3 Phương Pháp Đóng Gói Pin Lithium: Cấu Trúc, Ưu Nhược Điểm và Ứng Dụng Thực Tiễn

Trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng, pin lithium-ion đang giữ vai trò then chốt trong hầu hết các ứng dụng hiện đại – từ điện thoại, laptop, xe điện (EV) cho đến hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn (ESS). Tuy nhiên, yếu tố quan trọng quyết định đến hiệu suất, độ an toàn, chi phí và tuổi thọ của bộ pin không chỉ nằm ở hóa học bên trong, mà còn đến từ cách cell pin được đóng gói (cell packaging).

3 phương pháp đóng gói cell lithium chính

Cell Hình Trụ (Cylindrical Cell)

Cấu tạo

Cylindrical cell sử dụng cấu trúc cuộn (jelly roll), trong đó cực dương – cực âm – separator được cuộn tròn và đặt trong vỏ thép hoặc nhôm hình trụ. Hai cực được hàn với đầu dương (positive cap) và đáy (negative can).

Kích thước phổ biến

• 18650 (18mm x 65mm) – rất phổ biến trong thiết bị điện tử và EV đời cũ
• 21700 (21mm x 70mm) – chuẩn của Tesla, CATL, Samsung SDI
• 4680 – công nghệ cell mới của Tesla, tăng mật độ và tối ưu hệ thống làm mát

Ưu điểm

• Sản xuất hàng loạt đơn giản, chi phí thấp
• Độ bền cơ học cao, chịu rung sốc tốt
• Tản nhiệt tốt nhờ khe hở giữa các cell
• Dễ dàng thay thế, sửa chữa

Nhược điểm

• Hiệu suất đóng gói thấp (~70–80%) do khoảng trống giữa các cell
• Cần nhiều dây busbar và kết nối, làm tăng điện trở và độ phức tạp

Ứng dụng

• Xe điện (Tesla Model S/X/3 sử dụng 18650, 21700)
• Dùng Pin Lithium cho xe nâng
• Công cụ cầm tay
• UPS, thiết bị năng lượng di động

Cell Hình Hộp (Prismatic Cell)

Cấu tạo

Prismatic cell sử dụng điện cực xếp lớp hoặc cuộn lại, được đặt trong vỏ nhôm hoặc thép hình chữ nhật. Kết cấu này giúp tăng mật độ đóng gói, giảm số lượng cell cần thiết trong 1 pack.

Ưu điểm

• Hiệu suất sử dụng không gian rất cao (tới 90%)
• Giảm số lượng điểm hàn/kết nối → tăng độ tin cậy
• Phù hợp với các hệ thống yêu cầu không gian hẹp nhưng dung lượng lớn

Nhược điểm

• Tản nhiệt kém hơn cell trụ, dễ nóng cục bộ nếu không làm mát tốt
• Nếu 1 cell lỗi → khó thay thế → phải thay cả cụm
• Dễ bị phồng rộp nếu kiểm soát nhiệt và áp suất không tốt

Ứng dụng

• Xe điện (BMW i3, Nissan Leaf, VinFast VF series)
• Hệ thống ESS cố định
• Xe buýt điện, xe tải nhẹ dùng pin lithium

Cell Dạng Túi (Pouch Cell)

Cấu tạo

Pouch cell gồm cực dương, cực âm và lớp separator xếp chồng lên nhau, được bọc trong màng polymer composite mỏng thay vì vỏ kim loại. Hai cực thường được dẫn ra bằng tab hàn.

Ưu điểm

• Trọng lượng nhẹ nhất trong các loại cell
• Linh hoạt kích thước theo thiết kế
• Hiệu suất sử dụng không gian cao (~90–95%)
• Dễ đạt mật độ năng lượng cao nhất

Nhược điểm

• Độ bền cơ học thấp → dễ phồng, rách vỏ nếu lắp đặt sai
• Cần hệ thống ép/máy giữ form cell để đảm bảo độ ổn định
• Dễ bị hư hại trong môi trường rung sốc cao

Ứng dụng

• Thiết bị di động: smartphone, tablet, laptop
• EV cao cấp (Chevrolet Bolt, Hyundai Kona EV)
• Drone, thiết bị bay cá nhân
• Bộ lưu trữ có thiết kế nhẹ & mỏng

So Sánh Tổng Quan 3 Phương Pháp Đóng Gói Pin Lithium

Tiêu chí	Hình trụ (Cylindrical)	Hình hộp (Prismatic)	Dạng túi (Pouch)
Mật độ năng lượng	Trung bình (250–300 Wh/kg)	Tốt (~280–320 Wh/kg)	Cao nhất (~300–350 Wh/kg)
Tản nhiệt	Tốt nhờ khe hở	Trung bình	Kém, cần ép chặt
Độ bền cơ học	Rất cao	Cao	Thấp
Dễ sản xuất hàng loạt	Rất cao	Trung bình	Thấp
Giá thành sản xuất	Thấp nhất	Trung bình	Cao
Hiệu suất đóng gói	~70–80%	~85–90%	~90–95%
Ứng dụng chính	EV, UPS, công cụ	EV, ESS, xe tải điện	Di động, drone

Xu Hướng Mới Trong Đóng Gói Cell Lithium

Trong thập kỷ vừa qua, sự bùng nổ của ngành xe điện (EV) và lưu trữ năng lượng (ESS) đã thúc đẩy các nhà sản xuất pin không chỉ tối ưu hóa hóa học của cell, mà còn tập trung mạnh vào cấu trúc cơ khí và phương pháp đóng gói (packaging architecture). Các giải pháp mới không chỉ giúp tăng mật độ năng lượng, mà còn giảm chi phí sản xuất, tăng hiệu suất làm mát và khả năng sửa chữa bảo trì. Dưới đây là 3 xu hướng nổi bật định hình tương lai của ngành pin lithium:

Công nghệ Cell-to-Pack (CTP) – Tối ưu thể tích, loại bỏ module trung gian

CTP (Cell-to-Pack) là công nghệ loại bỏ khâu đóng module, thay vào đó cell được tích hợp trực tiếp vào khung pack. Điều này giúp:

• Tăng tỷ lệ cell/pack từ 50–60% lên 72–75%
• Giảm số lượng linh kiện, hàn nối, giảm khối lượng hệ thống
• Tăng khả năng làm mát đồng đều và giảm tổn hao điện trở nội

Lợi ích chính của CTP:

• Tăng mật độ năng lượng hệ thống tới 15–20%
• Giảm chi phí sản xuất (ít linh kiện hơn)
• Rút ngắn thời gian lắp ráp và bảo trì
• Giảm chiều cao pack → tối ưu không gian khung xe

Các hãng tiêu biểu ứng dụng:

Theo  CATL Whitepaper – Qilin Battery Tech Report, 2023 thì 3 hãng tiêu biểu đã áp dụng công nghệ này là:

• CATL: CTP 3.0 (Qilin Battery) đạt >255 Wh/kg ở cấp độ pack
• BYD: Blade Battery – dạng LFP dài, siêu mỏng, tích hợp trực tiếp
• SVOLT & Gotion: Phát triển công nghệ CTP cho LFP, LMFP và NCM

Công nghệ Cell-to-Chassis (CTC) – Tích hợp trực tiếp vào khung xe

Nếu CTP loại bỏ module, thì CTC (Cell-to-Chassis) tiến thêm một bước nữa: Loại bỏ cả hộp pack, tích hợp cell trực tiếp vào sàn hoặc khung gầm xe (chassis structure). Tức là:

• Cell + hệ thống làm mát + khung sàn = 1 khối đồng nhất
• Giảm khối lượng hệ thống, tăng độ cứng xoắn (torsional stiffness)
• Mỗi cell là một phần của kết cấu chịu lực của xe

Lợi ích chính của CTC:

• Tăng thể tích hữu dụng chứa pin
• Giảm khối lượng hệ thống tổng thể
• Giảm chi phí sản xuất và số bước lắp ráp
• Nâng cao độ ổn định cơ học và hiệu suất vận hành

Ứng dụng thực tế:

Ở báo cáo Electrek.co & InsideEVs – "Tesla 4680 structural pack and CTC platform", 2023 thì Tesla, BYD và Xpeng là 3 nhà sản xuất mới nhất đã công bố công nghệ đóng gói này. Cụ thể:

• Tesla: Battery pack đóng vai trò là khung sàn của Model Y (4680 CTC)
• BYD: Đã ra mắt khung chassis tích hợp blade battery trực tiếp
• Xpeng: Công bố nền tảng SEPA 2.0 sử dụng CTC từ 2024

Công nghệ Pin Thể Rắn (Solid-State Battery) – Tương lai đóng gói đơn giản & an toàn hơn

Pin thể rắn sử dụng điện phân rắn thay vì chất lỏng, loại bỏ nguy cơ rò rỉ, cháy nổ do "thermal runaway". Điều này mở đường cho:

• Dạng cell dày hơn – anode silicon hoặc lithium metal
• Tăng mật độ năng lượng > 400–500 Wh/kg
• Đơn giản hóa hệ thống làm mát, giảm khối lượng pack

Đặc điểm đóng gói của pin thể rắn:

• Chủ yếu sử dụng pouch hoặc prismatic flat cell để đảm bảo độ nén ép
• Không cần nhiều kết nối làm mát cục bộ
• Thiết kế phù hợp với CTP hoặc thậm chí CTC

Các hãng đi đầu:

• Toyota & Panasonic: Đang thử nghiệm solid-state cho EV
• QuantumScape (Mỹ): Đã ra mắt mẫu solid-state 20 Ah
• Solid Power (Đức): Phát triển cell thể rắn thương mại từ 2026

Thách thức:

• Sản xuất cell thể rắn chưa đạt quy mô lớn
• Vấn đề cơ học: cần giữ nén liên tục, hạn chế phồng

Kết luận

Việc lựa chọn phương pháp đóng gói cell pin lithium không đơn thuần là vấn đề hình dạng, mà ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất điện, mật độ năng lượng, khả năng làm mát và độ an toàn của toàn bộ hệ thống pin. Và với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ CTP, CTC và cell thể rắn, kỹ sư và nhà đầu tư năng lượng cần cập nhật liên tục để tối ưu giải pháp pin cho từng ứng dụng.