电池盖板的焊接方法与流程

本发明涉及电池生产制造工艺技术领域，尤其涉及一种电池盖板的焊接方法。

背景技术：

新能源电动汽车的动力电池的壳体大多采用铝壳，铝壳的价格比钢壳成本略高，但铝壳的资源供应丰富、建设规模大、工艺先进、环境影响小、节能减排且盈利能力高。方形铝壳锂电池在制造组装过程中，需要应用到激光焊接工艺，激光焊接具有高能量密度、高精度、功率稳定等优势，在方形铝壳在生产装配过程中起到不可替代的作用。顶盖封口激光焊接是将盖板与铝壳在夹紧工装内进行激光焊接，使电池密封的一种封装工艺。

目前在本领域中为了提升电池容量、减小电池包体积重量，故对薄壁铝壳进行推广。然而，该种电池在盖板与壳体的焊接过程中，被焊工件受到不均匀温度场的作用会产生变形，壳体越薄变形越严重。

具体而言，针对现有工艺中对薄壁铝壳与盖板采用大功率激光焊接的方式，由于激光高温而熔化的母材部分，也就是熔池，在处于已焊接的高温熔融区域向未焊接的低温区域移动时，局部加热膨胀时受到了未加热部分的压缩作用。在之后的冷却收缩过程中，受到了未加热部分的拉伸作用，所以在经过焊接后的壳体本身发生了尺寸改变，最终表现为大面波浪边，产生凸起和凹陷。

技术实现要素：

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种能够增强盖板与壳体的整体连接强度，并能够缓解壳体凹陷的焊接方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供一种电池盖板的焊接方法，其中，焊接方法包含：分别沿盖板与壳体的连接区域进行的至少两次连续焊接，第一次连续焊接的焊接功率小于第二次连续焊接的焊接功率，调节激光焊接功率、焊接速度和离焦量，第一次连续焊接后，壳体的变形量小于或等于0.6mm，且第二次连续焊接后，壳体的变形量小于或等于1.0mm。

由上述技术方案可知，本发明提出的电池盖板的焊接方法的优点和积极效果在于：

本发明提出的电池盖板的焊接方法，通过较小功率的第一次连续焊接固定盖板与壳体的位置，并通过较大功率的第二次连续焊接实现盖板与壳体的整体焊接。通过上述设计，本发明由于采用了较小功率的第一次焊接，使得较大功率的第二次焊接能够有效缓解焊接后壳体变形，避免焊穿壳体而造成电芯损坏，且形成的焊缝区域成型饱满，焊接强度高，提升了电池的使用安全性。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种电池盖板的焊接方法的两次连续焊接在盖板与壳体上的位置示意图；

图2是根据另一示例性实施例示出的一种电池盖板的焊接方法的两次连续焊接在盖板与壳体上的位置示意图；

图3是根据另一示例性实施例示出的一种电池盖板的焊接方法的两次连续焊接在盖板与壳体上的位置示意图。

附图标记说明如下：

100.盖板；

200.壳体；

a1.位置；

a2.位置；

g1.间隙；

g2.间隙。

具体实施例

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本发明。

在对本发明的不同示例性实施例的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本发明的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本发明的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解的是，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本发明范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“之上”、“之间”、“之内”等来描述本发明的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本发明的范围内。

实施例一

参阅图1，其代表性地示出了本发明提出的电池盖板的焊接方法的两次连续焊接在盖板100与壳体200上的位置示意图。在该示例性实施例中，本发明提出的电池盖板的焊接方法是以应用于对车载电池的铝壳与盖板100进行焊接为例进行说明的。本领域技术人员容易理解的是，为将本发明的相关设计应用于其他类型的电池的盖板焊接工艺中，而对下述的具体实施例做出多种改型、添加、替代、删除或其他变化，这些变化仍在本发明提出的电池盖板的焊接方法的原理的范围内。

如图1所示，在本实施例中，本发明提出的电池盖板的焊接方法包含：分别沿盖板100与壳体200的连接区域进行的两次连续焊接，且第一次连续焊接的焊接功率小于第二次焊接的焊接功率，调节激光焊接功率、焊接速度和离焦量，第一次连续焊接后，壳体200的变形量小于或等于0.6mm，且第二次连续焊接后，壳体200的变形量小于或等于1.0mm。据此，本发明提出的电池盖板的焊接方法，通过较小功率的第一次连续焊接固定盖板100与壳体200的位置，并通过较大功率的第二次连续焊接实现盖板100与壳体200的整体焊接。换言之，第一次连续焊接相当于预焊，第二次连续焊接相当于终焊。通过上述设计，本发明由于采用了较小功率的第一次焊接，使得较大功率的第二次焊接能够有效缓解焊接后壳体200变形，避免焊穿壳体200而造成电芯损坏，且形成的焊缝区域成型饱满，焊接强度高，提升了电池的使用安全性。

可选地，在本实施例中，在进行第一次连续焊接之前，可以沿盖板100与壳体200的连接缝进行点焊，点焊即在连接缝位置进行不连续的小面积焊接。通过上述工艺设计，有利于第一次连续焊接时盖板100与壳体200的固定，有利于提升与第一次连续焊接的良率。

可选地，在本实施例中，第一次连续焊接的焊接功率与第二次连续焊接的焊接功率的比值可以为0.3:1～0.8:1，例如0.3:1、0.4:1、0.6:1、0.8:1等。在其他实施例中，在保证第一次连续焊接的焊接功率小于第二次连续焊接的焊接功率的基础上，第一次连续焊接的焊接功率与第二次连续焊接的焊接功率的比值亦可小于0.3:1，或可大于0.8:1，例如0.2:1、0.85:1等，并不以本实施例为限。通过上述设计，本发明能够可有效缓解焊接时电池壳体200变形。

可选地，在本实施例中，第一次连续焊接的熔深的范围可以为0.6mm～0.8mm，例如0.6mm、0.7mm、0.8mm等。并且，第二次连续焊接的熔深的范围可以大于0.8mm，例如0.9mm、1.1mm等。在其他实施方式中，第一次连续焊接的熔深亦可小于0.6mm，或可大于0.8mm，例如0.5mm、0.9mm，且第二次连续焊接的熔深的大于第一次连续焊接的熔深。通过上述设计，本发明能够使壳体200与盖板100具有较高的焊接强度，从而提升电池的使用安全性。

可选地，在本实施例中，连续焊接的焊接功率参数包含光纤功率，在此基础上，第一次连续焊接的光纤功率与第二次连续焊接的光纤功率的比值，可以为0.3:1～0.8:1，例如0.3:1、0.4:1、0.6:1、0.8:1等。其中，焊接的光纤功率不同，形成的焊缝的熔深不同，功率越高，熔深越深。焊接功率过小，容易形成焊缝虚焊、断焊或固定强度弱，最终起不到防止壳体变形的作用，功率过大，则容易出现壳体变形。

可选地，在本实施例中，连续焊接的焊接功率参数包含光纤功率，在此基础上，第一次连续焊接的光纤功率可以为400w～600w，例如400w、450w、550w、600w等。在其他实施例中，根据不同型号电池的不同尺寸(例如厚度)的盖板100与壳体200的焊接需要，第一次连续焊接的光纤功率亦可小于400w，或可大于600w，例如350w、700w等，并不以本实施例为限。

进一步地，基于第一次连续焊接的光纤功率可以为400w～600w的工艺设计，在本实施例中，第一次连续焊接的光纤功率可以为500w。

可选地，在本实施例中，在保证第一次连续焊接的焊接功率小于第二次连续焊接的焊接功率的基础上，第二次连续焊接的光纤功率可以为650w～850w，例如650w、700w、800w、850w等。在其他实施例中，根据不同型号电池的不同尺寸的盖板100与壳体200的焊接需要，第二次连续焊接的光纤功率亦可小于650w，或可大于850w，例如600w、900w等，并不以本实施例为限。

进一步地，基于第二次连续焊接的光纤功率为650w～850w的工艺设计，在本实施例中，第二次连续焊接的光纤功率可以为760w。

可选地，在本实施例中，连续焊接的焊接功率参数包含半导体功率，在此基础上，第一次连续焊接的半导体功率可以为850w～1100w，例如850w、900w、1000w、1100w等。据此，本发明通过采用上述半导体功率的设计，有利于形成较宽的熔池，从而增强焊缝的强度，半导体功率越高则形成的熔池越宽。在其他实施例中，根据不同型号电池的不同尺寸的盖板100与壳体200的焊接需要，第一次连续焊接的半导体功率亦可小于850w，或可大于1100w，例如800w、1150w等，并不以本实施例为限。

进一步地，基于第一次连续焊接的半导体功率为850w～1100w的工艺设计，在本实施例中，第一次连续焊接的半导体功率可以为1050w。

可选地，在本实施例中，在保证第一次连续焊接的焊接功率小于第二次连续焊接的焊接功率的基础上，第二次连续焊接的半导体功率可以为1150w～1300w，例如1150w、1200w、1250w、1300w等。在其他实施例中，根据不同型号电池的不同尺寸的盖板100与壳体200的焊接需要，第二次连续焊接的半导体功率亦可小于1150w，或可大于1300w，例如1100w、1350w等，但需大于第一次连续焊接的半导体功率，并不以本实施例为限。

进一步地，基于第二次连续焊接的半导体功率为1150w～1300w的工艺设计，在本实施例中，第二次连续焊接的半导体功率可以为1200w。

可选地，在本实施例中，第一次连续焊接的焊接速度(例如焊接光束，即焊头的移动速度)可以小于第二次连续焊接的焊接速度。

进一步地，基于第一次连续焊接的焊接速度小于第二次连续焊接的焊接速度的工艺设计，在本实施例中，第一次连续焊接的焊接速度可以为60mm/s～80mm/s，例如60mm/s、65mm/s、75mm/s、80mm/s等。在其他实施例中，第一次连续焊接的焊接速度亦可小于60mm/s，或可大于80mm/s，例如55mm/s、90mm/s等，并不以本实施例为限。

进一步地，基于第一次连续焊接的焊接速度为60mm/s～80mm/s的工艺设计，在本实施例中，第一次连续焊接的焊接速度可以为70mm/s。

进一步地，基于第一次连续焊接的焊接速度小于第二次连续焊接的焊接速度的工艺设计，在本实施例中，第二次连续焊接的焊接速度可以为90mm/s～110mm/s，例如90mm/s、95mm/s、105mm/s、110mm/s等。在其他实施例中，第二次连续焊接的焊接速度亦可小于90mm/s，或可大于110mm/s，例如85mm/s、115mm/s等，并不以本实施例为限。

进一步地，基于第二次连续焊接的焊接速度为90mm/s～110mm/s的工艺设计，在本实施例中，第二次连续焊接的焊接速度可以为100mm/s。

承上所述，在本实施例中，是以壳体200的厚度采用0.5mm、0.6mm、0.8mm等几种主流厚度设计为例进行说明，且是以壳体200的材质包含铝或者钢为例进行说明。在其他实施例中，当壳体采用其他厚度或材质，则上述焊接参数亦可灵活调整，均不以本实施例为限。

需说明的是，在其他实施例中，本发明提出的电池盖板的焊接方法亦可包含三次或者三次以上连续焊接。在此基础上，第一次连续焊接的焊接功率应小于其它次连续焊接的任一者的焊接功率。例如，第一连续焊接的焊接功率可以为各次连续焊接的焊接功率的最小值。又如，各次连续焊接的焊接功率可以依次增大。

例如，在本发明的另一实施例中，焊接方法可以包含三次连续焊接。其中，第一次焊接的光纤功率为400w，半导体功率860w，第二次焊接的光纤功率为550w，半导体功率为900w，第三次焊接的光纤功率为600w，半导体功率为1000w。据此，三次焊接后壳体的变形量为0.3mm，通过不同功率的三次焊接，使得焊缝的强度较高，能够有效避免虚焊，且壳体变形量较小。

实施例二

基于上述对本发明提出的电池盖板的焊接方法的第一实施例的详细说明，以下将对本发明提出的电池盖板的焊接方法的第二实施例进行说明。参阅图2，其代表性地示出了本发明提出的电池盖板的焊接方法，在第二实施例中的两次连续焊接在盖板100与壳体200上的位置示意图。以下将结合图2，对焊接方法在第二实施例中区别于第一实施例的设计进行说明。

可选地，如图2所示，在本实施例中，在沿盖板100与壳体200的连接区域进行第一次连续焊接的步骤中，可以将焊接光束(例如激光束)的位置a1对齐于盖板100与壳体200的连接缝进行连续焊接。例如，在进行焊接之前，可以利用对位器件(例如电荷耦合图像传感器，即ccd)对连接缝进行扫描，如尺寸在合格范围内，即满足“对齐”的标准，则可进行焊接，否则进行位置调整，直至满足“对齐”的标准。通过上述工艺设计，本发明采用的第一次焊接对着连接缝进行焊接的工艺能够使焊缝的外观不会产生虚焊与断焊，而采用功率较小的第一次连续焊接，不仅能够实现盖板100与壳体200的固定，不会对电芯造成损伤，还能实现精确定位，且壳体200不会变形。

进一步地，如图2所示，基于第一次连续焊接时将焊接光束的位置a1对齐于连接缝的工艺设计，在本实施例中，在沿盖板100与壳体200的连接区域进行第二次连续焊接的步骤中，可以将焊接光束的位置a2对齐于盖板100的偏离自身边缘的位置进行连续焊接。其中，上述偏离的间隙g1可以小于0.5mm，例如0.1mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm等。据此，由于第二次连续焊接具有较大的焊接功率，本发明通过将焊接轨迹设置在盖板100的偏离自身边缘的位置上，能够进一步避免第二次连续焊接时焊穿壳体200，进一步保证电池内部的电芯不会因壳体200或者第一次焊接的焊缝焊穿而损坏，提升了电池的安全性和焊接良率。在其他实施例中，间隙g1亦可大于0.5mm，例如0.6mm等，并不以本实施例为限。

进一步地，基于第二次连续焊接时焊接轨迹与盖板100边缘具有小于0.5mm的间隙g1的工艺设计，在本实施例中，间隙g1可以为0.2mm。

具体而言，以下通过本发明提出的电池盖板的焊接方法的一具体应用实例，对本发明提出的电池盖板的焊接方法的功效进行说明。

基于第二实施例的上述工艺设计，在该具体应用实例中，第一次连续焊接与第二次连续焊接的主要焊接参数如下表所示，所谓焊接参数至少可以包含光纤功率、半导体功率、焊接速度以及焊接轨迹与实际焊缝(盖板与壳体的实际连接缝)的间隙。

其中，以壳体200厚度为0.5mm，且材质包含铝为例，在基于本发明的焊接过程中，第一次连续焊接的环境参数为：光纤功率为500w，半导体功率为1050w，焊接速度为70mm/s，焊接轨迹距焊缝距离为0(即第二实施例中第一次连续焊接的“对齐”设计)。在此基础上，经过第一次连续焊接，壳体产生0.3mm的正面凹陷和0.6mm的反面凹陷。接续，第二次连续焊接的环境参数为：光纤功率为760w，半导体功率为1200w，焊接速度为100mm/s，焊接轨迹距盖板边缘的间隙为0.2mm。在此基础上，经过第二次连续焊接，壳体最终产生0.65mm的正面凹陷和1mm的反面凹陷，且焊缝区域的熔宽为1.486mm，有效熔深为1.064mm，最大熔深为1.25mm。

表1-本发明第二实施例的焊接参数及电池凹陷参数

在上述实施例和具体应用实例中，通过调整激光焊接功率、焊接速度和离焦量，第一次连续焊接后，壳体200的变形量可以小于或等于0.6mm，且第二次连续焊接后，壳体200的变形量可以小于或等于1.0mm。所谓的“壳体200的变形量”可以理解为正面和背面凹陷的大者。在符合本发明设计构思的各种可能的实施例中，对于各种厚度或材质的壳体而言，第二次连续焊接的焊接功率可以为400w～5000w。焊接速度可以为40mm/s～300mm/s。离焦量可以大于0且小于等于5mm。在其他实施例中，上述焊接参数亦可灵活调整，均不以本实施例为限。

需说明的是，在上表中，第一行数值代表第一次连续焊接的焊接参数和焊接后的电池凹陷参数，第二行数值代表第二次连续焊接的焊接参数和焊接后的电池凹陷参数，且第二行的电池凹陷参数即两次焊接完成后电池产生的最终凹陷的参数，无需再与第一次焊接的凹陷参数叠加。

承上所述，为更加明确地了解本发明提出的电池盖板的焊接方法的功效，以下将对一种现有焊接工艺进行说明。

如下表所示，现有焊接工艺采用一次连续焊接，且为体现本发明与现有设计的差异，仍以本发明的上述具体应用实例中的第二次连续焊接的环境参数作为该现有焊接工艺的焊接参数。

表2-现有方案的焊接参数及电池凹陷参数

据此可知，本发明采用两次连续焊接的工艺设计，利用焊接功率较小的第一次连续焊接作为预焊，并利用焊接功率较大的第二次连续焊接作为终焊，相比于现有焊接方法，本发明能够显著减小电池正反大面形成的凹陷，减幅可达约30％。在此基础上，由于电池壳体表面的平面度得到优化，可以易于后段贴膜工序与模组涂胶工序生产，可以提高贴膜与涂胶工序的良率，减少报废，且可避免因壳体凹陷而产生析锂，提高了电池的安全使用性能。

实施例三

基于上述对本发明提出的电池盖板的焊接方法的第一实施例和第二实施例的详细说明，以下将对本发明提出的电池盖板的焊接方法的第三实施例进行说明。参阅图3，其代表性地示出了本发明提出的电池盖板的焊接方法，在第三实施例中的两次连续焊接在盖板100与壳体200上的位置示意图。以下将结合图3，对焊接方法在第三实施例中区别于第一实施例和第二实施例的设计进行说明。

可选地，如图3所示，在本实施例中，在沿盖板100与壳体200的连接区域进行第一次连续焊接的步骤中，可以将焊接光束的位置a1对齐于盖板100的偏离自身边缘的位置进行连续焊接。其中，上述偏离的间隙g2可以小于0.3mm，例如0.1mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm等。据此，由于焊接过程中能够在盖板100边缘形成熔池，使得金属熔浆可以流到连接缝处，从而形成了壳体200和盖板100的连接，可以进一步避免电池壳体200大面的凹陷变形。在其他实施例中，间隙g2亦可大于0.3mm，例如0.4mm等，并不以本实施例为限。

进一步地，如图3所示，基于第一次连续焊接时焊接轨迹与盖板100边缘具有小于0.3mm的间隙g2的工艺设计，在本实施例中，在第二次连续焊接的步骤中，可以将焊接光束(例如激光束)的位置a2对齐于盖板100边缘进行连续焊接。据此，由于连接缝处已经在第一次连续焊接时形成了一定的焊接层，此时采用较大功率焊接焊印处，能够进一步加强焊接连接强度，进一步保证电池的安全性。

在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的电池盖板的焊接方法仅仅是能够采用本发明原理的许多种焊接方法中的几个示例。应当清楚地理解，本发明的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的电池盖板的焊接方法的任何细节或任何步骤。

综上所述，本发明提出的电池盖板的焊接方法，通过较小功率的第一次连续焊接固定盖板与壳体的位置，并通过较大功率的第二次连续焊接实现盖板与壳体的整体焊接。通过上述设计，本发明由于采用了较小功率的第一次焊接，使得较大功率的第二次焊接能够有效缓解焊接后壳体变形，避免焊穿壳体而造成电芯损坏，且形成的焊缝区域成型饱满，焊接强度高，提升了电池的使用安全性。

以上详细地描述和/或图示了本发明提出的电池盖板的焊接方法的示例性实施例。但本发明的实施例不限于这里所描述的特定实施例，相反，每个实施例的组成部分和/或步骤可与这里所描述的其它组成部分和/或步骤独立和分开使用。一个实施例的每个组成部分和/或每个步骤也可与其它实施例的其它组成部分和/或步骤结合使用。在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一个”、“一”和“上述”等用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

虽然已根据不同的特定实施例对本发明提出的电池盖板的焊接方法进行了描述，但本领域技术人员将会认识到可在权利要求的精神和范围内对本发明的实施进行改动。