Nắp tế bào hình lăng trụ là nắp hoặc nắp cấu trúc bịt kín lỗ mở trên cùng của tế bào pin lithium hình lăng trụ. Sau khi chồng điện cực và chất điện phân được đặt bên trong hộp kim loại hình chữ nhật, vỏ tế bào sẽ được hàn hoặc uốn lên trên để tạo thành vỏ bọc kín. Nó không chỉ đơn giản là một chiếc nắp mỹ phẩm - vỏ tế bào hình lăng trụ là một bộ phận được thiết kế chính xác, thực hiện đồng thời một số chức năng cơ, điện và an toàn quan trọng.
Vỏ bọc chứa hoặc tích hợp một số yếu tố chính: cực dương và cực âm qua đó dòng điện đi vào và thoát ra khỏi tế bào, cổng phun chất điện phân được sử dụng trong quá trình sản xuất để đổ đầy chất điện phân lỏng vào tế bào trước khi bịt kín lần cuối, và lỗ thông hơi giảm áp hoặc van chống cháy nổ giúp giải phóng khí bên trong một cách an toàn nếu tế bào bị sạc quá mức hoặc gặp hiện tượng thoát nhiệt. Trong nhiều thiết kế, vỏ tế bào cũng kết hợp một lớp cách điện bằng gốm hoặc polymer xung quanh mỗi cực của thiết bị đầu cuối để ngăn ngừa đoản mạch giữa thiết bị đầu cuối và vỏ kim loại, thường có điện thế khác nhau.
Vỏ pin hình lăng trụ được sử dụng trong nhiều ứng dụng - từ pin LiFePO4 (lithium iron phosphate) khổ lớn trong xe điện (EV), hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) và xe buýt điện cho đến pin lithium-ion hình lăng trụ nhỏ hơn trong máy tính xách tay, dụng cụ điện và thiết bị y tế. Thiết kế, kích thước, vật liệu và bộ tính năng cụ thể của vỏ thay đổi đáng kể tùy thuộc vào công suất, thành phần hóa học và mục đích sử dụng của pin.
Nắp đầu ô hình lăng trụ không phải là một miếng kim loại phẳng. Nó là một cụm lắp ráp con tích hợp nhiều thành phần, mỗi thành phần phục vụ một chức năng cụ thể trong thiết kế ô tổng thể. Hiểu những gì được tích hợp trong vỏ giúp bạn đánh giá chất lượng và khả năng tương thích khi tìm nguồn thay thế hoặc thiết kế bộ pin.
Các cực dương và cực âm là hai trụ dẫn điện nhô ra khỏi vỏ tế bào. Trong hầu hết các tế bào LiFePO4 hình lăng trụ khổ lớn, cực dương được làm từ nhôm và cực âm từ đồng, được chọn để phù hợp với vật liệu thu dòng điện bên trong tế bào và giảm thiểu điện trở tiếp xúc. Mỗi cực đầu cuối đi qua một lỗ được gia công chính xác trên vỏ và được cách ly với thân vỏ bằng một con dấu cách điện bằng gốm hoặc polyme vừa khít - thường được làm từ polypropylen (PP), polyphenylene sulfua (PPS) hoặc hỗn hợp gốm. Con dấu này phải duy trì một lớp chắn kín, không rò rỉ chống lại hơi điện phân trong khi chịu được rung động, chu trình nhiệt và ứng suất cơ học khi vặn bu lông thanh cái lên thiết bị đầu cuối trong quá trình lắp ráp gói.
Trong quá trình sản xuất, tế bào được lắp ráp khô (không có chất điện phân), vỏ được hàn vào và sau đó chất điện phân được bơm qua một cổng nạp nhỏ trên vỏ. Sau khi đổ đầy và tạo hình theo chu kỳ, cổng này được bịt kín vĩnh viễn bằng một quả bóng thép hoặc nhôm được hàn bằng laze hoặc lắp vào vị trí. Trên một ô đã hoàn thiện, cổng tiêm được bịt kín có thể nhìn thấy dưới dạng một vòng tròn nhỏ nhô lên hoặc nút chặn trên bề mặt nắp. Trong các tế bào bị hư hỏng hoặc được trả lại hiện trường, cổng tiêm được bịt kín không đúng cách có thể là nguồn rò rỉ chất điện phân.
Lỗ thông hơi an toàn là một trong những tính năng quan trọng nhất trên nắp pin hình lăng trụ. Đó là một khu vực kim loại được làm mỏng hoặc được khía chính xác - thường là rãnh hình chữ thập hoặc hình tròn - được thiết kế để vỡ ở ngưỡng áp suất bên trong cụ thể, thường trong khoảng 0,6 đến 1,2 MPa tùy thuộc vào thiết kế tế bào. Khi áp suất khí bên trong từ quá trình phân hủy chất điện phân hoặc thoát nhiệt đạt đến ngưỡng này, lỗ thông hơi sẽ mở ra một cách có kiểm soát, giải phóng khí và ngăn không cho tế bào vỡ ra một cách bùng nổ. Lỗ thông hơi được thiết kế như một thiết bị an toàn thụ động dùng một lần - sau khi được kích hoạt, tế bào được coi là không thành công và phải ngừng sử dụng. Nắp có lỗ thông hơi bị hư hỏng, bị ăn mòn hoặc đã được kích hoạt trước đó là mối nguy hiểm nghiêm trọng về an toàn và phải được thay thế ngay lập tức.
Một số vỏ tế bào hình lăng trụ - đặc biệt là những vỏ được sử dụng trong thiết bị điện tử tiêu dùng và một số tế bào ô tô - tích hợp một thiết bị ngắt dòng điện (CID) ngay bên dưới vỏ. CID là một công tắc cơ học có tác dụng ngắt kết nối điện cực bên trong khỏi cực đầu cuối nếu áp suất bên trong tăng lên trên ngưỡng thấp hơn, trước khi lỗ thông hơi an toàn mở ra. Điều này cung cấp mức độ bảo vệ quá dòng và quá tải sớm hơn, không phá hủy. Không phải tất cả các thiết kế ô hình lăng trụ đều bao gồm CID, vì các ô có định dạng lớn hơn thường dựa vào hệ thống quản lý pin (BMS) để bảo vệ chính và lỗ thông hơi là thiết bị an toàn cơ học cuối cùng.
Việc lựa chọn vật liệu cho vỏ tế bào hình lăng trụ lithium đòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận giữa trọng lượng, khả năng chống ăn mòn, tính dẫn nhiệt, khả năng hàn và chi phí. Việc lựa chọn vật liệu sai có thể dẫn đến ăn mòn chất điện phân của vỏ, chất lượng mối hàn laser kém hoặc trọng lượng quá lớn trong các ứng dụng EV nhạy cảm với trọng lượng.
| Chất liệu | Sử dụng chung | Lợi thế chính | Hạn chế chính |
| Hợp kim nhôm (1060, 3003) | Tế bào EV, ESS, LiFePO4 | Nhẹ, khả năng hàn laser tuyệt vời, chống ăn mòn | Cường độ thấp hơn thép ở cùng độ dày |
| Thép không gỉ (SUS304) | Tế bào áp suất cao, ứng dụng đặc biệt | Độ bền cao, kháng hóa chất tuyệt vời | Nặng hơn, chi phí cao hơn, khó hàn hơn |
| Thép cán nguội (SPCC) | Tế bào tiêu dùng chi phí thấp hơn | Chi phí thấp, khả năng định hình tốt | Dễ bị ăn mòn nếu không có lớp phủ |
| Thép mạ niken | Tế bào điện tử tiêu dùng | Cải thiện khả năng chống ăn mòn trên thép trần | Lớp mạ có thể xuống cấp trong điều kiện khắc nghiệt |
Đối với các tế bào LiFePO4 hình lăng trụ khổ lớn hiện đại được sử dụng trong bộ pin EV, vỏ hợp kim nhôm có độ dày 1,0–1,5mm là tiêu chuẩn ngành. Nhôm tương thích với các dung môi điện phân không chứa nước được sử dụng trong pin lithium, mang lại mối hàn laser tuyệt vời với hộp pin nhôm và giữ cho trọng lượng tổng thể của pin ở mức thấp nhất có thể — một yếu tố quan trọng khi hàng nghìn tế bào được lắp ráp thành một bộ pin xe.
Việc sản xuất vỏ pin hình lăng trụ bao gồm một số quy trình chính xác và phương pháp hàn kín được sử dụng để gắn nắp vào thân pin là một trong những bước quan trọng nhất trong toàn bộ quy trình lắp ráp pin. Bất kỳ khiếm khuyết nào ở vòng đệm - thậm chí là lỗ kim - sẽ dẫn đến rò rỉ chất điện phân, hơi ẩm xâm nhập và hỏng pin sớm.
Bản thân tấm bìa được sản xuất bằng cách dập chính xác từ tấm nhôm hoặc thép. Các lỗ đầu cuối, rãnh thông hơi và lỗ cổng phun thường được hình thành trong cùng một khuôn dập hoặc trong các nguyên công gia công thứ cấp. Dung sai kích thước chặt chẽ là rất quan trọng - nắp phải vừa khít chính xác với lỗ mở của ô để đảm bảo mối hàn ổn định. Để sản xuất tế bào số lượng lớn, vỏ được sản xuất trên dây chuyền dập tự động có công suất hàng triệu chiếc mỗi tháng, với khả năng kiểm tra kích thước 100% bằng hệ thống thị giác và thiết bị đo laze.
Các cực đầu cuối được lắp vào vỏ bằng các vòng đệm cách điện trong quy trình lắp ráp phụ. Vật liệu bịt kín được đúc nén xung quanh trụ đầu cuối và được ép vào lỗ che, tạo ra một khớp nối chống nhiễu cơ học mang lại cả khả năng cách ly điện và vòng đệm kín. Sau đó, cụm lắp ráp này sẽ được kiểm tra rò rỉ khí heli để xác minh tính toàn vẹn của vòng đệm trước khi nắp chuyển sang giai đoạn sản xuất tiếp theo. Tỷ lệ hư hỏng con dấu được giữ ở mức phần triệu trong sản xuất tế bào chất lượng, vì con dấu đầu cuối bị rò rỉ không thể sửa chữa được sau khi tế bào được lắp ráp.
Sau khi phần bên trong tế bào được lắp ráp và nắp được đặt vào hộp, mối nối giữa mép nắp và thành hộp được hàn kín bằng hàn laser liên tục. Dây chuyền sản xuất tế bào hình lăng trụ hiện đại sử dụng tia laser sợi quang công suất cao để tạo ra mối hàn hẹp, nhất quán xung quanh toàn bộ chu vi của vỏ chỉ trong vài giây. Các thông số laser — công suất, tốc độ, vị trí tiêu điểm và lưu lượng khí bảo vệ — được kiểm soát và giám sát chặt chẽ trong thời gian thực. Sau khi hàn, mọi tế bào đều trải qua quá trình kiểm tra rò rỉ khí heli trong đó tế bào được đặt trong buồng thử nghiệm và bất kỳ khí heli nào thoát ra qua khuyết tật mối hàn đều được phát hiện bằng máy quang phổ khối. Các tế bào không vượt qua bài kiểm tra rò rỉ sẽ bị loại bỏ ngay lập tức.
Một trong những thách thức thực tế nhất khi tìm nguồn cung ứng vỏ tế bào hình lăng trụ thay thế — hoặc thiết kế bộ pin mới — là khả năng tương thích về kích thước. Không giống như các ô hình trụ có kích thước được tiêu chuẩn hóa quốc tế (18650, 21700, 26650, v.v.), các ô hình lăng trụ không tuân theo một tiêu chuẩn chung nào. Kích thước tế bào khác nhau đáng kể giữa các nhà sản xuất và thậm chí giữa các thế hệ sản phẩm của cùng một nhà sản xuất.
Khi chỉ định hoặc tìm nguồn cung cấp nắp pin hình lăng trụ, các kích thước sau phải khớp chính xác:
Cho dù bạn là nhà thiết kế bộ pin tìm nguồn cung ứng vỏ pin để sản xuất pin tùy chỉnh với số lượng nhỏ, kỹ thuật viên sửa chữa thay thế các bộ phận bị hỏng hay nhà sản xuất pin đang đánh giá nhà cung cấp mới thì việc đánh giá chất lượng vỏ pin hình lăng trụ đều yêu cầu kiểm tra một số thuộc tính cụ thể ngoài giá cả và sự phù hợp về kích thước.
Các nhà cung cấp có uy tín cung cấp chứng chỉ vật liệu (chứng chỉ nhà máy) cho nhôm hoặc thép được sử dụng làm vỏ bọc của họ, xác nhận loại hợp kim, tính chất cơ học và thành phần hóa học. Đối với các ứng dụng tuân theo tiêu chuẩn chất lượng ô tô (IATF 16949) hoặc các quy định an toàn, yêu cầu cơ bản là truy xuất nguồn gốc nguyên liệu đầy đủ từ nguyên liệu thô đến thành phẩm. Vỏ được làm từ kim loại chưa được xác minh hoặc tái chế có thành phần không xác định có thể có độ cứng không nhất quán, khả năng hàn kém và hoạt động kích hoạt lỗ thông hơi không thể đoán trước.
Hỏi nhà cung cấp về các quy trình kiểm tra đầu vào và đầu ra của họ để đảm bảo tính toàn vẹn của dấu niêm phong. Vỏ bọc chất lượng phải có kết quả kiểm tra rò rỉ được ghi lại, lý tưởng nhất là được thực hiện bằng phép đo khối phổ heli hoặc phương pháp tương đương. Tốc độ rò rỉ có thể chấp nhận được đối với chất cách điện đầu cuối có vỏ hình lăng trụ được bịt kín đúng cách thường nhỏ hơn 1×10⁻⁷ Pa·m³/s. Cần thận trọng khi xử lý những nhà cung cấp không thể cung cấp dữ liệu thử nghiệm hoặc chỉ dựa vào kiểm tra trực quan.
Điểm rãnh thông hơi trên nắp phải được gia công ở độ sâu nhất quán để đảm bảo lỗ thông hơi kích hoạt một cách đáng tin cậy trong phạm vi áp suất được chỉ định. Các nắp có độ sâu rãnh thông hơi thay đổi - do dụng cụ bị mòn hoặc kiểm soát quy trình kém - có thể thông hơi quá sớm (làm giảm hiệu suất của tế bào khi bị phồng lên bình thường) hoặc không thoát ra ở áp suất chính xác trong trường hợp xảy ra lỗi thực sự. Yêu cầu dữ liệu thử nghiệm áp suất kích hoạt lỗ thông hơi từ nhà cung cấp, cho thấy sự phân bổ áp suất kích hoạt trên một lô mẫu.
Bề mặt tiếp xúc giữa mép bìa và tế bào phải sạch, phẳng và không có gờ, oxy hóa hoặc nhiễm bẩn. Cặn dầu từ hoạt động dập phải được làm sạch hoàn toàn trước khi hàn laser, vì ngay cả một lượng nhỏ chất bẩn cũng có thể gây ra độ xốp của mối hàn và các mối nối yếu. Kiểm tra nắp dưới độ phóng đại để phát hiện các gờ dập ở các cạnh và xác nhận với nhà cung cấp rằng quy trình làm sạch sau dập của chúng đã được xác nhận về khả năng tương thích với hàn laze.
Khi pin lithium hình lăng trụ gặp vấn đề, lớp vỏ thường là nơi xuất hiện những dấu hiệu đầu tiên có thể nhìn thấy được. Việc nhận biết các chế độ lỗi vỏ có thể giúp chẩn đoán nguyên nhân cốt lõi của vấn đề về tế bào hoặc gói chính xác hơn.
ứng dụng
Trung tâm cuộc gọi:
Tel:+86-0512-63263955
Email :[email protected]
Bản quyền © Goode EIS (Suzhou) Corp LTD
Vật liệu và linh kiện composite cách nhiệt cho ngành năng lượng sạch
cn