EV 배터리 조립용 동박의 초음파 용접

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초음파 용접기는 최대 출력 3kW, 작동 주파수 20kHz를 제공했습니다. 그림 제공: Monisys Co. Ltd.

용접은 앤빌 측면에 니켈 도금된 구리 스트립 1개를 배치하고 혼 측면에 구리 호일 40겹을 배치하여 수행되었습니다. 그림 제공: Monisys Co. Ltd.

연구진은 관절의 강도를 측정하기 위해 T-박리 테스트를 사용했습니다. 용접된 샘플을 탭과 호일을 분리하여 양방향으로 90도 구부려 T자형을 형성하였다. 포일은 위쪽 그립으로 고정되고 탭은 아래쪽 그립으로 고정되었습니다. 테스트는 분당 50mm의 크로스헤드 속도로 실온에서 수행되었습니다. 그림 제공: Monisys Co. Ltd.

정렬 불량(위)의 경우 용접할 영역에서 용접 에너지가 덜 발생합니다. 반대로, 툴링이 정렬(하단)되면 혼이 접촉하는 면적이 상대적으로 크기 때문에 용접 에너지가 커집니다. 그림 제공: Monisys Co. Ltd.

동일한 용접 조건에서 정렬 불량과 정렬의 전력 신호를 비교한 그래프입니다. 툴링이 적절하게 정렬되면 접합부에 적용되는 용접 에너지가 더 높아져 용접이 더 강해지는 것을 확인합니다. 그림 제공: Monisys Co. Ltd.

데이터의 파레토 분석은 좋은 접합을 만들기 위해서는 진폭보다 용접 시간과 용접력이 더 중요하다는 것을 나타냅니다. 그림 제공: Monisys Co. Ltd.

용접력은 3bar 이상, 용접시간은 0.5초 이하에서 가장 좋은 용접이 이루어졌다. 그림 제공: Monisys Co. Ltd.

이러한 현미경 이미지는 양호한 접합부, 과용접 접합부, 과소용접 접합부의 차이점을 보여줍니다. 사진제공: (주)모니시스

전기차용 배터리는 여러 개의 셀과 버스바를 연결해 하나의 모듈을 구성해 제작된다. 그런 다음 수십 개의 모듈이 배터리 팩에 조립됩니다.

배터리 셀은 다층 포일과 탭에 연결됩니다. 구리, 알루미늄 등의 소재가 주재료로 사용됩니다.

저항 점 용접, 레이저 용접 및 초음파 금속 용접(UMW)이 포일을 탭에 접합하는 데 사용되었습니다. 저항용접은 속도가 빠르고 자동화가 간편하다는 장점이 있지만 열전도도와 전기전도도가 높아 동박용접에는 적합하지 않다. 레이저 용접은 고속 공정이지만 장비의 초기 비용이 높으며, 구리의 높은 열전도율, 높은 반사율, 낮은 흡수율로 인해 고품질 용접을 보장하기 어렵습니다. 또한, 용융 용접 중에 금속간 화합물이 많이 형성되어 제어가 어렵습니다.

반대로 UMW 공정은 수많은 장점을 제공합니다. 간단 해. 다양한 재료를 결합할 수 있습니다. 단시간에 넓은 용접을 생산합니다. 그리고 금속간화합물 생성이 최소화되어 접촉부에서의 에너지 손실이 최소화됩니다.

EV 부품의 금속 용접에 초음파 에너지를 사용하는 방법에 대한 수많은 연구가 진행되었습니다. 대부분은 단일 탭-탭 또는 탭-버스바 용접에 중점을 두었습니다. 다층 포일을 탭에 용접하는 과정을 살펴본 사람은 거의 없습니다.

우리의 연구에서는 고밀도 리튬 이온 배터리의 일반적인 어셈블리인 얇은 니켈 도금 구리 호일 스트립에 여러 층의 구리 호일을 결합하기 위해 UMW를 사용하는 방법을 조사했습니다. 우리의 연구는 재료의 용접성에 중점을 두었습니다. 뿔과 모루 정렬이 생산과 품질에 미치는 영향; 힘, 진폭 및 시간과 같은 다양한 공정 매개변수의 영향.

우리 연구에 사용된 테스트 표본은 8미크론 두께의 다층 구리 호일(99.99% 순수 구리)과 0.2mm 두께의 니켈 도금 구리 스트립으로 구성되었습니다. 호일과 스트립 모두 폭이 20mm이고 길이가 50mm였습니다.

초음파 용접기는 최대 출력 3kW, 작동 주파수 20kHz를 제공했습니다. 용접은 앤빌 측면에 니켈 도금된 구리 스트립 1개를 배치하고 혼 측면에 구리 호일 40겹을 배치하여 수행되었습니다.