Алюминиевая фольга для аккумуляторовспециально разработан и изготовлен для литий-ионных аккумуляторов. Он служит подложкой катода и коллектором тока — по сути, каркасом, поддерживающим активные материалы и проводящим электроны. Фольга чистая и однородная, с бездефектной поверхностью, что не ухудшает адгезию покрытия и электрические характеристики.
Традиционные катодные токосъемники используют простую алюминиевую фольгу. Однако по мере того, как батареи переходят к сверхбыстрой зарядке, высокой скорости разряда и увеличению срока службы, контактное сопротивление и риск расслоения между голой алюминиевой фольгой и активными катодными материалами постепенно становятся узкими местами в производительности. Алюминиевая фольга с углеродным покрытием решает эти проблемы путем нанесения ультратонкого проводящего углеродного слоя на поверхность алюминиевой фольги микронного размера.
Что такое алюминиевая фольга с углеродным покрытием?
Алюминиевая фольга с углеродным покрытием для литий-ионных батарей относится к фольге из алюминия или алюминиевого сплава, используемой в качестве катодного токосъемника в литий-ионных батареях. Вместе с катодными материалами, такими как фосфат лития-железа (LFP), оксид лития-кобальта (LCO) и оксид лития-марганца (LMO), он образует часть катода литий-ионной батареи.
В зависимости от производственного процесса и используемых материалов алюминиевую фольгу для аккумуляторов можно разделить на простую фольгу, фольгу с покрытием и композитную алюминиевую фольгу.
Алюминиевая фольга с углеродным покрытием производится путем равномерного покрытия одной или обеих сторон простой алюминиевой фольги аккумуляторного качества композитным проводящим слоем, состоящим из наноразмерных проводящих углеродных частиц, таких как проводящая сажа, графен или углеродные нанотрубки, а также специализированных связующих.
Покрытие обычно имеет толщину всего 0,5–2 мкм, но оно образует высокоэффективный «микроскопический мост» между активными материалами, такими как фосфат лития-железа (LFP) и тройные материалы NCM/NCA, и подложкой из алюминиевой фольги.
Алюминиевая фольга с углеродным покрытием может значительно снизить внутреннее сопротивление литий-железо-фосфатных батарей. Он улучшает контакт между активными материалами и фольгой, а также проводимость тока внутри электрода, тем самым повышая скорость, низкотемпературные характеристики, цикличность и эффективность хранения.
По сравнению с тройными литиевыми батареями батареи LFP имеют меньшую электропроводность и плотность энергии. Углеродное покрытие может улучшить циклические характеристики аккумуляторов LFP; поэтому алюминиевая фольга, используемая для батарей LFP, обычно требует углеродного покрытия.
Этот продукт доступен в типах A и B, каждый из которых имеет различные характеристики:
Тип A: черный внешний вид; стандартная общая толщина покрытия с обеих сторон составляет 4-8 мкм. Он обеспечивает более заметные проводящие характеристики.
Тип B: Светло-серый внешний вид; Стандартная общая толщина покрытия с обеих сторон составляет 2–3 мкм. Площадь покрытия может сохранять относительно небольшие зоны сварки и поддерживать прерывистые зазоры в покрытии, распознаваемые оборудованием для нанесения покрытия.
Функции алюминиевой фольги с углеродным покрытием
Для литиевых аккумуляторов для новых энергетических транспортных средств более высокая стоимость продукта обычно связана с более высокими характеристиками. Алюминиевая фольга с углеродным покрытием способствует повышению производительности аккумулятора следующим образом:
Подавляет поляризацию батареи, уменьшает тепловые эффекты и повышает производительность;
Снижает внутреннее сопротивление аккумулятора и значительно снижает увеличение динамического внутреннего сопротивления во время езды на велосипеде;
Улучшает согласованность и продлевает срок службы батареи;
Улучшает адгезию между активными материалами и токосъемником, снижая затраты на производство электродов;
Защищает токосъемник от электролитной коррозии;
Улучшает высоко- и низкотемпературные характеристики батарей LFP и улучшает технологичность материалов LFP и титаната лития.
Характеристики алюминиевой фольги для подложек батарей
| Элемент | Спецификация |
| Сплав алюминиевой фольги | 1060, 1070, 1235 и т. д. |
| Толщина | 0,01–0,025 мм |
| Ширина | 200–1500 мм, по индивидуальному заказу |
| Предел прочности | 40–150 МПа |
| Удлинение | >1% |
| Внутренний диаметр сердечника рулона | 30–76,2 мм, по индивидуальному заказу |
| Чистота | >99,8% |
| Толщина углеродного покрытия | 0,2–2 мкм, односторонний или двусторонний |
| Обработка поверхности | Одностороннее углеродное покрытие или двустороннее углеродное покрытие. |
| Рисунок покрытия | Непрерывное или прерывистое покрытие. |
| Цвет поверхности | Черный или темно-серый |
| Приложение | Катодный коллектор тока |
Ключевые преимущества алюминиевой фольги с углеродным покрытием
1. Высокая электропроводность.
Углеродные материалы обеспечивают превосходную электронную проводимость, помогая уменьшить поляризацию батареи и повысить эффективность зарядки/разрядки.
2. Отличная межфазная стабильность.
Углеродное покрытие улучшает контакт между алюминиевой фольгой и материалами катода, повышая структурную стабильность электрода.
3. Хорошая коррозионная стойкость
Углеродный слой защищает поверхность алюминиевой фольги, снижая риск коррозии в среде электролита и повышая безопасность аккумулятора.
4. Улучшенная технологичность покрытия.
После обработки углеродным покрытием поверхность алюминиевой фольги имеет улучшенную шероховатость и смачиваемость, что способствует:
Обеспечить равномерное покрытие катодной суспензии;
Уменьшить дефекты покрытия;
Улучшите стабильность производства.
5. Совместимость с химическими составами нескольких катодов.
Алюминиевая фольга с углеродным покрытием может широко использоваться в основных литий-ионных аккумуляторных системах, в том числе:
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы (ЛФП);
Тройные литиевые батареи (NCM);
Литий-кобальт-оксидные батареи (LCO);
Литий-оксидные батареи марганца (ЛМО).
Применение алюминиевой фольги с углеродным покрытием
Мощные литий-ионные аккумуляторы с использованием мелкодисперсных активных материалов;
Литий-железофосфатные катоды;
Мелкозернистые тройные катоды или катоды из оксида лития и марганца;
Суперконденсаторы;
Первичные литиевые батареи, включая литий-тионилхлорид, литий-марганцевый диоксид, литиевые железные батареи и батарейки типа «таблетка», где они могут заменить травленую алюминиевую фольгу.
Процесс производства алюминиевой фольги с углеродным покрытием
Алюминиевая фольга с углеродным покрытиемобычно изготавливается с использованием непрерывного процесса нанесения покрытия. Хотя рецептуры и оборудование могут различаться у разных производителей, общий процесс обычно включает следующие этапы.
1. Обработка поверхности алюминиевой фольги
Перед нанесением покрытия поверхность алюминиевой фольги должна быть чистой, однородной и иметь подходящую поверхностную энергию. В зависимости от требований к продукту для улучшения прочности соединения между углеродным слоем и алюминиевой фольгой могут использоваться обезжиривание, очистка, активация поверхности или другие процессы предварительной обработки.
2. Подготовка проводящей суспензии
Проводящие углеродные материалы, связующие, растворители и функциональные добавки смешиваются, диспергируются и измельчаются для получения стабильной проводящей углеродной суспензии.
3. Прецизионное покрытие
Для равномерного нанесения проводящей суспензии на поверхность алюминиевой фольги используются нанесение глубокой печати, микрогравюрное покрытие, покрытие с запятой или другие методы непрерывного нанесения покрытия.
В зависимости от требований применения алюминиевая фольга с углеродным покрытием может быть выполнена в следующем виде:
Одностороннее карбоновое покрытие;
Двустороннее карбоновое покрытие;
Частично с карбоновым покрытием;
С полосатым или узорчатым покрытием.
Двустороннее углеродное покрытие подходит для обычных конструкций электродов, в которых материал катода покрыт с обеих сторон. Частичное или полосовое покрытие помогает сохранить определенные области для сварки, электрического соединения или других функций обработки.
4. Сушка и отверждение
После нанесения покрытия алюминиевая фольга проходит через сушильные печи для испарения растворителей и отверждения покрытия. Температура сушки, поток воздуха, натяжение полотна и скорость линии влияют на качество покрытия.
Чрезмерно быстрое высыхание может вызвать высокое внутреннее напряжение внутри покрытия. Недостаточная сушка может привести к образованию остатков растворителя, недостаточной адгезии и другим проблемам с качеством.
5. Онлайн-проверка и резка
Готовая продукция обычно подвергается визуальному контролю, измерению толщины, измерению веса покрытия, испытанию на поверхностное сопротивление, испытанию на адгезию, проверке точечных отверстий и проверке плоскостности валков.
Для материалов аккумуляторов последовательность имеет решающее значение. Даже незначительные локализованные дефекты могут усиливаться во время последующего изготовления электродов или цикла работы ячейки, влияя на выход продукта, безопасность и надежность.
Сравнение производительности: обычная алюминиевая фольга и алюминиевая фольга с углеродным покрытием
| Показатели эффективности | Обычная простая алюминиевая фольга | Алюминиевая фольга с углеродным покрытием | Улучшение производительности |
| Контактное сопротивление интерфейса | Относительно высокое (ок. 10–30 Ом·см²) | Чрезвычайно низкое (ок. 1–5 Ом·см²) | Уменьшить на 60–80 % |
| Прочность электрода на отслаивание | Базовый уровень (1,0 ×) | Двойной (2,0× – 3,0×) | Увеличение более чем на 100% |
| Высокая скорость сохранения разрядной емкости | Плохое (высокая поляризация при высоких скоростях) | Отлично (низкая поляризация, ровное плато разряда) | Улучшено на 5–15 % |
| Сохранение емкости после 1000 циклов | Умеренный | Значительное улучшение | Срок службы на 15–30 % дольше |
| Содержимое подшивки | Высокие требования | Можно соответствующим образом уменьшить | Косвенно увеличивает плотность энергии |