本发明专利技术可实现软包动力三元锂电池的锡钎焊成组。先将单体正极铝极片，与转接片(转镍)、或另一单体的负极片(串接)，以传统点焊、热压法(简化处理)，或叠合法，进行预紧固结合，使得铝、镍片结合处，硬挺、平展，方便用旋转钢丝刷头迅速除去氧化铝膜。如此，再用烙铁熔涂(钎焊)含助剂的焊铝焊锡丝，就能牢固、快速(两秒左右)完成焊接，避免了长时高温导入电芯内部、造成烫伤。相比现行成组法，能降低连接电阻，承受大电流而产热少，抗颠簸，减少热失控隐患。适合用镀镍铜带替代纯镍片，而不会产生铜铝反应，降低成本。可配套用于各类电动汽车、无人机、两轮三轮电动车等。
Fast film removal, firm tin soldering and group method for low resistance, low heat and large over current soft pack lithium battery
【技术实现步骤摘要】
低阻低热大过电的软包锂电池快速除膜牢固锡钎焊成组法
本专利技术涉及锂电池成组技术。
技术介绍
我们知道，蓄电池都追求体积小、重量轻——能量密度高。作为新能源锂电汽车、两轮三轮电动车、无人机用的动力锂电池，更是如此。故而，由于能量密度较低、续航短，磷酸铁锂电池正在退出该市场，代之以“镍钴锰”三元锂。而同样的三元锂原料，由于制作工艺不同，形成硬壳(铝壳、钢壳)和软包二类单体。“正极材料”、“负极材料”，中间由“隔膜”隔开，三位一体，如果卷绕成型，则制成硬壳的圆柱型或方型电池单体(电芯)；如果来回折叠、叠摞，则制成较薄的“软包(叠片)”单体。显而易见，软包电池的薄片状的正、负极(极耳)及折叠成芯的工艺，其容纳的材料量、总面积——蓄电量、能量密度，明显优于缠绕工艺的硬壳包装，重量也更轻，正在成为动力电池的主流。但，软包电池的集流体正极的纯铝的(当然不能采用合金铝)、脆弱的、单薄的极片——铝极耳，相比硬壳电池的柱、窝、硬拱的铝正极，在连接成组时，现有工艺不易处理完善，影响了电池组的整体性能，甚而留下着火隐患。具体分析如下：高钴配方的三元锂电池，稳定性较好，但钴的极其稀缺、昂贵，使得无法广泛用于民用。故目前民用动力电池不得不多采用“高镍低钴”的“811”配方，即钴只含一成。那么，其电解液就敏感、“易怒”，单体的稳定性、安全性，就不断让人担忧了……尽管目前各方都在大力研究无钴的、或固态的“更安全”的锂电池，但要投入实用化、产业化，(特别在动力领域)，乐观的估计，还要15～20年的时间。就现状而言，单体出厂时的内阻、放电曲线等品级参数，已定型，我们相信，随着工艺的改进、设备的升级，单体品质会逐步提高。在相当长的一段时期内，组装厂(单体成组)能做好的就是：减少组装误差、减少系统误差、减少系统风险和隐患。但目前软包动力电池的成组方法，存在不足和隐患，且主要就是由这片薄、软的铝极耳所导致！众所周知，锡焊是电子工业的最常用方法，但唯独在锂电池领域，是个禁区。行话讲，铝是极难“吃锡”的！这软包电池的单薄、脆弱的铝极片，表面都有致密氧化铝膜，很难上锡。这膜，附着较紧，硬度较高，且熔点高达2300度！用常规手段，如砂纸磨、锉刀锉、刀尖刮，费时费力。单个维修尚可，若产业化，则不适合。且麻烦地去除了氧化铝膜不久，它又会很快生成。所以，如果简单的把这正极铝片，与其它转接(镍)片，或其它负极镍片，只是搭上，就锡焊，那么，除膜、焊牢，都不容易——尽管有专门的“焊铝焊锡丝”及其专用助剂。因为，即使用“好的”这类焊锡丝，为保证效果，其熔化温度，也在250-400度；而铝的导热很快，要知道许多三元锂的电解液，180度左右就会分解、变异！所以，为了焊牢靠，烙铁多搁置几秒，就容易将高热，由铝极耳导入电芯内部，发生危险！并且，要固定住游离的、轻飘飘、不定型的铝极耳端头，用力处理掉上面的氧化铝膜，不仅麻烦，而且危险——因为相邻都是电极，容易短路、打火！所以，锂电池铝极耳的连接处理，用常规的搭接、除膜，要想“短平快”地锡焊(钎焊)焊住，规模化操作，没有成功先例。尤其是动力电池组，一，起码要“抗颠簸”，这常规锡焊，经不起考验。二，由于动力电池组，要经常承担瞬间的大电流，其串、并连接成组，自然是：压接不如焊接；而焊接中的点(熔)焊，不如钎焊。由于常规焊锡铅焊不可行、视为禁区，目前主要采用三种方式先行处理铝极耳——“转镍”，再串、并联，但都较大地增加了连接内阻，影响了整体电池组的性能；更加大了发热量，留下隐患。再分析如下：第一类，现用有模具头触压的a热压机、b点焊机、c超声波焊机来“转镍”——将转接片与正极铝片压紧，使接触面部分熔化、融合，但由于，一，纯镍片成本很高(特别是我国是缺镍国)，二，纯镍电阻很小，不利于热熔结合，以至于这“转接片”往往不得不采用了“镀镍钢带”——主体、实质是钢！第二类，实力大厂纷纷采用了高端的、非触压的激光点焊机，效率提高了。但仍存在不足：一，与点焊机一样，属于“以点带面”，把导电的面，转化为点数；要凑够点数，要多打很多的点，其实也耗费时间，激光头损耗、替换率较高。二，难免有少数“点”，虚焊、被颠开——产生“短板效应”，使整组的过电，打了折扣。三，不适用于成本低的“镀镍铜带”——转接片的镀镍膜很薄，而激光点焊，也属于熔焊(点熔焊)、“洞穿”，会把铜和正极的铝，直接熔在一起，该“点”定会产生氧化还原反应，成为“虚点”，经不起反复颠簸。最后，上述所有工艺，都存在一个“通病”——铝极片表面的氧化铝膜，被夹在转接片中间，“鱼龙混杂”，且日后还会不断增生，影响过电，增大内阻，增大发热。
技术实现思路
本专利技术可对正极铝极片的转镍、正负极的连接，实现快速除膜、快速而牢固的焊锡钎焊。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：预先将单体正极铝极片，与转接片(转镍)、另一单体的负极片(串接成组)，进行预紧固结合，使得薄、软的铝极片在结合处绷平、硬挺，方便用旋转钢丝刷头迅速触压、磨除氧化铝膜；旋即再用扁头烙铁，将含专门助焊剂的焊铝焊锡丝熔化，一、二秒钟涂抹，不等高热传导进电芯，即完成钎焊。特别由于铝极片与负极片、转接片结合处的自然形成的微缝中，渗入(“隐藏”)的熔锡，会将二者表面牢固钎焊住，受应力影响极小，“定型”好，即“夹缝”中的“微钎焊”，是抗颠簸、不脱焊的最有利保证。具体方法是：一种软包锂电池的锡钎焊成组方法，由若干软包单体叠摞，每个单体的正极铝极耳与相邻的另一个单体的负极极耳连接，即成组正负串接，如此串连成为电池组，电池组一端的一个单体的正极铝极耳连接一个转接片做为总正极，另一端的单体的负极极耳做为总负极。其特征在于：正极铝极耳与负极极耳的成组串接，及总正极铝极耳与转接片的转镍连接，为预紧固式锡钎焊连接法，即预先将正极铝极耳与负极极耳、总正极铝极耳与转接片，结合紧，预紧固，再用旋转钢丝刷头打磨结合处的铝面，去除氧化铝表层，顺便蹭刷一下负极极耳、转接片的镍表面，然后再用含助焊剂的焊铝焊锡丝，由烙铁头快速完成二者的锡钎焊。不指望这“预紧固”能够导通额定的、应该放出的大电流，而主要作用是锁紧、牵制，达成一是利于焊前快速除膜，二是防止焊后逐渐受振脱焊、“防微杜渐”。预紧固的方式(“铝+负”——A单体铝正极与B单体负极的串接；“铝+转”——各单体铝正极与转接片的连接)，分为二类，一是叠合式预紧固，其方法有二：1，对窄极耳一类的叠合是，先行一次折角叠合、再行一次横折合，完成预紧固；其中“铝+转”，完成锡焊转镍后，将转接片的头端反折回。2，对宽极耳一类的叠合是，二次折角叠合即可。二是现有常规的激光点焊、触压点焊、热压预紧固。简化、“点到为止”。二个、三个单体，先并再串成组，其并联方法(主要是铝极耳并联)也同样采用预紧固式锡钎焊。本专利技术的有益效果是：锡钎焊用于转镍、成组，相比现有其他方法，可明显降低连接电阻，从而：一，最大过载电流不打折。比方，无人机必须采用高倍率小容量(轻)的电池，比如5Ah20C倍率，最大放电为5×20＝100安。而按现有做法，最大放电可能会打9折——只能放出来90安。而按我们的锡钎焊法，比方，最大放电只打9.6折——能放出来96安。我们的锡钎焊是“面覆盖、面连接”，又非常牢靠，而现有的方法，“多点代面”、先铝正极“点接”转镍，再与负极“点接本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种软包锂电池的锡钎焊成组方法，由若干软包单体叠摞，每个单体的正极铝极耳与相邻的另一个单体的负极极耳连接，即成组正负串接，如此串连成为电池组，电池组一端的一个单体的正极铝极耳连接一个转接片做为总正极，另一端的单体的负极极耳做为总负极。其特征在于：正极铝极耳与负极极耳的成组串接，及总正极铝极耳与转接片的转镍连接，为预紧固式锡钎焊连接法，即预先将正极铝极耳与负极极耳、总正极铝极耳与转接片，结合紧，预紧固，再用旋转钢丝刷头打磨结合处的铝面，去除氧化铝表层，顺便蹭刷一下负极极耳、转接片的镍表面，然后再用含助焊剂的焊铝焊锡丝，由烙铁头快速完成二者的锡钎焊。
【技术特征摘要】
1.一种软包锂电池的锡钎焊成组方法，由若干软包单体叠摞，每个单体的正极铝极耳与相邻的另一个单体的负极极耳连接，即成组正负串接，如此串连成为电池组，电池组一端的一个单体的正极铝极耳连接一个转接片做为总正极，另一端的单体的负极极耳做为总负极。其特征在于：正极铝极耳与负极极耳的成组串接，及总正极铝极耳与转接片的转镍连接，为预紧固式锡钎焊连接法，即预先将正极铝极耳与负极极耳、总正极铝极耳与转接片，结合紧，预紧固，再用旋转钢丝刷头打磨结合处的铝面，去除氧化铝表层，顺便蹭刷一下负极极耳、转接片的镍表面，然后再用含助焊剂的焊铝焊锡丝，由烙铁头快速完成二者的锡钎焊。2.根据权利要求1所述的软包锂电池的锡钎焊成组方法，其特征是：预紧固式锡钎焊法，为叠合后的锡钎焊法，其转接片和单体的负极极耳原料为镀镍铜带。3.根据权利要求1所述的软包锂电池的锡钎焊成组方法，其特征是：预紧固式锡钎焊法，为点焊后的锡钎焊法。4.根据权利要求1所述的软包锂电池的锡钎焊成组方法，其特征是：预紧固式锡钎焊法，为热压加强后的锡钎焊法。5.根据权利要求2所述的软包锂电池的锡钎焊成组方法，其特征是：单体为窄极耳的二...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡景辉，
申请(专利权)人：胡景辉，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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