圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法与流程

1.本发明涉及电池组制造的技术领域，具体而言，涉及圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法。


背景技术：

2.圆柱锂离子电池在制作成电池组过程中，引入半导体行业的铝丝超声波焊接工艺方法实现单颗圆柱锂离子电池串并联，但是由于电池行业内圆柱锂离子电池在出厂前均会喷涂防锈油用于防止电芯生锈，从而导致圆柱锂离子电池正负极会存在一层防锈油层，且单颗圆柱锂离子电池在组装成组的搬运、转移、传递、组装作业过程中会沾染上油渍、汗液、灰尘、脏污杂质等不良异物，上述油渍、汗液、灰尘、脏污杂质都会对圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝超声波焊接产生不良影响，轻则导致虚焊、重则导致铝丝无法焊接到圆柱锂离子电池组电芯正负极上。
3.行业内目前通过在圆柱锂离子电池正负极铝丝超声焊接前使用棉布蘸酒精擦拭圆柱锂离子电池正负极性面的工艺方法提升铝丝超声焊接良率，但目前酒精擦拭的工艺方法往往存在擦拭后无法定量确认擦拭干净与否、甚至存在擦拭后导致圆柱锂离子电池正负极性面二次污染的问题，从而使擦拭后的圆柱锂离子电池组电芯正负极在进行铝丝超声波焊接时的焊接良率提升不明显，甚至焊接良率更低的情况出现。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法，保证圆柱锂离子电池组电芯正负极性面激光清洗洁净，进而提升圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝超声波焊接良率，旨在解决现有技术中酒精擦拭的工艺方法往往存在擦拭后无法定量确认擦拭干净与否、甚至存在擦拭后导致圆柱锂离子电池正负极性面二次污染的问题。
5.本发明是这样实现的，圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法，具体包括如下步骤：
6.s11：将圆柱锂离子电池依次放置于预处理输送带上；
7.s12：调整连续脉冲激光器发射激光能量百分比，并控制连续脉冲激光器发射激光时间，致使预处理输送带上方设置有连续脉冲激光器对圆柱锂离子电池正极性面进行清理；
8.s13：预处理输送带再带动圆柱锂离子电池移动至具有升降功能的移动夹取机构上；
9.s14：移动夹取机构夹取圆柱锂离子电池移动至第二个连续脉冲激光器的正上方，此时第二个连续脉冲激光器对圆柱锂离子电池负极性面进行清理；
10.s15：圆柱锂离子电池负极性面清理后，再将圆柱锂离子电池放置于焊接输送带上进行焊接工序。
11.进一步地，所使用连续脉冲激光器发射激光垂直照射圆柱锂离子电池正极性面与
圆柱锂离子电池负极性面上，所述连续脉冲激光器发射激光能量百分比为40～80％，连续脉冲激光器发射激光时间范围50～100ms。
12.进一步地，所述连续脉冲激光器在发射激光时产生续脉冲激光器发射激光焦点，所述连续脉冲激光器发射激光焦点位于圆柱锂离子电池正极性面或圆柱锂离子电池负极性面间的间距设置为0～0.5mm。
13.进一步地，所述连续脉冲激光器的最大发射功率为20w，并且其实际发射功率为20*调整连续脉冲激光器发射激光能量百分比数值。
14.进一步地，所述移动夹取机构包括固定板，所述固定板的上部设置有滑槽，所述滑槽内设置有滑块。
15.进一步地，所述滑块的中部设置有滑套，所述滑套内套设有液压杆。
16.进一步地，所述滑块的一侧两端均竖直设置有定位板，所述定位板间形成了夹取槽，所述夹取槽内设置有连接板，所述连接板的一侧设置有扭簧销。
17.进一步地，所述扭簧销的两侧铰接有夹臂，两个所述夹臂均呈弧形状设置，且在所述夹臂的内壁上设置有防滑层。
18.进一步地，所述连接板与定位板间贯穿设置有连接销，所述连接销的两侧均延伸至定位板的外侧，且在所述连接销的端头设置有限位头，所述定位板上设置有与连接销相适配的销活动槽。
19.进一步地，两个所述定位板相向的一侧端头均设置有挤压面，所述挤压面在夹臂收缩时会与夹臂相挤压，此时挤压夹臂夹紧完成对圆柱锂离子电池的夹持固定。
20.与现有技术相比
，
本发明提供的圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法，具备以下有益效果：
21.1、通过调节连续脉冲激光器发射激光能量百分比、连续脉冲激光器发射激光时间、连续脉冲激光器发射激光焦点位置控制圆柱锂离子电池正极性面或圆柱锂离子电池负极性面的烧蚀强度，从而保证圆柱锂离子电池组电芯正负极性面激光清洗洁净，进而提升圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝超声波焊接良率；
22.2、使用连续脉冲式激光器发射激光垂直照射圆柱锂离子电池正负极性面的工艺方法，能够快速烧蚀掉残留在圆柱锂离子电池正负极性面上的油渍、汗液、灰尘、脏污杂质等不良异物，从而保证洁净的电芯正负极性面进行铝丝超声波焊接，并且设置的移动夹取机构具有升降功能，利用升高套入圆柱锂离子电池，再进行移动挤压夹紧实现另一电极面的清洁，清洁后再放置于焊接输送带进行下一工序，机械化程度高。
附图说明
23.图1为本发明提出的圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法的流程框图；
24.图2为本发明提出的圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法中预处理设备的示意图；
25.图3为本发明提出的圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法中连续脉冲激光器处理原理图；
26.图4为本发明提出的圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法中移动夹
取机构的结构示意图。
27.图中：1-连续脉冲激光器、2-激光、3-连续脉冲激光器发射激光焦点、4-圆柱锂离子电池正极性面、5-圆柱锂离子电池、6-圆柱锂离子电池负极性面、11-预处理输送带、12-移动夹取机构、121-固定板、122-滑槽、123-滑块、124-液压杆、125-定位板、126-连接板、127-扭簧销、128-夹臂、129-连接销、1210-销活动槽、1211-滑套、13-焊接输送带。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
29.以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
30.本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
31.实施例
32.参照图1-4所示，圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法，具体包括如下步骤：
33.s11：将圆柱锂离子电池5依次放置于预处理输送带11上；
34.s12：调整连续脉冲激光器发射激光能量百分比，并控制连续脉冲激光器发射激光时间，致使预处理输送带11上方设置有连续脉冲激光器1对圆柱锂离子电池正极性面4进行清理；
35.s13：预处理输送带11再带动圆柱锂离子电池5移动至具有升降功能的移动夹取机构12上；
36.s14：移动夹取机构12夹取圆柱锂离子电池5移动至第二个连续脉冲激光器1的正上方，此时第二个连续脉冲激光器1对圆柱锂离子电池负极性面6进行清理；
37.s15：圆柱锂离子电池负极性面6清理后，再将圆柱锂离子电池5放置于焊接输送带13上进行焊接工序，所使用连续脉冲激光器1发射激光2垂直照射圆柱锂离子电池正极性面4与圆柱锂离子电池负极性面6上，连续脉冲激光器发射激光能量百分比为40～80％，连续脉冲激光器发射激光时间范围50～100ms，连续脉冲激光器1在发射激光时产生续脉冲激光器发射激光焦点3，连续脉冲激光器发射激光焦点位于圆柱锂离子电池正极性面4或圆柱锂离子电池负极性面6间的间距设置为0～0.5mm。
38.在本实施例中，连续脉冲激光器1的最大发射功率为20w，并且其实际发射功率为20*调整连续脉冲激光器发射激光能量百分比数值。
39.在本实施例中，移动夹取机构12包括固定板121，固定板121的上部设置有滑槽122，滑槽122内设置有滑块123，滑块123的中部设置有滑套1211，滑套1211内套设有液压杆124，滑块123的一侧两端均竖直设置有定位板125，定位板125间形成了夹取槽，夹取槽内设
置有连接板126，连接板126的一侧设置有扭簧销127，扭簧销127的两侧铰接有夹臂128，两个夹臂128均呈弧形状设置，且在夹臂128的内壁上设置有防滑层。
40.具体的，对于具有升降功能的移动夹取机构12，其液压杆124的末端可以设置在丝杠滑块上实现移动，并且在丝杠滑块上设置升降液压缸即可实现本技术方案移动夹取机构12所达到的效果，这样对于滑块123与滑槽122的配合实现液压杆124在收缩时实现夹臂128的夹取作用，对于升高滑块123与滑槽122并不会完成分离，其设置的滑块123下部是贯穿滑槽122的，所以对于滑块123如何上升，其底部均落在滑槽122内。
41.具体的，对于扭簧销127的两端支撑点位于夹臂128的内侧，这样在夹臂128不受外力时，扭簧销127所作用的力为夹臂128的张力，而在受到挤压时夹臂128会自动夹紧，此时扭簧销127受压发生变形，而在外力撤销后，在扭簧销127作用下，便会再次将夹臂128撑开。
42.在本实施例中，连接板126与定位板125间贯穿设置有连接销129，连接销129的两侧均延伸至定位板125的外侧，且在连接销129的端头设置有限位头，定位板125上设置有与连接销129相适配的销活动槽1210，两个定位板125相向的一侧端头均设置有挤压面，挤压面在夹臂128收缩时会与夹臂128相挤压，此时挤压夹臂128夹紧完成对圆柱锂离子电池5的夹持固定。
43.本技术方案通过调节连续脉冲激光器发射激光能量百分比、连续脉冲激光器发射激光时间、连续脉冲激光器发射激光焦点位置控制圆柱锂离子电池正极性面4或圆柱锂离子电池负极性面6的烧蚀强度，从而保证圆柱锂离子电池组电芯正负极性面激光清洗洁净，使用连续脉冲式激光器1发射激光垂直照射圆柱锂离子电池正负极性面的工艺方法，能够快速烧蚀掉残留在圆柱锂离子电池正负极性面上的油渍、汗液、灰尘、脏污杂质等不良异物，从而保证洁净的电芯正负极性面进行铝丝超声波焊接，并且设置的移动夹取机构12具有升降功能，利用升高套入圆柱锂离子电池5，再进行移动挤压夹紧实现另一电极面的清洁，清洁后再放置于焊接输送带进行下一工序，机械化程度高
。
44.本实施例中，整个操作过程可由电脑控制，加上plc等等，实现自动化运行控制，且在各个操作环节中，可以通过设置传感器，进行信号反馈，实现步骤的依序进行，这些都是目前自动化控制的常规知识，在本实施例中则不再一一赘述。
45.实验例
46.发明人针对本技术方案进行实验，通过制作4个18650圆柱锂离子电池组样品，该4个18650圆柱锂离子电池组样品使用的电芯全部为同一批次电芯，保证全部电芯正负极性面状态相同，然后该4个样品分别按如下工艺方法进行电芯正负极性面清洗和电芯正负极性面铝丝超声焊接，焊接使用同一台铝丝超声焊接机作业，焊接使用的铝丝为同一卷铝丝，作业人员为同一人：
47.样品
①
使用干净棉布蘸99.99％纯度酒精对电芯正负极性面进行擦拭清洁，然后使用铝丝超声焊接机对擦拭后的电芯正负极性面进行铝丝超声焊接；
48.样品
②
使用连续脉冲激光器垂直照射圆柱锂离子电芯正负极，连续脉冲激光器发射激光能量百分比为40％，连续脉冲激光器发射激光时间为100ms，连续脉冲激光器发射激光焦点位于电芯正负极性面之上0mm，然后使用铝丝超声焊接机对擦拭后的电芯正负极性面进行铝丝超声焊接；
49.样品
③
使用连续脉冲激光器垂直照射圆柱锂离子电芯正负极，连续脉冲激光器发
射激光能量百分比为60％，连续脉冲激光器发射激光时间为80ms，连续脉冲激光器发射激光焦点位于电芯正负极面之上0.25mm，然后使用铝丝超声焊接机对擦拭后的电芯正负极性面进行铝丝超声焊接；
50.样品
④
使用连续脉冲激光器垂直照射圆柱锂离子电芯正负极，连续脉冲激光器发射激光能量百分比为80％，连续脉冲激光器发射激光时间为50ms，连续脉冲激光器发射激光焦点位于电芯正负极面之上0.5mm，然后使用铝丝超声焊接机对擦拭后的电芯正负极性面进行铝丝超声焊接；
51.以上4个样品全部完成超声铝丝焊接后，将4个样品依次放入同一台铝丝焊接拉力检测机内进行超声焊接拉力测试，拉力测试合格标准为：铝丝拉力达到250g力时铝丝超声焊接焊脚无任何起翘拉脱断裂判定合格。
52.通过上述样品试验，最后4个样品实施的圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法以及测出的铝丝超声焊接良率见表1。
53.表1：
[0054][0055]
表一中，实验例1是行业传统用于提升圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝超声波焊接良率的工艺方法，其通过干净棉布蘸取99.99％纯度酒精对圆柱锂离子电池组电芯正负极性面进行擦拭后再进行铝丝超声焊接；
[0056]
实验例2的提升圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝超声波焊接良率的工艺方法是使用连续脉冲激光器垂直照射圆柱锂离子电芯正负极，连续脉冲激光器发射激光能量百分比为40％，连续脉冲激光器发射激光时间为100ms，连续脉冲激光器发射激光焦点位于电芯正负极性面之上0mm，然后使用铝丝超声焊接机对擦拭后的电芯正负极性面进行铝丝超声焊接；
[0057]
实验例3的提升圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝超声波焊接良率的工艺方法是使用连续脉冲激光器垂直照射圆柱锂离子电芯正负极，连续脉冲激光器发射激光能量百分比为60％，连续脉冲激光器发射激光时间为80ms，连续脉冲激光器发射激光焦点位于电芯
正负极面之上0.25mm，然后使用铝丝超声焊接机对擦拭后的电芯正负极性面进行铝丝超声焊接；
[0058]
实验例4的提升圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝超声波焊接良率的工艺方法是使用连续脉冲激光器垂直照射圆柱锂离子电芯正负极，连续脉冲激光器发射激光能量百分比为80％，连续脉冲激光器发射激光时间为50ms，连续脉冲激光器发射激光焦点位于电芯正负极面之上0.5mm，然后使用铝丝超声焊接机对擦拭后的电芯正负极性面进行铝丝超声焊接；
[0059]
表一中的铝丝焊接良率结果显示：采样本发明使用连续脉冲激光器垂直照射圆柱锂离子电芯正负极，连续脉冲激光器发射激光能量百分比范围40％～80％，连续脉冲激光器发射激光时间范围50～100ms，连续脉冲激光器发射激光焦点位于电芯正负极面之上0～0.5mm，得到的样品
②③④
圆柱电芯正负极性面铝丝焊接良率98.6～99.5％，对比样品
①
使用行业传统的酒精擦拭圆柱电芯正负极性面再进行铝丝超声焊接良率46.8％有大幅提升，减轻了员工返工返修作业强度，减少了不必要的返工返修时间，降低了生产成本，提高了圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝超声焊接质量。
[0060]
调节连续脉冲激光器发射激光能量百分比、连续脉冲激光器发射激光时间、连续脉冲激光器发射激光焦点位置控制圆柱锂离子电池正极性面4或圆柱锂离子电池负极性面6的烧蚀强度，从而保证圆柱锂离子电池组电芯正负极性面激光清洗洁净，使用连续脉冲式激光器1发射激光垂直照射圆柱锂离子电池正负极性面的工艺方法，能够快速烧蚀掉残留在圆柱锂离子电池正负极性面上的油渍、汗液、灰尘、脏污杂质等不良异物，从而保证洁净的电芯正负极性面进行铝丝超声波焊接。
[0061]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法，其特征在于，具体包括如下步骤：s11：将圆柱锂离子电池依次放置于预处理输送带上；s12：调整连续脉冲激光器发射激光能量百分比，并控制连续脉冲激光器发射激光时间，致使预处理输送带上方设置有连续脉冲激光器对圆柱锂离子电池正极性面进行清理；s13：预处理输送带再带动圆柱锂离子电池移动至具有升降功能的移动夹取机构上；s14：移动夹取机构夹取圆柱锂离子电池移动至第二个连续脉冲激光器的正上方，此时第二个连续脉冲激光器对圆柱锂离子电池负极性面进行清理；s15：圆柱锂离子电池负极性面清理后，再将圆柱锂离子电池放置于焊接输送带上进行焊接工序。2.如权利要求1所述的圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法，其特征在于，所使用连续脉冲激光器发射激光垂直照射圆柱锂离子电池正极性面与圆柱锂离子电池负极性面上，所述连续脉冲激光器发射激光能量百分比为40～80％，连续脉冲激光器发射激光时间范围50～100ms。3.如权利要求2所述的圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法，其特征在于，所述连续脉冲激光器在发射激光时产生续脉冲激光器发射激光焦点，所述连续脉冲激光器发射激光焦点位于圆柱锂离子电池正极性面或圆柱锂离子电池负极性面间的间距设置为0～0.5mm。4.如权利要求3所述的圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法，其特征在于，所述连续脉冲激光器的最大发射功率为20w，并且其实际发射功率为20*调整连续脉冲激光器发射激光能量百分比数值。5.如权利要求1-4任一项所述的圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法，其特征在于，所述移动夹取机构包括固定板，所述固定板的上部设置有滑槽，所述滑槽内设置有滑块。6.如权利要求5所述的圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法，其特征在于，所述滑块的中部设置有滑套，所述滑套内套设有液压杆。7.如权利要求6所述的圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法，其特征在于，所述滑块的一侧两端均竖直设置有定位板，所述定位板间形成了夹取槽，所述夹取槽内设置有连接板，所述连接板的一侧设置有扭簧销。8.如权利要求7所述的圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法，其特征在于，所述扭簧销的两侧铰接有夹臂，两个所述夹臂均呈弧形状设置，且在所述夹臂的内壁上设置有防滑层。9.如权利要求8所述的圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法，其特征在于，所述连接板与定位板间贯穿设置有连接销，所述连接销的两侧均延伸至定位板的外侧，且在所述连接销的端头设置有限位头，所述定位板上设置有与连接销相适配的销活动槽。10.如权利要求9所述的圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法，其特征在于，两个所述定位板相向的一侧端头均设置有挤压面，所述挤压面在夹臂收缩时会与夹臂相挤压，此时挤压夹臂夹紧完成对圆柱锂离子电池的夹持固定。

技术总结
本发明涉及电池组制造的技术领域，公开了圆柱锂离子电池组电芯正负极铝丝焊接预处理方法，具体包括如下步骤：S11：将圆柱锂离子电池依次放置于预处理输送带上；S12：调整连续脉冲激光器发射激光能量百分比，并控制连续脉冲激光器发射激光时间，致使预处理输送带上方设置有连续脉冲激光器对圆柱锂离子电池正极性面进行清理；S13：预处理输送带再带动圆柱锂离子电池移动至具有升降功能的移动夹取机构上。本发明通过调节连续脉冲激光器发射激光能量百分比、连续脉冲激光器发射激光时间、连续脉冲激光器发射激光焦点位置控制圆柱锂离子电池正极性面或圆柱锂离子电池负极性面的烧蚀强度，从而保证圆柱锂离子电池组电芯正负极性面激光清洗洁净。面激光清洗洁净。面激光清洗洁净。


技术研发人员：陈伟 姚纪全 张兵 万里鹏 巫火桂
受保护的技术使用者：东莞市振华新能源科技有限公司
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/8/9