一种电池激光焊接方法及电池

技术领域

本发明涉及电池的生产制造技术领域，尤其涉及一种电池激光焊接方法及电池。

背景技术

近年来，新能源产业因其节能、绿色环保的优势，逐渐走进大众的视野，动力电池作为新能源的重要组成部分，动力电池的市场需求也逐年增加提升，这对电池的产能与安全性能提出了很高的要求。

电池的内阻性能主要取决于软连接片、极耳及顶盖组件之间的焊接程度。当软连接片与顶盖组件焊接时，采用激光器配合三轴焊接模组伺服电机移动出光方式焊接，形成的焊缝形状主要有两到三条平行焊缝。采用此种方法虽运用广泛，但在实际生产过程中，受设备以及焊接轨迹设定限制，会导致以下缺陷：

第一，软连接片表面处理过于光滑，高反作用较强，导致激光吸收率较低，加大激光功率将会出现焊接飞溅风险较高，导致产品报废。同时，激光焊接过程中尽量避免能量密度过于集中，这就对三轴焊接模组伺服电机移动速度要求较高，若速度达不到，能量密度高于金属飞溅临界点，会出现飞溅异常。

第二，由于顶盖组件可焊接区域是有限制的，要在有限的焊接区域中达到要求的焊缝面积，不同型号对应不同的焊缝面积，焊缝面积直接决定电流过流面积。如果过流面积达不到产品要求，最终导致电池内阻过大，影响温升。

第三，焊接通过三轴焊接模组伺服电机移动，激光器配合三轴焊接模组伺服电机移动轨迹，移动到特定位置时设置出光节点，出光焊接，形成焊缝形状。三轴焊接模组伺服电机移动轨迹决定焊接动作完成时间，若无效移动轨迹过多，将导致焊接时间过长，降低焊接效率。

第四，焊印形状未经过计算和分布，则会增加极柱焊接区域面积，导致顶盖组件成本增加，降低生产效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池激光焊接方法及电池，提高焊接区域利用率，以达到提高产能的目的。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种电池激光焊接方法，其特征在于，所述电池激光焊接方法包括以下步骤：

获取电池中顶盖组件的最大焊接面积；

将电池中连接片的其中一个侧面进行磨砂处理，形成粗糙面，并将连接片的粗糙面朝向顶盖组件设置；

利用焊接机构将连接片的粗糙面和顶盖组件进行焊接，使连接片和顶盖组件之间形成最大焊接面积。

作为优选，公式Smax＝W*L，其中，Smax为顶盖组件的最大焊接面积，W为连接片和顶盖组件之间焊缝的焊缝宽度，L为连接片和顶盖组件之间焊缝的焊缝长度。

作为优选，根据焊缝宽度，调整焊接机构的焊接功率和焊接速度，使焊接机构按照焊接功率和焊接速度进行出光焊接。

作为优选，利用焊缝长度规划焊缝形状后，对焊接路径轨迹进行规划，使焊接机构按照焊接路径轨迹进行移动。

作为优选，焊缝包括两个分别对称设置于顶盖组件两侧的子焊缝，每个子焊缝为连续或间断设置。

作为优选，所述子焊缝的形状为“口”字形、“折线形”、“螺旋形”、“蛇形”及“平行线形”中的任意一种。

作为优选，将其中一个子焊缝的一端设置为起始点，将另外一个子焊缝与起始点对称的一端为终止点，两个子焊缝未设置有起始点和终止点的一端之间形成过渡直线，所述焊接路径轨迹为依次历遍起始点、其中一个子焊缝、过渡直线、另一个子焊缝及终止点。

作为优选，过渡直线为两个子焊缝之间彼此靠近一侧之间的最短直线距离。

作为优选，所述最大焊接面积通过计算顶盖组件上焊接区域的面积而得到。

为达上述目的，本发明还提供了一种电池，所述电池包括极耳、连接片及顶盖组件，所述连接片的一端连接于所述极耳，另一端采用上述的电池激光焊接方法焊接于所述顶盖组件。

本发明的有益效果：

本发明提供的电池激光焊接方法，通过获取电池中顶盖组件的最大焊接面积，连接片和顶盖组件之间形成最大焊接面积，使得在连接片和顶盖组件之间焊接区域不变的情况下，增加焊接面积，从而减少电池的内阻，减少电池的报废量，从而延长电池的使用寿命。同时在有限的焊接区域内实现焊接面积的最大化，降低顶盖组件的生产成本。将电池中连接片的其中一个侧面进行磨砂处理，形成粗糙面，以增加金属对焊接机构的激光吸收率，提高焊接速度，通过将连接片的粗糙面朝向顶盖组件设置，并将连接片的粗糙面和顶盖组件进行焊接，降低因连接片的金属属性对激光的高反作用，使焊接机构使用更低功率可实现焊接，且粗糙面的表面粗糙度较高，能够减少焊接飞溅异常的情况，在保证安全性的同时，提高了成品电池的合格率。

本发明提供的电池，电池包括极耳、连接片及顶盖组件，连接片的一端连接于极耳，另一端连接于顶盖组件，连接片起到了中间连接的作用。焊接机构采用电池激光焊接方法，以将连接片焊接于顶盖组件上，焊接效果好。

附图说明

图1是本发明电池激光焊接方法中子焊缝的形状为“折线形”的示意图；

图2是本发明电池激光焊接方法中子焊缝的形状为“蛇形”一种形式的示意图；

图3是本发明电池激光焊接方法中子焊缝的形状为“蛇形”另一种形式的示意图；

图4是本发明电池激光焊接方法中子焊缝的形状为“蛇形”再一种形式的示意图；

图5是本发明电池激光焊接方法中子焊缝的形状为“平行线形”的示意图；

图6是本发明电池激光焊接方法中子焊缝的形状为“螺旋形”一种形式的示意图；

图7是本发明电池激光焊接方法中子焊缝的形状为“螺旋形”另一种形式的示意图；

图8是本发明电池激光焊接方法中子焊缝的形状为“口”字形的示意图。

图中：

100、子焊缝；200、焊接路径轨迹。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例提供了一种电池，电池包括极耳、连接片及顶盖组件，连接片的一端连接于极耳，另一端连接于顶盖组件，连接片起到了中间连接的作用。焊接机构采用电池激光焊接方法，以将连接片焊接于顶盖组件上，焊接效果好。

其中焊接机构包括激光器和移动模组，移动模组的输出端连接于激光器，移动模组能够驱动激光器沿X、Y及Z向移动，使得激光器的运动路径自由、灵活，以保证焊接的准确性。移动模组具体为三个沿X、Y及Z不同方向驱动的伺服电机，使激光器移动到特定位置时设置出光节点，以实现出光焊接的过程。

由于现有连接片和顶盖组件之间的焊接区域较小，使电池的内阻过大，影响电池温升效果，且连接片表面处理过于光滑，导致焊接机构的激光吸收率较低，容易出现焊接飞溅风险。为了解决这个问题，本实施例提供了一种电池激光焊接方法，电池激光焊接方法包括以下步骤：

获取电池中顶盖组件的最大焊接面积；

将电池中连接片的其中一个侧面进行磨砂处理，形成粗糙面，并将连接片的粗糙面朝向顶盖组件设置；

利用焊接机构将连接片的粗糙面和顶盖组件进行焊接，使连接片和顶盖组件之间形成最大焊接面积。

本实施例提供的电池激光焊接方法，通过获取电池中顶盖组件的最大焊接面积，连接片和顶盖组件之间形成最大焊接面积，使得在连接片和顶盖组件之间焊接区域不变的情况下，增加焊接面积，从而减少电池的内阻，减少电池的报废量，从而延长电池的使用寿命。同时在有限的焊接区域内实现焊接面积的最大化，降低顶盖组件的生产成本。将电池中连接片的其中一个侧面进行磨砂处理，形成粗糙面，以增加金属对焊接机构的激光吸收率，提高焊接速度，通过将连接片的粗糙面朝向顶盖组件设置，并将连接片的粗糙面和顶盖组件进行焊接，降低因连接片的金属属性对激光的高反作用，使焊接机构使用更低功率可实现焊接，且粗糙面的表面粗糙度较高，能够减少焊接飞溅异常的情况，在保证安全性的同时，提高了成品电池的合格率。

可以理解的是，连接片可以分为正极连接片和负极连接片。

对于负极连接片而言，负极连接片采用金属铜制成，如果负极连接片没有经过打磨，负极连接片焊接区域表面粗糙度Ra＜0.8μm，负极连接片的硬度为64HV0.3/15，焊机机构对负极连接片的焊接区域进行焊接时，焊接离焦量大约为-1±1mm，焊接速度大约为150±20mm/s，焊接功率大约为4500W；如果负极连接片利用机台滚花刀磨砂对负极片的焊机区域表面进行磨砂处理，机台滚花刀磨砂的粒度约为1000#，在完成打磨过程后，负极片的焊机区域表面粗糙度Ra＜5μm。同时对负极连接片进行退火处理，负极连接片的硬度为45HV0.3/15，起到了降低硬度的作用。此时，焊机机构对负极连接片的焊接区域进行焊接时，焊接离焦量大约为0±1mm，焊接速度大约为220±20mm/s，焊接功率大约为4000W。因此，在金属打磨处理后，增加了负极连接片的表面粗糙度，采用较小的焊接功率，就能实现焊接离焦量和焊接速度的提高。

对于正极连接片而言，正极连接片采用金属铝制成，如果正极连接片没有经过打磨，正极连接片焊接区域表面粗糙度Ra＜0.8μm，正极连接片的硬度为35HV0.3/15，焊机机构对正极连接片的焊接区域进行焊接时，焊接离焦量大约为0±1mm，焊接速度大约为170±20mm/s，焊接功率大约为2400W；如果正极连接片利用机台滚花刀磨砂对正极片的焊机区域表面进行磨砂处理，机台滚花刀磨砂的粒度约为1000#，在完成打磨过程后，正极片的焊机区域表面粗糙度Ra＜5μm。同时，对正极连接片没有进行退火处理，正极连接片的硬度依旧为35HV0.3/15。此时，焊机机构对正极连接片的焊接区域进行焊接时，焊接离焦量大约为1±1mm，焊接速度大约为260±20mm/s，焊接功率大约为2400W。因此，在金属打磨处理后，增加了正极连接片的表面粗糙度，在焊接功率不变的情况下，就能实现焊接离焦量和焊接速度的提高。

进一步地，最大焊接面积通过计算顶盖组件上焊接区域的面积而得到。具体地，在计算顶盖组件上焊接区域面积之后，根据电池产品所需求的焊接面积，结合顶盖组件焊接区域面积，在不影响焊接效果的前提下，尽可能的铺满焊接区域，从而获得最大的焊接面积。

由于连接片和顶盖组件之间是通过焊接机构进行焊接，焊接机构将金属熔化，以在连接片和顶盖组件之间形成焊缝，从而实现连接片和顶盖组件之间的连接，那么最大焊接面积是连接片和顶盖组件之间的焊缝的面积。因此，根据公式Smax＝W*L，其中，Smax为顶盖组件的最大焊接面积，W为连接片和顶盖组件之间焊缝的焊缝宽度，L为连接片和顶盖组件之间焊缝的焊缝长度。通过最大焊接面积Smax，可以得到焊缝长度L和焊缝宽度W。

可以理解的是，焊缝长度L和焊缝宽度W的乘积为定值最大焊接面积Smax，则焊缝长度L和焊缝宽度W两者呈反比例关系，即如果焊缝宽度W较大，那么焊缝长度L相应减少；如果焊缝宽度W较小，那么焊缝长度L相应增大，只要焊缝长度L和焊缝宽度W两者的乘积为定值最大焊接面积Smax，可以根据实际生产需要对焊缝长度L和焊缝宽度W进行相应调整。

焊缝宽度是由焊接机构的激光器决定的，根据焊缝宽度，调整焊接机构的焊接功率和焊接速度，使焊接机构按照焊接功率和焊接速度进行出光焊接。通过调整焊接机构的焊接功率、焊接速度，用来验证焊缝宽度，从而使焊缝宽度与焊缝长度相乘后，获得焊接面积为最大焊接面积。采用根据焊缝宽度，反过来对焊接机构参数调整的方式，能够保证在连接片和顶盖组件之间焊缝的焊缝宽度的准确性。

焊缝长度确定后，但是在有限的焊接区域内焊缝可以具有多种形式，不同的焊缝形状，焊接机构移动的路径也不相同。因此，利用焊缝长度规划焊缝形状后，对焊接路径轨迹200进行规划，使焊接机构按照焊接路径轨迹200进行移动。具体地，根据焊缝长度，规划焊缝形状，根据焊缝形状，对焊接机构的焊接路径进行规划，当焊接机构按照规划好的焊接路径进行移动，以保证焊缝长度数值的准确性。

由于电池一般为长方体结构，顶盖组件的截面也为长方体结构，为了保证顶盖组件在长度方向连接稳定性，如图1-图8所示，焊缝包括两个子焊缝100，两个子焊缝100分别设置于顶盖组件沿长度方向的两侧，以保证顶盖组件沿长度方向的连接效果。两个子焊缝100分别对称设置于顶盖组件两侧，使得顶盖组件的平行性好，且容易焊接机构的路径规划，便于焊接机构的焊接。

每个子焊缝100为连续或间断设置，子焊缝100的形状可以根据实际生产需要进行调整，使用方便，操作灵活，通用性较强。具体地，子焊缝100的形状为“口”字形、“折线形”、“螺旋形”、“蛇形”及“平行线形”等中的任意一种。其中，当子焊缝100的形状为“口”字形、“折线形”、“螺旋形”及“蛇形”时，子焊缝100没有中断，为连续结构；当子焊缝100的形状为“平行线形”时，相邻两条平行线之间没有连接，为间断结构。

进一步地，将其中一个子焊缝100的一端设置为起始点，将另外一个子焊缝100与起始点对称的一端为终止点，两个子焊缝100未设置有起始点和终止点的一端之间形成过渡直线，焊接路径轨迹200为依次历遍起始点、其中一个子焊缝100、过渡直线、另一个子焊缝100及终止点。根据焊缝形状制定焊接机构的移动轨迹，焊缝的形状决定了焊接路径轨迹200的起始点、焊接机构中三个电机轴需要移动的位置和方向及焊接路径轨迹200的终止点，再从终止点回到起始点，往复运动，完成一个循环。

焊接路径轨迹200为虚线表示，焊缝为实线表示，可以理解的是，为了能够形成焊缝，焊接路径轨迹200需要沿着焊缝的形状进行规划，如果焊接路径轨迹200和焊缝尽可能重合，那么焊接的无效路径就会减少。但是，由于焊缝包括两个子焊缝100，两个焊缝对称设置于顶盖组件的两侧，即使对焊接路径轨迹200进行最大程度的优化，但是两个子焊缝100之间还存在一定的间隔距离，即两个子焊缝100未设置有起始点和终止点的一端之间形成过渡直线，过渡直线的长度为该间隔距离。

为此，焊接路径轨迹200的优化实际就是对过渡直线的优化，根据两点之间直线最短的原理，将过渡直线为两个子焊缝100之间彼此靠近一侧之间的最短直线距离，以实现对焊接机构的电机轴移动路径的优化，从而减少焊接所需时间，提高生产效率。

对于子焊缝100的形状为“折线形”和“蛇形”类似，如图1-图2所示，设置右侧焊缝位于右上方的顶点为起始点，设置左侧焊缝位于上方的顶点为终止点，焊接机构从起始点依次历遍右侧“折线形”或“蛇形”的子焊缝100，直至达到右侧子焊缝100远离起始点的一端，然后焊接机构历遍右侧子焊缝100远离起始点的一端和左侧子焊缝100远离终始点的一端之间的过渡直线，从而达到左侧子焊缝100，之后焊接机构依次历遍左侧子焊缝100从而达到终止点。

可以理解的是，图3所示的“蛇形”结构和图2所示的“蛇形”结构类似，区别仅在于，图3设置右侧焊缝位于左上方的顶点为起始点，设置左侧焊缝位于右上方的顶点为终止点。

可以理解的是，如图4所示，子焊缝100的形状类似为“蛇形”，即“蛇形”中出现部分间断，焊接机构的焊接路径轨迹200依次将间断部分补齐，间断部分补齐优选采用类似“蛇形”结构。

如图5所示，对于子焊缝100的形状为“平行线形”，由于平行线为间隔设置，相邻两条平行线之间为间断的，焊接机构的焊接路径轨迹200依次将间断部分补齐，间断部分补齐优选采用类似“蛇形”结构，使得当子焊缝100的形状为“平行线形”时，焊接路径轨迹200为蛇形结构。

如图6所示，当子焊缝100的形状为“螺旋形”时，设置右侧子焊缝100中最里圈的端点为起始点，设置左侧子焊缝100中最里圈的端点为终止点，焊接机构从起始点依次历遍右侧“螺旋形”的子焊缝100，直至达到右侧子焊缝100远离起始点的一端，然后焊接机构历遍右侧子焊缝100远离起始点的一端和左侧子焊缝100远离终始点的一端之间的过渡直线，从而达到左侧子焊缝100，之后焊接机构依次历遍左侧子焊缝100从而达到终止点。

如图7所示，当子焊缝100的形状为“螺旋形”时，设置左侧子焊缝100中最里圈的端点为起始点，设置右侧子焊缝100中最里圈的端点为终止点，焊接机构从起始点依次历遍左侧“螺旋形”的子焊缝100，直至达到左侧子焊缝100远离起始点的一端，然后焊接机构历遍左侧子焊缝100远离起始点的一端和右侧子焊缝100远离终始点的一端之间的过渡直线，从而达到右侧子焊缝100，之后焊接机构依次历遍右侧子焊缝100从而达到终止点。

如图8所示，当子焊缝100的形状为“口”字形时，设置左侧焊缝位于右下方的顶点为起始点，设置右侧焊缝位于左下方的顶点为终止点，焊接机构从起始点开设沿逆时针方向历遍左侧“口”字形的子焊缝100，通过起始点到达终止点，焊接机构沿逆时针方向历遍右侧“口”字形的子焊缝100后，再次回到终止点。采用这种焊接路径轨迹200，使得焊接机构的移动路径没有重复，即不会出现“口”字形的边长会历遍两次的情况。

当利用焊接机构完成连接片和顶盖组件之间的焊接后，将连接片和顶盖组件形成的焊件使用拉力测试仪进行拉力测试，观察拉力数据和焊印残留是否符合标准，以实现焊缝质量的检测。如果性能指标不符合规定，在实际分析后，可以对焊缝的宽度和焊缝的形状进行调整。

本实施例提供的电池激光焊接方法的步骤如下：

S1、计算顶盖组件上焊接区域的面积，根据焊接区域的面积，获取电池中顶盖组件的最大焊接面积；

S2、根据最大焊接面积，确定连接片和顶盖组件之间焊缝的焊缝宽度W、连接片和顶盖组件之间焊缝的焊缝长度L；

S21、根据焊缝宽度，调整焊接机构的焊接功率和焊接速度；

S22、利用焊缝长度规划焊缝形状后，对焊接路径轨迹200进行规划；

S3、将电池中连接片的其中一个侧面进行磨砂处理，形成粗糙面，并将连接片的粗糙面朝向顶盖组件设置；

S4、焊接机构采用调整后焊接功率和焊接速度进行出光焊接，并按照完成规划的焊接路径轨迹200移动，以将连接片的粗糙面和顶盖组件进行焊接，使连接片和顶盖组件之间形成最大焊接面积。

S5、将连接片和顶盖组件形成的焊件使用拉力测试仪进行拉力测试，观察拉力数据及焊印残留是否符合标准。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。