超音波金属溶接 リチウムイオン 電池セル

A の中の金属継手への3つの最も一般的な金属。リチウムイオンバッテリーパックはタブ、タブのタブ、タブへのバスへの箔です。 3つの関節全てが課題に参加するが、3つの箔の複数層をタブに溶接することが最も困難である。 関節はしばしば異種金属で構成され、金属の厚さは不整合、片側 比較的厚い（例えば 0.2 MM）もう一方は複数の、非常に薄いもので構成されています。 下の画像は、リチウムイオンの概略図を示す。バッテリーパック セル。 タブの箔はすべての集電体プレートを集めるために必要とされる。（ホイル）セルの内側と結合 それらの セルケーシングを出るタブに、 細胞の 外部から転送されるエネルギー。 各セルにTAB溶接には2つのホイルがあり、典型的な典型的なものの数百の細胞があります。バッテリーパック。お母さん おそらくおもちゃシリーズおよび並列接続のうち、タブ継手への箔内の1つの故障は、パック全体の出力を損なうので、堅牢な接合工程が必要となる。

超音波金属溶接 （UMW） この特定のアプリケーションについて評価した。 プロセスの概略図が示されている。 超音波金属溶接は、銅、アルミニウム、 ニッケルなどの電池関連材料の類似かつ異なる組み合わせを溶接することができます。 超音波振動、典型的には20~40千ヘルツ、2つの部分を下の圧力で擦るために使用される。 スクラビング作用は、表面上の酸化物および汚染を破り、表面の凹凸を破る、2つの「滑らか」、きれいな金属を作り出す。 一度これらの 中程度の熱と圧力で接触すると、溶接が形成されています。

プロセスはいくつかの利点を有する。 以来 それは固体プロセスであり、それは異なる材料の組み合わせに適合され、そして 金属間化合物の形成に関するほとんどの懸念を回避することができる。 化合物。 メッキを含む電池に使用される高導電性材料を溶接するのに理想的に適しています。 高出力サイクルを必要とせず、溶接サイクルは非常に短く、Aの画分です。 また、1つの操作で複数の層の薄い材料も結合します。

抵抗スポット溶接 （RSW） とレーザービーム溶接 （LBW） また考えられていましたが、 UMW を作成した特定の属性を欠いています。リチウムイオンのためのより望ましい接合工程バッテリーアプリケーション。 RSW 熱を発生させるための材料の抵抗に依存しています。 しかしながら、電池産業において典型的に使用されるアルミニウムおよび銅箔は極めて低い抵抗を有し、さらにアルミニウム合金が阻害される強靭な表面酸化物層を形成する。そして、酸化物層が各箔の両側に存在することによってさらに配合される。 UMW 耐バンク抵抗に依存しており、このプロセスの一部として酸化物層を本質的に洗い流します。 LBW 溶接部の材料層の間のギャップに非常に敏感です。 一般的な経験則として、ギャップ 10％ 厚さの厚さ μm を接合するホイル a 1.2 μm以下では、成果が非常に困難であり、特徴的なものが非常に困難なギャップ。 おそらくおもちゃ UMW 自己締め付け、ギャップは問題ではありません。

典型的な大きさ リチウムイオン セルは、陰極集電体としての銅箔とアルミニウムをカソード集電体として使用します。 したがって、銅とアルミニウムの両方が UMWで評価されています。 プロセス。 上記の画像に示されるように、実験的な関節は、類似の材料スタックのみに限定されており、アルミホイルはアルミニウムタブおよび銅箔に銅箔に接合された。 タブの厚さは0.005インチで一定に保たれました。 2つの箔の厚さ、12と25μm、2つのホイルスタックの高さ、20と60層が評価され、箔の厚さと箔層の数としての関節特性への影響を研究することができました。

断面 - - 薄い銅の20層

断面 - - 厚いアルミニウムの60層

上記断面の分析は、箔圧縮、箔損傷、および溶接の最終状態を詳しく見た。 薄い層およびより少ない層の箔の層は、溶接部に直接隣接する箔運動の増加を示す。 対照的に、より厚くてより箔層を有するサンプルは、溶接ゾーンに隣接するフォイルの圧密化を示し、しばしば結合が大きくなる。 接合領域の統合と増加が発生しました溶接工具上に底が出た厚さの箔スタックは、溶接部に隣接する領域の圧縮を引き起こします。

結論：

単一の超音波金属溶接作業の中のタブに薄い箔の複数の層を接合することが可能です。 溶接部は、繊細な箔を破砕することなく達成可能である。 結合は、ホイルの互いにタブインターフェース、ならびに各箔に箔界面に強く、強く導電性を生じる。 ジョイント。

IR ビスタイラスト CLIPARTO VISEONISING .60層の60層から作られた銅サンプルを除いて、すべての関節が全ての関節を示しています。ホイル、60歳以下の滞在 プロセスを示す溶接サイクルは、近くの感熱性を害しません。