Штампованные аккумуляторные лепестки: материалы и соединение для Li-ion
Краткий ответ: лепесток литий-ионного аккумулятора — это штампованный проводник, который выводит ток элемента из корпуса, и материал должен сочетать высокую проводимость со свариваемостью с его электродом. Никелированная сталь и чистый никель подходят для сопротивления и ультразвуковой сварки с лепестками и шинами, алюминиевые лепестки соответствуют алюминиевым фольгам пакета на стороне катода, а медные лепестки — стороне анода. Толщина обычно составляет 0,05–0,3 мм, покрытие 1–3 мкм там, где необходимо, и метод соединения — ультразвуковой, лазерный или точечный — важен не меньше, чем металл. Проектируйте лепесток широким и коротким, чтобы снизить сопротивление и нагрев.
Каждый литий-ионный элемент имеет как минимум два лепестка: положительный лепесток, приваренный к катодной фольге, и отрицательный лепесток, приваренный к анодной фольге, оба выходят наружу для подключения элемента к его схеме защиты, шине или следующему элементу. Эти лепестки являются штампованными деталями, и их материал, толщина и метод соединения определяют, какой ток может отдавать элемент, сколько тепла выделяется в соединении и как долго прослужит батарея. Это руководство охватывает материалы и производственную логику штампованных аккумуляторных лепестков.
Что должен делать аккумуляторный лепесток
Лепесток одновременно отвечает трём требованиям.
- Проводить ток с низким сопротивлением, чтобы элемент не ограничивался и соединение не нагревалось.
- Надёжно привариваться к электродной фольге, которая часто имеет толщину всего несколько микрометров.
- Выдерживать механические и термические нагрузки в течение срока службы батареи, включая вибрацию, термоциклирование и случайные токи короткого замыкания.
Сопротивление — первая забота. Слишком тонкий или слишком длинный лепесток добавляет миллиомы к внутреннему сопротивлению элемента, что проявляется как просадка напряжения под нагрузкой и нагрев в соединении. Вторая забота — сварной шов: алюминий и медь гораздо труднее соединять, чем сталь, и неправильный процесс даёт слабое или высокоомное соединение, которое со временем выходит из строя.
Материалы: соответствие лепестка электроду
Материал лепестка должен быть электрически и металлургически совместим с электродом, к которому он присоединяется. Катодные фольги обычно алюминиевые; анодные фольги обычно медные. Это определяет базовый материал.
| Материал лепестка | Проводимость (% IACS) | Соответствует электроду | Типичная толщина | Примечание |
|---|---|---|---|---|
| Никелированная сталь | ~14% | Любому (через покрытие) | 0,05–0,2 мм | Распространена на цилиндрических элементах, свариваемая |
| Чистый никель | ~23% | Любому | 0,05–0,3 мм | Лучшая проводимость, дороже |
| Алюминий 1060/1070 | ~61% | Катоду (Al фольга) | 0,05–0,2 мм | Соответствует катоду пакета, лёгкий |
| Медь C11000 | ~101% | Аноду (Cu фольга) | 0,05–0,2 мм | Соответствует аноду, наивысшая проводимость |
| Никелированная медь | ~90% | Любому | 0,05–0,2 мм | Лучшее из обоих, используется на высокотоковых элементах |
Никелированная сталь — рабочая лошадка цилиндрических и призматических элементов, потому что сталь прочна, дешева и легко сваривается, а никелевое покрытие делает её совместимой с алюминиевыми фольгами и устойчивой к коррозии. В пакетных элементах часто используют алюминиевые и медные лепестки напрямую, потому что тонкая сварка фольги с лепестком выигрывает от совпадения металлов.
Методы соединения
Соединение — это половина ценности лепестка. Идеальный лепесток, плохо соединённый, работает хуже, чем посредственный лепесток, хорошо соединённый.
| Метод | Лучше всего для | Преимущество | Ограничение |
|---|---|---|---|
| Ультразвуковая сварка | Фольга-лепесток, Al и Cu | Без плавления, низкий нагрев | Требует хорошего зажима, износ инструмента |
| Лазерная сварка | Лепесток-шина, высокая скорость | Быстро, точно | Зона термического влияния, разбрызгивание |
| Контактная точечная сварка | Стальные/Ni лепестки, малые элементы | Дешёво, просто | Не идеальна для толстых Al/Cu |
| Пайка | Прототипы, малый объём | Легко, можно переделать | Нагрев элемента, остатки флюса |
Ультразвуковая сварка является стандартом для прикрепления лепестков к фольгам, потому что она соединяет их без плавления, избегая повреждения деликатной химии элемента. Лазерная сварка быстра и точна для соединений лепесток-шина в модулях. Каким бы ни был метод, состояние поверхности лепестка — чистая, покрытая там, где требуется, без оксидов — определяет качество сварки. Наши заметки о обжимных и паяных лепестках и руководство по аккумуляторным контактам охватывают смежную сторону контактов.
Толщина, покрытие и сопротивление
Толщина лепестка — это компромисс между сопротивлением и свариваемостью. Тонкие лепестки легко свариваются с фольгами, но пропускают меньший ток; толстые лепестки пропускают больший ток, но их труднее сваривать, и они могут создавать напряжение в соединении.
| Толщина лепестка | Прибл. сопротивление | Подходит для |
|---|---|---|
| 0,05 мм | Высокое | Малые элементы, низкий ток |
| 0,10 мм | Умеренное | Потребительские элементы, умеренный ток |
| 0,15 мм | Низкое | Силовые элементы, высокий ток |
| 0,20–0,30 мм | Наинизшее | Высоконагруженные батареи, соединения с шинами |
Покрытие служит двум целям: защита от коррозии и свариваемость. Никелевое покрытие (1–3 мкм) на стали или меди даёт поверхность, которая стабильно сваривается и сопротивляется окислению. Непокрытая медь быстро тускнеет и становится трудносвариваемой, поэтому высокотоковые медные лепестки обычно никелируют или сваривают сразу после формовки. Сопротивления следует подтверждать четырёхпроводным измерением на собранном лепестке, а не предполагать по чертежу.
Правила проектирования для безопасности и долговечности
Несколько правил обеспечивают безопасность и долговечность лепестков.
- Делайте лепестки короткими и широкими. Сопротивление пропорционально длине и обратно пропорционально ширине, поэтому короткий широкий лепесток лучше длинного узкого.
- Избегайте острых внутренних углов у основания лепестка. Там концентрируются напряжения, и усталостные трещины от вибрации начинаются с острых углов.
- Обеспечьте разгрузку от деформаций. Сформированный изгиб или небольшая петля между элементом и шиной поглощает вибрацию и несоосность.
- Следите за зоной термического влияния вокруг сварных швов. Перегрев охрупчивает лепесток и снижает его усталостную долговечность.
- Используйте предохранительный элемент там, где это требуется конструкцией. Некоторые лепестки включают узкую шейку, которая действует как контролируемая точка отказа при токе короткого замыкания.
Большинство лепестков штампуются из рулонной ленты на прогрессивных штампах, что обеспечивает низкую удельную стоимость и стабильные размеры. Покрытие может выполняться на ленте до штамповки (экономично) или выборочно после (где только контактные зоны нуждаются в покрытии). BQUQ штампует аккумуляторные лепестки, контакты и обжимные детали из никеля, покрытой стали и медных сплавов в Dongguan. Отправьте чертежи на sc@bquq.com для котировки в течение 12 рабочих часов.
Часто задаваемые вопросы
В: Из какого материала делают лепестки литий-ионных аккумуляторов?
О: Обычные лепестки используют никелированную сталь, чистый никель, алюминий или медь. Выбор определяется тем, к какому электроду присоединяется лепесток: алюминиевые лепестки соответствуют алюминиевым катодным фольгам, медные лепестки — анодным фольгам, а никелированная сталь хорошо сваривается с любой стороной.
В: Какой толщины должен быть аккумуляторный лепесток?
О: Большинство лепестков имеют толщину 0,05–0,3 мм. Тонкие лепестки легко свариваются с фольгами, но пропускают меньший ток; толстые лепестки пропускают больший ток, но их труднее сваривать. Подбирайте толщину под ток, затем подтверждайте измерением сопротивления.
В: Почему на аккумуляторных лепестках используется никелевое покрытие?
О: Никелевое покрытие защищает от коррозии и делает поверхность свариваемой и стабильной. Непокрытая медь быстро тускнеет и становится трудносвариваемой, поэтому используют покрытые или свежесформованные лепестки для стабильного качества соединения.
В: Какой метод сварки лучше всего подходит для аккумуляторных лепестков?
О: Ультразвуковая сварка является стандартом для прикрепления лепестков к фольгам, потому что она соединяет без плавления и избегает повреждения элемента. Лазерная сварка распространена для соединений лепесток-шина, а точечная сварка подходит для стальных и никелевых лепестков на малых элементах.
В: Как уменьшить сопротивление в аккумуляторном лепестке?
О: Сделайте лепесток коротким и широким, так как сопротивление пропорционально длине и обратно пропорционально ширине. Используйте материал с более высокой проводимостью, например медь, выбирайте адекватную толщину и обеспечьте чистое и хорошо сформированное сварное соединение.
Связанные ресурсы
- Штампованные аккумуляторные контакты: руководство по проектированию штампованных контактных деталей для аккумуляторов.
- Штампованные клеммы и контакты: аккумуляторные лепестки, контакты и обжимные детали, штампованные из покрытых металлов.
- О BQUQ: сертифицированный по ISO9001 завод-изготовитель в Dongguan, выполняющий штамповку, CNC, пружины и радиаторы.
- Свяжитесь с нами: отправьте чертёж для котировки в течение 12 рабочих часов.
Автор: инженерная команда BQUQ. BQUQ — сертифицированный по ISO9001 завод-изготовитель в Dongguan, Китай, выполняющий обработку на CNC, штамповку металла, изготовление пружин на заказ, радиаторов и цанг под одной крышей. Отправьте чертежи на sc@bquq.com или WhatsApp +86 13713157787 для котировки в течение 12 рабочих часов. www.bquq.com
