Como um material importante para coletores de corrente catódica de bateria de íon de lítio, a folha de alumínio não apenas conduz elétrons, mas também afeta diretamente a resistência interna da bateria, a densidade de energia, o desempenho do ciclo e a eficiência de fabricação.
A MC Aluminium fornece folhas de alumínio 1050, 1060, 1070 e 1235 com alta pureza, boa condutividade elétrica, excelente ductilidade e desempenho de processamento estável. As espessuras disponíveis geralmente variam de 10 a 50 μm, atendendo aos requisitos de diferentes produtos químicos de bateria e processos de fabricação.
Por que as baterias de íon-lítio exigem folha de alumínio de alto desempenho?
Em uma estrutura típica de bateria de íons de lítio, os materiais do cátodo são revestidos com folha de alumínio, enquanto os materiais do ânodo são geralmente revestidos com folha de cobre. A folha de alumínio é posicionada entre o material ativo do cátodo e o circuito externo e funciona principalmente como coletor de corrente e meio condutor de elétrons.
Portanto,folha de alumínio da baterianão é uma folha de alumínio industrial comum. É um material funcional que deve atender a vários requisitos rigorosos de desempenho.
1. Boa condutividade elétrica
O alumínio possui boa condutividade elétrica, ajudando a reduzir a resistência durante a transmissão de elétrons. Para baterias de energia e baterias de armazenamento de energia, a condutividade elétrica estável contribui para carga e descarga eficientes.
2. Excelente ductilidade
A folha de alumínio da bateria normalmente passa por processos de revestimento, calandragem, corte, enrolamento ou empilhamento. Se a folha tiver plasticidade insuficiente, a tira poderá quebrar ou rachar durante o processamento.
Portanto, bom alongamento e propriedades mecânicas uniformes são indicadores importantes para folhas de alumínio para baterias.
3. Qualidade de superfície estável
A pasta catódica deve ser revestida uniformemente na superfície da folha de alumínio. Defeitos superficiais como arranhões, furos, contaminação por óleo e manchas de oxidação podem afetar a uniformidade do revestimento e, subsequentemente, afetar a qualidade de fabricação da bateria.
Portanto, a folha de alumínio para bateria geralmente requer uma superfície limpa e lisa, livre de defeitos óbvios.
4. Controle preciso de espessura e planicidade
A faixa de espessura de 10–50 μm representa especificações de folhas de alumínio relativamente finas. A fabricação requer controle rigoroso de tolerância de espessura, planicidade, tensão e qualidade da bobina.
Especialmente em baterias de armazenamento de energia e energia, a espessura da folha de alumínio afeta diretamente o peso do coletor de corrente e a densidade geral de energia da bateria.
Ligas de folha de alumínio para bateria: 1050, 1060, 1070 e 1235
Folha de alumínio 1050
O alumínio 1050 contém ≥99,50% de Al. Entre os quatro graus, possui a pureza de alumínio mais baixa, com limites de impurezas relativamente menos rigorosos. Oferece condutividade elétrica moderada e resistência à corrosão.
Sua vantagem de custo o torna adequado para algumas aplicações de armazenamento de energia sensíveis ao custo e certas aplicações de baterias eletrônicas de consumo, onde a resistência interna extremamente baixa não é o requisito principal. Sua participação em algumas aplicações de bateria diminuiu gradualmente à medida que classes de desempenho mais alto se tornaram mais amplamente adotadas.
Folha de alumínio 1060
O alumínio 1060 contém ≥99,60% Al e é considerado um tipo altamente versátil.
Ele fornece um bom equilíbrio entre pureza, condutividade elétrica, resistência à corrosão eletrolítica e estabilidade do processo de laminação. Com uma relação custo-desempenho atraente, o 1060 é amplamente considerado para baterias de armazenamento de energia e aplicações de baterias de uso geral onde o desempenho e o custo precisam ser equilibrados.
Folha de alumínio 1070
O alumínio 1070 contém ≥99,70% Al e é uma folha de alumínio de alta pureza.
Seu controle de impurezas é mais rigoroso e sua condutividade elétrica é excelente. Sua resistividade elétrica relativamente baixa pode ajudar a reduzir a resistência interna da bateria, tornando-a adequada para aplicações de alta taxa e alta densidade de energia.
A folha de alumínio 1070 é comumente considerada para baterias de consumo de última geração e fontes de energia especializadas onde a resistência interna extremamente baixa é importante. As especificações ultrafinas de 10–12 μm são particularmente relevantes para aplicações de alta densidade de energia.
Folha de alumínio 1235
O alumínio 1235 contém ≥99,35% de Al.
Alguns clientes podem se perguntar por que o 1235, apesar de ter pureza nominal de alumínio inferior ao 1060, é amplamente utilizado na produção de baterias em larga escala.
O objetivo do 1235 não é simplesmente maximizar a pureza do alumínio. Em vez disso, a liga é projetada com níveis de impurezas controlados e características otimizadas de laminação e alongamento. Ele pode fornecer resistência à tração favorável, resistência à quebra e desempenho de soldagem estável, tornando-o adequado para processos de enrolamento usados em baterias elétricas.
folha de alumínio 1235é amplamente utilizado em baterias de veículos de energia nova e também em várias aplicações de baterias de íon de sódio.
Condições de têmpera: O, H18 e H24
O Temper – Recozido
A condição mais macia, oferecendo a melhor ductilidade e conformabilidade.
H18 – Totalmente Difícil
Fornece a maior resistência entre essas condições de têmpera, mas com menor alongamento.
H22 / H24 — Semi-Difícil
Fornece um equilíbrio entre força e alongamento.
A folha de bateria de alimentação é normalmente fornecida em H18 ou outras condições de maior resistência, dependendo do projeto específico da bateria e dos requisitos de fabricação.
Como escolher a espessura certa de 10–50μm?
A folha de alumínio convencional para baterias de energia está concentrada em aproximadamente 10–20μm, enquanto 10–50μm representa uma faixa de espessura industrial mais ampla. Diferentes espessuras envolvem compensações entre densidade de energia, resistência mecânica, segurança e custo.
10–15 μm (faixa ultrafina)
A redução do peso e do conteúdo de material não ativo para aumentar a densidade de energia da bateria é a tendência predominante nas baterias de íon-lítio. À medida que a folha se torna mais fina, os requisitos relativos à resistência à tração, alongamento e controle de furos tornam-se cada vez mais rigorosos. Furos excessivos em folhas de classe de 10 μm podem levar a microcurtos-circuitos localizados e riscos de fuga térmica; além disso, a folha é altamente propensa a quebrar durante o revestimento e o enrolamento, exigindo muito da capacidade do equipamento e da qualidade do substrato.
Seleção de liga: Principalmente 1070 e 1235. Escolha 1070 para menor resistência interna ou 1235 para maior confiabilidade de processamento.
15–25 μm (faixa principal padrão)
Alcança um equilíbrio entre força e densidade de energia; este é o "ponto ideal" para espessura em baterias de armazenamento de energia e na maioria das baterias de lítio de pequeno a médio porte. O risco de quebra da folha é significativamente reduzido e o material oferece alta tolerância ao processo de revestimento e calandragem, facilitando a garantia de altos rendimentos. A liga 1060 é a mais utilizada nesta faixa de espessura.
25–50 μm (folha de alumínio mais espessa)
O aumento da espessura acrescenta peso à própria folha, o que desloca espaço para materiais ativos e sacrifica a densidade de energia. No entanto, as vantagens incluem resistência superior à tração e à perfuração, geração reduzida de calor sob condições de alta corrente e excelente resistência à vibração e ao choque. É comumente usado em fontes de alimentação especiais de alta potência, como substrato de guia para certas células de bateria grandes e em aplicações onde a confiabilidade mecânica é a principal prioridade.
Observação: Maior espessura aumenta o peso total da célula da bateria e reduz a densidade de energia; portanto, folhas grossas de alumínio não devem ser selecionadas indiscriminadamente, a menos que seja necessário.
Requisitos de qualidade da folha de alumínio da bateria
A folha de alumínio para bateria tem requisitos de qualidade extremamente rigorosos e é significativamente mais exigente do que a folha de alumínio para embalagens convencionais.
Tolerância de espessura: Para folhas finas, é necessária uma tolerância de ±0,3–0,5 μm; flutuações significativas de espessura podem levar a um peso irregular da folha do eletrodo após o revestimento e comprometer a consistência da célula.
Qualidade da superfície: Cor uniforme, aparência limpa e perfil plano; livre de marcas óbvias de rolo, corrosão, furos ou vestígios de corrosão; livre de defeitos de rolamento, como vincos, manchas ou linhas brilhantes; e livre de variações de cores.
Limpeza: As superfícies devem estar isentas de óleo, odores fortes de óleo e manchas visíveis de óleo.
Molhabilidade: A tensão superficial deve ser de pelo menos 32 dinas (verificada através do teste de caneta dina) para garantir uma boa adesão da pasta.
Propriedades mecânicas: Alta resistência à tração e alto alongamento são requisitos essenciais. A folha de qualidade padrão requer uma resistência à tração de ≥160–180 MPa, enquanto a folha de alumínio para baterias de energia geralmente requer ≥180 MPa, com algumas aplicações exigindo ≥200 MPa ou mesmo ≥300 MPa.
Cenários de aplicação para folha de alumínio de bateria
Baterias de eletrônicos de consumo (telefones celulares, fones de ouvido Bluetooth, laptops, etc.): a folha de alumínio 1070 é a escolha preferida, priorizando alta condutividade elétrica e baixa resistência interna. Especificações ultrafinas – em torno de 0,03 mm – podem ser selecionadas para aumentar a densidade de energia.
Baterias de energia (veículos de energia nova): a folha de alumínio 1235 é preferida; sua resistência e estabilidade de soldagem suportam melhor as tensões mecânicas geradas durante a carga e descarga. A espessura típica varia de 12 a 15 μm.
Baterias de armazenamento de energia: a folha de alumínio 1060 é a escolha preferida, com espessura de 18–20 μm, oferecendo um equilíbrio entre desempenho e economia.
Aplicações de abas de bateria: Os graus de liga comuns para abas são 1070 e 1235. O grau 1235 é preferido para processos de soldagem por resistência, enquanto 1070 é frequentemente priorizado para soldagem ultrassônica ou a laser.
Perguntas frequentes
Q1: Por que deve ser usada folha de alumínio no cátodo das baterias de íon de lítio em vez de folha de cobre?
R: Em altos potenciais, uma camada de passivação de óxido de alumínio (Al₂O₃) densa e estável se forma na superfície do alumínio, proporcionando resistência à corrosão e oxidação. A folha de cobre, por outro lado, tende a oxidar e falhar em altos potenciais; portanto, a folha de alumínio é a única escolha convencional para o coletor de corrente catódica.
Q2: Qual tipo de liga é mais comumente usado para baterias elétricas e qual é a espessura típica?
R: O grau 1235 é a liga mais amplamente utilizada no setor de baterias de energia, com uma espessura típica de 12–15 μm. Sua resistência e estabilidade de soldagem permitem suportar melhor as tensões mecânicas geradas durante os ciclos de carga e descarga.
Q3: Qual é o maior desafio técnico no processo de produção?
R: Controle pinhole. Quando a espessura da folha de alumínio é reduzida para menos de 10 μm, o número de furos aumenta acentuadamente, o que é um fator primário que reduz a taxa de rendimento do produto. Além disso, a tolerância à espessura e a planicidade da chapa apresentam desafios fundamentais.
Q4: Qual é o preço da folha de alumínio da bateria?
R: Maior pureza acarreta custos de produção mais elevados; a classificação geral de preços é: 1070 > 1060 > 1050 > 1235 (com 1235 tendo a pureza mais baixa e a melhor relação custo-desempenho). No entanto, o preço real também depende de fatores como espessura, têmpera (estado do material) e volume de aquisição.