一种锂离子电池特殊集流体与外接电极焊接的方法
阅读说明：本技术 一种锂离子电池特殊集流体与外接电极焊接的方法 (Method for welding special current collector and external electrode of lithium ion battery ) 是由 王灵君 于 2021-07-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种锂离子电池特殊集流体与外接电极焊接的方法,涉及新能源电池领域,包括三个步骤：更换圆形焊头；调节超声波焊接的设备参数,即调节焊接压力、能量、振幅和时间；将特殊集流体放置在焊座上方,外接电极放置于特殊集流体上方,然后踩下超声波焊接开关,进行焊接,本发明使用圆形焊头有效解决了带有塑料夹层的高安全特殊集流体无法连接外接电极的问题,这一工艺难点的解决大大提升了特殊集流体电芯的生产优率,使用圆形焊头后生产优率从之前的10％提升至95％。使用导热凝胶一方面弥补了由于极片层数多导致的焊接不牢,另一方面保护了由于焊接引起的焊渣或毛刺掉入到电芯内部,大大降低了电芯内短路的风险。(The invention discloses a method for welding a special current collector and an external electrode of a lithium ion battery, which relates to the field of new energy batteries and comprises the following three steps: replacing the circular welding head; adjusting equipment parameters of ultrasonic welding, namely adjusting welding pressure, energy, amplitude and time; the invention uses the circular welding head to effectively solve the problem that the high-safety special current collector with the plastic interlayer cannot be connected with the external electrode, the solution of the process difficulty greatly improves the production yield of the special current collector cell, and the production yield is improved to 95 percent from the previous 10 percent after the circular welding head is used. The heat-conducting gel is used for compensating the infirm welding caused by the large number of layers of the pole pieces, and on the other hand, welding slag or burrs caused by welding are prevented from falling into the battery cell, so that the risk of short circuit in the battery cell is greatly reduced.)
技术领域
本发明涉及新能源电池领域，特别涉及一种锂离子电池特殊集流体与外接电极焊接的方法。
背景技术
锂离子电池作为一种绿色环保电池，具有高能量密度、高工作电压、高安全性能和长使用寿命等优点。
在锂离子电池的制备过程中为了提高锂离子电池的安全性能，常常会引入特殊的高安全材料，比如特殊的夹层集流体材料(锂电界常用的铝箔或铜箔)，集流体内部含有绝缘的塑料夹层可以有效地阻断因失效导致的多种短路模式，另因塑料质量轻，又能显著提高电芯的能量密度，但是这种带有特殊夹层的集流体在焊接工艺上却是一个极大的挑战。
电芯生产过程中，集流体一边需要涂布电极材料，另一边需要空出来作为外接电路的电极，而未涂覆电极材料的空集流体区需要通过焊接引出电芯外露的正负极极耳，但是特殊夹层集流体如果使用常规的焊头，根本无法焊接，特殊集流体材料内含有绝缘的塑料夹层成分，导致常规的超声波焊接方法无法将铝箔与外接电极相连，会大批量出现虚焊以及外接电极断裂的现象，因此，需要提供一种锂离子电池特殊集流体与外接电极焊接的方法解决上述问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供以下的技术方案：
一种锂离子电池特殊集流体与外接电极焊接的方法，包括如下步骤：
步骤一、更换圆形焊头；
步骤二、调节超声波焊接的设备参数，即调节焊接压力、能量、振幅和时间；
步骤三、将特殊集流体放置在焊座上方，外接电极放置于特殊集流体上方，然后踩下超声波焊接开关，进行焊接。
对于1-30层的夹层集流体焊接时，调节超声波焊接设备参数如下：焊接压力30～70PSI，能量70～150J，振幅15～45μm，时间0.1～0.5s。
对于31层-102层的夹层集流体焊接时，调节超声波焊接设备参数如下：焊接压力70～110PSI，能量200-400J，振幅30～60μm，时间1～3s，且在步骤三中，需要先将特殊集流体上套上与集流体金属材质相同的金属片圈，再将特殊集流体直接放置在焊座上方，外接电极放置于特殊集流体上方，然后再踩下超声波焊接开关，在焊接面和焊接端面刷上快速凝胶的导热结构胶，完成超声泼焊接工序。
所述圆形焊头为定制尺寸，焊齿规格是8mm*12mm。
本发明有益效果：使用圆形焊头有效解决了带有塑料夹层的高安全特殊集流体(锂电界常用的铝箔或铜箔)无法连接外接电极的问题，这一工艺难点的解决大大提升了特殊集流体电芯的生产优率，使用圆形焊头后生产优率从之前的10％提升至95％。使用导热凝胶一方面弥补了由于极片层数多导致的焊接不牢，另一方面保护了由于焊接引起的焊渣或毛刺掉入到电芯内部，大大降低了电芯内短路的风险。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
一种锂离子电池特殊集流体与外接电极焊接的方法，包括如下步骤：
步骤一、更换圆形焊头；
步骤二、调节超声波焊接的设备参数，即调节焊接压力、能量、振幅和时间；
步骤三、将特殊集流体放置在焊座上方，外接电极放置于特殊集流体上方，然后踩下超声波焊接开关，进行焊接。
对于31层-102层的夹层集流体焊接时，调节超声波焊接设备参数如下：焊接压力70～110PSI，能量200-400J，振幅30～60μm，时间1～3s，且在步骤三中，需要先将特殊集流体上套上与集流体金属材质相同的金属片圈，再将特殊集流体直接放置在焊座上方，外接电极放置于特殊集流体上方，然后再踩下超声波焊接开关，在焊接面和焊接端面刷上快速凝胶的导热结构胶，一次成型，操作时间不超过0.5s，完成超声泼焊接工序。
对于1-30层的夹层集流体焊接时，调节超声波焊接设备参数如下：焊接压力30～70PSI，能量70～150J，振幅15～45μm，时间0.1～0.5s。
所述圆形焊头为定制尺寸，焊齿规格是8mm*12mm，焊印面积和焊头整体结构需要与现有超声波焊接适配。其结构尺寸可参考现有的超声波焊头和焊座尺寸。
以下通过四组对比例和实施例来阐述，且具体结果详见表1(焊接处拉力均值对比表)：
一、a、对比例1(普通8μm铜集流体+普通焊头+15层)：
1.物料准备：准备普通8μm铜集流体；
2.卷绕：手动卷绕普通8μm铜集流体，层数控制在15层；
3.热压：用热压机对卷绕好的集流体进行简单热压，热压参数为0.8Mpa，80℃，10s，热压过后集流体贴合紧密；
4.超声波焊接：用超声波焊接设备进行焊接，使用普通尖头焊头，通过调节焊接参数，可以将普通8μm铜集流体与0.1mm Ni外接电极连接。焊接外观良好，平行测试3个样品，拉力均值为74N。
b、实例1(特殊夹层8μm铜集流体+圆形焊头+15层)：
1.物料准备：准备特殊夹层8μm铜集流体；
2.卷绕：手动卷绕特殊夹层8μm铜集流体，层数控制在15层；
3.热压：用热压机对卷绕好的集流体进行简单热压，热压参数为0.8Mpa，80℃，10s，热压过后集流体贴合紧密；
4.超声波焊接：用超声波焊接设备进行焊接，使用特殊圆形焊头，通过调节焊接参数，可以将特殊夹层8μm铜集流体与0.1mm Ni外接电极连接，此时焊接参数为：焊接压力50PSI，能量120J，振幅30μm，时间0.2s。焊接外观良好，将焊接后的样件做拉力测试，平行测试3个样品，拉力均值为67N。
二、a、对比例2(普通12μm铝集流体+普通焊头+15层)：
1.物料准备：准备普通12μm铝集流体；
2.卷绕：手动卷绕普通12μm铝集流体，层数控制在15层；
3.热压：用热压机对卷绕好的集流体进行简单热压，热压参数为0.8Mpa，80℃，10s，热压过后集流体贴合紧密；
4.超声波焊接：用超声波焊接设备进行焊接，使用普通尖头焊头，通过调节焊接参数，可以将普通12μm铝集流体与0.1mm Al外接电极连接。
焊接外观良好，平行测试3个样品，拉力均值为61N。
b、实例2(特殊夹层10μm铝集流体+圆形焊头+15层)：
1.物料准备：准备特殊夹层10μm铝集流体；
2.卷绕：手动卷绕特殊夹层10μm铝集流体，层数控制在15层；
3.热压：用热压机对卷绕好的集流体进行简单热压，热压参数为0.8Mpa，80℃，10s，热压过后集流体贴合紧密；
4.超声波焊接：用超声波焊接设备进行焊接，使用特殊圆形焊头，通过调节焊接参数，可以将特殊夹层10μm铝集流体与0.1mm Al外接电极连接，此时焊接参数为：焊接压力45PSI，能量80J，振幅30μm，时间0.1s。焊接外观良好，将焊接后的样件做拉力测试，平行测试3个样品，拉力均值为65N。
三、a、对比例3(特殊夹层8μm铜集流体+普通焊头+15层)：
1.物料准备：准备特殊夹层8μm铜集流体；
2.卷绕：手动卷绕特殊夹层8μm铜集流体，层数控制在15层；
3.热压：用热压机对卷绕好的集流体进行简单热压，热压参数为0.8Mpa，80℃，10s，热压过后集流体贴合紧密；
4.超声波焊接：用超声波焊接设备进行焊接，使用普通尖头焊头，通过调节焊接参数，无法将特殊夹层8μm铜集流体与0.1mm Ni外接电极连接。
b、实例3(特殊夹层8μm铜集流体+圆形焊头+50层)：
1.物料准备：准备特殊夹层8μm铜集流体；
2.卷绕：手动卷绕特殊夹层8μm铜集流体，层数控制在50层；
3.热压：用热压机对卷绕好的集流体进行简单热压，热压参数为0.8Mpa，80℃，10s，热压过后集流体贴合紧密；
4.超声波焊接：用超声波焊接设备进行焊接，使用特殊圆形焊头，通过调节焊接参数，可以将超过30层(50层)的特殊夹层8μm铜集流体与0.1mm Ni外接电极连接，此时焊接参数为：焊接压力90PSI，能量350J，振幅40μm，时间1s。焊接外观良好，将焊接后的样件做拉力测试，平行测试3个样品，拉力均值为59N。
四、a、对比例4(特殊夹层10μm铝集流体+普通焊头+15层)：
1.物料准备：准备特殊夹层10μm铝集流体；
2.卷绕手动卷绕特殊夹层10μm铝集流体，层数控制在15层；
3.热压：用热压机对卷绕好的集流体进行简单热压，热压参数为0.8Mpa，80℃，10s，热压过后集流体贴合紧密；
4.超声波焊接：用超声波焊接设备进行焊接，使用普通尖头焊头，通过调节焊接参数，无法将特殊夹层10μm铝集流体与0.1mm Al外接电极连接。
b、实例4(特殊夹层10μm铝集流体+圆形焊头+50层)：
1.物料准备：准备特殊夹层10μm铝集流体；
2.卷绕：手动卷绕特殊夹层10μm铝集流体，层数控制在50层；
3.热压：用热压机对卷绕好的集流体进行简单热压，热压参数为0.8Mpa，80℃，10s，热压过后集流体贴合紧密；
4.超声波焊接：用超声波焊接设备进行焊接，使用特殊圆形焊头，通过调节焊接参数，可以将将超过30层(50层)的特殊夹层10μm铝集流体与0.1mm Al外接电极连接，此时焊接参数为：焊接压力85PSI，能量250J，振幅30μm，时间2s焊接外观良好，将焊接后的样件做拉力测试，平行测试3个样品，拉力均值为55N。
表1焊接处拉力均值对比表
对比例
对比例1
对比例2
对比例3
对比例4
拉力均值
74
61
/
/
实例
实例1
实例2
实例3
实例4
拉力均值
67
63
59
55
通过上述四组对比例和实施例，可以得出，使用圆形焊头有效解决了带有塑料夹层的高安全特殊集流体(锂电界常用的铝箔或铜箔)无法连接外接电极的问题，这一工艺难点的解决大大提升了特殊集流体电芯的生产优率，使用圆形焊头后生产优率得到提升。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
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