Soldadura de metal ultrasónico para Ion de litio células de batería

Los tres articulaciones metálicas más comunes a metal en un ion de litio La batería es de aluminio a la pestaña, pestaña en TAB, y TAB a Bus. Las tres articulaciones plantean desafíos, pero de las tres, la soldadura múltiples capas de papel de aluminio a una pestaña es la más desafiante. La articulación se compone a menudo de metales disímiles, el grosor de metal está desajustado y un lado (la pestaña es relativamente grueso (por ejemplo, 0.2 mm) mientras que el otro se compone de múltiples, extremadamente delgadas, capas. La imagen de abajo muestra un esquema de un gran formato Ion de litio Batería Cell. Se necesita la lámina a la soldadura TAB para reunir todas las placas de colección actual (láminas) Dentro de la celda y ajo ellos a una pestaña que sale de la carcasa celular y permite la célula Energía para ser transferida a una fuente externa. Hay dos láminas a las soldaduras de tabulación en cada celda, y cientos de células en un ion litio típico batería Paquete. Porque De la serie y las conexiones paralelas, una falla en una lámina a la junta de tabulación comprometerá la salida de todo el paquete, por lo tanto, se requiere un proceso de unión robusto.

Soldadura ultrasónica de metal (UMW) Fue evaluado para esta aplicación en particular. Se muestra un esquema del proceso abajo. La soldadura por metal ultrasónica es muy capaz de soldar combinaciones similares y disímiles de materiales relacionados con la batería, como el cobre, el aluminio y el níquel. Las vibraciones ultrasónicas, típicamente de 20 a 40 mil hertz, se utilizan para frotar dos partes juntas en Presión. La acción de fregado se rompe el óxido y la contaminación en la superficie y descompone las asperezas de la superficie que crean dos superficies "suaves", limpias. una vez estos Contacto bajo calor y presión moderados, se forma una soldadura.

El proceso tiene varias ventajas. Desde Es un proceso de estado sólido, se puede adaptar a combinaciones de materiales disímiles y evita la mayoría de las preocupaciones sobre la formación de intermetálico Compuestos. Ideal es adecuado para soldar los materiales altamente conductores utilizados en las baterías, incluido el cobre. No requiere alta potencia y ciclos de soldadura son muy cortos, fracciones de un segundo. También se une a múltiples capas de materiales delgados en una operación.

Soldadura por puntos de resistencia (RSW) y soldadura por haz láser (LBW) también fueron considerados, pero carecen de ciertos atributos que hacen UMW un proceso de unión más deseable para el ion litio Batería Aplicación. RSW se basa en la resistencia de un material para generar calor para unirse. Sin embargo, las láminas de aluminio y cobre que se usan típicamente en la industria de la batería tienen una resistencia extremadamente baja, además, las aleaciones de aluminio forman una capa de óxido de superficie resistente que inhibe RSW y se agrava aún más por el hecho de que la capa de óxido está presente en ambos lados de cada capa de lámina Umw no se basa en la resistencia a granel e intruele inherentemente las capas de óxido como parte del proceso LBW Es muy sensible a las brechas entre las capas de material en la soldadura. Junta. Como regla general de pulgar, la brecha debería ser menos que 10% del material espesor. Uniéndose a 12 μm lámina sería Requerir A 1.2 μm, o menos, brecha que es muy difícil de lograr y requiere un accesorio excesivo. Porque Umw es autocontinuando, las brechas no son un problema

Un gran formato típico Iones de litio La celda utiliza una lámina de cobre como el colector de corriente del ánodo y aluminio como la corriente de cátodo colector; Por lo tanto, tanto el cobre como el aluminio se han evaluado con el UMW proceso. Las juntas experimentales, como se muestra en la imagen de arriba, se limitaron solo a pilas de materiales similares, lo que significa que las láminas de aluminio se unieron a las lengüetas de aluminio y las láminas de cobre a las pestañas de cobre. Los espesores de la pestaña se mantuvieron constantes en 0.005 pulgadas. Se evaluaron dos espesores de lámina, 12 y 25 μm, y dos alturas de la pila de lámina, 20 y 60 capas, para probar la viabilidad y estudiar los efectos en las propiedades de las articulaciones, ya que el espesor de la lámina y el número de capas de lámina varía.

Sección transversal - 20 capas de cobre delgado

Sección transversal - 60 capas de aluminio grueso.

El análisis de las secciones transversales anteriores proporcionó un aspecto más cercano a la compresión de lámina, el daño de la lámina y el estado final de la soldadura. Las muestras con más delgadas y menos capas de lámina muestran un aumento en el movimiento de lámina directamente adyacente a la soldadura Zona. En contraste, las muestras con capas más gruesas y de lámina mostraron una consolidación de las láminas adyacentes a la zona de soldadura a menudo, lo que resulta en una región de enlace más grande. La consolidación y el aumento de la región de bonos ocurrieron porque Las pilas de lámina más gruesas se fotografían en la herramienta de soldadura, lo que provoca la compresión en el área adyacente a la soldadura Zona.

Conclusiones:

Unirse a múltiples capas de láminas delgadas a una pestaña en una sola operación de soldadura de metal ultrasónica es factible. Las soldaduras son alcanzables sin fracturar la delicada lámina Capas. La unión se produce en la ficha a la interfaz de tabulación, así como en cada lámina a la interfaz de aluminio que resulta en un fuerte, altamente conductor electro-mecánico Junta.

IR Videografía muestra que todas las articulaciones, con la excepción de la muestra de cobre hecha de 60 capas de 25 μm lámina, se mantuvo bajo 60 ºC Durante El ciclo de soldadura que indica el proceso no dañará los componentes sensibles al calor cercanos.