CN110057671B - 一种锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测方法，解决了现阶段锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测方法单一繁琐、准确度不高且检测过程中材料损耗较大。其技术方案要点是一种锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测方法，通过步骤S1建立数学检测模型，能够得到焊接有效系数K2的合格范围，并通过步骤S2能够测算出焊接有效系数的K2的数值，并且根据S2测算得到的K2数值是否落入S1中的K2的合格范围内，判定S2中待检测的第一极耳总成的焊接剥离强度F1是否符合要求，上述检测方法简化了后续对锂电池极耳超声波焊接剥离强度质量的检测，提升了检测效率以及降低了检测材料损耗。

Description

一种锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测方法
技术领域
本发明涉及锂电池检测领域，特别是涉及一种锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测 方法。
背景技术
超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使得 两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。由于超声波焊接具有焊接速度快、焊接强 度高、密封性能良好的优点，因此超声波焊接技术被应用于锂电池极耳的焊接工艺。
锂电池极耳的焊接即是将电芯极耳的端部和外接极耳的端部进行焊接，当电芯极耳和 外接极耳焊接完成后，需要进行焊接质量检测。其中，对极耳焊接接头剥离强度的检测是焊 接质量检测中一项较为重要的检测。现阶段一般采用的是拉力试验机进行检测，在检测过程 中，会将待检测的极耳两端安装在拉力试验机上，从而可以测得极耳焊接接头处的剥离强度 的数据。
但是上述极耳焊接接头剥离强度的检测是破坏性试验，在同种规格不同批次的锂电池 极耳焊接后，均需要进行抽样检测，造成电芯极耳的材料浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测方法，通过建立数学 检测模型，使得锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测较为便捷，且检测过程中材料损耗较 小。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测方法，包括如下步骤：
S1、数学检测模型的建立，包括如下步骤：
S1.1、将电芯极耳和外接极耳进行超声波焊接得到第一极耳总成，通过多组第一极耳总成的 试验得到第一极耳总成中有效焊接长度L1和焊接剥离强度F1的函数关系，并归纳多组第一 极耳总成的焊接有效系数K1的值，焊接有效系数K1＝焊接剥离强度F1/有效焊接长度L1；
S1.2、取与电芯极耳材料一致且形状一致的锂电池箔材，将锂电池箔材和外接极耳进行超声 波焊接得到第二极耳总成，通过多组第二极耳总成的试验得到第二极耳总成中有效焊接长度 L2和焊接剥离强度F2的函数关系，并归纳多组第二极耳总成焊接有效系数K2的值，焊接有 效系数K2＝焊接剥离强度F2/有效焊接长度L2；
S1.3、对焊接有效系数K1和焊接有效系数K2进行线性回归方程分析，建立焊接有效系数K1和焊接有效系数K2的线性函数关系；
S1.4、根据第一极耳总成规定的焊接剥离强度F1的合格范围，根据焊接有效系数K1和焊接 剥离强度F1之间的对应关系，得到焊接有效系数K1的合格范围；
S1.5、根据焊接有效系数K1的合格范围以及步骤S1中焊接有效系数K1和焊接有效系数K2 的线性函数关系，计算得到焊接有效系数K2的合格范围；
S2、对待检测的第一极耳总成的焊接剥离强度F1的检测，待检测的第一极耳总成中的电芯极 耳和上述数学检测模型中的电芯极耳除了层数不同外其余结构均相同，具体检测步骤包括如 下：
S2.1、测量待检测的第一极耳总成的有效焊接长度L1的数值；
S2.2、取与待测电芯极耳材料一致且结构一致的锂电池箔材，将锂电池箔材和外接极耳进行 超声波焊接得到第二极耳总成，调节超声波焊接的预定焊接长度L21＝有效焊接长度L1，测得 第二极耳总成中焊接剥离强度F2和有效焊接长度L2；
S2.3、根据测得的有效焊接长度L2的数值和焊接剥离强度F2的数值，计算得到焊接有效系 数K2的数值；
S2.4、根据S2中测算得到的焊接有效系数K2的数值以及S1中获得的焊接有效系数K2的合 格范围判定S2中的待检测的第一极耳总成的焊接剥离强度F1是否符合要求。
通过采用上述技术方案，通过建立数学检测模型，得到第一极耳总成中有效焊接长度 L1和焊接剥离强度F1的函数关系、第二极耳总成中有效焊接长度L2和焊接剥离强度F2的 函数关系、焊接有效系数K1和焊接有效系数K2的线性函数关系，根据上述三个函数关系能 够计算出当焊接剥离强度F1处于合格范围时，焊接有效系数K2的合格范围。
步骤S2中待检测的第一极耳总成与步骤S1中的数学检测模型中的第一极耳总成除了 层数不同外，其余结构均相同，步骤S2能够测得S2中第二极耳总成的焊接有效系数K2， K2是否落入步骤S1中测算得到的焊接有效系数K2的合格范围中，若落入，则步骤S2中待 检测的第一极耳总成的焊接剥离强度F1符合要求；若不落入，则步骤S2中待检测的第一极 耳总成的焊接剥离强度F1不符合要求。
上述检测方法和传动的破坏性试验相对比，简化了后续对锂电池极耳超声波焊接剥离 强度质量的检测，使得后续锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测效率高，由于在传统的锂 电池极耳超声波焊接剥离强度的检测时，电芯极耳已经与电芯的其他部分连接，使得传统检 测会损耗电芯极耳和其他电芯部件，而采用本发明创造的锂电池极耳超声波焊接剥离强度的 检测方法减少了在检测试验中材料的损耗。
作为本发明的进一步改进，所述有效焊接长度L1和有效焊接长度L2的测量采用金相 分析检测仪测得。
通过采用上述技术方案，由于超声波焊接是分子层面的结合，采用金相分析检测仪能 够更加精确地测量出有效焊接长度L1和有效焊接长度L2，使得数学检测模型更加准确，有 助于提升锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测的检测精度。
作为本发明的进一步改进，步骤S1.1中至少通过十五组不同的第一极耳总成测得第一 极耳总成中有效焊接长度L1和焊接剥离强度F1的函数关系，且十五组不同的第一极耳总成 中有效焊接长度L1逐渐增加；步骤S1.2中至少通过十五组不同的第二极耳总成测得第二极 耳总成中有效焊接长度L2和焊接剥离强度F2的函数关系，且十五组不同的第二极耳总成中 有效焊接长度L2逐渐增加。
通过采用上述技术方案，检测数学检测模型的建立采用了至少十五组不同的第一极耳 总成和至少十五组第二极耳总成，能够使得建立的数学检测模型的准确度更高，使得后续的 待检测的第一极耳总成的检测方法的精确度更高。
作为本发明的进一步改进，步骤S1.1中电芯极耳和外接极耳的超声波焊接和步骤S1.2 中锂电池箔材和外接极耳进行超声波焊接中采用的焊接时间、振幅、焊接压力均相同。
通过采用上述技术方案，焊接时间、振幅、焊接压力均是超声波焊接中的参数，在相 同参数中进行超声波焊接，能够使得获得的数学检测模型和后续的待检测的第一极耳总成的 焊接焊接剥离强度更加匹配，使得后续的检测精确度更高。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中待检测的第一极耳总成中的电芯极耳和步骤S1 中的数学检测模型中的电芯极耳的层数之差不超过三层。
通过采用上述技术方案，数学检测模型的电芯极耳的层数和待检测的第一极耳总成中 的电芯极耳的差值较大，使得计算出来的焊接剥离强度F1和实际试验测得的焊接剥离强度的 F1的差值较大。
作为本发明的进一步改进，当S2中测得的有效焊接长度L2和预定焊接长度L21的差 值大于30μm，重复步骤S2.2直至有效焊接长度L2和预定焊接长度L21的差值部大于30μm。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、一种锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测方法，通过步骤S1建立数学检测模型，能够 得到焊接有效系数K2的合格范围，并通过步骤S2能够测算出焊接有效系数的K2的数值， 并且根据S2测算得到的K2数值是否落入S1中的K2的合格范围内，判定S2中待检测的第 一极耳总成的焊接剥离强度F1是否符合要求，上述检测方法简化了后续对锂电池极耳超声波 焊接剥离强度质量的检测，提升了检测效率以及降低了检测材料损耗；
2、步骤S1中的有效焊接长度L1和有效焊接长度L2均采用进行分析检测仪测得，使得步骤 S1中建立的数学检测模型的精度更高，有助于提升步骤S2中K2的计算。
具体实施方式
一种锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测方法，应用有下述设备：1、超声波焊机； 2、金相分析检测仪；3、拉力机。
在超声波焊机对电芯极耳和外接极耳、锂电池箔材和外接极耳的焊接时，超声波焊接 采用的焊接时间为180ms、振幅为65％、焊接压力为0.35Mpa。
上述锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测方法主要包括如下步骤：
S1、数学检测模型的建立；
S2、待检测的第一极耳总成的焊接剥离强度的检测。
其中，步骤S1数学检测模型的建立包括如下步骤：
S1.1、将电芯极耳和外接极耳进行超声波焊接得到第一极耳总成，通过十六组第一极耳总成 的试验得到第一极耳总成中有效焊接长度L1和焊接剥离强度F1的函数关系，并归纳十六组 第一极耳总成的焊接有效系数K1的值，焊接有效系数K1＝焊接剥离强度F1/有效焊接长度 L1，其中，十六组不同的第一极耳总成中有效焊接长度L1均布于150mm～550mm之间；
S1.2、取与电芯极耳材料一致且形状一致的锂电池箔材，将锂电池箔材和外接极耳进行超声 波焊接得到第二极耳总成，通过十六组第二极耳总成的试验得到第二极耳总成中有效焊接长 度L2和焊接剥离强度F2的函数关系，并归纳多组第二极耳总成焊接有效系数K2的值，焊 接有效系数K2＝焊接剥离强度F2/有效焊接长度L2，其中，十六组的第二极耳总成中有效焊 接长度L1均布于200mm～625mm之间；
S1.3、对焊接有效系数K1和焊接有效系数K2进行线性回归方程分析，建立焊接有效系数 K1和焊接有效系数K2的线性函数关系；
S1.4、根据第一极耳总成规定的焊接剥离强度F1的合格范围，根据焊接有效系数K1和焊接 剥离强度F1之间的对应关系，得到焊接有效系数K1的合格范围；
S1.5、根据焊接有效系数K1的合格范围以及步骤S1中焊接有效系数K1和焊接有效系数K2 的线性函数关系，计算得到焊接有效系数K2的合格范围。
其中，第一极耳总成包括电芯极耳和外接极耳，电芯极耳由多层箔材制成，在数学检 测模型的建立中，电芯极耳由23层箔材制成，外接极耳为一层箔材；第二极耳总成包括锂电 池箔材和外接极耳，锂电池箔材的结构、尺寸、材料均和电芯极耳相同，且第二极耳总成中 的外接极耳也和第一极耳总成中的外接极耳保持一致，即电芯极耳和外接极耳、锂电池箔材 和外接极耳的结构保持一致，而由于第一极耳总成还与其他电芯部分连接，导致了第一极耳 总成的有效焊接长度L1和焊接剥离强度F1的函数关系与第二极耳总成的有效焊接长度L2 和焊接剥离强度F2的函数关系不同。
步骤S1中数学检测模型的第一极耳总成和第二极耳总成的样品参数如表一所示：
表一、数学检测模型第一极耳总成和第二极耳总成参数表
Figure BDA0002052636560000051
其中，步骤S1中有效焊接长度L1和有效焊接长度L2的测量均采用金相分析检测仪测得。
步骤S1中数学检测模型的第一极耳总成中有效焊接长度L1和焊接剥离强度F1的函 数关系、第二极耳总成中有效焊接长度L2和焊接剥离强度F2的函数关系以及焊接有效系数 K1和焊接有效系数K2的线性函数关系如表二所示：
表二、数学检测模型函数关系表
F1和L1的函数关系式 F1＝-386.9+3.573×L1-0.005452×L1<sup>2</sup>
F2和L2的函数关系式 F2＝-597.4+4.252×L2-0.005525×L2<sup>2</sup>
K1和K2的函数关系式 K2＝-0.07791+1.101K1
由于规定中第一极耳总成规定的焊接剥离强度F1的范围：120N≤F1≤260N，根据数学检测 模型函数关系表能够得到K2的合格范围为：0.46≤K2≤0.71。
步骤S2、待检测的第一极耳总成的焊接剥离强度F1的检测，包括如下步骤：
S2.1、测量待检测的第一极耳总成的有效焊接长度L1的数值；
S2.2、取与待测电芯极耳材料一致且结构一致的锂电池箔材，将锂电池箔材和外接极耳进行 超声波焊接得到第二极耳总成，调节超声波焊接的预定焊接长度L21＝有效焊接长度L1，测得 第二极耳总成中焊接剥离强度F2和有效焊接长度L2；
S2.3、根据测得的有效焊接长度L2的数值和焊接剥离强度F2的数值，计算得到焊接有效系 数K2的数值；
S2.4、根据S2.3中测算得到的焊接有效系数K2的数值以及S1中获得的焊接有效系数K2的 合格范围判定S2中的待检测的第一极耳总成的焊接剥离强度F1是否符合要求。
其中，由于步骤S2中的第一极耳总成与步骤S1数学检测模型中的第一极耳总成中电 芯极耳除了层数不同外，其余结构均相同，并且当S2中测得的有效焊接长度L2和预定焊接 长度L21的差值大于30μm，重复步骤S2.2直至有效焊接长度L2和预定焊接长度L21的差值部不大于30μm。
步骤S2中使用三组待检测的第一极耳总成和第二极耳总成，分别为检测样品组一、 检测样品组二、检测样品组三和检测样品组四。
检测样品组一的第一极耳总成和第二极耳总成的样品参数如表三所示：
表三、检测样品组一的第一极耳总成和第二极耳总成参数表
Figure BDA0002052636560000061
检测样品组二的第一极耳总成和第二极耳总成的样品参数如表四所示：
表四、检测样品组二的第一极耳总成和第二极耳总成参数表
Figure BDA0002052636560000062
检测样品组三的第一极耳总成和第二极耳总成的样品参数如表五所示：
表五、检测样品组三的第一极耳总成和第二极耳总成参数表
Figure BDA0002052636560000063
检测样品组四的第一极耳总成和第二极耳总成的样品参数如表六所示：
表六、检测样品组四的第一极耳总成和第二极耳总成参数表
Figure BDA0002052636560000064
Figure BDA0002052636560000071
根据步骤S2测得检测样品组一、检测样品组二、检测样品组三和检测样品组四测算 得到的焊接有效系数K2的数值，具体数值如表七所示：
表七、检测样品组焊接有效系数K2统计表
组别 K2 是否满足焊接有效系数K2的合格范围
检测样品组一 0.53 是
检测样品组二 0.49 是
检测样品组三 0.59 是
检测样品组四 0.64 是
根据表七中计算获得的检测样品组焊接有效系数K2的数值，并结合数学检测模型提 供的三个函数关系式，计算获得检测样品组中理论焊接剥离强度F1理论,并且对四组检测样品 组的第一极耳总成进行焊接剥离强度的检测，采用拉力机直接测得四组检测样品组中第一极 耳总成的焊接剥离强度F1实际，并且对F1理论和F1实际进行对比，具体参数入表八所示：
表八、检测样品组理论焊接剥离强度与实际焊接剥离强度统计表
组别 F1<sub>理论</sub> F1<sub>实际</sub> |F1<sub>实际</sub>-F1<sub>理论</sub>|
检测样品组一 207 217 10
检测样品组二 184 190 6
检测样品组三 214 198 16
检测样品组四 208 196 12
根据表八的统计中F1理论和F1实际两者的差值|F1实际-F1理论|小于16N，即可说明本发明提 供的一种锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测方法的合理性。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在 阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的 权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、数学检测模型的建立，包括如下步骤：
S1.1、将电芯极耳和外接极耳进行超声波焊接得到第一极耳总成，通过多组第一极耳总成的试验得到第一极耳总成中有效焊接长度L1和焊接剥离强度F1的函数关系，并归纳多组第一极耳总成的焊接有效系数K1的值，焊接有效系数K1=焊接剥离强度F1/有效焊接长度L1；
S1.2、取与电芯极耳材料一致且形状一致的锂电池箔材，将锂电池箔材和外接极耳进行超声波焊接得到第二极耳总成，通过多组第二极耳总成的试验得到第二极耳总成中有效焊接长度L2和焊接剥离强度F2的函数关系，并归纳多组第二极耳总成焊接有效系数K2的值，焊接有效系数K2=焊接剥离强度F2/有效焊接长度L2；
S1.3、对焊接有效系数K1和焊接有效系数K2进行线性回归方程分析，建立焊接有效系数K1和焊接有效系数K2的线性函数关系；
S1.4、根据第一极耳总成规定的焊接剥离强度F1的合格范围，根据焊接有效系数K1和焊接剥离强度F1之间的对应关系，得到焊接有效系数K1的合格范围；
S1.5、根据焊接有效系数K1的合格范围以及步骤S1.3中焊接有效系数K1和焊接有效系数K2的线性函数关系，计算得到焊接有效系数K2的合格范围；
S2、对待检测的第一极耳总成的焊接剥离强度F1的检测，待检测的第一极耳总成中的电芯极耳和上述数学检测模型中的电芯极耳除了层数不同外其余结构均相同，具体检测步骤包括如下：
S2.1、测量待检测的第一极耳总成的有效焊接长度L1的数值；
S2.2、取与待测电芯极耳材料一致且结构一致的锂电池箔材，将锂电池箔材和外接极耳进行超声波焊接得到第二极耳总成，调节超声波焊接的预定焊接长度L21=步骤S2.1中待检测的第一极耳总成的有效焊接长度L1，测得第二极耳总成中焊接剥离强度F2和有效焊接长度L2；
S2.3、根据测得的有效焊接长度L2的数值和焊接剥离强度F2的数值，计算得到焊接有效系数K2的数值；
S2.4、根据S2.3中测算得到的焊接有效系数K2的数值以及S1中获得的焊接有效系数K2的合格范围判定S2中的待检测的第一极耳总成的焊接剥离强度F1是否符合要求。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测方法，其特征在于，所述有效焊接长度L1和有效焊接长度L2的测量采用金相分析检测仪测得。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测方法，其特征在于，步骤S1.1中至少通过十五组不同的第一极耳总成测得第一极耳总成中有效焊接长度L1和焊接剥离强度F1的函数关系，且十五组不同的第一极耳总成中有效焊接长度L1逐渐增加；
步骤S1.2中至少通过十五组不同的第二极耳总成测得第二极耳总成中有效焊接长度L2和焊接剥离强度F2的函数关系，且十五组不同的第二极耳总成中有效焊接长度L2逐渐增加。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测方法，其特征在于，步骤S1.1中电芯极耳和外接极耳的超声波焊接和步骤S1.2中锂电池箔材和外接极耳进行超声波焊接中采用的焊接时间、振幅、焊接压力均相同。
5.根据权利要求1所述的一种锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测方法，其特征在于，步骤S2中待检测的第一极耳总成中的电芯极耳和步骤S1中的数学检测模型中的电芯极耳的层数之差不超过三层。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池极耳超声波焊接剥离强度的检测方法，其特征在于，当S2中测得的有效焊接长度L2和预定焊接长度L21的差值大于30μm，重复步骤S2.2直至有效焊接长度L2和预定焊接长度L21的差值部不大于30μm。
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