蓄電池制造
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種制造蓄電池的方法。本發(fā)明提供了包括陰極和陰極極耳的陰極組件。將所述陰極極耳焊接到蓄電池的正端子。焊接以圓周運動進行。
【專利說明】
蓄電池制造
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及蓄電池制造，并且更具體地涉及將陰極焊接到蓄電池的一部分，從而在成品蓄電池中形成電連通的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]蓄電池一般包括設(shè)置在常常被稱為“罐”或“殼體”的外殼中的陰極、陽極和電解質(zhì)。
[0003]在一些情況下，陰極能夠以包含固體的漿料的形式制備，該固體包括陰極活性材料、導(dǎo)電性碳粒和粘結(jié)劑。添加溶劑以溶解粘結(jié)劑并提供固體組分在漿料中良好的分散性及混合性。將陰極漿料涂覆到薄導(dǎo)電基底的一側(cè)或兩側(cè)上，并且隨后進行干燥以蒸發(fā)溶劑并在基底的一側(cè)或兩側(cè)上留下干燥的陰極涂層，從而形成陰極復(fù)合材料片材。
[0004]電池的電極組件由一片陽極材料(例如鋰)、包含陰極活性材料的陰極復(fù)合材料片材、以及陽極與陰極之間的分隔體形成?？蓪㈦姌O組件螺旋卷繞并插入電池殼體中，例如美國專利4，707，421中所示。陽極片的一部分(例如，陽極極耳)通常電連接到電池殼體，其形成電池的負端子。使用與殼體絕緣的端帽來封閉電池。從陰極復(fù)合材料片材延伸的陰極極耳例如通過焊接來電連接到形成電池的正端子的端帽。通常將殼體卷曲在端帽的周邊邊緣上方以密封殼體的開口端。
[0005]在一些情況下，難以將陰極極耳焊接到端帽。例如，如果陰極極耳和端帽由鋁制成，則難以將組件焊接在一起而不焊透相對薄的層，從而形成差強度的焊縫而導(dǎo)致陰極極耳的損壞和斷裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了制造蓄電池的方法。該方法包括提供蓄電池外殼，該蓄電池外殼包括外殼主體和限定蓄電池正端子的部分;提供電極組件，該電極組件包括陰極和陰極極耳，該陰極極耳被構(gòu)造成允許陰極連接到蓄電池正端子；以及將陰極極耳和蓄電池正端子焊接在一起，所述焊接以圓周運動進行。
[0007]本發(fā)明還以使用本文所公開的方法來制造的蓄電池為特征。
[0008]本發(fā)明一個或多個實施例的細節(jié)示出于附圖和以下說明中。通過說明書和附圖并通過權(quán)利要求書，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將顯而易見。
【附圖說明】
[0009]圖1是圓柱形蓄電池的上部部分的剖視圖。
[0010]圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的過程的流程圖。
[0011]圖3是焊接到蓄電池正端子的陰極極耳的平面圖。
[0012]圖4是焊接到蓄電池正端子的陰極極耳的剖視圖。
【具體實施方式】
[0013]在本文所公開的方法中，使用圓周運動將陰極極耳和蓄電池的一部分焊接在一起以提供在兩部分之間形成的可靠的高強度焊接。
[0014]蓄電池或電池10的示例示于圖1中。電池10包括外殼主體或“罐”20、陽極片材12(該片材可例如包含鋰金屬或其它陽極活性材料)、分隔體14、和陰極片材16。該陰極片材16包含陰極活性材料。如果陽極包含鋰金屬，則陰極活性材料可例如是二硫化鐵(FeS2)。在一些具體實施中，陽極、陰極和分隔體限定了一種螺旋卷繞電極組件25，如圖所示，該螺旋卷繞電極組件能夠通過將扁平電極復(fù)合材料螺旋卷繞而制備。電池還包括電解質(zhì)。
[0015]電池10可為圓柱形，或者可為螺旋卷繞扁平電池或棱柱狀電池的形式，例如具有總體立方體形狀的矩形電池。對于螺旋卷繞電池，外殼20的優(yōu)選的形狀是圓柱形，如圖1所不O
[0016]在一些具體實施中，將陰極活性材料涂覆在陰極基底例如鋁箔或不銹鋼上以形成陰極復(fù)合材料片材。在一些具體實施中，陰極基底可用作集流體。然后將陰極極耳58(可例如由鋁1145形成)附接(例如超聲波焊接)到陰極基底。陰極極耳可具有任何期望的尺寸。陰極極耳的尺寸可為，例如約50mm至60mm長、4mm至6mm寬、和0.05mm至0.15mm厚，例如0.09mm至0.1lmm厚。選擇厚度以有利于加工以及增強產(chǎn)品的載流能力。優(yōu)選使用鋁，這歸因于鋁的正極性并且因為在使用時鋁在遇到的電勢下在電化學(xué)上是穩(wěn)定的。在一些具體實施中，陰極極耳位于陰極的前緣。然而，極耳可位于沿陰極長度的任意位置。可期望將陰極極耳和陽極極耳設(shè)置在電極組件的相對的兩端，因為這提供均勻的電流分布，并因此提供沿整個電極組件的長度的均勻放電。
[0017]在電池組合期間，將陰極極耳58連接到蓄電池10的正端子60。正端子60包括組件，該組件包括多個部件。正端子60的部件中的一個是接觸杯體27。接觸杯體27可由例如鋁5052H34制成，并且一般包括安全排氣孔。例如，通過激光焊接將鋁陰極極耳58焊接到該接觸杯體27。
[0018]陰極極耳58和陰極極耳所焊接到的接觸杯體27兩者一般相對薄，使得它們尤其容易因焊接而造成損壞。例如，陰極極耳58的厚度介于約0.05mm和0.2mm之間，優(yōu)選地厚度為約0.1mm，同時陰極極耳所焊接到的接觸杯體27的厚度介于約0.2mm和0.5mm之間，優(yōu)選地厚度為約0.3mm。
[0019]圖2示出用于將陰極極耳58焊接到接觸杯體27(或者焊接到蓄電池的任何其它適合的區(qū)域)的過程。首先，在步驟100中，提供蓄電池外殼。蓄電池外殼包括外殼主體和蓄電池正端子。接著，在步驟102中，提供電極組件。電極組件包括陰極和陰極極耳，該陰極極耳被構(gòu)造成允許陰極連接到蓄電池正端子。電極組件還可包括陽極和分隔體。另選地，根據(jù)蓄電池構(gòu)造，可單獨提供陽極和分隔體。將電極組件組裝到罐或其它合適的外殼中，并且提供端帽組件，該端帽組件用于密封成品蓄電池中的外殼并形成蓄電池的正端子。
[0020]最后，在步驟104中，將陰極極耳與接觸杯體(或者蓄電池正端子的其它區(qū)域)焊接在一起。焊接使用從纖維激光器發(fā)射的激光束來執(zhí)行。陰極極耳和蓄電池正端子的焊接以圓周運動進行。
[0021 ] 合適的纖維激光器是可以商品名TruFiber 200從Trumpf商購獲得的激光系統(tǒng)。纖維激光器可例如產(chǎn)生具有介于約5微米和約50微米之間的直徑的光束，在介于約50W和約200W之間的功率下運行。光束以介于約I OOmm/秒和100mm/秒之間的速率，優(yōu)選地以約500mm/秒的速率運動。
[0022]優(yōu)選地，在焊接之前，基本上清潔整個焊接區(qū)域。如果需要，在焊接之前，可清潔陰極極耳的整個區(qū)域和/或接觸杯體的整個區(qū)域。
[0023]現(xiàn)在參見圖3和圖4，存在示出的焊接到蓄電池正端子的接觸杯體27的陰極極耳58。陰極極耳58利用焊縫70焊接到接觸杯體27。焊縫70通過使纖維激光器以圓周運動而運動來形成。圓周運動可以寬范圍的直徑(優(yōu)選地介于約100微米和約1000微米之間的范圍)進行。如可見到，焊縫70包括第一圓形焊縫72。圓形焊縫72具有約300微米的直徑。圓形焊縫72可以單個圓周運動形成或通過多個重復(fù)圓周運動形成。然后將纖維激光器調(diào)節(jié)成第二較小直徑以形成第二圓形焊縫74，該第二圓形焊縫具有小于第一圓形焊縫72的直徑的直徑。第二圓形焊縫74具有約200微米的直徑。圓形焊縫74可以單個圓周運動形成或通過多個重復(fù)圓周運動形成。然后將纖維激光器調(diào)節(jié)成第三較小直徑以形成第三圓形焊縫76，該第三圓形焊縫具有小于第二圓形焊縫74的直徑的直徑。第三圓形焊縫76具有約100微米的直徑。圓形焊縫76可以單個圓周運動形成或通過多個重復(fù)圓周運動形成。焊縫優(yōu)選地彼此充分間隔開以允許熱從每個焊縫流動。
[0024]雖然焊縫70以三種圓形焊縫示出，但可使用任何數(shù)目的圓形焊縫以確保將陰極極耳固定到蓄電池正端子。
[0025]由于多個圓周焊接運動，焊縫70具有提供強焊接的基本上均勻的深度80。焊縫70的深度80優(yōu)選地介于約0.1mm和約0.3mm之間，優(yōu)選地為約0.15mm。
[0026]已對本發(fā)明的許多實施例進行了描述。然而應(yīng)當理解，在不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的情況下下，可以作出各種修改。
[0027]電池可具有任何尺寸，例如，AAAA(40.2X8.4mm)、AAA(44.5X10.5mm)、AA(50X14111111)、(:(49.2\25.5111111)或0(60.5\33.2111111)尺寸。電池10還可為“2/3八”電池(33.5 X
16.2mm)或CR2電池(26.6X15.3mm)。
[0028]盡管上文討論的是具有單個陽極極耳和單個陰極極耳的電池結(jié)構(gòu)，但是，在一些具體實施中可使用多個陽極極耳和/或多個陰極極耳，例如在期望獲得高耗用電流時。
[0029]已經(jīng)在將陰極極耳焊接到蓄電池正端子(其中各自由鋁構(gòu)成)的情況下討論了本發(fā)明的方法。此外，當前方法可對于其它非鐵金屬焊接進行并且具體地在蓄電池和蓄勢器的情況下進行。
[0030]應(yīng)該理解，在整個該說明書中給出的每一最大數(shù)值限度包括每一更低數(shù)值限度，如同此類更低數(shù)值限度在本文中明確地寫出。在整個該說明書中給出的每一最小數(shù)值限度包括每一更高數(shù)值限度，如同此類更高數(shù)值限度在本文中明確地寫出。在整個說明書中給出的每一數(shù)值范圍包括落入此類更寬數(shù)值范圍內(nèi)的每一更窄數(shù)值范圍，如同此類更窄數(shù)值范圍在本文全部明確地寫出。
[0031]除非另外指明，否則本文說明書、實例和權(quán)利要求書中所有的份數(shù)、比率和百分比均按重量計，并且所有數(shù)值限制以本領(lǐng)域所提供的標準精度來使用。另外，如本文所用，在組被描述成“由組成員的列表組成”的情況下，組還可“基本上由組成員的列表組成”或“由組成員的列表組成”。
[0032]應(yīng)當了解，本文所公開的量綱和值不旨在嚴格限于所引用的精確值。相反，除非另外指明，否則每個這樣的量綱旨在表示所述值以及圍繞該值功能上等同的范圍兩者。例如，公開為“40mm”的量綱旨在表示“約40mm”。
[0033]除非明確地排除或換句話講有所限制，本文中引用的每一篇文獻，包括任何交叉引用或相關(guān)專利或?qū)＠暾堃约氨旧暾垖ζ湟髢?yōu)先權(quán)或其有益效果的任何專利申請或?qū)＠鶕?jù)此全文以引用方式并入本文。任何文獻的引用不是對其相對于任何本發(fā)明所公開的或本文受權(quán)利要求書保護的現(xiàn)有技術(shù)的認可，或不是對其單獨地或以與任何其它參考文獻或多個參考文獻的組合提出、建議或公開了此類發(fā)明的認可。此外，當此文獻中術(shù)語的任何含義或定義與以引用方式并入的文獻中相同術(shù)語的任何含義或定義相沖突時，應(yīng)以此文獻中賦予該術(shù)語的含義或定義為準。
[0034]雖然已經(jīng)舉例說明和描述了本發(fā)明的具體實施例，但是對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來講將顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和范圍的情況下可以作出各種其它變化和修改。因此，本文旨在所附權(quán)利要求中涵蓋屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有此類變化和修改。
【主權(quán)項】
1.一種制造蓄電池的方法，所述方法包括: 提供蓄電池外殼，所述蓄電池外殼包括外殼主體和限定蓄電池正端子的部分； 提供電極組件，所述電極組件包括陰極和陰極極耳，所述陰極極耳被構(gòu)造成允許所述陰極連接到所述蓄電池正端子；以及 將所述陰極極耳和所述蓄電池正端子焊接在一起，所述焊接以圓周運動進行。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述圓周運動圍繞相同直徑重復(fù)多次。3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中所述焊接以各自具有不同直徑的多個圓周運動進行。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述焊接以具有第一直徑的第一圓周運動和具有不同于所述第一直徑的第二直徑的第二圓周運動進行。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第一圓周運動在運動到所述第二圓周運動之前圍繞所述第一直徑重復(fù)多次。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中焊接包括激光焊接。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中激光束包括纖維激光器。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中從所述纖維激光器發(fā)射的所述激光束具有介于5微米和50微米之間的直徑。9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述陰極極耳具有介于0.05mm和0.2mm之間的厚度。10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述蓄電池正端子具有介于0.2mm和0.5mm之間的厚度。11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述圓周焊接運動以介于100微米和1000微米之間的直徑進行。12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述陰極極耳包含鋁。13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述蓄電池正端子包含鋁。
【文檔編號】H01M2/30GK105830254SQ201480044000
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年8月12日
【發(fā)明人】A·M·施密特, H-H·?？怂?
【申請人】杜拉塞爾美國經(jīng)營公司