CN204441381U

CN204441381U - 二次电池用导电连接片及多组元复合金属带材

Info

Publication number: CN204441381U
Application number: CN201520048707.XU
Authority: CN
Inventors: 徐卓辉
Original assignee: Shenzhen Nonfemet Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Zhongjin Lingnan Xinyue New Material Co ltd
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2025-01-23

Abstract

本实用新型涉及二次电池用导电连接片及多组元复合金属带材，该多组元复合金属带材从上表面到下表面依次由第一镍层、第一铜层、不锈钢层、第二铜层和第二镍层组成，相邻层物理冶金键合，该多组元复合金属带材的厚度为0.1～0.3mm，第一镍层、第一铜层、第二铜层和第二镍层与整个复合金属带材的厚度比分别为0.5％～5％、10％～20％、10％～20％、0.5％～5％。该导电连接片由上述多组元复合金属带材冲压制成。该多组元复合金属带材的电阻点焊性、导电性、柔韧性、耐蚀性等综合性能优异且性价比高，能适应大电流容量电池的应用。

Description

二次电池用导电连接片及多组元复合金属带材

技术领域

本实用新型涉及二次电池领域的导电连接片，更具体地说，涉及镍镉、镍氢、锂离子、锂聚合物、组合电池等电池领域中大电流容量电池所使用的导电连接片，并涉及用于制备该导电连接片的多组元复合金属带材。

背景技术

目前在镍镉、镍氢、锂离子、锂聚合物、组合电池等电池领域的内部极耳、电池组的连接片等行业中需大量采用导电连接材料，目前内部极耳大多采用纯镍，外连接片则大多采用镀镍钢，少量使用纯镍。

纯镍具有较好的综合性能，但其较高的成本(镍本身属于战略性金属资源)、不太好的导电性(只有纯铜的1/5)限制了其在大功率或高倍率电池产品的应用。而镀镍钢带(包括普通镀镍钢带与渗透式镀镍钢带)存在以下一些至今还很难解决的问题，使之也无法应用于较大电流容量的电池产品：

1、在必要的电镀或化学镀制造过程中，需要使用和排放大量酸、碱等化学物质而对环境污染十分严重，即使采用了排放处理，间接增加了生产成本。

2、抗腐蚀性差。镀覆镍材的镍层厚度一般在0.3～5μm间，越厚的镀镍层与基体结合强度会越弱，表层多少都存在一定的孔隙率(至少在2％以上)，因此难以通过严格的盐雾测试，另外在后续加工和应用过程存在覆镍层局部易剥落的现象。

3、导电性不佳。由于基体的钢本身导电性就较纯镍低，再加上表层镍层的不致密性和纯度较低(一般镀镍层的镍层纯度不超过95％)，使得其导电性较纯镍更差。

一些采用多层复合金属材料制备导电连接片的方案也存在这样或那样的一些问题，影响其应用于大电流容量电池的推广效果。例如，中国专利CN200510008602.2提出了一种五层或五层以上由镍、铜、不锈钢或低碳钢组合而成的复合金属，其设计原理是表层为镍，而中间层由铜和不锈钢组成，其性能尽量接近甚至部分优于纯镍，但该方案未考虑到用该材料制备的导电连接片的点焊问题，因此即使制备出来材料，当其导电性太好时并不能焊接稳定；其采用轧制复合方法时表层镍层的厚度在5％以上，材料成本较高；如采用表层镀覆0.3～6μm镍层的工艺，则又无法解决前述电镀工艺所带来的诸多问题。另外一些公司所开发的三层复合金属Ni/Cu/Ni材料，在成本方面较纯镍高，也难以推广。

实用新型内容

鉴于现有技术存在的上述缺陷，本实用新型的目的是提供一种二次电池用导电连接片及用于制备该导电连接片的多组元复合金属带材，其电阻点焊性、导电性、柔韧性、耐蚀性等综合性能优异且性价比高，能适应大电流容量电池的应用。

本实用新型的技术方案为：

一种多组元复合金属带材，其从上表面到下表面依次由第一镍层、第一铜层、不锈钢层、第二铜层和第二镍层组成，相邻层物理冶金键合，该多组元复合金属带材的厚度为0.1～0.5mm，第一镍层、第一铜层、第二铜层和第二镍层与整个复合金属带材的厚度比分别为0.5％～5％、10％～20％、10％～20％、0.5％～5％。

在上述的多组元复合金属带材中，优选地，第一镍层、第一铜层、第二铜层和第二镍层与整个复合金属带材的厚度比分别为2％～4％、13％～17％、13％～17％、2％～4％。

在上述的多组元复合金属带材中，优选地，所述第一镍层和第二镍层的厚度相等。

在上述的多组元复合金属带材中，优选地，所述第一铜层和第二铜层的厚度相等。

在上述的多组元复合金属带材中，优选地，所述第一镍层和第二镍层的镍纯度不小于99.5％。

本实用新型提供的二次电池用导电连接片由上述任意一项的多组元复合金属带材冲压制成。在一些方案中，例如当整体材料电阻率不大于6μΩ·cm时，优选在所述导电连接片上待焊接位置设置助焊缝。所述助焊缝的宽度优选1～2mm。更优选地，在所述待焊接位置上所述助焊缝的周围设置助焊凸点。

本多组元复合金属带材具有以下优点：

1、各层的材料及厚度比例的设计，使整体材料的导电性、焊接性更优异且材料性价比更高。具体而言，在设计中充分发挥了层状复合材料对于各组元“取长补短，各尽其用”的整体效应优势，达到了综合性能优于现有材料且成本价格较低的整体效果。各组元材料基本特性的定性评估见表1，其中复合金属的电阻率、价格等计算公式如下：

电阻率ρ

- \frac{1}{ρ} = Σ_{i = 1}^{n} \frac{t_{i}}{ρ_{i}}

价格P

- P = Σ_{i = 1}^{n} t_{i} P_{i}

其中即各层的层厚比例总和为1。

表1 各组无材料的优点及短板

组元	导电性	焊接性	耐蚀性	成本
					纯镍	中等	全面	优异	高
304(奥氏体)不锈钢	差	不易焊锡	良好	低
					430(铁素体)不锈钢	差	不易焊锡	良好	低
纯铜	佳	不能点焊钢壳	易变色	中等

综合上述可见，表层选用占总厚不到5％的纯镍可尽量地降低材料成本；而第一铜层和第二铜层各占总厚10％～20％的厚度比例范围选择则综合考虑了整体材料的导电性、焊接性及材料成本设计要求；

2、由于各层之间为牢固的物理冶金键合，确保减少了材料的局部接触电阻，从而提高整个复合材料的导电性。导电连接片在应用过程中的温升已成为衡量电池质量好坏的关键指标之一，物理冶金键合性质的层状复合材料其组织最为致密，因而也最有利于提高材料导电特性；

3、由于表层为致密的超薄且高纯度的纯镍层，使得本多组元复合材料具有优良的耐蚀可靠性，这是电镀工艺制备所得到的非完全致密特性且镍纯度低于99％的镍层无法可比的；

4、由于中间层采用相对较硬的组元材料(不锈钢)，使得相对于镍/不锈钢/铜/不锈钢/镍结构的多组元层状材料，本多组元复合材料柔韧性更好。

由于在导电连接片上待焊接位置设置助焊缝和/或助焊凸点，使得导电连接片具有更好的点焊性能。

附图说明

图1是实施例1多组元复合金属带材的横截面结构示意图；

图2a-2b是一种导电连接片的结构示意图，其中图2a为主视图，图2b为侧视图；

图3a-3b是另一种导电连接片的结构示意图，其中图3a为主视图，图3b为侧视图。

具体实施方式

实施例1：

参见图1，本多组元复合金属带材从上表面到下表面依次由第一镍层11、第一铜层12、不锈钢层13、第二铜层14和第二镍层15组成，即，本多组元复合金属带材为镍/铜/不锈钢/铜/镍五层结构，相邻层物理冶金键合，本多组元复合金属带材的厚度为0.25mm，第一镍层11、第一铜层12、第二铜层14和第二镍层15与整个复合金属带材的厚度比分别为4.5％、15％、15％、4.5％，不锈钢层13与整个复合金属带材的厚度比为61％，即，第一镍层11和第二镍层15的厚度相等，第一铜层12和第二铜层14的厚度相等。其中，镍的纯度为99.6％，铜为含铜重量百分比在99.50％以上的纯铜，不锈钢为铁素体不锈钢(Cr17)。

上述多组元复合金属带材经冲压后即可制得导电连接片。图2a-2b示出了用上述多组元复合金属带材制得的一种导电连接片的结构，该导电连接片可应用于电动工具用SC型锂电电池组合连接片。

参照图2a-2b，该导电连接片上待焊接位置21设置助焊缝22，助焊缝22的外端23敞口，助焊缝22的宽度为1mm，同时，待焊接位置21上助焊缝22的周围打有四个助焊凸点24。助焊缝22用于解决低电阻率下(该多组元复合金属带材的平均电阻率为5.3μΩ.cm)点焊过程的分流问题，使得焊接电流所产生的能量足够在待焊接处形成焊核。而助焊凸点24是用于进一步提高连接片的点焊性，这是由于助焊凸点24处的电流密度更加集中因而有利于焊核的形成。

制备方法：S1、制备层状复合金属带材。采取先复合最外层镍/铜层，将复合后的两个镍/铜层再与中间层Cr17制成五层叠合板带进行复合，复合后采取扩散退火热处理，再反复轧制和中间软化退火，最终制得成品厚度的五层复合金属带材；S2、将复合金属带材进行冲压，制得导电连接片。此工艺路线成熟，生产成本低且效率高。

对上述导电连接片测试证明：其整体材料的平均电阻率为5.3μΩ.cm；点焊至SC电池其焊接拉拔力达到10Kgf；通过96小时的盐雾测试(5％NaCl溶液，PH6.5～7.2中性)；180度折弯弯断次数达到6次。其综合性能完全优于原设计的MF202及纯镍材料。

实施例2：

实施例2的多组元复合金属带材从上表面到下表面依次由第一镍层、第一铜层、不锈钢层、第二铜层和第二镍层组成，即，本多组元复合金属带材为镍/铜/不锈钢/铜/镍五层结构，相邻层物理冶金键合，本多组元复合金属带材的厚度为0.15mm，第一镍层、第一铜层、第二铜层和第二镍层与整个复合金属带材的厚度比分别为5％、10％、10％、5％，不锈钢层与整个复合金属带材的厚度比为70％，即，第一镍层和第二镍层的厚度相等，第一铜层和第二铜层的厚度相等。其中，镍的纯度为99.6％，铜为含铜重量百分比在99.50％以上的纯铜，不锈钢为铁素体不锈钢(Cr17)。

图3a-3b示出了用实施例2的多组元复合金属带材冲压制得的一种导电连接片的结构，该导电连接片可应用于电动自行车用18650型锂电电池组合连接片。

参照图3a-3b，该导电连接片上待焊接位置31设置助焊缝32，助焊缝32的外端33敞口，助焊缝32的宽度为1mm。在助焊缝32的周围没有设置助焊凸点。

制备过程与实施例1基本相同，只是冲压无需打凸点。

对上述导电连接片测试证明：其整体材料的平均电阻率为7.3μΩ.cm；点焊至18650型锂电电池其焊接拉拔力达到7Kgf；通过96小时的盐雾测试(5％NaCl溶液，PH6.5～7.2中性)；180度折弯弯断次数达到10次。其综合性能完全满足电池应用要求且优于原设计的纯镍连接片材料。

Claims

1.一种多组元复合金属带材，其特征在于：该多组元复合金属带材从上表面到下表面依次由第一镍层、第一铜层、不锈钢层、第二铜层和第二镍层组成，相邻层物理冶金键合，该多组元复合金属带材的厚度为0.1～0.5mm，第一镍层、第一铜层、第二铜层和第二镍层与整个复合金属带材的厚度比分别为0.5％～5％、10％～20％、10％～20％、0.5％～5％。

2.根据权利要求1所述的多组元复合金属带材，其特征在于：第一镍层、第一铜层、第二铜层和第二镍层与整个复合金属带材的厚度比分别为2％～4％、13％～17％、13％～17％、2％～4％。

3.根据权利要求1所述的多组元复合金属带材，其特征在于：所述第一镍层和第二镍层的厚度相等。

4.根据权利要求1所述的多组元复合金属带材，其特征在于：所述第一铜层和第二铜层的厚度相等。

5.根据权利要求1所述的多组元复合金属带材，其特征在于：所述第一镍层和第二镍层的镍纯度不小于99.5％。

6.一种二次电池用导电连接片，其特征在于：该导电连接片由权利要求1～5中任意一项所述的多组元复合金属带材冲压制成。

7.根据权利要求6所述的二次电池用导电连接片，其特征在于：所述导电连接片上待焊接位置设置助焊缝。

8.根据权利要求7所述的二次电池用导电连接片，其特征在于：所述助焊缝的外端敞口。

9.根据权利要求7所述的二次电池用导电连接片，其特征在于：所述助焊缝的宽度为1～2mm。

10.根据权利要求7所述的二次电池用导电连接片，其特征在于：所述待焊接位置上所述助焊缝的周围设置助焊凸点。