Công nghệ sản xuất pin lithium hiện nay đang ngày càng trở nên phổ biến trong cuộc sống hiện đại và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Điều này cho phép người dùng có những trải nghiệm độc đáo và thú vị. Cùng Wuling EV Việt Nam khám phá những điều thú vị qua bài viết sau nhé!
1. Quá trình phát triển của pin Lithium
Công nghệ sản xuất pin lithium hiện đang ngày càng trở nên rộng rãi trên thị trường tiêu dùng. Công nghệ này đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển quan trọng. Dưới đây là một số sự kiện chính trong lịch sử phát triển của pin Lithium-ion:
- 1970: Nhà hóa học người Anh M. Stanley Whittingham sử dụng titan sunfua và kim loại lithi để tạo ra điện cực cho pin lithium, nhưng không thể ứng dụng thực tế do chi phí cao và sản sinh khí H2S.
- 1980: Giáo sư vật lý người Mỹ John Goodenough thay thế titan sunfua bằng lithium coban oxit, tạo ra pin lithium-ion bằng cách cho các ion Li di chuyển giữa hai điện cực.
- 1983: Nhà khoa học Nhật Bản Akira Yoshino chế tạo pin nguyên mẫu sử dụng lithium coban oxit và polyacetylene làm cực dương, được coi là tiền thân của pin Lithium-ion hiện đại.
- 1991: Công ty Sony Energytec chính thức ra mắt pin Lithium-ion với 4 hình dạng: hình trụ lớn, nhỏ, hình phẳng và hình lăng trụ, nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường.
Pin lithium có nhiều ứng dụng rộng rãi trong đời sống
2. Cấu tạo của pin Lithium
Pin Lithium có cấu tạo khá phức tạp, bao gồm nhiều thành phần và quy trình chế tạo tinh vi để đảm bảo hiệu suất và an toàn. Sự phức tạp này đòi hỏi việc sử dụng các công nghệ tiên tiến và kỹ thuật sản xuất chính xác. Sau đây sẽ là phần cấu tạo của pin Lithium. Hiểu rõ cấu tạo của pin Lithium sẽ giúp chúng ta nắm bắt được những thách thức và cơ hội trong việc cải tiến và phát triển công nghệ này.
- Điện cực dương:
- Được làm từ các hợp chất như Lithium Cobalt Oxide (LiCoO2) và Lithium Manganese Oxide (LiMn2O4).
- Cấu trúc phân tử gồm các phân tử oxide coban kết hợp với nguyên tử lithium.
- Khi có dòng điện, nguyên tử lithium tách khỏi cấu trúc tạo thành các ion dương lithium (Li+).
- Điện cực âm:
- Thường làm từ than chì (graphite).
- Các vật liệu carbon khác giúp lưu trữ các ion lithium (Li+) trong tinh thể của chúng.
- Bộ phân tách:
- Được làm từ nhựa polyethylene (PE) hoặc polypropylene (PP).
- Đặt giữa cực dương và cực âm, có các lỗ nhỏ để cho phép ion lithium (Li+) di chuyển qua, nhưng ngăn cách giữa hai cực để tránh ngắn mạch.
- Chất điện phân:
- Là dung dịch chứa các ion lithium, bao gồm muối lithium hexafluorophosphate (LiPF6) và dung môi hữu cơ.
- Chất điện phân cho phép ion lithium di chuyển giữa cực dương và cực âm trong quá trình sạc và xả.
- Độ dẫn ion của chất điện phân cần tốt, thường đạt 1-2 S/cm ở nhiệt độ phòng, tăng khi nhiệt độ tăng và giảm nhẹ khi nhiệt độ giảm.
Cấu tạo của pin lithium khá phức tạp
3. Nguyên lý hoạt động của pin Lithium
Nguyên lý hoạt động của pin Lithium-ion dựa trên sự di chuyển của các ion Lithium giữa cực dương và cực âm qua một chất điện phân và bộ phân tách. Sau đây là các thông tin chi tiết về nguyên lý này:
3.1. Quy trình xả
- Di chuyển ion: Ion Lithium mang điện dương di chuyển từ cực âm (thường là graphite) qua dung dịch điện ly sang cực dương. Tại cực dương, các ion Lithium sẽ phản ứng và tạo ra dòng điện.
- Tạo dòng điện: Khi mỗi ion Lithium di chuyển từ cực âm sang cực dương, một electron cũng chuyển động từ cực âm sang cực dương qua mạch ngoài, sinh ra dòng điện từ cực dương sang cực âm. Quá trình này duy trì cân bằng điện tích giữa hai cực.
Quy trình xả diễn ra giữa cực dương và cực âm
3.2. Quy trình sạc
- Quá trình ngược: Khi sạc, quá trình diễn ra ngược lại so với quá trình xả. Dưới điện áp sạc, electron di chuyển từ cực dương (trở thành cực âm) và ion Lithium tách khỏi cực dương để trở về cực âm, nơi cực âm trở thành cực dương.
- Tái kết hợp: Trong quá trình sạc, các ion Lithium từ cực dương di chuyển qua chất điện phân và kết hợp lại với electron tại cực âm, làm trung hòa điện tích và lưu trữ năng lượng.
Quy trình sạc làm trung hòa điện tích và lưu trữ năng lượng pin
4. Công nghệ sản xuất pin Lithium như thế nào?
Pin Lithium có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau, nhưng tất cả đều có cấu tạo cơ bản với 4 thành phần chính: điện cực dương, điện cực âm, chất điện phân và màng ngăn cách điện. Quy trình sản xuất pin Lithium bao gồm các bước sau:
4.1. Chuẩn bị các điện cực
- Chuẩn bị hỗn hợp bùn: Các vật liệu như hoạt tính, chất phụ gia dẫn điện và chất kết dính được trộn đều trong máy chuyên dụng để tạo ra hỗn hợp bùn đồng nhất với dung môi.
- Phủ lên bộ thu dòng điện: Hỗn hợp bùn được cho chảy qua khuôn và phủ đều lên cả hai mặt của bộ thu dòng điện. Sau đó, hỗn hợp được đưa vào thiết bị làm khô để dung môi bay hơi nhanh chóng.
- Thân thiện với môi trường: Do hỗn hợp bùn chủ yếu là gốc nước, việc bay hơi dung môi ra ngoài hoàn toàn vô hại.
- Loại bỏ nước dư thừa: Các điện cực sau khi làm khô được đưa vào lò chân không để loại bỏ hoàn toàn lượng nước dư thừa.
Chuẩn bị các điện cực trước khi bước vào sản xuất pin lithium
4.2. Lắp ráp tế bào
- Sắp xếp và cuộn điện cực: Sau khi chuẩn bị xong các điện cực pin Lithium, chúng được sắp xếp và cuộn lại theo từng lớp, với bộ phân tách đặt giữa hai điện cực để hình thành cấu trúc của tế bào pin.
- Hàn các điện cực: Các mẫu nhôm và đồng được hàn lên các cực âm và dương bằng phương pháp hàn siêu âm hoặc hàn điện trở.
- Đóng gói và niêm phong: Các ngăn xếp tế bào không có tiêu chuẩn nhất quán và có thể được chuyển đến các vỏ bọc với thiết kế khác nhau. Vỏ bọc được lấp đầy bằng chất điện phân dạng lỏng và sau đó được niêm phong để hoàn tất quá trình sản xuất tế bào.
- Kích hoạt điện hóa: Sau khi hoàn tất lắp ráp và đóng gói, bước quan trọng cuối cùng là kích hoạt điện hóa pin để chuẩn bị cho việc sử dụng.
Hàn các điện cực kỹ lưỡng là công đoạn quan trọng
4.3. Kích hoạt điện hóa pin Lithium
- Chuẩn bị điện cực: Các điện cực pin Lithium được chuẩn bị và cuộn lại với bộ phân tách giữa hai điện cực để tạo thành cấu trúc tế bào.
- Hàn các điện cực: Các mẫu nhôm và đồng được hàn vào cực âm và cực dương bằng phương pháp hàn siêu âm hoặc điện trở.
- Đóng gói tế bào: Các tế bào pin không có tiêu chuẩn nhất quán về vỏ bọc và có thể được chuyển đến các vỏ bọc khác nhau, sau đó lấp đầy bằng chất điện phân dạng lỏng và niêm phong lại.
- Kích hoạt điện hóa: Sau khi đóng gói, pin được kích hoạt bằng cách sạc ở tỷ lệ thấp và dần tăng tốc độ để tạo lớp SEI ổn định trên cực dương.
- Quá trình sạc/xả: Sau khi sạc/xả, khí tạo ra được thải ra ngoài và các tế bào được lưu trữ trên kệ lão hóa để làm ướt chất điện phân và ổn định lớp SEI.
- Khử khí: Trước khi niêm phong, các tế bào được khử khí trong vài tuần, thời gian có thể thay đổi tùy theo quy trình và nhiệt độ lão hóa.
Pin lithium ngày càng được cải thiện và hoàn thiện
Các nhà sản xuất tại Việt Nam cũng thực hiện quy trình ba bước tiêu chuẩn để sản xuất pin Lithium. Đặc biệt cho ngành công nghiệp xe ô tô điện, pin lithium đang trở nên phổ biến.
5. Tương lai của công nghệ sản xuất pin Lithium
Công nghệ sản xuất pin Lithium đang không ngừng cải tiến và dự đoán sẽ phát triển mạnh mẽ trong tương lai. Các dòng pin Lithium hiện tại đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như điện tử, giao thông vận tải, y tế, quân sự, và hàng không – vũ trụ. Mặc dù công nghệ pin mới như Lithium – Lưu huỳnh (Li/S) và Lithium Titanate có tiềm năng lớn, nhưng chúng vẫn chưa thể thay thế hoàn toàn pin Li-ion hiện tại.
Các dòng pin Lithium hiện tại đã được ứng dụng rộng rãi
Các chuyên gia công nghệ đang nỗ lực để cải thiện hiệu suất và giảm chi phí của pin Lithium. Trong tương lai, pin Lithium được kỳ vọng sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ năng lượng từ các nguồn tái tạo. Để đạt được điều này, cần có những đột phá chất lượng từ vật liệu và quy trình sản xuất để làm cầu nối từ nghiên cứu phòng thí nghiệm ra thị trường thực tế.
6. Pin Lithium trong các dòng xe ô tô điện của Wuling
Hiện nay, các dòng xe điện cũng đang sử dụng pin lithium. Dòng pin này đem đến cho người dùng những trải nghiệm độc đáo. Pin Lithium-ion của Wuling Mini EV LV1 và Wuling Mini EV LV2 cho phép di chuyển từ 120 đến 170 km sau mỗi lần sạc đầy. Với dung lượng từ 9,6 đến 13,4 kWh, pin này đảm bảo hiệu suất tốt cho sử dụng đô thị hàng ngày. Thời gian sạc đầy pin từ 6,5 đến 9 giờ, phù hợp cho việc sạc qua đêm. Công nghệ pin Lithium-ion giúp các xe này cung cấp hiệu suất tốt và hỗ trợ quãng đường di chuyển đủ dài cho nhu cầu di chuyển hàng ngày.
Xe Wuling Mini EV đang sử dụng công nghệ pin lithium
Đừng bỏ lỡ cơ hội trải nghiệm Wuling EV Mini – chiếc xe điện hiện đại mang đến sự khác biệt trong từng chuyến đi. Hãy cảm nhận công nghệ tiên tiến và tiện ích đột phá ngay trên tay lái. Liên hệ ngay với Wuling EV Việt Nam để đăng ký lái thử và khám phá ngay hôm nay nhé!
Công nghệ sản xuất pin Lithium dự đoán sẽ ngày càng phát triển và mở rộng thị trường trong tương lai. Với nhiều ứng dụng trong cuộc sống, pin lithium đang không ngừng được nâng cấp. Hy vọng qua bài viết của Wuling EV Việt Nam, quý bạn đọc có thể hiểu thêm về công nghệ hiện đại này. Theo dõi website để cập nhất thông tin mới nhất nhé!
