一種實現超級電容器集流體與金屬外殼連接的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種實現超級電容器集流體與金屬外殼連接的裝置。 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、 箱、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。 【實用新型內容】
[0008] 本實用新型所要解決的技術問題就是提供一種不會產生脫焊、虛焊等現象且接觸 電阻比較小的實現超級電容器集流體與金屬外殼連接的裝置。
[0009] 為了解決上述技術問題，本實用新型提供的實現超級電容器集流體與金屬外殼連 接的裝置，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。
[0010] 所述的工位旋轉機構為八工位旋轉機構。
[0011] 采用上述技術方案的實現超級電容器集流體與金屬外殼連接的裝置，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。
[0012] 本實用新型專利能夠達到如下效果：
[0013] 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。
[0014] 2、漏液率低：采用電子束焊接，熱影響區窄，焊接變形小，同時由于在高真空下焊 接，鋁材在溶化后不會被氧化且能迅速冷卻凝固，因而不存在形成沙眼而漏液。
[0015] 3、抗振性好：采用真空電子束焊接，電子束焊接深度取決于溶化空腔內金屬蒸發 速率，在高真空下提高了金屬蒸發速率，焊接深度深且牢固可靠，因而在振動環境不會導致 產品脫焊，抗振性好。
[0016] 綜上所述，本實用新型采用電子束焊接機在真空環境下對金屬外殼外底部來進行 圓周連續穿透熔化焊接，使其不會產生脫焊、虛焊等現象，且接觸電阻比較小。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本實用新型的超級電容器集流體與金屬外殼的熔接結構示意圖。
[0018] 圖2是本實用新型的超級電容器集流體與金屬外殼的熔接結構仰視示意圖。
[0019] 圖3是本實用新型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 的結構示意圖。
[0020] 圖4是本裝置的截面示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖給出的實施例對本實用新型專利作進一步詳細描述。
[0022] 參見圖3和圖4,本實用新型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6上設有八工位旋轉機構5和真空焊接室9,八工位旋轉機構5上設有超級 電容固定夾具11且超級電容固定夾具11設置在真空焊接室9內，超級電容器10安裝在超 級電容固定夾具11上，真空焊接室9連接有真空抽氣孔7,還包括一個電子束焊槍8,電子 束焊槍8能伸入到真空焊接室9內且電子束焊槍8與真空焊接室9采用密封結構。
[0023] 參見圖1和圖2,實用新型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10包括金屬外殼1和集流體2,金屬外殼1的內腔底部是一個平面，集流體2與金屬 外殼1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集流體2與金屬 外殼1進行熔接。
[0024] 集流體2和金屬外殼1的選材均采用純鋁，使用冷擠壓工藝一次成型。集流體2 設有圓弧外邊，保證金屬外殼與集流體的緊密配合。
[0025] 金屬外殼1與集流體2的接觸的焊接形狀，任意在接觸位置以圓周軌跡焊接，圓周 軌跡焊接的形式是以四分之一、二分之一或者全圓周。
[0026] 圓周軌跡焊接是連續穿透熔化焊接，或點焊焊接形式。
[0027] 參見圖1、圖2、圖3和圖4,本實用新型的實施步驟如下：
[0028] (1)、預處理：集流體2經過清洗、拋光，保證集流體2的表面平整，無污漬；
[0029] (2)、裝殼：將超級電容器10的集流體2通過激光焊接在超級電容器卷芯4上，放 入金屬外殼1內，再機械擠壓，使焊接完的集流體2的卷芯通過工藝設備使得金屬外殼1與 集流體2實現緊密配合，金屬外殼1與集流體2之間形成有焊接圓周3 ;
[0030] (3)、焊接：將超級電容器10置入實現超級電容器集流體與金屬外殼的連接方法 的裝置的真空焊接室9內的八工位旋轉機構5的超級電容固定夾具11上，通過真空抽氣孔 7對真空焊接室9抽真空，真空度為10 3Pa,用電子束焊槍8對超級電容器10的集流體2與 金屬外殼（1)的連接部分的焊接圓周3進行圓周連續穿透熔化焊接；電子束焊槍8的電子 束焊接參數如下：
[0031]
[0032] 將集流體與金屬外殼通過超聲焊接，集流體與金屬外殼通過激光焊接這兩種連接 工藝做參考，比較本實用新型連接方式ESR和漏液率。
[0033]
【主權項】
1. 一種實現超級電容器集流體與金屬外殼連接的裝置，其特征在于：機架（6)上設有 工位旋轉機構和真空焊接室（9)，所述的工位旋轉機構上設有超級電容固定夾具（11)且所 述的超級電容固定夾具（11)設置在所述的真空焊接室（9)內，所述的真空焊接室（9)連接 有真空抽氣孔（7)，還包括一個電子束焊槍（8)，所述的電子束焊槍（8)能伸入到所述的真 空焊接室（9)內且所述的電子束焊槍（8)與所述的真空焊接室（9)采用密封結構。2. 根據權利要求1所述的實現超級電容器集流體與金屬外殼連接的裝置，其特征在 于：所述的工位旋轉機構為八工位旋轉機構（5)。
【專利摘要】本實用新型公開了一種實現超級電容器集流體與金屬外殼連接的裝置，機架(6)上設有工位旋轉機構和真空焊接室(9)，所述的工位旋轉機構上設有超級電容固定夾具(11)且所述的超級電容固定夾具(11)設置在所述的真空焊接室(9)內，所述的真空焊接室(9)連接有真空抽氣孔(7)，還包括一個電子束焊槍(8)，所述的電子束焊槍(8)能伸入到所述的真空焊接室(9)內且所述的電子束焊槍(8)與所述的真空焊接室(9)采用密封結構。此技術避免了目前行業內因為集流體與金屬外殼的連接方式而產生的漏液、焊接不牢固容易松脫、內阻大、自放電高而報廢大的問題，有效降低了生產成本。本實用新型具有工藝簡單、連接可靠，裝配易操作，密封效果好的優點。
【IPC分類】H01G11/78, H01G11/82
【公開號】CN204792470
【申請號】CN201520535155
【發明人】劉繼波, 黃浩宇, 謝佼, 易芳
【申請人】湖南耐普恩科技有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月22日