CN110277532A - 二次电池集流体的加工方法及加工设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及二次电池集流体加工方法及加工设备。该加工方法包括以下步骤：步骤S20，提供箔材料卷和复合集流体料卷；步骤S40，带动所述箔材料卷与所述复合集流体料卷放料并共同输送至焊接工位，将所述箔材焊接于所述复合集流体的局部；步骤S60，收卷焊接后的所述复合集流体与所述箔材。本申请中，通过箔材与复合集流体的转接，箔材作为复合集流体的极耳，从而能够将电芯中的电流输送出来。

Description

二次电池集流体的加工方法及加工设备

技术领域

本申请涉及储能器件加工技术领域，尤其涉及一种二次电池集流体的加工方法及加工设备。

背景技术

锂电池中，通常采用铝箔作为阴极集流体，采用铜箔作为阳极集流体，随着电池行业的不断发展，可以采用具有更佳性能的集流体。

发明内容

随着电池行业的不断发展，出现了具有更佳性能的集流体，即，高分子与金属复合而成的复合集流体。复合集流体可以减小电池温升，降低热失控的发生风险，提高电池的安全性。但是，由于复合集流体包括由高分子材料形成的绝缘层，因此，复合集流体的极耳无法将电芯中的电流输出至电极端子，这就需要利用箔材(铝箔或铜箔)与复合集流体的极耳转接，以便将电芯中的电流输送出来。

本申请提供了一种二次电池集流体的加工方法及加工设备，能够实现箔材与复合集流体的极耳的连接，以将电芯中的电流输送出来。

本申请提供了一种二次电池集流体的加工方法，包括以下步骤：

步骤S20，提供箔材料卷和复合集流体料卷；

步骤S40，带动所述箔材料卷与所述复合集流体料卷放料并共同输送至焊接装置，将所述箔材焊接于所述复合集流体的局部；

步骤S60，收卷焊接后的所述复合集流体与所述箔材。

可选的，在所述步骤S40中，连续焊接所述箔材与所述复合集流体。

可选的，在所述步骤S40中，将所述箔材输入至所述焊接装置中靠近焊齿部分的一侧，将所述复合集流体输入所述焊接装置中靠近无焊齿部分的一侧，所述箔材与所述复合集流体在所述焊齿部分和无焊齿部分之间被焊接固定。

可选的，在所述步骤S40中，还包括在所述复合集流体与所述箔材焊接之前，将所述复合集流体的局部与所述箔材叠置的步骤。

本申请还提供了一种二次电池集流体的加工设备，该设备采用上述任一项所述的加工方法加工二次电池集流体，包括：

箔材放卷辊，用于放卷箔材；

复合集流体放卷辊，用于放卷复合集流体；

焊接装置，所述焊接装置具有焊接工位；和

收卷辊，用于收卷焊接后的所述箔材与所述复合集流体，

其中，所述焊接装置设置成在所述焊接工位将所述箔材焊接于所述复合集流体的局部。

可选的，所述焊接装置设置成在所述焊接工位连续地将所述箔材焊接于所述复合集流体的局部。

可选的，所述焊接装置包括超声波焊头和砧座，所述超声波焊头与所述砧座滚动接触，所述焊接工位位于所述超声波焊头与所述砧座之间。

可选的，所述超声波焊头与所述砧座中一者的外周面布设多个挤压焊齿。

可选的，所述加工设备还包括驱动装置，所述超声波焊头与所述砧座中的一者与所述驱动装置传动连接，以在所述超声波焊头与所述砧座接触时调节接触力。

可选的，还包括成对设置的第一压辊和第二压辊，

所述第一压辊和所述第二压辊之间留有供所述复合集流体与所述箔材通过且叠置的狭缝，

所述第一压辊设置于所述箔材放卷辊的出料侧以及所述焊接装置的入料侧，所述第二压辊设置于所述复合集流体放卷辊的出料侧以及所述焊接装置的入料侧。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请提供了一种二次电池集流体的加工方法，箔材和复合集流体通过该加工方法焊接在一起，通过箔材与复合集流体的转接，箔材作为复合集流体的极耳，从而能够将电芯中的电流输送出来。

本申请提供了一种二次电池集流体加工设备，其中，焊接装置可以将输入至焊接工位的箔材与复合集流体焊接固定，使得箔材可以作为复合集流体的极耳使用，通过箔材的转接，使得电芯中的电流得以被输送出来。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请实施例提供的二次电池集流体的加工方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的二次电池集流体的加工方法的第一种实施例的流程图；

图3为本申请实施例提供的二次电池集流体的加工方法的第二种实施例的流程图；

图4为本申请实施例提供的二次电池集流体的加工方法的第三种实施例的流程图；

图5为本申请实施例提供的二次电池集流体的加工方法的第四种实施例的流程图；

图6为本申请实施例提供的二次电池集流体的加工设备的示意图。

附图标记：

10-箔材放卷辊；

20-复合集流体放卷辊；

30-焊接装置；

302-焊头；

304-砧座；

40-收卷辊；

45-输送辊；

50-驱动装置；

60-第一压辊；

70-第二压辊；

75-预压辊；

80-纠偏装置。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

需要注意的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下。

本申请提供了一种二次电池集流体的加工方法，该加工方法可以将复合集流体与箔材焊接在一起，以将储存在电芯中的电能通过箔材输出至二次电池的电极端子。

箔材可以是铝箔或铜箔，其中，铝箔应用于阴极，铜箔应用于阳极，相应的，含有金属铝的复合集流体应用于阴极，含有金属铜的复合集流体应用于阳极。

具体地，如图1所示，该加工方法包括以下步骤：

步骤S20，提供箔材料卷和复合集流体料卷，其中，箔材和复合集流体均为带材且分别绕卷于放料辊上而形成料卷。

步骤S40，带动箔材料卷与复合集流体料卷放料，示例性的，各放料辊可以通过轴承安装在轴上，在外力的驱动作用下，各放料辊旋转以实现箔材料卷和复合集流体料卷放料。其中，外力可以是输送辊提供的输送力。

放料后，单层箔材和单层复合集流体分上下两层被共同输送至焊接装置，该焊接装置将箔材焊接固定于复合集流体的局部。

步骤S60，将焊接后固定在一起的复合集流体与箔材收卷于收卷辊上，收卷辊可以通过电动装置例如电机带动旋转，该收卷辊施加于箔材和复合集流体的收卷力也可以作为外力带动放料辊旋转放料。

根据以上的描述，该加工方法可以将箔材与复合集流体焊接在一起，这样一来，箔材可以作为复合集流体的极耳，通过箔材的转接，从而可以将电芯中的电流输送出来。

本申请中，在步骤S40中，对焊接箔材和复合集流体的方法不作具体限定，一种实施例，箔材与复合集流体可以采用激光焊接。

可选择的，在其它一些实施例中，如图2所示，箔材与复合集流体也可以采用超声波焊接，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。对于复合集流体而言，其中间层为塑料层，塑料层的两侧均为金属层，采用超声波焊接可以有效穿透中间的塑料层，将箔材与两侧的金属层熔合，以增加金属厚度，使得电芯中的电流可以可靠的从熔合部分输送出来。

进一步，如图3所示，在步骤S40中，还可以将箔材连续地焊接于复合集流体的局部。也就是说，箔材与复合集流体在输送的过程中即被焊接，并在两者上形成连续的焊印。该方案无需在输送过程中暂停箔材和复合集流体，因此缩短了加工时间，提高了加工效率。

此外，在超声波焊接时，还应考虑焊接后箔材与复合集流体的熔合部分的导电性，一种实施例，在步骤S40中，可以将箔材输入至焊接装置中靠近焊齿部分的一侧，相应的，将复合集流体输入焊接工位中靠近无焊齿部分的一侧。箔材通常由金属轧制成薄材，例如铜箔由铜材轧制而成，铝箔由铝材轧制而成，按上述方式设置后，在超声波焊接的过程中，焊齿部分接触并挤压箔材，由于铜箔和铝箔的塑性较好，箔材在挤压力的作用下延展，首先与复合集流体中塑料层上侧的金属层熔合在一起，当挤压焊齿继续穿透塑料层，延展的箔材可以通过穿透孔与塑料层下侧的金属层熔合在一起，这样，箔材就与塑料层上下两侧的金属层均熔合在了一起，这使得箔材与复合集流体的熔合度更高，提高了导电性，使得电芯中的电流可以可靠的被输送出来。

这里需要说明的是，焊接装置包括两部分，一部分为焊齿部分，其包括挤压焊齿，另一部分为无焊齿部分，无焊齿部分可以通过磨削等方式进行表面光滑处理，降低粗糙度。焊齿部分和无焊齿部分之间即为焊接工位，可以供箔材和复合集流体通过并被焊接在一起。

容易理解的，由于箔材与复合集流体均为薄材，其强度不高且无法承受较大的撕扯力，因此，要求箔材与复合集流体在焊接时要保持相对位置固定，否则焊接后将会出现裂纹，严重时产生断带无法连续生产。为此，如图4所示，在步骤S40中，还可以在焊接之前将箔材与复合集流体叠置在一起。这样一来，在输入焊接工位之前，在一段长度内，箔材与复合集流体可以沿同一方向输送，并且以叠置的状态共同被输送至焊接工位，以此减小两者的速度差，使得两者的输送速度趋于一致，以保持两者相对位置的固定，进而提高箔材与复合集流体的焊接质量。

如图5所示，进一步，箔材与复合集流体焊接时，对箔材与复合集流体的重叠尺寸有较高的要求，为了保证两者重叠时位置的精确度，还可以在步骤S40中对叠置前的箔材与复合集流体进行纠偏，以方便快速的对箔材和复合集流体的位置进行修正，使得叠置后的箔材与复合集流体能够在预设的位置处重叠，以满足重叠的尺寸要求。

另一方面，对于薄材而言，沿水平方向进入焊接工位可以进一步保证焊接质量，为此，在步骤S40中，还可以进一步设置叠置后的箔材与复合集流体沿水平方向输入至焊接工位，这样设置可以减少箔材与复合集流体在输送过程中出现的打折、起皱等缺陷，保证焊接时的平整度，从而提高焊接质量。

进一步，还可以将箔材料卷与复合集流体料卷对称设置，例如，如果叠置后的复合集流体与箔材沿水平方向输入至焊接工位，假设存在一个假想平面，该假想平面与复合集流体和箔材平行，且位于复合集流体与箔材之间，则箔材料卷与复合集流体料卷可以对称设置在该假想平面的两侧，这样，当箔材料卷和复合集流体料卷放料时，两者可以经过相同长度的路径进入焊接工位，这样可以减小箔材与复合集流体的张力差，保证箔材与复合集流体叠置时的平整度。

需要说明的是，本领域技术人员可以根据具体应用环境，选择超声波焊接的各个参数，本申请对此不作限定。

根据一个实施例，可以采用40KHz超声波焊头，超声波焊头的直径约100mm，超声波焊头设置焊齿(焊齿部分)，砧座(无焊齿部分)做表面处理。

焊接对象：复合集流体的厚度为12μm，铝箔的厚度为9μm；预设参数为：压力0.3MPa，振幅16μm，速度50m/min，经测试，得到焊接样品的电阻值约70mΩ，对拉拉力约为15N。

超声波焊头的焊齿的整体宽度可以在2mm～6mm之间选取，优选3mm～5mm；超声波焊头的振动频率优选20K或者40K；超声波焊头的直径在200mm～300mm之间选取；铝箔的厚度可以在5μm～15μm之间选取，优选8μm～12μm；铜箔厚度可以在4μm～12μm之间选取，优选6μm～10μm；超声波焊头的线速度优选30m/min～50m/min；气缸压力优选0.2MPa～0.5MPa。

基于上述二次电池集流体的加工方法，本申请还提供了一种二次电池集流体的加工设备，该加工设备采用上述的加工方法加工二次电池的集流体。

具体地，如图6所示，该加工设备包括箔材放卷辊10、复合集流体放卷辊20、焊接装置30、收卷辊40以及输送辊45等。其中，箔材放卷辊10用于放卷箔材，复合集流体放卷辊20用于放卷复合集流体，焊接装置30用于将箔材与复合集流体焊接固定。

输送辊45通常设置有多个，其分别设置在箔材放卷辊10和复合集流体放卷辊20的出料侧以及焊接装置30的入料侧，以便向焊接装置30输送箔材和复合集流体。

焊接装置30包括焊头302和砧座304，焊头302与砧座304之间为焊接工位，箔材与复合集流体在焊头302与砧座304之间通过并被焊接固定在一起。焊接时，箔材被焊接在复合集流体的局部，焊接后，箔材作为复合集流体的极耳，焊接装置向外输送电流。

收卷辊40设置于焊接装置30的出料侧，用于收卷焊接后的箔材和复合集流体，焊接后的箔材和复合集流体可以作为极片基材，应用于二次电池中。

根据以上的描述，通过该加工设备可以将箔材与复合集流体焊接在一起，且通过箔材与复合集流体的转接，箔材可以作为复合集流体的极耳，将电芯中的电流输送出来。

箔材与复合集流体可以采用激光焊接，但不仅限于此。本实施例中，箔材与复合集流体采用超声波焊接。此时，焊头302设置成超声波焊头302。当箔材与复合集流体到达焊接工位后，通过超声波焊头302振动向箔材与复合集流体施加作用力，箔材与复合集流体相互摩擦并熔合在一起。

超声波焊接可以有效穿透复合集流体中间的塑料层，将箔材分别与塑料层两侧的金属层熔合，以增加金属厚度，使得电芯中的电流能够可靠的从熔合部分输送出来。

在超声波焊接的过程中，焊接装置30还可以设置成在焊接工位连续的将箔材焊接与复合集流体的局部，也就是说，箔材和复合集流体在输送过程中即可完成焊接，输送过程无需停顿。

一种实施例，超声波焊头302和砧座304两者可以分别设置成圆柱体，以便两者可以相对转动，实现滚动接触，这样，箔材和复合集流体就可以不断地被输送至焊接工位，并连续对箔材与复合集流体进行焊接，该方案节省了焊接时间，提高了焊接效率，并且还可以在箔材与复合集流体上形成连续的焊印，以确保焊接的可靠性。

应当理解的是，实现连续焊接的方式不仅限于上述所描述的，还有其它实施例可供选择，此处不作详细描述。

进一步，超声波焊头302的圆周面上还可以布设多个挤压焊齿(图中未示出)，挤压焊齿可以设置为锥齿结构，类似齿轮结构。砧座304可以做表面光滑处理，以减少焊接时对箔材和复合集流体的损伤。此时，超声波焊头302作为焊齿部分，砧座304作为无焊齿部分。

在焊接的过程中，挤压焊齿挤压箔材与复合集流体，并穿透复合集流体的塑料层，箔材在挤压焊齿的挤压力的作用下延展，分别与塑料层上下两侧的金属层熔合，从而可以将箔材与复合集流体更加充分的焊接在一起。

当然，挤压焊齿不仅限于设置在超声波焊头302的圆周面上，可选择的，挤压焊齿也可以设置在砧座304的圆周面上，相应的，超声波焊头302可以做表面光滑处理。在此情况下，砧座304作为焊齿部分，超声波焊头302作为无焊齿部分。

如图6所示，该加工设备还可以包括驱动装置50，超声波焊头302和砧座304中的一者可以与驱动装置50传动连接，以此可以调节超声波焊头302与砧座304接触时的接触力，保证焊接质量。本实施例中，驱动装置50可以选用气缸。

如前所述，箔材与复合集流体均为薄材，其强度不高且无法承受较大的撕扯力，因此，要求箔材与复合集流体在焊接时要保持相对位置固定，否则焊接后将会出现裂纹，严重时产生断带无法连续生产。

这里，为了保证焊接质量，该加工设备还包括成对设置的第一压辊60和第二压辊70，其中，第一压辊60设置于箔材放卷辊10的出料侧以及焊接装置30的入料侧，第二压辊70设置于复合集流体放卷辊20的出料侧以及焊接装置30的入料侧。

第一压辊60和第二压辊70之间留有供复合集流体与箔材通过的狭缝，箔材与复合集流体可以在狭缝内叠置。

这样一来，在焊接之前，在一段长度内，箔材与复合集流体可以沿着同一方向输送，并且以叠置的状态共同被输送至焊接工位，以此减小两者的速度差，使得两者的输送速度趋于一致，从而保证两者位置的相对固定，提高箔材与复合集流体的焊接质量。

第一压辊60和第二压辊70中的至少一者可以转动设置，这样可以减小箔材和复合集流体在输送过程中的阻力，保证输送的顺畅性。本实施例中，第一压辊60和第二压辊70均转动设置，转向应与箔材和复合集流体的输送方向相匹配，即，第一压辊60和第二压辊70的线速度方向应与箔材和复合集流体的输送方向一致。

并且，第一压辊60和第二压辊70中的至少一者还可以与气缸传动连接，以实现第一压辊60和第二压辊70相对靠近或相对远离，以调整两者之间的间隙。

进一步，还可以在第一压辊60和第二压辊70的入料侧设置预压辊75，预压辊75可以将箔材与复合集流体中的一者压向另一者，以使两者在进入第一压辊60和第二压辊70的间隙之前预先叠置在一起，从而减少两者的张力差和速度差，以确保两者进入第一压辊60和第二压辊70时平整度更高，相对位置更加准确。

较佳的，该加工设备还可以包括纠偏装置80，纠偏装置80设置在预压辊75的入料侧，纠偏装置80用于纠正箔材与复合集流体的重叠位置，避免两者重叠时产生较大的位置偏移。

根据一个示例性的实施例，纠偏装置80可以设置成纠偏辊，箔材与复合集流体在输送的过程中包绕于纠偏辊，纠偏辊可以通过程序控制带动箔材和复合集流体在不同于输送方向的方向上做微量移动，以纠正箔材和复合集流体在输送过程中的偏移，使得叠置后的箔材与复合集流体能够在预设的位置处重叠，以满足重叠时的尺寸要求。

此外，还可以在收卷辊40的入料侧设置纠偏装置80，以纠正绕卷于收卷辊40的极片基材的偏移量。

放料过程中，还需对箔材和复合集流体的张力进行控制，因此，该加工设备还可以包括张力调节装置，张力调节装置可以设置为张力调节辊，张力调节辊活动设置于箔材和复合集流体的输送路径中，张力调节辊可以通过程序控制动作，从而可以达到调节张力的目的。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二次电池集流体的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S20，提供箔材料卷和复合集流体料卷；

步骤S40，带动所述箔材料卷与所述复合集流体料卷放料并共同输送至焊接装置，将所述箔材焊接于所述复合集流体的局部；

步骤S60，收卷焊接后的所述复合集流体与所述箔材。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在所述步骤S40中，连续焊接所述箔材与所述复合集流体。

3.根据权利要求2所述的加工方法，其特征在于，在所述步骤S40中，将所述箔材输入至所述焊接装置中靠近焊齿部分的一侧，将所述复合集流体输入所述焊接装置中靠近无焊齿部分的一侧，所述箔材与所述复合集流体在所述焊齿部分和无焊齿部分之间被焊接固定。

4.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在所述步骤S40中，还包括在所述复合集流体与所述箔材焊接之前，将所述复合集流体的局部与所述箔材叠置的步骤。

5.一种二次电池集流体的加工设备，该设备采用如权利要求1-4任一项所述的加工方法加工二次电池集流体，其特征在于，包括：

箔材放卷辊，用于放卷箔材；

复合集流体放卷辊，用于放卷复合集流体；

焊接装置，所述焊接装置具有焊接工位；和

收卷辊，用于收卷焊接后的所述箔材与所述复合集流体，

其中，所述焊接装置设置成在所述焊接工位将所述箔材焊接于所述复合集流体的局部。

6.根据权利要求5所述的加工设备，其特征在于，所述焊接装置设置成在所述焊接工位连续地将所述箔材焊接于所述复合集流体的局部。

7.根据权利要求6所述的加工设备，其特征在于，所述焊接装置包括超声波焊头和砧座，所述超声波焊头与所述砧座滚动接触，所述焊接工位位于所述超声波焊头与所述砧座之间。

8.根据权利要求7所述的加工设备，其特征在于，所述超声波焊头与所述砧座中一者的外周面布设多个挤压焊齿。

9.根据权利要求7所述的加工设备，其特征在于，所述加工设备还包括驱动装置，所述超声波焊头与所述砧座中的一者与所述驱动装置传动连接，以在所述超声波焊头与所述砧座接触时调节接触力。

10.根据权利要求5所述的加工设备，其特征在于，还包括成对设置的第一压辊和第二压辊，

所述第一压辊和所述第二压辊之间留有供所述复合集流体与所述箔材通过且叠置的狭缝，

所述第一压辊设置于所述箔材放卷辊的出料侧以及所述焊接装置的入料侧，所述第二压辊设置于所述复合集流体放卷辊的出料侧以及所述焊接装置的入料侧。