CN110153558B - 一种锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接治具和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接治具和方法，采用激光焊接的方式进行焊接，消除产品变形，提升焊接质量和外形美观；焊接过程中，焊接头和焊接产品无接触，设备无易损耗件，维护成本低；通过气体压力对产品进行固定，防止焊接过程中产品的移动导致的焊接失误。通过本发明，能够焊接形成外观成型美观的产品，节约成本，且避免了焊接头与治具的损耗，同时可对产品质量进行监控。

Description

一种锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接治具和方法

【技术领域】

本发明涉及激光焊接技术领域，具体来说是一种锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接治具和方法。

【背景技术】

现锂电池电芯正负极片与引出极耳焊接的解决方案一般采用超声波焊接技术，超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。超声波焊接具有良好的导电性，电阻系数极低，广泛应用于锂电池、聚合物电池中的铜箔与镍片、铝箔与铝片焊接。但超声波焊接属于接触式焊接，利用超声波高频机械振动作用于金属薄片表面，并加压，使金属薄片之间焊接在一起，焊头对金属薄片振动加压会造成金属薄片变形和表面伤痕，结合处易断裂，焊头和治具容易损耗，且不可监控，更换频繁成本高，存在产品外观成型较差、焊头和治具容易耗损和产品质量难监控等缺点。

【发明内容】

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接治具和方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接治具，用于对作为锂电池电芯正负极片与引出极耳的金属薄片进行激光焊接，包括：保护透镜组件、进气快换接头、治具放料底板、密封腔、密封腔大小调节件及升降气缸；

其中，所述治具放料底板固定设置，用于承载待激光焊接的金属薄片；密封腔为密封腔体，中间呈空心状，下端开口与治具放料底板表面接触以进行密封，上端设置保护透镜组件进行密封；密封腔外侧设置进气快换接头，以使气体从密封腔外侧开通的气体通孔进入密封腔的腔体内；密封腔大小调节件设置于保护透镜组件和密封腔之间，通过设置不同数量的密封腔大小调节件，以改变密封腔腔体的大小；密封腔、密封腔大小调节件及保护透镜组件固定连接，连接升降气缸，通过升降气缸控制，对三者形成的结构进行上下移动，使其与治具放料底板接触或分离；通过控制密封腔与治具放料底板接触，使密封腔压紧金属薄片，开启进气快换接头，向密封腔中填充气体，填充完成后，控制激光焊接头射出的激光从保护透镜组件的透镜射入密封腔内，射至治具放料底板放置的金属薄片，进行激光焊接。

其中，激光焊接头的激光器为绿光激光器、紫光激光器、光纤激光器中的一种。

其中，通过进气快换接头从进气通道输入密封腔的腔体内部的压缩气体为空气或惰性气体。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接方法，利用前述技术方案所述的锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接治具进行金属薄片的焊接，包括：

通过改变保护透镜组件在多个密封腔大小调节件之间的设置位置，将保护透镜组件、密封腔大小调节件及密封腔固定连接，同时固定密封腔的大小；

将金属薄片设置于治具放料底板表面，通过升降气缸移动保护透镜组件、密封腔大小调节件及密封腔形成的连接体，使密封腔底部与治具放料底板表面接触，同时使金属薄片位于密封腔内部的通孔中；

通过进气快换接头从进气通道向密封腔的腔体内部输入定量压缩气体，加入完成后关闭进气快换接头，使密封腔中的压缩气体产生对金属薄片的压力，使金属薄片压紧；

控制激光焊接头发射激光，穿过保护透镜组件的透镜照射金属薄片，完成对金属薄片的激光焊接。

区别于现有技术，本发明的锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接治具和方法，采用激光焊接的方式进行焊接，消除产品变形，提升焊接质量和外形美观；焊接过程中，焊接头和焊接产品无接触，设备无易损耗件，维护成本低；通过气体压力对产品进行固定，防止焊接过程中产品的移动导致的焊接失误。通过本发明，能够焊接形成外观成型美观的产品，节约成本，且避免了焊接头与治具的损耗，同时可对产品质量进行监控。

【附图说明】

图1是本发明提供的一种锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接治具的结构示意图；

图2是本发明提供的一种锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接治具所属的激光焊接装置的总体结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

参阅图1，本发明提供了一种锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接治具，用于对作为锂电池电芯正负极片与引出极耳的金属薄片进行激光焊接，包括：保护透镜组件9、进气快换接头10、治具放料底板11、密封腔12、密封腔大小调节件13及升降气缸(图未示)；

其中，治具放料底板11固定设置，用于承载待激光焊接的金属薄片；密封腔12为密封腔体，中间呈空心状，下端开口与治具放料底板11表面接触以进行密封，上端设置保护透镜组件9进行密封；密封腔12外侧设置进气快换接头10，以使气体从密封腔12外侧开通的气体通孔(未标示)进入密封腔12的腔体内；密封腔大小调节件13设置于保护透镜组件9和密封腔12之间，通过设置不同数量的密封腔大小调节件13，以改变密封腔12腔体的大小；密封腔12、密封腔大小调节件13及保护透镜组件9固定连接，形成的结构连接升降气缸，通过升降气缸控制，对三者形成的结构进行上下移动，使其与治具放料底板11接触或分离；通过控制密封腔12与治具放料底板11接触，使密封腔12压紧金属薄片，开启进气快换接头10，向密封腔12中填充气体，填充完成后，控制激光焊接头(图未示)射出的激光从保护透镜组件9的透镜射入密封腔12内，射至治具放料底板11放置的金属薄片，进行激光焊接。金属薄片的结构如图1中14所示，焊接工作是要将图中垂直放置的两部分金属薄片进行焊接使之固定连接。

其中，激光焊接头的激光器为绿光激光器、紫光激光器、光纤激光器中的一种。

其中，通过进气快换接头10从进气通道输入密封腔的腔体内部的压缩气体为空气或惰性气体。

此外，本发明还提供了一种锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接方法，利用前述技术方案所述的锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接治具进行金属薄片的焊接，包括：

通过改变保护透镜组件9在多个密封腔大小调节件13之间的设置位置，将保护透镜组件9、密封腔大小调节件13及密封腔12固定连接，同时固定密封腔的大小；

将金属薄片设置于治具放料底板11表面，通过升降气缸移动保护透镜组件9、密封腔大小调节件13及密封腔12形成的连接体，使密封腔12底部与治具放料底板11表面接触，同时使金属薄片位于密封腔12内部的通孔中；

通过进气快换接头10从进气通道向密封腔12的腔体内部输入定量压缩气体，加入完成后关闭进气快换接头10，使密封腔中的压缩气体产生对金属薄片的压力，使金属薄片压紧；

控制激光焊接头发射激光，穿过保护透镜组件9的透镜照射金属薄片，完成对金属薄片的激光焊接。

此外，如图2所示，本发明提供了一种锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接装置，包括：激光器1、功率分析仪2、工业相机CCD3、激光焊接头4、焊前预处理设备5、上料机构6、焊前预处理治具7、激光焊接治具8和控制柜90；其中，激光焊接治具8即为前述技术方案中的激光焊接治具。

其中，控制柜90为立体型柜体，顶面与柜门相交一侧边缘水平向外延伸的方向上设置第一支架100，沿直线方向向外依次设置激光器1、功率分析仪2、工业相机CCD3、激光焊接头4、焊前预处理设备5；柜门上与第一支架100平行设置第二支架110，自柜门向外依次设置激光焊接治具8和焊前预处理治具7；且第一支架100上的激光焊接头4和焊前处理设备5分别与第二支架110上的激光焊接治具和8焊前预处理治具7正对设置；上料机构6包括皮带61及驱动装置62，皮带61设置的传送路径平行于第一支架100，经过第一支架100和第二支架110之间，且从焊前预处理治具7向激光焊接治具8的方向传送；通过皮带61将待焊接的金属薄片以预设传送速率经过焊前预处理治具7和激光焊接治具8，工业相机CCD3的镜头正对激光焊接治具8，以对皮带上传送的经过激光焊接治具8处理的金属薄片进行无损检测，检测完成后，皮带61将金属薄片送入下一工位。控制柜9起到对装置的支撑作用，同时用于存放电机及线缆设备，以及对装置进行供电的电源设备。

其中，上料机构6为卷料机，金属薄片设置于料卷上，通过上料机构输送料卷，以将料卷上的金属薄片传输至焊前预处理治具7、激光焊接治具8处进行激光焊接处理。

具体的，本发明的激光器1用于发射激光射线，激光器1连接功率分析仪2，功率分析仪2结合激光器1的类型及焊接产品的材质，对激光器1的工作参数进行设定。激光器1发出的激光射线经过功率分析仪2的调节，输出的激光射线射入激光焊接头4。焊前预处理治具7用于对待焊接的金属薄片进行预处理。预处理的方式为激光扫描的方式去除金属薄片表面上的水、油和氧化层等杂质。本发明的上料机构6为常见的卷料机，卷料机的卷料上贴附待焊接的金属薄片，通过驱动使卷料依序经过焊前预处理治具7和激光焊接治具8，待焊接的金属薄片经过卷料机的传送，按序经过焊前预处理治具7、激光焊接治具8，焊前预处理治具7上方设置焊前预处理设备5，激光焊接治具8上方设置激光焊接头4，当金属薄片传送到焊前预处理治具7时，控制焊前预处理设备5工作对金属薄片进行预处理，预处理完成后，金属薄片运行至激光焊接治具8，通过激光焊接治具8将金属薄片加紧固定，排除金属薄片之间的空气，通过激光焊接头4进行焊接，焊接完成后，工业相机CCD3的镜头正对激光焊接治具8设置，以对焊接完成的金属薄片进行无损检测，检测完成后，通过卷料机传送，将焊接并检测通过的金属薄片输送至下一工位。

在本发明中，通过设置各设备的时间参数，实现各设备之间的配合工作，具体的，通过卷料机对卷料传送的速度、卷料上放置的金属薄片之间的间隔及卷料上放置金属薄片的点到达焊前预处理治具7和激光焊接治具8时停留的时间间隔，同时按照前述时间间隔分别设置焊前预处理治具7和激光焊接头4对金属薄片的处理时间，同时根据卷料上金属薄片在激光焊接治具8位置的停留时间及激光焊接头4的工作时间，确定工业相机CCD3的开启时间及检测时长，通过对上述时间、距离参数的设定控制，完成了对金属薄片焊接的批量工业化操作。

区别于现有技术，本发明的锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接装置，采用激光焊接的方式进行焊接，消除产品变形，提升焊接质量和外形美观；焊接过程中，焊接头和焊接产品无接触，设备无易损耗件，维护成本低；同时通过工业相机CCD进行无损检测，杜绝破坏性抽样检测。通过本发明，能够焊接形成外观成型美观的产品，节约成本，且避免了焊接头与治具的损耗，同时可对产品质量进行监控。

区别于现有技术，本发明的锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接治具和方法，采用激光焊接的方式进行焊接，消除产品变形，提升焊接质量和外形美观；焊接过程中，焊接头和焊接产品无接触，设备无易损耗件，维护成本低；通过气体压力对产品进行固定，防止焊接过程中产品的移动导致的焊接失误。通过本发明，能够焊接形成外观成型美观的产品，节约成本，且避免了焊接头与治具的损耗，同时可对产品质量进行监控。

以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接治具，用于对作为锂电池电芯正负极片与引出极耳的金属薄片进行激光焊接，其特征在于，包括：保护透镜组件、进气快换接头、治具放料底板、密封腔、密封腔大小调节件及升降气缸；

其中，所述治具放料底板固定设置，用于承载待激光焊接的金属薄片；密封腔为密封腔体，中间呈空心状，下端开口与治具放料底板表面接触以进行密封，上端设置保护透镜组件进行密封；密封腔外侧设置进气快换接头，以使气体从密封腔外侧开通的气体通孔进入密封腔的腔体内；密封腔大小调节件设置于保护透镜组件和密封腔之间，通过设置不同数量的密封腔大小调节件，以改变密封腔腔体的大小；密封腔、密封腔大小调节件及保护透镜组件三者固定连接，该三者形成的结构连接升降气缸，通过控制升降气缸，对三者形成的结构进行上下移动，使其与治具放料底板接触或分离，通过控制密封腔与治具放料底板接触，使密封腔压紧金属薄片，开启进气快换接头，向密封腔中填充气体，填充完成后，控制激光焊接头射出的激光从保护透镜组件的透镜射入密封腔内，射至治具放料底板放置的金属薄片，进行激光焊接。

2.根据权利要求1所述的锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接治具，其特征在于，激光焊接头的激光器为绿光激光器、紫光激光器、光纤激光器中的一种。

3.根据权利要求1所述的锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接治具，其特征在于，通过进气快换接头从进气通道输入密封腔的腔体内部的压缩气体为空气或惰性气体。

4.一种锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接方法，利用如权利要求1-3任意一项所述的锂电池电芯正负极片与引出极耳的激光焊接治具进行金属薄片的焊接，其特征在于，包括：

通过改变保护透镜组件在多个密封腔大小调节件之间的设置位置，将保护透镜组件、密封腔大小调节件及密封腔固定连接，同时固定密封腔的大小；

将金属薄片设置于治具放料底板表面，通过升降气缸移动保护透镜组件、密封腔大小调节件及密封腔形成的连接体，使密封腔底部与治具放料底板表面接触，同时使金属薄片位于密封腔内部的通孔中；

通过进气快换接头从进气通道向密封腔的腔体内部输入定量压缩气体，加入完成后关闭进气快换接头，使密封腔中的压缩气体产生对金属薄片的压力，使金属薄片压紧；

控制激光焊接头发射激光，穿过保护透镜组件的透镜照射金属薄片，完成对金属薄片的激光焊接。

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