Являясь важным материалом для катодных токосъемников литий-ионных аккумуляторов, алюминиевая фольга не только проводит электроны, но и напрямую влияет на внутреннее сопротивление аккумулятора, плотность энергии, производительность цикла и эффективность производства.
MC Aluminium поставляет алюминиевую фольгу марок 1050, 1060, 1070 и 1235 высокой чистоты, хорошей электропроводности, превосходной пластичности и стабильных характеристик обработки. Доступная толщина обычно варьируется от 10 до 50 мкм, что соответствует требованиям различных химических составов аккумуляторов и производственных процессов.
Почему для литий-ионных аккумуляторов требуется высокопроизводительная алюминиевая фольга?
В типичной конструкции литий-ионной батареи катодные материалы нанесены на алюминиевую фольгу, а анодные материалы обычно нанесены на медную фольгу. Алюминиевая фольга расположена между активным материалом катода и внешней цепью и в первую очередь выполняет функцию коллектора тока и среды, проводящей электроны.
Поэтому,аккумулятор из алюминиевой фольгиэто не обычная промышленная алюминиевая фольга. Это функциональный материал, который должен отвечать множеству строгих требований к производительности.
1. Хорошая электропроводность.
Алюминий обладает хорошей электропроводностью, что помогает снизить сопротивление при передаче электронов. Для силовых батарей и аккумуляторов энергии стабильная электропроводность способствует эффективной зарядке и разрядке.
2. Отличная пластичность
Алюминиевая фольга для аккумуляторов обычно подвергается процессам нанесения покрытия, каландрирования, продольной резки, намотки или укладки. Если фольга обладает недостаточной пластичностью, во время обработки на ней может возникнуть разрыв полосы или растрескивание.
Поэтому хорошее удлинение и равномерные механические свойства являются важными показателями алюминиевой фольги аккумуляторного качества.
3. Стабильное качество поверхности.
Катодная суспензия должна быть равномерно нанесена на поверхность алюминиевой фольги. Дефекты поверхности, такие как царапины, точечные отверстия, масляные загрязнения и пятна окисления, могут повлиять на однородность покрытия и, как следствие, на качество изготовления аккумуляторов.
Поэтому алюминиевая фольга аккумуляторного качества обычно требует чистой, гладкой поверхности без очевидных дефектов.
4. Точный контроль толщины и плоскостности.
Диапазон толщины 10–50 мкм соответствует относительно тонким характеристикам алюминиевой фольги. Производство требует строгого контроля допуска по толщине, плоскостности, натяжения и качества рулонов.
Толщина алюминиевой фольги напрямую влияет на вес токосъемника и общую плотность энергии батареи, особенно в аккумуляторных батареях.
Сплавы алюминиевой фольги для аккумуляторов: 1050, 1060, 1070 и 1235.
1050 Алюминиевая фольга
Алюминий 1050 содержит ≥99,50% Al. Среди четырех марок он имеет самую низкую чистоту алюминия и относительно менее строгие пределы содержания примесей. Он обладает умеренной электропроводностью и устойчивостью к коррозии.
Его ценовое преимущество делает его подходящим для некоторых экономичных приложений хранения энергии и некоторых аккумуляторов бытовой электроники, где чрезвычайно низкое внутреннее сопротивление не является основным требованием. Его доля в некоторых аккумуляторных приложениях постепенно снижается по мере того, как более широкое распространение получают сорта с более высокими эксплуатационными характеристиками.
1060 Алюминиевая фольга
Алюминий 1060 содержит ≥99,60% Al и считается универсальным сортом.
Он обеспечивает хороший баланс чистоты, электропроводности, коррозионной стойкости электролита и стабильности процесса прокатки. Благодаря привлекательному соотношению цены и качества, 1060 широко используется в аккумуляторных батареях и силовых батареях общего назначения, где необходимо сбалансировать производительность и стоимость.
1070 Алюминиевая фольга
Алюминий 1070 содержит ≥99,70% Al и представляет собой алюминиевую фольгу высокой чистоты.
Его контроль примесей более строгий, а его электропроводность превосходна. Его относительно низкое электрическое сопротивление может помочь снизить внутреннее сопротивление батареи, что делает его пригодным для высокоскоростных приложений с высокой плотностью энергии.
Алюминиевую фольгу 1070 обычно используют для высококачественных потребительских аккумуляторов и специализированных источников питания, где важно чрезвычайно низкое внутреннее сопротивление. Ультратонкие материалы толщиной 10–12 мкм особенно актуальны для приложений с высокой плотностью энергии.
1235 Алюминиевая фольга
Алюминий 1235 содержит ≥99,35% Al.
Некоторые клиенты могут задаться вопросом, почему 1235, несмотря на более низкую номинальную чистоту алюминия, чем 1060, широко используется в крупномасштабном производстве аккумуляторов.
Целью 1235 является не просто максимизация чистоты алюминия. Вместо этого сплав разработан с контролируемым уровнем примесей и оптимизированными характеристиками прокатки и удлинения. Он может обеспечить хорошую прочность на разрыв, устойчивость к поломке и стабильные характеристики сварки, что делает его пригодным для процессов намотки, используемых в силовых батареях.
1235 алюминиевая фольгашироко используется в автомобильных аккумуляторах новой энергии, а также в различных натриево-ионных батареях.
Условия закалки: O, H18 и H24.
O Закалка — Отожженная
Самое мягкое состояние, обеспечивающее лучшую пластичность и формуемость.
H18 — Полный уровень сложности
Обеспечивает самую высокую прочность среди данных условий отпуска, но с меньшим удлинением.
H22/H24 — полужесткий
Обеспечивает баланс между силой и удлинением.
Фольга для силовых аккумуляторов обычно поставляется в состоянии H18 или в других условиях более высокой прочности, в зависимости от конкретной конструкции аккумулятора и производственных требований.
Как выбрать правильную толщину от 10 до 50 мкм?
Основная алюминиевая фольга для силовых батарей имеет толщину примерно 10–20 мкм, тогда как 10–50 мкм представляют собой более широкий промышленный диапазон толщины. Разная толщина предполагает компромисс между плотностью энергии, механической прочностью, безопасностью и стоимостью.
10–15 мкм (сверхтонкий диапазон)
Снижение веса и содержания неактивных материалов для повышения удельной энергии аккумуляторов является преобладающей тенденцией в области силовых литий-ионных аккумуляторов. По мере того как фольга становится тоньше, требования, касающиеся прочности на разрыв, удлинения и контроля точечных отверстий, становятся все более строгими. Чрезмерное количество микроотверстий в фольге толщиной 10 мкм может привести к локальным микрокоротким замыканиям и риску термического выхода из-под контроля; кроме того, фольга очень склонна к поломке во время нанесения покрытия и намотки, что предъявляет высокие требования как к возможностям оборудования, так и к качеству подложки.
Выбор сплава: в основном 1070 и 1235. Выбирайте 1070 для более низкого внутреннего сопротивления или 1235 для превосходной надежности обработки.
15–25 мкм (стандартный основной диапазон)
Обеспечивает баланс между силой и плотностью энергии; это «золотая середина» толщины аккумуляторных батарей и большинства литиевых батарей малого и среднего размера. Риск поломки фольги значительно снижается, а материал обеспечивает высокую технологическую устойчивость к нанесению покрытий и каландрированию, что упрощает обеспечение высокой производительности. Сплав 1060 является наиболее широко используемым в этом диапазоне толщин.
25–50 мкм (более толстая алюминиевая фольга)
Увеличенная толщина увеличивает вес самой фольги, что вытесняет пространство для активных материалов и снижает плотность энергии. Однако к преимуществам относятся превосходная устойчивость к растяжению и проколу, пониженное выделение тепла в условиях сильного тока, а также отличная устойчивость к вибрации и ударам. Он обычно используется в мощных специальных источниках питания, в качестве подложки для некоторых крупных аккумуляторных элементов, а также в приложениях, где механическая надежность является главным приоритетом.
Примечание: Большая толщина увеличивает общий вес элемента аккумулятора и снижает плотность энергии; поэтому толстую алюминиевую фольгу не следует выбирать без разбора, если в этом нет необходимости.
Требования к качеству алюминиевой фольги для аккумуляторов
Алюминиевая фольга для аккумуляторов предъявляет чрезвычайно строгие требования к качеству и значительно более требовательна, чем обычная упаковочная алюминиевая фольга.
Допуск по толщине: для тонкой фольги требуется допуск ±0,3–0,5 мкм; значительные колебания толщины могут привести к неравномерному весу электродного листа после нанесения покрытия и нарушению целостности ячейки.
Качество поверхности: однородный цвет, чистый внешний вид и плоский профиль; без явных следов катания, точечной коррозии, точечных отверстий или следов коррозии; без дефектов прокатки, таких как складки, пятна или яркие линии; и свободен от цветовых вариаций.
Чистота: поверхности должны быть очищены от масла, сильного маслянистого запаха и видимых масляных пятен.
Смачиваемость: Поверхностное натяжение должно составлять не менее 32 дин (проверено методом дин-ручного теста), чтобы обеспечить хорошую адгезию жидкого раствора.
Механические свойства: Основными требованиями являются высокая прочность на разрыв и высокое удлинение. Фольга стандартного класса требует прочности на разрыв ≥160–180 МПа, тогда как алюминиевая фольга для силовых батарей обычно требует прочности ≥180 МПа, а в некоторых случаях требуется ≥200 МПа или даже ≥300 МПа.
Сценарии применения алюминиевой фольги для аккумуляторов
Аккумуляторы для бытовой электроники (мобильные телефоны, Bluetooth-гарнитуры, ноутбуки и т. д.): алюминиевая фольга 1070 является предпочтительным выбором, поскольку приоритет отдается высокой электропроводности и низкому внутреннему сопротивлению. Для повышения плотности энергии можно выбрать ультратонкие детали толщиной около 0,03 мм.
Силовые аккумуляторы (транспортные средства на новой энергии): предпочтительна алюминиевая фольга марки 1235; его прочность и стабильность при сварке лучше выдерживают механические напряжения, возникающие во время зарядки и разрядки. Типичная толщина составляет от 12 до 15 мкм.
Аккумуляторы для хранения энергии: предпочтительным выбором является алюминиевая фольга 1060 толщиной 18–20 мкм, обеспечивающая баланс между производительностью и экономической эффективностью.
Применение вкладок батареи: распространенные марки сплавов для вкладок — 1070 и 1235. Марка 1235 предпочтительна для процессов контактной сварки, тогда как 1070 часто отдается приоритет для ультразвуковой или лазерной сварки.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос 1: Почему для катода литий-ионных батарей необходимо использовать алюминиевую фольгу вместо медной фольги?
A: При высоких потенциалах на поверхности алюминия образуется плотный стабильный пассивирующий слой оксида алюминия (Al₂O₃), обеспечивающий стойкость к коррозии и окислению. Медная фольга, наоборот, имеет тенденцию окисляться и выходить из строя при высоких потенциалах; поэтому алюминиевая фольга является единственным распространенным выбором для катодного токосъемника.
Вопрос 2: Какая марка сплава чаще всего используется для аккумуляторов и какова типичная толщина?
Ответ: Марка 1235 является наиболее широко используемым сплавом в секторе аккумуляторов, его типичная толщина составляет 12–15 мкм. Его прочность и стабильность при сварке позволяют ему лучше противостоять механическим напряжениям, возникающим во время циклов зарядки и разрядки.
Вопрос 3: Какова самая большая техническая проблема в производственном процессе?
A: Контроль точечного отверстия. Когда толщина алюминиевой фольги уменьшается до уровня менее 10 мкм, количество микроотверстий резко увеличивается, что является основным фактором, снижающим выход продукта. Кроме того, допуск по толщине и плоскостность листа создают основные проблемы.
В4: Какова цена аккумуляторной алюминиевой фольги?
Ответ: Более высокая чистота влечет за собой более высокие производственные затраты; Общий ценовой рейтинг: 1070 > 1060 > 1050 > 1235 (при этом 1235 имеет самую низкую чистоту и лучшее соотношение цены и качества). Однако фактическая цена также зависит от таких факторов, как толщина, состояние (состояние материала) и объем закупок.