CN203056007U - 镶嵌复合金属结构极耳单体及排式极耳 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及镶嵌复合金属结构极耳单体及排式极耳，该极耳单体呈长条片状，整体厚度为0.05～0.3mm，包括条状的铝基片以及铝基片一端或中间位置的易焊接部，其中，所述铝基片一端或中间位置的至少一面具有凹部，所述易焊接部是轧制结合在所述凹部的易焊接层，易焊接层的侧部和整个底部与铝基片的凹部形成物理冶金层，易焊接层的厚度占极耳单体总厚度的1%～95%。该排式极耳由复数个上述极耳单体用极耳胶组合而成。该极耳结合强度高，接触电阻小，制造工序成本低、易于实现。

Description

镶嵌复合金属结构极耳单体及排式极耳

技术领域

本实用新型涉及电池极耳，更具体地说，涉及聚合物、液态软包装、硬壳锂离子电池电芯用极耳。

背景技术

目前，聚合物、液态软包装、硬壳锂离子电池电芯用正极耳大都采用铝极耳，众所周知，极耳需要与电池管理线路保护板或电线进行焊接，但铝与保护板或电线上的锡无法实现良好焊合。为解决此问题，现有工艺方案绝大多数采用激光焊或超声焊接将一段镍片以搭接方式转焊至铝极耳的外露端，通过转焊好的镍片再与线路保护板或电线上的锡进行连接。这种转焊搭接方式又带来以下四方面问题：1、激光或超声焊点所形成的凹凸痕迹影响电芯的外观；2、铝与镍之间的焊结点实际接触面积与两者（铝与镍）之间搭接所形成的叠合总面积相比比例较小，意味着接触电阻大不利于电芯内阻降低；3、转焊工序的增加意味着电芯制作的生产成本增加，质量不稳定性同时增加；4、转焊后的极耳在搭接处附近极易出现虚焊、脱焊甚至折断现象。

除了上述铝极耳转焊镍片方式外，在同一领域国内外还发展了数种其它技术方案。主要有以下几大类。

一、铝极耳镀覆镍型。如中国发明专利申请201010241631.4、200810236321.6、201110308950.7均属于此类，它们能够节省转焊镍的工序，但镀覆工艺一方面存在电镀或化学镀技术所固有存在的镀层与基材结合不可靠、不牢固、镀层偏薄影响最终焊锡效果的严重问题；另一方面镀覆过程中大量的化学废液使用和排放会对周边环境造成污染难，因此该类技术方案并没有真正得到批量推广应用。

二、搭接式转焊铜，如中国实用新型专利201120357203.8，同样存在上述搭接式转焊镍的缺陷。

三、在铝和镍叠合部位热熔材料形成一体化。如，中国发明专利申请200510122316.9采用有机高分子类型的热熔材料将铝极耳与镍在叠合位置进行包裹式熔合, 这种方式实际上只能保证热熔材料本身的熔合，而热熔体里面的铝和镍由于没有相互塑性变形因而难以真正形成相互牢固结合，铝镍两者之间的接触电阻显然非常大，造成整体电芯内阻增加，而且在电芯正极耳露出端突出的热熔体块外形破坏了电池产品的整体美观性。

四、异型复合金属型极耳。美国专利US2011/0274964提供了一种异型复合金属型极耳解决方案，该方案是用复合法生产出面复合结构的铝/铜复合金属材料（如图1中的a部分所示），再将局部的铜层部分采用蚀刻、刨削、机械成型方式除去，最终制备出异型复合金属型极耳（如图1中的b部分所示）,图1中虚线表示的部分为去除的铜层。这种极耳一端（在电芯包装袋内）为铝，而另一端（露出电芯部分）则是在铝基材的基础上复合了用于改善与线路板焊接的一层铜材，即，极耳两端厚度不同且材质也不同。但是，锂离子电池极耳整体厚度一般在0.05～0.3mm范围，显然在如此薄的面复合结构材料的基础上再要准确除去局部位置的铜复合层的可实现性很小、成本很高，因而并不现实。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种复合金属结构极耳单体及排式极耳，以解决现有极耳存在的上述接触电阻大、工序成本高、结合强度低、可靠性差、影响产品美观等问题。

为达上述目的，发明人运用其丰富的专业知识和经验，经过长期研究和实践，创新性地提出了采用轧制复合法制备铝基镶嵌复合金属结构材料的工艺方案，进而提出了本实用新型的技术方案。

本实用新型提供了一种免转焊的镶嵌复合金属结构极耳单体，该极耳单体呈长条片状，整体厚度为0.05～0.3mm，该极耳单体包括条状的铝基片以及设置于该铝基片一端或中间位置的易焊接部，其中，所述铝基片一端或中间位置的至少一面具有凹部，所述易焊接部是轧制结合在所述凹部的易焊接层，易焊接层的侧部和整个底部与铝基片的凹部形成物理冶金层，易焊接层的厚度占极耳单体总厚度的1%～95%。

优选地，所述易焊接层为纯度不小于99.80%的镍层。

优选地，所述易焊接层为铜层。

优选地，所述易焊接层的厚度占极耳单体总厚度的20%～70%。

本实用新型极耳单体有易焊接层的部分和没有易焊接层的部分的厚度相等。

本实用新型还提供了一种排式极耳，它包括复数个上述的极耳单体，复数个极耳单体沿宽度方向并排且有间隔地设置，复数个极耳单体的铝基片上靠近易焊接层处热帖合极耳胶将该复数个极耳单体连结为一个整体。

本实用新型极耳的易焊接层和铝基片采用轧制工艺复合为一体，易焊接层的侧面和整个底面与铝基片的凹部形成物理冶金层，不但使二者牢固地结合为一个整体，结合强度高，可靠性好，而且接触电阻小。同时，其没有焊接点、包覆用的热熔材料等，整体厚度相同，表面平整，不会影响电池的美观。此外，其制造工序成本低，易于实现，绿色环保。

附图说明

图1为现有异型复合型极耳的制备过程的示意图；

       图2为本实用新型一些实施例制得的排式极耳的结构示意图； 

       图3为图1的A-A向剖视图；

       图4为本实用新型另一些实施例制得的排式极耳的结构示意图； 

       图5为图4的B-B向剖视图。

具体实施方式

本实用新型构造的免转焊的镶嵌复合金属结构极耳，可用于锂离子电芯。该镶嵌复合金属结构极耳的基材为铝，而在铝基材一端或中间位置的两面或单面镶嵌易焊接层（如镍、铜等），铝基材与易焊接层在侧面及底面形成物理冶金层牢固结合，易焊接片占极耳总厚度比例可以为1%～95%。极耳总厚度可以为0.05～0.3mm。

其制造方法如下：S1、将易焊接金属带镶嵌在铝带表面的槽内，轧制，复合成铝基镶嵌易焊接金属带的复合金属带材；S2、对所述复合金属带材连续光亮退火和轧制，使其满足最终极耳单体硬度和厚度要求；S3、根据极耳单体的长度和宽度剪切，制得极耳单体；S4、对极耳单体进行表面除油、钝化和烘干处理。

铝与其它常用金属（如铜、镍等）组合时，存在物理性能差异大、容易形成金属间化合物等许多不利于制备出复合金属产品的因素，必须考虑并予以解决。根据材料基础理论：金属纯度越高，再结晶软化温度越低，反之亦然。当选用镍带做易焊接带时，为了保证镍片和铝片的牢固结合，镍带的纯度必须保证在99.80%（重量百分比）以上，此时复合后的连续光亮退火其镍组元的完全软化温度低于铝的熔点660℃，使得镍与铝组元在整体复合金属中完全可实现同时软化的效果。当镍材纯度在95%～99.79%时，在后续的连续光亮软化退火过程及加工至成品时将无法实现复合金属中组元铝和镍材同时达到全软态的效果，而铝和镍同时达到全软态是使它们牢固结合所必须的。

在制得极耳单体后，将复数个极耳单体沿宽度方向并排且有间隔地设置，在极耳单体的铝表面（即无镍或铜的位置）的合适位置热封贴极耳胶，即制得排式极耳。对于铝基镶嵌镍的复合金属结构极耳，选择在铝表面热封贴极耳胶是为了尽量节省极耳中用镍量。对于铝基镶嵌铜的复合金属结构极耳，选择在铝表面热封贴极耳胶是为了避免热封过程将铜氧化。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

实施例1：图2示意性地表示了一种免转焊的铝基镶嵌镍复合金属结构的排式极耳，可用于锂离子电芯。图3示出了其A-A剖面结构。如图2和3所示，本排式极耳由复数个极耳单体1沿宽度方向并排且有间隔地设置，通过在复数个极耳单体1的铝基片11上靠近易焊接层12处热帖合极耳胶2将该复数个极耳单体1连结为一个整体而制得。其中，极耳单体1呈长条片状，尺寸为0.1 mm (厚)×4 mm（宽）×70 mm（长），该极耳单体1包括条状的铝基片11以及设置于该铝基片11一端的易焊接部，铝基片11一端的两面均具有凹部13，所述易焊接部是轧制结合在该凹部13的易焊接层（镍层）12，易焊接层12的侧部和整个底部与铝基片11的凹部13形成物理冶金层，每面的易焊接层12的厚度占极耳单体1总厚度的25%。极耳胶2宽4mm、厚0.1mm。使用时，极耳的复合易焊接层12的一端露出电芯铝塑包装袋外，露出的长度约为16mm。下面说明其制备方法。

S1、选择牌号1060、厚1.5mm、宽150mm的铝带，纯度为99.95%、厚0.3mm、宽30mm的高纯镍带，作为原料进行复合。沿铝带的长边方向，在铝带两面的中间位置均刨出深0.3 mm、宽30 mm的矩形槽。将高纯镍带镶嵌在铝带表面的矩形槽内，轧制，复合成铝基镶嵌镍带的复合金属带材。轧制复合温度为150℃，轧制出口厚度为0.75mm(即轧制变形率为50%)。

S2、对铝基镶嵌镍带复合金属带材连续光亮退火和轧制，使其满足最终极耳单体硬度和厚度要求。将复合后的带材经过保温600℃、退火速度3米/分钟的连续光亮退火，然后经过5道次轧制至0.4mm再进行连续光亮退火，继续进行轧制。如此反复连续光亮退火（共3次）和多道次轧制，过程中连续光亮退火的参数为：保温600℃、退火速度5米/分钟，最终轧至成品尺寸0.1mm后进行连续光亮退火，成品连续光亮退火参数为：保温600℃、退火速度6米/分钟。这样复合带材既满足了最终极耳的硬度为软态的性能要求，又满足了极耳最终所需厚度尺寸的要求。

S3、根据极耳单体的长度和宽度剪切，制得极耳单体。成品退火后的铝基镶嵌复合带材以对半纵向（即铝带的长边方向）剪切方式剪切，得到两条宽70mm的窄带,该窄带特征为：基片为铝，而沿带材宽度方向在铝基片11两面的一端均镶嵌有宽度为15mm的镍层12，镍层12的侧面和整个底面与铝牢固结合，每面的镍层12厚度占总厚比例约25%。这样的窄带满足了极耳最终所需长度尺寸的要求。然后，用精密剪切机对窄带进行横向剪切，得到多条宽度为4mm的极耳单体。

S4、横向剪切好的极耳单体送入超声波清洗除油槽除油、钝化液槽钝化，最后送入温度为80℃烘干箱进行烘干处理。

S5、在极耳单体的铝基片两表面无镍的位置（距电芯极耳外露端头约16mm处）热封贴0.1mm（厚）×4mm(宽)的极耳胶2，这样就制得了优质排式极耳。

实施例2：一种免转焊的铝基镶嵌铜复合金属结构的排式极耳，可用于锂离子电芯，其结构如图2和3所示，由复数个极耳单体1沿宽度方向并排且有间隔地设置，通过在复数个极耳单体1的铝基片11上靠近易焊接层12处热帖合极耳胶2将该复数个极耳单体1连结为一个整体而制得。其中，极耳单体1呈长条片状，尺寸为0.2 mm (厚)×5 mm（宽）×60 mm（长），该极耳单体1包括条状的铝基片11以及设置于该铝基片11一端的易焊接部，铝基片11一端的两面均具有凹部13，所述易焊接部是轧制结合在该凹部13的易焊接层（铜层）12，易焊接层12的侧部和整个底部与铝基片11的凹部13形成物理冶金层，每面的易焊接层12的厚度占极耳单体1总厚度的25%。极耳胶2宽4mm、厚0.1mm。使用时，极耳的复合易焊接层12的一端露出电芯铝塑包装袋外，露出的长度约为15mm。下面说明其制备方法。

S1、选择牌号1060、厚2.0mm、宽130mm的铝带，牌号C10200、厚0.3mm、宽26mm的紫铜带，作为原料进行复合。沿铝带的长边方向，在铝带两面的中间位置均刨出深0.3 mm、宽26 mm的矩形槽。将紫铜带镶嵌在铝带表面的矩形槽内，轧制，复合成铝基镶嵌铜带的复合金属带材。轧制复合温度为100℃，轧制出口厚度为0.60mm(即轧制变形率为70%)。

S2、对铝基镶嵌铜带复合金属带材连续光亮退火和轧制，使其满足最终极耳单体硬度和厚度要求。将复合后的带材经过保温550℃、退火速度3米/分钟的连续光亮退火，然后经过8道次轧制至0.2mm进行成品连续光亮退火，成品连续光亮退火参数为：保温600℃、退火速度6米/分钟。这样复合带材既满足了最终极耳的硬度为软态的性能要求，又满足了极耳最终所需厚度尺寸的要求。

S3、根据极耳单体的长度和宽度剪切，制得极耳单体。成品退火后的铝基镶嵌复合带材以对半纵向剪切方式剪切，得到两条宽60mm的窄带，该窄带特征为：基片为铝，而沿带材宽度方向在铝基片11两面的一端均镶嵌有宽度为13mm的铜层12，铜层12的整个底面和侧面与铝牢固结合，每面的铜层12厚度占总厚比例约25%。这样的窄带满足了极耳最终所需长度尺寸的要求。然后，用精密剪切机对窄带进行横向剪切，制得多条宽度为5mm的极耳单体。

S4、横向剪切好的极耳单体送入超声波清洗除油槽除油、钝化液槽钝化，最后送入温度为80℃烘干箱进行烘干处理。

在极耳单体的铝基片两表面无铜的位置（距电芯极耳外露端头约15mm处）热封贴0.1mm（厚）×4mm(宽)的极耳胶2，这样就制得了优质排式极耳。

实施例3：一种免转焊的铝基镶嵌铜复合金属结构的排式极耳，可用于锂离子电芯，其结构如图4和图5所示，由复数个极耳单体4沿宽度方向并排且有间隔地设置，通过在复数个极耳单体4的铝基片41上靠近易焊接层42处热帖合极耳胶2将该复数个极耳单体4连结为一个整体而制得。其中，极耳单体4呈长条片状，尺寸为0.2 mm (厚)×5 mm（宽）×120 mm（长），该极耳单体4包括条状的铝基片41以及设置于该铝基片41中间位置的易焊接部，铝基片41中间位置的两面均具有凹部43，所述易焊接部是轧制结合在该凹部43的易焊接层（铜层）42，易焊接层42的侧部和整个底部与铝基片41的凹部43形成物理冶金层，每面的易焊接层42的厚度占极耳单体4总厚度的25%。极耳胶2宽4mm、厚0.1mm。具体装配到电芯时，需要将如图4所示结构的排式极耳沿其中心线（图4中的点画线）切开（即一分为二），实际上就可得到如实施例2同样的应用效果。

实施例3排式极耳的制备过程与实施例2基本相同，其差别只是剪切工序（步骤S3）不同，在实施例2中，剪切工序包括对铝基镶嵌复合带材以对半纵向剪切方式剪切；而在实施例3中，剪切工序不包括对铝基镶嵌复合带材以对半纵向剪切方式剪切。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.免转焊的镶嵌复合金属结构极耳单体，呈长条片状，整体厚度为0.05～0.3mm，该极耳单体包括条状的铝基片以及设置于该铝基片一端或中间位置的易焊接部，其特征在于：所述铝基片一端或中间位置的至少一面具有凹部，所述易焊接部是轧制结合在所述凹部的易焊接层，易焊接层的侧部和整个底部与铝基片的凹部形成物理冶金层，易焊接层的厚度占极耳单体总厚度的1%～95%。

2.根据权利要求1所述的免转焊的镶嵌复合金属结构极耳单体，其特征在于：所述易焊接层为纯度不小于99.80%的镍层。

3.根据权利要求1所述的免转焊的镶嵌复合金属结构极耳单体，其特征在于：所述易焊接层为铜层。

4.根据权利要求1所述的免转焊的镶嵌复合金属结构极耳单体，其特征在于：所述易焊接层的厚度占极耳单体总厚度的20%～70%。

5.根据权利要求1所述的免转焊的镶嵌复合金属结构极耳单体，其特征在于：该极耳单体有易焊接层的部分和没有易焊接层的部分的厚度相等。

6. 一种排式极耳，其特征在于：包括复数个权利要求1至5任意一项所述的极耳单体，复数个极耳单体沿宽度方向并排且有间隔地设置，复数个极耳单体的铝基片上靠近易焊接层处热帖合极耳胶将该复数个极耳单体连结为一个整体。

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