رقائق الألومنيوم من فئة البطاريةتم تطويره وتصنيعه خصيصًا لبطاريات الليثيوم أيون. إنه بمثابة الركيزة الكاثودية ومجمع التيار، وهو في الأساس الإطار الذي يدعم المواد النشطة ويوصل الإلكترونات. تكون الرقاقة نظيفة وموحدة، مع سطح خالٍ من العيوب ولا يؤثر على التصاق الطلاء أو الأداء الكهربائي.
يستخدم جامعو تيار الكاثود التقليديون رقائق الألومنيوم العادية. ومع ذلك، مع تحرك البطاريات نحو الشحن فائق السرعة، والتفريغ بمعدل عالٍ، وإطالة عمر الدورة، أصبحت مقاومة التلامس ومخاطر التصفيح بين رقائق الألومنيوم العارية والمواد النشطة الكاثود تدريجيًا بمثابة اختناقات في الأداء. تعالج رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون هذه التحديات من خلال تطبيق طبقة كربون موصلة رفيعة للغاية على سطح رقائق الألومنيوم بمقياس ميكرون.
ما هو رقائق الألومنيوم المغلفة بالكربون؟
تشير رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون لبطاريات الليثيوم أيون إلى رقائق الألومنيوم أو سبائك الألومنيوم المستخدمة كمجمع تيار الكاثود في بطاريات الليثيوم أيون. جنبًا إلى جنب مع مواد الكاثود مثل فوسفات حديد الليثيوم (LFP)، وأكسيد كوبالت الليثيوم (LCO)، وأكسيد منغنيز الليثيوم (LMO)، فإنه يشكل جزءًا من كاثود بطارية أيون الليثيوم.
اعتمادا على عملية التصنيع والمواد المستخدمة، يمكن تصنيف رقائق الألومنيوم للبطارية إلى رقائق عادية، رقائق مغلفة، ورقائق الألومنيوم المركبة.
يتم إنتاج رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون عن طريق طلاء أحد أو كلا الجانبين بشكل موحد من رقائق الألومنيوم العادية المخصصة للبطارية بطبقة موصلة مركبة مصنوعة من جزيئات الكربون الموصلة النانوية، مثل أسود الكربون الموصل، أو الجرافين، أو أنابيب الكربون النانوية - والمواد الرابطة المتخصصة.
يبلغ سمك الطلاء عادةً 0.5-2 ميكرومتر فقط، ومع ذلك فهو يشكل "جسرًا مجهريًا" عالي الأداء بين المواد النشطة، مثل فوسفات حديد الليثيوم (LFP) ومواد NCM/NCA الثلاثية وركيزة رقائق الألومنيوم.
يمكن لرقائق الألومنيوم المطلية بالكربون أن تقلل بشكل كبير من المقاومة الداخلية لبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم. إنه يحسن الاتصال بين المواد النشطة والرقائق، بالإضافة إلى توصيل التيار داخل القطب الكهربائي، وبالتالي تعزيز قدرة المعدل، والأداء في درجات الحرارة المنخفضة، وأداء ركوب الدراجات، وأداء التخزين.
بالمقارنة مع بطاريات الليثيوم الثلاثية، تتمتع بطاريات LFP بموصلية كهربائية وكثافة طاقة أقل. طلاء الكربون يمكن أن يحسن أداء ركوب الدراجات لبطاريات LFP؛ ولذلك، فإن رقائق الألومنيوم المستخدمة في بطاريات LFP تتطلب عمومًا طلاء كربون.
هذا المنتج متوفر في النوعين A والنوع B، ولكل منهما خصائص مميزة:
النوع أ: مظهر أسود؛ يبلغ سمك الطلاء الإجمالي القياسي على كلا الجانبين 4-8 ميكرومتر. فهو يقدم أداء موصل أكثر وضوحا.
النوع ب: مظهر رمادي فاتح؛ يبلغ سمك الطلاء الإجمالي القياسي على كلا الجانبين 2-3 ميكرومتر. يمكن أن تحتفظ منطقة الطلاء بمناطق لحام صغيرة نسبيًا وتدعم فجوات الطلاء المتقطعة التي يمكن التعرف عليها بواسطة معدات الطلاء.
وظائف رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون
بالنسبة لبطاريات الليثيوم لمركبات الطاقة الجديدة، ترتبط قيمة المنتج الأعلى بشكل عام بأداء أقوى. تساهم رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون في تحسين أداء البطارية بالطرق التالية:
يمنع استقطاب البطارية، ويقلل من التأثيرات الحرارية، ويحسن أداء المعدل؛
يقلل من المقاومة الداخلية للبطارية ويقلل بشكل كبير من الزيادة في المقاومة الداخلية الديناميكية أثناء ركوب الدراجات؛
يحسن الاتساق ويطيل عمر دورة البطارية؛
يعزز الالتصاق بين المواد النشطة والمجمع الحالي، مما يقلل من تكاليف تصنيع القطب الكهربائي؛
يحمي المجمع الحالي من التآكل بالكهرباء.
يعمل على تحسين أداء بطاريات LFP في درجات الحرارة العالية والمنخفضة ويعزز قابلية معالجة مواد LFP وتيتات الليثيوم.
مواصفات رقائق الألومنيوم لركائز البطارية
| غرض | مواصفة |
| سبائك رقائق الألومنيوم | 1060، 1070، 1235، إلخ. |
| سماكة | 0.01-0.025 ملم |
| عرض | 200-1500 ملم، قابلة للتخصيص |
| قوة الشد | 40-150 ميجا باسكال |
| استطالة | > 1% |
| لفة القطر الداخلي الأساسية | 30-76.2 ملم، قابل للتخصيص |
| نقاء | >99.8% |
| سمك طلاء الكربون | 0.2-2 ميكرومتر، أحادية الجانب أو مزدوجة الجوانب |
| المعالجة السطحية | طلاء الكربون من جانب واحد أو طلاء الكربون على الوجهين |
| نمط الطلاء | طلاء مستمر أو طلاء متقطع |
| لون السطح | أسود أو رمادي غامق |
| طلب | جامع الكاثود الحالي |
مزايا الأداء الرئيسية لرقائق الألومنيوم المطلية بالكربون
1. الموصلية الكهربائية العالية
توفر المواد الكربونية توصيلًا إلكترونيًا ممتازًا، مما يساعد على تقليل استقطاب البطارية وتحسين كفاءة الشحن/التفريغ.
2. استقرار بيني ممتاز
يعمل طلاء الكربون على تحسين الاتصال بين رقائق الألومنيوم ومواد الكاثود، مما يعزز الاستقرار الهيكلي للقطب الكهربائي.
3. مقاومة جيدة للتآكل
تحمي طبقة الكربون سطح رقائق الألومنيوم، مما يقلل من مخاطر التآكل في بيئات الإلكتروليت ويحسن سلامة البطارية.
4. تحسين إمكانية معالجة الطلاء
بعد معالجة طلاء الكربون، تحسن سطح رقائق الألومنيوم من الخشونة وقابلية البلل، مما يساعد على:
ضمان طلاء الملاط الكاثود موحد؛
تقليل عيوب الطلاء.
تحسين اتساق الإنتاج.
5. التوافق مع كيمياء الكاثود المتعددة
يمكن استخدام رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون على نطاق واسع في أنظمة بطاريات الليثيوم أيون السائدة، بما في ذلك:
بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد (LFP)؛
بطاريات الليثيوم الثلاثية (NCM)؛
بطاريات أكسيد الكوبالت الليثيوم (LCO)؛
بطاريات أكسيد المنغنيز الليثيوم (LMO).
تطبيقات رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون
بطاريات ليثيوم أيون عالية الطاقة تستخدم مواد نشطة ذات جزيئات دقيقة؛
كاثودات فوسفات حديد الليثيوم؛
مادة ثلاثية الجسيمات الدقيقة أو كاثودات أكسيد منغنيز الليثيوم؛
المكثفات الفائقة؛
بطاريات الليثيوم الأولية، بما في ذلك كلوريد ثيونيل الليثيوم، وثاني أكسيد منغنيز الليثيوم، وحديد الليثيوم، وبطاريات الخلايا المعدنية، حيث يمكن أن تحل محل رقائق الألومنيوم المحفورة.
عملية إنتاج رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون
رقائق الألومنيوم المغلفة بالكربونيتم تصنيعه بشكل عام باستخدام عملية طلاء مستمرة. على الرغم من أن التركيبات والمعدات قد تختلف بين الشركات المصنعة، إلا أن العملية الشاملة تتضمن عادةً المراحل التالية.
1. معالجة سطح رقائق الألومنيوم
قبل الطلاء، يجب أن يكون سطح رقائق الألومنيوم نظيفًا وموحدًا وله طاقة سطحية مناسبة. اعتمادًا على متطلبات المنتج، يمكن استخدام إزالة الشحوم أو التنظيف أو تنشيط السطح أو عمليات المعالجة المسبقة الأخرى لتحسين قوة الترابط بين طبقة الكربون ورقائق الألومنيوم.
2. إعداد الطين الموصل
يتم خلط المواد الكربونية الموصلة والمجلدات والمذيبات والمواد المضافة الوظيفية وتشتيتها وطحنها لإنتاج ملاط كربون موصل ثابت.
3. طلاء دقيق
يتم استخدام طلاء الحفر، أو طلاء الحفر الدقيق، أو طلاء شريط الفاصلة، أو طرق الطلاء المستمر الأخرى لتطبيق الملاط الموصل بشكل موحد على سطح رقائق الألومنيوم.
اعتمادًا على متطلبات التطبيق، يمكن تصميم رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون على النحو التالي:
مطلي بالكربون من جانب واحد؛
مطلي بالكربون على الوجهين؛
مطلي بالكربون جزئيًا؛
مخطط المغلفة أو المغلفة منقوشة.
يعتبر طلاء الكربون على الوجهين مناسبًا لتصميمات الأقطاب الكهربائية الشائعة التي يتم فيها طلاء مادة الكاثود على كلا الجانبين. يساعد الطلاء الجزئي أو الشريطي على الاحتفاظ بمناطق محددة للحام أو التوصيل الكهربائي أو وظائف المعالجة الأخرى.
4. التجفيف والمعالجة
بعد الطلاء، تمر رقائق الألومنيوم عبر أفران التجفيف لتبخير المذيبات وعلاج الطلاء. تؤثر درجة حرارة التجفيف وتدفق الهواء وشد الويب وسرعة الخط على جودة الطلاء.
التجفيف السريع المفرط قد يسبب ضغطًا داخليًا عاليًا داخل الطلاء. قد يؤدي التجفيف غير الكافي إلى وجود مذيب متبقي، وعدم كفاية الالتصاق، ومشكلات الجودة الأخرى.
5. التفتيش والحز عبر الإنترنت
تخضع المنتجات النهائية عمومًا للفحص البصري، وقياس السُمك، وقياس وزن الطلاء، واختبار مقاومة السطح، واختبار الالتصاق، وفحص الثقب، وفحص استواء اللفة.
بالنسبة لمواد البطارية، يعد الاتساق أمرًا بالغ الأهمية. حتى العيوب الموضعية الطفيفة قد تتضخم أثناء تصنيع الأقطاب الكهربائية اللاحقة أو تدوير الخلايا، مما يؤثر على إنتاجية المنتج وسلامته وموثوقيته.
مقارنة الأداء: رقائق الألومنيوم العادية التقليدية مقابل رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون
| مؤشرات الأداء | رقائق الألومنيوم العادية التقليدية | رقائق الألومنيوم المغلفة بالكربون | تحسين الأداء |
| واجهة الاتصال المقاومة | عالية نسبيًا (حوالي 10–30 أوم·سم²) | منخفض للغاية (حوالي 1–5 أوم·سم²) | تقليل بنسبة 60%-80% |
| قوة قشر القطب | خط الأساس (1.0×) | مضاعف (2.0× – 3.0×) | زيادة بنسبة تزيد عن 100% |
| ارتفاع معدل معدل الاحتفاظ بقدرة التفريغ | ضعيف (استقطاب عالي بمعدلات عالية) | ممتاز (استقطاب منخفض، هضبة التفريغ المسطحة) | تحسن بنسبة 5%-15% |
| الاحتفاظ بالقدرة بعد 1000 دورة | معتدل | تحسن كبير | عمر أطول بنسبة 15%-30% |
| محتوى الموثق | متطلبات عالية | يمكن تخفيضها بشكل مناسب | يزيد بشكل غير مباشر من كثافة الطاقة |