باعتبارها مادة مهمة لمجمعات تيار الكاثود لبطارية الليثيوم أيون، فإن رقائق الألومنيوم لا تقوم فقط بتوصيل الإلكترونات ولكنها تؤثر أيضًا بشكل مباشر على المقاومة الداخلية للبطارية، وكثافة الطاقة، وأداء الدورة، وكفاءة التصنيع.
توفر MC Aluminium رقائق الألومنيوم 1050، 1060، 1070، و1235 ذات النقاء العالي، التوصيل الكهربائي الجيد، الليونة الممتازة، وأداء المعالجة المستقر. وتتراوح السماكة المتاحة عادة من 10 إلى 50 ميكرومتر، مما يلبي متطلبات كيميائيات البطاريات المختلفة وعمليات التصنيع.
لماذا تتطلب بطاريات الليثيوم أيون رقائق الألومنيوم عالية الأداء؟
في هيكل بطارية أيون الليثيوم النموذجية، يتم طلاء مواد الكاثود على رقائق الألومنيوم، في حين يتم طلاء مواد الأنود بشكل عام على رقائق النحاس. يتم وضع رقائق الألومنيوم بين المادة النشطة للكاثود والدائرة الخارجية وتعمل في المقام الأول كمجمع تيار ووسيط موصل للإلكترون.
لذلك،رقائق الألومنيوم للبطاريةليست رقائق الألومنيوم الصناعية العادية. إنها مادة وظيفية يجب أن تلبي متطلبات الأداء الصارمة المتعددة.
1. الموصلية الكهربائية الجيدة
يتمتع الألومنيوم بموصلية كهربائية جيدة، مما يساعد على تقليل المقاومة أثناء نقل الإلكترون. بالنسبة لبطاريات الطاقة وبطاريات تخزين الطاقة، تساهم التوصيلية الكهربائية المستقرة في الشحن والتفريغ بكفاءة.
2. ليونة ممتازة
تخضع رقائق الألومنيوم الخاصة بالبطارية عادةً لعمليات الطلاء أو الصقل أو القطع أو اللف أو التراص. إذا كانت الرقاقة لا تتمتع بما يكفي من اللدونة، فقد تتعرض للكسر أو التشقق أثناء المعالجة.
لذلك، تعد الاستطالة الجيدة والخواص الميكانيكية الموحدة مؤشرات مهمة لرقائق الألومنيوم المستخدمة في البطاريات.
3. جودة سطح مستقرة
يجب أن يتم طلاء ملاط الكاثود بشكل موحد على سطح رقائق الألومنيوم. يمكن أن تؤثر العيوب السطحية مثل الخدوش والثقوب والتلوث بالزيت وبقع الأكسدة على تجانس الطلاء وبالتالي تؤثر على جودة تصنيع البطارية.
لذلك، تتطلب رقائق الألومنيوم المخصصة للبطارية عمومًا سطحًا نظيفًا وناعمًا وخاليًا من العيوب الواضحة.
4. التحكم الدقيق في السماكة والتسطيح
يمثل نطاق السماكة الذي يتراوح بين 10 و50 ميكرومتر مواصفات رقائق الألومنيوم الرقيقة نسبيًا. يتطلب التصنيع رقابة صارمة على تحمل السُمك، والتسطيح، والتوتر، وجودة الملف.
خاصة في بطاريات تخزين الطاقة والطاقة، يؤثر سمك رقائق الألومنيوم بشكل مباشر على وزن المجمع الحالي وكثافة الطاقة الإجمالية للبطارية.
سبائك رقائق الألومنيوم للبطارية: 1050، 1060، 1070 و1235
1050 رقائق الألومنيوم
1050 ألومنيوم يحتوي على ≥99.50% آل. من بين الدرجات الأربع، فهو يتمتع بأدنى درجة نقاء للألمنيوم، مع حدود شوائب أقل صرامة نسبيًا. إنه يوفر توصيلًا كهربائيًا معتدلًا ومقاومة للتآكل.
ميزة التكلفة تجعلها مناسبة لبعض تطبيقات تخزين الطاقة الحساسة للتكلفة وبعض تطبيقات بطاريات الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية حيث لا تكون المقاومة الداخلية المنخفضة للغاية هي المطلب الأساسي. وقد انخفضت حصتها في بعض تطبيقات البطاريات تدريجياً مع اعتماد درجات الأداء الأعلى على نطاق واسع.
1060 رقائق الألومنيوم
يحتوي الألومنيوم 1060 على ≥99.60% Al ويعتبر درجة متعددة الاستخدامات للغاية.
إنه يوفر توازنًا جيدًا بين النقاء والتوصيل الكهربائي ومقاومة التآكل بالكهرباء واستقرار عملية التدحرج. بفضل نسبة أداء التكلفة الجذابة، يعتبر 1060 على نطاق واسع لبطاريات تخزين الطاقة وتطبيقات بطاريات الطاقة للأغراض العامة حيث يجب تحقيق التوازن بين الأداء والتكلفة.
1070 رقائق الألومنيوم
1070 ألومنيوم يحتوي على ≥99.70% Al وهو عبارة عن رقائق ألومنيوم عالية النقاء.
التحكم في الشوائب أكثر صرامة، والتوصيل الكهربائي ممتاز. يمكن أن تساعد مقاومتها الكهربائية المنخفضة نسبيًا في تقليل المقاومة الداخلية للبطارية، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات ذات المعدل العالي وكثافة الطاقة العالية.
تُستخدم رقائق الألومنيوم 1070 بشكل شائع في البطاريات الاستهلاكية المتطورة ومصادر الطاقة المتخصصة حيث تكون المقاومة الداخلية المنخفضة للغاية أمرًا مهمًا. تعتبر المواصفات الرفيعة للغاية التي يتراوح حجمها بين 10 و12 ميكرومتر ذات صلة بشكل خاص بالتطبيقات ذات كثافة الطاقة العالية.
1235 رقائق الألومنيوم
1235 ألومنيوم يحتوي على ≥99.35% آل.
قد يتساءل بعض العملاء عن سبب استخدام 1235، على الرغم من نقاء الألومنيوم الاسمي الأقل من 1060، على نطاق واسع في إنتاج البطاريات على نطاق واسع.
الهدف من 1235 ليس مجرد زيادة نقاء الألومنيوم إلى أقصى حد. بدلاً من ذلك، تم تصميم السبيكة بمستويات شوائب يمكن التحكم فيها وخصائص التدحرج والاستطالة المحسنة. يمكنها توفير قوة شد مناسبة، مقاومة للكسر، وأداء لحام مستقر، مما يجعلها مناسبة لعمليات اللف المستخدمة في بطاريات الطاقة.
1235 رقائق الألومنيوميستخدم على نطاق واسع في بطاريات طاقة مركبات الطاقة الجديدة ويستخدم أيضًا في العديد من تطبيقات بطاريات أيونات الصوديوم.
الظروف المزاجية: O، H18 وH24
يا مزاج – صلب
أنعم حالة، وتقدم أفضل ليونة وقابلية للتشكيل.
H18 - كامل الصلبة
يوفر أعلى قوة بين هذه الظروف المزاجية، ولكن مع استطالة أقل.
H22 / H24 — شبه صلب
يوفر التوازن بين القوة والاستطالة.
عادةً ما يتم توفير رقائق بطارية الطاقة في H18 أو في ظروف أخرى ذات قوة أعلى، اعتمادًا على تصميم البطارية المحدد ومتطلبات التصنيع.
كيف تختار السماكة المناسبة من 10 إلى 50 ميكرومتر؟
تتركز رقائق الألومنيوم السائدة في بطاريات الطاقة في حوالي 10-20 ميكرومتر، في حين تمثل 10-50 ميكرومتر نطاق سمك صناعي أوسع. تشتمل السماكات المختلفة على مقايضات بين كثافة الطاقة والقوة الميكانيكية والسلامة والتكلفة.
10-15 ميكرومتر (نطاق رفيع للغاية)
يعد تقليل الوزن ومحتوى المواد غير النشطة لتعزيز كثافة طاقة البطارية هو الاتجاه السائد في بطاريات الليثيوم أيون. عندما تصبح الرقاقة أرق، تصبح المتطلبات المتعلقة بقوة الشد والاستطالة والتحكم في الثقب أكثر صرامة. يمكن أن تؤدي الثقوب الزائدة في رقائق من فئة 10 ميكرومتر إلى دوائر قصيرة محلية ومخاطر الانفلات الحراري؛ علاوة على ذلك، فإن الرقائق معرضة بشدة للكسر أثناء الطلاء واللف، مما يضع متطلبات عالية على كل من قدرات المعدات وجودة الركيزة.
اختيار سبائك: بشكل أساسي 1070 و1235. اختر 1070 للحصول على مقاومة داخلية أقل، أو 1235 للحصول على موثوقية معالجة فائقة.
15-25 ميكرومتر (النطاق السائد القياسي)
يحقق التوازن بين القوة وكثافة الطاقة؛ هذه هي "البقعة المثالية" لسمك بطاريات تخزين الطاقة ومعظم بطاريات الليثيوم الصغيرة والمتوسطة الحجم. يتم تقليل خطر تكسر الرقائق بشكل كبير، وتوفر المادة قدرة تحمل عالية لعملية الطلاء والتقويم، مما يجعل من الأسهل ضمان إنتاجية عالية. تعتبر سبيكة 1060 هي الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في نطاق السماكة هذا.
25-50 ميكرومتر (رقائق الألومنيوم السميكة)
تزيد السُمك المتزايد من وزن الرقاقة نفسها، مما يؤدي إلى إزاحة المساحة المخصصة للمواد النشطة والتضحية بكثافة الطاقة. ومع ذلك، تشمل المزايا مقاومة فائقة للشد والثقب، وتقليل توليد الحرارة في ظل ظروف التيار العالي، ومقاومة ممتازة للاهتزاز والصدمات. يتم استخدامه بشكل شائع في مصادر الطاقة المتخصصة عالية الطاقة، كركيزة تبويب لبعض خلايا البطاريات الكبيرة، وفي التطبيقات التي تكون فيها الموثوقية الميكانيكية هي الأولوية القصوى.
ملحوظة: زيادة السُمك يزيد من الوزن الإجمالي لخلية البطارية ويقلل من كثافة الطاقة؛ لذلك، لا ينبغي اختيار رقائق الألومنيوم السميكة بشكل عشوائي إلا إذا لزم الأمر.
متطلبات جودة رقائق الألومنيوم للبطارية
تتميز رقائق الألومنيوم الخاصة بالبطارية بمتطلبات جودة صارمة للغاية وهي أكثر تطلبًا بشكل ملحوظ من رقائق الألومنيوم التقليدية للتغليف.
تحمل السُمك: بالنسبة للرقائق الرقيقة، يلزم وجود تسامح يتراوح بين ±0.3–0.5 ميكرومتر؛ يمكن أن تؤدي التقلبات الكبيرة في السُمك إلى وزن غير متساوٍ لصفيحة القطب الكهربائي بعد الطلاء وتعريض اتساق الخلية للخطر.
جودة السطح: لون موحد، مظهر نظيف، ومظهر مسطح؛ خالية من علامات اللف الواضحة أو الحفر أو الثقوب أو آثار التآكل؛ خالية من العيوب المتدحرجة مثل التجاعيد أو التبقع أو الخطوط الساطعة؛ وخالية من اختلافات الألوان.
النظافة: يجب أن تكون الأسطح خالية من الزيوت والروائح الزيتية القوية والبقع الزيتية الظاهرة.
قابلية البلل: يجب أن يكون التوتر السطحي 32 داين على الأقل (يتم التحقق منه عن طريق اختبار قلم داين) لضمان التصاق جيد للملاط.
الخواص الميكانيكية: تعتبر قوة الشد العالية والاستطالة العالية من المتطلبات الأساسية. تتطلب رقائق الألمنيوم القياسية قوة شد تبلغ ≥160-180 ميجا باسكال، في حين تتطلب رقائق الألومنيوم لبطاريات الطاقة عمومًا ≥180 ميجا باسكال، مع بعض التطبيقات التي تتطلب ≥200 ميجا باسكال أو حتى ≥300 ميجا باسكال.
سيناريوهات التطبيق لرقائق الألومنيوم للبطارية
بطاريات الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية (الهواتف المحمولة، وسماعات البلوتوث، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، وما إلى ذلك): رقائق الألومنيوم 1070 هي الخيار المفضل، مع إعطاء الأولوية للتوصيل الكهربائي العالي والمقاومة الداخلية المنخفضة. يمكن اختيار مواصفات رفيعة للغاية - حوالي 0.03 مم - لتعزيز كثافة الطاقة.
بطاريات الطاقة (مركبات الطاقة الجديدة): يفضل رقائق الألومنيوم 1235؛ قوتها واستقرار اللحام يتحمل بشكل أفضل الضغوط الميكانيكية المتولدة أثناء الشحن والتفريغ. تتراوح السماكة النموذجية من 12 إلى 15 ميكرومتر.
بطاريات تخزين الطاقة: رقائق الألومنيوم 1060 هي الخيار المفضل، بسمك يتراوح بين 18-20 ميكرومتر مما يوفر التوازن بين الأداء وفعالية التكلفة.
تطبيقات علامة تبويب البطارية: درجات السبائك الشائعة لعلامات التبويب هي 1070 و1235. ويفضل الصف 1235 لعمليات اللحام بالمقاومة، في حين يتم إعطاء الأولوية في كثير من الأحيان 1070 للحام بالموجات فوق الصوتية أو اللحام بالليزر.
التعليمات
س1: لماذا يجب استخدام رقائق الألومنيوم في كاثود بطاريات الليثيوم أيون بدلاً من رقائق النحاس؟
ج: عند الإمكانات العالية، تتشكل طبقة تخميل كثيفة ومستقرة من أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃) على سطح الألومنيوم، مما يوفر مقاومة للتآكل والأكسدة. على العكس من ذلك، تميل رقائق النحاس إلى التأكسد والفشل عند الإمكانات العالية؛ ولذلك، فإن رقائق الألومنيوم هي الخيار السائد الوحيد لمجمع تيار الكاثود.
س2: ما هي درجة السبائك الأكثر استخدامًا في بطاريات الطاقة، وما هو سمكها النموذجي؟
ج: الصف 1235 هو السبائك الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في قطاع بطاريات الطاقة، ويبلغ سمكها النموذجي 12-15 ميكرومتر. تسمح قوتها واستقرار اللحام لها بمقاومة الضغوط الميكانيكية الناتجة أثناء دورات الشحن والتفريغ بشكل أفضل.
س3: ما هو التحدي الفني الأكبر في عملية الإنتاج؟
ج: التحكم في الثقب. عندما يتم تقليل سمك رقائق الألومنيوم إلى أقل من 10 ميكرومتر، فإن عدد الثقوب يزداد بشكل حاد، وهو عامل أساسي يقلل من معدل إنتاج المنتج. بالإضافة إلى ذلك، يمثل تحمل السُمك واستواء الصفائح تحديات أساسية.
س 4: ما هو سعر رقائق الألومنيوم للبطارية؟
ج: درجة النقاء الأعلى تستلزم تكاليف إنتاج أعلى؛ التصنيف العام للسعر هو: 1070 > 1060 > 1050 > 1235 (مع وجود 1235 على أقل درجة نقاء وأفضل نسبة أداء من حيث التكلفة). ومع ذلك، يعتمد التسعير الفعلي أيضًا على عوامل مثل السُمك والحالة المادية وحجم المشتريات.