Batteries lithium-ion à languettes en sachet : un aperçu complet

Les languettes sont des composants essentiels des batteries lithium-ion de type poche, assurant la liaison conductrice entre les électrodes internes et les circuits externes. Bien plus que de simples connecteurs, elles jouent un rôle crucial pour la sécurité, l'étanchéité et l'efficacité opérationnelle globale de la batterie. Cet article explore les types, les matériaux, les caractéristiques de performance et les applications de ces composants indispensables, offrant ainsi des informations pratiques aux fabricants et aux ingénieurs.

Que sont les languettes de batterie ?

Les languettes de batterie sont essentiellement des structures composites composées de deux éléments principaux : une bande métallique et un film plastique (adhésif de la languette). La bande métallique sert de conducteur, assurant le transfert du courant électrique entre les électrodes positive et négative de la batterie et les appareils externes. Le film plastique, quant à lui, garantit l’étanchéité et empêche les fuites d’électrolyte, tout en isolant la bande métallique des courts-circuits.

1. Onglets positifssont généralement fabriqués en aluminium (Al) en raison de son excellente conductivité et de sa résistance à la corrosion.
2. Onglets négatifsOn utilise soit du nickel (Ni), soit du cuivre nickelé (Ni-Cu). Les languettes en nickel sont courantes dans les petits appareils numériques, tandis que les languettes en cuivre nickelé, appréciées pour leur capacité de transport de courant élevée, sont préférées pour les batteries et les applications à forte intensité.

Classification des onglets

Les languettes sont classées en fonction de leur matériau, de leur type d'adhésif et de leur emballage, chacune étant adaptée à des cas d'utilisation spécifiques :

1. Par matériau en bande métallique

1. languettes en aluminium (Al)Principalement utilisées comme électrodes positives, elles peuvent également servir d'électrodes négatives dans les batteries à anodes en titanate de lithium.
2. languettes de nickel (Ni): Exclusivement réservée aux électrodes négatives des appareils à faible consommation comme les smartphones, les tablettes et les batteries externes.
3. Languettes en cuivre nickelé (Ni-Cu)Conçu pour les électrodes négatives des batteries de puissance (par exemple, véhicules électriques) et des batteries à haut débit, combinant la conductivité du cuivre et la résistance à la corrosion du nickel.

2. Par type d'adhésif à languette

Sur les marchés nationaux, les adhésifs pour languettes sont classés par couleur, ce qui reflète les différences de qualité et d'application :

1. languettes adhésives noiresUtilisées dans les batteries numériques d'entrée et de milieu de gamme, leur structure (un noyau en film PEN avec des couches de PP modifiées) présente un risque de délamination à long terme.
2. languettes adhésives jaunesCourantes dans les batteries de puissance moyenne, elles sont plus faciles à sceller, mais leur âme non tissée peut absorber l'humidité, ce qui entraîne un gonflement de la batterie.
3. languettes adhésives blanchesIdéales pour les appareils numériques haut de gamme, les batteries de puissance et les batteries à haute capacité de charge/décharge, les bandes adhésives blanches à trois couches (avec âme en polypropylène) sont disponibles en versions monocouche, tricouche ou pentacouche et offrent une étanchéité supérieure et aucun risque de délamination.
4. languettes rouléesBandes continues enroulées en rouleaux, idéales pour les lignes de production automatisées.
5. Onglets de feuilles: Onglets individuels empilés entre des feuilles de plastique, adaptés aux processus manuels ou semi-automatisés.

3. Par emballage

1. languettes rouléesBandes continues enroulées en rouleaux, idéales pour les lignes de production automatisées.
2. Onglets de feuilles: Onglets individuels empilés entre des feuilles de plastique, adaptés aux processus manuels ou semi-automatisés.

Matériaux clés et performances

Les performances des onglets dépendent fortement des matériaux qui les composent :

1. bandes métalliquesL’aluminium (alliage AL1050) et le cuivre (cuivre sans oxygène TU1) sont privilégiés pour leur conductivité, leur ductilité et leur résistance à la corrosion. Le nickelage des bandes de cuivre empêche l’oxydation et améliore la soudabilité.
2. Adhésifs pour languettesLa plupart des adhésifs sont importés du Japon, car les matériaux PP produits localement peinent à satisfaire aux exigences strictes en matière de poids moléculaire. Les adhésifs de haute qualité (par exemple, les adhésifs blancs tricouches) offrent un bon compromis entre résistance à la chaleur (point de fusion d'environ 147 °C) et flexibilité, garantissant ainsi une étanchéité fiable avec les films plastiques en aluminium.

Fabrication et contrôle de la qualité

La fabrication de languettes haute performance exige de la précision :

1. procédés de placage: Les languettes en cuivre nickelé utilisent un placage électrolytique (épaisseur de 1,8 ± 0,3 µm) ou un placage sans électrolyse (épaisseur de 1,0 ± 0,3 µm) pour assurer une couverture uniforme.
2. Découpe des bordsLes bandes métalliques d'une épaisseur supérieure à 0,2 mm nécessitent un découpage des bords pour éviter les problèmes d'isolation et les risques de fuite.
3. Des tests rigoureux:
   1. Tests d'immersion en électrolyte: Les languettes doivent maintenir une résistance au scellement >15N/15mm après 24 heures à 85°C.
   2. Essais de flexionLes languettes doivent résister à 5 à 7 pliages (selon leur épaisseur) pour garantir leur durabilité dans des environnements vibrants (par exemple, les véhicules électriques).

Méthodes de connexion par onglet

Le raccordement des languettes à des circuits externes fait appel à plusieurs techniques :

1. fixation mécaniqueLe perçage et le vissage offrent des connexions économiques et robustes, mais nécessitent un contrôle précis de l'épaisseur.
2. SoudureLa soudure M51 à basse température fonctionne pour les métaux dissemblables (par exemple, le cuivre et l'aluminium) mais elle est coûteuse.
3. Soudage par ultrasons: La méthode préférée pour alimenter les batteries consiste à utiliser des vibrations à haute fréquence pour coller de fines feuilles de languette (0,01 mm) sans chaleur excessive.

Conclusion

Les languettes, bien que petites, ont un impact direct sur les performances des batteries à poche grâce à leur conception et leur qualité. Face à la demande croissante de batteries plus sûres et plus efficaces pour les véhicules électriques et le stockage d'énergie, les progrès réalisés dans les matériaux des languettes (par exemple, les adhésifs multicouches) et leur fabrication (par exemple, le placage de précision) demeureront essentiels. La compréhension des caractéristiques des languettes est primordiale pour optimiser la fiabilité et la durée de vie des batteries dans diverses applications.