电极端子与软连接片复合件的连接装置的制作方法

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种电极端子与软连接片复合件的连接装置。

背景技术

动力电池因其电极特性，通常正极为纯铝电极端子，负极为铜铝复合电极端子，在组装成单体电池时，首先需要将纯铝电极端子与铝软连接片焊接成正极复合件，铜铝复合电极端子与铜软连接片焊接成负极复合件，最后分别将正极复合件、负极复合件与电芯极耳进行焊接。电极端子与软连接片复合件焊接质量的可靠性将直接影响到单体电池甚至整个电池模组的性能及寿命。电极端子与软连接片复合件如图1所示，包括电极端子1和软连接片2。

其中，铜铝复合电极端子的铜、铝材质连接属于异种金属材料连接，这两种金属材料熔点相差较大，铝为660.37℃，铜为1083.4℃，无法使用常规熔焊的方式进行连接。

目前常用的制备铜铝复合电极端子与软连接片复合件的方法为摩擦焊接与激光焊接组合使用，即先采用摩擦焊接技术进行铜铝复合电极端子制作，后采用激光焊接技术将软连接片与铜铝复合电极端子进行焊接，最终获得铜铝复合电极端子与软连接片复合件。

如图2所示，图示了传统电极端子产品，该产品由摩擦焊接技术将铜22和铝23坯料通过高速接触旋转摩擦，产生大量的热，使铜铝发生熔焊。后经过数控车削加工获得成品工件。在焊接时，铜铝连接面易产生不稳定的金属间相，焊接出来的接头脆性大、易产生裂纹，焊缝易产生气孔，焊接成品难免会出现断裂，且费工费时。

综合上述组合焊接方法所存在的缺陷如下：

1、采用摩擦焊接时，因为铜铝异种材料熔点相差较大，且加工过程中温度过高，由材料自身性质不同产生的流动性差异易导致焊接缺陷的发生，常见缺陷有表面沟槽、飞边、表面起皮、底部焊瘤等。

2、采用激光焊接时，同样因为铜铝异种材料熔点相差较大，在熔化与冷却过程中受热与冷凝不均衡，容易导致焊缝出现气孔、夹渣以及虚焊等缺陷，使得焊缝强度变低，另外在激光焊接能量较高时易控制不当，导致出现把作为母材的极耳和汇流排焊穿的现象，返工率很高。

3、在激光焊接和摩擦焊接过程中均有大量热输入，导致焊接接头处易产生不稳定的金属间相，焊接出来的接头脆性大、易产生裂纹，焊接成品难免会出现断裂等情况，费工费时；同时，这种不稳定金属间相的电阻高于金属母材，在成品的后续应用过程中，无形中增加了能量损耗。

4、使用摩擦焊接配合激光焊接进行加工时，都只能一次进行单个铜铝复合电极端子与软连接片复合件的加工，效率较低。

总之，由铜铝金属材料构成的电极端子加工难度较大，且成本花费较高。铜铝复合电极端子与软连接片复合件在加工过程中由于上述技术原因会形成难以消除的局部缺陷。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：(1)如何提供一种电极端子与软连接片复合件的连接装置，彻底解决摩擦焊接与激光焊接引起的接触电阻大等问题，以及因此而造成的能量耗损率高、能量利用率低等弊端；(2)如何提供一种电极端子与软连接片复合件的连接装置，要求连接过程中母材不需要熔化，避免产生像熔焊那样因高热输入而使母材材料特性变化、强度降低的现象；同时还解决激光焊中因两种异种材料的母材熔点相差较大而带来的高返工率、焊缝质量不稳定的弊端；(3)如何大幅提升连接过程的效率。(4)如何简化现有电极端子与软连接片复合件的制备方案，降低工艺成本。

(二)技术方案

解决上述技术问题，本发明提供一种电极端子与软连接片复合件的连接装置，所述连接装置包括线圈3、定位装置6；

所述线圈3上沿线圈延伸方向设有矩形金属条，用作软连接片2与电极端子1连接过程的有效连接区域7；

所述定位装置6用于将电极端子1与软连接片2定位于所述有效连接区域7处，软连接片2置于电极端子1与有效连接区域7之间；

通过外部供给线圈3强交变的电流，位于有效连接区域7处的软连接片2表面会产生极强的感应涡电流，根据楞次定律，有效连接区域7和软连接片2表面各自的电流方向相反，使得软连接片2会受到极强的洛伦兹力，在洛伦兹力作用下，软连接片2朝着电极端子1高速运动并与电极端子1发生高速碰撞，产生原子结合，从而完成连接。

其中，定义所述电流在线圈中的流向为x方向，水平面上垂直于电流流向的方向为y方向，竖直方向为z方向；

所述矩形金属条为长而窄的金属条，所述有效连接区域7沿x方向的长度，设置为远小于线圈3的整体宽度。

其中，所述定位装置6为经过绝缘处理的金属或非金属体块体，用于电极端子1与软连接片2在空间上的定位，所述软连接片2设置为单层或多层。

其中，所述空间上的定位，即在x方向、y方向、z方向三个方向上保持相对位置，包括：定位装置6对电极端子1与软连接片2在x方向、y方向上的定位，同时，定位装置6对电极端子1与软连接片2给予z方向的支撑，使得电极端子1与软连接片2之间在z方向上形成一间隙，所述间隙设置为0.1mm～3mm。

其中，所述定位装置6在x方向上的尺寸大于等于电极端子1在x方向上的尺寸，定位装置6在y方向上的尺寸大于软连接片2在y方向上的尺寸，定位装置6在z方向上的尺寸大于电极端子1、软连接片2以及电极端子1、软连接片2之间的间隙在z方向上的尺寸之和。

其中，所述定位装置6底部沿x方向设有通槽，用于容纳电极端子1与软连接片2，将电极端子1和软连接片2与定位装置6进行x方向上的结构装配，并实现电极端子1与软连接片2在y方向上的定位；所述通槽内壁两侧下端设置有凸台，所述凸台上端放置电极端子1，用于在不影响电极端子1与软连接片2实现焊接的前提下，使电极端子1与下方的软连接片2之间保持一定间隙。

其中，所述软连接片2为单层时，则所述间隙视为电极端子1与软连接片2之间的距离；所述软连接片2为多层时，则所述间隙视为电极端子1与第一单层软连接片2-1之间的距离及第一单层软连接片2-1与第二单层软连接片2-2之间的距离之和。

其中，所述定位装置6中，电极端子1及软连接片2进行x方向、y方向的居中对齐；电极端子1与软连接片2沿着z方向上的重叠区域截面定义为b，电极端子1沿着z方向上的截面定义为a，a的面积大于或等于b的面积，且a在长与宽上覆盖b，防止由于电磁力冲击导致软连接片2发生不必要的变形。

其中，所述线圈3外部由板型腔体包围，形成一封装结构，所述封装结构上表面沿与矩形金属条平行的位置两侧成对设有多个螺纹结构的安装杆18，所述成对设置的多个安装杆18中，以两对安装杆18即四个安装杆18为一组来与定位装置6配合，从而实现对电极端子1及软连接片2进行定位。

其中，所述成对设置的安装杆18中相邻两对为一组，每组安装杆18中，相邻两对安装杆18相互间的距离与电极端子1、软连接片2的x方向宽度尺寸相匹配；所述线圈3上表面上安装杆18的组数根据有效连接区域7长度相对于电极端子1与软连接片2的x方向宽度尺寸的倍数来确定；

由此，有效连接区域7可同时用于多组电极端子1与软连接片2的连接。

其中，所述成对设置的安装杆18中，设置为存在某两对安装杆18相互间的距离与电极端子1与软连接片2的x方向宽度相匹配；且，所述有效连接区域7长度设置为覆盖该两对安装杆18相互间的距离；

由此，有效连接区域7可用于不同宽度的电极端子1与软连接片2。

其中，所述连接装置还包括压板15，所述压板15为高强度且耐冲击的金属或非金属材料板；

当软连接片2受到电磁力向电极端子1冲击时，电极端子1收到冲击力产生沿z方向的运动趋势，由于定位装置6的定位操作会对电极端子1在z方向上起限位作用，同样会产生沿z方向的运动趋势；则通过压板15来对定位装置6实现z方向上压紧；

所述压板15用于沿着z方向压紧定位装置6，将定位装置6与定位后的电极端子1与软连接片2固定于线圈3封装结构上表面。

其中，所述安装杆18在z方向起导向作用，在x方向和y方向起限位作用；所述压板15各边角处设置有通孔，压板15通过通孔与安装杆18实现沿z正方向或z反方向的移动；

当压板15放置于定位装置6上表面后，通过螺母19与安装杆18之间相互锁紧，来保持压板15与定位装置6在z方向上的压紧关系。所述的电极端子与软连接片复合件的连接装置，其特征在于，所述压板15与定位装置6的高度之和小于安装杆18的高度；

所述矩形金属条采用铜合金材料；

所述电极端子1为纯铝体块，所述软连接片2由单层或多层纯铜片组成。

其中，所述连接装置还包括电流发生器；其中，所述电流发生器和线圈3通过高压电缆连接起来，使得电流发生器的强交变电流通过电缆流入线圈3中；

所述电流发生器用于为连接过程提供能量，其包括用于储存能量的电流发生器8和控制系统9；

根据上述连接装置，在进行电极端子1与软连接片2的连接过程中，开启电流发生器8，在控制系统9的控制下，电流发生器8在很短的时间内产生高频震荡脉冲电流，该电流通过高压线缆流经线圈3内，在经过有效连接区域7的矩形金属条时，通过将该有效连接区域7的宽度设置为远小于线圈3的整体宽度，因此在有效连接区域7中的电流密度非常大，磁场密度也相应非常大，且因为该电流为交流电，而软连接片2又是直接放置于有效连接区域7的表面，因此在软连接片2的表面会产生极强的感应涡电流，根据楞次定律，有效连接区域7和软连接片2表面的电流方向相反，软连接片2会受到极强的洛伦兹力，使软连接片2向电极端子1高速碰撞产生原子结合完成连接；

另外，因为有效连接区域7长度是根据电极端子1和软连接片2在x方向上的宽度而设置，因此在一次脉冲放电的条件下可同时将多个电极端子1和软连接片2的组合来实现连接。

(三)有益效果

本发明技术方案采用的线圈体配有电流发生器，通过该电流发生器的瞬时大电流释放来产生高强的感应磁场，金属软连接片在感应磁场中产生感应电流，该感应电流与感应磁场相互作用，瞬时产生巨大的电磁推动力，将金属软连接片以极高的速度推向电极端子，使得金属软连接片与电极端子发生高速碰撞，在碰撞连接处形成塑性流动层和稳态间相，最终实现两者牢固连接。

与现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：

(1)本发明所述的电极端子与软连接片的连接，在微观物理层面上属于原子间相互渗透式的连接，两者可视为结合成一体。因此，通过上述制备方法，可得到一个低内阻、高强度的连接接头来提升单体电池及电池模组的性能并延长其寿命；很好的解决并避免了摩擦焊接及激光焊接导致的连接面积小、能量利用率低的弊端。

(2)本发明借助电磁感应原理，使电极端子与软连接片之间形成原子间的连接，母材不需要熔化，因此几乎无热输入，无热影响区，进而不会产生像熔焊那样高热输入使母材材料特性变化、强度降低的现象。另一方面也解决了激光焊因两种异种材料的母材熔点相差大带来的高返工率、焊缝质量不稳定的弊端，进而得到相比传统激光焊更高可靠性的电极端子与软连接片的连接结构；同时采用该连接方法还可稳定可靠地实现异种材料的连接。

(3)本发明技术方案还提供了一种大幅提升连接效率的连接方案。所述线圈的有效连接区域的长度可根据电极端子与软连接片组数增多而加长。因此，通过更长的有效连接区域可连接更多的电极端子与软连接片；解决了摩擦焊接和激光焊接仅能一次完成一组连接的弊端，可大幅提升连接效率。

(4)本发明技术方案不同于原始连接方案，不需要先制备铜铝复合电极端子之后再进行所述电极端子与软连接片连接，而是可以直接采用纯铝电极端子与铜软连接片进行连接，将两道制备工艺缩减为一道制备工艺，大幅度减少了电极端子与软连接片复合件制备方法的复杂度。

附图说明

图1是电极端子与软连接片复合件的示意图。

图2是现有技术的金属电极端子示意图。

图3为本发明实施例中电极端子与软连接片连接装置结构示意图。

图4为本发明实施例中定位装置与电极端子和软连接片在x方向上的装配关系图。

图5是本发明实施例中定位装置与电极端子和软连接片装配好后在x视角上的位置关系图。

图6是本发明实施例中提供的电极端子与软连接片相对位置与面积对比示意图。

图7是本发明实施例中提供的有效连接区域示意图。

图8是单层软连接片与电极端子间隙及多层软连接片与电极端子间隙示意图。

图9是本发明实施例中提供的压板的装配方式图。

图10为本发明实施例中提供的螺母锁紧后与压板的位置关系图。

图11为本发明实施例中电极端子与软连接片原子间连接微观示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明涉及一种电极端子与金属软连接片复合件的连接装置，所述连接装置用于执行电池领域中将电极端子与软连接片这两个金属部件相互连接固定的操作。电极端子与软连接片部分需重叠放置，采用平面空间上的x、y轴的相对位置定位固定的方法，保证软连接片在受电磁力推动后，可以有效地冲击到电极端子上。此外，电极端子与软连接片之间还需要保持一定的间隙距离，为受力的软连接片提供充足的加速空间。本发明所述的软连接片数量不限于单层。

具体而言，本发明提供如下具体实施例。

实施例

本实施例提供的一种电极端子与软连接片复合件的连接装置，如图3所示，所述连接装置用于将软连接片与电极端子进行连接。在下文中，采用“连接”这一术语，来统一表示两个或多个工件的连接，这意味着使它们的并置表面之间产生原子间融合。

具体而言，本实施例提供一种电极端子与软连接片复合件的连接装置，如图3所示，所述连接装置包括线圈3、定位装置6；

所述线圈3上沿线圈延伸方向设有矩形金属条，用作软连接片2与电极端子1连接过程的有效连接区域7，如图7所示；

所述定位装置6用于将电极端子1与软连接片2定位于所述有效连接区域7处，软连接片2置于电极端子1与有效连接区域7之间；

通过外部供给线圈3强交变的电流，位于有效连接区域7处的软连接片2表面会产生极强的感应涡电流，根据楞次定律，有效连接区域7和软连接片2表面各自的电流方向相反，使得软连接片2会受到极强的洛伦兹力，在洛伦兹力作用下，软连接片2朝着电极端子1高速运动并与电极端子1发生高速碰撞，产生原子结合，从而完成连接。

其中，定义所述电流在线圈中的流向为x方向，水平面上垂直于电流流向的方向为y方向，竖直方向为z方向；

所述矩形金属条为长而窄的金属条，所述有效连接区域7沿x方向的长度，设置为远小于线圈3的整体宽度。

其中，所述定位装置6为经过绝缘处理的金属或非金属体块体，用于电极端子1与软连接片2在空间上的定位。

其中，所述空间上的定位，即在x方向、y方向、z方向三个方向上保持相对位置，包括：定位装置6对电极端子1与软连接片2在x方向、y方向上的定位，同时，如图5所示，定位装置6对电极端子1与软连接片2给予z方向的支撑，使得电极端子1与软连接片2之间在z方向上形成一间隙。

其中，所述定位装置6在x方向上的尺寸大于等于电极端子1在x方向上的尺寸，定位装置6在y方向上的尺寸大于软连接片2在y方向上的尺寸，定位装置6在z方向上的尺寸大于电极端子1、软连接片2以及电极端子1、软连接片2之间的间隙在z方向上的尺寸之和。

其中，所述定位装置6底部沿x方向设有通槽，用于容纳电极端子1与软连接片2，如图4所示，将电极端子1和软连接片2与定位装置6进行x方向上的结构装配，并实现电极端子1与软连接片2在y方向上的定位；所述通槽内壁两侧下端设置有凸台，所述凸台上端放置电极端子1，用于在不影响电极端子1与软连接片2实现焊接的前提下，使电极端子1与下方的软连接片2之间保持一定间隙。所述凸台在y方向上的凸出尺寸为1mm～2mm，在z方向上的厚度等同于间隙在z方向上的尺寸，在x方向上与定位装置6尺寸相同。

其中，所述间隙设置为0.1mm～3mm。

其中，如图8所示，所述软连接片2为单层时，则所述间隙视为电极端子1与软连接片2之间的距离；所述软连接片2为多层时，则所述间隙视为电极端子1与第一单层软连接片2-1之间的距离及第一单层软连接片2-1与第二单层软连接片2-2之间的距离之和。

其中，如图6所示，所述定位装置6中，电极端子1及软连接片2进行x方向、y方向的居中对齐；电极端子1与软连接片2沿着z方向上的重叠区域截面定义为b，电极端子1沿着z方向上的截面定义为a，如果没有特殊要求，应保证a的面积大于或等于b的面积，且a在长与宽上可以很好的覆盖b，防止由于电磁力冲击导致软连接片2发生不必要的变形。所述电极端子1与软连接片2通过定位装置6定位后，与所述有效连接区域7相互定位。

其中，所述线圈3外部由板型腔体包围，形成一封装结构，该封装结构中部设有一沿线圈延伸方向即x方向的长而窄的矩形金属条，是线圈的重要组成部分，连接外部电流发生器8，该矩形铜条位置设于线圈3中部位置，用作电极端子与软连接片连接过程的有效连接区域7；同时，所述封装结构上表面沿与矩形金属条平行的位置两侧成对设有多个螺纹结构的安装杆18，所述成对设置的多个安装杆18中，以两对安装杆18即四个安装杆18为一组来与定位装置6配合，从而实现对电极端子1及软连接片2进行定位。

其中，所述成对设置的安装杆18中相邻两对为一组，每组安装杆18中，相邻两对安装杆18相互间的距离与电极端子1、软连接片2的x方向宽度尺寸相匹配；所述线圈3上表面上安装杆18的组数根据有效连接区域7长度相对于电极端子1与软连接片2的x方向宽度尺寸的倍数来确定；

由此，有效连接区域7可同时用于多组电极端子1与软连接片2的连接。

其中，所述成对设置的安装杆18中，设置为存在某两对安装杆18相互间的距离与电极端子1与软连接片2的x方向宽度相匹配；且，所述有效连接区域7长度设置为覆盖该两对安装杆18相互间的距离；

由此，有效连接区域7可用于不同宽度的电极端子1与软连接片2。

其中，所述连接装置还包括压板15；

当软连接片2受到电磁力向电极端子1冲击时，电极端子1收到冲击力产生沿z方向的运动趋势，由于定位装置6的定位操作会对电极端子1在z方向上起限位作用，同样会产生沿z方向的运动趋势；则通过压板15来对定位装置6实现z方向上压紧；

所述压板15用于沿着z方向压紧定位装置6，将定位装置6与定位后的电极端子1与软连接片2固定于线圈3封装结构上表面。

其中，如图9所示，所述安装杆18在z方向起导向作用，在x方向和y方向起限位作用；所述压板15各边角处设置有通孔，压板15通过通孔与安装杆18实现沿z正方向或z反方向的移动；

如图10所示，当压板15放置于定位装置6上表面后，通过螺母19与安装杆18之间相互锁紧，来保持压板15与定位装置6在z方向上的压紧关系。

其中，所述压板15与定位装置6的高度之和小于安装杆18的高度。

其中，所述压板15为高强度且耐冲击的金属或非金属材料板。

其中，所述矩形金属条为矩形铜条。

其中，所述电极端子1为纯铝体块。所述纯铝体块表面平整光洁，且清洁无油污。

其中，所述软连接片2由单层或多层纯铜片组成。其表面光洁，且清洁无油污。

其中，所述纯铜片表面设有镀镍层、镀锡层或极薄氧化膜，纯铝体块表面设有阳极氧化层。该结构设置可以进一步对电极端子与金属软连接片复合件及电池进行保护，防止在使用过程中不良环境对其造成腐蚀等伤害。

所述纯铝体块根据需求可定制为各种尺寸、形状；所述纯铜片根据需求定制为厚度为0.02mm-3mm，其形状可根据焊接需求进行预加工成各种适合焊接的形状。

其中，所述连接装置还包括电流发生器；其中，所述电流发生器和线圈3通过高压电缆连接起来，使得电流发生器的强交变电流通过电缆流入线圈3中；

所述电流发生器用于为连接过程提供能量，其包括用于储存能量的电流发生器8和控制系统9。

其中，根据上述连接装置，在进行电极端子1与软连接片2的连接过程中，开启电流发生器8，在控制系统9的控制下，电流发生器8在很短的时间内产生高频震荡脉冲电流，该电流通过高压线缆流经线圈3内，在经过有效连接区域7的矩形金属条时，通过将该有效连接区域7的宽度设置为远小于线圈3的整体宽度，因此在有效连接区域7中的电流密度非常大，磁场密度也相应非常大，且因为该电流为交流电，而软连接片2又是直接放置于有效连接区域7的表面，因此在软连接片2的表面会产生极强的感应涡电流，根据楞次定律，有效连接区域7和软连接片2表面的电流方向相反，软连接片2会受到极强的洛伦兹力，使软连接片2向电极端子1高速碰撞产生原子结合完成连接；其微观组织可参考图11；

另外，因为有效连接区域7长度是根据电极端子1和软连接片2在x方向上的宽度而设置，因此在一次脉冲放电的条件下可同时将多个电极端子1和软连接片2的组合来实现连接。

综上所述，本发明提供的技术方案不同于传统意义上的熔焊，它不需熔化母材，不会破坏原材料的材料特性，因此，将其应用于电极端子与软连接片的连接使其连接接头的强度及接触内阻都优于摩擦焊接和激光焊等组合加工的方式，有利于提升电池的性能及使用寿命。

并且，该技术方案属于物理性碰撞连接，通过上述提及的200-1000m/s的高碰撞速度，使金属原子间相互挤压实现连接，因此不会受限于异种材料。

此外，该方案中提到的线圈的连接区域可根据电极端子与软连接片的尺寸和数量再延长，再通过实施系统一次性定位多组电极端子与软连接片组件，并在短时间内完成连接，从而实现了高效生产。

本实施例中，所述纯铝体块为铝零切料或在模具中成型获得；所述纯铜片为零切料，可通过冲压、剪切、激光切割等工艺获得。该种方案可以非常简单易行的获得纯铝体块和纯铜片。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。