초음파 금속 용접 리튬 이온 배터리 셀

리튬 이온 리튬 이온에서 금속 조인트에 3 개의 가장 일반적인 금속 배터리 팩은 탭, 탭 탭 및 탭으로가는 포일입니다. 세 가지 조인트는 모두 도전에 합류했지만 3 개 중에서 탭에 호일의 여러 층을 용접하는 것이 가장 도전합니다. 관절은 종종 이종 금속으로 구성되며 금속 두께가 일치하지 않고 한쪽 ( 탭) 비교적 두꺼운 (예 : 0.2 mm) 다른 하나는 매우 얇은 층으로 구성됩니다. 아래 이미지는 큰 형식의 개략도를 보여줍니다 리튬 이온 배터리 팩 셀. 모든 현재 콜렉터 플레이트를 수집하기 위해서는 탭 용접으로가는 호일이 필요합니다. (포일) 셀 안에서 가입 셀 케이스를 종료하고 셀의 에너지가 외부 공급원으로 옮겨집니다. 각 세포에서 탭 용접에 2 개의 호일과 전형적인 리튬 이온에서 수백 개의 세포가 있습니다. 배터리 팩. 왜냐하면 때문에 시리즈 및 병렬 연결의 경우, 포일에서 탭 조인트의 한 장애는 전체 팩의 출력을 손상시킬 수 있으므로 강력한 결합 프로세스가 필요합니다.

초음파 금속 용접 (UMW) 이 특별한 신청서에 대해 평가되었습니다. 공정의 개략도가 나타납니다. 초음파 금속 용접은 구리, 알루미늄 및 니켈과 같은 배터리 관련 물질의 유사하고 다른 병합을 용접 할 수 있습니다. 일반적으로 20 ~ 40,000 개의 헤르츠의 초음파 진동은 2 개의 부품을 함께 문지르는 데 사용됩니다. 스크러빙 작용은 표면에서 산화물과 오염을 분리하고 2 개의 '매끄러운', 깨끗한 금속 표면을 만드는 표면 asperities를 분해합니다. 일단 이것들 접촉 중등도 열 및 압력 하에서 용접이 형성됩니다.

프로세스에는 몇 가지 이점이 있습니다. 이후로 그것은 고체 상태 공정이며, 다른 재료 조합에 적용 할 수 있으며 대기 시간의 형성에 대한 가장 우려 사항을 피할 수 있습니다. 화합물. 그것은 도금 된 구리를 포함한 배터리에 사용되는 고도로 전도성 재료를 용접하는 것이 이상적입니다. 높은 전력이 필요하지 않으며 용접 사이클은 매우 짧습니다. 두 번째 분수. 또한 하나의 조작에서 얇은 재료의 다중 층을 합류합니다.

두 저항 스폿 용접 (RSW) 및 레이저 빔 용접 (LBW) 또한 고려되었지만 특정 속성이 부족합니다. 리튬 이온을위한보다 바람직한 접합 공정 배터리 응용 프로그램. RSW 가입을 위해 열을 발생시키기 위해 재료의 저항에 의존합니다. 그러나 전형적으로 배터리 산업에서 일반적으로 사용되는 알루미늄 및 구리 포일은 저항성이 매우 낮고, 알루미늄 합금은 rsw 산화물 층이 각 호일 층의 양쪽에 존재한다는 사실에 의해 추가로 배합된다. Umw 대량 저항에 의존하지 않고 본질적으로 산화물 층을 공정의 일부로 멀리 떨어 뜨리고 있습니다. LBW 용접 조인트의 재료 층 사이의 틈에 매우 민감합니다. 엄지 손가락의 일반적인 규칙으로, 갭 보다 적습니다 10 % 재료 두께의 두께. 12 μM 접합 호일 1.2 1.2 μm 이하, 달성하기가 매우 어렵고 과도한 고정이 필요합니다. 왜냐하면 때문에 Umw 자체 클램핑, 간격은 이슈가 아닙니다.

전형적인 대형 포맷 리튬 이온 셀은 캐소드 전류 수집기로서의 양극 집 전체와 알루미늄으로 구리 호일을 사용합니다. 따라서 구리와 알루미늄은 모두 UMW로 평가되었습니다. 공정. 상기 이미지에 도시 된 바와 같이, 유사한 재료 스택으로만 제한되었다. 알루미늄 포일은 알루미늄 탭 및 구리 포일에 구리 탭에 결합 된 것을 의미한다. 탭 두께는 0.005 인치에서 일정하게 유지되었다. 2 개의 포일 두께, 12 및 25 μm 및 2 개의 호일 스택 높이, 20 및 60 층을 평가하여 타당성을 증명하고 호일 두께와 호일 층의 수와 호일 층 수로서 조인트 특성에 미치는 영향을 연구 하였다.

횡단면 - 얇은 구리의 20 층

횡단면 - 두꺼운 알루미늄의 60 층

위의 단면의 분석은 포일 압축, 호일 손상 및 용접 조인트의 최종 상태를 더 가까이에 더 가깝게 제공합니다. 더 얇은 샘플과 호일 층이 적은 샘플은 용접 구역과 직접적으로 인접한 포일 움직임이 증가합니다. 대조적으로, 더 두꺼운 샘플과 더 많은 포일 층은 용접 구역에 인접한 호일의 통합이 종종 더 큰 결합 영역을 초래하는 것으로 나타났다. 통합 및 채권 영역의 증가가 발생했습니다 왜냐하면 두꺼운 호일 스택은 용접 구역에 인접한 영역에서 압축을 일으키는 용접 공구에서 바닥이 있습니다.

결론 :

단일 초음파 금속 용접 작업의 탭에 얇은 포일의 여러 층을 결합하는 것은 가능합니다. 용접은 섬세한 호일을 파쇄하지 않고 달성 할 수 있습니다. 본딩은 호일에서 호일 인터페이스뿐만 아니라 호일 인터페이스에서 탭 인터페이스에서 탭 인터페이스에서 발생하여 강하고 높은 전도성 전기 기계식 공동.

IR 비디오 그래피 모든 관절이 25 층의 60 층으로 만들어진 구리 샘플을 제외하고 μm 호일, 60 세 미만으로 머물렀다 ºC 도중 프로세스를 나타내는 용접 사이클은 인접한 열 감응 성분을 해치지 않습니다.