CN109860497A - 一种多层极耳电池的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层极耳电池的焊接方法，多层极耳预加热‑多层极耳电阻焊‑多层极耳整形：将多层极耳之间压实且表面呈平整状态‑电池盖板极柱表面等离子清洗‑极耳盖板激光焊。对多层极耳进行预热、采用电阻焊对多层极耳进行预焊、通过电芯极耳整形装置对多层极耳进行整形、用等离子清洗装置对电池盖板极柱表面进行氧化物、油污以及金属粉尘等的清洗，最后把多层极耳置于密闭的环境下进而进行多层极耳和电池盖板极柱的激光焊，解决了传统工艺超声焊波焊接极耳过程中出现的虚焊、极耳箔材破损以及焊缝强度不高等缺陷，显著提高了锂电池的电化学性能和循环使用寿命。

Description

一种多层极耳电池的焊接方法

技术领域

本发明属于锂离子电池极耳焊接技术领域，具体涉及一种多层极耳电池的焊接方法。

背景技术

焊接工序作为锂电池制造过程中的重要工序，被应用于锂电池的正负极耳以及电池壳体等多个位置的焊接，任何焊接接头缺陷都将显著影响锂电池性能的一致性。目前，在锂电池的正负极耳焊接工序中应用比较普遍的是超声波焊接工艺，焊接区域容易出现虚焊、极耳箔材破损以及焊缝强度不高等缺陷，如何改善和避免这些缺陷是目前锂电池制造过程中亟待解决的问题。

中国发明专利(授权公告号CN105364296B、授权公告日 2018.04.06)公开了了一种锂电池极耳的焊接方法，该锂电池包括极耳、极片以及盖帽，所述极耳一端通过高温胶粘在极片的中间位置，然后采用超声焊将其与极片相焊接，所述极耳另一端通过激光焊焊接于盖帽下方。本发明还公开了一种焊接装置，该焊接装置用于极耳与盖帽之间的精确焊接。将极耳通过高温胶以及超声焊焊接，提高了极耳与极片之间的粘合稳定性，而且极耳位于极片中间，极耳的折弯空间大大提升，降低因极耳过长与电池壳体内壁相接触的概率，提高了安全性，还可以有效降低电芯内阻，提升电池性能；对极耳与盖帽之间的焊接采用上述焊接装置，不但可以提高焊接效率，而且通过限位杆、壳体固定装置以及固定夹，对盖帽与极耳之间的焊接更精确。但该发明专利只采用超声焊，容易出现虚焊、极耳箔材破损以及焊缝强度不高等缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术的不足，提供一种防止虚焊、破损且能提高焊缝强度的多层极耳电池的焊接方法。

为实现上述目的，本发明所设计的多层极耳电池的焊接方法，包括如下步骤：

1)多层极耳预加热：将多层极耳电芯的多层极耳伸入感应线圈中空腔内，然后感应线圈通电对多层极耳加热形成预热后的多层极耳电芯；

2)多层极耳电阻焊：将保护片覆盖在多层极耳的上表面上，然后进行电阻焊把多层极耳和保护片焊合；

3)多层极耳整形：将多层极耳之间压实且表面呈平整状态；

4)电池盖板极柱表面等离子清洗

5)极耳盖板激光焊：将经过步骤3)整形后的多层极耳电芯放置在经过步骤4)清洗的电池盖板极柱的表面进行激光焊接。

进一步地，所述步骤1)中，多层极耳预加热的具体过程为：先将多层极耳电芯放入感应线圈预热治具中，然后将多层极耳电芯的多层极耳伸入高频感应加热设备的两个感应线圈中空腔内，再将高频感应加热设备上电对多层极耳加热形成预热后的多层极耳电芯。

进一步地，所述步骤2)中，多层极耳电阻焊的具体过程为：先将经过步骤1)预热后的多层极耳电芯放入电芯治具上，再将保护片治具压在多层极耳上表面，且保护片治具的长方形通孔位于多层极耳的正上方，然后将保护片内置在长方形通孔内直至覆盖在多层极耳的上表面上，最后进行电阻焊把多层极耳和保护片焊合。

进一步地，所述步骤3)中，多层极耳整形的具体过程为：将经过步骤2)电阻焊后的多层极耳电芯放入电芯极耳整形装置中，且电阻焊后的多层极耳位于电芯极耳整形装置的整形压板正下方，整形压板在液压机构的驱动下，上下运动使多层极耳之间压实且表面呈平整状态。

进一步地，所述步骤4)中，电池盖板极柱表面等离子清洗具体过程为：用等离子清洗机去除电池盖板极柱表面的氧化层、生产运输过程中产生的油污以及表面的金属粉尘，用负压风机抽走等离子清洗电池盖板极柱的过程中产生的金属粉尘。

进一步地，所述步骤5)中，极耳盖板激光焊具体过程为：经过步骤4)清洗的电池盖板放入激光焊接治具中，然后将经过步骤3) 整形后的多层极耳电芯放入激光焊接治具中，使得多层极耳电芯的多层极耳位于电池盖板极柱的表面，并将极耳压块压住多层极耳用来压紧多层极耳与电池盖板；

激光焊接之前，激光焊接设备的气缸带动激光焊接治具的治具外罩向下运动，使得治具外罩与极耳压块紧密接触形成一个密闭空间；激光焊接时，激光焊接设备发射波长为1064nm的激光束，激光束透过治具外罩上表面的1064nm全透镜片从而对多层极耳进行激光焊接。

进一步地，所述感应线圈是由中空的铜管卷绕而成的，工作时铜管内充满循环冷却水。

进一步地，所述治具外罩上有氮气入口和负压风机接口。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、对多层极耳进行预热，预热后的多层极耳柔韧性更好，且电阻焊后的变形小；另外，由于金属的特性，随着温度的升高，预热后的多层极耳的电阻会增大，在进行电阻焊的时候可以用较小的电流和较短的时间进行焊接，提高了电阻焊的效率、节能了能耗、降低了成本；

2、电阻焊对多层极耳进行预焊，防止了虚焊，减小了电池自放电率，增加了电池的循环次数，进一步提升了电池性能的一致性，减少了电池的安全隐患；并且，在电阻焊接多层极耳的过程中，由于只有电极间的挤压力和电流，不会造成极耳的破损，所以不会产生金属粉尘和金属粉尘飞溅；

3、对电池盖板极柱进行清洗，进一步减少金属粉尘对点电池的影响，提升多层极耳盖板激光焊的焊缝质量；

4、激光焊接多层极耳，多层极耳处于一个密闭空间，焊接产生的金属粉尘被负压风机抽走，激光焊缝强度高，多层极耳载流能力强，减少转接辅材的使用，减轻了电池重量，减少了焊接工序，降低了成本，提高了电池的能量密度。

附图说明

图1为本发明多层极耳预加热示意图；

图2为本发明多层极耳电阻焊示意图；

图3为图2的俯视示意图；

图4为本发明多层极耳整形示意图；

图5为本发明极耳盖板激光焊示意图。

图中各部件标号如下：感应线圈1、多层极耳电芯2、感应线圈预热治具3、多层极耳4、预热后的多层极耳电芯5、电芯治具6、保护片治具7、长方形通孔8、保护片9、电芯极耳整形装置10、整形压板11、液压机构12、电阻焊后的多层极耳电芯13、激光焊接治具14、极耳压块15、治具外罩16、负压风机接口17。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

多层极耳电池的焊接方法，具体包括如下步骤：

1)多层极耳预加热：如图1所示，先将多层极耳电芯2放入感应线圈预热治具3中，然后将多层极耳电芯2的多层极耳4完全伸入高频感应加热设备的感应线圈1中空腔内，再将高频感应加热设备上电对多层极耳4加热形成预热后的多层极耳电芯5；本实施例中，感应线圈1是由中空的铜管卷绕而成的，工作时铜管中间充满循环冷却水；

预热后的多层极耳柔韧性更好，且电阻焊后的变形小；另外，由于金属的特性，随着温度的升高，预热后的多层极耳的电阻会增大，在进行电阻焊的时候可以用较小的电流和较短的时间进行焊接，提高了电阻焊的效率、节能了能耗、降低了成本；

2)多层极耳电阻焊：如图2所示，先将经过步骤1)预热后的多层极耳电芯5放入电芯治具6上，再将保护片治具7压在多层极耳上表面，且保护片治具7的长方形通孔8位于多层极耳的正上方，然后将保护片9内置在长方形通孔8内直至覆盖在多层极耳的上表面上，最后进行电阻焊把多层极耳和保护片焊合；

保护片9防止了焊接时对极耳箔材产生损坏，保护片治具7对保护片的位置进行装夹定位，使得保护片9和多层极耳4的相对位置保持一致；电阻焊对多层极耳进行预焊，防止了虚焊，减小了电池自放电率，增加了电池的循环次数，进一步提升了电池性能的一致性，减少了电池的安全隐患；并且，在电阻焊接多层极耳的过程中，由于只有电极间的挤压力和电流，不会造成极耳的破损，所以不会产生金属粉尘和金属粉尘飞溅；

3)多层极耳整形：如图3所示，将经过步骤2)电阻焊后的多层极耳电芯13放入电芯极耳整形装置10中，且电阻焊后的多层极耳位于电芯极耳整形装置10的整形压板11正下方，整形压板11在液压机构12的驱动下，上下运动使多层极耳之间压实的更紧密且表面呈平整状态；液压机构驱动的压力大小和时间均可调整；

4)电池盖板极柱表面等离子清洗：用等离子清洗机去除电池盖板极柱表面的氧化层、生产运输过程中产生的油污以及表面的金属粉尘，用负压风机抽走等离子清洗电池盖板极柱的过程中产生的金属粉尘等，进一步减少了金属粉尘对电池的影响，提升了多层极耳盖板激光焊的焊缝质量；

5)极耳盖板激光焊：如图4所示，经过步骤4)清洗的电池盖板放入激光焊接治具14中，然后将经过步骤3)整形后的多层极耳电芯放入激光焊接治具14中，使得多层极耳电芯的多层极耳4位于电池盖板极柱的表面，并将极耳压块15压住多层极耳用来压紧多层极耳与电池盖板，使两者紧密接触；

激光焊接之前，激光焊接设备的气缸带动激光焊接治具14的治具外罩16向下运动，使得治具外罩16与极耳压块15紧密接触形成一个密闭空间，该密闭空间防止激光焊接所产生的金属粉尘飞溅到外面；激光焊接时，激光焊接设备发射波长为1064nm的激光束，激光束透过治具外罩上表面的1064nm全透镜片从而对多层极耳进行激光焊接，焊接完成之后，气缸带动治具外罩16向上升起；由于波长为1064nm的激光束可以完全通过1064nm全透镜片，没有损耗；激光焊缝强度高，多层极耳载流能力强，减少转接辅材的使用，减轻了电池重量，减少了焊接工序，降低了成本，提高了电池的能量密度；

另外，治具外罩16上有氮气入口和负压风机接口17，负压风机接口17用来接负压风机风管，可以保证在激光焊接多层极耳的过程中产生的金属粉尘会被负压风机抽走，不会有金属粉尘飞溅到激光焊接治具外面，氮气入口用来通氮气保护气体的，有利于激光焊的焊缝质量。

本发明多层极耳电池的焊接方法采用高频感应加热设备对多层极耳进行预热、采用电阻焊对多层极耳进行预焊、通过电芯极耳整形装置对多层极耳进行整形、用等离子清洗装置对电池盖板极柱表面进行氧化物、油污以及金属粉尘等的清洗，最后把多层极耳置于密闭的环境下进而进行多层极耳和电池盖板极柱的激光焊，解决了传统工艺超声焊波焊接极耳过程中出现的虚焊、极耳箔材破损以及焊缝强度不高等缺陷，显著提高了锂电池的电化学性能和循环使用寿命。

本发明极大的减少了极耳焊接过程中产生的金属粉尘以及粉尘飞溅，避免了极耳虚焊，提高了极耳盖板的焊缝强度，使得电池自放电率减小，提升了极耳的载流能力，减少转接辅材的使用，减轻了电池重量，减少了焊接工序，降低了成本，提高了电池的能量密度，电池的一致性好，多方位提升了电池的电化学性能和循环使用寿命。

Claims (8)

1.一种多层极耳电池的焊接方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)多层极耳预加热：将多层极耳电芯(2)的多层极耳(4)伸入感应线圈(1)中空腔内，然后感应线圈(1)通电对多层极耳(4)加热形成预热后的多层极耳电芯(5)；

2)多层极耳电阻焊：将保护片(9)覆盖在多层极耳的上表面上，然后进行电阻焊把多层极耳和保护片焊合；

3)多层极耳整形：将多层极耳之间压实且表面呈平整状态；

4)电池盖板极柱表面等离子清洗

5)极耳盖板激光焊：将经过步骤3)整形后的多层极耳电芯放置在经过步骤4)清洗的电池盖板极柱的表面进行激光焊接。

2.根据权利要求1所述多层极耳电池的焊接方法，其特征在于：所述步骤1)中，多层极耳预加热的具体过程为：先将多层极耳电芯(2)放入感应线圈预热治具(3)中，然后将多层极耳电芯(2)的多层极耳(4)伸入高频感应加热设备的两个感应线圈(1)中空腔内，再将高频感应加热设备上电对多层极耳(4)加热形成预热后的多层极耳电芯(5)。

3.根据权利要求1所述多层极耳电池的焊接方法，其特征在于：所述步骤2)中，多层极耳电阻焊的具体过程为：先将经过步骤1)预热后的多层极耳电芯(5)放入电芯治具(6)上，再将保护片治具(7)压在多层极耳上表面，且保护片治具(7)的长方形通孔(8)位于多层极耳的正上方，然后将保护片(9)内置在长方形通孔(8)内直至覆盖在多层极耳的上表面上，最后进行电阻焊把多层极耳和保护片焊合。

4.根据权利要求1所述多层极耳电池的焊接方法，其特征在于：所述步骤3)中，多层极耳整形的具体过程为：将经过步骤2)电阻焊后的多层极耳电芯(13)放入电芯极耳整形装置(10)中，且电阻焊后的多层极耳位于电芯极耳整形装置(10)的整形压板(11)正下方，整形压板(11)在液压机构(12)的驱动下，上下运动使多层极耳之间压实且表面呈平整状态。

5.根据权利要求1所述多层极耳电池的焊接方法，其特征在于：所述步骤4)中，电池盖板极柱表面等离子清洗具体过程为：用等离子清洗机去除电池盖板极柱表面的氧化层、生产运输过程中产生的油污以及表面的金属粉尘，用负压风机抽走等离子清洗电池盖板极柱的过程中产生的金属粉尘。

6.根据权利要求1所述多层极耳电池的焊接方法，其特征在于：所述步骤5)中，极耳盖板激光焊具体过程为：经过步骤4)清洗的电池盖板放入激光焊接治具(14)中，然后将经过步骤3)整形后的多层极耳电芯放入激光焊接治具(14)中，使得多层极耳电芯的多层极耳(4)位于电池盖板极柱的表面，并将极耳压块(15)压住多层极耳用来压紧多层极耳与电池盖板；

激光焊接之前，激光焊接设备的气缸带动激光焊接治具(14)的治具外罩(16)向下运动，使得治具外罩(16)与极耳压块15)紧密接触形成一个密闭空间；激光焊接时，激光焊接设备发射波长为1064nm的激光束，激光束透过治具外罩上表面的1064nm全透镜片从而对多层极耳进行激光焊接。

7.根据权利要求1所述多层极耳电池的焊接方法，其特征在于：所述感应线圈(1)是由中空的铜管卷绕而成的，工作时铜管内充满循环冷却水。

8.根据权利要求6所述多层极耳电池的焊接方法，其特征在于：所述治具外罩(16)上有氮气入口和负压风机接口(17)。