CN110931888A - 一种扣式锂二次电池组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂电池技术领域,具体涉及一种扣式锂二次电池组装方法,包括:(1)弯折极片,所述极片包括负极片和正极片,将负极片和正极片的弯折部分分别作为负极极柄和正极极柄;(2)按照负极片、隔离膜、正极片、隔离膜的顺序放置并进行卷绕,形成卷绕电芯,卷绕完成时隔离膜被固定在最外侧;(3)将卷绕电芯置入壳具并进行焊接前,在欲焊接的极柄面上放上助焊片,再进行焊接作业,而得到的扣式锂二次电池。本发明可以大幅降低设备成本,提升扣式电池的组装良率。

Description

一种扣式锂二次电池组装方法
技术领域
本发明属于锂电池技术领域,具体涉及一种扣式锂二次电池组装方法。
背景技术
扣式锂电池外观为金属壳体,具有金属小壳体、大壳体及小、大壳体之间的塑料绝缘环。壳体内置电芯(正极片、负极片、隔离膜)及电解液,组装而成二次锂离子电池。电芯是有正极片、负极片及隔离膜,交叠排布后进行卷绕而得,在卷绕前正极片上以焊接方式引出正极极柄,负极片上也以焊接方式引出负极极柄,焊极柄的目的在于卷绕完成后,可以得到凸出于电芯圆柱两端面上的极柄,再将极柄焊接至金属壳体上,而得到电流连接的作用。
上述极片焊接极柄的工序,需有专用的极片焊接设备,包括焊接治具、焊接参数、焊接效果控管、设备耗材等焊接设备及相关作业,且因为正极、负极材质不同焊接参数也会不同,因此正极、负极的焊接机台不可共享,需分两台设备进行,上述内容都是极柄焊接工序的生产成本。
扣式锂电池的外部为金属壳,与极片薄材直接焊接时,由于硬度差异大、材质差异大、厚度尺寸差异大,如此以相对厚的金属硬片对接焊上相对极薄的金属薄片,焊接良率不佳,焊接效果也不佳,以上的差异造成施作不易。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供一种扣式锂二次电池组装方法,可以大辐降低设备成本,提升扣式电池的组装良率。
一种扣式锂二次电池组装方法,其特征在于,包括以下步骤:
弯折极片,所述极片包括负极片和正极片,将负极片和正极片的弯折部分分别作为负极极柄和正极极柄;
按照负极片、隔离膜、正极片、隔离膜的顺序放置并进行卷绕,形成卷绕电芯,卷绕完成时隔离膜被固定在最外侧;
将卷绕电芯置入壳具并进行焊接,得到扣式锂二次电池。
进一步的,所述壳具包括第一壳具和第二壳具。
进一步的,所述壳具焊接方法为:在第一壳具中置入负极极柄,再放上助焊片,负极极柄在第一壳具及助焊片之间并进行焊接作业;在第二壳具中置入正极极柄,再放上助焊片,正极极柄在第二壳具及助焊片之间并进行焊接作业;再将完成焊接的卷绕电芯置入壳具。
进一步的,极片的弯折角度为1°~179°。
进一步的,所述助焊片材质为金属。
进一步的,所述助焊片材质为不锈钢、镍、铜镀镍或合金。
进一步的,所述助焊片厚度小于100um。
进一步的,所述助焊片面积小于4mm*4mm。
进一步的,所述壳具与极片的厚度比值大于10:1。
进一步的,所述极片厚度小于20um;所述壳具厚度小于220um。
进一步的,弯折极片后,在负极片和正极片弯折的部位的两侧贴上固定胶带。
有益效果:
本发明提出一种扣式电池的组装方案,以极片自带极柄的形式,无需再行焊接极柄,正、负极相同。以及为了克服极片与壳体的焊接难度,以三层结构进行焊接,可以得到极片直接对壳体的电流连接,从而得到较稳定或较佳的电池性能,提升了扣式锂电池产品的竞争优势。
本发明创新在于,除去极片上的极柄材料及极柄焊接工序,少了极柄材料的干扰来提升锂电池的电池性能,也提升了扣式电池的组装良率,可以大辐降低设备成本,也可降低操作工序难度。能达到操作工序简单化,操作设备减少,操作失误降低,及操作维护容易等多项优点。
本发明已为目前厂内样品生产方式,具有可实施性。故而更加适于实用。本发明所组装的扣式电池,可同时具有较佳的电性性能。电池在充放电过程中,电子流所行经的路径:极片-极柄-壳体,其中必需经过焊接点这个因素,现在,以本发明的方案施行,将极片以三片式焊接在壳体上,则电子流所行经的路径:极片-壳体,减少了一个焊接良率,也可得到极片-壳体的直接电流连接,可以得到较稳定且较低阻值的形式。
此外,一般极柄焊接工序需配合焊接专用设备组,且为了两电极的材质不同,而需不同功率施作焊接,因此一套组装在线需有两台以上的焊接专用设备组,再加上设备专用耗材,如焊头、治具模块、内置焊接源耗材零件等,建置设备时相应的前置及后勤费用,以及正、负极柄的备料和用料作业。
本发明所述的扣式锂二次电池组装方法可以减少极柄焊接工站,且能维持住电性结果的输出能力,因此有利于降低极柄焊接的组装成本,提高工站操作良率,及提高电池性能的稳定性。同时于极柄的另一端对壳具(金属)进行焊接时,由于是壳具与极片是异材质,且厚度差异大,薄极片对金属硬壳常易焊破或虚焊,便使焊接容易失败,为此,本发明同时提出三层焊接形态,能在焊接时保护极片不受损,而且提高壳具焊接良率,达到完美的壳具焊接方式。
附图说明
图1为本发明极片制作弯折说明图;
图2 为本发明卷绕电芯示意图;
图3 为本发明组装三明治焊接说明图(负极侧);
图4 为本发明组装三明治焊接说明图(正极侧)。
具体实施方式
上述说明仅是本发明方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的实际施例并配合附图详细说明如后。
实施例1
一种扣式锂二次电池组装方法,包括:
弯折极片,所述极片包括负极片和正极片,将负极片和正极片的弯折部分分别作为负极极柄和正极极柄;
按照负极片、隔离膜、正极片、隔离膜的顺序放置并进行卷绕,形成卷绕电芯,卷绕完成时隔离膜被固定在最外侧;
壳具焊接,所述壳具焊接方法为,将卷绕电芯置入壳具并进行焊接前,在欲焊接的极柄面上放上助焊片,再进行焊接作业,而得到扣式锂二次电池。
所述壳具包括第一壳具和第二壳具;
将卷绕电芯置入壳具的方法为:在第一壳具中置入负极极柄,再放上助焊片,负极极柄在第一壳具及助焊片之间;在第二壳具中置入正极极柄,再放上助焊片,正极极柄在第二壳具及助焊片之间;
极片的弯折角度为1°~179°;
所述助焊片材质为金属;
所述助焊片材质为不锈钢、镍、铜镀镍或合金;
所述助焊片厚度小于100um;面积小于4mm*4mm.,形状为方形、圆形或椭圆形。
所述壳具与极片的厚度比值大于10:1;
所述极片厚度小于20um;
所述壳具厚度小于220um;
弯折极片后,在负极片和正极片弯折的部位的两侧贴上固定胶带;
所述隔离膜材质为具有孔隙的塑料薄膜,厚度小于30um;
所述负极极柄和正极极柄的凸出方向相同或相反。
实施例2
针对现有扣式锂电池组装方式,本发明提出一种“无焊接极柄”工序的方案,即极片自带“极柄”的方式,并且以极片直接焊接在金属壳体上,来达简化焊接工序,同时得到较佳的电池性能,并兼具降低组装设备的成本。
设计上将极片包括负极片和正极片原极片的长度加长,形成负极片和正极片预留出了长度区域,于此极片加长部份进行弯折至特定角度,则此的弯折后的部分分别作为负极极柄和正极极柄的替代作用;此弯折特定夹角角度可以依组装需要而设定夹角需求,弯折夹角的角度定义在1°~179°之间,因夹角的作用,使弯折的部份在卷绕后能凸出电芯端面,并依所设计的角度向电芯外部延伸,形成极片自带“极柄”的形态,此“极柄”为极片的加长部份,也就是极片本体的一部份,因此无需再焊接极柄,正极片、负极片的作法皆相同。
另一说明,设计上将极片包括负极片和正极片原极片的长度加长同时加宽,形成负极片和正极片的预留区域,并以雷射切割方式,切割出弯折后的极片形状,而形成极片自带”极柄”的形态,此“极柄”为极片的加长部份,也就是极片本体的一部份,因此无需再焊接极柄,正极片、负极片的作法皆相同。
极片弯折后的极片位置,以胶纸贴上固定,可单侧贴附也可双侧贴附,依设计需求来固定弯折处。
后进行卷绕作业,按照负极片、隔离膜、正极片、隔离膜的顺序放置并进行卷绕,卷绕时的卷心内部及极片两边侧,完成被隔离膜包覆,卷绕后形成卷绕电芯,卷绕完成时隔离膜被固定在最外侧;卷绕时正极极柄与负极极柄,可以是同侧凸出或两侧凸出样式,可依组装方式需求调整。
后续组装为极片在与金属壳具的焊接作业,极片厚度薄(约20um.以下)、壳具厚度厚(约220um.以下),且两者为相异材质,在焊接时不易达到最佳参数,常常会将极片焊穿破孔,尤其在机台稳定性不佳时,焊接失败率将非常高。
为此,本发明一并提出极片与壳具的焊接解决方案,即以三明治的形式,在焊接时多加一片金属片,使形成极片被壳具金属及外加金属片包夹的形式,此时才进行焊接。外加金属片的材质可以为不锈钢、镍、铜镀镍、合金等金属材质,厚度选用在100um.以内,在此三层结构下,将极片夹在金属片与壳具之间,可得到稳定且可靠的焊接结果,不会使极片在焊接时破损,而能提高焊接良率。
本发明的极片自带极柄及三层焊接形式设计,其具有上述诸多的优点及实用价值,可实现扣式锂电池的组装方式优化、成本下降及提高电性能力等优点,具有产品竞争优势。
本发明专利以弯折的方式达到取代极柄和极柄焊接的作用;以夹带金属片的方式,达到薄基材与金属壳具的壳具焊接作用。
为了能有效减少焊接工序,同时提高阻值的稳定性或降低电池阻值,本发明提出一组扣式电池的组装方案,利用极片本身的尺寸形成极片自带“极柄”的作用,而不需进行极柄焊接工序,如此可省去此制程步骤的生产成本,使极片与“极柄”一体成形。
在两焊接材质间厚度比值>10以上时,由于焊接时薄片易焊破或虚焊,此时外加上一片厚度介于两焊接材质厚度之间的金属片,形成厚-薄-厚的三层结构,即可得到较佳的焊接效果。
对于本发明的极柄方式,提出壳体焊接的解决方法。由于“极柄”已薄化,在与金属壳具表面焊接时,因极片与壳具为异材质及厚度差异大,使焊接作业常失败,为此,本发明提出焊接的改善方法,成功克服此部份的焊接问题,得到完美焊接。
实施例3
请参阅图1,图中灰色填满箭头为动件截图说明。左上小图为极片示意图极片1及2,从原本的极片1、2长度上,加长出极片长度1-1及2-1的部份,如图1中大括号的部份,依所需长度加长,也可加长后再进行裁切。
图1左中小图为弯折加长极片,而形成特定夹角的形状的示意图,弯折方向如虚线所示,在负极片1、正极片2上出现90°转折角度的极柄样态1-1及2-1,此时的极柄1-1是负极片1的同部件,只是被弯折而已;同理此时的极柄2-1是正极片2的同部件,只是被弯折了特定角度而已。对应所需的90°弯折结果,将加长的极片,依极片下方边缘上的加长起点,以向上翻折45°的方式,可完成极柄1-1、2-1的90°弯折结果。
图1左下小图为,在弯折部位处的两侧,贴上固定胶带1-2、2-2,极片在弯折后可以伏贴在位置上,但因为太薄所以支撑性不佳。贴胶固定有三个目的,一是为了避免弯折后可能的不伏贴;二是为了提供极柄形状的支撑性;三是为了避免可能的金属毛刺问题。完成弯折后如图1右侧所示,呈现负极极片1及正极极片2。
图2为本发明的电芯卷绕示意图,左侧图依序由上至下为正极片2、隔离膜3、负极片1及隔离膜3,交错放置如图所示,交叠后后进行卷绕,隔离膜3为分隔负极片1及正极片2之用。卷绕完成时隔离膜被固定在最外侧,隔离膜的宽度及长度皆大于极片尺寸,由内而外包覆同时间隔开两极片,卷绕终了时如图右所示,形成卷绕电芯4。
图2右侧所示凸出部位,即为负极极柄1-1及正极极柄2-1,极片卷绕时,极柄已经被以90°弯折固定住,在卷绕终了时,极柄1-1及2-1以如图中所示为电芯的相对边方向凸出于圆端面上,另外也可令1-1或2-1其中之一反向放置,则卷绕终了时,极柄1-1及2-1将在同一边方向凸出于同一端面上。
图3为本发明为克服薄片对壳具焊接的解决方式。如图所示,第一壳具5在下方位置,内部中置入负极极柄1-1,负极极柄先模拟预折位,置入时以负极极柄1-1有部份面积可以平贴第一壳具5的内部平面上,此时再置放助焊金属片1-3在负极极柄1-1平面的上方,使负极极柄1-1在第一壳具5及助焊金属片1-3之间,目的为缓和焊接时电流过大,而破坏了极片材料,同时在加上助焊金属片1-3后,可以提升焊接良率及操作性。
同图3的操作方式,应用在正极极柄2-1对第二壳具6的焊接上,如图4 所示,第二壳具6在下方位置,内部中置入正极极柄2-1,正极极柄先模拟预折位,置入时以正极极柄2-1有部份面积可以平贴第二壳具6的内部平面上,此时再置放助焊金属片2-3在正极极柄2-1平面的上方,使正极极柄2-1在第二壳具6及助焊金属片2-3之间,目的为缓和焊接时电流过大,而破坏了极片材料,同时在加上助焊金属片2-3后,可以提升焊接良率及操作性。
以此方式可完成扣式电池的电芯及壳具的组装,电流可直接由极片至壳具,较一般习知的方式少了极柄材质及焊点的阻值干扰。
以上所述,仅是本发明的实施例之一而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然已以此实例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明方式的范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的笵围内。

Claims (10)

1.一种扣式锂二次电池组装方法,其特征在于,包括以下步骤:
弯折极片,所述极片包括负极片和正极片,将负极片和正极片的弯折部分分别作为负极极柄和正极极柄;
按照负极片、隔离膜、正极片、隔离膜的顺序放置并进行卷绕,形成卷绕电芯,卷绕完成时隔离膜被固定在最外侧;
将卷绕电芯置入壳具并进行焊接,得到扣式锂二次电池。
2.根据权利要求1所述的扣式锂二次电池组装方法,其特征在于,所述壳具包括第一壳具和第二壳具。
3.根据权利要求1所述的扣式锂二次电池组装方法,其特征在于,所述焊接方法为:在第一壳具中置入负极极柄,再放上助焊片,负极极柄在第一壳具及助焊片之间以进行焊接;在第二壳具中置入正极极柄,再放上助焊片,正极极柄在第二壳具及助焊片之间以进行焊接;焊接完成后将卷绕电芯置入第一壳具内。
4.根据权利要求1所述的扣式锂二次电池组装方法,其特征在于,极片的弯折角度为1°~179°。
5.根据权利要求3所述的扣式锂二次电池组装方法,其特征在于,所述助焊片材质为金属。
6.根据权利要求5所述的扣式锂二次电池组装方法,其特征在于,所述助焊片材质为不锈钢、镍、铜镀镍或合金。
7.根据权利要求3所述的扣式锂二次电池组装方法,其特征在于,所述助焊片厚度小于100um,面积小于4mm*4mm.,形状为方形、圆形或椭圆形。
8.根据权利要求1所述的扣式锂二次电池组装方法,其特征在于,所述壳具与极片的厚度比值大于10:1。
9.根据权利要求8所述的扣式锂二次电池组装方法,其特征在于,所述极片厚度小于20um;所述壳具厚度小于220um。
10.根据权利要求1所述的扣式锂二次电池组装方法,其特征在于,弯折极片后,在负极片和正极片弯折的部位的两侧贴上固定胶带。
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