CN108465933B - 一种激光焊接箔材与极耳的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光焊接箔材与极耳的方法和装置，将至少一层箔材作为激光吸收面放置在极耳前；之后将箔材与极耳吸附或压合在一起；再将激光的焦点设置在极耳上，对箔材和极耳进行焊接。采用非接触式的激光焊接，取代了传统的超声波接触式焊接，箔材与极耳不受外力影响，加工稳定。激光加工的效率高，可采用激光的多脉冲光斑加工。

Description

一种激光焊接箔材与极耳的方法和装置

技术领域

本发明涉及锂电池生产领域，具体涉及一种激光焊接箔材与极耳的方法和装置。

背景技术

在锂离子电池极片箔材焊接极耳过程中，传统焊接方式采用的是超声波焊接，但超声波焊接箔材与极耳具有几个非常棘手的问题：虚焊严重(时间一长亦会产生脱焊现象)、焊透毛刺过大、箔材与极耳之间的拉力无法稳定有效保证、在化成放电过程中放电电流不够、电阻过大等。而这些不可避免的技术问题后对后续的工艺造成麻烦，对整个电池的生产及使用有非常大的影响。

超声波作用于材料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过上焊件把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生局部高温。超声波焊接是采用材料接触式加工，焊头与焊座、材料之间的接触面积、接触时间、平行度、平整度等参数都会影响焊接的工艺效果，因此无法稳定的保证材料之间稳定加工，非常容易产生焊点过小、虚焊、漏焊等现象。并且由于是接触式加工，焊头与焊座的寿命都比较短，持续消耗成本较高。

因此，现有技术有待改进和提高。

发明内容

本申请提供一种激光焊接箔材与极耳的方法和装置，采用非接触式加工，箔材与极耳不受外力影响，加工稳定。

根据本发明的第一方面，本发明提供一种激光焊接箔材与极耳的方法，包括如下步骤：

将至少一层箔材作为激光吸收面放置在极耳前；

将所述箔材与极耳吸附或压合在一起；

将激光的焦点设置在极耳上，对所述箔材和极耳进行焊接。

所述的激光焊接箔材与极耳的方法，其中，所述将激光的焦点设置在极耳上的步骤包括：将激光的焦点设置在极耳上表面与下表面之间的中部。

所述的激光焊接箔材与极耳的方法，其中，所述对箔材和极耳进行焊接的步骤，包括：

采用多点焊接的方式对箔材和极耳进行焊接，以增大箔材与极耳的焊接面积。

所述的激光焊接箔材与极耳的方法，其中，所述采用多点焊接的方式对箔材和极耳进行焊接的步骤，包括：

采用激光脉冲打点的方式进行多点焊接、采用激光画圆的方式进行多点焊接或采用激光画螺旋形的方式进行多点焊接。

根据本发明的第二方面，本发明提供一种激光焊接箔材与极耳的方法，包括如下步骤：

在箔材的前面和后面均放置至少一层极耳；所述箔材设置至少一层；

将箔材与所述极耳吸附或压合在一起；

采用激光对箔材和极耳进行焊接。

所述的激光焊接箔材与极耳的方法，其中，所述箔材的厚度不超过15μm，所述极耳的厚度不超过200μm。

所述的激光焊接箔材与极耳的方法，其中，所述箔材包括铜箔或铝箔；所述极耳包括镍片、铝片或铜片。

根据本发明的第三方面，本发明提供一种激光焊接箔材与极耳的装置，包括：

激光器，用于激光焊接；

固定装置，用于将箔材与极耳吸附或压合在一起；

控制器，用于将激光器出射的激光的焦点设置在极耳上，对箔材和极耳进行焊接；其中，至少一层箔材作为激光吸收面放置在极耳前。

根据本发明的第四方面，本发明提供一种激光焊接箔材与极耳的装置，包括：

激光器，用于激光焊接；

固定装置，用于将箔材与极耳吸附或压合在一起；

控制器，用于控制激光器对箔材和极耳进行焊接；其中，箔材的前面和后面均放置至少一层极耳；所述箔材设置至少一层。

本发明的有益效果：本发明提供的激光焊接箔材与极耳的方法和装置，激光焊接采用的是非接触式加工，只需要将箔材与极耳贴合在一起，采用激光将两种材料熔融焊接在一起。激光具有高亮度性、高方向性、高单色性、高相干性等特点，箔材与极耳焊接时无直接受力冲击，因此无机械变形；激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射区域影响非常小；由于激光加工的效率高，可采用激光的多脉冲光斑加工，并且可控制激光的能量与加工时间来保证箔材与极耳的接触面积尽可能的增大的同时又不击穿极耳材料，在保证拉力比较大与过电流较大的同时又能避免毛刺的产生。

附图说明

图1为本发明一种实施例提供的激光焊接箔材与极耳的装置的结构框图；

图2为本发明一种实施例提供的激光焊接箔材与极耳的方法的流程图；

图3为本发明一种实施例提供的激光焊接箔材与极耳的方法中，箔材与极耳的俯视图；

图4为本发明一种实施例提供的激光焊接箔材与极耳的方法中，箔材与极耳的正视图；

图5为本发明一种实施例提供的激光焊接箔材与极耳的方法中，箔材与极耳的焊点示意图；

图6为本发明另一种实施例提供的激光焊接箔材与极耳的方法的流程图；

图7为本发明另一种实施例提供的激光焊接箔材与极耳的方法中，箔材与极耳的正视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供的激光焊接箔材与极耳的装置，包括：激光器10，固定装置30和控制器20。

所述激光器10，用于激光焊接。所述激光器10是由激光发生器、高精度振镜、高精度场镜等光学元器件组成的光路系统，激光发生器发射出激光，通过振镜转动，再由场镜聚焦激光之后照射在待焊接材料表面。

所述固定装置30，用于将箔材与极耳吸附或压合在一起；例如，所述固定装置30可以采用为真空吸附装置，可将箔材与极耳两层材料紧密贴合在一起。

所述控制器20，用于控制激光器10的参数来保证焊接的工艺效果。

在激光应用领域中，铜与铝均会对激光产生高度的反射，导致铜、铝对激光的吸收率会非常的小，而在锂电池行业的极耳焊接中，箔材与极耳均以铜、铝材料为主，并且其材料非常的薄(箔材厚度在15μm以内，极耳厚度在200μm以内)，这些因素会造成这种两种材料的焊接会有致命性的缺陷，在焊接时没有足够的熔融时间与熔融面积，能量密集度过大会形成切割导致箔材切穿，能量太小而在材料无作用痕迹。且对焊接的效率、焊接后产品的拉力、过电流、毛刺等均有要求；本发明提供的两个方法实施例可达到这些要求。

请参阅图2和图3，在第一实施例中，激光焊接箔材与极耳的方法包括如下步骤：

S10、将至少一层箔材420作为激光吸收面放置在极耳410前，换而言之，极耳410前设置有一层箔材420或者多层箔材420，箔材420作为激光吸收面。此处的前后是从激光出射方向看的前后。本实施例中，激光器10在待焊接材料(箔材与极耳)的上方，因此，将一层或多层箔材420放置在极耳410上面即可。采用以薄焊厚方式来焊接。锂电池行业中，箔材420比极耳410要薄的多，单层箔材420的厚度不超过15μm，单层极耳410的厚度不超过200μm。本实施例中，箔材420的厚度为5μm—10μm，极耳410的厚度为40μm—150μm，采用以薄焊厚方式可最大程度保证将两层材料熔融在一起，若采用以极耳410焊接箔材420，则很容易由于高反射率与厚度关系导致激光能量太小没有击穿极耳或激光能量太大激光击穿箔材而导致焊接不上。采用箔材420作为焊接面可增加激光与两层材料的热量积累时间与面积，提高焊接的成功率。

S20、将箔材与极耳吸附或压合在一起。具体的，控制器20开启固定装置30，将箔材420平整吸附在极耳410上面，保证箔材420与极耳410之间间隙尽可能小。保证箔材420与极耳410之间间隙越小，可最大程度降低出现漏焊、虚焊现象发生；在实际的应用中，如果没有固定装置30将两层材料紧密吸附在一起，则有很大几率产生虚焊、焊接不上现象。

S30、将激光的焦点f设置在极耳上，对箔材和极耳进行焊接。具体的，如图4所示，控制器20将激光器10出射的激光的焦点f调试至位于下层的极耳材料410中间。将激光的焦点f设置在极耳410上表面与下表面之间的中部，可保证激光能量作用在箔材420与极耳410上表面部分，亦可以最大程度避免由于箔材高反与太薄导致箔材直接切断现象发生；此步骤有两个作用，一个防止箔材在焦点位置加工造成太薄而被切断达不到焊接目的；另一个是焦点在极耳材料中间能将激光能量聚集在极耳上表面与箔材区域，提高焊接的成功率。

将激光的焦点f设置在极耳上后，根据实际的材料厚度来确定焊接相关的参数(如激光功率、频率，焊接速度等)找这些参数可采用常用的方法。

所述对箔材和极耳进行焊接的步骤，包括：采用多点焊接的方式对箔材420和极耳410进行焊接(如图5所示)，以增大箔材与极耳的焊接面积和时间，通过所有焊点来增大箔材与极耳的焊接面积，从而增强两者之间的拉力与电流导通。进一步的，可采用激光脉冲打点的方式进行多点焊接、采用激光画圆的方式进行多点焊接或采用激光画螺旋形的方式进行多点焊接。

采用激光脉冲打点的方式进行多点焊接：激光器10将每个激光脉冲照射在待焊接材料上，每个焊点之间的间距必须≥0.5mm，总焊接点数需在50个以上，焊接次数根据实际材料厚度而定。

采用激光画圆的方式进行多点焊接：激光器10出射的激光在待焊接材料上画圆，让圆的周长边将两层材料熔融在一起达到焊接目的，每个圆的直径需在1mm以上，圆与圆之间的间距需在1mm以上，焊接次数根据实际材料厚度而定。

采用激光画螺旋形的方式进行多点焊接：激光器10出射的激光在待焊接材料上的焊接轨迹为螺旋图形，两层材料熔融在一起达到焊接目的，每个螺旋图形的圆直径需在1mm以上，每个螺旋图形之间间距需在0.5mm以上，焊接次数根据实际材料厚度而定。

实现箔材420与极耳410之间的焊接包括但不仅限于以上三种工艺方法；此方案的主要特征在于：焊接的基材箔材与极耳是非常薄的(箔材厚度在15μm以内，极耳厚度在200μm以内)，由于材料的厚度、高度反射激光等特性决定了焊接的难度，采用以上焊接方案能够有效解决漏焊、虚焊、焊透毛刺等导致的拉力不够，过电流不够现象。

所述箔材420可采用铜箔或铝箔，本实施例具体采用铝箔作为箔材来焊接极耳，极耳选取铝片、镍片以及铜片。铝箔厚度为15um，铝片厚度为102um；镍片厚度为100um；铜片厚度为52um。焊接时激光器10的参数为：功率95％，频率1Hz，脉宽0.003ms，打标跳转速度4000mm/s，焊接面积5mm×20mm。

采用本实施例的方法焊接后，极耳的三种材料从外表来看效果比较好，焊点的一致性和大小及热影响的参数的效果都比较好。虚焊和过焊的比例都能控制在5％左右，总体焊接效果满意。对焊接后的样品进行了多次拉力测试。每个样品的拉力都大于5KG，基本满足要求。

铝箔焊接铝片，激光焊点的深度在6.41um左右，每个焊点大小比较一致，椭圆度也好，每个激光焊点的直径在90um左右。焊点的热影响没有。

铝箔焊接镍片，激光焊点深度是6.91um，焊点比较整齐一致，激光焊点的直径90um，热影响也没有。

铝箔焊接铜片，激光焊点深度是7.33um，焊点比较整齐一致，由于铜材料容易吸收激光能量，导致激光焊点大，直径有130um，并且焊点周边产生了热影响区，但只有34um，热影响比较小。

请参阅图6，在第二实施例中，激光焊接箔材与极耳的方法，包括如下步骤：

S10、在箔材的前面和后面均放置至少一层极耳；换而言之，箔材的上层和下层均可放置一层或多层极耳，当然，被极耳夹持的箔材可设置一层，也可设置多层。本实施例中，以设置一层箔材，箔材上下各设置一层极耳为例进行说明。底层材料为极耳，将箔材放置极耳上面，再将另一片极耳放置箔材上面，保证极耳将箔材压在中间并且将极耳重合(需保证三层材料平整贴合在一起，如图7所示)。

S20、将箔材与所述极耳吸附或压合在一起。具体的，控制器20启动固定装置30，将三层材料紧密吸附在一起，保证箔材420与极耳410之间的间隙尽可能小。

S30、控制器20控制激光器10发出激光对箔材420和极耳410进行焊接。通过极耳将箔材夹在中间层，这样整体的厚度增加了许多，有足够的激光积累时间与面积来让三层材料熔融在一起，对激光的工艺方式则没有上一实施例那么苛刻，采用常规焊接方法就可将材料焊接在一起。

可见，本发明采用激光焊接方式取代传统超声波焊接方式，提供的两种激光焊接方法均可以在保证拉力比较大与过电流较大的同时又能避免毛刺的产生。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (3)

1.一种激光焊接箔材与极耳的方法，其特征在于，包括如下步骤：

将至少一层箔材作为激光吸收面放置在极耳前；所述箔材的厚度不超过15μm，所述极耳的厚度不超过200μm；所述箔材比极耳薄；所述箔材为铜箔或铝箔；

将所述箔材与极耳吸附或压合在一起；

将激光的焦点设置在极耳上，对所述箔材和极耳进行焊接；

其中，对所述箔材和极耳进行焊接包括：

采用激光脉冲打点的方式进行多点焊接、采用激光画圆的方式进行多点焊接或采用激光画螺旋形的方式进行多点焊接，以增大箔材与极耳的焊接面积和焊接时间。

2.如权利要求1所述的激光焊接箔材与极耳的方法，其特征在于，所述将激光的焦点设置在极耳上的步骤包括：将激光的焦点设置在极耳上表面与下表面之间的中部。

3.一种激光焊接箔材与极耳的方法，其特征在于，包括如下步骤：

在箔材的前面和后面均放置至少一层极耳；所述箔材设置至少一层；所述箔材的厚度不超过15μm，所述极耳的厚度不超过200μm；所述箔材比极耳薄；所述箔材为铜箔或铝箔；所述极耳包括镍片、铝片或铜片；

将箔材与所述极耳吸附或压合在一起；

采用激光对箔材和极耳进行焊接。

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