Để nói về các công nghệ pin dành cho xe ô tô điện hiện nay, thì có lẽ dòng pin Lithium ion là nổi bật và được ứng dụng rộng rãi nhất. Công nghệ sản xuất pin Lithium ion ra đời như một cuộc cách mạng hóa cho ngành công nghiệp, khi có thể khắc phục hầu hết các nhược điểm của dòng pin truyền thống trước đây.

Chúng được đánh giá cao về khả năng lưu trữ, có hiệu suất vượt trội, ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt và đặc biệt thời gian nạp sạc được rút ngắn hơn đáng kể nhưng vẫn đảm bảo tính an toàn tuyệt đối.  

Lịch sử chế tạo pin Lithium

Pin Lithium ion hay còn được gọi là pin Li-ion, một công nghệ pin sạc khá phổ biến mà nhiều hãng xe lớn trên thế giới lựa chọn để phát triển các sản phẩm ô tô điện. Loại pin này có cấu tạo đơn giản với thành phần chủ yếu là chất điện phân (gồm LiPF6 và dung môi hữu cơ), dung dịch đóng vai trò như chất dẫn truyền ion Li giữa hai điện cực âm và dương trong quá trình sạc/xả.

Vào năm 1970, một nhà hóa học người Anh tên M. Stanley Whittingham, đã sử dụng vật liệu Titan sunfua kết hợp với kim loại Lithi để tạo ra điện cực, đây là bộ phận quan trọng của pin Lithium. Tuy nhiên, quá trình nghiên cứu và sản xuất loại pin này lại không thể ứng dụng vào thực tế, vì lý do chi phí chế tạo tốn kém.

Mặc khác, trong sản xuất pin Lithium các chất như titan disulfua khi tiếp xúc với không khí, phản ứng oxi hóa – khử giữa chúng đã sinh ra nhiều chất gây mùi khó chịu, điển hình là hidro sunfua (H2S).

Khám phá công nghệ sản xuất pin Lithium
Lịch sử chế tạo pin Lithium

Đến năm 1980, John Goodenough – Một giáo sư vật lý người Mỹ đã thử thay thế Titan sunfua thành hợp chất Lithium Coban Oxit. Khi đó, pin Lithium ion được tạo thành bằng cách để các ion Li di chuyển từ điện cực này sang điện cực khác.

3 năm sau (1983), nhà khoa học Akira Yoshino của Nhật Bản đã chế tạo ra một pin nguyên mẫu, với cực dương không chứa ion Li mà các ion Li đã di chuyển từ cực âm qua. Pin này sử dụng lithium coban oxit và polyacetylene làm cực dương (cathode). Phát minh của giáo sư Yoshino về sau được coi là tiền thân của công nghệ chế tạo pin Lithium-ion (LIB) hiện tại.

Năm 1991, pin Lithium chính thức được công ty Sony Energytec cho ra mắt dưới 4 hình dạng là hình trụ lớn hoặc nhỏ, hình phẳng và hình lăng trụ. Sau đó, các sản phẩm nhanh chóng chiếm lĩnh thị trường đến tận ngày nay. Nhờ sở hữu nhiều ưu điểm, loại pin này có dải ứng dụng rộng trong đa dạng các lĩnh vực như thiết bị điện tử, hệ thống lưu trữ điện UPS và đặc biệt trong ngành sản xuất xe điện.

Quy trình sản xuất pin Lithium như thế nào?

Pin Lithium có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau, nhưng cấu tạo bên trong của chúng đều bao gồm 4 bộ phận chính là điện cực dương, điện cực âm, chất điện phân và màng ngăn cách điện. Khi đó, việc sản xuất pin Lithium sẽ được tiến hành theo quy trình các bước như sau:

Bước 1: Chuẩn bị các điện cực

  • Đầu tiên, các loại vật liệu như hoạt tính (AM), chất phụ gia dẫn điện và chất kết dính được đưa vào máy chuyên dụng để trộn đều, sau đó thu được hỗn hợp bùn đồng nhất với dung môi.
  • Tiếp theo, hỗn hợp bùn này được cho chảy qua một khuôn rãnh, phủ đều trên cả hai mặt của bộ thu dòng điện. Đây là một thiết bị có cực dương là lá đồng và cực âm là lá nhôm, rồi được đưa đến dụng cụ làm khô để cho dung môi bị bay hơi nhanh chóng.
  • Vì bản chất hỗn hợp bùn là cực dương gốc nước, nên khi bốc hơi trực tiếp ra môi trường bên ngoài chúng hoàn toàn vô hại. Đó là lý do công nghệ sản xuất pin Lithium được gọi là công nghệ năng lượng “xanh”, thân thiện với môi trường.
  • Bước cuối cùng trong dây chuyền sản xuất các điện cực là đưa chúng đến lò chân không, nhằm loại bỏ toàn bộ lượng nước dư thừa. Độ ẩm của các điện cực sẽ được kiểm tra kỹ lưỡng sau khi làm khô để đảm bảo không xảy ra các phản ứng phụ, hạn chế tối đa tình trạng ăn mòn trong tế bào cũng như gia tăng tuổi thọ sử dụng của pin.

Bước 2: Lắp ráp tế bào

  • Sau khi, các điện cực pin Lithium đã được chuẩn bị. Lúc này, nhà sản xuất sẽ sắp xếp và tiến hành cuộn chúng lại theo từng lớp với bộ phận phân tách được đặt giữa hai điện cực để tạo thành cấu trúc của tế bào.
  • Các mẫu nhôm, mẫu đồng lần lượt được hàn lên dòng điện cực âm và cực dương bằng phương pháp hàn phổ biến là siêu âm hoặc điện trở.
  • Về phần các ngăn xếp tế bào hiện không có tiêu chuẩn nhất quán nào, vậy nên tùy mỗi nhà sản xuất mà chúng có thể được chuyển đến những vỏ bọc có thiết kế khác nhau. Vỏ bọc sau đó được lấp đầy bởi chất điện phân (dạng lỏng) và cuối cùng là niêm phong lại. Như vậy, quá trình sản xuất tế bào cho pin Lithium ion được hoàn thành, giờ là đến bước quan trọng cuối cùng chính là kích hoạt điện hóa pin.
Khám phá công nghệ sản xuất pin Lithium
Cấu tạo của pin Lithium

Bước 3: Kích hoạt điện hóa pin Lithium

Pin Lithium có ưu điểm là nạp sạc cực nhanh nhưng an toàn, tất cả là nhờ vào lớp giao điện phân rắn (SEI) ổn định, chúng có khả năng ngăn chặn sự tiêu thụ không thể đảo ngược của chất điện phân. Điều này, giúp bảo vệ cực dương của pin tránh được các hiện tượng quá điện gây cháy nổ trong quá trình điện nạp vào với tốc độ cao, đồng thời hạn chế việc hình thành các đuôi gai Li.

Tuy nhiên, pin Lithium ion có thể bị xuống cấp nhanh khi sạc pin các tế bào ở nguồn điện có mức điện áp thấp dưới 1,5V. Vì vậy, để đảm bảo bộ thu dòng điện đồng không bị ăn mòn và nâng cao tuổi thọ lâu dài hơn, quá trình sản xuất pin Lithium sẽ có một phiên nghỉ ngắn hạn để làm ướt chất điện phân.

Khi bước vào giai đoạn sạc/ xả pin Lithium, các thể bào ở tỷ lệ tương đối thấp, chỉ trong khoảng C/20. Sau đó, tốc độ được điều chỉnh tăng dần lên một cách từ từ để tạo ra lớp SEI (điện phân rắn) ổn định hoạt động trên bề mặt của cực dương.

Kết thúc chu kỳ sạc/xả, khí được tạo ra từ quá trình này sẽ cho thải ra ngoài để đảm bảo an toàn. Các tế bào thì được lưu trữ trên kệ lão hóa để làm ướt chất điện phân và đồng thời tạo sự ổn định cho lớp giao diện điện phân rắn (SEI).

Trước khi các tế bào được niêm phong, quá trình sản xuất pin Lithium Ion sẽ tiến hành từ bước khử khí. Thông thường, công đoạn này sẽ mất khoảng vài tuần để thực hiện, thời gian có thể chênh lệch tùy vào quy trình và nhiệt độ lão hóa giữa các đơn vị chế tạo khác nhau.

Tại Việt Nam, các nhà sản xuất cũng dựa trên quy trình 3 bước tiêu chuẩn như trên để tạo ra các loại pin Lithium cung cấp cho thị trường, đặc biệt là ngành công nghiệp xe ô tô điện.

Khám phá công nghệ sản xuất pin Lithium
Công nghệ sản xuất pin Lithium

Tương lai của công nghệ sản xuất pin Lithium

Có thể thấy, công nghệ sản xuất pin Lithium đang ngày càng cải tiến để đáp ứng nhu cầu của người dùng và có xu hướng phát triển mạnh mẽ trong tương lai. Hiện tại, các dòng pin này được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như ngành công nghiệp điện tử, giao thông vận tải, y tế, quân sự, hàng không – vũ trụ,…

Với mong muốn pin Lithium ion có thể mang lại những lợi ích nhất định về mật độ năng lượng, tuổi thọ, độ bền và giúp người dùng tiết kiệm chi phí hơn. Các chuyên gia công nghệ đã không ngừng nghiên cứu và cho thay thế các vật liệu chế tạo pin ngoài phiên bản tiêu chuẩn Li-ion. Trong đó, phổ biến nhất phải kể đến là công nghệ pin Lithium – Lưu huỳnh (Li/S, Natri (Na), Magie, Lithium Coban Oxit, Lithium Titanate,…

Tuy sở hữu nhiều ưu điểm nổi trội, nhưng nhìn chung những công nghệ mới này vẫn chưa thể thay thế pin Li-ion và đưa vào thương mại hóa ở thời điểm hiện tại. Do đó, để cạnh tranh được với phiên bản tiêu chuẩn, chúng cần có những bước đột phá chất lượng hơn nữa từ vật liệu và cả quy trình chế tạo, để giảm dần khoảng cách giữa nghiên cứu phòng thí nghiệm ra sản xuất thực tế.

Bên cạnh đó, công nghệ chế tạo pin Lithium Ion còn được kỳ vọng sẽ ứng dụng trong việc lưu trữ nguồn năng lượng bền vững từ thiên nhiên (mặt trời và gió), để giảm thiểu lượng khí thải cacbon gây ô nhiễm môi trường nặng nề.

Khám phá công nghệ sản xuất pin Lithium
Tương lai của công nghệ chế tạo pin Lithium Ion

Ngoài ra, vấn đề lựa chọn loại nguyên vật liệu thay thế và đổi mới công nghệ sản xuất tiên tiến hơn cho pin Li-ion là tất yếu, nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng “sạch” ngày càng tăng cao. Ví dụ, vật liệu rắn mới như polyme, gốm sứ hay thủy tinh dần tham gia vào quy trình sản xuất pin Lithium để hạn chế sử dụng các dung môi độc hại và tạo nên những “thế hệ” pin Li-ion thân thiện với môi trường hơn.

Vinfast đã áp dụng pin Lithium vào xe ô tô điện như thế nào?  

Hầu hết, các sản phẩm ô tô điện VinFast hiện đang cung cấp ra thị trường đều sử dụng dòng pin Lithium ion cao cấp. Hãng xe đã hợp tác cùng LG Chem, một trong những công ty hàng đầu thế giới trong lĩnh vực sản xuất pin ô tô điện đạt tiêu chuẩn quốc tế.

Và chiếc xe ô tô điện đầu tiên ứng dụng công nghệ pin Lithium tiên tiến đó là VinFast VF e34, chính xác loại pin được sử dụng để cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động trên xe là pin oxit nhôm lithium niken coban (NCA).

Đây là một trong số ít pin cho khả năng lưu trữ lớn, với dung lượng đạt 42kWh, kèm theo đó là 2 chế độ sạc nhanh và sạc tiêu chuẩn. Nếu người dùng chọn chế độ nạp sạc bình thường, để sạc đầy pin VinFast VF e34 sẽ mất khoảng 8 giờ và quãng đường di chuyển tối đa là 285km (đáp ứng tiêu chuẩn NEDC về phạm vi hoạt động của xe).

Đối với chế độ sạc nhanh, chiếc xe ô tô điện VF e34 chỉ cần 18 phút nạp sạc đã có thể di chuyển quãng đường khoảng 180km, thuận tiện cho những chuyến đi xa người dùng không sợ bị hết nhiên liệu giữa chừng.

Khám phá công nghệ sản xuất pin Lithium
Vinfast áp dụng công nghệ pin Lithium vào xe ô tô điện

Qua đây, có thể thấy công nghệ sản xuất pin Lithium giúp nâng cao trải nghiệm người dùng trên những mẫu xe ô tô điện nói chung và VinFast nói riêng. Chắc chắn, đây sẽ là lựa chọn đáng để mọi người cân nhắc khi quyết định mua các phương tiện đi lại bằng điện.

Nếu Quý khách cần hỗ trợ hoặc mong muốn tìm hiểu chi tiết hơn về các sản phẩm sạc ô tô điện cao cấp, hãy liên hệ đến với Greencharge để được tư vấn kỹ lưỡng hơn trong thời gian sớm nhất!

Mục nhập này đã được đăng trong Blog. Đánh dấu trang permalink.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

call mess zalo location