Los colectores de corriente de papel de aluminio son uno de los principales materiales colectores de corriente catódicos en las baterías de iones de litio. Recogen la corriente eléctrica generada por el material activo del cátodo y la conducen al circuito externo. Al mismo tiempo, sirven como soporte para materiales activos catódicos, permitiendo la conversión de energía química en energía eléctrica. Por ello, los colectores de corriente de lámina de aluminio se utilizan ampliamente en las baterías de iones de litio.
Un cátodo de batería generalmente consta de una pestaña del cátodo, cinta adhesiva de alta temperatura, colector de corriente del cátodo de papel de aluminio y material activo del cátodo. La lámina de aluminio utilizada como colector de corriente del cátodo suele tener un espesor de 0,010 mm a 0,015 mm. Se utiliza ampliamente en baterías ternarias de litio, baterías de fosfato de hierro y litio (LFP), baterías de iones de sodio y otros sistemas de baterías.
Los principales grados de aleaciones de aluminio utilizados para la lámina colectora de corriente incluyen 1060, 1070, 1100 y 1235. Los espesores convencionales varían de 10 μm a 20 μm, mientras que algunos fabricantes de baterías utilizan láminas de 8 μm. La tendencia futura es hacia una mayor reducción del espesor, potencialmente hasta 6 μm.
El papel de aluminio se produce principalmente mediante laminación en caliente o colada y laminación continua. La mayoría de las láminas industriales de doble cero, láminas de un solo cero y láminas de batería pertenecen a la serie de aluminio puro y generalmente son adecuadas para la producción de laminación y colada continua. Aunque el papel para batería tiene requisitos significativamente más altos que el papel de aluminio estándar de 0,1 mm, las tecnologías y procesos de producción fundamentales son, en términos generales, similares.
Tipos comunes de papel de aluminio para baterías
Papel de aluminio apto para baterías: brillante por una cara / brillante por ambas caras
Papel de aluminio recubierto de carbono: recubierto por una cara / recubierto por ambas caras
1. Papel de aluminio apto para baterías
Aunque el aluminio tiene una conductividad eléctrica menor que el cobre, los conductores de aluminio requieren sólo aproximadamente la mitad de la masa de los conductores de cobre para transmitir la misma cantidad de electricidad. Por tanto, el uso de colectores de corriente de aluminio ayuda a mejorar la densidad energética de las baterías de iones de litio. Además, el aluminio es más rentable que el cobre.
Durante la carga y descarga de la batería de iones de litio, se forma una densa película de óxido en la superficie del colector de corriente de papel de aluminio. Esta película mejora la resistencia a la corrosión del papel de aluminio.
2. Papel de aluminio recubierto de carbono
El papel de aluminio recubierto de carbono es una innovadora tecnología de modificación de superficies para colectores de corriente de baterías. Se aplica un recubrimiento funcional que contiene uno o más materiales conductores a la superficie de la lámina de aluminio para formar una excelente red conductora bidimensional o tridimensional.
Luego, la lámina recubierta se combina con una resina conductora adecuada para sistemas a base de agua. Mediante simulación teórica y verificación experimental repetida, la formulación, el diseño estructural y las condiciones del proceso se optimizan continuamente.
Este proceso permite una capa de recubrimiento más delgada, una menor resistencia del recubrimiento y una adhesión más fuerte. Puede mejorar eficazmente el rendimiento electroquímico y la estabilidad del producto de las baterías de litio y es especialmente adecuado para sistemas de baterías de silicio-carbono.
Características del producto
| Papel de aluminio apto para baterías (brillante por una cara/brillante por las dos caras) | Papel de aluminio recubierto de carbono (una cara/dos caras) |
Excelente conductividad eléctrica; Buena estabilidad química; Buena compatibilidad y adhesión con materiales activos de electrodos; Estructura simétrica de doble cara; Densidad del metal cercana a la densidad teórica del aluminio; Rugosidad superficial muy baja; Alto alargamiento y resistencia a la tracción. | Aumente la tensión superficial del papel de aluminio; Mejorar la adhesión entre el papel de aluminio y los materiales activos; reducir la cantidad de aglutinante requerida en el electrodo; Mejorar la densidad de energía de la batería y su ciclo de vida; Proteger el colector actual; Reducir la resistencia interfacial; Mejorar la estabilidad y consistencia del producto; Aumentar la tasa de rendimiento de las celdas individuales y la tasa de coincidencia para el ensamblaje del paquete de baterías; Menores costos de producción. |
Especificaciones del papel de aluminio de la batería de iones de litio
| Artículo | Rango típico |
| Aleación | 1235, 1050, 1060, 1070, 1100, etc. |
| Temperamento | O, H18, etc. |
| Espesores comunes | 10μm, 12μm, 15μm, 16μm, 18μm, 20μm, etc. |
| Rango de espesor | Normalmente entre 8 μm y 30 μm; especificaciones especiales disponibles bajo petición. |
| Rango de ancho | 100 mm–1650 mm |
| IDENTIFICACIÓN | 76 mm, 152 mm, 300 mm, 505 mm, etc., o personalizados bajo pedido |
| DE | Determinado por la compatibilidad del equipo y el peso del rollo. |
| Peso de la bobina | Personalizable según la capacidad de carga del equipo y el ritmo de producción del cliente. |
| Condición de la superficie | Limpio y plano por ambos lados; libre de manchas de aceite, manchas de oxidación y marcas de hendiduras |
| Formularios de suministro | Rollos maestros, rollos cortados, rollos de ancho estrecho, hojas/bobinas cortadas a medida, etc. |
| Cantidad mínima de pedido | 3 toneladas |
| Nombre del producto | Papel de aluminio recubierto de carbono por una cara | Papel de aluminio recubierto de carbono de doble cara. |
| Grosor del papel de aluminio | 16 micras | |
| Ancho del papel de aluminio | 260±1mm | |
| Ancho de recubrimiento | 230±1mm | |
| Espesor del revestimiento | 11 micras | |
| Margen de recubrimiento (izquierda/derecha) | 15mm | |
| Humectabilidad superficial | >50 mujeres | / |
| Longitud | 20 m, 50 m, personalizado | / |
| Limpie con un paño sin pelusa; sin pelar. | >200 veces. | |
| Sumergir en electrolito durante 24 horas; sin pelar. | Ninguno | |
| Densidad de área | 41,8 ± 2 g/m² | 42 ± 2 g/m² |
| Alargamiento | >1,5% | |
| Resistencia a la tracción | >180N/mm² | |
| Personalizable | Personalizable (largo, ancho, grosor) | |
¿Por qué se utiliza papel de aluminio para los cátodos de las baterías de litio?
Las baterías de litio utilizan papel de aluminio para el cátodo y papel de cobre para el ánodo debido a la compatibilidad del potencial electroquímico.
El cátodo funciona a un potencial relativamente alto, normalmente por encima de 3 V. A un voltaje tan alto, la lámina de cobre es susceptible a la oxidación y la corrosión, lo que la hace inadecuada como colector de corriente del cátodo. El aluminio, sin embargo, forma naturalmente una densa película de pasivación de óxido de aluminio (Al₂O₃) en su superficie. Esta capa de óxido proporciona una excelente resistencia a la oxidación y la corrosión a altos potenciales, protegiendo eficazmente el sustrato de aluminio subyacente.
Por el contrario, si se utiliza papel de aluminio en el ánodo, puede alearse con litio a potenciales bajos (generalmente por debajo de 0,5 V frente a Li/Li⁺), lo que puede dañar la estructura de la lámina. Por lo tanto, el papel de aluminio es la opción estándar y preferida para los colectores de corriente catódicos.
Además de su compatibilidad electroquímica, el papel de aluminio se usa ampliamente porque combina alta conductividad, buenas propiedades mecánicas, baja densidad y ventajas de costo. El aluminio tiene buena conductividad eléctrica, aproximadamente 62% IACS, excelente ductilidad y puede enrollarse fácilmente en láminas ultrafinas. También ofrece una fuerte resistencia a la corrosión del electrolito de la batería.
Requisitos de rendimiento para el papel de aluminio de la batería
| Artículo de calidad | Requisitos |
| Espesor | La lámina de batería más fina alcanza actualmente los 8 μm. La tolerancia del espesor debe controlarse estrictamente, generalmente dentro de ±4%; algunos fabricantes de baterías requieren ±2%. |
| Calidad de la superficie | La superficie no debe contener poros ni hoyos de más de 1 mm de diámetro. Para fosas de 0,5 mm a 1 mm, generalmente se permiten menos de 3 defectos por m². El lado mate debe estar libre de puntos elevados y brillantes. |
| Tensión de humectación superficial | La mayoría de los clientes requieren una tensión de humectación superficial de 30 a 32 dinas/cm, mientras que algunos sistemas de materiales sensibles requieren valores de dinas más altos. |
| Calidad de borde | Los bordes cortados deben ser de alta calidad y estar libres de grietas y rebabas. |
| Propiedades mecánicas | A medida que se reduce el espesor de la lámina, se debe mejorar la resistencia a la tracción (Rm) en consecuencia para garantizar una resistencia adecuada a la rotura. El límite de endurecimiento por trabajo del aluminio comercialmente puro es de aproximadamente 310 N/mm². La resistencia a la tracción de la lámina de batería actual generalmente está en el rango de 190 a 280 N/mm². |
Requisitos de embalaje y transporte para papel de aluminio para baterías de litio
El papel de aluminio para baterías es extremadamente fino y tiene altos requisitos de calidad de superficie. Durante el transporte y almacenamiento, debe protegerse de la humedad, el polvo, los daños por presión, los rayones y la oxidación.
Los métodos de embalaje comunes incluyen:
Cubrir la superficie del papel de aluminio con papel protector o película protectora;
Utilizar papel resistente a la humedad y película protectora contra la humedad para envases sellados;
Agregar desecantes para reducir la exposición a la humedad durante el transporte marítimo o de larga distancia;
Asegurar bobinas con paletas de madera, bases de cajas de madera o marcos de soporte de acero;
Reforzar las bobinas con flejes de acero o film estirable para evitar que se aflojen durante el transporte;
Utilizar tarimas de madera fumigadas o materiales de embalaje libres de fumigación para envíos de exportación de acuerdo con los requisitos de transporte internacional.
Durante el almacenamiento, el papel de aluminio debe mantenerse en un ambiente seco, limpio y bien ventilado, lejos de medios corrosivos. Durante la manipulación, se deben evitar colisiones, compresión y contacto con objetos afilados para evitar daños en los bordes, rayones en la superficie o deformaciones de la bobina.
