CN204792470U - 一种实现超级电容器集流体与金属外壳连接的装置 - Google Patents

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刘继波
黄浩宇
谢佼
易芳
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Abstract

本实用新型公开了一种实现超级电容器集流体与金属外壳连接的装置，机架(6)上设有工位旋转机构和真空焊接室(9)，所述的工位旋转机构上设有超级电容固定夹具(11)且所述的超级电容固定夹具(11)设置在所述的真空焊接室(9)内，所述的真空焊接室(9)连接有真空抽气孔(7)，还包括一个电子束焊枪(8)，所述的电子束焊枪(8)能伸入到所述的真空焊接室(9)内且所述的电子束焊枪(8)与所述的真空焊接室(9)采用密封结构。此技术避免了目前行业内因为集流体与金属外壳的连接方式而产生的漏液、焊接不牢固容易松脱、内阻大、自放电高而报废大的问题，有效降低了生产成本。本实用新型具有工艺简单、连接可靠，装配易操作，密封效果好的优点。

Description

一种实现超级电容器集流体与金属外壳连接的装置
技术领域
本实用新型涉及一种实现超级电容器集流体与金属外壳连接的装置。
技术背景
超级电容器是一种新型的储能装置，以绿色环保、功率密度大、充放电速度快、循环寿命长、使用温度范围宽等诸多优点，目前已主泛用于汽车、城市轻轨、地铁、军工、UPS、重工业设备等领域。
超级电容器是一种新型储能装置使用广泛。其关键在于等效直流内阻(以下简称ESR)，ESR主要由电极物质内阻、电解液内阻、接触内阻等组成，代表超级电容器内部发热所消耗的功率，对超级电容在充放电过程的影响比较大，降低ESR可以提高超级电容器的效率及可靠性。目前集流体与金属外壳的连接方式，在超级电容器使用中因环境的变动产生的连接脱落，造成了超级电容器在使用过程中的不稳定，而产生较大的接触内阻，导致内阻不稳定。
在超级电容器产品的结构中，集流体是电容卷芯与金属外壳的连接和固定的桥梁，是超级电容器的重要结构之一。在超级电容器的生产工艺中，集流体与正负端之间都需要进行熔接，熔接的面积尽可能的大，而且需要一定的熔接强度。目前超级电容器行业集流体与金属外壳的连接方法多采用激光焊接或超声波焊接。
目前超级电容器集流体与金属外壳都是采用纯铝材质，纯铝材质属高反射性及高导热性材料，焊接性会受激光所改变，焊接难度较大。当焊接超级电容器与金属外壳的时候会面临焊痕表面凸起、气孔、炸火、内部气泡等外观问题。表面凸起、气孔、内部气泡是超级电容器焊接的致命伤，直接导致的结果是超级电容器漏液而报废。很多应用由于这些原因不得不停止或者想办法规避。很多超容厂家在研发初期都会为此大伤脑筋；激光焊接超级电容器集流体与金属外壳位置需非常精确，务必在激光束的聚焦范围内。需使用夹治具，必须确保焊件的最终位置需与激光束将冲击的焊点对准。最大可焊厚度受到限制，通常激光焊接的适宜深度在1mm左右，现行主流的超级电容器集流体与金属外壳贴合厚度通常在2mm以上；环境要求高，当进行中能量至高能量的激光束焊接时，需使用等离子控制器将熔池周围的离子化气体驱除，以确保焊道的再出现。能量转换效率太低，通常低于10％。焊道快速凝固，可能有气孔及脆化的隐患，造成产品漏液，设备昂贵。
超声波焊接通常用于塑料焊接，是熔接热塑性塑料制品的高科技技术,超级电容器集流体与金属外壳均属纯铝金属材质，导致其焊接超级电容器集流体与金属外壳存在先天不足；为保证超声波焊接效果，在焊接超级电容器集流体与金属外壳的时，集流体与金属外壳需设计相应的焊接接头，焊接接头的形式为搭接、对接、角接等。增加集流体与金属外壳的结构的复杂性，增加产品成本。超声波焊接是所焊接金属件不能太厚，焊接所用功率随工件厚度及硬度的提高呈指数剧增；焊点不能太大，超级电容器集流体与金属外壳焊接均属圆周连续焊接，需要加压，加压易导致电容卷芯短路，造成产品报废。因而只局限于丝、箔、片、条、带等薄件的焊接，大多数情况下只适用于搭接接头。这些不足导致外部超声波焊接可靠性差熔接强度低，内阻较大等，影响大功率充放电。
用这两种方式进行生产不良率都很高，在超级电容器使用里面还是有其局限性，所以采用先进的熔接工艺生产超级电容器势在必行。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种不会产生脱焊、虚焊等现象且接触电阻比较小的实现超级电容器集流体与金属外壳连接的装置。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供的实现超级电容器集流体与金属外壳连接的装置，机架上设有八工位旋转机构和真空焊接室，所述的工位旋转机构上设有超级电容固定夹具且所述的超级电容固定夹具设置在所述的真空焊接室内，所述的真空焊接室连接有真空抽气孔，还包括一个电子束焊枪，所述的电子束焊枪能伸入到所述的真空焊接室内且所述的电子束焊枪与所述的真空焊接室采用密封结构。
所述的工位旋转机构为八工位旋转机构。
采用上述技术方案的实现超级电容器集流体与金属外壳连接的装置，金属外壳底部设计为平面，集流体与金属外壳底部进行紧密的配合，这样实现了集流体与金属外壳间最大接触面积，保证后续圆周连续穿透熔化焊接的顺利进行。采用电子束焊接机在真空环境下对集流体与金属外壳进行熔接。传统的熔接工艺不在真空下进行，集流体与金属外壳极易产生氧化现象，一方面容易产生微孔导致漏液，另一方面接触内阻仍较高。在真空环境下，采用电子束焊接，有效的避免了产生微孔而漏液现象，且大大降低了接触内阻。此结构中，集流体、金属外壳选材均采用纯铝，使用冷挤压工艺一次成型。
本实用新型专利能够达到如下效果：
1、产品内阻低：采用电子束焊接，其原理是通过电子束去轰击工件，巨大的动能转化为热能，使焊接处工件熔化，形成熔池，从而实现对工件的焊接。其焊接深度深，工艺重复性好，相比传统的激光焊接或超声焊接更具稳定性，不存在焊接不牢的现象，因而降低了接触内阻，致使整体超级电容器等效串联内阻降低。
2、漏液率低：采用电子束焊接，热影响区窄，焊接变形小，同时由于在高真空下焊接，铝材在溶化后不会被氧化且能迅速冷却凝固，因而不存在形成沙眼而漏液。
3、抗振性好：采用真空电子束焊接，电子束焊接深度取决于溶化空腔内金属蒸发速率，在高真空下提高了金属蒸发速率，焊接深度深且牢固可靠，因而在振动环境不会导致产品脱焊，抗振性好。
综上所述，本实用新型采用电子束焊接机在真空环境下对金属外壳外底部来进行圆周连续穿透熔化焊接，使其不会产生脱焊、虚焊等现象，且接触电阻比较小。
附图说明
图1是本实用新型的超级电容器集流体与金属外壳的熔接结构示意图。
图2是本实用新型的超级电容器集流体与金属外壳的熔接结构仰视示意图。
图3是本实用新型提供的实现超级电容器集流体与金属外壳的连接方法的装置的结构示意图。
图4是本装置的截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出的实施例对本实用新型专利作进一步详细描述。
参见图3和图4，本实用新型提供的实现超级电容器集流体与金属外壳的连接方法的装置，机架6上设有八工位旋转机构5和真空焊接室9，八工位旋转机构5上设有超级电容固定夹具11且超级电容固定夹具11设置在真空焊接室9内，超级电容器10安装在超级电容固定夹具11上，真空焊接室9连接有真空抽气孔7，还包括一个电子束焊枪8，电子束焊枪8能伸入到真空焊接室9内且电子束焊枪8与真空焊接室9采用密封结构。
参见图1和图2，实用新型提供的超级电容器集流体与金属外壳的连接方法，超级电容器10包括金属外壳1和集流体2，金属外壳1的内腔底部是一个平面，集流体2与金属外壳1的内腔底部平面紧密配合连接，采用电子束焊接机在真空环境下对集流体2与金属外壳1进行熔接。
集流体2和金属外壳1的选材均采用纯铝，使用冷挤压工艺一次成型。集流体2设有圆弧外边，保证金属外壳与集流体的紧密配合。
金属外壳1与集流体2的接触的焊接形状，任意在接触位置以圆周轨迹焊接，圆周轨迹焊接的形式是以四分之一、二分之一或者全圆周。
圆周轨迹焊接是连续穿透熔化焊接，或点焊焊接形式。
参见图1、图2、图3和图4，本实用新型的实施步骤如下：
(1)、预处理：集流体2经过清洗、抛光，保证集流体2的表面平整，无污渍；
(2)、装壳：将超级电容器10的集流体2通过激光焊接在超级电容器卷芯4上，放入金属外壳1内，再机械挤压，使焊接完的集流体2的卷芯通过工艺设备使得金属外壳1与集流体2实现紧密配合，金属外壳1与集流体2之间形成有焊接圆周3；
(3)、焊接：将超级电容器10置入实现超级电容器集流体与金属外壳的连接方法的装置的真空焊接室9内的八工位旋转机构5的超级电容固定夹具11上，通过真空抽气孔7对真空焊接室9抽真空，真空度为10-3Pa,用电子束焊枪8对超级电容器10的集流体2与金属外壳(1)的连接部分的焊接圆周3进行圆周连续穿透熔化焊接；电子束焊枪8的电子束焊接参数如下：
设定范围 设定值1 设定值2 设定值3
聚焦 0-800mA 470mA 470mA 470mA
灯丝 0-25A 22A 22A 22A
高压 0-70KV 60KV 60KV 60KV
束流 0.1-50mA 16mA 19mA 21mA
自转转速 0-20rpm 9rpm 9rpm 9rpm
ESR(mΩ) 0.228 0.194 0.228
将集流体与金属外壳通过超声焊接，集流体与金属外壳通过激光焊接这两种连接工艺做参考，比较本实用新型连接方式ESR和漏液率。
加工方式 超声焊接 激光焊接 大功率真空焊接
ESR(mΩ) 0.32 0.28 0.22
漏液率 0 2％ 0

Claims (2)

1.一种实现超级电容器集流体与金属外壳连接的装置，其特征在于：机架(6)上设有工位旋转机构和真空焊接室(9)，所述的工位旋转机构上设有超级电容固定夹具(11)且所述的超级电容固定夹具(11)设置在所述的真空焊接室(9)内，所述的真空焊接室(9)连接有真空抽气孔(7)，还包括一个电子束焊枪(8)，所述的电子束焊枪(8)能伸入到所述的真空焊接室(9)内且所述的电子束焊枪(8)与所述的真空焊接室(9)采用密封结构。
2.根据权利要求1所述的实现超级电容器集流体与金属外壳连接的装置，其特征在于：所述的工位旋转机构为八工位旋转机构(5)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109817461A (zh) * 2019-03-08 2019-05-28 中国振华（集团）新云电子元器件有限责任公司 一种非电解质钽电解电容器正负极贴片焊接工艺

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