复合集流体超声波滚动焊接技术

俺是元小锂 2024-02-09 18:17:02

复合集流体作为新一代锂电池的关键材料,其产业前景具有极高的确定性。该技术已被业界广泛认可并应用于电池产品中,包括麒麟电池、广汽埃安的弹匣电池以及OPPO的夹心式安全电池等。

复合集流体特点

复合集流体主要用于替代锂电电解铜箔。锂电复合铜箔应用于不同体系、各种规格的动力电池、储能电池和消费类电池,如锂电池、半固态电池和固态电池等。

应用领域动力电池消费类电池动力电池

产品特点

减轻重量

锂电复合铜箔的高分子材料比铜的密度低,同等厚度的锂电复合铜箔比传统锂电电解铜箔重量更轻,6um厚度可以减重60%以上, 4.5um厚度可以减重50%以上。

能量密度高

锂电复合铜箔相比传统锂电电解铜箔面密度下降70%以上,能量密度提升5%以上。

寿命更长

在电池充放电过程中,锂电复合铜箔可以吸收锂离子嵌入和脱出产生的膨胀和收缩应力,保持极片界面长期完整性,电池的循环寿命可以提升5%。

安全性高

锂电复合铜箔的高分子材料在150℃以上高温下会发生熔缩,在电池热失控前切断电流回路,不会因短路产生高温燃爆,电池的安全性能得到大幅提升。

应用广泛

锂电复合铜箔可以应用于动力电池、储能电池和消费类电池

安全性能测试

锂电复合铜箔针刺测试

复合集流体焊接说明

复合集流体超声波滚动焊接工艺是一种将复合集流体材料与金属箔材进行高速焊接的技术。相较于传统焊接方法,复合集流体超声波滚动焊接工艺具有以下优势:

1. 降低成本:复合集流体采用金属-高分子材料-金属三明治结构,使材料成本降低近40%,质量降低60%,能量密度提升5~10%。

2. 提高焊接效率:复合集流体焊接过程中,电池极片不易震裂,电池隔膜高温收缩现象减少,活性材料震松掉粉问题得到解决。这有助于提升焊接效率和一致性,有效提高生产线的产能。

3. 高质量焊接:超声波高速滚焊技术可以实现复合集流体高速滚动焊接,解决不同复合集流体材料与金属箔材之间的转印焊接问题。这有助于确保焊接质量,提高产品性能。

4. 设备需求:复合集流体应用新增极耳转印焊工序,需使用超声波高速滚焊设备。单条产线所需滚焊设备数量是超声波极耳焊接设备的3倍,价值量高。

5. 市场前景:随着新能源行业的快速发展,复合集流体焊接技术在锂电池、汽车线束焊接、IGBT功率模块焊接、无纺布焊接等领域具有广泛应用前景。

6. 国内企业突破:复合集流体焊接技术曾长期被国外企业垄断,但近年来,我国超声波设备企业如骄成超声、新栋力超声等在复合集流体焊接领域取得了突破,实现了国产替代。

复合集流体应用难点

复合集流体中间高分子基膜的绝缘性能,使得两面无法导通,需要金属箔材分别与复合集流体AB面导电层焊接到一起。

传统超声波焊接方式

超声焊接过程中,极耳表面和箔材表面金属氧化膜在压力和超声振动剧烈摩擦作用下破碎,界面金属接触并在摩擦和超声的共同作用下,进一步产生流动和扩散,使连接面积逐渐增大,最终形成可靠的连接(拉力值体现)。配合压力,时间,振幅等条件。

焊接形成需要经过两个阶段:过渡阶段和稳定阶段。

过度阶段:清除焊接表面膜和氧化物的短暂过程,焊接表面氧化物膜由于强烈摩擦作用破碎,此时摩擦主要为热源,工作温度升高使工件材料屈服强度降低,有利于工件表面氧化膜破碎及发生塑性形变,对接头形成重要作用。

稳定阶段:金属接触表面变得平滑后摩擦作用减弱,热量由于产生塑性形变而在焊接界面聚集,此过程中焊头施加的压力使界面原子之间产生作用力而形成金属连接过程

然而复合集流体箔材与极耳之间焊接难度大、易发生撕裂,影响焊接质量,直接采用传统点焊将无法实现符合要求的焊接效果。

既然传统的点焊效果不达标,无法实现AB面导通,那么解决方案在哪里?

通过技术改进采用了辊焊加点焊的方案来实现极耳与集流体之间的连接,同时满足焊接品质。

超声波滚动焊接

超声波焊接极耳+连接片

案例展示

碾压+焊接+分切

复合箔材+PET+极耳

复合箔材焊接后检验指标残留率拉力值内阻值透光率

传统箔材焊接后检验指标拉力残留率

自动化收放卷超声波辊焊智能一体机

在电池生产流程中,通过在辊压和分切工序之间引入超声波辊动焊接工位。不仅确保了复合集流体的焊接效率,而且为实现整个自动化生产过程的无缝对接提供了关键技术支持,从而打通了完整的电池制造链条,提高产品的品控能力,同时扩展更多的客户源。

总之,复合集流体超声波滚动焊接工艺具有诸多优势,不仅有利于提高焊接效率和产品质量,还能降低生产成本。随着新能源行业的快速发展,这一技术在国内外市场具有广阔的应用前景。我国企业在该领域的技术突破,有助于提升国内焊接设备的竞争力,进一步拓展国际市场。

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