锂离子圆柱电池焊接夹具及使用方法.pdf

本发明提供一种锂离子圆柱电池焊接夹具及使用方法，所述焊接夹具包含：盖帽夹具，用于容纳电池盖帽，该盖帽夹具上环设有四个托台，每两个相邻托台成九十度布置，该盖帽夹具能够旋转；以及电池芯夹具，其上具有四个沉孔，每两个相邻沉孔成九十度布置，各沉孔用于容纳注液后的电池芯，其中一个电池芯上的电池极耳与所对应的盖帽极耳在盖帽夹具的托台上重叠并通过超声波焊接机焊接在一起，该电池芯夹具能够旋转。本发明有效解决了采用超声波焊接机不能在注液后对锂离子圆柱电池进行盖帽极耳与电池极耳焊接的业内难题；同时，其采用四工位360度旋转焊接的方法，大大提升了焊接效率，比常用的激光焊接法更经济，更安全。

1.  一种锂离子圆柱电池焊接夹具，所述锂离子圆柱电池包含电池盖帽和电池芯，该电池盖帽具有盖帽极耳，该电池芯具有电池极耳，其特征在于，所述焊接夹具包含：
盖帽夹具，用于容纳电池盖帽，该盖帽夹具上环设有四个托台，每两个相邻托台成九十度布置，该盖帽夹具能够旋转；以及
电池芯夹具，其上具有四个沉孔，每两个相邻沉孔成九十度布置，各沉孔用于容纳注液后的电池芯，其中一个电池芯上的电池极耳与所对应的盖帽极耳在盖帽夹具的托台上重叠并通过超声波焊接机焊接在一起，该电池芯夹具能够旋转。

2.  根据权利要求1所述的锂离子圆柱电池焊接夹具，其特征在于，盖帽夹具上对应各托台处还设有四个盖帽槽，所述盖帽槽用于容纳所述盖帽。

3.  根据权利要求1所述的锂离子圆柱电池焊接夹具，其特征在于，沉孔的内径与电池芯的外径相同。

4.  根据权利要求2所述的锂离子圆柱电池焊接夹具，其特征在于，沉孔的内径与电池芯的外径相同。

5.  根据权利要求1所述的锂离子圆柱电池焊接夹具，其特征在于，该盖帽夹具和电池芯夹具的底座都通过地脚螺丝固定在工作台上。

6.  根据权利要求2所述的锂离子圆柱电池焊接夹具，其特征在于，该盖帽夹具和电池芯夹具的底座都通过地脚螺丝固定在工作台上。

7.  根据权利要求3所述的锂离子圆柱电池焊接夹具，其特征在于，该盖帽夹具和电池芯夹具的底座都通过地脚螺丝固定在工作台上。

8.  一种适用于权利要求1至7中任一项所述的锂离子圆柱电池焊接夹具的使用方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：
1)将四个电池盖帽分别放置于盖帽夹具中，并使每个盖帽的盖帽极耳置于托台上；
2)将四个注液后的电池芯分别竖直地放置于电池芯夹具的四个沉孔中，其中一个电池芯的电池极耳放置于其中一个托台上并与一个盖帽极耳重叠；
3)启动超声波焊接机将托台上重叠的电池极耳和盖帽极耳焊接在一起。

9.  根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，完成一次焊接后，同时九十度旋转盖帽夹具和电池芯夹具，再次启动超声波焊接机将另一组重叠在托台上的电池极耳和盖帽极耳焊接在一起。

10.  根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于，盖帽夹具和电池芯夹具每转过360度的过程中进行四次焊接。

锂离子圆柱电池焊接夹具及使用方法
技术领域
本发明涉及一种焊接夹具，特别涉及一种锂离子圆柱电池焊接夹具及使用方法。
背景技术
锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称。锂离子电池的充放电过程，就是锂离子的嵌入和脱嵌过程。在锂离子的嵌入和脱嵌过程中，同时伴随着与锂离子等当量电子的嵌入和脱嵌(习惯上正极用嵌入或脱嵌表示，而负极用插入或脱插表示)。在充放电过程中，锂离子在正、负极之间往返嵌入/脱嵌和插入/脱插，被形象地称为“摇椅电池”。
锂离子电池能量密度大，平均输出电压高。自放电小，好的电池，每月在2％以下(可恢复)。没有记忆效应。工作温度范围宽为-20℃～60℃。循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100％，而且输出功率大。使用寿命长。不含有毒有害物质，被称为绿色电池。
锂离子电池具有以下优点：
1)电压高，单体电池的工作电压高达3.7-3.8V(磷酸铁锂的是3.2V)，是Ni-Cd、Ni-H电池的3倍；
2)比能量大，目前能达到的实际比能量为555Wh/kg左右，即材料能达到150mAh/g以上的比容量(3--4倍于Ni-Cd，2--3倍于Ni-MH)，已接近于其理论值的约88％；
3)循环寿命长，一般均可达到500次以上，甚至1000次以上，磷酸铁锂的可以达到2000次以上。对于小电流放电的电器，电池的使用期限，将倍增电器的竞争力；
4)安全性能好，无公害，无记忆效应。作为Li-ion前身的锂电池，因金属锂易形成枝晶发生短路，缩减了其应用领域；Li-ion中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素；部分工艺(如烧结式)的Ni-Cd电池存在的一大弊病为“记忆效应”，严重束缚电池的使用，但Li-ion根本不存在这方面的问题；
5)自放电小，室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为2％左右，大大低于Ni-Cd的25-30％，Ni、MH的30-35％；
6)可快速充放电，1C充电30分钟容量可以达到标称容量的80％以上，现在磷铁电池可以达到10分钟充电到标称容量的90％；
7)工作温度范围高，工作温度为-25～45℃，随着电解液和正极的改进，期望能扩宽到-40～70℃。
近年来锂离子电池中正负极活性材料的研究和开发应用，在国际上相当活跃，并已取得很大进展。材料的晶体结构规整，充放电过程中结构不发生不可逆变化是获得比容量高，循环寿命长的锂离子电池的关键。然而，对嵌锂材料的结构与性能的研究仍是该领域目前最薄弱的环节。锂离子电池的研究是一类不断更新的电池体系，物理学和化学的很多新的研究成果会对锂离子电池产生重大影响，比如纳米固体电极，有可能使锂离子电池有更高的能量密度和功率密度，从而大大增加锂离子电池的应用范围。总之，锂离子电池的研究是一个涉及化学、物理、材料、能源、电子学等众多学科的交叉领域。目前该领域的进展已引起化学电源界和产业界的极大兴趣。可以预料，随着电极材料结构与性能关系研究的深入，从分子水平上设计出来的各种规整结构或掺杂复合结构的正负极材料将有力地推动锂离子电池的研究和应用。锂离子电池将会是继镍镉、镍氢电池之后，在今后相当长一段时间内，市场前景最好、发展最快的一种二次电池。然而，锂离子电池的生产过程比较复杂，尤其是针对锂离子圆柱电池的盖帽焊接技术要求较高。
目前，锂离子圆柱电池的盖帽焊接常用两种方式：一，先是采用超声波焊接盖帽，再注液；二，先注液，再采用激光焊接盖帽。对于锂离子电池，特别是圆柱型锂离子电池，注液前要进行抽真空，这就需要对电池口密封处理，先焊盖帽后进行密封处理对材料要求相当高，时常造成电解液大量溢出和浪费，长此以往，不仅造成设备的腐蚀，同时提高了电池成本。第二种方式也是目前较多应用的，它有效解决了第一种方式的密封问题，并提升了焊接质量，但它对注液后前处理工作要求相当严格，需要反复擦拭极耳，极耳上面若有残留电解液焊接过程中就会出现炸火，造成电池报废，另外，焊接过程对设备、环境要求极高，焊接成本远高于超声波焊接。
因此，本发明在充分汲取前两种焊接盖帽的经验后，对夹具进行了精确设计，很好的解决了密封问题，杜绝了注液过程中电解液的浪费，同时焊接过程不造成电池报废，效率不比激光焊接低，成本远低于激光焊接(激光焊接成本要比本发明所述方式成本高出约30％)
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种锂离子圆柱电池焊接夹具及使用方法，以有效解决采用超声波焊接机不能在注液后对锂离子圆柱电池进行盖帽极耳与电池极耳焊接的业内难题，通过对注液后的电池芯的有效定位，从而防止电池芯倾斜，保证了在超声波焊接极耳的过程中电池电解液不会泄露，避免对设备的侵蚀。
本发明的次要目的在于提供一种锂离子圆柱电池焊接夹具，其采用四工位360度旋转焊接的方法，可大大提升焊接效率，比常用的激光焊接法更经济，更安全。
为达上述目的，本发明一种锂离子圆柱电池焊接夹具，所述锂离子圆柱电池包含电池盖帽和电池芯，该电池盖帽具有盖帽极耳，该电池芯具有电池极耳，其中，所述焊接夹具包含：
盖帽夹具，用于容纳电池盖帽，该盖帽夹具上环设有四个托台，每两个相邻托台成九十度布置，该盖帽夹具能够旋转；以及
电池芯夹具，其上具有四个沉孔，每两个相邻沉孔成九十度布置，各沉孔用于容纳注液后的电池芯，其中一个电池芯上的电池极耳与所对应的盖帽极耳在盖帽夹具的托台上重叠并通过超声波焊接机焊接在一起，该电池芯夹具能够旋转。
所述的锂离子圆柱电池焊接夹具，其中，盖帽夹具上对应各托台处还设有四个盖帽槽，所述盖帽槽用于容纳所述盖帽。
所述的锂离子圆柱电池焊接夹具，其中，沉孔的内径与电池芯的外径相同。
所述的锂离子圆柱电池焊接夹具，其中，该盖帽夹具和电池芯夹具的底座都通过地脚螺丝固定在工作台上。
本发明还提供一种适用于所述的锂离子圆柱电池焊接夹具的使用方法，所述方法的步骤包括：
1)将四个电池盖帽分别放置于盖帽夹具中，并使每个盖帽的盖帽极耳置于托台上；
2)将四个注液后的电池芯分别竖直地放置于电池芯夹具的四个沉孔中，其中一个电池芯的电池极耳放置于其中一个托台上并与一个盖帽极耳重叠；
3)启动超声波焊接机将托台上重叠的电池极耳和盖帽极耳焊接在一起。
所述的使用方法，其中，完成一次焊接后，同时九十度旋转盖帽夹具和电池芯夹具，再次启动超声波焊接机将另一组重叠在托台上的电池极耳和盖帽极耳焊接在一起。
所述的使用方法，其中，盖帽夹具和电池芯夹具每转过360度的过程中进行四次焊接。
本发明的有益效果在于：能够实现盖帽夹具和电池芯夹具这两套夹具配合作业，有效解决了锂离子电池采用超声波焊接机在注电解液后再焊盖帽的难题。它的原理在于利用盖帽夹具有效定位盖帽及盖帽极耳，同时电池芯夹具有效定位电池芯，并限制电池芯的上下移动，与盖帽配套，使盖帽极耳和电池极耳重叠，启动超声波焊接机，焊头垂直点在盖帽极耳和电池极耳的重叠位，使两者相接，采用四工位360度旋转，大大提升了焊接效率，比常用的激光焊接法更经济，更安全。
附图说明
图1为本发明的盖帽夹具的剖视图；
图2为本发明的电池夹具的剖视图；
图3为本发明在实施过程中的主视图；
图4为图3的俯视图。
附图标记说明：1-盖帽夹具；10-托台；11-电池盖帽；12-盖帽极耳；2-电池芯夹具；20-沉孔；21-电池芯；22-电池极耳；9-盖帽夹具底座。
具体实施方式
有关本发明为达到上述的使用目的与功效及所采用的技术手段，现举出较佳可行的实施例，并配合图式所示，详述如下：
请参阅图1～图4，本发明的锂离子圆柱电池焊接夹具，所述锂离子圆柱电池包含电池盖帽11和电池芯21，该电池盖帽11具有盖帽极耳12，该电池芯21具有电池极耳22，所述焊接夹具主要包含盖帽夹具1和电池芯夹具2，其中，盖帽夹具1上环设有四个托台10，每两个相邻托台10成九十度布置，在盖帽夹具1上对应各托台10的位置还设有四个盖帽槽100，用于容纳电池盖帽11，所述盖帽11具有盖帽极耳12，当电池盖帽11位于该盖帽槽100中时，调整该盖帽极耳12使其水平处于托台10上。此外，该盖帽夹具1能够绕着位于其几何中心的、沿竖直方向延伸的中心轴(图中未示)旋转。
电池芯夹具2上具有四个沉孔20，每两个相邻沉孔20成九十度布置，各沉孔20的内径与电池芯21的外径大体相同，用于将注液后的电池芯21竖直放在电池芯夹具2的各沉孔20中，同时将其中一个电池芯21上的电池极耳22伸向托台10，使该电池极耳22与所对应的盖帽极耳12在托台10上处于重叠状态(如图3和图4所示)。该电池芯夹具2同样能够绕着位于其几何中心的、沿竖直方向延伸的中心轴(图中未示)旋转。
当盖帽极耳12与电池极耳22在托台10上调整到重叠状态时，启动超声波焊接机(图中未示)，使盖帽极耳12与电池极耳22焊接在一起，完成注液后电池芯21的盖帽焊接。通过对注液后的电池芯21的有效定位，从而防止电池芯21倾斜，保证了在超声波焊接极耳的过程中电池电解液不会泄露，避免对设备的侵蚀。
完成上述的一次焊接后，同时九十度旋转盖帽夹具1和电池芯夹具2，重复上述焊接步骤，完成第二、第三、......颗注液后的电池芯21与盖帽11的焊接，盖帽夹具1和电池芯夹具2每转过360度能够进行四次焊接，即采用四工位360度旋转焊接的方法。
该盖帽夹具7和电池夹具8的底座都可通过地脚螺丝固定在工作台上，在保证二者相对位置不变的情况下而不会限制盖帽夹具7和电池芯夹具8的旋转。
综上所述，本发明能够实现盖帽夹具1和电池芯夹具2这两套夹具配合作业，有效解决了锂离子电池采用超声波焊接机在注电解液后再焊盖帽的难题。它的原理在于利用盖帽夹具1有效定位盖帽11及盖帽极耳12，同时电池芯夹具2有效定位电池芯21，并限制电池芯21的上下移动，与盖帽11配套，使盖帽极耳12和电池极耳22重叠，启动超声波焊接机，焊头垂直点在盖帽极耳12和电池极耳22的重叠位，使两者相接，采用四工位360度旋转，大大提升了焊接效率，比常用的激光焊接法更经济，更安全。
唯上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故举凡数值的变更或等效组件的置换，或依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，都应仍属本发明专利涵盖的范畴。