La lámina de batería es uno de los materiales fundamentales utilizados en las baterías de litio para vehículos de nuevas energías. En la industria de las baterías de iones de litio, el papel de aluminio enrollado se utiliza comúnmente como colector de corriente del cátodo.
Como componente esencial de la estructura del electrodo de la batería de litio, el colector de corriente sirve como portador de materiales activos y como vía para recolectar y transmitir corriente eléctrica. Un colector de corriente ideal debería ofrecer alta conductividad eléctrica, excelente estabilidad química, fuerte rendimiento de unión, bajo costo, flexibilidad y construcción liviana.
Se utiliza papel de aluminio como colector de corriente del cátodo, mientras que papel de cobre se utiliza como colector de corriente del ánodo. El aluminio es abundante, rentable, fácilmente disponible y muy dúctil. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, el aluminio puede alearse con iones de litio en el lado del ánodo, mientras que el cobre puede oxidarse en el lado del cátodo. Por lo tanto, la lámina de aluminio se utiliza generalmente como colector de corriente del cátodo y la lámina de cobre como colector de corriente del ánodo.
la calidad depapel de aluminio de la bateríaafecta directamente la capacidad de la batería, la capacidad de velocidad, el ciclo de vida y la seguridad. Con el rápido crecimiento de los vehículos de nueva energía y los equipos de almacenamiento de energía, las baterías de iones de litio están imponiendo requisitos cada vez más estrictos a los materiales centrales. Como resultado, el umbral técnico para el papel de aluminio apto para baterías sigue aumentando.
Aleaciones comunes para papel de aluminio apto para baterías
El papel de aluminio apto para baterías utiliza principalmente aleaciones de aluminio puro de la serie 1000, caracterizadas por un alto contenido de aluminio, con una pureza que alcanza más del 99,00 %. El temperamento más común es el temperamento duro, como el H18.
Los siguientes son los tres grados de aleaciones principales y sus aplicaciones típicas:
Papel de aluminio 1235
La aleación 1235 es actualmente el grado más utilizado en el sector de las baterías eléctricas. Con alta pureza, excelente conductividad eléctrica, excepcional uniformidad de espesor ultrafino y estabilidad mecánica, se ha convertido en un material clave para garantizar la densidad de energía, la vida útil y la seguridad de la batería.
Su resistencia a la tracción puede superar los 140 MPa, el alargamiento puede alcanzar ≥3% y la precisión del espesor se puede controlar dentro de ±3%.
Papel de aluminio 1060
La aleación 1060 contiene al menos un 99,6% de aluminio. Proporciona una mejor conductividad eléctrica y resistencia a la corrosión, lo que lo hace ampliamente utilizado en baterías de almacenamiento de energía y aplicaciones generales de baterías de energía.
Papel de aluminio 1070
La aleación 1070 ofrece la mayor pureza, ≥99,70%. Es adecuado para aplicaciones de baterías digitales de alta gama con requisitos de conductividad extremadamente exigentes.
| Grado de aleación | Pureza | Espesor típico | Aplicaciones típicas |
| 1235 | ≥99,35% | 12-15 µm | Baterías eléctricas, baterías de iones de sodio. |
| 1060 | ≥99,60% | 15-20 µm | Baterías de almacenamiento de energía, baterías de energía general. |
| 1070 | ≥99,70% | 10-12 µm | Baterías digitales de alta gama |
Tipos de papel de aluminio para baterías de iones de litio
Según el proceso de fabricación y la estructura del material, el papel de aluminio para baterías de iones de litio se puede clasificar en papel brillante, papel de aluminio recubierto de carbono y otros tipos.
La serie de láminas de aluminio para baterías de MC Aluminium ofrece opciones flexibles de espesor y ancho para cumplir con los requisitos de procesamiento y rendimiento de diferentes químicas de baterías.
1. Papel de aluminio brillante de un solo lado
Descripción:
El papel de aluminio brillante de una sola cara tiene un lado brillante y otro mate. Es la forma más básica de papel de aluminio utilizado en baterías, equilibrando la conductividad eléctrica, la resistencia mecánica y la adaptabilidad del procesamiento.
Características:
Excelente conductividad eléctrica y resistencia mecánica.
Buen rendimiento de unión con materiales activos de electrodos.
Tensión superficial moderada, adecuada para procesos de recubrimiento.
Aplicaciones típicas:
Colectores de corriente catódica para celdas de investigación y desarrollo de laboratorio, baterías a escala piloto, celdas bobinadas y celdas apiladas.
Especificaciones típicas: 16 μm × 195 mm
Densidad superficial: 42 g/m²
Resistencia a la tracción: 220 MPa
Alargamiento: 2,2%
Tensión de humectación superficial: 30 N/m
Aleación y temple: 1235-H16/H18
Composición química: Al >99,8%, con trazas de Si, Cu, Fe, Mg, Zn y Ti
2. Papel de aluminio brillante de doble cara
Descripción:
El papel de aluminio brillante de doble cara presenta superficies brillantes en ambos lados. Ofrece una superficie muy plana, excelente conductividad eléctrica y resistencia superior a la corrosión.
Características:
Estructura simétrica de doble cara con baja rugosidad superficial
Excelente resistencia a la corrosión y estabilidad de interfaz mejorada
Alta ductilidad y propiedades mecánicas favorables.
Aplicaciones típicas:
Colectores de corriente catódicos para baterías de grado industrial, especialmente para baterías que requieren alta consistencia.
Especificaciones típicas: 16 μm × 196 mm
Densidad superficial: 42 g/m²
Resistencia a la tracción: 220 MPa
Alargamiento: 2,2%
Tensión de humectación superficial: 30 N/m
Aleación y temple: 1235-H16/H18
3. Papel de aluminio recubierto de carbono por un solo lado
Descripción:
El papel de aluminio recubierto de carbono de un solo lado se produce aplicando una capa de carbono conductor a un lado del papel de aluminio. Esta estructura mejora la unión interfacial y la conductividad eléctrica.
Características:
El recubrimiento de carbono conductor en un lado mejora la adhesión y la eficiencia del transporte de electrones.
Reduce la resistencia interfacial y mejora la estabilidad del ciclo.
El aluminio desnudo en el reverso equilibra la conductividad y la optimización estructural.
Aplicaciones típicas:
Baterías de alta densidad de potencia, cátodos que utilizan materiales de alta impedancia, como materiales con alto contenido de níquel y fosfato de hierro y litio (LFP), y cátodos de baterías de estado sólido.
Especificaciones típicas: 16 μm × 260 mm
Espesor del revestimiento: 1 μm
Ancho de revestimiento: 230 mm
Densidad superficial: 41,8 ± 2 g/m²
Humectabilidad superficial: ≥50 dinas
Prueba de limpieza: >200 ciclos, sin pérdida de recubrimiento
Prueba de inmersión en electrolito: sin delaminación
4. Papel de aluminio recubierto de carbono por ambos lados
Descripción:
La lámina de aluminio recubierta de carbono de doble cara presenta recubrimientos de carbono en ambos lados, formando una red conductora continua y logrando una menor resistencia interfacial.
Características:
Los revestimientos de carbono en ambos lados proporcionan rutas de transporte de electrones mejoradas
Mejora la vida útil del ciclo y el rendimiento de la tasa.
Ayuda a prevenir la corrosión del colector de corriente y mejora la estabilidad del electrodo.
Aplicaciones típicas:
Baterías de alimentación, celdas de bolsa, estructuras de láminas de electrodos múltiples y aplicaciones de carga/descarga de alta velocidad.
Especificaciones típicas: 16 μm × 260 mm
Espesor del recubrimiento de carbono: 1 + 1 μm
Ancho de revestimiento: 230 mm
Densidad superficial: 42 ± 2 g/m²
Humectabilidad de la superficie: ≥40 dinas, medida a 55 dinas
Alargamiento: >1,5%, medido al 2,83%
Resistencia a la tracción: ≥180 N/mm², medida a 199,9 N/mm²
Prueba de limpieza: >200 ciclos, sin pérdida de recubrimiento
Prueba de inmersión en electrolito: sin delaminación después de 24 horas
Tabla comparativa de productos de papel de aluminio para batería
| Artículo | Lámina brillante de un solo lado | Lámina brillante de doble cara | Lámina recubierta de carbono de un solo lado | Lámina recubierta de carbono de doble cara |
| Espesor total (μm) | 9-30 | 9-30 | 9-30 | 9-30 |
| Espesor del recubrimiento de carbono (μm) | - | - | 1 | 1+1 |
| Densidad superficial (g/m²) | 42 | 42 | 41,8 ± 2 | 42 ± 2 |
| Resistencia a la tracción (MPa) | ≥180, medido 220 | ≥180, medido 200 | ≥180, medido 200 | ≥180, medido 200 |
| Alargamiento (%) | >1,5, medido 2,2 | >1,5, medido 2,2 | >1,5, medido 2,8 | >1,5, medido 2,8 |
| Tensión de humectación superficial (dina) | ≥30 | ≥30 | ≥50 | ≥40, medido 55 |
| Ancho de recubrimiento (mm) | - | - | 230 ± 1 | 230 ± 1 |
| Ancho total de la lámina (mm) | 50–300 | 50–300 | 50–300 | 50–300 |
| Margen del borde sin recubrimiento (mm) | - | - | 15 ± 1 | 15 ± 1 |
| Prueba de limpieza (ciclos) | - | - | >200 | >200 |
| Prueba de inmersión en electrolitos | - | - | Sin delaminación | Sin delaminación |
| Estándar | GB/T 1398-2010 | GB/T 1398-2010 | Estándar interno | Estándar interno |
| Aplicaciones típicas | I+D de laboratorio | Producción de baterías industriales. | Materiales de alta potencia/alta impedancia | Baterías de alta velocidad/pilas de bolsa |
Clasificación por espesor
El papel de aluminio apto para baterías generalmente se clasifica como papel de aluminio ultrafino. El rango de espesor más común es de aproximadamente 10 a 20 μm, aunque la especificación real depende del tipo de batería, el sistema de material del cátodo y el proceso de fabricación.
Papel de aluminio para batería ultrafino de 10 a 12 μm
Esta categoría de productos está diseñada principalmente para aplicaciones que buscan una alta densidad de energía. El papel de aluminio más fino reduce la proporción de materiales inactivos y proporciona más espacio para los materiales activos, mejorando así la densidad de energía tanto gravimétrica como volumétrica.
Aplicaciones típicas:
Baterías de alta densidad energética para vehículos eléctricos
Baterías de electrónica de consumo de alta gama
Células de almacenamiento de energía ligeras
Productos de batería con estrictos requisitos de reducción de peso.
Papel de aluminio para batería estándar de 13 a 15 μm
Este rango de espesor es una de las especificaciones más comunes para el papel de aluminio para baterías. Proporciona un buen equilibrio entre rendimiento, estabilidad de procesamiento y costo. Puede adaptarse a una variedad de procesos de calandrado y revestimiento de cátodos y se usa ampliamente en la fabricación de baterías a gran escala.
Aplicaciones típicas:
Baterías de fosfato de hierro y litio
Baterías ternarias de litio
Baterías de almacenamiento de energía
Baterías para herramientas eléctricas
Baterías para bicicletas eléctricas y vehículos eléctricos de dos ruedas
Baterías seleccionadas para electrónica de consumo.
Papel de aluminio de 16 a 20 μm y más grueso
El papel de aluminio para baterías más grueso generalmente ofrece mayor resistencia mecánica y mayor tolerancia de procesamiento. Es adecuado para aplicaciones que requieren estabilidad de fabricación mejorada, resistencia de electrodos o estructuras celulares especializadas.
Aplicaciones típicas:
Ciertas baterías de almacenamiento de energía.
Sistemas de baterías de alta seguridad
Celdas de batería de estructura especial
Aplicaciones que requieren alta resistencia a la tracción del electrodo y resistencia a las arrugas.
Etapas de validación de I+D y desarrollo de procesos.
Procesos de fabricación de láminas para baterías
Las principales rutas de fabricación de papel de aluminio para baterías de litio incluyen el laminado en caliente y la colada y laminado continuo.
La laminación en caliente se realiza por encima de la temperatura de recristalización. La colada y laminación continua, también conocida como laminación sin lingotes, combina la fundición y la laminación en un solo proceso de conformado. En comparación con el laminado en caliente, la colada y el laminado continuos eliminan ciertos pasos, como la fundición de lingotes y el tratamiento térmico de homogeneización.
Los productos laminados en caliente generalmente ofrecen mayor calidad, mientras que la fundición y laminación continua proporcionan una ventaja de costos. Los productos de fundición y laminación continua pueden presentar rayas superficiales más pronunciadas y un tamaño de grano mayor, mientras que su dureza, calidad superficial y uniformidad pueden ser menos favorables que las de los productos laminados en caliente. Por otro lado, la laminación en caliente requiere una inversión relativamente alta en hornos de calentamiento y laminadores en caliente, implica un flujo de proceso más largo, consume más energía y genera mayores costos de producción.
La lámina para batería pone especial énfasis en una alta resistencia a la tracción y una alta ductilidad. Dado que el proceso de fundición y laminación continua generalmente es capaz de cumplir con los requisitos de producción de láminas para baterías y ofrece importantes ventajas de costos, se ha convertido en la ruta preferida para muchos fabricantes de láminas para baterías.
MC Aluminium adopta el proceso de laminación en caliente para cumplir con los requisitos de procesamiento y seguridad de los componentes estructurales.
Requisitos técnicos básicos para el papel de aluminio de la batería
1. Espesor y Precisión
El espesor del papel de aluminio de las baterías convencionales oscila entre 10 y 20 μm y sigue teniendo una tendencia más delgada. El estándar común de la industria actualmente es de 15 μm, mientras que los principales fabricantes han logrado una producción en masa estable de láminas de 12 a 13 μm. Algunas empresas importantes han avanzado el espesor hasta 9 μm, 8 μm o incluso 7 μm.
Generalmente se requiere que la desviación del espesor se controle dentro de ±2%. Esto significa que, en una hoja de tamaño comparable al papel A4, la diferencia entre los puntos más gruesos y más finos puede ser menor que el diámetro de un cabello humano.
2. Propiedades mecánicas
El papel de aluminio para batería generalmente requiere una resistencia a la tracción de al menos 180 MPa. Ciertas aplicaciones de alta gama requieren 200 MPa, o incluso más de 300 MPa. Al mismo tiempo, para cumplir con los requisitos posteriores de recubrimiento y estampado, también es necesario un alargamiento suficiente, como ≥3%.
3. Humectabilidad de la superficie
Para asegurar una buena adhesión del recubrimiento de la suspensión catódica sobre la superficie del papel de aluminio, generalmente se requiere un valor de dina superficial de al menos 32 mN/m. Los productos de alta gama pueden requerir 36 mN/m o incluso más de 50 mN/m.
4. Limpieza de superficies
El papel de aluminio para batería tiene requisitos extremadamente estrictos en cuanto a la calidad de la superficie. No se aceptan defectos como polvo de aluminio, partículas de hierro, rayas de aceite negro y puntos brillantes en superficies mate.
Las picaduras superficiales también están estrictamente controladas: no se permiten picaduras con un diámetro superior a 1 mm.
5. Planitud y calidad de los bordes
La planitud debe controlarse con precisión, generalmente a ≤10 unidades I. Los bordes deben estar libres de grietas y rebabas.
6. Entorno de producción
El papel de aluminio para baterías debe fabricarse en instalaciones de sala blanca de alto nivel. Generalmente se requiere limpieza para cumplir con los estándares ISO Clase 8.
Aplicaciones del papel de aluminio para baterías de iones de litio
1. Baterías para vehículos de nueva energía
Este es el mercado de aplicaciones más grande para papel de aluminio apto para baterías.1235y las aleaciones 1060, normalmente con espesores de 12 a 15 μm, se utilizan ampliamente en celdas de baterías prismáticas con carcasa de aluminio. Pueden soportar una carga rápida de 2C a 6C, lograr más de 2000 ciclos de carga y descarga y permitir densidades de energía de 180 a 220 Wh/kg.
2. Sistemas de Almacenamiento de Energía (ESS)
Con el despliegue acelerado de proyectos integrados de almacenamiento de energía, solar y eólica, la demanda de papel de aluminio para baterías en aplicaciones de almacenamiento de energía está creciendo rápidamente.
papel de aluminio 1060con un espesor de 18 a 20 μm se utiliza ampliamente en baterías de almacenamiento de energía. Puede lograr más de 6000 ciclos y ofrece fuertes ventajas de costo-rendimiento.
3. Electrónica de consumo 3C
Las baterías delgadas, livianas y de alta capacidad utilizadas en teléfonos inteligentes, computadoras portátiles, tabletas y otros productos electrónicos de consumo tienen requisitos más altos en cuanto a espesor y pureza de la lámina. Ultrafinopapel de aluminio 1070con un espesor de 10 a 12 μm es la opción preferida para este sector.
4. Baterías de iones de sodio: el mercado de mayor crecimiento emergente
El rápido desarrollo de las baterías de iones de sodio está abriendo una importante nueva oportunidad de crecimiento para el papel de aluminio apto para baterías.
A diferencia de las baterías de iones de litio, donde el papel de aluminio generalmente se usa solo en el lado del cátodo, las baterías de iones de sodio pueden usar papel de aluminio tanto para los colectores de corriente del cátodo como del ánodo. Como resultado, el consumo de papel de aluminio por GWh en las baterías de iones de sodio puede ser más del doble que el de las baterías de iones de litio.
