一種超級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
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種超級電容器集流體與金屬外殼的連接方法，本發明還涉及一種 實現該超級電容器集流體與金屬外殼的連接方法的裝置。 技術背景
[0002] 超級電容器是一種新型的儲能裝置，以綠色環保、功率密度大、充放電速度快、循 環壽命長、使用溫度范圍寬等諸多優點，目前已主泛用于汽車、城市輕軌、地鐵、軍工、UPS、 重工業設備等領域。
[0003] 超級電容器是一種新型儲能裝置使用廣泛。其關鍵在于等效直流內阻（以下簡稱 ESR)，ESR主要由電極物質內阻、電解液內阻、接觸內阻等組成，代表超級電容器內部發熱所 消耗的功率，對超級電容在充放電過程的影響比較大，降低ESR可以提高超級電容器的效 率及可靠性。目前集流體與金屬外殼的連接方式，在超級電容器使用中因環境的變動產生 的連接脫落，造成了超級電容器在使用過程中的不穩定，而產生較大的接觸內阻，導致內阻 不穩定。
[0004] 在超級電容器產品的結構中，集流體是電容卷芯與金屬外殼的連接和固定的橋 梁，是超級電容器的重要結構之一。在超級電容器的生產工藝中，集流體與正負端之間都需 要進行熔接，熔接的面積盡可能的大，而且需要一定的熔接強度。目前超級電容器行業集流 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] 目前超級電容器集流體與金屬外殼都是采用純鋁材質，純鋁材質屬高反射性及高 導熱性材料，焊接性會受激光所改變，焊接難度較大。當焊接超級電容器與金屬外殼的時 候會面臨焊痕表面凸起、氣孔、炸火、內部氣泡等外觀問題。表面凸起、氣孔、內部氣泡是超 級電容器焊接的致命傷，直接導致的結果是超級電容器漏液而報廢。很多應用由于這些原 因不得不停止或者想辦法規避。很多超容廠家在研發初期都會為此大傷腦筋；激光焊接超 級電容器集流體與金屬外殼位置需非常精確，務必在激光束的聚焦范圍內。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對準。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，現行主流的超級電容器集流體與金屬外殼貼合厚度通常在 2_以上；環境要求高，當進行中能量至高能量的激光束焊接時，需使用等離子控制器將熔 池周圍的離子化氣體驅除，以確保焊道的再出現。能量轉換效率太低，通常低于10%。焊 道快速凝固，可能有氣孔及脆化的隱患，造成產品漏液，設備昂貴。
[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，超級電容 器集流體與金屬外殼均屬純鋁金屬材質，導致其焊接超級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，在焊接超級電容器集流體與金屬外殼的時，集流體與金屬 外殼需設計相應的焊接接頭，焊接接頭的形式為搭接、對接、角接等。增加集流體與金屬外 殼的結構的復雜性，增加產品成本。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劇增；焊點不能太大，超級電容器集流體與金屬外殼焊接均 屬圓周連續焊接，需要加壓，加壓易導致電容卷芯短路，造成產品報廢。因而只局限于絲、 箔、片、條、帶等薄件的焊接，大多數情況下只適用于搭接接頭。這些不足導致外部超聲波焊 接可靠性差熔接強度低，內阻較大等，影響大功率充放電。
[0007]用這兩種方式進行生產不良率都很高，在超級電容器使用里面還是有其局限性， 所以采用先進的熔接工藝生產超級電容器勢在必行。
【發明內容】
[0008] 本發明所要解決的第一個技術問題就是提供一種不會產生脫焊、虛焊等現象且接 觸電阻比較小的超級電容器集流體與金屬外殼的連接方法。
[0009] 本發明所要解決的第二個技術問題就是提供一種實現該超級電容器集流體與金 屬外殼的連接方法的裝置。
[0010] 為了解決第一個技術問題，本發明提供的超級電容器集流體與金屬外殼的連接方 法，超級電容器包括金屬外殼和集流體，所述的金屬外殼的內腔底部是一個平面，所述的集 流體與所述的金屬外殼的內腔底部平面緊密配合連接，采用電子束焊接機在真空環境下對 所述的集流體與所述的金屬外殼進行熔接。
[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穿透熔化焊接，或點焊焊接形式。
[0015] 具體實施步驟如下：
[0016] (1)、預處理：所述的集流體經過清洗、拋光，保證所述的集流體的表面平整，無污 漬；
[0017] (2)、裝殼：將超級電容器的所述的集流體通過激光焊接在超級電容器卷芯上，放 入所述的金屬外殼內，再機械擠壓，使焊接完所述的集流體的卷芯通過工藝設備使得所述 的金屬外殼與所述的集流體實現緊密配合；
[0018] (3)、焊接：將超級電容器置入電子束焊接機的真空腔內，抽真空，真空度為 l〇_3Pa，用電子束焊接在對超級電容器的所述的集流體與所述的金屬外殼的連接部分進行 圓周連續穿透熔化焊接；電子束焊接參數如下：
[0019]
[0020] 為了解決第二個技術問題，本發明提供的實現超級電容器集流體與金屬外殼的連 接方法的裝置，機架上設有八工位旋轉機構和真空焊接室，所述的工位旋轉機構上設有超 級電容固定夾具且所述的超級電容固定夾具設置在所述的真空焊接室內，所述的真空焊接 室連接有真空抽氣孔，還包括一個電子束焊槍，所述的電子束焊槍能伸入到所述的真空焊 接室內且所述的電子束焊槍與所述的真空焊接室采用密封結構。
[0021 ] 所述的工位旋轉機構為八工位旋轉機構。
[0022] 采用上述技術方案的超級電容器集流體與金屬外殼的連接方法及其裝置，金屬外 殼底部設計為平面，集流體與金屬外殼底部進行緊密的配合，這樣實現了集流體與金屬外 殼間最大接觸面積，保證后續圓周連續穿透熔化焊接的順利進行。采用電子束焊接機在真 空環境下對集流體與金屬外殼進行熔接。傳統的熔接工藝不在真空下進行，集流體與金屬 外殼極易產生氧化現象，一方面容易產生微孔導致漏液，另一方面接觸內阻仍較高。在真空 環境下，采用電子束焊接，有效的避免了產生微孔而漏液現象，且大大降低了接觸內阻。此 結構中，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] 本發明專利能夠達到如下效果：
[0024] 1、產品內阻低：采用電子束焊接，其原理是通過電子束去轟擊工件，巨大的動能轉 化為熱能，使焊接處工件熔化，形成熔池，從而實現對工件的焊接。其焊接深度深，工藝重復 性好，相比傳統的激光焊接或超聲焊接更具穩定性，不存在焊接不牢的現象，因而降低了 接觸內阻，致使整體超級電容器等效串聯內阻降低。
[0025] 2、漏液率低：采用電子束焊接，熱影響區窄