Вкладки в чехле для литий-ионных батарей: подробный обзор

Контакты являются важнейшими компонентами в литий-ионных батареях пакетной формы, служа проводящими мостиками между внутренними электродами батареи и внешними цепями. Они представляют собой не просто соединители, а играют жизненно важную роль в обеспечении безопасности батареи, герметичности и общей эффективности работы. В этой статье рассматриваются типы, материалы, характеристики и области применения этих важных компонентов, предлагая практические рекомендации для производителей и инженеров.

Что такое батарейные вкладки?

По своей сути, клеммы аккумулятора представляют собой композитные конструкции, состоящие из двух ключевых частей: металлической полоски и пластиковой пленки (клеевой основы клеммы). Металлическая полоска выступает в качестве проводника, передавая электрический ток между положительным и отрицательным электродами аккумулятора и внешними устройствами. Пластиковая пленка, в свою очередь, обеспечивает герметизацию, предотвращая утечку электролита, и изолирует металлическую полоску от коротких замыканий.

1. Положительные вкладкиОбычно их изготавливают из алюминия (Al) благодаря его превосходной проводимости и коррозионной стойкости.
2. Отрицательные вкладкиВ качестве контактных площадок используются либо никель (Ni), либо никелированная медь (Ni-Cu). Никелевые контакты распространены в небольших цифровых устройствах, тогда как никелированные медные контакты, ценящиеся за высокую пропускную способность по току, предпочтительны для силовых батарей и приложений с высокой скоростью разряда.

Классификация вкладок

Наклейки классифицируются по материалу, типу клея и упаковке, каждая из которых предназначена для определенных целей:

1. Из металлической полосы

1. Алюминиевые (Al) пластиныВ основном используются в качестве положительных электродов. Также могут служить отрицательными электродами в батареях с анодами из титаната лития.
2. Никелевые (Ni) вкладкиПредназначен исключительно для отрицательных электродов в маломощных устройствах, таких как смартфоны, планшеты и портативные зарядные устройства.
3. Вкладки из никелированной меди (Ni-Cu)Предназначен для отрицательных электродов в силовых батареях (например, в электромобилях) и батареях с высокой скоростью разряда, сочетая проводимость меди с коррозионной стойкостью никеля.

2. По типу клейкой ленты

На внутреннем рынке клейкие ленты классифицируются по цвету, что отражает различия в качестве и применении:

1. Черные клейкие лентыИспользуется в цифровых батареях низкого и среднего ценового диапазона. Их структура (пленочный сердечник из полиэтиленнафталата с модифицированными слоями полипропилена) со временем подвержена расслоению.
2. Желтые клейкие полоски: Распространен в батареях средней мощности. Хотя их легче герметизировать, нетканый сердечник может впитывать влагу, что приводит к вздутию батареи.
3. Белые клейкие вкладкиПредпочтительно для высококачественных цифровых устройств, аккумуляторов и батарей с высокой скоростью разряда. Доступны в однослойном, трехслойном или пятислойном исполнении. Трехслойные белые клеи (с полипропиленовыми сердечниками) обеспечивают превосходную герметизацию и исключают риск расслоения.
4. Свернутые вкладкиНепрерывные полосы, намотанные в рулоны, идеально подходят для автоматизированных производственных линий.
5. Вкладки листаОтдельные вкладыши, сложенные между пластиковыми листами, подходят для ручных или полуавтоматических процессов.

3. По упаковке

1. Свернутые вкладкиНепрерывные полосы, намотанные в рулоны, идеально подходят для автоматизированных производственных линий.
2. Вкладки листаОтдельные вкладыши, сложенные между пластиковыми листами, подходят для ручных или полуавтоматических процессов.

Ключевые материалы и характеристики

Работоспособность вкладышей во многом зависит от материалов, из которых они изготовлены:

1. Металлические полосыАлюминий (сплав AL1050) и медь (бескислородная медь TU1) предпочтительны благодаря своей проводимости, пластичности и коррозионной стойкости. Никелевое покрытие медных полос предотвращает окисление и улучшает паяемость.
2. Клейкие вкладкиБольшинство клеев импортируется из Японии, поскольку отечественные полипропиленовые материалы с трудом соответствуют строгим требованиям к молекулярной массе. Высококачественные клеи (например, трехслойные белые клеи) обеспечивают баланс между термостойкостью (температура плавления ~147°C) и гибкостью, гарантируя надежное соединение с алюминиево-пластиковыми пленками.

Производство и контроль качества

Для создания высокопроизводительных вкладок требуется точность:

1. процессы гальванического покрытияДля обеспечения равномерного покрытия медные контакты с никелевым покрытием изготавливаются методом электролитического осаждения (толщина 1,8±0,3 мкм) или химического осаждения (толщина 1,0±0,3 мкм).
2. Обрезка кромокДля металлических полос толщиной более 0,2 мм требуется обрезка кромок во избежание проблем с изоляцией и риска протечек.
3. Тщательное тестирование:
   1. Испытания на погружение электролитаЗащелки должны сохранять прочность соединения >15 Н/15 мм после 24 часов при температуре 85°C.
   2. Испытания на изгибКрепления должны выдерживать 5–7 изгибов (в зависимости от толщины), чтобы обеспечить долговечность в условиях вибрации (например, в электромобилях).

Методы подключения вкладок

Подключение клемм к внешним цепям включает в себя несколько способов:

1. Механическое креплениеСверление и завинчивание обеспечивают недорогие и прочные соединения, но требуют тщательного контроля толщины.
2. ПайкаНизкотемпературный припой M51 подходит для разнородных металлов (например, меди и алюминия), но он дорогостоящий.
3. Ультразвуковая сваркаПредпочтительный метод для силовых батарей, использующий высокочастотные вибрации для склеивания тонких пленочных контактов (0,01 мм) без чрезмерного нагрева.

Заключение

Хотя контактные площадки могут быть небольшими, их конструкция и качество напрямую влияют на производительность аккумуляторных батарей в корпусе типа «пакет». По мере роста спроса на более безопасные и эффективные батареи для электромобилей и систем хранения энергии, достижения в области материалов для контактных площадок (например, многослойные клеи) и технологий производства (например, прецизионное гальваническое покрытие) останутся критически важными. Понимание характеристик контактных площадок является ключом к оптимизации надежности и долговечности батарей в различных областях применения.