Dengan perkembangan pesat kenderaan tenaga baharu, sistem penyimpanan tenaga, elektronik pengguna dan alatan elektrik, bateri litium-ion telah menjadi bahagian yang amat diperlukan dalam landskap tenaga moden.
Malah, kerajang aluminium adalah salah satu bahan teras yang digunakan sebagai pengumpul arus katod dalam bateri litium. Ia bukan sahaja menjalankan dan mengumpul elektron, tetapi juga secara langsung mempengaruhi rintangan dalaman bateri, prestasi kadar, hayat kitaran, keselamatan, dan hasil pembuatan. Artikel ini meneroka definisi, klasifikasi, proses pengeluaran, piawaian dan kepentingan kerajang aluminium bateri litium dalam industri bateri.
Apakah Kerajang Aluminium Bateri?
Aluminium foil bateri, juga dikenali sebagai kerajang aluminium gred bateri, merujuk kepada kerajang aluminium yang digunakan untuk katod bateri lithium-ion. Ketebalannya biasanya sekitar 0.01 mm, atau 10 μm. Fungsi utamanya adalah untuk mengumpul arus yang dihasilkan oleh bahan aktif dalam bateri dan menghantarnya sebagai arus yang lebih besar ke litar luaran.
Berbanding dengan kerajang aluminium konvensional, kerajang aluminium bateri mempunyai ketulenan yang lebih tinggi dan keperluan prestasi yang lebih ketat.
Klasifikasi Kerajang Aluminium Bateri
Mengikut aplikasi, kerajang aluminium bateri boleh dibahagikan kepada kerajang aluminium untuk bateri lithium-ion polimer dan kerajang aluminium untuk bateri lithium kobalt oksida.
Kerajang Aluminium untuk Bateri Litium-Ion Polimer
Kerajang aluminium untuk bateri litium-ion polimer biasanya dirawat dengan rawatan pengoksidaan dua muka, disalut dengan polimer khas, dan tertakluk kepada rawatan tahan kakisan khusus untuk menyesuaikan diri dengan persekitaran operasi khusus bateri litium polimer.
Kerajang Aluminium untuk Bateri Litium Kobalt Oksida
Kerajang aluminium untuk bateri litium kobalt oksida biasanya menggunakan rawatan pengoksidaan satu sisi. Permukaannya mungkin disalut dengan salutan organik khas untuk meningkatkan rintangan kakisan dan kekonduksian elektrik.
Peranan Kerajang Aluminium Bateri dalam Bateri Litium-Ion
1. Pengumpulan dan Pengaliran Semasa
Kerajang aluminium mempunyai kekonduksian elektrik yang sangat baik. Ia boleh mengumpul arus yang dijana atau diterima dengan cekap oleh bahan aktif katod dan menghantarnya ke tab bateri dan litar luaran. Fungsi ini penting untuk memastikan output bateri berprestasi tinggi.
2. Menyokong Bahan Aktif
Sebagai substrat untuk menyalut bahan katod, kerajang aluminium menyediakan sokongan mekanikal dan membantu mengekalkan integriti struktur elektrod.
3. Rintangan Kakisan Elektrokimia
Pada potensi katod yang tinggi, biasanya melebihi 3.8 V, aluminium membentuk filem oksida padat pada permukaannya. Lapisan oksida ini membantu menahan kakisan elektrolit dan menyokong kestabilan berbasikal jangka panjang.
4. Kestabilan Terma
Kerajang aluminium boleh menahan haba yang dijana semasa mengecas dan menyahcas bateri, membantu memastikan kestabilan dan keselamatan bateri di bawah keadaan operasi yang mencabar. Ini amat penting untuk aplikasi seperti kenderaan elektrik, yang memerlukan tempoh operasi beban tinggi yang lama.
5. Prestasi Kos Tinggi
Berbanding dengan bahan pengumpul arus logam lain, kerajang aluminium menawarkan prestasi kos yang sangat baik. Bekalan bahan mentah yang banyak dan teknologi pemprosesan matang menjadikannya bahan pengumpul semasa pilihan untuk bateri litium.
Aloi Aluminium Biasa Digunakan untuk Kerajang Aluminium Bateri
Aloi kerajang bateri yang paling banyak digunakan ialah aloi aluminium tulen siri 1xxx, diwakili oleh 1060, 1070, dan 1235. Bergantung pada keperluan komponen bateri tertentu, aloi aluminium-mangan siri 3xxx dan aloi aluminium-besi-silikon siri 8xxx juga boleh digunakan.
Kerajang Bateri Siri 1xxx
Siri 1xxx kini merupakan kategori bahan yang paling banyak digunakan untuk kerajang aluminium bateri. Aloi ini mempunyai ketulenan aluminium yang tinggi, umumnya melebihi 99.0%, memberikan kekonduksian elektrik, kekonduksian terma dan prestasi pemprosesan yang sangat baik. Mereka memenuhi keperluan teras pengumpul semasa dengan sangat berkesan.
Gred Utama: 1060 dan 1235 ialah gred yang paling biasa. Gred lain yang digunakan secara meluas termasuk 1050, 1100, 1145, dan 1070.
Aplikasi Biasa: 1060 dan 1050 biasanya digunakan untuk pengumpul arus katod dan tab bateri di mana kekonduksian elektrik yang tinggi diperlukan. Oleh kerana prestasi keseluruhannya yang seimbang, 1235 digunakan secara meluas untuk pengumpul arus katod dan sebagai bahan asas untuk kerajang aluminium bersalut karbon.
Kerajang Bateri Siri 3xxx
Siri 3xxx mengandungi mangan, memberikan kekuatan mekanikal yang lebih tinggi daripada aluminium tulen. Apabila pengumpul arus katod memerlukan sifat mekanikal yang lebih baik, aloi 3003 boleh dipilih.
Kerajang Bateri Siri 8xxx
Siri 8xxx tergolong dalam kumpulan aloi aluminium-besi-silikon. Gred biasa termasuk kerajang aluminium 8011 dan 8021, yang menawarkan sifat kebolehbentukan dan penghalang yang lebih baik. Bahan-bahan ini biasanya tidak digunakan sebagai pengumpul semasa; sebaliknya, ia digunakan terutamanya untuk filem aluminium-plastik dalam pembungkusan bateri kantung dan untuk komponen seperti tab bateri.
| Siri Aloi | Gred Biasa | Aplikasi Utama |
| 1xxx Aluminium Tulen | 1060, 1235, 1050, 1100, 1145, 1070 | Pengumpul arus katod; aplikasi yang paling penting dan digunakan secara meluas |
| 3xxx Aluminium-Mangan | 3003 | Pengumpul arus katod yang memerlukan kekuatan yang lebih tinggi |
| 8xxx Aluminium-Besi-Silikon | 8021, 8011 | Filem aluminium-plastik untuk sarung bateri kantung, tab bateri dan komponen yang berkaitan |
Temperamen Kerajang Aluminium Bateri
Sebagai tambahan kepada gred aloi, suhu kerajang aluminium juga penting kerana ia menentukan kekerasan dan sifat mekanikal yang lain.
H18 Perangai
H18 menunjukkan perangai keras penuh yang diperoleh melalui pengerasan terikan. Ia adalah salah satu temper yang paling biasa digunakan untuk kerajang aluminium bateri, terutamanya untuk kerajang pengumpul arus katod.
Wahai Temper
O marah merujuk kepada bahan anil. Ia adalah keadaan paling lembut dan menawarkan keplastikan dan kebolehbentukan terbaik. Ia biasanya digunakan untuk kerajang aluminium yang digunakan dalam filem aluminium-plastik, di mana prestasi pembentukan yang sangat baik diperlukan.
H19 Perangai
H19 memberikan kekuatan yang lebih tinggi dan sesuai untuk kerajang aluminium bateri tolok nipis, terutamanya produk kerajang ultra nipis.
Selain itu, H14, H22, dan H24 adalah temper dengan darjah pengerasan terikan yang berbeza dan juga boleh dipilih mengikut keperluan aplikasi tertentu.
Spesifikasi Biasa
| item | Spesifikasi |
| bahan | Aluminium, ketulenan >99.3% |
| perangai | O,H18,H19,dsb |
| Kerintangan Elektrik | 2.7 × 10⁻⁸ Ω·m |
| Ketumpatan Kawasan | 41 ± 2 g/m² |
| Panjang | 350 m |
| Lebar | 280 mm |
| Ketebalan | 12 μm |
| Ketumpatan | 3.741 g/cm³ |
| Kekuatan Tegangan | ≥200 MPa |
| Diameter Teras | 76 mm / 3 inci |
Komposisi Kimia
| unsur | kandungan |
| AL | >99.35% |
| Dan | <0.25% |
| Cu | <0.05% |
| Zn | <0.10% |
| Mn | <0.05% |
| Fe | <0.30% |
Ciri-ciri Utama Kerajang Aluminium Bateri
Kerajang aluminium bateri mesti mempunyai beberapa ciri utama untuk berfungsi dengan berkesan dalam bateri litium:
1. Kekonduksian Elektrik Tinggi: Kerintangan elektrik yang rendah memastikan penghantaran arus yang cekap.
2. Kekuatan Mekanikal Tinggi: Ia mesti menahan tekanan daripada bahan katod dan tekanan mekanikal semasa pemasangan bateri.
3. Kestabilan Kimia yang Baik: Ia seharusnya tidak mudah bertindak balas dengan komponen bateri dalaman.
4. Rintangan Pengoksidaan: Ia harus mengekalkan prestasi yang stabil di udara tanpa pengoksidaan yang ketara.
5. Tolok Nipis dan Fleksibiliti: Ia boleh dihasilkan dalam tolok ultra-nipis sambil mengekalkan fleksibiliti yang mencukupi.
6. Kecekapan Kos: Ia menawarkan keseimbangan kos pengeluaran dan prestasi yang menggalakkan.
Proses Pengeluaran Kerajang Aluminium Bateri
Pengeluaran kerajang aluminium bateri berkualiti tinggi melibatkan lebih daripada sekadar rolling mudah. Ia termasuk satu siri proses ketepatan, termasuk peleburan, tuangan, gelek panas, gelek sejuk, penyepuhlindapan, kemasan, celahan dan pemeriksaan.
1. Pencairan dan Tuangan
Pertama, cair aluminium disediakan mengikut gred aloi sasaran. Kawalan komposisi yang ketat, penyahgasan, penyingkiran sanga, dan penapisan dijalankan untuk mengurangkan kekotoran dan memastikan ketulenan cair yang tinggi.
Kualiti leburan aluminium secara langsung mempengaruhi struktur dalaman, kualiti permukaan, dan keupayaan kawalan lubang jarum bagi produk kepingan aluminium dan kerajang berikutnya.
2. Guling Panas dan Guling Sejuk
Selepas tuangan, papak aluminium menjalani penggelek panas dan beberapa pas penggelek sejuk untuk mengurangkan bahan secara beransur-ansur kepada ketebalan yang diperlukan.
Untuk aluminium foil bateri dalam julat 10–20 μm, rolling memerlukan sistem kawalan ketebalan yang sangat tepat. Minyak gelek, keadaan permukaan gulungan, kawalan ketegangan, dan ketepatan peralatan semuanya mempunyai kesan langsung ke atas kualiti produk akhir.
3. Rawatan Penyepuhlindapan
Penyepuhlindapan adalah proses kritikal untuk menentukan sifat mekanikal dan kebersihan permukaan kerajang aluminium.
Dengan mengawal suhu penyepuhlindapan, masa penahanan, dan lengkung pemanasan dan penyejukan dengan betul, pengeluar boleh memperbaiki struktur bijian, mengimbangi kekuatan tegangan dan pemanjangan, mengeluarkan sisa minyak bergolek, dan meningkatkan kebersihan permukaan dan keserasian salutan.
4. Celah dan Kemasan
Selepas penyepuhlindapan dan pemeriksaan, kerajang aluminium dicelah, digulung semula, dan dibungkus mengikut keperluan pelanggan. Semasa membelah, kawalan burr, kualiti tepi, ketegangan belitan dan bentuk gegelung mesti diurus dengan teliti.
Ini membantu mengelakkan burr tepi, belitan longgar, teleskop dan salah jajaran lapisan, yang sebaliknya boleh menjejaskan operasi salutan dan pemprosesan hiliran.
5. Pemeriksaan dan Pembungkusan
Kerajang aluminium bateri yang telah siap biasanya diperiksa untuk:
Ketepatan ketebalan
Kadar lubang jarum
Kualiti permukaan
Sifat mekanikal
Kekonduksian elektrik
Kebolehbasahan
Kerataan dan bentuk gegelung
Pembungkusan direka untuk memberikan rintangan kelembapan, perlindungan habuk dan perlindungan hentaman, menghalang kerajang daripada pendedahan kelembapan, pengoksidaan, calar atau ubah bentuk semasa pengangkutan dan penyimpanan.
Aplikasi Utama Aluminium Foil Bateri Litium
Kerajang aluminium bateri digunakan secara meluas dalam bidang berikut:
Bateri kuasa kenderaan tenaga baharu
Bateri simpanan tenaga
Bateri elektronik pengguna
Alat kuasa dan pengangkutan elektrik ringan
Bateri keadaan pepejal dan teknologi bateri yang baru muncul
Kesan Aluminium Foil Bateri terhadap Prestasi Bateri
Kualiti dan prestasi aluminium foil bateri secara langsung mempengaruhi prestasi dan kestabilan bateri.
Pertama, kerajang aluminium berkualiti tinggi memberikan kekonduksian elektrik yang sangat baik, membolehkan pemindahan arus yang cekap, rintangan dalaman yang berkurangan dan kecekapan pengecasan dan nyahcas yang lebih baik.
Kedua, kerajang aluminium mesti mempunyai kekuatan mekanikal yang mencukupi dan rintangan kakisan untuk memastikan operasi bateri yang stabil dalam keadaan yang berbeza.
Selain itu, ketebalan foil, kelancaran permukaan, kebersihan permukaan dan kerataan semuanya boleh menjejaskan prestasi bateri dan hayat perkhidmatan. Oleh itu, pemilihan bahan kerajang aluminium yang sesuai dan proses pembuatan adalah penting semasa pengeluaran bateri.
Trend Pembangunan Masa Depan Kerajang Aluminium Bateri
Didorong oleh kemajuan pesat industri tenaga baharu, kerajang aluminium bateri berkembang dalam beberapa arah utama:
Kerajang Ultra Nipis
Membangunkan kerajang aluminium 5–6 μm atau lebih nipis sambil mengekalkan kekuatan yang mencukupi boleh meningkatkan lagi ketumpatan tenaga bateri.
Kekuatan Tinggi dan Keliatan Tinggi
Dengan mengoptimumkan komposisi aloi dan proses penggulungan, pengeluar boleh meningkatkan kekuatan tegangan dan pemanjangan untuk memenuhi keperluan penggulungan berkelajuan tinggi dan pemasangan bateri.
Kebersihan Permukaan yang Lebih Tinggi
Mengurangkan pencemaran permukaan dan kecacatan lubang jarum boleh meningkatkan keseragaman salutan, konsistensi produk dan hasil pembuatan bateri.
Rawatan Permukaan Berfungsi
Salutan karbon, salutan seramik dan teknologi rawatan permukaan lain boleh meningkatkan lekatan bahan aktif, mengurangkan rintangan antara muka dan meningkatkan prestasi pengecasan pantas.
Pembuatan Hijau
Proses rolling penjimatan tenaga, pembersihan mesra alam dan proses kitar semula sekerap semakin penting untuk mengurangkan pelepasan karbon dan memenuhi keperluan kemampanan global.
Kelestarian Alam Sekitar
Industri ini juga sedang membangunkan kaedah pengeluaran yang lebih bertanggungjawab terhadap alam sekitar, mengurangkan kesan alam sekitar, dan meningkatkan penggunaan bahan kitar semula.
Soalan Lazim
1. Mengapakah kerajang aluminium bateri digunakan terutamanya untuk katod bateri litium?
Aluminium menawarkan kekonduksian elektrik yang sangat baik, rintangan kakisan, dan sifat ringan. Ia kekal stabil pada potensi operasi katod bateri litium, menjadikannya digunakan secara meluas sebagai pengumpul arus katod. Kerajang tembaga biasanya digunakan sebagai pengumpul semasa untuk anod.
2. Apakah ketebalan biasa bagi aluminium foil bateri?
Ketebalan biasa termasuk 6 μm, 8 μm, 9 μm, 10 μm, 12 μm, 15 μm dan 20 μm. Antaranya, kerajang aluminium ultra-nipis dalam julat 6–10 μm telah menjadi arah pembangunan yang penting kerana ia membantu meningkatkan ketumpatan tenaga bateri.
3. Aloi aluminium manakah yang biasa digunakan untuk kerajang aluminium bateri?
Aloi biasa termasuk 1060, 1070, 1100 dan 1235. Aloi yang berbeza menawarkan kelebihan berbeza dalam kekonduksian elektrik, sifat mekanikal dan prestasi pemprosesan, membolehkan mereka memenuhi keperluan bateri kuasa, bateri simpanan tenaga dan bateri elektronik pengguna.