CN108857067B - 一种圆柱形钢壳锂离子电池点底焊装置及点底焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种圆柱形钢壳锂离子电池点底焊装置,包括光纤激光器、空心金属圆筒;所述空心金属圆筒的一端有底,在空心金属圆筒筒壁上开孔;所述光纤激光器的激光发射端所述空心金属圆筒没有底的一端相对。本发明还提出一种圆柱形钢壳锂离子电池点底焊方法。采用本发明提出的点底焊接方法,可以实现极耳与钢壳底部的紧密结合,有底的金属圆筒起到固定焊接位置、保护卷芯的作用。以能量密度高,光斑直径可调,加热过程短,热影响区小的激光焊接取代传统电阻焊接方式,可以避免由于极耳与钢壳之间的电阻率、导电、导热率之间的差异导致焊接不良的缺点,可以极大提高了极耳选材的范围,降低生产难度。
Description
技术领域
本发明属于电池领域,具体涉及一种圆柱形电池的焊接装置及焊接方法。
背景技术
传统的二次电池如铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池由于其开路电压低、能量密度小、使用寿命短、有记忆效应和倍率性能差,并且环境污染严重,不能满足社会发展的需要。自从1990年Sony公司成功制造出了世界上第一个商业化的锂离子电池后,锂电池的研究迅速推向全世界。在短短的十几年中,锂离子电池凭借其具有其他二次电池难以比拟的优点(工作电压高、循环寿命长、结构致密、安全性好,能量密度高,实用温度范围宽、无记忆效应等),受到世界各国的高度重视,尤其在3C(cellular phone,portable computer,camcorder)市场迅速扩大并冲击原有的二次电池市场,很快的占据了统治地位。
目前锂电池的形态还是以圆柱、方形、软包为主。圆柱主要以钢壳、铝壳圆柱电池为主,这种电池的表现为容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流放电、电化学性能稳定、使用安全、工作温度范围宽、对环境友好。另外,圆柱型锂电池的历史悠久,市场的普及率高,圆柱型锂电池采用的卷绕工艺较为成熟,自动化程度高,产品品质稳定,成本相对较低。
点底焊是把卷芯与外壳连接到一起的重要一步,点底焊的好坏直接影响电池的内阻,严重时会导致电池在充放电过程中产生大量的热,CID翻转造成电池报废。传统上点底焊所采用的方法为电阻焊,该方法设备简单、易于操作,制程高效快捷,为大多数厂家所采用,但稳定性差是其主要缺陷,在制程中需经常对焊针进行维护,更换,且电池底部有焊斑破坏镀层,影响电池外观。
发明内容
鉴于本领域存在的以上问题,本发明的目的之一是提出一种圆柱形钢壳锂离子电池点底焊装置;
本发明的又一目的在于提供一种新型的钢壳锂离子电池点底焊方法,该方法克服传统电阻焊接易于出现虚焊或炸底的不稳定性因素,焊接效果牢固,内阻小,有利于提高电池产品一致性。
实现本发明上述目的技术方案为:
一种圆柱形钢壳锂离子电池点底焊装置,包括光纤激光器、空心金属圆筒;
所述空心金属圆筒的一端有底(底上不开孔),在空心金属圆筒筒壁上开孔;
所述光纤激光器的激光发射端所述空心金属圆筒没有底的一端相对。
金属空心圆筒保护卷芯不被激光所伤,且具有固定卷芯的作用。圆筒外壁布满孔洞,为电解液的流动提供通道。
以下进一步提出本发明的优选技术方案。
其中,所述空心金属圆筒筒壁上的孔的直径为0.5-8mm;相邻孔之间的距离为孔直径的1-1.5倍。
其中,空心金属圆筒的材质为纯镍金属、镍合金、镀镍钢中的一种。
其中,所述空心金属圆筒的外径为3-20mm,且空心金属圆筒筒壁厚度为外径的6-15%。
其中,所述空心金属圆筒的长度为50-80mm。
一种圆柱形钢壳锂离子电池点底焊方法,使用所述的装置,其中所述光纤激光发射器的工艺参数为:平均功率60-300W,输出光斑直径3-20mm,脉冲重复频率60-120KHz,脉冲宽度500-1500ns。
进一步地,所述的圆柱形钢壳锂离子电池点底焊方法,包括步骤:
(1)固定极耳位:将所述空心金属圆筒从卷芯针孔插入,保证空心金属圆筒的底、极耳与钢壳底部三者紧密接触;
(2)点底焊接:调整光纤激光发射器的工艺参数,发射激光穿过所述空心金属圆筒中心,直至完成圆筒的底部、极耳与钢壳底部的焊接。
(3)检验:以一定拉力拉拔空心金属圆筒,确保焊接牢固。
优选地,光纤激光发射器在焦长≥65mm处的工作点上的聚焦直径为1-5mm。
更优选地,步骤(2)所述点底焊接为:光纤激光发射器发射激光,激光束穿过60-70mm距离的空心圆筒,与空心圆筒底部接触,形成1-3mm的光斑,直至圆筒的底部、极耳与钢壳底部的焊接。
步骤(2)中光纤激光发射器的更优选的工艺参数为:平均功率120W,脉冲重复频率70KHz,脉冲宽度700ns。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
采用本发明所涉及的点底焊接方法,可以实现极耳与钢壳底部的紧密结合,有底的金属圆筒起到固定焊接位置、保护卷芯的作用。以能量密度高,光斑直径可调,加热过程短,热影响区小的激光焊接取代传统电阻焊接方式,可以避免由于极耳与钢壳之间的电阻率、导电、导热率之间的差异导致焊接不良的缺点,激光焊实际应用中只需考虑两者之间的熔点,对激光吸收率,避免熔池过大,损伤卷芯。这样可以极大提高了极耳选材的范围,降低生产难度。使用激光焊接代替传统的电阻焊可以大幅度提高焊接效果的稳定性,从而提高电池的成品率,同时也避免虚焊导致电池在后期使用中突然出现内阻增大,甚至断路的情况,提高一致性,保证单体电池组成的Pack包能量发挥。
附图说明
图1为本发明圆柱形钢壳锂离子电池点底焊装置的结构示意图。
图2为本发明圆柱形钢壳锂离子电池点底焊装置的局部具体示意图。
图3为空心金属圆筒的立体视图;
图中,1、空心金属圆筒,101、底,102、孔;2、待点底焊的卷芯;3、钢壳;4、极耳;5、激光发射器;6、激光。
具体实施方式
下面通过最佳实施例来说明本发明。本领域技术人员所应知的是,实施例只用来说明本发明而不是用来限制本发明的范围。
实施例中,如无特别说明,所用手段均为本领域常规的手段。
如无特别说明,实施例中材料均为市购。
实施例1
参见图1和图2,一种圆柱形钢壳锂离子电池点底焊装置,包括光纤激光器5、空心金属圆筒1;所述空心金属圆筒的一端有底101(参见图3,底上不开孔),在空心金属圆筒筒壁上开孔;所述光纤激光器的激光发射端所述空心金属圆筒没有底的一端相对。
本实施例中,所述空心金属圆筒筒壁上的孔102的直径为2mm;相邻孔之间的距离为孔直径的1.5倍。空心金属圆筒的材质为镍合金。本实施例所述空心金属圆筒的外径为12mm,且空心金属圆筒筒壁厚度为1mm。空心金属圆筒的长度为65mm。
采用的光纤激光发射器的工艺参数为:平均功率60-300W,输出光斑直径3-20mm,脉冲重复频率60-120KHz,脉冲宽度500-1500ns。
本实施例圆柱形钢壳锂离子电池点底焊方法为:
(1)固定极耳位:将有底的金属空心圆筒从待点底焊的卷芯2的针孔插入,保证金属空心圆筒的底部、极耳4与钢壳3的底部三层紧密接触。
(2)点底焊接:光纤激光发射器发射激光6,激光束穿过65mm距离的空心圆筒,与空心圆筒底部接触,形成2mm的光斑,一定时间后,完成圆筒的底部、极耳与钢壳底部的焊接。其中光纤激光发射器的工艺参数为:平均功率100W,脉冲重复频率80KHz,脉冲宽度700ns。
(3)检验:以一定拉力拉拔空心金属圆筒,确保焊接牢固,即完成焊接。
本发明采用光纤激光焊接来代替传统使用的电阻焊,焊接效果更为牢固、稳定且底部没有焊斑。激光束的频谱宽度窄,焦长足够的条件下经汇聚后光斑直径可小到0.01mm,功率密度高,且加热过程短,焊点小,热影响区小,不会出现炸底的危害。另外,通过激光焊把遍布孔洞的金属空心圆筒固定在卷针处,一方面保护卷芯不被激光所伤,另一方面具有固定卷芯的作用,防止电池在使用的过程中由于晃动导致外壳对卷芯的挤压,且有益于热量的传导,提高电池的使用寿命及安全性能。空心圆筒壳壁上的孔洞则为电解液的流动提供通道。
具体本实施例中,电池型号为26650型,加热时间12μs,焊点2.2mm,内阻为12.2mΩ(电阻焊内阻为14.7mΩ),空心金属圆筒、极耳与钢壳底部焊接部的拉断强度为10.5N(电阻焊焊接拉断强度一般为9N左右)。
实施例2
采用和实施例1相同的装置。
(1)固定极耳位:将有底的金属空心圆筒从待点底的卷芯针孔插入,保证金属空心圆筒的底部、极耳与钢壳底部三层紧密接触。
(2)点底焊接:光纤激光发射器发射激光,激光束穿过65mm距离的空心圆筒,与空心圆筒底部接触,形成1.5mm的光斑,一定时间后,完成圆筒的底部、极耳与钢壳底部的焊接。其中光纤激光发射器的工艺参数为:平均功率80W,脉冲重复频率80KHz,脉冲宽度700ns。
(3)检验:以一定拉力拉拔空心金属圆筒,确保焊接牢固,即完成焊接。
具体本实施例中,电池型号为26650型,加热时间11μs,焊点1.7mm,内阻为11.6mΩ,空心金属圆筒、极耳与钢壳底部焊接部的拉断强度为10N。
实施例3
采用和实施例1相同的装置。
(1)固定极耳位:将有底的金属空心圆筒从待点底的卷芯针孔插入,保证金属空心圆筒的底部、极耳与钢壳底部三层紧密接触。
(2)点底焊接:光纤激光发射器发射激光,激光束穿过65mm距离的空心圆筒,与空心圆筒底部接触,形成2mm的光斑,一定时间后,完成圆筒的底部、极耳与钢壳底部的焊接。其中光纤激光发射器的工艺参数为:平均功率120W,脉冲重复频率70KHz,脉冲宽度700ns。
(3)检验:以一定拉力拉拔空心金属圆筒,确保焊接牢固,即完成焊接。
具体本实施例中,电池型号为18650电池,加热时间为14μs,焊点2.2mm,内阻为12mΩ,空心金属圆筒、极耳与钢壳底部焊接部的拉断强度为10.3N。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进,均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于圆柱形钢壳锂离子电池点底焊装置的圆柱形钢壳锂离子电池点底焊方法,其特征在于,所述圆柱形钢壳锂离子电池点底焊装置包括光纤激光发射器、空心金属圆筒;
所述空心金属圆筒的一端有底,在空心金属圆筒筒壁上开孔;
所述光纤激光发射器的激光发射端与所述空心金属圆筒没有底的一端相对;
所述圆柱形钢壳锂离子电池点底焊方法为:固定极耳位:将所述空心金属圆筒从卷芯针孔插入,保证所述空心金属圆筒的底、极耳与钢壳底部三者紧密接触;点底焊接:调整所述光纤激光发射器的工艺参数,发射激光穿过所述空心金属圆筒中心,直至完成所述空心金属圆筒的底部、极耳与钢壳底部的焊接;检验:以一定拉力拉拔所述空心金属圆筒,确保焊接牢固。
2.根据权利要求1所述的圆柱形钢壳锂离子电池点底焊方法,其特征在于,所述空心金属圆筒筒壁上的孔的直径为0.5-8mm;相邻孔之间的距离为孔直径的1-1.5倍。
3.根据权利要求1所述的圆柱形钢壳锂离子电池点底焊方法,其特征在于,空心金属圆筒的材质为纯镍金属、镍合金、镀镍钢中的一种。
4.根据权利要求1所述的圆柱形钢壳锂离子电池点底焊方法,其特征在于,所述空心金属圆筒的外径为3-20mm,且空心金属圆筒筒壁厚度为外径的6-15%。
5.根据权利要求1-4任一项所述的圆柱形钢壳锂离子电池点底焊方法,其特征在于,所述空心金属圆筒的长度为50-80mm。
6.根据权利要求1所述的圆柱形钢壳锂离子电池点底焊方法,其特征在于,其中所述光纤激光发射器的工艺参数为:平均功率60-300W,输出光斑直径3-20mm,脉冲重复频率60-120KHz,脉冲宽度500-1500ns。
7.根据权利要求6所述的圆柱形钢壳锂离子电池点底焊方法,其特征在于,所述光纤激光发射器在焦长≥65mm处的工作点上的聚焦直径为1-5mm。
8.根据权利要求6所述的圆柱形钢壳锂离子电池点底焊方法,其特征在于,所述点底焊接为:所述光纤激光发射器发射激光,激光束穿过60-70mm距离的空心圆筒,与空心圆筒底部接触,形成1-3mm的光斑,直至圆筒的底部、极耳与钢壳底部的焊接。
9.根据权利要求8所述的圆柱形钢壳锂离子电池点底焊方法,其特征在于,其中所述光纤激光发射器的工艺参数为:平均功率120W,脉冲重复频率70KHz,脉冲宽度700ns。
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