Överlappsfogning

Överlappsfogning av Al och Cu med lasermikrosvetsning och rumslig effektmodulering.

Den ökande efterfrågan på högeffektiva batterisystem för den elektriska mobiliteten kräver anslutning av ett stort antal celler. På grund av cellkemins funktionalitet är en kombination av koppar och aluminium nödvändig. De olika materialegenskaperna såsom värmeledningsförmåga och bildandet av intermetalliska faser är utmanande för svetsprocesser. Denna studie innehåller resultaten för överlappsfogar av koppar och aluminium med hjälp av en laserstrålsvetsning med rumslig effektmodulering. Med en parametervariation kan svetsarnas tvärsnittsform och därmed förhållandet mellan djup och bredd justeras. Med ytterligare längsgående tvärsnitt och en energispridande röntgenspektroskopianalys har olika blandningsbeteenden undersökts hos olika material beroende på toppskiktet. Inledning Det globalt ökande intresset för elfordon har lett till ökad försäljning under det senaste decenniet. De flesta av dessa bilar använder litiumjonbatterier som energilagringssystem. Battericellerna består av elektroder med en annan elektrisk last. I de flesta fall är den negativa anoden tillverkad av en tunn kopparfolie, medan den positiva katoden består av aluminium. Elektroderna är belagda med aktiva material och separeras med ett jonpermeabelt membran. De staplade eller valsade elektroderna placeras i ett hölje och fylls med elektrolyt.

För att uppfylla prestandakraven för elfordon är flera celler anslutna till en batterimodul eller system. Därför är en lågmotståndskoppling nödvändig för att hålla den termiska energiförlusten vid kontakterna så låg som möjligt. Svetsprocesser som ultraljud- eller lasersvetsning är lämp-

Processteg för lasersvetsning.

liga för att skapa sådana kontaktegenskaper. På grund av den inre utformningen av en battericell är en kombination av koppar och aluminium obligatorisk. Olika materialegenskaper och bildandet av intermetalliska faser i blandningszonen för dessa material är utmanande för de flesta svetsprocesser.

Dagens batteriindustri har olika sätt att hantera den här frågan: • En materialolik svets kan utföras inuti cellen genom att svetsa kopparelektrodfolier till aluminium, t.ex med ultraljudsvetsning. Det leder till en cell med två aluminiumkontakter på utsidan. Detta används ofta med prismatiska battericeller. • Kopparelektroden kan svetsas till stålhöljet av en cylindrisk cell, medan aluminiumelektroden är fastspänd på en stålterminal. De resulterande battericellerna består av två stålterminaler på utsidan. Den materialolika svetsen utförs utanför cellen. Påsceller har till exempel mestadels en koppar- och en aluminiumterminal på utsidan.

Det tredje alternativet leder till behovet av en fogningsprocess för aluminium och koppar som kan uppfylla kraven på den växande marknaden för elfordon. Inom detta arbete undersöks en lasersvetsprocess för överlappsfogar av aluminium och koppar. Därför används en kraftigt lysande laserstrålkälla med ytterligare rumslig effektmodulering. Syftet med studien är att bestämma påverkan av parametrarna lasereffekt, matningshastighet och rumslig effektmodulering på svetsgeometri och blandningsbeteendet hos de olika materialen.