Công nghệ chế tạo pin Lithium, ứng dụng hiện tại và tương lai

1.Tiến trình phát triển của công nghệ chế tạo pin Lithium đến nay

Năm 1970, Whittingham đã sử dụng titan (IV) sunfua và kim loại lithi làm điện cực chế tạo pin Lithium. Tuy nhiên, loại pin Lithium được tạo ra từ thí nghiệm này không thể ứng dụng vào thực tế vì chi phí sản xuất quá tốn kém. Đồng thời, các chất hóa học có trong pin Lithium như titan disulfua khi tiếp xúc với không khí có thể tạo ra phản ứng tạo thành các hợp chất hidro sunfua gây mùi khó chịu.

Cấu tạo pin Lithium sử dụng nhiều thành phần hóa học làm dung dịch điện phân

Năm 1980, John Goodenough đã thử kết hợp giữa chất lithium coban oxit để dòng điện có thể di chuyển từ điện cực này sang điện cực kia của pin dưới dạng ion Li+ nhằm tạo ra pin Lithium.

Đến năm 1983, nhà khoa học Akira Yoshino của Nhật Bản đã chế tạo ra một pin nguyên mẫu có thể sạc sử dụng lithium cobalt oxit như cathode và polyacetylene làm cực dương. Phát minh này của nhà khoa học Yoshino được coi là tiền thân trực tiếp của công nghệ pin Lithium-ion (LIB) hiện đại.

Pin Lithium-ion bắt đầu chính thức được thương mại hóa từ năm 1991 bởi Sony Energytec. Trên thị trường dành cho các thiết bị di động và lưu trữ điện UPS hiện nay, chuẩn pin Lithium đang giữ vị trí gần như thống trị khi được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực trên toàn cầu, đặc biệt trong ngành sản xuất ô tô điện và xe máy điện.

2. Quy trình sản xuất pin Lithium-ion hiện tại

Quy trình sản xuất pin Lithium-ion bao gồm 3 phần chính, đó là chuẩn bị điện cực, lắp ráp tế bào và kích hoạt điện hóa pin.

Chuẩn bị điện cực

Sử dụng vật liệu hoạt tính (AM), phụ gia dẫn điện và chất kết dính được trộn để tạo thành hỗn hợp bùn đồng nhất với dung môi. Sau đó, bùn được bơm vào một khuôn rãnh, được phủ trên cả hai mặt của bộ thu dòng điện (lá Al cho cực âm và lá Cu cho cực dương), và đưa đến thiết bị làm khô để làm bay hơi dung môi. 

Đối với bùn cực dương gốc nước, hơi vô hại có thể thoát ra môi trường xung quanh trực tiếp. Sau đó, các điện cực được đưa đến lò chân không để loại bỏ lượng nước dư thừa. Độ ẩm của các điện cực sẽ được kiểm tra sau khi làm khô để đảm bảo giảm thiểu phản ứng phụ và ăn mòn trong tế bào.

Lắp ráp tế bào

Các điện cực và thiết bị phân tách được cuộn lại hoặc xếp chồng lên nhau từng lớp để tạo thành cấu trúc bên trong của tế bào. Các mẫu nhôm và đồng được hàn lần lượt trên dòng điện cực âm và cực dương. 

Phương pháp hàn phổ biến là hàn siêu âm, và một số nhà sản xuất có thể chọn hàn điện trở cho thiết kế của họ. Sau đó, ngăn xếp tế bào được chuyển đến vỏ bọc được thiết kế, hiện không có tiêu chuẩn nhất quán. Mỗi nhà sản xuất có sở thích của họ tùy thuộc vào mục đích của các tế bào. Vỏ bọc được đổ đầy chất điện phân trước khi niêm phong cuối cùng và hoàn thành quá trình sản xuất tế bào.

Vỏ bọc pin Lithium-ion được đổ đầy chất điện phân trước khi niêm phong (Nguồn: Sưu tầm)

Kích hoạt điện hóa pin

Lớp giao diện điện phân rắn (SEI) ổn định có nhiệm vụ ngăn chặn sự tiêu thụ không thể đảo ngược của chất điện phân, đồng thời bảo vệ cực dương của pin khỏi hiện tượng quá điện trong quá trình sạc nhanh. Điều này có thể dẫn đến việc hình thành các đuôi gai Li. Quá trình hình thành và lão hóa pin xảy ra do quá trình sạc các tế bào đến một điện áp tương đối thấp (khoảng 1,5V) để bảo vệ bộ thu dòng điện đồng khỏi việc bị ăn mòn. Sau đó sẽ diễn ra 1 phiên nghỉ ngơi nhằm làm ướt chất điện phân. 

Các tế bào khi được sạc hoặc xả ở tỷ lệ thấp khoảng C/20. Sau đó tốc độ sạc/xả sẽ tăng dần từ từ để đảm bảo tạo một lớp SEI ổn định trên bề mặt cực dương. Khí được tạo ra từ quá trình hình thành sẽ tạo ra một lượng khí và cần được thải ra ngoài để đảm bảo an toàn. Sau khi kết thúc hoặc trong chu kỳ hình thành, các tế bào đã được lưu trữ trên các kệ lão hóa để làm ướt hoàn toàn chất điện phân và ổn định SEI. 

Một bước khử khí khác được sắp xếp trước khi các tế bào cuối cùng được niêm phong cho các ứng dụng trong về sau. Tùy thuộc vào quy trình hình thành và nhiệt độ lão hóa, bước này thường kéo dài trong vài tuần.

3. Tương lai của công nghệ chế tạo pin Lithium

Hiện nay, công nghệ chế tạo pin Lithium đang được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, giao thông vận tải và cả y tế, quân sự. Tuy nhiên khi đánh giá về các công nghệ chế tạo pin có thể thay thế cho pin Lithium, các chuyên gia cho biết rằng: Hiện có những vật liệu và chất hóa học sử dụng cho chế tạo pin đang được phát triển ngoài chuẩn pin Li-ion, bao gồm các công nghệ dựa trên lithium-lưu huỳnh, natri, magie (Li/S, Na, Mg). 

Những điều này chắc chắn sẽ đem lại những lợi ích nhất định so với công nghệ pin Li-ion hiện tại về mật độ năng lượng hoặc chi phí sau khi được thương mại hóa. Tuy nhiên, mức độ phát triển của công nghệ này vẫn còn thấp so với Li-ion ở thời điểm hiện tại. Do đó, cần phải có những bước đột phá hơn nữa từ vật liệu có thể sử dụng  để chế tạo pin cạnh tranh với pin Li-ion.

Nguồn: sưu tầm

#acquyluutrudienmattroi #acquyluutrudien#pinlithium #pinlithium12v100ah #pinlithiumion #pinlithium12v50ah #pinlithium12v #pinlithiumvienthong #acquylithium #acquylithiumvienthong #acquylithium48v100ah