CN113451712A - 极耳结构、电池、极耳焊接方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种极耳结构、电池、极耳焊接方法及其装置，其中，极耳结构包括依次层叠设置的极耳、箔材和保护片。极耳、箔材和保护片中设有焊区，焊区包括焊洞，极耳、箔材和保护片通过焊洞连接。本申请实施例中，极耳结构包括依次层叠设置的极耳、箔材和保护片。极耳、箔材和保护片中设有焊区，焊区包括焊洞，极耳、箔材和保护片通过焊洞连接。通过焊洞使极耳、箔材和保护片焊接在一起，与现有技术中通过超声焊接的方式使极耳、箔材和保护片因高频振动熔合在一起的方式相比，箔材断裂可能性较小，从而采用本申请实施例提供的方法，降低了箔材在焊接过程中容易断裂的风险。
Description
技术领域
本申请涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种极耳结构、电池、极耳焊接方法及其装置。
背景技术
随着锂离子电池技术的迅速发展，锂离子电池在笔记本电脑、智能手机等便携式移动电子设备上的应用越来越广泛。目前，锂离子电池极耳焊接技术中，通常用超声焊接的方式将多层箔材焊接在一起，超声焊接利用高频振动波传递到需焊接的物体表面，在加压的情况下，使物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。这种方式在箔材层数过多的时候，需要加大高频振动波的频率，以实现箔材之间的熔合，但是，箔材以较高频率振动时容易断裂，且存在虚焊过焊的风险。
发明内容
本申请实施例提供一种极耳结构、电池、极耳焊接方法及其装置，解决了在焊接过程中箔材容易断裂的问题。
为达到上述目的，第一方面，本申请实施例提供一种极耳结构，包括依次层叠设置的极耳、箔材和保护片；
所述极耳、所述箔材和所述保护片中设有焊区，所述焊区包括焊洞，所述极耳、所述箔材和所述保护片通过所述焊洞连接。
可选地，所述极耳和所述保护片上均设有第一胶层，所述第一胶层的长度范围为10mm至200mm，所述第一胶层的宽度范围为3mm至10mm，所述第一胶层超出所述极耳和所述保护片的长度范围为0.5mm至10mm，所述第一胶层超出所述极耳和所述保护片的宽度范围为0.5mm至50mm。
可选地，所述焊洞为圆锥体，所述焊区还包括分布在所述保护片上的至少两个焊印，所述焊印的最大宽度范围为10μm至2000μm，所述至少两个焊印在所述保护片上呈阵列分布。
可选地，所述焊印边缘有凸起，所述焊洞的深度大于或等于所述凸起高度的两倍。
可选地，所述保护片的厚度范围为0.1㎜至1㎜，所述保护片的长度范围为5mm至65mm，所述保护片的宽度范围为2mm至10mm。
可选地，所述保护片的材质包括不锈钢、镍、铜镀镍、铜和铝中的至少一种。
第二方面，本申请实施例还提供一种极耳焊接方法，包括：
将极耳、箔材和保护片依次层叠放置；
将压紧件放置在所述保护片的除焊接区域之外的区域；
在通过所述压紧件将所述极耳、所述箔材和所述保护片压紧的情况下，利用激光束照射所述焊接区域形成焊区，所述焊区包括焊洞，所述极耳、所述箔材和所述保护片通过所述焊洞焊接。
第三方面，本申请实施例还提供一种极耳焊接装置，包括：
第一放置模块，用于将极耳、箔材、保护片依次层叠放置；
第二放置模块，用于将压紧件放置在所述保护片的除焊接区域之外的区域；
焊接模块，用于在通过所述压紧件将所述极耳、所述箔材和所述保护片压紧的情况下，利用激光束照射所述焊接区域形成焊区，所述焊区包括焊洞，所述极耳、所述箔材和所述保护片通过所述焊洞焊接。
第四方面，本申请实施例还提供一种电池，所述电池包括电芯和如第一方面所述的极耳结构，所述电芯上设有第二胶层，所述第二胶层与第一胶层邻接，所述第二胶层的长度范围为10mm至200mm，所述第二胶层的宽度范围为0mm至100mm，所述第二胶层超出所述电芯的长度范围为3mm至15mm。
可选地，所述极耳结构中的极耳包括硬极耳和软极耳，所述硬极耳与所述软极耳之间的夹角范围为45度至135度。
本申请实施例中，极耳结构包括依次层叠设置的极耳、箔材和保护片。极耳、箔材和保护片中设有焊区，焊区包括焊洞，极耳、箔材和保护片通过焊洞连接。通过焊洞使极耳、箔材和保护片焊接在一起，与现有技术中通过超声焊接的方式使极耳、箔材和保护片因高频振动熔合在一起的方式相比，箔材断裂可能性较小，从而采用本申请实施例提供的方法，降低了箔材在焊接过程中容易断裂的风险。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例中的技术方案，现对说明书附图作如下说明，显而易见地，下述附图仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据所列附图获得其他附图。
图1是本申请实施例提供的极耳焊接方法的流程图；
图2是本申请实施例提供的极耳结构的结构示意图之一；
图3是本申请实施例提供的极耳结构的结构示意图之二；
图4是本申请实施例提供的极耳结构的结构示意图之三；
图5是本申请实施例提供的极耳结构的结构示意图之四；
图6是本申请实施例提供的极耳结构的结构示意图之五；
图7是本申请实施例提供的极耳结构的结构示意图之六；
图8是本申请实施例提供的极耳结构的结构示意图之七；
图9是本申请实施例提供的极耳结构的结构示意图之八；
图10是本申请实施例提供的极耳结构的结构示意图之九；
图11是本申请实施例提供的极耳结构的结构示意图之十；
图12是本申请实施例提供的极耳结构的结构示意图之十一；
图13是本申请实施例提供的极耳焊接装置的结构示意图；
图14是本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在本申请中的实施例的基础上，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
现有技术中，锂离子电池极耳焊接技术，通常用超声焊接的方式将多层箔材焊接在一起，超声焊接利用高频振动波传递到需焊接的物体表面，在加压的情况下，使物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。这种方式在箔材层数过多的时候，需要加大高频振动波的频率，以实现箔材之间的熔合，但是，箔材以较高频率振动时容易断裂，且存在虚焊过焊的风险。此外，由于超声波振动发热，会使焊头焊座磨损严重。且如果先用超声焊接的方式将多层箔材预焊，再利用激光焊接的方式将多层箔材与极耳焊接在一起，会出现超声预焊的过程中焊印平整度较差，导致激光焊接时有效焊接面积较小，进而导致锂离子电池过流能力较差的问题。
为解决上述至少一项问题，参见图4和图8，本申请实施例提供一种极耳结构，包括依次层叠设置的极耳4、箔材3和保护片2；
所述极耳4、所述箔材3和所述保护片2中设有焊区，所述焊区包括焊洞，所述极耳4、所述箔材3和所述保护片2通过所述焊洞连接。
应理解，焊洞可以通过激光束照射，或其他热源加热极耳4、箔材9和保护片2使其熔化形成。上述极耳4的厚度范围为0.04mm至1mm，极耳4的宽度范围为5mm至80mm，上述箔材3的材质通常为铝或者铜，箔材3的厚度范围通常为0.004mm至0.03mm。箔材3的层数可以为一层，也可以为多层，比如，箔材3的层数可以在15层至200层的范围内。所述保护片2的材质包括不锈钢、镍、铜镀镍、铜和铝中的至少一种。即保护片2的材质可以为不锈钢、镍、铜镀镍、铜和铝中的任意一种，也可以为不锈钢、镍、铜镀镍、铜和铝中任意几种的材质形成的混合材质。焊区的宽度通常为0.5mm至5mm，焊区的长度通常为5mm至80mm。保护片需要覆盖整个焊区，可选地，保护片的长度范围为5mm至65mm，所述保护片的宽度范围为2mm至10mm
本申请实施例中，极耳结构包括依次层叠设置的极耳、箔材和保护片。极耳、箔材和保护片中设有焊区，焊区包括焊洞，极耳、箔材和保护片通过焊洞连接。通过焊洞使极耳、箔材和保护片焊接在一起，与现有技术中通过超声焊接的方式使极耳、箔材和保护片因高频振动熔合在一起的方式相比，箔材断裂可能性较小，从而采用本申请实施例提供的方法，降低了箔材在焊接过程中容易断裂的风险。
可选地，参见图6和图11，上述焊区的表面还可以设置有保护胶5。保护胶5包括设置在极耳和保护片上的第一胶层和设置在电池电芯上的第二胶层，所述极耳和所述保护片上均设有第一胶层，所述第一胶层的长度范围为10mm至200mm，所述第一胶层的宽度范围为3mm至10mm。第一胶层可以为胶纸，所述第一胶层超出所述极耳和所述保护片的长度范围为0.5mm至10mm，所述第一胶层超出所述极耳和所述保护片的宽度范围为0.5mm至50mm。
可选地，所述焊洞为圆锥体。在焊洞为圆锥体的情况下，因焊洞产生的毛刺较少。毛刺过多会影响电池性能。示例性的，可利用激光束1照射焊接区域形成焊区，焊区包括焊洞，极耳4、箔材3和保护片2通过焊洞焊接。焊区还可以包括焊印，焊洞可以贯穿极耳4、箔材3和保护片2，从而在保护片2和极耳4上均留下焊印。
可选地，所述焊区还包括分布在所述保护片2上的至少两个焊印，所述焊印的最大宽度范围为10μm至2000μm。
具体的，利用激光束1照射焊接区域，或利用热源加热焊接区域形成焊洞的同时，还会在保护片2，和/或极耳4上形成焊印。示例性的，可以利用多束激光束1同时照射焊接区域，使其同时在保护片2，和/或极耳4上形成多个焊印，也可以多次利用激光束1照射焊接区域，分次在保护片2，和/或极耳4上形成多个焊印。理论上，形成的焊印和焊洞越多，保护片2、箔材3和极耳4之间的连接就越可靠。可以根据焊接区域的大小，合理设置焊印的个数，从而保护片2、箔材3和极耳4之间的连接更加可靠。
焊印的形状可以为任意形状，比如焊印可以为圆形，在焊印为圆形的情况下，焊印的直径范围为10μm至2000μm。
焊印可以在保护片2，和/或极耳4上上规则排列，也可以不规则排列。可选地，当保护片2上有至少两个焊印时，所述至少两个焊印在所述保护片2上呈阵列分布。
可选地，所述焊印边缘有凸起，所述焊洞的深度大于或等于所述凸起高度的两倍。示例性的，焊洞的深度大于300μm，焊印边缘有少量溢料，形成凸起，凸起的高度小于150μm。焊洞的深度大于或等于所述凸起高度的两倍。
本申请实施例还提供一种极耳焊接方式，通过采用激光焊接的方式，利用激光束作为热源对极耳、箔材和保护片加热使它们熔化形成焊洞从而焊接在一起，以下详述。
参见图1、图5和图10，本申请实施例提供一种极耳焊接方法，包括：
步骤101，将极耳4、箔材3和保护片2依次层叠放置；
步骤102，将压紧件放置在所述保护片2的除焊接区域之外的区域；
步骤103，在通过所述压紧件将所述极耳4、所述箔材3和所述保护片2压紧的情况下，利用激光束1照射所述焊接区域形成焊区，所述焊区包括焊洞，所述极耳4、所述箔材3和所述保护片2通过所述焊洞焊接。
应理解，利用激光束1照射焊接区域形成焊区从而实现焊接的方式，对箔材3层数没有限制。因箔材3极薄，所以多层箔材3层叠设置时，相邻的箔材3之间可能存在较大间隙。将上述保护片2置于箔材3上，且完全覆盖箔材3，且通过压紧件放置在保护片2上，可以将极耳4、箔材3和保护片2压紧，以使相邻箔材3之间不存在间隙，彼此之间完全接触。
上述保护片2的厚度应使保护片2具有一定强度，从而可使压紧件作用于保护片2的除焊接区域之外的其他区域时，保护片2能将压紧力均匀传递到箔材3的整个表面。但保护片2的厚度也不应过厚，过厚的保护片2会占用过多电芯6空间，导致电池能量密度降低。经实验发现，保护片2的厚度范围为0.1mm至1mm时，能兼顾上述两个问题。应理解，压紧件可以在焊接结束后，从保护片2上移开。
焊接区域为激光束1直接照射的区域。焊接区域理论上可以为任意形状，在焊接区域为长方形的情况下，焊接区域宽度范围为0.5mm～5mm，焊接区域长度范围为5mm～80mm。
本申请实施例中，在通过压紧件将极耳4、箔材3和保护片2压紧的情况下，利用激光束1照射焊接区域形成焊洞，极耳4、箔材3和保护片2通过焊洞焊接。激光束1作为热源对极耳4、箔材3和保护片2加热使它们熔化形成焊洞从而焊接在一起，与现有技术中箔材3因高频振动容易断裂相比，箔材3受热熔化断裂可能性较小，从而采用本申请实施例提供的方法，降低了箔材3在焊接过程中容易断裂的风险。
此外，本申请实施例直接采用激光焊接的方式，直接将保护片2、箔材3和极耳4焊接在一起，无需先用超声焊接的方式将多层箔材3预焊，再利用激光焊接的方式将多层箔材3与极耳4焊接在一起。从而避免了超声预焊的过程中焊印平整度较差，导致激光焊接时有效焊接面积较小，进而导致锂离子电池过流能力较差的问题。
进一步的，由于本申请实施例直接采用激光焊接的方式进行焊接，也避免了利用超声焊接导致的焊头焊座磨损严重，焊接过程不稳定，以及虚焊过焊的问题。
下面以两个示例对本申请实施例提供的方法进行说明。
示例一，第一步，参见图2，放置保护片2，将保护片2放置于箔材3上方，保护片2需要覆盖整个焊接区域；
第二步，参见图3，放置箔材3，且将电芯6放置于保护片2上方；
第三步，参见图4，放置极耳4，极耳4的厚度范围可以为0.04-1mm，其宽度范围可以为5mm-65mm，极耳4的宽度可以大于、等于或小于箔材3的宽度；
第四步，参见图5，在通过压紧件将极耳4、箔材3和保护片2压紧的情况下，利用激光束1照射所述焊接区域形成焊区，焊区包括焊洞，极耳4、箔材3和保护片2通过焊洞焊接；
第五步，参见图6，贴胶，在焊印区上下面均贴上保护胶5。
示例一虽然也可以完成对极耳4、箔材3和保护片2的焊接，但其将极耳4放置于最上层，激光束1直接照射极耳4，热输入较大，存在熔化极耳4胶的风险。且示例一不对焊接后的极耳4进行折弯，会造成空间浪费，从而降低电池的能量密度。
故本申请进一步提供示例二，第一步，参见图7，放置极耳4，极耳4的厚度范围为0.04-1mm，其宽度的范围为5-65mm，极耳4宽度可以大于、等于或小于箔材3宽度；
第二步，参见图8，放置箔材3，将电芯6放置于极耳4上方；
第三步，参见图9，放置保护片2，将保护片2放置于箔材3上方，保护片2需要覆盖整个焊接区域；
第四步，参见图10，在通过压紧件将极耳4、箔材3和保护片2压紧的情况下，利用激光束1照射所述焊接区域形成焊区，焊区包括焊洞，极耳4、箔材3和保护片2通过焊洞焊接；
第五步，参见图11，贴胶，在焊印区上下面均贴上保护胶5；
第六步，参见图12，折弯极耳4，将焊接完的极耳4进行折弯，极耳4的硬极耳与极耳4的软极耳之间的角度约90°，折弯后的极耳4如图12所示。
示例二将保护片2放置于最上层，激光束1直接照射保护片2，避免了激光束1直接照射极耳4，热输入较大，存在熔化极耳4胶的风险。此外，对焊接后的极耳4进行折弯，节省了空间，从而可以提高电池的能量密度。
参见图13，本申请实施例还提供一种极耳焊接装置200，包括：
第一放置模块201，用于将极耳、箔材、保护片依次层叠放置；
第二放置模块202，用于将压紧件放置在所述保护片的除焊接区域之外的区域；
焊接模块203，用于在通过所述压紧件将所述极耳、所述箔材和所述保护片压紧的情况下，利用激光束照射所述焊接区域形成焊区，所述焊区包括焊洞，所述极耳、所述箔材和所述保护片通过所述焊洞焊接。
可选地，所述焊洞为圆锥体。
可选地，所述焊区还包括分布在所述保护片上的至少两个焊印，所述焊印的最大宽度范围为10μm至2000μm。
可选地，所述至少两个焊印在所述保护片上呈阵列分布。
可选地，所述焊印边缘有凸起，所述焊洞的深度大于或等于所述凸起高度的两倍。
可选地，所述保护片的厚度范围为0.1㎜至1㎜。
可选地，所述保护片的材质包括不锈钢、镍、铜镀镍、铜和铝中的至少一种。
本申请实施例提供的极耳焊接装置200能够实现本申请提供的极耳焊接方法实施例中能够实现的各个过程，以达到相同的有益效果，为避免重复，在此不再赘述。
本申请实施例还提供一种电池，所述电池包括电芯和本申请实施例提供的极耳结构，电芯上设有第二胶层，所述第二胶层与第一胶层邻接，所述第二胶层的长度范围为10mm至200mm，所述第二胶层的宽度范围为0mm至100mm，第二胶层也可以为胶纸，所述第二胶层超出所述电芯的长度范围为3mm至15mm，在宽度方向上，第二胶层不超出电芯。本申请实施例提供的极耳结构的结构和工作原理可以参考上述实施例，在此不再赘述。由于本申请实施例提供的电池包括本申请实施例提供的极耳结构，因此具有本申请实施例提供的极耳结构的全部有益效果。
可选地，参见图12，所述极耳结构中的极耳包括硬极耳和软极耳，所述硬极耳与所述软极耳之间的夹角范围为45度至135度。将极耳结构中的极耳进行折弯，可以减小极耳结构的长度，从而可节省电池内部空间。
参见图14，本申请实施例还提供一种电子设备300，电子设备300包括：处理器301、存储器302及存储在所述存储器302上并可在所述处理器上运行的计算机程序，电子设备300中的各个组件通过总线系统303耦合在一起。可理解，总线系统303用于实现这些组件之间的连接通信。
其中，处理器301，用于将极耳、箔材和保护片依次层叠放置；
将压紧件放置在所述保护片的除焊接区域之外的区域；
在通过所述压紧件将所述极耳、所述箔材和所述保护片压紧的情况下，利用激光束照射所述焊接区域形成焊区，所述焊区包括焊洞，所述极耳、所述箔材和所述保护片通过所述焊洞焊接。
本申请实施例提供的电子设备300能够实现本申请极耳焊接方法实施例中能够实现的各个过程，以及达到相同的有益效果，为避免重复，在此不再赘述。
本申请实施例还提供一种可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述极耳焊接方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
Claims (10)
1.一种极耳结构，其特征在于，包括依次层叠设置的极耳、箔材和保护片；
所述极耳、所述箔材和所述保护片中设有焊区，所述焊区包括焊洞，所述极耳、所述箔材和所述保护片通过所述焊洞连接。
2.根据权利要求1所述的极耳结构，其特征在于，所述极耳和所述保护片上均设有第一胶层，所述第一胶层的长度范围为10mm至200mm，所述第一胶层的宽度范围为3mm至10mm，所述第一胶层超出所述极耳和所述保护片的长度范围为0.5mm至10mm，所述第一胶层超出所述极耳和所述保护片的宽度范围为0.5mm至50mm。
3.根据权利要求1所述的极耳结构，其特征在于，所述焊洞为圆锥体，所述焊区还包括分布在所述保护片上的至少两个焊印，所述焊印的最大宽度范围为10μm至2000μm，所述至少两个焊印在所述保护片上呈阵列分布。
4.根据权利要求3所述的极耳结构，其特征在于，所述焊印边缘有凸起，所述焊洞的深度大于或等于所述凸起高度的两倍。
5.根据权利要求1所述的极耳结构，其特征在于，所述保护片的厚度范围为0.1㎜至1㎜，所述保护片的长度范围为5mm至65mm，所述保护片的宽度范围为2mm至10mm。
6.根据权利要求1所述的极耳结构，其特征在于，所述保护片的材质包括不锈钢、镍、铜镀镍、铜和铝中的至少一种。
7.一种极耳焊接方法，其特征在于，包括：
将极耳、箔材和保护片依次层叠放置；
将压紧件放置在所述保护片的除焊接区域之外的区域；
在通过所述压紧件将所述极耳、所述箔材和所述保护片压紧的情况下，利用激光束照射所述焊接区域形成焊区，所述焊区包括焊洞，所述极耳、所述箔材和所述保护片通过所述焊洞焊接。
8.一种极耳焊接装置，其特征在于，包括：
第一放置模块，用于将极耳、箔材、保护片依次层叠放置；
第二放置模块，用于将压紧件放置在所述保护片的除焊接区域之外的区域；
焊接模块，用于在通过所述压紧件将所述极耳、所述箔材和所述保护片压紧的情况下，利用激光束照射所述焊接区域形成焊区，所述焊区包括焊洞，所述极耳、所述箔材和所述保护片通过所述焊洞焊接。
9.一种电池，其特征在于，所述电池包括电芯和如权利要求1至6中任一项所述的极耳结构，所述电芯上设有第二胶层，所述第二胶层与第一胶层邻接，所述第二胶层的长度范围为10mm至200mm，所述第二胶层的宽度范围为0mm至100mm，所述第二胶层超出所述电芯的长度范围为3mm至15mm。
10.根据权利要求9所述的电池，其特征在于，所述极耳结构中的极耳包括硬极耳和软极耳，所述硬极耳与所述软极耳之间的夹角范围为45度至135度。
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