动力电池的电芯极耳与顶盖连接方法及连接结构与流程

本发明属于锂离子动力电池技术领域，具体涉及一种动力电池的电芯极耳与顶盖连接方法及连接结构。

背景技术：

电动汽车特别是乘用车对动力电池的大倍率充放电性能要求越来越高，在满足电动汽车大功率充放电性能时，需要考虑动力电池大电流导流问题，如若因温度急剧上升而导致极耳或极柱熔断，就会产生严重的安全问题。因此，电芯极耳和顶盖极柱的连接安全可靠性至关重要。

传统的电芯极耳和顶盖连接方式为：电芯极耳和保护片通过超声预焊在一起，预焊后的电芯极耳通过超声焊接在连接板上，连接板再通过激光焊接在顶盖极柱上，这种连接工艺需要两次超声焊接工序和一次激光焊接工序，且第二次超声焊接机功率大、成本高，同时需要增加一块连接板，这样不仅工序复杂，还增加了生产成本。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种工艺简单可靠且大大降低成本的动力电池的电芯极耳与顶盖连接方法及连接结构。

为实现上述目的，本发明所设计的动力电池的电芯极耳与顶盖连接方法，包括如下步骤：

1)电芯极耳与保护片的超声预焊

将保护片放置在电芯极耳的上表面上、且位于电芯极耳的中间位置处，然后将超声焊焊头与保护片上表面相接触焊接一个点形成超声焊点，焊接位置在保护片中间位置；

2)超声预焊后的电芯极耳与顶盖极柱的激光焊接

将预焊后的电芯极耳放置在顶盖极柱上且保护片朝上，焊接夹具将预焊后的电芯极耳与顶盖极柱压合在一起，然后激光焊接形成激光焊印。

进一步地，所述步骤1)中电芯极耳为20～60层极耳单片堆叠而成的电芯极耳，正极的每一层极耳单片厚度为0.010～0.020mm、负极的每一层极耳单片厚度为0.006～0.012mm，且相邻两层极耳单片的错位要求为<±0.5mm；正极电芯极耳焊接时的振幅为30～50um、能量为90～110j、功率为800～1400w，负极电芯极耳焊接时的振幅为40～60um、能量为250～290j、功率为1700～2600w。

进一步地，所述步骤2)中顶盖极柱的厚度为0.5～2mm，正极电芯极耳激光焊接时的焊接功率为3000～4000w、焊接速度为100～140mm/s，负极电芯极耳激光焊接时的焊接功率为5000～6500w、焊接速度为100～140mm/s。

进一步地，所述步骤1)中保护片与电芯极耳的位置偏差<±0.5mm，

进一步地，所述步骤1)中超声焊点焊纹尺寸为5mm×20mm，且超声焊点位置偏差<±0.5mm。

进一步地，所述步骤2)中激光焊印覆盖在超声预焊的超声焊点焊纹上。

一种如上述所述动力电池的电芯极耳与顶盖连接方法制备的连接结构，包括顶盖、电芯极耳和保护片，所述电芯极耳位于所述顶盖极柱和所述保护片之间，所述保护片和每一层极耳单片均与所述顶盖极柱焊接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明连接方法为电芯极耳和保护片通过超声预焊直接通过激光焊接在顶盖极柱上，通过连接位置和焊接工艺的控制，在保证连接质量的同时，既使工序简单化，又省去了大功率超声焊接机和连接板物料，大大降低了连接成本，满足了动力电池大倍率充放电的性能要求。

附图说明

图1为本发明保护片与电芯极耳焊接示意图；

图2为本发明电芯极耳与顶盖焊接示意图。

图中各部件标号如下：

电芯极耳1、保护片2、超声焊点焊纹3、顶盖4、极柱5、激光焊印6。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

动力电池的电芯极耳与顶盖连接方法，包括如下步骤：

1)电芯极耳1与保护片2的超声预焊

将保护片2放置在电芯极耳1的上表面上、且位于电芯极耳1的中间位置处，保护片2与电芯极耳1的位置偏差<±0.5mm，可以保证每一层极耳单片受力更均匀，压合更平整、更紧密；保护片2上料后，焊接夹具将保护片2和电芯极耳1夹紧并展平，然后将超声焊焊头与保护片2上表面相接触焊接一个点形成超声焊点，超声焊点焊纹3尺寸为5mm×20mm、焊接位置在保护片2中间位置(如图1所示)，且超声焊点位置偏差<±0.5mm；

本实施例中，电芯极耳1为20～60层极耳单片堆叠而成的电芯极耳，正极的每一层极耳单片厚度为0.010～0.020mm、负极的每一层极耳单片厚度为0.006～0.012mm，且相邻两层极耳单片的错位要求为<±0.5mm；保护片为两层结构，下层的下表面与最上一层极耳单片的上表面相接触，起到压平电芯极耳的作用，上层的上表面与超声焊焊头相接触，起到吸收焊接能量、保护电芯极耳的作用。正极电芯极耳焊接时的振幅为30～50um、能量为90～110j、功率为800～1400w，负极电芯极耳焊接时的振幅为40～60um、能量为250～290j、功率为1700～2600w。一是为了保护片与电芯极耳之间、电芯极耳与电芯极耳之间的紧密压合，二是为了防止电芯极耳上端错位带来的焊接不完全而导致导流面积不能满足设计要求，三是为了防止电芯极耳和保护片因过焊而破损导致的安全隐患；

2)超声预焊后的电芯极耳1与顶盖4极柱5的激光焊接

将预焊后的电芯极耳1放置在顶盖4极柱5上且保护片2朝上，如图2所示，焊接夹具将预焊后的电芯极耳1与顶盖4极柱5紧密压合在一起，然后激光焊接两道4mm×20mm的激光焊印6，如图2所示，激光焊印6覆盖在超声预焊的超声焊点焊纹3上；

本实施例中，顶盖4极柱5的厚度为0.5～2mm，正极电芯极耳激光焊接时的焊接功率为3000～4000w、焊接速度为100～140mm/s，负极电芯极耳激光焊接时的焊接功率为5000～6500w、焊接速度为100～140mm/s，保证激光依次完全穿透保护片、每一层极耳单片和顶盖极柱，使得顶盖和电芯极耳之间的连接安全可靠。

如图2所示，动力电池的电芯极耳与顶盖连接方法制备的连接结构，包括顶盖4、电芯极耳1和保护片2，电芯极耳1位于顶盖4极柱5和保护片2之间，保护片2和每一层极耳单片均与顶盖4极柱5焊接。

本发明连接方法为电芯极耳和保护片通过超声预焊直接通过激光焊接在顶盖极柱上，通过连接位置和焊接工艺的控制，在保证连接质量的同时，既使工序简单化，又省去了大功率超声焊接机和连接板物料，大大降低了连接成本，满足了动力电池大倍率充放电的性能要求。

实施例1

正极电芯极耳的每层极耳单片厚度为0.012mm、层数为50层，负极电芯极耳的每层极耳单片厚度为0.008mm、层数为50层。保护片放置在电芯极耳上夹紧且展平，超声预焊一个5mm×20mm的超声焊点；正极电芯极耳焊接时的振幅为35um、能量为90j、功率为900w，负极电芯极耳焊接时的振幅为45um、能量为260j、功率为1800w。预焊后的电芯极耳放置在顶盖极柱上，顶盖极柱的厚度为1mm，夹紧展平，激光焊接两条4mm×20mm激光焊印，激光焊印覆盖在超声焊点焊纹上；正极电芯极耳激光焊接时的焊接功率为3000w、焊接速度为130mm/s，负极电芯极耳激光焊接时的焊接功率为5400w、焊接速度为130mm/s。得到样品1、样品2和样品3。

实施例2

正极电芯极耳的每层极耳单片厚度为0.015mm、层数为45层，负极电芯极耳的每层极耳单片厚度为0.01mm、层数为45层。保护片放置在电芯极耳上夹紧且展平，超声预焊一个5mm×20mm的超声焊点；正极电芯极耳焊接时的振幅为40um、能量为100j、功率为1200w，负极电芯极耳焊接时的振幅为50um、能量为300j、功率为2000w。预焊后的电芯极耳放置在顶盖极柱上，顶盖极柱的厚度为1mm，夹紧展平，激光焊接两条4mm×20mm激光焊印，激光焊印覆盖在超声焊点焊纹上；正极电芯极耳激光焊接时的焊接功率为3500w、焊接速度为130mm/s，负极电芯极耳激光焊接时的焊接功率为6000w、焊接速度为130mm/s。得到样品4、样品5和样品6。

对比例

正极电芯极耳的每层极耳单片厚度为0.015mm、层数为45层，负极电芯极耳的每层极耳单片厚度为0.01mm、层数为45层。保护片放置在电芯极耳上夹紧且展平，超声预焊两个3mm×6mm的超声焊点，超声焊点分局在保护片两端；正极电芯极耳焊接时的振幅为45um、能量为120j、功率为1000w，负极电芯极耳焊接时的振幅为55um、能量为320j、功率为2000w。预焊后的电芯极耳放置连接板上，连接板厚度2mm夹紧且展平，超声焊接一个3mm×14mm的超声焊点，超声焊点位于连接板中间位置；正极电芯极耳焊接时的振幅为55um、能量为380j、功率为2700w，负极电芯极耳焊接时的振幅为65um、能量为950j、功率为3500w。再把连接板放置在顶盖极柱上，极柱厚度1mm夹紧且展平，激光焊接三条4mm×20mm激光焊印，正极电芯极耳激光焊接时的焊接功率为4500w、焊接速度为120mm/s，负极电芯极耳激光焊接时的焊接功率为7500w、焊接速度为120mm/s。得到样品7、样品8和样品9。

上述九个样品通过目测表面质量、测试拉力和大电流温升测试结果如下表1所示，可以看出采用本发明动力电池的电芯极耳与顶盖连接方法的实施例1和实施例2制备的样品相对于对比例有明显较好的连接效果。

表1九个样品测试结果