接接触面的整个焊接长度上。
3.根据权利要求1所述的二次电池顶盖，其特征在于：所述通气通路的横截面为矩形、V形或弧形。
4.根据权利要求1所述的二次电池顶盖，其特征在于：所述通气通路的高度L和深度h均为0.3～2mm。
5.根据权利要求1所述的二次电池顶盖，其特征在于：所述焊接连接部的厚度H1为0.2～2mm。
6.根据权利要求1所述的二次电池顶盖，其特征在于：所述飞溅物阻挡部最薄处的厚度H2不小于0.3mm，最厚处的厚度H3不大于2mm。
7.根据权利要求1所述的二次电池顶盖，其特征在于：所述顶盖为片体，连接接触面为顶盖的外周面。
8.一种二次电池，包括顶盖、壳体和电芯；电芯收容于壳体中，顶盖焊接于壳体的开口而实现电芯的密封；其特征在于：所述顶盖为权利要求1至7中任一项所述的二次电池顶盖。
9.根据权利要求8所述的二次电池，其特征在于：所述顶盖与壳体之间的焊缝的熔池深度大于焊接连接部的厚度H1，且小于焊接连接部的厚度H1与通气通路的高度L之和。
10.根据权利要求8所述的二次电池，其特征在于：所述壳体也设有连接接触面；焊接前，顶盖的焊接连接部和飞溅物阻挡部均抵顶在壳体的连接接触面上；焊接时，通气通路在激光匙孔瓦解后为高压蒸汽提供逃逸路径而避免在熔池内形成气孔，同时，焊接过程中产生的多余熔池金属和飞溅物都会被飞溅物阻挡部阻挡而留在通气通路中。
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