
在新能源汽车蓬勃发展的今天,动力电池作为核心部件备受关注。
动力电池是由电芯、模组和电池包等构成,是新能源汽车当中最核心的零部件和动力来源。
而极柱这个看似简单的零件,却承担着连接电池内外电路的重要使命,其焊接工艺更是直接影响电池性能和安全的关键环节。
极柱通常由导电性能优异的铜或铝合金制成。它不仅要承受高电流传输,还要确保电池内部与外部环境的密封性。
【电池极柱】
电池极柱一般由柱体、柱底、柱头等组成。一般来说正极使用铝、负极使用铜,其作用就是让电池极柱通过连接片焊接,形成串联、并联电路,组成电池模组。
串联或并联时,就会遇到 “铜-铝”异种金属焊接的难题。
1. 物理性质差异大:铜和铝的熔点差异大(Cu: 1083°C, Al: 660°C)、导热率、电阻率不同。在熔焊中,铝熔化时铜却保持固体状态,当铜熔化时,铝已熔化很多了,增加焊接难度。
展开剩余79%2. 易形成脆性金属间化合物:铜与铝的焊接接头脆性大,易产生裂纹,在铜与铝的熔焊时,近铜侧的焊缝中很容易形成共晶,如Al₂Cu、AlCu、Al₄Cu₉等。分布于晶界附近,易产生晶间裂纹。
这些化合物脆而硬,导电性差,是焊接接头中的薄弱环节,容易导致高电阻、发热甚至断裂。
3. 易形成氧化层:铝表面会迅速形成致密的氧化铝(Al₂O₃)薄膜,熔点极高(2050°C),会阻碍金属之间的良好熔合。
因此,传统的焊接工艺(如TIG/MIG焊)几乎无法用于高质量的铜铝焊接。目前工业界主流采用激光焊接、旋转摩擦焊接及高分子扩散焊接技术。
01 激光焊接
激光焊接采用高能量密度激光束同时照射电池极柱铜和铝接触面,使其瞬间熔化形成熔池,可实现快速加热,控制热影响区在0.5mm以内,焊接时间仅需3-5毫秒。
激光焊接,虽然热影响区小、焊接时间短,效率高,断裂风险低。
但是也可能会出现焊接不牢固、气孔、裂纹、成形不良、炸孔、电极损坏等焊接缺陷问题。
02 旋转摩擦焊接
旋转摩擦焊接技术用高速旋转的搅拌炉与工件摩擦,产生热量,使工件融合在一起,完成焊接。
旋转摩擦焊技术焊接新能源锂电池结构件强度高、缺陷少、变性小,焊接过程无污染等优势。
尤其电池极柱采用摩擦焊接,使焊口性能提高了10%-20%。但是摩擦焊接不能100%有效焊接,存在断裂风险。
03 高分子扩散焊
高分子扩散焊是在一定的温度和压力下,将电池铜铝极柱的焊接表面相互接触,通过微观塑性变形,使原子间相互扩散,相互渗透,而形成牢固接头的焊接工艺。
【电池极柱扩散焊画面】
铜铝电池极柱焊接完成后焊面平整,强度高,剥离力符合客户要求。
【铜铝极柱扩散焊接案例】
高分子扩散焊作为一种异种金属焊接工艺,解决铜铝焊接上的难题,让铜铝紧密的连接在一起,无视熔点差,焊后产品表面平整光滑,牢固度高。
在新能源汽车动力电池结构件行业里发挥着关键作用,被广泛运用。
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