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锂电池,超声波金属焊..

锂电池,超声波金属焊接机工艺原理
2020-05-09

电动汽车因其环保和电池技术越来越受到消费者的青睐。其中,锂离子电池技术是电动汽车的关键技术之一。


#超声波焊接#


锂电池技术中,有三种金属焊接方法:将铜箔/铝箔连接到接线片,将接线片连接到接线片并将接线片连接到母线。其中,铜箔/铝箔最难焊接到电极上。由于金属焊接两端的金属厚度和材料不同,一端(接线片)较厚(例如0.2毫米),另一端则由多层极薄的金属板组成。下图显示了锂离子电池的横截面。


其中,从电极箔到电极板的焊接是将电池内部的所有正电极箔和负电极箔连接到相应的电极板,从而将电池内部的能量传递到外部。数百个锂电池构成了典型的锂电池组。每个电池单元串联或并联连接。如果一个极箔无法连接到极靴,则整个电池组的输出都会失败。因此,极箔与极靴之间的稳定且牢固的连接非常重要。


超声波金属焊接(UMW)用于上述多层箔和电极之间的连接。处理流程如下图所示。超声波金属焊接非常适合于不同金属材料(例如铜,铝,镍)之间的焊接。这两个金属零件受到压力压缩并通过超声波高频振动(通常为20khz-40khz)。摩擦产生的热量可以消除金属表面的氧化物和污染物。同时,两个部分形成“光滑”的金属表面。此时,在适当的压力和热量下,两者之间会形成焊缝。


超声波金属焊接-电动汽车用锂电池-此过程具有多个优点。由于它是固态过程,因此可以适应不同材料的组合并避免生成金属化合物。非常适合高导电性材料(例如镀铜)之间的焊接。整个焊接过程不需要高功率,并且焊接周期非常短,仅一小部分时间。一次可以焊接多层薄材料。


与电阻点焊(RSW)和激光束焊接(LBW)相比,超声金属焊接(UMW)是更理想的锂离子电池连接技术。 RSW依靠材料的电阻来产生连接所需的热量。然而,电池工业中常用的铝箔和铜箔的电阻非常低,并且在铝箔表面上形成的硬氧化物层阻碍了RSW的应用。 LBW对焊缝两端的材料层间隙非常敏感。通常认为,间隙应小于材料厚度的10%,即12μm的箔需要1.2μm或更小的间隙,这很难实现。对于超声波金属焊接工艺,没有这样的问题。


典型的锂离子电池使用铜箔作为阳极,铝箔作为阴极。因此,我们测试了两种情况:(1)铝箔和铝接头的连接; (2)铜箔与铜接头的连接。测试模型如上所示。其中,电极厚度为0.13M,箔厚度为12和25μm,箔堆叠高度为20和60层。


超声波金属焊接-电动汽车锂电池-超声波金属焊接-电动汽车锂电池-观察以上部分,我们对箔片压缩,箔片破坏和最终接合状态有了更清晰的了解。箔片越薄,金属焊接过程的数量就越少。两侧焊接区域附近的箔的变形和位移增加,稍微松散,并且强度不足。相反,箔越厚,金属焊接过程的层数越多,双面粘合面积越大,强度越大。


结论如下:通过超声波金属焊接将多层箔与电极连接是可行的。


1.锡箔在焊接过程中不会损坏。


2.粘结发生在箔片和电极(接头)的表面以及每个箔片和箔片之间,从而提供了更牢固,更导电的金属连接。


3.红外热像仪显示,在焊接过程中所有接头的温度均保持在60°C以下,这表明该过程不会对附近的热敏元件造成损坏。





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