CN110948111B - 一种软包锂离子电池的极耳复合焊接方法 - Google Patents

一种软包锂离子电池的极耳复合焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及本发明涉及一种软包锂离子电池的极耳复合焊接方法，该极耳焊接方法包括：针对层叠后电芯，将铜箔和镍片进行焊接，铝箔和铝片进行焊接，首先使用超声波焊接机进行铜、铝箔预焊，预焊尺寸长*宽4mm*3mm；然后使用超声波焊接机进行极耳片焊接，焊接尺寸长*宽42mm*3mm；最后使用激光焊接机进行激光焊接，焊接形状条形，直径0.3mm，该极耳焊接方法首先进行极耳超声焊接，保证极耳的焊接强度；然后在超声波焊接的基础上增加激光焊接，有利于增强极耳焊接强度，防止焊接虚焊，提高极耳片和铜铝箔的导电性能，提高电芯的倍率性能，改善电芯充放电过程极耳温升过高现象，提升电芯循环寿命；本发明具有抗拉强度高、接触电阻低、极耳发热量低的优点。

Description

一种软包锂离子电池的极耳复合焊接方法
技术领域
本发明涉及软包锂离子电池技术领域，具体涉及一种软包锂离子电池的极耳复合焊接方法。
背景技术
软包锂离子电池具有比能量高，自放电率低，高低温性能好和充放电寿命长，无记忆效应等特点。目前被广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机、电动车、电动工具以及新能源汽车等产品上，随着市场需求的不断增强，生产企业对软包锂离子电池的生产效率和生产质量有了越来越高的要求。
软包锂离子电池的极耳焊接是指将电芯极片层叠后，每层极片一端伸出一层极耳箔片，正极铝箔，负极铜箔，在电芯箔片对齐后，需要将电芯箔片和极耳片焊接在一起形成电芯，使锂离子电池在充放电过程中有流畅的电子导通路径。
传统的软包锂离子电池的极耳焊接方式为使用超声波焊接，利用超声频率的机械振动和静压力作用下，将机械振动能量转变为同种或异种金属间的摩擦功、形变能以及有限的温升，从而达到连接同种或异种金属的效果。传统焊接方式还有一种是采用二次焊接的方式，即首先通过超声波焊接装置对叠加的极耳箔片进行初步焊接，实现极耳箔片的初步结合，然后再次通过超声波焊接装置进行二次焊接，使极耳箔片之间贴合牢固。以上两种焊接方式对金属焊头磨损及超声波发生器使用参数匹配度要求较高，焊接效果稳定性差，易出现焊头状态和超声参数不匹配导致虚焊现象，极耳焊接处导电性差，电芯循环过程极耳处温度较高，易造成电芯内部电解液分解失效，影响电池的循环寿命；因此，提供一种抗拉强度高、接触电阻低、极耳发热量低的软包锂离子电池的极耳复合焊接方法是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种抗拉强度高、接触电阻低、极耳发热量低的软包锂离子电池的极耳复合焊接方法。
本发明的目的是这样实现的：一种软包锂离子电池的极耳复合焊接方法，包括以下步骤：
步骤1）：将层叠后的电芯箔片进行超声波预焊得到预焊后箔片，电芯箔片包括正极铝箔和负极铜箔，正极铝箔进行预焊，负极铜箔进行预焊；
步骤2）：将预焊后箔片进行超声波焊接，预焊后的正极铝箔和铝片超声波焊接，预焊后的负极铜箔和镍片超声波焊接；
步骤3）：将超声波焊接后的焊印进行激光焊接，激光焊接深度需熔合极耳片和层叠后的每层电芯箔片。
步骤1）中正极铝箔层叠35层，单层厚度12-15μm，负极铜箔层叠36层，单层厚度6-8μm，正极铝箔之间的预焊尺寸长为4mm、宽为3mm，负极铜箔之间的预焊尺寸长为4mm、宽为3mm，预焊是电芯箔片定型，使箔片层与层之间有微小的强度连接，缩短箔片层间距，有利于进行超声波焊接和激光焊接。。
步骤2）中铝片的厚度0.2-0.3mm，镍片厚度0.2-0.3mm，预焊后箔片与极耳片焊接尺寸长42mm、宽3mm，焊点尺寸长1.3mm、宽1.3mm，双排矩形焊点，每排28个焊点，共56个焊点。
预焊后箔片和极耳片的超声波焊接后的焊接强度≥50N/15mm，铜、铝箔片表面油状缺陷会影响超声波焊接输出功率大小和焊接强度大小，因此铜铝箔使用前进行等离子清洗表面。预焊后箔片和极耳片之间连接，有一定的贴合强度，贴合强度的保证需要焊接输出功率和焊头使用次数进行匹配。
步骤3）中激光焊接的焦斑直径0.3mm，激光焊接形状呈条形，激光焊接尺寸以焦斑外沿测算为准，激光焊接尺寸长42mm、宽2mm。
激光焊接在超声波焊接齿上进行条形激光焊接，预焊后箔片和极耳片激光焊接后强度≥60N/15mm，该步骤通过激光焊接，使箔片和极耳片之间连接更紧密，贴合强度更高，接触阻抗更小，防止因超声波焊接输出功率和焊头使用次数不匹配导致的虚焊、接触阻抗大的现象，改善电芯在循环过程中因极耳连接阻抗大、温升高使电解液分解导致循环寿命过短现象。
本发明的有益效果：本发明提供的软包锂离子电池的极耳复合焊接方法，首先进行电芯箔片预焊，使箔片间距缩短，有利于降低极耳超声波焊接和激光焊接能量消耗；然后将预焊后箔片和极耳片进行超声波焊接，使极耳焊接抗拉强度增加，使极耳片和箔片接触，导电性能好；最后在超声波焊接焊印上进行条形激光焊接，提升极耳抗拉强度，使极耳片和箔片熔合更紧密，降低接触电阻，提升电导率，使电池在充放电过程中极耳发热量降低，改善电池的循环性能；本发明具有一种抗拉强度高、接触电阻低、极耳发热量低的优点。
附图说明
图1是本发明预焊后箔片和极耳片超声波焊接结构示意图。
图2是本发明激光焊接结构示意图。
图3是本发明铜极耳焊接强度对比示意图。
图4是本发明铝极耳焊接强度对比示意图。
图5是本发明内阻对比示意图。
图6是本发明温升测试对比示意图。
图7是本发明超声波焊接循环示意图。
图8是本发明复合焊接循环示意图。
图中 1、极耳片 2、超声波焊点 3、预焊后箔片 4、激光焊点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
实施例1
本实施例的软包锂离子电池的极耳复合焊接方法，采用以下步骤：
1）涂覆浆料前将铜、铝箔材进行等离子清洗表面，将极片层叠至铝箔35层/铜箔36层，进行箔片预焊接，焊接尺寸长4mm*宽3mm，焊接位置极耳左右两侧距离外沿1±0.2mm，距离涂覆料区5±1mm；
2）将预焊后箔片进行裁切，保留6.5±0.5mm的有效焊接宽度；
3）将极耳片和裁剪后箔片进行超声波焊接，焊接尺寸长42mm*宽3mm，焊印距离涂覆料区1.5±0.5mm，使用拉力计检测超声波焊接拉力，拉力值≥50N/15mm，确定超声波焊机输出功率、能量、时间、焊头压力，以此设备参数进行实验电芯超声波焊接；
4）将超声波焊接后电池进行极耳激光焊接，焊接尺寸长42mm*宽2mm，焊接位置在超声波焊接焊齿居中位置，焊接精度±0.2mm，使用拉力计检测激光焊接抗拉强度，拉力值≥60N/15mm，确定激光焊机输出功率、时间、频率，以此设备参数进行实验电芯激光焊接；
5）将复合焊接后电芯和超声波焊接后电芯进行后续相同制作流程，充放电后进行满电4.3V检测电池交流内阻进行对比，抽样两种电芯进行极耳温升测试和充放电循环测试对比。
各项对比结果如下：
1）焊接强度对比，复合焊接和超声波焊接各抽样5支电池进行极耳抗拉强度测试，复合焊接极耳抗拉强度高于超声波焊接极耳抗拉强度，如图3和4所示；
2）满电4.3V电池交流内阻对比，复合焊接和超声波焊接各抽样5支电池进行交流内阻测试，复合焊接交流内阻低于超声波焊接交流内阻，如图5所示；
3）极耳温升测试对比，在室温25±2℃环境下，测试倍率0.5C、1C、2C、3C，对电池进行循环：充电-放电-充电-放电-充电，电压范围2.8-4.3V，过程每30S采集一次极耳温度数据，复合焊接在不同倍率测试过程中极耳温度均低于超声波焊接，如图6所示；
4）循环性能对比，使用超声波焊接的电池在常温1C条件下循环，循环至1300周容量保持率90.01%，循环至1438周容量保持率81.47%；使用复合焊接的电池在常温1C条件下循环，循环至1300周容量保持率94.92%，复合焊接电池和超声波焊接电池在同等条件下循环，相同循环次数条件下，复合焊接容量保持率更高，循环性能更好，如图7和8所示。
实施例2
一种软包锂离子电池的极耳复合焊接方法，包括以下步骤：
步骤1）：将层叠后的电芯箔片进行超声波预焊得到预焊后箔片，电芯箔片包括正极铝箔和负极铜箔，正极铝箔进行预焊，负极铜箔进行预焊；
步骤2）：将预焊后箔片进行超声波焊接，预焊后的正极铝箔和铝片超声波焊接，预焊后的负极铜箔和镍片超声波焊接；
步骤3）：将超声波焊接后的焊印进行激光焊接，激光焊接深度需熔合极耳片和层叠后的每层电芯箔片。
本发明提供的软包锂离子电池的极耳复合焊接方法，首先进行电芯箔片预焊，使箔片间距缩短，有利于降低极耳超声波焊接和激光焊接能量消耗；然后将预焊后箔片和极耳片进行超声波焊接，使极耳焊接抗拉强度增加，使极耳片和箔片接触，导电性能好；最后在超声波焊接焊印上进行条形激光焊接，提升极耳抗拉强度，使极耳片和箔片熔合更紧密，降低接触电阻，提升电导率，使电池在充放电过程中极耳发热量降低，改善电池的循环性能；本发明具有一种抗拉强度高、接触电阻低、极耳发热量低的优点。

Claims (3)

1.一种软包锂离子电池的极耳复合焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1）：将层叠后的电芯箔片进行超声波预焊得到预焊后箔片，电芯箔片包括正极铝箔和负极铜箔，正极铝箔进行预焊，负极铜箔进行预焊；
步骤2）：将预焊后箔片进行超声波焊接，预焊后的正极铝箔和铝片超声波焊接，预焊后的负极铜箔和镍片超声波焊接；
步骤3）：将超声波焊接后的焊印进行激光焊接，激光焊接深度需熔合极耳片和层叠后的每层电芯箔片；
步骤1）中正极铝箔层叠35层，单层厚度12-15μm，负极铜箔层叠36层，单层厚度6-8μm，正极铝箔之间的预焊尺寸长为4mm、宽为3mm，负极铜箔之间的预焊尺寸长为4mm、宽为3mm；
步骤2）中极耳片铝片的厚度0.2-0.3mm，镍片厚度0.2-0.3mm，预焊后箔片与极耳片焊接尺寸长42mm、宽3mm，焊点尺寸长1.3mm、宽1.3mm，双排矩形焊点，每排28个焊点，共56个焊点；
步骤3）中激光焊接的焦斑直径0.3mm，激光焊接形状呈条形，激光焊接尺寸以焦斑外沿测算为准，激光焊接尺寸长42mm、宽2mm。
2.如权利要求1所述的软包锂离子电池的极耳复合焊接方法，其特征在于：所述预焊后箔片和极耳片的超声波焊接后的焊接强度≥50N/15mm。
3.如权利要求1所述的软包锂离子电池的极耳复合焊接方法，其特征在于：所述的激光焊接在超声波焊接后的焊印上进行条形激光焊接，预焊后箔片和极耳片激光焊接后强度≥60N/15mm。
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