一种多层叠片电芯超声波焊接装置的制作方法

电气元件制品的制造及其应用技术1.本实用新型涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种多层叠片电芯超声波焊接装置。背景技术：2.近年来，锂离子电池被广泛应用于新能源汽车领域，并且随着新能源汽车的不断发展，高能量密度、长寿命和高安全性的锂离子电池，成为了锂离子电池技术领域的主要研究方向。3.随着能量密度的提升，叠片电池内部电芯的堆叠层数越来越多，正极铝箔、负极铜箔(即正负极集流体)和转接片合焊的难度越来越大，容易焊接不良，出现位于上部的铜铝箔撕裂的问题，进而导致电池的容量缺失，内阻增大。4.目前，为了克服以上缺陷，目前采用的是在正极铝箔、负极铜箔(即正负极集流体)和转接片之间增加铜铝保护带的措施，采用这种方式，一是会增加制造成本、二是由于铜铝保护带边缘有金属毛刺，容易造成电池短路等安全问题。5.因此，目前迫切需要开发出一种技术，能够在保证提升多层叠片电芯的能量密度的同时，进一步提升电池的安全性能，降低电池的制造成本。技术实现要素：6.本实用新型的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种多层叠片电芯超声波焊接装置。7.为此，本实用新型提供了一种多层叠片电芯超声波焊接装置，包括电芯支撑平台、超声波焊接平台和超声波焊头机构；8.电芯支撑平台，包括电芯支撑板、电芯放置水平板和电芯定位块；9.电芯放置水平板的底部前后两端，分别设置有垂直分布的电芯支撑板；10.电芯放置水平板的顶部，设置有两个横向分布的电芯定位块；11.两个电芯定位块之间的纵向间隙，用于平放一个水平分布的多层叠片电芯；12.多层叠片电芯的右侧前后两端，分别设置有负极铜极耳和正极铝极耳；13.负极铜极耳和正极铝极耳的底部，分别与负极转接片的顶面和正极转接片的顶面相接触；14.负极转接片和正极转接片，位于超声波焊接平台中的超声波焊座的顶部；15.超声波焊接平台，包括底板、超声波焊座支撑座、隔热板、加热管和超声波焊座；16.水平分布的底板顶部，设置有超声波焊座支撑座；17.超声波焊座支撑座的顶部，设置有隔热板；18.隔热板的顶部，设置有超声波焊座；19.超声波焊座中，设置有两个加热管；20.电芯支撑板的底部，固定连接底板的顶部；21.电芯支撑板，位于超声波焊座支撑座的正左边；22.超声波焊头机构，包括超声波焊头和超声波焊头支撑架；23.超声波焊头支撑架，垂直设置在超声波焊座支撑座的正右边；24.超声波焊头支撑架在朝向多层叠片电芯的左侧，设置有横向分布的超声波焊头支架；25.超声波焊头支架的左端，设置有垂直朝下的超声波焊头；26.上下放置的负极铜极耳和负极转接片，以及上下放置的正极铝极耳和正极转接片，均被压合超声波焊头与超声波焊座之间。27.优选地，超声波焊座支撑座的前后两侧，分别设置有纵向分布的限位槽；28.超声波焊座支撑座，通过穿过限位槽的支撑座螺栓，固定连接在底板上。29.优选地，隔热板的上下两端，分别通过螺栓与超声波焊座支撑座和超声波焊座固定连接。30.优选地，两个加热管，分别嵌入在超声波焊座上预留的一个加热管通孔内，用于对超声波焊座进行加热。31.优选地，超声波焊座顶部，均匀等间距地设置有多个焊座焊齿；32.每个焊座焊齿的顶部，均是进行了倒圆处理的顶部。33.优选地，每个焊座焊齿的形状，为正方角锥台形状。34.优选地，负极铜极耳的顶面和正极铝极耳的顶面，均与超声波焊头底部具有的焊头焊齿相接触；35.负极转接片的底面和正极转接片的底面，均与超声波焊座顶部具有的焊座焊齿相接触。36.优选地，正极转接片，用于通过超声波焊头与超声波焊座的压合，实现焊接在多层叠片电芯的正极铝极耳上；37.负极转接片，用于通过超声波焊头与超声波焊座的压合，实现焊接在多层叠片电芯的负极铜极耳上。38.由以上本实用新型提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本实用新型提供了一种多层叠片电芯超声波焊接装置，其结构设计科学，能够在保证提升多层叠片电芯的能量密度的同时，进一步提升电池的安全性能，降低电池的制造成本，具有重大的实践意义。39.对于本实用新型，其作为一种多层叠片电芯超声波焊接装置，其结构设计科学，通过将焊齿倒圆优化、超声波焊座嵌入加热管相结合，使其更容易在焊接过程中达到所需的能量，起到降低焊接能量，以及降低超声波焊座与超声波焊头啮合压力的作用，使得多层叠片电芯的铜铝箔和转接片能够更加容易地进行焊接，并且能够延长超声波焊头、超声波焊座的使用寿命，避免电芯的铜铝箔极耳撕裂，进而避免电池容量的缺失和内阻的增大。通过应用本实用新型，能够在保证提升电池能量密度的同时，提高电芯的安全性，对于提升电芯使用寿命，具有重大的实践意义。附图说明40.图1为本实用新型提供的一种多层叠片电芯超声波焊接装置的整体结构示意图；41.图2为本实用新型提供的一种多层叠片电芯超声波焊接装置中，电芯放置平台的外观结构示意图；42.图3为本实用新型提供的一种多层叠片电芯超声波焊接装置中，超声波焊接平台的结构示意图；43.图4为本实用新型提供的一种多层叠片电芯超声波焊接装置中，超声波焊头机构的结构示意图；44.图5a为本实用新型提供的一种多层叠片电芯超声波焊接装置中，超声波焊座的结构示意图；45.图5b为图5a所示a部分的放大结构示意图，显示了超声波焊座上经过倒圆(即倒圆角)处理的焊座焊齿结构；同样，超声波焊头上的焊头焊齿也进行了倒圆处理；超声波焊座上的焊座焊齿的形状尺寸，与超声波焊头上的焊头焊齿的形状尺寸相一致；46.图中，1、电芯放置平台；2、超声波焊接平台；3、超声波焊头机构；47.11、多层叠片电芯；12、负极铜极耳；13、正极铝极耳；14、正极转接片；15、负极转接片；161、电芯支撑竖板；162、电芯放置水平板；17、电芯定位块；48.21、超声波焊座；22、加热管；23、隔热板；24、超声波焊座支撑座； 25、底板；49.31、超声波焊头；32、超声波焊头支撑架。具体实施方式50.下面将结合本实用新型的实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。51.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。52.在本实用新型的描述中，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，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。53.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。54.参见图1至图5b，本实用新型提供了一种多层叠片电芯超声波焊接装置，包括电芯支撑平台1、超声波焊接平台2和超声波焊头机构3；55.参见图2，电芯支撑平台1，包括电芯支撑板161、电芯放置水平板162 和电芯定位块17；56.电芯放置水平板162的底部前后两端，分别设置有垂直分布的电芯支撑板161；57.电芯放置水平板162的顶部，设置有两个横向分布的电芯定位块17；58.两个电芯定位块17之间的纵向间隙，用于平放一个水平分布的多层叠片电芯11；因此，可以通过电芯定位块17，来对多层叠片电芯11进行定位；59.多层叠片电芯11的右侧前后两端，分别设置有负极铜极耳12和正极铝极耳13；60.负极铜极耳12和正极铝极耳13的底部，分别与负极转接片15的顶面和正极转接片14的顶面相接触；61.负极转接片和正极转接片14，位于超声波焊接平台2中的超声波焊座 21的顶部；62.参见图3，超声波焊接平台2，包括底板25、超声波焊座支撑座24、隔热板23、加热管22和超声波焊座21；63.水平分布的底板25顶部，设置有超声波焊座支撑座24；64.超声波焊座支撑座24的顶部，设置有隔热板23；65.隔热板23的顶部，设置有超声波焊座21；66.超声波焊座21中，设置有两个加热管22；67.电芯支撑板161的底部，固定连接底板25的顶部；68.电芯支撑板161，位于超声波焊座支撑座24的正左边；69.参见图4，超声波焊头机构3，包括超声波焊头31和超声波焊头支撑架32；70.超声波焊头支撑架32，垂直设置在超声波焊座支撑座24的正右边；71.超声波焊头支撑架32在朝向多层叠片电芯11的一侧(即图1所示的左侧)，设置有横向分布的超声波焊头支架310；72.超声波焊头支架310的左端，设置有垂直朝下的超声波焊头31；73.上下放置的负极铜极耳12和负极转接片15，以及上下放置的正极铝极耳13和正极转接片14，均被压合超声波焊头31与超声波焊座21之间，即均位于超声波焊头31底部与超声波焊座21顶部之间的位置。74.需要说明的是，对于本实用新型，电芯的负极铜极耳12或正极铝极耳13置于超声波焊座21的上方，正极转接片14或负极转接片15对应搭在正极铝极耳13和负极铜极耳12下方，使得两个焊齿(具体包括超声波焊头31上的焊头焊齿与超声波焊座21顶部的焊座焊齿)能够压合在负极铜极耳12或者正极铝极耳13前端(即图1所示的右端)。75.在本实用新型中，具体实现上，电芯定位块17，通过定位销固定在电芯放置水平板162上，可根据电芯的不同尺寸，进行定位调节；76.在本实用新型中，具体实现上，超声波焊座支撑座24的前后两侧，分别设置有纵向分布的限位槽241；77.超声波焊座支撑座24，通过穿过限位槽241的支撑座螺栓242，固定连接在底板25(具有预留的螺孔)上，用于调节超声波焊座21的位置和支撑超声波焊座21；78.在本实用新型中，具体实现上，隔热板23的上下两端，分别通过螺栓与超声波焊座支撑座24和超声波焊座21固定连接，用于隔绝热量，防止加热管22产生的热量传递到底板25和超声波焊座支撑座24上。79.在本实用新型中，具体实现上，两个加热管22，分别嵌入在超声波焊座21上预留的一个加热管通孔内，用于对超声波焊座21进行加热，实现给超声波焊座21升温。80.在本实用新型中，具体实现上，超声波焊座21的材质为粉末冶金高速钢。超声波焊座21的作用，一方面起到对正、负连接片的支撑作用，另一方面当超声波焊头31下降时，超声波焊座21的焊齿(即焊座焊齿)与超声波焊头的焊齿(即焊头焊齿)啮合振动。81.需要说明的是，粉末冶金高速钢是指通过高压惰性气体或高压水雾化高速钢水而得到的细小的高速钢粉末，然后在高温、高压下压制成形，再经烧结而成的高速钢。82.在本实用新型中，超声波焊座21的顶部切出倒圆的焊齿，一方面加强咬合，另一方面避免上层正负极铜铝箔(即负极铜极耳12和正极铝极耳13) 被刺破。加热管22外接加热电源，通过温控表，控制传递到超声波焊座21 表面的温度。83.在本实用新型中，超声波焊头31上的焊齿(即焊头焊齿)与超声波焊座21顶部的焊齿(即焊座焊齿)的尺寸和结构一致。通过上下焊齿的啮合振动，进行金属焊接。84.在本实用新型中，加热管22的外表面为不锈钢材质，用于连通外接电源，对超声波焊座21进行加热。85.在本实用新型中，加热管22与外部固态继电器、温控仪和外接电源相接，用于实现温度的监控和调节。加热管22的驱动控制方式为现有常规的方式，在此不再赘述。86.在本实用新型中，具体实现上，参见图5a、图5b，超声波焊座21顶部，均匀等间距地设置有多个焊座焊齿210；87.每个焊座焊齿210的顶部，均是进行了倒圆处理(即倒圆角处理)的顶部，具体为：每个焊座焊齿210顶部的相对的两端部(例如左右两端部)，分别是进行了倒圆处理(即倒圆角处理)的端部。88.具体实现上，每个焊座焊齿210的形状，为正方角锥台形状。89.具体实现上，负极铜极耳12的顶面和正极铝极耳13的顶面，均与超声波焊头31底部具有的焊头焊齿相接触；90.负极转接片15的底面和正极转接片14的底面，均与超声波焊座21 顶部具有的焊座焊齿相接触。91.需要说明的是，对于本实用新型，超声波焊座21顶部设置的焊座焊齿 210的顶部和超声波焊头31底部的焊头焊齿的底部，均进行了倒圆处理，避免在焊接过程中，焊座焊齿210和焊头焊齿的尖端，将位于两者之间的极耳(例如负极铜极耳和正极铝极耳)的表层刺穿。92.需要说明的是，本技术中未详述的技术方案，采用公知技术。93.在本实用新型中，具体实现上，正极转接片14，用于通过超声波焊头 31与超声波焊座21的压合，实现将正极转接片14焊接在多层叠片电芯11 的正极铝极耳13上。94.在本实用新型中，具体实现上，负极转接片15，用于通过超声波焊头 31与超声波焊座21的压合，实现将负极转接片15焊接在多层叠片电芯11 的负极铜极耳12上。95.在本实用新型中，具体实现上，正极转接片14和负极转接片15，用于作为电池充放电输出或输入的端子。96.具体实现上，正极转接片14的材质为铝，负极转接片15的材质为铜。正极转接片14和负极转接片1作为电芯正负极集流体(即负极铜极耳和正极铝极耳)的转接载体，焊接在电池盖板上。97.在本实用新型中，具体实现上，底板25的形状为方形，水平放置。98.需要说明的是，对于本实用新型，通过将超声波焊头与超声波焊座上的焊齿优化，以及在超声波焊座上增加预加热功能(通过加热管22)，可减少和避免铜铝箔与相应的转接片之间出现焊接不良、焊接撕裂的问题。99.对于本实用新型，其作为一种多层叠片电芯超声波焊接装置，其结构设计科学，通过将焊齿倒圆优化、超声波焊座嵌入加热管相结合，使其更容易在焊接过程中达到所需的能量，起到降低焊接能量，以及降低超声波焊座与超声波焊头啮合压力的作用，使得多层叠片电芯的铜铝箔和转接片能够更加容易地进行焊接，并且能够延长超声波焊头、超声波焊座的使用寿命，避免电芯的铜铝箔极耳撕裂，进而避免电池容量的缺失和内阻的增大。通过应用本实用新型，能够在保证提升电池能量密度的同时，提高电芯的安全性，对于提升电芯使用寿命，具有重大的实践意义。100.综上所述，与现有技术相比较，本实用新型提供的一种多层叠片电芯超声波焊接装置，其结构设计科学，能够在保证提升多层叠片电芯的能量密度的同时，进一步提升电池的安全性能，降低电池的制造成本，具有重大的实践意义。101.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。









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