极耳和盖板的焊接方法以及电池组件与流程

1.本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种极耳和盖板的焊接方法以及电池组件。


背景技术：

2.随着科学技术的发展和人类对传统能源的消耗，新能源汽车以它的较高的环保性逐渐走进了人们的生活。动力电池技术作为新能源汽车技术发展的重中之重，电池连接技术，特别是焊接技术更是电池制造技术的关键一环。
3.相关工艺中，要想将电池极耳与盖板焊接，大部分使用软连接进行过渡，在这种焊接方式中电池极耳需要上下两层保护片，这样会增加电池重量，侵占电池空间，而且保护片为了保护电池极耳，需要做钝边处理，也就是需要将保护片对折，因此保护片制作需要有制造工序，这极大的增加设备投入和工序复杂性。
4.不仅如此，如果采用软连接，那么过渡片一端需要连接极芯，使用超声焊；另一端需要连接盖板连接片，使用激光焊。该工艺焊接次数较多，将会存在很多问题，例如：虚焊风险大、欧姆阻抗偏大、金属碎屑较多等。这将会导致电池内阻偏高和充放电产热温度较高，金属碎屑对电池安全也会有严重影响。
5.进一步地，软连接片的存在还侵占了电池内部空间，造成电池的体积比能量低；而且软连接片需要折弯处理，降低了生产效率，增加设备投资成本。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种极耳和盖板的焊接方法，该焊接方法简化了极耳和盖板的连接方式，由极耳直接与盖板连接，极大的减少了设备的投入和工序复杂性，提高了生产效率，节约了生产投资成本。
7.本发明进一步地提出了一种电池组件。
8.根据本发明的一种极耳和盖板的焊接方法，包括以下步骤：将多层极耳进行超声波焊接，形成焊印区域，所述焊印区域的致密度不低于预设致密度；将极耳的焊印区域和盖板进行激光预焊接，熔化焊缝处的部分金属，在所述焊印区域处留有焊印；将极耳的焊印区域和盖板进行激光终焊接，将极耳和盖板连接。
9.由此，该焊接方法可实现极耳与盖板的直接焊接，不需要使用过渡片进行连接，简化了连接方式，减少了设备的投入和工序复杂性，提高了生产效率，节约了生产投资成本。
10.在本发明的一些示例中，所述将极耳的焊印区域和盖板进行激光预焊接，熔化焊缝处的部分金属，在所述焊印区域处留有焊印的步骤包括：采用摆动预焊接的方式，摆动预焊接的功率为2000～4000w，速度为300～600mm/s。
11.在本发明的一些示例中，所述将极耳的焊印区域和盖板进行激光预焊接，熔化焊缝处的部分金属，在所述焊印区域处留有焊印的步骤包括：采用直线预焊接的方式，直线预
焊接的功率为2000～4000w，速度为100～200mm/s。
12.在本发明的一些示例中，所述将多层极耳进行超声波焊接，形成焊印区域的步骤包括：夹紧多层所述极耳的两侧；将多层所述极耳的中间部分或端部进行超声波焊接，形成焊印区域。
13.在本发明的一些示例中，所述将多层所述极耳的中间部分进行超声波焊接，形成焊印区域的步骤包括：将多层所述极耳的中间部分送至焊机的底座和焊头之间，位于最下层的所述极耳与所述底座上齐平，然后进行超声波焊接。
14.在本发明的一些示例中，所述底座为电化学腐蚀制作的底座，所述焊头为电化学腐蚀的焊头或者细齿纹焊头。
15.在本发明的一些示例中，所述电化学腐蚀的焊头或者细齿纹焊头的齿距不超过1.0mm。
16.在本发明的一些示例中，所述电化学腐蚀的焊头或者细齿纹焊头的齿距在0.5mm-0.7mm之间。
17.根据本发明的电池组件，包括：电池和盖板，所述电池包括极耳，所述极耳与所述盖板采用所述的极耳和盖板的焊接方法焊接连接。
18.由此，采用激光预焊接和激光终焊接的组合方式，不需要使用过渡片进行连接，简化了连接方式，减少了设备的投入和工序复杂性，提高了生产效率，节约了生产投资成本。
19.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
20.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
21.图1是电池组件的示意图；
22.图2是电池极耳和盖板的焊接方法示意图；
23.图3是极耳的焊印区域和盖板进行激光预焊接的方法示意图；
24.图4是多层极耳进行超声波焊接，形成焊印区域的示意图。
25.附图标记：
26.电池组件100；
27.极耳1；引出片2；盖板3。
具体实施方式
28.下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
29.下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的极耳1和盖板3的焊接方法，该焊接方法简化了连接方式，减少了设备的投入和工序复杂性，提高了生产效率，节约了生产投资成本。并且这项发明的焊接方法所制成的电池组件还可以广泛的应用在各类动力电池上。
30.如图2所示，根据本发明实施例的极耳1和盖板3的焊接方法包括以下步骤：
31.s1、先将多层极耳1进行超声波焊接，形成焊印区域，焊印区域的致密度不低于预
设致密度。
32.因为松散的多层极耳1每层之间存在间隙，是很难实现激光焊接的，所以先将多层极耳1进行超声波焊接，将多层极耳1进行超声波焊接后，多层极耳1可以连接在一起，形成焊印区域，这样不仅可以提高极耳1的致密度和平整性，而且可以使极耳1不焊裂不起皱。
33.进一步地，本发明焊接方法的步骤s1不要求连接强度，这样可以降低对焊头的齿纹齿距大小要求。而且本发明焊接方法的步骤s1的主要目的是将多层极耳1焊接到一起，形成焊印区域，并不会要求焊接强度，多层极耳1超声波焊接形成的焊印区域具有一定的致密度，其致密度不低于预设值密度即可。
34.以金属片为标准，金属片的致密度为100％，多层极耳1经过超声波焊接形成的焊印区域的的致密度要大于或等于预设致密度。这样可以简化工艺的流程，节约生产成本。传统的焊接方法是将连接片与极耳1进行超声波焊接，连接片是板材，属于金属范畴，致密度为100％，经过超声波焊接后，因为连接片可以保证极耳焊后的强度，所以极耳1的致密度一般不会高于预设致密度。与传统方法相比，本发明的焊接方法并没有使用连接片和上下两侧的保护片，这样也可以使极耳1焊接后不开裂。
35.例如，焊印区域的预设致密度为a，因为极耳1两侧不需要上下保护片和过渡片，可实现极耳1焊后不焊裂不打皱不开裂，使极耳1的焊印区域的致密度大于或等于预设致密度a，具体地，预设致密度的取值范围为85％≤a＜100％。由于没有保护片制造工序和过渡片工序，使得生产简单化，也优化了整个工艺流程，降低电池生产成本。而且焊机参数将选择使用能量模式，也就是选择大振幅小能量的参数，这样将减少焊接时间，降低焊裂风险。其中，a可以在90％左右。极耳1焊印区域的致密度大于或等于预设致密度的值90％。
36.s2、将极耳1的焊印区域和盖板3进行激光预焊接，熔化焊缝处的部分金属，在所述焊印区域处留有焊印。具体地，虽然极耳1经过超声波焊接，但是极耳1相比于金属片来说，极耳1的致密度仍然是低的，想要进行激光焊接难度仍然较大。尤其是铜箔材制成的负极极耳的激光焊接是制约激光焊接实施的关键。
37.该极耳1激光焊接的难点在于：铜的导热系数高，且铜对近红外光的吸收低，常温状态其吸收率小于4％；而且多层极耳1超声焊接后，其内部相对于金属片仍然属于不致密。由于以上两点，造成的负极激光焊接过程不稳定，焊接飞溅大，焊后气孔多等问题。
38.所以，将焊印区域和盖板3的引出片2进行激光预焊接。通过预焊接的方式可以先将焊缝处温度提高，这样便可以通过改变极耳1和盖板3的引出片2的温度，从而提高极耳1和引出片2对红外光的吸收率。
39.s3、将极耳1的焊印区域和盖板3进行激光终焊接，将极耳1和盖板3连接。
40.极耳1经过步骤s1超声波焊接和步骤s2激光预焊接后，焊印区域处于紧密贴合的状态，具有一定的致密度，此时就可以进行步骤s3，将极耳1的焊印区域和盖板3进行激光终焊接，将极耳1和盖板3连接。通过激光终焊接的方式可以使得极耳1和盖板3焊接固定，从而可以完成极耳1和盖板3固定的步骤。其中，盖板3具有引出片2，极耳1与引出片2进行激光焊接固定。
41.由此，采用上述方法可以不需要使用保护片和过渡片进行连接，可以优化整个工艺流程，从而可以有效简化电池组件100的结构，可以减轻电池组件100的重量，可以提高电池体积比容量和重量比容量，同时减小虚焊风险。
42.具体地，步骤s3需要首先将盖板3水平的放置在水平的焊机上，焊机固定住盖板3的位置，避免在焊接的过程中，盖板3出现移动的情况。
43.其次将极耳1定位，将焊印区域放置在所述盖板3的引出片2上方，也就是说，尽量使极耳1中经过超声波焊接形成的全部焊印区域都放置在引出片2上方，这样可以提升焊接效果。
44.然后再将焊印区域和引出片2压紧，使焊印区域尽可能的和引出片2贴合，尽可能的减少虚焊等问题的出现，可以提高后续激光焊接的成功率。
45.最后将焊印区域和引出片2进行激光焊接，具体地，激光焊接时，部分极耳1熔化，穿透至盖板3，液态金属重新凝固，形成焊缝。从而使极耳1与盖板3连接到一起。其中，激光焊接头按照从上向下的方式焊接焊印区域和引出片2。此种焊接运动方式稳定且焊接效果好。
46.进一步地，根据夹具和焊接头的相对位置，激光终焊接可以是立焊和平焊。无论何种焊接形式，由于极耳1和引出片2的焊接结构是一样的，连接方式都是穿透焊，所以采用的焊接工艺均在上述将焊印区域和盖板3的引出片2进行激光终焊接的方案中。
47.可选地，极耳1为铜箔或铝箔，铝箔制成的极耳1为正极极耳，铜箔制成的极耳1为负极极耳。
48.根据本发明的一个可选实施例，如图3所示，步骤s2的方法包括：
49.预焊接开始前先对设备进行合理的功率和速度的设置，在预焊后的极耳1和盖板3的焊缝位置焊接，熔化焊缝位置处小部分金属，由于熔化金属量少，熔池体积小，不会产生大的飞溅。由于预焊接热输入小且散热快，焊缝位置马上又凝固了，在后续焊接开始时，工件温度处始终略低于熔化温度。此温度区间的铜对近红外光的吸收远高于常温状态。随后的焊接过程中，采用合适的焊接参数，可以保持焊接过程熔池持续稳定，从而减少飞溅。
50.根据步骤s2激光预焊接工艺要求，如图3所示，一种可选地，激光预焊接采用摆动预焊接的方式，摆动预焊接的功率为2000～4000w，速度为300～600mm/s；另一种可选地，激光预焊接采用直线预焊接的方式，直线预焊接的功率为2000～4000w，速度为100～200mm/s。
51.进一步地，由于摆动预焊接的几何速度相对直线预焊接的几何速度而言，摆动预焊接的几何速度较慢，考虑散热，线能量比直线大。
52.预焊接后，极耳1并没有与盖板3的引出片2连接到一起，而是在极耳1表面留下一道焊印。由于经过加热，焊接位置处的极耳1具有一定的温度。预焊接后，马上进行步骤s3激光终焊接，这样可以使得焊接过程稳定，焊接飞溅少。
53.根据本发明的一个可选实施例，如图3所示，步骤s1包括以下步骤：
54.s1-1、夹紧多层极耳1的两侧。具体地，极耳1的两侧可以利用夹具夹紧，夹具可以将多层松散的极耳1夹在一起，由气缸气压控制夹紧力大小，这样一方面可以保证将极耳1夹在一起，另一方面又留给极耳1振动的空间，不至于振裂。
55.s1-2、将多层极耳1的中间部分或端部进行超声波焊接，形成焊印区域。可以理解的是，在夹具夹紧多层极耳1后，极耳1可以送到焊机内，最下层极耳1与底座齐平，可以保证在焊接过程中极耳1没有上下移位，从而保证极耳1不会拉扯开裂。
56.具体地，步骤s1-2还包括：将多层极耳1的中间部分送至焊机的底座和焊头之间，
位于最下层的极耳1在底座上齐平，底座为电化学腐蚀制作的底座，焊头为电化学腐蚀的焊头或者细齿纹焊头，电化学腐蚀的焊头或者细齿纹焊头的齿距不超过1.0mm。
57.进一步地，将多层极耳1的中间部分进行超声波焊接，形成焊印区域的工艺不要求连接强度，降低了对焊头齿纹尺寸大小的要求。所以焊机上下焊头要求为电化学腐蚀的焊头或者细齿纹焊头，不需要选用齿纹尺寸较大的焊头，比如不需要选择传统软连接常用的焊头齿距为1.5mm和2.0mm的焊头。选用的电化学腐蚀的焊头或者细齿纹焊头的齿距可以为0.5mm-0.7mm之间，焊机的底座为电化学腐蚀制作的底座。该焊头和底座组合，减小了齿纹大小，将多层极耳1进行超声波焊接，形成焊印区域相比于传统软连接过渡片超声焊接，形成焊印区域的表面更平整。
58.结合图1和图2所示，根据本发明实施例的电池组件100，包括：电池和盖板3，电池包括极耳1，盖板3包括引出片2，本发明实施例的电池组件从上到下，依次为极耳1、引出片2，盖板3，极耳1搭接在引出片2上面，电池中的极耳1和盖板3采用激光预焊接和激光终焊接的方法进行焊接连接，具体地，极耳1形成有焊印区域，焊印区域和盖板3的引出片2先通过激光预焊接，再通过激光终焊接的方式相连接。当然，该电池组件100也可以完全按照上述实施例的方法焊接连接。
59.电流在焊缝通过，极耳1可以是正极耳或负极耳。正极耳是铝箔材，负极耳是铜箔材。极耳1为电芯的结构，电芯可由卷绕或叠片方式制作实现。盖板3的引出片2属于盖板3的一部分，其一端连接盖板3的极柱。根据电池结构，引出片2有多种结构，但无论何种引出片2结构，其与极耳1的焊接结构是一致的，都属于极耳1和盖板3焊接结构的范围。例如：正极盖板3为光盖板时，无极柱引出片，将极耳1直接焊到盖板3上。极耳1和盖板3的焊接结构依然适用，还是属于极耳1和盖板3的焊接结构的范围。
60.在本发明的描述中，需要理解的是，术语、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
61.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
62.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。