正負極分布兩側的鋰離子電池及其制法的制作方法

本申請涉及鋰電池生產領域，具體涉及一種正負極分布兩側的鋰離子電池及其制法。

背景技術：

鋰離子電池結構采用的焊接技術主要超聲波焊接與激光焊接，在鋰離子電池生產過程中，超聲波焊接主要在電芯極耳焊接工序，是將鋁箔極耳與鋁極柱、銅箔極耳與銅極柱焊接在一起，要求焊接可靠，內阻小；激光焊接主要在殼蓋焊接工序，是將殼體與殼蓋焊接在一起，要求焊接牢固，密封性好。目前行業電池結構采用的都是超聲波焊接方式和激光焊接方式。

超聲波焊接是所焊接金屬件不能太厚，焊點不能太大，經常出現焊點偏移、漏焊、假焊、焊斷、焊接拉力不符合工藝要求等異常現象，直接影響產品的良品率，同時會造成電池性能的一致性較差。

激光焊接會面臨焊痕表面凸起問題、氣孔問題、炸火問題、內部氣泡問題等。表面凸起、氣孔、內部氣泡是激光焊接的致命傷，很多應用由于這些原因不得不停止或者想辦法規避。

更具體地,采用超聲波焊接方式焊接和激光焊接的電池結構存在以下缺點：

1)對于厚度較厚的電池，電池里面存在多層銅鋁箔，對于多層銅鋁箔的預焊和極柱的焊接不能適用超聲波焊接，必須分開進行焊接，影響生產效率和增加成本；

2)采用超聲波焊接技術的電池結構，銅鋁極耳與極柱連接處經常出現漏焊、假焊、焊斷、焊接拉力不符合工藝要求等異常現象，并且銅鋁箔表面存在少許異常物質時，超聲波焊接存在焊接不良和焊不上的問題，這些直接影響電池的良品率，同時會造成電池性能的一致性較差；

3)采用超聲波焊接技術的電池結構，銅箔與銅極柱、鋁箔與鋁極柱超聲波焊接后內阻較大，影響電池大倍率充放電性能和安全性能，而且也會占據電池較多的空間，降低電池的容量和能量密度。

4)采用激光焊接技術的電池結構，電池殼體與蓋板采用激光焊接后可能會導致凸起，這對后續工藝的裝配會有些影響，而且焊接時拐角處最容易出現氣孔、炸火、內部氣泡等問題，影響密封。

5)采用激光焊接技術的電池結構，要求焊接的安裝精度高，光束在工件上的方位不能有偏移，若存在偏移，不僅很容易導致焊接缺陷的產生，而且可能導致激光穿透殼蓋進入殼內，導致隔膜穿孔引起短路，導致著火等安全隱患。激光焊接會產生裂紋、殘余應力以及變形等，都會導致金屬焊接處機械性能的降低，導致密封不良。

6)采用超聲波焊接和激光技術的電池結構，設備成本高，一次性高，不利于企業降低成本，提高市場競爭力。

技術實現要素：

本申請的目的是：針對現有技術中采用超聲波焊接和激光技術連接電池極耳和極柱、電池殼體和殼蓋的問題,本申請提出一種正負極分布兩側的鋰離子電池以及這種電池的制法，提高電池生產的效率和良品率，提高電池容量及能量密度，提升焊接質量以及電池倍率放電性能，降低電池生產過程中的設備投入成本。

為了達到上述目的，本申請的技術方案是：

一種正負極分布兩側的鋰離子電池，包括:

上下兩端均為敞口結構的殼體，

收容于所述殼體內、且其上下兩端均分別設有極耳的裸電芯，以及

分別設置于所述殼體上下兩端敞口處、且其上設有極柱的兩個殼蓋；

所述極柱貫通開設有與所述極耳對應的極耳連接孔，所述極耳伸入所述極柱上的所述極耳連接孔中，并且所述極耳與所述極柱通過攪拌摩擦焊接工藝連接在一起；所述殼蓋與所述殼體也通過攪拌摩擦焊接工藝連接在一起。

本申請這種鋰離子電池在上述技術方案的基礎上，還包括以下優選方案：

所述極柱包括極柱本體和極柱嵌體，所述極柱本體固定于所述殼蓋上，所述極耳連接孔開設于所述極柱本體上，所述極柱嵌體嵌入所述極耳連接孔中。

所述極耳伸入所述極柱和所述極耳連接孔孔壁之間的縫隙中。

所述裸電芯由至少兩個單電芯并組組合而成。

每個所述殼蓋上分別設置有兩個所述極柱。

其中一個殼蓋上的兩個極柱均為正極柱，另外一個殼蓋上的兩個極柱均為負極柱，所述正極柱為鋁極柱，所述負極柱為銅極柱。

所述極柱本體和極柱嵌體通過攪拌摩擦焊接工藝連接在一起。

上述鋰離子電池的制作方法，包括：

利用攪拌摩擦焊機采用攪拌摩擦焊接工藝將該鋰離子電池的極耳和極柱連接在一起，

利用攪拌摩擦焊機采用采用攪拌摩擦焊接工藝將該鋰離子電池的殼蓋和殼體連接在一起。

作為優選，對極耳和極柱進行焊接前，將極耳伸入極耳連接孔中，將極柱嵌體嵌入極耳連接孔中，而使極耳夾設在極柱和極耳連接孔孔壁之間的縫隙中，然后將所述攪拌摩擦焊機的攪拌摩擦焊頭伸向極耳和極柱的接縫，開啟攪拌摩擦焊機而帶動攪拌摩擦焊頭高頻運動，并使攪拌摩擦焊頭沿著極耳和極柱的所述接縫移動，從而使極耳和極柱連接在一起。

作為優選，對所述殼蓋和殼體進行焊接前，將所述殼蓋嵌入所述殼體的敞口內，然后將所述攪拌摩擦焊機的攪拌摩擦焊頭伸向所述殼蓋和殼體之間的接縫，開啟攪拌摩擦焊機而帶動攪拌摩擦焊頭高頻運動，并使攪拌摩擦焊頭沿著殼蓋和殼體之間的所述接縫移動，從而使殼蓋和殼體連接在一起。

本申請采用攪拌摩擦焊接方式將極柱和極耳連接在一起，采用攪拌摩擦焊接方式將殼體和殼蓋連接在一起，具有以下優勢：

1)可以解決超聲波焊接技術存在的弊端：解決多層銅箔與銅極柱，多層鋁箔與鋁極柱進行焊接的問題；解決極耳焊接經常出現漏焊、假焊、焊斷、焊接拉力不符合工藝要求等問題；解決了銅鋁箔表面存在少許異常物質時，超聲波焊接存在焊接不良和焊不上的問題，這些方面可明顯提高生產效率、產品的良品率和一致性；解決了銅箔與銅極柱、鋁箔與鋁極柱超聲波焊接后內阻較大的問題，提高充放電倍率性能；減少超聲波焊接所需要占用電池的空間，可提高電池的容量和能量密度。

2)可以解決激光焊接技術存在的弊端：解決電池殼體與蓋板采用激光焊接后可能會導致凸起影響裝配，焊接時拐角處最容易出現氣孔、炸火、內部氣泡等影響密封的問題；解決激光穿透殼蓋進入殼內，導致隔膜穿孔引起短路，導致著火等安全隱患及會產生裂紋、殘余應力以及變形等導致密封不良的問題；

3)解決超聲波焊接和激光技術設備投入大，成本高，一般企業難以承受的問題，降低了企業生產成本和提高了市場競爭力。

附圖說明

圖1為本申請實施例中裸電芯的結構示意圖；

圖2為本申請實施例中鋰離子電池的裸電芯入殼示意圖；

圖3為本申請實施例中鋰離子電池的立體結構示意圖；

圖4為本申請實施例中鋰離子電池的剖面結構示意圖；

圖5為本申請實施例中極耳和極柱的焊接示意圖；

圖6為本申請實施例中殼體和殼蓋的焊接示意圖；

其中：1-殼體，2-裸電芯，3-極耳，4-殼蓋，5-極柱，501-極柱本體，502-極柱嵌體，5a-極耳連接孔,6-單電芯，7-攪拌摩擦焊頭，8-定位夾具，801-左夾體，802-右夾體。

具體實施方式

下面通過具體實施方式結合附圖對本申請作進一步詳細說明。本申請可以以多種不同的形式來實現，并不限于本實施例所描述的實施方式。提供以下具體實施方式的目的是便于對本申請公開內容更清楚透徹的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字詞僅是針對所示結構在對應附圖中位置而言。

然而，本領域的技術人員可能會意識到其中的一個或多個的具體細節描述可以被省略，或者還可以采用其他的方法、組件或材料。在一些例子中，一些實施方式并沒有描述或沒有詳細的描述。

此外，本文中記載的技術特征、技術方案還可以在一個或多個實施例中以任意合適的方式組合。對于本領域的技術人員來說，易于理解與本文提供的實施例有關的方法的步驟或操作順序還可以改變。因此，附圖和實施例中的任何順序僅僅用于說明用途，并不暗示要求按照一定的順序，除非明確說明要求按照某一順序。

本申請所說“連接”，如無特別說明，均包括直接和間接連接(聯接)。

圖1至圖6示出了本申請這種正負極分布兩側(即電池的正極和負極分別位于電池的兩相對側)的鋰離子電池的一個優選實施例，與傳統電池相同的是，其也包括：上下兩端均為敞口結構的殼體1、收容于所述殼體內的裸電芯2以及分別設置于所述殼體上下兩端敞口處的兩個殼蓋4。裸電芯2的上下兩端均分別設置有極耳3，每個殼蓋4上均設置有極柱5。其中一個殼蓋4上的極柱5為正極柱，另一個殼蓋4上的極柱5為負極柱；位于裸電芯2一端的極耳為正極耳，位于裸電芯2另一端的極耳為負極耳。具體地，在圖3中，裸電芯2上端的極耳3為正極耳，裸電芯2下端的極耳為負極耳，位于殼體1上端敞口處的殼蓋4上的極柱5為正極柱，位于殼體1下端敞口處的殼蓋4上的極柱5為負極柱。

因視角遮擋原因，圖3中僅示出了殼體上端的殼蓋4和極柱5，未能示出殼體下端的殼蓋4和極柱5。

本實施例的關鍵改進在于，極耳3與極柱5通過攪拌摩擦焊接工藝連接在一起，殼蓋4與殼體1也通過攪拌摩擦焊接工藝連接在一起。具體地，極柱5上開設有與極耳3對應的極耳連接孔5a，極耳3伸入極耳連接孔5a中并通過攪拌摩擦焊接工藝連接在一起。

本實施例中，所述極柱5包括極柱本體501和極柱嵌體502，其中極柱本體501直接固定于殼蓋4上，上述極耳連接孔5a開設于極柱本體501上，極柱嵌體502嵌入所述極耳連接孔5a中。

進一步地，上述極耳3伸入所述極柱5和所述極耳連接孔5a孔壁之間的縫隙中。

本實施例中，上述裸電芯2由多個單電芯6(本實施例具體為四個，如圖1)并組組合而成。

每個殼蓋4上分別設置兩個極柱5，即該電池共具有兩個正極柱和兩個負極柱。其中，正極柱為鋁極柱，與之對應連接的正極耳為鋁極耳。負極柱為銅極柱，與之對應連接的負極耳為銅極耳。

本實施例中，殼體1的外輪廓為長方體結構，其上下兩端的敞口均為矩形敞口，殼蓋4為矩形板結構。

再參照圖1至圖6所示，現將本實施例這種鋰離子電池的制作方法簡單介紹如下：

該鋰離子電池制作方法的最關鍵改進在于：利用攪拌摩擦焊機采用攪拌摩擦焊接工藝將該鋰離子電池的極耳3和極柱5連接在一起，同時利用攪拌摩擦焊機采用采用攪拌摩擦焊接工藝將該鋰離子電池的殼蓋4和殼體1連接在一起。

具體地，對所述極耳3和極柱5進行焊接前，利用工裝使極耳3伸入極柱5上的極耳連接孔5a中，將極柱嵌體502嵌入極耳連接孔5a中,而使極耳3夾設在極柱5和極耳連接孔5a孔壁之間的縫隙中，然后將攪拌摩擦焊機的攪拌摩擦焊頭伸向極耳3和極柱5的接縫(顯然，因為極耳3和極柱5為分體部件，當極耳3伸入極柱5內，自然會在極耳3和極柱5之間形成接縫)，開啟攪拌摩擦焊機而帶動攪拌摩擦焊頭高頻運動，并使攪拌摩擦焊頭沿著所述極耳3和極耳5的縫隙移動，從而使極耳3和極柱5連接在一起。并且我們還利用所述攪拌摩擦焊機極柱嵌體502和極柱本體501焊接在一起。對殼蓋4和殼體1進行焊接前，利用工裝將殼蓋4嵌入殼體1的敞口內(顯然，因為殼蓋4和殼體1為分體部件，當殼蓋4嵌入殼體1的敞口內后，會在殼蓋4和殼體1之間形成接縫，該條接縫在圖6的俯視方向為閉合的矩形環結構)，將攪拌摩擦焊機的攪拌摩擦焊頭7伸向所述接縫，開啟攪拌摩擦焊機而帶動攪拌摩擦焊頭高頻運動，并使攪拌摩擦焊頭沿著接縫移動，從而使殼蓋4和殼體1連接在一起。

更具體地，正極片、負極片和隔膜通過卷繞機或疊片機制成單電芯6，單電芯6通過并組組合得到工藝要求的裸電芯2，然后將裸電芯2入到殼體1中，將殼蓋4裝入殼體1，使裸電芯2兩側的極耳3伸入殼蓋4上極柱5的極耳連接孔5a中，將極柱嵌體502嵌入極耳連接孔5a中,而使極耳3夾在極柱5和極耳連接孔5a孔壁之間的縫隙中。利用定位夾具8固定住殼體1和殼蓋4的相對位置，定位完成后把極耳3與極柱5的焊接位置正對著攪拌摩擦焊頭7(定位夾具8將殼體1和殼蓋4固定牢靠)，啟動攪拌摩擦焊頭7，開始沿預定軌跡進行焊接。待極耳3與極柱5焊接完成后，同樣利用上述定位夾具8固定住殼體1和殼蓋4的相對位置，并將殼體1和殼蓋4的焊接位置(二者間的接縫)正對著攪拌摩擦焊頭7(定位夾具8將殼體1和殼蓋4固定牢靠)，啟動攪拌摩擦焊頭7，開始沿預定軌跡進行焊接。

焊接完成后取出電池進行密封和熔深測試。

上述定位夾具8包括左夾體801和右夾體802，左夾體801和右夾體802的相對側均分別開設有向內延伸的矩形卡槽，矩形卡槽的尺寸與殼體1相適配。實際應用時，左夾體801上的矩形卡槽卡住殼體1的左側部，右夾體802上的矩形卡槽卡住殼體1的右側部，左夾體801和右夾體802相互靠近而將殼體1夾緊固定，而且殼體1受到左夾體801和右夾體802的加緊力而將其內的殼蓋4也夾緊固定住，進而保證了在焊接過程中殼體1和殼蓋4相對位置的穩定性。

以上內容是結合具體的實施方式對本申請所作的進一步詳細說明，不能認定本申請的具體實施只局限于這些說明。對于本申請所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換。