تعتبر رقائق الألومنيوم الخاصة بحقيبة البطارية واحدة من المواد الأساسية المستخدمة في تعبئة خلايا أكياس بطارية الليثيوم أيون. يتم استخدامه عمومًا كركيزة معدنية لفيلم الألمنيوم الرقائقي، المعروف أيضًا باسم فيلم الألومنيوم والبلاستيك. في التطبيقات العملية، يؤثر تجانس السمك وجودة سطح رقائق الألومنيوم بشكل مباشر على أداء ختم البطارية وإنتاجية الإنتاج والسلامة.
توفر هذه المقالة نظرة عامة شاملة على مادة البطارية الأساسية هذه.
ما هو رقائق الألومنيوم الحقيبة البطارية؟
على عكس البطاريات التقليدية المصنوعة من الفولاذ أو البطاريات المصنوعة من الألومنيوم، تعتمد خلايا الحقيبة على فيلم مصفح من الألومنيوم للتغليف والختم بشكل عام.
فيلم الألمنيوم الرقائقي عبارة عن مادة مركبة متعددة الطبقات. يتكون عادة من:
طبقة حماية خارجية من النايلون؛
طبقة حاجزة من رقائق الألومنيوم المتوسطة؛
طبقة داخلية مانعة للحرارة، عادة ما تكون من مادة البولي بروبيلين المصبوبة (CPP).
يشار عادةً إلى طبقة رقائق الألومنيوم الوسطى برقائق الألومنيوم الخاصة بحقيبة البطارية. إنه بمثابة الحاجز الأساسي وطبقة التشكيل لفيلم الألمنيوم الرقائقي.
تعد طبقة رقائق الألومنيوم، التي يبلغ سمكها عادة حوالي 35-50 ميكرومتر، العنصر الأكثر أهمية في الفيلم الرقائقي لأنها توفر:
نفاذية قريبة من الصفر: تمنع طبقة الرقائق الرطوبة الخارجية والأكسجين، مما يساعد على منع تدهور المنحل بالكهرباء، والتلوث الداخلي، وتوليد الغاز، وتورم البطارية.
ليونة ممتازة وقابلية للسحب العميق: أثناء عمليات التشكيل على البارد أو السحب العميق، يتم ختم فيلم الألمنيوم المصفح في تجاويف تستوعب كومة الخلايا أو لفافة الهلام. يجب أن تقاوم رقائق الألومنيوم التشققات والثقوب والترقق المفرط والتصفيح أثناء هذه العملية.
دور رقائق الألومنيوم في بطاريات الحقيبة
1. الدعم الهيكلي
توفر طبقة رقائق الألومنيوم مستوى معينًا من القوة الميكانيكية وثبات الأبعاد لحزمة الحقيبة. إنها تساعد خلية الحقيبة على تحمل الضغط المعتدل والاهتزاز وتأثير التعامل والتشوه أثناء الاستخدام اليومي.
2. حماية الحاجز
هذه هي الوظيفة الأساسية للرقائق في فيلم الألمنيوم الرقائقي. تمنع رقائق الألومنيوم الرطوبة والأكسجين والملوثات بشكل فعال من دخول البطارية، بينما تقلل أيضًا من خطر فقدان بخار الإلكتروليت أو تسربه.
3. التدريع الخفيف
رقائق الألومنيوم معتمة ويمكن أن تحجب الضوء فوق البنفسجي والمرئي. ويساعد ذلك في تقليل التدهور المحتمل الناتج عن الضوء لمكونات الإلكتروليت ومواد البطارية الحساسة الأخرى.
4. دعم النقل الحراري
يتمتع الألومنيوم بموصلية حرارية جيدة نسبيًا. على الرغم من أن طبقة رقائق الألومنيوم ليست مكون الإدارة الحرارية الرئيسي لحزمة البطارية، إلا أنها يمكن أن تساهم في توزيع الحرارة داخل هيكل الحقيبة وتساعد في نقل الحرارة بعيدًا عن الخلية في ظل ظروف معينة.
توضيح هام: رقائق الألومنيوم المستخدمة في فيلم الألومنيوم الرقائقي هي طبقة حاجزة للتغليف. لا ينبغي الخلط بينه وبين رقائق الألومنيوم المستخدمة كمجمع تيار القطب الموجب داخل البطارية. تتمتع المادتان بوظائف ومتطلبات أداء مختلفة تمامًا.
خصائص المواد الأساسية لرقائق الألومنيوم لحقيبة البطارية
خصائص الحاجز العالي للغاية: معدل نقل بخار الماء ≥0.1g/(m²·24h)؛ يمنع دخول الرطوبة الخارجية وتسرب المنحل بالكهرباء، وتجنب التورم؛
قابلية سحب عميقة ممتازة: استطالة رقائق الألومنيوم 8021 بنسبة 13%-18% وقيمة الحجامة Erichsen البالغة 7.3 مم تضمن عدم التمزق أثناء التشكيل على البارد؛
أداء فائق للحماية من الضوء: رقائق الألومنيوم غير الشفافة تحجب الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي بشكل فعال، مما يقلل من تأثير التعرض للضوء على ثبات مادة البطارية؛
تحكم فائق في الثقب: يحقق "صفر ثقوب" بسمك عشرات الميكرونات، مما يضمن سلامة الحاجز؛
سهولة التشكيل: يمكن معالجة طبقة الألومنيوم والبلاستيك من خلال السحب العميق والختم الحراري لإنشاء عبوات الخلايا بأحجام وأشكال مختلفة؛
مقاومة التآكل بالكهرباء: تقاوم التآكل والانثقاب حتى أثناء الغمر لفترة طويلة؛
نظافة عالية للسطح: يضمن السطح النظيف والمسطح ذو قابلية البلل الممتازة ترابطًا قويًا مع النايلون وطبقات الختم الحراري، مما يمنع التصفيح أو فصل المواد.
سبائك الألومنيوم المشتركة لفيلم الحقيبة بطارية الليثيوم
في الوقت الحاضر، رقائق الألومنيوم 8021 ورقائق الألومنيوم 8079 هما أكثر درجتين من السبائك استخدامًا لفيلم الألمنيوم الرقائقي للبطارية.
8021 رقائق الألومنيوم - "اللاعب الرئيسي" في بطاريات الحقيبة
تعتبر رقائق الألومنيوم 8021 حاليًا المادة المفضلة والأكثر استخدامًا لأكياس البطاريات. وهي متوفرة بسماكات تتراوح من 0.018 ملم إلى 0.2 ملم وعرض من 100 ملم إلى 1650 ملم. تنبع شعبيتها في المقام الأول من ثلاث مزايا رئيسية:
أداء ممتاز للرسم العميق: يلبي متطلبات التغليف للأشكال المعقدة
مقاومة عالية للتآكل بالكهرباء: تضمن ثباتًا طويل الأمد أثناء الاستخدام
قوة عالية للختم الحراري: تعزز بشكل فعال موثوقية التغليف
بالإضافة إلى ذلك،8021 رقائق الألومنيوميتميز ببنية حبيبية دقيقة وتركيبة مواد موحدة، مما يوفر توافقًا شاملاً قويًا. تتراوح قوة الشد عادةً من 80 إلى 120 ميجا باسكال (درجة حرارة O)، مع استطالة تتراوح بين 13% إلى 18%.
8079 رقائق الألومنيوم
8079 رقائق الألومنيوموهي سبيكة أخرى شائعة الاستخدام في صناعة أفلام الألومنيوم والبلاستيك. يتكون تركيبه النموذجي من 99.3% ألومنيوم و0.05% حديد و0.1% سيليكون. بالنسبة للمنتجات المزاجية 8079-O، تتراوح قوة الشد عادةً من 60 إلى 100 ميجا باسكال، مع استطالة تبلغ ≥2%. فيما يتعلق بأداء الرسم العميق، يُظهر 8079 استطالة تتراوح بين 12% و15%، وهو أقل قليلاً من 8021.
المواصفات النموذجية لرقائق الألومنيوم لحقيبة البطارية
| غرض | المواصفات النموذجية |
| سبيكة | 8021، 8079، الخ. |
| حِدّة | يا |
| سماكة | 0.018-0.50 ملم |
| عرض | 100-1700 ملم |
| طول | تخصيص / العرض لفائف |
| القطر الداخلي | 76 ملم / 152 ملم |
| كثافة الثقب | ≥ 1 ثقب/م²، القطر ≥ 0.03 مم |
| النفط المتبقي | ≥ 5 مجم/م2 |
| خشونة السطح، Ra | ≥ 0.2 ميكرومتر |
| قوة التقشير 180 درجة | ≥ 3 ن/15 ملم |
| معدل انتقال بخار الرطوبة | ≥ 0.1 جم/(م²·24 ساعة) |
الخواص الميكانيكية
| ملكية | 8021 رقائق الألومنيوم، يا مزاج | 8079 رقائق الألومنيوم، يا مزاج |
| قوة الشد | 85-105 ميجا باسكال | ≥75 ميجا باسكال؛ عادة 80-110 ميجا باسكال |
| استطالة | 13-18% | ≥10%؛ عادة 12-15% |
| قيمة الحجامة إريكسن | ≥7.0 ملم، حتى 7.3 ملم تقريبًا | تخضع للمواصفات |
التركيب الكيميائي
| عنصر (٪) | 8021 | 8079 |
| و | .150.15 | 0.05-0.30 |
| الحديد | 1.2-1.7 | 0.7-1.3 |
| النحاس | .050.05 | .050.05 |
| الزنك | - | .10.10 |
| عناصر أخرى، كل / المجموع | .050.05 / .050.05 | .050.05 / .050.05 |
| آل | الباقي | الباقي |
التطبيقات الرئيسية لرقائق الألومنيوم لحقيبة البطارية
تُستخدم رقائق الألومنيوم للبطاريات من النوع الكيس بشكل أساسي لتغليف خلايا أكياس أيون الليثيوم وتعمل كمكون أساسي لفيلم الألومنيوم والبلاستيك. في قطاع بطاريات الطاقة، تُستخدم الخلايا الحقيبةية على نطاق واسع في مركبات الطاقة الجديدة نظرًا لكثافة الطاقة العالية ومزايا السلامة.
في قطاع الإلكترونيات الاستهلاكية، يتم استخدام خلايا الحقيبة على نطاق واسع في الأجهزة المحمولة مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية، وذلك بفضل طبيعتها خفيفة الوزن ورفيعة ومرنة. بالإضافة إلى ذلك، تعتمد بطاريات تخزين الطاقة بشكل متزايد تصميمات الأكياس لتعزيز كثافة الطاقة وعمر الدورة.
ما هو الفرق بين رقائق الألومنيوم الخاصة بحقيبة البطارية ورقائق الألومنيوم ذات جامع التيار الإيجابي؟
يكمن الاختلاف الأساسي بين الاثنين في أدوارهما ووظائفهما المتميزة تمامًا:
رقاقة تجميع تيار القطب الموجب: تعمل بمثابة "الهيكل الداخلي" للبطارية و"المسار الموصل". وهي مصنوعة من سبائك الألومنيوم مثل 1050، 1060، 1070، أو 1235، وهي تدعم المادة النشطة الإيجابية (على سبيل المثال، فوسفات حديد الليثيوم) وتقوم بتجميع التيار وتوصيله. يبلغ سمكها عادة 10-50 ميكرون، وتتطلب موصلية ونقاء عاليين، بالإضافة إلى سطح يسمح بالالتصاق القوي للمادة النشطة.
رقائق حافظة البطارية: تعمل بمثابة "الغلاف الواقي الخارجي" للبطارية (مكون رئيسي في طبقة الألومنيوم والبلاستيك). يعمل كطبقة عازلة، تمنع دخول الرطوبة والأكسجين لمنع تورم البطارية وفشلها. تُصنع عادةً من رقائق الألومنيوم 8021 بسمك حوالي 40 ميكرون، وتتطلب خصائص حاجز استثنائية، وبنية خالية من الثقوب، وقابلية تشكيل ممتازة للسحب العميق لضمان تغليف البطارية بشكل آمن.
ما الذي يجب عليك مراعاته عند اختيار رقائق الألومنيوم لحقيبة البطارية؟
إذا كنت شركة مصنعة لأفلام الألمنيوم والبلاستيك أو شركة بطاريات، فمن المستحسن التركيز على الجوانب التالية عند اختيار المورد:
1.التسامح سمك
يعد التحكم المتسق في السُمك أساسًا حاسمًا لإنتاج التصفيح المستمر.
لا تركز فقط على السُمك الاسمي؛ انتبه إلى التسامح الفعلي للسمك الذي يمكن للمورد توفيره، بالإضافة إلى الاتساق من دفعة إلى أخرى.
2.استطالة
إذا كان المنتج يتطلب تشكيلًا بالسحب العميق، فامنح الأولوية لاستطالة المادة وقابليتها للتشكيل.
3.التحكم في الثقب
تعد كثافة الثقب مؤشرًا رئيسيًا لجودة رقائق الألومنيوم ذات المقياس الرقيق.
يُنصح بطلب بيانات فحص الجودة ذات الصلة من المورد.
4.جودة السطح
يجب أن يكون لرقائق الألومنيوم عالية الجودة سطح موحد ونظيف وخالي من العيوب مثل بقع الزيت الملحوظة أو الخدوش أو البقع السوداء أو المسافات البادئة.
5.التسطيح (الشكل)
يمكن أن يؤدي سوء تسطيح الملف إلى:
اختلال أثناء التصفيح.
التوتر غير المستقر
التجاعيد.
صعوبات الحز.
انخفاض الكفاءة في الإنتاج عالي السرعة.
ولذلك فإن التسطيح هو عامل لا يمكن إغفاله.
6.اتساق الدفعة
بالنسبة لمواد البطاريات، غالبًا ما يكون الاتساق أكثر أهمية من أداء دفعة واحدة.
يجب على المورد ألا يقتصر على تقديم المنتجات المتوافقة على أساس لمرة واحدة فحسب، بل يجب عليه أيضًا الحفاظ على الاستقرار على المدى الطويل في:
درجة السبائك؛
سماكة؛
الخواص الميكانيكية
جودة السطح.