CN103151473B - 底部预制毛刺的锂离子电池外壳及锂离子电池的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种底部预制毛刺的锂离子电池外壳，包括锂离子电池外壳，所述锂离子电池外壳的底部用于与极耳连接的一侧设置有毛刺。本发明在锂离子电池外壳的底部设置毛刺，能有效克服多极耳点底焊接过程中出现的虚焊现象，能够提高锂离子电池外壳与多极耳点底的焊接强度，有效降低内阻，提高锂离子电池的点底可靠性。本发明还公开了一种锂离子电池的制备方法，通过在成型模具冲头顶端预加工出凹孔，从而经过深冲成型后制得底部预制毛刺的锂离子电池外壳，然后与极耳点底焊接，再经后续处理得到锂离子电池，可以大大提高成品率。

Description

底部预制毛刺的锂离子电池外壳及锂离子电池的制备方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池及其制备领域，具体涉及一种底部预制毛刺的锂离子电池外壳及锂离子电池的制备方法。

背景技术

可充电锂离子二次电池具有高比能量、长循环寿命、无记忆效应的特性，又具有安全、可靠且能快速充放电等优点，因而成为近年来新型电源技术研究的热点。由于锂离子电池是绿色环保型无污染的二次电池，符合当今各国能源环保方面大的发展需求，在各行各业的使用量正在迅速增加。近年来全球范围内的资源和环保问题，致使锂离子电池替代镍氢电池、铅酸电池等常规二次电池在电动自行车、电动工具等小型动力领域的应用快速增加，同时电动汽车领域对锂离子电池的需求快速上升，其发展前景非常广阔。

常规小型圆柱型锂离子电池如18650、26650等电池在IT行业、照明行业和其它UPS（不间断电源）储能电池灯领域得到广泛发展。而随着近年来锂离子电池在其它行业应用的快速拓展及对铅酸和镍氢电池行业替代应用领域的迅速发展，常规小型圆柱型锂离子电池越来越趋向于动力电池发展，对常规圆柱型锂离子电池的放电倍率要求也越来越高。传统的常规小型圆柱型锂离子电池多采用单极耳结构，电池内阻较大，不适应于高倍率放电应用，为了提高电池的放电倍率，小型动力型的锂离子电池需要采用2个以上的极耳，以降低电池内阻，增加极耳导流能力，从而提高锂离子电池的高倍率放电能力，某些倍率要求高的锂离子电池，充电倍率达到5C，放电倍率超过20C，锂离子电池甚至需要3～5个极耳，并采用铜带作为连接导流极耳，极耳个数的增加给常规钢壳锂离子电池的点底工艺造成了困难，尤其是采用铜带多极耳结构的电池在点底过程中很容易形成虚焊，影响产品的品质和合格率。

中国实用新型专利ZL201020110588.3公开了一种圆柱型锂离子电池激光焊接盖帽用夹具，该夹具包括底板，该底板上设有可容纳裸电芯的第一槽、可容纳盖帽的第二槽、方便拿取盖帽的第三槽，该夹具还包括支撑座和压指，压指与支撑座铰接，支撑座与底板固定连接，压指的压头设有供激光束穿过的通孔，通孔位于第二槽的上方，压指的数量与第二槽的数量相等，压指的手柄与支撑座间设有弹簧，弹簧一端与手柄相抵，另一端与支撑座相抵。利用该夹具压紧电池极耳与盖帽时，人工可以提前确认电池极耳与盖帽是否接触良好、位置是否正确，从而降低虚焊率，提高成品率，同时提高了生产效率。虽然该技术方案从夹具角度降低虚焊率，但是当多个极耳与盖帽焊接时，仍较容易导致虚焊，需要进一步克服虚焊现象。

发明内容

本发明提供了一种底部预制毛刺的锂离子电池外壳，在锂离子电池外壳的底部设置毛刺，能够提高锂离子电池外壳与多极耳点底的焊接强度，有效降低内阻，提高锂离子电池的点底可靠性。

一种底部预制毛刺的锂离子电池外壳，包括锂离子电池外壳，所述锂离子电池外壳的底部用于与极耳连接的一侧设置有毛刺。

采用这种结构的锂离子电池外壳，在锂离子电池生产的点底过程中，由于锂离子电池外壳的底部具有预制的毛刺，焊接过程中大电流通过毛刺放电，能在瞬间有效融化毛刺，将锂离子电池外壳的底部和极耳牢固地熔接在一起，能有效消除锂离子电池点底过程中虚焊现象的出现，提高焊接强度、降低内阻，提高锂离子电池的点底可靠性，同时还降低了焊接电流。本发明底部预制毛刺的锂离子电池外壳尤其适合采用多极耳铜带结构的锂离子电池中，使用本发明底部预制毛刺的锂离子电池外壳后，虚焊现象显著减少，焊接强度明显提高，内阻明显降低。

作为优选，所述锂离子电池外壳的底部向外侧（即沿外壳的底部背离毛刺方向）形成凸台，所述毛刺设置在所述凸台的内侧。向外形成凸台方便锂离子电池的连接，也方便锂离子电池外包装塑封，并且不会影响锂离子电池尺寸和外包装产生的外观凸出。

本发明底部预制毛刺的锂离子电池外壳非常适合用于制备圆柱型锂离子电池，作为优选，所述锂离子电池外壳为圆柱形，该锂离子电池外壳的底部向外侧形成圆台形凸台，所述毛刺设置在该圆台形凸台的内侧。圆柱型锂离子电池的点底工序较容易出现虚焊现象，通过在圆台形凸台的内侧设置毛刺，焊接过程中大电流通过毛刺放电，能在瞬间有效融化毛刺，将电池外壳的底部和极耳牢固地熔接在一起，能有效消除锂离子电池点底过程中虚焊现象的出现，同时降低了焊接电流。因此，本发明底部预制毛刺的锂离子电池外壳特别适合用于制备圆柱型锂离子电池。

进一步优选，所述圆台形凸台的面积较小的底面（即截面）以及侧面为锂离子电池外壳的组成部分。圆台一般有上底面和下底面以及侧面组成，上底面也称截面，相对于下底面的面积较小。该圆台形凸台能够使得本发明底部预制毛刺的锂离子电池外壳制备的圆柱型锂离子电池具有较好的综合电性能。

进一步优选，所述毛刺设置在圆台形凸台的中部，在焊接过程中大电流通过毛刺放电，能在瞬间有效融化毛刺，将毛刺设置在圆台形凸台的中部，有利于将锂离子电池外壳的底部和极耳牢固地熔接在一起。

更进一步优选，所述毛刺为圆柱形，高度为0.2～1.0毫米，截面直径为0.1～1.0毫米，在焊接过程中大电流通过毛刺放电，能在瞬间有效融化毛刺，上述的长度和直径能够将锂离子电池外壳的底部和极耳牢固地熔接在一起，有效提高锂离子电池点底的连接强度，并且不会在连接部位形成不规则的连接块，能够有效降低内阻。

更进一步优选，所述毛刺设置在距离圆台形凸台的中心5mm圆周区域内，毛刺分布均匀，数量根据锂离子电池导电的需要而不同。

作为优选，所述锂离子电池外壳为钢壳，毛刺的材料与锂离子电池外壳的材料相同，选用钢质材料，可以满足使用要求，并能够保证锂离子电池点底的连接强度，还能够有效降低内阻。

本发明还提供了一种锂离子电池的制备方法，通过在成型模具冲头顶端预加工出凹孔，从而经过深冲成型后制得底部预制毛刺的锂离子电池外壳，然后与极耳点底焊接，再经后续处理得到锂离子电池，可以大大提高成品率。

一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

1）在成型模具冲头顶端预加工出凹孔，经过锂离子电池外壳深冲成型后制得底部预制毛刺的锂离子电池外壳；

2）将底部预制毛刺的锂离子电池外壳与电芯上带有的极耳点底焊接，再经后续处理得到锂离子电池。

所述的成型模具冲头采用本领域现有的成型模具冲头，可采用市售产品。

步骤2）中，作为优选，所述焊接为储能焊接或逆变焊接，焊接过程中电流为常规锂离子电池外壳所需电流的1/3～3/4，能有效减少点焊过程中的电火花，防止电火花造成的其它隐患。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明底部预制毛刺的锂离子电池外壳，锂离子电池外壳的底部具有预制的毛刺，在锂离子电池生产的点底过程中，焊接过程中大电流通过毛刺放电，能在瞬间有效融化毛刺，将锂离子电池外壳的底部和极耳牢固地熔接在一起，能有效消除锂离子电池点底过程中虚焊现象的出现，同时降低了焊接电流。尤其适合采用多极耳铜带结构的锂离子电池，采用本发明底部预制毛刺的锂离子电池外壳能有效克服多极耳点底焊接过程中出现的虚焊现象，提高焊接强度、降低内阻，提高锂离子电池的点底可靠性。因此，采用本发明底部预制毛刺的锂离子电池外壳制备的锂离子电池具有较好的综合电性能。

本发明锂离子电池的制备方法，通过在成型模具冲头顶端预加工出凹孔，从而经过锂离子电池外壳深冲成型后制得底部预制毛刺的锂离子电池外壳，然后与极耳点底焊接，再经后续处理得到锂离子电池，特别是多极耳与锂离子电池外壳点底焊接，可有效防止出现虚焊现象，在未增加其他工序的条件下，可以大大提高成品率。同时，在锂离子电池外壳与极耳点底焊接过程中，由于锂离子电池外壳的底部具有预制的毛刺，焊接过程中电流为常规锂离子电池外壳所需电流的1/3～3/4即可，所需要的焊接电流大大减少，可改善点底焊接过程中电火花的产生，防止焊接过程中产生的电火花造成的其它隐患。

附图说明

图1为本发明底部预制毛刺的锂离子电池外壳的结构示意图；

图2为本发明底部预制毛刺的锂离子电池外壳与极耳的点底焊接示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明底部预制毛刺的锂离子电池外壳，包括锂离子电池外壳1以及设置在锂离子电池外壳1的底部的毛刺2。毛刺2设置在锂离子电池外壳1的底部的内侧，即用于与电芯上的极耳连接的一侧。锂离子电池外壳1的底部向外侧（即沿锂离子电池外壳的底部背离毛刺方向）形成凸台11，毛刺2设置在凸台11的内侧。本发明底部预制毛刺的锂离子电池外壳非常适合用于制备圆柱型锂离子电池，锂离子电池外壳1为圆柱形，该锂离子电池外壳1向外侧形成的凸台11为圆台形，圆台形凸台11的面积较小的底面（即截面）以及侧面为锂离子电池外壳1的组成部分，毛刺2设置在该圆台形凸台11的内侧，即圆台形凸台11上截面的内侧。圆台形凸台11的面积较小的底面（即截面）以及侧面与锂离子电池外壳1的其他部分连接在一起，形成锂离子电池外壳1。毛刺2设置在圆台形凸台11的中部，毛刺2为圆柱形，毛刺2的高度为0.2～1.0毫米，截面直径为0.1～1.0毫米，毛刺2可具体设置在距离圆台形凸台11的中心5mm圆周区域内，毛刺2分布均匀，锂离子电池外壳1的材料为钢，即锂离子电池外壳1为钢壳，毛刺2的材料与锂离子电池外壳1的材料相同，选用钢质材料。

如图1、图2所示，一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

1）底部预制毛刺的锂离子电池外壳的制备：在锂离子电池外壳深冲成型过程中，通过在成型模具冲头顶端预加工一定形状的凹孔，经过深冲成型，即可在锂离子电池外壳1的底部的凸台11内侧加工出一定形状的凸起状毛刺2，制得底部预制毛刺2的锂离子电池外壳1；

2）将底部预制毛刺2的锂离子电池外壳1与电芯上带有的极耳3点底焊接，焊接头4靠近锂离子电池外壳1底部的毛刺2，使得极耳3与底部毛刺2接触，焊接过程中大电流通过毛刺2放电，能在瞬间有效融化毛刺2，将锂离子电池外壳1的底部和极耳3牢固地熔接在一起，能有效消除锂离子电池点底过程中虚焊现象的出现，再经后续处理得到锂离子电池。

步骤2）中，焊接可选用储能焊接或逆变焊接，焊接过程中电流为常规锂离子电池外壳所需电流的1/3～3/4。

实施例1

如图1所示，底部预制毛刺的锂离子电池外壳（即预制毛刺的18650锂离子动力电池用钢壳），包括锂离子电池外壳1，锂离子电池外壳1的具体尺寸如表1所示，其中，单位为mm，外径、内径均为直径。

表1

型号	外径±0.05	内径±0.05	高度±0.1	壳壁厚±0.02	凸台直径
						18650	18	17.52	66.9	0.24	13.5

锂离子电池外壳1的底部内侧（即用于与电芯上的极耳连接的一侧）设置有毛刺2。锂离子电池外壳1的底部向外侧（即沿锂离子电池外壳1的底部背离毛刺方向）形成凸台11，毛刺2设置在凸台11的内侧。锂离子电池外壳1为圆柱形，该锂离子电池外壳1向外侧形成的凸台11为圆台形，圆台形凸台11的面积较小的底面（即截面）以及侧面为锂离子电池外壳1的组成部分，毛刺2设置在该圆台形凸台11的内侧，即圆台形凸台11上截面的内侧。圆台形凸台11的面积较小的底面（即截面）以及侧面与锂离子电池外壳1的其他部分连接在一起，形成锂离子电池外壳1。表1中，凸台11的直径为13.5mm，是指圆台形凸台11的面积较小的底面（即截面，也称上底面）的直径，面积较大的底面的直径为16mm，即圆台形凸台11最大直径为16mm。毛刺2的高度为0.5毫米，截面直径为0.3毫米，毛刺2为5个，在圆台形凸台11的中心设置1个，以圆台形凸台11的中心为圆心，在半径为4mm的圆周上均匀分布4个，即在半径为4mm的圆周上两个相邻的毛刺2之间与圆台形凸台11的中心所成的夹角为90°。锂离子电池外壳1的材料为钢，毛刺2的材料与锂离子电池外壳1的材料相同，选用钢质材料。

如图1、图2所示，该锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

1）底部预制毛刺的锂离子电池外壳的制备：在锂离子电池外壳深冲成型过程中，通过在成型模具冲头顶端预加工一定形状的凹孔，经过深冲成型，即可在锂离子电池外壳1的底部的凸台11内侧加工出一定形状的凸起状毛刺2，制得底部预制毛刺2的锂离子电池外壳1；

2）将底部预制毛刺2的锂离子电池外壳1与电芯上带有的极耳3点底焊接，焊接头4靠近锂离子电池外壳1底部的毛刺2，使得极耳3与底部毛刺2接触，焊接过程中大电流通过毛刺2放电，能在瞬间有效融化毛刺2，将锂离子电池外壳1的底部和极耳3牢固地熔接在一起，能有效消除锂离子电池点底过程中虚焊现象的出现，再经后续处理得到锂离子电池。

焊接选用储能焊方式进行点底焊接，电芯设计容量为2000mAh，正极材料为三元材料[镍钴锰酸锂Li（NiCoMn）O₂]。电芯采用0.06mm厚度的铜带或0.1mm厚的镍带作为极耳，有单极耳和双极耳两种规格，分别共进行了3批对比试验，每批焊接的电池个数为100个。平均内阻测试是指在电池注液化成后，采用日本日置HIOKI3555电池测试仪测试电池的总体内阻，是锂离子电池行业生产中常用的电池内阻测试方法。具体检测结果如下表2所示。“普通”指普通的18650锂离子动力电池用钢壳（不含毛刺，规格与预制毛刺的18650锂离子动力电池用钢壳相同）

表2

根据焊接检测结果，采用镍作为电芯极耳时，不论单极耳或双极耳，采用本发明底部预制毛刺的锂离子电池外壳，能降低点底过程中出现的虚焊现象，同时能改善电池的内阻。而采用铜作为极耳时，采用本发明底部预制毛刺的锂离子电池外壳对减少电池点底过程中的虚焊现象以及降低电池内阻的作用更为明显，尤其是采用双极耳时作用更加明显。因此，本发明底部预制毛刺的锂离子电池外壳，能有效克服电芯多极耳点底尤其是铜带多极耳点底焊接过程中出现的虚焊现象，提高焊接强度、降低内阻。

Claims (1)

1.一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在成型模具冲头顶端预加工出凹孔，经过锂离子电池外壳深冲成型后制得底部预制毛刺的锂离子电池外壳；

所述的底部预制毛刺的锂离子电池外壳，包括锂离子电池外壳，所述锂离子电池外壳的底部用于与极耳连接的一侧设置有毛刺，所述锂离子电池外壳的底部向外侧形成凸台，所述毛刺设置在所述凸台的内侧；

所述锂离子电池外壳为圆柱形，该锂离子电池外壳的底部向外侧形成圆台形凸台，所述毛刺设置在该圆台形凸台的内侧，所述毛刺设置在圆台形凸台的中部；

所述圆台形凸台的面积较小的底面以及侧面为锂离子电池外壳的组成部分，所述毛刺为圆柱形，高度为0.2～1.0毫米，截面直径为0.1～1.0毫米，所述毛刺设置在距离圆台形凸台的中心5mm圆周区域内；

所述锂离子电池外壳为钢壳，毛刺的材料与锂离子电池外壳的材料相同；

2)将底部预制毛刺的锂离子电池外壳与电芯上带有的极耳点底焊接，再经后续处理得到锂离子电池；

所述焊接为储能焊接或逆变焊接。