一種軟包鋁殼電芯封邊的激光精密焊接方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種軟包鋁殼電芯封邊的激光精密焊接方法，包括：將待封邊焊接的兩個(gè)電芯軟包鋁塑復(fù)合膜按照封邊焊接位置，使PP內(nèi)層相對(duì)貼合放置；在上尼龍層之上增設(shè)透明玻璃層，并填充薄層冷卻液體，使兩者隔離；施加壓力使各層接觸緊密；使用激光束從透明玻璃層的上方入射，激光束聚焦在上鋁層的表面，使上PP層和下PP層熔化；停止照射或移開激光束，熔化的上PP層和下PP層迅速降溫凝固實(shí)現(xiàn)牢固緊密封邊。本發(fā)明利用鋁箔中間層的吸收激光、快速升溫及熱傳導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)PP層熔化而尼龍外層不熔化的工藝效果，輔以外加壓力作用下，實(shí)現(xiàn)了上下部鋁塑復(fù)合膜PP內(nèi)層的激光精密焊接。該激光精密焊接具有封邊寬度窄、密封質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種軟包鋁殼電芯封邊的激光精密焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于激光精密加工領(lǐng)域，具體涉及一種軟包鋁殼電芯封邊的激光精密焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，鋰離子電池應(yīng)用越來越廣泛，以包裝殼體為標(biāo)準(zhǔn)可以大致分為三類，用柱狀不銹鋼的18650圓柱電池、用鋁殼和不銹鋼殼的方型電池以及用鋁塑膜的軟包電池。鋁塑軟包裝的鋰電池有別于傳統(tǒng)液態(tài)電芯的金屬外殼，一旦發(fā)生安全隱患，傳統(tǒng)液態(tài)電芯容易爆炸，而聚合物電芯最多只會(huì)氣鼓，不會(huì)產(chǎn)生任何有害人身和財(cái)產(chǎn)安全的問題。原因在于軟包的鋁塑膜有一定的延展性，脹氣等情況的時(shí)候可以提供相對(duì)大的緩沖空間，所以不會(huì)那么容易爆。其次，當(dāng)氣體不斷增多，鋁塑膜受力拉伸，PP之間的粘合可能會(huì)被拉開撕裂，就會(huì)容易在爆破閥值到之前先釋放了氣體，從而防止了爆炸。再者，軟包電芯的氣體增多時(shí)，容易導(dǎo)致內(nèi)部的正負(fù)極片分離的很開，使得反應(yīng)慢，甚至停止，從而防止了爆炸。受益于國(guó)內(nèi)手機(jī)、筆記本電腦、移動(dòng)終端產(chǎn)品、數(shù)碼相機(jī)等對(duì)鋰電池需求的快速增長(zhǎng)，鋁塑復(fù)合膜的市場(chǎng)不斷壯大。
[0003]目前市售的電芯軟包鋁塑復(fù)合膜結(jié)構(gòu)為:內(nèi)層聚烯烴(PP)基材，中間層鋁箔和外層尼龍薄膜，即PP層+鋁層+尼龍層，每層之間通過粘接性助劑復(fù)合。表層尼龍層為裝飾性層，也起保護(hù)鋁層不被刮傷之作用；中間為形態(tài)成型和防止水分侵入的鋁層；內(nèi)層PP樹脂層為耐電解液層。從外觀上看，亮的那面是鋁層，是包電芯的，是里層，發(fā)暗的那面是尼龍層，是表層。電芯軟包鋁塑復(fù)合膜技術(shù)指標(biāo)包括:外觀、厚度、阻隔性、冷沖壓成型性、熱封強(qiáng)度、耐水泡性能、電絕緣性、內(nèi)膜耐穿刺性能、耐電解液穩(wěn)定性、電性能等。
[0004]軟包鋁殼電芯在加工過程中需要對(duì)軟包鋁塑復(fù)合膜進(jìn)行封口，目前一般都是采用熱壓焊接法，即采用加熱到特定溫度的刀型壓頭上下按壓封邊部位，通過熱傳導(dǎo)使得兩層鋁塑復(fù)合膜的PP內(nèi)層發(fā)生熔化而粘結(jié)在一起。但是現(xiàn)有的封口機(jī)在軟包封口過程中，容易使得軟包封口處出現(xiàn)氣泡導(dǎo)致軟包密封性下降影響軟包鋰電池使用壽命;其次，現(xiàn)有的封口機(jī)在軟包封口過程中軟包封口處容易出現(xiàn)毛邊，在影響軟包鋰電池美觀的同時(shí)亦會(huì)影響軟包封口處的粘結(jié)從而影響其密封性;再者，熱壓焊接法依靠緩慢升溫升壓熱合，制作過程較長(zhǎng)，并且由于長(zhǎng)時(shí)間高溫烘烤作用，使鋁層脆化，從而導(dǎo)致密封性能劣化。最后，現(xiàn)有的封口機(jī)受限于刀型壓頭尺寸以及上述的封邊焊接問題，一般封邊寬度設(shè)計(jì)得較大，在相同面積軟包電芯情況下占去了一部分軟包鋁殼電芯的內(nèi)部容量，造成容量損失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種具有封邊寬度窄、密封質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高的軟包鋁殼電芯封邊的激光精密焊接方法。
[0006]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種軟包鋁殼電芯封邊的激光精密焊接方法，包括如下步驟:
[0008](I)將待封邊焊接的兩個(gè)電芯軟包鋁塑復(fù)合膜按照封邊焊接位置，使PP內(nèi)層相對(duì)貼合放置，即由下至上依次為下尼龍層、下鋁層、下PP層、上PP層、上鋁層和上尼龍層;其中下尼龍層和上尼龍層的厚度均為10?ΙΟΟμ??，下招層和上招層的厚度均為10?ΙΟΟμ??，下PP層和上PP層的厚度均為20?150μπι;
[0009]所述尼龍層對(duì)后面步驟(4)中所用的激光束透射率大于80%;
[0010](2)在上尼龍層之上增設(shè)一透明玻璃層，并在上尼龍層與透明玻璃層之間填充一個(gè)薄層冷卻液體，使兩者隔離；
[0011]所述透明玻璃層是指對(duì)后面步驟(4)中所用的激光束透明，即透射率大于90%;所述薄層冷卻液體同樣要求對(duì)后面步驟(4)中所用的激光束透明，即透射率大于90% ;
[0012](3)施加壓力使上下電芯軟包鋁塑復(fù)合膜接觸緊密，接觸應(yīng)力大于lN/cm2;
[0013](4)使用激光束從透明玻璃層的上方入射，激光束透過透明玻璃層、薄層冷卻液體和上尼龍層，聚焦在上鋁層的表面，上鋁層吸收激光，熱傳導(dǎo)至上PP層和下PP層，使上PP層和下PP層熔化；
[0014](5)停止照射或移開激光束，熔化的上PP層和下PP層迅速降溫凝固實(shí)現(xiàn)牢固緊密封邊；
[0015](6)重復(fù)步驟(4)-(5)，使激光束連續(xù)移動(dòng)掃描可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡焊接。
[0016]進(jìn)一步的，步驟(4)中還包括:使用另一激光束同時(shí)從下尼龍層的下方入射，激光束透過下尼龍層，聚焦在下鋁層的表面，下鋁層吸收激光，熱傳導(dǎo)至下PP層和上PP層，使下PP層和上PP層熔化;即上下同時(shí)進(jìn)行激光焊。
[0017]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0018]1、目前尚未見到利用激光焊接進(jìn)行鋁塑復(fù)合膜封邊的報(bào)道，本發(fā)明采用激光透射上部鋁塑復(fù)合膜的尼龍外層，直接作用在鋁箔中間層上，使得鋁箔吸收激光能量快速升溫，并熱傳導(dǎo)至PP內(nèi)層以及與之貼合的下部鋁塑復(fù)合膜的PP內(nèi)層，使上下部鋁塑復(fù)合膜的PP內(nèi)層快速熔化，同時(shí)在外加壓力作用下，實(shí)現(xiàn)上下部鋁塑復(fù)合膜PP內(nèi)層的牢固焊接。本發(fā)明巧妙利用了鋁塑復(fù)合膜的材料物理特性，尼龍外層對(duì)常見紅外、可見光波段的激光束的較好透射特性(一般透射率大于80% )，以及尼龍外層較高的熔點(diǎn)(一般350度以上)與PP內(nèi)層較低的熔點(diǎn)(一般低于200度)偏差特點(diǎn)，利用鋁箔中間層的吸收激光、快速升溫及熱傳導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)PP層熔化而尼龍外層不熔化的工藝效果，輔以外加壓力作用下，實(shí)現(xiàn)了上下部鋁塑復(fù)合膜PP內(nèi)層的激光精密焊接。
[0019]2、相比傳統(tǒng)的熱壓焊接法，本發(fā)明的激光精密焊接方法加熱非?？焖?，焊接效率高，并且避免了傳統(tǒng)熱壓焊長(zhǎng)時(shí)間高溫烘烤使鋁層脆化的技術(shù)問題。
[0020]3、本發(fā)明巧妙利用了玻璃板的均勻施壓作用、以及冷卻液體的隔離與散熱作用，防止尼龍層自身輕微吸收激光以及受鋁箔熱傳導(dǎo)導(dǎo)致升溫過高易發(fā)生的粘連、過燒現(xiàn)象，并且玻璃板壓力均勻，避免了封口產(chǎn)生毛邊、氣泡的問題，該方法適用于具有類似的多層膜組合材料的激光精密焊接，適用度很廣。
[0021]4、由于本發(fā)明的激光精密焊接的封邊質(zhì)量高，從而可以使得封邊寬度大大減小，相同尺寸軟包電芯情況下，節(jié)省了封邊面積從而提升電芯面積(即電芯容量)，并且調(diào)節(jié)封邊寬度不需要像傳統(tǒng)熱壓焊那樣更換刀型熱壓頭，封邊寬度由激光束光斑直徑?jīng)Q定，調(diào)節(jié)方便，成本低。
[0022]5、相比傳統(tǒng)的熱極板壓焊，激光焊接精密程度高，生產(chǎn)效率高，自動(dòng)化程度更高。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明所述軟包鋁殼電芯封邊的焊接結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0025]本發(fā)明提供了一種軟包鋁殼電芯封邊的激光精密焊接方法，包括如下步驟:
[0026](I)如圖1所示，在工作臺(tái)10上，將待封邊焊接的兩個(gè)電芯軟包鋁塑復(fù)合膜按照封邊焊接位置，使PP內(nèi)層相對(duì)貼合放置，即由下至上依次為下尼龍層1、下鋁層2、下PP層3、上PP層4、上招層5和上尼龍層6;其中下尼龍層I和上尼龍層6的厚度均為10?ΙΟΟμπι，下招層2和上鋁層5的厚度均為10?ΙΟΟμπι，下PP層3和上PP層4的厚度均為20?150μπι。
[0027]所述電芯軟包鋁塑復(fù)合膜為成品，包括內(nèi)層聚烯烴(PP)基材、中間層鋁箔和外層尼龍薄膜，即PP層+鋁層+尼龍層，每層之間通過粘接性助劑復(fù)合。
[0028]所述下尼龍層I和上尼龍層6對(duì)后面步驟(4)中所用的激光束透射率大于80%。
[0029](2)在上尼龍層6之上增設(shè)一透明玻璃層7，并在上尼龍層6與透明玻璃層7之間填充一個(gè)薄層冷卻液體8(例如水)，使兩者隔離；
[0030]所述透明玻璃層7是指對(duì)后面步驟(4)中所用的激光束透明，即透射率大于90%;所述薄層冷卻液體8同樣要求對(duì)后面步驟(4)中所用的激光束透明，即透射率大于90%。
[0031]這種設(shè)置方式充分利用了透明玻璃層7的均勻施壓作用、以及薄層冷卻液體8的隔離與散熱作用，可以防止在后續(xù)激光照射過程中上尼龍層6自身輕微吸收激光以及受上鋁層5熱傳導(dǎo)導(dǎo)致升溫過高易發(fā)生的粘連、過燒現(xiàn)象;并且透明玻璃層7壓力均勻，可以避免封口產(chǎn)生毛邊、氣泡的問題。
[0032](3)施加壓力使上下兩個(gè)電芯軟包鋁塑復(fù)合膜接觸緊密，接觸應(yīng)力大于lN/cm2;
[0033](4)使用激光束9從透明玻璃層7的上方入射，激光束透過透明玻璃層7、薄層冷卻液體8和上尼龍層6，聚焦在上鋁層5的表面，上鋁層5吸收激光，熱傳導(dǎo)至上PP層4和下PP層3，使上PP層4和下PP層3熔化(溫度大于185度)；
[0034](5)停止照射或移開激光束9，熔化的上PP層4和下PP層3迅速降溫凝固實(shí)現(xiàn)牢固緊密封邊;現(xiàn)有技術(shù)中采用熱極板壓焊方法時(shí)封邊寬度約為3±0.2_，而本發(fā)明中激光精密封邊可實(shí)現(xiàn)寬度在0.2mm?Imm之間。
[0035](6)重復(fù)步驟(4)-(5)，使激光束連續(xù)移動(dòng)掃描可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡焊接。
[0036]優(yōu)選的，本發(fā)明所述的激光精密焊接方法還可以在下尼龍層I的下方增加一個(gè)激光束，上下同時(shí)激光焊接。即步驟(4)中還包括:使用另一激光束9同時(shí)從下尼龍層I的下方入射，激光束9透過下尼龍層I，聚焦在下鋁層2的表面，下鋁層2吸收激光，熱傳導(dǎo)至下PP層3和上PP層4，使下PP層3和上PP層4熔化。這種上下同時(shí)進(jìn)行激光焊的方式，可以顯著加快軟包鋁殼電芯封邊的速度，提高工作效率。
[0037]本發(fā)明可改變?yōu)槎喾N方式對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的，這樣的改變不認(rèn)為脫離本發(fā)明的范圍。所有這樣的對(duì)所述領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的修改，將包括在本權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種軟包鋁殼電芯封邊的激光精密焊接方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將待封邊焊接的兩個(gè)電芯軟包鋁塑復(fù)合膜按照封邊焊接位置，使PP內(nèi)層相對(duì)貼合放置，即由下至上依次為下尼龍層(I)、下鋁層(2)、下PP層(3)、上PP層(4)、上鋁層(5)和上尼龍層(6);其中下尼龍層(I)和上尼龍層(6)的厚度均為10?ΙΟΟμπι，下鋁層(2)和上鋁層(5)的厚度均為10?ΙΟΟμπι，下PP層(3)和上PP層(4)的厚度均為20?150μπι; 所述下尼龍層(I)和上尼龍層(6)對(duì)后面步驟(4)中所用的激光束透射率大于80%; (2)在上尼龍層(6)之上增設(shè)一透明玻璃層(7)，并在上尼龍層(6)與透明玻璃層(7)之間填充一個(gè)薄層冷卻液體(8)，使兩者隔離； 所述透明玻璃層(7)是指對(duì)后面步驟(4)中所用的激光束透明，即透射率大于90%;所述薄層冷卻液體同樣要求對(duì)后面步驟(4)中所用的激光束透明，即透射率大于90% ; (3)施加壓力使上下兩個(gè)電芯軟包鋁塑復(fù)合膜接觸緊密，接觸應(yīng)力大于lN/cm2; (4)使用激光束(9)從透明玻璃層(7)的上方入射，激光束(9)透過透明玻璃層(7)、薄層冷卻液體(8)和上尼龍層(6)，聚焦在上鋁層(5)的表面，上鋁層(5)吸收激光，熱傳導(dǎo)至上PP層(4)和下PP層(3)，使上PP層(4)和下PP層(3)熔化； (5)停止照射或移開激光束(9)，熔化的上PP層(4)和下PP層(3)迅速降溫凝固實(shí)現(xiàn)牢固緊密封邊； (6)重復(fù)步驟(4)-(5)，使激光束連續(xù)移動(dòng)掃描可實(shí)現(xiàn)連續(xù)軌跡焊接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟包鋁殼電芯封邊的激光精密焊接方法，其特征在于，步驟(4)中還包括:使用另一激光束(9)同時(shí)從下尼龍層(I)的下方入射，激光束(9)透過下尼龍層(I)，聚焦在下鋁層(2)的表面，下鋁層(2)吸收激光，熱傳導(dǎo)至下PP層(3)和上PP層(4)，使下PP層(3)和上PP層(4)熔化;即上下同時(shí)進(jìn)行激光焊。
【文檔編號(hào)】H01M2/08GK105914389SQ201610442921
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月17日
【發(fā)明人】于艷玲
【申請(qǐng)人】溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院