Lithium-Ionen-Akkus mit Laschen in Beuteln: Ein umfassender Überblick

Die Anschlussfahnen sind entscheidende Komponenten von Lithium-Ionen-Pouch-Akkus. Sie dienen als leitfähige Verbindungen zwischen den internen Elektroden des Akkus und den externen Schaltkreisen. Sie sind mehr als nur einfache Verbinder; sie spielen eine wichtige Rolle für die Sicherheit, die Dichtigkeit und die allgemeine Betriebseffizienz des Akkus. Dieser Artikel untersucht die Arten, Materialien, Leistungsmerkmale und Anwendungsbereiche dieser essenziellen Komponenten und bietet Herstellern und Ingenieuren praktische Einblicke.

Was sind Batterielaschen?

Batteriekontakte bestehen im Wesentlichen aus zwei Hauptbestandteilen: einem Metallstreifen und einer Kunststofffolie (Klebeschicht). Der Metallstreifen leitet den elektrischen Strom zwischen den Plus- und Minuspolen der Batterie und externen Geräten. Die Kunststofffolie dichtet die Kontakte ab, um das Auslaufen von Elektrolyt zu verhindern, und isoliert den Metallstreifen vor Kurzschlüssen.

1. Positive TabsSie werden typischerweise aus Aluminium (Al) hergestellt, da dieses Material eine ausgezeichnete Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist.
2. Negative TabsMan verwendet entweder Nickel (Ni) oder vernickeltes Kupfer (Ni-Cu). Nickelkontakte sind in kleinen digitalen Geräten üblich, während vernickelte Kupferkontakte – aufgrund ihrer hohen Stromtragfähigkeit geschätzt – für Akkus und Anwendungen mit hoher Stromstärke bevorzugt werden.

Klassifizierung von Tabs

Die Laschen werden nach Material, Klebstoffart und Verpackung kategorisiert, wobei jede Kategorie für spezifische Anwendungsfälle geeignet ist:

1. Nach Metallstreifenmaterial

1. Aluminium (Al) LaschenSie werden hauptsächlich für positive Elektroden verwendet. Sie können auch als negative Elektroden in Batterien mit Lithiumtitanat-Anoden dienen.
2. Nickel (Ni) TabsAusschließlich für negative Elektroden in Geräten mit geringem Stromverbrauch wie Smartphones, Tablets und Powerbanks.
3. Vernickelte Kupferlaschen (Ni-Cu).: Konzipiert für negative Elektroden in Antriebsbatterien (z. B. für Elektrofahrzeuge) und Hochleistungsbatterien, kombiniert die Leitfähigkeit von Kupfer mit der Korrosionsbeständigkeit von Nickel.

2. Nach Art des Klebestreifens

Auf dem Inlandsmarkt werden Klebestreifen nach Farbe klassifiziert, was Unterschiede in Qualität und Anwendung widerspiegelt:

1. Schwarze KlebelaschenSie werden in digitalen Batterien der unteren bis mittleren Preisklasse verwendet. Ihre Struktur (ein PEN-Filmkern mit modifizierten PP-Schichten) birgt mit der Zeit das Risiko einer Delamination.
2. Gelbe KlebelaschenHäufig bei Akkus mittlerer Leistungsklasse. Obwohl sie leichter abzudichten sind, kann ihr Vlieskern Feuchtigkeit aufnehmen, was zum Aufquellen des Akkus führen kann.
3. Weiße KlebelaschenBevorzugt für hochwertige digitale Geräte, Akkus und Hochleistungsbatterien. Erhältlich in ein-, drei- oder fünflagiger Ausführung. Dreilagige weiße Klebstoffe (mit PP-Kern) bieten eine hervorragende Abdichtung und verhindern Delamination.
4. Gerollte LaschenEndlosbänder, zu Rollen aufgewickelt, ideal für automatisierte Produktionslinien.
5. RegisterkartenEinzelne Laschen, die zwischen Kunststofffolien gestapelt sind, geeignet für manuelle oder halbautomatische Prozesse.

3. Durch die Verpackung

1. Gerollte LaschenEndlosbänder, zu Rollen aufgewickelt, ideal für automatisierte Produktionslinien.
2. RegisterkartenEinzelne Laschen, die zwischen Kunststofffolien gestapelt sind, geeignet für manuelle oder halbautomatische Prozesse.

Wichtigste Materialien und Leistung

Die Leistungsfähigkeit von Tabs hängt stark von ihren Bestandteilen ab:

1. MetallstreifenAluminium (Legierung AL1050) und Kupfer (sauerstofffreies Kupfer TU1) werden aufgrund ihrer Leitfähigkeit, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit bevorzugt. Eine Nickelbeschichtung auf Kupferstreifen verhindert Oxidation und verbessert die Lötbarkeit.
2. KlebelaschenDie meisten Klebstoffe werden aus Japan importiert, da heimische PP-Materialien die strengen Anforderungen an das Molekulargewicht nur schwer erfüllen. Hochwertige Klebstoffe (z. B. dreischichtige Weißklebstoffe) bieten ein ausgewogenes Verhältnis von Hitzebeständigkeit (Schmelzpunkt ca. 147 °C) und Flexibilität und gewährleisten so eine zuverlässige Verklebung mit Aluminium-Kunststoff-Folien.

Fertigung und Qualitätskontrolle

Die Herstellung von Hochleistungslaschen erfordert Präzision:

1. Plattierungsverfahren: Nickelplattierte Kupferlaschen werden mittels Galvanisierung (1,8±0,3µm Dicke) oder stromloser Vernickelung (1,0±0,3µm Dicke) hergestellt, um eine gleichmäßige Beschichtung zu gewährleisten.
2. KantenbeschnittBei Metallstreifen mit einer Dicke von mehr als 0,2 mm ist ein Kantenabschneiden erforderlich, um Isolationsprobleme und Leckagerisiken zu vermeiden.
3. Strenge Tests:
   1. Elektrolyt-ImmersionstestsDie Laschen müssen nach 24 Stunden bei 85°C eine Siegelfestigkeit von >15N/15mm aufweisen.
   2. BiegeprüfungenDie Laschen müssen je nach Dicke 5–7 Biegungen standhalten, um die Haltbarkeit in Umgebungen mit Vibrationen (z. B. in Elektrofahrzeugen) zu gewährleisten.

Tab-Verbindungsmethoden

Das Verbinden von Klemmen mit externen Schaltkreisen erfordert verschiedene Techniken:

1. Mechanische BefestigungBohren und Schrauben bieten kostengünstige und stabile Verbindungen, erfordern jedoch eine sorgfältige Dickenkontrolle.
2. LötenNiedrigtemperatur-M51-Lot eignet sich für unterschiedliche Metalle (z. B. Kupfer und Aluminium), ist aber teuer.
3. UltraschallschweißenDie bevorzugte Methode zur Herstellung von Antriebsbatterien besteht darin, dünne Laschenfolien (0,01 mm) mittels hochfrequenter Vibrationen ohne übermäßige Hitzeeinwirkung zu verbinden.

Abschluss

Die Kontaktlaschen sind zwar klein, aber ihre Konstruktion und Qualität beeinflussen die Leistung von Pouch-Zellen direkt. Da die Nachfrage nach sichereren und effizienteren Batterien für Elektrofahrzeuge und Energiespeicher stetig wächst, bleiben Fortschritte bei den Materialien für die Kontaktlaschen (z. B. Mehrschichtklebstoffe) und deren Herstellung (z. B. Präzisionsgalvanisierung) entscheidend. Das Verständnis der Eigenschaften der Kontaktlaschen ist der Schlüssel zur Optimierung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Batterien in verschiedenen Anwendungsbereichen.