锂电池极耳电阻焊焊接质量改善_李林贺

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焊接技术 第 42 卷第 6 期 2013 年 6 月
3 生产过程及焊接问题 3.1 产品焊接结构
目前， 已将电阻点焊的工艺用于某型号锂离子 电池负 （铜） 极耳与电池盖极柱的焊接， 电池结构 如图 2 所示。 负极耳材质为镍片， 电池盖极柱为不 锈钢材质。
图 2 工件示意图
3.2 产品焊接操作方式 目前， 该工位焊接为手工操作方式， 如图 3 所
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《焊接技术》 杂志是由天津焊接研究所与中国工程建设焊接协会联合主办， 国内外公开发行的介绍焊
4 电阻焊问题改善措施 笔者根据电阻焊热的产生及其影响焊接的因素，
并结合生产中出现的焊接质量问题， 通过在焊接过 程中增加定位夹具以及更换电极材料来提高产品的 焊接质量。 4.1 定位工装设计
针对目前手工操作随意性较大， 设计了专门的 定位工装， 如图 5 所示。 电池盖正极柱定位于 “电 池盖定位板” 内的圆孔中， 负极柱放在 “下电极” 上； 极组放在 “极组定位板” 上， 前端和左端与安 装在 “极组定位板” 定位块挨紧， 实现 6 个方向的 定位； “电池盖定位板” 安装在 “支架” 上， “支 架” 安装在 “下电极压板” 上， “极组定位板” 同 样固定在 “下电池压板上”， 确保了极组、 电池盖、 上电极、 下电极的相对位置。
·焊接质量控制与管理· 65
接过程中， 避免了人手出现在电极下方的隐患。
4.2 电极材料的改进
电极材料的电阻率、 导热性和硬度等性能对熔
核的形成有显著影响。 此前本公司电阻焊机上、 下
电极均采用纯铜材质， 纯铜导电、 导热性好， 但材
质硬度低、 耐磨性差， 焊接过程中电极易变形， 由
于局部导通造成电流过于集中而形成焊接缺陷， 且
津市科技期刊评估评优中连续八届被评为一级期刊， 连续七届荣获优秀期刊奖。 2001 年进入中国期刊方
阵， 被评为双效期刊。 2003 年至今被科技部收录为 “中国科技论文统计源期刊” （中国科技核心期刊）。
本刊还被 “中国学术期刊 （光盘版）”、 “中国学术期刊综合评价数据库”、 “万方数据—数字化期刊群”
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《焊接技术》 以为广大作者、 读者、 焊接工作者服务， 促进焊接行业发展为办刊宗旨， 以推动焊接行
业技术进步， 提高焊接人员素质为办刊方针。
本刊开设的主要栏目有： 专题综述、 试验与研究、 工艺与新技术、 焊接设备与材料、 焊接质量控制与
0 前言 电阻焊方法是一种利用工件自身的电阻、 施加
在工件上的加压力和导通的大电流， 在工件接触部 位产生焦耳热， 进行熔融的金属连接方法。
电阻焊接质量的好坏直接关系到电池的整体性 能、 良品率以及电池后期的使用寿命。 但是在实际 生产过程中， 由于受电极磨损及焊接位置等因素影 响， 给产品焊接的一致性带来了一定困难。 本文通 过利用新材料电极并设计稳定可靠的定位工装， 从 而保证产品焊接的稳定性和一致性。
图 5 极组、 电池盖焊接定位工装
“支架”、 “极组定位板” 采用非金属材料， 确 保焊接过程中， 电流密度集中于极耳与电池盖极柱 之间， 不会产生分流。 该工装夹具的应用， 保证了 电池盖位置固定准确和极耳与电池盖端子相对位置 的稳定性， 提高了产品焊接质量的一致性， 同时焊
Welding Technology Vol．42 No．6 Jun. 2013
1 电阻焊焊接原理 电阻焊主要分为 4 个阶Leabharlann Baidu， 预压阶段、 焊接、
保持和停止， 如图 1 所示。 电阻焊时电极下降加压， 首先确保以电极压紧工件， 然后再通以适当的电流
收稿日期： 2013-03-01
使被焊工件产热形成熔核， 电流停止后电极继续施 加压力使熔核凝固到足够强度， 最后电极在气缸带 动下而抬起， 准备下一次焊接。
DOI:10.13846/j.cnki.cn12-1070/tg.2013.06.021
Welding Technology Vol．42 No．6 Jun. 2013 文 章 编 号 ：1002－025X(2013)06-0063-03
·焊接质量控制与管理· 63
锂电池极耳电阻焊焊接质量改善
李林贺， 邓 适
图 1 电阻焊原理示意图
2 电阻焊热的产生及影响因素
电阻点焊时产生的热量由式 （1） 决定：
Q=I2Rt （J），
（1）
式中： Q 为产生的热量， J； I 为焊接电流， A； R 为
电极间电阻， Ω； t 为焊接时间， s。
根据式 （1） 可看出， 影响焊接质量的 5 个主要
因素为： 工件电阻、 焊接电流、 焊接时间、 电极压
参考文献： ［1］ GB 50235—1997 工业金属管道工程施工及验收规范［S］． ［2］ GB 50236—1998 现 场 设 备 、 工 业 金 属 管 道 焊 接 工 程 施 工 及 验 收
规 范 ［S ］． ［3］ GB/T 20801—2006 压力管道规范： 工业管道［S］．
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示， 操作者一手拿电池盖一手拿极组， 由于电池盖 和极组均没有定位工装， 焊接过程随意性较大， 经 常出现电池盖极柱焊点偏移、 极耳伸出端的长度不 一等问题， 既影响产品的良品率， 又会影响后工序 的操作， 最终造成电池性能一致性较差， 同时存在 安全隐患。
焊接前
焊接后 图 4 负极柱焊接前后对比
焊接后
焊接过程飞溅较大， 被焊工件表面极易烧损， 从而
需要电极修磨频次较高； 针对上述问题， 笔者将上
电极更换为性能较好的铬锆铌铜材质， 该材质电极
具有优越的抗熔焊性和耐电弧烧损性， 从而提高了
电极的使用寿命， 电极的修磨频率明显降低。
笔者所用新电极材料比较适合用于锂电池生产
中纯镍带的焊接， 目前该新电极已经投入使用， 效
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45
575
Ce： 0.02~0.16
5 结论 通过对影响锂电池焊接质量重要因素的分析，
并且采取有效的改进措施， 该产品焊接质量稳定性 明显提高， 异常品出现频次明显下降， 从而使得本 公司生产的电池受焊接影响的性能指标得到有效控 制， 进而提升了电池整体性能的一致性和可靠性， 同时焊后负极柱外观得到了客户的认可， 改善后焊 接效果如图 6 所示。
力、 电极形状及材料性能。
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5 结语 通过在以上管道安装中所采取的各项防护措施，
使空分设备的管道安装质量得到了提高， 并消除了 工地现场管道安装上的共振现象和管道裂纹， 在此 后的空分设备安装验收中一次验收合格。
图 3 负极耳电阻焊焊接操作图
3.3 产品焊接后缺陷 在焊接的过程中， 电极磨损较快、 电极打磨频次
较高， 同时， 由于电极的磨损， 在焊接过程中火花、 飞溅比较严重， 给产品的质量造成了重大隐患， 因而 电池盖极柱焊后外观不能满足客户要求。 负极柱焊接 前后对比， 焊接后电池盖极柱表面出现氧化斑点， 如 图 4 所示。
图 6 改善后焊接效果 参考文献： ［1］ 中国机械工程学会焊接学会. 焊接手册： 第 1 卷： 焊接方法与设
备［M］. 北京： 机械工业出版社， 1992.
作 者 简 介 ： 李 林 贺 （1978—）， 工 学 硕 士 ， 工 程 师 ， 主 要 从 事 超 声 波 焊接、 电阻焊、 钎焊、 激光焊等焊接工艺方法研究， 产品焊接质量分 析及焊接过程稳定性控制.
（力神迈尔斯动力电池系统有限公司， 天津 300191）
摘要： 通过分析生产现场影响电阻焊焊接质量的原因， 设计稳定可靠的焊接定位工装及选用硬度高、 耐磨性好的电极材质， 从而保证
该型号产品焊接过程的稳定性和焊接质量的一致性。
关键词： 极耳； 电阻焊； 定位工装
中图分类号： TG457
文献标志码： B
果很好， 纯铜和铬锆铌铜电极的化学成分和材料性
能对照见表 1。
表 1 电极材料的化学成分和材料性能对照表
材料名称 （质量分数）（%）
材料性能 硬度 HV 电导率/（MS·m-1） 软化温度/℃
纯铜 Cu
Cu≥99.9
40～90
56
150
Cr： 0.15~0.4
铬锆铌铜 Zr： 0.1~0.25 CuCrZrNb Nb： 0.08~0.25
阅。
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接技术发展新趋势、 新设备、 新工艺、 新材料等内容的专业期刊。 继 1993 年之后， 连续入选国家中文核
心期刊 （已入编 2011 版 《中文核心期刊要目总览》）， 并被选为金属学、 金属工艺学科的核心期刊； 1996
年荣获全国第二届优秀科技期刊三等奖； 2000 年荣获华北地区优秀期刊奖； 自 1995 年至 2009 年， 在天