锂金属负极极耳的焊接方法及极耳焊接结构、锂金属电池与流程

1.本发明涉及锂金属电池技术领域，尤其是涉及一种锂金属负极极耳的焊接方法及极耳焊接结构、锂金属电池。


背景技术：

2.锂金属负极由于其具有较高的理论比容量(3860mah/g)和最低的氧化还原电位等优势，得到了广泛的关注。锂金属负极虽然具有很多优势，但是在实际应用过程中依旧面临着诸多难题。
3.现有的锂金属负极生产过程中，极耳的固定方式多为包裹压合或机械铆合。具体的，包裹压合是用锂带包裹住极耳，然后进行机械压合，使极耳粘接到锂金属负极上；机械铆合则需要对极耳进行糙化处理，然后与锂带进行铆合。包裹压合的方式极大的浪费了金属锂带，并且包裹压合和机械铆合这两种方式均会导致复杂的生产工艺，提高生产成本。
4.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的在于提供锂金属负极极耳的焊接方法，以解决现有技术中存在的锂金属负极的极耳固定方式复杂等技术问题。
6.本发明的另一目的在于提供锂金属负极极耳焊接结构。
7.本发明的又一目的在于提供锂金属电池。
8.为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
9.锂金属负极极耳的焊接方法，包括如下步骤：
10.将隔离膜设置在焊接机的下模上，将锂金属负极、极耳顺次叠合设置在所述隔离膜上，然后将所述极耳、锂金属负极进行超声焊接。
11.在本发明的具体实施方式中，所述隔离膜为聚合物膜。进一步的，所述隔离膜为pp膜或pe膜。
12.在本发明的具体实施方式中，所述隔离膜的厚度为30～70μm。
13.在本发明的具体实施方式中，所述锂金属负极的厚度为20～500μm。
14.在本发明的具体实施方式中，所述极耳为镍带。进一步的，所述镍带的厚度为0.08～0.12mm；所述镍带的宽度为2～5mm。
15.在本发明的具体实施方式中，在所述超声焊接后，在所述极耳侧设置有覆盖叠合部的高温胶带；所述叠合部为所述极耳与所述锂金属负极的重叠部分。进一步的，在所述锂金属负极侧设置有覆盖所述叠合部的高温胶带。
16.在本发明的具体实施方式中，所述高温胶带的宽度大于所述极耳的宽度。
17.在本发明的具体实施方式中，所述高温胶带包括聚酰亚胺胶带和/或聚对苯二甲酸类胶带。
18.在本发明的具体实施方式中，所述超声焊接中，超声时间为50～100ms，固化时间
为75～150ms。
19.本发明还提供了一种锂金属负极极耳焊接结构，包括极耳和锂金属负极，所述极耳超声焊接连接于所述锂金属负极。
20.在本发明的具体实施方式中，所述极耳焊接结构中，当剥离所述极耳时，所述极耳上残留的锂金属负极的尺寸不少于焊印面积的2/3。
21.本发明还提供了一种锂金属电池，包括上述任意一种所述锂金属负极极耳焊接结构。
22.在本发明的具体实施方式中，所述锂金属电池为卷绕电池。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
24.(1)本发明的锂金属负极极耳的焊接方法中，通过在锂金属负极侧设置隔离膜，在超声焊接过程中，能够防止焊接过程中锂金属粘连到焊接机下模上，有效解决了锂金属因粘性不能与极耳进行焊接的问题；同时，无需对极耳进行包裹或糙化处理，简化了生产工艺，降低生产成本；
25.(2)本发明的锂金属负极极耳焊接结构，极耳与锂金属负极的焊接牢固，有效降低接触电阻；锂金属电池采用本发明的极耳焊接结构，有利于电池的性能发挥。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明实施例提供的锂金属负极极耳焊接结构的示意图；
28.图2为图1所示的锂金属负极极耳焊接结构的侧视图。
29.附图标记：
30.1-极耳；2-锂金属负极；3-焊印；
31.4-高温胶带。
具体实施方式
32.下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列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，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.锂金属负极极耳的焊接方法，包括如下步骤：
36.将隔离膜设置在焊接机的下模上，将锂金属负极、极耳顺次叠合设置在所述隔离膜上，然后将所述极耳、锂金属负极进行超声焊接。
37.本发明的锂金属负极极耳的焊接方法，通过在锂金属负极侧设置隔离膜，在超声焊接过程中，能够防止焊接过程中锂金属粘连到焊接机下模上，有效解决了锂金属因粘性不能与极耳进行焊接的问题。
38.在实际操作中，将极耳、锂金属负极和隔离膜顺次叠合设置，极耳贴合锂金属负极，锂金属负极贴合隔离膜，在采用超声焊接机进行超声焊接时，隔离膜置于锂金属负极与焊接机下模之间，可有效防止在焊接过程中锂金属负极粘到焊接机的下模上。同时，隔离膜不粘连锂金属负极。
39.金属在进行超声波焊接时，既不向工件输送电流，也不向工件施以高温热源，只是在静压力之下，高频振动动能转变为工件间的摩擦功、形变能及有限的温升。接头间的冶金结合是母材不发生熔化的情况下实现的一种固态焊接。因此它有效地克服了电阻焊接时所产生的飞溅和氧化等现象。
40.采用超声焊接的方式对极耳和锂金属负极进行连接，至少具有如下优势：
41.待焊接材料极耳及锂金属负极不熔化；焊接后导电性好，接触电阻极低；对极耳和锂金属负极的表面要求低，无需额外表面处理，简化工艺；焊接时间短，效率高等等。
42.在本发明的具体实施方式中，所述隔离膜为聚合物膜。进一步的，所述隔离膜为pp膜或pe膜。如在实际操作中，可采用透明的pe材质的隔离膜用于焊接机下模与锂金属负极之间。
43.其中，聚合物膜一方面具有一定强度，使隔离膜可铺设在锂金属负极和焊接机的下模之间；另一方面，粘性较小，不粘连锂金属负极。
44.在本发明的具体实施方式中，所述隔离膜的厚度为30～70μm，优选为50μm。
45.如在不同实施方式中，所述隔离膜的厚度可以示例性的为30μm、40μm、50μm、60μm、70μm等。
46.隔离膜的厚度在上述范围内，一方面可有效防止锂金属负极粘连，另一方面不会影响超声焊接过程。
47.在本发明的具体实施方式中，所述锂金属负极的厚度为20～500μm。
48.如在不同实施方式中，锂金属负极的厚度可以示例性的为20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm等等，但不局限于此，其余在上述范围内的厚度值均可。
49.在本发明的具体实施方式中，所述极耳为镍带。进一步的，所述镍带的厚度为0.08～0.12mm；所述镍带的宽度为2～5mm。
50.如在不同实施方式中，所述镍带的厚度可以示例性的为0.08mm、0.09mm、0.1mm、
0.11mm、0.12mm等，优选为0.1mm；所述镍带的宽度可以示例性的为2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm等。
51.在实际操作中，可依据实际需求选择相应的镍带的规格，采用符合上述厚度范围的镍带，能够兼顾保证极耳的结构稳定性以及与锂金属负极焊接的连接强度。当极耳过宽时会导致焊接过程产生较大的形变，不符合工艺要求，且影响后续应用。
52.在本发明的具体实施方式中，在所述超声焊接后，在所述极耳侧设置有覆盖叠合部的高温胶带；所述叠合部为所述极耳与所述锂金属负极的重叠部分。进一步的，在所述锂金属负极侧设置有覆盖所述叠合部的高温胶带。
53.所述高温胶带的设置，一方面提高锂金属负极与极耳的固定强度，另一方面防止短路，提高得到的锂金属负极极耳焊接结构的安全稳定性。
54.在本发明的具体实施方式中，所述高温胶带的宽度大于所述极耳的宽度。
55.在本发明的具体实施方式中，所述高温胶带包括聚酰亚胺胶带和/或聚对苯二甲酸类胶带。
56.在实际操作中，所述高温胶带的种类不局限于此，能够在高温和电解液环境条件下实现固定和防护的高温胶带均可。
57.在本发明的具体实施方式中，所述超声焊接中，超声时间为50～100ms，固化时间为75～150ms。
58.如在不同实施方式中，所述超声焊接中，超声时间可以示例性的为50ms、60ms、70ms、80ms、90ms、100ms等；固化时间可以示例性的为75ms、80ms、90ms、100ms、110ms、120ms、130ms、140ms、150ms等。
59.在本发明的优选实施方式中，所述超声焊接中，超声时间为75ms，固化时间为90～110ms。
60.采用上述超声焊接参数，能够进一步兼顾保证锂金属负极与极耳之间的焊接强度等。
61.本发明还提供了一种锂金属负极极耳焊接结构。
62.图1为本发明实施例提供的锂金属负极极耳焊接结构的示意图；图2为图1所示的锂金属负极极耳焊接结构的侧视图。如图1～图2所示，本发明提供的锂金属负极极耳焊接结构，包括极耳1和锂金属负极2，极耳1超声焊接连接于锂金属负极2。
63.本发明的锂金属负极极耳焊接结构，无需对极耳1进行包裹或糙化，简化了生产工艺，降低生产成本；并且极耳1与锂金属负极2的焊接牢固，可有效降低接触电阻；使用隔离膜，有效解决了锂金属因粘性不能与极耳进行焊接的问题。
64.进一步的，极耳1超声焊接连接于锂金属负极2，并形成焊印3。焊印3的形状可根据实际需求进行调整，如可以为长方形等。所述极耳焊接结构中，当剥离所述极耳1时，所述极耳1上残留的锂金属负极的尺寸不少于焊印3的面积的2/3。
65.通过超声焊接方式形成上述效果的焊印3，能够兼顾保证锂金属负极2与极耳1的固定强度，并有效减小了接触电阻。
66.在本发明的具体实施方式中，所述极耳侧设置有覆盖叠合部的高温胶带4；所述叠合部为所述极耳与所述锂金属负极的重叠部分。进一步的，所述锂金属负极侧设置有覆盖所述叠合部的高温胶带4。
67.高温胶带的设置可以进一步提高固定强度，并防止短路。
68.在本发明的具体实施方式中，锂金属负极极耳焊接结构中，所述锂金属负极2的厚度为20～500μm。
69.在本发明的具体实施方式中，锂金属负极极耳焊接结构中，所述极耳1为镍带。进一步的，所述镍带的厚度为0.08～0.12mm；所述镍带的宽度为2～5mm。
70.本发明还提供了一种锂金属电池，包括上述任意一种所述锂金属负极极耳焊接结构。
71.进一步的，锂金属电池可以为卷绕电池。锂金属电池的形式不局限于此，还可以采用其它的形式。
72.进一步的，锂金属电池可以为li-lmo电池、li-s电池、li-lfp电池、li-lco电池、li-lto电池和li-ncm电池中的任一种，但不局限于此。
73.进一步的，锂金属电池还包括正极片、正极极耳、隔膜和电解质。其中，正极片的种类、隔膜和电解质的种类可根据实际锂金属电池的种类进行调整选择。
74.进一步的，正极极耳可以为铝带。
75.采用本发明实施例中的锂金属负极极耳焊接结构的锂金属电池，一方面在制备过程中无需对极耳进行包裹或糙化处理，节省锂带降低成本，并简化了工艺；同时由于极耳与锂金属负极之间的焊接连接方式，使极耳与锂金属负极之间的接触电阻降低，有利于锂金属电池的性能发挥，并保证了极耳与锂金属负极之间连接的牢固性，保证电池运行的稳定性。
76.实施例1
77.本实施例提供了一种锂金属负极极耳的焊接方法，包括如下步骤：
78.s1：调整超声焊接机的焊接参数，超声时间为75ms，固化时间为100ms；在焊接机下模上铺设一层厚度为50μm的pe隔离膜，以防止焊接过程中锂金属负极粘到焊接机下模上；然后将厚度为50μm的锂金属负极置于pe隔离膜上；
79.s2：将厚度为0.1mm、宽度为3.5mm的镍极耳置于锂金属负极上方，调整镍极耳与锂金属负极的相对位置；
80.s3：启动超声焊接机，超声波传递能量到极耳和锂金属负极的接触界面，在静压力之下，高频振动动能转化为界面间的摩擦功、形变能及有限温升，在极耳和锂金属负极表面不发生熔化的情况下实现固态焊接。
81.s4：焊接完毕后，关闭超声焊接机，使用高温胶带(如聚酰亚胺胶带)对极耳与锂金属负极重叠部分的叠合部进行固定，得到锂金属负极极耳焊接结构。
82.实施例2
83.本实施例参考实施例1的锂金属负极极耳的焊接方法，区别仅在于：超声焊接机的焊接参数不同。
84.本实施例中，超声时间为50ms，固化时间为150ms。
85.实施例3
86.本实施例参考实施例1的锂金属负极极耳的焊接方法，区别仅在于：超声焊接机的焊接参数不同。
87.本实施例中，超声时间为100ms，固化时间为75ms。
88.实施例4
89.本实施例参考实施例1的锂金属负极极耳的焊接方法，区别仅在于：超声焊接机的焊接参数不同。
90.本实施例中，超声时间为75ms，固化时间为90ms。
91.实施例5
92.本实施例参考实施例1的锂金属负极极耳的焊接方法，区别仅在于：超声焊接机的焊接参数不同。
93.本实施例中，超声时间为75ms，固化时间为110ms。
94.实施例6
95.本实施例参考实施例1的锂金属负极极耳的焊接方法，区别仅在于：锂金属负极的厚度不同。
96.本实施例中，锂金属负极的厚度为20μm。
97.实施例7
98.本实施例参考实施例1的锂金属负极极耳的焊接方法，区别仅在于：镍极耳的尺寸不同。
99.本实施例中，镍极耳的厚度为0.1mm，宽度为2mm。
100.实施例8
101.本实施例参考实施例1的锂金属负极极耳的焊接方法，区别仅在于：镍极耳的尺寸不同。
102.本实施例中，镍极耳的厚度为0.1mm，宽度为5mm。
103.实验例
104.对不同实施例制得的锂金属负极极耳焊接结构手工进行极耳的剥离，对剥离后的极耳上残留的锂金属负极的尺寸进行测量，并计算残留尺寸相对焊印面积的比例，计算结果见表1。
105.表1不同锂金属负极极耳焊接结构剥离极耳后锂金属负极残留情况
106.[0107][0108]
本发明的锂金属负极极耳焊接结构中，当剥离所述极耳时，所述极耳上残留的锂金属负极的尺寸不少于焊印面积的2/3，具有优异的焊接效果。
[0109]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.锂金属负极极耳的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：将隔离膜设置在焊接机的下模上，将锂金属负极、极耳顺次叠合设置在所述隔离膜上，然后将所述极耳、锂金属负极进行超声焊接。2.根据权利要求1所述的锂金属负极极耳的焊接方法，其特征在于，所述隔离膜为聚合物膜；优选的，所述隔离膜为pp膜或pe膜；优选的，所述隔离膜的厚度为30～70μm。3.根据权利要求1所述的锂金属负极极耳的焊接方法，其特征在于，所述锂金属负极的厚度为20～500μm。4.根据权利要求1所述的锂金属负极极耳的焊接方法，其特征在于，所述极耳为镍带；优选的，所述镍带的厚度为0.08～0.12mm；所述镍带的宽度为2～5mm。5.根据权利要求1所述的锂金属负极极耳的焊接方法，其特征在于，在所述超声焊接后，在所述极耳侧设置有覆盖叠合部的高温胶带；所述叠合部为所述极耳与所述锂金属负极的重叠部分；优选的，在所述锂金属负极侧设置有覆盖所述叠合部的高温胶带。6.根据权利要求5所述的锂金属负极极耳的焊接方法，其特征在于，所述高温胶带的宽度大于所述极耳的宽度；优选的，所述高温胶带包括聚酰亚胺胶带和/或聚对苯二甲酸类胶带。7.根据权利要求1所述的锂金属负极极耳的焊接方法，其特征在于，所述超声焊接中，超声时间为50～100ms，固化时间为75～150ms；优选的，所述超声时间为75ms，所述固化时间为90～110ms。8.锂金属负极极耳焊接结构，其特征在于，包括极耳和锂金属负极，所述极耳超声焊接连接于所述锂金属负极。9.根据权利要求8所述的锂金属负极极耳焊接结构，其特征在于，所述极耳侧设置有覆盖叠合部的高温胶带；所述叠合部为所述极耳与所述锂金属负极的重叠部分；优选的，所述锂金属负极侧设置有覆盖所述叠合部的高温胶带；优选的，所述极耳焊接结构中，当剥离所述极耳时，所述极耳上残留的锂金属负极的尺寸不少于焊印面积的2/3。10.锂金属电池，其特征在于，包括权利要求8或9所述的锂金属负极极耳焊接结构。

技术总结
本发明涉及锂金属电池技术领域，尤其是涉及一种锂金属负极极耳的焊接方法及极耳焊接结构、锂金属电池。锂金属负极极耳的焊接方法，包括如下步骤：将隔离膜设置在焊接机的下模上，将锂金属负极、极耳顺次叠合设置在所述隔离膜上，然后将所述极耳、锂金属负极进行超声焊接。本发明的锂金属负极极耳的焊接方法中，通过在锂金属负极侧设置隔离膜，在超声焊接过程中，能够防止焊接过程中锂金属粘连到焊接机下模上，有效解决了锂金属因粘性不能与极耳进行焊接的问题；同时，无需对极耳进行包裹或糙化处理，简化了生产工艺，降低生产成本。降低生产成本。降低生产成本。


技术研发人员：刘晓 黄飞 车勇
受保护的技术使用者：北京恩力动力技术有限公司
技术研发日：2023.04.07
技术公布日：2023/7/20