用于将多层铝箔焊接到电芯极体的振荡式激光扫描焊接方法技术

本发明专利技术涉及一种用于将多层铝箔焊接到电芯极体的振荡式激光扫描焊接方法，所述多层铝箔尤其是锂电池的正极集电体，其中，所述激光扫描焊接方法能够将多层铝箔与电芯极体直接焊接连接，所述激光扫描焊接方法至少包括以下步骤，使所述激光束在所述铝箔的待焊接区域上振荡扫描进行焊接，以将所述多层铝箔焊接到所述电芯极体，其中，在所述激光束在所述振荡扫描的轨迹拐点的区域内，以波形振荡的方式调制所述激光束的功率。所述电芯极体尤其是正极集电体中的柱状的电芯极体。本发明专利技术还涉及一种用于实施上述激光扫描焊接方法的装置。于实施上述激光扫描焊接方法的装置。于实施上述激光扫描焊接方法的装置。

【技术实现步骤摘要】
用于将多层铝箔焊接到电芯极体的振荡式激光扫描焊接方法


[0001]本专利技术涉及一种用于将多层铝箔焊接到电芯极体的振荡式激光扫描焊接方法，所述多层铝箔尤其是锂电池的正极集电体，其中，所述激光扫描焊接方法能够将多层铝箔直接与电芯极体焊接连接，所述激光扫描焊接方法至少包括以下步骤：使所述激光束在所述铝箔的待焊接区域上振荡扫描进行焊接，以将所述多层铝箔焊接到所述电芯极体，其中，在所述激光束在所述振荡扫描的轨迹拐点的区域内，以波形振荡的方式调制所述激光束的功率。本专利技术还涉及一种用于实施上述振荡式激光扫描焊接方法的装置。

技术介绍

[0002]锂电池中，通常采用铝箔作为正极集电体(或称为阴极集流体)，采用铜箔作为负极集电体(或称为阳极集流体)，在正极和负极之间采用一种非常精细而渗透性很强的例如绝缘隔膜的隔离材料进行绝缘。所述铝箔目前经常用超声波进行预焊接，起到预压装作用。在正极集电体中，由于铝箔的易破损性，铝箔与电芯极体的连接通常采用间接连接方式，即在铝箔和电芯极体之间采用一转接片间接连接，先借助超声波焊接将铝箔与该转接片连接，再借助激光焊接将转接片焊接到电芯极体上。
[0003]随着电池行业的不断发展，电芯的轻量化越来越重要。因此，将转接片省略，直接将多层铝箔与电芯极体焊接成为行业发展的一个方向。此外，省去转接片，还能够降低焊点数量，这会降低电阻，进而降低超充过程中的发热。然而，极体通常是柱状结构，多层铝箔直接叠加柱状极体，超声焊头无法夹持零件，即无法采用超声波进行焊接，只能采用非接触式的激光焊接。
[0004]由于目前的铝箔的厚度通常只有8
‑
13微米，传统的激光焊接容易在熔池中产生裂纹，尤其是熔融区域的界面边缘产生裂纹。这主要是因为，铝箔表面往往覆盖着氧化层(三氧化二铝层)，该氧化层具有远高于纯铝的熔点和硬度，使得焊接过程中部分氧化层来不及完全熔化，并聚集在焊缝边缘，使得焊缝边缘的硬度明显增加，从而开裂；也是由于铝箔的厚度，熔池热影响区附近的铝箔在高温作用下容易产生相对大的变形，这会导致拉应力，这种拉应力也会增加熔池开裂的风险。
[0005]此外，传统的激光焊接采用单方向进给焊接，热量在垂直于进给方向的方向上传导，在熔池边缘会出现明显的冷热不均匀现象，这也会产生较大的焊接应力。传统激光焊接中，激光束能量以接近于高斯光束模式进行分布，即在激光束的中心能量远远高于边缘能量，这会导致在焊缝边缘出现固
‑
液状态，使得硬度较高的氧化膜积聚，这也会导致裂纹的增加。这种裂纹不仅会大大降低过电流能力，还会大大降低焊缝强度。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对上述问题，提出了一种新的激光焊接方法，在焊接多层铝箔时，即使铝箔仅有极小的厚度并且覆盖有较高硬度的氧化层，也能够有效地控制焊接过程并减少熔池中裂纹的产生，并最终实现提高焊缝强度的效果。
[0007]根据本专利技术的振荡式激光扫描焊接方法用于将多层铝箔焊接到电芯极体，所述多层铝箔尤其用于电池的正极集电体或者说阴极集流体。所述铝箔尤其具有8
‑
13微米的厚度，多层铝箔的层数尤其为20
‑
130层。所述激光扫描焊接方法能够将多层铝箔与电芯极体直接焊接连接，所述激光扫描焊接方法至少包括以下步骤：
[0008]使所述激光束在所述铝箔的待焊接区域上振荡扫描进行焊接，以将所述多层铝箔焊接到所述电芯极体，
[0009]其中，在所述激光束在所述振荡扫描的轨迹拐点的区域内，以波形振荡的方式调制所述激光束的功率。
[0010]根据本专利技术的方法，优选地将激光束基本上垂直于所述铝箔的平面入射到所述铝箔上，激光束的光斑在焊缝幅面内例如在基本上垂直于焊接进给方向的方向上在所述铝箔的平面内振荡扫描。“基本上垂直”意味着激光束与铝箔的平面的夹角在90
°
附近，例如在80
°
至100
°
之间，特别是在 82
°
至98
°
之间，有利地是在85
°
至95
°
之间，特别有利地是在88
°
至92
°
之间。
[0011]根据本专利技术的激光扫描焊接方法，在所述轨迹拐点的区域内，优选地能够选择以正弦波、三角波或者梯形波的形式调制所述激光束的功率。通过以波形振荡的方式对激光束的功率进行调制，能够降低轨迹拐点的区域内接收到的能量，由此优化焊缝边缘能量骤变情况，避免在焊缝边缘出现过大的冷热不均，进而减少裂纹的产生。
[0012]自然地，除了正弦波、三角波或者梯形波以外，本领域技术人员也能够设想以其他波形来调制激光束的功率，只要能够实现在轨迹拐点的区域内降低接收到的能量的目的。在此应当理解，轨迹拐点的区域内所接收的能量并不是越低越好，而是在该区域内实现与焊缝中心区域的高热量达到一定的平衡，以避免能量骤变的情况。
[0013]根据本专利技术的一种优选实施方式，在所述轨迹拐点的区域内，所述激光束的功率经历所述波形振荡的至少一个周期，优选地，也能够在轨迹拐点的区域内使激光束的功率经历波形振荡的多个周期。
[0014]根据本专利技术的一种优选实施方式，在多个前后相继的轨迹拐点的区域内，以相同的或者不同的波形调制所述激光束的功率。在此应理解，相同的波形意味着在频率和振幅方面一致的波形，而不同的波形意味着在频率和/或振幅方面不同的波形。
[0015]根据本专利技术的一种优选实施方式，在焊接进给方向上，在后的轨迹拐点的区域内的激光束功率与在前的轨迹拐点的区域内的激光束功率相比，波形振荡的振幅较小，使得在后的轨迹拐点处所接收到的能量小于在前的轨迹拐点处所接收到的能量。这个优选实施方式是特别有利的，原因在于，前后相继的轨迹拐点具有较小的间距，当激光束扫描到在后的拐点时，在前的拐点所接收到的能量可能还没有来得及充分扩散，采用前后拐点处相同的波形来调制激光束功率时，可能出现较大的热聚集。因此相对在前的轨迹拐点的区域内接收到的能量来降低在后的轨迹拐点的区域内接收到的能量，能够有效避免出现过大的冷热不均匀现象。
[0016]在传统的激光焊接中通常采用高斯光束进行焊接。激光束的横截面内(也就是入射到焊接部位的光斑内)，以横截面内的最大能量密度点为原点 (通常例如是光斑的中心点)，以横截面的半径为横轴线，能量密度的大小为纵轴线，能量密度分布遵循高斯函数，因此称为高斯光束。高斯光束的中心能量远远高于边缘能量，也就是说，在激光束边缘处能量
下降过快，这会导致在焊缝边缘出现固
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液状态，使得硬度较高的氧化膜积聚，从而增加了裂纹的产生。
[0017]针对传统的激光焊接的上述缺点，根据本专利技术的一种优选实施方式，在所述激光束从光纤射出之前，将激光束的横截面内的能量密度分布调制为高斯
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平顶光模式。特别优选地，高斯
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平顶光模式的激光束能够通过申请人的“环芯可调焊接”技术(BrightLine Welding)产生，采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于将多层铝箔焊接到电芯极体的振荡式激光扫描焊接方法，所述多层铝箔尤其是锂电池的正极集电体，其中，所述激光扫描焊接方法能够将多层铝箔与电芯极体直接焊接连接，所述激光扫描焊接方法至少包括以下步骤：使所述激光束在所述铝箔的待焊接区域上振荡扫描进行焊接，以将所述多层铝箔焊接到所述电芯极体，其中，在所述激光束在所述振荡扫描的轨迹拐点的区域内，以波形振荡的方式调制所述激光束的功率。2.根据权利要求1所述的激光扫描焊接方法，其中，在所述轨迹拐点的区域内，以正弦波、三角波或者梯形波的形式调制所述激光束的功率。3.根据上述权利要求中任一项所述的激光扫描焊接方法，其中，在所述轨迹拐点的区域内，所述激光束的功率经历所述波形振荡的至少一个周期。4.根据上述权利要求中任一项所述的激光扫描焊接方法，其中，在多个前后相继的轨迹拐点的区域内，以相同的或者不同的波形调制所述激光束的功率。5.根据上述权利要求中任一项所述的激光扫描焊接方法，其中，在焊接进给方向上，在后的轨迹拐点的区域内的激光束功率与在前...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘源，王伟宇，F，
申请(专利权)人：通快中国有限公司，
类型：发明
国别省市：