基于梯度通孔的电磁脉冲焊接锂离子电池叠层极耳的方法

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种基于梯度通孔的电磁脉冲焊接锂离子电池叠层极耳的方法。

背景技术

锂离子电池因为具有的高比能量、长循环寿命、低自放电率等优点，是当前电动汽车重要的驱动电源。锂离子电池的正负极通常采用叠层式镀镍TU1铜箔/铝箔(极耳)电池卷芯与盖板，极耳是锂离子电池能量交换的纽带，其连接质量直接决定了动力电池的使用和安全性能。

现有技术中，叠层式极耳常采用传统熔焊、激光焊接或超声波焊接形成极耳体。传统熔焊会导致脆性金属间化合物产生、极耳变形等问题；超声波焊接易出现虚焊或过焊，连接性能难以保证一致，焊接头易与材料粘连；在激光焊接中，铜的热导率高、对近红外光吸收率低，能量损耗大，且存在飞溅大、气孔多、易生成脆性金属间化合物的问题，还受材料本身结构、表面清洁状态的影响。并且在极耳体与电池盖板常用连接片转接，侵占了电池内部空间，降低了单位体积能量密度，且连接片需折弯处理,降低了生产效率、提高了生产成本。此外，连接片转接焊的焊接次数多，存在虚焊、接触电阻偏大、金属碎屑较多等问题。

发明内容

本发明拟提供一种基于梯度通孔的电磁脉冲焊接锂离子电池叠层极耳的方法，能实现锂离子电池叠层式金属极耳的可靠焊接，从而提高极耳体的质量。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种基于梯度通孔的电磁脉冲焊接锂离子电池叠层极耳的方法，包括如下步骤：

S1：开孔，在每张极耳上设置有N排P列的焊接孔，N≥1，P≥1，多张极耳叠放时，每张极耳上焊接孔的轴线重合，且位于同一轴线上的焊接孔直径逐渐增加；

S2：固定，将金属板、多张极耳和电池盖板放入电磁脉冲焊接装置中固定，并使金属板为靠近电磁脉冲焊接装置中线圈的一侧，电池盖板为远离电磁脉冲焊接装置中线圈的一侧，同时多张极耳上焊接孔直径从金属板到电池盖板由大到小依次排列形成梯度通孔；

S3：焊接，启动电磁脉冲焊接装置，使线圈内流过脉冲电流，至完成叠层极耳的焊接。

作为上述方案中的优选，在S1中，N和P的值分别根据极耳实际焊接的宽度和极耳的长度确定。

进一步优选，在S1中，焊接孔直径的取值范围介于4-6mm。

进一步优选，在S2中，所述线圈的数量设置为一个，所述线圈的长度不小于P列焊接孔之间的最大距离与最大焊接孔直径的和，线圈的宽度不小于N排焊接孔之间的最大距离与最大焊接孔直径的和。

进一步优选，在S2中，所述电磁脉冲焊接装置包括绝缘底板，所述绝缘底板上设置有用于容纳线圈的线圈孔，所述线圈孔内容纳有线圈，且线圈与线圈孔等高，所述线圈的左右两端穿出绝缘底板后分别与电源的正负极相连，所述绝缘底板的顶面设置有能将线圈罩住的绝缘薄膜，所述绝缘薄膜上方设置有能上下移动的压紧板，所述压紧板的底面设置有上绝缘层。

进一步优选，在S2中，包括以下步骤：

S21：将金属板、多张极耳和电池盖板依次放置在线圈上，且保证焊接孔的直径从下到上由大到小放置和焊接孔正对线圈；

S22：将压紧板向下移动，使压紧板紧压在电池盖板上。

进一步优选，所述电磁脉冲焊接装置还包括设置在绝缘底板上方左右两侧的侧挡板，所述侧挡板用于从侧面固定金属板、多张极耳和电池盖板位置，两个所述侧挡板能左右移动，两个所述侧挡板的相对面上均设置有侧绝缘层。

进一步优选，所述绝缘底板上呈矩形布置有导向柱，所述压紧板上设置有供导向柱穿过的通孔。

本发明的有益效果：通过在叠放的极耳上设置不同直径的焊接孔，使其形成梯度通孔，再通过在线圈中流过脉冲大电流，使线圈在空间中产生强大的瞬变电磁场，金属板在受到强大的电磁力后发生塑性变形并高速运动，由于梯度通孔的存在，使其能依次与每张极耳和盖板实现冶金结合，从而能一次实现锂离子电池金属极耳的叠层焊接，不仅保证焊接的可靠性，提高极耳体的质量，同时在极耳与电池盖板之间不存在连接片，减少焊接成本。

附图说明

图1为本发明中极耳开孔的示意图。

图2为焊接时金属板2、多张极耳1、电池盖板3和线圈4的顺序图。

图3为焊接后极耳体的示意图。

图4为本发明中电磁脉冲焊接装置的示意图。

图5为焊接时流过线圈的电流随时间变化的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：

如图1-5所示，一种基于梯度通孔的电磁脉冲焊接锂离子电池叠层极耳的方法，具体步骤如下：

第一步：开孔，在与电池卷芯连接的每张极耳1上设置有N排P列的焊接孔1a，N≥1，P≥1，多张极耳1叠放时，每张极耳1上焊接孔1a的轴线重合，且位于同一轴线上的焊接孔1a直径逐渐增加，如图1中(1)主视图和(2)俯视图所示。

其中，N和P的值分别根据极耳1实际焊接的宽度和极耳1的长度确定。根据经验确定，在8-10mm之间设置有一个焊接孔，需要多个焊接孔时，焊接孔等距设置。在本实施例中，极耳的宽度为10mm，长度为30mm，因此每张极耳上均设置有一排三列的焊接孔。

根据电磁脉冲碰撞焊接特性，焊接的区域呈现空心椭圆状，焊接范围有限且最中心的区域会发生反弹不能实现焊接，因此焊接孔直径的取值直接确定了焊接的质量，如果焊接孔直径过大时会超出焊接范围，直径小时则会发生反弹无法实现焊接，在经过多次实验得到，焊接孔1a直径的取值范围介于4-6mm。由于叠放的极耳焊接孔逐渐变化形成梯度通孔，因此根据叠放的极耳数量焊接孔在4-6mm之间等距变化。

第二步：固定，将金属板2、多张极耳1和电池盖板3放入电磁脉冲焊接装置中固定，并使金属板2为靠近电磁脉冲焊接装置中线圈4的一侧，电池盖板3为远离电磁脉冲焊接装置中线圈4的一侧，同时多张极耳1上焊接孔1a直径从金属板2到电池盖板3由大到小依次排列形成梯度通孔，如图2所示(焊接时金属板2、多张极耳1、电池盖板3和线圈4的顺序图)。

由于有N排焊接孔，为防止设置多个电磁场时出现干扰，因此只设置有一个线圈，且线圈4的长度不小于P列焊接孔1a之间的最大距离与最大焊接孔1a直径的和，线圈4的宽度不小于N排焊接孔1a之间的最大距离与最大焊接孔1a直径的和。

如图4所示(未放置带焊接零件)，电磁脉冲焊接装置可采用以下结构，包括绝缘底板5，在绝缘底板5上设置有线圈孔，在线圈孔内容纳有线圈4，且线圈4与线圈孔等高。为方便线圈4通电，线圈4的左右两端穿出绝缘底板5后分别与电源的正负极相连，在绝缘底板4的顶面设置有能将线圈4罩住的绝缘薄膜6，在绝缘薄膜6上方设置有能上下移动的压紧板7，在压紧板7的底面设置有上绝缘层7a。

使用上述电磁脉冲焊接装置时，多张极耳1、金属板2和电池盖板3的固定如下：将金属板2、多张极耳1和电池盖板3依次放置在线圈4上，且保证焊接孔1a的直径从下到上由大到小放置和焊接孔1a正对线圈4，再将压紧板7向下移动，使压紧板7紧压在电池盖板3上。

为方便金属板2、多张极耳1和电池盖板3位置的固定，在绝缘底板4上方的左右两侧均设置有能左右移动的侧挡板(图中未示出)，在两个侧挡板的相对面上均设置有侧绝缘层。

为方便压紧板的上下移动，在绝缘底板上呈矩形布置有四个导向柱8，且导向柱8的上端向上穿过压紧板7。

在本实施例中，压紧板7的上下移动采用手动，导向柱8设置为螺纹柱，当金属板2、多张极耳1和电池盖板3正确放置在线圈上后，将压紧板上通孔对准导向柱8放下，然后用螺母将压紧板7锁紧。

第三步：焊接，启动电磁脉冲焊接装置，使线圈4内流过如图5所示的脉冲电流，至完成叠层极耳的焊接完成后，关闭电源，将焊接好的极耳体取出，其余装置复位待下一次焊接。焊接后的极耳体，如图3所示。

在焊接时，金属板作为引入的飞板，根据电磁脉冲焊接原理，能够实现与每层极耳和电池盖板的依次连接。优选的，金属板可采用铝板。

在本实施例中，由于金属板2在焊接后会缩短，因此需要经过多次实验后得出每个焊接孔缩短的长度，然后在焊接时，金属板的长度为每个焊接孔缩短的长度与P个焊接孔的乘积、极耳长度的和值。