[發明專利]一種鋁基鑲嵌復合金屬帶材及其制造方法

無效

• 申請號: 201310191638.3
• 申請日: 2013-05-22
• 公開（公告）號: CN104183295A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 徐卓輝;沈翠珊
• 申請（專利權）人: 徐卓輝;沈翠珊
• 主分類號: H01B1/02
• 分類號: H01B1/02;H01B13/00;H01M2/26
• 代理公司: 深圳市匯力通專利商標代理有限公司 44257
• 代理人: 閻蕊香;王鎖林

技術領域

本發明屬于電池領域，更具體地說，涉及用于制備聚合物、液態軟包裝、硬殼鋰離子電芯正極耳的鋁基鑲嵌復合金屬帶材，并涉及其制造方法。

背景技術

目前，聚合物、液態軟包裝、硬殼鋰離子電池電芯用正極耳大都采用鋁極耳，眾所周知，極耳需要與電池管理線路保護板或電線進行焊接，但鋁與保護板或電線上的錫無法實現良好焊合。為解決此問題，現有工藝方案絕大多數采用激光焊或超聲焊接將一段鎳片以搭接方式轉焊至鋁極耳的外露端，通過轉焊好的鎳片再與線路保護板或電線上的錫進行連接。這種轉焊搭接方式又帶來以下四方面問題：1、激光或超聲焊點所形成的凹凸痕跡影響電芯的外觀；2、鋁與鎳之間的焊結點實際接觸面積與兩者（鋁與鎳）之間搭接所形成的疊合總面積相比比例較小，意味著接觸電阻大不利于電芯內阻降低；3、轉焊工序的增加意味著電芯制作的生產成本增加，質量不穩定性同時增加；4、轉焊后的極耳在搭接處附近極易出現虛焊、脫焊甚至折斷現象。

除了上述鋁極耳轉焊鎳片方式外，在同一領域國內外還發展了數種其它技術方案。主要有以下幾大類。

一、鋁極耳鍍覆鎳型。如中國發明專利申請201010241631.4、200810236321.6、201110308950.7均屬于此類，它們能夠節省轉焊鎳的工序，但鍍覆工藝一方面存在電鍍或化學鍍技術所固有存在的鍍層與基材結合不可靠、不牢固、鍍層偏薄影響最終焊錫效果的嚴重問題；另一方面鍍覆過程中大量的化學廢液使用和排放會對周邊環境造成污染難，因此該類技術方案并沒有真正得到批量推廣應用。

二、搭接式轉焊銅，如中國實用新型專利201120357203.8，同樣存在上述搭接式轉焊鎳的缺陷。

三、在鋁和鎳疊合部位熱熔材料形成一體化。如，中國發明專利申請200510122316.9采用有機高分子類型的熱熔材料將鋁極耳與鎳在疊合位置進行包裹式熔合,?這種方式實際上只能保證熱熔材料本身的熔合，而熱熔體里面的鋁和鎳由于沒有相互塑性變形因而難以真正形成相互牢固結合，鋁鎳兩者之間的接觸電阻顯然非常大，造成整體電芯內阻增加，而且在電芯正極耳露出端突出的熱熔體塊外形破壞了電池產品的整體美觀性。

四、異型復合金屬型極耳。美國專利US2011/0274964提供了一種異型復合金屬型極耳解決方案，該方案是用復合法生產出面復合結構的鋁/銅復合金屬材料（如圖1中的a部分所示），再將局部的銅層部分采用蝕刻、刨削、機械成型方式除去，最終制備出異型復合金屬型極耳（如圖1中的b部分所示）,圖1中虛線表示的部分為去除的銅層。這種極耳一端（在電芯包裝袋內）為鋁，而另一端（露出電芯部分）則是在鋁基材的基礎上復合了用于改善與線路板焊接的一層銅材，即，極耳兩端厚度不同且材質也不同。但是，鋰離子電池極耳整體厚度一般在0.05～0.3mm范圍，顯然在如此薄的面復合結構材料的基礎上再要準確除去局部位置的銅復合層的可實現性很小、成本很高，因而并不現實。

為克服上述技術方案缺陷，本發明人曾在中國專利申請201320022487.4中提供了一種鋁基鑲嵌復合金屬結構極耳，其中制備所述極耳的鑲嵌復合金屬帶材基材為鋁，而鑲嵌材料為純鎳或純銅。然而在鋁基材鑲鎳帶材的制備和鋁基材鑲銅帶材的應用過程中發現這兩種材料仍存在一些缺陷。

鋁基材鑲嵌鎳材無論是軋制復合過程還是復合后的軋制后加工過程，存在較大的技術難度，最主要的原因就在于鋁和鎳存在明顯的物理性能及力學性能差異：例如鋁熔點660℃，軟態鋁的屈服強度為20MPa（HV硬度12~17），經過60%~80%的軋制變形其強度達到150~180MPa（HV硬度40~50）；鎳熔點1453℃，軟態鎳的屈服強度為110MPa（HV硬度70~80）,而鎳經過20~30%的軋制變形其強度就可達到450~630MPa（HV硬度160~180）。上述各性能巨大的差異使得鋁和鎳在制備成鑲嵌復合金屬帶材的軋制過程中協同變形非常困難，即鋁和鎳兩者之間非常容易在變形過程中形成應力集中從而容易破壞復合金屬帶材的整體成型，例如板形起浪、復合界面撕裂現象頻繁出現，合格成材率較低。