CN107649778B - 一种铜箔与铜端子、铝箔与铝端子的扩散接合方法 - Google Patents

一种铜箔与铜端子、铝箔与铝端子的扩散接合方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及接合技术领域，尤其是指一种铜箔与铜端子、铝箔与铝端子的扩散接合方法，通过通电扩散接合装置将正电极与负电极彼此靠近移动，使正电极的石墨模具与负电极的石墨模具彼此靠近，将铜端子与铜箔片，或铝端子与铝箔片进行压合，使得正电极和负电极经由石墨模具向铜箔片与铜端子，或铝箔片与铝端子导入电流，从而对铜箔片与铜端子，或铝箔片与铝端子进行加压和发热，使得铜箔片与铜端子之间扩散接合，铝箔片与铝端子之间扩散接合，自动化地实现了锂电池上的铜箔片与铜端子的接合，或铝箔片与铝端子的接合，接合后的产品的强度强，接合过程不会产生粉尘，阻抗低，保证了产品表面的光洁度，提高了接合后的产品的品质稳定性及质量。

Description

一种铜箔与铜端子、铝箔与铝端子的扩散接合方法
技术领域
本发明涉及接合技术领域，尤其是指一种铜箔与铜端子、铝箔与铝端子的扩散接合方法。
背景技术
随着电动车的逐步发展，锂电池的应用也越来越广泛，目前应用于电动车和电动工具等电源普遍需要具有高容量大功率的特性，电池的放电电流也将达到数百安培，对电池的质量提出更高的要求。
传统的焊接方式主要有两种：(1)、激光焊，其焊点太细导致阻抗过高；(2)、超声波焊接，其具备以下缺点：1.强度一致性差；2.工作过程产生金属粉尘，需要做专门的除尘处理，否则金属粉尘进入电池内部有可能会导致短路；3.阻抗比激光焊工艺要好，但终端商还是希望能再进一步降低阻抗；4.铜箔或铝箔的氧化程度对焊接效果影响非常大，而氧化程度又取决于产品放置的时间、温度和湿度等，所以要频繁调整设备参数，除了影响设备效率外，在一定程度上也导致了产品不良率的增加。因此，缺陷十分明显，亟需提供一种解决方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种铜箔与铜端子、铝箔与铝端子的扩散接合方法，其自动化地实现了锂电池上的铜箔片与铜端子的接合，或铝箔片与铝端子的接合，接合后的产品的强度强，接合过程不会产生粉尘，阻抗低，氧化程度不影响接合的效果，而且大大缩短了接合的时间，提高了生产的效率，降低了劳动强度和生产的成本，保证了产品表面的光洁度，提高了接合后的产品的品质稳定性、合格率及质量，且达到节能环保的目的。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种铜箔与铜端子、铝箔与铝端子的扩散接合方法，包括以下步骤：
步骤一：提供待接合的锂电池本体、铜端子、铝端子、通电扩散接合装置、石墨模具、冷却装置、正电极、负电极和温度检测装置，通电扩散接合装置连接于正电极和负电极，在正电极和负电极分别安装石墨模具；
步骤二：将铜端子的一端贴设于锂电池本体的铜箔片，将铝端子的一端贴设于锂电池本体的铝箔片；
步骤三：通过冷却装置将锂电池本体的锂电池主体进行固定，铜端子、铝端子、铜箔片和铝箔片均凸伸出冷却装置的外部，从而形成待接合的整体；
步骤四：将待接合的整体放置于通电扩散接合装置内，通电扩散接合装置将正电极的石墨模具抵触在铜端子或铝端子上，负电极的石墨模具抵触在铜箔片或铝箔片上，使得铜端子与铜箔片，或铝端子与铝箔片抵触在一起；
步骤五：打开通电扩散接合装置的电源控制开关，使通电扩散接合装置通电启动，通电扩散接合装置将正电极的石墨模具与负电极的石墨模具朝彼此靠近的方向移动，使正电极的石墨模具与负电极的石墨模具对铜端子与铜箔片，或铝端子与铝箔片施加压力，同时使正电极与负电极之间形成导通的电流，正电极与负电极之间电流使得铜端子与铜箔片，或铝端子与铝箔片发热，同时冷却装置对锂电池主体进行冷却，确保锂电池主体不发生融化；
步骤六：再通过温度检测装置分别对铜端子与铜箔片的接合部位的温度，或铝端子与铝箔片的接合部位的温度进行检测，温度检测装置根据检测的温度值配合电源控制开关启闭通电扩散接合装置，从而控制接合部位的接合温度；当铜端子与铜箔片的接合部位的接合温度达到设定值时，铜端子与铜箔片发生扩散接合，铜端子的原子向铜箔片内扩散，铜箔片的原子向铜端子内扩散；当铝端子与铝箔片的接合部位的接合温度达到设定值时，铝端子与铝箔片发生扩散接合，铝端子的原子向铝箔片内扩散，铝箔片的原子向铝端子内扩散；
步骤七：扩散接合完成后，将通电扩散接合装置冷却至室温，完成铜箔片与铜端子，或铝箔片与铝端子的扩散接合。
进一步地，步骤六中，当铜端子与铜箔片的接合部位的接合温度达到500℃～600℃时，铜端子与铜箔片发生扩散接合，铜端子的原子向铜箔片内扩散，铜箔片的原子向铜端子内扩散；当铝端子与铝箔片的接合部位的接合温度达到600℃～700℃时，铝端子与铝箔片发生扩散接合，铝端子的原子向铝箔片内扩散，铝箔片的原子向铝端子内扩散。
进一步地，所述冷却装置包括第一冷却夹具及连接于第一冷却夹具的第二冷却夹具，所述锂电池主体位于第一冷却夹具与第二冷却夹具之间，所述第一冷却夹具和第二冷却夹具均设置有冷却槽。
进一步地，所述第一冷却夹具和第二冷却夹具彼此靠近的一侧均设置有用于容置锂电池主体的容置槽。
进一步地，所述石墨模具设置有用于散热的凸块。
进一步地，步骤五中，当铜端子与铜箔片接合时，正电极与负电极之间电流大小为1.8～2.3KA；当铝端子与铝箔片接合时，正电极与负电极之间电流大小为3～3.6KA。
进一步地，步骤六中的温度检测装置为热电偶或放射温度计。
进一步地，步骤五中，当铜端子与铜箔片接合时，施加压力为700N～900N，施加压力的时间为0.5秒～1秒；当铝端子与铝箔片接合时，施加压力为500N～700N，施加压力的时间为2秒～3秒。
本发明的有益效果：使用时，通过通电扩散接合装置将正电极的石墨模具与负电极的石墨模具彼此靠近移动，使正电极的石墨模具与负电极的石墨模具将铜端子与铜箔片，或铝端子与铝箔片进行压合，使得正电极和负电极经由石墨模具向铜箔片与铜端子，或铝箔片与铝端子导入电流，从而对铜箔片与铜端子，或铝箔片与铝端子进行加压和发热，使得铜箔片与铜端子之间扩散接合，铝箔片与铝端子之间扩散接合，自动化地实现了锂电池上的铜箔片与铜端子的接合，或铝箔片与铝端子的接合，接合后的产品的强度强，接合过程不会产生粉尘，阻抗低，氧化程度不影响接合的效果，而且大大缩短了接合的时间，提高了生产的效率，降低了劳动强度和生产的成本，保证了产品表面的光洁度，提高了接合后的产品的品质稳定性、合格率及质量，且达到节能环保的目的。
附图说明
图1为本发明的通电扩散接合装置的结构示意图。
图2为本发明的锂电池本体的结构示意图。
图3为本发明的石墨模具的立体结构示意图。
图4为本发明的石墨模具、锂电池本体及冷却装置的立体结构示意图。
附图标记说明：
1、锂电池本体；11、锂电池主体；12、铜箔片；13、铝箔片；2、铜端子；
3、铝端子；4、通电扩散接合装置；41、正电极；42、负电极；5、石墨模具；
53、凸块；6、冷却装置；61、第一冷却夹具；62、第二冷却夹具；63、冷却槽；
64、容置槽；7、温度检测装置。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。(注：待接合的整体如图4所示)
如图1至图4所示，本发明提供的一种铜箔与铜端子、铝箔与铝端子的扩散接合方法，包括以下步骤：
步骤一：提供待接合的锂电池本体1、铜端子2、铝端子3、通电扩散接合装置4、石墨模具5、冷却装置6、正电极41、负电极42和温度检测装置7，通电扩散接合装置4连接于正电极41和负电极42，在正电极41和负电极42分别安装石墨模具5；通电扩散接合装置4用于驱动正电极41的石墨模具和负电极42的石墨模具5彼此靠近，并向铜端子2与铜箔片12，或铝端子3与铝箔片13导入电流，在此过程中，由于石墨模具5的导电性能好、电阻值大，所以石墨模具5起到导电及产生大量的热量的作用，便于铜端子2与铜箔片12，或铝端子3与铝箔片13进行接合；温度检测装置7用于检测铜端子2与铜箔片12，或铝端子3与铝箔片13扩散接合时的接合温度，保证接合温度维持在设定的范围内或恒定值；
步骤二：将铜端子2的一端贴设于锂电池本体1的铜箔片12，将铝端子3的一端贴设于锂电池本体1的铝箔片13，便于铜端子2与铜箔片12进行接合，铝端子3与铝箔片13进行接合；
步骤三：通过冷却装置6将锂电池本体1的锂电池主体11进行固定，铜端子2、铝端子3、铜箔片12和铝箔片13均凸伸出冷却装置6的外部，从而形成待接合的整体；此时，冷却装置6对锂电池主体11起到固定的作用，保证锂电池主体11的位置精度，避免锂电池主体11发生偏移，保持锂电池主体11的稳定性；
步骤四：将待接合的整体放置于通电扩散接合装置4内，通电扩散接合装置4将正电极41的石墨模具5抵触在铜端子2或铝端子3上，负电极42的石墨模具5抵触在铜箔片12或铝箔片13上，使得铜端子2与铜箔片12，或铝端子3与铝箔片13抵触在一起；
步骤五：打开通电扩散接合装置4的电源控制开关，使通电扩散接合装置4通电启动，通电扩散接合装置4将正电极41的石墨模具5与负电极42的石墨模具5朝彼此靠近的方向移动，使正电极41的石墨模具5与负电极42的石墨模具5对铜端子2与铜箔片12，或铝端子3与铝箔片13施加压力，同时使正电极41与负电极42之间形成导通的电流，正电极41与负电极42之间电流使得铜端子2与铜箔片12，或铝端子3与铝箔片13发热，同时冷却装置6对锂电池主体11进行冷却，避免锂电池主体11的温度过高，确保锂电池主体11不发生融化；
步骤六：再通过温度检测装置7分别对铜端子2与铜箔片12的接合部位的温度，或铝端子3与铝箔片13的接合部位的温度进行检测，温度检测装置7根据检测的温度值配合电源控制开关启闭通电扩散接合装置4，从而控制接合部位的接合温度；当铜端子2与铜箔片12的接合部位的接合温度达到设定值时，铜端子2与铜箔片12发生扩散接合，铜端子2的原子向铜箔片12内扩散，铜箔片12的原子向铜端子2内扩散；当铝端子3与铝箔片13的接合部位的接合温度达到设定值时，铝端子3与铝箔片13发生扩散接合，铝端子3的原子向铝箔片13内扩散，铝箔片13的原子向铝端子3内扩散；接合温度的微小变化都会使扩散速度产生较大的变化，在一定的温度范围内，温度越高，扩散系数越大；但当温度高于一定值后，温度再提高时，界面附近组织粗化，扩散连接的接头质量提高不多，有时反而有所下降，因此，温度检测装置7根据检测的温度值配合电源控制开关启闭通电扩散接合装置4，从而控制接合部位达到合适的接合温度，提高了铜端子2与铜箔片12，或铝端子3与铝箔片13接合的速度，增加了接合后的产品的强度，保证了产品表面的光洁度；
步骤七：扩散接合完成后，将铜箔片12与铜端子2，或铝箔片13与铝端子3冷却至室温，完成铜箔片12与铜端子2，或铝箔片13与铝端子3的扩散接合。
实际工作时，通过通电扩散接合装置4将正电极41和负电极42彼此靠近移动，使正电极41的石墨模具5和负电极42的石墨模具5彼此靠近，正电极41的石墨模具5与负电极42的石墨模具5将铜端子2与铜箔片12，或铝端子3与铝箔片13进行压合，使得正电极41和负电极42经由石墨模具5向铜箔片12与铜端子2、铝箔片13与铝端子3导入电流，从而对铜箔片12与铜端子2、铝箔片13与铝端子3进行加压和发热，使得铜箔片12与铜端子2之间扩散接合，铝箔片13与铝端子3之间扩散接合，自动化地实现了锂电池上的铜箔片12与铜端子2的接合，或铝箔片13与铝端子3的接合，接合后的产品的强度强，接合过程不会产生粉尘，阻抗低，氧化程度不影响接合的效果，而且大大缩短了接合的时间，提高了生产的效率，降低了劳动强度和生产的成本，保证了产品表面的光洁度，提高了接合后的产品的品质稳定性、合格率及质量，且达到节能环保的目的。
本实施例中，步骤六中，当铜端子2与铜箔片12的接合部位的接合温度达到500℃～600℃时，铜端子2与铜箔片12发生扩散接合，铜端子2的原子向铜箔片12内扩散，铜箔片12的原子向铜端子2内扩散；当铝端子3与铝箔片13的接合部位的接合温度达到600℃～700℃时，铝端子3与铝箔片13发生扩散接合，铝端子3的原子向铝箔片13内扩散，铝箔片13的原子向铝端子3内扩散；作为优选，铜端子2与铜箔片12的接合部位的接合温度为550℃，铝端子3与铝箔片13的接合部位的接合温度为650℃，此接合温度能达到铜端子2与铜箔片12的接合、铝端子3与铝箔片13的接合的最佳效果，提高了铜端子2与铜箔片12，或铝端子3与铝箔片13接合的速度，大大缩短了接合的时间，增加了接合后的产品的强度，保证了产品表面的光洁度。
作为优选，步骤六中的铜端子2与铜箔片12的接合部位的接合温度为600℃，铝端子3与铝箔片13的接合部位的接合温度为400℃，此时铜端子2与铜箔片12的接合、铝端子3与铝箔片13的接合均达到最佳的效果。
本实施例中，所述冷却装置6包括第一冷却夹具61及连接于第一冷却夹具61的第二冷却夹具62，所述锂电池主体11位于第一冷却夹具61与第二冷却夹具62之间，所述第一冷却夹具61和第二冷却夹具62均设置有冷却槽63，所述冷却槽63与水泵连接形成循环的冷却水路；冷却装置6采用水冷的方式进行冷却，循环的冷却水路对锂电池主体11进行冷却，避免由于温度过高，导致锂电池主体11发生融化，对锂电池主体11起到保护的作用，保证了锂电池主体11的质量。
本实施例中，所述第一冷却夹具61和第二冷却夹具62彼此靠近的一侧均设置有用于容置锂电池主体11的容置槽64，容置槽64增加了锂电池主体11与第一冷却夹具61和第二冷却夹具62的接触面积，从而增加了第一冷却夹具61和第二冷却夹具62对锂电池主体11冷却的面积，提高了锂电池主体11的冷却效率，且便于第一冷却夹具61和第二冷却夹具62对锂电池主体11进行固定，对锂电池主体11的安装起到定位的作用。
本实施例中，所述石墨模具5设置有用于散热的凸块53；凸块53能够使铜箔片12与铜端子2，或铝箔片13与铝端子3快速加热达到指定的温度，同时扩散接合后能够快速冷却，增加了生产的效率。
本实施例中，步骤五中，当铜端子2与铜箔片12接合时，正电极41与负电极42之间电流大小为1.8～2.3KA；当铝端子3与铝箔片13接合时，正电极41与负电极42之间电流大小为3～3.6KA；正电极41与负电极42之间导通合适的电流能够使铜箔片12与铜端子2，或铝箔片13与铝端子3快速加热达到指定的温度，加热速度快，效果好。
本实施例中，步骤六中的温度检测装置7为热电偶或放射温度计，其结构简单，温度检测温度、可靠，便于对铜箔片12与铜端子2，或铝箔片13与铝端子3的接合部位的接合温度进行检测。
本实施例中，步骤五中，当铜端子2与铜箔片12接合时，施加压力为700N～900N，施加压力的时间为0.5秒～1秒，作为优选，施加压力为800N，施加压力的时间为0.75秒；当铝端子3与铝箔片13接合时，施加压力为500N～700N，施加压力的时间为2秒～3秒，作为优选，施加压力为600N，施加压力的时间为2.5秒；合适的压合力和压合时间能使铜箔片12与铜端子2，或铝箔片13与铝端子3的接合部位的扩散接合均匀，接口质量好，接合牢固。
本实施例中的所有技术特征均可根据实际需要而进行自由组合。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铜箔与铜端子、铝箔与铝端子的扩散接合方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：提供待接合的锂电池本体(1)、铜端子(2)、铝端子(3)、通电扩散接合装置(4)、石墨模具(5)、冷却装置(6)、正电极(41)、负电极(42)和温度检测装置(7)，通电扩散接合装置(4)连接于正电极(41)和负电极(42)，在正电极(41)和负电极(42)分别安装石墨模具(5)；
步骤二：将铜端子(2)的一端贴设于锂电池本体(1)的铜箔片(12)，将铝端子(3)的一端贴设于锂电池本体(1)的铝箔片(13)；
步骤三：通过冷却装置(6)将锂电池本体(1)的锂电池主体(11)进行固定，铜端子(2)、铝端子(3)、铜箔片(12)和铝箔片(13)均凸伸出冷却装置(6)的外部，从而形成待接合的整体；
步骤四：将待接合的整体放置于通电扩散接合装置(4)内，通电扩散接合装置(4)将正电极(41)的石墨模具(5)抵触在铜端子(2)或铝端子(3)上，负电极(42)的石墨模具(5)抵触在铜箔片(12)或铝箔片(13)上，使得铜端子(2)与铜箔片(12)，或铝端子(3)与铝箔片(13)抵触在一起；
步骤五：打开通电扩散接合装置(4)的电源控制开关，使通电扩散接合装置(4)通电启动，通电扩散接合装置(4)将正电极(41)的石墨模具(5)与负电极(42)的石墨模具(5)朝彼此靠近的方向移动，使正电极(41)的石墨模具(5)与负电极(42)的石墨模具(5)对铜端子(2)与铜箔片(12)，或铝端子(3)与铝箔片(13)施加压力，同时使正电极(41)与负电极(42)之间形成导通的电流，正电极(41)与负电极(42)之间电流使得铜端子(2)与铜箔片(12)，或铝端子(3)与铝箔片(13)发热，同时冷却装置(6)对锂电池主体(11)进行冷却，确保锂电池主体(11)不发生融化；
步骤六：再通过温度检测装置(7)分别对铜端子(2)与铜箔片(12)的接合部位的温度，或铝端子(3)与铝箔片(13)的接合部位的温度进行检测，温度检测装置(7)根据检测的温度值配合电源控制开关启闭通电扩散接合装置(4)，从而控制接合部位的接合温度；当铜端子(2)与铜箔片(12)的接合部位的接合温度达到设定值时，铜端子(2)与铜箔片(12)发生扩散接合，铜端子(2)的原子向铜箔片(12)内扩散，铜箔片(12)的原子向铜端子(2)内扩散；当铝端子(3)与铝箔片(13)的接合部位的接合温度达到设定值时，铝端子(3)与铝箔片(13)发生扩散接合，铝端子(3)的原子向铝箔片(13)内扩散，铝箔片(13)的原子向铝端子(3)内扩散；
步骤七：扩散接合完成后，将铜箔片(12)与铜端子(2)，或铝箔片(13)与铝端子(3)冷却至室温，完成铜箔片(12)与铜端子(2)，或铝箔片(13)与铝端子(3)的扩散接合。
2.根据权利要求1所述的一种铜箔与铜端子、铝箔与铝端子的扩散接合方法，其特征在于：步骤六中，当铜端子(2)与铜箔片(12)的接合部位的接合温度达到500℃～600℃时，铜端子(2)与铜箔片(12)发生扩散接合，铜端子(2)的原子向铜箔片(12)内扩散，铜箔片(12)的原子向铜端子(2)内扩散；当铝端子(3)与铝箔片(13)的接合部位的接合温度达到600℃～700℃时，铝端子(3)与铝箔片(13)发生扩散接合，铝端子(3)的原子向铝箔片(13)内扩散，铝箔片(13)的原子向铝端子(3)内扩散。
3.根据权利要求1所述的一种铜箔与铜端子、铝箔与铝端子的扩散接合方法，其特征在于：所述冷却装置(6)包括第一冷却夹具(61)及连接于第一冷却夹具(61)的第二冷却夹具(62)，所述锂电池主体(11)位于第一冷却夹具(61)与第二冷却夹具(62)之间，所述第一冷却夹具(61)和第二冷却夹具(62)均设置有冷却槽(63)。
4.根据权利要求3所述的一种铜箔与铜端子、铝箔与铝端子的扩散接合方法，其特征在于：所述第一冷却夹具(61)和第二冷却夹具(62)彼此靠近的一侧均设置有用于容置锂电池主体(11)的容置槽(64)。
5.根据权利要求1所述的一种铜箔与铜端子、铝箔与铝端子的扩散接合方法，其特征在于：所述石墨模具(5)设置有用于散热的凸块(53)。
6.根据权利要求1所述的一种铜箔与铜端子、铝箔与铝端子的扩散接合方法，其特征在于：步骤五中，当铜端子(2)与铜箔片(12)接合时，正电极(41)与负电极(42)之间电流大小为1.8～2.3KA；当铝端子(3)与铝箔片(13)接合时，正电极(41)与负电极(42)之间电流大小为3～3.6KA。
7.根据权利要求1所述的一种铜箔与铜端子、铝箔与铝端子的扩散接合方法，其特征在于：步骤六中的温度检测装置(7)为热电偶或放射温度计。
8.根据权利要求1所述的一种铜箔与铜端子、铝箔与铝端子的扩散接合方法，其特征在于：步骤五中，当铜端子(2)与铜箔片(12)接合时，施加压力为700N～900N，施加压力的时间为0.5秒～1秒；当铝端子(3)与铝箔片(13)接合时，施加压力为500N～700N，施加压力的时间为2秒～3秒。
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Granted publication date: 20190917

Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Co.,Ltd. Dongguan Songshanhu Sub branch

Pledgor: DAWEI INTELLIGENCE Co.,Ltd.

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