Токосъёмники из алюминиевой фольги являются одним из основных материалов катодных токосъёмников в литий-ионных батареях. Они собирают электрический ток, генерируемый активным материалом катода, и передают его во внешнюю цепь. В то же время они служат носителем катодных активных материалов, обеспечивая преобразование химической энергии в электрическую. Поэтому токосъемники из алюминиевой фольги широко используются в литий-ионных батареях.
Катод батареи обычно состоит из катодной пластины, высокотемпературной клейкой ленты, катодного токосъемника из алюминиевой фольги и активного материала катода. Алюминиевая фольга, используемая в качестве коллектора тока катода, обычно имеет толщину 0,010–0,015 мм. Он широко используется в тройных литиевых батареях, литий-железо-фосфатных батареях (LFP), натрий-ионных батареях и других аккумуляторных системах.
Основные марки алюминиевых сплавов, используемые для изготовления фольги токоприемника, включают 1060, 1070, 1100 и 1235. Основная толщина варьируется от 10 до 20 мкм, в то время как некоторые производители аккумуляторов используют фольгу толщиной 8 мкм. Будущая тенденция заключается в дальнейшем уменьшении толщины, потенциально до 6 мкм.
Алюминиевую фольгу в основном производят методом горячей прокатки или непрерывного литья и прокатки. Наиболее распространенная промышленная фольга с двойным нулем, фольга с одним нулем и аккумуляторная фольга относятся к серии из чистого алюминия и обычно подходят для непрерывного литья и прокатки. Хотя к аккумуляторной фольге предъявляются значительно более высокие требования, чем к стандартной алюминиевой фольге толщиной 0,1 мм, основные технологии и процессы производства во многом схожи.
Распространенные типы алюминиевой фольги для аккумуляторов
Алюминиевая фольга для аккумуляторов: односторонняя яркая / двусторонняя яркая
Алюминиевая фольга с углеродным покрытием: одностороннее покрытие/двустороннее покрытие
1. Алюминиевая фольга для аккумуляторов
Хотя алюминий имеет более низкую электропроводность, чем медь, алюминиевым проводникам требуется лишь около половины массы медных проводников для передачи такого же количества электричества. Таким образом, использование алюминиевых токосъемников помогает улучшить плотность энергии литий-ионных батарей. Кроме того, алюминий более экономичен, чем медь.
Во время зарядки и разрядки литий-ионного аккумулятора на поверхности токоприемника из алюминиевой фольги образуется плотная оксидная пленка. Эта пленка повышает коррозионную стойкость алюминиевой фольги.
2. Алюминиевая фольга с углеродным покрытием
Алюминиевая фольга с углеродным покрытием — это инновационная технология модификации поверхности аккумуляторных токосъемников. Функциональное покрытие, содержащее один или несколько проводящих материалов, наносится на поверхность алюминиевой фольги для формирования превосходной двумерной или трехмерной проводящей сети.
Затем фольга с покрытием соединяется с проводящей смолой, подходящей для систем на водной основе. Благодаря теоретическому моделированию и повторной экспериментальной проверке рецептура, конструкция конструкции и условия процесса постоянно оптимизируются.
Этот процесс обеспечивает более тонкий слой покрытия, более низкую стойкость покрытия и более сильную адгезию. Он может эффективно улучшить электрохимические характеристики и стабильность продукта литиевых батарей и особенно подходит для кремниево-углеродных аккумуляторных систем.
Особенности продукта
| Алюминиевая фольга, предназначенная для аккумуляторов (односторонняя яркая/двусторонняя яркая) | Алюминиевая фольга с углеродным покрытием (односторонняя/двусторонняя) |
Отличная электропроводность; Хорошая химическая стабильность; Хорошая совместимость и адгезия с активными материалами электродов; Симметричная двусторонняя структура; Плотность металла близка к теоретической плотности алюминия; Очень низкая шероховатость поверхности; Высокое удлинение и прочность на разрыв. | Увеличить поверхностное натяжение алюминиевой фольги; Улучшите адгезию между алюминиевой фольгой и активными материалами; уменьшить количество необходимого связующего в электроде; Улучшите плотность энергии батареи и продолжительность цикла; Защитите токосъемник; Уменьшите межфазное сопротивление; Улучшить стабильность и консистенцию продукта; Увеличьте производительность отдельных ячеек и скорость сборки аккумуляторной батареи; Более низкие производственные затраты. |
Характеристики алюминиевой фольги литий-ионного аккумулятора
| Элемент | Типичный диапазон |
| Сплав | 1235, 1050, 1060, 1070, 1100 и т. д. |
| Характер | О, H18 и т. д. |
| Общие толщины | 10 мкм, 12 мкм, 15 мкм, 16 мкм, 18 мкм, 20 мкм и т. д. |
| Диапазон толщины | Обычно 8–30 мкм; специальные характеристики доступны по запросу. |
| Диапазон ширины | 100 мм–1650 мм |
| ИДЕНТИФИКАТОР | 76 мм, 152 мм, 300 мм, 505 мм и т. д. или по индивидуальному заказу. |
| ИЗ | Определяется совместимостью оборудования и весом рулона. |
| Вес катушки | Настраивается в зависимости от мощности нагрузки оборудования заказчика и темпа производства. |
| Состояние поверхности | Чистый и ровный с обеих сторон; без масляных пятен, пятен окисления и вмятин |
| Формы поставок | Мастер-рулоны, разрезные рулоны, рулоны узкой ширины, листы/рулоны, нарезанные по длине, и т. д. |
| минимальный заказ | 3 тонны |
| Название продукта | Односторонняя алюминиевая фольга с углеродным покрытием | Двусторонняя алюминиевая фольга с углеродным покрытием |
| Толщина алюминиевой фольги | 16 мкм | |
| Ширина алюминиевой фольги | 260 ± 1 мм | |
| Ширина покрытия | 230 ± 1 мм | |
| Толщина покрытия | 11 мкм | |
| Край покрытия (слева/справа) | 15 мм | |
| Смачиваемость поверхности | >50 женщин | / |
| Длина | 20 м, 50 м, по индивидуальному заказу | / |
| Протереть безворсовой тканью; никакого шелушения. | >200 раз. | |
| Погрузить в электролит на 24 часа; никакого шелушения. | Никто | |
| Плотность площади | 41,8 ± 2 г/м² | 42 ± 2 г/м² |
| Удлинение | >1,5% | |
| Предел прочности | >180 Н/мм² | |
| Настраиваемый | Настраиваемые (длина, ширина, толщина) | |
Почему алюминиевая фольга используется для катодов литиевых батарей?
В литиевых батареях используется алюминиевая фольга для катода и медная фольга для анода из-за совместимости электрохимического потенциала.
Катод работает при относительно высоком потенциале, обычно выше 3 В. При таком высоком напряжении медная фольга подвержена окислению и коррозии, что делает ее непригодной в качестве катодного коллектора тока. Однако алюминий естественным образом образует на своей поверхности плотную пассивирующую пленку оксида алюминия (Al₂O₃). Этот оксидный слой обеспечивает превосходную стойкость к окислению и коррозии при высоких потенциалах, эффективно защищая нижележащую алюминиевую подложку.
И наоборот, если на аноде используется алюминиевая фольга, она может сплавляться с литием при низких потенциалах - обычно ниже 0,5 В по сравнению с Li/Li⁺ - что может повредить структуру фольги. Поэтому алюминиевая фольга является предпочтительным и стандартным выбором для катодных токосъемников.
Помимо электрохимической совместимости, алюминиевая фольга широко используется, поскольку она сочетает в себе высокую проводимость, хорошие механические свойства, низкую плотность и ценовые преимущества. Алюминий обладает хорошей электропроводностью (около 62% IACS), отличной пластичностью и легко раскатывается в ультратонкую фольгу. Он также обеспечивает высокую устойчивость к коррозии электролита аккумулятора.
Требования к производительности аккумуляторной алюминиевой фольги
| Качественный товар | Требования |
| Толщина | Самая тонкая аккумуляторная фольга в настоящее время достигает 8 мкм. Допуск по толщине должен строго контролироваться, обычно в пределах ±4%; некоторые производители аккумуляторов требуют ±2%. |
| Качество поверхности | На поверхности не должно быть отверстий и ямок диаметром более 1 мм. Для ямок размером 0,5–1 мм обычно допускается наличие менее 3 дефектов на м². Матовая сторона не должна иметь выступов и ярких пятен. |
| Поверхностное смачивающее напряжение | Большинству клиентов требуется поверхностное натяжение смачивания 30–32 дин/см, тогда как для некоторых систем чувствительных материалов требуются более высокие значения дин. |
| Качество края | Края разреза должны быть качественными, без краевых трещин и заусенцев. |
| Механические свойства | Поскольку толщина фольги уменьшается, прочность на разрыв (Rm) должна быть соответственно улучшена, чтобы обеспечить адекватную устойчивость к разрыву. Предел деформационного упрочнения технически чистого алюминия составляет около 310 Н/мм². Текущая прочность фольги аккумуляторной батареи обычно находится в диапазоне 190–280 Н/мм². |
Требования к упаковке и транспортировке алюминиевой фольги литиевых батарей
Алюминиевая фольга для аккумуляторов чрезвычайно тонкая и предъявляет высокие требования к качеству поверхности. При транспортировке и хранении его необходимо защищать от влаги, пыли, повреждений под давлением, царапин и окисления.
Распространенные методы упаковки включают в себя:
Покрытие поверхности алюминиевой фольги защитной бумагой или защитной пленкой;
Использование влагонепроницаемой бумаги и влагозащитной пленки для герметичной упаковки;
Добавление осушителей для снижения воздействия влаги во время морских перевозок или перевозок на дальние расстояния;
Крепление рулонов с помощью деревянных поддонов, деревянных оснований ящиков или стальных опорных рам;
Армирование рулонов стальными лентами или стретч-пленкой для предотвращения ослабления при транспортировке;
Использование фумигированных деревянных поддонов или не фумигированных упаковочных материалов для экспортных поставок в соответствии с требованиями международных перевозок.
Во время хранения алюминиевую фольгу следует хранить в сухом, чистом и хорошо вентилируемом помещении, вдали от агрессивных сред. Во время манипуляций следует избегать столкновений, сжатия и контакта с острыми предметами, чтобы предотвратить повреждение кромок, царапин на поверхности или деформацию катушки.