تعتبر رقائق البطارية إحدى المواد الأساسية المستخدمة في بطاريات الليثيوم لمركبات الطاقة الجديدة. في صناعة بطاريات الليثيوم أيون، يتم استخدام رقائق الألومنيوم الملفوفة بشكل شائع كمجمع تيار الكاثود.
باعتباره مكونًا أساسيًا في هيكل قطب بطارية الليثيوم، يعمل المجمع الحالي كحامل للمواد النشطة ومسار لجمع ونقل التيار الكهربائي. يجب أن يوفر مجمع التيار المثالي موصلية كهربائية عالية، وثباتًا كيميائيًا ممتازًا، وأداء ربط قوي، وتكلفة منخفضة، ومرونة، وبنية خفيفة الوزن.
يتم استخدام رقائق الألومنيوم كمجمع تيار الكاثود، في حين يتم استخدام رقائق النحاس كمجمع تيار الأنود. الألومنيوم متوفر بكثرة، وفعال من حيث التكلفة، ومتوفر بسهولة، وقابل للسحب بدرجة عالية. ومع ذلك، في ظل ظروف معينة، يمكن للألمنيوم أن يختلط مع أيونات الليثيوم على جانب الأنود، بينما قد يتأكسد النحاس على جانب الكاثود. لذلك، يتم استخدام رقائق الألومنيوم بشكل عام كمجمع تيار الكاثود، ويتم استخدام رقائق النحاس كمجمع تيار الأنود.
جودةرقائق الألومنيوم للبطاريةيؤثر بشكل مباشر على سعة البطارية وقدرتها على المعدل وعمر الدورة والسلامة. مع النمو السريع لمركبات الطاقة الجديدة ومعدات تخزين الطاقة، تفرض بطاريات الليثيوم أيون متطلبات صارمة بشكل متزايد على المواد الأساسية. ونتيجة لذلك، فإن العتبة التقنية لرقائق الألومنيوم المستخدمة في البطاريات مستمرة في الارتفاع.
السبائك الشائعة لرقائق الألومنيوم المخصصة للبطارية
رقائق الألومنيوم المستخدمة في البطاريات تستخدم بشكل أساسي سبائك الألومنيوم النقية من سلسلة 1000، والتي تتميز بمحتوى عالي من الألومنيوم، مع نقاء يصل إلى أكثر من 99.00%. المزاج الأكثر شيوعًا هو المزاج القاسي، مثل H18.
فيما يلي درجات السبائك الثلاثة السائدة وتطبيقاتها النموذجية:
1235 رقائق الألومنيوم
تعد سبيكة 1235 حاليًا هي الدرجة الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في قطاع بطاريات الطاقة. بفضل النقاء العالي، والتوصيل الكهربائي الممتاز، والتوحيد الاستثنائي للسمك الرفيع للغاية، والاستقرار الميكانيكي، فقد أصبحت مادة رئيسية لضمان كثافة طاقة البطارية، وعمر الدورة، والسلامة.
يمكن أن تتجاوز قوة الشد 140 ميجاباسكال، ويمكن أن تصل الاستطالة إلى ≥3%، ويمكن التحكم في دقة السمك ضمن ±3%.
1060 رقائق الألومنيوم
تحتوي سبيكة 1060 على 99.6% من الألومنيوم على الأقل. إنه يوفر توصيلًا كهربائيًا أفضل ومقاومة للتآكل، مما يجعله مستخدمًا على نطاق واسع في بطاريات تخزين الطاقة وتطبيقات بطاريات الطاقة العامة.
1070 رقائق الألومنيوم
توفر سبيكة 1070 أعلى درجة نقاء تصل إلى ≥99.70%. إنها مناسبة لتطبيقات البطاريات الرقمية المتطورة ذات متطلبات التوصيل الصعبة للغاية.
| درجة السبائك | نقاء | سمك نموذجي | التطبيقات النموذجية |
| 1235 | ≥99.35% | 12-15 ميكرومتر | بطاريات الطاقة، بطاريات أيون الصوديوم |
| 1060 | ≥99.60% | 15-20 ميكرومتر | بطاريات تخزين الطاقة، بطاريات الطاقة العامة |
| 1070 | ≥99.70% | 10-12 ميكرومتر | البطاريات الرقمية المتطورة |
أنواع رقائق الألومنيوم لبطارية الليثيوم أيون
وفقا لعملية التصنيع وهيكل المادة، يمكن تصنيف رقائق الألومنيوم لبطارية الليثيوم أيون إلى رقائق لامعة، رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون، وأنواع أخرى.
توفر سلسلة رقائق الألومنيوم للبطاريات من MC Aluminium خيارات مرنة للسمك والعرض لتلبية متطلبات المعالجة والأداء لكيميائيات البطارية المختلفة.
1. رقائق الألومنيوم اللامعة من جانب واحد
وصف:
رقائق الألومنيوم اللامعة ذات جانب واحد لها جانب واحد مشرق وجانب واحد غير لامع. وهو الشكل الأساسي لرقائق الألومنيوم المستخدمة في البطاريات، حيث يوازن بين التوصيل الكهربائي والقوة الميكانيكية والقدرة على التكيف في المعالجة.
سمات:
الموصلية الكهربائية ممتازة والقوة الميكانيكية
أداء ربط جيد مع المواد النشطة للقطب الكهربائي
توتر سطحي معتدل، مناسب لعمليات الطلاء
التطبيقات النموذجية:
مجمعات تيار الكاثود لخلايا البحث والتطوير المختبرية، والبطاريات التجريبية، وخلايا الجرح، والخلايا المكدسة.
المواصفات النموذجية: 16 ميكرومتر × 195 ملم
كثافة المساحة: 42 جم/م²
قوة الشد: 220 ميجا باسكال
استطالة: 2.2%
توتر التبلل السطحي: 30 نيوتن/م
السبائك والمزاج: 1235-H16/H18
التركيب الكيميائي: Al > 99.8%، مع كميات ضئيلة من Si، Cu، Fe، Mg، Zn، وTi
2. رقائق الألومنيوم اللامعة ذات الجانب المزدوج
وصف:
تتميز رقائق الألومنيوم اللامعة ذات الوجهين بأسطح لامعة على كلا الجانبين. إنه يوفر تسطيحًا عاليًا للسطح، توصيلًا كهربائيًا ممتازًا، ومقاومة فائقة للتآكل.
سمات:
هيكل متماثل مزدوج الجانب مع خشونة سطحية منخفضة
مقاومة ممتازة للتآكل وتحسين استقرار الواجهة
ليونة عالية وخصائص ميكانيكية مواتية
التطبيقات النموذجية:
مجمعات تيار الكاثود للبطاريات الصناعية، خاصة للبطاريات التي تتطلب اتساقًا عاليًا.
المواصفات النموذجية: 16 ميكرومتر × 196 ملم
كثافة المساحة: 42 جم/م²
قوة الشد: 220 ميجا باسكال
استطالة: 2.2%
توتر التبلل السطحي: 30 نيوتن/م
السبائك والمزاج: 1235-H16/H18
3. رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون من جانب واحد
وصف:
يتم إنتاج رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون من جانب واحد عن طريق وضع طبقة كربون موصلة على جانب واحد من رقائق الألومنيوم. يعمل هذا الهيكل على تحسين الترابط البيني والتوصيل الكهربائي.
سمات:
طلاء كربون موصل على جانب واحد يعزز الالتصاق وكفاءة نقل الإلكترون
يقلل من مقاومة السطح البيني ويحسن استقرار الدورة
يعمل الألمنيوم العاري على الجانب الخلفي على موازنة التوصيل والتحسين الهيكلي
التطبيقات النموذجية:
البطاريات ذات كثافة الطاقة العالية، والكاثودات التي تستخدم مواد عالية المعاوقة مثل المواد عالية النيكل وفوسفات حديد الليثيوم (LFP)، وكاثودات البطاريات ذات الحالة الصلبة.
المواصفات النموذجية: 16 ميكرومتر × 260 مم
سمك الطلاء: 1 ميكرومتر
عرض الطلاء: 230 ملم
كثافة المساحة: 41.8 ± 2 جم/م²
قابلية التبلل السطحي: ≥50 داين
اختبار المسح:> 200 دورة، لا يوجد فقدان للطلاء
اختبار الغمر بالكهرباء: لا يوجد تصفيح
4. رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون على الوجهين
وصف:
تتميز رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون على الوجهين بطبقات كربون على كلا الجانبين، مما يشكل شبكة موصلة مستمرة ويحقق مقاومة بينية أقل.
سمات:
توفر الطلاءات الكربونية على كلا الجانبين مسارات محسنة لنقل الإلكترون
يعزز عمر الدورة ومعدل الأداء
يساعد على منع تآكل المجمع الحالي ويحسن استقرار القطب الكهربائي
التطبيقات النموذجية:
بطاريات الطاقة، وخلايا الأكياس، وهياكل الألواح متعددة الأقطاب الكهربائية، وتطبيقات الشحن/التفريغ ذات المعدل العالي.
المواصفات النموذجية: 16 ميكرومتر × 260 مم
سمك طلاء الكربون: 1 + 1 ميكرومتر
عرض الطلاء: 230 ملم
كثافة المساحة: 42 ± 2 جم/م²
قابلية التبلل السطحي: ≥40 داين، مقاسة عند 55 داين
الاستطالة: >1.5%، مقاسة بنسبة 2.83%
قوة الشد: ≥180 نيوتن/مم²، مقاسة بـ 199.9 نيوتن/مم²
اختبار المسح:> 200 دورة، لا يوجد فقدان للطلاء
اختبار الغمر بالكهرباء: لا يوجد تفريغ بعد 24 ساعة
جدول مقارنة منتجات رقائق الألومنيوم للبطارية
| غرض | رقائق لامعة من جانب واحد | رقائق لامعة على الوجهين | رقائق معدنية مطلية بالكربون من جانب واحد | رقائق معدنية مطلية بالكربون على الوجهين |
| السماكة الإجمالية (ميكرومتر) | 9-30 | 9-30 | 9-30 | 9-30 |
| سمك طلاء الكربون (ميكرومتر) | - | - | 1 | 1+1 |
| كثافة المساحة (جم/م²) | 42 | 42 | 41.8 ± 2 | 42 ± 2 |
| قوة الشد (ميغاباسكال) | ≥180، قياس 220 | ≥180، قياس 200 | ≥180، قياس 200 | ≥180، قياس 200 |
| استطالة (٪) | >1.5، قياس 2.2 | >1.5، قياس 2.2 | >1.5، قياس 2.8 | >1.5، قياس 2.8 |
| توتر التبلل السطحي (داين) | ≥30 | ≥30 | ≥50 | ≥40، قياس 55 |
| عرض الطلاء (مم) | - | - | 230 ± 1 | 230 ± 1 |
| إجمالي عرض الرقائق (مم) | 50-300 | 50-300 | 50-300 | 50-300 |
| هامش الحافة غير المطلي (مم) | - | - | 15 ± 1 | 15 ± 1 |
| اختبار المسح (دورات) | - | - | > 200 | > 200 |
| اختبار الغمر بالكهرباء | - | - | لا التصفيح | لا التصفيح |
| معيار | جيجابايت/ت 1398-2010 | جيجابايت/ت 1398-2010 | المعيار الداخلي | المعيار الداخلي |
| تطبيقات نموذجية | البحث والتطوير المختبري | إنتاج البطاريات الصناعية | مواد عالية الطاقة/عالية المقاومة | بطاريات / خلايا الحقيبة عالية السرعة |
التصنيف حسب السماكة
يتم تصنيف رقائق الألومنيوم المخصصة للبطارية بشكل عام على أنها رقائق ألومنيوم رفيعة للغاية. نطاق السُمك الأكثر شيوعًا هو حوالي 10-20 ميكرومتر، على الرغم من أن المواصفات الفعلية تعتمد على نوع البطارية ونظام مادة الكاثود وعملية التصنيع.
رقائق ألومنيوم ذات بطارية رفيعة للغاية مقاس 10-12 ميكرومتر
تم تصميم فئة المنتج هذه بشكل أساسي للتطبيقات التي تسعى إلى كثافة طاقة عالية. تعمل رقائق الألومنيوم الرقيقة على تقليل نسبة المواد غير النشطة وتوفر مساحة أكبر للمواد النشطة، وبالتالي تحسين كثافة الطاقة الوزنية والحجمية.
التطبيقات النموذجية:
بطاريات الطاقة الكهربائية ذات الكثافة العالية للطاقة
بطاريات الالكترونيات الاستهلاكية الراقية
خلايا تخزين الطاقة خفيفة الوزن
منتجات البطاريات ذات متطلبات صارمة لخفض الوزن
رقائق ألومنيوم قياسية للبطارية مقاس 13-15 ميكرومتر
يعد نطاق السُمك هذا أحد المواصفات الأكثر شيوعًا لرقائق الألومنيوم الخاصة بالبطارية. فهو يوفر توازنًا جيدًا بين الأداء واستقرار المعالجة والتكلفة. يمكن أن يستوعب مجموعة متنوعة من عمليات طلاء الكاثود والتقويم ويستخدم على نطاق واسع في تصنيع البطاريات على نطاق واسع.
التطبيقات النموذجية:
بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد
بطاريات الليثيوم الثلاثية
بطاريات تخزين الطاقة
بطاريات أدوات الطاقة
بطاريات الدراجة الإلكترونية والكهربائية ذات العجلتين
بطاريات الالكترونيات الاستهلاكية المختارة
16-20 ميكرومتر ورقائق ألومنيوم أكثر سمكًا
توفر رقائق الألومنيوم ذات البطارية السميكة عمومًا قوة ميكانيكية أعلى وتحملًا أكبر للمعالجة. إنها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب استقرارًا معززًا في التصنيع، أو قوة القطب الكهربائي، أو هياكل الخلايا المتخصصة.
التطبيقات النموذجية:
بعض بطاريات تخزين الطاقة
أنظمة بطاريات عالية الأمان
خلايا البطارية ذات الهيكل الخاص
التطبيقات التي تتطلب قوة شد عالية ومقاومة للتجاعيد
التحقق من صحة البحث والتطوير ومراحل تطوير العملية
عمليات تصنيع رقائق البطارية
تشمل طرق التصنيع الرئيسية لرقائق الألومنيوم ذات بطارية الليثيوم الدرفلة على الساخن والصب والدرفلة المستمرة.
يتم إجراء الدرفلة على الساخن فوق درجة حرارة إعادة التبلور. الصب والدرفلة المستمرة، والمعروفة أيضًا باسم الدرفلة بدون سبائك، تجمع بين الصب والدرفلة في عملية تشكيل واحدة. بالمقارنة مع الدرفلة على الساخن، فإن الصب والدرفلة المستمر يزيل بعض الخطوات، مثل صب السبيكة والمعالجة الحرارية المتجانسة.
تقدم المنتجات المدرفلة على الساخن بشكل عام جودة أعلى، في حين أن الصب والدرفلة المستمرة توفر ميزة التكلفة. قد تظهر منتجات الصب والدرفلة المستمرة خطوطًا سطحية أكثر وضوحًا وحجم حبيبات أكبر، في حين أن صلابتها وجودة سطحها وتجانسها قد تكون أقل ملاءمة من تلك الخاصة بالمنتجات المدرفلة على الساخن. من ناحية أخرى، يتطلب الدرفلة على الساخن استثمارًا مرتفعًا نسبيًا في أفران التسخين ومصانع الدرفلة على الساخن، ويتضمن تدفق عملية أطول، ويستهلك المزيد من الطاقة، ويؤدي إلى ارتفاع تكاليف الإنتاج.
تركز رقائق البطارية بشكل خاص على قوة الشد العالية والليونة العالية. نظرًا لأن عملية الصب والدرفلة المستمرة قادرة بشكل عام على تلبية متطلبات إنتاج رقائق البطارية، وتوفر مزايا كبيرة من حيث التكلفة، فقد أصبحت الطريق المفضل للعديد من الشركات المصنعة لرقائق البطاريات.
تتبنى MC Aluminium عملية الدرفلة على الساخن لتلبية متطلبات المعالجة والسلامة للمكونات الهيكلية.
المتطلبات الفنية الأساسية لرقائق الألومنيوم للبطارية
1. السماكة والدقة
يتراوح سمك رقائق الألومنيوم للبطارية السائدة من 10 إلى 20 ميكرومتر ويستمر في الانخفاض. يبلغ معيار الصناعة المشترك حاليًا 15 ميكرومترًا، في حين حققت الشركات المصنعة الرائدة إنتاجًا ضخمًا مستقرًا لرقائق تتراوح من 12 إلى 13 ميكرومترًا. بعض الشركات الكبرى لديها سمك متقدم يصل إلى 9 ميكرومتر، 8 ميكرومتر، أو حتى 7 ميكرومتر.
مطلوب عمومًا التحكم في انحراف السُمك في حدود ±2%. وهذا يعني أنه عبر ورقة مماثلة في الحجم لورق A4، فإن الفرق بين النقاط الأكثر سمكًا ونحافة يمكن أن يكون أصغر من قطر شعرة الإنسان.
2. الخواص الميكانيكية
تتطلب رقائق الألومنيوم الخاصة بالبطارية عمومًا قوة شد لا تقل عن 180 ميجا باسكال. تتطلب بعض التطبيقات المتطورة 200 ميجا باسكال، أو حتى أكثر من 300 ميجا باسكال. في نفس الوقت، لتلبية متطلبات الطلاء والختم اللاحقة، من الضروري أيضًا الاستطالة الكافية، مثل ≥3%.
3. قابلية التبلل السطحي
لضمان التصاق طلاء جيد لملاط الكاثود على سطح رقائق الألومنيوم، مطلوب بشكل عام قيمة داين سطحية لا تقل عن 32 mN/m. قد تتطلب المنتجات المتطورة 36 مليون نيوتن/م أو حتى أكثر من 50 مليون نيوتن/م.
4. نظافة السطح
رقائق الألومنيوم الخاصة بالبطارية لها متطلبات صارمة للغاية فيما يتعلق بجودة السطح. العيوب مثل غبار الألومنيوم وجزيئات الحديد وخطوط الزيت السوداء والبقع الساطعة على الأسطح غير اللامعة غير مقبولة.
يتم أيضًا التحكم بشكل صارم في حفر السطح: لا يُسمح بالحفر التي يزيد قطرها عن 1 مم.
5. التسطيح وجودة الحافة
يجب التحكم في التسطيح بدقة، بشكل عام إلى 10 وحدات I. يجب أن تكون الحواف خالية من الشقوق والنتوءات.
6. بيئة الإنتاج
يجب أن يتم تصنيع رقائق الألومنيوم الخاصة بالبطارية في مرافق غرف الأبحاث عالية المستوى. النظافة مطلوبة عمومًا للوفاء بمعايير ISO Class 8.
تطبيقات رقائق الألومنيوم لبطارية ليثيوم أيون
1. بطاريات طاقة مركبات الطاقة الجديدة
هذا هو أكبر سوق تطبيقات لرقائق الألومنيوم المستخدمة في البطاريات.1235وتستخدم سبائك 1060، التي يتراوح سمكها عادةً بين 12 و15 ميكرومتر، على نطاق واسع في خلايا البطاريات ذات الغلاف الألومنيوم المنشورية. يمكنها دعم الشحن السريع من 2C إلى 6C، وتحقيق أكثر من 2000 دورة تفريغ شحن، وتمكين كثافة طاقة تتراوح بين 180 و220 واط ساعة/كجم.
2. أنظمة تخزين الطاقة (ESS)
مع النشر المتسارع لمشاريع تخزين طاقة الرياح والطاقة الشمسية والطاقة المتكاملة، يتزايد الطلب بسرعة على رقائق الألومنيوم للبطاريات في تطبيقات تخزين الطاقة.
1060 رقائق الألومنيومبسمك 18-20 ميكرومتر يستخدم على نطاق واسع في بطاريات تخزين الطاقة. يمكنها تحقيق أكثر من 6000 دورة وتوفر مزايا قوية في أداء التكلفة.
3. 3C الالكترونيات الاستهلاكية
تتطلب البطاريات الرفيعة وخفيفة الوزن وعالية السعة المستخدمة في الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية وغيرها من الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية متطلبات أعلى لسمك الرقاقة ونقائها. رقيقة جدا1070 رقائق الألومنيومبسمك 10-12 ميكرومتر هو الخيار المفضل لهذا القطاع.
4. بطاريات أيون الصوديوم: أكبر سوق ناشئة للنمو
يفتح التطور السريع لبطاريات أيونات الصوديوم فرصة نمو جديدة كبيرة لرقائق الألومنيوم المستخدمة في البطاريات.
على عكس بطاريات أيون الليثيوم، حيث يتم استخدام رقائق الألومنيوم بشكل عام فقط على جانب الكاثود، يمكن لبطاريات أيون الصوديوم استخدام رقائق الألومنيوم لكل من مجمعات تيار الكاثود والأنود. ونتيجة لذلك، يمكن أن يكون استهلاك رقائق الألومنيوم لكل جيجاوات ساعة في بطاريات أيون الصوديوم أكثر من ضعف استهلاك بطاريات الليثيوم أيون.
