ما هي متطلبات رقائق الألومنيوم المستخدمة في بطاريات الليثيوم أيون؟

رقائق الألومنيوم لبطارية ليثيوم أيونيشير إلى رقائق الألومنيوم وسبائك 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.

يشير الألومنيوم النقي إلى معدن به نسبة كتلة ألومنيوم لا تقل عن 99.00%، في حين تشير سبائك الألومنيوم إلى سبيكة تعتمد على الألومنيوم مع نسبة كتلة ألومنيوم أقل من 99.00%. رقائق الألومنيوم ذات بطارية ليثيوم أيون عبارة عن منتج ملفوف ذو مقطع عرضي مستطيل، وسمك موحد يتراوح من 0.008 مم إلى 0.020 مم، وعرض لا يتجاوز 1600.0 مم، ويتم توفيره بشكل عام في ملفات.

الاستخدامات الرئيسية لرقائق الألومنيوم في بطاريات الليثيوم أيون

في بطاريات الليثيوم أيون، يتم استخدام رقائق الألومنيوم في المقام الأول كمجمع تيار الكاثود.

هيكل البطارية النموذجي هو كما يلي:

المادة الفعالة للكاثود ← مادة موصلة ← مادة رابطة ← مجمع تيار رقائق الألومنيوم ← فاصل ← الأنود ← مجمع تيار رقائق النحاس

تشمل الوظائف الرئيسية لرقائق الألومنيوم ما يلي:

1. جمع الإلكترونات من الكاثود

أثناء عملية الشحن والتفريغ لبطارية الليثيوم أيون، تقوم المواد النشطة للكاثود بتوليد أو استقبال الإلكترونات. تقوم رقائق الألومنيوم بجمع الإلكترونات ونقلها إلى الدائرة الخارجية بكفاءة، مما يحسن كفاءة شحن وتفريغ البطارية.

2. دعم طلاء الكاثود

يجب أن يتم طلاء ملاط ​​الكاثود بشكل موحد على سطح رقائق الألومنيوم. لذلك، يجب أن توفر الرقاقة التصاقًا جيدًا للسطح لمنع طلاء القطب الكهربائي من التقشر.

3. تحسين سلامة البطارية

تساعد رقائق الألومنيوم عالية الجودة على تقليل العيوب مثل الثقوب والشقوق والشوائب، وبالتالي تقليل مخاطر الدوائر القصيرة الداخلية والانفلات الحراري.

رقائق الألومنيوم لبطاريات الليثيوم

في الوقت الحاضر، تستخدم صناعة بطاريات الليثيوم بشكل عام رقائق الألومنيوم المدرفلة كمجمع تيار الكاثود. تشمل درجات السبائك الشائعة درجات الألومنيوم من سلسلة 1000 مثل 1060 و1050 و1145 و1235، مع استخدام المزاج القاسي، وخاصة H18، على نطاق واسع. تحتوي هذه السبائك على نسبة عالية من الألومنيوم، بدرجة نقاء تتجاوز 99.00%.

فيما بينها،1235 رقائق الألومنيوميستخدم على نطاق واسع لمجمعات تيار الكاثود لبطارية الليثيوم أيون بسبب نقائه العالي، والتوصيل الكهربائي الممتاز، وأداء المعالجة الجيد، ومحتوى الشوائب المنخفض.

تحتوي رقائق الألومنيوم 1070 و1060 على نسبة عالية من الألومنيوم، بشكل عام ≥99.6%، وموصلية عالية. إنها مناسبة لتطبيقات بطاريات الطاقة ذات متطلبات الأداء الكهربائي الصعبة.

وفقا لعملية التصنيع وهيكل المواد، يمكن تصنيف رقائق الألومنيوم لبطارية الليثيوم أيون إلى:

• رقائق الألومنيوم العارية

• ورق الألمنيوم المطلي

• رقائق الألومنيوم المركبة

يتم إنتاج رقائق الألومنيوم المطلية بالكربون عن طريق وضع طبقة كربون موصلة على سطح رقائق الألومنيوم. يمكن أن يقلل بشكل كبير من المقاومة الداخلية للبطارية، ويحسن الاتصال بين المواد النشطة والرقائق، ويعزز توصيل التيار داخل القطب الكهربائي. ونتيجة لذلك، يمكنه تحسين أداء معدل البطارية، والأداء في درجات الحرارة المنخفضة، وعمر الدورة، وأداء التخزين.

من ناحية أخرى، تستخدم مجمعات التيار المركبة أفلام البوليمر كركائز ويتم إنتاجها من خلال عمليات مثل المعدنة الفراغية. أنها توفر المزايا المحتملة لكثافة الطاقة العالية وتحسين السلامة.

مواصفات منتج رقائق الألومنيوم للبطارية

مزايا أداء رقائق الألومنيوم لبطارية الليثيوم أيون

الموصلية الكهربائية العالية

مصنوعة من الألومنيوم عالي النقاء، وتوفر رقائق الألومنيوم الخاصة بالبطارية توصيلًا كهربائيًا ممتازًا. يمكن أن يقلل من المقاومة الداخلية للبطارية ويحسن كفاءة الشحن والتفريغ.

قوة عالية واستطالة جيدة

إنه يوفر خصائص ميكانيكية جيدة وأقل عرضة للكسر أثناء عمليات الطلاء والتقويم والقطع عالية السرعة، مما يحسن استقرار الإنتاج.

أبعاد رفيعة للغاية وعالية الدقة

بفضل السُمك الموحد ودقة الأبعاد العالية، يمكن لرقائق الألومنيوم تقليل وزن البطارية بشكل فعال وزيادة كثافة طاقة البطارية.

جودة سطح ممتازة

يعزز السطح النظيف والمسطح التصاق طبقات مادة الكاثود، مما يحسن تناسق القطب الكهربائي والأداء العام للبطارية.

مقاومة جيدة للتآكل

يمكن لرقائق الألومنيوم الخاصة بالبطارية أن تتحمل بيئة الإلكتروليت الداخلية لبطاريات الليثيوم أيون، مما يضمن أداءً مستقرًا أثناء ركوب الدراجات على المدى الطويل.

قابلية معالجة جيدة

إنها تتمتع بتوافق ممتاز مع الدرفلة والختم والطلاء، مما يلبي متطلبات الإنتاج الضخم لبطاريات الطاقة وبطاريات تخزين الطاقة وتطبيقات البطاريات المتقدمة الأخرى.

سلامة وموثوقية عالية

يساعد التحكم الصارم في الثقوب والشوائب والعيوب السطحية على تقليل مخاطر حدوث دوائر قصيرة داخلية وتحسين سلامة البطارية.

متطلبات الأداء لرقائق الألومنيوم المستخدمة في بطاريات الليثيوم أيون

1. الأبعاد والسمك

الاتجاه نحو رقائق رقيقة جدا

تتراوح سماكة رقائق الألومنيوم للبطارية التقليدية بشكل عام من 12μm إلى 15μm. مع التقدم في تكنولوجيا الدرفلة، اعتمدت تطبيقات بطاريات الطاقة وبطاريات تخزين الطاقة السائدة على نطاق واسع رقائق الألومنيوم فائقة الرقة في نطاق 9μm إلى 10μm. حتى أن بعض المنتجات المتطورة تقترب من حد 8μm.

متطلبات التسامح سمك ضيق للغاية

عندما تصبح الرقائق أرق، يصبح توحيد السماكة أمرًا بالغ الأهمية بشكل متزايد. بشكل عام، يجب التحكم في انحراف السُمك عبر نفس الشريط في حدود ±4%.

إذا كان السُمك غير متناسق، فإن سُمك الملاط المطلي سيختلف، مما قد يتسبب في الحمل الزائد للتيار الموضعي، والإجهاد الميكانيكي غير المتساوي، وانخفاض كبير في عمر البطارية وسلامتها.

2. الخواص الميكانيكية

يتضمن تصنيع قطب البطارية عمليات متعددة، بما في ذلك الطلاء عالي السرعة، والتجفيف بدرجة حرارة عالية، والتقويم عالي الضغط، والقطع المتكرر. تتطلب هذه العمليات أن تتمتع رقائق الألومنيوم بقوة ميكانيكية ممتازة.

قوة الشد العالية

مع استمرار زيادة كثافة ضغط القطب الكهربائي، تفرض عملية التقويم ضغطًا كبيرًا على رقائق الألومنيوم. تتطلب معايير الصناعة والشركات المصنعة الرائدة لخلايا البطاريات بشكل عام أن تتمتع رقائق الألومنيوم للبطارية بقوة شد تتراوح من 180 ميجا باسكال إلى 200 ميجا باسكال أو أكثر.

قد تتطلب بعض رقائق الألومنيوم فائقة الرقة وعالية القوة قوة شد تتراوح من 270 ميجا باسكال إلى 280 ميجا باسكال لمنع كسر الشريط أثناء التقويم والشد عالي السرعة.

استطالة مناسبة

إذا كانت رقائق الألومنيوم صلبة أو هشة للغاية، فإنها يمكن أن تتشقق أو تنكسر أثناء الثني واللف. لذلك، يجب أن تكون الاستطالة بشكل عام حوالي 1.5% إلى 3.0%، مما يضمن المرونة الكافية أثناء عمليات تجميع الخلايا مثل اللف أو التراص.

3. جودة السطح

نظافة السطح

يجب أن يكون لسطح رقائق الألومنيوم لون موحد ونظافة عالية واستواء جيد. يجب أن تكون خالية من علامات اللف الواضحة، والنقر، والثقوب، وعلامات التآكل، والتجاعيد، والبقع، والخطوط الساطعة، وغيرها من عيوب التدحرج.

يجب ألا يكون هناك اختلاف ملحوظ في اللون، أو تلوث بالزيت، أو رائحة زيت قوية، أو بقع زيتية مرئية. إن متطلبات الجسيمات الأجنبية، بما في ذلك مسحوق الألومنيوم ومسحوق الحديد، صارمة بشكل خاص، ويتم التحكم فيها بشكل عام عند أقل من 50 مجم لكل 300000 متر مربع.

يتم الإنتاج عادةً في بيئات غرف الأبحاث عالية المستوى.

التحكم في الثقب

الثقوب هي واحدة من العيوب الأكثر خطورة في رقائق الألومنيوم. لا تتطلب رقائق بطارية الطاقة المتطورة بشكل عام أكثر من 0.7 ثقبًا لكل متر مربع. قد تتطلب بعض المنتجات المتميزة عدم وجود ثقوب لكل متر مربع.

بالنسبة لبعض الشركات المصنعة المتقدمة، يعد عدد الثقب الذي يقل عن 0.3 ثقبًا لكل متر مربع بمثابة مستوى تحكم مستهدف بالفعل.

قابلية التبلل السطحي: قيمة داين

لضمان جودة الطلاء، يجب عمومًا ألا تقل قيمة داين سطح رقائق الألومنيوم عن 32 داين. تتطلب بعض المنتجات المتطورة قيمًا تبلغ 34 داينًا أو حتى 36 داينًا.

تشير قيمة داين إلى قابلية التبلل السطحي وأداء الالتصاق لرقائق الألومنيوم. إنه أمر بالغ الأهمية للطلاء والتصفيح وعمليات تصنيع البطاريات ذات الصلة.

تأليب القيود

يجب ألا يحتوي سطح الرقاقة على حفر يزيد قطرها عن 1 مم. يجب أن تقتصر الحفر التي يتراوح حجمها بين 0.5 ملم و1 ملم على أقل من ثلاثة لكل متر مربع، ويجب ألا تظهر الحفر التي يبلغ حجمها حوالي 0.5 ملم في مجموعات مركزة.

الاختلافات في متطلبات رقائق الألومنيوم لأنواع مختلفة من بطاريات الليثيوم