热循环与腐蚀行为对电池应用中脉冲激光点焊铝铜接头共同影响的研究

《Journal of Energy Storage》：Investigation on the combined effect of thermal cycling and corrosion behavior on pulsed laser spot-welded Al-Cu joints for battery applications

　　- 热循环导致Al-Cu互连结构中发生渐进性退化。- 热疲劳与微观结构演化共同驱动了退化过程。- 金属间化合物（Al?Cu）随电流增大和循环严重程度增加而演化。- 缺陷诱发的腐蚀加速了电池互连结构的失效机制。- Ni中间层在严重热循环条件下效果有限。**章节摘要****符号说明**| 符号 | 含义 ||------|------|| Al | 铝 || Cu | 铜 || Ni | 镍 || Zn | 锌 || O | 氧 || Cl | 氯 || EV | 电动汽车 || XRD | X射线衍射 || IMC | 金属间化合物 || CTE | 热膨胀系数 || DAQ | 数据采集 || EDM | 电火花加工 || SEM | 扫描电子显微镜 || EDS | 能量色散光谱分析 || OCD | 开路延迟 || OCV | 开路电压 || EIS | 电化学阻抗谱 || E_corr | 腐蚀电位 || I_corr | 腐蚀电流密度 || CR | 腐蚀速率 || E.W. | 当量重 || ρ | 密度 || mpy | 密耳/年 || EEC | 等效电蚀 |**材料与方法**在本研究工作中，采用纯铝（1050级）和铜（C11000级）进行激光焊接。每种待焊接板材的尺寸为厚度0.2 mm、宽度25 mm、长度100 mm。焊接前在铝板两侧涂覆了1.5 μm厚的镍（Ni）镀层，而铜板未施加任何镀层。该接头构型的选取基于作者此前的研究[19]，其中探讨了Ni镀层厚度及布置位置的影响。**热循环**锂离子电池的充放电速率通常以C倍率表示，该倍率表示施加电流与电池额定容量之比，定义为[52]：$$C\text{-rate} = I / Q_n$$其中I为施加电流（A），Q_n为额定电池容量（Ah）。1C放电速率对应于等于电池额定容量的电流，理论上可在1小时内完全放电，而更高的C倍率表示相应更高的放电速率。**缺陷成核**图17展示了严重热载荷（180 A）下损伤演化的早期阶段，突出了退化在有限循环次数内即开始发生。分别在五和十次热循环后检查了异种接头的横截面。五次循环后未观察到可见缺陷，而十次循环后孔隙成核开始显现，如图17(a)所示。这表明在出现明显退化前，需要积累到临界热应力水平。**结论**本研究考察了热疲劳对用于电池制造中极耳-汇流条应用的异种Al-Cu激光点焊接头的影晌。系统地评估了早期（200次循环）和晚期（1000次循环）热循环对接头微观结构、腐蚀和电学性能的影响。基于实验观测，得出以下结论：1. 激光点焊Al-Cu电池互连结构的退化**CRediT作者贡献声明****Rajdev Singh：** 撰写–初稿、可视化、验证、方法学、调查研究、数据整理、概念构思。**Vikash Kumar Srivastva：** 验证、方法学、调查研究、形式化分析。**Navneet Arora：** 撰写–审阅与编辑、监督、资源获取。**Amit Choudhary：** 撰写–审阅与编辑、可视化、监督、资源获取、资金获取、数据整理、概念构思。**生成式AI及AI辅助技术在撰写过程中的声明**在准备本文过程中，作者使用了ChatGPT以提高语言表达和可读性。使用该工具后，作者根据需要对内容进行了审阅和编辑，并对所发表文章的完整内容承担全部责任。**利益冲突声明**作者声明不存在已知的可能影响本文报告工作的竞争性经济利益或个人关系。**致谢**作者衷心感谢以下机构提供的资金支持：(i) 印度罗尔克基理工学院FIG（批准号：IITR/SRIC/3158，日期：2022年9月7日）；(ii) 印度科技部科学与工程研究委员会（SERB）（批准号：SRG/2022/001885，日期：2022年10月25日）。