Lithium-Ionen-Akku aus Aluminiumfoliebezieht sich auf Aluminium- und 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.
Unter Reinaluminium versteht man ein Metall mit einem Aluminium-Massenanteil von nicht weniger als 99,00 %, während sich unter einer Aluminiumlegierung eine Legierung auf Aluminiumbasis mit einem Aluminium-Massenanteil von weniger als 99,00 % versteht. Aluminiumfolie für Lithium-Ionen-Batterien ist ein Walzprodukt mit rechteckigem Querschnitt, gleichmäßiger Dicke im Bereich von 0,008 mm bis 0,020 mm und einer Breite von nicht mehr als 1.600,0 mm und wird im Allgemeinen in Rollen geliefert.
Hauptverwendungen von Aluminiumfolie in Lithium-Ionen-Batterien
In Lithium-Ionen-Batterien wird hauptsächlich Aluminiumfolie als Kathodenstromkollektor verwendet.
Eine typische Batteriestruktur ist wie folgt:
Aktives Kathodenmaterial → Leitfähiges Additiv → Bindemittel → Stromkollektor aus Aluminiumfolie → Separator → Anode → Stromkollektor aus Kupferfolie
Zu den Hauptfunktionen von Aluminiumfolie gehören:
1. Sammeln von Elektronen von der Kathode
Während des Lade- und Entladevorgangs einer Lithium-Ionen-Batterie erzeugen oder empfangen kathodenaktive Materialien Elektronen. Aluminiumfolie sammelt effizient Elektronen und überträgt sie an den externen Stromkreis, wodurch die Lade-Entlade-Effizienz der Batterie verbessert wird.
2. Unterstützung der Kathodenbeschichtung
Die Kathodenaufschlämmung muss gleichmäßig auf die Oberfläche der Aluminiumfolie aufgetragen werden. Daher muss die Folie eine gute Oberflächenhaftung bieten, um ein Abblättern der Elektrodenbeschichtung zu verhindern.
3. Verbesserung der Batteriesicherheit
Hochwertige Aluminiumfolie trägt zur Reduzierung von Defekten wie Nadellöchern, Rissen und Verunreinigungen bei und verringert so das Risiko von internen Kurzschlüssen und thermischem Durchgehen.
Aluminiumfolie für Lithiumbatterien
Derzeit verwendet die Lithiumbatterieindustrie im Allgemeinen gerollte Aluminiumfolie als Kathodenstromkollektor. Zu den gängigen Legierungssorten gehören Aluminiumsorten der 1000er-Serie wie 1060, 1050, 1145 und 1235, wobei Hartvergütung, insbesondere H18, weit verbreitet ist. Diese Legierungen haben einen hohen Aluminiumgehalt mit einer Reinheit von über 99,00 %.
Darunter,1235 Aluminiumfoliewird aufgrund seiner hohen Reinheit, hervorragenden elektrischen Leitfähigkeit, guten Verarbeitungsleistung und niedrigen Verunreinigungsgehalt häufig für Kathodenstromkollektoren von Lithium-Ionen-Batterien verwendet.
1070- und 1060-Aluminiumfolien haben einen hohen Aluminiumgehalt, im Allgemeinen ≥99,6 %, und eine hohe Leitfähigkeit. Sie eignen sich für Leistungsbatterieanwendungen mit anspruchsvollen elektrischen Leistungsanforderungen.
Je nach Herstellungsverfahren und Materialstruktur kann Aluminiumfolie für Lithium-Ionen-Batterien in folgende Kategorien eingeteilt werden:
Blanke Aluminiumfolie
Beschichtete Aluminiumfolie
Verbundaluminiumfolie
Kohlenstoffbeschichtete Aluminiumfolie wird durch Aufbringen einer leitfähigen Kohlenstoffschicht auf die Aluminiumfolienoberfläche hergestellt. Es kann den Innenwiderstand der Batterie erheblich reduzieren, den Kontakt zwischen aktiven Materialien und Folie verbessern und die Stromleitung innerhalb der Elektrode verbessern. Dadurch können die Batterieleistung, die Leistung bei niedrigen Temperaturen, die Zyklenlebensdauer und die Speicherleistung verbessert werden.
Verbundstromkollektoren hingegen verwenden Polymerfolien als Substrate und werden durch Prozesse wie Vakuummetallisierung hergestellt. Sie bieten potenzielle Vorteile einer hohen Energiedichte und einer verbesserten Sicherheit.
Produktspezifikationen für Batterie-Aluminiumfolie
| Artikel | Parameter |
| Material | 1235, 1070, 1060, 1050 |
| Temperament | O Temperament, H Temperament |
| Dicke | 8µm–20µm |
| Breite | Individuell nach Kundenwunsch |
| Oberfläche | Doppelseitig hell oder einseitig hell |
| Verpackung | Spulenverpackung, feuchtigkeitsbeständige Verpackung |
Leistungsvorteile der Lithium-Ionen-Batterie-Aluminiumfolie
Hohe elektrische Leitfähigkeit
Die aus hochreinem Aluminium hergestellte Batterie-Aluminiumfolie bietet eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit. Es kann den Innenwiderstand der Batterie verringern und die Lade- und Entladeeffizienz verbessern.
Hohe Festigkeit und gute Dehnung
Es bietet gute mechanische Eigenschaften und bricht bei Hochgeschwindigkeitsbeschichtungs-, Kalandrierungs- und Schlitzprozessen seltener, wodurch die Produktionsstabilität verbessert wird.
Ultradünne, hochpräzise Abmessungen
Mit gleichmäßiger Dicke und hoher Maßgenauigkeit kann Aluminiumfolie das Batteriegewicht effektiv reduzieren und die Energiedichte der Batterie erhöhen.
Hervorragende Oberflächenqualität
Eine saubere und ebene Oberfläche verbessert die Haftung der Kathodenmaterialbeschichtungen und verbessert so die Elektrodenkonsistenz und die Gesamtleistung der Batterie.
Gute Korrosionsbeständigkeit
Batteriealuminiumfolie hält der internen Elektrolytumgebung von Lithium-Ionen-Batterien stand und gewährleistet so eine stabile Leistung bei Langzeitzyklen.
Gute Verarbeitbarkeit
Es verfügt über eine hervorragende Walz-, Stanz- und Beschichtungskompatibilität und erfüllt die Anforderungen der Massenproduktion von Leistungsbatterien, Energiespeicherbatterien und anderen fortschrittlichen Batterieanwendungen.
Hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit
Eine strenge Kontrolle von Nadellöchern, Verunreinigungen und Oberflächendefekten trägt dazu bei, das Risiko interner Kurzschlüsse zu verringern und die Batteriesicherheit zu verbessern.
Leistungsanforderungen für Aluminiumfolie, die in Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird
1. Abmessungen und Dicke
Trend zur ultradünnen Folie
Herkömmliche Aluminiumfolie für Batterien hat im Allgemeinen eine Dicke von 12 μm bis 15 μm. Mit den Fortschritten in der Walztechnologie haben gängige Anwendungen für Energiebatterien und Energiespeicherbatterien in großem Umfang ultradünne Aluminiumfolien im Bereich von 9 μm bis 10 μm eingeführt. Einige High-End-Produkte nähern sich sogar der 8μm-Grenze.
Extrem enge Dickentoleranzanforderungen
Je dünner die Folie wird, desto wichtiger wird die Gleichmäßigkeit der Dicke. Im Allgemeinen muss die Dickenabweichung über dasselbe Band hinweg innerhalb von ±4 % kontrolliert werden.
Wenn die Dicke inkonsistent ist, variiert die Dicke der beschichteten Aufschlämmung, was möglicherweise zu örtlicher Stromüberlastung, ungleichmäßiger mechanischer Belastung und erheblichen Verkürzungen der Batterielebensdauer und -sicherheit führt.
2. Mechanische Eigenschaften
Die Herstellung von Batterieelektroden umfasst mehrere Prozesse, darunter Hochgeschwindigkeitsbeschichtung, Hochtemperaturtrocknung, Hochdruckkalandrierung und wiederholtes Schlitzen. Diese Prozesse erfordern eine hervorragende mechanische Festigkeit der Aluminiumfolie.
Hohe Zugfestigkeit
Da die Verdichtungsdichte der Elektroden weiter zunimmt, übt der Kalandrierungsprozess eine erhebliche Belastung auf die Aluminiumfolie aus. Industriestandards und führende Batteriezellenhersteller verlangen im Allgemeinen eine Zugfestigkeit von Batteriealuminiumfolie von etwa 180 MPa bis 200 MPa oder mehr.
Einige ultradünne, hochfeste Aluminiumfolien erfordern möglicherweise eine Zugfestigkeit von 270 MPa bis 280 MPa, um einen Bandbruch beim Kalandrieren und Hochgeschwindigkeitsspannen zu verhindern.
Angemessene Dehnung
Wenn Aluminiumfolie zu hart oder spröde ist, kann sie beim Biegen und Wickeln reißen oder brechen. Daher muss die Dehnung im Allgemeinen etwa 1,5 % bis 3,0 % betragen, um eine ausreichende Flexibilität bei Zellmontageprozessen wie dem Wickeln oder Stapeln sicherzustellen.
3. Oberflächenqualität
Oberflächenreinheit
Die Oberfläche der Aluminiumfolie sollte eine gleichmäßige Farbe, hohe Sauberkeit und gute Ebenheit aufweisen. Es sollte frei von offensichtlichen Rollspuren, Lochfraß, Nadellöchern, Korrosionsspuren, Falten, Flecken, hellen Linien und anderen Rollfehlern sein.
Es dürfen keine merklichen Farbabweichungen, Ölverunreinigungen, starker Ölgeruch oder sichtbare Ölflecken vorhanden sein. Die Anforderungen an Fremdpartikel, einschließlich Aluminiumpulver und Eisenpulver, sind besonders streng und liegen im Allgemeinen bei ≤50 mg pro 300.000 Quadratmeter.
Die Produktion erfolgt typischerweise in Reinraumumgebungen mit hohem Standard.
Pinhole-Kontrolle
Nadellöcher gehören zu den kritischsten Fehlern in Aluminiumfolie. High-End-Power-Batteriefolie erfordert im Allgemeinen nicht mehr als 0,7 Nadellöcher pro Quadratmeter. Bei einigen Premium-Produkten sind möglicherweise sogar keine Nadellöcher pro Quadratmeter erforderlich.
Für bestimmte fortschrittliche Hersteller ist eine Lochanzahl von weniger als 0,3 Nadellöchern pro Quadratmeter bereits ein angestrebter Kontrollwert.
Oberflächenbenetzbarkeit: Dyn-Wert
Um die Qualität der Beschichtung sicherzustellen, muss der Dynwert der Aluminiumfolienoberfläche im Allgemeinen mindestens 32 Dyn betragen. Einige High-End-Produkte erfordern Werte von 34 Dyn oder sogar 36 Dyn.
Der Dyn-Wert gibt die Oberflächenbenetzbarkeit und Haftungsleistung von Aluminiumfolie an. Es ist entscheidend für Beschichtungs-, Laminierungs- und damit verbundene Batterieherstellungsprozesse.
Lochfraßbeschränkungen
Die Folienoberfläche sollte keine Vertiefungen mit einem Durchmesser von mehr als 1 mm enthalten. Grübchen mit einer Größe zwischen 0,5 mm und 1 mm sollten auf weniger als drei pro Quadratmeter begrenzt werden, und Grübchen mit einer Größe von etwa 0,5 mm dürfen nicht in konzentrierten Gruppen auftreten.
Unterschiede in den Anforderungen an Aluminiumfolie für verschiedene Lithiumbatterietypen
| Batterien für Unterhaltungselektronik | Bei Batterien, die in Mobiltelefonen, Tablets, Laptops, tragbaren Geräten und ähnlicher Elektronik verwendet werden, legen sie im Allgemeinen Wert auf Dünnheit, geringes Gewicht und hohe Energiedichte. | Dünnere Folienstärke Höhere Dickenkonsistenz Gute Oberflächenebenheit Hervorragende Beschichtungsverträglichkeit Niedrige Pinhole-Rate Stabile Wickelverarbeitbarkeit |
| Power-Batterien | An die Batterien von Elektrofahrzeugen werden höhere Anforderungen an Sicherheit, Lebensdauer und Chargenkonsistenz gestellt. | Hohe Festigkeit bei entsprechender Dehnung Stabile Lieferung in langen Spulen Geringe Gratbildung und geringes Bandbruchrisiko Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit Kompatibilität mit Hochgeschwindigkeitsbeschichtung und Hochgeschwindigkeitswicklung Konsistente Leistung zwischen Produktionschargen Strenge Kontrolle von Fremdmaterialien und Partikeln |
| Energiespeicherbatterien | Energiespeicherbatterien werden in der Regel in großem Maßstab hergestellt und sind für lange Betriebszyklen ausgelegt. Sie legen größeren Wert auf Kosteneffizienz, langfristige Zuverlässigkeit und Stabilität der Lieferkette. | Kostenkontrolle Langzeitstabilität Gleichbleibende Qualität Großvolumige Lieferfähigkeit Kompatibilität mit gängigen Kathodensystemen wie Lithiumeisenphosphat Geringe Fehlerraten und stabile Verarbeitungsleistung |
| Hochleistungsbatterien | Elektrowerkzeuge, elektrische Zweiräder, Hybridfahrzeuge und bestimmte Spezialgeräte erfordern Batterien, die mit hohem Strom geladen und entladen werden können. | Geringer elektrischer Widerstand Hervorragende elektrische Leitfähigkeit Höhere mechanische Festigkeit Gute Wärmeableitung und Schnittstellenstabilität Starke Beschichtungshaftung Korrosionsbeständigkeit bei Hochgeschwindigkeitszyklen |