CN107195957B - 正负极同侧布置的锂离子电池及其制法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种正负极同侧布置的锂离子电池及其制法，其中锂离子电池包括:上端为敞口结构的壳体，收容于壳体内、且其左右两侧均设有极耳的裸电芯，置于所述壳体上端敞口处、且其左右两侧均设置有极柱的壳盖；极柱的一部分伸入所述壳体内，且伸入壳体内的极柱上开设有与所述极耳对应的极耳连接缝，极耳伸入极柱上的极耳连接缝中，并且极耳与极柱通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起；壳盖与壳体也通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起。本申请提高了电池生产的效率和良品率，提高电池容量及能量密度，提升焊接质量以及电池倍率放电性能，降低电池生产过程中的设备投入成本。

Description

正负极同侧布置的锂离子电池及其制法

技术领域

本申请涉及锂电池生产领域，具体涉及一种正负极同侧布置的锂离子电池及其制法。

背景技术

锂离子电池结构采用的焊接技术主要超声波焊接与激光焊接，在锂离子电池生产过程中，超声波焊接主要在电芯极耳焊接工序，是将铝箔极耳与铝极柱、铜箔极耳与铜极柱焊接在一起，要求焊接可靠，内阻小；激光焊接主要在壳盖焊接工序，是将壳体与壳盖焊接在一起，要求焊接牢固，密封性好。目前行业电池结构采用的都是超声波焊接方式和激光焊接方式。

超声波焊接是所焊接金属件不能太厚，焊点不能太大，经常出现焊点偏移、漏焊、假焊、焊断、焊接拉力不符合工艺要求等异常现象，直接影响产品的良品率，同时会造成电池性能的一致性较差。

激光焊接会面临焊痕表面凸起问题、气孔问题、炸火问题、内部气泡问题等。表面凸起、气孔、内部气泡是激光焊接的致命伤，很多应用由于这些原因不得不停止或者想办法规避。

更具体地,采用超声波焊接方式焊接和激光焊接的电池结构存在以下缺点：

1）对于厚度较厚的电池，电池里面存在多层铜铝箔，对于多层铜铝箔的预焊和极柱的焊接不能适用超声波焊接，必须分开进行焊接，影响生产效率和增加成本；

2）采用超声波焊接技术的电池结构，铜铝极耳与极柱连接处经常出现漏焊、假焊、焊断、焊接拉力不符合工艺要求等异常现象，并且铜铝箔表面存在少许异常物质时，超声波焊接存在焊接不良和焊不上的问题，这些直接影响电池的良品率，同时会造成电池性能的一致性较差；

3）采用超声波焊接技术的电池结构，铜箔与铜极柱、铝箔与铝极柱超声波焊接后内阻较大，影响电池大倍率充放电性能和安全性能，而且也会占据电池较多的空间，降低电池的容量和能量密度；

4）采用激光焊接技术的电池结构，电池壳体与盖板采用激光焊接后可能会导致凸起，这对后续工艺的装配会有些影响，而且焊接时拐角处最容易出现气孔、炸火、内部气泡等问题，影响密封；

5）采用激光焊接技术的电池结构，要求焊接的安装精度高，光束在工件上的方位不能有偏移，若存在偏移，不仅很容易导致焊接缺陷的产生，而且可能导致激光穿透壳盖进入壳内，导致隔膜穿孔引起短路，导致着火等安全隐患。激光焊接会产生裂纹、残余应力以及变形等，都会导致金属焊接处机械性能的降低，导致密封不良；

6）采用超声波焊接和激光技术的电池结构，设备成本高，一次性高，不利于企业降低成本，提高市场竞争力。

发明内容

本申请的目的是：针对现有技术中采用超声波焊接和激光技术连接电池极耳和极柱、电池壳体和壳盖的问题,本申请提出一种正负极同侧布置的锂离子电池以及这种电池的制法，提高电池生产的效率和良品率，提高电池容量及能量密度，提升焊接质量以及电池倍率放电性能，降低电池生产过程中的设备投入成本。

为了达到上述目的，本申请的技术方案是：

一种正负极同侧布置的锂离子电池，包括:

上端为敞口结构的壳体，

收容于所述壳体内、且其左右两侧均设有极耳的裸电芯，以及

置于所述壳体上端敞口处、且其左右两侧均设置有极柱的壳盖；

所述裸电芯左侧和右侧的所述极耳分别为正极耳和负极耳，所述壳盖左侧和右侧的所述极柱分别为正极柱和负极柱；

所述极柱的一部分伸入所述壳体内，且伸入所述壳体内的极柱上开设有与所述极耳对应的极耳连接缝，所述极耳伸入所述极柱上的所述极耳连接缝中，并且所述极耳与所述极柱通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起；所述壳盖与所述壳体也通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起。

本申请这种锂离子电池在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

所述裸电芯由至少两个单电芯并组组合而成。

所述正极柱和所述负极柱上均分别开设有两条所述极耳连接缝。

所述正极柱为铝极柱，所述正极耳为铝极耳；所述负极柱为铜极柱，所述负极耳为铜极耳。

所述壳体的外轮廓为长方体结构，所述壳盖为矩形板结构。

所述极耳连接缝为直线结构，且极耳连接缝的长度一端为开口端。

上述这种锂离子电池的制作方法，包括：

利用搅拌摩擦焊机采用搅拌摩擦焊接工艺将该锂离子电池的极耳和极柱连接在一起，

利用搅拌摩擦焊机采用采用搅拌摩擦焊接工艺将该锂离子电池的壳盖和壳体连接在一起。

对极耳和极柱进行焊接前，将极耳入极耳连接缝中，然后将所述搅拌摩擦焊机的搅拌摩擦焊头伸向极耳和极柱的接缝，开启搅拌摩擦焊机而带动搅拌摩擦焊头高频运动，并使搅拌摩擦焊头沿着极耳和极柱的所述接缝移动，从而使极耳和极柱连接在一起。

对所述壳盖和壳体进行焊接前，将所述壳盖嵌入所述壳体的上端敞口内，然后将所述搅拌摩擦焊机的搅拌摩擦焊头伸向所述壳盖和壳体的接缝，开启搅拌摩擦焊机而带动搅拌摩擦焊头高频运动，并使搅拌摩擦焊头沿着壳盖和壳体之间的所述接缝移动，从而使壳盖和壳体连接在一起。

在完成所述极耳和极柱的焊接之后，再将所述裸电芯、极耳、极柱和壳盖装入所述壳体中，再进行所述壳盖和所述壳体的焊接。

本申请采用搅拌摩擦焊接方式将极柱和极耳连接在一起，采用搅拌摩擦焊接方式将壳体和壳盖连接在一起，具有以下优势：

1）可以解决现有电池结构采用超声波焊接技术存在的弊端：解决多层铜箔与铜极柱，多层铝箔与铝极柱进行焊接的问题；解决焊接不良的问题；提高生产效率、产品的良品率和一致性；提高充放电倍率性能；提高电池的容量和能量密度；

2）可以解决现有电池结构采用激光焊接技术存在的弊端：解决装配和密封不良的问题；提高了安全性能；

3）解决超声波焊接和激光技术设备投入大，成本高，一般企业难以承受的问题，降低了企业生产成本和提高了市场竞争力。

附图说明

图1为本申请实施例中裸电芯的结构示意图；

图2为本申请实施例中壳盖的结构示意图；

图3为本申请实施例中极耳和极柱的配合示意图；

图4为本申请实施例中极耳和极柱的焊接示意图；

图5为本申请实施例中裸电芯的入壳示意图；

图6为本申请实施例中壳体和壳盖的焊接示意图；

图7为本申请实施例中锂离子电池的立体结构示意图；

其中：1-壳体，2-裸电芯，3-极耳，4-壳盖，5-极柱，5a-极耳连接缝,5b-夹具安装豁口，6-单电芯，7-搅拌摩擦焊头，901-左夹体，902-右夹体，903-中间夹体， 801-前夹体，802-后夹体。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。本申请可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。

然而，本领域的技术人员可能会意识到其中的一个或多个的具体细节描述可以被省略，或者还可以采用其他的方法、组件或材料。在一些例子中，一些实施方式并没有描述或没有详细的描述。

此外，本文中记载的技术特征、技术方案还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。因此，附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。

本申请所说“连接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

图1至图7示出了本申请这种正负极同侧布置（即电池的正极和负极位于电池的同一侧）的锂离子电池的一个优选实施例，与传统电池相同的是，其也包括：上端均为敞口结构的壳体1、收容于所述壳体内的裸电芯2以及设置于所述壳体上两端敞口处的壳盖4。其中，裸电芯2的左右两侧均分别设置有极耳3，壳盖4的左右两侧均设置有极柱5。其中，裸电芯2左侧的极耳3为正极耳，裸电芯2右侧的极耳3为负极耳。壳盖4左侧的极柱5为正极柱，壳盖4右侧的极柱5为负极柱。

因视角遮挡原因，图3中仅示出了一侧的极耳3和极柱5，未能示出另一侧的极耳3和极柱5。

本实施例的关键改进在于，极耳3与极柱5通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起，壳盖4与壳体1也通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起。具体地，极柱5上开设有与极耳3对应的直线型的极耳连接缝5a，极耳3伸入极耳连接缝5a中并通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起。具体地，极柱5的一部分伸入壳体1内，且伸入壳体1内的极柱5上开设有与极耳3对应的极耳连接缝5a，极耳3伸入极柱5上的极耳连接缝5a中并通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起。

本实施例中，上述裸电芯2由多个单电芯6（本实施例具体为四个，如图1）并组组合而成。

正极柱和负极柱上均分别开设有两个极耳连接缝5a，裸电芯2左侧的众多极耳（正极耳）分别伸入正极柱的两个极耳连接缝5a中并通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起，裸电芯2右侧的众多极耳（负极耳）分别伸入负极柱的两个极耳连接缝5a中并通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起。

本实施例中，所述正极柱为铝极柱，与之对应连接的正极耳为铝极耳。负极柱为铜极柱，与之对应连接的负极耳为铜极耳。

本实施例中，壳体1的外轮廓为长方体结构，其上端的敞口为矩形敞口，壳盖4为矩形板结构。

本实施例中极耳连接缝5a的长度一端为开口端，如图4。如此可使得极耳3能够更方便地伸入极耳连接缝5a中。

为了使得对极耳和极柱焊接时，能够更加方便地对极耳3的位置进行定位，本实施例在极柱5上还开设有位于两极耳连接缝5a之间的夹具安装豁口5b。

再参照图1至图7所示，现将本实施例这种锂离子电池的制作方法简单介绍如下：

该锂离子电池制作方法的最关键改进在于：利用搅拌摩擦焊机采用搅拌摩擦焊接工艺将该锂离子电池的极耳3和极柱5连接在一起，同时利用搅拌摩擦焊机采用采用搅拌摩擦焊接工艺将该锂离子电池的壳盖4和壳体1连接在一起。

具体地，如图3，对极耳3和极柱5进行焊接前，将极耳3伸入极柱5上的极耳连接缝5a中，并利用极耳极柱焊接定位夹具固定住极耳3和极柱5的相对位置（防止在焊接过程中二者相对移动，保证焊接质量），然后将搅拌摩擦焊机的搅拌摩擦焊头7伸向极耳3和极柱5的接缝（显然，因为极耳3和极柱5为分体部件，当极耳3伸入极柱5的极耳连接缝5a中时，自然会在极耳3和极柱5之间形成接缝），开启搅拌摩擦焊机而带动搅拌摩擦焊头高频运动，并使搅拌摩擦焊头沿着极耳3和极柱5的所述接缝移动，从而使极耳3和极柱5连接在一起。

在完成极耳3和极柱5的焊接之后，再将裸电芯2、极耳3、极柱5和壳盖4装入所述壳体1中，再进行所述壳盖4和所述壳体1的焊接。如图6，对壳盖4和壳体1 进行焊接前，将壳盖4嵌入壳体1的敞口内（显然，因为壳盖4和壳体1为分体部件，当壳盖4嵌入壳体1的敞口内后，自然会在壳盖4和壳体1之间形成接缝，该条接缝在图6的俯视方向为闭合的矩形环结构），利用壳体壳盖焊接定位夹具固定住壳盖4和壳体1的相对位置（防止在焊接过程中二者相对移动，保证焊接质量）。将搅拌摩擦焊机的搅拌摩擦焊头7伸向所述接缝，开启搅拌摩擦焊机而带动搅拌摩擦焊头高频运动，并使搅拌摩擦焊头沿着接缝移动，从而使壳盖4和壳体1连接在一起。

焊接完成后取出电池进行密封和熔深测试。

上述裸电芯2的制作方式为传统方式：正极片、负极片和隔膜通过卷绕机或叠片机制成单电芯6，单电芯6通过并组组合得到工艺要求且带有正负极耳的裸电芯2。

如图4，上述极耳极柱焊接定位夹具包括左夹体901、右夹体902和中间夹体903。对极耳和极柱焊接时，将上述左夹体901和右夹体902分别布置在极柱5在图4中的左右两外侧，将中间夹体903布置在前述夹具安装豁口5b处。并且左夹体901、右夹体902和中间夹体903压紧极耳3，以保证极耳3在焊接过程中的位置稳定性，如图4。

如图6，上述壳体壳盖焊接定位夹具包括前夹体801和后夹体802，前夹体801和后夹体802的相对侧均分别开设有向内延伸的矩形卡槽，矩形卡槽的尺寸与壳体1相适配。实际应用时，前夹体801上的矩形卡槽卡住壳体1的前侧部，后夹体802上的矩形卡槽卡住壳体1的后侧部，前夹体801和后夹体802相互靠近而将壳体1夹紧固定，而且壳体1受到前夹体801和后夹体802的加紧力而将其内的壳盖4也夹紧固定住，进而保证了在焊接过程中壳体1和壳盖4相对位置的稳定性。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (6)

1.一种正负极同侧布置的锂离子电池的制作方法，所述正负极同侧布置的锂离子电池，包括:

上端为敞口结构的壳体(1)，

收容于所述壳体内、且其左右两侧均设有极耳（3）的裸电芯（2），以及

置于所述壳体上端敞口处、且其左右两侧均设置有极柱(5)的壳盖（4）；

所述裸电芯（2）左侧和右侧的所述极耳（3）分别为正极耳和负极耳，所述壳盖（4）左侧和右侧的所述极柱（5）分别为正极柱和负极柱；

其特征在于，所述极柱（5）的一部分伸入所述壳体（1）内，且伸入所述壳体（1）内的极柱（5）上开设有与所述极耳（3）对应的极耳连接缝（5a），所述正极柱和所述负极柱上均分别开设有两条所述极耳连接缝（5a），所述极耳（3）伸入所述极柱（5）上的所述极耳连接缝（5a）中，并且所述极耳（3）与所述极柱（5）于接缝处通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起；所述极柱（5）上还开设有位于两极耳连接缝（5a）之间的夹具安装豁口（5b）；所述壳盖（4）与所述壳体(1)也通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起；

极耳极柱焊接定位夹具包括左夹体（901）、右夹体（902）和中间夹体（903）；

所述制作方法包括：

利用搅拌摩擦焊机采用搅拌摩擦焊接工艺将该锂离子电池的极耳（3）和极柱（5）连接在一起：对所述极耳（3）和所述极柱（5）进行焊接前，将所述极耳（3）伸入所述极耳连接缝（5a）中，将所述左夹体（901）和所述右夹体（902）分别布置在所述极柱（5）的左右两外侧，将所述中间夹体（903）布置在所述夹具安装豁口（5b）处，利用所述左夹体（901）、所述右夹体（902）和所述中间夹体（903）压紧所述极耳（3），然后将所述搅拌摩擦焊机的搅拌摩擦焊头伸向极耳（3）和极柱（5）的接缝，开启搅拌摩擦焊机而带动搅拌摩擦焊头高频运动，并使搅拌摩擦焊头沿着极耳（3）和极柱（5）的所述接缝移动，从而使极耳（3）和极柱（5）连接在一起；

利用搅拌摩擦焊机采用搅拌摩擦焊接工艺将该锂离子电池的壳盖（4）和壳体(1)连接在一起。

2. 根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，对所述壳盖（4）和壳体(1) 进行焊接前，将所述壳盖（4）嵌入所述壳体（1）的上端敞口内，然后将所述搅拌摩擦焊机的搅拌摩擦焊头伸向所述壳盖（4）和壳体（1）的接缝，开启搅拌摩擦焊机而带动搅拌摩擦焊头高频运动，并使搅拌摩擦焊头沿着壳盖（4）和壳体(1)之间的所述接缝移动，从而使壳盖（4）和壳体(1)连接在一起。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在完成所述极耳（3）和极柱（5）的焊接之后，再将所述裸电芯（2）、极耳（3）、极柱（5）和壳盖（4）装入所述壳体（1）中，再进行所述壳盖（4）和所述壳体（1）的焊接。

4.根据权利要求1所述的制作方法制作的正负极同侧布置的锂离子电池，其特征在于，所述裸电芯（2）由至少两个单电芯（6）并组组合而成。

5.根据权利要求4所述的正负极同侧布置的锂离子电池，其特征在于，所述正极柱为铝极柱，所述正极耳为铝极耳；所述负极柱为铜极柱，所述负极耳为铜极耳。

6.根据权利要求4所述的正负极同侧布置的锂离子电池，其特征在于，所述极耳连接缝（5a）为直线结构，且极耳连接缝（5a）的长度一端为开口端。