專利名稱：鋰離子圓柱電池焊接夾具及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接夾具，特別涉及一種鋰離子圓柱電池焊接夾具及使用方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池以碳素材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極，沒(méi)有金屬鋰存在，只有鋰 離子，這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰 離子電池的充放電過(guò)程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過(guò)程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過(guò)程中，同 時(shí)伴隨著與鋰離子等當(dāng)量電子的嵌入和脫嵌(習(xí)慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負(fù)極用插 入或脫插表示)。在充放電過(guò)程中，鋰離子在正、負(fù)極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被 形象地稱為“搖椅電池”。鋰離子電池能量密度大，平均輸出電壓高。自放電小，好的電池，每月在2%以下 (可恢復(fù))。沒(méi)有記憶效應(yīng)。工作溫度范圍寬為_(kāi)20°C 60°C。循環(huán)性能優(yōu)越、可快速充放 電、充電效率高達(dá)100%，而且輸出功率大。使用壽命長(zhǎng)。不含有毒有害物質(zhì)，被稱為綠色電 池。鋰離子電池具有以下優(yōu)點(diǎn)1)電壓高，單體電池的工作電壓高達(dá)3. 7_3.8V(磷酸鐵鋰的是3. 2V)，是Ni-Cd、 Ni-H電池的3倍；2)比能量大，目前能達(dá)到的實(shí)際比能量為555Wh/kg左右，即材料能達(dá)到150mAh/g 以上的比容量(3—4倍于Ni-Cd，2—3倍于Ni-MH)，已接近于其理論值的約88% ；3)循環(huán)壽命長(zhǎng)，一般均可達(dá)到500次以上，甚至1000次以上，磷酸鐵鋰的可以達(dá)到 2000次以上。對(duì)于小電流放電的電器，電池的使用期限，將倍增電器的競(jìng)爭(zhēng)力；4)安全性能好，無(wú)公害，無(wú)記憶效應(yīng)。作為L(zhǎng)i-ion前身的鋰電池，因金屬鋰易形 成枝晶發(fā)生短路，縮減了其應(yīng)用領(lǐng)域；Li-ion中不含鎘、鉛、汞等對(duì)環(huán)境有污染的元素；部 分工藝(如燒結(jié)式)的Ni-Cd電池存在的一大弊病為“記憶效應(yīng)”，嚴(yán)重束縛電池的使用，但 Li-ion根本不存在這方面的問(wèn)題；5)自放電小，室溫下充滿電的Li-ion儲(chǔ)存1個(gè)月后的自放電率為2%左右，大大 低于 Ni-Cd 的 25-30%，Ni、MH 的 30-35% ；6)可快速充放電，IC充電30分鐘容量可以達(dá)到標(biāo)稱容量的80%以上，現(xiàn)在磷鐵電 池可以達(dá)到10分鐘充電到標(biāo)稱容量的90% ；7)工作溫度范圍高，工作溫度為-25 45°C，隨著電解液和正極的改進(jìn)，期望能擴(kuò) 寬到-40 70°C。近年來(lái)鋰離子電池中正負(fù)極活性材料的研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用，在國(guó)際上相當(dāng)活躍，并已取得很大進(jìn)展。材料的晶體結(jié)構(gòu)規(guī)整，充放電過(guò)程中結(jié)構(gòu)不發(fā)生不可逆變化是獲得比容 量高，循環(huán)壽命長(zhǎng)的鋰離子電池的關(guān)鍵。然而，對(duì)嵌鋰材料的結(jié)構(gòu)與性能的研究仍是該領(lǐng)域 目前最薄弱的環(huán)節(jié)。鋰離子電池的研究是一類不斷更新的電池體系，物理學(xué)和化學(xué)的很多 新的研究成果會(huì)對(duì)鋰離子電池產(chǎn)生重大影響，比如納米固體電極，有可能使鋰離子電池有更高的能量密度和功率密度，從而大大增加鋰離子電池的應(yīng)用范圍?？傊?，鋰離子電池的研 究是一個(gè)涉及化學(xué)、物理、材料、能源、電子學(xué)等眾多學(xué)科的交叉領(lǐng)域。目前該領(lǐng)域的進(jìn)展已 引起化學(xué)電源界和產(chǎn)業(yè)界的極大興趣。可以預(yù)料，隨著電極材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究的深 入，從分子水平上設(shè)計(jì)出來(lái)的各種規(guī)整結(jié)構(gòu)或摻雜復(fù)合結(jié)構(gòu)的正負(fù)極材料將有力地推動(dòng)鋰 離子電池的研究和應(yīng)用。鋰離子電池將會(huì)是繼鎳鎘、鎳氫電池之后，在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間 內(nèi)，市場(chǎng)前景最好、發(fā)展最快的一種二次電池。然而，鋰離子電池的生產(chǎn)過(guò)程比較復(fù)雜，尤其 是針對(duì)鋰離子圓柱電池的蓋帽焊接技術(shù)要求較高。目前，鋰離子圓柱電池的蓋帽焊接常用兩種方式一，先是采用超聲波焊接蓋帽， 再注液；二，先注液，再采用激光焊接蓋帽。對(duì)于鋰離子電池，特別是圓柱型鋰離子電池，注 液前要進(jìn)行抽真空，這就需要對(duì)電池口密封處理， 先焊蓋帽后進(jìn)行密封處理對(duì)材料要求相 當(dāng)高，時(shí)常造成電解液大量溢出和浪費(fèi)，長(zhǎng)此以往，不僅造成設(shè)備的腐蝕，同時(shí)提高了電池 成本。第二種方式也是目前較多應(yīng)用的，它有效解決了第一種方式的密封問(wèn)題，并提升了焊 接質(zhì)量，但它對(duì)注液后前處理工作要求相當(dāng)嚴(yán)格，需要反復(fù)擦拭極耳，極耳上面若有殘留電 解液焊接過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)炸火，造成電池報(bào)廢，另外，焊接過(guò)程對(duì)設(shè)備、環(huán)境要求極高，焊接 成本遠(yuǎn)高于超聲波焊接。因此，本發(fā)明在充分汲取前兩種焊接蓋帽的經(jīng)驗(yàn)后，對(duì)夾具進(jìn)行了精確設(shè)計(jì)，很好 的解決了密封問(wèn)題，杜絕了注液過(guò)程中電解液的浪費(fèi)，同時(shí)焊接過(guò)程不造成電池報(bào)廢，效率 不比激光焊接低，成本遠(yuǎn)低于激光焊接(激光焊接成本要比本發(fā)明所述方式成本高出約 30% )

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種鋰離子圓柱電池焊接夾具及使用方法，以有效解 決采用超聲波焊接機(jī)不能在注液后對(duì)鋰離子圓柱電池進(jìn)行蓋帽極耳與電池極耳焊接的業(yè) 內(nèi)難題，通過(guò)對(duì)注液后的電池芯的有效定位，從而防止電池芯傾斜，保證了在超聲波焊接極 耳的過(guò)程中電池電解液不會(huì)泄露，避免對(duì)設(shè)備的侵蝕。本發(fā)明的次要目的在于提供一種鋰離子圓柱電池焊接夾具，其采用四工位360度 旋轉(zhuǎn)焊接的方法，可大大提升焊接效率，比常用的激光焊接法更經(jīng)濟(jì)，更安全。為達(dá)上述目的，本發(fā)明一種鋰離子圓柱電池焊接夾具，所述鋰離子圓柱電池包含 電池蓋帽和電池芯，該電池蓋帽具有蓋帽極耳，該電池芯具有電池極耳，其中，所述焊接夾 具包含蓋帽夾具，用于容納電池蓋帽，該蓋帽夾具上環(huán)設(shè)有四個(gè)托臺(tái)，每?jī)蓚€(gè)相鄰?fù)信_(tái)成 九十度布置，該蓋帽夾具能夠旋轉(zhuǎn)；以及電池芯夾具，其上具有四個(gè)沉孔，每?jī)蓚€(gè)相鄰沉孔成九十度布置，各沉孔用于容納 注液后的電池芯，其中一個(gè)電池芯上的電池極耳與所對(duì)應(yīng)的蓋帽極耳在蓋帽夾具的托臺(tái)上 重疊并通過(guò)超聲波焊接機(jī)焊接在一起，該電池芯夾具能夠旋轉(zhuǎn)。所述的鋰離子圓柱電池焊接夾具，其中，蓋帽夾具上對(duì)應(yīng)各托臺(tái)處還設(shè)有四個(gè)蓋 帽槽，所述蓋帽槽用于容納所述蓋帽。所述的鋰離子圓柱電池焊接夾具，其中，沉孔的內(nèi)徑與電池芯的外徑相同。所述的鋰離子圓柱電池焊接夾具，其中，該蓋帽夾具和電池芯夾具的底座都通過(guò)地腳螺絲固定在工作臺(tái)上。本發(fā)明還提供一種適用于所述的鋰離子圓柱電池焊接夾具的使用方法，所述方法 的步驟包括1)將四個(gè)電池蓋帽分別放置于蓋帽夾具中，并使每個(gè)蓋帽的蓋帽極耳置于托臺(tái) 上；2)將四個(gè)注液后的電池芯分別豎直地放置于電池芯夾具的四個(gè)沉孔中，其中一個(gè)電池芯的電池極耳放置于其中一個(gè)托臺(tái)上并與一個(gè)蓋帽極耳重疊；3)啟動(dòng)超聲波焊接機(jī)將托臺(tái)上重疊的電池極耳和蓋帽極耳焊接在一起。所述的使用方法，其中，完成一次焊接后，同時(shí)九十度旋轉(zhuǎn)蓋帽夾具和電池芯夾 具，再次啟動(dòng)超聲波焊接機(jī)將另一組重疊在托臺(tái)上的電池極耳和蓋帽極耳焊接在一起。所述的使用方法，其中，蓋帽夾具和電池芯夾具每轉(zhuǎn)過(guò)360度的過(guò)程中進(jìn)行四次 焊接。本發(fā)明的有益效果在于能夠?qū)崿F(xiàn)蓋帽夾具和電池芯夾具這兩套夾具配合作業(yè)， 有效解決了鋰離子電池采用超聲波焊接機(jī)在注電解液后再焊蓋帽的難題。它的原理在于利 用蓋帽夾具有效定位蓋帽及蓋帽極耳，同時(shí)電池芯夾具有效定位電池芯，并限制電池芯的 上下移動(dòng)，與蓋帽配套，使蓋帽極耳和電池極耳重疊，啟動(dòng)超聲波焊接機(jī)，焊頭垂直點(diǎn)在蓋 帽極耳和電池極耳的重疊位，使兩者相接，采用四工位360度旋轉(zhuǎn)，大大提升了焊接效率， 比常用的激光焊接法更經(jīng)濟(jì)，更安全。


圖1為本發(fā)明的蓋帽夾具的剖視圖；圖2為本發(fā)明的電池夾具的剖視圖；圖3為本發(fā)明在實(shí)施過(guò)程中的主視圖；圖4為圖3的俯視圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明1_蓋帽夾具；10-托臺(tái)；11-電池蓋帽；12-蓋帽極耳；2_電池芯夾 具；20-沉孔；21-電池芯；22-電池極耳；9-蓋帽夾具底座。
具體實(shí)施例方式有關(guān)本發(fā)明為達(dá)到上述的使用目的與功效及所采用的技術(shù)手段，現(xiàn)舉出較佳可行 的實(shí)施例，并配合圖式所示，詳述如下請(qǐng)參閱圖1 圖4，本發(fā)明的鋰離子圓柱電池焊接夾具，所述鋰離子圓柱電池包含 電池蓋帽11和電池芯21，該電池蓋帽11具有蓋帽極耳12，該電池芯21具有電池極耳22，所 述焊接夾具主要包含蓋帽夾具1和電池芯夾具2，其中，蓋帽夾具1上環(huán)設(shè)有四個(gè)托臺(tái)10， 每?jī)蓚€(gè)相鄰?fù)信_(tái)10成九十度布置，在蓋帽夾具1上對(duì)應(yīng)各托臺(tái)10的位置還設(shè)有四個(gè)蓋帽 槽100，用于容納電池蓋帽11，所述蓋帽11具有蓋帽極耳12，當(dāng)電池蓋帽11位于該蓋帽槽 100中時(shí)，調(diào)整該蓋帽極耳12使其水平處于托臺(tái)10上。此外，該蓋帽夾具1能夠繞著位于 其幾何中心的、沿豎直方向延伸的中心軸(圖中未示)旋轉(zhuǎn)。電池芯夾具2上具有四個(gè)沉孔20，每?jī)蓚€(gè)相鄰沉孔20成九十度布置，各沉孔20的 內(nèi)徑與電池芯21的外徑大體相同，用于將注液后的電池芯21豎直放在電池芯夾具2的各沉孔20中，同時(shí)將其中一個(gè)電池芯21上的電池極耳22伸向托臺(tái)10，使該電池極耳22與所 對(duì)應(yīng)的蓋帽極耳12在托臺(tái)10上處于重疊狀態(tài)(如圖3和圖4所示)。該電池芯夾具2同 樣能夠繞著位于其幾何中心的、沿豎直方向延伸的中心軸(圖中未示)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)蓋帽極耳12與電池極耳22在托臺(tái)10上調(diào)整到重疊狀態(tài)時(shí)，啟動(dòng)超聲波焊接機(jī) (圖中未示)，使蓋帽極耳12與電池極耳22焊接在一起，完成注液后電池芯21的蓋帽焊接。 通過(guò)對(duì)注液后的電池芯21的有效定位，從而防止電池芯21傾斜，保證了在超聲波焊接極耳 的過(guò)程中電池電解液不會(huì)泄露，避免對(duì)設(shè)備的侵蝕。完成上述的一次焊接后，同時(shí)九十度旋轉(zhuǎn)蓋帽夾具1和電池芯夾具2，重復(fù)上述焊
接步驟，完成第二、第三.......顆注液后的電池芯21與蓋帽11的焊接，蓋帽夾具1和電
池芯夾具2每轉(zhuǎn)過(guò)360度能夠進(jìn)行四次焊接，即采用四工位360度旋轉(zhuǎn)焊接的方法。該蓋帽夾具7和電池夾具8的底座都可通過(guò)地腳螺絲固定在工作臺(tái)上，在保證二 者相對(duì)位置不變的情況下而不會(huì)限制蓋帽夾具7和電池芯夾具8的旋轉(zhuǎn)。 綜上所述，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)蓋帽夾具1和電池芯夾具2這兩套夾具配合作業(yè)，有效 解決了鋰離子電池采用超聲波焊接機(jī)在注電解液后再焊蓋帽的難題。它的原理在于利用蓋 帽夾具1有效定位蓋帽U及蓋帽極耳12，同時(shí)電池芯夾具2有效定位電池芯21，并限制電 池芯21的上下移動(dòng)，與蓋帽11配套，使蓋帽極耳12和電池極耳22重疊，啟動(dòng)超聲波焊接 機(jī)，焊頭垂直點(diǎn)在蓋帽極耳12和電池極耳22的重疊位，使兩者相接，采用四工位360度旋 轉(zhuǎn)，大大提升了焊接效率，比常用的激光焊接法更經(jīng)濟(jì)，更安全。 唯上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，故 舉凡數(shù)值的變更或等效組件的置換，或依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的均等變化與修飾，都 應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范疇。
權(quán)利要求
一種鋰離子圓柱電池焊接夾具，所述鋰離子圓柱電池包含電池蓋帽和電池芯，該電池蓋帽具有蓋帽極耳，該電池芯具有電池極耳，其特征在于，所述焊接夾具包含蓋帽夾具，用于容納電池蓋帽，該蓋帽夾具上環(huán)設(shè)有四個(gè)托臺(tái)，每?jī)蓚€(gè)相鄰?fù)信_(tái)成九十度布置，該蓋帽夾具能夠旋轉(zhuǎn)；以及電池芯夾具，其上具有四個(gè)沉孔，每?jī)蓚€(gè)相鄰沉孔成九十度布置，各沉孔用于容納注液后的電池芯，其中一個(gè)電池芯上的電池極耳與所對(duì)應(yīng)的蓋帽極耳在蓋帽夾具的托臺(tái)上重疊并通過(guò)超聲波焊接機(jī)焊接在一起，該電池芯夾具能夠旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子圓柱電池焊接夾具，其特征在于，蓋帽夾具上對(duì)應(yīng)各 托臺(tái)處還設(shè)有四個(gè)蓋帽槽，所述蓋帽槽用于容納所述蓋帽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子圓柱電池焊接夾具，其特征在于，沉孔的內(nèi)徑與電池 芯的外徑相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子圓柱電池焊接夾具，其特征在于，沉孔的內(nèi)徑與電池 芯的外徑相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子圓柱電池焊接夾具，其特征在于，該蓋帽夾具和電池 芯夾具的底座都通過(guò)地腳螺絲固定在工作臺(tái)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子圓柱電池焊接夾具，其特征在于，該蓋帽夾具和電池 芯夾具的底座都通過(guò)地腳螺絲固定在工作臺(tái)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰離子圓柱電池焊接夾具，其特征在于，該蓋帽夾具和電池 芯夾具的底座都通過(guò)地腳螺絲固定在工作臺(tái)上。
8.一種適用于權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的鋰離子圓柱電池焊接夾具的使用方法， 其特征在于，所述方法的步驟包括1)將四個(gè)電池蓋帽分別放置于蓋帽夾具中，并使每個(gè)蓋帽的蓋帽極耳置于托臺(tái)上；2)將四個(gè)注液后的電池芯分別豎直地放置于電池芯夾具的四個(gè)沉孔中，其中一個(gè)電池 芯的電池極耳放置于其中一個(gè)托臺(tái)上并與一個(gè)蓋帽極耳重疊；3)啟動(dòng)超聲波焊接機(jī)將托臺(tái)上重疊的電池極耳和蓋帽極耳焊接在一起。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的使用方法，其特征在于，完成一次焊接后，同時(shí)九十度旋轉(zhuǎn)蓋 帽夾具和電池芯夾具，再次啟動(dòng)超聲波焊接機(jī)將另一組重疊在托臺(tái)上的電池極耳和蓋帽極 耳焊接在一起。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的使用方法，其特征在于，蓋帽夾具和電池芯夾具每轉(zhuǎn)過(guò)360 度的過(guò)程中進(jìn)行四次焊接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋰離子圓柱電池焊接夾具及使用方法，所述焊接夾具包含蓋帽夾具，用于容納電池蓋帽，該蓋帽夾具上環(huán)設(shè)有四個(gè)托臺(tái)，每?jī)蓚€(gè)相鄰?fù)信_(tái)成九十度布置，該蓋帽夾具能夠旋轉(zhuǎn)；以及電池芯夾具，其上具有四個(gè)沉孔，每?jī)蓚€(gè)相鄰沉孔成九十度布置，各沉孔用于容納注液后的電池芯，其中一個(gè)電池芯上的電池極耳與所對(duì)應(yīng)的蓋帽極耳在蓋帽夾具的托臺(tái)上重疊并通過(guò)超聲波焊接機(jī)焊接在一起，該電池芯夾具能夠旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明有效解決了采用超聲波焊接機(jī)不能在注液后對(duì)鋰離子圓柱電池進(jìn)行蓋帽極耳與電池極耳焊接的業(yè)內(nèi)難題；同時(shí)，其采用四工位360度旋轉(zhuǎn)焊接的方法，大大提升了焊接效率，比常用的激光焊接法更經(jīng)濟(jì)，更安全。
文檔編號(hào)B23K20/26GK101814593SQ201010142968
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者孫立彬, 胡健, 闞國(guó)鋒, 陳華宏, 陳 峰 申請(qǐng)人:湖南格林新能源有限公司