一種超級(jí)電容器集流體與金屬外殼的連接方法及其裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種超級(jí)電容器集流體與金屬外殼的連接方法，本發(fā)明還涉及一種 實(shí)現(xiàn)該超級(jí)電容器集流體與金屬外殼的連接方法的裝置。 技術(shù)背景
[0002] 超級(jí)電容器是一種新型的儲(chǔ)能裝置，以綠色環(huán)保、功率密度大、充放電速度快、循 環(huán)壽命長(zhǎng)、使用溫度范圍寬等諸多優(yōu)點(diǎn)，目前已主泛用于汽車、城市輕軌、地鐵、軍工、UPS、 重工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域。
[0003] 超級(jí)電容器是一種新型儲(chǔ)能裝置使用廣泛。其關(guān)鍵在于等效直流內(nèi)阻（以下簡(jiǎn)稱 ESR)，ESR主要由電極物質(zhì)內(nèi)阻、電解液內(nèi)阻、接觸內(nèi)阻等組成，代表超級(jí)電容器內(nèi)部發(fā)熱所 消耗的功率，對(duì)超級(jí)電容在充放電過(guò)程的影響比較大，降低ESR可以提高超級(jí)電容器的效 率及可靠性。目前集流體與金屬外殼的連接方式，在超級(jí)電容器使用中因環(huán)境的變動(dòng)產(chǎn)生 的連接脫落，造成了超級(jí)電容器在使用過(guò)程中的不穩(wěn)定，而產(chǎn)生較大的接觸內(nèi)阻，導(dǎo)致內(nèi)阻 不穩(wěn)定。
[0004] 在超級(jí)電容器產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)中，集流體是電容卷芯與金屬外殼的連接和固定的橋 梁，是超級(jí)電容器的重要結(jié)構(gòu)之一。在超級(jí)電容器的生產(chǎn)工藝中，集流體與正負(fù)端之間都需 要進(jìn)行熔接，熔接的面積盡可能的大，而且需要一定的熔接強(qiáng)度。目前超級(jí)電容器行業(yè)集流 體與金屬外殼的連接方法多采用激光焊接或超聲波焊接。
[0005] 目前超級(jí)電容器集流體與金屬外殼都是采用純鋁材質(zhì)，純鋁材質(zhì)屬高反射性及高 導(dǎo)熱性材料，焊接性會(huì)受激光所改變，焊接難度較大。當(dāng)焊接超級(jí)電容器與金屬外殼的時(shí) 候會(huì)面臨焊痕表面凸起、氣孔、炸火、內(nèi)部氣泡等外觀問(wèn)題。表面凸起、氣孔、內(nèi)部氣泡是超 級(jí)電容器焊接的致命傷，直接導(dǎo)致的結(jié)果是超級(jí)電容器漏液而報(bào)廢。很多應(yīng)用由于這些原 因不得不停止或者想辦法規(guī)避。很多超容廠家在研發(fā)初期都會(huì)為此大傷腦筋；激光焊接超 級(jí)電容器集流體與金屬外殼位置需非常精確，務(wù)必在激光束的聚焦范圍內(nèi)。需使用夾治具， 必須確保焊件的最終位置需與激光束將沖擊的焊點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。最大可焊厚度受到限制，通常激 光焊接的適宜深度在Imm左右，現(xiàn)行主流的超級(jí)電容器集流體與金屬外殼貼合厚度通常在 2_以上；環(huán)境要求高，當(dāng)進(jìn)行中能量至高能量的激光束焊接時(shí)，需使用等離子控制器將熔 池周圍的離子化氣體驅(qū)除，以確保焊道的再出現(xiàn)。能量轉(zhuǎn)換效率太低，通常低于10%。焊 道快速凝固，可能有氣孔及脆化的隱患，造成產(chǎn)品漏液，設(shè)備昂貴。
[0006] 超聲波焊接通常用于塑料焊接，是熔接熱塑性塑料制品的高科技技術(shù)，超級(jí)電容 器集流體與金屬外殼均屬純鋁金屬材質(zhì)，導(dǎo)致其焊接超級(jí)電容器集流體與金屬外殼存在先 天不足；為保證超聲波焊接效果，在焊接超級(jí)電容器集流體與金屬外殼的時(shí)，集流體與金屬 外殼需設(shè)計(jì)相應(yīng)的焊接接頭，焊接接頭的形式為搭接、對(duì)接、角接等。增加集流體與金屬外 殼的結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，增加產(chǎn)品成本。超聲波焊接是所焊接金屬件不能太厚，焊接所用功率隨 工件厚度及硬度的提高呈指數(shù)劇增；焊點(diǎn)不能太大，超級(jí)電容器集流體與金屬外殼焊接均 屬圓周連續(xù)焊接，需要加壓，加壓易導(dǎo)致電容卷芯短路，造成產(chǎn)品報(bào)廢。因而只局限于絲、 箔、片、條、帶等薄件的焊接，大多數(shù)情況下只適用于搭接接頭。這些不足導(dǎo)致外部超聲波焊 接可靠性差熔接強(qiáng)度低，內(nèi)阻較大等，影響大功率充放電。
[0007]用這兩種方式進(jìn)行生產(chǎn)不良率都很高，在超級(jí)電容器使用里面還是有其局限性， 所以采用先進(jìn)的熔接工藝生產(chǎn)超級(jí)電容器勢(shì)在必行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題就是提供一種不會(huì)產(chǎn)生脫焊、虛焊等現(xiàn)象且接 觸電阻比較小的超級(jí)電容器集流體與金屬外殼的連接方法。
[0009] 本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題就是提供一種實(shí)現(xiàn)該超級(jí)電容器集流體與金 屬外殼的連接方法的裝置。
[0010] 為了解決第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的超級(jí)電容器集流體與金屬外殼的連接方 法，超級(jí)電容器包括金屬外殼和集流體，所述的金屬外殼的內(nèi)腔底部是一個(gè)平面，所述的集 流體與所述的金屬外殼的內(nèi)腔底部平面緊密配合連接，采用電子束焊接機(jī)在真空環(huán)境下對(duì) 所述的集流體與所述的金屬外殼進(jìn)行熔接。
[0011] 所述的集流體和所述的金屬外殼的選材均采用純鋁，使用冷擠壓工藝一次成型。
[0012] 集流體設(shè)有圓弧外邊，保證金屬外殼與集流體的緊密配合。
[0013] 所述的金屬外殼與所述的集流體的接觸的焊接形狀，任意在接觸位置以圓周軌跡 焊接，所述的圓周軌跡焊接的形式是以四分之一、二分之一或者全圓周。
[0014] 所述的圓周軌跡焊接是連續(xù)穿透熔化焊接，或點(diǎn)焊焊接形式。
[0015] 具體實(shí)施步驟如下：
[0016] (1)、預(yù)處理：所述的集流體經(jīng)過(guò)清洗、拋光，保證所述的集流體的表面平整，無(wú)污 漬；
[0017] (2)、裝殼：將超級(jí)電容器的所述的集流體通過(guò)激光焊接在超級(jí)電容器卷芯上，放 入所述的金屬外殼內(nèi)，再機(jī)械擠壓，使焊接完所述的集流體的卷芯通過(guò)工藝設(shè)備使得所述 的金屬外殼與所述的集流體實(shí)現(xiàn)緊密配合；
[0018] (3)、焊接：將超級(jí)電容器置入電子束焊接機(jī)的真空腔內(nèi)，抽真空，真空度為 l〇_3Pa，用電子束焊接在對(duì)超級(jí)電容器的所述的集流體與所述的金屬外殼的連接部分進(jìn)行 圓周連續(xù)穿透熔化焊接；電子束焊接參數(shù)如下：
[0019]
[0020] 為了解決第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器集流體與金屬外殼的連 接方法的裝置，機(jī)架上設(shè)有八工位旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和真空焊接室，所述的工位旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上設(shè)有超 級(jí)電容固定夾具且所述的超級(jí)電容固定夾具設(shè)置在所述的真空焊接室內(nèi)，所述的真空焊接 室連接有真空抽氣孔，還包括一個(gè)電子束焊槍，所述的電子束焊槍能伸入到所述的真空焊 接室內(nèi)且所述的電子束焊槍與所述的真空焊接室采用密封結(jié)構(gòu)。
[0021 ] 所述的工位旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為八工位旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
[0022] 采用上述技術(shù)方案的超級(jí)電容器集流體與金屬外殼的連接方法及其裝置，金屬外 殼底部設(shè)計(jì)為平面，集流體與金屬外殼底部進(jìn)行緊密的配合，這樣實(shí)現(xiàn)了集流體與金屬外 殼間最大接觸面積，保證后續(xù)圓周連續(xù)穿透熔化焊接的順利進(jìn)行。采用電子束焊接機(jī)在真 空環(huán)境下對(duì)集流體與金屬外殼進(jìn)行熔接。傳統(tǒng)的熔接工藝不在真空下進(jìn)行，集流體與金屬 外殼極易產(chǎn)生氧化現(xiàn)象，一方面容易產(chǎn)生微孔導(dǎo)致漏液，另一方面接觸內(nèi)阻仍較高。在真空 環(huán)境下，采用電子束焊接，有效的避免了產(chǎn)生微孔而漏液現(xiàn)象，且大大降低了接觸內(nèi)阻。此 結(jié)構(gòu)中，集流體、金屬外殼選材均采用純鋁，使用冷擠壓工藝一次成型。
[0023] 本發(fā)明專利能夠達(dá)到如下效果：
[0024] 1、產(chǎn)品內(nèi)阻低：采用電子束焊接，其原理是通過(guò)電子束去轟擊工件，巨大的動(dòng)能轉(zhuǎn) 化為熱能，使焊接處工件熔化，形成熔池，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的焊接。其焊接深度深，工藝重復(fù) 性好，相比傳統(tǒng)的激光焊接或超聲焊接更具穩(wěn)定性，不存在焊接不牢的現(xiàn)象，因而降低了 接觸內(nèi)阻，致使整體超級(jí)電容器等效串聯(lián)內(nèi)阻降低。
[0025] 2、漏液率低：采用電子束焊接，熱影響區(qū)窄