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关于锂电池极耳超声波焊接工艺的研究

* 来源 : * 作者 : admin * 发表时间 : 2018-08-10 * 浏览 : 24

黄兴

[摘 要]锂电池中极耳焊接是影响锂电池应用的主要问题,传统的螺栓连接受到过流面积、压力等影响,容易引起接触电阻不一致,影响使用的情况。传统的焊接因为锂电池正负极为不同的金属材料,往往需要通过其它材料进行过渡,同时还存在焊接强度的问题。而超声波极耳焊接形式能够突破传统螺栓连接或传统焊接中存在的问题,实现直接焊接,并且保证焊点焊接质量和过流面积。本文结合锂电池极耳超声波焊接的设计原理,对锂电池极耳超声波焊接的工艺进行分析,促进超声波焊接在锂电池行业的应用。

[关键词]锂电池;超声波焊接;工艺研究

中图分类号:TP13 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)30-0117-01

引言:随着我国科研水平的逐步提高,现代焊接技术形式也发生了极大的创新,锂电池极耳超声波焊接形式可以突破传统螺栓连接或焊接模式,同時又打破了传统焊接中多方面焊接因素的相互影响,成为超声波焊接技术的一种新的工艺应用方向。锂电池中极耳连接的超生波焊接的分析是本次研究的主要内容。

一、锂电池极耳超声波焊接的设计原理

锂电池极耳超声波焊接技术是应用电磁感应传输原理进行焊接信息的传输,锂电池极耳超声波焊接将整体焊接的能量储存和传输都是依靠设计中的金属导电完成的,如图1[1]为锂电池极耳超声波焊接设计图。从图中设计的整体进行分析,新型锂电池极耳超声波焊接设计内部形成了简单的电流传输线路图,是焊接技术在实际应用中的动力供应脱离了外部供应的电力资源控制,从而是超声波焊接技术的应用灵活性更强,例如:从图1中结构来看,电路中具有电能,小型发电机等电路传输系统,焊接作用主要通过传感系统接受系统的焊接信号,小型供电系统进行电流供应,保障超声焊接技术的应用。

其二,锂电池极耳超声波焊接设计结构的电流是将电压转变为超声电磁声波进行工作,从图1中设计结构进行分析,锂电池极耳超声波焊接设计中换能器是实电流与超声波之间电流交换的主要平台[2],变幅器能够在机械控制领域进行机械振动能随着需求将超声波的振幅扩大,从而保障了焊接中焊头、焊座、焊件等压力整体结构在压力的作用下顺利开展工作,实现了锂电池极耳超声波焊接中的连接效果。

二、锂电池极耳超声波焊接的工艺分析研究

(一)焊接过程描述

对锂电池极耳进行超声波焊接本质是一种摩擦焊接的工艺。经过设计的超声波焊接的压头在变幅器的驱动下开始震动,从而带动被焊接材料之间进行摩擦,摩擦使其产生一定热量产生局部轻微融化,然后焊头立即对材料进行顶压焊接,实现材料之间的连接。该焊接工艺的优势在于能量输入较少,同时对极耳表面的清理要求较低。同时超声波焊接工艺的施工温度较低,在焊接过程中热影响区非常小,对锂电池内部结构影响也较小。

(二)焊接质量分析

从超声焊接技术的设计原理分析来看,新型超声波焊接技术能够保障焊接整体质量都处于相对完善的焊接结构中,超声波焊接能保障焊接中控制箱的资源供应结构完善。与传统的焊接相比,超声波焊接技术打破了焊接材质的限制,无论焊接的材质的熔点性有何不同,都能够保障锂电池中极耳焊接的可靠性;同时,超声波焊接中,焊接整体处于采用外部声控震动频率的焊接,实现了焊接技术和焊接结构的优化应用,在焊接中对锂电池的损伤性达到最小,保障了锂电池的焊接后应用寿命,是一种具有高强度稳定性和安全性的焊接形式,推进我国焊接技术水平和焊接质量的发展。

此外,还可以从技术应用对锂电池的应用寿命角度进行分析,采用超声波焊接技术进行极耳焊接,可以将后期焊接对锂电池的损伤降至最低,从而避免锂电池受到损伤,使锂电池的应用寿命性得到保障。由此可见,超声波焊接技术在动力电池极耳焊接的工艺过程中具有较高的应用优势。

(三)焊接效果分析

锂电池中极耳的连接质量,关乎锂电池的应用的安全和效率,采用超声波焊接的应用来看,新型超声波焊接技术能够保障焊接极耳之间的接触面积和连接可靠性,如果采用传统的焊接方式进行焊接,容易发生焊接高温融化,焊点飞溅、或者热传导破坏锂电池内部结构的问题。采用超声波焊接技术通过焊头振动摩擦生热过程,加压过程冷却过程,在焊点处无飞溅,同时产热量少,减少对锂电池内部结构的影响,保证焊接整体效果。

(四)焊接材质分析

从异种金属焊接的困难看,超声波的焊接振幅传播可以突破多种材质的限制,超声波焊接技术实现了焊接材质的突破,突破了极耳焊接两侧材质不一致带来的焊接困难,实现了铜铝不同金属间的直接焊接。同时,超声波焊接技术可以根据焊接极耳的介质强度进行自动化调节,能够带来焊接介质应用的多样化发展,保障了锂电池中极耳连接的焊接质量。

从后期质量来看,极耳焊接中主要采用铜、铝等金属元素作为焊接的介质,但随着后期应用时间的逐步延长,传统焊接介质在氧化的作用下出现开裂等问题,如果依旧采用传统的方式进行焊接的补修,会使极耳的焊接效果受到影响,同时较强的后期焊接温度也会造成锂电池内部的损伤,对锂电池的安全性带来隐患。采用超声波焊接技术作为焊接方式,应为在焊接过程中对材料氧化层进行了破坏和清理,降低了极耳后期应用发生焊点腐蚀、开裂的情况,保障极耳焊接的质量。

(五)超声波焊接工艺的不足之处

超声波焊接技术在锂电池极耳焊接上应用有着诸多优势,但同时也有一些不足之处,主要是超声波焊接的实现需要焊头是一套压紧装置,因此在应用过程中需要充分考虑作业空间的问题,也就要求进行极耳连接的结构设计设计时需要充分考虑结构能否实现超声波焊接,往往会造成设计结构不够紧凑,牺牲产品的一些空间。

结论:超声波焊接技术锂电池极耳焊接上的应用,虽然会造成一些产品内部空间的损失,但是其突破了诸多传统极耳连接的不足之处,实现了异种金属的直接焊接,并且保证了使用过程的中载流面积,使锂电池应用的安全性和可靠性得到了较大的提高,延长了焊点的寿命,也延长的锂电池的使用寿命,一定会成为超声波焊接技术应用新趋向。

参考文献

[1] 李林贺,刘志盛.锂电池极耳超声波焊接质量分析[J].焊接技术,2012,06:46-49.

[2] 王宋.超声波金属焊接机理及实验装置研究[D].河南郑州:河南理工大学,2009.

[3] 王玉涛,庞松,樊彦良等.超声波焊接技术在锂离子电池行业中的应用[J].BatteryBimonthly,2012,42(6).

[4] 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册:第1卷:焊接方法与设备[M].北京:机械工业出版社,1992.