CN104347839A - 一种软包动力锂离子电池正极复合极耳结构的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锂离子动力电池技术领域，具体涉及一种软包动力锂离子电池正极复合极耳结构的制备方法。本发明通过复合轧制的方法将铜基材和铝基材复合成复合基材带，并采用复合基材带制备复合极耳。复合基材带，一半是铜基材带，一半是铝基材带，铜基材带和铝基材带的连接处相互交叉复合连接而成。铜基材带和铝基材带通过相互交叉复合连接具有较高的连接强度，从而保证了极耳上既有铝端，也有铜端，铜端能够很好地与电芯PACK连接件进行焊接。解决外部铜制连接件与铝极耳的激光焊接问题，使得铜铝极耳外部机械强度更高，耐磨性更优良，并且进一步降低了PACK过程接触内阻，提高电池成组的一致性，从而极大的保证了动力电池的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子动力电池技术领域，具体涉及一种软包动力锂离子电池正极复合极耳结构的制备方法。
背景技术
21世纪来，由于资源短缺、环境污染，迫使各国努力寻找新的绿色、环保、可持续发展的能源。上世纪90年代出现的锂离子二次电池，由于清洁环保、能量密度高、循环寿命长、工作电压高等优点，使其成为最受瞩目的动力电源之一。极耳作为动力电池的核心材料之一，不仅直接决定单电池的使用寿命，而且对PACK组装后电池的一致性及内阻有重要影响。性能优异的极耳对提高动力电池及电池组寿命的综合性能具有重要的作用。铝及铝合金具有密度小、延展性和韧性好、易于加工等优良性能，广泛作为锂离子电池的极耳。目前锂离子电池正极普遍采用全铝材质极耳，电芯PACK连接件则普遍采用了高纯铜导体，全铝极耳在电池PACK组装过程中由于存在铝铜熔点差异，容易使铜铝焊接产生焊接不牢、虚焊及焊接参数调整频繁的问题，从而影响成品率及生产效率，另外全铝极耳容易在空气中形成氧化铝，导致接触内阻过大，对电芯的一致性和寿命产生了较大影响。
一个申请号为CN200810236321.6的专利公布了一种极耳，该极耳在铝导体上进行了局部镀镍处理；一个申请号为CN200810143389.X的专利公布了一种极耳，该极耳在铝基体层的表面复合了一层较薄金属。这两种种方法制备的极耳成本低廉，同时对防止空气对铝的氧化有着较好作用。但是由于铝及铝合金本身易受腐蚀和不耐磨性，同时由于其熔点（660.4 ℃）与铜连接件（1083℃）相差较大，上述专利制备的极耳及目前普遍采用的纯极耳产品均无法解决激光焊接时焊接强度较低、接触内阻较大等问题，这对动力电池的寿命构成了较大影响。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述问题，提供了一种软包动力锂离子电池正极复合极耳结构的制备方法。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种软包动力锂离子电池正极复合极耳的制备方法，包括以下步骤：
1）将厚度为10-30mm的铜基材和厚度为20-50mm的铝基材分别进行加热，加热温度分别为900-950℃和500-580℃，并保温3-20分钟后均冷却到20-50℃；然后铜基材用质量百分比5-10%的HF进行酸洗，铝基材用铝制品清洗剂进行洗涤；洗涤后的铜基材和铝基材在100-120℃下烘烤1-2h；加热是为了消除铜和铝的应力，清洗可以去除铜基材和铝基材表面氧化膜和杂质等。
2）将步骤1）烘烤后的铜基材和铝基材进行复合轧制，轧制后得到厚度为0.1-30mm的复合基材带；铜和铝的比例为1:1-3；得到的复合基材带一边是铜带，一边是铝带，铜铝通过物理复合连接在一起，从而实现同一极耳具备两种材料，便于后续的焊接操作。虽然铝及铝合金具有密度小、延展性和韧性好、易于加工等优良性能，但是其与铜材料的电芯PACK连接件的焊接不牢，本方案通过在铝基材上复合铜基材，使得能够很容易的将复合极耳与电芯PACK连接件进行焊接，达到了本发明所提到的目前的极耳存在的问题。
3）将步骤2）的复合基材带按照宽度进行等分分切，分切宽度为500-1500mm,然后将分切后的复合基材带进行镀层处理，得到复合镀层带；
4）将步骤3）所制得的复合镀层带进行清洗，清洗过程依次为碱液清洗、酸液中和清洗和去离子水清洗，且清洗过程中超声振动；
5）将步骤4）中清洗后的复合镀层带进行二次分切，分切后的宽度为10-120mm，得到单片复合镀层带；
6）将步骤5）得到的单片复合镀层带进行局部镀层，并在单片复合镀层带的双面的未镀层处贴上极耳胶，然后进行热复合后得到锂离子电池正极复合极耳，热复合的温度为180-200℃。
作为优选，所述步骤2）复合轧制后得到的复合基材带，一半是铜基材带，一半是铝基材带，铜基材带和铝基材带的连接处相互交叉复合连接而成。铜基材带和铝基材带通过相互交叉复合连接具有较高的连接强度，从而保证了极耳上既有铝端，也有铜端，铜端能够很好的与电芯PACK连接件进行焊接。
作为优选，铜基材和铝基材的纯度均≥99.99%。
作为优选，所述步骤3）中的镀层处理采用化学镀或直流电镀，直流电镀的输出电压18-50V，电流为5-10A/dm2。
作为优选，所述步骤3）中镀层金属为纯度大于99.9%的金属镍或镍锡合金层中的一种，镀层的厚度为1-20微米，镍锡合金层中镍锡的比例为3:22。
作为优选，所述镀层金属选择为纯度大于99.99%的金属镍，镀层厚度为3-10微米。
作为优选，步骤6）中极耳胶结构可以为PP/PP双层、PP/无纺布双层、PP/CPP双层、PP/PP/PP三层、PP/无纺布/PP三层、PP/PEN/PP、PP/CPP/PP或PP/MPP/PP三层中的任意一种。
作为优选，极耳胶结构采用PP/CPP/PP三层，中间层PP选用熔点220℃的PP，内层PP选用熔点175℃的CPP，外层PP选用熔点170℃的PP。
本发明与现有技术相比，有益效果是：解决外部铜制连接件与铝极耳的激光焊接问题，使得铜铝极耳外部机械强度更高，耐磨性更优良，并且进一步降低了PACK过程接触内阻，提高电池成组的一致性，从而极大的保证了动力电池的寿命。
附图说明
图1是本发明的复合基材带的一种结构示意图。
图中：1铜基材，2铝基材。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。
如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本领域的常规方法。
实施例1：
1）将厚度为10mm、纯度大等于于99.99%的铜基材和厚度为30mm、纯度大等于于99.99%的铝基材分别进行加热，加热温度分别为950℃和500℃，并保温10分钟后均冷却到50℃；然后铜基材用质量百分比5%的HF进行酸洗，铝基材用铝制品清洗剂进行洗涤；洗涤后的铜基材和铝基材在110℃下烘烤2h；
2）将步骤1）烘烤后的铜基材和铝基材进行复合轧制，轧制后得到厚度为0.1mm的复合基材带；铜和铝的比例为1:2；复合轧制后得到的复合基材带，如图1所示，一半是铜基材带，一半是铝基材带，铜基材带和铝基材带的连接处相互交叉复合连接而成；
3）将步骤2）的复合基材带按照宽度进行等分分切，分切宽度为1500mm，然后将分切后的复合基材带进行镀层处理，得到复合镀层带；镀层金属为纯度大于99.9%的金属镍镀层的厚度为1微米。
4）将步骤3）所制得的复合镀层带进行清洗，清洗过程依次为碱液清洗、酸液中和清洗和去离子水清洗，且清洗过程中超声振动；
5）将步骤4）中清洗后的复合镀层带进行二次分切，分切后的宽度为60mm，得到单片复合镀层带；
6）将步骤5）得到的单片复合镀层带进行局部镀层，并在单片复合镀层带的双面贴上极耳胶，然后进行热复合后得到锂离子电池正极复合极耳，热复合的温度为200℃。
实施例2：
1）将厚度为20mm、纯度大等于于99.99%的铜基材和厚度为50mm、纯度大等于于99.99%的铝基材分别进行加热，加热温度分别为900℃和550℃，并保温20分钟后均冷却到20℃；然后铜基材用质量百分比7%的HF进行酸洗，铝基材用铝制品清洗剂进行洗涤；洗涤后的铜基材和铝基材在120℃下烘烤1h；
2）将步骤1）烘烤后的铜基材和铝基材进行复合轧制，轧制后得到厚度为10mm的复合基材带；铜和铝的比例为1:3；复合轧制后得到的复合基材带，如图1所示，一半是铜基材带，一半是铝基材带，铜基材带和铝基材带的连接处相互交叉复合连接而成；
3）将步骤2）的复合基材带按照宽度进行等分分切，分切宽度为500mm,然后将分切后的复合基材带进行镀层处理，得到复合镀层带；镀层金属为镍锡合，镀层的厚度为10微米，镍锡合金层中镍锡的比例为3:22。
4）将步骤3）所制得的复合镀层带进行清洗，清洗过程依次为碱液清洗、酸液中和清洗和去离子水清洗，且清洗过程中超声振动；
5）将步骤4）中清洗后的复合镀层带进行二次分切，分切后的宽度为120mm，得到单片复合镀层带；
6）将步骤5）得到的单片复合镀层带进行局部镀层，并在单片复合镀层带的双面贴上极耳胶，然后进行热复合后得到锂离子电池正极复合极耳，热复合的温度为180℃。
实施例3：
1）将厚度为30mm、纯度大等于于99.99%的铜基材和厚度为20mm、纯度大等于于99.99%的铝基材分别进行加热，加热温度分别为930℃和580℃，并保温3分钟后均冷却到30℃；然后铜基材用质量百分比10%的HF进行酸洗，铝基材用铝制品清洗剂进行洗涤；洗涤后的铜基材和铝基材在100℃下烘烤1.5h；
2）将步骤1）烘烤后的铜基材和铝基材进行复合轧制，轧制后得到厚度为30mm的复合基材带；铜和铝的比例为1:1；复合轧制后得到的复合基材带，如图1所示，一半是铜基材带，一半是铝基材带，铜基材带和铝基材带的连接处相互交叉复合连接而成；
3）将步骤2）的复合基材带按照宽度进行等分分切，分切宽度为1000mm,然后将分切后的复合基材带进行镀层处理，得到复合镀层带；镀层金属为纯度大于99.9%的金属镍，镀层的厚度为20微米。
4）将步骤3）所制得的复合镀层带进行清洗，清洗过程依次为碱液清洗、酸液中和清洗和去离子水清洗，且清洗过程中超声振动；
5）将步骤4）中清洗后的复合镀层带进行二次分切，分切后的宽度为10mm，得到单片复合镀层带；
6）将步骤5）得到的单片复合镀层带进行局部镀层，并在单片复合镀层带的双面贴上极耳胶，然后进行热复合后得到锂离子电池正极复合极耳，热复合的温度为190℃。
实施例4：
1）将厚度为26mm、纯度大等于于99.99%的铜基材和厚度为40mm、纯度大等于于99.99%的铝基材分别进行加热，加热温度分别为940℃和520℃，并保温8分钟后均冷却到40℃；然后铜基材用质量百分比9%的HF进行酸洗，铝基材用铝制品清洗剂进行洗涤；洗涤后的铜基材和铝基材在120℃下烘烤1h；
2）将步骤1）烘烤后的铜基材和铝基材进行复合轧制，轧制后得到厚度为20mm的复合基材带；铜和铝的比例为1:1；复合轧制后得到的复合基材带，一半是铜基材带，一半是铝基材带，铜基材带和铝基材带的连接处相互交叉复合连接而成；
3）将步骤2）的复合基材带按照宽度进行等分分切，分切宽度为800mm,然后将分切后的复合基材带进行镀层处理，得到复合镀层带；镀层金属为镍锡合金，镀层的厚度为1微米，镍锡合金层中镍锡的比例为3:22。
4）将步骤3）所制得的复合镀层带进行清洗，清洗过程依次为碱液清洗、酸液中和清洗和去离子水清洗，且清洗过程中超声振动；
5）将步骤4）中清洗后的复合镀层带进行二次分切，分切后的宽度为60mm，得到单片复合镀层带；
6）将步骤5）得到的单片复合镀层带进行局部镀层，并在单片复合镀层带的双面贴上极耳胶，然后进行热复合后得到锂离子电池正极复合极耳，热复合的温度为180℃。
对比例
采用纯铝制作极耳作为对比例。
将实施例1、2、3和4所制备的极耳与对比例的铝带极耳进行对比，内阻数据见表1：
表1
| 极耳类型 | 接触内阻/毫欧 | 组装内阻/毫欧 |
| 实施例1 | 0.53 | 0.58 |
| 实施例2 | 0.45 | 0.49 |
| 实施例3 | 0.60 | 0.63 |
| 实施例4 | 0.65 | 0.69 |
| 对比例 | 0.80 | 1.5 |
将实施例1、2、3和4所制备的极耳与对比例的铝带极耳进行对比，组装后焊接强度数据见表2：
表2
| 极耳类型 | 焊接强度/N·15mm-1 |
| 实施例1 | 11.2 |
| 实施例2 | 10.9 |
| 实施例3 | 12.1 |
| 实施例4 | 9.8 |
| 对比例 | 4.3 |
通过上述数据对比可知，本发明制备的极耳与现有极耳具有突出的优点。
Claims (8)
1.一种软包动力锂离子电池正极复合极耳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将厚度为10-30mm的铜基材和厚度为20-50mm的铝基材分别进行加热，加热温度分别为900-950℃和500-580℃，并保温3-20分钟后均冷却到20-50℃；然后铜基材用质量百分比5-10%的HF进行酸洗，铝基材用铝制品清洗剂进行洗涤；洗涤后的铜基材和铝基材在100-120℃下烘烤1-2h；
2）将步骤1）烘烤后的铜基材和铝基材进行复合轧制，轧制后得到厚度为0.1-30mm的复合基材带；铜和铝的比例为1:1-3；
3）将步骤2）的复合基材带按照宽度进行等分分切，分切宽度为500-1500mm,然后将分切后的复合基材带进行镀层处理，得到复合镀层带；
4）将步骤3）所制得的复合镀层带进行清洗，清洗过程依次为碱液清洗、酸液中和清洗和去离子水清洗，且清洗过程中超声振动；
5）将步骤4）中清洗后的复合镀层带进行二次分切，分切后的宽度为10-120mm，得到单片复合镀层带；
6）将步骤5）得到的单片复合镀层带进行局部镀层，并在单片复合镀层带的双面的未镀层处贴上极耳胶，然后进行热复合后得到锂离子电池正极复合极耳，热复合的温度为180-200℃。
2.根据权利要求1所述的一种软包动力锂离子电池正极复合极耳的制备方法，其特征在于，所述步骤2）复合轧制后得到的复合基材带，一半是铜基材带，一半是铝基材带，铜基材带和铝基材带的连接处相互交叉复合连接而成。
3.根据权利要求1所述的一种软包动力锂离子电池正极复合极耳的制备方法，其特征在于，铜基材和铝基材的纯度均≥99.99%。
4.根据权利要求1所述的一种软包动力锂离子电池正极复合极耳的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中的镀层处理采用化学镀或直流电镀，直流电镀的输出电压18-50V，电流为5-10A/dm2。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种软包动力锂离子电池正极复合极耳的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中镀层金属为纯度大于99.9%的金属镍或镍锡合金层中的一种，镀层的厚度为1-20微米，镍锡合金层中镍锡的比例为3:22。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种软包动力锂离子电池正极复合极耳的制备方法，其特征在于，
所述镀层金属选择为纯度大于99.99%的金属镍，镀层厚度为3-10微米。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种软包动力锂离子电池正极复合极耳的制备方法，其特征在于，步骤6）中极耳胶结构可以为PP/PP双层、PP/无纺布双层、PP/CPP双层、PP/PP/PP三层、PP/无纺布/PP三层、PP/PEN/PP、PP/CPP/PP或PP/MPP/PP三层中的任意一种。
8.根据权利要求1或2或3或4所述的一种软包动力锂离子电池正极复合极耳的制备方法，其特征在于，极耳胶结构采用PP/CPP/PP三层，中间层PP选用熔点220℃的PP，内层PP选用熔点175℃的CPP，外层PP选用熔点170℃的PP。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 311215 Xiaoshan economic and Technological Development Zone, Zhejiang, No. two road, building No. 118, No. Applicant after: Universal A 1 System Co., Ltd Applicant after: Wanxiang Electric Vehicle Co., Ltd. Applicant after: Wanxiang Group Corporation Address before: 311215 Xiaoshan economic and Technological Development Zone, Zhejiang, No. two road, building No. 118, No. Applicant before: ZHEJIANG WANXIANG YINENG POWER BATTERY CO., LTD. Applicant before: Wanxiang Electric Vehicle Co., Ltd. Applicant before: Wanxiang Group Corporation |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: ZHEJIANG WANXIANG YINENG POWER BATTERY CO., LTD. TO: WANXIANG A123 SYSTEMS CO., LTD. |
|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 311215 Xiaoshan economic and Technological Development Zone, Zhejiang District, No. two road, building No. 855, No. Applicant after: Wanxiang 123 Co Ltd Applicant after: Wanxiang Electric Vehicle Co., Ltd. Applicant after: Wanxiang Group Corporation Address before: 311215 Xiaoshan economic and Technological Development Zone, Zhejiang, No. two road, building No. 118, No. Applicant before: Universal A 1 System Co., Ltd Applicant before: Wanxiang Electric Vehicle Co., Ltd. Applicant before: Wanxiang Group Corporation |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150211 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |