CN108448043A - 一种复合金属极耳及其软包电芯 - Google Patents

一种复合金属极耳及其软包电芯 Download PDF

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Guangxi Cenat New Energy Co Ltd
Jiangsu Cenat New Energy Co Ltd
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Abstract

本发明公开了复合金属极耳及软包电芯,该极耳由复合材料构成,包括极耳外部连接区,复合区以及极耳内部连接区,所述极耳外部连接区通过复合区与极耳内部连接区连接形成极耳主体。本发明提供的复合金属极耳方案,无需再增加其他工序进行铜极耳转铝,其极耳外部连接区作为电芯进行串并联的焊接区域,可与电芯正极极耳或铝材质汇流排进行焊接,焊接强度高,接触电阻小,可有效解决现有技术存在的问题。

Description

一种复合金属极耳及其软包电芯
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域,尤其涉及金属极耳及相应的软包电芯技术。
背景技术
新能源汽车是汽车行业未来发展的中心和方向。锂离子动力电池是以电池包的形式被广泛地运用到新能源电动车内,为新能源汽车提供动力。软包电池具有体积小、重量轻、比能量高、安全性高、设计灵活等多种优点,越来越多的电动车厂商开始采用软包电池。由于软包电池一般单体容量有限,需要将多个电芯串并联成模组后使用,以达到电动车工作要求。
软包电池的正极极耳的材料通常为纯铝,负极极耳的材料通常为纯铜。由于铜和铝的化学和物理性能有很大的差别,所以铝、铜的焊接成为模组制造的难点。为解决铜和铝的焊接问题,通常采用超声波焊接工艺实现铜质汇流排和铝质汇流排的连接,然后铜质汇流排与铜极耳连接,铝质汇流排与铝极耳连接;或采用超声波焊接的方式将铜极耳的引出端焊接一段铝片。
超声波金属焊接原理是利用超声频率的机械振动能量,连接同种金属或异种金属的一种特殊方法,其缺点是所焊接金属件不能太厚、焊点位不能太大、需要加压;另外超声波焊接属于搭接焊,其连接界面存在间隙。
对于铜质汇流排和铝质汇流排的超声波焊接,因铜铝汇流排的厚度一般较大以满足大电流充放电的要求,所以超声波焊接的合格率较低,该种焊接方式的应用受到一定限制。
对于铜极耳的引出端焊接一段铝片,因铜、铝两种金属的电势差大,在潮湿的环境中连接界面处容易发生原电池反应,随着时间的推移连接界面的内阻逐渐增大,即电池的一致性变差,将会影响电池包的性能。
由上可知,现有软包电池的正极极耳的材料通常为纯铝,负极极耳的材料通常为纯铜。由于铜和铝的化学和物理性能有很大的差别,所以铜、铝连接是模组制造的难点。为解决铜和铝的连接问题,通常采用超声波焊接工艺实现铜质汇流排和铝质汇流排的连接,或采用超声波焊接的方式将铜极耳的引出端焊接一段铝片。
而采用超声波焊接工艺进行铜质汇流排和铝质汇流排连接的方式,因超声波焊接不能焊接太厚的金属件,但为了满足大电流充放电的需要,铜铝汇流排的厚度一般较大,所以造成超声波焊接的合格率较低,该种方式使用受到限制。
而采用超声波焊接工艺将铜极耳的引出端焊接一段铝片的方式,其超声波焊接的界面存在一定的间隙,因铜、铝两种金属的电势差大,在潮湿的环境中连接界面处容易发生原电池反应,随着时间的推移连接界面的内阻逐渐增大,使电池的一致性变差,影响电池包的性能。
除此之外,公开号CN205230842U的中国专利申请公开了一种镀镍铜转锡极耳的方案。在该方案中采用焊接方式将镀镍铜带与铜极耳进行连接,锡带与镀镍铜带进行连接,最终实现铜极耳转锡,然后根据实际需求与其它材料进行连接。该方案虽然采用焊接的方式实现铜转锡,但锡与铝的焊接性较差,该方案并未有效解决电芯正负极串联问题;另外该方案与超声波焊接铜转铝类似,增加了生产工序及成本,降低了生产效率。
发明内容
针对现有软包电池极耳方案所存在的问题,需要一种全新的金属极耳方案。
为此,本发明所要解决的技术问题是提供一种复合金属极耳及其软包电芯,以克服现有技术所存在的缺陷。
为了解决上述问题,本发明提供的复合金属极耳,所述极耳由复合材料构成,所述复合材料由铜材质区和铝材质区通过复合区结合而成,所述复合区内铜材质区与铝材质区相互融合,无法剥离,且结合界面共晶层薄。
进一步的,所述极耳包括极耳外部连接区,复合区以及极耳内部连接区,所述极耳外部连接区通过复合区与极耳内部连接区连接形成极耳主体。
进一步的,所述极耳外部连接区由与电芯正极具有良好焊接性的材质形成。进一步的,所述极耳内部连接区主要由铜材质形成。
进一步的,所述极耳内部连接区表面镀有保护层。
进一步的,所述极耳上还包括极耳胶。
进一步的,所述极耳胶将复合区包裹在内。
进一步的,所述极耳胶位于极耳内部连接区内。
为了解决上述问题,本发明提供的软包电芯,所述软包电芯采用上述的复合金属极耳。
本发明提供的复合金属极耳方案,无需再增加其他工序进行铜极耳转铝,其极耳外部连接区作为电芯进行串并联的焊接区域,可与电芯正极极耳或铝材质汇流排进行焊接,焊接强度高,接触电阻小,可有效解决现有技术存在的问题。
再者,基于本发明提供的复合金属极耳方案所形成的软包电芯,其负极使用本复合金属极耳,将实现不需要通过其它转换处理,可直接使用铝质汇流排便可实现电芯的串并联。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本实例1中提供的铜铝复合金属极耳的结构示例图;
图2为本实例2中提供的铜铝复合金属极耳的结构示例图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本发明。
本方案通过复合材料来形成复合金属极耳,该复合材料具体由两种材料结合而成,即由两种不同的材质单元通过相应的复合区复合连接而成。该复合区具有较高的连接强度和耐疲劳性能,且界面接触电阻较低,并且由于没有间隙的存在,可避免原电池反应的发生。
本复合材料主要由独立的铜材质区和独立的铝材质区通过复合区结合而成,该复合区内铜材质部分与铝材质部分之间相互融合,且铜铝之间实现原子结合,使得整个结合界面共晶层薄,复合强度高,可将铜铝完全紧密结合,无法剥离。
据此复合材料制成极耳后,其独立的铜材料侧可以与电芯内部的铜极片进行焊接,而独立的铝材料侧作为电芯负极的引出侧用于进行电池组的串并联。
同时,由于本复合材料中,铜材质与铝材质之间的结合复合区,使得铜材质部分与铝材质部分之间相互融合,达到铜、铝之间的原子结合,可有效避免铜铝材料因物理性质相差较大,容易产生金属化合物脆性相的问题,使得整个复合材料具有较高的连接强度和耐疲劳性能。另外由于是原子间结合,故结合界面没有间隙存在,电阻值较低,潮湿的空气无法进入接触界面形成原电池。
本方案据此该材料进行加工获得复合金属极耳,能够有效克服现有技术所存在的问题。以下以具体实例来说明。
实例1
参见图1,其所示为本实例提供的铜转非铜金属极耳的结构示意图。
由图可知,本铜转非铜金属极耳主要包括:极耳外部连接区1,极耳胶2,极耳内部连接区3,复合区4。
其中,极耳外部连接区1通过复合区4连接至极耳内部连接区3由此来形成本铜转非铜金属极耳的本体。
具体的,本铜转非铜金属极耳中的极耳外部连接区1其材质与正极耳材质相同或相似,这里优选由铝材质,方便进行后续电池成组时的串并联。
但本实例中极耳外部连接区1的材质并非限于此,其还可采用与电芯正极具有良好焊接性的材质。
如此构成的极耳外部连接区1作为整个铜转非铜金属极耳的外部焊接区域,可与其它正/负极极耳进行焊接,且具有良好的焊接性。
本铜转非铜金属极耳中的极耳内部连接区3主要为铜材质,本实例中优选导电性良好的纯铜材质。
如此构成的极耳内部连接区3作为极耳内部焊接区域,可与电芯内铜箔进行焊接,且具有良好的焊接性。
针对该由铜材质制成的极耳内部连接区3,为避免表面发生氧化,采用镀镍工艺对其进行保护,在极耳内部连接区3的表面镀有一层镍保护层,以避免铜质极耳内部连接区3氧化。
本铜转非铜金属极耳中铜铝复合极耳外部连接区1与极耳内部连接区3中间部位为复合区4,通过复合区4将极耳外部连接区1与极耳内部连接区3连接为一体。
该复合区4通过相应的融焊,实现原子间结合,具有较高的连接强度和耐疲劳性能;另外由于是原子间结合,故结合界面没有间隙存在,电阻值较低,潮湿的空气无法进入接触界面形成原电池。
如此形成的铜转非铜金属极耳,能够实现在无需再增加其他工序进行铜极耳转铝情况下,其极耳外部连接区将可直接作为电芯进行串并联的焊接区域,可与电芯正极极耳或铝材质汇流排进行焊接,焊接强度高,接触电阻小。
针对上述方案,本实例为了进一步提高铜转非铜金属极耳的性能,在本铜转非铜金属极耳进一步设置极耳胶2,该极耳胶2将复合区4包裹在内,通过该极耳胶可进一步强化复合区4的强度和耐疲劳性,同时避免原电池反应的发生。
这里的极耳胶为长条状,优选CPP或PEN材质,具有较好的强度和塑韧性。本实例在极耳的上下两面分别放置一个,采用感应加热压合的方式将极耳胶与极耳进行粘结。
极耳胶通过感应加热压合后,与极耳粘接为一体,基于极耳胶较好的强度和塑韧性,可有效的强化复合区的强度和耐疲劳性。
如此设置的极耳胶将复合材料的焊接区域进行了包覆,使其与空气隔绝,因此避免了原电池反应的发生。
在此基础上,本实例还进一步提供软包电芯方案,该软包电芯采用本实例提供的铜转非铜金属极耳来形成软包电芯的负极,从而使得软包电芯的负极不需要通过其它转换处理,可直接使用铝质汇流排便可实现电芯的串并联。
实例2
本实例在实例1方案的基础上提出,本实例给出的极耳方案与实例1的方案基本相同,不同之处在于本实例方案中极耳胶2采用不同的设置方案。
参见图2,其所示为本实例给出的铜转非铜金属极耳的组成示意图。由图可知,本铜转非铜金属极耳中同样由极耳外部连接区1,极耳胶2,极耳内部连接区3,以及复合区4配合构成,具体组成方案与实例1基本相同,此处不加以赘述。不同之处在于,本实例中将极耳胶2设置在极耳内部连接区3内,并整体位于复合区4的下侧。
在此基础上,为避免发生原电池腐蚀,本实例可先对整个复合材料进行整体镀镍处理,然后再将极耳胶2粘贴在极耳内部连接区3内。
本实例构成的铜转非铜金属极耳同样可用作软包电芯的负极,并能够使得软包电芯的负极不需要通过其它转换处理,可直接使用铝质汇流排便可实现电芯的串并联。
最后需要说明,本方案所提供的复合金属极耳并不限于上述实例所述的铜铝复合,基于本方案所提供的铜铝复合金属极耳的变形都在本方案保护范围内。如采用铜镍复合材料、铝镍复合材料等各种复合材料。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.复合金属极耳,其特征在于,所述极耳由复合材料构成,所述复合材料由铜材质区和铝材质区通过复合区结合而成,所述复合区内铜材质区与铝材质区相互融合,无法剥离,且结合界面共晶层薄。
2.根据权利要求1所述的复合金属极耳,其特征在于,所述极耳包括极耳外部连接区,复合区以及极耳内部连接区,所述极耳外部连接区通过复合区与极耳内部连接区连接形成极耳主体。
3.根据权利要求2所述的复合金属极耳,其特征在于,所述极耳外部连接区由与电芯正极具有良好焊接性的材质形成。
4.根据权利要求2所述的复合金属极耳,其特征在于,所述极耳内部连接区主要由铜材质形成。
5.根据权利要求4所述的复合金属极耳,其特征在于,所述极耳内部连接区表面镀有保护层。
6.根据权利要求2所述的复合金属极耳,其特征在于,所述极耳上还包括极耳胶。
7.根据权利要求6所述的复合金属极耳,其特征在于,所述的复合金属极耳,其特征在于,所述极耳胶将复合区包裹在内。
8.根据权利要求6所述的复合金属极耳,其特征在于,所述极耳胶位于极耳内部连接区内。
9.软包电芯,其特征在于,所述软包电芯采用权利要求1-8中任一项所述的复合金属极耳。
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