Li离子电池连接的低压电子束焊接的制作方法

专利名称：Li离子电池连接的低压电子束焊接的制作方法
技术领域：
本发明涉及在多个锂离子电池单元之间形成低电阻电互连以形成电池，特别地适用于推进电动或混合动力车辆的电池的系统和方法。
背景技术：
电压高达400伏或更高的高电压电池当完全充电时用于混合动力或电动车辆中的车载储能器。这些电池为多个电池单元的组件，其在现行实践中常常采用Li离子(锂离子)化学性质。单独产生约4伏电压的这些电池单元至少串联以产生所需电压和可任选地并联以产生所需的蓄能容量。每个电池单元间连接应具有最低可能的电阻以最小化电池的总内电阻且提高其性能。最常见的超声焊接为优选的接合工艺，其为进行固态焊接而不熔化工件·的工艺。电池通过循序添加多个较小实体而逐步组装和构建且需要电互连。起点为通过在薄箔金属集流器上铺设适当材料来制造阳极和阴极，薄箔金属集流器的厚度范围为约10微米至20微米厚。阳极材料常常为石墨基且铺设到铜集流器上。阴极可为锂锰氧化物(LiMn2O4)或其它含锰化合物，如镍锰钴氧化物Li (NixMnyCoz) O2或锂铝锰氧化物(LixAlyMrvyO2)且铺设于铝阴极上。通常，集流器比电极更大，使得金属箔集流器的一部分延伸超过电极区域。通过将间隔开的一系列阳极和阴极以呈面对关系与插置的电解质浸泡的分隔件堆叠在一起并将它们密封在软面容器内来形成袋式电池单元。然后所有的阳极集流器可聚集在一起且成组地附连到阳极极耳，阳极极耳可为约200微米厚。同样，所有阴极集流器可聚集在一起且连接到阴极极耳，阴极极耳同样为约200微米厚。通常，阴极极耳为铝以与阴极箔兼容，但阳极极耳可为铜或镍或镀镍铜。因此，袋式电池单元可包含多个并联的Li离子电池单元。通常，三个袋式电池单元通过将其阴极极耳或阳极极耳焊接在一起而并联，常常焊接到汇流排或类似载流连接器。通过串联这些三袋式电池单元组，可产生模块，而这些模块又可组装为电池组。每个电池单元的极耳为薄片，约200微米厚，其可具有高达约45毫米的宽度。在制造袋时，大量的，通常高达约20且有时超过60个的集流器箔焊接到彼此且焊接到极耳上。在现行实践中，在袋焊接操作期间，包括集流器钼和极耳的工件堆叠被夹持在超声焊接机的相对面之间。工具面然后被超声激发，引起集流器箔以高频率，通常约20至40 kHz相对于彼此前后滑动。此高频滑动生成热和碎片且在工件之间分散氧化物和表面膜以暴露新鲜的金属表面且能在不熔化材料的情况下进行冶金结合。当并联这些袋时可遵循类似过程。在此情况下，极耳为约200微米厚且汇流排可为约500至1000微米厚，得到略微更厚的工件堆叠。超声焊接工具面在平面图中可为正方形或矩形且可具有纹理或滚花。典型工具尺寸和因此焊接尺寸可在一侧为约4-10毫米，且10毫米宽乘4毫米高的工具为常用的。若干这样的焊接为常用的，大体上等距间隔开且在箔宽度上端对端布置。在使用中，这些箔和焊接经受明显荷载，机械荷载和热荷载。在这些荷载下，焊接补口中的一个或多个，或者紧邻焊接补口的区可形成裂缝和/或裂纹，降低电池能力且久而久之，促进了电池损坏。因此，需要额外的焊接和结合过程用于电池单元互连，箔到极耳以及极耳到汇流排的互连，以产生更低电阻互连和更强的接头。这样的焊接和接合过程对于在高电压车辆推进电池中广泛采用的锂离子电池单元而言特别重要。

发明内容
本发明的目的是为了在适合于给混合或电动车辆供电的高压电池中提供牢固低电阻电子束熔焊连接，其在使用期间不易于出现焊缝开裂或断裂。可在多个10-20微米厚的电池单元集流器与大约200微米厚的连接器极耳之间形成所述焊接。也可在多个这样的200微米厚的极耳与500-1000微米厚的汇流排之间形成所述焊接。这样的熔焊连接可在接头区域中形成，接头区域可延伸连接器的整个宽度，而在焊接工具与工件之间并无任何物理接触。连接器的熔化和混合接合在接头区中的所有材料，使得焊接区大体上等于接头区，·有利于增加强度且减小电阻。由于在电元件之间的温度失配可产生热负荷，该热负荷可使得电连接的品质显著降级。由于两种原因可造成这种温度失配。首先为单独元件之间的厚度差异，这会影响到其内在电阻，和因此其发热和散热行为。第二个原因为增加的发热，其可由于在单独电路元件之间较高电阻的接头造成。显著较大的应力可促进工件层断裂和开裂且最终可导致极耳与集流器箔的一个或多个完全断开连接和/或一个或多个极耳与汇流排组件断开连接。这样的断裂和断开连接可导致至少减弱的电池能力且如果该过程继续可造成电池损坏。熔焊可潜在地有利于更强，更低电阻的焊接，但薄工件，10微米至20微米的集流器和200微米的极耳使得可靠地获得合适熔焊较为困难。但特别适于解决可重现地焊接这样的薄工件的困难的工艺为非真空电子束熔焊。非真空电子束焊接采用电子束，电子束将穿透工件到微米范围的深度，之后由工件吸收且在工件内部生成热。这样的系统可递送2kW与4kW之间的功率且采用高达150 kV的加速电压和高达50 mA的束电流，但能有高达1000mA束电流的高功率系统也是可利用的。可在大气压力或接近大气压力下,约760托或约lOOPa，实现电子束焊接。该气氛可为基本上无氧的氩-氦混合物，其可与电子束相互作用且使之变得散焦，使电子束在工件的较宽区域上扩散。氩-氦气氛的散焦作用可有效地最小化对于使电子束转向以实现宽覆盖焊接的需要。集流器箔和极耳一起形成工件且可夹持在两个薄片状夹具之间，且集流器箔向电子束直接暴露，两个薄片状夹具之一配备限定焊接区的窗口。工件应定位于电子束源下方。电子束将辐照箔和极耳的暴露窗口区。最初，入射电子将由最上方的箔吸收，加热并熔化该箔。有利地，金属和合金对电子的吸收基本上不受其为固体或液体影响。因此，在电子束继续由熔池吸收时，在重力的作用下，液体池向下流动，将填充在箔层之间的任何间隙。热将通过传导顺着工件堆叠向下传播，使焊池膨胀且顺着工件堆叠逐渐向下传播直到箔和极耳形成单个均一焊池。这是优选的，因为这是熔焊工艺，将工件水平定向来执行该工艺以最小化液体从焊接区的流动且确保熔合在一起的焊接区域具有大体上均匀厚度。通过使夹具在固定电子束下横穿或者通过使得电子束在固定夹具上转向或者这些动作的任何组合，电子束可横穿夹具中的整个带窗口的区域且在任何所需区域上熔合箔和极耳。虽然焊接区的形状和范围可由夹具开口限定，但并不预期夹具起到用于允许或拒绝电子束接近工件的作用。冲击到工件上的电子束的范围应总是小于夹具开口尺寸使得在夹具与电子束之间并不发生直接相互作用。可主要通过控制电子束的大小和形状来控制焊池尺寸。如果所需焊接区超过电子束尺寸，可使用偏转线圈来扫描或横穿该束，或者样本可位于可移动的台上且在固定电子束下横穿。.因此，可得到任何所需的焊接形状，且可易于调整焊接性质，在某种程度上它们取决于焊接形状。选择用于夹具的材料优选地应不与熔融金属起反应且不应被熔融金属湿润。还需要夹具的表面为平滑的或甚至被抛光，使得在焊接与夹具之间并不因液态金属渗透表面腔和随后腔与凝固金属机械接合而发生机械相互作用。候选的夹具材料可包括钢、硬质合 金、石墨、钥、镍和镍基合金、氧化铝、Al2O3、氧化锆ZrO2等。 夹具预期起到散热器的作用且至少从焊池提取熔合潜热来有利于快速处理。如果气氛中的对流冷却不足以维持夹具中的合适低温，其可被主动冷却，例如通过传递流动冷却剂。本发明提供下列技术方案。技术方案I :一种将多个集流器熔焊到焊接区中的极耳连接器的方法，每个所述集流器电连接到锂离子电池的电极，所述方法包括
将各约10至20微米厚的所述多个集流器与约200微米厚的所述连接器极耳对准以形成工件堆叠，且所述集流器集中在一起且定位于所述连接器极耳之上；
在具有大体上平面的堆叠接触表面的两个夹具构件的相对表面之间夹持并压实所述堆叠，一个构件具有用于接近所述堆叠中最上方集流器表面的一部分的至少一开口 ；将所述堆叠定位于大体上水平方位；
将所述夹具和堆叠置于处于约大气压的基本上无氧的气氛中且从上方用电子束辐照基本上仅所述堆叠表面的可接近部分以加热并熔化所述堆叠的最上方箔，且然后继续辐照所述堆叠预定时间以逐步熔化每一个所述集流器的位于所述夹具构件开口中的部分且抵靠所述极耳表面形成熔池，之后停止电子辐照且冷却所述堆叠从而将位于所述夹具构件开口中的所述集流器的那些部分和所述极耳熔合在一起。技术方案2 :根据技术方案I所述的方法，其还包括使所述夹具构件开口相对于所述电子束移位直到基本上所有的所述夹具构件开口向所述电子束暴露。技术方案3 :根据技术方案I所述的方法，其中，所述集流器基本上由铜制成。技术方案4 :根据技术方案I所述的方法，其中，所述集流器基本上由铝制成。技术方案5 :根据技术方案I所述的方法，其中，所述基本上惰性气氛包括氩和氦。技术方案6 :根据技术方案I所述的方法，其中，所述夹具构件开口基本上为矩形。技术方案7 :根据技术方案I所述的方法，其中，所述夹具构件开口基本上为圆形。技术方案8 :根据技术方案I所述的方法，其中，所述夹具构件由包括下列材料的组中的一种或多种材料制成钢、硬质合金、石墨、钥、镍和镍基合金、氧化铝和氧化锆。技术方案9 :一种将多个极耳连接器熔焊到汇流排的方法，每个极耳连接器电连接到多个锂离子电池单元电极的多个集流器，所述方法包括
对准各约200微米厚的多个极耳连接器与500至1000微米厚的汇流排以形成工件堆
置;
在两个夹具构件的相对的大体上平面表面之间夹持并压实所述堆叠，一个构件具有至少一开口用于接近所述堆叠表面的一部分；
将所述堆叠定位于大体上水平方位；
将所述夹具和堆叠置于约大气压力下的基本无氧的气氛中且向电子束暴露所述堆叠表面的所述可接近部分一段时间，所述电子束定位于所述堆叠上方且具有合适的功率密度以加热并熔化所述堆叠，所述时间足以加热并熔化所述堆叠以将所述极耳连接器与所述汇流排熔合在一起，以及任选地，
使所述电子束横穿整个所述开口以使位于所述堆叠的可接近部分中的所述极耳连接·器与所述汇流排熔化并熔合在一起。技术方案10 :根据技术方案9所述的方法，其中，所述集流器基本上由铜制成。技术方案11 :根据技术方案9所述的方法，其中，所述集流器基本上由铝制成。技术方案12 :根据技术方案9所述的方法，其中，所述基本上惰性气氛包括氩和
O技术方案13 :根据技术方案9所述的方法，其中，所述开口基本上为矩形。技术方案14 :根据技术方案9所述的方法，其中，所述开口基本上为圆形。技术方案15 :根据技术方案9所述的方法，其中，所述夹具构件由包括下列材料的组中的一种或多种材料制成钢、硬质合金、石墨、钥、镍和镍基合金、氧化铝和氧化锆。技术方案16 :根据技术方案9所述的方法，其中，所述夹具构件被冷却。技术方案17 : —种锂离子电池，其中，多个集流器使用低压电子束焊接而熔焊到连接器极耳。技术方案18 :根据技术方案17所述的锂离子电池，其中，所述集流器和所述连接器极耳基本上由铜制成。技术方案19 :根据技术方案17所述的锂离子电池，其中，所述集流器基本上由铝制成。本发明的这些和其它方面将在下文中描述，但根据此说明书中所提供的描述，其它方面将对于本领域技术人员显而易见。


图I以透视图示出了包括多个集流器箔和极耳的焊接堆叠。图2以侧视图示出包括三个极耳和汇流排的焊接堆叠，每个极耳与特定的袋相关联。图3以透视图示出使用纹理化工具进行多次超声焊接的图I的箔和极耳的现有技术附连的图示。图4以侧视图示出用于焊接多个集流器箔和极耳的低电压电子束焊接工艺的图
/Jn ο图5以透视图示出带窗口的夹具，其用于在箔与极耳进行电子束焊接期间固定多个集流器箔与诸如图I所示的极耳。图6以平面图示出在带窗口的夹具中的替代窗口图案。图7以透视图示出了带窗口的夹具，其用于在箔与极耳进行电子束焊接期间固定多个集流器箔与极耳，对背衬板夹具构件提供流体冷却。
具体实施例方式常常为锂离子型的具有显著蓄能能力的高电压电池一直寻找作为电动机驱动系统的蓄能系统在混合动力和电动车辆中的应用。这样的电池在完全充电时可产生超过200伏电压，最通常地在200伏与400伏之间的电压。这明显地高于由任何化学性质的单个电池单元所生成的电压，且可仅通过电串联多个单个电池单元而生成。这种电池单元间连接可为电池内阻的源。内阻是不合需要的，因为其在荷载下减小了电池电压且生成热。由于至少这些原 因，所有内部的电池连接的电阻应尽可能低。每个电池单元将具有两个连接器，一个对应于阳极，另一个对应于阴极。在电池单元结构中，阳极和阴极支承于薄箔集流器上，每个箔集流器具有小于20微米的厚度。这些箔集流器，通常用于阳极的为铜的且用于阴极的为铝的，在将电池单元附连到另一电池单元或到外部电路时用作连接器。通常，单独电池单元的蓄能能力小于电池所需的蓄能能力使得多个电池单元并联以产生所需容量。这些分组的并联的电池单元可被装填电解质且密封于软面袋内。然后，多达约36个袋可组装为模块，首先并联大约3个电池单元以增加模块的蓄能容量且然后串联这些并联的电池单元组以增加模块电压。为了形成袋，每个都包括阳极和阴极的一系列电池单元组装并放置于袋(未图示)中。来自将包括于袋中的电池单元中的每一个的阳极的10至20微米厚的集流器10可聚集在一起为一个堆叠且自每个电池单元的阴极的集流器10’ (以虚线示出)聚集在一起为第二堆叠。阳极和阴极集流器堆叠然后在大体上指示为A和A’的位置焊接到其相应的大约200微米厚的极耳(阳极)12和(阴极)12’ 。在大约B和B’形成在极耳12、12’与汇流排(未图示)之间的连接且阳极汇流排连接的的示范性构造在图2中示出。图2示出了三个袋11、13和15，另外还有其它袋(未图示)，袋定位于壳体(未图示)中且由支承件17支承。极耳12A、12B和12C被引导通过壳体盖19且与汇流排21接触。汇流排21可合适地连接以在并联的袋11、13和15与类似地布置于壳体(未图示)中的类似袋(未图示)之间进行串联。当并联电池单元时，为了最小化连接电阻，焊接为优选的连接方法。在图3中示出当前做法。使用在极耳12的宽度上多个线性布置的超声焊接14来将极耳12连接到箔10的堆叠16。通常，两个焊接是优选的，但可使用更多或更少焊接。通过在对准的焊接工具(未图示)之间夹持箔堆叠16与极耳12且超声激励焊接工具中的至少一个以使得邻靠的箔和极耳面彼此碰磨来在阳极上形成超声焊接。碰磨动作由于摩擦而生成热且也导致任何表面氧化物层断裂和移位，允许金属与金属接触且有利于固态焊接的形成。可通过使焊接工具滚花或具有纹理来辅助该工艺以增加焊接工具占据区(footprint)中选定区中的局部压力。当将极耳12焊接到汇流排(未图示)时遵循类似工艺，得到被布置成大体上跨越极耳12宽度的一系列间隔开的端对端焊接。焊接的类似构造在阴极上示出为114和114’。
在使用中，这样的连接将经受机械应力和热应力。由于薄集流器箔、较厚极耳和相对较大的焊接的不同热质量而产生热应力。这种热质量差异导致箔、极耳和焊接的不同加热和冷却速率使得这些元件将处于不同温度，导致不同的热膨胀程度且由此产生应力。应力的符号和量值可根据电池操作条件而不同且可随着时间在焊接中或焊接邻近处形成裂纹或裂缝。位于焊接边缘18、18’、118、118’(图3)处的开裂特别易于出现且有时可在所有焊接处观察到。这种开裂可传播以最终断开在箔10与极耳12之间的任何连接，导致电池损坏，但即使是局部损坏，诸如在边缘18、18’、118、118’处的开裂也是不合需要的，因为它们将进一步增加接头电阻且因此进一步增加电池中的内发热。如图3所示的那样，可采用在极耳表面上的一系列单独焊接，而非跨越极耳12的宽度W的单个焊接。但即使某些焊接可比其它焊接更强，这些单独焊接可能不提供充分支承来抵抗它们所经历的热和机械荷载。因此，在第一焊接处的开裂或损坏可逐步地促进在第二、第三或其他焊接处的类似开裂或断裂。通过扩展焊接占据区以延伸极耳的整个宽度，大约45毫米可至少减轻(若未解决的话)这些问题中的某些问题。但这给超声焊接带来一些挑战功率需求显著增加；以及， 难以维持均匀压力来促进在此宽度上的均匀氧化物移除。维持均匀压力的困难由于在接触工件的工具面上发生的工具磨损的任何可变性而进一步加重。更有前景的方案是采用熔焊。熔焊也可提供接合整个焊接区面积和形成均匀焊池的机会，有希望形成比使用超声焊接可得到的接头更强且更低电阻的接头。但在这样的薄工件中控制输入到这种熔焊工艺的热可能较为困难。这个问题在焊接铝时变得特别尖锐，这归因于在其表面上初始存在不导电的氧化物层。当氧化物层被渗透或移除时，铝的行为可显著不同，导致需要根据氧化物膜的状态来改变焊接参数。常常需要高功率输入来克服氧化物层的绝缘效果，但一旦开始熔化且氧化物层开始分散，需要低得多的功率输入。特别是对于这种薄工件，减小功率输入的任何延迟可汽化或严重损坏至少一些连接器。备选地，如果为了避免过度热输入而减小热输入，则存在不发生熔合或仅发生有限熔合的风险，导致高电阻低强度的接头。可使用接触和非接触方法来实现熔焊。优选的接触方法为电阻点焊，但除了表面氧化物的困难之外，任何接触方案将遭遇相同的对准和磨损问题，这会影响超声焊接。因此非接触熔焊方案为优选的。选项包括激光焊接和电子束焊接，但激光能量与工件表面相互作用并耦合使得存在或不存在氧化物层和因此所致的表面反射率的变化和可变性使得这个工艺变得不再有吸引力。而且，激光通常仅将入射激光能量的一小部分，可能小至3%-5%转移到金属工件表面内。而且，特别地对于铝而言，在熔化期间发生的反射率变化造成有冷焊或使得连接器中某些汽化风险的问题。低压电子束焊接并不具有这些缺陷。在电子束焊接中，电子渗透到样本内较短距离以在工件内生成热。渗透取决于加速电压且与工件的原子序数负相关。例如，30kV电子可渗透铜内约2微米且60KV电子渗透铝内约10微米。低压电子束焊接在可高达接近大气压力的气氛中执行。气氛可包含氩气和氦气，该气氛应当是基本上无氧的以避免形成氧化物。图4示出在适合于将多个集流器箔和极耳焊接在一起的构造中的这种工艺。工件堆叠60包括成组的箔10和极耳12，箔10和极耳12位于电子束20下方，使得电子束20入射于堆叠集流器箔10与极耳12之间的重叠区域中的最上方箔10上。不使用助焊剂。工件堆叠60在一个表面上由背衬夹具50支承且通过在箭头58所示的方向中向带窗口的夹具52上施加的压力P的作用而压缩。带窗口的夹具52具有开口 55，以允许电子束接近工件堆叠60。开口 55可由竖直壁54或锥形壁56或任何其它合适几何构造的壁来界定。电子由包含于由壁24所界定的腔室22内的电子源(未图示)生成且通过真空泵(未图示)的作用而维持在约10_5托的压力，真空泵在孔口 34处如箭头36所示排出气体。电子然后由电势通常维持在约60kV与150kV之间的阳极(未图示)加速且由磁性线圈46聚焦。在分别通过腔室壁24、28和32中的孔口 23、27和31之后，电子束进入区域48，区域48维持在大气压或接近大气压且包含氩和氦且基本上不存在氧。由于气相散射，主要是由于更大的IS原子，电子束分散。入射于工件堆叠60上的电子束大小应维持小于开口 55的尺寸D使得该束并不被导向到夹具上。可这通过控制在电子枪与工件之间的间隙距离或者通过调整线圈46或通过这些方案的任何组合来进行。所选的用于夹具的材料应不与熔融金属起反应且不应被熔融金属湿润。还需要夹 具的表面为平滑的或甚至被抛光，使得在焊接与夹具之间并不因液态金属侵润表面腔和随后腔与凝固金属的机械接合而发生机械相互作用。候选材料可包括钢、硬质合金、石墨、钥、镍和镍基合金、氧化铝、Al2O3、氧化锆ZrO2等。同心的腔室22、26和30通过真空泵(未图示)的作用维持在不同的压力下，真空泵(未图示)分别连接到孔口 34、38和42以分别如箭头36、40和44所示排出气体。维持动态压差，尽管孔口 23、27和31允许腔室间的气体流动。在腔室26和30中每一个中的典型压力可分别为10_2和10°托。电子束20的功率密度可足以在所讨论的薄材料中以超过60 m/min的焊接速率产生焊缝，且电子束尺寸适合于跨越窗口 55的窗口尺寸中的至少一个，如在图5中最佳地看出。参看图5，大体上表示为圆锥形的电子束20入射于带窗口的夹具52的窗口 55且大小略微小于窗口 55的尺寸D。因此，工件堆叠60 (图3)的近似尺寸D的宽度将向电子束暴露。为了使得窗口 55的基本上全部宽度L向电子束暴露，该束可以电磁方式转向，使用在宽度上的偏转线圈(未图示)或者工件可在固定电子束下方横穿宽度L。电子束的入射能量可耦合到工件堆叠60 (图3)的表面，逐步地将所有箔10熔合为熔池。极耳12也可熔化并合并到熔池内或者熔池可与极耳12的表面接触，仅熔化到足以在凝固时将极耳和熔池熔合在一起的程度。电子束可横穿窗口 55的宽度L。在经过电子束下方之后，由背衬夹具50支承且由开口边界边缘54或56约束到开口 55的熔池可凝固以在工件堆叠60的宽度L上形成熔合的焊接接头。熔合在一起的工件堆叠然后可从夹具构件50与52之间移除。在如图2所示将极耳焊接到汇流排可遵循类似的程序。决定平面图焊接构造的开口 55被图示为矩形，其将得到单个矩形焊接。应了解可采用诸如圆形、山形、菱形或类似形状的其它开口，如果这些焊接形状有利于更好地对抗电池在使用中遇到的热和机械负荷。同样，带窗口的夹具52可结合任何优选平面图形状或布置的多个窗口，例如，在图6中在带窗口的夹具52’中图示为55’的圆形开口，如果这样的构造有利于更好的焊接性能。而且，虽然焊池的范围优选在至少一个方向中，例如在图5中的示例D或者在图6中的D’，与电子束的范围相当，但是若需要，电子束或所夹持的工件可被扫描或扫过以实现对开口 55或55’的完全覆盖。
可通过改变在腔室壁32与工件之间的间隙距离来调整电子束的尺寸以促进更多的电子-气体散射，或者通过调整磁性线圈46的聚焦作用来生成更发散或会聚的束。在合适高生产速率下，可能存在不足的时间来使得带窗口的夹具52和背衬夹具50中的任一个或二者在移除一个工件与加载下一工件之间的时间期间充分冷却。在此情形下，可采用主动冷却。在图7中示出了背衬夹具50与附连的冷却器热接触，该冷却器提供由致冷器(未图示)维持在合适温度的流动冷却剂的进入64和离开66，由箭头68所示。若需要，可附连类似的装置以与带窗口的夹具52热接触。也可使用促进夹持元件50和52冷却的其它器件，例如带翅片的导热散热器，这对于本领域技术人员是熟知的。
通过参考旨在作为示范性而非限制性的某些优选实施例来说明本发明的实践。本发明的整个范围仅由所附权利要求限定和限制。
权利要求
1.一种将多个集流器熔焊到焊接区中的极耳连接器的方法，每个所述集流器电连接到锂离子电池的电极，所述方法包括 将各约10至20微米厚的所述多个集流器与约200微米厚的所述连接器极耳对准以形成工件堆叠，且所述集流器集中在一起且定位于所述连接器极耳之上； 在具有大体上平面的堆叠接触表面的两个夹具构件的相对表面之间夹持并压实所述堆叠，一个构件具有用于接近所述堆叠中最上方集流器表面的一部分的至少一开口 ； 将所述堆叠定位于大体上水平方位； 将所述夹具和堆叠置于处于约大气压的基本上无氧的气氛中且从上方用电子束辐照基本上仅所述堆叠表面的可接近部分以加热并熔化所述堆叠的最上方箔，且然后继续辐照所述堆叠预定时间以逐步熔化每一个所述集流器的位于所述夹具构件开口中的部分且抵靠所述极耳表面形成熔池，之后停止电子辐照且冷却所述堆叠从而将位于所述夹具构件开口中的所述集流器的那些部分和所述极耳熔合在一起。
2.根据权利要求I所述的方法，其还包括使所述夹具构件开口相对于所述电子束移位直到基本上所有的所述夹具构件开口向所述电子束暴露。
3.根据权利要求I所述的方法，其中，所述集流器基本上由铜制成。
4.根据权利要求I所述的方法，其中，所述集流器基本上由铝制成。
5.根据权利要求I所述的方法，其中，所述基本上惰性气氛包括氩和氦。
6.根据权利要求I所述的方法，其中，所述夹具构件开口基本上为矩形。
7.根据权利要求I所述的方法，其中，所述夹具构件开口基本上为圆形。
8.根据权利要求I所述的方法，其中，所述夹具构件由包括下列材料的组中的一种或多种材料制成钢、硬质合金、石墨、钥、镍和镍基合金、氧化铝和氧化锆。
9.一种将多个极耳连接器熔焊到汇流排的方法，每个极耳连接器电连接到多个锂离子电池单元电极的多个集流器，所述方法包括 对准各约200微米厚的多个极耳连接器与500至1000微米厚的汇流排以形成工件堆置; 在两个夹具构件的相对的大体上平面表面之间夹持并压实所述堆叠，一个构件具有至少一开口用于接近所述堆叠表面的一部分； 将所述堆叠定位于大体上水平方位； 将所述夹具和堆叠置于约大气压力下的基本无氧的气氛中且向电子束暴露所述堆叠表面的所述可接近部分一段时间，所述电子束定位于所述堆叠上方且具有合适的功率密度以加热并熔化所述堆叠，所述时间足以加热并熔化所述堆叠以将所述极耳连接器与所述汇流排熔合在一起，以及任选地， 使所述电子束横穿整个所述开口以使位于所述堆叠的可接近部分中的所述极耳连接器与所述汇流排熔化并熔合在一起。
10.一种锂离子电池，其中，多个集流器使用低压电子束焊接而熔焊到连接器极耳。
全文摘要
本发明涉及Li离子电池连接的低压电子束焊接。本发明公开了用于将单独锂离子电池连接为适用于给电动车或混合车辆供电的电池的方法。电池单元集流器在基本上无氧的气氛中通过电子束焊接到彼此且焊接到连接器极耳。电池单元集流器和连接器凸耳暂时利用夹具固定，夹具的一部分具有开口。电子束大小可受到磁性线圈和气氛对电子散射的程度的限制，以最小地填充夹具开口来最小化对夹具的任何辐照。若需要，该束或工件可移位，融合整个开口区域。将多个连接器极耳焊接到汇流排可遵循类似的程序。
文档编号B23K15/00GK102896416SQ201210262909
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月27日 优先权日2011年7月27日
发明者L.C.列弗 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司