Feuille d'aluminium recouverte de carbone pour batteries lithium-ion

Feuille d'aluminium de qualité batterieest spécialement développé et fabriqué pour les batteries lithium-ion. Il sert de substrat cathodique et de collecteur de courant, essentiellement le cadre qui supporte les matériaux actifs et conduit les électrons. La feuille est propre et uniforme, avec une surface sans défaut qui ne compromet pas l'adhérence du revêtement ou les performances électriques.

Les collecteurs de courant cathodiques traditionnels utilisent une feuille d’aluminium ordinaire. Cependant, à mesure que les batteries évoluent vers une charge ultra-rapide, une décharge rapide et une durée de vie prolongée, la résistance de contact et le risque de délaminage entre la feuille d'aluminium nue et les matériaux actifs de la cathode sont progressivement devenus des goulots d'étranglement en termes de performances. La feuille d'aluminium recouverte de carbone relève ces défis en appliquant une couche de carbone conductrice ultra-mince à la surface de la feuille d'aluminium à l'échelle micronique.

Qu’est-ce que le papier d’aluminium recouvert de carbone ?

La feuille d'aluminium recouverte de carbone pour les batteries lithium-ion fait référence à une feuille d'aluminium ou d'alliage d'aluminium utilisée comme collecteur de courant cathodique dans les batteries lithium-ion. Avec les matériaux cathodiques tels que le phosphate de fer et de lithium (LFP), l'oxyde de lithium-cobalt (LCO) et l'oxyde de lithium-manganèse (LMO), il fait partie de la cathode de la batterie lithium-ion.

En fonction du processus de fabrication et des matériaux utilisés, la feuille d'aluminium pour batterie peut être classée en feuille ordinaire, feuille enduite et feuille d'aluminium composite.

La feuille d'aluminium recouverte de carbone est produite en enduisant uniformément un ou les deux côtés d'une feuille d'aluminium ordinaire de qualité batterie avec une couche conductrice composite composée de particules de carbone conductrices à l'échelle nanométrique, telles que du noir de carbone conducteur, du graphène ou des nanotubes de carbone, et des liants spécialisés.

Le revêtement n'a généralement qu'une épaisseur de 0,5 à 2 µm, mais il forme un « pont microscopique » haute performance entre les matériaux actifs, tels que le phosphate de fer lithium (LFP) et les matériaux ternaires NCM/NCA et le substrat en feuille d'aluminium.

La feuille d'aluminium recouverte de carbone peut réduire considérablement la résistance interne des batteries au lithium fer phosphate. Il améliore le contact entre les matériaux actifs et la feuille, ainsi que la conduction du courant au sein de l'électrode, améliorant ainsi la capacité de débit, les performances à basse température, les performances de cyclage et les performances de stockage.

Par rapport aux batteries au lithium ternaire, les batteries LFP ont une conductivité électrique et une densité énergétique inférieures. Le revêtement en carbone peut améliorer les performances de cyclage des batteries LFP ; par conséquent, la feuille d'aluminium utilisée pour les batteries LFP nécessite généralement un revêtement en carbone.

Ce produit est disponible en Type A et Type B, chacun avec des caractéristiques distinctes :

Type A : aspect noir ; l'épaisseur totale standard du revêtement des deux côtés est de 4 à 8 μm. Il offre des performances conductrices plus importantes.

Type B : Aspect gris clair ; l'épaisseur totale standard du revêtement des deux côtés est de 2 à 3 μm. La zone de revêtement peut contenir des zones de soudage relativement petites et supporte des espaces de revêtement intermittents reconnaissables par un équipement de revêtement.

Fonctions de la feuille d'aluminium recouverte de carbone

Pour les batteries au lithium des véhicules à énergie nouvelle, une valeur de produit plus élevée est généralement associée à des performances plus élevées. La feuille d'aluminium recouverte de carbone contribue aux performances de la batterie des manières suivantes :

• Supprime la polarisation de la batterie, réduit les effets thermiques et améliore les performances de débit ;

• Réduit la résistance interne de la batterie et réduit considérablement l'augmentation de la résistance interne dynamique pendant le cyclisme ;

• Améliore la cohérence et prolonge la durée de vie de la batterie ;

• Améliore l'adhésion entre les matériaux actifs et le collecteur de courant, réduisant ainsi les coûts de fabrication des électrodes ;

• Protège le collecteur de courant de la corrosion électrolytique ;

• Améliore les performances à haute et basse température des batteries LFP et améliore la capacité de traitement des matériaux LFP et titanate de lithium.

Spécifications du papier d'aluminium pour les substrats de batterie

Principaux avantages en termes de performances de la feuille d'aluminium recouverte de carbone

1. Conductivité électrique élevée

Les matériaux en carbone offrent une excellente conductivité électronique, aidant à réduire la polarisation de la batterie et à améliorer l'efficacité de charge/décharge.

2. Excellente stabilité interfaciale

Le revêtement en carbone améliore le contact entre la feuille d'aluminium et les matériaux cathodiques, améliorant ainsi la stabilité structurelle de l'électrode.

3. Bonne résistance à la corrosion

La couche de carbone protège la surface de la feuille d'aluminium, réduisant ainsi les risques de corrosion dans les environnements électrolytiques et améliorant la sécurité de la batterie.

4. Amélioration de la capacité de traitement du revêtement

Après le traitement de revêtement en carbone, la surface de la feuille d'aluminium présente une rugosité et une mouillabilité améliorées, ce qui contribue à :

Assurer un revêtement uniforme de la boue cathodique ;

Réduire les défauts de revêtement ;

Améliorer la cohérence de la production.

5. Compatibilité avec plusieurs produits chimiques cathodiques

La feuille d'aluminium recouverte de carbone peut être largement utilisée dans les systèmes de batteries lithium-ion grand public, notamment :

Batteries au lithium fer phosphate (LFP) ;

Piles ternaires au lithium (NCM) ;

Piles au lithium-oxyde de cobalt (LCO);

Piles au lithium oxyde de manganèse (LMO).

Applications de la feuille d'aluminium recouverte de carbone

Batteries lithium-ion haute puissance utilisant des matériaux actifs à fines particules ;

Cathodes de phosphate de fer et de lithium ;

Matériau ternaire à fines particules ou cathodes d'oxyde de lithium et de manganèse ;

Supercondensateurs ;

Piles primaires au lithium, y compris le chlorure de thionyle au lithium, le dioxyde de manganèse au lithium, le fer au lithium et les piles bouton, où elles peuvent remplacer la feuille d'aluminium gravée.

Processus de production de papier d'aluminium recouvert de carbone

Feuille d'aluminium recouverte de carboneest généralement fabriqué à l’aide d’un processus de revêtement continu. Bien que les formulations et les équipements puissent différer selon les fabricants, le processus global comprend généralement les étapes suivantes.

1. Traitement de surface du papier d'aluminium

Avant le revêtement, la surface de la feuille d'aluminium doit être propre, uniforme et avoir une énergie de surface appropriée. En fonction des exigences du produit, un dégraissage, un nettoyage, une activation de surface ou d'autres processus de prétraitement peuvent être utilisés pour améliorer la force de liaison entre la couche de carbone et la feuille d'aluminium.

2. préparation de boue conductrice

Des matériaux de carbone conducteurs, des liants, des solvants et des additifs fonctionnels sont mélangés, dispersés et broyés pour produire une suspension de carbone conductrice stable.

3. Revêtement de précision

Le revêtement par gravure, le revêtement par microgravure, le revêtement par virgule ou d'autres méthodes de revêtement continu sont utilisés pour appliquer uniformément la suspension conductrice sur la surface de la feuille d'aluminium.

En fonction des exigences de l'application, la feuille d'aluminium recouverte de carbone peut être conçue comme :

Revêtement carbone simple face ;

Revêtement carbone double face ;

Partiellement recouvert de carbone ;

Enduit à rayures ou à motifs.

Le revêtement de carbone double face convient aux conceptions d'électrodes courantes dans lesquelles le matériau cathodique est revêtu des deux côtés. Le revêtement partiel ou en bandes permet de conserver des zones spécifiques pour le soudage, la connexion électrique ou d'autres fonctions de traitement.

4. Séchage et durcissement

Après le revêtement, la feuille d'aluminium passe dans des étuves de séchage pour évaporer les solvants et durcir le revêtement. La température de séchage, le débit d'air, la tension de la bande et la vitesse de la ligne affectent tous la qualité du revêtement.

Un séchage trop rapide peut provoquer des contraintes internes élevées au sein du revêtement. Un séchage insuffisant peut entraîner des résidus de solvant, une adhérence inadéquate et d'autres problèmes de qualité.

5. Inspection et refendage en ligne

Les produits finis sont généralement soumis à une inspection visuelle, à une mesure de l'épaisseur, à une mesure du poids du revêtement, à des tests de résistance de surface, à des tests d'adhérence, à une inspection par sténopé et à une inspection de planéité des rouleaux.

Pour les matériaux des batteries, la cohérence est essentielle. Même des défauts localisés mineurs peuvent être amplifiés lors de la fabrication ultérieure des électrodes ou du cycle cellulaire, affectant le rendement, la sécurité et la fiabilité du produit.

Comparaison des performances : une feuille d'aluminium ordinaire conventionnelle par rapport à une feuille d'aluminium recouverte de carbone