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CN110703110B - 一种电池顶盖软连接焊接面积的筛选方法 - Google Patents

一种电池顶盖软连接焊接面积的筛选方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电池顶盖软连接焊接面积的筛选方法，通过测定选定条件下的软连接焊接面积与最大电流之间关系的若干组数据，经过拟合后得到二者之间的函数关系，由此得出各种不同电流强度下所需要的软连接焊接面积的数学模型。本方法的可行性强、操作简单，解决了软连接焊接面积选择不当导致的电池过流造成热量过分集中、电解液与电极副反应加剧、隔膜老化较快、电池整体性能一致性差等影响电池循环寿命、安全性的问题。在确定软连接的焊接面积后对选定的焊接区域进行紧密无缝隙地焊接，消除了焊接面积不确定时容易产生的虚焊问题，避免了虚焊对电子的传输和迁移产生的阻碍，防止电池在后续使用过程中出现能量密度下降、自放电严重等情况。

Description

一种电池顶盖软连接焊接面积的筛选方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池顶盖软连接焊接面积的筛选方法。
背景技术
在锂电池的制备过程中，为了实现更高的能量密度和更好的使用性能，电池卷芯上的各极耳与盖板上的极柱往往需要由软连接进行有效连接，软连接采用可弯折的若干铜箔片和铝箔片连接极耳和极柱。软连接的使用不仅提高了电池内部空间的使用效率，降低了电池内阻，还使电池的机械强度得到增强。通常，软连接的使用需要两步焊接过程：一步是将盖板上的极柱与软连接进行激光焊接，另一步是将软连接与各极耳进行超声焊接。在焊接过程中，并未严格确定软连接的焊接面积，容易产生虚焊，且由于软连接在整个电池系统中起到导电和集流的作用，焊接面积的差异直接导致了电流在传输过程中产热分布的均衡性较差，进而影响到电池在整体性能上的一致性。因此，对于软连接在焊接过程中的焊接面积进行合理筛选将有利于提高电池的一致性，从而保证电池成组后性能的较好发挥。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池顶盖软连接焊接面积的筛选方法，解决了焊接面积不当导致的电池过流时热量过分集中及容易产生虚焊的问题，提升电池性能的一致性和可靠性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种电池顶盖软连接焊接面积的筛选方法，包括以下步骤：
S1.提供测试柜、同种规格的若干盖板、正极柱、负极柱、铝箔片及铜箔片；
S2.使所述正极柱和所述负极柱激光焊接到所述盖板上；
S3.选取相同的第一焊接面积，将若干所述铜箔片分别焊接固定到若干所述负极柱上，选取若干不同的第二焊接面积，将若干所述铝箔片分别焊接固定到若干所述正极柱上，得到若干第一测试件；
选取相同的第一焊接面积，将若干所述铝箔片分别焊接固定到若干所述正极柱上，选取若干不同的第二焊接面积，将若干所述铜箔片分别焊接固定到若干所述负极柱上，得到若干第二测试件；
S4.使若干所述第一测试件及所述第二测试件置于所述测试柜中，选定同一温升上限和温升时间下限进行通电测试，得到若干所述第一测试件和所述第二测试件的最大通过电流；
S5.建立直角坐标系，通过拟合得到若干所述第二焊接面积与最大通过电流之间的函数关系。
作为本发明的一种优选方案，若干所述第二焊接面积均小于所述第一焊接面积。
作为本发明的一种优选方案，若干所述第二焊接面积分别为25±4平方毫米、36±4平方毫米、49±4平方毫米、64±4平方毫米、81±4平方毫米和100±4平方毫米。
作为本发明的一种优选方案，所述正极柱与所述铝箔片焊接的一面及所述负极柱与所述铜箔片焊接的一面面积均为200±4平方毫米。
作为本发明的一种优选方案，所述温升上限为60±2摄氏度。
作为本发明的一种优选方案，所述温升时间下限为120±2秒。
作为本发明的一种优选方案，所述盖板、正极柱、负极柱、铝箔片及铜箔片均应用于方形动力电池。
作为本发明的一种优选方案，所述通电测试的起始电流为100±1安培，并以5±0.5安培为梯度顺序递增到500±2安培。
作为本发明的一种优选方案，所述直角坐标系的横坐标为若干第二焊接面积的数值，所述直角坐标系的纵坐标为若干所述第一测试件或所述第二测试件所能承载的最大通过电流。
作为本发明的一种优选方案，所述拟合为线性拟合。
本发明的有益效果：
本发明的电池顶盖软连接焊接面积的筛选方法通过测定选定条件下的软连接焊接面积与最大电流之间关系的若干组数据，经过拟合后得到二者之间的函数关系，由此得出各种不同电流强度下所需要的软连接焊接面积的数学模型。本方法的可行性强、操作简单，解决了软连接焊接面积选择不当导致的电池过流造成热量过分集中、快速散热困难、电解液与电极副反应加剧、隔膜老化较快、电池整体性能一致性差等影响电池循环寿命、安全性的问题。在确定软连接的焊接面积后对选定的焊接区域进行紧密无缝隙地焊接，消除了焊接面积不确定时容易产生的虚焊问题，避免了虚焊对电子的传输和迁移产生的阻碍，防止电池在后续使用过程中出现能量密度下降、自放电严重等情况。
附图说明
图1为本发明实施例的电池顶盖的正面示意图；
图2为本发明实施例的电池顶盖的背面示意图；
图3为本发明实施例的第一测试件的示意图；
图4为本发明实施例的第二测试件的示意图；
图5为本发明实施例的第一测试件与测试柜连接的示意图；
图6为本发明实施例的第二测试件与测试柜连接的示意图；
图7为本发明实施例的直角坐标系的示意图。
图1-7中：
1、盖板；2、正极柱；3、负极柱；4、铝箔片；5、铜箔片；100、第一测试件；110、第一焊接面积；120、第二焊接面积；200、第二测试件；300、测试柜。
具体实施方式
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。
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”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”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。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。
如图1至图6所示，本实施例的电池顶盖软连接焊接面积的筛选方法包括如下步骤：S1.提供同种规格的若干盖板1、正极柱2、负极柱3、铝箔片4、铜箔片5，以及测试柜300；
S2.使正极柱2和负极柱3激光焊接到盖板1上，得到图1和图2所示的电池顶盖；
S3.选取相同的第一焊接面积110，将若干铜箔片5分别焊接固定到若干负极柱3上，选取若干不同的第二焊接面积120，将若干铝箔片4分别焊接固定到若干正极柱2上，得到若干第一测试件100；
选取相同的第一焊接面积110，将若干铝箔片4分别焊接固定到若干正极柱2上，选取若干不同的第二焊接面积120，将若干铜箔片5分别焊接固定到若干负极柱3上，得到若干第二测试件200；
S4.使若干第一测试件100及第二测试件200置于测试柜300中，选定同一温升上限和温升时间下限进行通电测试，得到若干第一测试件100和若干第二测试件200的最大通过电流；
若干第一测试件100的铝箔片4与正极柱2具有不同的第二焊接面积120，铜箔片5与负极柱3具有相同的第一焊接面积110，因此通过分析若干第一测试件100的测试结果，可以得到若干第一测试件100的最大通过电流与第二焊接面积120之间的关系；
若干第二测试件200的铜箔片5与负极柱3具有不同的第二焊接面积120，铝箔片4与正极柱2具有相同的第一焊接面积110，因此通过分析若干第二测试件200的测试结果，可以得到若干第二测试件200的最大通过电流与第二焊接面积120之间的关系；
S5.建立直角坐标系，通过拟合得到不同的第二焊接面积120与最大通过电流之间的函数关系，通过将实验得到的数据输入直角坐标系中，离散的数据点通过拟合后得到特定的函数关系，因此获得了不同电流强度下所需要的软连接焊接面积的数学模型，可用于指导实际生产。
优选的，若干第二焊接面积120均小于第一焊接面积110，由于需要测定的是若干第二焊接面积120所对应的最大通过电流，因此第一焊接面积110所对应的最大通过电流必须比最大的第二焊接面积120所对应的最大通过电流还要大才不会对测试造成干扰，而焊接面积越大则所对应的最大通过电流越大，因此，若干第二焊接面积120需要均小于第一焊接面积110。
进一步的，若干第二焊接面积120分别为25±4平方毫米、36±4平方毫米、49±4平方毫米、64±4平方毫米、81±4平方毫米和100±4平方毫米。将若干第二焊接面积120均设置为整数的平方值附近，使各个第二焊接面积120的形状均为正方形或接近正方形，规整的焊接区域方便焊接的进行，能有效解决焊接面积不定导致的容易产生虚焊的问题，提高了焊接的质量、一致性和可靠性。
进一步的，正极柱2与铝箔片4焊接的一面及负极柱3与铜箔片5焊接的一面均为200±4平方毫米。200±4平方毫米的面积使第一焊接面积110具有较大的选择空间，且能保证第一焊接面积110大于所有第二焊接面积120，使测试所获得的数据可信。由于若干第二焊接面积120为正方形或接近正方形，可将正极柱2和负极柱3的焊接面也设置为正方形，使焊接面的面积利用率更高。
优选的，温升上限为60±2摄氏度。电池温度达到60摄氏度附近将会导致电解液分解以及电解液与极片活性物质反应加剧，长期处于此温度下的电池较不稳定，容易发生热失控、自放电严重等问题，因此将温升上限设定为60±2摄氏度将具有较强的现实意义。在本实施例中，设定测试条件由室温(25摄氏度)开始，达到60±2摄氏度时结束。
优选的，温升时间下限为120±2秒。若温升时间少于120±2秒，缓冲时间过短，电流短期内产生的热量过多而无法有效散开进而导致电池危险系数增加。
优选的，盖板1、正极柱2、负极柱3、铝箔片4及铜箔片5均应用于方形动力电池。方形动力电池是目前主流的动力电池类型，但不像圆柱动力电池一样具有统一的标准，由于需要多个电池成组后使用，对电池的一致性有较高的要求，且方形动力电池的输出电流强度大，对软连接焊接的可靠性要求也较高。
进一步的，通电测试的起始电流为100±1安培，并以5±0.5安培为梯度顺序递增到500±2安培，由此模拟出各种方形动力电池在实际使用过程中的工况，得出可用于指导实际生产的数据和数学模型。
Figure BDA0002252355090000071
表1
表1为本实施例所测得的测试数据。
优选的，直角坐标系的横坐标为若干第二焊接面积120的数值，直角坐标系的纵坐标为若干第一测试件100或第二测试件200所能承载的最大通过电流，将测试数据输入直角坐标系后即得到若干离散的数据点，直观地显示出最大通过电流与第二焊接面积120间的变化关系。
进一步的，对离散的数据点进行线性拟合得到最大通过电流与第二焊接面积120间的函数关系，由此得到可指导实际生产的数学模型。
如图7所示，通过线性拟合得到的第一测试件100对应的函数关系为：Y＝78.49+2.84X，R2＝0.997，正负公差为0.3％。其中，Y表示电流(安培)，X表示第二焊接面积120(平方毫米)，R2为拟合优度；第二测试件200对应的函数关系为：Y＝75.40+4.08X，R2＝0.994，正负公差为0.6％。两个线性拟合的拟合优度R2均近似为1，可认为其结果较准确，因此也就得出了客观可信的顶盖软连接焊接面积与最大通过电流之间关系的数学模型。
该数学模型具有很强的指导意义，比如说：对于一个容量为200安时的可用于动力领域的方形电池在2C倍率下放电时，其通过的瞬时电流则为400安。因此，铝箔片4的焊接面积不得小于113平方毫米，正负偏差为0.34平方毫米；铜箔片5的焊接面积不得小于80平方毫米，正负偏差为0.48平方毫米。
本发明的实施例不限于应用于方形动力电池，也可应用于其他种类的电池上。
作为本发明优选的实施方案，在本说明书的描述中，参考术语“优选的”、“进一步的”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。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上实施例仅用来说明本发明的详细方案，本发明并不局限于上述详细方案，即不意味着本发明必须依赖上述详细方案才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种电池顶盖软连接焊接面积的筛选方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.提供测试柜、同种规格的若干盖板、正极柱、负极柱、铝箔片及铜箔片；
S2.使所述正极柱和所述负极柱激光焊接到所述盖板上；
S3.选取相同的第一焊接面积，将若干所述铜箔片分别焊接固定到若干所述负极柱上，选取若干不同的第二焊接面积，将若干所述铝箔片分别焊接固定到若干所述正极柱上，得到若干第一测试件；
选取相同的第一焊接面积，将若干所述铝箔片分别焊接固定到若干所述正极柱上，选取若干不同的第二焊接面积，将若干所述铜箔片分别焊接固定到若干所述负极柱上，得到若干第二测试件；
S4.使若干所述第一测试件及所述第二测试件置于所述测试柜中，选定同一温升上限和温升时间下限进行通电测试，得到若干所述第一测试件和所述第二测试件的最大通过电流；
S5.建立直角坐标系，通过拟合得到若干所述第二焊接面积与最大通过电流之间的函数关系。
2.根据权利要求1所述的电池顶盖软连接焊接面积的筛选方法，其特征在于，若干所述第二焊接面积均小于所述第一焊接面积。
3.根据权利要求2所述的电池顶盖软连接焊接面积的筛选方法，其特征在于，若干所述第二焊接面积分别为25±4平方毫米、36±4平方毫米、49±4平方毫米、64±4平方毫米、81±4平方毫米和100±4平方毫米。
4.根据权利要求3所述的电池顶盖软连接焊接面积的筛选方法，其特征在于，所述正极柱与所述铝箔片焊接的一面及所述负极柱与所述铜箔片焊接的一面面积均为200±4平方毫米。
5.根据权利要求1所述的电池顶盖软连接焊接面积的筛选方法，其特征在于，所述温升上限为60±2摄氏度。
6.根据权利要求1所述的电池顶盖软连接焊接面积的筛选方法，其特征在于，所述温升时间下限为120±2秒。
7.根据权利要求1所述的电池顶盖软连接焊接面积的筛选方法，其特征在于，所述盖板、正极柱、负极柱、铝箔片及铜箔片均应用于方形动力电池。
8.根据权利要求7所述的电池顶盖软连接焊接面积的筛选方法，其特征在于，所述通电测试的起始电流为100±1安培，并以5±0.5安培为梯度顺序递增到500±2安培。
9.根据权利要求1所述的电池顶盖软连接焊接面积的筛选方法，其特征在于，所述直角坐标系的横坐标为若干第二焊接面积的数值，所述直角坐标系的纵坐标为若干所述第一测试件或所述第二测试件所能承载的最大通过电流。
10.根据权利要求9所述的电池顶盖软连接焊接面积的筛选方法，其特征在于，所述拟合为线性拟合。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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