锂电池隔膜的激光焊接方法、装置、系统和存储介质与流程

1.本发明涉及激光加工技术领域，具体涉及一种锂电池隔膜的激光焊接方法、装置、系统和存储介质。


背景技术：

2.锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。
3.锂电池隔膜的主要作用是使锂电池的正负极分隔开，防止出现因两极接触造成短路的现象，同时还具有能使电解离子通过的功能。锂电池隔膜通常采用两片聚丙烯薄膜制作，两片聚丙烯薄膜分别覆盖在锂电池电芯(一般为方形)的上下两面，两片聚丙烯薄膜的周侧通过电阻丝焊接在一起。
4.然而，在采用电阻丝焊接聚丙烯薄膜时，两片聚丙烯薄膜之间会存在焊接不牢固/不稳定的问题，影响焊接效果，降低产品质量。同时，电阻丝在使用一段时间后会存在损耗，需定期或不定期更换电阻丝，增加成本。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提出一种锂电池隔膜的激光焊接方法，旨在解决现有锂电池隔膜存在焊接质量差以及制作成本高的技术问题。
6.第一方面，为实现上述目的，本发明提出一种锂电池隔膜的激光焊接方法，所述锂电池隔膜包括两片聚丙烯薄膜，两片所述聚丙烯薄膜分别覆设在锂电池电芯的相对两面，两片所述聚丙烯薄膜和锂电池电芯层叠放置在治具底板上，包括：
7.获取激光焊接参数和扫描路径，所述激光焊接参数包括激光器输出功率、激光器脉冲频率和激光器离焦量；
8.控制治具上盖朝向治具底板移动，直至治具上盖压合在治具底板上，以使得两片聚丙烯薄膜完全贴合锂电池电芯；
9.待治具上盖与治具底板压合后，控制激光焊接头按照所述激光焊接参数和扫描路径对两片聚丙烯薄膜的边缘进行热熔焊接。
10.在一些实施例中，所述治具上盖连接有气缸，所述气缸与气源连接，所述气源与气缸之间设有气压调节阀；在所述控制治具上盖朝向治具底板移动的步骤之前，还包括：
11.获取治具上盖与治具底板之间的压合力大小；
12.根据所述压合力大小，控制所述气压调节阀对流向所述气缸内的气体压力进行调节。
13.在一些实施例中，所述气缸内的气体压力为1.0～1.5mpa。
14.在一些实施例中，所述激光器输出功率为额定功率的90％～97％，所述激光器脉冲频率为1～200khz，所述激光器离焦量为-1～3mm。
15.在一些实施例中，所述激光器包括二氧化碳激光器，所述二氧化碳激光器的额定功率为50～60w，所述二氧化碳激光器的波长为8.5～10μm，所述述二氧化碳激光器的光束质量因子m2＜1.2。
16.在一些实施例中，所述激光扫描路径包括多个间隔分布的矩形扫描轨迹，相邻两个矩形扫描轨迹的间距为40～60mm。
17.在一些实施例中，在控制激光焊接头按照所述激光焊接参数和扫描轨迹对两片聚丙烯薄膜的边缘进行热熔焊接的步骤之后，还包括：
18.对焊接完成的锂电池隔膜进行外观检测和剪切力测试。
19.第二方面，本发明还提出一种锂电池隔膜的激光焊接装置，包括：
20.治具，所述治具包括治具底板和治具上盖，所述治具底板用于放置两片聚丙烯薄膜和锂电池电芯；
21.气缸，与所述治具上盖传动连接，用于驱动所述治具上盖朝向或背离所述治具底板移动；
22.激光器，用于产生激光；
23.激光焊接头，与所述激光器连接，用于将激光照射至两片聚丙烯薄膜的待焊接部位；
24.控制器，用于执行前述各实施例所记载的锂电池隔膜的激光焊接方法。
25.第三方面，本发明还提出一种锂电池隔膜的激光热熔系统，包括：
26.存储器，存储有计算机程序；
27.处理器，执行所述计算机程序时，实现前述各实施例所记载的锂电池隔膜的激光焊接方法。
28.第四方面，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现前述各实施例所记载的锂电池隔膜的激光焊接方法。
29.本发明所提出的技术方案中，采用激光对聚丙烯薄膜进行热熔焊接，由于激光具有能量密度集中、热输入小、热影响小和焊接精度高的特点，因此，两片聚丙烯薄膜经激光焊接后较为牢固，提高了制作得到的锂电池隔膜的质量。同时，激光为非接触式焊接，其产生的热量不会影响激光器的使用寿命，可降低激光器的维护成本。
附图说明
30.图1为本发明锂电池隔膜的激光焊接方法第一实施例的流程图；
31.图2为本发明锂电池隔膜的激光焊接方法第二实施例的流程图；
32.图3为本发明锂电池隔膜的激光焊接方法第三实施例的流程图。
33.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明中的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
36.还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。
37.另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
38.本发明提出一种锂电池隔膜的激光焊接方法，锂电池隔膜包括两片聚丙烯薄膜，两片所述聚丙烯薄膜分别覆设在锂电池电芯的相对两面，两片所述聚丙烯薄膜和锂电池电芯层叠放置在治具底板上，请参见图1，锂电池隔膜的激光焊接方法包括：
39.步骤s10，获取激光焊接参数和扫描路径，所述激光焊接参数包括激光器输出功率、激光器脉冲频率和激光器离焦量；
40.步骤s20，控制治具上盖朝向治具底板移动，直至治具上盖压合在治具底板上，以使得两片聚丙烯薄膜完全贴合锂电池电芯；
41.步骤s30，待治具上盖与治具底板压合后，控制激光焊接头按照所述激光焊接参数和扫描路径对两片聚丙烯薄膜的边缘进行热熔焊接。
42.本实施例中，锂电池包括有隔膜和电芯，电芯大致为方形，隔膜用于分隔开锂电池的正负极，隔膜包覆在电芯的外周面。隔膜由两片聚丙烯薄膜通过热熔焊接的方式制作得到，在对聚丙烯薄膜进行焊接之前，先将两片聚丙烯薄膜分别包覆在电芯的相对两面，而后再将包覆有聚丙烯薄膜的电芯放置于治具底板上。
43.在将包覆有聚丙烯薄膜的电芯放置于治具底板上后，获取激光焊接参数和扫描路径。其中，激光焊接参数可通过鼠标和键盘等外部设备输入，激光焊接参数包括有激光器输出功率、激光器脉冲频率和激光器离焦量。与此同时，或者在获取到激光焊接参数和扫描路径的步骤之后，控制治具上盖朝向治具底板移动，以使得治具上盖与治具底板压合，从而使得两片聚丙烯薄膜与锂电池电芯的相对两面完全贴合，保证两片聚丙烯薄膜与电芯在进行激光焊接时无错位，进而提高激光焊接精度。
44.待治具上盖与治具底板压合后，控制激光焊接头按照激光焊接参数和扫描路径对两片聚丙烯薄膜的边缘进行热熔焊接，以得到锂电池隔膜产品。激光热熔焊接后的隔膜将电芯完全包覆，由于隔膜的材质为聚丙烯薄膜，而聚丙烯薄膜为绝缘体，因此，通过隔膜能够分隔锂电池的正负极，避免两者接通造成短路的现象。
45.在一些实施例中，本发明所提出的所述治具上盖连接有气缸，所述气缸与气源连接，所述气源与气缸之间设有气压调节阀；在所述控制治具上盖朝向治具底板移动的步骤之前，请参见图2，还包括：
46.获取治具上盖与治具底板之间的压合力大小；
47.根据所述压合力大小，控制所述气压调节阀对流向所述气缸内的气体压力进行调节。
48.本实施例中，气源用于给气缸提供气体，治具上盖通过气缸驱动其沿朝向或背离治具底板的方向移动，气源与气缸之间设有气压调节阀，以通过气压调节阀调节流向气缸内的气体压力。在控制治具上盖朝向治具底板移动之前，先获取治具上盖与治具底板之间的压合力大小，该压合力大小根据实际情况进行设定，而后再根据压合力的大小，控制气压调节阀对流向气缸内的气体压力进行调节，以使得流向气缸内的气体压力满足预设压力要求。
49.在一些实施例中，本发明所提出的气缸内的气体压力为1.0～1.5mpa。
50.本实施例中，气缸内的气体压力可以从1.0～1.5mpa的范围内进行选定，例如，1.1mpa、1.2mpa、1.3mpa、1.4mpa、1.5mpa。
51.在一些实施例中，本发明所提出的激光器输出功率为额定功率的90％～97％，所述激光器脉冲频率为1～200khz，所述激光器离焦量为-1～3mm。
52.本实施例中，激光器的输出功率控制在额定功率的90％～97％范围内，激光器的脉冲频率控制在1～200khz范围内，激光器的离焦量控制在-1～3mm范围内，在此激光参数下，对于厚度为80μm的聚丙烯薄膜的焊接效果较佳。示例性的，激光器的输出功率为额定功率的95％，激光器的脉冲频率为80khz，激光器的离焦量为2mm。
53.在一些实施例中，本发明所提出的激光器包括二氧化碳激光器，所述二氧化碳激光器的额定功率为50～60w，所述二氧化碳激光器的波长为8.5～10μm，所述述二氧化碳激光器的光束质量因子m2＜1.2。
54.本实施例中，激光器包括二氧化碳激光器，作为示例性的，二氧化碳激光器的额定功率为55w，二氧化碳激光器的波长为9.3μm，二氧化碳激光器的光束质量因子m2＜1.2。
55.在一些实施例中，本发明所提出的激光扫描路径包括多个间隔分布的矩形扫描轨迹，相邻两个矩形扫描轨迹的间距为40～60mm。
56.本实施例中，多个矩形扫描轨迹围绕两片聚丙烯薄膜的焊接位间隔分布，作为示例性的，相邻两个矩形扫描轨迹的间距为50mm。也即，在对聚丙烯薄膜进行激光焊接时，按照矩形扫描轨迹进行热熔焊接，比如，在完成第一个矩形扫描轨迹的激光填充后，再移动至下一个矩形扫描轨迹进行激光填充，直至将两片聚丙烯薄膜的四条侧边焊接在一起。
57.在一些实施例中，本发明所提出的在控制激光焊接头按照所述激光焊接参数和扫描轨迹对两片聚丙烯薄膜的边缘进行热熔焊接的步骤之后，请参见图3，还包括：
58.对焊接完成的锂电池隔膜进行外观检测和剪切力测试。
59.本实施例中，在焊接完成后，控制治具上盖背离治具底板移动，而后对焊接完成的锂电池隔膜进行外观检测和剪切力测试，外观检测与剪切力测试的先后顺序可以对调。其中，外观检测可通过ccd相机配合工控器plc进行检测，剪切力测试也可通过相应的测试组件配合工控器plc进行检测。
60.本发明还提出一种锂电池隔膜的激光焊接装置，包括：
61.治具，所述治具包括治具底板和治具上盖，所述治具底板用于放置两片聚丙烯薄膜和锂电池电芯；
62.气缸，与所述治具上盖传动连接，用于驱动所述治具上盖朝向或背离所述治具底
板移动；
63.激光器，用于产生激光；
64.激光焊接头，与所述激光器连接，用于将激光照射至两片聚丙烯薄膜的待焊接部位；
65.控制器，用于执行前述各实施例所记载的锂电池隔膜的激光切割方法。
66.本发明还提出一种锂电池隔膜的激光焊接系统，包括：
67.存储器，存储有计算机程序；
68.处理器，执行所述计算机程序时，实现前述各实施例所记载的锂电池隔膜的激光切割方法。
69.本发明还提出一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现前述各实施例所记载的锂电池隔膜的激光切割方法。
70.在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
71.以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。