A folha de bateria é um dos materiais fundamentais usados em baterias de lítio para veículos de novas energias. Na indústria de baterias de íons de lítio, a folha de alumínio enrolada é comumente usada como coletor de corrente catódica.
Como um componente essencial da estrutura do eletrodo da bateria de lítio, o coletor de corrente serve tanto como transportador de materiais ativos quanto como caminho para coletar e transmitir corrente elétrica. Um coletor de corrente ideal deve oferecer alta condutividade elétrica, excelente estabilidade química, forte desempenho de ligação, baixo custo, flexibilidade e construção leve.
A folha de alumínio é usada como coletor de corrente catódica, enquanto a folha de cobre é usada como coletor de corrente anódica. O alumínio é abundante, econômico, prontamente disponível e altamente dúctil. No entanto, sob certas condições, o alumínio pode formar ligas com íons de lítio no lado do ânodo, enquanto o cobre pode oxidar no lado do cátodo. Portanto, a folha de alumínio é geralmente usada como coletor de corrente catódica e a folha de cobre é usada como coletor de corrente anódica.
A qualidade defolha de alumínio da bateriaafeta diretamente a capacidade da bateria, capacidade de taxa, ciclo de vida e segurança. Com o rápido crescimento de novos veículos energéticos e equipamentos de armazenamento de energia, as baterias de íons de lítio estão impondo requisitos cada vez mais rigorosos aos materiais principais. Como resultado, o limite técnico para folhas de alumínio para baterias continua a aumentar.
Ligas comuns para folha de alumínio para bateria
A folha de alumínio para bateria usa principalmente ligas de alumínio puro da série 1000, caracterizadas por alto teor de alumínio, com pureza chegando a mais de 99,00%. O temperamento mais comum é o temperamento duro, como H18.
A seguir estão os três principais tipos de liga e suas aplicações típicas:
Folha de alumínio 1235
A liga 1235 é atualmente o tipo mais utilizado no setor de baterias de energia. Com alta pureza, excelente condutividade elétrica, excepcional uniformidade de espessura ultrafina e estabilidade mecânica, tornou-se um material chave para garantir a densidade de energia da bateria, o ciclo de vida e a segurança.
Sua resistência à tração pode exceder 140 MPa, o alongamento pode atingir ≥3% e a precisão da espessura pode ser controlada dentro de ±3%.
Folha de alumínio 1060
A liga 1060 contém pelo menos 99,6% de alumínio. Ele fornece melhor condutividade elétrica e resistência à corrosão, tornando-o amplamente utilizado em baterias de armazenamento de energia e aplicações gerais de baterias de energia.
Folha de alumínio 1070
A liga 1070 oferece a mais alta pureza, ≥99,70%. É adequado para aplicações de bateria digital de ponta com requisitos de condutividade extremamente exigentes.
| Grau de liga | Pureza | Espessura Típica | Aplicações Típicas |
| 1235 | ≥99,35% | 12–15 μm | Baterias de energia, baterias de íon de sódio |
| 1060 | ≥99,60% | 15–20 μm | Baterias de armazenamento de energia, baterias de energia geral |
| 1070 | ≥99,70% | 10–12 μm | Baterias digitais de última geração |
Tipos de folha de alumínio para bateria de íon de lítio
De acordo com o processo de fabricação e a estrutura do material, a folha de alumínio para bateria de íon de lítio pode ser categorizada em folha brilhante, folha de alumínio revestida de carbono e outros tipos.
A série de folhas de alumínio para baterias da MC Aluminum oferece opções flexíveis de espessura e largura para atender aos requisitos de processamento e desempenho de diferentes produtos químicos de baterias.
1. Folha de alumínio brilhante de um lado
Descrição:
A folha de alumínio brilhante de um lado tem um lado brilhante e um lado fosco. É a forma mais básica de folha de alumínio usada em baterias, equilibrando condutividade elétrica, resistência mecânica e adaptabilidade de processamento.
Características:
Excelente condutividade elétrica e resistência mecânica
Bom desempenho de ligação com materiais ativos de eletrodo
Tensão superficial moderada, adequada para processos de revestimento
Aplicações típicas:
Coletores de corrente catódica para células de pesquisa e desenvolvimento de laboratório, baterias em escala piloto, células enroladas e células empilhadas.
Especificações típicas: 16 μm × 195 mm
Densidade de área: 42 g/m²
Resistência à tração: 220 MPa
Alongamento: 2,2%
Tensão de umedecimento superficial: 30 N/m
Liga e têmpera: 1235-H16/H18
Composição química: Al >99,8%, com vestígios de Si, Cu, Fe, Mg, Zn e Ti
2. Folha de alumínio brilhante de dupla face
Descrição:
A folha de alumínio brilhante de dupla face apresenta superfícies brilhantes em ambos os lados. Oferece alta planicidade superficial, excelente condutividade elétrica e resistência superior à corrosão.
Características:
Estrutura simétrica de dupla face com baixa rugosidade superficial
Excelente resistência à corrosão e melhor estabilidade da interface
Alta ductilidade e propriedades mecânicas favoráveis
Aplicações típicas:
Coletores de corrente catódica de bateria de nível industrial, especialmente para baterias que exigem alta consistência.
Especificações típicas: 16 μm × 196 mm
Densidade de área: 42 g/m²
Resistência à tração: 220 MPa
Alongamento: 2,2%
Tensão de umedecimento superficial: 30 N/m
Liga e têmpera: 1235-H16/H18
3. Folha de alumínio com revestimento de carbono de um lado
Descrição:
A folha de alumínio revestida de carbono de um lado é produzida pela aplicação de uma camada condutora de carbono em um lado da folha de alumínio. Esta estrutura melhora a ligação interfacial e a condutividade elétrica.
Características:
O revestimento de carbono condutor em um dos lados aumenta a adesão e a eficiência do transporte de elétrons
Reduz a resistência interfacial e melhora a estabilidade do ciclo
O alumínio puro no verso equilibra a condutividade e a otimização estrutural
Aplicações típicas:
Baterias de alta densidade de potência, cátodos usando materiais de alta impedância, como materiais com alto teor de níquel e fosfato de ferro-lítio (LFP), e cátodos de bateria de estado sólido.
Especificações típicas: 16 μm × 260 mm
Espessura do revestimento: 1 μm
Largura do revestimento: 230 mm
Densidade de área: 41,8 ± 2 g/m²
Molhabilidade da superfície: ≥50 dine
Teste de limpeza: >200 ciclos, sem perda de revestimento
Teste de imersão em eletrólito: Sem delaminação
4. Folha de alumínio com revestimento de carbono de dupla face
Descrição:
A folha de alumínio com revestimento de carbono nos dois lados apresenta revestimentos de carbono em ambos os lados, formando uma rede condutora contínua e alcançando menor resistência interfacial.
Características:
Os revestimentos de carbono em ambos os lados proporcionam melhores caminhos de transporte de elétrons
Melhora a vida útil do ciclo e o desempenho da taxa
Ajuda a prevenir a corrosão do coletor de corrente e melhora a estabilidade do eletrodo
Aplicações típicas:
Alimenta baterias, células de bolsa, estruturas de folhas com múltiplos eletrodos e aplicações de carga/descarga de alta taxa.
Especificações típicas: 16 μm × 260 mm
Espessura do revestimento de carbono: 1 + 1 μm
Largura do revestimento: 230 mm
Densidade de área: 42 ± 2 g/m²
Molhabilidade da superfície: ≥40 dine, medida a 55 dine
Alongamento: >1,5%, medido em 2,83%
Resistência à tração: ≥180 N/mm², medida a 199,9 N/mm²
Teste de limpeza: >200 ciclos, sem perda de revestimento
Teste de imersão em eletrólito: Sem delaminação após 24 horas
Tabela de comparação de produtos de folha de alumínio para bateria
| Item | Folha brilhante de um lado | Folha brilhante de dupla face | Folha revestida de carbono de um lado | Folha revestida de carbono de dupla face |
| Espessura total (μm) | 9-30 | 9-30 | 9-30 | 9-30 |
| Espessura do revestimento de carbono (μm) | - | - | 1 | 1+1 |
| Densidade de área (g/m²) | 42 | 42 | 41,8±2 | 42±2 |
| Resistência à tração (MPa) | ≥180, medido 220 | ≥180, medido 200 | ≥180, medido 200 | ≥180, medido 200 |
| Alongamento (%) | >1,5, medido 2,2 | >1,5, medido 2,2 | >1,5, medido 2,8 | >1,5, medido 2,8 |
| Tensão de umedecimento superficial (dine) | ≥30 | ≥30 | ≥50 | ≥40, medido 55 |
| Largura do revestimento (mm) | - | - | 230±1 | 230±1 |
| Largura total da folha (mm) | 50–300 | 50–300 | 50–300 | 50–300 |
| Margem da borda não revestida (mm) | - | - | 15 ± 1 | 15 ± 1 |
| Teste de limpeza (ciclos) | - | - | >200 | >200 |
| Teste de imersão em eletrólito | - | - | Sem delaminação | Sem delaminação |
| Padrão | GB/T 1398-2010 | GB/T 1398-2010 | Padrão interno | Padrão interno |
| Aplicações típicas | Pesquisa e desenvolvimento de laboratório | Produção de baterias industriais | Materiais de alta potência/alta impedância | Baterias/células de bolsa de alta capacidade |
Classificação por Espessura
A folha de alumínio para bateria é geralmente classificada como folha de alumínio ultrafina. A faixa de espessura mais comum é de aproximadamente 10–20 μm, embora a especificação real dependa do tipo de bateria, do sistema de material do cátodo e do processo de fabricação.
Folha de alumínio de bateria ultrafina de 10–12 μm
Esta categoria de produto é projetada principalmente para aplicações que buscam alta densidade energética. Uma folha de alumínio mais fina reduz a proporção de materiais inativos e fornece mais espaço para materiais ativos, melhorando assim a densidade de energia gravimétrica e volumétrica.
Aplicações típicas:
Baterias EV de alta densidade energética
Baterias eletrônicas de consumo de última geração
Células leves de armazenamento de energia
Produtos de bateria com requisitos rígidos de redução de peso
Folha de alumínio para bateria padrão de 13–15 μm
Essa faixa de espessura é uma das especificações mais comuns para folhas de alumínio para baterias. Ele fornece um bom equilíbrio entre desempenho, estabilidade de processamento e custo. Ele pode acomodar uma variedade de processos de revestimento catódico e calandragem e é amplamente utilizado na fabricação de baterias em larga escala.
Aplicações típicas:
Baterias de fosfato de ferro-lítio
Baterias ternárias de lítio
Baterias de armazenamento de energia
Baterias para ferramentas elétricas
Baterias para bicicletas elétricas e veículos elétricos de duas rodas
Baterias selecionadas para eletrônicos de consumo
Folha de alumínio de 16–20 μm e mais espessa
A folha de alumínio de bateria mais espessa geralmente oferece maior resistência mecânica e maior tolerância de processamento. É adequado para aplicações que exigem maior estabilidade de fabricação, resistência do eletrodo ou estruturas celulares especializadas.
Aplicações típicas:
Certas baterias de armazenamento de energia
Sistemas de baterias de alta segurança
Células de bateria de estrutura especial
Aplicações que exigem alta resistência à tração do eletrodo e resistência a rugas
Etapas de validação de P&D e desenvolvimento de processos
Processos de fabricação de folhas de bateria
As principais rotas de fabricação de folhas de alumínio para baterias de lítio incluem laminação a quente e fundição e laminação contínuas.
A laminação a quente é realizada acima da temperatura de recristalização. A fundição e laminação contínuas, também conhecidas como laminação sem lingotes, combinam fundição e laminação em um processo de conformação. Em comparação com a laminação a quente, a fundição e laminação contínuas eliminam certas etapas, como fundição de lingotes e tratamento térmico de homogeneização.
Os produtos laminados a quente geralmente oferecem maior qualidade, enquanto a fundição e laminação contínuas oferecem uma vantagem de custo. Produtos de fundição e laminação contínuas podem apresentar estrias superficiais mais pronunciadas e tamanho de grão maior, enquanto sua dureza, qualidade superficial e uniformidade podem ser menos favoráveis do que aquelas de produtos laminados a quente. Por outro lado, a laminação a quente requer investimentos relativamente elevados em fornos de aquecimento e laminadores a quente, envolve um fluxo de processo mais longo, consome mais energia e resulta em custos de produção mais elevados.
A folha da bateria dá ênfase especial à alta resistência à tração e à alta ductilidade. Como o processo de fundição e laminação contínua geralmente é capaz de atender aos requisitos de produção de folhas de bateria e oferece vantagens de custo significativas, tornou-se o caminho preferido para muitos fabricantes de folhas de bateria.
MC Alumínio adota o processo de laminação a quente para atender aos requisitos de processamento e segurança de componentes estruturais.
Requisitos técnicos básicos para folha de alumínio de bateria
1. Espessura e Precisão
A espessura da folha de alumínio da bateria convencional varia de 10 a 20 μm e continua a diminuir. O padrão comum da indústria é atualmente de 15 μm, enquanto os principais fabricantes alcançaram uma produção em massa estável de folhas de 12–13 μm. Algumas empresas importantes avançaram com espessura de até 9 μm, 8 μm ou até 7 μm.
Geralmente, é necessário que o desvio de espessura seja controlado dentro de ± 2%. Isto significa que, numa folha de tamanho comparável ao papel A4, a diferença entre os pontos mais grossos e mais finos pode ser menor que o diâmetro de um fio de cabelo humano.
2. Propriedades Mecânicas
A folha de alumínio da bateria geralmente requer resistência à tração de pelo menos 180 MPa. Certas aplicações de ponta requerem 200 MPa, ou até mais de 300 MPa. Ao mesmo tempo, para atender aos requisitos subsequentes de revestimento e estampagem, também é necessário um alongamento suficiente, como ≥3%.
3. Molhabilidade da superfície
Para garantir uma boa adesão do revestimento da pasta catódica na superfície da folha de alumínio, geralmente é necessário um valor de dina de superfície de pelo menos 32 mN/m. Produtos de última geração podem exigir 36 mN/m ou até mais de 50 mN/m.
4. Limpeza de superfície
A folha de alumínio da bateria tem requisitos extremamente rigorosos quanto à qualidade da superfície. Defeitos como pó de alumínio, partículas de ferro, manchas pretas de óleo e pontos brilhantes em superfícies foscas não são aceitáveis.
A corrosão superficial também é rigorosamente controlada: não são permitidas cavidades com diâmetro superior a 1 mm.
5. Planicidade e qualidade da borda
A planicidade deve ser controlada com precisão, geralmente em ≤10 unidades I. As bordas devem estar livres de rachaduras e rebarbas.
6. Ambiente de Produção
A folha de alumínio da bateria deve ser fabricada em instalações de salas limpas de alto padrão. A limpeza geralmente é necessária para atender aos padrões ISO Classe 8.
Aplicações de folha de alumínio para bateria de íon de lítio
1. Novas baterias de energia para veículos
Este é o maior mercado de aplicação para folhas de alumínio para baterias.1235e ligas 1060, normalmente em espessuras de 12–15 μm, são amplamente utilizadas em células de bateria prismáticas com revestimento de alumínio. Eles podem suportar carregamento rápido de 2C a 6C, atingir mais de 2.000 ciclos de carga-descarga e permitir densidades de energia de 180 a 220 Wh/kg.
2. Sistemas de Armazenamento de Energia (ESS)
Com a implantação acelerada de projetos integrados de armazenamento de energia eólica, solar e de energia, a demanda por folhas de alumínio para baterias em aplicações de armazenamento de energia está crescendo rapidamente.
folha de alumínio 1060com espessura de 18–20 μm é amplamente utilizado em baterias de armazenamento de energia. Pode atingir mais de 6.000 ciclos e oferece fortes vantagens de custo-desempenho.
3. Eletrônicos de consumo 3C
Baterias finas, leves e de alta capacidade usadas em smartphones, laptops, tablets e outros produtos eletrônicos de consumo têm requisitos mais elevados de espessura e pureza da folha. Ultrafinofolha de alumínio 1070com espessura de 10–12 μm é a escolha preferida para este setor.
4. Baterias de íon de sódio: o maior mercado emergente em crescimento
O rápido desenvolvimento de baterias de íon de sódio está abrindo uma nova e importante oportunidade de crescimento para folhas de alumínio para baterias.
Ao contrário das baterias de íon-lítio, onde a folha de alumínio é geralmente usada apenas no lado do cátodo, as baterias de íon-sódio podem usar folha de alumínio para os coletores de corrente catódica e anódica. Como resultado, o consumo de folha de alumínio por GWh em baterias de íon de sódio pode ser mais que o dobro do consumo de baterias de íon de lítio.
