对高功率电化电池内连接外部施加激光焊接的方法和设计技术

本发明专利技术提供了一种对高功率电化电池内连接外部施加激光焊接的方法和设计。所述电化电池包括在组装到电池金属罐中后由外部源焊接的多个构件。电池金属罐容纳电极接片和芯插件。端帽插件与芯插件相对地设置。将诸如激光束的外部焊接源施加到端帽插件，使得端帽插件、电极接片和芯插件通过从端帽插件延伸到芯插件的焊缝而电连接。提供的帽设计比现有技术占用的空间更小，因此在体积和重量方面更加高效。因此，更多量的活性物质可装入电化电池中。

【技术实现步骤摘要】

符合本专利技术的实施例涉及电化电池，更具体地涉及由激光焊接提供的内部构件之 间的高强度、低阻抗的电接触。
技术介绍
在例如蓄电池的电化电池中，电流从蓄电池电极箔被载送至位于中心的端子。电 极箔可与中心端子直接连接，或通过集流接片(tab)与中心端子连接。在某些传统能量输 送装置中，在与中心端子连接处箔或接片的平面朝向很大程度上与电池纵轴一致。采用这 样的连接，需要电池中有相当大的垂直空间。已知的采用超声、电阻或其它的焊接方法来接合(join)电极接片的方案要求内 部蓄电池构件(例如，接片)可以接触到焊砧、电极和激光束等。题为“CapAssembly For a High Current Capacity Energy Delivery Device (用于高电流容量能量输送装置的盖组 件)”的美国专利申请No. 12/135708中公开了现有接合技术的例子，该申请通过引用并入 于此。图1示出了市售的现有技术设计的锂离子蓄电池10。蓄电池10包括端子端 (terminal end) 20和非端子端(non-terminal end) 30。图2中示出了移开了端子端20的 蓄电池10。提供延伸接片40来将端子帽20电连接到蓄电池10的内部工作部分。更具体 地，延伸接片40用作负端子50与位于垫圈70之下的负集流极接片60之间的通道。虽然 延伸接片在该配置中是必需的，但它占去了电池的体积，否则可以用来提供更大的电池容 量。正端子80电连接到电池10，其保持正电势。采用径向焊接将电极接片60连接到芯插 件90，产生焊接痕94。
技术实现思路
本专利技术示例性实施方式提供一种用于电化电池的端帽插件，该端帽插件特别设计 为允许激光能量透过到至少一个电极接片。该帽插件设计还实现限制圆形焊接路径以确保 下面的电极接片之间无间隔地完全叠置的功能。在不存在内部间隙的情况下，激光产生的 锁孔所形成的所有焊渣(spatter)被直接导出到电池外，因此减小了焊接电池内部构件时 与自由金属颗粒相关的风险。根据一示例方面，提供了一种电化电池，该电化电池具有金属罐(canister)、置于 金属罐中的芯插件、以及具有背对芯插件的外表面的端帽插件。至少一个电极接片置于端 帽插件和芯插件之间。该端帽插件、至少一个电极接片、以及芯插件通过外部激光束提供的 焊缝实现电连接。该焊缝引起从端帽插件的外表面延伸至芯插件的被焊接构件的物理变 形。根据专利技术的另一个方面，提供了一种外部连接电化电池的内部构件的方法。该方 法包括提供电池金属罐；将至少一个电极接片置于所述金属罐内；向金属罐内插入芯插 件；与芯插件相对地放置端帽插件；以及对该端帽插件施加外部激光束，其中所述端帽插5件、至少一个电极接片以及芯插件通过从端帽插件延伸到芯插件的焊缝实现电连接。在任一前述实施方式中，端帽插件为电池的阴极电势与阳极电势之一。焊缝沿电 化电池的纵向延伸，起始于端帽插件的凹陷中空区域。焊缝穿透端帽插件和至少一个电极 接片。在任一前述实施方式中，焊缝完全包含于端帽插件、至少一个电极接片和芯插件 中。在任一前述实施方式中，焊缝不穿过端帽插件、至少一个电极接片和芯插件之间 的任何内部间隙。在任一前述实施方式中，端帽围绕端帽插件，并且通过缝焊与金属罐相连。在任一前述实施方式中，端帽与金属罐具有不同的电势。端帽插件可为正电势并 含有铝。端帽插件可为负电势，并由选自包括铁、钢、镀镍钢、镍、不锈钢、铜以及铜合金的组 的一种材料制成。在任一前述实施方式中，在端帽插件周围设置有铆钉。端帽插件可以形成负极端 子的一部分，铆钉可包括镀镍钢。在进一步的实施方式中，铆钉和芯插件被设置为单个整体 部件或构件的形式。在任一前述实施方式中，焊缝为锁孔焊缝。该焊缝可能形成如下圆形路径，其大约 为至少一个电极接片宽度的一半，以使得到的焊缝完全限于包括端帽插件、至少一个电极 接片和芯插件的材料的实体堆叠(solid stack)内。在任一前述实施方式中，端帽插件为杯状，外部激光束在端帽插件的中空部中沿 圆形路径移动。在任一前述实施方式中，端帽插件涂覆有无孔、粘性聚合物的涂层。本专利技术示例性实施例提供了一种帽设计，其较之现有技术占用的空间更小，从而 在体积和重量方面更加高效。因此，更多量的活性物质可装入电化电池中。应当理解，上述 多个特征可彼此结合地实施。附图说明根据以下结合附图的详细说明，将更加全面地理解和领会本专利技术的示例性实施 例，在附图中图1为传统的电化电池设计；图2为传统的移开了端子端后的电化电池；图3A为对电极接片采用外部激光焊接的蓄电池设计的截面图；图3B为采用密封帽的蓄电池设计的截面图；图4为提供通过接片叠层并进入芯插件的焊缝的外部激光束焊点熔核的截面图；图5A为根据本专利技术一个方面的具有插件的阴极帽的示意图；图5B为根据本专利技术一个方面的阳极帽的示意图；图5C为根据本专利技术一个方面的具有插件的阴极帽的截面图；图6为根据本专利技术一个方面的非整合的阴极端帽/插件设计的截面图；图7为根据本专利技术一个方面的整合的阴极端帽/插件设计的截面图；以及图8为根据本专利技术一个方面的与端帽一体形成的金属罐的截面图。具体实施例方式符合本专利技术的实施例采用外部激光能量将帽构件连接到蓄电池的内部构件。可以 采用锁孔焊接，其中高功率激光束在要焊接的部分上形成蒸汽孔穴，然后用液态金属填充 该孔穴。还可采用除激光焊以外的其他焊接方法来实现外部焊接。可行的焊接方法可包括 电子束焊、等离子弧焊或电阻焊。锡焊(solder)或铜焊(braze)技术也可用于接合多个部 件。图3A为根据本专利技术实施例的蓄电池的截面图，其例示了在示例性高功率锂离子 蓄电池100中的包括端帽插件120、电极接片130和果冻卷(jellyroll)状芯插件140的 焊接构件。这些构件通过将端帽组装到容纳圆形果冻卷状芯插件140的罐上而彼此可连通 地接合，使得端帽插件120、电极接片130和果冻卷状芯插件140在施加焊接之前置于其组 装位置。在一个示例性实施例中，果冻卷为圆柱形状。外部产生的激光能量110被引导到帽插件120的表面处，然后穿透端帽插件120， 并通过形成激光接合柱或焊点熔核150将端帽插件120焊接到下部的接片130和支撑芯插 件140上并。在一个实施例中，例如约4mm的焊接直径有助于确保焊接完全穿透例如8mm宽 电极接片130的全部接片层，由此很大程度地减少或完全消除了电池内部焊渣的风险。因 此，将激光能量110穿透芯插件140的任何部分并毁坏果冻卷的风险最小化。应将激光路 径的直径设置为使其不会包围电极之间的间隙或间隔。端帽插件120的表面的厚度允许激 光有效透过。在一个示例性实施例中，经受激光的帽插件120的部分的厚度约为0. 5mm。也可采用直径减小的芯插件140，其潜在地消除了反折最里面的两个接片130的 需要。端帽插件120通过铆钉121牢固地安装到蓄电池110，其被设计为将外部施加的激 光110必须穿过的材料量降到最小以有效地将所有电极接片130组合在一起，并且减少周 围构件过多的热量，否则该热量可能会对蓄电池的操作产生不利影响。帽插件120的杯状 设计限制了锁孔焊的路径，并将焊渣保持在电池外部，从而通过消除了产生小的自由飘浮 的金属颗粒和电化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化电池，包括：金属罐；置于金属罐中的芯插件；端帽插件，该端帽插件具有背对芯插件的外表面；以及置于端帽插件和芯插件之间的至少一个电极接片；其中，端帽插件、至少一个电极接片和芯插件通过金属罐外部的焊接源提供的焊缝而电连接，该焊缝包括端帽插件、至少一个电极接片和芯插件的物理变形，该物理变形从端帽插件的外表面向芯插件延伸。

【技术特征摘要】
US 2008-11-25 61/117,760一种电化电池，包括金属罐；置于金属罐中的芯插件；端帽插件，该端帽插件具有背对芯插件的外表面；以及置于端帽插件和芯插件之间的至少一个电极接片；其中，端帽插件、至少一个电极接片和芯插件通过金属罐外部的焊接源提供的焊缝而电连接，该焊缝包括端帽插件、至少一个电极接片和芯插件的物理变形，该物理变形从端帽插件的外表面向芯插件延伸。2.权利要求1所述的电化电池，其中，所述焊接源为激光束，并且所述物理变形包括已 固化的熔融材料。3.权利要求1所述的电化电池，其中，所述焊缝沿着电化电池的纵向延伸，并始于端帽 插件的中空区域。4.权利要求1所述的电化电池，其中，所述焊缝沿着电池的纵向穿透端帽插件的凹部 和至少一个电极接片的整个厚度。5.权利要求1所述的电化电池，其中，所述焊缝完全包含在端帽插件、至少一个电极接 片和芯插件中。6.权利要求1所述的电化电池，其中，所述焊缝不穿过端帽插件、至少一个电极接片和 芯插件之间的任何内部间隙。7.权利要求1所述的电化电池，其中，端帽围绕着所述端帽插件，并通过缝焊连接到金属罐。8.权利要求7所述的电化电池，其中，所述端帽被设置为处于与金属罐的电势不同的 电势下。9.权利要求1所述的电化电池，其中，所述端帽插件处于正电势，并包括铝。10.权利要求1所述的电化电池，其中，所述端帽插件处于负电势，并由选自铁、钢、镀 镍钢、镍、不锈钢、铜和铜合金构成的组中的一种材料制成。11.权利要求1所述的电化电池，其中，铆钉绕端帽插件设置。12.权利要求11所述的电化电池，其中，端帽插件形成负极端子的一部分，并且铆钉 包括镀镍钢。13.权利要求1所述的电化电池，其中，铆钉和芯插件被设置为单一整体部件形式。14.权利要求1所述的电化电池，其中，所述焊缝为锁孔焊缝。15.权利要求1所述的电化电池，其中，所述焊缝形成圆形路径，该路径约为至少一个 电极接片宽度的一半，使得得到的焊缝完全限于包括端帽插件、至少一个电极接片和芯插 件的材料的实体堆叠内。16.权利要求1所述的电化电池，其中，端帽插件形状为杯形。17.权利要求2所述的电化电池，其中，外部激光束遵循圆形路径，并且端帽插件具有 限定该圆形路径的中空部分。18.权利要求1所述的电化电池，其中，端帽插件被涂覆以无孔粘性聚合物涂层。19.权利要求1所述的电化电池，包括与端帽插件连接的密封杯，从而在端帽插件和电 化电池的内部区域之间提供气密密封。20.权利要求19所述的电化电池，其中，端帽插件包括延伸穿过外表面的通气孔。21.—种外部连接电化电池的内部构件的方法，该方法包括提供电池金属罐；将至少一个电极接片放置在金属罐中；将芯插件插入金属罐中；与芯插件相对地放置端帽插件，以使得至少一个电极接片位于端帽插件和芯插件之 间；以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：CE马丁，L方丹，WH加德纳，
申请(专利权)人：A一二三系统公司，
类型：发明
国别省市：US