Vấu cực pin dập: Vật liệu và phương pháp nối cho Li-ion
Trả lời ngắn gọn: vấu cực pin Li-ion là một dây dẫn được dập để mang dòng điện từ cell ra khỏi vỏ, và vật liệu phải kết hợp độ dẫn điện cao với khả năng hàn vào điện cực. Thép mạ niken và niken nguyên chất phù hợp cho điện trở và hàn siêu âm vào vấu và thanh cái, vấu nhôm phù hợp với lá pouch nhôm ở phía cathode, và vấu đồng phù hợp với phía anode. Độ dày thường từ 0,05–0,3 mm, mạ 1–3 µm khi cần, và phương pháp nối — siêu âm, laser hoặc hàn điểm — quan trọng không kém kim loại. Thiết kế vấu rộng và ngắn để giảm điện trở và nhiệt.
Mỗi cell lithium-ion có ít nhất hai vấu: một vấu dương hàn vào lá cathode và một vấu âm hàn vào lá anode, cả hai đều kéo dài ra để kết nối cell với mạch bảo vệ, thanh cái hoặc cell tiếp theo. Những vấu này là chi tiết dập, và vật liệu, độ dày và phương pháp nối của chúng quyết định cell có thể cung cấp bao nhiêu dòng điện, mối nối tạo ra bao nhiêu nhiệt và pack kéo dài bao lâu. Hướng dẫn này đề cập đến logic vật liệu và sản xuất đằng sau vấu cực pin dập.
Vấu cực pin phải làm gì
Một vấu phải đối mặt với ba yêu cầu cùng lúc.
- Dẫn dòng điện với điện trở thấp, để cell không bị hạn chế và mối nối không nóng.
- Hàn đáng tin cậy vào lá điện cực, thường chỉ dày vài micromet.
- Chịu được ứng suất cơ học và nhiệt trong suốt tuổi thọ của pack, bao gồm rung động, chu kỳ nhiệt và dòng sự cố thỉnh thoảng.
Điện trở là mối quan tâm đầu tiên. Một vấu quá mỏng hoặc quá dài sẽ thêm milliohm vào điện trở nội của cell, biểu hiện dưới dạng sụt áp khi tải và nhiệt tại mối nối. Mối quan tâm thứ hai là mối hàn: nhôm và đồng khó nối hơn nhiều so với thép, và quy trình sai sẽ tạo ra mối nối yếu hoặc điện trở cao, dễ hỏng theo thời gian.
Vật liệu: Ghép vấu với điện cực
Vật liệu vấu phải tương thích về điện và luyện kim với điện cực mà nó nối. Lá cathode thường là nhôm; lá anode thường là đồng. Điều đó quyết định vật liệu cơ bản.
| Vật liệu vấu | Độ dẫn điện (% IACS) | Phù hợp với điện cực | Độ dày điển hình | Ghi chú |
|---|---|---|---|---|
| Thép mạ niken | ~14% | Cả hai (nhờ lớp mạ) | 0,05–0,2 mm | Phổ biến trên cell hình trụ, hàn được |
| Niken nguyên chất | ~23% | Cả hai | 0,05–0,3 mm | Độ dẫn điện tốt hơn, đắt hơn |
| Nhôm 1060/1070 | ~61% | Cathode (lá Al) | 0,05–0,2 mm | Phù hợp với cathode pouch, nhẹ |
| Đồng C11000 | ~101% | Anode (lá Cu) | 0,05–0,2 mm | Phù hợp với anode, dẫn điện cao nhất |
| Đồng mạ niken | ~90% | Cả hai | 0,05–0,2 mm | Kết hợp ưu điểm, dùng trên cell dòng cao |
Thép mạ niken là vật liệu chủ lực cho cell hình trụ và lăng trụ vì thép bền, rẻ và hàn dễ, và lớp mạ niken làm cho nó tương thích với lá nhôm và chống ăn mòn. Cell pouch thường dùng trực tiếp vấu nhôm và đồng, vì mối hàn lá mỏng-vào-vấu được hưởng lợi từ kim loại tương thích.
Phương pháp nối
Mối nối là một nửa giá trị của vấu. Một vấu hoàn hảo được nối kém sẽ hoạt động tệ hơn một vấu tầm thường được nối tốt.
| Phương pháp | Tốt nhất cho | Ưu điểm | Hạn chế |
|---|---|---|---|
| Hàn siêu âm | Lá-vào-vấu, Al và Cu | Không nóng chảy, nhiệt thấp | Cần kẹp tốt, mài mòn dụng cụ |
| Hàn laser | Vấu-vào-thanh cái, tốc độ cao | Nhanh, chính xác | Vùng ảnh hưởng nhiệt, bắn tóe |
| Hàn điểm điện trở | Vấu thép/Ni, cell nhỏ | Rẻ, đơn giản | Không lý tưởng cho Al/Cu dày |
| Hàn thiếc | Nguyên mẫu, sản lượng thấp | Dễ, có thể làm lại | Nhiệt vào cell, cặn trợ dung |
Hàn siêu âm là tiêu chuẩn để gắn vấu vào lá vì nó nối chúng mà không nóng chảy, do đó tránh làm hỏng hóa học cell tinh tế. Hàn laser nhanh và chính xác cho kết nối vấu-vào-thanh cái trong module. Dù phương pháp nào, tình trạng bề mặt vấu — sạch, mạ khi cần, không oxit — quyết định chất lượng mối hàn. Ghi chú về vấu crimp và hàn thiếc và hướng dẫn tiếp xúc pin của chúng tôi đề cập đến phía tiếp xúc liên quan.
Độ dày, mạ và điện trở
Độ dày vấu là sự đánh đổi giữa điện trở và khả năng hàn. Vấu mỏng hàn dễ vào lá nhưng dẫn ít dòng hơn; vấu dày dẫn nhiều dòng hơn nhưng khó hàn hơn và có thể tạo ứng suất tại mối nối.
| Độ dày vấu | Điện trở xấp xỉ | Phù hợp |
|---|---|---|
| 0,05 mm | Cao | Cell nhỏ, dòng thấp |
| 0,10 mm | Trung bình | Cell tiêu dùng, dòng trung bình |
| 0,15 mm | Thấp | Cell công suất, dòng cao |
| 0,20–0,30 mm | Thấp nhất | Pack xả cao, kết nối thanh cái |
Mạ phục vụ hai mục đích: bảo vệ chống ăn mòn và khả năng hàn. Mạ niken (1–3 µm) trên thép hoặc đồng cho bề mặt hàn nhất quán và chống oxy hóa. Đồng không mạ bị xỉn nhanh và trở nên khó hàn đáng tin cậy, vì vậy vấu đồng dòng cao thường được mạ niken hoặc hàn ngay sau khi tạo hình. Điện trở nên được xác nhận bằng đo bốn dây trên vấu đã lắp ráp, không giả định từ bản vẽ.
Quy tắc thiết kế cho an toàn và tuổi thọ
Một vài quy tắc giữ vấu an toàn và bền lâu.
- Giữ vấu ngắn và rộng. Điện trở tỷ lệ với chiều dài và tỷ lệ nghịch với chiều rộng, vì vậy vấu ngắn rộng tốt hơn vấu dài hẹp.
- Tránh góc nhọn bên trong tại chân vấu. Ứng suất tập trung ở đó, và vết nứt do mỏi rung bắt đầu từ góc nhọn.
- Cung cấp giảm ứng suất. Một uốn tạo hình hoặc vòng nhỏ giữa cell và thanh cái hấp thụ rung và lệch.
- Chú ý vùng ảnh hưởng nhiệt xung quanh mối hàn. Hàn quá mức làm giòn vấu và giảm tuổi thọ mỏi.
- Sử dụng tính năng cầu chì khi thiết kế yêu cầu. Một số vấu bao gồm cổ hẹp hoạt động như điểm hỏng được kiểm soát dưới dòng sự cố.
Hầu hết vấu được dập từ cuộn băng trên khuôn dập liên hoàn, giúp giữ chi phí đơn vị thấp và kích thước nhất quán. Mạ có thể được thực hiện trên băng trước khi dập (kinh tế) hoặc chọn lọc sau (khi chỉ vùng tiếp xúc cần mạ). BQUQ dập vấu pin, tiếp xúc và chi tiết crimp từ niken, thép mạ và hợp kim đồng tại Dongguan. Gửi bản vẽ đến sc@bquq.com để báo giá trong vòng 12 giờ làm việc.
Câu hỏi thường gặp
H: Vấu cực pin lithium-ion được làm từ vật liệu gì?
Đ: Vấu phổ biến sử dụng thép mạ niken, niken nguyên chất, nhôm hoặc đồng. Lựa chọn được thúc đẩy bởi điện cực mà vấu nối: vấu nhôm phù hợp với lá cathode nhôm, vấu đồng phù hợp với lá anode, và thép mạ niken hàn tốt vào cả hai phía.
H: Vấu cực pin nên dày bao nhiêu?
Đ: Hầu hết vấu dày 0,05–0,3 mm. Vấu mỏng hơn hàn dễ vào lá nhưng dẫn ít dòng hơn; vấu dày hơn dẫn nhiều dòng hơn nhưng khó hàn hơn. Chọn độ dày theo dòng điện, sau đó xác nhận bằng đo điện trở.
H: Tại sao mạ niken được sử dụng trên vấu cực pin?
Đ: Mạ niken bảo vệ chống ăn mòn và làm cho bề mặt hàn được và nhất quán. Đồng không mạ bị xỉn nhanh và trở nên khó hàn, vì vậy vấu mạ hoặc mới tạo hình được sử dụng để giữ chất lượng mối nối ổn định.
H: Phương pháp hàn nào tốt nhất cho vấu cực pin?
Đ: Hàn siêu âm là tiêu chuẩn để gắn vấu vào lá vì nó nối mà không nóng chảy và tránh làm hỏng cell. Hàn laser phổ biến cho kết nối vấu-vào-thanh cái, và hàn điểm phù hợp với vấu thép và niken trên cell nhỏ.
H: Làm thế nào để giảm điện trở trong vấu cực pin?
Đ: Làm vấu ngắn và rộng, vì điện trở tỷ lệ với chiều dài và tỷ lệ nghịch với chiều rộng. Sử dụng vật liệu dẫn điện cao hơn như đồng, chọn độ dày đủ, và đảm bảo mối hàn sạch và được tạo hình tốt.
Tài nguyên liên quan
- Tiếp xúc pin dập: hướng dẫn thiết kế cho chi tiết tiếp xúc pin dập.
- Terminal và tiếp xúc dập: vấu pin, tiếp xúc và chi tiết crimp được dập từ kim loại mạ.
- Về BQUQ: nhà máy nguồn đạt chứng nhận ISO9001 tại Dongguan vận hành dập, CNC, lò xo và tản nhiệt.
- Liên hệ với chúng tôi: gửi bản vẽ để báo giá trong vòng 12 giờ làm việc.
Được viết bởi Đội ngũ Kỹ thuật BQUQ. BQUQ là nhà máy nguồn đạt chứng nhận ISO9001 tại Dongguan, Trung Quốc, vận hành gia công CNC, dập kim loại, lò xo theo yêu cầu, tản nhiệt và dây chuyền collet dưới một mái nhà. Gửi bản vẽ đến sc@bquq.com hoặc WhatsApp +86 13713157787 để báo giá trong vòng 12 giờ làm việc. www.bquq.com
