CN107195841A - 极耳和极柱的连接结构及连接方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种极耳和极柱的连接结构和连接方法，其中连接结构包括极耳和极柱,所述极柱上开设有与所述极耳对应的极耳连接孔，所述极耳伸入所述极柱上的所述极耳连接孔中，并且所述极耳与所述极柱通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起。本申请提高了极耳和极柱的连接质量和效率。

Description

极耳和极柱的连接结构及连接方法

技术领域

本申请涉及锂电池生产领域，具体涉及一种极耳和极柱的连接结构及连接方法。

背景技术

在锂离子电池生产过程中，需要经过极片制片-电芯焊接-电芯入壳-壳盖封装-干燥注液-化成分容的流程，其中电芯焊接工序，是将铝箔极耳与铝极柱、铜箔极耳与铜极柱焊接在一起，要求焊接可靠，内阻小，目前行业采用的都是超声波焊接方式，超声波金属焊接是利用额每秒钟数万次的高频振动波传递到两个需焊接的金属工件表面，再施以一定的压力，使金属表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合，达到焊接的目的。

超声波焊接时所焊接金属件不能太厚，焊点不能太大，经常出现焊点偏移、漏焊、假焊、焊断、焊接拉力不符合工艺要求等异常现象，直接影响产品的良品率，同时会造成电池性能的一致性较差。

更具体地,电池极耳与极柱采用超声波焊接存在以下缺点：

1)金属件不能太厚，焊点不能太大，对于较厚的多层铜铝箔和极柱不能适用超声波焊接，必须分开进行焊接，影响生产效率和增加成本；

2)经常出现漏焊、假焊、焊断、焊接拉力不符合工艺要求等异常现象，直接影响产品的良品率，同时会造成电池性能的一致性较差；

3)铜铝箔表面存在异常物质时，超声波焊接存在焊接不良和焊不上的现象；

4)铜箔与铜极柱、铝箔与铝极柱超声波焊接后内阻较大，影响电池大倍率充放电性能和安全性能；

5)铜箔与铜极柱、铝箔与铝极柱超声波焊接需要占据电池较多的空间，影响电池的能量密度。

发明内容

本申请的目的是：针对现有技术中采用超声波焊接连接电池极耳和极柱存在的问题,本申请提出一种新型的极耳和极柱的连接结构及连接方法，以提高极耳和极柱的连接质量和效率。

为了达到上述目的，本申请的技术方案是：

一种极耳和极柱的连接结构，包括极耳和极柱,所述极柱上开设有与所述极耳对应的极耳连接孔，所述极耳伸入所述极柱上的所述极耳连接孔中，并且所述极耳与所述极柱通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起。

本申请这种极耳极柱连接结构在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

所述极耳连接孔为直线型的长条孔。

所述极耳连接孔的长度一端为敞口端。

所述极柱上共开设有两个所述极耳连接孔，且这两个极耳连接孔的长度平行布置。

所述极柱上开设有位于所述两个极耳连接孔之间的夹具安装豁口。

所述极耳为铝极耳，所述极柱为铝极柱。

所述极耳为铜极耳，所述极柱为铜极柱。

一种极耳和极柱的连接方法，在所述极柱上开设与所述极耳对应的极耳连接孔，将所述极耳伸入极柱上的所述极耳连接孔中，并利用搅拌摩擦焊机采用搅拌摩擦焊接工艺将所述极耳与所述极柱焊接在一起。

本申请这种极耳极柱连接方法在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

将所述极耳伸入极柱上的所述极耳连接孔中后，利用极柱极耳焊接定位夹具固定住所述极柱和所述极耳的相对位置，然后将所述搅拌摩擦焊机的搅拌摩擦焊头伸向所述极柱和极耳的接缝，开启搅拌摩擦焊机而带动搅拌摩擦焊头高频运动，并使搅拌摩擦焊头沿着极柱和极耳之间的接缝移动，从而使极柱和极耳连接在一起。

所述极耳极柱焊接定位夹具包括：

左夹体，

右夹体，以及

设于所述左夹体和右夹体之间的中间夹体；

焊接时，将所述左夹体和右夹体分别布置在所述极柱的左右两外侧，将所述中间夹体布置在夹具安装豁口处，并且使所述左夹体、右夹体和中间夹体将所述极耳压紧定位，然后再利用所述搅拌摩擦焊机对所述极柱和极耳进行焊接。

本申请采用搅拌摩擦焊接方式将极柱和极耳连接在一起，具有以下优势：

1)采用搅拌摩擦焊可以解决较厚的铜箔与铜极柱，铝箔与铝极柱进行焊接的问题，提高生产效率和降低成本；

2)解决了经常出现漏焊、假焊、焊断、焊接拉力不符合工艺要求等异常现象，可以明显提高产品的良品率和一致性；

3)解决了铜铝箔表面存在异常物质时，超声波焊接存在焊接不良和焊不上的现象；

4)解决了铜箔与铜极柱、铝箔与铝极柱超声波焊接后内阻较大的问题，可适应电池大倍率充放电性能；

5)搅拌摩擦焊占用电池的空间较小，相对于超声波焊接，可提高电池能量密度。

附图说明

图1为本申请实施例一中极耳、极柱以及搅拌摩擦焊机的分布示意图；

图2为本申请实施例一中极耳和极柱焊接示意图；

图3为本申请实施例二中极耳、极柱以及搅拌摩擦焊机的分布示意图；；

图4为本申请实施例二中极耳和极柱焊接示意图；

图5为本申请中极耳和极柱焊接处的放大图；

其中：2-裸电芯，3-极耳，4-壳盖，5-极柱，501-极柱本体，502-极柱嵌体，5a-极耳连接孔,6-单电芯，7-搅拌摩擦焊头，801-左夹体，802-右夹体，803-中间夹体，901-左夹具体，902-右夹具体。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。本申请可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。

然而，本领域的技术人员可能会意识到其中的一个或多个的具体细节描述可以被省略，或者还可以采用其他的方法、组件或材料。在一些例子中，一些实施方式并没有描述或没有详细的描述。

此外，本文中记载的技术特征、技术方案还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。因此，附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。

本申请所说“连接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

实施例一：

图1和图2示出了本申请这种极耳和极柱的连接结构在正负极同侧布置(即其电池的正极和负极布置在电池的相同侧)的锂离子电池中的一个具体应用例。与传统电池相同的是，该锂离子电池也包括：上端均为敞口结构的壳体(为了便于读者更加清楚地看出极耳和极柱的连接结构，图中未画出该壳体的结构)、收容于所述壳体内的裸电芯2以及设置于所述壳体上两端敞口处的壳盖4。其中，裸电芯2的左右两侧均分别设置有极耳3，壳盖4的左右两侧均设置有极柱5。其中，裸电芯2左侧的极耳3为正极耳，裸电芯2右侧的极耳3为负极耳。壳盖4左侧的极柱5为正极柱，壳盖4右侧的极柱5为负极柱。

因视角遮挡原因，图1至图3仅示出了一侧的极耳3和极柱5，未能示出另一侧的极耳3和极柱5。

本实施例的关键改进在于，极柱5上开设有与极耳3对应的极耳连接孔5a，极耳3伸入所述极耳连接孔5a中，并且极耳3与极柱5通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起。

如图2所示，本实施例中，极耳连接孔5a为直线型的长条孔，而且极耳连接孔5a的长度一端为敞口端(即极耳连接孔5a的长度一端延伸至极柱5的端面处)。更贴切地，我们可将所述极耳连接孔5a称之为极耳连接缝。

本实施例中极耳连接孔5a的长度一端延伸至极柱5的端面处，使得极耳3能够更方便地伸入极耳连接孔5a中。

本实施例中，正极柱和负极柱上均分别开设有两个极耳连接孔5a，裸电芯2左侧的众多极耳(正极耳)分别伸入正极柱的两个极耳连接孔5a中并通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起，裸电芯2右侧的众多极耳(负极耳)分别伸入负极柱的两个极耳连接孔5a中并通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起。

本实施例中，所述正极柱为铝极柱，与之对应连接的正极耳为铝极耳。负极柱为铜极柱，与之对应连接的负极耳为铜极耳。壳体1的外轮廓为长方体结构，其上端的敞口为矩形敞口，所述壳盖4为矩形板结构。裸电芯2由多个单电芯6(本实施例具体为四个，如图1)并组组合而成。

为了使得对极耳和极柱焊接时，能够更加方便地对极耳3的位置进行定位，本实施例在极柱5上还开设有位于两极耳连接孔5a之间的夹具安装豁口5b。

再参照图1和图2所示，现将本实施例这种锂离子电池中极耳3和极柱5的连接方法简单介绍如下：

首先将极耳3伸入极柱5上的极耳连接孔5a中(当然，前提是极柱5上需开设有极耳连接孔5a)。利用极柱极耳焊接定位夹具固定住极柱5和极耳3的相对位置(防止在焊接过程中二者相对移动，保证焊接质量)，然后将搅拌摩擦焊机的搅拌摩擦焊头伸向极柱5和极耳3的接缝(显然，因为极耳3和极柱5为分体部件，当极耳3伸入极柱5的极耳连接孔5a中时，自然会在极耳3和极柱5之间形成接缝)，开启搅拌摩擦焊机而带动搅拌摩擦焊头高频运动，并使搅拌摩擦焊头沿着极柱5和极耳3之间的接缝移动，从而使极柱5和极耳3连接在一起。

上述极耳极柱焊接定位夹具包括：左夹体801、右夹体802、设于所述左夹体和右夹体之间的中间夹体803。对极耳和极柱焊接时，将上述左夹体801和右夹体802分别布置在极柱5在图2中的左右两外侧，将中间夹体803布置在前述夹具安装豁口5b处。并且左夹体801、右夹体802和中间夹体803压紧极耳3，以保证极耳3在焊接过程中的位置稳定性，如图2。

实施例二：

图3和图4示出了本申请这种极耳和极柱的连接结构在正负极两侧布置(即其电池的正极和负极布置在电池的两相对侧)的锂离子电池中的一个具体应用例。与传统电池相同的是，该锂离子电池也包括：上下两端均为敞口结构的壳体1、收容于所述壳体内的裸电芯2以及分别设置于所述壳体上下两端敞口处的两个壳盖4。裸电芯2的上下两端均分别设置有极耳3，每个壳盖4上均设置有极柱5。其中一个壳盖4上的极柱5为正极柱，另一个壳盖4上的极柱5为负极柱；位于裸电芯2一端的极耳为正极耳，位于裸电芯2另一端的极耳为负极耳。具体地，在图3中，裸电芯2上端的极耳3为正极耳，裸电芯2下端的极耳为负极耳，位于壳体1上端敞口处的壳盖4上的极柱5为正极柱，位于壳体1下端敞口处的壳盖4上的极柱5为负极柱。

因视角遮挡原因，图3中仅示出了壳体上端的壳盖4和极柱5，未能示出壳体下端的壳盖4和极柱5。

本实施例的关键改进在于，极柱5上开设有与极耳3对应的极耳连接孔5a，极耳3伸入所述极耳连接孔5a中，并且极耳3与极柱5通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起。

极耳连接孔5a为直线型的长条孔。

本实施例中，正极柱和负极柱上均分别开设有两个极耳连接孔5a，裸电芯2左侧的众多极耳(正极耳)分别伸入正极柱的两个极耳连接孔5a中并通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起，裸电芯2右侧的众多极耳(负极耳)分别伸入负极柱的两个极耳连接孔5a中并通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起。

本实施例中，所述极柱5包括极柱本体501和极柱嵌体502，其中极柱本体501直接固定于壳盖4上，上述极耳连接孔5a开设于极柱本体501上，极柱嵌体502嵌入所述极耳连接孔5a中。

进一步地，上述极耳3伸入所述极柱5和所述极耳连接孔5a孔壁之间的缝隙中，然后再通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起。

本实施例中，上述裸电芯2由多个单电芯6(本实施例具体为四个，如图1)并组组合而成。

每个壳盖4上分别设置两个极柱5，即该电池共具有两个正极柱和两个负极柱。其中，正极柱为铝极柱，与之对应连接的正极耳为铝极耳。负极柱为铜极柱，与之对应连接的负极耳为铜极耳。

本实施例中，壳体1的外轮廓为长方体结构，其上下两端的敞口均为矩形敞口，壳盖4为矩形板结构。

再参照图3和图4所示，现将本实施例这种锂离子电池中极耳3和极柱5的连接方法简单介绍如下：

首先将极耳3伸入极柱5上的极耳连接孔5a中(当然，前提是极柱5上需开设有极耳连接孔5a)。利用焊接定位夹具固定住待焊接电池主体结构的位置，然后将搅拌摩擦焊机的搅拌摩擦焊头伸向极柱5和极耳3的接缝(显然，因为极耳3和极柱5为分体部件，当极耳3伸入极柱5的极耳连接孔5a中时，自然会在极耳3和极柱5之间形成接缝)，开启搅拌摩擦焊机而带动搅拌摩擦焊头高频运动，并使搅拌摩擦焊头沿着极柱5和极耳3之间的接缝移动，从而使极柱5和极耳3连接在一起。

上述焊接定位夹具包括左夹具体901和右夹具体902，左夹具体901和右夹具体902的相对侧均分别开设有向内延伸的矩形卡槽，矩形卡槽的尺寸与壳体1相适配。实际应用时，左夹具体901上的矩形卡槽卡住壳体1的左侧部，右夹具体902上的矩形卡槽卡住壳体1的右侧部，左夹具体901和右夹具体902相互靠近而将壳体1夹紧固定住。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (10)

1.一种极耳和极柱的连接结构，包括极耳(3)和极柱(5),其特征在于,所述极柱(5)上开设有与所述极耳(3)对应的极耳连接孔(5a)，所述极耳(3)伸入所述极柱(5)上的所述极耳连接孔(5a)中，并且所述极耳(3)与所述极柱(5)通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起。

2.根据权利要求1所述的极耳和极柱的连接结构，其特征在于，所述极耳连接孔(5a)为直线型的长条孔。

3.根据权利要求2所述的极耳和极柱的连接结构，其特征在于，所述极耳连接孔(5a)的长度一端为敞口端。

4.根据权利要求3所述的极耳和极柱的连接结构，其特征在于，所述极柱(5)上共开设有两个所述极耳连接孔(5a)，且这两个极耳连接孔(5a)的长度平行布置。

5.根据权利要求4所述的极耳和极柱的连接结构，其特征在于，所述极柱(5)上开设有位于所述两个极耳连接孔(5a)之间的夹具安装豁口(5b)。

6.根据权利要求1所述的极耳和极柱的连接结构，其特征在于，所述极耳(3)为铝极耳，所述极柱(5)为铝极柱。

7.根据权利要求1所述的极耳和极柱的连接结构，其特征在于，所述极耳(3)为铜极耳，所述极柱(5)为铜极柱。

8.一种极耳和极柱的连接方法，其特征在于，在所述极柱(5)上开设与所述极耳(3)对应的极耳连接孔(5a)，将所述极耳(3)伸入极柱(5)上的所述极耳连接孔(5a)中，并利用搅拌摩擦焊机采用搅拌摩擦焊接工艺将所述极耳(3)与所述极柱(5)焊接在一起。

9.根据权利要求8所述的极耳和极柱的连接方法，其特征在于，将所述极耳(3)伸入极柱(5)上的所述极耳连接孔(5a)中后，利用极柱极耳焊接定位夹具固定住所述极柱(5)和所述极耳(3)的相对位置，然后将所述搅拌摩擦焊机的搅拌摩擦焊头(7)伸向所述极柱(5)和极耳(3)的接缝，开启搅拌摩擦焊机而带动搅拌摩擦焊头高频运动，并使搅拌摩擦焊头沿着极柱(5)和极耳(3)之间的接缝移动，从而使极柱(5)和极耳(3)连接在一起。

10.根据权利要求9所述的极耳和极柱的连接方法，其特征在于，所述极耳极柱焊接定位夹具包括：

左夹体(801)，

右夹体(802)，以及

设于所述左夹体和右夹体之间的中间夹体(803)；

焊接时，将所述左夹体(801)和右夹体(802)分别布置在所述极柱(5)的左右两外侧，将所述中间夹体(803)布置在夹具安装豁口(5b)处，并且使所述左夹体(801)、右夹体(802)和中间夹体(803)将所述极耳(3)压紧定位，然后再利用所述搅拌摩擦焊机对所述极柱(5)和极耳(3)进行焊接。