CN109119581A - 一种软包装锂电池用的负极转焊铝片的极耳及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软包装锂电池用的负极转焊铝片的极耳及其制作方法，两绝缘层的中间设有镀镍铜片，镀镍铜片的一端与铝片焊接连接；铝片的宽度和镀镍铜片的宽度一致；所述绝缘层为PP胶层，绝缘层的长度比镀镍铜片的宽度长；所述镀镍铜片的宽度为D，D≥20mm；本发明负极转焊铝片的极耳可以减轻电池组的重量，将减少的重量可以重新设计整个电池包的容量，即减少的重量可以转移到电池的容量上去，也就是电池组或电池包的单位重量上提高了容量。同时节约了钣金件的价格成本。

Description

一种软包装锂电池用的负极转焊铝片的极耳及其制作方法

技术领域

本发明涉及软包装锂离子电池技术领域，具体为一种软包装锂电池用的负极转焊铝片的极耳及其制作方法。

背景技术

极耳是电池进行充放电时将正负极电流引出来的金属导体，用于和外接电路连接；在新能源汽车、储能、军工领域用的软包装锂电池，其单体容量比较大，所用的极耳宽度一般都超过20毫米。所以在装配电池组时，通常采用外部钣金连接件通过打孔铆接或再加激光焊接加固,电池正极上的铝极耳一般用铝钣金件，电池负极镀镍铜片或铜极耳上一般用铜钣金件连接,这样的设计结构无法改善电池组的整体重量和制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软包装锂电池用的负极转焊铝片的极耳及其制作方法，以解决上述背景技术中提出的现有技术的极耳在运用在大容量的锂电池时，电池组的整体容量无法提升和制造成本高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种软包装锂电池用的负极转焊铝片的极耳，包括镀镍铜片、绝缘层和铝片，两绝缘层的中间设有镀镍铜片，镀镍铜片的一端与铝片焊接连接；铝片的宽度和镀镍铜片的宽度一致；所述绝缘层为PP胶层，绝缘层的长度比镀镍铜片的宽度长；所述镀镍铜片的宽度为D，D≥20mm。

一种软包装锂电池用的负极转焊铝片的极耳制作方法，包括以下步骤：

S1、铝片备料；选取厚度为0.2mm～0.3mm，宽度为20mm的铝片，将选取的铝片卷料放入裁切机内，裁切所需的长度；裁切后的铝片卷料进行倒圆角处理；用压平机对倒圆角处理后的铝片进行压平处理；

S2、镀镍铜片备料；选取宽度为20mm的镀镍铜带；按照所需长度裁切镀镍铜带；

S3、PP胶备料；按照需要的宽度选取PP胶；

S4、PET膜备料；按照工装治具的尺寸，裁切PET膜；

S5、铝片表面钝化处理过程；

a) 除油:用氢氧化钠按照质量配比10%～20%配制水溶液，在40℃～60℃条件下清洗1～5分钟，去除表面油污和氧化物；

b) 润洗：除油后的铝片，先用自来水冲洗干净，再用去离子水冲洗2～3遍；

c) 钝化：将润洗后的铝片放入高猛酸钾10～30g/L、磷酸二氢氨20～50 g/L、氟化氢氨10～30 g/L的水溶液中，溶液温度60℃～80℃处理1～3分钟后取出，用自来水冲洗干净；

d) 再次润洗：将钝化后的铝片用去离子水冲洗2～3遍；

e) 烘干：将三次润洗后的铝片放入80℃～120℃的烤箱中烘烤1～2小时后取出，即完成铝片的表面钝化处理；

S6、镀镍铜片处理过程；

a) 在镀槽中注入三分之二的水，加热水至60℃～80℃；先后加入硫酸镍200～300g/L和氯化镍40～78g/L，充分搅拌使其完全溶解；再加入碳酸镍，调整酸碱度为5.0；

b) 用水稀释双氧水2.5毫升/升后再倒入渡槽内，搅拌数小时后静置12小时；然后将渡槽内的镀液滤入清洁的电镀槽中；

c) 在b)步骤的电镀槽中加入硼酸40～50g/L，充分搅拌使其完全溶解；再用稀硫酸调整镀液的PH值至4.2；

d) 用0.1～0.5安培/平方分米的低电流密度连续电解c)步骤溶液12小时以上；

e) 将镀镍铜片清洗并擦拭干净，并放入d）步骤的溶液，超声波处理20分钟后取出，用蒸馏水冲洗；

S7、对S6处理后的镀镍铜片进行贴PP胶；

a) 将S4制备的PET膜平铺固定在带有尺寸规格的工装治具上；

b) 将S6制备的镀镍铜片用双面胶固定在PET膜上；

c) 再取S3制备的PP胶用双面胶固定在PET膜区域内，且该PP胶位于b）步骤固定的镀镍铜片的上方；

d) 再取S4制备的PET膜覆盖在工装治具上，并用双面胶固定；

S8、对S7贴好PP胶的镀镍铜片进行热压处理：

将大型热复合热平压机的上铜模加热板的温度设为150℃～180℃，下铜模加热板的温度设为150℃～180℃，热压气缸压力设定3 Kgf ～5Kgf,热压时间设定30秒～90秒，将S7贴好PP胶的镀镍铜片放入热复合热平压机进行平压热复合；

S9、将S8平压热复合后的贴好PP胶的镀镍铜片取出，冷却处理；

S10、冷却后的贴好PP胶的镀镍铜片用裁切机按照规定尺寸裁去边料，至此单个负极镀镍铜极耳制作完成；

S11、将S5处理的铝片和S10处理后的负极镀镍铜极耳进行焊接；

a）将铝片与负极镀镍铜极耳放入单个工位的工装治具中；

b）调试好超声波焊接机并设定工艺参数：振幅40～60um、压力40～55PSI、能量300～350J，把上述a）步骤的工装放入加工平台，确认对位后，踩下脚踏开关0.5秒完成焊接；

c）取出上述b）焊接好的工装，从工装中取出工件即完成焊接；

S12、对S11焊接后的极耳进行焊接拉力测试；

a) 利用裁切机将S11焊接的极耳，裁切成宽度为15毫米的极耳样品，将S1的铝片裁切成宽度为15毫米的铝片样品，极耳样品和铝片样品用于做拉伸力测试对比；

b) 分别将a）步骤裁切的极耳样品和铝片样品固定到拉力测试仪上，启动设备开始进行测试，当达到最大拉伸力时，对应的样品会产生断裂情况，同时记录下该拉伸力值；

c)对记录的拉伸力值进行数据分析及获取结论，并整理好设备仪器。

用本发明软包装锂电池用的负极转焊铝片的极耳，代替原先用铜镀镍钣金件生产的极耳，其替代后有两大优势：

其一、因为铝的密度为2.7kg/m³，铜的密度为8.9kg/m³，分别用铜镀镍极耳和负极转焊铝片极耳组装同一规格的电池组，用铜镀镍极耳组装的电池组的重量是用负极转焊铝片极耳组装的电池组的重量的三倍，由此可见，同一规格的电池组，采用负极转焊铝片极耳组装整个电池组的重量将减少，将减少的重量可以用于重新设计整个电池包结构和容量，即减少的重量可以转移到电池的容量上去，用于提高电池单位重量上的容量。

其二、因为相同尺寸规格每公斤的铜镀镍钣材价格是铝材的3～4倍，其铜镀镍密度又是铝密度的3倍多，合计同样尺寸规格的一件铜镀镍的钣金件和一件铝钣金件相比，扣除加工成本相当之外，一件铜镀镍的钣金件的价格是一件铝钣金件的6～8倍的价格。本发明软包装锂电池用的负极转焊铝片的极耳，转焊接铝的单个极耳生产成本相比铜镀镍极耳增加0.3～1.0元，但用铝替代铜镀镍钣金件，通常可以减少2～5元/每件，比如一个新能源汽车的电池组通常需要300～1000件负极钣金连接件，所以本发明负极转焊铝片的极耳可以减轻电池组的重量，同时可以节省生产成本。

附图说明

图1为本发明负极转焊铝片的极耳结构示意图。

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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

请参阅附图1所示：一种软包装锂电池用的负极转焊铝片的极耳，包括镀镍铜片1、绝缘层2和铝片3，两绝缘层2的中间设有镀镍铜片1，镀镍铜片1的一端与铝片3焊接连接；铝片3的宽度和镀镍铜片1的宽度一致；所述绝缘层2为PP胶层，绝缘层2的长度比镀镍铜片1的宽度长；所述镀镍铜片1的宽度为D，D≥20mm。

实施例一：一种软包装锂电池用的负极转焊铝片的极耳制作方法，包括以下步骤：

S1、铝片备料；选取厚度为0.2mm，宽度为20mm的铝片，将选取的铝片卷料放入裁切机内，裁切所需的长度；裁切后的铝片卷料进行倒圆角处理；用压平机对倒圆角处理后的铝片进行压平处理；

S2、镀镍铜片备料；选取宽度为20mm的镀镍铜带；按照所需长度裁切镀镍铜带；

S3、PP胶备料；按照需要的宽度选取PP胶；

S4、PET膜备料；按照工装治具的尺寸，裁切PET膜；

S5、铝片表面钝化处理过程；

a) 除油:用氢氧化钠按照质量配比10%～20%配制水溶液，在40℃条件下清洗2分钟，去除表面油污和氧化物；

b) 润洗：除油后的铝片，先用自来水冲洗干净，再用去离子水冲洗2遍；

c) 钝化：将润洗后的铝片放入高猛酸钾15g/L、磷酸二氢氨25 g/L、氟化氢氨15g/L的水溶液中，溶液温度60℃处理2分钟后取出，用自来水冲洗干净；

d) 再次润洗：将钝化后的铝片用去离子水冲洗2遍；

e) 烘干：将三次润洗后的铝片放入80℃的烤箱中烘烤1小时后取出，即完成铝片的表面钝化处理；

S6、镀镍铜片处理过程；

a) 在镀槽中注入三分之二的水，加热水至60℃；先后加入硫酸镍200g/L和氯化镍40g/L，充分搅拌使其完全溶解；再加入碳酸镍，调整酸碱度为5.0；

b) 用水稀释双氧水2.5毫升/升后再倒入渡槽内，搅拌数小时后静置12小时；然后将渡槽内的镀液滤入清洁的电镀槽中；

c) 在b)步骤的电镀槽中加入硼酸40g/L，充分搅拌使其完全溶解；再用稀硫酸调整镀液的PH值至4.2；

d) 用0.2安培/平方分米的低电流密度连续电解c)步骤溶液12小时以上；

e) 将铜带清洗并擦拭干净，并放入d）步骤的溶液，超声波处理20分钟后取出，用蒸馏水冲洗；

S7、对S6处理后的镀镍铜片进行贴PP胶；

a)将S4制备的PET膜平铺固定在带有尺寸规格的工装治具上；

b)将S6制备的镀镍铜片用双面胶固定在PET膜上；

c)再取S3制备的PP胶用双面胶固定在PET膜的区域内，且该PP胶位于b）步骤固定的镀镍铜片的上方；

d)再取S4制备的PET膜覆盖在工装治具上，并用双面胶固定；

S8、对S7贴好PP胶的镀镍铜片进行热压处理：

将大型热复合热平压机的上铜模加热板的温度设为150℃，下铜模加热板的温度设为150℃，热压气缸压力设定3 Kgf,热压时间设定30秒，将S7贴好PP胶的铜板放入热复合热平压机进行平压热复合；

S9、将S8平压热复合后的镀镍铜片取出，冷却处理；

S10、冷却后的铜板用裁切机按照规定尺寸裁去边料，至此单个负极镀镍铜极耳制作完成；

S11、将S5处理的铝片和S10处理后的负极镀镍铜极耳进行焊接；

a）将铝片与负极镀镍铜极耳放入单个工位的工装治具中；

b）调试好超声波焊接机并设定工艺参数：振幅40um、压力40PSI、能量300J，把上述a）步骤的工装放入加工平台，确认对位后， 踩下脚踏开关0.5秒完成焊接；

c）取出上述b）焊接好的工装，从工装中取出工件即完成焊接；

S12、对S11焊接后的极耳进行焊接拉力测试；

a) 利用裁切机将S11焊接的极耳，裁切成宽度为15毫米的极耳样品，将S1的铝片裁切成宽度为15毫米的铝片样品，极耳样品和铝片样品用于做拉伸力测试对比；

b) 分别将a）步骤裁切的极耳样品和铝片样品固定到拉力测试仪上，启动设备开始进行测试，当达到最大拉伸力时，对应的样品会产生断裂情况，同时记录下该拉伸力值；

c)对记录的拉伸力值进行数据分析及获取结论，并整理好设备仪器。

表1：实施例1数据分析对比

参阅表1，实施例1数据分析对比，可知镀镍铜极耳与铝对接焊并没有虚焊或者过焊，其焊接牢固性已经接近于铝本身的拉伸力强度，其拉力数据均大于200N /15mm；电池行业内实践数据，其焊接处的抗拉的拉力大于150N/15mm，说明已经焊接牢固，不存在虚焊脱落等不良问题。如果存在虚焊，拉力测试时，除拉力数据会过小之外，铜镀镍与铝对接重叠焊接区域会全部或部分剥离（铝本身拉伸力强度并没有被破坏）。如果存在过焊，首先会严重破坏了铝本身的拉伸力强度，其拉力数据同样会过小。综上所述，按照实施例1的激光焊机的工艺参数，镀镍铜极耳与铝用激光对接焊是牢固的，符合电池机械结构及充放电性能要求。

实施例二：一种软包装锂电池用的负极转焊铝片的极耳制作方法，包括以下步骤：

S1、铝片备料；选取厚度为0.5mm，宽度为100mm的铝片，将选取的铝片卷料放入裁切机内，裁切所需的长度；裁切后的铝片卷料进行倒圆角处理；用压平机对倒圆角处理后的铝片进行压平处理；

S2、镀镍铜片备料；选取宽度为100mm的铜带；按照所需长度裁切铜带；

S3、PP胶备料；按照需要的宽度选取PP胶；

S4、PET膜备料；按照工装治具的尺寸，裁切PET膜；

S5、铝片表面钝化处理过程；

a) 除油:用氢氧化钠按照质量配比20%配制水溶液，在60℃条件下清洗4分钟，去除表面油污和氧化物；

b) 润洗：除油后的铝片，先用自来水冲洗干净，再用去离子水冲洗3遍；

c) 钝化：将润洗后的铝片放入高猛酸钾30g/L、磷酸二氢氨50 g/L、氟化氢氨30 g/L的水溶液中，溶液温度80℃处理3分钟后取出，用自来水冲洗干净；

d) 再次润洗：将钝化后的铝片用去离子水冲洗3遍；

e) 烘干：将三次润洗后的铝片放入120℃的烤箱中烘烤2小时后取出，即完成铝片的表面钝化处理；

S6、镀镍铜片处理过程；

a) 在镀槽中注入三分之二的水，加热水至80℃；先后加入硫酸镍300g/L和氯化镍78g/L，充分搅拌使其完全溶解；再加入碳酸镍，调整酸碱度为5.0；

b) 用水稀释双氧水2.5毫升/升后再倒入渡槽内，搅拌数小时后静置12小时；然后将渡槽内的镀液滤入清洁的电镀槽中；

c) 在b)步骤的电镀槽中加入硼酸50g/L，充分搅拌使其完全溶解；再用稀硫酸调整镀液的PH值至4.2；

d) 用0.5安培/平方分米的低电流密度连续电解c)步骤溶液12小时以上；

e) 将铜板清洗并擦拭干净，并放入d）步骤的溶液，超声波处理20分钟后取出，用蒸馏水冲洗；

S7、对S6处理后的镀镍铜片进行贴PP胶；

a) 将S4制备的PET膜平铺固定在带有尺寸规格的工装治具上；

b) 将S6制备的铜板用双面胶固定在PET膜上；

c) 再取S3制备的PP胶用双面胶固定在PET膜未打孔的区域内，且该PP胶位于b）步骤固定的铜板的上方；

d) 再取S4制备的PET膜覆盖在工装治具上，并用双面胶固定；

S8、对S7贴好PP胶的镀镍铜片进行热压处理：

将大型热复合热平压机的上铜模加热板的温度设为180℃，下铜模加热板的温度设为180℃，热压气缸压力设定5Kgf,热压时间设定90秒，将S7贴好PP胶的铜板放入热复合热平压机进行平压热复合；

S9、将S8平压热复合后的镀镍铜片取出，冷却处理；

S10、冷却后的铜板用裁切机按照规定尺寸裁去边料，至此单个负极镀镍铜极耳制作完成；

S11、将S5处理的铝片和S10处理后的镀镍铜极耳进行焊接；

a）将铝片与镀镍铜极耳放入单个工位的工装治具中；

b）调试好超声波焊接机并设定工艺参数：振幅60um、压力55PSI、能量350J，把上述a）步骤的工装放入加工平台，确认对位后，踩下脚踏开关0.5秒完成焊接；

c）取出上述b）焊接好的工装，从工装中取出工件即完成焊接；

S12、对S11焊接后的极耳进行焊接拉力测试；

a) 利用激光切割机将S11焊接的极耳，裁切成宽度为15毫米的极耳样品，将S1的铝片裁切成宽度为15毫米的铝片样品，极耳样品和铝片样品用于做拉伸力测试对比；

b) 分别将a）步骤裁切的极耳样品和铝片样品固定到拉力测试仪上，启动设备开始进行测试，当达到最大拉伸力时，对应的样品会产生断裂情况，同时记录下该拉伸力值；

c)对记录的拉伸力值进行数据分析及获取结论，并整理好设备仪器。

表2：实施例2数据分析对比

参阅表2，实施例2数据分析对比，可知铜镀镍与铝对接焊并没有虚焊或者过焊，其焊接牢固性已经接近于铝本身的拉伸力强度，其拉力数据均大于200N /15mm；电池行业内实践数据，其焊接处的抗拉的拉力大于150N/15mm，说明已经焊接牢固，不存在虚焊脱落等不良问题。如果存在虚焊，拉力测试时，除拉力数据会过小之外，铜镀镍与铝对接重叠焊接区域会全部或部分剥离（铝本身拉伸力强度并没有被破坏）。如果存在过焊，首先会严重破坏了铝本身的拉伸力强度，其拉力数据同样会过小。综上所述，按照实施例2的激光焊机的工艺参数，铜镀镍极耳与铝用激光对接焊是牢固的，符合电池机械结构及充放电性能要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种软包装锂电池用的负极转焊铝片的极耳，其特征在于：包括镀镍铜片、绝缘层和铝片，两绝缘层的中间设有镀镍铜片，镀镍铜片的一端与铝片焊接连接；铝片的宽度和镀镍铜片的宽度一致；所述绝缘层为PP胶层，绝缘层的长度比镀镍铜片的宽度长；所述镀镍铜片的宽度为D，D≥20mm。

2.一种软包装锂电池用的负极转焊铝片的极耳制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、铝片备料；选取厚度为0.2mm～0.3mm，宽度为20mm的铝片，将选取的铝片卷料放入裁切机内，裁切所需的长度；裁切后的铝片卷料进行倒圆角处理；用压平机对倒圆角处理后的铝片进行压平处理；

S2、镀镍铜片备料；选取宽度为20mm的镀镍铜带；按照所需长度裁切镀镍铜带；

S3、PP胶备料；按照需要的宽度选取PP胶；

S4、PET膜备料；按照工装治具的尺寸，裁切PET膜；

S5、铝片表面钝化处理过程；

a) 除油:用氢氧化钠按照质量配比10%～20%配制水溶液，在40℃～60℃条件下清洗1～5分钟，去除表面油污和氧化物；

b) 润洗：除油后的铝片，先用自来水冲洗干净，再用去离子水冲洗2～3遍；

c) 钝化：将润洗后的铝片放入高猛酸钾10～30g/L、磷酸二氢氨20～50 g/L、氟化氢氨10～30 g/L的水溶液中，溶液温度60℃～80℃处理1～3分钟后取出，用自来水冲洗干净；

d) 再次润洗：将钝化后的铝片用去离子水冲洗2～3遍；

e) 烘干：将三次润洗后的铝片放入80℃～120℃的烤箱中烘烤1～2小时后取出，即完成铝片的表面钝化处理；

S6、镀镍铜片处理过程；

a) 在镀槽中注入三分之二的水，加热水至60℃～80℃；先后加入硫酸镍200～300g/L和氯化镍40～78g/L，充分搅拌使其完全溶解；再加入碳酸镍，调整酸碱度为5.0；

b) 用水稀释双氧水2.5毫升/升后再倒入渡槽内，搅拌数小时后静置12小时；然后将渡槽内的镀液滤入清洁的电镀槽中；

c) 在b)步骤的电镀槽中加入硼酸40～50g/L，充分搅拌使其完全溶解；再用稀硫酸调整镀液的PH值至4.2；

d) 用0.1～0.5安培/平方分米的低电流密度连续电解c)步骤溶液12小时以上；

e) 将镀镍铜片清洗并擦拭干净，并放入d）步骤的溶液，超声波处理20分钟后取出，用蒸馏水冲洗；

S7、对S6处理后的镀镍铜片进行贴PP胶；

a)将S4制备的PET膜平铺固定在带有尺寸规格的工装治具上；

b)将S6制备的镀镍铜片用双面胶固定在PET膜上；

c)再取S3制备的PP胶用双面胶固定在PET膜区域内，且该PP胶位于b）步骤固定的镀镍铜片的上方；

d)再取S4制备的PET膜覆盖在工装治具上，并用双面胶固定；

S8、对S7贴好PP胶的镀镍铜片进行热压处理：

将大型热复合热平压机的上铜模加热板的温度设为150℃～180℃，下铜模加热板的温度设为150℃～180℃，热压气缸压力设定3 Kgf ～5Kgf,热压时间设定30秒～90秒，将S7贴好PP胶的镀镍铜片放入热复合热平压机进行平压热复合；

S9、将S8平压热复合后的贴好PP胶的镀镍铜片取出，冷却处理；

S10、冷却后的贴好PP胶的镀镍铜片用裁切机按照规定尺寸裁去边料，至此单个负极镀镍铜极耳制作完成；

S11、将S5处理的铝片和S10处理后的负极镀镍铜极耳进行焊接；

a） 将铝片与负极镀镍铜极耳放入单个工位的工装治具中；

b） 调试好超声波焊接机并设定工艺参数：振幅40～60um、压力40～55PSI、能量300～350J，把上述a）步骤的工装放入加工平台，确认对位后，踩下脚踏开关0.5秒完成焊接；

c） 取出上述b）焊接好的工装，从工装中取出工件即完成焊接；

S12、对S11焊接后的极耳进行焊接拉力测试；

a) 利用裁切机将S11焊接的极耳，裁切成宽度为15毫米的极耳样品，将S1的铝片裁切成宽度为15毫米的铝片样品，极耳样品和铝片样品用于做拉伸力测试对比；

b) 分别将a）步骤裁切的极耳样品和铝片样品固定到拉力测试仪上，启动设备开始进行测试，当达到最大拉伸力时，对应的样品会产生断裂情况，同时记录下该拉伸力值；

c)对记录的拉伸力值进行数据分析及获取结论，并整理好设备仪器。