リチウムイオン電池に使用されるアルミ箔の要件は何ですか?

リチウムイオン電池用アルミ箔リチウムイオン電池の正極集電体として使用されるアルミニウムおよびアルミニウム合金箔を指します。リン酸鉄リチウム (LFP)、コバルト酸リチウム (LCO)、酸化マンガンリチウム (LMO) などの正極材料とともに、リチウムイオン電池の正極の一部を形成します。

純アルミニウムとは、アルミニウムの質量分率が 99.00% 以上の金属を指します。一方、アルミニウム合金とは、アルミニウムの質量分率が 99.00% 未満であるアルミニウムをベースとした合金を指します。リチウムイオン電池用アルミニウム箔は、断面が長方形で、厚みが0.008mmから0.020mmの範囲で均一で、幅が1,600.0mmを超えない圧延品で、通常はコイル状で供給されます。

リチウムイオン電池におけるアルミ箔の主な用途

リチウムイオン電池では、アルミニウム箔は主に正極集電体として使用されます。

一般的なバッテリーの構造は次のとおりです。

正極活物質 → 導電助剤 → 結着剤 → アルミ箔集電体 → セパレータ → 負極 → 銅箔集電体

アルミホイルの主な機能は次のとおりです。

1. カソードからの電子の収集

リチウムイオン電池の充電および放電プロセス中に、カソード活物質は電子を生成または受け取ります。アルミ箔は電子を効率的に収集して外部回路に伝達し、バッテリーの充放電効率を向上させます。

2. カソードコーティングのサポート

正極スラリーはアルミニウム箔表面に均一にコーティングされなければなりません。したがって、箔は電極コーティングの剥がれを防ぐために良好な表面接着力を提供する必要があります。

3. バッテリーの安全性の向上

高品質のアルミ箔により、ピンホール、クラック、不純物などの欠陥が低減され、内部短絡や熱暴走のリスクが低減されます。

リチウム電池用アルミ箔

現在、リチウム電池業界では一般に、正極集電体として圧延アルミニウム箔が使用されています。一般的な合金グレードには、1060、1050、1145、1235 などの 1000 シリーズ アルミニウム グレードがあり、特に H18 の硬質焼戻し材が広く使用されています。これらの合金はアルミニウム含有量が高く、純度は 99.00% を超えています。

その中で、1235アルミホイルは、その高純度、優れた導電性、優れた加工性能、および不純物含有量の低さにより、リチウムイオン電池の正極集電体として広く使用されています。

1070 および 1060 アルミニウム箔は、アルミニウム含有量が高く (通常 ≥99.6%)、導電率が高くなります。これらは、電気的性能要件が厳しいパワーバッテリー用途に適しています。

リチウムイオン電池用アルミニウム箔は、製造工程と材料構造により次のように分類されます。

• 裸のアルミホイル

• コーティングされたアルミ箔

• 複合アルミ箔

炭素被覆アルミニウム箔は、アルミニウム箔の表面に導電性炭素層を塗布することによって製造されます。バッテリーの内部抵抗を大幅に低減し、活物質と箔の間の接触を改善し、電極内の電流伝導を強化します。その結果、バッテリーのレート性能、低温性能、サイクル寿命、および保管性能を向上させることができます。

一方、複合集電体はポリマーフィルムを基板として使用し、真空蒸着などのプロセスを通じて製造されます。これらは、高いエネルギー密度と安全性の向上という潜在的な利点をもたらします。

電池用アルミ箔製品仕様

リチウムイオン電池用アルミ箔の性能上の利点

高い導電性

電池用アルミ箔は高純度アルミニウムから製造されており、優れた導電性を備えています。電池の内部抵抗を低減し、充放電効率を向上させることができます。

高強度、良好な伸び

優れた機械的特性を備え、高速コーティング、カレンダー加工、スリット加工時に破損しにくく、生産安定性が向上します。

超薄型・高精度寸法

均一な厚さと高い寸法精度により、アルミニウム箔は電池の重量を効果的に削減し、電池のエネルギー密度を高めることができます。

優れた表面品質

きれいで平らな表面により、カソード材料コーティングの密着性が向上し、電極の一貫性と全体的なバッテリー性能が向上します。

優れた耐食性

バッテリーのアルミニウム箔は、リチウムイオンバッテリーの内部電解質環境に耐えることができ、長期サイクルでも安定した性能を保証します。

良好な加工性

圧延、スタンピング、およびコーティングの適合性に優れており、動力電池、エネルギー貯蔵電池、およびその他の先進的な電池用途の量産要件を満たします。

高い安全性と信頼性

ピンホール、不純物、表面欠陥を厳密に管理することで、内部短絡のリスクが軽減され、バッテリーの安全性が向上します。

リチウムイオン電池に使用されるアルミニウム箔の性能要件

1. 寸法と厚さ

極薄箔への傾向

従来の電池用アルミニウム箔の厚さは一般的に 12μm ～ 15μm です。圧延技術の進歩により、主流の動力電池およびエネルギー貯蔵電池の用途には、9μm ～ 10μm の範囲の極薄アルミニウム箔が広く採用されています。ハイエンド製品の中には8μmの限界に近づいているものもあります。

非常に厳しい厚さ公差要件

箔が薄くなるにつれて、厚さの均一性がますます重要になります。一般に、同一ストリップの厚み偏差は±4%以内に制御する必要があります。

厚さが一定でない場合、コーティングされたスラリーの厚さが変化し、局所的な電流過負荷、不均一な機械的応力、および電池寿命と安全性の大幅な低下を引き起こす可能性があります。

2. 機械的性質

バッテリー電極の製造には、高速コーティング、高温乾燥、高圧カレンダー加工、繰り返しのスリットなどの複数のプロセスが含まれます。これらの工程では、アルミニウム箔に優れた機械的強度が求められます。

高い引張強度

電極の圧縮密度が増加し続けると、カレンダー加工プロセスによってアルミニウム箔に大きなストレスがかかります。業界標準および主要な電池セル製造業者は、一般に電池用アルミニウム箔の引張強度が約 180 MPa ～ 200 MPa 以上であることを要求しています。

一部の極薄高強度アルミニウム箔では、カレンダー加工や高速引張時のストリップの破損を防ぐために、270 MPa ～ 280 MPa の引張強度が必要な場合があります。

適度な伸び

アルミホイルが硬すぎたり脆すぎると、曲げたり巻いたりするときにひび割れたり破損したりする可能性があります。したがって、巻き取りや積層などのセルの組み立て工程で十分な柔軟性を確保するには、一般的に伸びは 1.5% ～ 3.0% 程度である必要があります。

3. 表面品質

表面の清浄度

アルミ箔の表面は、色が均一で、清浄度が高く、平坦度が良好である必要があります。明らかな圧延痕、孔食、ピンホール、腐食痕、しわ、斑点、輝線、その他の圧延欠陥があってはなりません。

顕著な色の変化、油汚れ、強い油臭、目に見える油汚れがないこと。アルミニウム粉や鉄粉などの異物に対する要件は特に厳しく、一般に 300,000 平方メートルあたり 50 mg 以下に管理されています。

生産は通常、高水準のクリーンルーム環境で行われます。

ピンホール制御

ピンホールは、アルミニウム箔の最も重大な欠陥の 1 つです。ハイエンドのパワーバッテリーフォイルでは、通常、1 平方メートルあたり 0.7 個以下のピンホールしか必要としません。一部の高級製品では、1 平方メートルあたりのピンホールがゼロであることが要求される場合もあります。

一部の先進的な製造業者では、ピンホール数が 1 平方メートルあたり 0.3 個未満であることがすでに目標管理レベルとなっています。

表面濡れ性：ダイン値

コーティングの品質を確保するには、通常、アルミ箔表面のダイン値が 32 ダイン以上であることが必要です。一部のハイエンド製品では、34 ダイン、さらには 36 ダインの値が必要です。

ダイン値とは、アルミ箔の表面の濡れ性、密着性を表します。これは、コーティング、ラミネート、および関連するバッテリー製造プロセスにとって重要です。

孔食の制限

箔の表面には直径 1 mm を超えるピットがあってはなりません。 0.5 mm ～ 1 mm の穴は 1 平方メートルあたり 3 個未満に制限する必要があり、約 0.5 mm の穴が集中して発生してはなりません。

リチウム電池の種類ごとのアルミ箔要件の違い