一种全极耳电池金属箔材的激光焊接方法与流程

1.本公开涉及焊接技术领域，具体涉及一种全极耳电池金属箔材的激光焊接方法。


背景技术：

2.目前，随着电动汽车的大力发展，电动汽车在汽车市场中占比逐步增多。有关电动汽车续航里程的问题越来越多的引发人们的关注。为满足电动汽车全极耳电池续航里程的问题，全极耳电池的研发渐渐提上日程，其生产过程中的工艺问题急需进行解决。
3.公开号为：cn112542641a的专利申请公开了一种圆柱全极耳电池及其制造方法。通过激光切割的方法和后续对极耳焊接揉平工艺的配合，能够使正负极片卷绕形成的卷芯一段形成正极耳区域、负极耳区域和非极耳区域，将极耳之间的的非焊接区域进行省略，降低了卷绕后正负极耳之间接触的致密性，使后续注入电解液时，能够加快电解液浸润正负极片的速率，有效提高圆柱全极耳电池的生产效率，其中正、负极耳依次进行超声波焊接和机械揉平。
4.公开号为：cn215451499u的专利申请公开了一种全极耳圆柱全极耳电池装配结构。通过在壳体内周侧面设置螺纹与盖板外周设置的螺纹进行结合，全极耳圆柱全极耳电池无需焊接，提升效率，不用担心极耳脱焊的问题。
5.现有技术中，其中一个技术提供了激光切割和揉平相结合的方式对全极耳电池的全极耳进行处理，然后通过超声波焊接的方式对全极耳电池的极耳进行焊接。而超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。使用超声波焊接过程中，由于金属材料之间相互摩擦，易产生金属碎屑，进入全极耳电池内部电芯中，存在全极耳电池的安全隐患；另一技术采用了螺纹连接的方式，进行电流的导通，存在一定的加工难度，且螺纹与螺纹之间结合并不能完全保证极耳与极柱之间的良好接触，不同极耳与盖板之间的电流通道并不具备一致性。在全极耳电池使用过程中存在局部电阻较大的情形，最终会因局部热量的堆积引发全极耳电池的安全问题。而实际上，在采用激光技术焊接全极耳的过程中，由于全极耳金属箔材在揉平阶段的不确定因素，存在揉平面崎岖不平的情况，导致后续焊接存在爆孔、虚焊等情形，影响全极耳电池的安全性能；且在加大焊接功率覆盖所有极耳的情况下，热影响区域进一步扩大，对全极耳电池内部电芯的安全造成影响，存在安全隐患。


技术实现要素：

6.本公开针对利用激光焊接技术对全极耳电池金属箔材焊接过程中，存在暴孔、虚焊以及热影响区域较大的问题，提供了一种全极耳电池金属箔材的激光焊接方法，用于解决采用激光焊接技术对全极耳电池进行焊接过程中存在的安全隐患，提高全极耳电池的安全性能。
7.本公开的构思之一在于，通过焊压的方式，保证焊接过程中的极耳揉平面的平整度，保证焊接的顺利进行，提高焊接结构强度。
8.具体的，在激光焊接过程中，采用焊压工装对全极耳电池的极耳与电芯进行推压。避免焊接过程中极耳的贴合存在间隙，从而导致焊接过程中爆孔、虚焊等情形。由于焊压的方式消除了焊接过程中极耳的间隙，保证了极耳的平整度，提高了金属箔材的粘连率和焊接强度。由于金属箔材粘连率的提高，使电流通道扩宽，进一步降低了电池的内阻，保证了电池的安全性能。
9.通过上述焊接方式可以保证金属箔材的粘连率在85%以上。
10.本公开的另一构思在于，通过推力的调节，进一步保证焊接过程中金属箔材的粘连率和焊接强度。
11.具体的，焊压工装采用气缸对推力进行调节。在焊接过程中由于不同极耳之间的间隙和贴合程度是不一致的。焊压工装需要根据具体情况对焊接过程中的推力进行调节，消除焊接过程中不同极耳间隙对焊接效果的影响，进一步提高金属箔材的粘连率和焊接强度。
12.本公开的另一构思在于，通过焊接轨迹解决热作用区域的温升问题，避免全极耳电池在激光焊接过程中由于局部温升过高，对全极耳电池内部的电芯结构造成影响。
13.具体的，在焊接前先对全极耳电池焊接区域的形状进行确认，选择合适的焊接起点，然后对焊接轨迹进行规划。避免焊接过程中一段时间内焊接点与焊接点之间过于密集，导致这段时间内焊接点密集区域处温度持续上升，进而对电池内部电芯结构造成破坏。在实际生产过程中，目前金属箔材的厚度为2mm，因此需要通过焊接轨迹使金属箔材2mm厚度内温度的变化在80℃以内，进而达到保证电池内部电芯结构安全的目的。随着日后技术的不断发展，当金属箔材厚度或者电芯内部结构发生改变时，需要控制的温升区域和温升范围也将发生改变，根据这种改变，焊接轨迹也要进行相应的变化。
14.本公开的另一构思在于，通过焊接段对焊接轨迹进行控制。
15.具体的，焊接轨迹由焊接段组成，通过焊接段与焊接段之间距离的控制，避免热作用区域内热量产生堆积。
16.本公开的另一构思在于，焊接轨迹可以是x型或者蝴蝶型的，避免在焊接过程中焊点在一段时间内聚集造成热作用区域内热量堆积。
17.本公开的另一构思在于，通过焊接角度对焊接深度进行控制，实现保护全极耳电池内部电芯结构以及激光器镜头的目的。
18.具体的，焊接深度是随偏置角度的减小而减小的，根据所需的焊接深度，如上述金属箔材的厚度为2mm，焊接过程中实际的焊接深度因小于2mm，一方面避免焊穿金属箔材，另一方面避免2mm范围内温升过高对全极耳电池内部的内心结构造成影响。同时，由于金属箔材大多对光的反射率较高，焊接角度的选择也能避免激光反射进入激光器内部造成破坏，起到对镜头保护的作用。一般而言，激光的角度选择在30
°‑
50
°
之间。
19.进一步的，本公开的另一构思在于，激光器采用组合功率的方式对激光进行功率输出，通过对输出功率的控制进而对热作用区域的温升进行控制，达到保护全极耳电池内部电芯结构的目的。
20.具体的，激光器通过焊接深度以及焊接角度调用合适的组合功率对金属箔材进行焊接。相较于现有技术中激光器使用额定功率对金属箔材进行焊接，采用组合功率的方式可以对单位时间内的激光器的功率输出以及输出功率的总量进行控制，进而实现对单位时
间内激光输出能量以及焊接过程中总的输出能量的控制。避免激光焊接过程中，对热作用区域输出热量过大或者过多，使热作用区域内能量产生堆积，进而温升过高破坏电池内部的电芯结构。
21.更进一步的，本公开的另一构思在于，对组合功率中功率的特性进行确定，用以满足激光焊接的需求，又不至于造成热量的堆积。
22.具体的，组合功率包括突破金属箔材熔值极限的功率和稳定金属箔材焊接的功率。其中稳定金属箔材焊接的功率小于突破金属箔材熔值极限的功率。通过上述两段功率的组合，一方面满足金属箔材在焊接过程中对功率的要求，保证焊接强度；另一方面避免输出功率过高，使热作用区域内热量产生堆积。
23.更进一步的，本公开的另一构思在于，对组合功率中功率输出时间进行限定，实现对输出的总功率及热量的控制。
24.具体的，用于突破金属箔材熔值极限的功率输出时间不易过长，避免高功率输出过程中，造成热作用区域内热量的堆积；而用于金属箔材焊接过程中的输出时间应当适中，既能保证金属箔材的焊接强度，又能避免金属箔材在焊接过程中能量过量堆积。
25.进一步的，本公开的另一构思在于，对焊接速度进行确定，控制焊接过程中激光器的单位时间内功率输出量，避免在热作用区域内能量产生堆积。
26.具体的，焊接速度根据焊接轨迹进行确认。一方面，避免焊接速度过快导致金属箔材未被焊透。另一方面，通过焊接速度保证焊接轨迹在运行过程中对金属箔材的充分焊接，提高焊接的强度。
27.本公开提供了一种全极耳电池金属箔材的激光焊接方法，所述方法包括：压实极耳，所述压实极耳是指将极耳与电芯之间间隙压平；确定焊接轨迹，所述焊接轨迹用于保证一段时间内焊接作用点不在热作用区域内产生聚集；激光焊接，所述激光焊接是指在所述压实极耳的状态下利用所述焊接轨迹对全极耳电池的极耳进行焊接。
28.基于上述技术方案，在激光焊接过程中对极耳进行压实，确保焊接过程中金属箔材的有效粘接率；同时采用焊接轨迹保证焊接过程中热量不在热作用区域内聚集，保证电池内部电芯的安全。
29.进一步的，对压实极耳的方式进行限定：所述压实极耳是指通过推力的调节进行的。
30.基于上述技术方案，通过焊接过程中对推力的调节，保证不同极耳之间的间隙都处于压平状态，是焊接的粘接率和焊接强度更好。
31.进一步的，通过焊接造型对焊接轨迹进行限定：所述焊接轨迹是根据全极耳电池焊接处造型确定的。
32.基于上述技术方案，焊接轨迹适用于不同造型的电池。避免因为造型问题导致焊接过程中间隙的产生。
33.进一步的，焊接轨迹由焊接段组成：所述焊接轨迹至少包括第一焊接段和第二焊接段。
34.基于上述技术方案，焊接轨迹是由至少两段或者两段以上的焊接段组成，通过焊
接段的设置能够更好的保证焊接过程中对热作用区域能量聚集的控制。
35.进一步的，对焊接段的结合方式进行限定：基于上述技术方案，焊接轨迹中焊接段的结合是交叉布置的。采用交叉布置的方式可以有效不免焊接过程中焊接点聚集。
36.更进一步的，对焊接段的组合形状进行限定：所述的焊接轨迹为x型或者蝴蝶型。
37.基于上述技术方案，x型或者蝴蝶型的焊接轨迹更利于焊接过程中热作用区域的散热。
38.进一步的，对焊接的角度进行限定：所述的焊接角度为30
°‑
50
°
。
39.基于上述技术方案，合适的焊接角度一方面可以保护激光器的镜头，另一方可以对焊接的深度进行控制，避免未焊透金属箔材或者焊穿金属箔材的情况发生。
40.进一步的，采用组合功率输出的方式对金属箔材进行焊接：所述组合功率至少包括第一功率和第二功率；所述第一功率用于突破金属箔材的熔值极限；所述第二功率用于金属箔材与待焊接物之间的稳定焊接。
41.基于上述技术方案，通过组合功率的方式对焊接的功率进行控制，避免焊接过程中输出功率过大或者过多使热作用区域内热量产生堆积。
42.进一步的，对组合功率的输出时间进行控制：第一功率输出时间对应第一功率；第二功率输出时间对应第二功率；其中，第一功率输出时间根据金属箔材开始熔化的时间确定；第二功率输出时间根据金属箔材完成熔融的时间确定；第二功率输出时间大于第一功率输出时间。
43.基于上述技术方案，根据焊接过程中功率段的功能对功率的输出时间进行限定。确保，单位时间内功率输出的合理性，既能达到保证焊接强度效果的同时，又能避免输出过长使热作用区域内热量产生堆积。
44.进一步的，通过激光焊接过程中的运行速度控制功率的输出量：其中所述运行速度根据所述焊接轨迹确定。
45.基于上述技术方案，根据焊接轨迹对焊接过程中激光器的运行速度进行合理的配置，保证单位时间内激光器输出功率的同时，避免在单位时间内对同一焊接点的功率输出时间过多使热作用区域内热量产生堆积。
46.本公开通过上述技术方案，激光焊接过程中极耳焊接粘接率不够、焊接强度低以及容易对电池内部电芯结构造成影响的技术问题，提高了金属箔材的有效粘接率和焊接强度，同时消除了全极耳电池采用激光焊接技术存在的安全隐患，提高了全极耳电池的使用和安全性能。
附图说明
47.以下将结合附图和优选实施例来对本公开进行进一步详细描述，但是本领域技术
人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本公开范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。
48.图1本发明方法流程图。
49.图2本发明方法示意图。
50.1、电池极耳；2、焊接点。
具体实施方式
51.下面结合附图1至2，对本公开作详细的说明。
52.为了使本公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本公开进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本公开，并不用于限定本公开。
53.本公开提供了一种全极耳电池金属箔材的激光焊接方法，解决了激光焊接过程中极耳焊接粘接率不够、焊接强度低以及容易对电池内部电芯结构造成影响的技术问题，提高了全极耳电池的使用和安全性能。
54.图1是本公开的一个具体实施例1。
55.在激光焊接过程中，通过推压工装对焊接的极耳施加推力，使极耳与电芯之间结合更紧实，消除了极耳在揉平过程中存在揉平面崎岖不平的情况。在此情形下，通过激光进行焊接能够保证在焊接过程中不产生爆孔和虚焊的工艺缺陷，提高了极耳的有效粘接率和焊接强度。同时，由于全极耳需要对所有的极耳进行焊接，在激光焊接过程中极易使热作用区域内的能量产生聚集，从而对电池内部的电芯结构造成破坏。此时，通过合理的设置焊接轨迹，避免焊接过程中，一段时间内的焊接点与焊接点出现区域性聚集，从而导致热作用区域内热量发生堆积，从而使电池内部的电芯结构遭到破坏。具体的，如图1所示，激光焊接在压实极耳状态下利用合适的焊接轨迹对全极耳电池的极耳进行焊接，如图2所示，焊接轨迹确保一段时间内避免焊接点2之间的焊接过于聚集，造成热作用区域内温度上升过快。
56.在实施例1的基础上，对压实极耳的压力进行调节，形成具体实施例2。
57.具体的，在激光焊接过程中焊接工装是通过气动方式提供推力的，由于全极耳电池的不同极耳与电芯之间的间隙是不同的。所以需要对焊接过程中的推力进行调节和补偿，保证所有的极耳与电芯之间的间隙都被压平，进一步保证极耳的有效粘接率和焊接强度。
58.在实施例1的基础上，根据焊接的造型对焊接的轨迹进行确定，形成具体实施例3。
59.具体的，全极耳电池焊接处的造型可能有所差异，当存在差异时，同样的焊接轨迹可能会使极耳焊接的有效粘接率和强度下降。因此焊接轨迹需要根据全极耳电池的焊接造型进行确定。
60.在实施例3的基础上，将焊接轨迹细分成焊接段，形成具体实施例4。
61.具体的，由于全极耳电池的焊接截面如图1所示可能是圆形的，或者近似圆形的等其他形状。在焊接过程中如果轨迹是连成一体的，将会对使焊接过程中热作用区域内的热量产生堆积，从而破坏电池内部的电芯结构。因此，焊接轨迹由焊接段组合形成，可以有效对焊接过程中的能量输出进行控制。
62.在实施例4的基础上，对焊接段的组合方式进行确定，形成具体实施例5。
63.具体的，焊接段与下一焊接段是交叉进行组合的，避免焊接段与焊接段之间的距离过近，使热作用区域内能量产生聚集。
64.在实施例5的基础上，对焊接轨迹的优先轨迹进行确定，形成具体实施例6。
65.具体的，焊接轨迹是x型或者蝴蝶型的。焊接轨迹通过一段、一段的组合方式共同组合形成x型或者蝴蝶型轨迹，使全极耳电池的焊接点之间的焊接更充分。
66.在上述实施例的基础上，通过焊接角度的控制，形成具体实施例7。
67.具体的，在实际生产过程中，金属箔材多为铜箔或铝箔，而铜的反射率为90%，铝的反射率为92%。因此，焊接角度越接近90
°
，其焊接深度越大，越不容易控制过程中热作用区域；且由于金属箔材对光的反射将会使激光进入到激光器的镜头中，造成破坏；而焊接角度越接近0
°
，其焊接深度越小，光的反射越分散。一般而言，当焊接角度接近30
°
时，其有效熔深接近为0。因此，焊接角度在30
°‑
50
°
之间，既能保证激光器使用过程中不因光的反射而烧损镜头，同时对焊接深度能进行有效的控制，满足焊透金属箔材又不至于焊穿金属箔材，破坏全极耳电池内部电芯结构的需求。
68.在上述实施例的基础上，通过对焊接功率的设置，形成具体实施例8。
69.具体的，激光器通过焊接深度以及焊接角度调用合适的组合功率对金属箔材进行焊接。相较于现有技术中激光器使用额定功率对金属箔材进行焊接，采用组合功率的方式可以对单位时间内的激光器的功率输出以及输出功率的总量进行控制，进而实现对单位时间内激光输出能量以及焊接过程中总的输出能量的控制。避免激光焊接过程中，对热作用区域输出热量过大或者过多，使热作用区域内能量产生堆积，进而温升过高破坏电池内部的电芯结构。
70.在上述实施例的基础上，对焊接功率段的输出时间进行设置，形成具体实施例9。
71.具体的，组合功率包括突破金属箔材熔值极限的功率和稳定金属箔材焊接的功率。其中稳定金属箔材焊接的功率小于突破金属箔材熔值极限的功率。通过上述两段功率的组合，一方面满足金属箔材在焊接过程中对功率的要求，保证焊接强度；另一方面避免输出功率过高，使热作用区域内热量产生堆积。
72.在上述实施例的基础上，对焊接过程中激光器的运行速度进行设计，形成具体的实施例10。
73.具体的，激光器的运行速度对单位时间内的功率输出具有控制作用，不同的金属箔材的熔点和吸收率是不尽相同的。因此，合理的激光器的运行速度有助于焊接过程中对焊接点2功率的合理输出，同时又不会在热作用区域内产生热量的过多堆积。
74.以上对本公开进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开原理的前提下，还可以对本公开进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本公开权利要求的保护范围内。