С быстрым развитием новых энергетических транспортных средств, бытовой электроники, систем хранения энергии и смежных отраслей технология аккумуляторов стала неотъемлемой частью современной энергетической системы. Когда люди сосредотачивают внимание на емкости аккумулятора, скорости зарядки, сроке службы и показателях безопасности, они часто упускают из виду один, казалось бы, обычный, но критически важный компонент: упаковочные материалы для аккумулятора.
Алюминиевая фольга — это не просто «внешняя упаковка», особенно в литий-ионных батареях пакетного типа. Это важный функциональный слой, отвечающий за изоляцию аккумулятора от внешней среды, предотвращение протечек, повышение безопасности и продление срока службы. Таким образом, высокоэффективный композитный упаковочный материал из алюминиевой фольги является важной основой для долгосрочной стабильной работы аккумуляторных элементов.
Что такое алюминиевая фольга для упаковки аккумуляторов?
Алюминиевая фольга для упаковки батарей обычно относится к алюминиевой фольге, используемой во внешней герметизирующей конструкции батарей. Его наиболее типичным применением является композитная алюминиево-пластиковая пленка, используемая для литий-ионных аккумуляторов пакетного типа, также известная как алюминиевая пластиковая пленка (APF).
В отличие от обычных металлических корпусов аккумуляторов, в пакетированных аккумуляторах в качестве упаковочного материала обычно используются многослойные композитные пленки. В этой структуре алюминиевая фольга служит основным барьерным слоем, в то время как другие полимерные пленки обеспечивают внешнюю защиту, электроизоляцию, термосварку и склеивание.
Наиболее часто используемые сплавы алюминиевой фольги для упаковки аккумуляторов включают 8021, 8079 и 8011. Среди них 8021 и 8011. 8079 алюминиевая фольга широко используются в алюминиево-пластмассовых пленках для высококачественных литиевых аккумуляторов из-за их превосходных характеристик глубокой вытяжки, гибкости и барьерных свойств.
Типичная композитная пленка из алюминия и пластика обычно состоит из следующих трех функциональных слоев:
1. Внешняя защитная пленка
Внешний слой обычно изготавливается из нейлона (ПА) или других подходящих полимерных материалов. В основном он обеспечивает устойчивость к истиранию, проколу и механическую защиту, помогая упаковочной пленке противостоять внешним нагрузкам во время формирования и использования.
2. Промежуточный барьерный слой из алюминиевой фольги.
Являясь ключевым функциональным слоем композитной пленки, алюминиевая фольга эффективно блокирует влагу, кислород и другие внешние вещества, снижая риск воздействия окружающей среды на внутренние материалы аккумулятора.
3. Внутренний термосвариваемый слой.
Внутренний слой обычно изготавливается из полипропилена (ПП) или модифицированных полиолефиновых материалов. Он обращен внутрь аккумулятора, обеспечивает термосварку и химическую стойкость, необходимую для контакта с электролитом.
Эти материалы соединяются с помощью клея или других процессов ламинирования, образуя многофункциональную упаковочную структуру. Количество слоев, системы материалов и конфигурации толщины могут различаться у разных производителей. Конкретная конструкция должна определяться в зависимости от типа батареи, глубины формования и условий эксплуатации.
Основные функции алюминиевой фольги в упаковке аккумуляторов
1. Защита электродных материалов.
В перезаряжаемых батареях, таких как литий-ионные, алюминиевая фольга обычно используется в качестве токосъемника положительного электрода. Это обеспечивает следующие преимущества:
Электропроводность. В качестве токосъемника положительного электрода алюминиевая фольга эффективно собирает ток, генерируемый материалами электрода, и передает его во внешнюю цепь.
Стабильность: алюминиевая фольга обладает хорошей стабильностью в электролитах аккумуляторов и обычно не вступает в реакцию с электролитом при нормальных условиях эксплуатации, помогая защитить материалы электродов от повреждений.
Тонкость: тонкий профиль алюминиевой фольги может уменьшить общую толщину батареи и повысить плотность энергии.
2. Поддержка анодных материалов
В некоторых типах батарей алюминиевая фольга также может использоваться для поддержки анодных материалов. Например, в алюминиево-воздушных батареях основным анодным материалом является сама алюминиевая фольга.
Реакционная поверхность: алюминиевая фольга обеспечивает большую площадь реакционной поверхности, что способствует реакциям окисления.
Структурная поддержка: алюминиевая фольга обеспечивает структурную поддержку анодных материалов и помогает предотвратить деформацию во время использования.
3. Изоляция электролита
В батареях электролит является проводящей средой, но он также может вызывать коррозию некоторых материалов электродов. Алюминиевая фольга может выполнять функцию изоляционного слоя в определенных конструкциях аккумуляторов.
Защитная функция: алюминиевая фольга может помочь предотвратить нежелательный прямой контакт между компонентами электролита и некоторыми материалами батареи, снижая риски коррозии и деградации.
Избирательная проницаемость: некоторые специально разработанные материалы на основе фольги могут обеспечивать избирательную проницаемость, позволяя ионам проходить, ограничивая при этом попадание примесей.
4. Управление температурным режимом
Во время работы аккумуляторы выделяют тепло, а чрезмерная температура может отрицательно повлиять на производительность и безопасность аккумулятора. Алюминиевая фольга может способствовать терморегулированию следующими способами:
Рассеяние тепла: алюминиевая фольга обладает хорошей теплопроводностью и помогает отводить тепло, выделяемое аккумулятором, наружу, помогая аккумулятору оставаться в более безопасном диапазоне рабочих температур.
Отражение тепла: отражающая поверхность алюминиевой фольги может уменьшить поглощение тепла на поверхности батареи и помочь снизить температуру батареи.
5. Антистатическая защита и защита от электрического поля.
Во время использования батареи могут генерировать статическое электричество или подвергаться воздействию электрических полей, что может повлиять на производительность и безопасность. Алюминиевая фольга может обеспечить антистатическую защиту и защиту от электрического поля.
Проводимость: проводимость алюминиевой фольги может помочь отвести статический заряд или электрические поля, снижая риски, связанные с электростатическими разрядами или электрическими помехами.
Эффект экранирования: алюминиевая фольга может образовывать электромагнитный экранирующий слой, помогая защитить аккумуляторы от внешних электромагнитных помех.
6. Защита безопасности
В экстремальных условиях батареи могут столкнуться с проблемами безопасности, такими как перегрев, перенапряжение или короткое замыкание. Алюминиевая фольга может обеспечить определенные защитные преимущества:
Эффект разрыва цепи: при чрезвычайно высоких температурах алюминиевая фольга может расплавиться или потерять структурную целостность, что потенциально способствует разрыву цепи и помогает ограничить опасные реакции.
Огнестойкость: алюминиевая фольга сама по себе негорючая и может помочь замедлить распространение огня, обеспечивая дополнительную степень защиты в ситуациях, связанных с пожаром.
7. Барьерные свойства
Литий-ионные аккумуляторы чрезвычайно чувствительны к влаге. Реакции, связанные с влажностью, могут вызывать коррозию материалов электродов и токосъемников, уменьшать емкость батареи, увеличивать внутреннее сопротивление и даже вызывать набухание, утечку электролита или нарушения безопасности.
Алюминиевая фольга обеспечивает превосходные пароизоляционные и кислородбарьерные свойства. По сравнению с обычными пластиковыми пленками, плотный слой металлического алюминия может практически полностью блокировать проникновение водяного пара и кислорода, создавая более стабильную внутреннюю среду для аккумуляторного элемента.
Характеристики алюминиевой фольги для упаковки аккумуляторов
| Товар | Типичная спецификация |
| Сплав | 8021, 8079, 8011, 1235 |
| Характер | О, Н18 |
| Толщина | 0,025 мм–0,055 мм |
| Ширина | 100 мм–1600 мм |
| Длина | 1000 мм–16000 мм |
| Допуск по толщине | Обычно контролируется в пределах от ±3% до ±5%. |
| Внутренний диаметр катушки | 150 мм, 300 мм, 505 мм и т. д. |
| Внешний диаметр катушки | Обычно не более 1000–1200 мм. |
| Вес катушки | 100 кг–5000 кг |
| Состояние поверхности | Ровный, чистый, без масла, без явных царапин. |
| минимальный заказ | 1–3 тонны |
Применение алюминиевой фольги в аккумуляторах разных типов
1. Литий-ионные аккумуляторы
Литий-ионные аккумуляторы сегодня являются одними из наиболее широко используемых типов аккумуляторных батарей. В литий-ионных батареях в качестве коллектора тока положительного электрода обычно используется алюминиевая фольга.
Материалы катода. Материалы положительных электродов обычно включают оксиды металлов, такие как оксид лития-кобальта (LiCoO₂) и фосфат лития-железа (LiFePO₄). Эти материалы обычно используются с алюминиевой фольгой для улучшения характеристик батареи.
Электролит: Электролит обычно содержит органические растворители и соли лития. Алюминиевая фольга обладает хорошей стабильностью в обычных электролитных системах литий-ионных аккумуляторов и может помочь сохранить стабильность структуры положительного электрода.
2. Алюмовоздушные батареи.
Алюминиево-воздушные батареи — это новая аккумуляторная технология, в которой алюминиевая фольга служит анодным материалом.
Принцип реакции: алюминиевая фольга реагирует с кислородом с образованием электрической энергии. Уравнение реакции:
2Al + 3O₂ + 6H₂O → 2Al(OH)₃ + 6e⁻
Преимущества: Алюмовоздушные батареи обладают высокой плотностью энергии и относительно низкой стоимостью материала. Однако срок их службы относительно невелик, поскольку алюминиевая фольга постепенно изнашивается при разгрузке.
3. Натрий-ионные аккумуляторы
Натрий-ионные аккумуляторы являются альтернативой литий-ионным батареям. Их системы электродов и упаковочных материалов аналогичны тем, которые используются в литий-ионных батареях. В натрий-ионных батареях алюминиевую фольгу также можно использовать в качестве токосъемника положительного электрода.
Катодные материалы. Материалы положительных электродов обычно включают натрийсодержащие соединения, такие как оксид натрия-кобальта (NaCoO₂) и фосфат железа-натрия (NaFePO₄).
Электролит: Электролит обычно содержит органические растворители и соли натрия. Алюминиевая фольга обеспечивает хорошую совместимость со многими системами положительных электродов натрий-ионных аккумуляторов.
В чем разница между алюминиевой фольгой для упаковки батарей и алюминиевой фольгой катодного токосъемника?
В аккумуляторной промышленности алюминиевая фольга также широко используется в качестве токосъёмника положительного электрода в литий-ионных батареях. Хотя в обоих случаях используется алюминиевая фольга, их цели и технические требования совершенно различны.
| Элемент сравнения | Алюминиевая фольга для упаковки аккумуляторов | Катодный токосъемник из алюминиевой фольги |
| Основное приложение | Барьерный слой в алюминиево-пластмассовых композитных пленках | Поддерживает катодные активные материалы и собирает электрический ток |
| Основные требования к производительности | Барьерные свойства, формуемость, совместимость с ламинированием | Электропроводность, совместимость покрытий, однородность толщины |
| Типичные материалы | Алюминиевая фольга упаковочного качества, выбранная в соответствии с дизайном композитной пленки. | Обычно алюминиевая фольга 1050, 1060, 1070, 1235. |
| Методы обработки | Ламинирование, глубокая вытяжка, резка, термосварка. | Нанесение покрытий, каландрирование, продольная резка, обработка листового электрода. |
| Основные проблемы качества | Отверстия, образование трещин, расслоение и барьерные свойства | Чистота поверхности, допуск по толщине, плоскостность и качество покрытия. |
В практическом применении основной целью упаковки алюминиевой фольги является создание стабильной и надежной барьерной структуры, в то время как основной целью алюминиевой фольги токосъемника является проведение электричества, поддержка активных материалов и соответствие требованиям производства электродов.
Следовательно, эти два типа алюминиевой фольги не следует заменять просто на основе толщины или марки сплава. При покупке алюминиевой фольги пользователи должны четко определить характеристики материала и стандарты качества в соответствии с конечным применением.
Тенденции технического развития аккумуляторной алюминиевой фольги
Поскольку новая энергетическая отрасль продолжает требовать более высокой плотности энергии аккумуляторов, более быстрой зарядки и большей безопасности, алюминиевая фольга для упаковки аккумуляторов и их конструкций также находится в постоянном технологическом развитии.
Более тонкая фольга с более высокой прочностью и удлинением
Алюминиевая фольга токосъемника развивается из обычного диапазона толщины 12–15 мкм в сторону 9 мкм и даже тоньше. Цель состоит в том, чтобы сохранить достаточную прочность на разрыв, одновременно создавая больше места для активных материалов, тем самым улучшая плотность энергии батареи.
Алюминиевая фольга с углеродным покрытием
Алюминиевая фольга с углеродным покрытием производится путем нанесения чрезвычайно тонкого, микронного слоя проводящего углерода на поверхность алюминиевой фольги. Это покрытие позволяет значительно снизить контактное сопротивление, улучшить адгезию активных материалов к фольге и предотвратить окисление поверхности.
Алюминиевая фольга для алюминиево-пластмассовых пленок глубокой вытяжки
Чтобы удовлетворить требования к глубокой вытяжке силовых батарей, разрабатываются высококачественные сплавы алюминиевой фольги, такие как 8021 и 8079, с однородной зернистой структурой, высокой прочностью на разрыв и хорошими характеристиками относительного удлинения. Эти материалы особенно подходят для изготовления композитных пленок из алюминия и пластика, требующих большей глубины формования.