Kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie für Lithium-Ionen-Batterien

Aluminiumfolie in Batteriequalitätist speziell für Lithium-Ionen-Batterien entwickelt und gefertigt. Es dient als Kathodensubstrat und Stromkollektor – im Wesentlichen als Gerüst, das aktive Materialien trägt und Elektronen leitet. Die Folie ist sauber und gleichmäßig, mit einer fehlerfreien Oberfläche, die weder die Haftung der Beschichtung noch die elektrische Leistung beeinträchtigt.

Herkömmliche Kathodenstromkollektoren verwenden einfache Aluminiumfolie. Mit der Entwicklung von Batterien hin zu ultraschnellem Laden, schneller Entladung und längerer Zyklenlebensdauer sind jedoch der Kontaktwiderstand und das Delaminierungsrisiko zwischen blanker Aluminiumfolie und aktiven Kathodenmaterialien nach und nach zu Leistungsengpässen geworden. Kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie begegnet diesen Herausforderungen, indem sie eine ultradünne leitfähige Kohlenstoffschicht auf die Oberfläche der Aluminiumfolie im Mikrometerbereich aufträgt.

Was ist kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie?

Unter kohlenstoffbeschichteter Aluminiumfolie für Lithium-Ionen-Batterien versteht man Aluminium- oder Aluminiumlegierungsfolien, die als Kathodenstromkollektor in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden. Zusammen mit Kathodenmaterialien wie Lithiumeisenphosphat (LFP), Lithiumkobaltoxid (LCO) und Lithiummanganoxid (LMO) ist es Teil der Kathode der Lithium-Ionen-Batterie.

Abhängig vom Herstellungsverfahren und den verwendeten Materialien kann Batteriealuminiumfolie in einfache Folie, beschichtete Folie und Verbundaluminiumfolie eingeteilt werden.

Kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie wird hergestellt, indem eine oder beide Seiten einer batterietauglichen Aluminiumfolie gleichmäßig mit einer leitfähigen Verbundschicht aus nanoskaligen leitfähigen Kohlenstoffpartikeln wie leitfähigem Ruß, Graphen oder Kohlenstoffnanoröhren und speziellen Bindemitteln beschichtet werden.

Die Beschichtung ist typischerweise nur 0,5–2 μm dick, bildet jedoch eine leistungsstarke „mikroskopische Brücke“ zwischen aktiven Materialien wie Lithiumeisenphosphat (LFP) und ternären NCM/NCA-Materialien und dem Aluminiumfoliensubstrat.

Kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie kann den Innenwiderstand von Lithium-Eisenphosphat-Batterien deutlich reduzieren. Es verbessert den Kontakt zwischen aktiven Materialien und der Folie sowie die Stromleitung innerhalb der Elektrode und verbessert dadurch die Geschwindigkeitsfähigkeit, die Leistung bei niedrigen Temperaturen, die Zyklenleistung und die Speicherleistung.

Im Vergleich zu ternären Lithiumbatterien weisen LFP-Batterien eine geringere elektrische Leitfähigkeit und Energiedichte auf. Eine Kohlenstoffbeschichtung kann die Zyklenleistung von LFP-Batterien verbessern; Daher erfordert die für LFP-Batterien verwendete Aluminiumfolie im Allgemeinen eine Kohlenstoffbeschichtung.

Dieses Produkt ist in Typ A und Typ B erhältlich, jeweils mit unterschiedlichen Eigenschaften:

Typ A: Schwarzes Aussehen; Die standardmäßige Gesamtschichtdicke auf beiden Seiten beträgt 4–8 μm. Es bietet eine herausragendere Leitfähigkeit.

Typ B: Hellgraues Aussehen; Die standardmäßige Gesamtschichtdicke auf beiden Seiten beträgt 2–3 μm. Der Beschichtungsbereich kann relativ kleine Schweißzonen beibehalten und unterstützt intermittierende Beschichtungslücken, die von Beschichtungsgeräten erkennbar sind.

Funktionen von kohlenstoffbeschichteter Aluminiumfolie

Bei Lithiumbatterien für neue Energiefahrzeuge ist ein höherer Produktwert im Allgemeinen mit einer stärkeren Leistung verbunden. Kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie trägt auf folgende Weise zur Batterieleistung bei:

• Unterdrückt die Batteriepolarisierung, reduziert thermische Effekte und verbessert die Geschwindigkeitsleistung;

• Reduziert den Innenwiderstand der Batterie und verringert den Anstieg des dynamischen Innenwiderstands während des Radfahrens erheblich;

• Verbessert die Konsistenz und verlängert die Batterielebensdauer;

• Verbessert die Haftung zwischen aktiven Materialien und dem Stromkollektor und senkt so die Kosten für die Elektrodenherstellung;

• Schützt den Stromkollektor vor Elektrolytkorrosion;

• Verbessert die Leistung von LFP-Batterien bei hohen und niedrigen Temperaturen und verbessert die Verarbeitbarkeit von LFP- und Lithiumtitanat-Materialien.

Aluminiumfolienspezifikationen für Batteriesubstrate

Wesentliche Leistungsvorteile von kohlenstoffbeschichteter Aluminiumfolie

1. Hohe elektrische Leitfähigkeit

Kohlenstoffmaterialien bieten eine hervorragende Elektronenleitfähigkeit, tragen dazu bei, die Polarisierung der Batterie zu reduzieren und die Lade-/Entladeeffizienz zu verbessern.

2. Ausgezeichnete Grenzflächenstabilität

Die Kohlenstoffbeschichtung verbessert den Kontakt zwischen der Aluminiumfolie und den Kathodenmaterialien und erhöht so die strukturelle Stabilität der Elektrode.

3. Gute Korrosionsbeständigkeit

Die Kohlenstoffschicht schützt die Oberfläche der Aluminiumfolie, reduziert Korrosionsrisiken in Elektrolytumgebungen und verbessert die Batteriesicherheit.

4. Verbesserte Verarbeitbarkeit der Beschichtung

Nach der Kohlenstoffbeschichtung weist die Oberfläche der Aluminiumfolie eine verbesserte Rauheit und Benetzbarkeit auf, was dazu beiträgt:

Sorgen Sie für eine gleichmäßige Kathodenaufschlämmungsbeschichtung.

Beschichtungsfehler reduzieren;

Verbessern Sie die Produktionskonsistenz.

5. Kompatibilität mit mehreren Kathodenchemien

Kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie kann in großem Umfang in gängigen Lithium-Ionen-Batteriesystemen verwendet werden, darunter:

Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP);

Ternäre Lithiumbatterien (NCM);

Lithium-Kobaltoxid-Batterien (LCO);

Lithium-Mangan-Oxid-Batterien (LMO).

Anwendungen von kohlenstoffbeschichteter Aluminiumfolie

Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterien mit feinteiligen Aktivmaterialien;

Lithium-Eisenphosphat-Kathoden;

Feinteiliges ternäres Material oder Lithium-Manganoxid-Kathoden;

Superkondensatoren;

Primäre Lithiumbatterien, einschließlich Lithium-Thionylchlorid, Lithium-Mangandioxid, Lithium-Eisen und Knopfzellenbatterien, wo sie geätzte Aluminiumfolie ersetzen können.

Herstellungsprozess von kohlenstoffbeschichteter Aluminiumfolie

Carbonbeschichtete Aluminiumfoliewird in der Regel im kontinuierlichen Beschichtungsverfahren hergestellt. Obwohl Formulierungen und Ausrüstung von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich sein können, umfasst der Gesamtprozess typischerweise die folgenden Schritte.

1. Oberflächenbehandlung mit Aluminiumfolie

Vor dem Beschichten muss die Oberfläche der Aluminiumfolie sauber und gleichmäßig sein und eine geeignete Oberflächenenergie aufweisen. Je nach Produktanforderung können Entfettung, Reinigung, Oberflächenaktivierung oder andere Vorbehandlungsprozesse eingesetzt werden, um die Verbindungsfestigkeit zwischen der Kohlenstoffschicht und der Aluminiumfolie zu verbessern.

2. Vorbereitung der leitfähigen Aufschlämmung

Leitfähige Kohlenstoffmaterialien, Bindemittel, Lösungsmittel und funktionelle Additive werden gemischt, dispergiert und gemahlen, um eine stabile leitfähige Kohlenstoffaufschlämmung herzustellen.

3. Präzisionsbeschichtung

Tiefdruckbeschichtung, Mikrogravurbeschichtung, Komma-Bar-Beschichtung oder andere kontinuierliche Beschichtungsverfahren werden verwendet, um die leitfähige Aufschlämmung gleichmäßig auf die Aluminiumfolienoberfläche aufzutragen.

Abhängig von den Anwendungsanforderungen kann kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie wie folgt ausgeführt sein:

Einseitig kohlenstoffbeschichtet;

Doppelseitig kohlenstoffbeschichtet;

Teilweise kohlenstoffbeschichtet;

Streifenbeschichtet oder gemustert beschichtet.

Die doppelseitige Kohlenstoffbeschichtung eignet sich für gängige Elektrodenkonstruktionen, bei denen das Kathodenmaterial beidseitig beschichtet ist. Durch die Teil- oder Streifenbeschichtung bleiben bestimmte Bereiche zum Schweißen, für elektrische Verbindungen oder für andere Verarbeitungsfunktionen erhalten.

4. Trocknen und Aushärten

Nach der Beschichtung durchläuft die Aluminiumfolie Trockenöfen, um Lösungsmittel zu verdampfen und die Beschichtung auszuhärten. Trocknungstemperatur, Luftstrom, Bahnspannung und Liniengeschwindigkeit beeinflussen alle die Beschichtungsqualität.

Eine zu schnelle Trocknung kann zu hohen inneren Spannungen innerhalb der Beschichtung führen. Eine unzureichende Trocknung kann zu Lösungsmittelrückständen, unzureichender Haftung und anderen Qualitätsproblemen führen.

5. Online-Inspektion und -Schneiden

Fertige Produkte werden im Allgemeinen einer Sichtprüfung, Dickenmessung, Beschichtungsgewichtsmessung, Oberflächenwiderstandsprüfung, Haftungsprüfung, Lochprüfung und Walzenplanheitsprüfung unterzogen.

Bei Batteriematerialien ist die Konsistenz entscheidend. Selbst geringfügige lokale Defekte können sich bei der anschließenden Elektrodenherstellung oder dem Zellzyklus verstärken und die Produktausbeute, -sicherheit und -zuverlässigkeit beeinträchtigen.

Leistungsvergleich: Herkömmliche einfache Aluminiumfolie vs. kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie