Аккумуляторная фольга является одним из основных материалов, используемых в литиевых батареях для транспортных средств на новых источниках энергии. В производстве литий-ионных аккумуляторов в качестве коллектора катодного тока обычно используется прокатанная алюминиевая фольга.
Являясь важным компонентом электродной конструкции литиевой батареи, токосъемник служит одновременно носителем активных материалов и путем сбора и передачи электрического тока. Идеальный токосъемник должен обладать высокой электропроводностью, превосходной химической стабильностью, сильным соединением, низкой стоимостью, гибкостью и легкой конструкцией.
В качестве коллектора тока катода используется алюминиевая фольга, а в качестве коллектора тока анода — медная фольга. Алюминий широко распространен, экономически эффективен, легко доступен и очень пластичен. Однако при определенных условиях алюминий может сплавляться с ионами лития на анодной стороне, а медь — окисляться на катодной стороне. Поэтому алюминиевая фольга обычно используется в качестве катодного токосъемника, а медная фольга — в качестве анодного токосъемника.
Качествоаккумулятор из алюминиевой фольгинапрямую влияет на емкость аккумулятора, его производительность, срок службы и безопасность. С быстрым развитием новых энергетических транспортных средств и оборудования для хранения энергии литий-ионные батареи предъявляют все более строгие требования к основным материалам. В результате технический порог использования алюминиевой фольги для аккумуляторов продолжает расти.
Распространенные сплавы для алюминиевой фольги аккумуляторного качества
Для изготовления алюминиевой фольги аккумуляторного качества в основном используются чистые алюминиевые сплавы серии 1000, характеризующиеся высоким содержанием алюминия и чистотой, достигающей более 99,00%. Наиболее распространенным характером является вспыльчивый характер, например H18.
Ниже приведены три основных марки сплавов и их типичные области применения:
1235 Алюминиевая фольга
Сплав 1235 в настоящее время является наиболее широко используемым сплавом в секторе аккумуляторов. Благодаря высокой чистоте, превосходной электропроводности, исключительной сверхтонкой однородности толщины и механической стабильности он стал ключевым материалом для обеспечения плотности энергии батареи, срока службы и безопасности.
Его предел прочности на разрыв может превышать 140 МПа, удлинение может достигать ≥3%, а точность толщины можно контролировать в пределах ±3%.
1060 Алюминиевая фольга
Сплав 1060 содержит не менее 99,6% алюминия. Он обеспечивает лучшую электропроводность и устойчивость к коррозии, что делает его широко используемым в аккумуляторных батареях и аккумуляторах общего назначения.
1070 Алюминиевая фольга
Сплав 1070 обеспечивает высочайшую чистоту ≥99,70%. Он подходит для высокотехнологичных цифровых батарей с чрезвычайно высокими требованиями к проводимости.
| Марка сплава | Чистота | Типичная толщина | Типичные применения |
| 1235 | ≥99,35% | 12–15 мкм | Силовые аккумуляторы, натрий-ионные аккумуляторы |
| 1060 | ≥99,60% | 15–20 мкм | Энергетические аккумуляторы, аккумуляторы общего назначения |
| 1070 | ≥99,70% | 10–12 мкм | Высококачественные цифровые батареи |
Типы алюминиевой фольги литий-ионных аккумуляторов
В зависимости от производственного процесса и структуры материала алюминиевую фольгу для литий-ионных аккумуляторов можно разделить на яркую фольгу, алюминиевую фольгу с углеродным покрытием и другие типы.
Серия аккумуляторной алюминиевой фольги MC Aluminium предлагает гибкие варианты толщины и ширины для удовлетворения требований к обработке и производительности аккумуляторов различного химического состава.
1. Односторонняя блестящая алюминиевая фольга
Описание:
Односторонняя блестящая алюминиевая фольга имеет одну яркую сторону и одну матовую сторону. Это основная форма алюминиевой фольги, используемая в батареях, обеспечивающая баланс электропроводности, механической прочности и технологичности.
Функции:
Отличная электропроводность и механическая прочность.
Хорошие характеристики сцепления с активными материалами электродов.
Умеренное поверхностное натяжение, подходит для процессов нанесения покрытий.
Типичные применения:
Катодные токосъемники для лабораторных исследовательских и опытно-конструкторских ячеек, опытных батарей, намотанных и многослойных ячеек.
Типичные характеристики: 16 мкм × 195 мм.
Плотность поверхности: 42 г/м²
Предел прочности: 220 МПа.
Удлинение: 2,2%
Поверхностное смачивающее напряжение: 30 Н/м.
Сплав и отпуск: 1235-H16/H18.
Химический состав: Al >99,8%, со следами Si, Cu, Fe, Mg, Zn и Ti.
2. Двусторонняя блестящая алюминиевая фольга
Описание:
Двусторонняя блестящая алюминиевая фольга имеет блестящие поверхности с обеих сторон. Он обеспечивает высокую плоскостность поверхности, отличную электропроводность и превосходную коррозионную стойкость.
Функции:
Симметричная двусторонняя структура с низкой шероховатостью поверхности.
Отличная коррозионная стойкость и улучшенная стабильность интерфейса.
Высокая пластичность и хорошие механические свойства.
Типичные применения:
Катодные токосъемники для аккумуляторов промышленного класса, особенно для аккумуляторов, требующих высокой стабильности.
Типичные характеристики: 16 мкм × 196 мм.
Плотность поверхности: 42 г/м²
Предел прочности: 220 МПа.
Удлинение: 2,2%
Поверхностное смачивающее напряжение: 30 Н/м.
Сплав и отпуск: 1235-H16/H18.
3. Алюминиевая фольга с односторонним углеродным покрытием.
Описание:
Алюминиевая фольга с односторонним углеродным покрытием производится путем нанесения проводящего углеродного слоя на одну сторону алюминиевой фольги. Эта структура улучшает межфазное соединение и электропроводность.
Функции:
Проводящее углеродное покрытие на одной стороне улучшает адгезию и эффективность транспорта электронов.
Снижает межфазное сопротивление и улучшает стабильность цикла.
Голый алюминий на обратной стороне уравновешивает проводимость и структурную оптимизацию.
Типичные применения:
Батареи с высокой плотностью мощности, катоды из материалов с высоким импедансом, таких как материалы с высоким содержанием никеля и фосфат лития-железа (LFP), а также катоды твердотельных батарей.
Типичные характеристики: 16 мкм × 260 мм.
Толщина покрытия: 1 мкм
Ширина покрытия: 230 мм
Плотность поверхности: 41,8 ± 2 г/м²
Смачиваемость поверхности: ≥50 дин
Испытание на вытирание: >200 циклов, без потери покрытия.
Испытание погружением в электролит: отсутствие расслоения
4. Алюминиевая фольга с двусторонним углеродным покрытием.
Описание:
Алюминиевая фольга с двусторонним углеродным покрытием имеет углеродное покрытие с обеих сторон, образующее непрерывную проводящую сеть и обеспечивающее более низкое межфазное сопротивление.
Функции:
Углеродные покрытия с обеих сторон обеспечивают улучшенные пути транспорта электронов.
Увеличивает срок службы и производительность
Помогает предотвратить коррозию токосъемника и повышает стабильность электрода.
Типичные применения:
Силовые батареи, пакетные элементы, многоэлектродные листовые конструкции и устройства для высокоскоростной зарядки/разрядки.
Типичные характеристики: 16 мкм × 260 мм.
Толщина углеродного покрытия: 1 + 1 мкм.
Ширина покрытия: 230 мм
Плотность поверхности: 42 ± 2 г/м²
Смачиваемость поверхности: ≥40 дин, измеренная при 55 дин.
Удлинение: >1,5%, измерено на уровне 2,83%.
Предел прочности: ≥180 Н/мм², измерено при 199,9 Н/мм².
Испытание на вытирание: >200 циклов, без потери покрытия.
Испытание погружением в электролит: отсутствие расслоения через 24 часа.
Сравнительная таблица продуктов из алюминиевой фольги для аккумуляторов
| Элемент | Односторонняя блестящая фольга | Двусторонняя блестящая фольга | Фольга с односторонним углеродным покрытием | Фольга с двусторонним углеродным покрытием |
| Общая толщина (мкм) | 9-30 | 9-30 | 9-30 | 9-30 |
| Толщина углеродного покрытия (мкм) | - | - | 1 | 1+1 |
| Плотность поверхности (г/м²) | 42 | 42 | 41,8 ± 2 | 42 ± 2 |
| Предел прочности (МПа) | ≥180, измерено 220 | ≥180, измерено 200 | ≥180, измерено 200 | ≥180, измерено 200 |
| Удлинение (%) | >1,5, измерено 2,2 | >1,5, измерено 2,2 | >1,5, измерено 2,8 | >1,5, измерено 2,8 |
| Поверхностное смачивающее напряжение (дина) | ≥30 | ≥30 | ≥50 | ≥40, измерено 55 |
| Ширина покрытия (мм) | - | - | 230 ± 1 | 230 ± 1 |
| Общая ширина фольги (мм) | 50–300 | 50–300 | 50–300 | 50–300 |
| Край без покрытия (мм) | - | - | 15 ± 1 | 15 ± 1 |
| Проверка очистки (циклы) | - | - | >200 | >200 |
| Тест погружения в электролит | - | - | Нет расслоения | Нет расслоения |
| Стандартный | ГБ/Т 1398-2010 | ГБ/Т 1398-2010 | Внутренний стандарт | Внутренний стандарт |
| Типичные применения | Лаборатория исследований и разработок | Производство промышленных аккумуляторов | Материалы высокой мощности/высокого импеданса | Высокопроизводительные аккумуляторы/пакетные элементы |
Классификация по толщине
Алюминиевую фольгу, предназначенную для аккумуляторов, обычно называют ультратонкой алюминиевой фольгой. Наиболее распространенный диапазон толщины составляет примерно 10–20 мкм, хотя фактическая спецификация зависит от типа батареи, системы материала катода и производственного процесса.
Ультратонкая аккумуляторная алюминиевая фольга толщиной 10–12 мкм
Эта категория продуктов в первую очередь предназначена для применений, требующих высокой плотности энергии. Более тонкая алюминиевая фольга уменьшает долю неактивных материалов и обеспечивает больше места для активных материалов, тем самым улучшая как гравиметрическую, так и объемную плотность энергии.
Типичные применения:
Аккумуляторы для электромобилей с высокой плотностью энергии
Высококачественные аккумуляторы для бытовой электроники
Легкие аккумуляторы энергии
Аккумуляторные изделия со строгими требованиями по снижению веса
Алюминиевая фольга для стандартных батарей толщиной 13–15 мкм
Этот диапазон толщины является одной из наиболее распространенных характеристик аккумуляторной алюминиевой фольги. Он обеспечивает хороший баланс между производительностью, стабильностью обработки и стоимостью. Он может применяться для различных процессов катодного покрытия и каландрирования и широко используется в крупномасштабном производстве аккумуляторов.
Типичные применения:
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы
Тройные литиевые батареи
Энергетические аккумуляторы
Аккумуляторы для электроинструментов
Аккумуляторы для электровелосипедов и электрических двухколесных транспортных средств
Отдельные аккумуляторы для бытовой электроники
Алюминиевая фольга толщиной 16–20 мкм и толще
Более толстая алюминиевая фольга для аккумуляторов обычно обеспечивает более высокую механическую прочность и большую устойчивость к обработке. Он подходит для применений, требующих повышенной стабильности производства, прочности электродов или специализированных клеточных структур.
Типичные применения:
Некоторые аккумуляторные батареи
Высокобезопасные аккумуляторные системы
Аккумуляторные элементы специальной структуры
Области применения, требующие высокой прочности электрода на разрыв и устойчивости к образованию морщин.
Этапы валидации НИОКР и разработки процессов
Процессы производства аккумуляторной фольги
Основные направления производства алюминиевой фольги для литиевых батарей включают горячую прокатку, непрерывное литье и прокатку.
Горячую прокатку осуществляют выше температуры рекристаллизации. Непрерывная разливка и прокатка, также известная как безслитковая прокатка, объединяет литье и прокатку в один процесс формования. По сравнению с горячей прокаткой, непрерывная разливка и прокатка исключают определенные этапы, такие как разливка слитков и гомогенизационная термообработка.
Горячекатаная продукция обычно обеспечивает более высокое качество, а непрерывная разливка и прокатка обеспечивают экономическое преимущество. Изделия непрерывной разливки и прокатки могут иметь более выраженные поверхностные полосы и больший размер зерен, а их твердость, качество поверхности и однородность могут быть менее благоприятными, чем у горячекатаных изделий. С другой стороны, горячая прокатка требует относительно больших инвестиций в нагревательные печи и станы горячей прокатки, требует более длительного технологического процесса, потребляет больше энергии и приводит к более высоким производственным затратам.
Аккумуляторная фольга уделяет особое внимание высокой прочности на разрыв и высокой пластичности. Поскольку процесс непрерывного литья и прокатки, как правило, способен удовлетворить требования к производству аккумуляторной фольги и предлагает значительные преимущества в затратах, он стал предпочтительным маршрутом для многих производителей аккумуляторной фольги.
MC Aluminium применяет процесс горячей прокатки для удовлетворения требований к обработке и безопасности структурных компонентов.
Основные технические требования к аккумуляторной алюминиевой фольге
1. Толщина и точность
Толщина алюминиевой фольги обычных аккумуляторов колеблется от 10 до 20 мкм и продолжает уменьшаться. Единым отраслевым стандартом в настоящее время является толщина 15 мкм, при этом ведущие производители добились стабильного массового производства фольги толщиной 12–13 мкм. Некоторые ведущие компании снизили толщину до 9, 8 или даже 7 мкм.
Отклонение толщины обычно необходимо контролировать в пределах ±2%. Это означает, что на листе, сравнимом по размеру с бумагой формата А4, разница между самыми толстыми и самыми тонкими точками может быть меньше диаметра человеческого волоса.
2. Механические свойства
Алюминиевая фольга для аккумуляторов обычно требует прочности на разрыв не менее 180 МПа. Для некоторых высокотехнологичных приложений требуется давление 200 МПа или даже более 300 МПа. В то же время для удовлетворения последующих требований к нанесению покрытия и штамповке также необходимо достаточное удлинение, например ≥3%.
3. Смачиваемость поверхности
Для обеспечения хорошей адгезии покрытия катодной суспензии к поверхности алюминиевой фольги обычно требуется значение поверхностной дин не менее 32 мН/м. Для продуктов высокого класса может потребоваться усилие 36 мН/м или даже более 50 мН/м.
4. Чистота поверхности
Аккумуляторная алюминиевая фольга предъявляет крайне строгие требования к качеству поверхности. Дефекты, такие как алюминиевая пыль, частицы железа, потеки черного масла и яркие пятна на матовых поверхностях, недопустимы.
Также строго контролируется точечная коррозия на поверхности: не допускаются ямки диаметром более 1 мм.
5. Плоскостность и качество кромок
Плоскостность должна строго контролироваться, как правило, до ≤10 I-единиц. Края должны быть без трещин и заусенцев.
6. Производственная среда
Алюминиевая фольга для аккумуляторов должна производиться в чистых помещениях, соответствующих высоким стандартам. Чистота, как правило, требуется для соответствия стандартам ISO класса 8.
Применение алюминиевой фольги литий-ионных аккумуляторов
1. Автомобильные аккумуляторы на новой энергии
Это крупнейший рынок применения алюминиевой фольги аккумуляторного качества.1235и сплавы 1060, обычно толщиной 12–15 мкм, широко используются в призматических аккумуляторных элементах с алюминиевой оболочкой. Они могут поддерживать быструю зарядку 2C–6C, выполнять более 2000 циклов зарядки-разрядки и обеспечивать плотность энергии 180–220 Втч/кг.
2. Системы хранения энергии (ESS).
С ускоренным развертыванием интегрированных проектов ветровой, солнечной энергии и хранения энергии спрос на алюминиевую фольгу для аккумуляторов в приложениях хранения энергии быстро растет.
1060 алюминиевая фольгатолщиной 18–20 мкм широко используется в аккумуляторных батареях. Он может достигать более 6000 циклов и обеспечивает значительные преимущества по соотношению цена-качество.
3. Бытовая электроника 3C
Тонкие, легкие и емкие аккумуляторы, используемые в смартфонах, ноутбуках, планшетах и другой бытовой электронике, предъявляют более высокие требования к толщине и чистоте фольги. Ультратонкий1070 алюминиевая фольгатолщиной 10–12 мкм является предпочтительным выбором для этого сектора.
4. Натрий-ионные аккумуляторы: крупнейший развивающийся рынок
Быстрое развитие натрий-ионных аккумуляторов открывает новые возможности для роста производства алюминиевой фольги, предназначенной для аккумуляторов.
В отличие от литий-ионных батарей, где алюминиевая фольга обычно используется только со стороны катода, в натрий-ионных батареях алюминиевая фольга может использоваться как для катодных, так и для анодных токосъемников. В результате потребление алюминиевой фольги на ГВтч в натрий-ионных батареях может более чем в два раза превышать потребление литий-ионных батарей.
