锂离子电池组及锂离子电池组中单体电池的焊接方法

摘要

本发明涉及锂离子电池设计领域，公开了一种锂离子电池组及锂离子电池组中单体电池的焊接方法。锂离子电池组包括通过极耳的焊接而串联或并联连接在一起的复数个单体电池；其中，任意两个单体电池的焊接连接的第一极耳与第二极耳的焊接方法，包括：在第一极耳、第二极耳的水平弯折段的背面垫一刚性板，刚性板与第一极耳、第二极耳的背面均平面接触，其中第一极耳、第二极耳水平相对并且留有预定的间隙；在第一极耳、第二极耳间隙处刚性板的顶面进行锡焊，使锡条熔化，熔化的锡料覆盖在间隙，填充间隙、渗透至刚性板顶面；熔化的锡料凝固成型；采用该方法的散热效果更好，并且极耳焊接部位结构更加稳固，有利于提高锂离子电池组的导电性能。

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池设计领域，尤其涉及一种锂离子电池组及锂离子 电池组中单体电池的焊接方法。

背景技术

近年来，随着电动工具、电动玩具、模型飞机、电动车的快速发展，传 统的铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等动力能源已经由于重量重、不环保的 问题而不能适应这些设备对动力的要求。

锂离子电池是目前广为推广的一种绿色可循环利用的能源，对于上述的 电动工具、电动玩具、模型飞机、电动车应用而言，这些设备具有瞬时或连 续采用大电流工作要求，有的甚至要求30C、35C放电，随着科技的发展，将 来还会要求更高的放电倍率，而该电量需求是目前的单个锂离子单体电池难 以适应需求。

由多个单体电池串联或者并联构成高倍率锂离子电池组由于具有工作电 压高、重量轻、体积小、无记忆效应、自放电小、循环寿命长等特点，其正 逐步取代传统的铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等动力能源。

锂离子电池组可以由单体电池并联组成，其在连接时，各单体电池的正 极极耳顺次两两焊接连接，负极极耳顺次两两焊接连接，使得各单体电池采 用并联的电连接方式连接在一起，实现大电流输出。

锂离子电池组还可以由单体电池串联组成，其在连接时，第一单体电池 的正极极耳与第二单体电池的负极极耳焊接连接，第二单体电池的正极极耳 与第三单体电池的负极极耳焊接连接，如此循环下去，使得所有的单体电池 采用正极、负极顺次连接的串联连接方式，对外供电，实现高电压输出供电。

现有技术的锂离子电池组中，无论是单体电池串联还是并联组成，其极 耳焊接方式主要如图1所示：

首先，使待焊接的两单体电池101、102的极耳的水平弯折，使两水平弯 折段部分重叠103；

然后，在在该重叠的极耳端103加锡条定点焊接的方式，使得锡条被融 化在极耳重叠处，实现极耳焊接连接。

本发明人在进行本发明研究过程中发现，现有技术中的极耳焊接方法， 存在以下的缺陷：

第一：在极耳的焊接部容易存在虚焊，焊接后极耳牢固不够，导致导电 性能欠佳。

第二：在该极耳相互焊接部位上极耳容易折断，导致动力锂离子电池组 的不良率较高。

第三：在极耳重叠103处的焊接温度过高，导致锂离子单体电池101、102 由于温度过高而内部的电解液汽化而出现气胀现象，影响锂离子电池组的电 性能。

发明内容

本发明实施例第一目的在于提供：一种锂离子电池组，该锂离子电池组 中各单体电池的极耳焊接部位结构更加稳固，有利于提高锂离子电池组的导 电性能。

本发明实施例第二目的在于提供：一种锂离子电池组中单体电池的焊接 方法，采用该方法的散热效果更好，并且采用该焊接方式的得到的该锂离子 电池组中各单体电池的极耳焊接部位结构更加稳固，有利于提高锂离子电池 组的导电性能。

本发明实施例提供的一种锂离子电池组，包括复数个通过极耳的焊接而 串联或者并联连接在一起的单体电池；

其中，任意两个焊接连接的第一极耳与第二极耳的连接结构如下：

所述第一极耳、第二极耳的水平弯折段的末端水平相对，在所述第一极 耳与第二极耳之间留有预定的间隙，

在所述第一极耳、第二极耳的水平弯折段的背面还垫有一刚性板，所述 刚性板顶面设置有第一锡层，所述第一锡层与所述第一极耳以及第二极耳的 水平弯折段的背面焊接在一起；

在所述第一极耳与第二极耳的水平弯折段的顶面以及所述第一极耳与第 二极耳之间的间隙还设置有：第二锡层，

所述第二锡层与所述刚性板顶面的所述第一锡层相熔合。

可选地，所述第一极耳、第二极耳的水平弯折段的末端水平平行。

可选地，所述第一极耳、第二极耳的水平弯折段之间的间隙宽度为：1-3 毫米。

可选地，所述刚性板为：PCB纤维板。

本发明实施例提供的一种锂离子电池组中单体电池的焊接方法，所述锂 离子电池组包括：通过极耳的焊接而串联或并联连接在一起的复数个单体电 池；其中，

任意两个所述单体电池的焊接连接的第一极耳与第二极耳的焊接方法， 包括：

在所述第一极耳、第二极耳的水平弯折段的背面垫一刚性板，所述刚性 板与所述第一极耳、第二极耳的背面均平面接触，

其中所述第一极耳、第二极耳的水平弯折段的末端水平相对，并且所述 第一极耳与第二极耳之间的水平弯折段的末端之间留有预定的间隙；

采用锡条以及加热工具，在所述第一极耳、第二极耳的水平弯折段的末 端之间的间隙处所述刚性板的顶面进行锡焊，使所述锡条熔化，

熔化的锡料覆盖在间隙两边的所述第一极耳以及第二极耳的水平弯折段 的顶面，填充在所述第一极耳与第二极耳之间的间隙、渗透至所述第一极耳 以及第二极耳的水平弯折段背面与所述刚性板顶面之间的间隙；

熔化的锡料凝固成型；

可选地，所述刚性板为：PCB纤维板。

可选地，所述刚性板由：PCB纤维板、以及预铺在所述PCB纤维板顶面 的第一锡层组成；

采用锡条以及加热工具，在所述第一极耳、第二极耳的水平弯折段的末 端之间的间隙处所述刚性板的顶面进行锡焊时：

所述第一焊锡层还受热熔化并且与所述锡条熔化的锡料相熔合。

可选地，所述第一极耳、第二极耳的水平弯折段的末端水平平行。

可选地，所述第一极耳、第二极耳的水平弯折段之间的间隙宽度为：1-3 毫米。

可选地，采用锡条以及加热工具，在所述第一极耳、第二极耳的水平弯 折段的末端之间的间隙处所述刚性板的顶面进行锡焊时，所述加热工具在所 述间隙范围内移动。

由上可见，应用本发明实施例的技术方案，对于锂离子电池组中任意两 单体电池串联或者并联连接的任意两焊接的极耳采用本实施例提供的极耳焊 接方法，由于本实施例的极耳焊接具体是在第一极耳、第二极耳的水平弯折 段间隙处的刚性板的顶面进行焊接而非直接在极耳进行焊接，故焊接过程中 的热量可以大部分被刚性板散热，而仅部分热传导到极耳的热量被传导到单 体电池的内部，采用该焊接方法可以大大避免单体电池内部的电解液由于高 温而产生气胀的情况。

在焊接后的极耳焊接位置上，由于在任意两焊接的极耳焊接部位上，除 了在两极耳的水平弯折段的顶面通过凝固的焊锡层将两极耳连接在一起外， 在两极耳的水平弯折段的背面还垫有一刚性板，该刚性板通过凝固的焊锡与 两互相焊接的极耳的水平弯折段熔接在一起，并且与位于两互相焊接的极耳 的水平弯折段顶面以及间隙处的锡层熔接在一起。即：在焊接后，任意两焊 接的极耳的极耳焊接部(水平弯折段)顶面的焊锡层与其背面的刚性板通过 熔合成一体的焊锡而从两极耳的水平弯折部的顶面以及背面平面夹持固定的 方式而将将两极耳的水平弯折段固定焊接在一起。

相对于现有技术焊接方法焊接的图1所示的上下重叠焊接结构，本实施 例技术方案采用双面平面夹持固定的焊接结构，能使得两单体电池的极耳焊 接更加牢固而不易于脱焊；

另外，采用本实施例图3结构两单体电池极耳的水平弯折段背面的刚性 板在焊接后能增加极耳的牢固结构，可以防止在焊接后极耳由于受力而脱焊、 折断的情况发生。

另外，在本实施例中，任意互相连接的两单体电池的任意两焊接的极耳 的水平弯折段水平相对并且其不相互重叠而具有一定的间隙，在焊接过程中 该刚性板可以作为外加的散热部件散热，减少焊接中由极耳传导到单体电池 内部的热量避免其中的电解液由于高温而产生气胀的情况发生。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部 分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为现有技术提供的一种锂离子电池组中任意两个单体电池的极耳焊 接的结构原理示意图；

图2为本发明实施例1中复数个锂离子单体电池并联组成锂离子电池组 的原理结构示意图；

图3为本发明实施例1中复数个锂离子单体电池串联组成锂离子电池组 的原理结构示意图；

图4为本发明实施例1、2提供的一种锂离子电池组中任意两个单体电池 的任意两个互相焊接的极耳的焊接结构示意图；

图5为本发明实施例2提供的一种锂离子电池组中任意两单体电池的任 意两极耳的焊接方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意 性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例1：

本实施例提供的锂离子电池组由多个单体电池组成。其中各单体电池可 以如图2所示互相并联组成该锂离子电池组：任意两两单体电池201的正极 极耳2011与正极极耳2011互相焊接，负极极耳2012与负极极耳2012互相 焊接。最终：所有单体电池201的正极极耳2011作为本锂离子电池组的正极， 所有单体电池201的负极极耳2012作为本锂离子电池组的负极对外实现供 电。

其中各单体电池也可以如图3所示互相串联组成该锂离子电池组：第一 单体电池301的正极极耳3011与第二单体电池302的负极极耳3022焊接， 第二单体电池302的正极极极耳3021与第三单体电池的负极极耳(图中未画 出)焊接，采用上述的连接方式顺次连接其他的锂离子单体电池。最终：第 一单体电池301的负极极耳作为本锂离子电池组的负极，第N单体电池304 的正极极耳3041作为本锂离子电池组的正极对外供电。

在本实施例的锂离子电池组中，无论其采用多个单体电池并联还是串联 的组成方式，其中任意两单体电池的任意两个极耳的焊接结构如图4所示：

设第一单体电池401上的第一极耳4011与第二单体电池402上第二极耳 4021相互焊接，参见图4所示，该相互焊接的第一极耳4011、第二极耳4021 的水平弯折段的末端水平相对，并且第一极耳4011、第二极耳4021的水平弯 折段的末端不相连接而留有预定的间隙403。

在第一极耳4011与第二极耳4021的水平弯折段的背面还垫有一刚性板 404，刚性板404顶面具有锡层(记为第一锡层4041)，第一锡层4041与第一 极耳4011以及第二极耳4021的水平弯折段的背面焊接在一起，使得该刚性 板404通过锡熔接而固定在第一极耳4011以及第二极耳4021的背面，从背 面将第一极耳4011以及第二极耳4021固定在一起。

在第一极耳4011、第二极耳4021的水平弯折段的顶面以及第一极耳4011 与第二极耳4021之间的间隙403还有另一锡层(记为第二锡层4031)，该第 二锡层4031与位于第一极耳4011与第二极耳4021背面的第一锡层4041熔 合在一起。

其中该刚性板404的锡层可以为在第一极耳4011、第二极耳4021的水平 弯折段的间隙403处进行加锡焊接时，外加锡条的锡熔化而通过两极耳的间 隙403处且继续渗透在刚性板404的顶面凝固而成；也可以为预先加在该刚 性板404的顶面的锡层，使当在第一极耳4011、第二极耳4021的水平弯折段 的间隙403处加锡焊接时，该预先加在刚性板404的顶面的锡层受热熔化与 外加锡条的熔化的锡熔合在一起而成。

本发明人在本发明试验过程中发现：在实际应用，在该刚性板404的顶 面预加锡层一方面可使得锡焊更加稳固，另一方面可以有利于缩短锡焊的时 间，进而避免由于锡焊时间过程而导致单体电池温度过高而内部电解液汽化 而导致气胀的情况。

该刚性板404可以为：PCB纤维板；或者，在该PCB纤维板顶面的预先 加有锡层的板材(纤维锡板)。

由上可见，对于锂离子电池组中任意两单体电池串联或者并联连接采用 本发明的极耳焊接结构，由于在任意两焊接的极耳焊接部位上，除了在两极 耳的水平弯折段的顶面通过凝固的焊锡层将两极耳连接在一起外，在两极耳 的水平弯折段的背面还垫有一刚性板404，该刚性板404通过凝固的焊锡与两 互相焊接的极耳的水平弯折段熔接在一起，并且与位于两互相焊接的极耳的 水平弯折段顶面以及间隙403处的锡层熔接在一起。即：在焊接后，任意两 焊接的极耳的极耳焊接部(水平弯折段)顶面的焊锡层与其背面的刚性板404 通过熔合成一体的焊锡而从两极耳的水平弯折部的顶面以及背面平面夹持固 定的方式而将将两极耳的水平弯折段固定焊接在一起。

相对于现有技术中图1所示的上下重叠焊接结构，采用本实施例的双面 平面夹持固定的焊接结构，能使得两单体电池的极耳焊接更加牢固而不易于 脱焊；

另外，采用本实施例图3结构两单体电池极耳的水平弯折段背面的刚性 板404在焊接后能增加极耳的牢固结构，可以防止在焊接后极耳由于受力而 脱焊、折断的情况发生。

另外，在本实施例中，任意互相连接的两单体电池的任意两焊接的极耳 的水平弯折段水平相对并且其不相互重叠而具有一定的间隙403，故在焊接 时，可以将锡焊的加热工具(一般为电烙铁)置于该间隙403位置的刚性板 404的顶面，加热工具将外加的锡条熔化而覆盖在两极耳的水平弯折部的顶 面，并且渗透在间隙403部位以及两极耳的水平弯折部的背面而与其背面的 刚性板404相熔合连接。在焊接过程中该刚性板404可以作为外加的散热部 件散热，减少焊接中由极耳传导到单体电池内部的热量避免其中的电解液由 于高温而产生气胀的情况发生。

进一步地，由于两焊接的极耳的水平弯折段水平相对并且其不相互重叠 而具有一定的间隙403，在焊接时还可以不采用传统定点焊接的方式而是在焊 接过程中沿间隙403移动加热工具而避免定点焊接温度积聚过高而导致单体 电池内部的电解液由于高温而产生气胀的情况发生。

在本发明中，可以但不限于将任意两单体电池中任意两互相焊接的极耳 相对的水平弯折部设置成平行相对的结构，即使该第一极耳4011、第二极耳 4021的水平弯折段的末端水平平行相对。

本发明人在进行本发明试验过程中发现，该任意两单体电池中任意两互 相焊接的极耳相对的水平弯折部的间距距离可以设置为1-3毫米，还距离的设 置一方面可以便于加热工具在该间隙403处的移动，另一方面还使得熔化的 锡料可以快速覆盖间隙403两端的第一极耳4011、第二极耳4021的水平弯折 段的顶面以及充盈间隙403，渗透至第一极耳4011、第二极耳4021的水平弯 折段的背面，使得锡焊移动方便且焊接时间段，锡焊连接稳固。

实施例2：

如实施例1中同理，本实施例提供的锂离子电池组由多个单体电池组成。 其中各单体电池可以如图2所示互相并联组成该锂离子电池组。各单体电池 也可以如图3所示互相串联组成该锂离子电池组。

在本实施例的锂离子电池组中，无论其采用多个单体电池并联还是串联 的组成方式，其中任意两单体电池的任意两个互相连接的极耳的焊接结构如 图4所示。

将任意两个单体电池的两互相焊接的极耳记为第一极耳4011、第二极耳 4021，第一极耳4011、第二极耳4021的焊接连接方法主要包括以下的步骤：

步骤501：在第一极耳4011与第二极耳4021的水平弯折段的背面垫一刚 性板404，使刚性板404与第一极耳4011、第二极耳4021的背面共同平面接 触。

在本实施例中，该刚性板404可以为：PCB纤维板；也可以为在该PCB 纤维板顶面的预先加有锡层的板材(称为纤维锡板)。采用预先加有锡层的纤 维锡板一方面可以使得在步骤502焊接时的锡焊更加稳固，另一方面还可以 有利于缩短锡焊的时间，进而避免由于锡焊时间过程而导致单体电池温度过 高而内部电解液汽化而导致气胀的情况。

参见图3所示，在进行本步骤时，当前需要接的第一极耳4011、第二极 耳4021的水平弯折段的末端水平相对，并且第一极耳4011与第二极耳4021 之间留有预定的间隙403。

在本发明中，可以但不限于将任意两单体电池中任意两互相焊接的极耳 相对的水平弯折部设置成平行相对的结构，即使该第一极耳4011、第二极耳 4021的水平弯折段的末端水平平行相对。

本发明人在进行本发明试验过程中发现，该任意两单体电池中任意两互 相焊接的极耳相对的水平弯折部的间距距离可以设置为1-3毫米，还距离的设 置一方面可以便于加热工具在该间隙403处的移动，另一方面还使得熔化的 锡料可以快速覆盖间隙403两端的第一极耳4011、第二极耳4021的水平弯折 段的顶面以及充盈间隙403，渗透至第一极耳4011、第二极耳4021的水平弯 折段的背面，使在步骤502时的锡焊移动方便且焊接时间段，锡焊连接更加 稳固。

步骤502：采用锡条以及加热工具，在第一极耳4011、第二极耳4021的 水平弯折段之间的间隙403处的刚性板404的顶面进行锡焊。

采用锡条以及加热工具，在第一极耳4011、第二极耳4021的水平弯折段 之间的间隙403处的刚性板404的顶面进行锡焊，使该外加的锡条熔化。

在刚性板404的顶面的背面垫置设置使得焊接更加方便。

熔化的锡料流动覆盖在间隙403两边的第一极耳4011与第二极耳4021 的水平弯折段的顶面，以及填充在该间隙403处，并且渗透在第一极耳4011、 第二极耳4021的水平弯折段背面与刚性板404顶面之间的间隙403，即熔化 的锡料将第一极耳4011、第二极耳4021的水平弯折段背面的刚性板404与第 一极耳4011、第二极耳4021的水平弯折段熔合在一起，并且第一极耳4011 与第二极耳4021的水平弯折段的顶面以及填充在该间隙403处以及渗透在第 一极耳4011、第二极耳4021的水平弯折段背面与刚性板404顶面之间的间隙 403锡料熔合在一起。在焊接后移开加热工具以及锡条待焊锡凝固定位。

由于采用本实施例的焊接方式，具体第一极耳4011、第二极耳4021的水 平弯折段间隙403处的刚性板404的顶面进行焊接而非直接在极耳进行焊接， 故焊接过程中的热量可以大部分被刚性板404散热，而仅部分热传导到极耳 的热量被传导到单体电池的内部，采用该焊接方法可以大大避免单体电池内 部的电解液由于高温而产生气胀的情况。

在本步骤中，在焊接时可以采用现有技术中的定点锡焊的焊接方式。但 是本发明人在进行本发明实施例试验过程中发现：在焊接过程中沿间隙403 在刚性板404的顶面移动加热工具，采用移动焊接的锡焊新方式能进一步避 免定点焊接温度积聚过高而导致单体电池内部的电解液由于高温而产生气胀 的情况发生。

由上可见，对于锂离子电池组中任意两单体电池串联或者并联连接的任 意两焊接的极耳采用本实施例提供的极耳焊接方法，由于本实施例的极耳焊 接具体是在第一极耳4011、第二极耳4021的水平弯折段间隙403处的刚性板 404的顶面进行焊接而非直接在极耳进行焊接，故焊接过程中的热量可以大部 分被刚性板404散热，而仅部分热传导到极耳的热量被传导到单体电池的内 部，采用该焊接方法可以大大避免单体电池内部的电解液由于高温而产生气 胀的情况。

另外，在焊接后的极耳焊接位置上，由于在任意两焊接的极耳焊接部位 上，除了在两极耳的水平弯折段的顶面通过凝固的焊锡层将两极耳连接在一 起外，在两极耳的水平弯折段的背面还垫有一刚性板404，该刚性板404通过 凝固的焊锡与两互相焊接的极耳的水平弯折段熔接在一起，并且与位于两互 相焊接的极耳的水平弯折段顶面以及间隙403处的锡层熔接在一起。即：在 焊接后，任意两焊接的极耳的极耳焊接部(水平弯折段)顶面的焊锡层与其 背面的刚性板404通过熔合成一体的焊锡而从两极耳的水平弯折部的顶面以 及背面平面夹持固定的方式而将将两极耳的水平弯折段固定焊接在一起。

相对于现有技术焊接方法焊接的图1所示的上下重叠焊接结构，本实施 例技术方案采用双面平面夹持固定的焊接结构，能使得两单体电池的极耳焊 接更加牢固而不易于脱焊；

另外，采用本实施例图3结构两单体电池极耳的水平弯折段背面的刚性 板404在焊接后能增加极耳的牢固结构，可以防止在焊接后极耳由于受力而 脱焊、折断的情况发生。

另外，在本实施例中，任意互相连接的两单体电池的任意两焊接的极耳 的水平弯折段水平相对并且其不相互重叠而具有一定的间隙403，在焊接过程 中该刚性板404可以作为外加的散热部件散热，减少焊接中由极耳传导到单 体电池内部的热量避免其中的电解液由于高温而产生气胀的情况发生。

试验分析比对分析：

本发明分别对采用图1所示工艺进行单体电池之间的极耳焊接结构的锂 离子电池组以及采用本发明实施例提供的图4所示结构的锂离子电池组，在 相同的测试条件下，分别采用相同的测试工具进行了主要参数测试，得到下 表一所示的数据：

表一：单体电池之间的极耳互相焊接测试结果数据

其中，在进行拉力测试时使用的测试工具为拉力计；

焊接时间使用工具为：秒表；

焊接时极耳表面温度测量使用的工具为：红外线测温仪；

锂离子电池组的内阻测试使用的工具为：内阻测试仪。

由表一可见，相对于现有技术，采用本发明实施例技术方案，每次极耳 焊接的焊接时间缩短50％，焊接时的极耳表面温度下降100℃左右，下降比 率达到33.87％，并且得到的锂离子电池中单体电池的互相连接的两极耳之间 可以承受的最大拉力提高20-30N左右，提高率达到76.92％。

综上，使用本实施例的极耳之间的焊接工艺能够大大提高极耳之间的连 接稳固性，有利于焊接时的散热，并且有利于降低得到的锂离子电池组的内 阻，降低产品的不良率。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了 具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说 明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人 员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处， 综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。