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CN111992886A - 一种电芯极耳叠加并联焊接的方法 - Google Patents

一种电芯极耳叠加并联焊接的方法 Download PDF

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Abstract

一种电芯极耳叠加并联焊接的方法，属于电化学领域，具体方案如下：一种电芯极耳叠加并联焊接的方法，包括以下步骤：步骤一、将镍片焊接在PCB电路板上；步骤二、将若干个电芯两两相对设置，将相对设置的两个电芯相同极性的极耳水平叠加放置在镍片上形成从上至下依次是极耳Ⅰ、极耳Ⅱ和镍片的叠层结构；步骤三、采用激光焊接技术将极耳Ⅰ、极耳Ⅱ和镍片焊接在一起。本方案在技术上突破了传统PACK镭射焊接技术只能点焊两层金属的限制；在结构上，减少了电芯串并联所需的空间，提升了电池的实际容量和生产效率；不仅在提升电池容量上具有巨大的优势，还能减少材料成本；降低PACK组装时间。

Description

一种电芯极耳叠加并联焊接的方法
技术领域
本发明属于电化学领域，具体涉及一种电芯极耳叠加并联焊接的方法。
背景技术
近年来，随着遵循“摩尔定律”的电子集成电路高速发展。移动电子产品无论是在集成度，还是在数据的处理及吞吐量上，都在不断的取得突破，使得产品的能耗不断增大。而电池作为移动电子产品的储能模块，由于受限于自身的化学体系和物理规律，容量和能量密度一直得不到大幅提升。电池的低效已经严重限制了移动电子产品行业的发展，极大的降低了终端用户的使用体验。因此，对于如何增加电芯在电池中的体积比；如何设计出高集成度、大容量的电池PACK方案；成为急需解决的课题。
目前，在笔记本电池PACK行业内并无成熟的极耳叠加焊接方案。仅有少数PACK厂会采用超声波分层进行焊接。但又由于超声波焊接效率低下；且在焊接上层极耳时，由于压力和振动等原因，还会对下层已焊接的极耳产生拉扯现象，造成脱焊等问题。因此，极耳叠加焊接工艺目前仍未在笔记本电池PACK生产中得到实际应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服超声波焊接的缺点，解决现有技术无法可靠焊接多层金属的问题，提供一种电芯极耳叠加并联焊接的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种电芯极耳叠加并联焊接的方法，包括以下步骤：
步骤一、将镍片焊接在PCB电路板上；
步骤二、将若干个电芯两两相对设置，将相对设置的两个电芯相同极性的极耳水平叠加放置在镍片上形成从上至下依次是极耳Ⅰ、极耳Ⅱ和镍片的叠层结构；
步骤三、采用激光焊接技术将极耳Ⅰ、极耳Ⅱ和镍片焊接在一起。
进一步的，步骤一中，所述镍片通过SMT工艺锡焊于电池保护PCB电路板上。
进一步的，步骤三中，所述激光焊接技术的激光焊接焦距的确定方法为：使用实验验证的方法，运用单因子数据分析和等值线图分析工具，选择焊接叠层结构总厚度15％～25％范围的距离为激光焊接焦距。
进一步的，步骤三中，确定好激光焊接焦距后，使用实验验证的方法，运用单因子数据分析和等值线分析工具，调整激光焊接峰值和焊接时间，获得直径变化小于20％，熔深为叠层结构总厚度70％～80％的稳定熔池。
优选的，所述镍片的厚度为0.2mm，极耳Ⅰ(4)和极耳Ⅱ(3)的材质均为纯镍，极耳Ⅰ(4)和极耳Ⅱ(3)的厚度均为0.08mm，负离焦距为上层极耳Ⅰ(4)以下0.065mm 处。
优选的，所述镍片的厚度为0.2mm，极耳Ⅰ(4)和极耳Ⅱ(3)的的材质均为纯镍，极耳Ⅰ(4)和极耳Ⅱ(3)的厚度均为0.1mm，负离焦距为上层极耳Ⅰ(4)以下0.075mm 处。
优选的，所述镍片的厚度为0.2mm，极耳Ⅰ(4)和极耳Ⅱ(3)的材质均为纯镍，极耳Ⅰ(4)和极耳Ⅱ(3)的厚度均为0.08mm，焊接峰值为1.7±0.1Kw，焊接时间为1.6 ±0.1mS。
优选的，所述镍片的厚度为0.2mm，极耳Ⅰ(4)和极耳Ⅱ(3)的材质均为铜镀镍，极耳Ⅰ(4)和极耳Ⅱ(3)的厚度均为0.08mm，焊接峰值为1.5±0.1Kw，焊接时间为1.3 ±0.1mS。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
本方案在技术上突破了传统PACK镭射焊接技术只能点焊两层金属的限制；在结构上，减少了电芯串并联所需的空间，提升了电池的实际容量和生产效率；通过对比常规方案，可节约一半镍片用量，减少6mm以上的保护板宽度，不仅在提升电池容量上具有巨大的优势，还能减少材料成本(PCB面积、镍片数量)；降低PACK组装时间。
附图说明
图1：电芯极耳叠加并联焊接结构示意图；
图2：电池极耳叠加并联焊接空间布局图；
图3：薄型电池极耳叠加并联焊接空间布局图；
图中：1、PCB电路板，2、镍片，3、极耳Ⅱ，4、极耳Ⅰ。
具体实施方式
下面结合附图1～3对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
在电池结构中，电芯和电路保护板是体积占比较大的零部件。要想在现有电芯的能量密度下提升电池容量，则必须减少保护板尺寸，增加电芯所占的体积比。为达到这一目的，本发明主要运用极耳叠加并联焊接的方法，来减少保护板在电芯串并联中所需的工艺空间，达到增容的目的。
具体实施方式一
如图2所示，在ID厚度空间足够情况下，通过双面布件方式，将对侧电芯的相同极性极耳，通过激光焊接方式，并联在相同镍片上，将电芯体积比设计到最大。具体步骤如下：
步骤一、使用0.2mm的镍片2作为底层，通过SMT工艺锡焊于电池保护PCB电路板 1上；其中电池保护PCB电路板已通过内部铜箔线路连通，与电子元件形成保护电路；
步骤二、将相对设置的同极性极耳叠加在电池保护PCB电路板1上的0.2mm的镍片2之上，并使用夹具压合三层金属平整，保证其贴合良好，形成从上至下依次是极耳Ⅰ4、极耳Ⅱ3和镍片2的叠层结构；
步骤三、采用激光焊接技术将极耳Ⅰ4、极耳Ⅱ3和镍片2焊接在一起。
进一步的，所述步骤三中，使用实验验证方法，并运用单因子数据分析和等值线图分析工具，选择焊接叠层结构总厚度15％～25％范围的距离为激光焊接焦距，以获得穿透叠层结构总厚度70％～80％的熔深；
焊接叠层结构总厚度15％～25％范围的激光焊接焦距，是通过调整焊接焦距来寻找直径在30～80μm的光斑，达到穿透两层极耳镍金属的效果。
为了获得穿透叠层结构总厚度70％～80％的熔深，以两层0.08mm纯镍极耳，一层0.2mm 镍片2为例，优选的负离焦距为极耳Ⅰ4以下0.065mm处；
在确定好焦距后，再次使用实验验证方法，并运用单因子数据分析和等值线图分析工具，调整激光焊接峰值和焊接时间，以获得直径变化小于20％，熔深为叠层结构总厚度70％～80％的稳定熔池；
为了获得稳定熔池，以两层0.08mm镍极耳，一层0.2mm镍片2为例，优选的焊接峰值为1.7±0.1Kw，焊接时间为1.6±0.1mS；
通过上述方式调整焊接焦距、焊接峰值、焊接时间，进行焊接，获得焊接后拉力在30N 以上的焊接熔池，达到既不穿焊又不虚焊接，牢固焊接三层金属材料。
具体实施方式二
如图3所示，在ID厚度空间不足情况下，将其中至少一组对侧电芯相同极性的极耳，通过激光焊接方式，并联在相同镍片上，以让出空间布置电路板元器件。
具体步骤如下：
步骤一、使用0.2mm的镍片2作为底层，通过SMT工艺锡焊于电池保护PCB电路板1上；其中，电池保护PCB电路板已通过内部铜箔线路连通，与电子元件形成保护电路；
步骤二、将相对设置的同极性极耳叠加在电池保护PCB电路板1上的0.2mm的镍片2之上，并使用夹具压合三层金属平整，保证其贴合良好，形成从上至下依次是极耳Ⅰ4、极耳Ⅱ3和镍片2的叠层结构；
步骤三、采用激光焊接技术将极耳Ⅰ4、极耳Ⅱ3和镍片2焊接在一起。
进一步的，所述步骤三中，使用实验验证方法，并运用单因子数据分析和等值线图分析工具，选择焊接叠层结构总厚度15％～25％范围的距离为激光焊接焦距，以获得穿透叠层结构总厚度70％～80％的熔深；
为了获得穿透叠层结构总厚度70％～80％的熔深，以两层0.08mm镍极耳，一层0.2mm 镍片2为例，优选的负离焦距为极耳Ⅰ4以下0.065mm处；
在确定好焦距后，再次使用实验验证方法，并运用单因子数据分析和等值线图分析工具，调整激光焊接峰值和焊接时间，以获得直径变化小于20％，熔深为叠层结构总厚度70％～80％的熔池；
为了获得稳定熔池，以两层0.08mm镍极耳，一层0.2mm镍片2为例，优选的焊接峰值为1.7±0.1Kw，焊接时间为1.6±0.1mS；
通过上述方式调整焊接焦距、焊接峰值、焊接时间，进行焊接。获得焊接后拉力在30N以上的焊接熔池，达到既不穿焊又不虚焊接，牢固焊接三层金属材料。

Claims (8)

1.一种电芯极耳叠加并联焊接的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将镍片(2)焊接在PCB电路板(1)上；
步骤二、将若干个电芯两两相对设置，将相对设置的两个电芯相同极性的极耳水平叠加放置在镍片(2)上形成从上至下依次是极耳Ⅰ(4)、极耳Ⅱ(3)和镍片(2)的叠层结构；
步骤三、采用激光焊接技术将极耳Ⅰ(4)、极耳Ⅱ(3)和镍片(2)焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种电芯极耳叠加并联焊接的方法，其特征在于：步骤一中，所述镍片(2)通过SMT工艺锡焊于电池保护PCB电路板(1)上。
3.根据权利要求1所述的一种电芯极耳叠加并联焊接的方法，其特征在于：步骤三中，所述激光焊接技术的激光焊接焦距的确定方法为：使用实验验证的方法，运用单因子数据分析和等值线图分析工具，选择焊接叠层结构总厚度15％～25％范围的距离为激光焊接焦距。
4.根据权利要求3所述的一种电芯极耳叠加并联焊接的方法，其特征在于：步骤三中，确定好激光焊接焦距后，使用实验验证的方法，运用单因子数据分析和等值线分析工具，调整激光焊接峰值和焊接时间，获得直径变化小于20％，熔深为叠层结构总厚度70％～80％的稳定熔池。
5.根据权利要求3所述的一种电芯极耳叠加并联焊接的方法，其特征在于：所述镍片的厚度为0.2mm，极耳Ⅰ(4)和极耳Ⅱ(3)的材质均为纯镍，极耳Ⅰ(4)和极耳Ⅱ(3)的厚度均为0.08mm，负离焦距为上层极耳Ⅰ(4)以下0.065mm处。
6.根据权利要求3所述的一种电芯极耳叠加并联焊接的方法，其特征在于：所述镍片的厚度为0.2mm，极耳Ⅰ(4)和极耳Ⅱ(3)的的材质均为纯镍，极耳Ⅰ(4)和极耳Ⅱ(3)的厚度均为0.1mm，负离焦距为上层极耳Ⅰ(4)以下0.075mm处。
7.根据权利要求4所述的一种电芯极耳叠加并联焊接的方法，其特征在于：所述镍片的厚度为0.2mm，极耳Ⅰ(4)和极耳Ⅱ(3)的材质均为纯镍，极耳Ⅰ(4)和极耳Ⅱ(3)的厚度均为0.08mm，焊接峰值为1.7±0.1Kw，焊接时间为1.6±0.1mS。
8.根据权利要求4所述的一种电芯极耳叠加并联焊接的方法，其特征在于：所述镍片的厚度为0.2mm，极耳Ⅰ(4)和极耳Ⅱ(3)的材质均为铜镀镍，极耳Ⅰ(4)和极耳Ⅱ(3)的厚度均为0.08mm，焊接峰值为1.5±0.1Kw，焊接时间为1.3±0.1mS。
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