薄箔材料的直接激光焊接的制作方法

本公开涉及激光焊接领域，更具体地，涉及用于直接激光焊接薄箔材料的系统和方法。

背景技术：

1、电池(诸如棱柱形锂电池)可具有堆叠结构，其中，每个电池单元在负极集流体和正极集流体之间包括阳极、隔膜和阴极。电池单元以交替结构进行堆叠，使得相邻的电池单元之间共享单个集流体。每个集流体(也称为“箔”)均包括从其延伸出来的极片，并且极片在集流体上的位置可取决于集流体的极性。例如，当组装成棱柱形电池时，正极集流体的极片沿着在堆叠方向延伸的第一轴线对齐，而负极集流体的极片沿着在堆叠方向延伸的第二轴线对齐。然后将每组极片粘合在一起。

2、使用超声波焊接将极片粘合在一起，然后将粘合的极片通过激光焊接到相应的端子上。超声波焊接用于粘合极片，同时去除滞留在层间界面内的气体，激光焊接用于形成连接极片和端子不同材料的线状焊道。如果不进行这种去除，在激光焊接期间，滞留气体因受热产生的膨胀会影响焊接接头的性能(例如，削弱最终形成的接头和/或抑制接头的形成)。

3、本领域需要降低焊接工艺的复杂性。

技术实现思路

1、期望通过去除滞留气体并形成优化的激光焊接接头(无需对极片进行超声波焊接)来降低焊接工艺的复杂性。本文所述的系统、方法和装置利用通孔排出在激光焊接期间滞留的气体来形成反向螺旋焊缝，从而减轻或去除滞留气体对焊接接头的影响。

2、此外，本文所述的系统、方法和装置可以通过提供更大的连接材料横截面积来优化极片组件的强度和导电性。

3、根据本公开的各个方面，一种方法包括：获得工件堆叠；确定焊接路径；以及形成反向螺旋焊缝。工件堆叠包括与第二部件邻接的第一部件，以在第一部件和第二部件之间限定界面。该界面内包括滞留气体。焊接路径位于第一部件的与第二部件相对的表面上。焊接路径限定反向螺旋，该反向螺旋具有在反向螺旋的外端处的起始点和在反向螺旋的内端处的终止点。反向螺旋焊缝通过以下步骤形成：装夹工件堆叠、在靠近螺旋内端处钻出通孔、沿焊接路径扫描至少一个激光器的光束，以及松开工件堆叠。将工件堆叠装夹在靠近焊接路径的位置，从而抑制工件堆叠的待通过反向螺旋焊缝熔合的部分移动。在完成装夹后，使用至少一个激光器钻出通孔。通孔至少延伸穿过第一部件。通孔的尺寸和位置被设计成在反向螺旋焊缝形成期间，其受热膨胀使得滞留气体能够从第一部件和第二部件之间的界面排出到工件堆叠的外部。从起始点到终止点扫描光束，从而形成反向螺旋焊缝，所述反向螺旋焊缝将一定厚度的工件堆叠熔合在一起。

4、根据本公开的进一步方面，工件堆叠包括金属箔堆叠，该金属箔堆叠内包括第一部件和第二部件。

5、根据本发明的进一步方面，通孔与反向螺旋的终止点同心。

6、根据本发明的进一步方面，通孔靠近反向螺旋的倒数第二圈的熔合区。

7、根据本公开的进一步方面，该方法还包括：通过确定在第一部件表面上的多个焊接路径来形成多个反向螺旋焊缝，并且对于多个焊接路径中的每一个重复形成反向螺旋焊缝。每个焊接路径都是相应的反向螺旋，该反向螺旋具有在所述相应的反向螺旋的外端处的起始点和在所述相应的反向螺旋的内端处的终止点。多个反向螺旋焊缝中的每一个都与其相邻的每个反向螺旋焊缝接触。

8、根据本发明的进一步方面，多个反向螺旋焊缝限定了轴线，并且每个焊接路径的终止点都沿着该轴线布置。

9、根据本公开的进一步方面，每个焊接路径的起始点定位成垂直于相应的焊接路径的终止点所在的轴线。

10、根据本发明的进一步方面，多个反向螺旋焊缝中的每一个都与其相邻的每个反向螺旋焊缝重叠，并且该重叠为基于成品螺旋焊缝直径的25％的重叠。

11、根据本公开的进一步方面，多个反向螺旋焊缝中的每一个包括与相应的焊接路径的起始点对应的部分，并且其中，该部分不接触与其相邻的任何反向螺旋焊缝。

12、根据本公开的各个方面，一种方法包括：获得多个电池极片；确定焊接路径；以及形成反向螺旋焊缝。多个电池极片包括第一电池极片与第二电池极片，两者邻接以在两者之间限定界面，该界面内包括滞留气体。焊接路径在第一电池极片的与第二电池极片相对的表面上，该焊接路径限定反向螺旋，该反向螺旋具有在反向螺旋的外端处的起始点和在反向螺旋的内端处的终止点。通过以下步骤形成反向螺旋焊缝：将多个电池极片夹接，钻出靠近螺旋内端的通孔，沿着焊接路径扫描至少一个激光器的光束，以及松开多个电池极片。将多个电池极片装夹在靠近焊接路径的位置，从而抑制工件堆叠的待通过反向螺旋焊缝熔合的部分移动。在完成装夹之后，使用至少一个激光器钻出通孔。该通孔至少延伸穿过第一极片。通孔的尺寸和位置被设计成在反向螺旋焊缝形成期间，其受热膨胀使得滞留气体能够从第一电池极片和第二电池极片之间的界面排出到多个电池极片的外部。从起始点到终止点扫描光束，形成反向螺旋焊缝，所述反向螺旋焊缝将一定厚度的多个电池极片熔合在一起。

13、根据本发明的进一步方面，通孔与反向螺旋的终止点同心。

14、根据本公开的进一步方面，该方法还包括：通过以下步骤形成多个反向螺旋焊缝：确定在第一极片表面上的多个焊接路径，以及对于多个焊接路径中的每一个，重复形成所述反向螺旋焊缝。每个焊接路径都是相应的反向螺旋，该相应的反向螺旋具有在相应的反向螺旋的外端处的起始点和在相应的反向螺旋的内端处的终止点。多个反向螺旋焊缝中的每一个都与其相邻的每个反向螺旋焊缝接触。

15、根据本发明的进一步方面，多个反向螺旋焊缝限定了轴线，并且每个焊接路径的终止点都沿着该轴线布置。

16、根据本公开的进一步方面，每个焊接路径的起始点定位成垂直于相应的焊接路径的终止点所在的轴线。

17、根据本发明的进一步方面，多个反向螺旋焊缝中的每一个都与其相邻的每个反向螺旋焊缝重叠，并且该重叠为基于成品螺旋焊缝直径的25％的重叠。

18、根据本公开的方面，电池极片通过至少一个反向螺旋焊缝连接在一起。至少一个反向螺旋焊缝通过以下步骤形成：将多个电池极片夹接，在靠近螺旋内端处钻出通孔，沿焊接路径扫描至少一个激光器的光束，以及松开多个电池极片。将多个电池极片装夹在靠近焊接路径的位置，从而抑制待通过反向螺旋焊缝熔合的工件堆叠部分的移动。在完成装夹后，使用至少一个激光器钻出通孔。通孔至少延伸穿过第一电池极片。通孔的尺寸和位置被设计成在反向螺旋焊缝形成期间，其受热膨胀使得滞留气体能够从第一电池极片和第二电池极片之间的界面排出到多个电池极片的外部。从起始点到终止点扫描光束，形成反向螺旋焊缝，所述反向螺旋焊缝将一定厚度的多个电池极片熔合在一起。

19、根据本发明的进一步方面，通孔与反向螺旋的终止点同心。

20、根据本发明的进一步方面，至少一个反向螺旋焊缝为多个反向螺旋焊缝，并且通过以下步骤形成多个反向螺旋焊缝：确定第一极片表面上的多个焊接路径并且对于多个焊接路径中的每一个，重复形成反向螺旋焊缝。每个焊接路径都是相应的反向螺旋，该反向螺旋具有在相应的反向螺旋的外端处的起始点和在相应的反向螺旋的内端处的终止点。多个反向螺旋焊缝中的每一个都与其相邻的每个反向螺旋焊缝接触。

21、根据本发明的进一步方面，多个反向螺旋焊缝限定了轴线，每个焊接路径的终止点沿着该轴线布置，并且每个焊接路径的起始点位于相应的焊接路径的终止点所在轴线大致垂直的位置。

22、根据本发明的进一步方面，多个反向螺旋焊缝中的每一个都与其相邻的每个反向螺旋焊缝重叠，并且该重叠为基于成品螺旋焊缝直径的25％的重叠。

23、通过下面结合附图对实施本公开的最佳方式的详细描述，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。