CN208051145U - 超声波焊头及超声波焊接设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及超声波焊头及超声波焊接设备。超声波焊头包括焊头本体和多个焊齿，至少一个所述焊齿设置成锥状结构，所述锥状结构的大端与所述焊头本体连接，所述锥状结构的小端设置有多个焊接部，所述焊接部与待焊接件接触。该方案中，通过超声波焊头的焊接，使得箔材与复合集流体相互熔合在一起，使得电芯中的电流得以输送出来。

Description

超声波焊头及超声波焊接设备

技术领域

本申请涉及储能器件加工技术领域，尤其涉及一种超声波焊头以及超声波焊接设备。

背景技术

锂电池中，通常采用铝箔作为阴极集流体，采用铜箔作为阳极集流体，随着电池行业的不断发展，可以采用具有更佳性能的集流体。

实用新型内容

随着电池行业的不断发展，出现了具有更佳性能的集流体，即，高分子与金属复合而成的复合集流体。复合集流体可以减小电池温升，降低热失控的发生风险，提高电池的安全性。但是，由于复合集流体包括由高分子材料形成的绝缘层，因此，复合集流体的极耳无法将电芯中的电流输出至电极端子，这就需要利用箔材(铝箔或铜箔)与复合集流体的极耳转接，以便将电芯中的电流输送出来。

本申请提供了一种超声波焊头及超声波焊接设备，能够实现箔材与复合集流体的极耳的连接，以将电芯中的电流输送出来。

本申请提供了一种超声波焊头，包括：

焊头本体；和

多个焊齿，

至少一个所述焊齿设置成锥状结构，所述锥状结构的大端与所述焊头本体连接，所述锥状结构的小端设置有多个焊接部，所述焊接部与待焊接件接触。

可选地，多个所述焊接部沿直线方向排布。

可选地，所述焊齿的小端开设有凹陷部，同一所述焊齿上相邻的所述焊接部通过所述凹陷部隔开，所述焊齿的大端的端面与所述凹陷部的底部之间留有预设距离。

可选地，所述凹陷部的底部形成为一条相交线，相邻两个所述焊接部关于所述相交线对称。

可选地，所述焊接部具有焊接接触面，所述焊接接触面与待焊接件接触，所述焊接接触面为正方形的平面接触面。

可选地，各所述焊齿平行排布。

可选地，相邻两个所述焊齿之间留有间隔。

可选地，所述焊头本体为T形结构，其包括垂直相接的水平段和竖直段，所述焊齿设置于所述水平段的长度方向的两侧端面，且沿垂直于竖直段的方向排布。

可选地，所述焊头本体设置成柱体结构，所述柱体结构设置有连接平面，各所述焊齿设置于所述连接平面，且沿所述柱体结构的轴向排布。

本申请还提供了一种超声波焊接设备，包括变幅杆和上述任一项所述的超声波焊头，所述超声波焊头远离所述焊齿的一端与所述变幅杆连接。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请提供了一种超声波焊头，其中，焊齿为锥状结构，其大端与焊头本体连接，小端设置有多个焊接部，焊接时，超声波发生器发射超声波，焊接部以预设的频率与待焊接件接触，使得箔材与复合集流体相互熔合在一起，使得电芯中的电流得以输送出来。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请实施例提供的超声波焊头的示意图；

图2为图1中A部位的放大视图；

图3为本申请实施例提供的超声波焊头的另一视角的示意图；

图4为本申请实施例提供的超声波焊头的另一实施例的示意图。

附图标记：

10-超声波焊头；

102-焊头本体；

1020-水平段；

1022-竖直段；

1024-连接平面；

1026-圆孔；

104-焊齿；

1040-焊接部；

1040a-焊接接触面；

1042-凹陷部；

1042a-相交线。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

需要注意的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下。

本申请提供了一种超声波焊接设备，该超声波焊接设备可以用来焊接二次电池的极片基材，极片基材包括箔材和复合集流体，箔材被焊接于复合集流体的局部，用作复合集流体的极耳。

如图1所示，超声波焊接设备包括超声波焊头10、与超声波焊头10连接的变幅杆以及与变幅杆连接的超声波发生器等(图中均未示出)，该焊接设备通过超声波振动使箔材与复合集流体相互摩擦并熔合在一起，变幅杆可以将机械振动的质点位移或速度放大，并将超声能量集中在较小的面积上，以实现聚能。

超声波焊头10包括焊头本体102以及多个焊齿104，各焊齿104均设置于焊头本体102上，焊头本体102远离焊齿104的一端与变幅杆连接。

如图2所示，多个焊齿104中，至少一个焊齿104设置成锥状结构，例如棱锥台、圆锥台。焊齿104的大端与焊头本体102连接，焊齿104的小端设置有多个焊接部1040，在焊接过程中，超声波焊头10以既定的高频率振动，各焊接部1040与待焊接件(箔材与复合集流体)接触并向待焊接件施加压力，箔材与复合集流体的金属表面相互摩擦，瞬间产生高温，进而形成分子层之间的熔合，焊接在一起。

由此可知，通过本申请提供的超声波焊头10，可以将箔材与复合集流体焊接在一起，箔材用作复合集流体的极耳，从而可以将电芯中的电流输送出来。

在图2所示的实施例中，焊齿104设置成四棱锥，每个焊齿104包括两个焊接部1040，两焊接部1040沿直线方向排布，从外形观察，焊齿104为M形焊齿，M形焊齿的两个顶端为焊接部1040，多个焊齿104即包括多个焊接部1040。焊接后，M形焊齿可以在箔材和复合集流体上形成整齐有序的焊印，且相邻焊点之间间隔的距离一致，且对于箔材与复合集流体而言，两者均为薄材，其强度较低，这样设置比较容易控制该类材料在超声波焊接过程中出现的“挤出”现象。

这里所说的“挤出”指的是原位于焊齿104处的箔材与复合集流体在超声波焊头10的下压和焊接过程中会受到焊接接触面1040a和焊接部1040的锥面的挤压产生形变而被向四周外溢的现象。

需要说明的是，焊接部1040的数量不仅限于两个，还可以多于两个，锥体结构也不限于四棱锥，还可以是三棱锥或圆锥。

请继续参考图2，焊齿104的小端开设有凹陷部1042，同一焊齿104上的相邻的焊接部1040通过凹陷部1042隔开，也就是说，凹陷部1042将焊齿104的小端分隔成多个部分，每个部分形成为一个焊接部1040。

凹陷部1042的底部不贯穿焊齿104，而是与焊齿104的大端端面保持预设距离。该方案使得各焊接部1040在靠近大端的一侧保持为一体式结构，而是仅在焊齿104的小端彼此分离，这一方案增加了焊接部1040根部的强度，减小了焊接部1040在高频振动中断裂或弯曲的风险。

一种实施例，凹陷部1042的底部在焊齿上形成为一条相交线1042a，位于凹陷部1042两侧的焊接部1040关于该相交线1042a对称。也就是说，每个焊齿104上的相邻的焊接部1040之间的距离相等，这使得形成在箔材和复合集流体上的焊印的分布更加均匀，提高了焊接质量。

焊接部1040的顶面为焊接接触面1040a，具体而言，超声波焊接是通过焊接接触面1040a与待焊接件接触的，一种实施例中，焊接接触面1040a设置为平面，且为正方形，一方面，平面的焊接接触面1040a不会压穿箔材和复合集流体，并可以达到焊接牢固的效果；另一方面，正方形的焊接接触面1040a便于加工。

可选择的，焊接接触面1040a可以设置成0.3mm*0.3mm，以便在适当的压力下保证箔材与复合集流体的可靠焊接。

对于包括多个焊齿104的超声波焊头10而言，多个焊齿104可以平行排布，进而实现焊印的平行排布，使得箔材与复合集流体的焊接可靠性更高，进一步提高焊接质量。

各焊齿104的大端端面为长方形面，多个焊齿104是指长方形面平行排布。

可选择的，多个平行排布的焊齿104之间预留间隔，该间隔可以为箔材和复合集流体的变形预留空间，以提高焊接质量和焊接后熔合部分的平整度。

基于箔材和复合集流体的材料特征，相邻的两个焊齿104之间的间隔距离可以设置为1mm～1.2mm，但不仅限于此。

本申请中，通过对超声波焊头10的振动特性分析，可以将焊头本体102设置成T形结构，如图3所示，焊头本体102包括垂直相接的水平段1020和竖直段1022，焊齿104设置于水平段1020的长度方向的两侧端面，且沿垂直于竖直段1022的方向排布。这样设置时，由于超声波的振动方向沿着竖直段1022的延伸方向，当超声振动频率达到20KHz时，最大振幅的位置在焊齿104处。

需要说明的是，上述的水平段1020和竖直段1022在某一摆放状态下可以分别处于水平方向和竖直方向，但是在其他摆放状态下并不局限于前述的摆放方向。

另一种实施例中，如图4所示，焊头本体102设置成柱体结构，柱体结构设置有连接平面1024，各焊齿104设置于连接平面1024，且沿柱体结构的轴向排布。

具体地，在图4所示的实施例中，焊头本体102设置有焊齿104的一端为方形端，方形端的两个窄端面为连接平面1024，焊齿104设置于两个窄端面上。

多个焊齿104在连接平面1024上沿着柱体结构的轴向排布，其排布方向与振动方向相同，这一方案使得箔材和复合集流体在横向(与焊齿104的排布方向相垂直的方向)出现挤出的现象明显降低。

在图4所示的实施例中，多个焊齿104之间依然可以设有间隔，其间隔距离可以设置为0.8mm～1mm，以便为箔材和复合集流体预留变形空间，同时，易于控制焊接质量。

在图3和图4所示的实施例中，焊头本体102均包括圆孔1026，圆孔1026内设置内螺纹，用于与变幅杆螺纹连接。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声波焊头，其特征在于，包括：

焊头本体；和

多个焊齿，

至少一个所述焊齿设置成锥状结构，所述锥状结构的大端与所述焊头本体连接，所述锥状结构的小端设置有多个焊接部，所述焊接部与待焊接件接触。

2.根据权利要求1所述的超声波焊头，其特征在于，多个所述焊接部沿直线方向排布。

3.根据权利要求1所述的超声波焊头，其特征在于，所述焊齿的小端开设有凹陷部，同一所述焊齿上相邻的所述焊接部通过所述凹陷部隔开，所述焊齿的大端的端面与所述凹陷部的底部之间留有预设距离。

4.根据权利要求3所述的超声波焊头，其特征在于，所述凹陷部的底部形成为一条相交线，相邻两个所述焊接部关于所述相交线对称。

5.根据权利要求1-4任一项所述的超声波焊头，其特征在于，所述焊接部具有焊接接触面，所述焊接接触面与待焊接件接触，所述焊接接触面为正方形的平面接触面。

6.根据权利要求1-4任一项所述的超声波焊头，其特征在于，各所述焊齿平行排布。

7.根据权利要求6所述的超声波焊头，其特征在于，相邻两个所述焊齿之间留有间隔。

8.根据权利要求1-4任一项所述的超声波焊头，其特征在于，所述焊头本体为T形结构，其包括垂直相接的水平段和竖直段，所述焊齿设置于所述水平段的长度方向的两侧端面，且沿垂直于竖直段的方向排布。

9.根据权利要求1-4任一项所述的超声波焊头，其特征在于，所述焊头本体设置成柱体结构，所述柱体结构设置有连接平面，各所述焊齿设置于所述连接平面，且沿所述柱体结构的轴向排布。

10.一种超声波焊接设备，其特征在于，包括变幅杆和上述权利要求1-9任一项所述的超声波焊头，所述超声波焊头远离所述焊齿的一端与所述变幅杆连接。