低阻低热大过电的软包锂电池快速除膜牢固锡钎焊成组法的制作方法

背景技术：

我们知道，蓄电池都追求体积小、重量轻——能量密度高。作为新能源锂电汽车、两轮三轮电动车、无人机用的动力锂电池，更是如此。故而，由于能量密度较低、续航短，磷酸铁锂电池正在退出该市场，代之以“镍钴锰”三元锂。而同样的三元锂原料，由于制作工艺不同，形成硬壳(铝壳、钢壳)和软包二类单体。“正极材料”、“负极材料”，中间由“隔膜”隔开，三位一体，如果卷绕成型，则制成硬壳的圆柱型或方型电池单体(电芯)；如果来回折叠、叠摞，则制成较薄的“软包(叠片)”单体。显而易见，软包电池的薄片状的正、负极(极耳)及折叠成芯的工艺，其容纳的材料量、总面积——蓄电量、能量密度，明显优于缠绕工艺的硬壳包装，重量也更轻，正在成为动力电池的主流。但，软包电池的集流体正极的纯铝的(当然不能采用合金铝)、脆弱的、单薄的极片——铝极耳，相比硬壳电池的柱、窝、硬拱的铝正极，在连接成组时，现有工艺不易处理完善，影响了电池组的整体性能，甚而留下着火隐患。具体分析如下：

高钴配方的三元锂电池，稳定性较好，但钴的极其稀缺、昂贵，使得无法广泛用于民用。故目前民用动力电池不得不多采用“高镍低钴”的“811”配方，即钴只含一成。那么，其电解液就敏感、“易怒”，单体的稳定性、安全性，就不断让人担忧了……尽管目前各方都在大力研究无钴的、或固态的“更安全”的锂电池，但要投入实用化、产业化，(特别在动力领域)，乐观的估计，还要15～20年的时间。就现状而言，单体出厂时的内阻、放电曲线等品级参数，已定型，我们相信，随着工艺的改进、设备的升级，单体品质会逐步提高。在相当长的一段时期内，组装厂(单体成组)能做好的就是：减少组装误差、减少系统误差、减少系统风险和隐患。

但目前软包动力电池的成组方法，存在不足和隐患，且主要就是由这片薄、软的铝极耳所导致！众所周知，锡焊是电子工业的最常用方法，但唯独在锂电池领域，是个禁区。行话讲，铝是极难“吃锡”的！这软包电池的单薄、脆弱的铝极片，表面都有致密氧化铝膜，很难上锡。这膜，附着较紧，硬度较高，且熔点高达2300度！用常规手段，如砂纸磨、锉刀锉、刀尖刮，费时费力。单个维修尚可，若产业化，则不适合。且麻烦地去除了氧化铝膜不久，它又会很快生成。所以，如果简单的把这正极铝片，与其它转接(镍)片，或其它负极镍片，只是搭上，就锡焊，那么，除膜、焊牢，都不容易——尽管有专门的“焊铝焊锡丝”及其专用助剂。因为，即使用“好的”这类焊锡丝，为保证效果，其熔化温度，也在250-400度；而铝的导热很快，要知道许多三元锂的电解液，180度左右就会分解、变异！所以，为了焊牢靠，烙铁多搁置几秒，就容易将高热，由铝极耳导入电芯内部，发生危险！并且，要固定住游离的、轻飘飘、不定型的铝极耳端头，用力处理掉上面的氧化铝膜，不仅麻烦，而且危险——因为相邻都是电极，容易短路、打火！

所以，锂电池铝极耳的连接处理，用常规的搭接、除膜，要想“短平快”地锡焊(钎焊)焊住，规模化操作，没有成功先例。尤其是动力电池组，一，起码要“抗颠簸”，这常规锡焊，经不起考验。二，由于动力电池组，要经常承担瞬间的大电流，其串、并连接成组，自然是：压接不如焊接；而焊接中的点(熔)焊，不如钎焊。由于常规焊锡铅焊不可行、视为禁区，目前主要采用三种方式先行处理铝极耳——“转镍”，再串、并联，但都较大地增加了连接内阻，影响了整体电池组的性能；更加大了发热量，留下隐患。再分析如下：

第一类，现用有模具头触压的a热压机、b点焊机、c超声波焊机来“转镍”——将转接片与正极铝片压紧，使接触面部分熔化、融合，但由于，一，纯镍片成本很高(特别是我国是缺镍国)，二，纯镍电阻很小，不利于热熔结合，以至于这“转接片”往往不得不采用了“镀镍钢带”——主体、实质是钢！

第二类，实力大厂纷纷采用了高端的、非触压的激光点焊机，效率提高了。但仍存在不足：一，与点焊机一样，属于“以点带面”，把导电的面，转化为点数；要凑够点数，要多打很多的点，其实也耗费时间，激光头损耗、替换率较高。二，难免有少数“点”，虚焊、被颠开——产生“短板效应”，使整组的过电，打了折扣。三，不适用于成本低的“镀镍铜带”——转接片的镀镍膜很薄，而激光点焊，也属于熔焊(点熔焊)、“洞穿”，会把铜和正极的铝，直接熔在一起，该“点”定会产生氧化还原反应，成为“虚点”，经不起反复颠簸。

最后，上述所有工艺，都存在一个“通病”——铝极片表面的氧化铝膜，被夹在转接片中间，“鱼龙混杂”，且日后还会不断增生，影响过电，增大内阻，增大发热。

技术实现要素：

本发明可对正极铝极片的转镍、正负极的连接，实现快速除膜、快速而牢固的焊锡钎焊。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：预先将单体正极铝极片，与转接片(转镍)、另一单体的负极片(串接成组)，进行预紧固结合，使得薄、软的铝极片在结合处绷平、硬挺，方便用旋转钢丝刷头迅速触压、磨除氧化铝膜；旋即再用扁头烙铁，将含专门助焊剂的焊铝焊锡丝熔化，一、二秒钟涂抹，不等高热传导进电芯，即完成钎焊。特别由于铝极片与负极片、转接片结合处的自然形成的微缝中，渗入(“隐藏”)的熔锡，会将二者表面牢固钎焊住，受应力影响极小，“定型”好，即“夹缝”中的“微钎焊”，是抗颠簸、不脱焊的最有利保证。具体方法是：一种软包锂电池的锡钎焊成组方法，由若干软包单体叠摞，每个单体的正极铝极耳与相邻的另一个单体的负极极耳连接，即成组正负串接，如此串连成为电池组，电池组一端的一个单体的正极铝极耳连接一个转接片做为总正极，另一端的单体的负极极耳做为总负极。其特征在于：正极铝极耳与负极极耳的成组串接，及总正极铝极耳与转接片的转镍连接，为预紧固式锡钎焊连接法，即预先将正极铝极耳与负极极耳、总正极铝极耳与转接片，结合紧，预紧固，再用旋转钢丝刷头打磨结合处的铝面，去除氧化铝表层，顺便蹭刷一下负极极耳、转接片的镍表面，然后再用含助焊剂的焊铝焊锡丝，由烙铁头快速完成二者的锡钎焊。不指望这“预紧固”能够导通额定的、应该放出的大电流，而主要作用是锁紧、牵制，达成一是利于焊前快速除膜，二是防止焊后逐渐受振脱焊、“防微杜渐”。预紧固的方式(“铝+负”——a单体铝正极与b单体负极的串接；“铝+转”——各单体铝正极与转接片的连接)，分为二类，一是叠合式预紧固，其方法有二：1，对窄极耳一类的叠合是，先行一次折角叠合、再行一次横折合，完成预紧固；其中“铝+转”，完成锡焊转镍后，将转接片的头端反折回。2，对宽极耳一类的叠合是，二次折角叠合即可。二是现有常规的激光点焊、触压点焊、热压预紧固。简化、“点到为止”。二个、三个单体，先并再串成组，其并联方法(主要是铝极耳并联)也同样采用预紧固式锡钎焊。

本发明的有益效果是：锡钎焊用于转镍、成组，相比现有其他方法，可明显降低连接电阻，从而：一，最大过载电流不打折。比方，无人机必须采用高倍率小容量(轻)的电池，比如5ah20c倍率，最大放电为5×20＝100安。而按现有做法，最大放电可能会打9折——只能放出来90安。而按我们的锡钎焊法，比方，最大放电只打9.6折——能放出来96安。我们的锡钎焊是“面覆盖、面连接”，又非常牢靠，而现有的方法，“多点代面”、先铝正极“点接”转镍，再与负极“点接”串联，中间环节太多、中转节点太多，震脱几个点“很正常”——但关键时候就会“掉链子”。所以本方法一能保障飞行安全，二可降低单体的倍率要求(大放电不打折)，能减少两方面成本：1.过高倍率的电芯，成本自然高；2.过高倍率配方的电池组，满电存放时间稍长而不用(稍一疏忽)，就会“自伤”、报废，所以，不得不加装一套定时自检、放电的保护装置，增加了成本和飞行重量。

二，减少产热量。比如，对低压、低速的普及型电动汽车来讲，除了我国三北极寒地区需要给电池组加装一套升温、降温装置，而面对大多数地区推出的车型，降温不考虑，升温也不怕，就可以免去这套恒温系统的成本。

三，用“叠合法预紧固”的本钎焊直接串接法，既提高成组功效，更避免了“先转(镍)后接”的大量中间环节带来的系统误差——隐患！

四，由于“点(穿透)接”法忌讳铜、铝“照面”，只得采用宝贵的纯镍带，而本“面接”则，无此后顾之忧，可放手采用镀镍铜带(电芯负极、转接片)，降低单体成本、成组成本。

附图说明

图1是“转镍”之传统点焊法预紧固后旋转钢丝刷头打磨除膜示意图。图2是除膜后锡钎焊完成转镍示意图。图3是完成图2转镍后的正负串接的纵断面示意图。图4是窄极耳类单体叠合式预紧固转镍的折角示意图。图5是窄极耳类单体叠合式预紧固转镍的横折及完成锡钎焊示意图。图6是图5转接片的头端反折回示意图。图7是宽极耳类单体叠合式预紧固转镍的第一次折角俯视图。图8是图7的完成二次折角、抹锡的俯视图。图9是传统点焊法正极预紧固后进行单体并联(“二并”)的示意图。图10-12是叠合法正极预紧固后进行单体并联(“二并”)的过正极的纵截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

由简到繁，先介绍用传统点焊、热压法预紧固。见图1，软包单体1的四周有压合边2，前端有负极片3和正极铝片4，正极铝片4只要寥寥几“点”，焊点5就能预紧固转接片6。自然形成微微翘起的微缝7用旋转钢丝刷头8打磨结合处的铝面——包括微缝7，去除氧化铝表层，顺便蹭刷一下转接片的镍表面9处。

紧接着就能用含助焊剂的焊铝焊锡丝，由烙铁头快速完成二者的锡钎焊。见图2。

图3，点焊法预紧固的单体电芯1完成转镍钎焊后，与另一单体进行正负钎焊串接，可快捷地吃锡、结合。

以下介绍叠合式预紧固的锡钎焊法。见图4，窄极耳类单体，先折合正极铝极耳4及转接片6的二角，再如图5横折，二次叠合，确保了转接片不会上下、左右、前后位移。旋转钢丝刷头快速有效除膜、完成锡钎焊的正极转镍。锡钎焊的抹锡部7，示意不小于铝极耳的输出电流面积，即“面转面”的转接、转镍，输出不打折。图6示意转接片的头端反折回，方便下一步串接。

宽极耳类单体，见图7，先叠合一次正极铝极耳4及横置的转接片6的二角，再叠合一次，如图8，二次折角，完成转接片的固定，可快速实施锡钎焊的抹锡部7，完成正极转镍。需要说明的是，实际操作叠合时，转接片是在正极铝极耳的下面，叠合固定、抹锡转镍后，转接片另一面露出大部，方便做为总正极，焊上粗红的电源线。

以上宽、窄极耳的叠合式预紧固的“正极转镍”锡钎焊法，同样原理，更主要用于正、负直接串接成组(免去了所有单体必须先正极转镍、再串接)！对于单体电芯厚度11mm以下的，除膜、焊好一对正负极，就用阻燃板隔极、垫极，再摞一个单体，叠合二极再除膜、焊好一对正负极……可开发专门叠合的工装夹具、机器人。对于单体电芯厚度11mm以上的，可以先叠合一对正负极、除膜，再摞一个单体，叠合二极再除膜……最后对这整组、一摞，一并依次上锡。据我们的经验，十几分钟内，氧化铝膜不会大面积再生、不会影响锡焊的牢固度。

图9示意的是传统点焊法正极预紧固后进行单体并联(“二并”)。强调：软包锂电池成组的难点是正极铝极耳4的处理，镍(镀镍铜带)负极却是极易上锡连接的，可以免去点焊连接，直接锡焊即可。二个铝极耳4，以转接片6，简化点焊、“点到为止”，挂上即可，锡钎焊的抹锡部7才是稳固连接、不出事的保证！

图10-12示意的是叠合法正极预紧固后进行单体并联(“二并”)。(镍负极锡焊并联，非常容易，免去介绍、图示)。依次，先看图10，由于铝塑的压合边，及上下二个铝极耳、上边的转接片，都较软，先捏紧在一起。再看图11，“三合一”叠合后，第一抹焊池，将下面铝极耳与转接片焊劳。最后见图12，将转接片折回头，第二抹焊池，将上面铝极耳与转接片焊劳。完成二个正极铝极耳的共同转镍、并联。