一种锂离子电池焊接质量的评估装置和方法与流程

1.本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池焊接质量的评估装置和方法。


背景技术：

2.超声波金属焊接方法广泛应用于锂离子动力电池制造，包括单体电池极耳焊接和模块组装，每个接头都会影响整个电池组的效率、安全性和使用寿命。影响接头质量的因素很多，除焊接表面性能(粗糙度、涂层、油脂等)之外，超声焊接过程中各组件产生的振动对焊接质量具有不可忽视的影响，即使产生数个微米的微小幅度的振动，也会对焊接过程中最高温度和接头质量产生明显的影响，当超过最大振幅时连接构件内会产生过大的交变应力，显著降低接头焊接强度，然而，目前超声波焊接过程中缺乏有效的监测手段，仍采用常规的随机破坏性剥离力和剪切拉伸来评估焊接头的质量，无法检测到短期干扰，存在潜在的安全隐患。
3.现有的技术方案无法实现对超声波焊接过程中各部件振动情况的监测，导致接头存在安全隐患，不利于锂离子电池安全和循环寿命的优化，具有一定的技术局限性。
4.例如，一种在中国专利文献上公开的“锂离子电池极耳超声波焊接方法及极耳焊接保护方法”，其公告号cn201710787274.3，公开了一种锂离子电池极耳超声波焊接方法及极耳焊接保护方法，通过在叠加后的极耳箔片的超声波焊接区域上设保护片，提高了超声波焊接效果的一致性，不能及时监测到焊头振幅对焊接质量的影响。


技术实现要素：

5.为此，本发明实施例提供一种锂离子电池焊接质量的评估装置和方法，对超声波焊接过程中焊头振动特征进行了微米级别的准确监测，确认了最佳焊接条件，有效提高了锂离子电池极耳焊接质量。
6.为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：
7.一种锂离子电池焊接质量的评估装置,其特征在于，包括：
8.超声波焊接器，用于焊接极耳；
9.热电偶，用于测量温度；
10.振幅测量模块，用于测量焊接模块的振幅；
11.所述振幅测量模块包括激光发射器与硅光电探测器，用于发射激光与感应激光。灵敏度和精度达到纳米级别，有效提高测试结果的精准性。
12.作为优选，所述超声波焊接器包括焊头、位于焊头下方的焊座。能够有效地克服电阻焊接时所产生的飞溅和氧化等现象。
13.作为优选，所述激光发射器以激光为辐射源，波长范围为250-800nm。光源稳定，反应灵敏。
14.作为优选，所述热电偶为k型热电偶。复现性好，热电势大，热电势效率高，抗氧化
性能好，可在空气中长期使用。
15.一种锂离子电池焊接质量的评估方法，包括以下步骤；
16.s1、将待焊接部件放于超声波焊接器中间，将两个热电偶接在待测样件顶部进行温度测量；
17.s2、将激光发射器照射到焊头中间位置，用空间非均匀性硅光电探测器接收激光；
18.s3、根据空间非均匀性硅光电探测器接收激光位置不同，通过输出电压信号变化得到探头震动幅度；
19.s4、根据探头震动幅度与电池的温度变化判断振幅对锂离子电池性能的影响。
20.作为优选，所述s4还包括对90％、100％、110％三个下焊接的极耳继续进行组装、化成和分容后，在50％soc下进行混合脉冲功率性能测试，根据锂离子电池直流内阻变化判断焊头的振动对焊接质量和电池性能的影响。实现了短期干扰对电池性能影响的评估，准确度高，为优化焊接参数和性能提供了重要的技术支持。
21.作为优选，所述s4包括根据震动幅度判断极耳的剥离力变化。
22.本发明的实施方式具有如下优点：
23.(1)能够监测焊接过程中，焊头振动对焊接质量和电池性能的影响，实现了短期干扰对电池性能影响的评估，该方法准确度高，为优化焊接参数和性能提供了重要的技术支持；(2)可以应用于锂离子单体电池和模块组装超声波焊接过程，不同连接件的振动特性的监测，降低焊接过程导致的质量和安全隐患几率，操作和使用成本低，有望产生较大的经济效益；(3)对超声波焊接过程中焊头振动特征进行了微米级别的准确监测，能够确认最佳焊接条件，有效提高了锂离子电池极耳焊接质量。
附图说明
24.为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
25.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达到的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
26.图1是本发明的焊接装置示意图。
27.图2是不同振幅下焊接极耳的最大平均剥离力示意图。
28.图中：
29.1-焊头；2-待焊接部件；3-焊座；4-热电偶；5-激光发射器；6-硅光电探测器。
具体实施方式
30.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的认识可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做
出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.如图1所示，本发明提供了一种锂离子电池焊接质量的评估装置，除了常规的超声波焊接设备外，增加了一组激光发射器和空间非均匀性硅光电探测器，激光发射器照射到焊头中间位置，经表面反射落入硅光电探测器感应区内，当焊接过程中焊头发生上下振动时(z向振动)，激光在硅光电探测器感应区域内位置会有所不同，输出电压信号变化从而得到探头的振动幅度，包括：
32.超声波焊接器，用于焊接极耳；
33.热电偶，用于测量温度；
34.振幅测量模块，用于测量焊接模块的振幅；
35.振幅测量模块包括激光发射器与硅光电探测器，用于发射激光与感应激光。灵敏度和精度达到纳米级别，有效提高测试结果的精准性
36.超声波焊接器包括焊头、位于焊头下方的焊座。能够有效地克服电阻焊接时所产生的飞溅和氧化等现象。
37.激光发射器以激光为辐射源，波长范围为250-800nm。光源稳定，反应灵敏。
38.热电偶为k型热电偶。复现性好，热电势大，热电势效率高，抗氧化性能好，可在空气中长期使用。
39.一种锂离子电池焊接质量的评估方法，包括以下步骤；
40.s1、将待焊接部件放于超声波焊接器中间，将两个热电偶接在待测样件顶部进行温度测量；
41.s2、将激光发射器照射到焊头中间位置，用空间非均匀性硅光电探测器接收激光；
42.s3、根据空间非均匀性硅光电探测器接收激光位置不同，通过输出电压信号变化得到探头震动幅度；
43.s4、根据探头震动幅度与电池的温度变化判断振幅对锂离子电池性能的影响。
44.s4还包括对90％、100％、110％三个下焊接的极耳继续进行组装、化成和分容后，在50％soc下进行混合脉冲功率性能测试，根据锂离子电池直流内阻变化判断焊头的振动对焊接质量和电池性能的影响。实现了短期干扰对电池性能影响的评估，准确度高，为优化焊接参数和性能提供了重要的技术支持。
45.s4包括根据震动幅度判断极耳的剥离力变化。
46.在另一个实施例中，设置焊接实验条件为：待焊锂离子电池负极耳为一个厚度0.6mm，长宽分别为8cm的铜片，待焊接锂离子电池负极片集流体为厚度12-20微米的铜箔，极片层数为10-20层。所用超声波焊接设备，工作频率为20khz,最大功率为4000w，夹紧力为22n，为了减少焊接质量不一致性，本发明采用能量控制模式。同时，将两个k型热电偶(直径0.5-1.0mm)接在待测样件顶部进行温度测量。
47.图2所示为不同振幅下焊接极耳的最大平均剥离力，随着振幅的增加，剥离力呈线性减少，振幅由90％(135微米)增加至110％(165微米)时,剥离力减少了约18.8％,其中100％是焊接机空载时的振幅。最高温度呈现相反的趋势，振幅由90％增加至110％，最高温度升幅达45.1％。说明较高的振幅会导致更强烈的温升和更低的最大剥离力。为进一步验证振幅对锂离子电池性能的影响，三个振幅下焊接的极耳，继续进行组装、化成和分容后，制备的软包锂离子电池，在50％soc下进行混合脉冲功率性能测试，具体结果如表1所示，
48.表1.不同振幅锂离子电池直流内阻测试数据
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可以看出，5c脉冲电流下，焊头振幅由90％增加至110％时，锂离子电池直流内阻升高了约33.4％，说明焊接界面阻抗和微观结构发生了明显变化，本发明中焊头振幅的最佳范围是90％-100％之间。上述实验数据表明，焊头的振动对焊接质量和电池性能具有不可忽视的影响，本发明提出的方法可以实现对焊头振动幅度的准确测量，对于优化焊接条件和改善焊接质量具有重要的技术支持。
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虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。