正负极分布两侧的锂离子电池及其制法的制作方法

本申请涉及锂电池生产领域，具体涉及一种正负极分布两侧的锂离子电池及其制法。

背景技术：

锂离子电池结构采用的焊接技术主要超声波焊接与激光焊接，在锂离子电池生产过程中，超声波焊接主要在电芯极耳焊接工序，是将铝箔极耳与铝极柱、铜箔极耳与铜极柱焊接在一起，要求焊接可靠，内阻小；激光焊接主要在壳盖焊接工序，是将壳体与壳盖焊接在一起，要求焊接牢固，密封性好。目前行业电池结构采用的都是超声波焊接方式和激光焊接方式。

超声波焊接是所焊接金属件不能太厚，焊点不能太大，经常出现焊点偏移、漏焊、假焊、焊断、焊接拉力不符合工艺要求等异常现象，直接影响产品的良品率，同时会造成电池性能的一致性较差。

激光焊接会面临焊痕表面凸起问题、气孔问题、炸火问题、内部气泡问题等。表面凸起、气孔、内部气泡是激光焊接的致命伤，很多应用由于这些原因不得不停止或者想办法规避。

更具体地,采用超声波焊接方式焊接和激光焊接的电池结构存在以下缺点：

1)对于厚度较厚的电池，电池里面存在多层铜铝箔，对于多层铜铝箔的预焊和极柱的焊接不能适用超声波焊接，必须分开进行焊接，影响生产效率和增加成本；

2)采用超声波焊接技术的电池结构，铜铝极耳与极柱连接处经常出现漏焊、假焊、焊断、焊接拉力不符合工艺要求等异常现象，并且铜铝箔表面存在少许异常物质时，超声波焊接存在焊接不良和焊不上的问题，这些直接影响电池的良品率，同时会造成电池性能的一致性较差；

3)采用超声波焊接技术的电池结构，铜箔与铜极柱、铝箔与铝极柱超声波焊接后内阻较大，影响电池大倍率充放电性能和安全性能，而且也会占据电池较多的空间，降低电池的容量和能量密度。

4)采用激光焊接技术的电池结构，电池壳体与盖板采用激光焊接后可能会导致凸起，这对后续工艺的装配会有些影响，而且焊接时拐角处最容易出现气孔、炸火、内部气泡等问题，影响密封。

5)采用激光焊接技术的电池结构，要求焊接的安装精度高，光束在工件上的方位不能有偏移，若存在偏移，不仅很容易导致焊接缺陷的产生，而且可能导致激光穿透壳盖进入壳内，导致隔膜穿孔引起短路，导致着火等安全隐患。激光焊接会产生裂纹、残余应力以及变形等，都会导致金属焊接处机械性能的降低，导致密封不良。

6)采用超声波焊接和激光技术的电池结构，设备成本高，一次性高，不利于企业降低成本，提高市场竞争力。

技术实现要素：

本申请的目的是：针对现有技术中采用超声波焊接和激光技术连接电池极耳和极柱、电池壳体和壳盖的问题,本申请提出一种正负极分布两侧的锂离子电池以及这种电池的制法，提高电池生产的效率和良品率，提高电池容量及能量密度，提升焊接质量以及电池倍率放电性能，降低电池生产过程中的设备投入成本。

为了达到上述目的，本申请的技术方案是：

一种正负极分布两侧的锂离子电池，包括:

上下两端均为敞口结构的壳体，

收容于所述壳体内、且其上下两端均分别设有极耳的裸电芯，以及

分别设置于所述壳体上下两端敞口处、且其上设有极柱的两个壳盖；

所述极柱贯通开设有与所述极耳对应的极耳连接孔，所述极耳伸入所述极柱上的所述极耳连接孔中，并且所述极耳与所述极柱通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起；所述壳盖与所述壳体也通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起。

本申请这种锂离子电池在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

所述极柱包括极柱本体和极柱嵌体，所述极柱本体固定于所述壳盖上，所述极耳连接孔开设于所述极柱本体上，所述极柱嵌体嵌入所述极耳连接孔中。

所述极耳伸入所述极柱和所述极耳连接孔孔壁之间的缝隙中。

所述裸电芯由至少两个单电芯并组组合而成。

每个所述壳盖上分别设置有两个所述极柱。

其中一个壳盖上的两个极柱均为正极柱，另外一个壳盖上的两个极柱均为负极柱，所述正极柱为铝极柱，所述负极柱为铜极柱。

所述极柱本体和极柱嵌体通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起。

上述锂离子电池的制作方法，包括：

利用搅拌摩擦焊机采用搅拌摩擦焊接工艺将该锂离子电池的极耳和极柱连接在一起，

利用搅拌摩擦焊机采用采用搅拌摩擦焊接工艺将该锂离子电池的壳盖和壳体连接在一起。

作为优选，对极耳和极柱进行焊接前，将极耳伸入极耳连接孔中，将极柱嵌体嵌入极耳连接孔中，而使极耳夹设在极柱和极耳连接孔孔壁之间的缝隙中，然后将所述搅拌摩擦焊机的搅拌摩擦焊头伸向极耳和极柱的接缝，开启搅拌摩擦焊机而带动搅拌摩擦焊头高频运动，并使搅拌摩擦焊头沿着极耳和极柱的所述接缝移动，从而使极耳和极柱连接在一起。

作为优选，对所述壳盖和壳体进行焊接前，将所述壳盖嵌入所述壳体的敞口内，然后将所述搅拌摩擦焊机的搅拌摩擦焊头伸向所述壳盖和壳体之间的接缝，开启搅拌摩擦焊机而带动搅拌摩擦焊头高频运动，并使搅拌摩擦焊头沿着壳盖和壳体之间的所述接缝移动，从而使壳盖和壳体连接在一起。

本申请采用搅拌摩擦焊接方式将极柱和极耳连接在一起，采用搅拌摩擦焊接方式将壳体和壳盖连接在一起，具有以下优势：

1)可以解决超声波焊接技术存在的弊端：解决多层铜箔与铜极柱，多层铝箔与铝极柱进行焊接的问题；解决极耳焊接经常出现漏焊、假焊、焊断、焊接拉力不符合工艺要求等问题；解决了铜铝箔表面存在少许异常物质时，超声波焊接存在焊接不良和焊不上的问题，这些方面可明显提高生产效率、产品的良品率和一致性；解决了铜箔与铜极柱、铝箔与铝极柱超声波焊接后内阻较大的问题，提高充放电倍率性能；减少超声波焊接所需要占用电池的空间，可提高电池的容量和能量密度。

2)可以解决激光焊接技术存在的弊端：解决电池壳体与盖板采用激光焊接后可能会导致凸起影响装配，焊接时拐角处最容易出现气孔、炸火、内部气泡等影响密封的问题；解决激光穿透壳盖进入壳内，导致隔膜穿孔引起短路，导致着火等安全隐患及会产生裂纹、残余应力以及变形等导致密封不良的问题；

3)解决超声波焊接和激光技术设备投入大，成本高，一般企业难以承受的问题，降低了企业生产成本和提高了市场竞争力。

附图说明

图1为本申请实施例中裸电芯的结构示意图；

图2为本申请实施例中锂离子电池的裸电芯入壳示意图；

图3为本申请实施例中锂离子电池的立体结构示意图；

图4为本申请实施例中锂离子电池的剖面结构示意图；

图5为本申请实施例中极耳和极柱的焊接示意图；

图6为本申请实施例中壳体和壳盖的焊接示意图；

其中：1-壳体，2-裸电芯，3-极耳，4-壳盖，5-极柱，501-极柱本体，502-极柱嵌体，5a-极耳连接孔,6-单电芯，7-搅拌摩擦焊头，8-定位夹具，801-左夹体，802-右夹体。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。本申请可以以多种不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下具体实施方式的目的是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解，其中上、下、左、右等指示方位的字词仅是针对所示结构在对应附图中位置而言。

然而，本领域的技术人员可能会意识到其中的一个或多个的具体细节描述可以被省略，或者还可以采用其他的方法、组件或材料。在一些例子中，一些实施方式并没有描述或没有详细的描述。

此外，本文中记载的技术特征、技术方案还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。因此，附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。

本申请所说“连接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

图1至图6示出了本申请这种正负极分布两侧(即电池的正极和负极分别位于电池的两相对侧)的锂离子电池的一个优选实施例，与传统电池相同的是，其也包括：上下两端均为敞口结构的壳体1、收容于所述壳体内的裸电芯2以及分别设置于所述壳体上下两端敞口处的两个壳盖4。裸电芯2的上下两端均分别设置有极耳3，每个壳盖4上均设置有极柱5。其中一个壳盖4上的极柱5为正极柱，另一个壳盖4上的极柱5为负极柱；位于裸电芯2一端的极耳为正极耳，位于裸电芯2另一端的极耳为负极耳。具体地，在图3中，裸电芯2上端的极耳3为正极耳，裸电芯2下端的极耳为负极耳，位于壳体1上端敞口处的壳盖4上的极柱5为正极柱，位于壳体1下端敞口处的壳盖4上的极柱5为负极柱。

因视角遮挡原因，图3中仅示出了壳体上端的壳盖4和极柱5，未能示出壳体下端的壳盖4和极柱5。

本实施例的关键改进在于，极耳3与极柱5通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起，壳盖4与壳体1也通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起。具体地，极柱5上开设有与极耳3对应的极耳连接孔5a，极耳3伸入极耳连接孔5a中并通过搅拌摩擦焊接工艺连接在一起。

本实施例中，所述极柱5包括极柱本体501和极柱嵌体502，其中极柱本体501直接固定于壳盖4上，上述极耳连接孔5a开设于极柱本体501上，极柱嵌体502嵌入所述极耳连接孔5a中。

进一步地，上述极耳3伸入所述极柱5和所述极耳连接孔5a孔壁之间的缝隙中。

本实施例中，上述裸电芯2由多个单电芯6(本实施例具体为四个，如图1)并组组合而成。

每个壳盖4上分别设置两个极柱5，即该电池共具有两个正极柱和两个负极柱。其中，正极柱为铝极柱，与之对应连接的正极耳为铝极耳。负极柱为铜极柱，与之对应连接的负极耳为铜极耳。

本实施例中，壳体1的外轮廓为长方体结构，其上下两端的敞口均为矩形敞口，壳盖4为矩形板结构。

再参照图1至图6所示，现将本实施例这种锂离子电池的制作方法简单介绍如下：

该锂离子电池制作方法的最关键改进在于：利用搅拌摩擦焊机采用搅拌摩擦焊接工艺将该锂离子电池的极耳3和极柱5连接在一起，同时利用搅拌摩擦焊机采用采用搅拌摩擦焊接工艺将该锂离子电池的壳盖4和壳体1连接在一起。

具体地，对所述极耳3和极柱5进行焊接前，利用工装使极耳3伸入极柱5上的极耳连接孔5a中，将极柱嵌体502嵌入极耳连接孔5a中,而使极耳3夹设在极柱5和极耳连接孔5a孔壁之间的缝隙中，然后将搅拌摩擦焊机的搅拌摩擦焊头伸向极耳3和极柱5的接缝(显然，因为极耳3和极柱5为分体部件，当极耳3伸入极柱5内，自然会在极耳3和极柱5之间形成接缝)，开启搅拌摩擦焊机而带动搅拌摩擦焊头高频运动，并使搅拌摩擦焊头沿着所述极耳3和极耳5的缝隙移动，从而使极耳3和极柱5连接在一起。并且我们还利用所述搅拌摩擦焊机极柱嵌体502和极柱本体501焊接在一起。对壳盖4和壳体1进行焊接前，利用工装将壳盖4嵌入壳体1的敞口内(显然，因为壳盖4和壳体1为分体部件，当壳盖4嵌入壳体1的敞口内后，会在壳盖4和壳体1之间形成接缝，该条接缝在图6的俯视方向为闭合的矩形环结构)，将搅拌摩擦焊机的搅拌摩擦焊头7伸向所述接缝，开启搅拌摩擦焊机而带动搅拌摩擦焊头高频运动，并使搅拌摩擦焊头沿着接缝移动，从而使壳盖4和壳体1连接在一起。

更具体地，正极片、负极片和隔膜通过卷绕机或叠片机制成单电芯6，单电芯6通过并组组合得到工艺要求的裸电芯2，然后将裸电芯2入到壳体1中，将壳盖4装入壳体1，使裸电芯2两侧的极耳3伸入壳盖4上极柱5的极耳连接孔5a中，将极柱嵌体502嵌入极耳连接孔5a中,而使极耳3夹在极柱5和极耳连接孔5a孔壁之间的缝隙中。利用定位夹具8固定住壳体1和壳盖4的相对位置，定位完成后把极耳3与极柱5的焊接位置正对着搅拌摩擦焊头7(定位夹具8将壳体1和壳盖4固定牢靠)，启动搅拌摩擦焊头7，开始沿预定轨迹进行焊接。待极耳3与极柱5焊接完成后，同样利用上述定位夹具8固定住壳体1和壳盖4的相对位置，并将壳体1和壳盖4的焊接位置(二者间的接缝)正对着搅拌摩擦焊头7(定位夹具8将壳体1和壳盖4固定牢靠)，启动搅拌摩擦焊头7，开始沿预定轨迹进行焊接。

焊接完成后取出电池进行密封和熔深测试。

上述定位夹具8包括左夹体801和右夹体802，左夹体801和右夹体802的相对侧均分别开设有向内延伸的矩形卡槽，矩形卡槽的尺寸与壳体1相适配。实际应用时，左夹体801上的矩形卡槽卡住壳体1的左侧部，右夹体802上的矩形卡槽卡住壳体1的右侧部，左夹体801和右夹体802相互靠近而将壳体1夹紧固定，而且壳体1受到左夹体801和右夹体802的加紧力而将其内的壳盖4也夹紧固定住，进而保证了在焊接过程中壳体1和壳盖4相对位置的稳定性。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。