Благодаря быстрому развитию транспортных средств на новых источниках энергии во всем мире производство аккумуляторов значительно возросло. Поскольку алюминиевая фольга является одним из ключевых материалов, используемых в силовых батареях, соответственно растет спрос на аккумуляторную алюминиевую фольгу.
Литиевые батареи сегодня являются одними из наиболее широко используемых аккумуляторных батарей. Они широко используются в мобильных электронных устройствах, электромобилях и системах хранения энергии. Алюминиевая фольга для литиевых батарей играет важную роль в проводимости электронов и сборе тока, а ее рыночные перспективы тесно связаны с развитием индустрии литиевых батарей.
Что такое алюминиевая фольга литиевой батареи?
Литиевая батарея из алюминиевой фольгиОбычно относится к высокоэффективной алюминиевой фольге, используемой в качестве катодного токосъемника в литий-ионных батареях. Она также известна как аккумуляторная алюминиевая фольга, литиевая аккумуляторная фольга или алюминиевая фольга катодного токосъемника.
В литий-ионной батарее за хранение и высвобождение ионов лития отвечают материалы электродов, а перенос электронов осуществляется с помощью токосъемников. Основная функция алюминиевой фольги — быстро собирать и проводить электроны, генерируемые или получаемые активным материалом катода, во внешнюю цепь.
Силовую батарею можно понимать в широком смысле как состоящую из следующих компонентов:
Катодный материал: например, литий-железо-фосфат (LFP) и тройные литиевые материалы, которые обеспечивают места для внедрения и извлечения литий-ионов.
Материал анода: обычно графит, кремний-углеродные материалы или подобные материалы.
Электролит и сепаратор: позвольте ионам лития перемещаться между катодом и анодом.
Токосъемники: в качестве катода обычно используется алюминиевая фольга, а в качестве анода обычно используется медная фольга.
Поэтому алюминиевая фольга – это не обычный упаковочный материал. Это важнейший функциональный материал внутри аккумуляторного элемента.
Почему алюминиевая фольга обычно используется для катодов аккумуляторных батарей?
1. Хорошая электропроводность.
Алюминий обладает хорошей электропроводностью и может отвечать требованиям быстрого транспорта электронов на катоде. Хотя медь имеет более высокую электропроводность, чем алюминий, алюминий обеспечивает превосходный баланс проводимости, веса, стоимости и электрохимической стабильности для катодных применений.
2. Низкая плотность
Алюминий имеет гораздо меньшую плотность, чем медь. При той же площади и толщине алюминиевая фольга весит меньше, что помогает снизить долю неактивных материалов в батарее.
Это преимущество легкого веса помогает улучшить гравиметрическую плотность энергии силовых батарей, позволяя распределять большую часть общей массы батареи на аккумулирующие энергию активные материалы.
3. Электрохимическая стабильность.
В диапазоне рабочих напряжений катодов литий-ионных аккумуляторов алюминий может образовывать относительно стабильный оксидный слой. Он обеспечивает хорошую коррозионную стойкость и электрохимическую стабильность при нормальных условиях эксплуатации катода.
Для сравнения, медь склонна к окислению при высоких потенциалах, присутствующих на катодной стороне, поэтому вместо этого ее обычно используют в качестве анодного токосъемника.
4. Хорошая технологичность
Алюминиевая фольга обеспечивает достаточную прочность и пластичность, чтобы противостоять нагрузкам и деформации во время изготовления электродов батареи, сборки элементов и обслуживания.
Его можно обрабатывать с помощью высокоскоростного нанесения покрытия, каландрирования, продольной резки, намотки и штабелирования, что делает его пригодным для крупномасштабного производства аккумуляторов.
5. Высокая чистота
Алюминиевая фольга, используемая для аккумуляторов, имеет высокую чистоту, что помогает свести к минимуму влияние примесей на производительность, стабильность и долгосрочную надежность батареи.
Распространенные материалы для изготовления алюминиевой фольги для аккумуляторов
1. Чистая алюминиевая фольга серии 1xxx.
Серия 1xxx является доминирующей категорией материалов для производства алюминиевой фольги для аккумуляторов. К распространенным маркам относятся 1060, 1070, 1235, 1145, 1050 и 1100. Их основные различия заключаются в чистоте алюминия и содержании примесей.
1235 Алюминиевая фольга
Алюминиевая фольга 1235 является одной из наиболее широко используемых марок для токосъемников литий-ионных аккумуляторов. Содержание алюминия обычно должно быть не менее 99,35%.
При соответствующем контроле содержания железа (Fe), кремния (Si) и других элементов фольга 1235 может достичь улучшенных механических свойств. Его предел прочности на разрыв обычно может достигать 110–150 МПа, при этом он обладает хорошей термостойкостью и способностью к штамповке.
1060 Алюминиевая фольга
Алюминиевая фольга 1060 имеет содержание алюминия не менее 99,60%. Его более высокая чистота обеспечивает лучшую электропроводность и устойчивость к коррозии, чем алюминиевая фольга 1235.
Он также имеет более стабильные химические свойства, что делает его пригодным для применений с более высокими требованиями к долговечности и производительности.
1070 Алюминиевая фольга
Алюминиевая фольга 1070 имеет содержание алюминия не менее 99,70%, что делает ее одной из марок самой высокой чистоты, обычно используемых на рынке.
Его очень высокая чистота способствует снижению удельного электрического сопротивления и превосходной проводимости, что делает его пригодным для применения в высокопроизводительных батареях.
1050 Алюминиевая фольга
Алюминиевая фольга 1050 содержит не менее 99,00% алюминия. Это марка алюминиевой фольги высокой чистоты начального уровня с относительно низкой стоимостью.
1100 Алюминиевая фольга
1100 также является маркой чистого алюминия серии 1xxx. В отраслевом стандарте «Алюминий и фольга из алюминиевых сплавов для литий-ионных аккумуляторов» (T/ZZB 1203–2019) марка 1100 указана как применимая марка вместе с марками 1060 и 1070.
2. Алюминиевая фольга с углеродным покрытием
В последние годы алюминиевая фольга с углеродным покрытием стала важным направлением промышленности.
Алюминиевую фольгу с углеродным покрытием получают путем нанесения на поверхность алюминиевой фольги проводящего углеродного покрытия. Это покрытие может улучшить контакт между алюминиевой фольгой и катодным материалом, снизить контактное сопротивление и улучшить адгезию покрытия.
Это также может в определенной степени улучшить производительность и циклическую стабильность батареи. Поскольку спрос на мощные аккумуляторы с высокой скоростью зарядки и разрядки и аккумуляторами с длительным сроком службы продолжает расти, ожидается, что алюминиевая фольга с углеродным покрытием найдет более широкое применение.
3. Композитная алюминиевая фольга
Композитная алюминиевая фольга – новый материал с трехслойной структурой «сэндвич». Обычно он состоит из полимерной пленки, такой как ПЭТ, посередине и ультратонкого слоя алюминия, нанесенного с обеих сторон.
По сравнению с обычной чистой алюминиевой фольгой композитная алюминиевая фольга имеет ряд потенциальных преимуществ:
Меньший вес, что может еще больше улучшить плотность энергии батареи;
Повышенная безопасность при проникновении гвоздя или внутреннем коротком замыкании;
Полимерный слой может расплавиться или отсоединиться в экстремальных условиях, что помогает снизить риск постоянного короткого замыкания.
Композитная алюминиевая фольга считается перспективным направлением для создания легких и безопасных аккумуляторных токоприемников нового поколения.
Распространенные состояния характера
Состояние отпуска алюминиевой фольги также важно. К распространенным темпераментам относятся:
O закал: мягкое отожженное состояние;
Закал H: Деформационно-упрочненное состояние;
H18: Полное твердое состояние;
H24: Полутвердое состояние.
В настоящее время твердый отпуск H18 является одним из основных условий изготовления алюминиевой фольги для аккумуляторных батарей, поскольку он обеспечивает подходящую прочность и стабильность обработки.
Положение и функция алюминиевой фольги в конструкции батареи
В литий-ионных батареях в качестве коллектора тока катода обычно используется алюминиевая фольга. Он расположен под покрытием катодного материала и тесно связан с катодными активными материалами, такими как литий-железофосфат и тройные катодные материалы.
К основным функциям алюминиевой фольги относятся:
Текущая коллекция
Алюминиевая фольга эффективно собирает ток от активного материала катода и проводит электроны во внешнюю цепь.
Механическая поддержка
Он обеспечивает структурную поддержку катодного покрытия и помогает предотвратить деформацию или повреждение электрода во время циклов зарядки и разрядки.
Электрохимический интерфейс
Стабильный интерфейс между алюминиевой фольгой и катодным покрытием способствует транспорту электронов и поддерживает эффективные электрохимические реакции.
Управление температурным режимом
Алюминиевая фольга может способствовать передаче тепла и рассеиванию тепла внутри структуры электрода, способствуя повышению безопасности и термической стабильности батареи.
Процесс производства алюминиевой фольги для литиевых батарей
Производство аккумуляторной алюминиевой фольги предполагает строгий контроль чистоты, толщины, качества поверхности, плоскостности, прочности и чистоты.
1. Плавка алюминиевых слитков.
Алюминиевое сырье высокой чистоты плавится и рафинируется для снижения содержания водорода и контроля уровня примесей, обеспечивая чистоту и однородность материала.
2. Непрерывное литье и прокатка
Расплавленный алюминий подвергается непрерывной разливке и прокатке с получением алюминиевой полосы, которая служит основным материалом для последующих процессов прокатки.
3. Холодная прокатка и прокатка фольги.
Алюминиевая полоса подвергается множественным операциям холодной прокатки и прокатки фольги для уменьшения толщины и одновременного улучшения плоскостности, зернистой структуры, качества поверхности и механических свойств.
Например, алюминиевая фольга для литиевых батарей толщиной 12 мкм требует высокоточного контроля прокатки, чтобы обеспечить равномерную толщину и стабильную работу.
4. Обработка поверхности
Обработку поверхности можно использовать для улучшения адгезии покрытия, коррозионной стойкости, смачиваемости и электрохимической стабильности. В зависимости от требований заказчика поверхность фольги также может быть оптимизирована для нанесения катодного суспензионного покрытия.
5. Резка и упаковка
Готовая алюминиевая фольга разрезается по необходимой ширине, диаметру и весу рулона. Надлежащая упаковка необходима для обеспечения совместимости с автоматизированными линиями по производству аккумуляторов и предотвращения повреждений, воздействия влаги или загрязнения поверхности во время транспортировки.
Сравнение алюминиевой фольги и медной фольги
В литий-ионных батареях алюминиевая фольга обычно используется в качестве катодного токосъемника, а медная фольга обычно используется в качестве анодного токосъемника. Использование алюминиевой фольги на катодной стороне основано на ее специфических физических и электрохимических свойствах.
Электрохимическая стабильность
Алюминиевая фольга обладает хорошей стабильностью в катодной среде литий-ионных батарей с высоким потенциалом. Медь, с другой стороны, больше подходит для анодной стороны с более низким потенциалом.
Электрическая проводимость
Медь имеет более высокую электропроводность, чем алюминий. Однако алюминий обеспечивает достаточно высокую проводимость для сбора тока катода, обеспечивая при этом важные преимущества в весе, стоимости и электрохимической совместимости при высоком напряжении.
Экономическая эффективность
Алюминиевая фольга обычно имеет более низкую стоимость материала, чем медная фольга, что делает ее более подходящей для крупномасштабного производства батарей.
Легкое преимущество
Алюминий значительно легче меди. Использование алюминиевой фольги на стороне катода помогает уменьшить вес батареи и обеспечивает более высокую плотность энергии.
Перспективы применения алюминиевой фольги для батарей новой энергии
Литий-ионные аккумуляторы
Литий-ионные аккумуляторы являются одной из наиболее широко используемых технологий аккумуляторных батарей. Они обычно используются в бытовой электронике, электромобилях, электрических автобусах, системах хранения энергии, электроинструментах и других приложениях.
Алюминиевая фольга, являющаяся основным материалом катодного токосъемника, тесно связана с развитием индустрии литий-ионных аккумуляторов.
Литий-полимерные батареи
Литий-полимерные батареи — это батареи с высокой плотностью энергии, известные своим гибким форм-фактором и хорошим потенциалом безопасности. Алюминиевая фольга, используемая в литий-полимерных батареях, часто тоньше, чтобы обеспечить легкие и гибкие конструкции батарей.
Растущий спрос на автомобили, работающие на новой энергии, и системы хранения энергии
Поскольку рынки электромобилей, систем возобновляемых источников энергии, сетевых накопителей энергии и портативных электронных устройств продолжают расширяться, ожидается, что индустрия литиевых батарей сохранит долгосрочный рост.
В результате спрос на алюминиевую фольгу для аккумуляторов будет продолжать расти. В то же время достижения в области технологий прокатки, обработки поверхности, углеродного покрытия, композитных токосъемников и контроля качества еще больше улучшат характеристики алюминиевой фольги для литиевых батарей.
Будущая аккумуляторная алюминиевая фольга будет продолжать развиваться в направлении:
Меньшая толщина;
Высшая чистота;
Лучшее качество поверхности;
Повышенная прочность и стабильность обработки;
Более низкое внутреннее сопротивление;
Повышенная адгезия покрытия;
Большая совместимость с аккумуляторными системами с быстрой зарядкой и длительным сроком службы;
Низкоуглеродное и более устойчивое производство.
Алюминиевая фольга, используемая для аккумуляторов, может быть тонкой, но это важнейший материал, обеспечивающий производительность, безопасность, легкий дизайн и крупномасштабное производство аккумуляторов для транспортных средств на новой энергии.