一种锂电池极耳与极柱的连接结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及锂电池极耳与极柱的连接技术领域，具体涉及一种锂电池多层箔 片结构的极耳与极柱的连接结构。
【背景技术】
[0002] 在目前市场上大多数的锂电池的主体结构中，采用超薄电解金属箔片作为正负电 极导体，为保证超薄电解金属箔片与电池内活性物质充分接触，超薄电解金属箔片常选用 内阻小、延展性好的铜箔和铝箔。其中，正极采用超薄电解铝箔，负极采用超薄电解铜箔。 正、负极片引出部分的多层箔片结构称为极耳。在锂电池的制造过程中，多层箔片结构的极 耳与极柱的连接问题是一个关键难点。现有技术中，极耳与极柱的连接方法主要有两种，分 别是螺栓铆接紧固和超声波金属焊接，各有其特点，也存在着一定的缺陷。
[0003] 螺栓铆接紧固工艺是极耳与极柱之间连接的传统工艺，具有工艺稳定性高、连接 牢固可靠、工艺适用性强的优点，但存在以下两个问题：（1)多余物问题。打孔铆接工艺可 能导致金属肩残留、电极材料碎肩等杂质，即多余物。在电池充放电过程中，这些多余物可 能刺穿隔膜，导致短路或微短路，从而造成电池工作能力下降甚至失效。（2)由于铆接接头 处为机械嵌合，片间固有的间隙会导致电解液渗入接头内部，通过长期充放电过程使汇流 片材料表面氧化，导致接触电阻迅速增大，从而形成较大电池内阻，降低电池的充放电性能 和寿命。当大电流充放电时，接头部位会产生大量的热量，将极大损害电池的充放电性能、 安全性以及使用寿命。
[0004] 超声波金属焊接技术是目前市场上锂电池极片组的主流连接工艺。作为一种特殊 的固相连接方法，超声波焊接具有快捷、高效、清洁和牢固的特点，非常适合用于多层箔片、 导线等特殊结构的焊接。但与铆接方法相比，超声焊形成的接头强度仍相对偏低。由于金 属超声波焊接需用功率随工件厚度及硬度的提高呈指数剧增，当锂电池设计电容量增加， 导致极柱及垫片设计厚度过大时，超声振动能量无法穿透过厚的极柱或垫片，从而导致虚 焊。因此，在决定是否采用超声焊工艺时，必须要首先考虑基于产品结构的超声焊工艺的可 实施性、焊接接头可靠性及质量稳定性能否满足设计需求等问题。
[0005] 现有常见的使用超声波焊接的锂电池极耳与极柱的连接结构中，在焊接之前，极 耳的多层箔片之间处于分散状态，多层箔片之间容易相对滑移，多层箔片焊接时由于压力 作用容易发生变形甚至被破坏，同时，极耳与极柱的连接结构中，极耳与极柱不接触的一侧 裸露在外的是一层很薄的箔片，容易机械破损，影响锂电池使用寿命。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型针对现有技术存在的上述不足，目的在于提供一种能增强锂电池极耳 与极柱连接可靠性，保证或提高电池导电性、提高电池一致性，并且工艺适用性较强，可实 现更大厚度的极耳与极柱的牢固连接，结构相对简单的锂电池极耳与极柱的连接结构，为 了实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：
[0007] -种锂电池极耳与极柱的连接结构，包括极耳、缓冲箔片和极柱，极耳为多层箔片 叠合结构，极耳通过缓冲箔片包裹，缓冲箔片具有对接侧和单层侧，对接侧为两层或者三层 箔片压合；极柱接触单层侧设置，极柱、缓冲箔片、极耳焊接连接。对接侧指缓冲箔片包裹极 耳后，缓冲箔片的接口端对接；单层侧指缓冲箔片与极耳焊接连接的位置。
[0008] 极柱、缓冲箔片、极耳之间通过填充式搅拌摩擦点焊焊接连接，焊接点数为单点或 者多点。
[0009] 缓冲箔片的对接侧为两层箔片或者三层箔片，缓冲箔片的单层侧为一层箔片。即 缓冲箔片对极耳进行四面（四个侧面）或者五面（四个侧面和一个顶面）进行压合包裹，因 此锂电池极耳与极柱的连接结构中，缓冲箔片的对接侧为两层箔片或者三层箔片，极柱与 缓冲箔片的焊接连接处为一层箔片。使得极耳在单层侧与极柱焊接后与对接侧结构一致， 且防止对接侧在机械压合时对极耳的多层箔片的机械损伤。
[0010] 较优地，极耳与缓冲箔片之间通过机械压合实现缓冲箔片对极耳的包裹，然后通 过超声波焊接实现极耳与缓冲箔片之间的预连接（预连接指极耳与缓冲箔片之间的焊接 连接，预连接之后再对极柱、缓冲箔片、极耳三者进行焊接连接）。超声波预焊接的焊接区 域距离极耳边缘大于或者等于1mm，即预焊接区域的边沿与极耳的边沿留有足够的距离，防 止极耳与缓冲箔片之间焊接不良以及防止超声波焊接时的冲击压力对极耳边沿和极耳边 沿处的缓冲箔片造成严重损伤；且超声波预焊接的焊接区域的面积大于且完全覆盖的填充 式搅拌摩擦点焊焊接时外压紧套与缓冲箔片的接触区域，防止外压紧套下压时，组成极耳 的多层箔片的相对滑移。超声波预焊接对多层箔片结构的极耳与缓冲箔片进行预处理，排 除箔片表面的油污、氧化物等杂质，使纯净的金属表面暴露出来，并在许多微观接触区域实 现金属的冶金结合。超声波预焊接之后，多层箔片之间不再处于物理分散状态，将有效减少 后续的填充式搅拌摩擦点焊缺陷和提高填充式搅拌摩擦点焊质量稳定性。
[0011] 缓冲箔片的厚度为〇. 1?〇. 5mm，由于搅拌摩擦点焊在焊接材料表面存在0. 1? 0.3_左右的焊点凹陷或环沟槽缺陷，缓冲箔片如果选择过厚则带来材料的浪费和成本的 增加，而金属超声波焊接需用功率随工件厚度及硬度的提高呈指数剧增，要求在保证焊接 接头质量的基础上尽量减小垫片厚度，优选地，缓冲箔片的厚度为〇. 3_。
[0012] 缓冲箔片能有效地防止超声波焊接或者填充式搅拌摩擦点焊对最外层的极耳箔 片造成破碎产生金属肩，从而对最外层箔片起到安全保护的作用。叠合在一起的极耳的多 层箔片之间在物理上是处于分散状态，因此各层箔片相对位置不固定，如果多层箔片参差 不齐的的边缘裸露在外，还影响外观美观。缓冲箔片包裹极耳的结构设计使极耳的多层箔 片相对位置固定，从而能保证锂电池极耳与极柱的连接结构的一致性，同时改善了产品的 外观。缓冲箔片包裹极耳，从而在后续焊接受力时避免发生极耳箔片变形破坏。尤其是在 不进行超声波焊接进行预连接的结构中，由于填充式搅拌摩擦点焊焊接面积较小，焊接过 程中仅靠外压紧套固定焊件，多层箔片在搅拌套切向力作用下容易发生变形甚至被破坏， 而本实用新型设计的缓冲箔片对极耳进行四面或者五面压合包裹并通过机械压合实现预 连接的结构可以有效地解决此问题。
[0013] 本实用新型所述的一种锂电池极耳与极柱的连接结构的制作方法，包括以下步 骤，
[0014] S1，将缓冲箔片折叠为一面开口或者两个对面开口的内空腔结构，缓冲箔片的对 接侧为两侧箔片或者三层箔片，内空腔结构对极耳进行四面或者五面压合包裹，当缓冲箔 片展开为条状时，从侧面包裹极耳，缓冲箔片对极耳进行四个侧面包裹并通过机械压合；当 缓冲箔片展开为"T"状时，从侧面和顶面包裹极耳，包括极耳五个表面；缓冲箔片的对接 侧各层箔片内外顺序任意，内空腔结构的空腔的宽度和厚度分别大于极耳的宽度和厚度， 以保证能够将极耳包裹进内空腔结构的空腔内；
[0015] S2,把组成极耳的多层箔片对齐后，放入步骤S1的缓冲箔片折叠对接形成的内空 腔结构内；
[0016]S3,沿极耳的厚度方向将多层箔片构成的极耳使用缓冲箔片在常温下进行机械压 合包裹；
[0017] S4,采用超声波焊接对极耳和缓冲箔片进行焊接，实现极耳和缓冲箔片的预连 接；
[0018] 超声波焊接为单面超声波焊接或者双面超声波焊接，单面超声波焊接的焊座位于 缓冲箔片的单面侧所在面；由于超声波焊接工序仅起到预处理极耳箔片作用，消除箔片间 隙，使之成为物理连接意义上的单层结构，在工艺选择上可以适当降低规范，较优地，超声 波预焊接的焊接功率为一次超声波焊接实现极耳与缓冲箔片连接所用功率的1/3或以上；
[0019] S5,将极柱接触缓冲箔片的单面侧设置，采用填充式搅拌摩擦点焊对极柱、缓冲箔 片和极耳进行焊接连接。
[0020] 较优地，填充式搅拌摩擦点焊的工艺参数为：搅拌针转速为500?3000rpm，焊接 时间为〇. 8?4s，焊接过程中内搅拌套压入深度为0. 1?0. 5mm，外压紧套对工件的轴向压 力为4?15kN。
[0021] 较优地，填充式搅拌摩擦点焊的砧座位于极柱一侧，搅拌针、内搅拌套和外压紧套 位于另一侧，方便极柱、缓冲箔片、极耳之间进行填充式搅拌摩擦点焊。
[0022] 填充式搅拌摩擦点焊，在焊接过程中，外压紧套采用压力控制，保证外压紧套对极 耳与极柱的连接结构的压力；搅拌针、内搅拌套则采用位移控制，保证焊接过程中搅拌针、 内搅拌套进入锂电池极耳与极柱的连接结构的位移量或者焊接过程中搅拌针、内搅拌套与 极柱表面的距离。
[0023] 与现有技术相比，本实用新型包括以下有益效果：
[0024] (1)缓冲箔片的对接侧为两层箔片或者三层箔片，缓冲箔片的单层侧为一层箔片， 使得极耳在单层侧焊接后与对接侧结构一致，且防止对接侧在机械压合时对极耳的多层箔 片的机械损伤。
[0025] (2)缓冲箔片能有效地防止超声波焊接或者填充式搅拌摩擦焊接对最外层的极耳 箔片造成破碎产生金属肩，从而对最外层箔片起到安全保护的作用，保证锂电池极耳与极 柱的连接结构的一致性。
[0026] (3)极耳与缓冲箔片之间通过机械压合实现缓冲箔片对极耳的包裹，然后通过超 声波焊接实现极耳与缓冲箔片之间的预连接，然后采用填充式搅拌摩擦点焊对极柱与缓冲 箔片进行焊接连接；能够防止填充式搅拌摩擦点焊过程中搅拌针和内搅拌套的高速旋转造 成组成极耳的多层箔片的相对滑移，充分发挥超声波焊接和填充式搅拌摩擦点焊良好的耦 合性，在超声预处理的基础上进行填充式搅拌摩擦点焊，形成的最终焊点质量较高，表面较 平整光亮且无内部孔洞等缺陷，可以使锂电池极耳与极柱的连接结构内阻更小，可靠性更 高。且使用超声波焊接对锂电池极耳与极柱的连接结构进行预焊接，可以采用比超声波焊 接实现终焊接更低的功率（约是其1/3)，或者在相同功率下可以实现更大厚度的焊接件的 预处理，从而受超声波焊接设备参数和焊件结构厚度的限制较小。
[0027] 总之，相比与现有技术，本实用新型可以保证或提高锂电池极耳与极柱连接结构 的可靠性和电池导电性、提高电池一致性，并且具有结构简单，外观美观、工艺适用性较强 的优点。