Pin Lithium-Ion dạng túi: Tổng quan toàn diện

Các cực tiếp xúc (tab) là thành phần quan trọng trong pin lithium-ion dạng túi, đóng vai trò là cầu nối dẫn điện giữa các điện cực bên trong pin và mạch điện bên ngoài. Không chỉ đơn thuần là các đầu nối, chúng còn đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo an toàn cho pin, hiệu suất làm kín và hiệu quả hoạt động tổng thể. Bài viết này sẽ tìm hiểu về các loại, vật liệu, đặc tính hiệu suất và ứng dụng của các thành phần thiết yếu này, cung cấp những hiểu biết thực tiễn cho các nhà sản xuất và kỹ sư.

Các miếng dán pin là gì?

Về cơ bản, các đầu nối cực pin là cấu trúc phức hợp gồm hai phần chính: một dải kim loại và một lớp màng nhựa (keo dán đầu nối). Dải kim loại đóng vai trò là chất dẫn điện, truyền dòng điện giữa cực dương/âm của pin và các thiết bị bên ngoài. Trong khi đó, lớp màng nhựa tạo ra lớp bịt kín để ngăn rò rỉ chất điện giải và cách điện cho dải kim loại khỏi hiện tượng đoản mạch.

1. Các tab tích cựcChúng thường được làm bằng nhôm (Al) do tính dẫn điện và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của nó.
2. Các tab âmSử dụng niken (Ni) hoặc đồng mạ niken (Ni-Cu). Các chân tiếp xúc bằng niken thường được dùng trong các thiết bị kỹ thuật số nhỏ, trong khi các chân tiếp xúc bằng đồng mạ niken—được đánh giá cao nhờ khả năng dẫn điện tốt—được ưa chuộng hơn cho pin dự phòng và các ứng dụng tốc độ cao.

Phân loại các loại tab

Các loại nhãn dán được phân loại dựa trên chất liệu, loại keo dán và bao bì, mỗi loại phù hợp với các trường hợp sử dụng cụ thể:

1. Bằng vật liệu dải kim loại

1. Các tab nhôm (Al)Chủ yếu được sử dụng làm điện cực dương. Chúng cũng có thể đóng vai trò là điện cực âm trong pin có cực dương là titanat lithi.
2. Viên nén Niken (Ni)Chỉ xuất hiện ở các cực âm trong các thiết bị công suất thấp như điện thoại thông minh, máy tính bảng và pin dự phòng.
3. Các tab đồng mạ niken (Ni-Cu)Được thiết kế cho điện cực âm trong pin năng lượng (ví dụ: xe điện) và pin tốc độ cao, kết hợp tính dẫn điện của đồng với khả năng chống ăn mòn của niken.

2. Theo loại keo dán

Thị trường nội địa phân loại keo dán theo màu sắc, phản ánh sự khác biệt về chất lượng và ứng dụng:

1. Miếng dán màu đenĐược sử dụng trong các loại pin kỹ thuật số tầm thấp đến tầm trung. Cấu trúc của chúng (lõi màng PEN với các lớp PP được biến đổi) có nguy cơ bị tách lớp theo thời gian.
2. Miếng dán màu vàngThường gặp ở các loại pin tầm trung. Mặc dù dễ bịt kín hơn, lõi không dệt của chúng có thể hấp thụ hơi ẩm, dẫn đến pin bị phồng.
3. Miếng dán màu trắngĐược ưa chuộng cho các thiết bị kỹ thuật số cao cấp, pin dự phòng và pin tốc độ cao. Có sẵn các thiết kế một lớp, ba lớp hoặc năm lớp, keo dán ba lớp màu trắng (với lõi PP) mang lại khả năng niêm phong vượt trội và không có nguy cơ bong tróc.
4. Các tab cuộn: Các dải vật liệu liên tục được cuộn thành cuộn, lý tưởng cho các dây chuyền sản xuất tự động.
5. Các tab trang tính: Các tab riêng lẻ được xếp chồng lên nhau giữa các tấm nhựa, thích hợp cho các quy trình thủ công hoặc bán tự động.

3. Theo bao bì

1. Các tab cuộn: Các dải vật liệu liên tục được cuộn thành cuộn, lý tưởng cho các dây chuyền sản xuất tự động.
2. Các tab trang tính: Các tab riêng lẻ được xếp chồng lên nhau giữa các tấm nhựa, thích hợp cho các quy trình thủ công hoặc bán tự động.

Vật liệu chính và hiệu suất

Hiệu quả của viên thuốc phụ thuộc rất nhiều vào các thành phần cấu tạo nên chúng:

1. Dải kim loạiNhôm (hợp kim AL1050) và đồng (đồng không chứa oxy TU1) được ưa chuộng nhờ tính dẫn điện, độ dẻo và khả năng chống ăn mòn. Lớp mạ niken trên các dải đồng giúp ngăn ngừa quá trình oxy hóa và tăng cường khả năng hàn.
2. Keo dán tabHầu hết các loại keo dán đều được nhập khẩu từ Nhật Bản, vì nguyên liệu PP trong nước khó đáp ứng được các yêu cầu nghiêm ngặt về trọng lượng phân tử. Keo dán chất lượng cao (ví dụ: keo dán trắng ba lớp) cân bằng giữa khả năng chịu nhiệt (điểm nóng chảy ~147°C) và độ dẻo, đảm bảo khả năng bịt kín đáng tin cậy với màng nhựa nhôm.

Sản xuất và Kiểm soát chất lượng

Việc sản xuất các loại tab chất lượng cao đòi hỏi độ chính xác:

1. Các quy trình mạCác chân tiếp xúc bằng đồng mạ niken sử dụng phương pháp mạ điện (độ dày 1,8±0,3μm) hoặc mạ không dùng điện (độ dày 1,0±0,3μm) để đảm bảo lớp phủ đồng đều.
2. Cắt tỉa cạnhCác dải kim loại dày hơn 0,2mm cần được cắt tỉa cạnh để tránh các vấn đề về cách điện và nguy cơ rò rỉ.
3. Kiểm tra nghiêm ngặt:
   1. Thử nghiệm ngâm chất điện giảiCác miếng dán phải duy trì độ bền niêm phong >15N/15mm sau 24 giờ ở 85°C.
   2. Kiểm tra độ uốnCác mấu nối phải chịu được 5-7 lần uốn cong (tùy thuộc vào độ dày) để đảm bảo độ bền trong môi trường rung động (ví dụ: xe điện).

Phương thức kết nối tab

Việc kết nối các chân cắm với mạch ngoài bao gồm một số kỹ thuật:

1. Cố định cơ họcKhoan và bắt vít mang lại các mối nối chắc chắn với chi phí thấp nhưng đòi hỏi phải kiểm soát độ dày cẩn thận.
2. Hàn: Thiếc hàn M51 nhiệt độ thấp có thể dùng cho các kim loại khác nhau (ví dụ: đồng và nhôm) nhưng giá thành cao.
3. Hàn siêu âmPhương pháp ưu tiên sử dụng cho pin năng lượng, dùng rung động tần số cao để liên kết các lá kim loại mỏng (0,01mm) mà không cần nhiệt độ quá cao.

Phần kết luận

Tuy các cực tiếp xúc (tab) có kích thước nhỏ, nhưng thiết kế và chất lượng của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của pin dạng túi. Khi nhu cầu về pin an toàn hơn, hiệu quả hơn trong xe điện và lưu trữ năng lượng ngày càng tăng, những tiến bộ trong vật liệu chế tạo cực tiếp xúc (ví dụ: chất kết dính nhiều lớp) và quy trình sản xuất (ví dụ: mạ chính xác) sẽ vẫn rất quan trọng. Hiểu rõ đặc điểm của cực tiếp xúc là chìa khóa để tối ưu hóa độ tin cậy và tuổi thọ của pin trong nhiều ứng dụng khác nhau.