Stromkollektoren aus Aluminiumfolie sind eines der Hauptmaterialien für Kathodenstromkollektoren in Lithium-Ionen-Batterien. Sie sammeln den vom Kathodenaktivmaterial erzeugten elektrischen Strom und leiten ihn an den externen Stromkreis weiter. Gleichzeitig dienen sie als Träger für Kathodenaktivmaterialien und ermöglichen so die Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie. Stromkollektoren aus Aluminiumfolie werden daher häufig in Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt.
Eine Batteriekathode besteht im Allgemeinen aus einer Kathodenlasche, einem Hochtemperaturklebeband, einem Kathodenstromkollektor aus Aluminiumfolie und einem aktiven Kathodenmaterial. Die als Kathodenstromkollektor verwendete Aluminiumfolie ist typischerweise 0,010 mm–0,015 mm dick. Es wird häufig in ternären Lithiumbatterien, Lithiumeisenphosphatbatterien (LFP), Natriumionenbatterien und anderen Batteriesystemen verwendet.
Zu den wichtigsten Aluminiumlegierungssorten, die für Stromkollektorfolien verwendet werden, gehören 1060, 1070, 1100 und 1235. Die gängigen Dicken liegen zwischen 10 μm und 20 μm, während einige Batteriehersteller 8 μm-Folie verwenden. Der zukünftige Trend geht zu einer weiteren Dickenreduzierung, möglicherweise bis zu 6 μm.
Aluminiumfolie wird hauptsächlich durch Warmwalzen oder Stranggießen und Walzen hergestellt. Die meisten allgemeinen industriellen Doppel-Null-Folien, Einzel-Null-Folien und Batteriefolien gehören zur Serie aus reinem Aluminium und eignen sich im Allgemeinen für die Strangguss- und Walzproduktion. Obwohl an Batteriefolien deutlich höhere Anforderungen gestellt werden als an Standard-0,1-mm-Aluminiumfolien, sind die grundlegenden Produktionstechnologien und -prozesse weitgehend ähnlich.
Gängige Arten von Batteriealuminiumfolie
Aluminiumfolie in Batteriequalität: einseitig hell / beidseitig hell
Kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie: einseitig beschichtet / doppelseitig beschichtet
1. Aluminiumfolie in Batteriequalität
Obwohl Aluminium eine geringere elektrische Leitfähigkeit als Kupfer hat, benötigen Aluminiumleiter nur etwa die Hälfte der Masse von Kupferleitern, um die gleiche Strommenge zu übertragen. Daher trägt der Einsatz von Aluminium-Stromkollektoren dazu bei, die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien zu verbessern. Darüber hinaus ist Aluminium kostengünstiger als Kupfer.
Beim Laden und Entladen von Lithium-Ionen-Batterien bildet sich auf der Oberfläche des Stromkollektors aus Aluminiumfolie ein dichter Oxidfilm. Dieser Film erhöht die Korrosionsbeständigkeit der Aluminiumfolie.
2. Kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie
Kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie ist eine innovative Oberflächenmodifikationstechnologie für Batteriestromabnehmer. Auf die Oberfläche der Aluminiumfolie wird eine funktionelle Beschichtung aufgetragen, die ein oder mehrere leitfähige Materialien enthält, um ein hervorragendes zwei- oder dreidimensionales leitfähiges Netzwerk zu bilden.
Die beschichtete Folie wird dann mit leitfähigem Harz kombiniert, das für wasserbasierte Systeme geeignet ist. Durch theoretische Simulation und wiederholte experimentelle Verifizierung werden Rezeptur, Strukturdesign und Prozessbedingungen kontinuierlich optimiert.
Dieses Verfahren ermöglicht eine dünnere Beschichtungsschicht, einen geringeren Beschichtungswiderstand und eine stärkere Haftung. Es kann die elektrochemische Leistung und Produktstabilität von Lithiumbatterien effektiv verbessern und eignet sich besonders für Silizium-Kohlenstoff-Batteriesysteme.
Produktmerkmale
| Aluminiumfolie in Batteriequalität (einseitig glänzend/doppelseitig glänzend) | Carbonbeschichtete Aluminiumfolie (einseitig/doppelseitig) |
Ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit; Gute chemische Stabilität; Gute Kompatibilität und Haftung mit elektrodenaktiven Materialien; Symmetrische doppelseitige Struktur; Metalldichte nahe der theoretischen Dichte von Aluminium; Sehr geringe Oberflächenrauheit; Hohe Dehnung und Zugfestigkeit. | Erhöhen Sie die Oberflächenspannung der Aluminiumfolie; Verbessern Sie die Haftung zwischen der Aluminiumfolie und den aktiven Materialien. Reduzieren Sie die in der Elektrode erforderliche Menge an Bindemittel. Verbessern Sie die Energiedichte und Lebensdauer der Batterie. Schützen Sie den Stromabnehmer. Grenzflächenwiderstand reduzieren; Verbessern Sie die Produktstabilität und -konsistenz; Erhöhen Sie die Ausbeute einzelner Zellen und die Anpassungsrate für die Batteriepackmontage. Niedrigere Produktionskosten. |
Spezifikationen für Lithium-Ionen-Akku-Aluminiumfolie
| Artikel | Typischer Bereich |
| Legierung | 1235, 1050, 1060, 1070, 1100 usw. |
| Temperament | O, H18 usw |
| Gängige Dicken | 10 μm, 12 μm, 15 μm, 16 μm, 18 μm, 20 μm usw. |
| Dickenbereich | Typischerweise 8 μm–30 μm; Sonderspezifikationen auf Anfrage erhältlich. |
| Breitenbereich | 100 mm–1650 mm |
| AUSWEIS | 76 mm, 152 mm, 300 mm, 505 mm usw. oder auf Anfrage individuell angepasst |
| VON | Bestimmt durch Gerätekompatibilität und Rollengewicht |
| Spulengewicht | Anpassbar basierend auf der Auslastungskapazität der Ausrüstung und dem Produktionstempo des Kunden |
| Oberflächenzustand | Auf beiden Seiten sauber und flach; frei von Ölflecken, Oxidationsflecken und Druckstellen |
| Lieferformen | Masterrollen, Schnittrollen, Schmalrollen, abgelängte Bleche/Coils usw. |
| Mindestbestellmenge | 3 Tonnen |
| Produktname | Einseitig mit Carbon beschichtete Aluminiumfolie | Doppelseitig kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie |
| Dicke der Aluminiumfolie | 16 µm | |
| Breite der Aluminiumfolie | 260 ± 1 mm | |
| Beschichtungsbreite | 230 ± 1 mm | |
| Beschichtungsdicke | 11 µm | |
| Beschichtungsrand (links/rechts) | 15 mm | |
| Oberflächenbenetzbarkeit | >50 Frauen | / |
| Länge | 20 m, 50 m, individuell | / |
| Mit einem fusselfreien Tuch abwischen; kein Abblättern. | >200 Mal. | |
| 24 Stunden lang in Elektrolyt eintauchen; kein Abblättern. | Keiner | |
| Flächendichte | 41,8 ± 2 g/m² | 42 ± 2 g/m² |
| Verlängerung | >1,5 % | |
| Zugfestigkeit | >180 N/mm² | |
| Anpassbar | Anpassbar (Länge, Breite, Dicke) | |
Warum wird Aluminiumfolie für Lithiumbatteriekathoden verwendet?
Aufgrund der elektrochemischen Potenzialkompatibilität verwenden Lithiumbatterien Aluminiumfolie für die Kathode und Kupferfolie für die Anode.
Die Kathode arbeitet bei einem relativ hohen Potential, typischerweise über 3 V. Bei einer so hohen Spannung ist Kupferfolie anfällig für Oxidation und Korrosion, was sie als Kathodenstromkollektor ungeeignet macht. Aluminium bildet jedoch von Natur aus einen dichten Passivierungsfilm aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) auf seiner Oberfläche. Diese Oxidschicht bietet eine hervorragende Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Potentialen und schützt so das darunter liegende Aluminiumsubstrat wirksam.
Wenn umgekehrt Aluminiumfolie an der Anode verwendet wird, kann es bei niedrigen Potentialen – im Allgemeinen unter 0,5 V gegenüber Li/Li⁺ – zu einer Legierung mit Lithium kommen, wodurch die Folienstruktur beschädigt werden kann. Daher ist Aluminiumfolie die bevorzugte und standardmäßige Wahl für Kathodenstromkollektoren.
Neben ihrer elektrochemischen Verträglichkeit wird Aluminiumfolie häufig verwendet, da sie eine hohe Leitfähigkeit, gute mechanische Eigenschaften, eine geringe Dichte und Kostenvorteile vereint. Aluminium hat eine gute elektrische Leitfähigkeit, etwa 62 % IACS, eine ausgezeichnete Duktilität und lässt sich leicht zu ultradünnen Folien rollen. Es bietet außerdem eine starke Beständigkeit gegen Batterieelektrolytkorrosion.
Leistungsanforderungen für Batteriealuminiumfolie
| Qualitätsartikel | Anforderungen |
| Dicke | Die dünnste Batteriefolie erreicht derzeit 8 μm. Die Dickentoleranz muss streng kontrolliert werden, im Allgemeinen innerhalb von ±4 %; Einige Batteriehersteller verlangen ±2 %. |
| Oberflächenqualität | Die Oberfläche darf keine Löcher oder Grübchen mit einem Durchmesser von mehr als 1 mm enthalten. Bei Grübchen von 0,5 mm–1 mm sind grundsätzlich weniger als 3 Fehlstellen pro m² zulässig. Die matte Seite muss frei von Erhebungen und hellen Stellen sein. |
| Oberflächenbenetzungsspannung | Die meisten Kunden benötigen eine Oberflächenbenetzungsspannung von 30–32 Dyn/cm, während einige empfindliche Materialsysteme höhere Dyn-Werte erfordern. |
| Kantenqualität | Schlitzkanten müssen von hoher Qualität und frei von Kantenrissen und Graten sein. |
| Mechanische Eigenschaften | Mit abnehmender Foliendicke muss die Zugfestigkeit (Rm) entsprechend verbessert werden, um eine ausreichende Bruchfestigkeit zu gewährleisten. Die Kaltverfestigungsgrenze von handelsüblichem Reinaluminium liegt bei ca. 310 N/mm². Die aktuelle Zugfestigkeit von Batteriefolien liegt im Allgemeinen im Bereich von 190–280 N/mm². |
Verpackungs- und Transportanforderungen für Lithiumbatterie-Aluminiumfolie
Batteriealuminiumfolie ist extrem dünn und stellt hohe Anforderungen an die Oberflächenqualität. Während des Transports und der Lagerung muss es vor Feuchtigkeit, Staub, Druckschäden, Kratzern und Oxidation geschützt werden.
Zu den gängigen Verpackungsmethoden gehören:
Abdecken der Aluminiumfolienoberfläche mit Schutzpapier oder Schutzfolie;
Verwendung von feuchtigkeitsbeständigem Papier und Feuchtigkeitsbarrierefolie für versiegelte Verpackungen;
Zugabe von Trockenmitteln, um die Feuchtigkeitsbelastung bei Seefracht oder Ferntransporten zu reduzieren;
Sicherung von Coils mit Holzpaletten, Holzkistenböden oder Stahlstützrahmen;
Verstärkung der Spulen mit Stahlbändern oder Stretchfolie, um ein Lösen während des Transports zu verhindern;
Verwendung begaster Holzpaletten oder begasungsfreier Verpackungsmaterialien für Exportsendungen gemäß den internationalen Transportanforderungen.
Während der Lagerung sollte Aluminiumfolie in einer trockenen, sauberen und gut belüfteten Umgebung, entfernt von korrosiven Medien, aufbewahrt werden. Während der Handhabung sollten Kollisionen, Druck und Kontakt mit scharfen Gegenständen vermieden werden, um Kantenschäden, Oberflächenkratzer oder Spulenverformungen zu vermeiden.