С быстрым развитием новых энергетических транспортных средств, систем хранения энергии, бытовой электроники и электроинструментов литий-ионные аккумуляторы стали неотъемлемой частью современного энергетического ландшафта.
Фактически, алюминиевая фольга является одним из основных материалов, используемых в качестве катодного токосъемника в литиевых батареях. Он не только проводит и собирает электроны, но также напрямую влияет на внутреннее сопротивление батареи, производительность, срок службы, безопасность и производительность производства. В этой статье рассматриваются определение, классификация, производственный процесс, стандарты и важность алюминиевой фольги для литиевых батарей в аккумуляторной промышленности.
Что такое алюминиевая фольга для аккумуляторов?
Алюминиевая фольга для батарей, также известная как алюминиевая фольга аккумуляторного качества, относится к алюминиевой фольге, используемой для катода литий-ионных батарей. Его толщина обычно составляет около 0,01 мм или 10 мкм. Его основная функция — собирать ток, генерируемый активными материалами батареи, и передавать его в виде большего тока во внешнюю цепь.
По сравнению с обычной алюминиевой фольгой, аккумуляторная алюминиевая фольга имеет более высокую чистоту и более строгие требования к эксплуатационным характеристикам.
Классификация аккумуляторной алюминиевой фольги
По применению аккумуляторную алюминиевую фольгу можно разделить на алюминиевую фольгу для полимерных литий-ионных аккумуляторов и алюминиевую фольгу для литий-кобальтовых аккумуляторов.
Алюминиевая фольга для полимерных литий-ионных аккумуляторов
Алюминиевая фольга для полимерных литий-ионных батарей обычно подвергается двусторонней окислительной обработке, покрывается специальными полимерами и подвергается специальной антикоррозионной обработке для адаптации к конкретной среде эксплуатации полимерных литиевых батарей.
Алюминиевая фольга для литий-кобальтовых батарей
Алюминиевая фольга для литий-кобальтовых батарей обычно подвергается одностороннему окислению. Его поверхность может быть покрыта специальными органическими покрытиями для улучшения коррозионной стойкости и электропроводности.
Роль алюминиевой фольги в литий-ионных батареях
1. Текущий сбор и проведение
Алюминиевая фольга обладает отличной электропроводностью. Он может эффективно собирать ток, генерируемый или получаемый активными катодными материалами, и передавать его на контакты батареи и внешнюю цепь. Эта функция необходима для обеспечения высокой производительности аккумулятора.
2. Поддержка активных материалов
В качестве подложки для покрытия катодных материалов алюминиевая фольга обеспечивает механическую поддержку и помогает поддерживать структурную целостность электрода.
3. Устойчивость к электрохимической коррозии.
При высоких катодных потенциалах, обычно выше 3,8 В, алюминий образует на своей поверхности плотную оксидную пленку. Этот оксидный слой помогает противостоять электролитной коррозии и поддерживает долгосрочную стабильность при циклическом использовании.
4. Термическая стабильность
Алюминиевая фольга выдерживает тепло, выделяющееся во время зарядки и разрядки аккумулятора, помогая обеспечить стабильность и безопасность аккумулятора в сложных условиях эксплуатации. Это особенно важно для таких устройств, как электромобили, которым требуется длительная работа с высокими нагрузками.
5. Высокая стоимость.
По сравнению с другими металлическими материалами для токосъемников алюминиевая фольга обеспечивает превосходное соотношение цены и качества. Богатые запасы сырья и отработанная технология обработки делают его предпочтительным токосъемным материалом для литиевых батарей.
Распространенные алюминиевые сплавы, используемые для изготовления алюминиевой фольги для аккумуляторов
Наиболее широко используемыми сплавами аккумуляторной фольги являются чистые алюминиевые сплавы серии 1xxx, представленные номерами 1060, 1070 и 1235. В зависимости от требований к конкретным компонентам батареи также могут использоваться алюминиево-марганцевые сплавы серии 3xxx и алюминиево-железо-кремниевые сплавы серии 8xxx.
Фольга для батарей серии 1xxx
Серия 1xxx в настоящее время является наиболее широко используемой категорией материалов для изготовления алюминиевой фольги для аккумуляторов. Эти сплавы имеют высокую чистоту алюминия, обычно выше 99,0%, что обеспечивает отличную электропроводность, теплопроводность и производительность обработки. Они очень эффективно отвечают основным требованиям токосъемников.
Основные сорта: 1060 и 1235 — наиболее распространенные сорта. Другие широко используемые марки включают 1050, 1100, 1145 и 1070.
Типичные области применения: 1060 и 1050 обычно используются для катодных токосъемников и аккумуляторных батарей, где требуется высокая электропроводность. Благодаря своим сбалансированным общим характеристикам, 1235 широко используется для катодных токосъемников и в качестве основного материала для алюминиевой фольги с углеродным покрытием.
Фольга для батарей серии 3xxx
Серия 3xxx содержит марганец, что придает ей более высокую механическую прочность, чем чистый алюминий. Если катодным токосъемникам требуются улучшенные механические свойства, можно выбрать сплав 3003.
Фольга для батарей серии 8xxx
Серия 8xxx относится к группе сплавов алюминия, железа и кремния. Распространенные марки включают алюминиевую фольгу 8011 и 8021, которая обеспечивает лучшую формуемость и барьерные свойства. Эти материалы обычно не используются в качестве токосъемников; вместо этого они в основном используются для изготовления алюминиево-пластиковой пленки в пакетной упаковке аккумуляторов и для таких компонентов, как язычки аккумуляторов.
| Серия сплавов | Общие оценки | Основное приложение |
| 1xxx Чистый алюминий | 1060, 1235, 1050, 1100, 1145, 1070 | Катодные токосъемники; самое важное и широко используемое приложение |
| 3xxx Алюминий-Марганец | 3003 | Катодные токосъемники, требующие более высокой прочности |
| 8xxx Алюминий-Железо-Кремний | 8021, 8011 | Алюминиевая пластиковая пленка для чехлов аккумуляторов, вкладок для аккумуляторов и сопутствующих компонентов. |
Состояние аккумуляторной алюминиевой фольги
Помимо марки сплава, состояние алюминиевой фольги также имеет решающее значение, поскольку оно определяет твердость и другие механические свойства.
H18 Темперамент
H18 указывает на полную закалку, полученную путем деформационной закалки. Это один из наиболее часто используемых закалок для аккумуляторной алюминиевой фольги, особенно для фольги катодного токоприемника.
О, темперамент
O-закалка относится к отожженному материалу. Это самое мягкое состояние, обеспечивающее лучшую пластичность и формуемость. Он обычно используется для алюминиевой фольги, применяемой в алюминиево-пластиковых пленках, где требуются отличные характеристики формования.
H19 Темперамент
H19 обеспечивает более высокую прочность и подходит для более тонкой аккумуляторной алюминиевой фольги, особенно для ультратонких изделий из фольги.
Кроме того, H14, H22 и H24 представляют собой сплавы с разной степенью деформационного упрочнения и также могут выбираться в соответствии с конкретными требованиями применения.
Типичные характеристики
| Элемент | Спецификация |
| Материал | Алюминий, чистота >99,3% |
| Характер | О, H18, H19 и т. д. |
| Электрическое сопротивление | 2,7 × 10⁻⁸ Ом·м |
| Плотность площади | 41 ± 2 г/м² |
| Длина | 350 м |
| Ширина | 280 мм |
| Толщина | 12 мкм |
| Плотность | 3,741 г/см³ |
| Предел прочности | ≥200 МПа |
| Диаметр ядра | 76 мм/3 дюйма |
Химический состав
| Элемент | Содержание |
| АЛ | >99,35% |
| И | <0,25% |
| Cu | <0,05% |
| Зн | <0,10% |
| Мин. | <0,05% |
| Фе | <0,30% |
Ключевые характеристики аккумуляторной алюминиевой фольги
Алюминиевая фольга для аккумуляторов должна обладать несколькими ключевыми характеристиками для эффективной работы в литиевых батареях:
1. Высокая электропроводность: низкое удельное электрическое сопротивление обеспечивает эффективную передачу тока.
2. Высокая механическая прочность: он должен выдерживать давление катодных материалов и механические нагрузки во время сборки батареи.
3. Хорошая химическая стабильность: он не должен легко реагировать с внутренними компонентами батареи.
4. Устойчивость к окислению: он должен сохранять стабильную работу на воздухе без значительного окисления.
5. Тонкий калибр и гибкость. Его можно производить в ультратонких калибрах, сохраняя при этом достаточную гибкость.
6. Экономическая эффективность: обеспечивает благоприятный баланс производственных затрат и производительности.
Процесс производства аккумуляторной алюминиевой фольги
Производство высококачественной аккумуляторной алюминиевой фольги предполагает гораздо больше, чем просто прокатку. Он включает в себя ряд прецизионных процессов, включая плавку, литье, горячую и холодную прокатку, отжиг, чистовую обработку, резку и проверку.
1. Плавка и литье
Сначала подготавливают алюминиевый расплав в соответствии с целевой маркой сплава. Для снижения примесей и обеспечения высокой чистоты расплава проводится строгий контроль состава, дегазация, шлакоочистка и фильтрация.
Качество расплава алюминия напрямую влияет на внутреннюю структуру, качество поверхности и возможность контроля точечных отверстий последующих изделий из алюминиевого листа и фольги.
2. Горячая и холодная прокатка.
После литья алюминиевые слябы подвергаются горячей прокатке и многократной холодной прокатке для постепенного уменьшения материала до необходимой толщины.
Для прокатки аккумуляторной алюминиевой фольги толщиной 10–20 мкм требуются высокоточные системы контроля толщины. Масло для прокатки, состояние поверхности валков, контроль натяжения и точность оборудования — все это напрямую влияет на качество конечного продукта.
3. Обработка отжигом
Отжиг является важным процессом для определения механических свойств и чистоты поверхности алюминиевой фольги.
Правильно контролируя температуру отжига, время выдержки, а также кривые нагрева и охлаждения, производители могут улучшить структуру зерна, сбалансировать прочность на разрыв и удлинение, удалить остатки масла для прокатки, а также повысить чистоту поверхности и совместимость покрытий.
4. Резка и отделка
После отжига и проверки алюминиевую фольгу разрезают, перематывают и упаковывают в соответствии с требованиями заказчика. Во время резки необходимо тщательно следить за контролем заусенцев, качеством кромки, натяжением намотки и формой катушки.
Это помогает предотвратить появление заусенцев на кромках, неплотную намотку, телескопирование и несовпадение слоев, которые в противном случае могут повлиять на последующие операции нанесения покрытия и обработки.
5. Проверка и упаковка
Готовую аккумуляторную алюминиевую фольгу обычно проверяют на предмет:
Точность толщины
Скорость обскуры
Качество поверхности
Механические свойства
Электропроводность
Смачиваемость
Плоскостность и форма катушки
Упаковка предназначена для обеспечения влагостойкости, пылезащиты и защиты от ударов, предохраняя фольгу от воздействия влаги, окисления, царапин и деформации при транспортировке и хранении.
Основные области применения алюминиевой фольги для литиевых батарей
Алюминиевая фольга для аккумуляторов широко используется в следующих областях:
Автомобильные аккумуляторы новой энергии
Энергетические аккумуляторы
Аккумуляторы для бытовой электроники
Электроинструменты и легкий электротранспорт
Твердотельные батареи и новые аккумуляторные технологии
Влияние алюминиевой фольги аккумулятора на производительность аккумулятора
Качество и характеристики аккумуляторной алюминиевой фольги напрямую влияют на производительность и стабильность аккумулятора.
Во-первых, высококачественная алюминиевая фольга обеспечивает превосходную электропроводность, обеспечивая эффективную передачу тока, снижает внутреннее сопротивление и повышает эффективность зарядки и разрядки.
Во-вторых, алюминиевая фольга должна обладать достаточной механической прочностью и устойчивостью к коррозии, чтобы обеспечить стабильную работу аккумулятора в различных условиях.
Кроме того, толщина фольги, гладкость поверхности, ее чистота и плоскостность могут влиять на производительность и срок службы батареи. Поэтому выбор подходящих материалов из алюминиевой фольги и производственных процессов имеет важное значение при производстве аккумуляторов.
Будущие тенденции развития аккумуляторной алюминиевой фольги
Благодаря быстрому развитию новой энергетической отрасли производство алюминиевой фольги для аккумуляторов развивается в нескольких ключевых направлениях:
Ультратонкая фольга
Разработка алюминиевой фольги толщиной 5–6 мкм или даже тоньше при сохранении достаточной прочности может еще больше увеличить плотность энергии батареи.
Высокая прочность и высокая ударная вязкость
Оптимизируя состав сплава и процессы прокатки, производители могут улучшить прочность на разрыв и удлинение, чтобы соответствовать требованиям высокоскоростной намотки и сборки аккумуляторов.
Более высокая чистота поверхности
Уменьшение загрязнения поверхности и точечных дефектов может улучшить однородность покрытия, консистенцию продукта и производительность производства аккумуляторов.
Функциональная обработка поверхности
Углеродное покрытие, керамическое покрытие и другие технологии обработки поверхности могут улучшить адгезию активного материала, снизить межфазное сопротивление и повысить производительность быстрой зарядки.
Зеленое производство
Энергосберегающая прокатка, экологически чистая очистка и переработка лома приобретают все большее значение для сокращения выбросов углекислого газа и удовлетворения глобальных требований устойчивого развития.
Экологическая устойчивость
Промышленность также разрабатывает более экологически ответственные методы производства, снижая воздействие на окружающую среду и увеличивая использование перерабатываемых материалов.
Часто задаваемые вопросы
1. Почему в качестве катодов литиевых батарей в основном используется алюминиевая фольга?
Алюминий обладает превосходной электропроводностью, устойчивостью к коррозии и легким весом. Он остается стабильным при рабочем потенциале катодов литиевых батарей, что делает его широко используемым в качестве катодного токосъемника. Медная фольга обычно используется в качестве токосъемника для анодов.
2. Какова общая толщина алюминиевой фольги для аккумуляторов?
Обычные толщины включают 6 мкм, 8 мкм, 9 мкм, 10 мкм, 12 мкм, 15 мкм и 20 мкм. Среди них важным направлением развития стала ультратонкая алюминиевая фольга толщиной 6–10 мкм, поскольку она помогает повысить плотность энергии аккумуляторов.
3. Какие алюминиевые сплавы обычно используются для изготовления алюминиевой фольги для аккумуляторов?
К распространенным сплавам относятся 1060, 1070, 1100 и 1235. Различные сплавы обладают разными преимуществами в электропроводности, механических свойствах и производительности обработки, что позволяет им удовлетворять потребности в силовых батареях, аккумуляторных батареях и батареях для бытовой электроники.