Folha de alumínio para bateriaé desenvolvido e fabricado especificamente para baterias de íon de lítio. Ele serve como substrato catódico e coletor de corrente – essencialmente a estrutura que suporta materiais ativos e conduz elétrons. A película é limpa e uniforme, com superfície livre de defeitos que não compromete a adesão do revestimento ou o desempenho elétrico.
Os coletores de corrente catódica tradicionais usam folha de alumínio simples. No entanto, à medida que as baterias avançam em direção ao carregamento ultrarrápido, descarga de alta taxa e ciclo de vida prolongado, a resistência de contato e o risco de delaminação entre a folha de alumínio nua e os materiais ativos do cátodo tornaram-se gradualmente gargalos de desempenho. A folha de alumínio revestida de carbono aborda esses desafios aplicando uma camada de carbono condutora ultrafina à superfície da folha de alumínio em escala micrométrica.
O que é folha de alumínio revestida de carbono?
A folha de alumínio revestida de carbono para baterias de íon de lítio refere-se à folha de alumínio ou liga de alumínio usada como coletor de corrente catódica em baterias de íon de lítio. Juntamente com materiais catódicos como fosfato de ferro-lítio (LFP), óxido de cobalto-lítio (LCO) e óxido de manganês-lítio (LMO), faz parte do cátodo da bateria de íon-lítio.
Dependendo do processo de fabricação e dos materiais utilizados, a folha de alumínio para bateria pode ser classificada em folha simples, folha revestida e folha de alumínio composta.
A folha de alumínio revestida de carbono é produzida revestindo uniformemente um ou ambos os lados da folha de alumínio simples para bateria com uma camada condutora composta feita de partículas de carbono condutoras em nanoescala, como negro de fumo condutor, grafeno ou nanotubos de carbono - e ligantes especializados.
O revestimento tem normalmente apenas 0,5–2 μm de espessura, mas forma uma "ponte microscópica" de alto desempenho entre materiais ativos, como fosfato de ferro-lítio (LFP) e materiais ternários NCM/NCA e o substrato de folha de alumínio.
A folha de alumínio revestida de carbono pode reduzir significativamente a resistência interna das baterias de fosfato de ferro-lítio. Ele melhora o contato entre os materiais ativos e a folha, bem como a condução de corrente dentro do eletrodo, aumentando assim a capacidade de taxa, o desempenho em baixas temperaturas, o desempenho de ciclagem e o desempenho de armazenamento.
Em comparação com as baterias ternárias de lítio, as baterias LFP têm menor condutividade elétrica e densidade de energia. O revestimento de carbono pode melhorar o desempenho do ciclismo das baterias LFP; portanto, a folha de alumínio usada para baterias LFP geralmente requer revestimento de carbono.
Este produto está disponível em Tipo A e Tipo B, cada um com características distintas:
Tipo A: Aparência preta; a espessura total padrão do revestimento em ambos os lados é de 4-8 μm. Oferece desempenho condutivo mais proeminente.
Tipo B: Aparência cinza claro; a espessura total padrão do revestimento em ambos os lados é de 2–3 μm. A área de revestimento pode reter zonas de soldagem relativamente pequenas e suporta lacunas de revestimento intermitentes reconhecíveis pelo equipamento de revestimento.
Funções da folha de alumínio revestida de carbono
Para baterias de lítio para veículos de nova energia, um valor mais elevado do produto está geralmente associado a um desempenho mais forte. A folha de alumínio revestida de carbono contribui para o desempenho da bateria das seguintes maneiras:
Suprime a polarização da bateria, reduz os efeitos térmicos e melhora o desempenho da taxa;
Reduz a resistência interna da bateria e diminui significativamente o aumento da resistência interna dinâmica durante o ciclismo;
Melhora a consistência e prolonga a vida útil da bateria;
Melhora a adesão entre os materiais ativos e o coletor de corrente, reduzindo os custos de fabricação dos eletrodos;
Protege o coletor de corrente da corrosão eletrolítica;
Melhora o desempenho em altas e baixas temperaturas de baterias LFP e melhora a processabilidade de materiais LFP e titanato de lítio.
Especificações de folha de alumínio para substratos de bateria
| Item | Especificação |
| Liga de folha de alumínio | 1060, 1070, 1235, etc. |
| Grossura | 0,01–0,025 mm |
| Largura | 200–1.500 mm, personalizável |
| Resistência à tracção | 40–150 MPa |
| Alongamento | >1% |
| Diâmetro interno do núcleo do rolo | 30–76,2 mm, personalizável |
| Pureza | >99,8% |
| Espessura do revestimento de carbono | 0,2–2 μm, unilateral ou dupla face |
| Tratamento de superfície | Revestimento de carbono unilateral ou revestimento de carbono dupla face |
| Padrão de revestimento | Revestimento contínuo ou revestimento intermitente |
| Cor da superfície | Preto ou cinza escuro |
| Aplicativo | Coletor de corrente catódica |
Principais vantagens de desempenho da folha de alumínio com revestimento de carbono
1. Alta condutividade elétrica
Os materiais de carbono fornecem excelente condutividade eletrônica, ajudando a reduzir a polarização da bateria e a melhorar a eficiência de carga/descarga.
2. Excelente estabilidade interfacial
O revestimento de carbono melhora o contato entre a folha de alumínio e os materiais do cátodo, aumentando a estabilidade estrutural do eletrodo.
3. Boa resistência à corrosão
A camada de carbono protege a superfície da folha de alumínio, reduzindo os riscos de corrosão em ambientes eletrolíticos e melhorando a segurança da bateria.
4. Processabilidade aprimorada do revestimento
Após o tratamento de revestimento de carbono, a superfície da folha de alumínio melhorou a rugosidade e a molhabilidade, o que ajuda a:
Garantir revestimento uniforme de pasta catódica;
Reduzir defeitos de revestimento;
Melhore a consistência da produção.
5. Compatibilidade com múltiplos produtos químicos catódicos
A folha de alumínio revestida de carbono pode ser amplamente utilizada em sistemas convencionais de baterias de íons de lítio, incluindo:
Baterias de fosfato de ferro-lítio (LFP);
Baterias ternárias de lítio (NCM);
Baterias de óxido de lítio-cobalto (LCO);
Baterias de óxido de lítio-manganês (LMO).
Aplicações de folha de alumínio revestida de carbono
Baterias de íons de lítio de alta potência usando materiais ativos de partículas finas;
Cátodos de fosfato de ferro-lítio;
Material ternário de partículas finas ou cátodos de óxido de manganês e lítio;
Supercapacitores;
Baterias primárias de lítio, incluindo cloreto de tionila de lítio, dióxido de manganês de lítio, ferro-lítio e baterias de célula tipo moeda, onde podem substituir a folha de alumínio gravada.
Processo de produção de folha de alumínio revestida de carbono
Folha de alumínio revestida de carbonogeralmente é fabricado usando um processo de revestimento contínuo. Embora as formulações e os equipamentos possam diferir entre os fabricantes, o processo geral normalmente inclui as seguintes etapas.
1. Tratamento de superfície de folha de alumínio
Antes do revestimento, a superfície da folha de alumínio deve estar limpa, uniforme e ter energia superficial adequada. Dependendo dos requisitos do produto, desengorduramento, limpeza, ativação de superfície ou outros processos de pré-tratamento podem ser usados para melhorar a resistência de ligação entre a camada de carbono e a folha de alumínio.
2. Preparação de pasta condutora
Materiais de carbono condutor, ligantes, solventes e aditivos funcionais são misturados, dispersos e moídos para produzir uma pasta de carbono condutor estável.
3. Revestimento de precisão
Revestimento de gravura, revestimento de microgravura, revestimento de barra de vírgula ou outros métodos de revestimento contínuo são usados para aplicar a pasta condutora uniformemente na superfície da folha de alumínio.
Dependendo dos requisitos da aplicação, a folha de alumínio revestida de carbono pode ser projetada como:
Revestido de carbono unilateral;
Revestimento de carbono dupla face;
Parcialmente revestido com carbono;
Revestido com listras ou revestido com padrão.
O revestimento de carbono dupla face é adequado para designs de eletrodos comuns nos quais o material do cátodo é revestido em ambos os lados. O revestimento parcial ou listrado ajuda a reter áreas específicas para soldagem, conexão elétrica ou outras funções de processamento.
4. Secagem e Cura
Após o revestimento, a folha de alumínio passa por fornos de secagem para evaporar os solventes e curar o revestimento. A temperatura de secagem, o fluxo de ar, a tensão da trama e a velocidade da linha afetam a qualidade do revestimento.
A secagem excessivamente rápida pode causar alta tensão interna no revestimento. A secagem insuficiente pode resultar em solvente residual, adesão inadequada e outros problemas de qualidade.
5. Inspeção e corte on-line
Os produtos acabados geralmente passam por inspeção visual, medição de espessura, medição de peso de revestimento, testes de resistência de superfície, testes de adesão, inspeção de furos e inspeção de planicidade de rolos.
Para materiais de bateria, a consistência é crítica. Mesmo pequenos defeitos localizados podem ser amplificados durante a fabricação subsequente do eletrodo ou no ciclo celular, afetando o rendimento, a segurança e a confiabilidade do produto.
Comparação de desempenho: folha de alumínio simples convencional versus folha de alumínio revestida de carbono
| Indicadores de Desempenho | Folha de alumínio simples convencional | Folha de alumínio revestida de carbono | Melhoria de desempenho |
| Resistência de contato da interface | Relativamente alto (aprox. 10–30 Ω·cm²) | Extremamente baixo (aprox. 1–5 Ω·cm²) | Reduzir em 60% –80% |
| Resistência ao descascamento do eletrodo | Linha de base (1,0×) | Dobrado (2,0× – 3,0×) | Aumentou em mais de 100% |
| Taxa de retenção de capacidade de descarga de alta taxa | Fraco (alta polarização em taxas altas) | Excelente (baixa polarização, platô de descarga plana) | Melhorado em 5% –15% |
| Retenção de capacidade após 1.000 ciclos | Moderado | Melhoria significativa | Vida útil 15% a 30% mais longa |
| Conteúdo do fichário | Alta exigência | Pode ser adequadamente reduzido | Aumenta indiretamente a densidade de energia |