Les collecteurs de courant en feuille d'aluminium sont l'un des principaux matériaux collecteurs de courant cathodique dans les batteries lithium-ion. Ils collectent le courant électrique généré par le matériau actif de la cathode et le conduisent vers le circuit externe. En même temps, ils servent de support aux matériaux actifs cathodiques, permettant la conversion de l’énergie chimique en énergie électrique. Les collecteurs de courant en feuille d'aluminium sont donc largement utilisés dans les batteries lithium-ion.
Une cathode de batterie se compose généralement d'une languette cathodique, d'un ruban adhésif haute température, d'un collecteur de courant cathodique en feuille d'aluminium et d'un matériau actif cathodique. La feuille d'aluminium utilisée comme collecteur de courant cathodique a généralement une épaisseur de 0,010 mm à 0,015 mm. Il est largement utilisé dans les batteries au lithium ternaire, les batteries au lithium fer phosphate (LFP), les batteries sodium-ion et d'autres systèmes de batteries.
Les principales qualités d'alliage d'aluminium utilisées pour la feuille collectrice de courant sont les 1060, 1070, 1100 et 1235. Les épaisseurs courantes vont de 10 μm à 20 μm, tandis que certains fabricants de batteries utilisent une feuille de 8 μm. La tendance future est à une nouvelle réduction de l’épaisseur, potentiellement jusqu’à 6 μm.
Le papier d'aluminium est principalement produit par laminage à chaud ou par coulée et laminage continus. La plupart des feuilles industrielles à double zéro, des feuilles à zéro unique et des feuilles de batterie appartiennent à la série de l'aluminium pur et conviennent généralement à la production de coulée continue et de laminage. Bien que les feuilles de batterie aient des exigences nettement plus élevées que les feuilles d'aluminium standard de 0,1 mm, les technologies et processus de production fondamentaux sont globalement similaires.
Types courants de papier d’aluminium pour batterie
Feuille d'aluminium de qualité batterie: brillant simple face / brillant double face
Feuille d'aluminium recouverte de carbone : revêtement simple face / revêtement double face
1. Feuille d’aluminium de qualité batterie
Bien que l'aluminium ait une conductivité électrique inférieure à celle du cuivre, les conducteurs en aluminium ne nécessitent qu'environ la moitié de la masse des conducteurs en cuivre pour transmettre la même quantité d'électricité. Par conséquent, l’utilisation de collecteurs de courant en aluminium contribue à améliorer la densité énergétique des batteries lithium-ion. De plus, l’aluminium est plus rentable que le cuivre.
Pendant la charge et la décharge de la batterie lithium-ion, un film d'oxyde dense se forme à la surface du collecteur de courant en feuille d'aluminium. Ce film améliore la résistance à la corrosion de la feuille d'aluminium.
2. Feuille d'aluminium recouverte de carbone
La feuille d'aluminium recouverte de carbone est une technologie innovante de modification de surface pour les collecteurs de courant de batterie. Un revêtement fonctionnel contenant un ou plusieurs matériaux conducteurs est appliqué sur la surface de la feuille d'aluminium pour former un excellent réseau conducteur bidimensionnel ou tridimensionnel.
La feuille enduite est ensuite combinée avec une résine conductrice adaptée aux systèmes à base d'eau. Grâce à une simulation théorique et à une vérification expérimentale répétée, la formulation, la conception structurelle et les conditions du procédé sont continuellement optimisées.
Ce processus permet d'obtenir une couche de revêtement plus fine, une résistance de revêtement plus faible et une adhérence plus forte. Il peut améliorer efficacement les performances électrochimiques et la stabilité du produit des batteries au lithium et est particulièrement adapté aux systèmes de batteries silicium-carbone.
Caractéristiques du produit
| Feuille d'aluminium de qualité batterie (recto brillant/double face brillant) | Feuille d'aluminium recouverte de carbone (simple face/double face) |
Excellente conductivité électrique ; Bonne stabilité chimique ; Bonne compatibilité et adhérence avec les matériaux actifs des électrodes ; Structure symétrique double face ; Densité du métal proche de la densité théorique de l'aluminium ; Très faible rugosité de surface ; Élongation élevée et résistance à la traction. | Augmentez la tension superficielle de la feuille d'aluminium ; Améliorer l'adhésion entre la feuille d'aluminium et les matériaux actifs ; réduire la quantité de liant nécessaire dans l'électrode ; Améliorer la densité énergétique et la durée de vie de la batterie ; Protéger le collecteur de courant ; Réduire la résistance interfaciale ; Améliorer la stabilité et la cohérence du produit ; Augmenter le taux de rendement des cellules individuelles et le taux de correspondance pour l'assemblage du bloc de batterie ; Coûts de production inférieurs. |
Spécifications du papier d'aluminium pour batterie au lithium-ion
| Article | Gamme typique |
| Alliage | 1235, 1050, 1060, 1070, 1100, etc. |
| Caractère | O, H18, etc. |
| Épaisseurs courantes | 10 μm, 12 μm, 15 μm, 16 μm, 18 μm, 20 μm, etc. |
| Plage d'épaisseur | Généralement 8 μm à 30 μm ; spécifications spéciales disponibles sur demande. |
| Plage de largeur | 100 mm-1 650 mm |
| IDENTIFIANT | 76 mm, 152 mm, 300 mm, 505 mm, etc., ou personnalisé sur demande |
| DE | Déterminé par la compatibilité de l'équipement et le poids du rouleau |
| Poids de la bobine | Personnalisable en fonction de la capacité de charge de l'équipement du client et du rythme de production |
| État des surfaces | Propre et plat des deux côtés ; exempt de taches d'huile, de points d'oxydation et de marques d'indentation |
| Formulaires de fourniture | Rouleaux maîtres, rouleaux refendus, rouleaux de largeur étroite, feuilles/bobines coupées à longueur, etc. |
| MOQ | 3 tonnes |
| Nom du produit | Feuille d'aluminium recouverte de carbone sur une face | Feuille d'aluminium double face recouverte de carbone |
| Épaisseur de la feuille d'aluminium | 16 µm | |
| Largeur de feuille d'aluminium | 260 ± 1 mm | |
| Largeur de revêtement | 230 ± 1 mm | |
| Épaisseur du revêtement | 11 µm | |
| Marge de revêtement (gauche/droite) | 15 mm | |
| Mouillabilité de la surface | >50 femmes | / |
| Longueur | 20 m, 50 m, sur mesure | / |
| Essuyez avec un chiffon non pelucheux ; pas de pelage. | >200 fois. | |
| Immerger dans l'électrolyte pendant 24 heures ; pas de pelage. | Aucun | |
| Densité surfacique | 41,8 ± 2 g/m² | 42 ± 2 g/m² |
| Élongation | >1,5% | |
| Résistance à la traction | >180 N/mm² | |
| Personnalisable | Personnalisable (longueur, largeur, épaisseur) | |
Pourquoi le papier d’aluminium est-il utilisé pour les cathodes des batteries au lithium ?
Les batteries au lithium utilisent une feuille d'aluminium pour la cathode et une feuille de cuivre pour l'anode en raison de la compatibilité du potentiel électrochimique.
La cathode fonctionne à un potentiel relativement élevé, généralement supérieur à 3 V. À une tension aussi élevée, la feuille de cuivre est sensible à l'oxydation et à la corrosion, ce qui la rend impropre comme collecteur de courant cathodique. Cependant, l'aluminium forme naturellement un film de passivation dense d'oxyde d'aluminium (Al₂O₃) à sa surface. Cette couche d'oxyde offre une excellente résistance à l'oxydation et à la corrosion à des potentiels élevés, protégeant ainsi efficacement le substrat en aluminium sous-jacent.
À l'inverse, si une feuille d'aluminium est utilisée au niveau de l'anode, elle peut s'allier au lithium à de faibles potentiels (généralement inférieurs à 0,5 V par rapport à Li/Li⁺), ce qui peut endommager la structure de la feuille. Par conséquent, la feuille d’aluminium est le choix préféré et standard pour les collecteurs de courant cathodique.
En plus de sa compatibilité électrochimique, la feuille d'aluminium est largement utilisée car elle combine une conductivité élevée, de bonnes propriétés mécaniques, une faible densité et des avantages en termes de coût. L'aluminium a une bonne conductivité électrique, environ 62 % IACS, une excellente ductilité et peut être facilement roulé en une feuille ultra fine. Il offre également une forte résistance à la corrosion de l’électrolyte de la batterie.
Exigences de performance pour le papier d’aluminium de batterie
| Article de qualité | Exigences |
| Épaisseur | La feuille de batterie la plus fine atteint actuellement 8 μm. La tolérance d'épaisseur doit être étroitement contrôlée, généralement à ± 4 % ; certains fabricants de batteries exigent ±2 %. |
| Qualité des surfaces | La surface ne doit pas contenir de trous d'épingle ou de piqûres de plus de 1 mm de diamètre. Pour les piqûres mesurant 0,5 mm à 1 mm, moins de 3 défauts par m² sont généralement autorisés. La face mate doit être exempte de points saillants et de points lumineux. |
| Tension de mouillage de la surface | La plupart des clients exigent une tension de mouillage superficielle de 30 à 32 dynes/cm, tandis que certains systèmes de matériaux sensibles nécessitent des valeurs de dynes plus élevées. |
| Qualité des bords | Les bords fendus doivent être de haute qualité et exempts de fissures et de bavures. |
| Propriétés mécaniques | À mesure que l'épaisseur de la feuille est réduite, la résistance à la traction (Rm) doit être améliorée en conséquence pour garantir une résistance adéquate à la rupture. La limite d'écrouissage de l'aluminium commercialement pur est d'environ 310 N/mm². La résistance à la traction actuelle des feuilles de batterie est généralement comprise entre 190 et 280 N/mm². |
Exigences d’emballage et de transport pour le papier d’aluminium des batteries au lithium
Le film d'aluminium pour batterie est extrêmement fin et présente des exigences élevées en matière de qualité de surface. Pendant le transport et le stockage, il doit être protégé de l’humidité, de la poussière, des dommages dus à la pression, des rayures et de l’oxydation.
Les méthodes d'emballage courantes comprennent :
Couvrir la surface du papier d'aluminium avec du papier protecteur ou un film protecteur ;
Utiliser du papier résistant à l'humidité et un film barrière à l'humidité pour les emballages scellés ;
Ajout de déshydratants pour réduire l'exposition à l'humidité pendant le fret maritime ou le transport longue distance ;
Sécuriser les bobines avec des palettes en bois, des bases de caisses en bois ou des cadres de support en acier ;
Renforcer les bobines avec des sangles en acier ou un film étirable pour éviter qu'elles ne se desserrent pendant le transport ;
Utiliser des palettes en bois fumigées ou des matériaux d'emballage sans fumigation pour les expéditions à l'exportation conformément aux exigences de transport international.
Pendant le stockage, le papier d'aluminium doit être conservé dans un environnement sec, propre et bien ventilé, à l'écart des milieux corrosifs. Pendant la manipulation, les collisions, la compression et le contact avec des objets pointus doivent être évités pour éviter d'endommager les bords, les rayures de surface ou la déformation de la bobine.