硬壳锂电池极柱与连接片的冷连接方法转让专利
申请号 : CN202110697575.3
文献号 : CN113258221B
文献日 : 2021-09-17
发明人 : 朱国荣 , 杨双成 , 吴瓯凯 , 王菁 , 邓翔天 , 康健强 , 熊松
申请人 : 武汉理工大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种硬壳锂电池极柱与连接片的冷连接方法,其特征在于:包括以下步骤,S1,提供来料,包括至少两个方形锂电池金属壳体(1)和金属连接片(3),其中,金属壳体(1)上端面并排固定有至少两极柱(2);所述极柱(2)位于金属壳体(1)上端面以上部分设置有相互平行的前、后两连接面(20);所述金属连接片(3)包括连接片本体(31)和至少两包覆部(32),包覆部(32)包括由连接片本体(31)依次弯折形成的第一弯折部(321)、第二弯折部(322)和第三弯折部(323),第一弯折部(321)和第三弯折部(323)相互平行且二者之间形成一嵌入槽(320),第二弯折部(322)两端分别连接第一弯折部(321)和第三弯折部(323);
S2,将方形锂电池金属壳体(1)前后并排设置,各金属壳体(1)上的极柱(2)排列成直线,再将金属连接片(3)上的嵌入槽(320)嵌入相邻的两个金属壳体(1)上的极柱(2)上,极柱(2)前、后两连接面(20)相对嵌入槽(320)两内侧壁之间;
S3,提供挤压夹具(4),所述夹具包括一滑动座(41)和两滑动板(42),两滑动板(42)相对设置并分别与滑动座(41)滑动连接,两滑动板(42)上分别交错相对设置有矩阵排列的凸起(421),且每一滑动板(42)上正对另一滑动板(42)的凸起(421)部位设置有矩阵排列的凹槽(422),将两滑动板(42)分别正对第一弯折部(321)和第三弯折部(323)外侧面设置;
S4,通过对两滑动板(42)施加挤压力使之相对滑动,凸起(421)压紧第一弯折部(321)、极柱(2)和第三弯折部(323),并使第一弯折部(321)或第三弯折部(323)分别发生形变后与极柱(2)相互铆接;
S5,松开两滑动板(42),完成连接工序。
2.如权利要求1所述的硬壳锂电池极柱与连接片的冷连接方法,其特征在于:所述凸起(421)高度大于金属连接片(3)的厚度,且小于极柱(2)前、后两连接面(20)之间的厚度与金属连接片(3)的厚度之和。
3.如权利要求1所述的硬壳锂电池极柱与连接片的冷连接方法,其特征在于:所述极柱(2)与金属连接片(3)同时采用铝合金材质,或者同时采用铜材质;当采用铝合金材质时,先用弱酸处理极柱(2)前、后两连接面(20)与嵌入槽(320)两内侧壁,去除氧化层,步骤S2 S4~
在惰性气体中完成;当采用铜材质时,先用弱酸处理极柱(2)前、后两连接面(20)与嵌入槽(320)两内侧壁,去除氧化层。
4.如权利要求3所述的硬壳锂电池极柱与连接片的冷连接方法,其特征在于:所述极柱(2)与金属连接片(3)材质的硬度值为Q,单位为HB;滑动板(42)上的单个凸起(421)与第一2
弯折部(321)或第三弯折部(323)的接触面面积为M,单位为mm ;滑动板(42)上的单个凸起(421)数量之和为Z,施加在滑动板(42)上的压力大于Q*M*Z,单位为kgf。
5.如权利要求1所述的硬壳锂电池极柱与连接片的冷连接方法,其特征在于:所述S2中,先将方形锂电池金属壳体(1)前后并排设置,各金属壳体(1)上的极柱(2)排列成直线;
然后再在极柱(2)前、后两连接面(20)上设置焊锡薄片(5);最后将金属连接片(3)上的嵌入槽(320)嵌入相邻的两个金属壳体(1)上的极柱(2)上的焊锡薄片(5)上,极柱(2)前、后两连接面(20)上的焊锡薄片(5)贴紧相对嵌入槽(320)两内侧壁。
6.如权利要求5所述的硬壳锂电池极柱与连接片的冷连接方法,其特征在于:所述步骤S4中,先将两滑动板(42)预加热至焊锡薄片(5)的熔点以下5 20℃的温度,再对两滑动板~
(42)施加挤压力。
7.如权利要求5所述的硬壳锂电池极柱与连接片的冷连接方法,其特征在于:所述焊锡薄片(5)包括一体弯折成型的第一弯折片(51)、第二弯折片(52)和第三弯折片(53),其中,第一弯折片(51)和第三弯折片(53)相互平行,第二弯折片(52)两端分别连接第一弯折片(51)和第三弯折片(53),第一弯折片(51)和第三弯折片(53)分别与极柱(2)前、后两连接面(20)相贴合。
8.如权利要求1所述的硬壳锂电池极柱与连接片的冷连接方法,其特征在于:步骤S2中,将方形锂电池金属壳体(1)前后并排设置后,先将挤压夹具(4)上的两滑动板(42)对准极柱(2)前、后两连接面(20)并施加挤压力,使极柱(2)前、后两连接面(20)上形成均匀分布的半球形压痕;然后再放置金属连接片(3);
步骤S3中,不改变两滑动板(42)上的凸起(421)相对半球形压痕的位置;
步骤S4中,将凸起(421)挤压第一弯折部(321)和第三弯折部(323)使之发生形变后嵌入到极柱(2)上的半球形压痕内。
9.如权利要求1所述的硬壳锂电池极柱与连接片的冷连接方法,其特征在于:所述极柱(2)分为正极和负极,两种极柱(2)对应的前、后两连接面(20)之间的厚度不同。
说明书 :
硬壳锂电池极柱与连接片的冷连接方法
技术领域
背景技术
单体电池串并联在一起,既不方便装配制造,又无益于后期的维护。因此,一般情况下,一个
电池箱中都包含几个模组,数量不同的模组可组成不同规格的电池箱,方便批量生产,模块
化制造。模组一般指把单体电池通过串并联的方式,经过模组结构件绝缘隔离并固定,再配
上电池单元保护控制板而形成的电池组合体。成组的关键技术是将几个电池在机械上固定
牢固、电气连接上安全可靠、材料上防火阻燃和轻量化,使其安全可靠并保证有较高的能量
比重量密度。
接、激光焊接或超声波焊接等方式。螺栓螺母连接对设计和装配操作要求高,如果没有达到
要求,会导致螺母松动,连接阻抗增大,存在可靠性和安全风险,而且,这种连接方式不适合
通过大电流。目前在实际生产中,方形电池模组多采用激光焊接,连接片与电池极柱焊接一
般采用激光穿透焊。模组焊接在模组生产中一般会定义为关键工序,一是焊接不良品若流
出去可能导致安全隐患,二是焊接不良品可能会导致模组报废。激光焊接要获得稳定可靠
的焊接效果,不但要考虑工艺参数,还需要焊接工装来保证焊接面的良好接触,也要考虑焊
接材质的选型,还需对焊接面要进行清洁去氧化层,如果有一点控制不好,焊接效果就不可
控。为了产品质量,需开启拉力检测功能,但此功能启动后会降低生产率。除此之外,激光焊
接还存在过焊难以检测,焊渣危险性高,焊接成本高等问题。
发明内容
题。
前、后两连接面;所述金属连接片包括连接片本体和至少两包覆部,包覆部包括由连接片本
体依次弯折形成的第一弯折部、第二弯折部和第三弯折部,第一弯折部和第三弯折部相互
平行且二者之间形成一嵌入槽,第二弯折部322两端分别连接第一弯折部321和第三弯折部
323;
入槽两内侧壁之间;
对另一滑动板的凸起部位设置有矩阵排列的凹槽,将两滑动板分别正对第一弯折部和第三
弯折部外侧面设置;
内侧壁,去除氧化层,步骤S2 S4在惰性气体中完成;当采用铜材质时,先用弱酸处理极柱
~
前、后两连接面与嵌入槽两内侧壁,去除氧化层。
单个凸起与第一弯折部或第三弯折部的接触面面积为M,单位为mm ;滑动板上的单个凸起
数量之和为Z,施加在滑动板上的压力大于Q*M*Z,单位为kgf。
后将金属连接片上的嵌入槽嵌入相邻的两个金属壳体上的极柱上的焊锡薄片上,极柱前、
后两连接面上的焊锡薄片贴紧相对嵌入槽两内侧壁。
℃的温度,再对两滑动板施加挤压力。
和第三弯折片,第一弯折片和第三弯折片分别与极柱前、后两连接面相贴合。
连接面上形成均匀分布的半球形压痕;然后再放置金属连接片;
测、焊渣污染难以消除等问题;
附图说明
发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以
根据这些附图获得其他的附图。
具体实施方式
于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有
其他实施方式,都属于本发明保护的范围。
壳体a1上固定有至少两圆柱形的极柱,金属壳体a1内设置裸电芯并灌注电解液,两极柱(一
般包括一正极和一负极)分别与裸电芯上的正负极集流体电性连接。现有的连接片a3一般
采用平板结构,分别与待串并联的两硬壳锂电池的正极和负极焊接,从而实现电连接。
其中,所述方形锂电池金属壳体1的数量根据需要串并联的电池数量决定,可以是2个、3个
直至上千个,依据待供电的设备功率和电压要求确定串并联的电池数量。
本体31弯折形成对应数量的包覆部32。具体的,包覆部32包括由连接片本体31依次弯折形
成的第一弯折部321、第二弯折部322和第三弯折部323,第一弯折部321和第三弯折部323相
互平行且二者之间形成一嵌入槽320,第二弯折部322两端分别连接第一弯折部321和第三
弯折部323。嵌入槽320用于嵌入极柱2的前、后两连接面20。
42相对移动。具体的,两滑动板42上分别交错相对设置有矩阵排列的凸起421,且每一滑动
板42上正对另一滑动板42的凸起421部位设置有矩阵排列的凹槽422。
上的极柱2上,极柱2前、后两连接面20相对嵌入槽320两内侧壁之间;在本实施例中,所述极
柱2前、后两连接面20与嵌入槽320两内侧壁之间形成过渡配合。
生形变后与极柱2相互铆接,如图7所示;具体的,可采用手工台钳,或者电动液压台钳施加
挤压力;
3的厚度,且小于极柱2前、后两连接面20之间的厚度与金属连接片3的厚度之和。
材质。将极柱2与金属连接片3采用相同的材质,是为了防止二者之间形成二次电池,防止电
化学腐蚀。
片3的厚度为K,J/2
个凸起421与第一弯折部321或第三弯折部323的接触面面积为M,单位为mm;滑动板42上的
单个凸起421数量之和为Z,施加在滑动板42上的压力大于Q*M*Z,单位为kgf。极柱2与金属
连接片3同时采用铝材为例,其硬度值大约为30HB,假设挤压夹具4上的单个凸起421与滑动
2
板42接触处的面积为4mm ,总共包括10个凸起421,则施加在滑动板42上的压力不低于4*
10*30=1200公斤力。
折部321和第三弯折部323与极柱2在连接完成后电性不导通。但是,发明人仍然担心铝合金
材质或者铜材质的极柱2与金属连接片3接触处氧化层过厚,发生连接完成后电性不导通的
问题。因此,本实施例二在实施例一的基础上做了进一步改进,具体改进之处如下:
骤S2 S4在惰性气体中完成。以铝材为例,空气中铝材自然氧化形成的氧化铝薄膜厚度仅为
~
纳米级,采用草酸很容易去除。具体的,步骤S2 S4在充入惰性气体的类手套箱封闭空间内
~
完成,避免完成挤压操作之前,金属表面再次被氧化。
有疑虑,尤其是考虑到硬壳锂电池常用于车载环境,长期的颠簸和震动可能会导致极柱2与
金属连接片3的接触不良。因此,本实施例三在实施例一的基础上做了进一步改进,具体改
进之处如下:
槽320嵌入相邻的两个金属壳体1上的极柱2上的焊锡薄片5上,极柱2前、后两连接面20上的
焊锡薄片5贴紧相对嵌入槽320两内侧壁,如图8所示。在本实施例中,所述极柱2前、后两连
接面20上的焊锡薄片5外侧面与嵌入槽320两内侧壁之间形成过渡配合。由于焊锡薄片5具
有良好的流动性和导电性,在滑动板42挤压过程中,可以填满极柱2前、后两连接面20与第
一弯折部321和第三弯折部323之间的空腔,改善导电性,且能防止在后期震动过程中发生
接触不良。
温度,再对两滑动板42施加挤压力。将两滑动板42加热至略低于焊锡薄片的熔点,例如采用
无铅焊锡熔点为139℃,则两滑动板42加热至130℃,在挤压过程中,进一步增加焊锡流动
性,更好地填补金属变形的空腔,提高导电性。
别连接第一弯折片51和第三弯折片53,第一弯折片51和第三弯折片53分别与极柱2前、后两
连接面20相贴合。如此,便于安放焊锡薄片5。
20上设置焊锡薄片5;最后将金属连接片3上的嵌入槽320嵌入相邻的两个金属壳体1上的极
柱2上的焊锡薄片5上,极柱2前、后两连接面20上的焊锡薄片5贴紧相对嵌入槽320两内侧
壁。
温度,再对两滑动板42施加挤压力。
用。