CN205050907U - 一种多电池组用的汇流片 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及多电池组用的汇流片，该汇流片由高导热的金属层和易点焊钢壳的金属层通过物理冶金键合方式而非焊接方式在各接触面牢固结合而成，其上成横、列间隔分布有与单体电池数量对应的若干电阻点焊区域；每一个电阻点焊区域具有通过蚀刻去除高导热的金属层形成的易点焊金属片；其中，所述的高导热的金属层为铜层或铝层，所述的易点焊金属层为低碳钢层或镍层。本方案解决了现有多电池用的汇流片存在的金属导电性与点焊性的矛盾问题，具有生产效率高、成本降低、抗蚀性强等显著优势，在某些特殊应用要求情况下还具有减重明显的特点。该汇流片但易于焊接，导电性好，能满足高倍率及动力电池等大容量应用场合。

Description

一种多电池组用的汇流片

技术领域

本实用新型涉及一种多电池组用的汇流片，该汇流片可广泛用于一次及二次电池领域，尤其是能满足动力电池及储能电池等大容量应用场合。

背景技术

近年来动力电池及储能电池的应用和发展非常迅猛，而其中圆柱电池尤其是18650电池以其产品成熟工艺稳定、成本较低、设计灵活等特点在锂离子电池应用中占有重要的一席之地。为了获得更高的工作电流，往往几十甚至上百个18650圆柱单体电池需要通过汇流片进行连接构成组合，然而传统组合电池用汇流片如纯镍难以满足动力电池及储能电池对大电池条件下电池性能和安全的应用需要，急需设计兼备有高导热和优异焊接特性的材料来解决上述问题。

为打破铜基体转焊镍片的传统汇流片材料结构设计，申请号为201520063826.2的中国实用新型专利提出了一种全新的复合金属材料结构的汇流片：它由铜和耐蚀易焊层（镍或不锈钢）所组成，在待焊接区域无铜层或少量比例铜层，使得该区域全部或大多为耐蚀易焊层，而其它非电阻点焊区域仍保持为铜和耐蚀易焊层，铜和易焊层之间的接触面实质为物理冶金键合而非通过激光或超声连接的结构，这样的汇流片异质金属之间无接触电阻同时也避免了虚焊问题。但在推广应用中仍存在一些局限性问题：1、铜/镍组合的复合金属型汇流片由于其中镍价格往往是铜的2~3倍，因而该种结构设计的汇流片虽然具有优异的导热和焊接综合特性，但其材料总成本让许多用户难以接受；2、铜/不锈钢组合的复合金属型汇流片虽然材料成本不太高且不锈钢的点焊性较镍还要好，但由于不锈钢的导电性往往只有纯镍的1/7~1/8，因而该汇流片的导热特性较类似层厚比例的铜/镍复合金属型汇流片要差一些；3、铜基体表面即使有镍层保护，但该方案中的铜层侧面并没有镍保护层，因而对耐蚀性而言存在一定隐患；4、在车辆某些需要尽量减重的情况下，以铜基为主的汇流片并不适宜应用。

发明内容

鉴于现有技术存在的上述缺陷，本实用新型提供一种多电池组用的汇流片，该汇流片不但易于焊接，导电性好，能满足高倍率及动力电池等大容量应用场合，而且生产效率高，成本低。

本实用新型提供的多电池组用的汇流片，其特征在于：该汇流片由铜层或铝层，与易点焊钢壳的低碳钢层或镍层通过物理冶金键合方式而非焊接方式在各接触面牢固结合而成，其上成横、列间隔分布有与单体电池数量对应的若干电阻点焊区域；每一个电阻点焊区域具有通过蚀刻去除铜层或铝层形成的易点焊金属片。其中，所述汇流片的外表面可以包覆一层薄镍层。

在所述电阻点焊区域以外的区域部分（即非电阻点焊区域），所述铜层或铝层的厚度占总厚度的比例为60%～90%。

所述电阻点焊区域的易点焊金属片上设置有助焊缝和/或凸点。

所述易点焊金属片的厚度不大于所述电阻点焊区域以外的区域部分（即非电阻点焊区域）的低碳钢层或镍层的厚度。

所述易点焊金属片是对铜带或铝带单面复合低碳钢的层状复合金属进行选择性蚀刻去除铜层或铝层，形成仅有低碳钢层的电阻点焊区域并向外冲压成型的。

所述易点焊金属片也可以是对铝带单面复合镍的层状复合金属进行选择性蚀刻去除铝层形成的。

由于铝的密度只有铜的1/3，而其导电散热能力为铜的60%，因此在某些应用如需要尽量降低汇流片材料重量情况下，本实用新型另外提出两种具体技术方案：1）选用铝作为高导热散热层而点焊层为低碳钢，然后在整个铝及低碳钢表面镀覆上镍层；2）选用铝作为高导热散热层而点焊层为镍层。

本实用新型选用低碳钢作为点焊层金属具有以下优点和效果：

1）较好的导电性，低碳钢导电性为14%IACS只比纯镍（20%IACS）稍差，但较不锈钢材料(2%~3%IACS)而言其导电性提高4~5倍以上；

2）其加工性能较好，与高导热金属铜或铝制备成层状复合金属的技术难度较小；

3）在钢整个面（包括侧面）覆有薄镍层不但具有良好的点焊性，而且大大提高材料的耐蚀性，更进一步的是较单独将纯镍作为点焊层而言，钢覆镍的设计有利于降低成本。

本实用新型解决了现有多电池用的汇流片存在的金属导电性与点焊性的矛盾问题，具有生产效率高、成本降低、抗蚀性强等显著优势，在某些特殊应用要求情况下还具有减重明显的特点。该组合汇流片但易于焊接，导电性好，能满足高倍率及动力电池等大容量应用场合。

附图说明

图1是实施例1汇流片的整体外形示意图；

图2为其一个电阻点焊区域附近的截面图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图以及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。理当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

图1示意性地表示了实施例1汇流片的结构，本汇流片是一种可连接4*5个18650电池的汇流片，整体厚度为0.8mm。图2中示意性地表示了该汇流片一个电阻点焊区域附近的断面结构。

图1中1为易点焊金属片（点焊金属层），2为一字形助焊缝，3为非电阻点焊区域（即电阻点焊区域以外的部分），4为电阻点焊区域，5为极耳圆孔。

参见图1和图2，本汇流片为层状复合金属材质的汇流片，所述层状复合金属包括铜层6和复合于铜层6的易焊金属钢层12，然后铜层1与易焊钢层12的整个外表面都有镀覆镍层11。汇流片上用于焊接电池的区域称为电阻点焊区域，其它区域部分称为非电阻点焊区域。

为了进一步提高焊接性能，在电阻点焊区域4的易点焊金属片1上进一步设置了助焊缝2（可以防止焊接时过大的分流）。

在实施例1中，构成汇流片的层状复合金属是一种铜带单面复合SPCC钢的层状复合金属。

参照图1－2，本汇流片的一种具体制备过程如下：

S1、制备铜/钢层状复合金属带材。具体地说，将1.2mm(厚)*110mm(宽)的SPCC钢（即Cr17），与3mm（厚）*110mm(宽)纯铜带（即C1100紫铜）进行叠层式固相轧制复合，轧制复合变形率为70%，复合后得到1.2mm（厚）*110mm(宽)的钢/铜复合金属带；然后对复合后的带材进行2次软化扩散退火(注：退火过程采用连续退火工艺，通氨分解气还原气氛，退火温度为850℃，退火速度按退火时厚度从厚到薄的次序依次加快，速度在2米/分～5米/分不等)及中间过程轧制，最终得到0.8mm厚的不锈钢/铜复合金属带材，其中铜层6约0.6mm厚，钢层12的厚度则约为0.2mm。

S2、对铜基层状复合金属带材进行选择性蚀刻。具体地说，将该复合金属带材进行成卷或切成板片后进行选择性区域蚀刻，即在带材或板片上与电池对应的电阻点焊区域4蚀刻掉约0.6mm厚的铜层，蚀刻后的区域呈方坑状，而在带材非电阻点焊区域3进行保护（不蚀刻）。按照与铜带材化学蚀刻类似的工艺过程(包括表面清洗、涂布感光油墨、热风预烘干、曝光、显影、补充固化、干燥、蚀刻、脱墨等步骤)对该复合金属材料进行蚀刻，蚀刻速度为0.04mm/分钟，蚀刻液用FeCl₃，蚀刻液工作温度约为45℃。

S3、对蚀刻后的复合金属带材冲压成型易点焊金属片。由于点焊要求，需要对各个点焊位置的焊接金属层通过冲压进行下沉；为保证焊接质量，对各易点焊金属片的中部增加了一条助焊缝2宽1mm，长10mm。

S4、对冲压定型后的汇流片的整个外表面（包括该片的边侧位置）进行镀镍处理（薄镍层约为1~3微米），以提高整个汇流片的耐蚀抗氧化性。

由上述步骤S1可见，钢层与铜层的复合为物理冶金键合。物理冶金键合的特点使得该汇流片的整体散热性显著提高，在应用中而不会产生局部接触电阻增大过热现象。

由上可知，在非电阻点焊区域3，铜层的厚度为0.6mm，镀镍钢层的厚度约为0.2mm，总厚度为0.8mm。在电阻点焊区域4，仅有镀镍钢层其厚度为0.15mm。通过计算可得，在非电阻点焊区域3，铜层的厚度占总厚度的75%。

上述制备出的汇流片经全面测试，其与18650钢壳电池焊接强度达到10Kgf以上，而且满足电流容量为150A的电池温升要求。

实施例2：

本汇流片是一种可连接5*6个18650电池的汇流片，整体厚度为0.8mm。

其形状与实施例1的汇流片相同，但材质（即构成汇流片的层状复合金属的组成及构造）不同。

在实施例2中，构成汇流片的层状复合金属主要包括较高比例的铝层和较薄的纯镍层。

制备该汇流片的具体过程与实施例1基本类似，只是S1工序的具体工艺参数及S2工序的蚀刻（选择性腐蚀去铝）工艺（包括蚀刻液）不同（注：这些参数通过有限的试验和现有的一些技术调整即可获得），而制备该汇流片无需冲压后的镀覆镍工序。

实施例2所制备出的汇流片经全面测试，其与18650钢壳电池焊接强度达到12Kgf以上，而且满足电流容量为150A的电池温升要求,而且该汇流片较实施例1达到了明显的减重效果。

Claims (7)

1.一种多电池组用的汇流片，其特征在于：该汇流片由铜层或铝层，与易点焊钢壳的低碳钢层或镍层通过物理冶金键合方式而非焊接方式在各接触面牢固结合而成，其上成横、列间隔分布有与单体电池数量对应的若干电阻点焊区域；每一个电阻点焊区域具有通过蚀刻去除铜层或铝层形成的易点焊金属片。

2.根据权利要求1所述的汇流片，其特征在于：所述汇流片的外表面包覆有薄镍层。

3.根据权利要求1或2所述的汇流片，其特征在于：在所述电阻点焊区域以外的区域部分，所述铜层或铝层的厚度占总厚度的比例为60%～90%。

4.根据权利要求1或2所述的汇流片，其特征在于：所述电阻点焊区域的易点焊金属片上设置有助焊缝和/或凸点。

5.根据权利要求1或2所述的汇流片，其特征在于：所述易点焊金属片的厚度不大于所述电阻点焊区域以外的区域部分的低碳钢层或镍层的厚度。

6.根据权利要求1所述的汇流片，其特征在于：所述易点焊金属片是对铜带或铝带单面复合低碳钢的层状复合金属进行选择性蚀刻去除铜层或铝层，形成仅有低碳钢层的电阻点焊区域并向外冲压成型的。

7.根据权利要求1所述的汇流片，其特征在于：所述易点焊金属片是对铝带单面复合镍的层状复合金属进行选择性蚀刻去除铝层形成的。