Các hình thức đóng gói pin Lithium là ba chân, tức là ba hình trụ, gói mềm và hình vuông được sử dụng rộng rãi nhất. Ba hình thức đóng gói đều có những ưu và nhược điểm riêng, có thể lựa chọn tùy theo mục đích sử dụng.

1. Hình trụ

Pin lithium hình trụ được phát minh lần đầu tiên bởi công ty SONY tại Nhật Bản vào năm 1992. Do pin lithium hình trụ 18650 có lịch sử lâu đời nên tỷ lệ thâm nhập thị trường cao. Pin lithium hình trụ sử dụng quy trình quấn dây thuần thục, mức độ tự động hóa cao và chất lượng sản phẩm Ổn định và chi phí tương đối thấp. Có nhiều loại pin lithium hình trụ, chẳng hạn như 17490, 14650, 18650, 26650,

21700, v.v … Pin lithium hình trụ phổ biến trong các công ty sản xuất pin lithium ở Nhật Bản và Hàn Quốc.

Ưu điểm của loại cuộn dây hình trụ bao gồm quy trình quấn dây thuần thục, mức độ tự động hóa cao, hiệu quả sản xuất cao, tính nhất quán tốt và chi phí tương đối thấp. Những bất lợi bao gồm việc sử dụng không gian thấp do hình dạng hình trụ và sự phân bố nhiệt độ gây ra bởi tính dẫn nhiệt xuyên tâm kém. Chờ đợi. Do tính dẫn nhiệt xuyên tâm của pin hình trụ kém, số vòng dây quấn của pin không được quá nhiều (số vòng dây của pin 18650 nói chung là khoảng 20 vòng), do đó dung lượng monome nhỏ, và Cần một lượng lớn pin để ứng dụng trong xe điện. Các monome tạo thành các mô-đun pin và bộ pin, điều này làm tăng đáng kể việc mất kết nối và độ phức tạp trong quản lý.

Hình 1. Pin hình trụ 18650

Một công ty tiêu biểu cho bao bì hình trụ là Panasonic của Nhật Bản. Năm 2008, Panasonic và Tesla lần đầu tiên hợp tác và pin 18650 lithium coban oxit đã được sử dụng cho mẫu Roadster đầu tiên của Tesla. Năm 2014, Panasonic công bố liên doanh với Tesla để xây dựng Gigafactory, siêu nhà máy sản xuất pin, và mối quan hệ giữa hai bên đã tiến xa hơn. Panasonic cho rằng xe điện nên sử dụng pin 18650, để ngay cả khi một pin hỏng, nó sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động của toàn bộ hệ thống, như trong Hình 2.

hình ảnh

Hình 2. Tại sao chọn pin hình trụ 18650

Ngoài ra còn có các doanh nghiệp quy mô lớn sản xuất pin lithium hình trụ ở Trung Quốc. Ví dụ, BAK Battery, Jiangsu Zhihang, Tianjin Lishen, Shanghai Delangeng và các doanh nghiệp khác đang ở vị trí dẫn đầu về pin lithium hình trụ ở Trung Quốc. Pin lithium-sắt và xe buýt sạc nhanh Yinlong sử dụng pin lithium titanate, cả hai đều ở dạng đóng gói hình trụ.

Bảng 1: Thống kê công suất lắp đặt của 10 công ty pin trụ hàng đầu và các mô hình tương ứng của họ về mật độ năng lượng đơn trong năm 2017

hình ảnh

2. Túi mềm

Các vật liệu quan trọng được sử dụng trong pin lithium gói mềm — vật liệu điện cực dương, vật liệu điện cực âm và dải phân cách — không khác nhiều so với pin lithium vỏ thép và vỏ nhôm truyền thống. Điểm khác biệt lớn nhất chính là chất liệu bao bì mềm dẻo (màng ghép nhôm-nhựa). Đây là vật liệu quan trọng và khó về mặt kỹ thuật nhất trong các loại pin lithium dạng gói mềm. Vật liệu đóng gói linh hoạt thường được chia thành ba lớp, cụ thể là lớp hàng rào bên ngoài (thường là lớp bảo vệ bên ngoài bao gồm nylon BOPA hoặc PET), lớp hàng rào (lá nhôm ở lớp giữa) và lớp bên trong (lớp hàng rào cao đa chức năng ).

Hình 3. Cấu trúc màng nhôm nhựa

Vật liệu đóng gói và cấu trúc của các tế bào túi mang lại cho chúng một loạt lợi thế. 1) Hiệu suất an toàn là tốt. Pin dạng mềm được đóng gói bằng màng nhôm-nhựa trong cấu trúc. Khi có vấn đề về an toàn xảy ra, pin gói mềm nói chung sẽ nổ và nứt, và sẽ không phát nổ. 2) Trọng lượng nhẹ, trọng lượng của pin gói mềm nhẹ hơn 40% so với pin lithium vỏ thép có cùng dung lượng và nhẹ hơn 20% so với pin lithium vỏ nhôm. 3) Điện trở bên trong nhỏ, điện trở bên trong của pin gói mềm nhỏ hơn điện trở của pin lithium, điều này có thể làm giảm đáng kể khả năng tự tiêu thụ của pin. 4) Hiệu suất chu kỳ tốt, tuổi thọ chu kỳ của pin gói mềm dài hơn, và sự phân hủy sau 100 chu kỳ ít hơn từ 4% đến 7% so với vỏ nhôm. 5) Thiết kế linh hoạt, hình dạng có thể thay đổi thành bất kỳ hình dạng nào, có thể mỏng hơn và có thể phát triển các mẫu ô mới theo nhu cầu của khách hàng. Nhược điểm của pin dạng gói mềm là tính nhất quán kém, giá thành cao, dễ rò rỉ và ngưỡng kỹ thuật cao.

hình ảnh

Hình 4. Thành phần pin gói mềm

Các nhà sản xuất pin đẳng cấp thế giới như LG của Hàn Quốc và ASEC của Nhật Bản đã sản xuất hàng loạt pin nguồn mềm, được sử dụng trong các mô hình điện và mô hình plug-in hybrid của các công ty ô tô lớn như Nissan, Chevrolet và Ford, bao gồm ba mô hình sản xuất và bán hàng lớn nhất thế giới. Lá và Volt. Hãng pin khổng lồ Wanxiang của đất nước tôi và các công ty đến sau Funeng Technology, Yiwei Lithium Energy, Polyfluoride và Gateway Power cũng đã bắt đầu sản xuất hàng loạt pin dạng gói mềm để cung cấp cho các công ty xe hơi lớn như BAIC và SAIC.

3. Pin vuông

Mức độ phổ biến của pin vuông rất cao ở Trung Quốc. Với sự gia tăng của pin điện ô tô trong những năm gần đây, sự mâu thuẫn giữa phạm vi hoạt động của xe và dung lượng pin ngày càng trở nên nổi bật. Các nhà sản xuất pin nguồn trong nước hầu hết sử dụng pin vuông vỏ nhôm với mật độ năng lượng pin cao. Do cấu tạo của pin vuông tương đối đơn giản, khác với pin hình trụ sử dụng thép không gỉ độ bền cao làm vỏ và phụ kiện có van an toàn chống cháy nổ nên tổng thể phụ kiện có trọng lượng nhẹ và mật độ năng lượng tương đối cao. Vỏ pin vuông hầu hết được làm bằng hợp kim nhôm, thép không gỉ và các vật liệu khác, sử dụng quy trình quấn hoặc cán bên trong nên khả năng bảo vệ pin tốt hơn so với pin màng nhôm-nhựa (tức là pin dạng mềm), và độ an toàn của pin tương đối hình trụ. Loại pin cũng đã được cải tiến rất nhiều.

Hình 5. Cấu trúc ô vuông

Tuy nhiên, vì pin lithium vuông có thể được tùy chỉnh theo kích thước của sản phẩm, nên có hàng ngàn mẫu mã trên thị trường, và vì có quá nhiều mẫu nên quá trình này khó thống nhất. Không có vấn đề gì khi sử dụng pin vuông trong các sản phẩm điện tử thông thường, nhưng đối với các sản phẩm thiết bị công nghiệp yêu cầu nhiều dòng và song song, tốt nhất nên sử dụng pin lithium hình trụ tiêu chuẩn, để quá trình sản xuất được đảm bảo và dễ dàng tìm thay thế hơn trong tương lai. Pin.

Các công ty trong và ngoài nước sử dụng hình vuông làm quy trình đóng gói chủ yếu bao gồm Samsung SDI (hình thức đóng gói chủ yếu là hình vuông và vật liệu điện cực dương sử dụng vật liệu NCM và NCA bậc ba. Hiện đang tích cực theo dõi việc sản xuất 21700 pin), BYD (nguồn pin chủ yếu là pin vuông vỏ nhôm), vật liệu cực âm chủ yếu là lithium sắt photphat, và nó cũng đã và đang tiến hành nghiên cứu phát triển và dự trữ kỹ thuật của pin bậc ba), CATL (sản phẩm chủ yếu là pin vuông vỏ nhôm, và vật liệu làm catốt bao gồm lithium iron phosphate và bậc ba. Lộ trình kỹ thuật lithium iron phosphate Chủ yếu được sử dụng trong lưu trữ năng lượng và xe buýt, CATL bắt đầu chuyển hoàn toàn sang vật liệu bậc ba vào năm 2015, cung cấp các gói pin bậc ba cho xe du lịch của BMW, Geely và các công ty khác), Guoxuan Hi-Tech (chủ yếu ở dạng bao bì vuông và vật liệu điện cực dương bao gồm Lithium sắt phốt phát và vật liệu bậc ba), Thiên TânLishen, v.v.

Nhìn chung, ba loại bao bì hình trụ, vuông và bao mềm đều có những ưu nhược điểm riêng và mỗi loại pin đều có ưu thế riêng. Phương pháp đóng gói tốt nhất có thể được xác định dựa trên các đặc tính vật liệu của pin, các lĩnh vực ứng dụng của sản phẩm, đặc tính của sản phẩm, v.v. kết hợp với các đặc điểm của hình thức đóng gói. Tuy nhiên, mỗi loại pin đóng gói đều có những khó khăn về công nghệ riêng. Thiết kế pin tốt liên quan đến các vấn đề phức tạp trong nhiều lĩnh vực như điện hóa, nhiệt, điện và cơ học, điều này đặt ra yêu cầu cao đối với các nhà thiết kế pin. Pin Lithium mọi người vẫn cần tiếp tục nỗ lực!