Dengan perkembangan pesat kenderaan tenaga baharu, elektronik pengguna, sistem penyimpanan tenaga dan industri berkaitan, teknologi bateri telah menjadi bahagian penting dalam sistem tenaga moden. Apabila orang menumpukan pada kapasiti bateri, kelajuan pengecasan, hayat kitaran dan prestasi keselamatan, mereka sering terlepas pandang satu komponen yang kelihatan biasa tetapi sangat penting: bahan pembungkusan bateri.
Terutamanya dalam bateri lithium-ion jenis kantung, kerajang aluminium bukan sekadar "pakej luar." Ia adalah lapisan berfungsi penting yang bertanggungjawab untuk mengasingkan bateri daripada persekitaran luaran, mencegah kebocoran, meningkatkan keselamatan dan memanjangkan hayat perkhidmatan. Oleh itu, bahan pembungkusan komposit kerajang aluminium berprestasi tinggi adalah asas penting untuk operasi stabil jangka panjang sel bateri.
Apakah Kerajang Aluminium untuk Pembungkusan Bateri?
Kerajang aluminium pembungkusan bateri secara amnya merujuk kepada kerajang aluminium yang digunakan dalam struktur pengedap luaran bateri. Aplikasi paling tipikalnya adalah dalam filem komposit aluminium-plastik yang digunakan untuk bateri lithium-ion jenis kantung, juga dikenali sebagai Filem Plastik Aluminium (APF).
Tidak seperti kes bateri logam konvensional, bateri kantung biasanya menggunakan filem komposit berbilang lapisan sebagai bahan pembungkusan. Dalam struktur ini, kerajang aluminium berfungsi sebagai lapisan penghalang teras, manakala filem polimer lain menyediakan perlindungan luaran, penebat elektrik, pengedap haba dan fungsi ikatan.
Aloi aluminium foil yang paling biasa digunakan untuk pembungkusan bateri termasuk 8021, 8079, dan 8011. Antaranya, 8021 dan 8079 kerajang aluminium digunakan secara meluas dalam filem aluminium-plastik untuk bateri litium kantung mewah kerana prestasi lukisan dalam yang sangat baik, fleksibiliti dan sifat penghalangnya.
Filem komposit aluminium-plastik biasa biasanya terdiri daripada tiga lapisan berfungsi berikut:
1. Filem Pelindung Luar
Lapisan luar biasanya diperbuat daripada nilon (PA) atau bahan polimer lain yang sesuai. Ia terutamanya menyediakan rintangan lelasan, rintangan tusukan, dan perlindungan mekanikal, membantu filem pembungkusan menahan tekanan luaran semasa pembentukan dan penggunaan.
2. Lapisan Penghalang Kerajang Aluminium Pertengahan
Sebagai lapisan berfungsi utama filem komposit, kerajang aluminium menyekat kelembapan, oksigen dan bahan luaran lain secara berkesan, mengurangkan risiko bahan dalaman bateri terjejas oleh persekitaran.
3. Lapisan Pengedap Haba Dalam
Lapisan dalam biasanya diperbuat daripada polipropilena (PP) atau bahan poliolefin yang diubah suai. Ia menghadap bahagian dalam bateri, memberikan prestasi pengedap haba, dan menawarkan rintangan kimia yang diperlukan untuk sentuhan dengan elektrolit.
Bahan-bahan ini digabungkan melalui pelekat atau proses laminasi lain untuk membentuk struktur pembungkusan pelbagai fungsi. Bilangan lapisan, sistem bahan dan konfigurasi ketebalan mungkin berbeza antara pengeluar. Reka bentuk khusus hendaklah ditentukan mengikut jenis bateri, kedalaman pembentukan, dan persekitaran operasi.
Fungsi Teras Kerajang Aluminium dalam Pembungkusan Bateri
1. Perlindungan Bahan Elektrod
Dalam bateri boleh dicas semula seperti bateri litium-ion, kerajang aluminium biasanya digunakan sebagai pengumpul semasa untuk elektrod positif. Ia memberikan kelebihan berikut:
Kekonduksian elektrik: Sebagai pengumpul arus untuk elektrod positif, kerajang aluminium dengan cekap mengumpul arus yang dihasilkan oleh bahan elektrod dan memindahkannya ke litar luaran.
Kestabilan: Kerajang aluminium mempunyai kestabilan yang baik dalam elektrolit bateri dan secara amnya tidak bertindak balas dengan elektrolit dalam keadaan operasi biasa, membantu melindungi bahan elektrod daripada kerosakan.
Nipis: Profil nipis kerajang aluminium boleh mengurangkan ketebalan keseluruhan bateri dan meningkatkan ketumpatan tenaga.
2. Sokongan untuk Bahan Anod
Dalam jenis bateri tertentu, kerajang aluminium juga boleh digunakan untuk menyokong bahan anod. Sebagai contoh, dalam bateri aluminium-udara, kerajang aluminium itu sendiri adalah bahan anod utama.
Permukaan tindak balas: Kerajang aluminium menyediakan kawasan permukaan tindak balas yang besar, yang bermanfaat kepada tindak balas pengoksidaan.
Sokongan struktur: Kerajang aluminium menyediakan sokongan struktur untuk bahan anod dan membantu mencegah ubah bentuk semasa penggunaan.
3. Pengasingan Elektrolit
Dalam bateri, elektrolit adalah medium konduktif, tetapi ia juga boleh menyebabkan kakisan kepada bahan elektrod tertentu. Kerajang aluminium boleh berfungsi sebagai lapisan pengasingan dalam struktur bateri tertentu.
Fungsi pelindung: Kerajang aluminium boleh membantu mengelakkan sentuhan langsung yang tidak diingini antara komponen elektrolit dan bahan bateri tertentu, mengurangkan risiko kakisan dan degradasi.
Kebolehtelapan terpilih: Bahan berasaskan kerajang tertentu yang direka khas mungkin menawarkan kebolehtelapan terpilih, membolehkan ion melepasi sambil mengehadkan kemasukan kekotoran.
4. Pengurusan Terma
Bateri menjana haba semasa operasi, dan suhu yang berlebihan boleh menjejaskan prestasi dan keselamatan bateri secara negatif. Kerajang aluminium boleh menyumbang kepada pengurusan haba dengan cara berikut:
Pelesapan haba: Kerajang aluminium mempunyai kekonduksian terma yang baik dan boleh membantu memindahkan haba yang dihasilkan oleh bateri ke luar, membantu bateri kekal dalam julat suhu operasi yang lebih selamat.
Pantulan haba: Permukaan reflektif kerajang aluminium boleh mengurangkan penyerapan haba pada permukaan bateri dan membantu menurunkan suhu bateri.
5. Anti-Statik dan Perlindungan Medan Elektrik
Semasa penggunaan, bateri mungkin menjana elektrik statik atau terdedah kepada medan elektrik, yang boleh menjejaskan prestasi dan keselamatan. Kerajang aluminium boleh memberikan perlindungan medan anti-statik dan elektrik.
Kekonduksian: Kekonduksian kerajang aluminium boleh membantu memandu cas statik atau medan elektrik, mengurangkan risiko yang berkaitan dengan nyahcas elektrostatik atau gangguan elektrik.
Kesan perisai: Kerajang aluminium boleh membentuk lapisan pelindung elektromagnet, membantu melindungi bateri daripada gangguan elektromagnet luaran.
6. Perlindungan Keselamatan
Dalam keadaan yang melampau, bateri mungkin menghadapi masalah keselamatan seperti terlalu panas, lebihan voltan atau litar pintas. Kerajang aluminium boleh memberikan faedah perlindungan tertentu:
Kesan gangguan litar: Pada suhu yang sangat tinggi, kerajang aluminium mungkin cair atau kehilangan integriti struktur, yang berpotensi menyumbang kepada gangguan litar dan membantu mengehadkan tindak balas berbahaya.
Rintangan api: Kerajang aluminium itu sendiri tidak mudah terbakar dan boleh membantu memperlahankan penyebaran api, memberikan tahap perlindungan tambahan dalam situasi berkaitan kebakaran.
7. Hartanah Penghalang
Kelembapan sangat sensitif kepada bateri litium-ion. Tindak balas berkaitan lembapan boleh menghakis bahan elektrod dan pengumpul arus, mengurangkan kapasiti bateri, meningkatkan rintangan dalaman, malah menyebabkan bengkak, kebocoran elektrolit atau insiden keselamatan.
Kerajang aluminium memberikan sifat penghalang kelembapan-wap dan oksigen yang sangat baik. Berbanding dengan filem plastik biasa, lapisan aluminium logam padat hampir dapat menyekat sepenuhnya resapan wap air dan oksigen, mewujudkan persekitaran dalaman yang lebih stabil untuk sel bateri.
Spesifikasi Kerajang Aluminium Pembungkusan Bateri
| item | Spesifikasi Biasa |
| Aloi | 8021, 8079, 8011, 1235 |
| perangai | O, H18 |
| Ketebalan | 0.025 mm–0.055 mm |
| Lebar | 100 mm–1600 mm |
| Panjang | 1000 mm–16000 mm |
| Toleransi ketebalan | Biasanya dikawal dalam ±3% hingga ±5% |
| Diameter dalam gegelung | 150 mm, 300 mm, 505 mm, dsb. |
| Gegelung diameter luar | Biasanya tidak lebih daripada 1000 mm–1200 mm |
| Berat gegelung | 100 kg–5000 kg |
| Keadaan permukaan | Rata, bersih, bebas minyak, tanpa calar yang jelas |
| MOQ | 1–3 tan |
Aplikasi Kerajang Aluminium dalam Pelbagai Jenis Bateri
1. Bateri Litium-Ion
Bateri litium-ion adalah antara jenis bateri boleh dicas semula yang paling banyak digunakan hari ini. Dalam bateri litium-ion, kerajang aluminium biasanya digunakan sebagai pengumpul arus elektrod positif.
Bahan katod: Bahan elektrod positif biasanya termasuk oksida logam seperti litium kobalt oksida (LiCoO₂) dan litium besi fosfat (LiFePO₄). Bahan-bahan ini biasanya digunakan dengan kerajang aluminium untuk meningkatkan prestasi bateri.
Elektrolit: Elektrolit umumnya mengandungi pelarut organik dan garam litium. Kerajang aluminium mempunyai kestabilan yang baik dalam sistem elektrolit bateri lithium-ion biasa dan boleh membantu mengekalkan kestabilan struktur elektrod positif.
2. Bateri Aluminium-Udara
Bateri aluminium-udara ialah teknologi bateri yang baru muncul di mana kerajang aluminium berfungsi sebagai bahan anod.
Prinsip tindak balas: Kerajang aluminium bertindak balas dengan oksigen untuk menjana tenaga elektrik. Persamaan tindak balas ialah:
2Al + 3O₂ + 6H₂O → 2Al(OH)₃ + 6e⁻
Kelebihan: Bateri aluminium-udara menawarkan kepadatan tenaga yang tinggi dan kos bahan yang agak rendah. Walau bagaimanapun, hayat perkhidmatan mereka agak pendek kerana kerajang aluminium digunakan secara beransur-ansur semasa pelepasan.
3. Bateri Natrium-Ion
Bateri natrium-ion adalah alternatif kepada bateri litium-ion. Sistem elektrod dan bahan pembungkusan mereka adalah serupa dengan yang digunakan dalam bateri litium-ion. Dalam bateri natrium-ion, kerajang aluminium juga boleh digunakan sebagai pengumpul arus untuk elektrod positif.
Bahan katod: Bahan elektrod positif biasanya termasuk sebatian yang mengandungi natrium, seperti natrium kobalt oksida (NaCoO₂) dan natrium besi fosfat (NaFePO₄).
Elektrolit: Elektrolit umumnya mengandungi pelarut organik dan garam natrium. Kerajang aluminium menawarkan keserasian yang baik dengan banyak sistem elektrod positif bateri natrium-ion.
Apakah Perbezaan Antara Kerajang Aluminium Pembungkusan Bateri dan Kerajang Aluminium Pengumpul Arus Katod?
Dalam industri bateri, kerajang aluminium juga digunakan secara meluas sebagai pengumpul arus elektrod positif dalam bateri lithium-ion. Walaupun kedua-dua aplikasi menggunakan kerajang aluminium, tujuan dan keperluan teknikalnya agak berbeza.
| Item Perbandingan | Kerajang Aluminium Pembungkusan Bateri | Kerajang Aluminium Pengumpul Arus Katod |
| Aplikasi utama | Lapisan penghalang dalam filem komposit aluminium-plastik | Menyokong bahan aktif katod dan mengumpul arus elektrik |
| Keperluan prestasi teras | Sifat penghalang, kebolehbentukan, keserasian laminasi | Kekonduksian elektrik, keserasian salutan, keseragaman ketebalan |
| Bahan biasa | Kerajang aluminium gred pembungkusan dipilih mengikut reka bentuk filem komposit | Biasanya 1050, 1060, 1070, 1235 kerajang aluminium |
| Kaedah pemprosesan | Laminasi, lukisan dalam, pemotongan, pengedap haba | Salutan, kalendar, slitting, pemprosesan helaian elektrod |
| Kebimbangan kualiti utama | Lubang jarum, membentuk rekahan, penembusan, dan prestasi penghalang | Kebersihan permukaan, toleransi ketebalan, kerataan dan kualiti salutan |
Dalam aplikasi praktikal, tujuan utama pembungkusan kerajang aluminium adalah untuk membentuk struktur penghalang yang stabil dan boleh dipercayai, manakala tujuan utama kerajang aluminium pengumpul semasa adalah untuk mengalirkan elektrik, menyokong bahan aktif, dan memenuhi keperluan pembuatan elektrod.
Oleh itu, kedua-dua jenis kerajang aluminium ini tidak seharusnya hanya diganti berdasarkan ketebalan atau gred aloi sahaja. Apabila membeli kerajang aluminium, pengguna harus menentukan dengan jelas spesifikasi bahan dan piawaian kualiti mengikut aplikasi akhir.
Trend Pembangunan Teknikal Kerajang Aluminium Bateri
Memandangkan industri tenaga baharu terus menuntut kepadatan tenaga bateri yang lebih tinggi, keupayaan pengecasan yang lebih pantas dan keselamatan yang lebih baik, kerajang aluminium untuk pembungkusan bateri dan struktur bateri juga sedang menjalani pembangunan teknologi yang berterusan.
Kerajang Nipis dengan Kekuatan dan Pemanjangan yang Lebih Tinggi
Kerajang aluminium pengumpul semasa berkembang daripada julat ketebalan konvensional 12–15 μm ke arah 9 μm dan lebih nipis. Objektifnya adalah untuk mengekalkan kekuatan tegangan yang mencukupi sambil mewujudkan lebih banyak ruang untuk bahan aktif, dengan itu meningkatkan ketumpatan tenaga bateri.
Kerajang Aluminium Bersalut Karbon
Kerajang aluminium bersalut karbon dihasilkan dengan menyalut lapisan karbon konduktif tahap mikron yang sangat nipis pada permukaan kerajang aluminium. Salutan ini boleh mengurangkan rintangan sentuhan dengan ketara, meningkatkan lekatan bahan aktif pada kerajang, dan membantu mencegah pengoksidaan permukaan.
Kerajang Aluminium untuk Filem Aluminium-Plastik Yang Dilukis Dalam
Untuk memenuhi keperluan lukisan dalam bateri kuasa, aloi kerajang aluminium berkualiti tinggi seperti 8021 dan 8079 sedang dibangunkan dengan struktur butiran seragam, kekuatan tegangan tinggi dan prestasi pemanjangan yang baik. Bahan-bahan ini amat sesuai untuk filem komposit aluminium-plastik yang memerlukan kedalaman pembentukan yang lebih besar.