CN111570991A - 电池极耳焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池极耳焊接方法，所述电池极耳焊接方法包括：首先将电芯进行定位后固定在支撑夹具内，然后机械手抓取极耳进行定位，所述机械手将定位后的所述极耳的至少一部分放置在所述电芯的箔材的上侧面，接着将底座抵接在所述箔材的与所述极耳抵接的区域的下侧面，超声波焊接装置的焊接头抵接在所述极耳的与所述箔材抵接区域的上侧面，以进行焊接作业，焊接作业完成后，所述焊接头与所述底座分别与所述极耳和所述箔材脱离，所述电芯转运到下一个工位，焊接结束。根据本发明实施例的电池极耳焊接方法不使用保护片还可以不损伤电芯的箔材，而且在焊接后可以提高电芯的能量密度和安装性。

Description

电池极耳焊接方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种电池极耳焊接方法。

背景技术

锂离子电池具有高能量密度，循环寿命长，自放电率低等优点，近几年锂电池产业得到快速发展。锂离子电池目前主要分为三大类，分别是方形、圆柱、软包，其中方形和圆柱的外壳主要采用的是铝合金，不锈钢等硬壳，而软包的外壳则采用的是铝塑膜，软包装锂电池具有安全性能好，容量大，内阻小等优势，在性能方面软包电池更具综合优势，未来应用前景广阔。

在软包装锂电池生产组装工艺中，极耳超声波焊接是整个工艺中的重点及难点。目前极耳焊接常采用超声波方式，通过焊头的高频振动，焊面上齿纹与接触物产生剧烈的前后摩擦，产生瞬间的高热量，使极耳与箔材产生分子间的热熔和，从而产生焊接强度。在超声波高频振动下，经常出现与焊头接触的箔材表面出现破裂，而且铜箔相较铝箔的厚度更小，拉伸强度更低，铜箔也更容易出现破裂，并且破裂的箔材层数甚至不止1层，而箔材焊接破裂会导致电芯容量偏低，并且同时带来电芯功率性能不足失效的风险。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电池极耳焊接方法，所述电池极耳焊接方法不使用保护片还可以不损伤电芯的箔材，而且在焊接后可以提高电芯的能量密度和安装性。

根据本发明实施例的电池极耳焊接方法，所述电池极耳焊接方法包括：将电芯进行定位后固定在支撑夹具内，机械手抓取极耳进行定位，所述机械手将定位后的所述极耳的至少一部分放置在所述电芯的箔材的上侧面，将底座抵接在所述箔材的与所述极耳抵接的区域的下侧面，超声波焊接装置的焊接头抵接在所述极耳的与所述箔材抵接区域的上侧面，以进行焊接作业，焊接作业完成后，所述焊接头与所述底座分别与所述极耳和所述箔材脱离，所述电芯转运到下一个工位，焊接结束。

由此，根据本发明实施例的电池极耳焊接方法，通过将极耳抵接在箔材的上侧面、焊接头与极耳抵接，使得焊接头对极耳产生高频振动，从而使得焊接头与极耳产生剧烈摩擦，并使极耳产生高热量，进而使得极耳可以与箔材之间进行热熔和，从而使极耳可以焊接在电芯的箔材上。

此外，本发明的实施例的电池极耳焊接方法，不使用保护片，且未出现箔材被振裂的情况，相较于焊接过程中带有保护片的焊接方法，本发明可以提高焊接后电芯的能量密度，而且不会出现保护片翘曲、毛刺等现象，从而可以保护箔材，进而可以提高电芯的安全性。

另外，根据本发明的电池极耳焊接方法，还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述机械手抓取所述极耳后，将所述极耳放置在极耳定位槽内，对所述极耳进行定位，所述机械夹手将定位后的所述极耳的至少一部分放置在所述电芯的箔材的上侧面。

在一个实施例中，焊接作业完成后，所述焊接头与所述底座同时活动，以分别与所述极耳和所述箔材脱离。

在本发明的一些实施例中，所述焊接头和所述底座均适于在竖直方向上活动，当进行焊接作业时，所述底座先由下向上与所述箔材抵接，然后所述焊接头由上向下与所述极耳抵接。

在一个实施例中，所述极耳的的厚度限定在：0.2-0.4mm。

可选地，所述极耳的的厚度限定在：0.2-0.3mm。

在本发明的一些实施例中，所述极耳包括正极耳和负极耳，所述正极耳的硬度限定在：0-30HW，所述负极耳的硬度限定在0-85HW。

在本发明的一些实施例中，所述焊接头朝向所述极耳的焊接面形成有直齿和/或斜齿，所述直齿和/或斜齿的倒圆角限定在0.5-1mm。

在一个实施例中，所述箔材包括：正极箔材和负极箔材，所述正极箔材由铝材构成，所述正极箔材的厚度限定在：12-16μm，所述负极箔材由铜材构成，所述负极箔材的厚度限定在：6-10μm。

在本发明的一些实施例中，所述底座具有多个防滑凸起和/或多个防滑槽。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的电池极耳焊接方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的电池极耳焊接方法的焊接装置的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的电池极耳焊接方法的焊接装置的爆炸图；

图4是根据本发明实施例的电池极耳焊接方法的焊接装置的焊接头与箔材的结构示意图；

图5是根据本发明实施例的电池极耳焊接方法的一个实施例得出的实验数据图；

图6是根据本发明实施例的电池极耳焊接方法的一个实施例的正极焊接强度直方图；

图7是根据本发明实施例的电池极耳焊接方法的一个实施例的负极焊接强度直方图。

附图标记：

1：焊接头；2：底座；3：极耳；4：箔材。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1-图7描述根据本发明实施例的电池极耳焊接方法。

如图1-图7所示，根据本发明实施例的电池极耳焊接方法包括：首先，将电芯进行定位后固定在支撑夹具内，然后，机械手抓取极耳3进行定位，机械手将定位后的极耳3的至少一部分放置在电芯的箔材4的上侧面，接着，将底座2抵接在箔材4的与极耳3抵接的区域的下侧面，超声波焊接装置的焊接头1抵接在极耳3的与箔材4抵接区域的上侧面，以进行焊接作业，焊接作业完成后，焊接头1与底座2分别与极耳3和箔材4脱离，电芯转运到下一个工位，焊接结束。

具体地，例如图1所示，在进行超声波焊接前，可以先利用定位装置(图中未示出)对电芯进行定位，防止在焊接时电芯的位置出现偏差，从而导致极耳3与电芯相对位置出现偏差。电芯定位后，可将其放在支撑夹具内，使得支撑夹具可以夹紧电芯使其固定不动，以防止在焊接过程中电芯活动，而导致极耳3与电芯相对位置出现偏差，或导致无法进行焊接作业等。

另外，如图2所示，在焊接前需要对极耳3进行定位，通过机械手抓取极耳3并将极耳3放至极耳3定位装置内，以实现对极耳3的定位。极耳3定位后，机械手可以抓取极耳3并带动极耳3活动，具体而言，机械手可以带动极耳3活动至电芯箔材4的上侧面位置处，并使极耳3可以与箔材4的上侧面抵接。

极耳3与电芯箔材4的上侧面抵接后，传感器可以检测到极耳3已活动至焊接位置，传感器检测到极耳3后可以发送指令，使得底座2可以上升，直至底座2与箔材4的下侧面抵接，使得底座2可以支撑箔材4。超声波焊接装置可以下降，直至焊接头1抵接在极耳3的与箔材4抵接区域的上侧面。焊接头1与极耳3抵接后，超声波焊接装置可以进行焊接作业，即焊接头1可以进行高频振动，从而使得焊接头1与极耳3产生剧烈摩擦，并使极耳3产生高热量，进而使得极耳3可以与箔材4之间产生分子间的热熔和，从而使极耳3可以焊接在箔材4上。

其中，由于极耳3的厚度较厚、硬度较大，使得焊接头1与极耳3抵接，并对其产生高频振动、剧烈摩擦时，焊接头1不会损坏极耳3，且极耳3可以产生热量，热量传递至箔材4后，极耳3和箔材4可以融合在一起。

在现有技术中，采用将保护片设于箔材的上侧面，极耳抵接在箔材的下侧面，焊接头与保护片抵接，并对保护片产生高频振动，以使保护片可以产生热量，并将热量传递至箔材上，热量传递至箔材上后，使得箔材可以与极耳热熔和在一起，从而使得极耳与箔材焊接在一起。另外，焊接后保护片则被焊接在箔材的上侧面，如此增加了电芯焊接后的重量，从而降低了电芯的能量密度，而且在使用电芯时，焊接在箔材上的保护片会出现翘曲、毛刺等状态，从而导致保护片划伤箔材，箔材划伤后则会导致电芯容量偏低，并且产生电芯功率性能不足、失效的风险。

而本申请的上述技术方案，通过将极耳3抵接在箔材4的上侧面，使得能承受焊接头1高频振动和剧烈摩擦的极耳3与焊接头1接触，从而实现极耳3可以与箔材4之间的热熔和，进而将极耳3焊接在电芯的箔材4上，不仅可以减少保护片的使用，降低生产成本，还可以提高焊接后电芯的能量密度，而且不会出现保护片翘曲、毛刺等现象，从而可以保护箔材4，进而可以提高电芯的安全性。

极耳3与箔材4焊接在一起后，通过底座2可以向下活动并与箔材4脱离，同时焊接头1可以向上活动并与极耳3脱离，使得焊接后的电芯可以较方便地活动至下一工序的位置，电芯活动至下一工序的位置后，焊接结束。

由此，根据本发明实施例的电池极耳焊接方法，通过将极耳3抵接在箔材4的上侧面、焊接头1与极耳3抵接，使得焊接头1对极耳3产生高频振动，从而使得焊接头1与极耳3产生剧烈摩擦，并使极耳3产生高热量，进而使得极耳3可以与箔材4之间进行热熔和，从而使极耳3可以焊接在电芯的箔材4上，而且本发明的实施例的电池极耳焊接方法，不使用保护片，且未出现箔材4被振裂的情况，相较于焊接过程中带有保护片的焊接方法，本发明可以提高焊接后电芯的能量密度，而且不会出现保护片翘曲、毛刺等现象，从而可以保护箔材4，进而可以提高电芯的安全性。

在本发明的一些实施例中，机械手抓取极耳3后，将极耳3放置在极耳定位槽内，对极耳3进行定位，机械夹手将定位后的极耳3的至少一部分放置在电芯的箔材4的上侧面。

也就是说，在焊接前需要对极耳3进行定位，通过机械手抓取极耳3并将极耳3放至极耳定位槽(图中未示出)内，极耳3放置在极耳定位槽内后，极耳定位槽可以对极耳3在X轴方向、Y轴方向、极耳3与X轴方向的夹角、极耳3与Y轴方向的夹角进行定位。极耳3定位后，机械手可以抓取一个极耳3并带动其活动至电芯箔材4的上方，极耳3活动至箔材4的上方后，机械手可以带动极耳3向下活动，并将极耳3的焊接区域与箔材4的上侧面抵接，以使后续可以较方便地进行焊接作业。

在一个实施例中，焊接作业完成后，焊接头1与底座2同时活动，以分别与极耳3和箔材4脱离，也就是说，当极耳3焊接在电芯的箔材4上后，超声波焊接装置带动焊接头1向上活动并与箔材4脱离，同时底座2可以向下活动并与箔材4脱离，焊接头1与底座2分别与箔材4分离后，使得焊接后的电芯可以较方便地活动至下一工序的位置。其中，通过焊接头1和底座2同时活动并与焊接后的电芯脱离，可以提高焊接电芯的焊接效率，从而可以提高电池制作的效率，还可以保证焊接电芯的焊接效果。

在本发明的一些实施例中，焊接头1和底座2均适于在竖直方向上活动，由此，通过焊接头1和底座2在竖直方向上进行上、下活动，可以减少焊接头1和底座2的活动路程，同时也使得焊接头1与极耳3接触时，焊接头1可以极耳3保持垂直，从而使焊接头1可以较方便地进行焊接作业，还可以使底座2可以较好地支撑箔材4，从而在进行焊接作业时箔材4不会向下活动，进而可以提高焊接的效率和效果。

当进行焊接作业时，底座2先由下向上与箔材4抵接，然后焊接头1由上向下与极耳3抵接，由此，焊接头1与极耳3抵接时，焊接头1会对极耳3产生向下的作用力，底座2可以较稳定地支撑箔材4和极耳3，防止极耳3和箔材4向下活动，而导致箔材4断裂。

在本发明的一些实施例中，极耳3的的厚度限定在：0.2-0.4mm，也就是说，极耳3的厚度可以在0.2-0.4mm之间，例如，极耳3的厚度可以是0.2mm、0.25mm、0.35mm、0.4mm等，这里不限制。通过将极耳3的厚度限定在0.2-0.4mm之间，使得在超声波焊接时超声波焊接装置所需的振幅、能量较小，从而可以提高焊接效率、节省能源。

在一些优选地示例中，极耳3的的厚度限定在：0.2-0.3mm，例如，极耳3的厚度可以是0.2mm、0.25mm、0.3mm等，这里不限制。通过将极耳3的厚度限定在0.2-0.3mm之间，使得在超声波焊接时超声波焊接装置所需的振幅、能量更小，从而可以进一步提高焊接效率、节省能源。

在本发明的一些实施例中，极耳3包括正极耳和负极耳，正极耳的硬度限定在：0-30HW，负极耳的硬度限定在0-85HW，也就是说，正极耳的硬度可以在0-30HW之间，负极耳的硬度可以在0-85HW之间，例如，正极耳的硬度可以为10HW、15HW、20HW、30HW等，负极耳的硬度可以为10HW、25HW、50HW、80HW等，不作具体限制。通过将正极耳的硬度限定在0-30HW之间，负极耳的硬度限定在0-85HW之间，使得在保证极耳3机械强度条件下，焊接头1在产生高频振动时不会损伤正极耳、负极耳，而较低的硬度可以提高焊接的效率。

在一个实施例中，焊接头1朝向极耳3的焊接面形成有直齿和/或斜齿，在一个示例中，焊接头1的焊接面可以形成为直齿。在另一个示例中，焊接头1的焊接面可以形成为斜齿。还有一些示例中，焊接头1的焊接面可以形成有直齿和斜齿。另外，通过在焊接头1的焊接面上形成有直齿和/或斜齿，使得焊接头1在产生高频振动时，焊接面上的直齿和/或斜齿可以与极耳3接触并与极耳3产生剧烈的摩擦，从而可以提高极耳3产生热量的效率，进而可以提高焊接的效率。

进一步地，直齿和/或斜齿的倒圆角限定在0.5-1mm，也就是说，直齿和/或斜齿的倒圆角可以在0.5-1mm之间，例如，直齿和/或斜齿的倒圆角可以为0.5mm、0.8mm、1mm等，不作限制。通过将直齿和/或斜齿的倒圆角限定在0.5-1mm之间，可以提高焊接面的摩擦系数，使得焊接面可以与极耳3产生剧烈的摩擦，从而可以提高极耳3产生热量的效率，进而可以提高焊接的效率。

在本发明的一些实施例中，箔材4包括：正极箔材和负极箔材，其中，正极箔材由铝材构成，正极箔材的厚度限定在：12-16μm，也就是说，正极箔材可以为铝材质，正极箔材的厚度可以在12-16μm之间，例如，正极箔材的厚度可以为12μm、13μm、15μm、16μm等，不作限制。通过将正极箔材的厚度限定在12-16μm之间，可以降低电池的厚度和重量，从而可以提高电池的能量密度。

另外，负极箔材由铜材构成，负极箔材的厚度限定在：6-10μm，也就是说，负极箔材可以为铜材质，负极箔材的厚度可以在6-10μm之间，例如，负极箔材的厚度可以为6μm、8μm、9μm、10μm等，不作限制。通过将负极箔材的厚度限定在6-10μm之间，可以进一步降低电池的厚度和重量，从而可以使电池的能量密度更高。

需要说明的是，由于铜箔材比铝箔材料具有较强的抗拉伸强度及应力延展能力，故可以将铜箔材的厚度设置的厚度较小，从而可以降低电池的厚度的重量，进而提高电池的能量密度。

在本发明的一些实施例中，底座2具有多个防滑凸起和/或多个防滑槽，在一个示例中，底座2上形成有多个具有防滑作用的凸起。在另一些示例中，底座2上形成有多个防滑槽。还有一些示例，底座2上形成具有多个防滑凸起和多个防滑槽。通过在底座2上形成具有多个防滑凸起和/或多个防滑槽，可以增大底座2与箔材4的摩擦，使得在焊接过程中，箔材4可以保持位置不动，从而使底座2可以较好地支撑箔材4，进而可以提高焊接的效率。可以理解的是，在底座2上也可以设有其他具有防滑功能的结构，满足实际需要即可，不作限制。

在一个具体的实施例中，选取20包叠片后的电芯及20对正负极耳，其中电芯有22层正极片，23层负极片，正极片内铝箔材的厚度为12μm，负极片内铜箔材为8μm，负极耳厚度为400μm，正极耳厚度为400μm，正极和负极焊接宽度为44mm。调整超声波焊接装置的焊接参数后，将极耳3焊接在电芯的箔材4上方，得出20组实验数据如图5所示。根据图5-图7可知，正极焊接强度标准为大于500N，正极焊接强度均值为729N，且无不合格焊接强度数据；负极焊接强度标准为大于600N，负极焊接强度均值945N，且无不合格焊接强度数据；焊接强度通过拉力测试机进行测量，焊接外观通过人工目检进行确认，铜箔材和铝箔材均无被振裂的情况。由此，通过焊接头1对极耳3产生高频振动，使极耳3焊接在电芯的箔材4上，此电池极耳焊接方法是可行的。

此外，本发明的实施例的电池极耳焊接方法，不使用保护片，且未出现箔材4被振裂的情况，相较于焊接过程中带有保护片的焊接方法，以单包电芯933g，铝、铜保护片长度46mm、宽度5mm、厚度0.1mm为例进行计算，铝的密度为2700kg/m³，铜的密度为8900kg/m³，则本发明可将焊接后电芯的能量密度约提升0.03％，不会出现保护片翘曲、毛刺等现象，从而可以保护箔材4，进而可以提高电芯的安全性。

根据本发明实施例的电池极耳焊接方法及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”、“可选地”、“进一步地”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电池极耳焊接方法，其特征在于，包括：

将电芯进行定位后固定在支撑夹具内；

机械手抓取极耳进行定位，所述机械手将定位后的所述极耳的至少一部分放置在所述电芯的箔材的上侧面；

将底座抵接在所述箔材的与所述极耳抵接的区域的下侧面；

超声波焊接装置的焊接头抵接在所述极耳的与所述箔材抵接区域的上侧面，以进行焊接作业；

焊接作业完成后，所述焊接头与所述底座分别与所述极耳和所述箔材脱离；

所述电芯转运到下一个工位，焊接结束。

2.根据权利要求1所述的电池极耳焊接方法，其特征在于，所述机械手抓取所述极耳后，将所述极耳放置在极耳定位槽内，对所述极耳进行定位，所述机械夹手将定位后的所述极耳的至少一部分放置在所述电芯的箔材的上侧面。

3.根据权利要求1所述的电池极耳焊接方法，其特征在于，焊接作业完成后，所述焊接头与所述底座同时活动，以分别与所述极耳和所述箔材脱离。

4.根据权利要求1所述的电池极耳焊接方法，其特征在于，所述焊接头和所述底座均适于在竖直方向上活动，当进行焊接作业时，所述底座先由下向上与所述箔材抵接，然后所述焊接头由上向下与所述极耳抵接。

5.根据权利要求1所述的电池极耳焊接方法，其特征在于，所述极耳的的厚度限定在：0.2-0.4mm。

6.根据权利要求5所述的电池极耳焊接方法，其特征在于，所述极耳的的厚度限定在：0.2-0.3mm。

7.根据权利要求1所述的电池极耳焊接方法，其特征在于，所述极耳包括正极耳和负极耳，所述正极耳的硬度限定在：0-30HW，所述负极耳的硬度限定在0-85HW。

8.根据权利要求1所述的电池极耳焊接方法，其特征在于，所述焊接头朝向所述极耳的焊接面形成有直齿和/或斜齿，所述直齿和/或斜齿的倒圆角限定在0.5-1mm。

9.根据权利要求1所述的电池极耳焊接方法，其特征在于，所述箔材包括：

正极箔材，所述正极箔材由铝材构成，所述正极箔材的厚度限定在：12-16μm；

负极箔材，所述负极箔材由铜材构成，所述负极箔材的厚度限定在：6-10μm。

10.根据权利要求1所述的电池极耳焊接方法，其特征在于，所述底座具有多个防滑凸起和/或多个防滑槽。

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