Papel de aluminio apto para bateríasestá desarrollado y fabricado específicamente para baterías de iones de litio. Sirve como sustrato catódico y colector de corriente, esencialmente la estructura que soporta materiales activos y conduce electrones. La lámina está limpia y uniforme, con una superficie libre de defectos que no compromete la adhesión del recubrimiento ni el rendimiento eléctrico.
Los colectores de corriente catódicos tradicionales utilizan papel de aluminio simple. Sin embargo, a medida que las baterías avanzan hacia una carga ultrarrápida, una descarga de alta velocidad y un ciclo de vida prolongado, la resistencia de contacto y el riesgo de delaminación entre el papel de aluminio desnudo y los materiales activos del cátodo se han convertido gradualmente en cuellos de botella en el rendimiento. El papel de aluminio recubierto de carbono aborda estos desafíos aplicando una capa de carbono conductora ultrafina a la superficie del papel de aluminio a escala micrométrica.
¿Qué es el papel de aluminio recubierto de carbono?
El papel de aluminio recubierto de carbono para baterías de iones de litio se refiere al papel de aluminio o aleación de aluminio que se utiliza como colector de corriente catódico en baterías de iones de litio. Junto con materiales catódicos como el fosfato de litio y hierro (LFP), el óxido de litio y cobalto (LCO) y el óxido de litio y manganeso (LMO), forma parte del cátodo de la batería de iones de litio.
Según el proceso de fabricación y los materiales utilizados, el papel de aluminio para baterías se puede clasificar en papel simple, papel recubierto y papel de aluminio compuesto.
El papel de aluminio recubierto de carbono se produce recubriendo uniformemente uno o ambos lados del papel de aluminio simple apto para baterías con una capa conductora compuesta hecha de partículas de carbono conductoras a nanoescala, como negro de humo conductor, grafeno o nanotubos de carbono, y aglutinantes especializados.
El recubrimiento suele tener sólo entre 0,5 y 2 μm de espesor, pero forma un "puente microscópico" de alto rendimiento entre materiales activos, como el fosfato de litio y hierro (LFP) y los materiales ternarios NCM/NCA, y el sustrato de papel de aluminio.
El papel de aluminio recubierto de carbono puede reducir significativamente la resistencia interna de las baterías de fosfato de hierro y litio. Mejora el contacto entre los materiales activos y la lámina, así como la conducción de corriente dentro del electrodo, mejorando así la capacidad de velocidad, el rendimiento a baja temperatura, el rendimiento de ciclos y el rendimiento de almacenamiento.
En comparación con las baterías ternarias de litio, las baterías LFP tienen menor conductividad eléctrica y densidad de energía. El recubrimiento de carbono puede mejorar el rendimiento cíclico de las baterías LFP; por lo tanto, el papel de aluminio utilizado para las baterías LFP generalmente requiere un recubrimiento de carbono.
Este producto está disponible en Tipo A y Tipo B, cada uno con características distintas:
Tipo A: apariencia negra; El espesor total estándar del recubrimiento en ambos lados es de 4-8 μm. Ofrece un rendimiento conductivo más destacado.
Tipo B: Aspecto gris claro; El espesor total estándar del recubrimiento en ambos lados es de 2 a 3 μm. La zona de recubrimiento puede conservar zonas de soldadura relativamente pequeñas y soporta espacios de recubrimiento intermitentes reconocibles por el equipo de recubrimiento.
Funciones del papel de aluminio recubierto de carbono
En el caso de las baterías de litio para vehículos de nueva energía, un mayor valor del producto generalmente se asocia con un mayor rendimiento. El papel de aluminio recubierto de carbono contribuye al rendimiento de la batería de las siguientes maneras:
Suprime la polarización de la batería, reduce los efectos térmicos y mejora el rendimiento de la frecuencia;
Reduce la resistencia interna de la batería y reduce significativamente el aumento de la resistencia interna dinámica durante el ciclismo;
Mejora la consistencia y extiende la vida útil de la batería;
Mejora la adhesión entre los materiales activos y el colector de corriente, reduciendo los costos de fabricación de electrodos;
Protege el colector de corriente de la corrosión del electrolito;
Mejora el rendimiento a altas y bajas temperaturas de las baterías LFP y mejora la procesabilidad de los materiales LFP y titanato de litio.
Especificaciones del papel de aluminio para sustratos de baterías
| Artículo | Especificación |
| Aleación de papel de aluminio | 1060, 1070, 1235, etc. |
| Espesor | 0,01–0,025 mm |
| Ancho | 200–1500 mm, personalizable |
| Resistencia a la tracción | 40–150 MPa |
| Alargamiento | >1% |
| Diámetro interior del núcleo del rollo | 30–76,2 mm, personalizable |
| Pureza | >99,8% |
| Espesor del recubrimiento de carbono | 0,2–2 μm, de una o dos caras |
| Tratamiento superficial | Recubrimiento de carbono de una cara o recubrimiento de carbono de doble cara |
| Patrón de revestimiento | Recubrimiento continuo o recubrimiento intermitente |
| Color de superficie | Negro o gris oscuro |
| Solicitud | Colector de corriente catódica |
Ventajas clave de rendimiento del papel de aluminio recubierto de carbono
1. Alta conductividad eléctrica
Los materiales de carbono proporcionan una excelente conductividad de los electrones, lo que ayuda a reducir la polarización de la batería y mejorar la eficiencia de carga/descarga.
2. Excelente estabilidad interfacial
El recubrimiento de carbono mejora el contacto entre la lámina de aluminio y los materiales del cátodo, mejorando la estabilidad estructural del electrodo.
3. Buena resistencia a la corrosión
La capa de carbono protege la superficie del papel de aluminio, lo que reduce los riesgos de corrosión en entornos de electrolitos y mejora la seguridad de la batería.
4. Procesabilidad mejorada del recubrimiento
Después del tratamiento con recubrimiento de carbono, la superficie del papel de aluminio ha mejorado su rugosidad y humectabilidad, lo que ayuda a:
Garantizar un recubrimiento uniforme de la suspensión catódica;
Reducir los defectos del recubrimiento;
Mejorar la consistencia de la producción.
5. Compatibilidad con múltiples químicas de cátodos
El papel de aluminio recubierto de carbono se puede utilizar ampliamente en los principales sistemas de baterías de iones de litio, que incluyen:
Baterías de fosfato de hierro y litio (LFP);
Baterías ternarias de litio (NCM);
Baterías de óxido de litio y cobalto (LCO);
Baterías de óxido de litio y manganeso (OVM).
Aplicaciones del papel de aluminio recubierto de carbono
Baterías de iones de litio de alta potencia que utilizan materiales activos de partículas finas;
Cátodos de fosfato de hierro y litio;
Material ternario de partículas finas o cátodos de óxido de litio y manganeso;
Supercondensadores;
Baterías primarias de litio, incluidas las de cloruro de tionilo y litio, dióxido de manganeso y litio, hierro y litio y baterías de tipo botón, donde puede reemplazar el papel de aluminio grabado.
Proceso de producción de papel de aluminio recubierto de carbono
Papel de aluminio recubierto de carbonoGeneralmente se fabrica mediante un proceso de recubrimiento continuo. Aunque las formulaciones y los equipos pueden diferir entre los fabricantes, el proceso general suele incluir las siguientes etapas.
1. Tratamiento superficial del papel de aluminio
Antes del recubrimiento, la superficie del papel de aluminio debe estar limpia, uniforme y tener una energía superficial adecuada. Dependiendo de los requisitos del producto, se pueden usar desengrasado, limpieza, activación de superficie u otros procesos de pretratamiento para mejorar la fuerza de unión entre la capa de carbono y el papel de aluminio.
2. Preparación de la suspensión conductora
Los materiales de carbono conductor, aglutinantes, disolventes y aditivos funcionales se mezclan, dispersan y muelen para producir una suspensión de carbono conductor estable.
3. Recubrimiento de precisión
Se utilizan recubrimiento por huecograbado, recubrimiento por micrograbado, recubrimiento por barra de coma u otros métodos de recubrimiento continuo para aplicar la suspensión conductora uniformemente a la superficie del papel de aluminio.
Dependiendo de los requisitos de la aplicación, la lámina de aluminio recubierta de carbono puede diseñarse como:
Recubrimiento de carbono por una cara;
Recubrimiento de carbono por ambos lados;
Parcialmente recubierto de carbono;
Revestimiento de rayas o estampado.
El recubrimiento de carbono de doble cara es adecuado para diseños de electrodos comunes en los que el material del cátodo está recubierto en ambos lados. El recubrimiento parcial o en franjas ayuda a retener áreas específicas para soldadura, conexión eléctrica u otras funciones de procesamiento.
4. Secado y curado
Después del recubrimiento, el papel de aluminio pasa por hornos de secado para evaporar los solventes y curar el recubrimiento. La temperatura de secado, el flujo de aire, la tensión de la banda y la velocidad de la línea afectan la calidad del recubrimiento.
Un secado excesivamente rápido puede provocar una tensión interna elevada dentro del revestimiento. Un secado insuficiente puede provocar residuos de disolvente, adhesión inadecuada y otros problemas de calidad.
5. Inspección y corte en línea
Los productos terminados generalmente se someten a inspección visual, medición del espesor, medición del peso del recubrimiento, pruebas de resistencia de la superficie, pruebas de adhesión, inspección de poros e inspección de la planitud del rollo.
Para los materiales de las baterías, la consistencia es fundamental. Incluso los defectos localizados menores pueden amplificarse durante la fabricación posterior de electrodos o el ciclo de la celda, lo que afecta el rendimiento, la seguridad y la confiabilidad del producto.
Comparación de rendimiento: papel de aluminio simple convencional versus papel de aluminio recubierto de carbono
| Indicadores de desempeño | Papel de aluminio liso convencional | Papel de aluminio recubierto de carbono | Mejora del rendimiento |
| Resistencia de contacto de interfaz | Relativamente alto (aprox. 10–30 Ω·cm²) | Extremadamente bajo (aprox. 1–5 Ω·cm²) | Reducir entre un 60 % y un 80 % |
| Resistencia al pelado del electrodo | Línea de base (1,0×) | Duplicado (2,0× – 3,0×) | Incrementado en más del 100% |
| Tasa de retención de capacidad de descarga de alta tasa | Pobre (alta polarización a altas tasas) | Excelente (baja polarización, meseta de descarga plana) | Mejorado entre un 5 % y un 15 % |
| Retención de capacidad después de 1000 ciclos | Moderado | Mejora significativa | Vida útil entre un 15% y un 30% más larga |
| Contenido de la carpeta | Alto requisito | Se puede reducir adecuadamente | Aumenta indirectamente la densidad de energía. |