一种多层复合集流体的装配方法及应用与流程

1.本发明属于锂离子电池复合集流体装配技术领域，具体涉及一种多层复合集流体的装配方法，以及该多层复合集流体的装配方法在组装锂离子电池中的应用。


背景技术：

2.在动力电池领域，针刺实验是一种内部短路测试法，是测试动力电池内部短路承受能力的安全性测试，其一般是用钢钉贯穿电池，模拟内部短路，确认电池是否冒烟、起火、破裂的测试。此外，针刺实验不仅仅能够确认电池的安全性，也能够连接电池的基本性质。铜箔和铝箔是锂离子电池常用的正负集流体材料，但其安全性较差，容易发生热失控，难以通过针刺实验。
3.从以上问题出发，目前提出的有效方案主要是利用复合集流体替代目前的铜箔和铝箔作为锂离子电池正负极集流体的作用。通常所述的复合集流体指的是具有典型的“金属导电层-高分子支撑层-金属导电层”三明治结构，即以绝缘分子薄膜(如pet、pp等)作为支撑基材，在其两侧形成铜或铝层而得到的复合集流体。这种复合集流体一方面减少了铜或铝的用量，降低了原材料的成本；另一方面由于复合集流体中间为有机绝缘层，当发生热失控时可以为电路系统提供无穷大的电阻，并且由于其本身不燃，能够降低电池燃烧起火爆炸的可能性，并且由于高分子支撑层材料较轻，从而能够提高电池的安全性和能量密度。综上，复合集流体的使用不仅可以提高针刺实验通过率，更能降低重量、成本。
4.目前用复合集流体涂布辊压之后预留处的极耳有很多层需要预焊和超声焊接到电池盖板的保护片和连接片上。传统的箔材装配方法为超声焊接，但十多层甚至几十层的塑料基材的复合集流体的焊接，因为其基材为塑料，所以传统的超声焊接工艺很难将十多层或者几十层的复合集流体做成的电芯极耳焊接在一起，无法实现电芯的装配。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明有必要提供一种多层复合集流体的装配方法，采用分子扩散焊接的方式，使得复合集流体中相邻金属导电层表面分子扩散后进行融合，通过金属的结合力实现多层复合集流体的物理连接，通过焊印处不同复合集流体金属导电层的融合，实现不同复合集流体之间的电连接。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.本发明提供了一种多层复合集流体的装配方法，包括以下步骤：
8.提供若干复合集流体，清洗所述复合集流体的表面；
9.将所述复合集流体两两贴合叠片后，固定焊接区域，对所述焊接区域进行分子扩散焊接；
10.整平所述焊接区域及其周边，实现复合集流体的装配。
11.进一步方案，所述复合集流体包括高分子支撑层，以及设于所述高分子支撑层相对的两表面的金属导电层。
12.进一步方案，所述高分子支撑层的材质选自pet、pp中的一种。
13.进一步方案，所述金属导电层选自铜、铝中的一种。
14.进一步方案，所述焊接区域位于复合集流体的中部。
15.进一步方案，所述焊接区域的尺寸为4mm
×
4mm-10mm
×
10mm。
16.进一步方案，所述分子扩散焊接在高温高压下进行。
17.进一步方案，所述分子扩散焊接的温度在250-400℃之间，压力在0.01-10mpa之间。
18.进一步方案，所述分子扩散焊接的次数为至少一次。
19.本发明进一步提供了如前所述的多层复合集流体的装配方法在组装锂离子电池中的应用。
20.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
21.本发明采用分子扩散焊接工艺对多层复合集流体进行焊接，从而实现了将多层复合集流体焊接为一体的目的，通过分子扩散焊接，使得多层复合集流体之间金属导电层融合情况良好，焊接后箔材迁都、抗拉强度和拉伸延展率，以及箔材阻值等符合复合集流体装配要求，箔材见的剥离强度高，能够极好的实现多层复合集流体之间的电连接。
附图说明
22.图1为本发明一典型实施例中多层复合集流体装配叠片示意图；
23.图2为本发明一典型实施例中分子扩散焊接过程示意图；
24.图3为图2中分子扩散焊接过程中a部的放大示意图；
25.图4为本发明一典型实施例中分子扩散焊接后连接的复合集流体的结构示意图。
26.图中：1-第一复合集流体，2-第二复合集流体，3-第三复合集流体，4-焊接区域；
27.11-高分子支撑层，12-金属导电层，13-分子。
具体实施方式
28.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
29.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
30.本发明一典型的实施例中示出了一种多层复合集流体的装配方法，主要包括以下步骤：
31.s100、提供若干复合集流体，清洗所述复合集流体的表面
32.本文中所述的复合集流体指的是具有“金属导电层-高分子支撑层-金属导电层”三明治结构的复合集流体，即以绝缘分子薄膜作为支撑基材，在其两侧形成金属层而得到的复合集流体，其中，高分子支撑层的材质和金属导电层的材质均为本领域中常规的组成，比如高分子支撑层的材质可以为pet、pp中的一种，金属导电层的材质可以为铜或铝，具体可根据实际情况进行选择。
33.其中，复合集流体的数量没有特别的限定，本文中所述的装配方法适用于多层，如三层以上的复合集流体的装配，特别适用于10层以上的复合集流体的装配，如10层、20层、25层、30层等。采用本文中的装配方法能够很好的实现10层以上复合集流体制成的电芯极耳焊接，实现电芯的装配。
34.本文中所述的清洗复合集流体的表面，目的在于清洗复合集流体表面的杂质和氧化层等，确保多层复合集流体更好的贴合和表面质量，从而确保焊接效果。具体的清洗方式没有特别的限定，包括但不限于酸洗等。
35.s200、将所述复合集流体两两贴合叠片后，固定焊接区域，对所述焊接区域进行分子扩散焊接
36.将步骤s200清洗后的复合集流体两两贴合叠片后，固定焊接区域，在本发明的一个典型的实施例中，焊接区域选择复合集流体的中部，具体的尺寸没有特别的限定，可根据电芯尺寸进行调整，在本发明的一些具体的实施例中，焊接区域的尺寸在4mm
×
4mm-10mm
×
10mm之间，举例来说，可以为4mm
×
4mm、5mm
×
8mm、10mm
×
10mm等。
37.固定焊接区域后，对焊接区域进行分子扩散焊接，具体的说，通过焊头对焊接区域加压，对焊接区域进行保温保压，利用高温高压使复合集流体焊接区域的高分子支撑层融化，从而挤出复合集流体，使得焊接区域的相邻的金属导电层通过表面分子扩散后进行融合。可以理解的是，焊接的次数没有特别的限定，至少为一次，具体的次数可根据实际情况进行调整，具体的说，可以根据根据实际焊接情况对工艺参数进行调整后多次实施焊接。具体的分子扩散焊接的温度和压力可根据实际情况进行调整，其中，温度和压力可根据高分子支撑层、金属导电层的材质，工艺要求，具体的复合集流体的层数以及复合集流体的厚度等进行调整，优选地，在本发明的一些具体的实施例中，分子扩散焊接的温度控制在250-400℃，压力控制在0.1-10mpa之间。
38.s300、整平所述焊接区域及其周边，实现复合集流体的装配
39.待分子扩散焊接完成后，对焊接区域及其周边进行整平，具体的整平方式没有特别的限定，为本领域中的常规方式，故这里不再具体阐述。
40.如图1-图4所示的，在本发明的一个典型的实施例中示出了采用分子扩散焊接的方式对多层复合集流体进行装配的方式，图1中示出了三层复合集流体，分别为第一复合集流体1、第二复合集流体2和第三复合集流体3，第一复合集流体1由高分子支撑层11和设于高分子支撑层11两侧的金属导电层12组成，第二复合集流体2和第三复合集流体3的结构与第一复合集流体1相同，这里不再具体阐述。
41.如图1中所示的，将第一复合集流体1、第二复合集流体2和第三复合集流体3依次两两贴合叠片，随后对叠片后的多层复合集流体施加温度和压力，金属导电层12表面的分子13在高温高压下进行相互直接的扩散，如图2和图3中所示的，并且高分子支撑层11在高温高压下被挤出焊接区域4之外，不同复合集流体表面的金属导电层相互融合在一起，结合，通过接合面的金属结合力实现多层复合集流体箔材的物理连接，通过焊印处不同箔材金属导电层的融合，实现不同箔材之间的电连接。
42.具体的焊接流程可根据实际情况进行调整，在本发明的一个典型的实施例中示出了具体的焊接流程如下：
43.设备准备(去除静电、除尘、调整工艺参数等)
→
设备开始预热
→
复合集流体表面
清洗
→
多层复合集流体极片固定位置
→
焊接区域固定
→
极耳预焊开始
→
焊头加压
→
焊接区域保温保压
→
先期工艺测试
→
调整工艺参数
→
确定工艺参数再次实施焊接
→
焊接区域及周边整平
→
焊头撤离
→
焊接区域除尘
→
焊接质量检查
→
下次焊接连续作业。
44.需要说明的是，在焊接过程中需要严格进行粉尘的控制，同时焊印位置距离涂料边缘的具体，应当采取相应的措施或工装等对涂料极片进行热隔离、机械隔离等防护。此外，在先期工艺测试和最终焊接质量检查中，主要是针对以下项目进行检查：
①
金属导电层的融合情况；
②
高分子支撑层是否被挤出；
③
焊接后箔材强度，抗拉强度和拉伸延展率；
④
焊后箔材阻值；
⑤
焊印及周边平整度，焊印形状和位置尺寸及公差；
⑥
焊印外观质量，不得有焊渣、毛刺、粉尘、焊穿、炸点等不良；
⑦
焊后箔材间剥离强度。
45.下面通过具体实施例对本发明进行说明，需要说明的是，下面的具体实施例仅仅是用于说明的目的，而不以任何方式限制本发明的范围，另外，如无特别说明，未具体记载条件或者步骤的方法均为常规方法，所采用的试剂和材料均可从商业途径获得。
46.实施例
47.本实施例中示出了一种多层复合集流体的装配方法，复合集流体的组成为铜-pet-铜。将10层该复合集流体两两贴合叠片后，进行分子扩散焊接，具体焊接流程如下：
48.设备准备(去除静电、除尘、调整工艺参数等)；设备开始预热至50℃；复合集流体表面清洗；多层复合集流体极片固定位置；焊接区域固定；极耳预焊开始；焊头加压；焊接区域保温保压；先期工艺测试；调整工艺参数，设定温度在250-410℃，压力在0.01-10mpa之间；确定工艺参数再次实施焊接；焊接区域及周边整平；焊头撤离；焊接区域除尘；焊接质量检查；下次焊接连续作业。
49.采用gb/t 5187-2008对焊接后箔材的箔材强度、抗拉强度和拉伸延展率、阻值、平整度和剥离强度进行测试。
50.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
51.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。