專利名稱：電池制造技術
技術領域：
本發(fā)明涉及電池制造，更具體地講涉及將陰極焊接至電池的一部分，從而在制成的電池中形成電氣互通的方法。
背景技術：
電池一般包括設置在常常被稱為“罐”或“盒子”的殼體中的陰極、陽極和電解質。在一些情況下，陰極可制備成包含固體成分的漿料形式，所述固體成分包括陰極活性材料、導電性碳顆粒和粘合劑。添加溶劑以溶解粘合劑，并且使固體成分在漿料中具有良好的分散性和混合性。將所述陰極漿料涂覆到薄的導電基底的一面或兩面，之后進行干燥以蒸發(fā)溶劑并在基底的一面或兩面留下干燥的陰極涂層，這樣就形成了陰極復合片材。電池的電極組合件由一片陽極材料(例如對于鋰離子電池就是鋰)、包含陰極活性材料的陰極復合片材、和陽極和陰極之間的分隔體組成。電極組合件可螺旋卷繞并插入到電池殼體中，例如美國專利公開4，707，421中所示。通常將陽極片材的一部分(例如，陽極極耳)電連接到形成電池負端子的電池殼體。使用與殼體絕緣的端帽來封閉電池。從陰極復合片材延伸出的陰極極耳能夠電連接至形成電池正端子的端帽，例如通過焊接進行電連接。通常將殼體卷曲在端帽的周邊邊緣之上以密封殼體的開口端。在一些情況下，難以將陰極極耳焊接到端帽。例如，如果所述陰極極耳和端帽均為鋁制，鋁上很容易形成氧化層，這會對焊接造成問題，和/或會對陰極極耳造成損壞以致斷裂。這至少部分地是由于鋁氧化物的焊點(2053°C)比鋁的焊點(658°C)高得多而造成的。

發(fā)明內容
在一個方面，本發(fā)明主要說明一種制造電池的方法，該方法包括(a)提供電池外殼，該電池外殼包括殼體和用于限定電池正端子的部分；(b)提供陰極組合件，該組合件包括陰極和陰極極耳，陰極極耳被構造用于將陰極連接到電池正端子；(c)清潔陰極極耳的區(qū)域和/或電池正端子的區(qū)域，以從這些區(qū)域中的至少一個區(qū)域移除氧化層；并且(d)在清潔步驟完成之后的5分鐘內將陰極極耳的所述區(qū)域與電池正端子的所述區(qū)域焊接在一起。在一些具體實施中，清潔和焊接均采用激光束完成，利用功率密度相對較低的激光束進行清潔，用功率密度相對較高的激光束進行焊接。本發(fā)明還介紹了利用本文所公開的方法制造的電池。本發(fā)明的一個或多個實施方案的細節(jié)闡述于附圖和下文說明中。通過本說明和附圖并通過權利要求書，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將顯而易見。


圖1是圓柱形電池上部的剖面圖。圖2是根據一種具體實施的過程的流程圖。
具體實施例方式在本文所公開的優(yōu)選方法中，基本上將陰極極耳和電池上將與陰極極耳焊接在一起的部分(如端帽組合件的接觸杯體)之間的焊接區(qū)域上的氧化膜完全除去，以允許在這兩個部件之間形成可靠的高強度的焊接。優(yōu)選地在氧化膜清除之后緊接著進行焊接，以便在焊接過程中焊接區(qū)域基本上不形成氧化?？蓪㈥帢O極耳、待焊接區(qū)域或它們兩者的表面上的氧化膜除去。電池10的一個實例如圖1所示。電池10包括殼體或“罐”20、陽極片材(該片材可例如包含鋰金屬或其它陽極活性材料)、分隔體、和陰極片材。該陰極片材包含陰極活性材料。如 果所述陽極包含鋰金屬，則陰極活性材料可例如是二硫化鐵(FeS2)。在一些具體實施中，所述陽極、陰極和分隔體限定了一種螺旋卷繞的電極組合件25。如圖所示，該組合件能夠利用扁平的電極復合材料螺旋卷繞而成。電池還包括電解質。電池可為圓柱形，或者可以為螺旋卷繞的扁平電池或棱柱狀電池形式，例如整體所述外形為立方體的矩形電池。對于螺旋卷繞的電池，外殼20的優(yōu)選形狀是圓柱形，如圖 1所示。在一些具體實施中，將所述陰極活性材料涂覆在一種陰極基底，如鋁箔或者不銹鋼以形成陰極復合片材。在一些具體實施中，所述陰極基底可用作集流體。然后將陰極極耳58(可例如由鋁1145制成)連接(例如利用超聲波焊接)到所述陰極基底。所述陰極極耳可為任何所期望的形狀。極耳尺寸可為，例如約50至60mm長、4至6mm寬、和0. 05至 0. 15mm厚，如0. 09至0. Ilmm厚。所述厚度被選擇成有利于加工以及增強產品的載流能力。 優(yōu)選使用鋁，這歸因于鋁的正極性并且因為鋁在使用中所遇到的電勢下在電化學上是穩(wěn)定的。在一些具體實施中，所述陰極極耳位于所述陰極的前邊緣。然而，所述極耳可位于沿陰極長度方向的任意位置。可期望將陰極極耳和陽極極耳設置在電極組合件的相對的兩端， 這一般能實現均勻的電流分布，并因此實現沿整個陰極長度方向上的均勻放電。在電池組裝期間，將所述陰極極耳58連接到電池的正端子。所述正端子由包括多個部件的組合件組成。其中一個部件是接觸杯體27。該部件可用例如鋁5052H34制成，并且一般包括安全排氣口。將所述鋁制陰極極耳焊接到該接觸杯體，例如利用激光焊接。融合塊(焊接結合區(qū)域)的典型直徑為約0. 4至0. 5mm(不包括熱影響區(qū)(HAZ))。典型的焊接滲透深度為這兩種材料中較厚的材料厚度的約40至60%。接觸杯體27和焊接到其上的陰極極耳58 —般均相對較薄，在焊接過程中如果存在氧化層時，它們尤其容易因焊接而造成損壞。例如，在一些具體實施中，陰極極耳的厚度小于0. 2mm，例如厚度為約0. 1mm，而陰極極耳所要焊接到的接觸杯體的厚度小于0. 5mm，如厚度為約0. 3mm。圖2所示為用于將陰極極耳58焊接到接觸杯體27 (或者電池上任何其它適合的區(qū)域)的過程。首先，在步驟100中，形成陰極組合件，可以采用任何方式，包括將陰極極耳 58連接到陰極。其次，在步驟102中，將陰極組合件組裝到罐或其它適合的殼體中，之后提供端帽組合件，端帽組合件用于密封成品電池的外殼并形成電池的正端子。這些步驟可在將陰極極耳焊接到端帽組合件之前的任何時候完成。下一步驟-清潔焊接區(qū)域(步驟104)-在時間上應該盡可能接近焊接步驟(步驟 106)。在優(yōu)選的具體實施中，步驟106應在步驟104完成之后10分鐘之內進行，更優(yōu)選地，在5分鐘之內，例如在小于1分鐘內進行。在一些優(yōu)選的實施過程中，焊接是在清潔步驟完成之后30秒、20秒、15秒、或者甚至5秒或更短時間內進行。通過盡可能縮短清潔與焊接之間的時間間隔，使待焊接表面上氧化物的形成也最少。所述清潔步驟可包括機械處理、化學處理、和/或物理處理。機械處理的例子包括磨、車肖U、劃、刮擦、刷、拋光、砂光等?；瘜W處理的例子包括蝕刻，例如化學蝕刻和電解蝕刻。 一種適合的物理處理是激光移除。采用激光移除時，可在即將進行焊接之前對待焊接部件施用用于進行清潔的激光束。用于進行清潔的激光束可以是例如摻釹釔鋁石榴石(Nd-YAG)激光。摻釹釔鋁石榴石激光束在待焊接基底為鋁材時尤其有效，因為摻釹釔鋁石榴石激光的波長與鋁的吸收曲線非常匹配。

一種適合的采用摻釹釔鋁石榴石激光的系統(tǒng)是可從Trumpf商購獲得的名為 VectorMark Compact 1的激光系統(tǒng)。其激光頭可以有例如163mm的聚焦透鏡，并且運行時的功率為約5. 5W，頻率為約16KHz。被清潔區(qū)域的面積至少與待焊接區(qū)域的大小相同，優(yōu)選大于待焊接區(qū)域的直徑。 在一些具體實施中，被清潔區(qū)域的直徑比待焊接區(qū)域的直徑至少大出50%，例如至少大出約80%，至少大出約100%，或者至少大出約120%。例如，當焊接區(qū)域的直徑為1.2mm時， 則優(yōu)選使被清潔區(qū)域的直徑至少為2mm，或者在一些情況下至少為4mm。清潔時間可為例如約0. 1到約1. 0秒，例如約0. 3到約0. 4秒。有利的是，激光移除允許對清潔深度進行精密控制以達到預先確定的參數。在一些情況下，清潔深度可控制在公差小于約士20%。在一些具體實施中，清潔深度為約5到約 15 μ m，例如約8到約12 μ m。優(yōu)選地，基本上清潔整個焊接區(qū)域。如果需要，可清潔所述陰極極耳的整個區(qū)域和 /或接觸杯體的整個區(qū)域。最后，在步驟106中，將陰極極耳與接觸杯體(或者電池正端子的其它區(qū)域)焊接在一起。在一些具體實施中，用激光束進行焊接。用于焊接的激光束也可以是摻釹釔鋁石榴石激光，但是用于焊接的激光束的功率密度要高于用于清潔的激光束的功率密度。已描述了本發(fā)明的許多實施方案。然而應當理解，在不背離本發(fā)明精神和范圍的前提下，可進行各種修改。例如，雖然上文對摻釹釔鋁石榴石系統(tǒng)進行了詳細討論，但是其它類型的激光以及其它類型的化學和機械處理也可用于移除氧化層?？墒褂萌魏纹谕愋偷哪軌驅㈥帢O極耳連接到端帽組合件的焊接工藝，例如激光焊接、電弧焊接、氣體焊接、超聲焊接、摩擦焊接或者其它焊接工藝。所述電池可為任何規(guī)格，例如，AAAA(40. 2X8. 4mm)、 AAA (44. 5 X 10. 5mm)、AA (50 X 14mm)、C (49. 2 X 25. 5mm)或者 D (60. 5 X 33. 2mm)。電池 10 也可以是 “2/3A” 電池(33.5X16. 2mm)或 CR2 電池(26.6X15. 3mm)。盡管上文討論的是一種具有單個陽極極耳和單個陰極極耳的電池結構，但是在一些具體實施中，也可采用多個陽極極耳和/或多個陰極極耳，例如當期望獲得大的耗用電流時。因此，其它實施方案也在以下權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種制造電池的方法，所述方法包括提供電池外殼，所述電池外殼包括殼體和用于限定電池正端子的部分；提供陰極組合件，所述陰極組合件包括陰極和陰極極耳，所述陰極極耳被構造成允許將所述陰極連接到所述電池正端子；清潔所述陰極極耳的區(qū)域和/或所述電池正端子的區(qū)域以從這些區(qū)域中的至少一個區(qū)域移除氧化層；以及在所述清潔步驟之后的5分鐘之內，將所述陰極極耳的所述區(qū)域與所述電池正端子的所述區(qū)域焊接在一起。
2.如權利要求1所述的方法，其中清潔包括使所述區(qū)域接觸激光束。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中以從所述區(qū)域基本上移除所有氧化層的方式執(zhí)行清潔。
4.如權利要求1-3所述的方法，其中焊接是在完成清潔之后1分鐘之內進行的。
5.如權利要求4所述的方法，其中焊接是在完成清潔之后30秒之內進行的。
6.如權利要求1-5所述的方法，其中焊接包括激光焊接。
7.如權利要求2所述的方法，其中所述激光束包括摻釹釔鋁石榴石激光。
8.如權利要求1-7所述的方法，其中清潔被執(zhí)行到約5至約15μ m的深度。
9.如權利要求1-8所述的方法，其中所述陰極極耳的厚度小于0.2mm。
10.如權利要求1-9所述的方法，其中清潔包括機械處理。
11.如權利要求10所述的方法，其中所述機械處理選自由下列組成的組磨、車削、劃、 刮擦、拋光和砂光。
12.如權利要求1-11所述的方法，其中清潔包括化學處理。
13.如權利要求12所述的方法，其中所述化學處理包括蝕刻。
14.如權利要求1所述的方法，其中以使焊接滲透的深度為所焊接區(qū)域中較厚區(qū)域的厚度的約40%至60%的方式執(zhí)行焊接。
15.如權利要求1所述的方法，其中清潔和焊接均采用激光束執(zhí)行，將功率密度相對較低的激光束用于清潔，將功率密度相對較高的激光束用于焊接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制造電池的方法。提供包括陰極和陰極極耳的陰極組合件。將所述陰極極耳焊接到所述電池的正端子。在焊接之前對待焊接區(qū)域進行清潔以移除氧化層。
文檔編號B08B7/00GK102257656SQ200980150720
公開日2011年11月23日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權日2008年12月18日
發(fā)明者H-H·富克斯, M·C·布朗, R·K·馬坦, S·艾希 申請人:吉列公司