CN112975105A - 极耳与连接片的焊接方法以及电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种极耳与连接片的焊接方法以及电池及其制备方法，所述极耳设置在电芯上，所述极耳与连接片的焊接方法包括：固定极耳和连接片中的一者，使另一者向被固定的一者高速移动并使二者发生高速碰撞，在由所述高速碰撞产生的冲击波高压作用下，使所述极耳和连接片发生冶金结合。本发明采用高速冲击焊接方式焊接极耳和连接片，焊接过程中不产生粉尘，焊接部位没有毛刺现象，具有焊接强度高、焊接后的内阻低、安全性好、工艺简单、成本低等优点。

Description

极耳与连接片的焊接方法以及电池及其制备方法

技术领域

本发明属于电池极耳焊接领域，具体涉及一种极耳与连接片的焊接方法以及电池及其制备方法。

背景技术

在电池的制备过程中，一般需要将电芯本体的极耳(正极耳/负极耳)和连接片(Tab)进行焊接，连接片露出封装电芯本体的壳体，作为封装后制成的电池的电极(正极/负极)。目前，在锂电行业中，通常采用超声波焊接方式焊接电芯本体的极耳和连接片，焊接过程如图5所示，电芯本体1’上的极耳2’置于固定在底座4’上的连接片3’上表面，焊接头5’压在极耳2’表面上进行前后移动(图1中位于焊头5’上方的双向箭头表示前后移动)，在加压高频振动下，极耳2’和连接片3’的焊接部位进行融合，实现二者的焊接。

然而，超声波焊接往往会存在如下问题：(1)超声波焊接过程中容易产生金属粉尘，金属粉尘会进入电芯造成电芯自放电增加，尺寸较大的金属粉尘还容易造成用于间隔正极和负极的隔膜刺破，使电芯短路；(2)超声波焊接过程中，焊头水平度较难保证，在焊接部位(焊印)长度方向的焊接程度一致性较差，并且焊接过程中，由于焊头受力存在一定弯曲，在焊印宽度方向的焊接程度一致性也较差，进而导致接触内阻较大；(3)由于焊头底面的焊齿嵌入极耳表面，底座上表面齿纹嵌入连接片表面，焊接完成后，焊接部位的表面存在毛刺，电芯置于铝塑膜等壳体中并经抽真空进行封装后，焊接部位的毛刺容易戳破壳体内表面，为了避免此类问题一般需要在焊接后的焊接部位表面黏贴高温胶带进行保护，但该操作增加了电芯加工工序及成本。由于上述因素，现有超声波焊接工艺存在着焊接强度低、焊接后电池内阻大、存在短路风险、制作工序复杂及成本高等缺陷。

发明内容

本发明提供一种极耳与连接片的焊接方法，以至少解决现有技术存在的焊接过程易产生粉尘、焊接程度一致性差、焊接部位存在毛刺以及由此导致的焊接强度低、焊接后电池内阻大、安全性差、制作工序复杂及成本高等问题。

本发明的一方面，提供一种极耳与连接片的焊接方法，极耳设置在电芯上，焊接方法包括：固定极耳和连接片中的一者，使另一者向被固定的一者高速移动并使二者发生高速碰撞，在由高速碰撞产生的冲击波高压作用下，使极耳和连接片发生冶金结合。

根据本发明的一实施方式，另一者从被固定的一者的上方或下方向被固定的一者高速移动。

根据本发明的一实施方式，在高速移动过程中，被固定的一者的表面平行于另一者的表面。

根据本发明的一实施方式，在另一者向被固定的一者高速移动前，控制被固定的一者与另一者之间的距离为0.01-3mm。

根据本发明的一实施方式，被固定的一者为极耳，另一者为连接片。

根据本发明的一实施方式，焊接过程中，电芯固定。

根据本发明的一实施方式，被固定的一者为连接片，另一者为极耳，极耳的一端连接在电芯上，电芯固定，极耳的另一端向连接片高速移动。

根据本发明的一实施方式，在极耳的另一端向连接片高速移动前，控制极耳连接电芯的一端与其另一端的连线和连接片表面所在平面的锐夹角为30-90°，极耳连接电芯的一端与连接片持平。

本发明的另一方面，提供一种电池的制备方法，包括：依次将正极片、隔膜、负极片层叠设置后制成电芯，并在电芯上设置与正极片连接的正极耳、以及与负极片连接的负极耳；将正极耳与第一连接片通过上述焊接方法焊接在一起；将负极耳与第二连接片通过上述焊接方法焊接在一起；然后将电芯置于壳体中，并使第一连接片、第二连接片露出壳体；然后向壳体内注入电解液，再经封装后，制成电池；其中，第一连接片、第二连接片分别作为电池的正极和负极。

本发明的再一方面，提供一种电池，由上述制备方法制得。

本发明采用高速冲击焊接方式焊接极耳和连接片，焊接过程中不产生粉尘，焊接部位没有毛刺现象，具有焊接强度高、焊接后的内阻低、安全性好、工艺简单、成本低等优点，由此也使得通过本发明的焊接方式制得的电池具有内阻低、安全性好等品质，对于实际产业化应用具有重要意义；此外，本发明焊接方法稳定性好，对多组同一性质的电芯焊接试验显示，焊接强度、焊接后电芯内阻数据的统计学极差较小(即数据比较集中)，能够大大提高电池的制作良率。

附图说明

图1为超声波焊接过程示意图；

图2为本发明一实施方式的焊接过程示意图；

图3为本发明一实施方式的焊接过程示意图；

图4为本发明一实施方式的焊接过程示意图；

图5为本发明一实施方式的焊接过程示意图；

图6为采用不同焊接方式焊接的30个电芯中极耳与连接片之间的焊接强度测试结果示意图；

图7为采用不同焊接方式焊接焊接的50个电芯的内阻测试结果示意图。

附图标记说明：1、1’：电芯；2、2’：极耳；3、3’：连接片；4、4’：底座；5’：焊接头。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的方案，下面结合附图对本发明作进一步地详细说明。

本发明的一方面，提供一种极耳与连接片的焊接方法，如图2至图5所示，极耳2设置在电芯1上，焊接方法包括：固定极耳1和连接片3中的一者，使另一者向被固定的一者高速移动并使二者发生高速碰撞，在由高速碰撞产生的冲击波高压作用下，使极耳1和连接片3发生冶金结合。

具体地，极耳2远离电芯1的一端和连接片3靠近极耳2的一端发生冶金结合，实现二者的焊接，连接片3远离极耳2的一端不与极耳2焊接，以作为电芯1经壳体封装后形成的电池的电极(正极或负极)。

在一些实施例中，另一者从被固定的一者的上方或下方向被固定的一者高速移动，能够进一步提高焊接强度，且利于调控二者的焊接区域(即焊印的长度、宽度等参数)。例如，可以是连接片3从极耳2的下方向极耳2高速移动(图2，宽箭头表示高速移动方向)、或者连接片3从极耳2的上方向极耳2高速移动(图3，宽箭头表示高速移动方向)、或者极耳2从连接片3的上方向连接片3高速移动(图4，宽箭头表示高速移动方向)、或者极耳2从连接片3的下方向连接片3高速移动(图5，宽箭头表示高速移动方向)。

在一些实施例中，在高速移动过程中，被固定的一者的表面平行于另一者的表面，具体来说，被固定的一者靠近另一者的表面平行于另一者靠近被固定的一者的表面，意即，另一者向被固定的一者平行移动(如图2和图3所示)，利于进一步提高焊接效率。

在一些实施例中，在另一者向被固定的一者高速移动前，可以控制被固定的一者与另一者之间的距离为0.01-3mm，具体来说，控制被固定的一者靠近另一者的表面与另一者靠近被固定的一者的表面之间的距离为0.01-3mm，该距离可以为另一者提供合适的加速过程，利于其与被固定的一者高速碰撞发生冶金结合，提高二者的连接强度。

具体地，在一些实施例中，上述被固定的一者为极耳2，另一者为连接片3。例如，如图2所示，在高速移动之前，可以将极耳2固定在底座4表面，连接片3位于极耳2下方一定距离(例如0.01-3mm)，且极耳2的下表面平行于连接片3的上表面，然后使连接片3以一定的高速向极耳2平行移动，在高速冲击下，连接片3和极耳2发生碰撞，在冲击波高压作用下形成冶金连接(即冶金结合)。如图3所示，在高速移动之前，可以将极耳2固定在底座4表面，连接片3位于极耳2上方一定距离(例如0.01-3mm)，且极耳2的上表面平行于连接片3的下表面，然后使连接片3以一定的高速向极耳2平行移动，在高速冲击下，连接片3和极耳2发生碰撞，在冲击波高压作用下形成冶金连接。

一般情况下，上述焊接过程中，电芯1固定，更利于整个焊接过程的稳定性，避免电芯受到损坏，提高电芯的安全性等性能。

在一些实施例中，被固定的一者为连接片3，另一者为极耳2，极耳2的一端连接在电芯1上，电芯1固定，极耳2的另一端向连接片3高速移动(如图4和图5所示)。

在一些实施例中，在极耳2的另一端向连接片3高速移动前，控制极耳2连接电芯1的一端与其另一端的连线和连接片3表面所在平面的锐夹角为30-90°，极耳2连接电芯1的一端与连接片3持平，意即，极耳2连接电芯1的一端的端点基本在连接片3靠近极耳2另一端的表面所在的平面上，该条件利于提高焊接效率。

例如，如图4所示，在高速移动之前，电芯1固定，极耳2的一端连接在电芯1上，连接片3固定在底座4表面并位于极耳2另一端下方，并控制极耳2连接电芯1的一端与其另一端的连线和连接片3上表面所在平面的锐夹角为30-90°(即极耳另一端的上扬角度或下扬角度为30-90°)，极耳2连接电芯1的一端与连接片3持平，然后使极耳2另一端向连接片3高速移动，在高速冲击下，极耳2和连接片3发生碰撞，在冲击波作用下形成冶金连接。

例如，如图5所示，在高速移动之前，电芯1固定，极耳2的一端连接在电芯1上，连接片3固定在底座4表面并位于极耳2另一端上方，并控制极耳2连接电芯1的一端与其另一端的连线和连接片3下表面所在平面的锐夹角为30-90°，极耳2连接电芯1的一端与连接片3持平，然后使极耳2另一端向连接片3高速移动，在高速冲击下，极耳2和连接片3发生碰撞，在冲击波作用下形成冶金连接。

本发明中，所述的极耳可以是连接电芯中正极片的正极耳，也可以是连接电芯中负极片的负极耳。上述高速冲击焊接过程具体可以是爆炸焊接过程，即实现高速移动的驱动力来源于炸药爆炸，或者也可以是电磁脉冲焊接过程，即实现高速移动的驱动力来源于电磁脉冲。

本发明的另一方面，提供一种电池的制备方法，包括：依次将正极片、隔膜、负极片层叠设置后制成电芯，并在电芯上设置与正极片连接的正极耳、以及与负极片连接的负极耳；将正极耳与第一连接片上述极耳与连接片的焊接过程焊接在一起；将负极耳与第二连接片通过上述极耳与连接片的焊接过程焊接在一起；然后将电芯置于壳体中，并使第一连接片、第二连接片露出壳体；然后向壳体内注入电解液，再经封装后，制成电池；其中，第一连接片、第二连接片分别作为电池的正极和负极。

本发明的再一方面，提供一种电池，由上述制备方法制得。

在一些实施例中，上述电池具体可以包括锂离子电池，例如锂离子软包电池，但不以此为限，也可以是其他类型的电池。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。如无特别说明，本发明实施过程中所用仪器/设备、设备参数等条件均为本领域常规设置。

实施例1

本实施例电池制备过程如下：依次将正极片、隔膜、负极片层叠设置后制成电芯，并在电芯上设置与正极片连接的正极耳、以及与负极片连接的负极耳；将正极耳与第一连接片焊接在一起；将负极耳与第二连接片焊接在一起；然后将电芯置于壳体中，并使第一连接片、第二连接片露出壳体；然后向壳体内注入电解液，再经封装后，制成电池；其中，第一连接片、第二连接片分别作为电池的正极和负极；堆叠电芯层数为：负极片32层，正极片31层，堆叠后形成的电芯本体尺寸为96×315mm(不包含极耳长度)。

实验组：采用图4所示的焊接过程，分别将正极耳与第一连接片焊接在一起、将负极耳与第二连接片焊接在一起；其中，在高速移动之前，极耳连接电芯的一端与其另一端的连线和连接片上表面所在平面的锐夹角约为60°，极耳连接电芯的一端与连接片持平；焊接结束后，极耳与连接片之间形成的焊接部位(焊印)的宽度约为2.2mm，长度约为27mm。

对照组：采用传统超声波焊接方式，分别将正极耳与第一连接片焊接在一起、将负极耳与第二连接片焊接在一起，焊接结束后，极耳与连接片之间形成的焊接部位(焊印)的宽度约为2.2mm，长度约为27mm。

1、焊接强度验证

分别采用实验组和对照组的焊接过程对同一性质的电芯极耳和连接片进行焊接，各焊接30个电芯(序号1-30，见表1)；焊接后，从每个电芯上裁切5mm焊印进行焊接拉力测试，通过焊接拉力测试测得焊接强度，每个电芯的正极耳和第一连接片的焊接强度见表1中的“正极”，负极耳和第二连接片的焊接强度见表1中的“负极”，对照组和实验组中，“正极”对应的30个焊接强度数据的平均值、最大值、最小值、极差见表1，“负极”对应的30个焊接强度数据的平均值、最大值、最小值、极差见表1。

为更直观对比实验组和对照组的焊接强度，将实验组中“正极”及“负极”对应的30个焊接强度数据、对照组中“正极”及“负极”对应的30个焊接强度数据拟合于坐标系中，形成的曲线分别见图6(横坐标为上述序号，纵坐标为焊接强度)。

表1焊接强度测试结果

从表1和图6可以看出，在相同电芯体系下，采用高速冲击焊接，无论是对正极耳与连接片的焊接，还是对负极耳与连接片的焊接，均具有更高的焊接强度，并且焊接强度波动更小，焊接过程更加稳定，显著优于传统超声波焊接方式。

2、焊接后电芯内阻验证

分别采用实验组和对照组的焊接过程对同一性质的电芯极耳和连接片进行焊接，各焊接50个电芯(序号1-50，见表2)；焊接后，测试每个电芯的内阻。每个电芯的内阻测试结果见表2，实验组的50个电芯内阻数据的平均值、最大值、最小值、极差见表2，对照组的50个电芯内阻数据的平均值、最大值、最小值、极差见表2。

为更直观对比实验组和对照组的电芯内阻，将实验组的50个电芯内阻数据、对照组的50个电芯内阻数据拟合于坐标系中，形成的曲线分别见图7(横坐标为上述序号，纵坐标为电芯内阻)。

表2电芯内阻测试结果

从表2和图7可以看出，在相同电芯体系下，采用高速冲击焊接，焊接后的电芯内阻更小，且内阻阻值更加集中，波动更小，稳定性更高。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例以及试验验证。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种极耳与连接片的焊接方法，其特征在于，所述极耳设置在电芯上，所述焊接方法包括：固定极耳和连接片中的一者，使另一者向被固定的一者高速移动并使二者发生高速碰撞，在由所述高速碰撞产生的冲击波高压作用下，使所述极耳和连接片发生冶金结合。

2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述另一者从所述被固定的一者的上方或下方向所述被固定的一者高速移动。

3.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，在所述高速移动过程中，所述被固定的一者的表面平行于所述另一者的表面。

4.根据权利要求3所述的焊接方法，其特征在于，在所述另一者向所述被固定的一者高速移动前，控制所述被固定的一者与所述另一者之间的距离为0.01-3mm。

5.根据权利要求3或4所述的焊接方法，其特征在于，所述被固定的一者为极耳，所述另一者为连接片。

6.根据权利要求1-4任一项所述的焊接方法，其特征在于，所述焊接过程中，所述电芯固定。

7.根据权利要求2所述的焊接方法，其特征在于，所述被固定的一者为连接片，所述另一者为极耳，所述极耳的一端连接在电芯上，所述电芯固定，所述极耳的另一端向所述连接片高速移动。

8.根据权利要求7所述的焊接方法，其特征在于，在所述极耳的另一端向所述连接片高速移动前，控制所述极耳连接电芯的一端与其另一端的连线和所述连接片表面所在平面的锐夹角为30-90°，所述极耳连接电芯的一端与所述连接片持平。

9.一种电池的制备方法，其特征在于，包括：

依次将正极片、隔膜、负极片层叠设置后制成电芯，并在电芯上设置与正极片连接的正极耳、以及与负极片连接的负极耳；

将正极耳与第一连接片通过权利要求1-8任一项所述的焊接方法焊接在一起；将负极耳与第二连接片通过权利要求1-8任一项所述的焊接方法焊接在一起；

然后将电芯置于壳体中，并使第一连接片、第二连接片露出所述壳体；然后向壳体内注入电解液，再经封装后，制成电池；其中，第一连接片、第二连接片分别作为电池的正极和负极。

10.一种电池，其特征在于，由权利要求9所述的制备方法制得。

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