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超声波点焊机在锂电池制造中的应用
近年来随着世界环境污染、气候变暖及全球能源危机的不断加剧，节能减排、绿色发展等环保问题越来越受到人们的重视。纯电动汽车具有无尾气排放、节能环保、使用成本低等优点，已成为现代汽车工业发展的一个重要方向。动力锂离子电池组作为纯电动汽车的核心部件，其质量和容量决定着纯电动汽车的稳定性、供电性能及安全性。根据纯电动汽车对动力锂离子电池组功率和容量的要求，动力锂离子电池组一般由几百甚至上千个锂离子电池单体组成。同时，一定数量的电池单体通过串联和并联构成一个电池单元，然后电池单元通过汇流条连接进而组成电池组。在动力锂离子电池组装配制造过程中有大量的焊接接头，当焊接接头强度不足时，将造成电池组内部电阻增大，不能有效供电;当焊接过度，导致焊接热量过大，电池芯和电极盖将被焊穿，容易造成电解液泄漏和电池组电路短路，同时可能发生燃烧或爆炸，将严重影响到使用者的安全。因此，接头焊接质量对电池组的性能可靠性起着决定性的作用。
锂电池的制造组装过程包括电池单体内部的连接、电池单体之间的连接、电池单元之间的连接及电池模块之间的连接。锂电池内部单体连接主要包括阴/阳极箔与正/负极片之间的连接。锂电池单体之间的连接主要包括正/负极片与汇流条之间的焊接。锂电池主要元件主要采用的材料为铜、镍和铝及其合金。
铜、铝、镍及其合金具有高导电、导热的特性，是锂电池组模块制造过程中极箔、极片和汇流条常用的几种材料。铝与铜焊接的难点在于两者之间的导热系数(Al，235W/(m·K);Cu，400W/(m·K))、熔点(Al，660℃;Cu，1085℃)相差较大及容易生产金属间化合物。采用传统的熔焊方法焊接铝和铜，将会产生金属间化合物(例如:Al2Cu，AlCu和Al4Cu9)，其将严重降低焊接接头的强度，增大焊接接头的电阻，这是因为金属间化合物(Al2Cu，8．0μΩ·cm;AlCu，11．4μΩ·cm，Al4Cu9，14．2μΩ·cm)的电阻远大于母材(Al，2．9μΩ·cm;Cu，1．75μΩ·cm)的电阻。此外镍的熔点为1453℃，铝与镍熔点之间的巨大差异给传统熔焊技术造成了严重的困难，同时熔焊容易造成金属间化合物的大量生成，降低焊接接头的力学性能和导电性能。
超声波点焊
超声波点焊属于固态焊接技术，其对材料的导电性及异质性不敏感，同时焊接时间间短(一般都小于0．5s)、耗能低(0．6～1．5kJ/焊接接头)，焊接界面温度低，其一般为过母材熔点的40%～80%，适用于焊接硬度低的金属片或箔材。通过增大超声波点焊机的焊头尺寸能够增大焊接接头的焊接面积，减小电阻，从而提高电流的有效传递。因此，超声波焊接相对于激光焊接和电阻点焊技术具有一定的优越性。
锂电池制造中主要采用超声波点焊机，其主要分为两类:楔－杆型和侧向驱动型。楔－杆型超声波点焊机主要包括发生器、换能器和楔－杆组件，主要用于产生超声波，并将超声波传递到工件。压力一般采用气缸、液压缸或电动设备控制，使得焊头能够自由的向上或向下运动。焊接压力可以在几十到几千牛顿之间调节。楔相当于侧向驱动型超声波焊机中的放大器，可以调控振幅，然后通过杆将振幅传递给焊头。焊接振幅一般在10～100μm之间，沿纵向传播。为了减少能量的损失，楔一般都垂直于杆，同时杆以弯曲的模式振动，产生了振幅。在设计过程中，最优的情况是底座与焊头在焊接过程中产生共振，从而可以提高焊件之间的相互运动，进而提高所焊接接头的力学性能。
侧向驱动型超声波点焊机主要包括发生器、换能器、放大器和焊头。换能器通过压电陶瓷片将电能转换为同频率的线性机械振动能;放大器根据焊接的实际需要将机械振幅提高。在焊接过程中焊件被焊头和底座牢牢压紧，上面的工件被焊头表面的尖齿咬紧，下面的工件被底座表面的尖齿咬紧。焊头与振幅方向相互平行，振幅是以横向方向传递给工件。因此，两个件的接触表面产生相对摩擦运动，导致接触界面产生切向塑性变形及工件表面微凸起的平整化，然后形成焊合区。侧向驱动型和楔－杆型焊接在振动现象方面是相似的，两种焊机都通过固态焊接机理实现工件之间的焊接。与楔－杆型超声波点焊机相比，侧向驱动型超声波点焊机的功率一般较小，因此其所能焊接的母材厚度较小。
超声波点焊属于固态焊接技术，其对材料的导电性及异质性不敏感，同时焊接时间间短、耗能低、焊接界面温度低，其一般为过母材熔点的40%～80%，适用于焊接硬度低的金属片或箔材。
