تعد مجمعات تيار رقائق الألومنيوم واحدة من مواد تجميع تيار الكاثود الرئيسية في بطاريات الليثيوم أيون. يقومون بجمع التيار الكهربائي الناتج عن المادة النشطة للكاثود ويوصلونه إلى الدائرة الخارجية. وفي الوقت نفسه، تعمل كحامل للمواد النشطة للكاثود، مما يتيح تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية. لذلك يتم استخدام مجمعات التيار المصنوعة من رقائق الألومنيوم على نطاق واسع في بطاريات الليثيوم أيون.
يتكون كاثود البطارية عمومًا من علامة تبويب الكاثود، وشريط لاصق عالي الحرارة، ومجمع تيار الكاثود من رقائق الألومنيوم، والمواد النشطة للكاثود. يبلغ سمك رقائق الألومنيوم المستخدمة كمجمع تيار الكاثود عادة 0.010 مم - 0.015 مم. يستخدم على نطاق واسع في بطاريات الليثيوم الثلاثية، وبطاريات ليثيوم فوسفات الحديد (LFP)، وبطاريات أيونات الصوديوم، وأنظمة البطاريات الأخرى.
تشمل درجات سبائك الألومنيوم الرئيسية المستخدمة في رقائق المجمع الحالية 1060 و1070 و1100 و1235. وتتراوح السماكة السائدة من 10 ميكرومتر إلى 20 ميكرومتر، في حين تستخدم بعض الشركات المصنعة للبطاريات رقائق 8 ميكرومتر. الاتجاه المستقبلي هو مزيد من تقليل السُمك، وربما يصل إلى 6 ميكرومتر.
يتم إنتاج رقائق الألومنيوم بشكل رئيسي عن طريق الدرفلة على الساخن أو الصب والدرفلة المستمرة. تنتمي معظم الرقائق الصناعية العامة ذات الصفر المزدوج والرقائق ذات الصفر المفرد ورقائق البطارية إلى سلسلة الألومنيوم النقي وهي مناسبة بشكل عام لإنتاج الصب والدرفلة المستمر. على الرغم من أن رقائق البطارية لديها متطلبات أعلى بكثير من رقائق الألومنيوم القياسية مقاس 0.1 مم، إلا أن تقنيات وعمليات الإنتاج الأساسية متشابهة إلى حد كبير.
الأنواع الشائعة لرقائق الألومنيوم للبطارية
رقائق الألومنيوم من فئة البطارية: ساطع من جانب واحد / ساطع من جانب واحد
رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون: مطلية من جانب واحد / مطلية من جانب مزدوج
1. رقائق الألومنيوم المخصصة للبطارية
على الرغم من أن الألومنيوم لديه موصلية كهربائية أقل من النحاس، إلا أن موصلات الألومنيوم تتطلب فقط حوالي نصف كتلة الموصلات النحاسية لنقل نفس الكمية من الكهرباء. ولذلك، فإن استخدام مجمعات تيار الألومنيوم يساعد على تحسين كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم أيون. بالإضافة إلى ذلك، يعتبر الألومنيوم أكثر فعالية من حيث التكلفة من النحاس.
أثناء شحن وتفريغ بطارية الليثيوم أيون، يتشكل فيلم أكسيد كثيف على سطح مجمع تيار رقائق الألومنيوم. يعزز هذا الفيلم مقاومة التآكل لرقائق الألومنيوم.
2. رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون
رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون هي تقنية مبتكرة لتعديل السطح لمجمعات تيار البطارية. يتم تطبيق طلاء وظيفي يحتوي على مادة موصلة واحدة أو أكثر على سطح رقائق الألومنيوم لتشكيل شبكة موصلة ممتازة ثنائية أو ثلاثية الأبعاد.
يتم بعد ذلك دمج الرقاقة المطلية مع راتينج موصل مناسب للأنظمة المعتمدة على الماء. من خلال المحاكاة النظرية والتحقق التجريبي المتكرر، يتم تحسين الصياغة والتصميم الهيكلي وظروف العملية بشكل مستمر.
تتيح هذه العملية طبقة طلاء أرق ومقاومة طلاء أقل والتصاق أقوى. يمكنه تحسين الأداء الكهروكيميائي واستقرار المنتج لبطاريات الليثيوم بشكل فعال، وهو مناسب بشكل خاص لأنظمة بطاريات السيليكون والكربون.
ميزات المنتج
| رقائق ألومنيوم من فئة البطارية (مشرق من جانب واحد/مشرق على الوجهين) | رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون (أحادية الجانب/مزدوجة الجوانب) |
الموصلية الكهربائية ممتازة. الاستقرار الكيميائي الجيد. التوافق والالتصاق الجيد مع المواد النشطة للقطب الكهربائي؛ هيكل متماثل على الوجهين. كثافة المعدن قريبة من الكثافة النظرية للألمنيوم؛ خشونة السطح منخفضة جدًا. استطالة عالية وقوة الشد. | زيادة التوتر السطحي لرقائق الألومنيوم؛ تعزيز الالتصاق بين رقائق الألومنيوم والمواد النشطة؛ تقليل كمية الموثق المطلوبة في القطب؛ تحسين كثافة طاقة البطارية ودورة الحياة؛ حماية المجمع الحالي. تقليل المقاومة البينية. تحسين استقرار المنتج واتساقه؛ زيادة معدل إنتاج الخلايا الفردية ومعدل المطابقة لتجميع حزمة البطارية؛ انخفاض تكاليف الإنتاج. |
مواصفات رقائق الألومنيوم لبطارية ليثيوم أيون
| غرض | النطاق النموذجي |
| سبيكة | 1235، 1050، 1060، 1070، 1100، الخ. |
| حِدّة | يا، H18، الخ |
| سمك مشترك | 10 ميكرومتر، 12 ميكرومتر، 15 ميكرومتر، 16 ميكرومتر، 18 ميكرومتر، 20 ميكرومتر، إلخ. |
| نطاق سمك | عادة 8μm-30μm؛ مواصفات خاصة متاحة عند الطلب. |
| نطاق العرض | 100 ملم – 1650 ملم |
| بطاقة تعريف | 76 مم، 152 مم، 300 مم، 505 مم، وما إلى ذلك، أو حسب الطلب |
| ل | يتم تحديده من خلال توافق المعدات ووزن اللفة |
| وزن الملف | قابلة للتخصيص بناءً على سعة تحميل معدات العميل ووتيرة الإنتاج |
| حالة السطح | نظيفة ومسطحة على كلا الجانبين. خالية من بقع الزيت وبقع الأكسدة وعلامات المسافة البادئة |
| نماذج التوريد | اللفات الرئيسية، اللفات المشقوقة، اللفات ذات العرض الضيق، الصفائح/الملفات المقطوعة حسب الطول، إلخ. |
| موك | 3 طن |
| اسم المنتج | رقائق الألومنيوم المغلفة بالكربون من جانب واحد | ورق ألومنيوم مطلي بالكربون على الوجهين |
| سمك رقائق الألومنيوم | 16 ميكرون | |
| عرض رقائق الألومنيوم | 260 ± 1 ملم | |
| عرض الطلاء | 230 ± 1 ملم | |
| سمك الطلاء | 11 ميكرون | |
| هامش الطلاء (يسار/يمين) | 15 ملم | |
| قابلية التبلل السطحي | > 50 امرأة | / |
| طول | 20 م، 50 م، حسب الطلب | / |
| امسح بقطعة قماش خالية من الوبر؛ لا تقشير. | > 200 مرة. | |
| انغمس في المنحل بالكهرباء لمدة 24 ساعة ؛ لا تقشير. | لا أحد | |
| الكثافة المساحية | 41.8 ± 2 جم/م² | 42 ± 2 جم/م² |
| استطالة | > 1.5% | |
| قوة الشد | > 180 نيوتن/مم² | |
| قابلة للتخصيص | قابل للتخصيص (الطول والعرض والسمك) | |
لماذا يتم استخدام رقائق الألومنيوم لكاثودات بطارية الليثيوم؟
تستخدم بطاريات الليثيوم رقائق الألومنيوم للكاثود ورقائق النحاس للأنود بسبب التوافق الكهروكيميائي المحتمل.
يعمل الكاثود بجهد مرتفع نسبيًا، عادة أعلى من 3 فولت. عند مثل هذا الجهد العالي، تكون رقائق النحاس عرضة للأكسدة والتآكل، مما يجعلها غير مناسبة كمجمع تيار الكاثود. ومع ذلك، يشكل الألومنيوم بشكل طبيعي طبقة تخميل كثيفة من أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃) على سطحه. توفر طبقة الأكسيد هذه مقاومة ممتازة للأكسدة والتآكل عند الإمكانات العالية، مما يوفر حماية فعالة لركيزة الألومنيوم الأساسية.
على العكس من ذلك، إذا تم استخدام رقائق الألومنيوم في الأنود، فقد تختلط مع الليثيوم بإمكانات منخفضة - بشكل عام أقل من 0.5 فولت مقابل Li/Li⁺ - مما قد يؤدي إلى تلف بنية الرقائق. ولذلك، فإن رقائق الألومنيوم هي الخيار المفضل والمعياري لمجمعات تيار الكاثود.
بالإضافة إلى توافقها الكهروكيميائي، يتم استخدام رقائق الألومنيوم على نطاق واسع لأنها تجمع بين الموصلية العالية والخواص الميكانيكية الجيدة والكثافة المنخفضة ومزايا التكلفة. يتمتع الألومنيوم بموصلية كهربائية جيدة، وحوالي 62% من IACS، وليونة ممتازة، ويمكن لفه بسهولة إلى رقائق رقيقة جدًا. كما أنها توفر مقاومة قوية لتآكل البطارية بالكهرباء.
متطلبات الأداء لرقائق الألومنيوم للبطارية
| عنصر الجودة | متطلبات |
| سماكة | يصل سمك شريحة البطارية الأنحف حاليًا إلى 8 ميكرومتر. يجب التحكم بإحكام في تفاوت السُمك، بشكل عام في حدود ±4%؛ تتطلب بعض الشركات المصنعة للبطاريات ±2%. |
| جودة السطح | يجب ألا يحتوي السطح على ثقوب أو حفر يزيد قطرها عن 1 مم. بالنسبة للحفر التي يبلغ حجمها 0.5 مم - 1 مم، يُسمح عمومًا بوجود أقل من 3 عيوب لكل متر مربع. يجب أن يكون الجانب غير اللامع خاليًا من البقع المرتفعة والبقع المضيئة. |
| التوتر ترطيب السطح | يحتاج معظم العملاء إلى شد ترطيب سطحي يتراوح بين 30-32 داين/سم، بينما تتطلب بعض أنظمة المواد الحساسة قيم داين أعلى. |
| جودة الحافة | يجب أن تكون الحواف المشقوقة ذات جودة عالية وخالية من الشقوق والنتوءات. |
| الخواص الميكانيكية | مع انخفاض سمك الرقائق، يجب تحسين قوة الشد (Rm) وفقًا لذلك لضمان المقاومة الكافية للكسر. يبلغ حد تصلب الألومنيوم النقي تجاريًا حوالي 310 نيوتن/مم². تتراوح قوة شد رقائق البطارية الحالية عمومًا بين 190-280 نيوتن/مم². |
متطلبات التعبئة والتغليف والنقل لرقائق الألومنيوم لبطارية الليثيوم
رقائق الألومنيوم الخاصة بالبطارية رقيقة للغاية ولها متطلبات عالية لجودة السطح. أثناء النقل والتخزين، يجب حمايته من الرطوبة والغبار وأضرار الضغط والخدوش والأكسدة.
تشمل طرق التغليف الشائعة ما يلي:
تغطية سطح رقائق الألومنيوم بورق واقي أو طبقة واقية؛
استخدام الورق المقاوم للرطوبة والأغشية المقاومة للرطوبة للتغليف المحكم؛
إضافة المجففات لتقليل التعرض للرطوبة أثناء الشحن البحري أو النقل لمسافات طويلة؛
تأمين الملفات باستخدام المنصات الخشبية، أو قواعد الصناديق الخشبية، أو إطارات الدعم الفولاذية؛
تقوية الملفات بأشرطة فولاذية أو طبقة مطاطية لمنع الارتخاء أثناء النقل؛
استخدام المنصات الخشبية المدخنة أو مواد التعبئة والتغليف الخالية من التبخير لشحنات التصدير وفقا لمتطلبات النقل الدولي.
أثناء التخزين، يجب حفظ رقائق الألومنيوم في بيئة جافة ونظيفة وجيدة التهوية، بعيدًا عن الوسائط المسببة للتآكل. أثناء التعامل، يجب تجنب الاصطدامات والضغط والاتصال بالأشياء الحادة لمنع تلف الحواف أو خدوش السطح أو تشوه الملف.
