新エネルギー自動車、エネルギー貯蔵システム、家庭用電化製品、電動工具の急速な発展に伴い、リチウムイオン電池は現代のエネルギー情勢に不可欠な部分となっています。
実際、アルミニウム箔は、リチウム電池の正極集電体として使用されるコア材料の 1 つです。電子を伝導および収集するだけでなく、バッテリーの内部抵抗、レート性能、サイクル寿命、安全性、製造歩留まりにも直接影響します。この記事では、電池業界におけるリチウム電池用アルミニウム箔の定義、分類、製造プロセス、規格、および重要性について説明します。
電池用アルミ箔とは何ですか？
バッテリー用アルミホイルバッテリーグレードのアルミニウム箔とも呼ばれ、リチウムイオン電池の正極に使用されるアルミニウム箔を指します。その厚さは通常約 0.01 mm、つまり 10 μm です。その主な機能は、バッテリー内の活物質によって生成された電流を収集し、それをより大きな電流として外部回路に送信することです。
従来のアルミニウム箔と比較して、電池用アルミニウム箔は純度が高く、性能要件がより厳しくなっています。
電池用アルミ箔の分類
用途に応じて、電池用アルミニウム箔はポリマーリチウムイオン電池用アルミニウム箔とコバルト酸リチウム電池用アルミニウム箔に分けられます。
ポリマーリチウムイオン電池用アルミ箔
ポリマーリチウムイオン電池用のアルミニウム箔は通常、ポリマーリチウム電池の特定の動作環境に適応するために、両面酸化処理が施され、特殊ポリマーでコーティングされ、特殊な耐食処理が施されます。
コバルト酸リチウム電池用アルミ箔
コバルト酸リチウム電池用のアルミ箔は片面酸化処理が一般的です。耐食性と導電性を向上させるために、その表面は特殊な有機コーティングでコーティングされる場合があります。
リチウムイオン電池における電池用アルミ箔の役割
1. 集電と導通
アルミ箔は導電性に優れています。正極活物質によって生成または受信された電流を効率的に収集し、電池タブおよび外部回路に伝達できます。この機能は、高性能のバッテリー出力を確保するために不可欠です。
2. 活物質のサポート
アルミニウム箔は、カソード材料をコーティングするための基材として機械的サポートを提供し、電極の構造的完全性を維持するのに役立ちます。
3. 耐電気化学的腐食性
通常 3.8 V 以上の高い陰極電位では、アルミニウムはその表面に緻密な酸化膜を形成します。この酸化層は電解液の腐食に抵抗し、長期のサイクル安定性をサポートします。
4. 熱安定性
アルミホイルはバッテリーの充電および放電中に発生する熱に耐えることができ、厳しい動作条件下でもバッテリーの安定性と安全性を確保します。これは、長時間の高負荷動作が必要な電気自動車などのアプリケーションにとって特に重要です。
5. 高いコストパフォーマンス
アルミ箔は他の金属集電体材料と比較してコストパフォーマンスに優れています。豊富な原料供給と成熟した加工技術により、リチウム電池の集電体材料として適しています。
電池用アルミ箔に使用される一般的なアルミニウム合金
最も広く使用されているバッテリー箔合金は、1060、1070、および 1235 に代表される 1xxx シリーズの純アルミニウム合金です。特定のバッテリー部品の要件に応じて、3xxx シリーズのアルミニウム - マンガン合金および 8xxx シリーズのアルミニウム - 鉄 - シリコン合金も使用される場合があります。
1xxx シリーズ バッテリー フォイル
1xxx シリーズは現在、バッテリー用アルミ箔として最も広く使用されている材料カテゴリーです。これらの合金はアルミニウム純度が高く、一般に 99.0% 以上であり、優れた導電性、熱伝導性、および加工性能を提供します。これらは、集電装置の中核となる要件を非常に効果的に満たします。
主なグレード: 1060 と 1235 が最も一般的なグレードです。他に広く使用されているグレードには、1050、1100、1145、1070 などがあります。
代表的な用途: 1060 および 1050 は、高い導電性が必要とされるカソード集電体および電池タブに一般的に使用されます。 1235 はバランスの取れた全体的な性能により、カソード集電体や炭素被覆アルミニウム箔の基材として広く使用されています。
3xxx シリーズ バッテリー フォイル
3xxxシリーズにはマンガンが含まれており、純アルミニウムよりも機械的強度が高くなります。カソード集電体の機械的特性の向上が必要な場合は、3003 合金を選択できます。
8xxx シリーズ バッテリー フォイル
8xxxシリーズはアルミニウム・鉄・シリコン合金グループに属します。一般的なグレードには、より優れた成形性とバリア特性を備えた 8011 および 8021 アルミニウム箔が含まれます。これらの材料は通常、集電体としては使用されません。その代わりに、主にパウチ電池パッケージのアルミニウム - プラスチック フィルムや電池タブなどの部品に使用されます。
| 合金シリーズ | 共通グレード | 主な用途 |
| 1xxx 純アルミニウム | 1060、1235、1050、1100、1145、1070 | カソード集電体;最も重要で広く使用されているアプリケーション |
| 3xxx アルミニウム - マンガン | 3003 | より高い強度が必要な正極集電体 |
| 8xxx アルミニウム-鉄-シリコン | 8021、8011 | パウチ電池ケース、電池タブ、および関連部品用のアルミニウムプラスチックフィルム |
電池のアルミ箔の質
合金グレードに加えて、アルミニウム箔の焼き戻しも硬度やその他の機械的特性を決定するため、重要です。
H18 テンパー
H18はひずみ硬化による完全硬質焼戻しを示します。これは、電池のアルミニウム箔、特にカソード集電箔に最も一般的に使用される焼き戻しの 1 つです。
ああ気性
O テンパーとは、焼きなましされた材料を指します。最も柔らかい状態であり、最高の可塑性と成形性を提供します。優れた成形性が要求されるアルミプラスチックフィルムのアルミ箔によく使用されます。
H19 気性
H19 は強度が高く、より薄いゲージのバッテリー用アルミニウム箔、特に極薄箔製品に適しています。
さらに、H14、H22、および H24 は、ひずみ硬化の度合いが異なる焼き戻しであり、特定の用途要件に応じて選択することもできます。
代表的な仕様
| アイテム | 仕様 |
| 材料 | アルミニウム、純度 >99.3% |
| 気性 | O、H18、H19など |
| 電気抵抗率 | 2.7×10⁻⁸Ω・m |
| 面密度 | 41±2g/平方メートル |
| 長さ | 350メートル |
| 幅 | 280mm |
| 厚さ | 12μm |
| 密度 | 3.741 g/cm3 |
| 抗張力 | ≧200MPa |
| コア径 | 76mm / 3インチ |
化学組成
| 要素 | コンテンツ |
| アル | >99.35% |
| そして | <0.25% |
| 銅 | <0.05% |
| 亜鉛 | <0.10% |
| ん | <0.05% |
| 鉄 | <0.30% |
電池用アルミ箔の主な特徴
リチウム電池で効果的に機能するには、電池用アルミニウム箔がいくつかの重要な特性を備えている必要があります。
1. 高い電気伝導性: 電気抵抗率が低いため、効率的な電流伝達が保証されます。
2. 高い機械的強度: 電池組み立て中のカソード材料からの圧力や機械的ストレスに耐える必要があります。
3. 優れた化学的安定性: 内部バッテリー部品と容易に反応してはならない。
4. 耐酸化性: 空気中で顕著な酸化を起こすことなく安定した性能を維持する必要があります。
5. 薄いゲージと柔軟性: 十分な柔軟性を保持しながら極薄いゲージで製造できます。
6. コスト効率: 生産コストとパフォーマンスのバランスが良好です。
電池用アルミ箔の製造工程
高品質のバッテリー用アルミニウム箔の製造には、単純な圧延以上の作業が必要です。溶解、鋳造、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍、仕上げ、スリット、検査などの一連の精密工程が含まれます。
1. 溶解と鋳造
まず、対象となる合金グレードに応じたアルミニウム溶湯を調製します。不純物を低減し、高い溶融純度を確保するために、厳密な組成制御、脱ガス、スラグ除去、および濾過が実行されます。
アルミニウム溶融物の品質は、その後のアルミニウム シートや箔製品の内部構造、表面品質、ピンホール制御能力に直接影響します。
2. 熱間圧延と冷間圧延
鋳造後、アルミニウム スラブは熱間圧延と複数回の冷間圧延を経て、材料を徐々に必要な厚さまで薄くします。
10 ～ 20 μm の範囲のバッテリー用アルミニウム箔の圧延には、高精度の厚さ制御システムが必要です。圧延油、ロール表面状態、張力管理、設備精度はすべて最終製品の品質に直接影響します。
3. アニール処理
アニーリングは、アルミニウム箔の機械的特性と表面の清浄度を決定するための重要なプロセスです。
アニーリング温度、保持時間、加熱および冷却曲線を適切に制御することで、メーカーは粒子構造を改善し、引張強さと伸びのバランスを取り、圧延油の残留物を除去し、表面の清浄度とコーティングの適合性を向上させることができます。
4. スリッティングと仕上げ
アニーリングと検査の後、お客様の要求に応じてアルミ箔をスリットし、巻き戻し、包装します。スリット加工では、バリの管理、エッジの品質、巻き張力、コイルの形状などを注意深く管理する必要があります。
これにより、下流のコーティングや加工作業に影響を与える可能性があるエッジのバリ、巻きの緩み、伸縮、層の位置ずれを防ぐことができます。
5. 検査と梱包
完成したバッテリーのアルミニウム箔は通常、次の点について検査されます。
厚み精度
ピンホール率
表面品質
機械的性質
電気伝導率
濡れ性
平面度とコイル形状
パッケージは耐湿性、防塵性、衝撃保護を提供するように設計されており、輸送中や保管中のホイルの湿気への曝露、酸化、傷、変形を防ぎます。
リチウム電池用アルミ箔の主な用途
電池用アルミ箔は以下の分野で広く使用されています。
新エネルギー車用動力バッテリー
エネルギー貯蔵電池
家電製品のバッテリー
電動工具および軽電気輸送機関
全固体電池と新しい電池技術
電池のアルミ箔が電池の性能に及ぼす影響
バッテリーのアルミニウム箔の品質と性能は、バッテリーの性能と安定性に直接影響します。
まず、高品質のアルミニウム箔は優れた導電性を備えているため、効率的な電流伝達、内部抵抗の低減、充放電効率の向上が可能になります。
第二に、アルミニウム箔は、さまざまな条件下で電池の安定した動作を保証するために、十分な機械的強度と耐食性を備えていなければなりません。
さらに、箔の厚さ、表面の平滑度、表面の清浄度、平坦度はすべて、バッテリーの性能と耐用年数に影響を与える可能性があります。したがって、電池の製造においては、適切なアルミニウム箔の材料と製造プロセスを選択することが不可欠です。
電池用アルミ箔の今後の開発動向
新エネルギー産業の急速な進歩により、バッテリー用アルミニウム箔はいくつかの重要な方向に進化しています。
極薄箔
適切な強度を維持しながら 5 ～ 6 μm、またはさらに薄いアルミニウム箔を開発すると、電池のエネルギー密度をさらに高めることができます。
高強度、高靭性
合金組成と圧延プロセスを最適化することで、メーカーは引張強度と伸びを向上させ、高速巻き取りやバッテリー組み立ての要件を満たすことができます。
より高い表面清浄度
表面の汚染やピンホール欠陥を減らすことで、コーティングの均一性、製品の一貫性、電池の製造歩留まりを向上させることができます。
機能性表面処理
カーボンコーティング、セラミックコーティング、その他の表面処理技術により、活物質の密着性が向上し、界面抵抗が低減され、急速充電性能が向上します。
グリーンマニュファクチャリング
エネルギーを節約した圧延、環境に優しい洗浄、およびスクラップのリサイクルプロセスは、炭素排出量を削減し、世界的な持続可能性の要件を満たすためにますます重要になっています。
環境の持続可能性
業界はまた、より環境に配慮した生産方法を開発し、環境への影響を削減し、リサイクル可能な材料の使用を増やしています。
よくある質問
1. 電池用アルミニウム箔が主にリチウム電池の正極に使用されるのはなぜですか?
アルミニウムは優れた導電性、耐食性、軽量性を備えています。リチウム電池の正極の動作電位で安定しているため、正極集電体として広く使用されています。銅箔は一般に、アノードの集電体として使用されます。
2. バッテリーのアルミ箔の一般的な厚さはどれくらいですか?
一般的な厚さは、6 μm、8 μm、9 μm、10 μm、12 μm、15 μm、20 μm です。中でも、6～10μmの範囲の極薄アルミニウム箔は、電池のエネルギー密度の向上に役立つため、重要な開発方向となっています。
3. バッテリーのアルミ箔にはどのアルミニウム合金が一般的に使用されますか?
一般的な合金には、1060、1070、1100、および 1235 などがあります。合金が異なると、導電性、機械的特性、および処理性能の点で異なる利点が得られ、動力電池、エネルギー貯蔵電池、家庭用電化製品電池のニーズを満たすことができます。