電池模組及用於電池模組之超音波銲接方法及裝置

专利摘要:
一種用於電池模組之超音波銲接方法，包含下列步驟：提供多層金屬箔片，每一金屬箔片包含一本體及一電池極耳，該電池極耳連接於該本體，該些本體彼此電性隔離，每一電池極耳包含一通孔，該些通孔依序對齊；提供一超音波銲接裝置，該超音波銲接裝置包含一上極頭及一下基座；將該些電池極耳固定於該下基座上；將一導電柄之一凸銷插入該些通孔；以及將該上極頭接觸該導電柄，以進行一超音波銲接製程，使該導電柄與該些電池極耳銲接在一起。
公开号:TW201322534A
申请号:TW100142762
申请日:2011-11-22
公开日:2013-06-01
发明作者:dian-yong Lin；Lung-Tien Wu；Shih-Tsung Huang
申请人:Metal Ind Res & Dev Ct；
IPC主号:Y02E60-00

专利说明:
電池模組及用於電池模組之超音波銲接方法及裝置
本發明係有關於一種用於電池模組之超音波銲接方法，特別是有關於一種用於電池模組之超音波銲接方法，其具有凸銷及通孔之設計。
方型平板電池(Flat Battery)之內部為聚合物電池(Polymer Battery)，並連接導電柄(Tab)出來外面，以利進行電池之串並聯。目前常用之導電柄材質為鋁合金及銅合金，導電柄與電池之連接方式可採用超音波銲接的方式進行。由於導電柄所連接之長度太短，造成銲接位置與電池相當靠近，加上導電柄之接頭假如設計不良，往往會增加銲接之困難度。當電池要提高重量能量密度及體積能量密度時，串並聯數量會增加。若採用超音波銲接時，則會因超音波機械振動產生過大之相對滑移，導致電池極耳與導電柄連接處，產生拉扯破壞，容易造成剝離或脫落。
美國專利證書號：US 6,641,027揭示一種用以將導電柄(lead)接合於電池極耳(current collector tab)之方法，接合方法採用超音波銲接(ultrasonic welding)，可增加導電柄與電池極耳接觸面積，改善電流傳輸效率，提升整體導電柄結構強度。然而，在銲接多層電池極耳時，由於無有效之定位設計，因此超音波機械振動產生過大之相對滑移，導致電池極耳與導電柄連接處產生拉扯破壞，容易造成剝離或脫落。
因此，便有需要提供一種用於電池模組之超音波銲接方法，能夠解決前述的問題。
本發明提供一種用於電池模組之超音波銲接方法，包含下列步驟：提供多層金屬箔片，每一金屬箔片包含一本體及一電池極耳，該電池極耳連接於該本體，該些本體彼此電性隔離，每一電池極耳包含一通孔，該些通孔依序對齊；提供一超音波銲接裝置，該超音波銲接裝置包含一上極頭及一下基座；將該些電池極耳固定於該下基座上；將一導電柄之一凸銷插入該些通孔；以及將該上極頭接觸該導電柄，以進行一超音波銲接製程，使該導電柄與該些電池極耳銲接在一起。
根據本發明之用於電池模組之超音波銲接方法，可形成多層電池極耳與導電柄之接頭，其具有凸銷及通孔之設計，相較於先前技術沒有定位設計，本發明可增加多層電池極耳於銲接前對位便利性，並可有效提升接頭結構強度。當超音波機械振動產生過大之相對滑移，則本發明不會導致電池極耳與導電柄連接處產生拉扯破壞，且不會造成剝離或脫落。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。
請參閱圖1，顯示本發明之第一實施例之用於電池模組之超音波銲接方法的流程圖。請參閱圖2及3，在步驟S202中，提供一電池模組100，其包含多層第一金屬箔片110、多層隔離層120及多層第二金屬箔片130。該多層第一及第二金屬箔片110、130可為鋁合金或銅合金之材質。每一第一金屬箔片110包含一第一本體112及一第一電池極耳114(例如正極極耳)。該第一電池極耳114連接於該第一本體112，該些第一本體112彼此電性隔離。每一第一電池極耳114包含一第一通孔116，該些第一通孔116依序對齊。每一第二金屬箔片130包含一第二本體132及一第二電池極耳134(例如負極極耳)。該第二電池極耳134連接於該第二本體132，該些第二本體132彼此電性隔離，每一第二電池極耳134包含一第二通孔136，該些第二通孔136依序對齊。
多層隔離層120用以分別電性隔離該些第一金屬箔片110之第一本體112及該些第二金屬箔片130之第二本體132。該第一金屬箔片110、該隔離層120、該第二金屬箔片130及該隔離層120依序重複排列配置。換言之，在第一金屬箔片110下放置一隔離層120，在該隔離層120下放置一第二金屬箔片130，在該第二金屬箔片130下放置另一隔離層120，如此反覆依序堆疊而成之多層金屬箔片態樣。再者，該些第一金屬箔片110之第一本體112及該些第二金屬箔片130之第二本體132分別覆蓋有正極聚合物膜及負極聚合物膜(圖未示)。隔離層120之作用為將第一金屬箔片110與第二金屬箔片130之間電性絕緣，使得電流能正確藉由第一金屬箔片110之第一電池極耳114與第二金屬箔片130之第二電池極耳134做充放電之動作。
在本實施例中，該些第一金屬箔片110之第一電池極耳114與該些第二金屬箔片130之第二電池極耳134彼此呈現互相交錯堆疊形式。在另一實施例中，第一電池極耳114亦可為負極極耳，而第二電池極耳134亦可為正極極耳。
請參閱圖4，在步驟S204中，提供一超音波銲接裝置150，該超音波銲接裝置150包含一上極頭152、一上基座154及一下基座156。請參閱圖5，在步驟S206中，將該些第一電池極耳114固定於該下基座156上。請參閱圖6a及6b，在步驟S208中，將一第一導電柄140之一第一凸銷142插入該些第一通孔116。換言之，提供一第一導電柄140及一第一凸銷142，該第一凸銷142可固設於該第一導電柄140，該第一導電柄140及第一凸銷142可一體成型製造或不同材料所製；疊置該些第一電池極耳114及該第一導電柄140，並固定於該下基座156上，藉由該第一凸銷142定位該些第一電池極耳114及該第一導電柄140。請參閱圖7a，在步驟S210中，在本實施例中，將該上極頭152接觸該第一導電柄140，以進行一超音波銲接製程，使該第一導電柄140與該些第一電池極耳114銲接在一起。或者，請參閱圖7b，在另一實施例中，可先藉由上基座154先固定該第一導電柄140，再進行一超音波銲接製程。
超音波銲接製程是藉由超音波的高頻機械振動能量，對該第一導電柄140與該些第一電池極耳114進行內部加熱及表面清理，同時對該第一導電柄140與該些第一電池極耳114施加壓力來實現銲接的一種壓接方法。進行超音波銲接時，既不向工件輸進電流，也不使用外加的高溫熱源，在超音波銲接製程後，而使該第一導電柄140與該些第一電池極耳114不發生熔融的情況下形成的固相銲接。
在本實施例中，該第一通孔116之內徑可等於第一凸銷142之外徑，以使達到多層金屬箔片不易滑動之目的。須注意的是，在超音波銲接製程前，該第一導電柄140之第一凸銷142長度等於該些第一電池極耳114之累計厚度加上0.05～0.1公厘(mm)，0.05～0.1公厘可作為預留長度之部份L，如圖8所示。在超音波銲接製程後，預留長度之部份L被壓合成一覆蓋第一電池極耳114之部份L’，並銲接於第一凸銷142之底部，以達到加強第一導電柄140與該些第一電池極耳114之接合效果，如圖9所示。
同理，類似於步驟S206至步驟S210，將該些第二電池極耳固定於該下基座上，將一第二導電柄之一第二凸銷插入該些第二通孔，將該上極頭接觸該第二導電柄，以進行一超音波銲接製程，使該第二導電柄與該些第二電池極耳銲接在一起。
請參閱圖10，顯示本發明之第二實施例之用於電池模組之超音波銲接方法的流程圖。請再參閱圖11及12，在步驟S402中，提供一電池模組300，其包含多層第一金屬箔片310、多層隔離層320及多層第二金屬箔片330。每一第一金屬箔片310包含一第一本體312及一第一電池極耳314(例如正極極耳)。該第一電池極耳314連接於該第一本體312，該些第一本體312彼此電性隔離。每一第一電池極耳314包含一第一通孔316，該些第一通孔316依序對齊。每一第二金屬箔片330包含一第二本體332及一第二電池極耳334(例如負極極耳)。該第二電池極耳334連接於該第二本體332，該些第二本體332彼此電性隔離，每一第二電池極耳334包含一第二通孔336，該些第二通孔336依序對齊。
多層隔離層320用以分別電性隔離該些第一金屬箔片310之第一本體312及該些第二金屬箔片330之第二本體332。該第一金屬箔片310、該隔離層320、該第二金屬箔片330及該隔離層320依序重複排列配置。
請參閱圖13，在步驟S404中，提供一超音波銲接裝置350，該超音波銲接裝置350包含一上極頭352、一上基座354及一下基座356，該下基座356包含一凸銷358。請參閱圖14，在步驟S406中，將該些第一電池極耳314之第一通孔316放置並圍繞於該下基座356之凸銷358，並使該些第一電池極耳314固定該下基座356上。請參閱圖15a及15b，在步驟S408中，將一第一導電柄340之一第一定位孔342對齊於該些第一通孔316，該第一定位孔342放置並圍繞於該下基座356之凸銷358，以使該第一導電柄340固定該下基座356上。換言之，提供一第一導電柄340及一凸銷358，該凸銷358可固設於該下基座356，該下基座356及凸銷358可一體成型製造或不同材料所製；疊置該些第一電池極耳314及該第一導電柄340，並固定於該下基座356上，藉由該凸銷358定位該些第一電池極耳314及該第一導電柄340。在本實施例中，該第一導電柄340之第一定位孔342可為一貫穿孔(如圖16所示)，方便視覺定位，以使達到第一導電柄不易滑動之目的。須注意的是，該下基座356之該凸銷358的硬度須高於該第一導電柄340及該些第一電池極耳314的硬度，以防止該第一導電柄340及該些第一電池極耳314被銲接在該凸銷358。
請參閱圖17，在步驟S410中，將該上極頭352接觸該第一導電柄340，以進行一超音波銲接製程，使該第一導電柄340與該些第一電池極耳314銲接在一起。或者，在另一實施例中，可先藉由上基座354先固定該第一導電柄140，再進行一超音波銲接製程。在超音波銲接製程後，該第一導電柄340與該些第一電池極耳314之剖面，如圖18所示。
同理，類似於步驟S406至步驟S410，將該些第二電池極耳之第二通孔放置於該下基座之凸銷，並使該些第二電池極耳固定該下基座上，將一第二導電柄之一第二定位孔對齊於該些第二通孔，將該上極頭接觸該第二導電柄，以進行一超音波銲接製程，使該第二導電柄與該些第二電池極耳銲接在一起。
根據本發明之用於電池模組之超音波銲接方法，可形成多層電池極耳與導電柄之接頭，其具有凸銷及通孔之設計，相較於先前技術沒有定位設計，本發明可增加多層電池極耳於銲接前對位便利性，並可有效提升接頭結構強度。當超音波機械振動產生過大之相對滑移，則本發明不會導致電池極耳與導電柄連接處產生拉扯破壞，且不會造成剝離或脫落。
綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。
100．．．電池模組
110．．．第一金屬箔片
112．．．第一本體
114．．．第一電池極耳
116．．．第一通孔
120．．．隔離層
130．．．第二金屬箔片
132．．．第二本體
134．．．第二電池極耳
136．．．第二通孔
140．．．第一導電柄
142．．．第一凸銷
150．．．超音波銲接裝置
152．．．上極頭
154．．．上基座
156．．．下基座
300．．．電池模組
310．．．第一金屬箔片
312．．．第一本體
314．．．第一電池極耳
316．．．第一通孔
320．．．隔離層
330．．．第二金屬箔片
332．．．第二本體
334．．．第二電池極耳
336．．．第二通孔
340．．．第一導電柄
342．．．第一定位孔
350．．．超音波銲接裝置
352．．．上極頭
354．．．上基座
356．．．下基座
358．．．凸銷
L．．．部份
L’．．．部份
S 202．．．步驟
S 204．．．步驟
S 206．．．步驟
S 208．．．步驟
S 210．．．步驟
S 402．．．步驟
S 404．．．步驟
S 406．．．步驟
S 408．．．步驟
S 410．．．步驟
圖1為本發明之第一實施例之用於電池模組之超音波銲接方法的流程圖；
圖2為本發明之第一實施例之電池模組之組合立體示意圖；
圖3為本發明之第一實施例之電池模組之分解立體示意圖；
圖4為本發明之第一實施例之超音波銲接裝置之分解立體示意圖；
圖5顯示本發明之第一實施例之多層第一電池極耳及下基座之組合立體示意圖；以及
圖6a及6b為本發明之第一實施例之一第一導電柄、多層第一電池極耳及下基座之分解及組合立體示意圖；
圖7a為本發明之第一實施例之一上極頭、一第一導電柄、多層第一電池極耳及下基座之組合立體示意圖；
圖7b為本發明之另一實施例之一上極頭、一上基座一第一導電柄、多層第一電池極耳及下基座之組合立體示意圖；
圖8為本發明之第一實施例之超音波銲接製程前之一第一導電柄及多層第一電池極耳之組合剖面示意圖；
圖9為本發明之第一實施例之超音波銲接製程後之一第一導電柄及多層第一電池極耳之組合剖面示意圖；
圖10為本發明之第二實施例之用於電池模組之超音波銲接方法的流程圖；
圖11為本發明之第二實施例之電池模組之組合立體示意圖；
圖12為本發明之第二實施例之電池模組之分解立體示意圖；
圖13為本發明之第二實施例之超音波銲接裝置之分解立體示意圖；
圖14顯示本發明之第二實施例之多層第一電池極耳及下基座之組合立體示意圖；以及
圖15a及15b為本發明之第二實施例之一第一導電柄、多層第一電池極耳及下基座之分解及組合立體示意圖；
圖16為本發明之第二實施例之超音波銲接製程前之一第一導電柄、多層第一電池極耳及下基座之組合剖面示意圖；
圖17為本發明之一實施例之一上極頭、一第一導電柄、多層第一電池極耳及下基座之組合立體示意圖；以及
圖18為本發明之第二實施例之超音波銲接製程後之一第一導電柄及多層第一電池極耳之組合剖面示意圖。
110．．．第一金屬箔片
112．．．第一本體
114．．．第一電池極耳
116．．．第一通孔
134．．．第二電池極耳
136．．．第二通孔
140．．．第一導電柄
142．．．第一凸銷
156．．．下基座

权利要求:
Claims (13)
[1] 一種用於電池模組之超音波銲接方法，包含下列步驟：提供多層金屬箔片，每一金屬箔片包含一本體及一電池極耳，該電池極耳連接於該本體，該些本體彼此電性隔離，每一電池極耳包含一通孔，該些通孔依序對齊；提供一超音波銲接裝置，該超音波銲接裝置包含一上極頭及一下基座；將該些電池極耳固定於該下基座上；將一導電柄之一凸銷插入該些通孔；以及將該上極頭接觸該導電柄，以進行一超音波銲接製程，使該導電柄與該些電池極耳銲接在一起。
[2] 如申請專利範圍第1項所述之用於電池模組之超音波銲接方法，其中該第一凸銷長度等於該些第一電池極耳之累計厚度加上0.05～0.1公厘(mm)。
[3] 一種用於電池模組之超音波銲接方法，包含下列步驟：提供多層金屬箔片，每一金屬箔片包含一本體及一電池極耳，該電池極耳連接於該本體，該些本體彼此電性隔離，每一電池極耳包含一通孔，該些通孔依序對齊；提供一超音波銲接裝置，該超音波銲接裝置包含一上極頭及一下基座，該下基座包含一凸銷；將該些電池極耳之通孔放置並圍繞於該下基座之凸銷，並使該些電池極耳固定該下基座上；將一導電柄之一定位孔對齊於該些通孔，該定位孔放置並圍繞於該下基座之凸銷，以使該第一導電柄固定該下基座上；以及將該上極頭接觸該導電柄，以進行一超音波銲接製程，使該導電柄與該些電池極耳銲接在一起。
[4] 如申請專利範圍第3項所述之用於電池模組之超音波銲接方法，其中該導電柄之定位孔為一貫穿孔。
[5] 一種用於電池模組之超音波銲接裝置，該電池模組包含多層金屬箔片及一導電柄，每一金屬箔片包含一本體及一電池極耳，該電池極耳連接於該本體，該些本體彼此電性隔離，每一電池極耳包含一通孔，該些通孔依序對齊，該導電柄包含一定位孔，該定位孔對齊於該些通孔，該超音波銲接裝置包含：一下基座，包含一凸銷，其中該些通孔及該定位孔被放置並圍繞於該下基座之凸銷，該些電池極耳及該導電柄被固定於該下基座上；以及一上極頭，用以接觸該導電柄，以進行一超音波銲接製程，使該導電柄與該些電池極耳銲接在一起。
[6] 如申請專利範圍第5項所述之用於電池模組之超音波銲接方法，其中該下基座之該凸銷的硬度高於該導電柄與該些金屬箔片的硬度。
[7] 一種電池模組，包含：多層第一金屬箔片，每一第一金屬箔片包含一第一本體及一第一電池極耳，該第一電池極耳連接於該第一本體，該些第一本體彼此電性隔離，每一第一電池極耳包含一第一通孔，該些第一通孔依序對齊；以及一第一導電柄，包含一第一凸銷，該第一凸銷插入該些第一通孔，其中該第一導電柄與該些第一電池極耳銲接在一起。
[8] 如申請專利範圍第7項所述之電池模組，更包含：多層第二金屬箔片，每一第二金屬箔片包含一第二本體及一第二電池極耳，該第二電池極耳連接於該第二本體，該些第二本體彼此電性隔離，每一第二電池極耳包含一第二通孔，該些第二通孔依序對齊；多層隔離層，用以分別電性隔離該些第一及第二本體，其中該第一金屬箔片、該隔離層、該第二金屬箔片及該隔離層依序重複排列配置；以及一第二導電柄，包含一第二凸銷，該第二凸銷插入該些第二通孔，其中該第二導電柄與該些第二電池極耳銲接在一起。
[9] 一種電池模組，包含：多層第一金屬箔片，每一第一金屬箔片包含一第一本體及一第一電池極耳，該第一電池極耳連接於該第一本體，該些第一本體彼此電性隔離，每一第一電池極耳包含一第一通孔，該些第一通孔依序對齊；以及一第一導電柄，包含一第一定位孔，該第一定位孔對齊於該些第一通孔，其中該第一導電柄與該些第一電池極耳銲接在一起。
[10] 如申請專利範圍第9項所述之電池模組，更包含：多層第二金屬箔片，每一第二金屬箔片包含一第二本體及一第二電池極耳，該第二電池極耳連接於該第二本體，該些第二本體彼此電性隔離，每一第二電池極耳包含一第二通孔，該些第二通孔依序對齊；多層隔離層，用以分別電性隔離該些第一及第二本體，其中該第一金屬箔片、該隔離層、該第二金屬箔片及該隔離層依序重複排列配置；以及一第二導電柄，包含一第二定位孔，該第二定位孔對齊於該些第二通孔，其中該第二導電柄與該些第二電池極耳銲接在一起。
[11] 一種用於電池模組之超音波銲接方法，包含下列步驟：提供多層金屬箔片，每一金屬箔片包含一本體及一電池極耳，該電池極耳連接於該本體，該些本體彼此電性隔離，每一電池極耳包含一通孔，該些通孔依序對齊；提供一超音波銲接裝置，該超音波銲接裝置包含一上極頭及一下基座；提供一導電柄及一凸銷，疊置該些電池極耳及該導電柄，並固定於該下基座上，藉由該凸銷定位該些電池極耳及該導電柄；以及將該上極頭接觸該導電柄，以進行一超音波銲接製程，使該導電柄與該些電池極耳銲接在一起。
[12] 如申請專利範圍第11項所述之用於電池模組之超音波銲接方法，其中該凸銷固設於該導電柄，並插入該些電池極耳之通孔，以定位該些電池極耳及該導電柄。
[13] 如申請專利範圍第11項所述之用於電池模組之超音波銲接方法，其中該凸銷固設於該下基座，該導電柄具有一定位孔，該些電池極耳之通孔及該導電柄之定位孔放置並圍繞於該凸銷，以定位該些電池極耳及該導電柄。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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TWI446610B|2014-07-21|

引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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TW100142762A|TWI446610B|2011-11-22|2011-11-22|電池模組及用於電池模組之超音波銲接方法及裝置|TW100142762A| TWI446610B|2011-11-22|2011-11-22|電池模組及用於電池模組之超音波銲接方法及裝置|