標準的電動汽車 (EV) 汽車電池可以分解為電池級別、模塊級別和電池組級別。電池主要包括陽極和陰極，模塊包括多個電池，電池組包括多個模塊。

鋰離子電池組中最常見的三種金屬對金屬接頭是箔對極耳、極耳對極耳和極耳對母線。所有三個接頭都帶來了連接挑戰，但在這三個接頭中，將多層箔片焊接到接頭上是最具挑戰性的。接頭通常由不同的金屬制成，并且金屬厚度不匹配。翼片相對較厚（例如，0.2 毫米），而多個箔極薄（例如，0.025 毫米）。下圖顯示了大幅面鋰離子袋式電池的示意圖。

需要箔對極耳焊接來收集電池內部的所有陽極和陰極箔，并將它們連接到從電池外殼伸出的極耳，從而使電池的能量能夠轉移到外部來源。每個電池中有兩個箔片焊縫，典型的大型鋰離子電池組中有數百個電池。由于串聯和并聯連接，箔片接頭中的一個故障將影響整個電池組的輸出。因此，需要一種穩健的連接工藝來滿足連接要求，例如在連接不同材料時令人滿意的連接強度、低電阻連接和最小的金屬間層。

針對此特定應用評估了超聲波金屬焊接 。該過程的示意圖如下所示。超聲波金屬焊接能夠焊接電池相關材料（例如銅、鋁和鎳）的相似和不同組合。超聲波振動，通常為 20 到 40,000 赫茲，用于在壓力下將兩個部件摩擦在一起。擦洗動作可去除表面上的氧化物和污染物，并打破表面粗糙，形成兩個光滑、干凈的金屬表面。一旦它們在適度的熱量和壓力下接觸，就會形成焊縫。

該過程有幾個優點。由于它是一種固態工藝，因此可以適應不同的材料組合，并避免了對金屬間化合物形成的大部分擔憂。它非常適合焊接電池中使用的高導電材料，包括鍍銅和鍍鋁。它不需要高功率，焊接周期非常短，只有幾分之一秒。它還可以在一次操作中連接多層薄材料，并提供具有低電阻的高強度連接。

也有其他連接工藝，包括焊接、磁脈沖焊接、電阻點焊和激光束焊接，但它們缺乏某些特性，超聲波金屬焊接成為多層箔到極耳應用中更理想的連接工藝。

• 焊接可用于連接軟包電池片。它特別適用于連接不同的材料，但使用助焊劑會增加腐蝕的機會，這會直接影響接頭的強度。
• 磁脈沖焊接可以提供高強度的接頭，但該過程會產生較大的變形，感應電流可能會損壞電池的內部組件。請注意，磁脈沖焊接在電池組件中的應用正在研究中，因此，該技術尚未準備好供電池制造商使用。
• 電阻點焊依靠材料的電阻來產生用于連接的熱量。然而，通常用于電池行業的鋁箔和銅箔具有極低的電阻。此外，鋁合金會形成一層堅韌的表面氧化層，這會抑制 電阻點焊，并且由于氧化層存在于每個箔層的兩側，這一事實進一步加劇了這種情況。
• 激光束焊接對焊縫中材料層之間的間隙非常敏感。一般來說，間隙應小于材料厚度的 10%。連接 12 μm 的箔片需要 1.2 μm 或更小的間隙，這很難實現并且需要過多的夾具。激光束焊接的另一個問題是反射材料使用的敏感性。
• 超聲波金屬焊接不依賴于體電阻，并且作為工藝的一部分固有地清除氧化物層。因為超聲波金屬焊接是自夾緊的，所以間隙不是問題。此外，聲波金屬焊接工藝對反光材料不敏感。典型的大型鋰離子電池使用銅箔作為陽極集電器，鋁作為陰極集電器；因此，銅和鋁都使用超聲波金屬焊接工藝進行了評估。如上圖所示，實驗接頭僅限于類似的材料堆疊，這意味著鋁箔連接到鋁片，銅箔連接到銅片。接片厚度保持在 0.127 mm 不變。評估了兩種箔厚度，0.012 和 0.025 毫米，以及兩種箔堆疊高度，20 層和 60 層，以證明可行性，并研究隨著箔厚度和箔層數的變化對接頭性能的影響。

  

  

  對上述橫截面的分析提供了對箔片壓縮、箔片損傷和焊接接頭最終狀態的更深入了解。具有更薄和更少箔層的樣品顯示出直接靠近焊接區的箔移動增加。相比之下，具有更厚和更多箔層的樣品顯示出鄰近焊接區的箔的固結，通常導致更大的結合區域。粘結區域的固結和增加是因為較厚的箔堆疊在焊接工具上觸底，導致焊接區域附近區域的壓縮。

  在單個超聲波金屬焊接操作中將多層薄箔連接到極耳是可行的。可以在不破壞脆弱的箔層的情況下實現焊接。粘合發生在箔片到接頭的界面以及每個箔片到箔片的界面，從而形成堅固、高導電的機電接頭。這種被認為是低能耗工藝的工藝可以用于在幾分之一秒內連接不同的材料。