Ультразвуковая металлическая сварка для Литий-ион клетки аккумулятора

Три наиболее распространенные металлические соединения металла в литий-ион Аккумуляторная батарея - это фольга на вкладку, вкладка для вкладки и вкладки на Автобус. Все три сустава поза присоединяются к вызовам, но из трех, сварки нескольких слоев фольги на вкладку - это самая сложная. Соединение часто состоит из разнородных металлов, толщина металла несоответствует, а одна сторона (вкладка вкладка) относительно толстый (например 0,2 mm) Хотя другой состоит из множественного, чрезвычайно тонкая, слои. Изображение ниже показывает схему большого формата литий-ион Батарейный пакет клетки. Фольга к вкладке сварной сварки необходимы для сбора всех текущих коллекторных пластин (фольги) внутри ячейки и присоединяйтесь к ним на вкладку, которая выходит из корпуса клеток и позволяет Cell's энергия должна быть передана на внешний источник. В каждой ячейке есть две фольги к вкладкам в каждой ячейке, а также сотни клеток в типичном литий-ион Батарея пакет. Потому что Из серии и параллельных соединений, один отказ в фольге на вкладку сустав будет ставить под угрозу вывод всего пакета, поэтому прочный процесс объединения - это требуется.

Ультразвуковая металлическая сварка (UMW) был оценен для этого конкретного применение. Схема процесса показана Ниже. Ультразвуковая металлическая сварка очень способна сварить аналогичные и разнородные комбинации батареи, связанные с батареями, такие как меди, алюминий, а также никель. Ультразвуковые вибрации, как правило, от 20 до 40 тысяч герц, используются для потягивания двух частей под давление. Действие очистки вырвало оксид и загрязнение на поверхности и разрушает поверхность, создавая две «гладкие», чистые металлические поверхности. один раз эти контакт при умеренном тепте и давлении, сварной сварки образован.

Процесс имеет несколько Преимущества. С Это процесс твердого состояния, он может быть адаптирован к разнородным материалам комбинации и избегает большего количества опасений о формировании Интерметаллических Соединения. Он идеально подходит для сварки высокопроводных материалов, используемых в батареях, включая покрытие медь. Это не требует высокой мощности и циклов сварных швов очень короткие, доли второй. Он также присоединяется к нескольким слоям тонких материалов в одном эксплуатации.

Оба сопротивления точечной сварки (RSW) и сварка лазерного луча (LBW) также рассмотрены, но не хватает определенных атрибутов, которые делают UMW более желательный процесс объединения для литий-ион Аккумулятор Приложение. Rsjs полагается на сопротивление материала для генерации нагрева для соединение. Однако алюминиевые и медные фольги обычно используются в аккумуляторной промышленности, имеют чрезвычайно низкое сопротивление, кроме того, алюминиевые сплавы образуют слой жесткого оксида поверхности, который ингибирует RSW и также дополнительно усугубляется тем, что оксидный слой присутствует с обеих сторон каждой фольги слой. Umw Не полагается на оптовое сопротивление и по своей природе скрабов оксидных слоев в составе процесс. LBW очень чувствителен к пробелам между материальными слоями в сварке сустав. Как общее правило, пробел должен быть меньше чем 10% материала толщина. Присоединение к 12 мкм фольга бы требуют 1.2 μm, или меньше, зазор, который очень трудно достичь и требует чрезмерного фиксатора. Потому что Umw Является ли зажим, пробелы не являются выпуск.

Типичный большой формат литий-ион клетка использует медную фольгу в качестве коллектора анода тока и алюминий в качестве тока катода коллектор; Следовательно, медь и алюминий были оценены с помощью UMW процесс. Экспериментальные соединения, как показано на рисунке выше, были ограничены только аналогичными стеками материалов, то есть алюминиевая фольга присоединились к алюминиевым язычкам и медному фольгу в медь вкладки. Толщина вкладки была проведена константы на 0,005 дюйма. Две толщины фольги, 12 и 25 мкм и две высоты стека фольги, 20 и 60 слоев, были оценены, чтобы доказать целесообразность и изучить влияние на совместные свойства в качестве толщины фольги и количество слоев фольги варьируется.

поперечное сечение - 20 слоев тонкой меди

поперечное сечение - 60 слоев толстого алюминия

Анализ вышеперечисленных сечений приведенных выше поперечных сечений при условии, что сжатие фольги, повреждение фольги и окончательное состояние сварного шва Соединение. Образцы с тоньше и меньше слоев фольги показывают увеличение движения фольги, непосредственно рядом с зоной сварного шва. В отличие от того, что образцы с толще и более слоями фольги показали консолидацию фольги, прилегающих к зоне сварки, часто приводящей к большей связи регион. Консолидация и увеличение облигационной области произошли потому что Более толстая фольга стеки дна на сварке, вызывающем сжатие в области, прилегающей к зоне сварного шва.

Выводы:

Присоединение к нескольким слоям тонких фольгов на вкладку в одной операции сварной сварки ультразвуковой металлизации - это возможное. Сварные швы достижимы без разрыва тонкой фольги слои. Связывание происходит на интерфейсе фольги к вкладку, а также на каждой фольге на интерфейс фольги, что приводит к сильной, высокопроводной электромеханической сустав.

ИК Видеография показывает, что все соединения, за исключением образца меди, сделанного из 60 слоев 25 мкм фольга, оставалась до 60 ºC во время Цикл сварки, указывающий на процесс, не повредит соседним теплом чувствительна компоненты.