CN114005953A - 锂电池负极结构、锂电池负极结构焊接装置以及焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种锂电池负极结构、锂电池负极结构焊接装置以及焊接方法。所述锂电池负极结构包括负极极耳和负极本体，负极极耳和负极本体通过压焊相互焊接连接，负极极耳上开设有多个在压焊时用于负极本体材料进入的焊接增强孔。所述焊接装置用于焊接负极极耳和负极本体；焊接砧台和焊头采用树脂材料制成或者焊接砧台和焊头上连接有树脂材料层。所述焊接方法采用所述焊接装置。在负极极耳上开设焊接增强孔，增加负极极耳和负极本体的焊接面积、提高两者的焊接强度，再采用树脂材料制成焊接砧台和焊头，或者在焊接装置上与负极本体接触的面上设置树脂材料层，能够避免负极本体的材料与焊接装置发生粘连，进而达到提高焊接质量及效率的目的。

Description

锂电池负极结构、锂电池负极结构焊接装置以及焊接方法
技术领域
本发明涉及锂电池生产技术领域，尤其涉及一种锂电池负极结构、一种锂电池负极结构焊接装置以及一种锂电池负极结构焊接方法。
背景技术
锂是自然界最轻的金属，具有较强的化学活性，被誉为“推动世界进步的能源金属”。由于锂具有最高的理论比容量(3860mAh/g)，并且锂电池对环境友好无污染，因此是高比能电池首选的负极材料。比如新兴的锂硫电池、全固态电池、锂氟化碳(Li-(CFx)n)电池以及传统的锂锰电池和锂亚电池均采用锂作为负极，能量密度能够达到500Wh/kg以上。
锂电池的生产过程中，需要将负极本体与负极极耳焊接。但是，由于锂的质地柔软，焊接过程中负极本体的材料容易与焊接装置发生粘连，并且还容易出现负极本体和负极极耳焊接不牢固的现象，均会导致焊接质量及效率降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够提高焊接质量及效率的锂电池负极结构、锂电池负极结构焊接装置以及焊接方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种锂电池负极结构，包括负极极耳和负极本体，所述负极极耳和负极本体通过压焊相互焊接连接，所述负极极耳上开设有多个在压焊时用于负极本体材料进入以增大两者焊接面积和焊接强度的焊接增强孔。
进一步地，所述焊接增强孔是贯穿负极极耳的通孔。
进一步地，所述负极极耳上形成有多个凸台；所述焊接增强孔贯穿凸台和负极极耳设置。
进一步地，多个所述凸台分布于负极极耳的同一面上。
进一步地，多个所述凸台交错分布于负极极耳上相对的两个面上。
进一步地，所述焊接增强孔在负极极耳上分布的密度为4-100个/cm2；所述焊接增强孔的直径为0.02-5mm；所述凸台的高度为0.02-5mm。
一种锂电池负极结构焊接装置，用于焊接如上述中所述的负极极耳和负极本体；所述焊接装置包括机架；所述机架上连接有焊接砧台；所述机架上滑动连接有焊头并且其位于焊接砧台上方；所述焊接砧台采用树脂材料制成或者焊接砧台上朝向焊头的一面连接有树脂材料层；所述焊头采用树脂材料制成或者焊头上朝向焊接砧台的一面连接有树脂材料层。
进一步地，所述树脂材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚甲醛或聚醚醚酮。
进一步地，所述树脂材料层的厚度为0.1-20mm。
一种锂电池负极结构焊接方法，采用如上述中所述的锂电池负极结构焊接装置；所述焊接方法包括如下步骤：
S1：使所述负极极耳和负极本体均放置于焊接砧台上，并使所述负极极耳设置在负极本体的待焊接位；
S2：使所述焊头向焊接砧台滑动，对所述负极极耳和负极本体施加0.1-5Mpa的压力以实现压焊，并且焊接时长为1-99s。
与现有技术相比，本发明的优点在于：在所述负极极耳上开设焊接增强孔，使所述负极本体的材料在压焊时能进入焊接增强孔内，增加所述负极本体的材料与负极极耳的焊接面积，提高所述负极极耳和负极本体的焊接强度，进而达到提高焊接质量及效率的目的。再采用树脂材料制成所述焊接砧台和焊头，或者在所述焊接装置上与负极本体接触的面上设置树脂材料层，能够避免所述负极本体的材料与所述焊接装置发生粘连，进而达到提高焊接质量及效率的目的。
附图说明
图1是本发明中锂电池负极结构实施例1的结构示意图；
图2是本发明中锂电池负极结构实施例3的结构示意图；
图3是本发明中锂电池负极结构实施例4的结构示意图；
图4是本发明中锂电池负极结构焊接装置的结构示意图；
图5是本发明中锂电池负极结构焊接方法的流程图。
图中各标号表示：1、负极极耳；11、焊接增强孔；2、负极本体；3、凸台；4、焊接砧台；5、焊头。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
锂电池负极结构实施例1
请参照图1，一种负极极耳，包括负极极耳1和负极本体2，所述负极极耳1和负极本体2通过压焊相互焊接连接，所述负极极耳1上开设有多个在压焊时用于负极本体2材料进入以增大两者焊接面积和焊接强度的焊接增强孔11。通过在所述负极极耳1上开设焊接增强孔11，使负极本体2的材料在压焊时能进入焊接增强孔11内，增加所述负极本体2的材料与负极极耳1的焊接面积，提高所述负极极耳1和负极本体2的焊接强度，进而达到提高焊接质量及效率的目的。
进一步地，所述焊接增强孔11是贯穿负极极耳1的通孔。所述焊接增强孔11能够通过激光打孔的加工方式成型。
进一步地，所述焊接增强孔11在负极极耳1上分布的密度为4-100个/cm2；所述焊接增强孔11的直径为0.02-5mm。优选地，所述焊接增强孔11在负极极耳1上分布的密度为12-30/cm2。需要在保证不过多影响所述负极极耳1的各项性能的情况下，合理设置所述焊接增强孔11的数量和分布密度。
进一步地，所述负极极耳1为纯镍极耳或者铜镀镍极耳。
进一步地，所述负极本体2包括纯锂电池负极、锂合金电池负极、金属箔材和锂箔的复合带或金属网和锂箔的复合带。锂合金包括锂硼合金、锂铝合金、锂镁合金或锂铜合金，合金中锂含量为50％-99.99％。所述金属箔材包括铜箔、镍箔、锡箔、铝箔或不锈钢箔。所述金属网包括铜网、镍网、锡网、铝网或不锈钢网。
锂电池负极结构实施例2
请参照图2或图3，所述负极极耳1上形成有多个凸台3；所述焊接增强孔11贯穿凸台3和负极极耳1设置。所述焊接增强孔11贯穿于凸台3和负极极耳1，进一步增加所述负极本体2的材料与负极极耳1的焊接面积，以进一步提高所述负极极耳1和负极本体2的焊接强度，保证所述负极本体2与负极极耳1的焊接质量及效率。
进一步地，所述凸台3的高度为0.02-5mm。
进一步地，所述凸台3为圆台结构。
进一步地，所述焊接增强孔11和凸台3通过机械模具冲压一次成型。
锂电池负极结构实施例3
请参照图2，多个所述凸台3分布于负极极耳1的同一面上，能够应用于所述负极本体2为单层结构(例如锂亚电池采用卷绕结构的负极本体2)的场景。优选地，所述凸台3的高度为0.05-0.3mm；所述焊接增强孔11的直径为0.05-1mm。
锂电池负极结构实施例4
请参照图3，多个所述凸台3交错分布于负极极耳1上相对的两个面，能够应用于所述负极本体2为多层结构(例如锂硫电池电芯采用多层叠片结构的负极本体2、锂氟化碳电池电芯采用多层叠片结构的负极本体2以及全固态电池电芯采用多层叠片结构的负极本体2)的场景。优选地，所述凸台3的高度为0.5-2mm；所述焊接增强孔11的直径为0.5-2mm。
锂电池负极极耳焊接装置实施例
请参照图4，一种锂电池负极极耳焊接装置，用于焊接如上述锂电池负极结构实施例中所述的负极极耳1和负极本体2；所述焊接装置包括机架；所述机架上连接有焊接砧台4；所述机架上滑动连接有焊头5并且其位于焊接砧台4上方；所述焊接砧台4采用树脂材料制成或者焊接砧台4上朝向焊头5的一面连接有树脂材料层；所述焊头5采用树脂材料制成或者焊头5上朝向焊接砧台4的一面连接有树脂材料层。采用树脂材料制成焊接砧台4和焊头5，或者在所述焊接装置上与负极本体2接触的面上设置树脂材料层，能够避免所述负极本体2的材料与所述焊接装置发生粘连，进而达到提高焊接质量及效率的目的。
进一步地，所述焊接装置还包括电连接的气缸和控制开关；所述气缸连接在机架上，所述气缸的驱动端与焊头5连接以驱动焊头5滑动。通过调节所述控制开关控制所述气缸工作，以使所述焊头5向位于焊接砧台4上的负极极耳1和负极本体2施加压力以实现压焊。
进一步地，所述树脂材料包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚甲醛(POM)或聚醚醚酮(PEEK)。
进一步地，所述树脂材料层的厚度为0.1-20mm。
进一步地，所述树脂材料层通过螺钉连接于焊接砧台4或粘接于焊接砧台4。
锂电池负极极耳焊接方法实施例
请参照图5，一种锂电池负极极耳焊接方法，采用如上述中所述的负极极耳焊接装置；所述焊接方法包括如下步骤：
S1：使所述负极极耳1和负极本体2均放置于焊接砧台4上，并使所述负极极耳1设置在负极本体2的待焊接位。例如，当所述负极本体2为多层结构时，将所述负极本体2的中间位置拨开以形成夹层空间，使所述负极极耳1上开设有焊接增强孔11的一端塞入所述夹层空间并位于负极本体2内的待焊接位，并使所述负极极耳1和负极本体2均放置于焊接砧台4上。
S2：使所述焊头5向焊接砧台4滑动，对所述负极极耳1和负极本体2施加0.1-5Mpa的压力以实现压焊，并且焊接时长为1-99s。优选地，对所述负极极耳1和负极本体2施加的压力为0.2-1Mpa，焊接时长为2-9s。
S3：使所述焊头5向远离焊接砧台4的方向滑动，便于取出成品。
本发明的具体实施例1
锂硫电池电芯采用多层叠片结构的负极本体2，其负极本体2为纯锂，所述负极本体2的层数为10层。所述负极极耳1是形成有凸台3和焊接增强孔11的纯镍极耳，并且多个所述凸台3交错分布于负极极耳1上相对的两个面，所述焊接增强孔11的直径为0.4mm，所述凸台3的高度为0.9mm，所述焊接增强孔11在负极极耳1上的分布密度为15个/cm2。所述焊头5和焊接砧台4由聚乙烯(PE)材料制成，表面光滑平整。所述焊接装置的焊接压力设定为0.5Mpa，焊接时长为5s。
本发明的具体实施例2
锂亚电池采用卷绕结构的负极本体2，其负极本体2为纯锂。所述负极极耳1是形成有凸台3和焊接增强孔11的纯镍极耳，并且多个所述凸台3分布于负极极耳1的同一面上，所述焊接增强孔11的直径为0.2mm，所述凸台3的高度为0.2mm，所述焊接增强孔11在负极极耳1上的分布密度为25个/cm2。所述焊头5和所述焊接砧台4由聚丙烯(PP)材料制成，表面光滑平整。所述焊接装置的焊接压力设定为0.3Mpa，焊接时长为3s。
本发明的具体实施例3
锂氟化碳电池电芯采用多层叠片结构的负极本体2，其负极本体2为锂硼合金，合金中锂含量为75％，所述负极本体2的层数为10层。所述负极极耳1是形成有凸台3和焊接增强孔11的铜镀镍极耳，并且多个所述凸台3交错分布于负极极耳1上相对的两个面，所述焊接增强孔11的直径为0.5mm，所述凸台3的高度为1mm，所述焊接增强孔11在负极极耳1上的分布密度为12个/cm2。所述焊头5和所述焊接砧台4接触锂负极部位有不粘锂的POM材料制成，表面光滑平整。所述焊头5和所述焊接砧台4由聚甲醛(POM)材料制成，表面光滑平整。所述焊接装置的焊接压力设定为0.4Mpa，焊接时长为6s。
本发明的具体实施例4
全固态电池电芯采用多层叠片结构的负极本体2，其负极本体2为铜箔和锂箔的复合带，铜箔厚度为8μm，所述负极本体2的层数为10层。所述负极极耳1是形成有凸台3和焊接增强孔11的镍极耳，并且多个所述凸台3交错分布于负极极耳1上相对的两个面，所述焊接增强孔11的直径为0.3mm，所述凸台3的高度为0.5mm，所述焊接增强孔11在负极极耳1上的分布密度为20个/cm2。所述焊头5和所述焊接砧台4由聚乙烯(PE)材料制成，表面光滑平整。所述焊接装置的焊接压力设定为0.6Mpa，焊接时长为4s。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种锂电池负极结构，其特征在于：包括负极极耳(1)和负极本体(2)，所述负极极耳(1)和负极本体(2)通过压焊相互焊接连接，所述负极极耳(1)上开设有多个在压焊时用于负极本体(2)材料进入以增大两者焊接面积和焊接强度的焊接增强孔(11)。
2.根据权利要求1所述的锂电池负极结构，其特征在于，所述焊接增强孔(11)是贯穿负极极耳(1)的通孔。
3.根据权利要求2所述的锂电池负极结构，其特征在于，所述负极极耳(1)上形成有多个凸台(3)；所述焊接增强孔(11)贯穿凸台(3)和负极极耳(1)设置。
4.根据权利要求3所述的锂电池负极结构，其特征在于，多个所述凸台(3)分布于负极极耳(1)的同一面上。
5.根据权利要求3所述的锂电池负极结构，其特征在于，多个所述凸台(3)交错分布于负极极耳(1)上相对的两个面上。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的锂电池负极结构，其特征在于，所述焊接增强孔(11)在负极极耳(1)上分布的密度为4-100个/cm2；所述焊接增强孔(11)的直径为0.02-5mm；所述凸台(3)的高度为0.02-5mm。
7.一种锂电池负极结构焊接装置，其特征在于，用于焊接如权利要求1-6中任一项所述的负极极耳(1)和负极本体(2)；所述焊接装置包括机架；所述机架上连接有焊接砧台(4)；所述机架上滑动连接有焊头(5)并且其位于焊接砧台(4)上方；所述焊接砧台(4)采用树脂材料制成或者焊接砧台(4)上朝向焊头(5)的一面连接有树脂材料层；所述焊头(5)采用树脂材料制成或者焊头(5)上朝向焊接砧台(4)的一面连接有树脂材料层。
8.根据权利要求7所述的锂电池负极结构焊接装置，其特征在于，所述树脂材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚甲醛或聚醚醚酮。
9.根据权利要求7所述的锂电池负极结构焊接装置，其特征在于，所述树脂材料层的厚度为0.1-20mm。
10.一种锂电池负极结构焊接方法，其特征在于，采用如权利要求7-9中任一项所述的锂电池负极结构焊接装置；所述焊接方法包括如下步骤：
S1：使所述负极极耳(1)和负极本体(2)均放置于焊接砧台(4)上，并使所述负极极耳(1)设置在负极本体(2)的待焊接位；
S2：使所述焊头(5)向焊接砧台(4)滑动，对所述负极极耳(1)和负极本体(2)施加0.1-5Mpa的压力以实现压焊，并且焊接时长为1-99s。
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