专利名称：电池制造技术
技术领域：
本发明涉及电池制造，更具体地讲涉及将阴极焊接至电池的一部分，从而在制成的电池中形成电气互通的方法。
背景技术：
电池一般包括设置在常常被称为“罐”或“盒子”的壳体中的阴极、阳极和电解质。在一些情况下，阴极可制备成包含固体成分的浆料形式，所述固体成分包括阴极活性材料、导电性碳颗粒和粘合剂。添加溶剂以溶解粘合剂，并且使固体成分在浆料中具有良好的分散性和混合性。将所述阴极浆料涂覆到薄的导电基底的一面或两面，之后进行干燥以蒸发溶剂并在基底的一面或两面留下干燥的阴极涂层，这样就形成了阴极复合片材。电池的电极组合件由一片阳极材料(例如对于锂离子电池就是锂)、包含阴极活性材料的阴极复合片材、和阳极和阴极之间的分隔体组成。电极组合件可螺旋卷绕并插入到电池壳体中，例如美国专利公开4，707，421中所示。通常将阳极片材的一部分(例如，阳极极耳)电连接到形成电池负端子的电池壳体。使用与壳体绝缘的端帽来封闭电池。从阴极复合片材延伸出的阴极极耳能够电连接至形成电池正端子的端帽，例如通过焊接进行电连接。通常将壳体卷曲在端帽的周边边缘之上以密封壳体的开口端。在一些情况下，难以将阴极极耳焊接到端帽。例如，如果所述阴极极耳和端帽均为铝制，铝上很容易形成氧化层，这会对焊接造成问题，和/或会对阴极极耳造成损坏以致断裂。这至少部分地是由于铝氧化物的焊点(2053°C)比铝的焊点(658°C)高得多而造成的。
发明内容
在一个方面，本发明主要说明一种制造电池的方法，该方法包括(a)提供电池外壳，该电池外壳包括壳体和用于限定电池正端子的部分；(b)提供阴极组合件，该组合件包括阴极和阴极极耳，阴极极耳被构造用于将阴极连接到电池正端子；(c)清洁阴极极耳的区域和/或电池正端子的区域，以从这些区域中的至少一个区域移除氧化层；并且(d)在清洁步骤完成之后的5分钟内将阴极极耳的所述区域与电池正端子的所述区域焊接在一起。在一些具体实施中，清洁和焊接均采用激光束完成，利用功率密度相对较低的激光束进行清洁，用功率密度相对较高的激光束进行焊接。本发明还介绍了利用本文所公开的方法制造的电池。本发明的一个或多个实施方案的细节阐述于附图和下文说明中。通过本说明和附图并通过权利要求书，本发明的其它特征和优点将显而易见。
图1是圆柱形电池上部的剖面图。图2是根据一种具体实施的过程的流程图。
具体实施例方式在本文所公开的优选方法中，基本上将阴极极耳和电池上将与阴极极耳焊接在一起的部分(如端帽组合件的接触杯体)之间的焊接区域上的氧化膜完全除去，以允许在这两个部件之间形成可靠的高强度的焊接。优选地在氧化膜清除之后紧接着进行焊接，以便在焊接过程中焊接区域基本上不形成氧化。可将阴极极耳、待焊接区域或它们两者的表面上的氧化膜除去。电池10的一个实例如图1所示。电池10包括壳体或“罐”20、阳极片材(该片材可例如包含锂金属或其它阳极活性材料)、分隔体、和阴极片材。该阴极片材包含阴极活性材料。如 果所述阳极包含锂金属，则阴极活性材料可例如是二硫化铁(FeS2)。在一些具体实施中，所述阳极、阴极和分隔体限定了一种螺旋卷绕的电极组合件25。如图所示，该组合件能够利用扁平的电极复合材料螺旋卷绕而成。电池还包括电解质。电池可为圆柱形，或者可以为螺旋卷绕的扁平电池或棱柱状电池形式，例如整体所述外形为立方体的矩形电池。对于螺旋卷绕的电池，外壳20的优选形状是圆柱形，如图 1所示。在一些具体实施中，将所述阴极活性材料涂覆在一种阴极基底，如铝箔或者不锈钢以形成阴极复合片材。在一些具体实施中，所述阴极基底可用作集流体。然后将阴极极耳58(可例如由铝1145制成)连接(例如利用超声波焊接)到所述阴极基底。所述阴极极耳可为任何所期望的形状。极耳尺寸可为，例如约50至60mm长、4至6mm宽、和0. 05至 0. 15mm厚，如0. 09至0. Ilmm厚。所述厚度被选择成有利于加工以及增强产品的载流能力。 优选使用铝，这归因于铝的正极性并且因为铝在使用中所遇到的电势下在电化学上是稳定的。在一些具体实施中，所述阴极极耳位于所述阴极的前边缘。然而，所述极耳可位于沿阴极长度方向的任意位置。可期望将阴极极耳和阳极极耳设置在电极组合件的相对的两端， 这一般能实现均勻的电流分布，并因此实现沿整个阴极长度方向上的均勻放电。在电池组装期间，将所述阴极极耳58连接到电池的正端子。所述正端子由包括多个部件的组合件组成。其中一个部件是接触杯体27。该部件可用例如铝5052H34制成，并且一般包括安全排气口。将所述铝制阴极极耳焊接到该接触杯体，例如利用激光焊接。融合块(焊接结合区域)的典型直径为约0. 4至0. 5mm(不包括热影响区(HAZ))。典型的焊接渗透深度为这两种材料中较厚的材料厚度的约40至60%。接触杯体27和焊接到其上的阴极极耳58 —般均相对较薄，在焊接过程中如果存在氧化层时，它们尤其容易因焊接而造成损坏。例如，在一些具体实施中，阴极极耳的厚度小于0. 2mm，例如厚度为约0. 1mm，而阴极极耳所要焊接到的接触杯体的厚度小于0. 5mm，如厚度为约0. 3mm。图2所示为用于将阴极极耳58焊接到接触杯体27 (或者电池上任何其它适合的区域)的过程。首先，在步骤100中，形成阴极组合件，可以采用任何方式，包括将阴极极耳 58连接到阴极。其次，在步骤102中，将阴极组合件组装到罐或其它适合的壳体中，之后提供端帽组合件，端帽组合件用于密封成品电池的外壳并形成电池的正端子。这些步骤可在将阴极极耳焊接到端帽组合件之前的任何时候完成。下一步骤-清洁焊接区域(步骤104)-在时间上应该尽可能接近焊接步骤(步骤 106)。在优选的具体实施中，步骤106应在步骤104完成之后10分钟之内进行，更优选地，在5分钟之内，例如在小于1分钟内进行。在一些优选的实施过程中，焊接是在清洁步骤完成之后30秒、20秒、15秒、或者甚至5秒或更短时间内进行。通过尽可能缩短清洁与焊接之间的时间间隔，使待焊接表面上氧化物的形成也最少。所述清洁步骤可包括机械处理、化学处理、和/或物理处理。机械处理的例子包括磨、车肖U、划、刮擦、刷、抛光、砂光等。化学处理的例子包括蚀刻，例如化学蚀刻和电解蚀刻。 一种适合的物理处理是激光移除。采用激光移除时，可在即将进行焊接之前对待焊接部件施用用于进行清洁的激光束。用于进行清洁的激光束可以是例如掺钕钇铝石榴石(Nd-YAG)激光。掺钕钇铝石榴石激光束在待焊接基底为铝材时尤其有效，因为掺钕钇铝石榴石激光的波长与铝的吸收曲线非常匹配。
一种适合的采用掺钕钇铝石榴石激光的系统是可从Trumpf商购获得的名为 VectorMark Compact 1的激光系统。其激光头可以有例如163mm的聚焦透镜，并且运行时的功率为约5. 5W，频率为约16KHz。被清洁区域的面积至少与待焊接区域的大小相同，优选大于待焊接区域的直径。 在一些具体实施中，被清洁区域的直径比待焊接区域的直径至少大出50%，例如至少大出约80%，至少大出约100%，或者至少大出约120%。例如，当焊接区域的直径为1.2mm时， 则优选使被清洁区域的直径至少为2mm，或者在一些情况下至少为4mm。清洁时间可为例如约0. 1到约1. 0秒，例如约0. 3到约0. 4秒。有利的是，激光移除允许对清洁深度进行精密控制以达到预先确定的参数。在一些情况下，清洁深度可控制在公差小于约士20%。在一些具体实施中，清洁深度为约5到约 15 μ m，例如约8到约12 μ m。优选地，基本上清洁整个焊接区域。如果需要，可清洁所述阴极极耳的整个区域和 /或接触杯体的整个区域。最后，在步骤106中，将阴极极耳与接触杯体(或者电池正端子的其它区域)焊接在一起。在一些具体实施中，用激光束进行焊接。用于焊接的激光束也可以是掺钕钇铝石榴石激光，但是用于焊接的激光束的功率密度要高于用于清洁的激光束的功率密度。已描述了本发明的许多实施方案。然而应当理解，在不背离本发明精神和范围的前提下，可进行各种修改。例如，虽然上文对掺钕钇铝石榴石系统进行了详细讨论，但是其它类型的激光以及其它类型的化学和机械处理也可用于移除氧化层。可使用任何期望类型的能够将阴极极耳连接到端帽组合件的焊接工艺，例如激光焊接、电弧焊接、气体焊接、超声焊接、摩擦焊接或者其它焊接工艺。所述电池可为任何规格，例如，AAAA(40. 2X8. 4mm)、 AAA (44. 5 X 10. 5mm)、AA (50 X 14mm)、C (49. 2 X 25. 5mm)或者 D (60. 5 X 33. 2mm)。电池 10 也可以是 “2/3A” 电池(33.5X16. 2mm)或 CR2 电池(26.6X15. 3mm)。尽管上文讨论的是一种具有单个阳极极耳和单个阴极极耳的电池结构，但是在一些具体实施中，也可采用多个阳极极耳和/或多个阴极极耳，例如当期望获得大的耗用电流时。因此，其它实施方案也在以下权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种制造电池的方法，所述方法包括提供电池外壳，所述电池外壳包括壳体和用于限定电池正端子的部分；提供阴极组合件，所述阴极组合件包括阴极和阴极极耳，所述阴极极耳被构造成允许将所述阴极连接到所述电池正端子；清洁所述阴极极耳的区域和/或所述电池正端子的区域以从这些区域中的至少一个区域移除氧化层；以及在所述清洁步骤之后的5分钟之内，将所述阴极极耳的所述区域与所述电池正端子的所述区域焊接在一起。
2.如权利要求1所述的方法，其中清洁包括使所述区域接触激光束。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中以从所述区域基本上移除所有氧化层的方式执行清洁。
4.如权利要求1-3所述的方法，其中焊接是在完成清洁之后1分钟之内进行的。
5.如权利要求4所述的方法，其中焊接是在完成清洁之后30秒之内进行的。
6.如权利要求1-5所述的方法，其中焊接包括激光焊接。
7.如权利要求2所述的方法，其中所述激光束包括掺钕钇铝石榴石激光。
8.如权利要求1-7所述的方法，其中清洁被执行到约5至约15μ m的深度。
9.如权利要求1-8所述的方法，其中所述阴极极耳的厚度小于0.2mm。
10.如权利要求1-9所述的方法，其中清洁包括机械处理。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述机械处理选自由下列组成的组磨、车削、划、 刮擦、抛光和砂光。
12.如权利要求1-11所述的方法，其中清洁包括化学处理。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述化学处理包括蚀刻。
14.如权利要求1所述的方法，其中以使焊接渗透的深度为所焊接区域中较厚区域的厚度的约40%至60%的方式执行焊接。
15.如权利要求1所述的方法，其中清洁和焊接均采用激光束执行，将功率密度相对较低的激光束用于清洁，将功率密度相对较高的激光束用于焊接。
全文摘要
本发明提供一种制造电池的方法。提供包括阴极和阴极极耳的阴极组合件。将所述阴极极耳焊接到所述电池的正端子。在焊接之前对待焊接区域进行清洁以移除氧化层。
文档编号B08B7/00GK102257656SQ200980150720
公开日2011年11月23日 申请日期2009年11月24日 优先权日2008年12月18日
发明者H-H·富克斯, M·C·布朗, R·K·马坦, S·艾希 申请人:吉列公司