solda de metal ultra-sônico para íon de lítio células da bateria

Os três metal mais comuns para articulações de metal em um íon de lítio A bateria é uma folha para aba, guia para tabulação e guia para ônibus. Todas as três articulações que juntam desafios, mas dos três, a soldagem múltiplas camadas de folha para uma guia é a mais e desafiadora. A articulação é muitas vezes feita de metais dissimilares, a espessura do metal é incompatível e um lado (The Tab) é relativamente espesso (por exemplo 0,2 mm) Enquanto o outro é composto de várias, extremamente finas, camadas. A imagem abaixo mostra um esquema de um grande formato íon de lítio pilha de bateria célula. A folha para tabular Solda é necessária para reunir todas as placas de colecionador atuais (Folhos) dentro da célula e juntar-se para uma aba que sai do invólucro celular e permite o energia a ser transferida para uma fonte externa. Há duas folhas para aba as soldas em cada célula, e centenas de células em um típico íon de lítio Bateria Pack. Porque Das conexões de série e paralelas, uma falha em uma folha para a joint se comprometerá a saída de todo o pacote, portanto, um processo de união robusto é necessário.

soldadura de metal ultra-sônico (UMW) foi avaliado para este formulário específico. Um esquema do processo é mostrado abaixo. A soldagem de metal ultra-sônico é muito capaz de soldar combinações semelhantes e dissimilares de materiais relacionados com bateria, como cobre, alumínio e níquel. Vibrações ultra-sônicas, tipicamente 20 a 40 mil hertz, são usadas para esfregar duas partes juntas sob a pressão. A ação de esfregação quebra o óxido e a contaminação na superfície e quebra asperidades da superfície que criam dois "suaves", metal limpo superfícies. uma vez estes contato sob calor e pressão moderados, uma solda é formada.

O processo tem várias vantagens. Desde É um processo de estado sólido, pode ser adaptado a combinações de materiais dissimilares e evita a maioria das preocupações sobre a formação de intermetálico compostos. É ideal é adequado para soldar os materiais altamente condutivos usados ​​em baterias, incluindo banhado cobre. Não requer alta potência e ciclos de solda são muito curtos, frações de uma segunda-feira. Ele também se junta várias camadas de materiais finos em uma operação

Ambos Resistance Spot Soldadura (RSW) e soldadura de feixe de laser (lbw) também foram considerados, mas não têm certos atributos que fazem UMW um processo de ingresso mais desejável para o íon de lítio Bateria Aplicativo. RSW depende da resistência de um material para gerar calor para junção. No entanto, as folhas de alumínio e cobre normalmente usadas na indústria da bateria têm resistência extremamente baixa, além disso, as ligas de alumínio formam uma camada de óxido de superfície resistente que inibe RSW e é ainda composto pelo fato de que a camada de óxido está presente em ambos os lados de cada folha camada. UMW Não confia na resistência a granel e esfrega inerentemente as camadas de óxido como parte do processo Lbw . é muito sensível a lacunas entre camadas materiais na solda articulação. Como regra geral, a lacuna deveria ser menos do que 10% do material espessura. Juntando-se a 12 μm Foil seria Exigir A 1.2 μm, ou menos, lacuna que é muito difícil de alcançar e requer uma solução excessiva. Porque UMW é auto-apertado, as lacunas não são uma edição

Um grande formato típico íon de lítio Célula usa folha de cobre como o coletor de corrente de ânodo e alumínio como a corrente de cátodo Colecionador; Portanto, tanto cobre quanto de alumínio foram avaliados com o UMW Processo. As articulações experimentais, como mostrado na imagem acima, estavam limitados apenas a pilhas materiais semelhantes, significando que as folhas de alumínio foram unidas a guias de alumínio e folhas de cobre para abas de cobre As espessuras da aba foram realizadas constantes em 0,005 polegadas. Duas espessuras da folha, 12 e 25 μm, e duas alturas de pilha de folha, 20 e 60 camadas, foram avaliadas para provar a viabilidade e estudar os efeitos sobre as propriedades conjuntas como espessura da folha e número de camadas de folha varia.

Seção transversal - 20 camadas de cobre fino

Seção transversal - 60 camadas de alumínio espesso

A análise das secções transversais acima proporcionou uma visão mais estreita na compressão de folha, danos à folha e do estado final da solda articulação. As amostras com mais finas e menos camadas de folha mostram um aumento no movimento da folha diretamente adjacente à zona de solda Em contraste, as amostras com camadas mais grossas e mais folhas mostraram uma consolidação das folhas adjacentes à zona de solda, muitas vezes resultando em uma vínculo maior Região. A consolidação e aumento na região de obrigações ocorreram Porque As pilhas mais grossas da folha inferior na ferramenta de solda causam compressão na área adjacente à zona de solda

Conclusões:

Juntando várias camadas de folhas finas para uma guia em uma única operação de solda de metal ultra-som é viável. As soldas são alcançáveis sem fraturar a folha delicada camadas. Obrigações ocorre na folha para a interface da tabulação, bem como em cada folha para a interface da folha que resulta em um forte, altamente condutor eletro-mecânico articulação.

IR Videografia mostra que todas as articulações, com exceção da amostra de cobre feita de 60 camadas de 25 μm Foil, ficou com menos de 60 ºC durante O ciclo de solda indicando o processo não prejudicará os componentes sensíveis ao calor nas proximidades.