อลูมิเนียมฟอยล์สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมรถยนต์พลังงานใหม่

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของรถยนต์พลังงานใหม่ทั่วโลก การผลิตแบตเตอรี่พลังงานจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก เนื่องจากเป็นหนึ่งในวัสดุหลักที่ใช้ในแบตเตอรี่พลังงาน ความต้องการอลูมิเนียมฟอยล์สำหรับแบตเตอรี่จึงเพิ่มขึ้นตามไปด้วย

แบตเตอรี่ลิเธียมเป็นหนึ่งในแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เคลื่อนที่ ยานพาหนะไฟฟ้า และระบบกักเก็บพลังงาน อลูมิเนียมฟอยล์สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมมีบทบาทสำคัญในการนำอิเล็กตรอนและการสะสมในปัจจุบัน และโอกาสทางการตลาดมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการพัฒนาอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเธียม

อลูมิเนียมฟอยล์แบตเตอรี่ลิเธียมคืออะไร?

อลูมิเนียมฟอยล์แบตเตอรี่ลิเธียมโดยทั่วไปหมายถึงอลูมิเนียมฟอยล์ประสิทธิภาพสูงที่ใช้เป็นตัวสะสมกระแสแคโทดในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เป็นที่รู้จักกันว่าอลูมิเนียมฟอยล์แบตเตอรี่, ฟอยล์แบตเตอรี่ลิเธียมหรืออลูมิเนียมฟอยล์สะสมกระแสแคโทด

ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน วัสดุอิเล็กโทรดมีหน้าที่จัดเก็บและปล่อยไอออนลิเธียม ในขณะที่การถ่ายโอนอิเล็กตรอนจะขึ้นอยู่กับตัวสะสมกระแสไฟฟ้า หน้าที่หลักของอลูมิเนียมฟอยล์คือการรวบรวมและนำอิเล็กตรอนที่สร้างหรือได้รับจากวัสดุแอคทีฟแคโทดอย่างรวดเร็วไปยังวงจรภายนอก

แบตเตอรี่พลังงานสามารถเข้าใจได้กว้าง ๆ ว่าประกอบด้วยส่วนประกอบต่อไปนี้:

• วัสดุแคโทด: เช่นลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP) และวัสดุลิเธียมแบบไตรภาคซึ่งมีพื้นที่สำหรับการแทรกและการสกัดลิเธียมไอออน

• วัสดุแอโนด: โดยปกติจะเป็นกราไฟท์ วัสดุซิลิคอนคาร์บอน หรือวัสดุที่คล้ายกัน

• อิเล็กโทรไลต์และตัวแยก: ปล่อยให้ลิเธียมไอออนเคลื่อนที่ระหว่างแคโทดและแอโนด

• ตัวสะสมปัจจุบัน: โดยทั่วไปจะใช้อลูมิเนียมฟอยล์สำหรับแคโทด ในขณะที่ฟอยล์ทองแดงมักใช้สำหรับขั้วบวก

ดังนั้นอลูมิเนียมฟอยล์จึงไม่ใช่วัสดุบรรจุภัณฑ์ทั่วไป เป็นวัสดุการทำงานที่สำคัญภายในเซลล์แบตเตอรี่

เหตุใดอลูมิเนียมฟอยล์จึงนิยมใช้สำหรับแคโทดแบตเตอรี่พลังงาน?

1. การนำไฟฟ้าที่ดี

อลูมิเนียมมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีและสามารถตอบสนองข้อกำหนดสำหรับการขนส่งอิเล็กตรอนอย่างรวดเร็วที่แคโทด แม้ว่าทองแดงจะมีค่าการนำไฟฟ้าสูงกว่าอะลูมิเนียม แต่อะลูมิเนียมก็มีความสมดุลที่ยอดเยี่ยมของค่าการนำไฟฟ้า น้ำหนัก ต้นทุน และความเสถียรทางเคมีไฟฟ้าสำหรับการใช้งานแคโทด

2. ความหนาแน่นต่ำ

อลูมิเนียมมีความหนาแน่นต่ำกว่าทองแดงมาก ที่พื้นที่และความหนาเท่าเดิม อลูมิเนียมฟอยล์มีน้ำหนักน้อยกว่า ช่วยลดสัดส่วนของวัสดุที่ไม่ใช้งานในแบตเตอรี่

ข้อได้เปรียบน้ำหนักเบานี้ช่วยปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานแบบกราวิเมตริกของแบตเตอรี่พลังงาน ทำให้สามารถจัดสรรมวลรวมของแบตเตอรี่ให้กับวัสดุออกฤทธิ์ที่เก็บพลังงานได้มากขึ้น

3. ความเสถียรทางเคมีไฟฟ้า

ภายในช่วงแรงดันไฟฟ้าของแคโทดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน อลูมิเนียมสามารถสร้างชั้นออกไซด์ที่ค่อนข้างเสถียรได้ ให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีและมีเสถียรภาพทางไฟฟ้าเคมีภายใต้สภาวะการทำงานของแคโทดปกติ

จากการเปรียบเทียบ ทองแดงมีแนวโน้มที่จะเกิดออกซิเดชันที่มีศักยภาพสูงที่ด้านแคโทด ซึ่งเป็นสาเหตุว่าทำไมจึงใช้เป็นตัวสะสมกระแสแอโนดแทน

4. ความสามารถในการแปรรูปที่ดี

อลูมิเนียมฟอยล์มีความแข็งแรงและความเหนียวเพียงพอในการทนต่อความเครียดและการเสียรูปในระหว่างการผลิตอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ การประกอบเซลล์ และการบริการ

สามารถประมวลผลได้ด้วยการเคลือบความเร็วสูง การรีด การตัด การม้วน และการซ้อน ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตแบตเตอรี่ขนาดใหญ่

5. มีความบริสุทธิ์สูง

อลูมิเนียมฟอยล์เกรดแบตเตอรี่มีความบริสุทธิ์สูง ซึ่งช่วยลดผลกระทบของสิ่งสกปรกที่มีต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ ความสม่ำเสมอ และความน่าเชื่อถือในระยะยาว

วัสดุทั่วไปสำหรับอลูมิเนียมฟอยล์แบตเตอรี่

1. 1xxx Series อลูมิเนียมฟอยล์บริสุทธิ์

ซีรี่ส์ 1xxx เป็นหมวดหมู่วัสดุที่โดดเด่นสำหรับอลูมิเนียมฟอยล์แบตเตอรี่ เกรดทั่วไป ได้แก่ 1060, 1070, 1235, 1145, 1050 และ 1100 ความแตกต่างหลักอยู่ที่ความบริสุทธิ์ของอะลูมิเนียมและปริมาณสิ่งเจือปน

1235 อลูมิเนียมฟอยล์

อลูมิเนียมฟอยล์ 1235 เป็นหนึ่งในเกรดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับตัวสะสมกระแสแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน โดยทั่วไปปริมาณอลูมิเนียมจะต้องมีไม่น้อยกว่า 99.35%

ด้วยการควบคุมเหล็ก (Fe) ซิลิคอน (Si) และองค์ประกอบอื่นๆ อย่างเหมาะสม ฟอยล์ 1235 จึงสามารถปรับปรุงคุณสมบัติทางกลได้ดีขึ้น โดยทั่วไปความต้านทานแรงดึงจะสูงถึง 110–150 MPa โดยมีความต้านทานความร้อนและขึ้นรูปปั๊มได้ดี

1060 อลูมิเนียมฟอยล์

อลูมิเนียมฟอยล์ 1,060 มีปริมาณอลูมิเนียมอย่างน้อย 99.60% ความบริสุทธิ์ที่สูงกว่าทำให้มีการนำไฟฟ้าและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีกว่าอลูมิเนียมฟอยล์ 1235

นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติทางเคมีที่เสถียรกว่า ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความทนทานและประสิทธิภาพที่สูงกว่า

1070 อลูมิเนียมฟอยล์

อลูมิเนียมฟอยล์ 1070 มีปริมาณอลูมิเนียมอย่างน้อย 99.70% ทำให้เป็นหนึ่งในเกรดที่มีความบริสุทธิ์สูงสุดที่ใช้กันทั่วไปในตลาด

ความบริสุทธิ์ที่สูงมากช่วยลดความต้านทานไฟฟ้าและการนำไฟฟ้าได้ดีเยี่ยม ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานแบตเตอรี่ประสิทธิภาพสูง

1050 อลูมิเนียมฟอยล์

อลูมิเนียมฟอยล์ 1,050 มีอลูมิเนียมอย่างน้อย 99.00% เป็นเกรดอลูมิเนียมฟอยล์ที่มีความบริสุทธิ์สูงระดับเริ่มต้นโดยมีต้นทุนค่อนข้างต่ำ

1100 อลูมิเนียมฟอยล์

1100 ยังเป็นเกรดอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ซีรีส์ 1xxx อีกด้วย ในฟอยล์อลูมิเนียมและอลูมิเนียมอัลลอยด์มาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (T/ZZB 1203—2019) 1100 จะแสดงเป็นเกรดที่ใช้งานได้ร่วมกับ 1060 และ 1070

2. อลูมิเนียมฟอยล์เคลือบคาร์บอน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อลูมิเนียมฟอยล์เคลือบคาร์บอนได้กลายเป็นจุดสนใจสำคัญของอุตสาหกรรม

อลูมิเนียมฟอยล์เคลือบคาร์บอนผลิตโดยการเคลือบคาร์บอนเป็นสื่อกระแสไฟฟ้ากับพื้นผิวของอลูมิเนียมฟอยล์ การเคลือบนี้สามารถปรับปรุงการสัมผัสกันระหว่างอลูมิเนียมฟอยล์และวัสดุแคโทด ลดความต้านทานการสัมผัส และเพิ่มการยึดเกาะของการเคลือบ

นอกจากนี้ยังสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของอัตราและความเสถียรของวงจรของแบตเตอรี่ได้ในระดับหนึ่ง เนื่องจากความต้องการการชาร์จและการคายประจุพลังงานสูง อัตราที่สูง และแบตเตอรี่ที่มีอายุการใช้งานยาวนานยังคงเพิ่มขึ้น คาดว่าอลูมิเนียมฟอยล์เคลือบคาร์บอนจะมีการใช้งานในวงกว้างมากขึ้น

3. อลูมิเนียมฟอยล์คอมโพสิต

อลูมิเนียมฟอยล์คอมโพสิตเป็นวัสดุใหม่ที่มีโครงสร้าง “แซนวิช” สามชั้น โดยทั่วไปจะประกอบด้วยฟิล์มโพลีเมอร์ เช่น PET ตรงกลาง โดยมีชั้นอะลูมิเนียมบางพิเศษทับอยู่ทั้งสองด้าน

เมื่อเปรียบเทียบกับอลูมิเนียมฟอยล์บริสุทธิ์ทั่วไป อลูมิเนียมฟอยล์คอมโพสิตมีข้อดีหลายประการ:

ลดน้ำหนักซึ่งสามารถปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานแบตเตอรี่ได้อีก

ปรับปรุงความปลอดภัยภายใต้การเจาะตะปูหรือสภาวะไฟฟ้าลัดวงจรภายใน

ชั้นโพลีเมอร์สามารถละลายหรือหลุดออกภายใต้สภาวะที่รุนแรง ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของการนำไฟฟ้าลัดวงจรอย่างต่อเนื่อง

อลูมิเนียมฟอยล์คอมโพสิตถือเป็นทิศทางที่น่าหวังสำหรับตัวสะสมกระแสแบตเตอรี่น้ำหนักเบาและมีความปลอดภัยสูงรุ่นต่อไป

สภาวะอารมณ์ทั่วไป

สภาพอุณหภูมิของอลูมิเนียมฟอยล์ก็มีความสำคัญเช่นกัน อารมณ์ทั่วไปได้แก่:

O อารมณ์: สภาพอบอ่อน;

อารมณ์ H: สภาพที่แข็งตัวจากความเครียด

H18: สภาพแข็งเต็มที่;

H24: สภาพครึ่งแข็ง

ในปัจจุบัน การแข็งตัวของ H18 เป็นหนึ่งในเงื่อนไขหลักสำหรับอลูมิเนียมฟอยล์แบตเตอรี่พลังงาน เนื่องจากมีความแข็งแรงและความเสถียรในการประมวลผลที่เหมาะสม

ตำแหน่งและหน้าที่ของอลูมิเนียมฟอยล์ในโครงสร้างแบตเตอรี่

ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน โดยทั่วไปจะใช้อลูมิเนียมฟอยล์เป็นตัวสะสมกระแสแคโทด ตั้งอยู่ใต้การเคลือบวัสดุแคโทดและยึดติดอย่างใกล้ชิดกับวัสดุออกฤทธิ์แคโทด เช่น ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตและวัสดุแคโทดแบบไตรภาค

หน้าที่หลักของอลูมิเนียมฟอยล์ ได้แก่ :

คอลเลกชันปัจจุบัน

อลูมิเนียมฟอยล์จะรวบรวมกระแสจากวัสดุแอคทีฟแคโทดได้อย่างมีประสิทธิภาพ และนำอิเล็กตรอนไปยังวงจรภายนอก

การสนับสนุนทางกล

โดยให้การสนับสนุนเชิงโครงสร้างสำหรับการเคลือบแคโทด และช่วยป้องกันการเสียรูปหรือความเสียหายต่ออิเล็กโทรดระหว่างรอบการชาร์จและการคายประจุ

อินเตอร์เฟซเคมีไฟฟ้า

ส่วนต่อประสานที่มั่นคงระหว่างอลูมิเนียมฟอยล์และการเคลือบแคโทดช่วยส่งเสริมการขนส่งอิเล็กตรอนและสนับสนุนปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ

การจัดการความร้อน

อลูมิเนียมฟอยล์สามารถช่วยในการถ่ายเทความร้อนและการกระจายความร้อนภายในโครงสร้างอิเล็กโทรด ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยของแบตเตอรี่และเสถียรภาพทางความร้อน

กระบวนการผลิตอลูมิเนียมฟอยล์แบตเตอรี่ลิเธียม

การผลิตอลูมิเนียมฟอยล์เกรดแบตเตอรี่เกี่ยวข้องกับการควบคุมความบริสุทธิ์ ความหนา คุณภาพพื้นผิว ความเรียบ ความแข็งแรง และความสะอาดอย่างเข้มงวด

1. การหลอมแท่งอลูมิเนียม

วัตถุดิบอะลูมิเนียมที่มีความบริสุทธิ์สูงจะถูกหลอมและกลั่นเพื่อลดปริมาณไฮโดรเจนและควบคุมระดับสิ่งเจือปน เพื่อให้มั่นใจในความบริสุทธิ์และความสม่ำเสมอของวัสดุ

2. การหล่อและการกลิ้งอย่างต่อเนื่อง

อลูมิเนียมหลอมเหลวได้รับการประมวลผลผ่านการหล่อและการรีดอย่างต่อเนื่องเพื่อสร้างแถบอลูมิเนียม ซึ่งทำหน้าที่เป็นวัสดุฐานสำหรับกระบวนการรีดครั้งต่อไป

3. การรีดเย็นและการรีดฟอยล์

แถบอลูมิเนียมผ่านการรีดเย็นและการรีดฟอยล์หลายครั้งเพื่อลดความหนาในขณะที่ปรับปรุงความเรียบ โครงสร้างเกรน คุณภาพพื้นผิว และคุณสมบัติทางกล

ตัวอย่างเช่น อลูมิเนียมฟอยล์แบตเตอรี่ลิเธียมขนาด 12 μm ต้องการการควบคุมการกลิ้งที่แม่นยำสูง เพื่อให้แน่ใจว่ามีความหนาสม่ำเสมอและประสิทธิภาพที่มั่นคง

4. การรักษาพื้นผิว

การรักษาพื้นผิวอาจใช้เพื่อปรับปรุงการยึดเกาะของสารเคลือบ ความต้านทานการกัดกร่อน ความสามารถในการเปียกน้ำ และความเสถียรทางเคมีไฟฟ้า พื้นผิวฟอยล์อาจได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการเคลือบสารละลายแคโทด ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความต้องการของลูกค้า

5. การตัดและบรรจุภัณฑ์

อลูมิเนียมฟอยล์สำเร็จรูปจะถูกกรีดตามความกว้าง เส้นผ่านศูนย์กลางคอยล์ และน้ำหนักคอยล์ที่ต้องการ บรรจุภัณฑ์ที่เหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้มั่นใจว่าสามารถใช้งานร่วมกับสายการผลิตแบตเตอรี่อัตโนมัติได้ และเพื่อป้องกันความเสียหาย การสัมผัสความชื้น หรือการปนเปื้อนบนพื้นผิวระหว่างการขนส่ง

การเปรียบเทียบระหว่างอลูมิเนียมฟอยล์กับฟอยล์ทองแดง

ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน โดยทั่วไปจะใช้อลูมิเนียมฟอยล์เป็นตัวสะสมกระแสแคโทด ในขณะที่ฟอยล์ทองแดงมักใช้เป็นตัวสะสมกระแสแอโนด การใช้อลูมิเนียมฟอยล์ที่ด้านแคโทดนั้นขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีไฟฟ้าจำเพาะ

ความเสถียรทางเคมีไฟฟ้า

อลูมิเนียมฟอยล์มีเสถียรภาพที่ดีในสภาพแวดล้อมแคโทดที่มีศักยภาพสูงของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ในทางกลับกัน ทองแดงมีความเหมาะสมมากกว่าสำหรับด้านแอโนดที่มีศักยภาพต่ำกว่า

การนำไฟฟ้า

ทองแดงมีค่าการนำไฟฟ้าสูงกว่าอลูมิเนียม อย่างไรก็ตาม อะลูมิเนียมมีค่าการนำไฟฟ้าสูงเพียงพอสำหรับการเก็บกระแสแคโทด ในขณะเดียวกันก็ให้ข้อได้เปรียบที่สำคัญในด้านน้ำหนัก ราคา และความเข้ากันได้ทางเคมีไฟฟ้าแรงดันสูง

ประสิทธิภาพต้นทุน

โดยทั่วไปอลูมิเนียมฟอยล์จะมีต้นทุนวัสดุต่ำกว่าฟอยล์ทองแดง ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตแบตเตอรี่ขนาดใหญ่

ข้อได้เปรียบที่มีน้ำหนักเบา

อลูมิเนียมมีน้ำหนักเบากว่าทองแดงอย่างมาก การใช้อลูมิเนียมฟอยล์ที่ด้านแคโทดช่วยลดน้ำหนักแบตเตอรี่และรองรับความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น

แนวโน้มการใช้งานอลูมิเนียมฟอยล์สำหรับแบตเตอรี่พลังงานใหม่

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นเทคโนโลยีแบตเตอรี่แบบชาร์จได้ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด โดยทั่วไปจะใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ยานพาหนะไฟฟ้า รถโดยสารไฟฟ้า ระบบกักเก็บพลังงาน เครื่องมือไฟฟ้า และการใช้งานอื่นๆ

อลูมิเนียมฟอยล์ของแบตเตอรี่เป็นวัสดุสะสมกระแสแคโทดที่สำคัญ มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับการเติบโตของอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์

แบตเตอรี่ลิเธียมโพลีเมอร์เป็นแบตเตอรี่ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงซึ่งเป็นที่รู้จักในเรื่องรูปแบบที่ยืดหยุ่นและมีศักยภาพด้านความปลอดภัยที่ดี อลูมิเนียมฟอยล์ที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์มักจะบางกว่าเพื่อรองรับการออกแบบแบตเตอรี่ที่มีน้ำหนักเบาและยืดหยุ่น

ความต้องการที่เพิ่มขึ้นจากยานพาหนะพลังงานใหม่และการจัดเก็บพลังงาน

เนื่องจากตลาดสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า ระบบพลังงานหมุนเวียน การจัดเก็บพลังงานระดับกริด และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพายังคงขยายตัวอย่างต่อเนื่อง อุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเธียมจึงคาดว่าจะรักษาการเติบโตในระยะยาวได้

ส่งผลให้ความต้องการอลูมิเนียมฟอยล์เกรดแบตเตอรี่ยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในเวลาเดียวกัน ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีการรีด การรักษาพื้นผิว การเคลือบคาร์บอน ตัวสะสมกระแสคอมโพสิต และการควบคุมคุณภาพ จะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของอลูมิเนียมฟอยล์แบตเตอรี่ลิเธียมต่อไป

อลูมิเนียมฟอยล์แบตเตอรี่ในอนาคตจะยังคงพัฒนาต่อไปเพื่อ:

ความหนาทินเนอร์;

ความบริสุทธิ์ที่สูงขึ้น

คุณภาพพื้นผิวที่ดีขึ้น

ปรับปรุงความแข็งแกร่งและเสถียรภาพในการประมวลผล

ความต้านทานภายในลดลง

การยึดเกาะของการเคลือบที่เพิ่มขึ้น

เข้ากันได้ดียิ่งขึ้นกับระบบแบตเตอรี่ที่ชาร์จเร็วและมีอายุการใช้งานยาวนาน

การผลิตที่มีคาร์บอนต่ำและยั่งยืนมากขึ้น

อลูมิเนียมฟอยล์เกรดแบตเตอรี่อาจบาง แต่เป็นวัสดุสำคัญที่ช่วยสนับสนุนประสิทธิภาพ ความปลอดภัย การออกแบบน้ำหนักเบา และการผลิตแบตเตอรี่พลังงานใหม่สำหรับยานยนต์ในวงกว้าง