阅读说明：本技术 一种圆柱形锂离子电池负极底焊的超声焊接设备及其工艺 (Ultrasonic welding equipment and process for bottom welding of cylindrical lithium ion battery cathode ) 是由 李文 李森林 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种圆柱形锂离子电池负极底焊的超声焊接设备及其工艺,超声焊接工艺包括如下步骤：S1：将卷芯的负极耳朝下,装入电池钢壳；S2：将装填好卷芯的电池钢壳外侧安装所述电池托架；S3：将倒"L"型超声焊接上模头插入卷芯中间的中空部分；S4：控制电池钢壳以及装填好的卷芯,倒"L"型超声焊接上模头一起下行,与超声焊接机底座紧密接触；S5：使倒"L"型超声焊接上模头、负极耳、电池钢壳紧密接触；S6：开启超声焊接机主机；S7：焊接操作开始进行,电池钢壳局部熔化与负极耳成为一体；S8：升起倒"L"型超声焊接上模头,上模头与负极耳分离,完成负极耳与电池钢壳的焊接操作。解决了传统电阻焊炸火的难题,锂离子电池成品的一致性也得到了提高。(The invention relates to ultrasonic welding equipment and a process for welding the bottom of a cylindrical lithium ion battery cathode, wherein the ultrasonic welding process comprises the following steps: s1: the negative pole lug of the winding core faces downwards and is arranged in a battery steel shell; s2: installing the battery bracket on the outer side of the battery steel shell filled with the winding core; s3: inserting an inverted L-shaped ultrasonic welding upper die head into the hollow part in the middle of the winding core; s4: controlling the battery steel shell and the filled winding core, and enabling the battery steel shell and the filled winding core to descend together with the upper die head in the inverted L-shaped ultrasonic welding mode and to be in close contact with the base of the ultrasonic welding machine; s5: the upper die head, the negative electrode lug and the battery steel shell are in close contact by inverted L-shaped ultrasonic welding; s6: starting a main machine of the ultrasonic welding machine; s7: the welding operation is started, and the local melting of the steel shell of the battery and the negative pole lug are integrated; s8: and lifting the inverted L-shaped ultrasonic welding upper die head, and separating the upper die head from the negative electrode lug to complete the welding operation of the negative electrode lug and the battery steel shell. The problem of fire explosion of the traditional resistance welding is solved, and the consistency of the finished lithium ion battery is improved.)

一种圆柱形锂离子电池负极底焊的超声焊接设备及其工艺

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种圆柱形锂离子电池负极底焊的超声焊接设备及其工艺。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、寿命长、充放电倍率高和环境适用性能好等优点，被广泛用于数码产品、乘用车、商用车和特种电源等领域。锂离子电池按照外形可分为圆柱形锂离子电池、方形锂离子电池、异型锂离子电池。而由于圆柱形锂离子电池具有非常高的自动化水平、成熟的工艺和较高的安全性，其市场占有量也在不断提高。锂离子电池在生产制造的过程中，装配段的工艺对于产品的质量和安全至关重要。其中，负极耳焊接工序对于圆柱锂离子电池的充放电性能以及安全性更是非常关键生产步骤。

目前，大多数圆柱锂离子电池生产企业的负极耳与电池钢壳焊接采用的是电阻焊工艺。例如，申请号为202110165829.7，专利名称为圆柱形锂离子电池的负极极耳的焊接工艺的发明专利，其焊接工艺包括如下步骤：

S1步骤、准备纯铜材质的负极极耳和金属钨材质制成焊头的焊针；

S2步骤、将所述负极极耳与钢壳对接，通过所述焊针的焊头对所述负极极耳与所述钢壳的连接处进行焊接。

又如，申请号为201410016749.5，专利名称为一种圆柱形锂离子电池装配工艺的发明专利，其工艺包括以下步骤：(1)卷芯两端超声揉平；(2)在卷芯两端包底部胶带；(3)卷芯入壳；(4)在卷芯两端焊接集流盘与盖板的组合体；(5)集流盘极耳弯曲；(6)盖板弯曲；(7)极耳成型；(8)盖板嵌入；(9)盖板-外壳激光焊接。本发明流程标准规范，由于采用集流盘和盖板的组合形式，将组合盖板焊接到卷芯两头，节省了极耳整形的时间；采用超声揉平-两头激光焊的焊接方式，将卷芯入壳之后焊接两头。

以上相关技术中，负极耳与电池钢壳焊接采用的都是电阻焊工艺，其缺点也是非常明显的：（1）焊接过程中的炸火，导致金属杂质颗粒的残留，严重时，易引起锂离子电池的极端安全问题；（2）性能的要求越来越多的工艺要求多个负极耳，而且材质也从好焊接的镍转化为镍铜复合或者铜，所以焊接变得困难了。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种圆柱形锂离子电池负极底焊的超声焊接设备及其工艺。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：、

一种圆柱形锂离子电池负极底焊的超声焊接设备，包括设置在圆柱形锂离子电池结构上方的倒"L"型超声焊接机上模头，与倒"L"型超声焊接机上模头连接的超声焊接机主机，设置在圆柱形锂离子电池结构下方的超声焊接机底座，安装在圆柱形锂离子电池结构外侧的电池托架。

进一步，所述圆柱形锂离子电池结构包括电池钢壳，设置在电池钢壳内腔中的卷芯，所述卷芯底部一侧安装有负极耳。

一种圆柱形锂离子电池负极底焊的超声焊接工艺,包括如下步骤：

S1：将卷芯的负极耳朝下，装入电池钢壳；

S2：将装填好卷芯的电池钢壳外侧安装所述电池托架；

S3：将倒"L"型超声焊接上模头插入卷芯中间的中空部分；

S4：控制电池钢壳以及装填好的卷芯，倒"L"型超声焊接上模头一起下行，与超声焊接机底座紧密接触；

S5：使倒"L"型超声焊接上模头、负极耳、电池钢壳紧密接触；

S6：开启超声焊接机主机；

S7：焊接操作开始进行，电池钢壳局部熔化与负极耳成为一体；

S8：升起倒"L"型超声焊接上模头，上模头与负极耳分离，完成负极耳与电池钢壳的焊接操作。

进一步，所述负极耳数量为多个时，负极耳依次整齐叠放，确保负极耳叠层与电池钢壳紧密结合。

进一步，所述负极耳与电池钢壳焊接后，焊接拉力强度的测试来检测所述负极耳与电池钢壳焊接的牢固度。

进一步，所述负极耳的厚度小于所述电池钢壳的厚度。

进一步，所述负极耳材料的熔点小于或等于所述电池钢壳的熔点。

本发明的有益效果为：本发明区别于传统的电阻焊工艺，实现了负极耳焊接工序超声波焊接，彻底实现了单个甚至多个负极耳的工艺方案，使得电池的内阻更低、电池自身的损坏更小，更好的在新能源汽车上使用；由于超声波换能器发出的能量稳定，焊接参数无需调整，而且有输出能量监控，提高了产品焊接的一致性，解决了传统电阻焊炸火的难题,锂离子电池成品的一致性也得到了大大的提高，该工序操过程中，几乎不会产生不良品，进一步降低了生产制造成本。

附图说明

图1为本发明超声焊接设备的使用效果图；

图2为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种圆柱形锂离子电池负极底焊的超声焊接设备，包括设置在圆柱形锂离子电池结构上方的倒"L"型超声焊接机上模头2，与倒"L"型超声焊接机上模头2连接的超声焊接机主机1，设置在圆柱形锂离子电池结构下方的超声焊接机底座7，安装在圆柱形锂离子电池结构外侧的电池托架5。

其中，圆柱形锂离子电池结构包括电池钢壳4，设置在电池钢壳4内腔中的卷芯3，卷芯3底部一侧安装有负极耳6。

如图2所示，一种圆柱形锂离子电池负极底焊的超声焊接工艺,包括如下步骤：

S1：将卷芯的负极耳6朝下，装入电池钢壳4；

S2：将倒"L"型超声焊接上模头2插入卷芯3中间的中空部位；

S3：将装填好卷芯3的电池钢壳4外侧安装电池托架5；

S4：控制电池钢壳4以及装填好的卷芯3，倒"L"型超声焊接上模头2一起下行，与超声焊接机底座7紧密接触；

S5：倒"L"型超声焊接上模头2与负极耳6，电池钢壳4紧密接触；

S6：开启超声焊接机主机1；

S7：焊接操作开始进行，电池钢壳4局部熔化与负极耳6成为一体；

S8：升起倒"L"型超声焊接上模头2，将倒"L"型超声焊接上模头与负极耳6分离，完成负极耳6与电池钢壳4的焊接操作。

进一步，负极耳6数量为多个时，负极耳6依次整齐叠放，确保负极耳叠层与电池钢壳4紧密结合。超声焊接上模头2优选为倒"L"型超声焊接上模头，负极耳6与电池钢壳4焊接后，焊接拉力强度的测试来检测负极耳6与电池钢壳4焊接的牢固度。

进一步，本发明的超声焊接的原理为：超声波能量作用于待加工表面，通过控制超声波的参数，使工件熔化，形成特定的熔化物，在本发明中，倒"L"型超声焊接上模头2使得负极耳6与电池钢壳4的紧密结合，目的是为了更好的进行能量传导，由于负极耳6的材料厚度比电池钢壳4小，且负极耳材料的熔点一般接近或者小于电池钢壳的熔点，所以当超声波辐射作用到负极耳6与电池钢壳4的接触面时，通过声波的激烈震荡，紧贴在电池钢壳4上的负极耳6表层以及电池钢壳4表层均被熔化，负极耳6与电池钢壳4熔成为一体，完美的焊接在一起，即完成了负极耳6与电池钢壳4的超声焊接。

另外，本申请将超声焊接上模头2更换为电阻焊上模头作为对比例，采用电阻焊的焊接工艺对负极耳6、电池钢壳4进行焊接，具体的对比例操作如下：

圆柱形锂离子电池负极底焊的电阻焊接工艺，包括如下步骤：

S1：将卷芯的负极耳朝下，装入电池钢壳；

S2：将铜针插入卷芯中间的中空部位；

S3：将装填好卷芯的电池钢壳固定在电池托架上；

S4：电池钢壳以及装填好的卷芯，铜针一起下落，与电阻焊底座紧密接触；

S5：电阻焊上模头下落，压合铜针，使上模头与铜针，铜针与负极耳，负极耳与电池钢壳紧密接触；

S6：开启电阻焊接机；

S7：焊接操作开始进行，电池钢壳局部熔化与负极耳成为一体；

S8：升起电阻焊接上模头，将铜针与上模头分离，拔出铜针，将铜针与负极耳分离，完成负极耳与电池钢壳的焊接操作，焊接的牢固程度可以进行焊接拉力强度的测试，以数据进行表征。

本申请实施例与对比例的样品负极耳与电池钢壳底部焊接拉力值如下表：

	样品1	样品2	样品3	样品4	样品5	样品6	样品7	样品8
									实施例（N)	35.6	36.1	35.7	35.9	36.0	35.8	35.9	35.8
对比例（N)	29.8	29.7	30.2	30.5	30.9	29.7	31.2	29.5

通过上表发现，采用相同工艺的情况下，超声焊接的效果比电阻焊接的效果更好。

综上，本发明区别于传统的电阻焊工艺，实现了负极耳焊接工序超声波焊接，彻底实现了单个甚至多个负极耳的工艺方案，使得电池的内阻更低、电池自身的损坏更小，更好的在新能源汽车上使用；由于超声波换能器发出的能量稳定，焊接参数无需调整，而且有输出能量监控，提高了产品焊接的一致性，解决了传统电阻焊炸火的难题,锂离子电池成品的一致性也得到了大大的提高，该工序操过程中，几乎不会产生不良品，进一步降低了生产制造成本。

需要说明的是，尽管已经详细描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。