Là một vật liệu quan trọng cho bộ thu dòng điện cực âm của pin lithium-ion, lá nhôm không chỉ dẫn điện mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến điện trở trong của pin, mật độ năng lượng, hiệu suất chu trình và hiệu quả sản xuất.
MC Aluminium cung cấp lá nhôm 1050, 1060, 1070 và 1235 có độ tinh khiết cao, tính dẫn điện tốt, độ dẻo tuyệt vời và hiệu suất xử lý ổn định. Độ dày có sẵn thường dao động từ 10–50μm, đáp ứng yêu cầu của các quy trình sản xuất và hóa học pin khác nhau.
Tại sao pin Lithium-Ion lại yêu cầu lá nhôm hiệu suất cao?
Trong cấu trúc pin lithium-ion điển hình, vật liệu cực âm được phủ trên lá nhôm, trong khi vật liệu cực dương thường được phủ trên lá đồng. Lá nhôm được đặt giữa vật liệu hoạt động cực âm và mạch ngoài và chủ yếu hoạt động như một bộ thu dòng và môi trường dẫn điện tử.
Vì thế,lá nhôm pinkhông phải là lá nhôm công nghiệp thông thường. Nó là một vật liệu chức năng phải đáp ứng nhiều yêu cầu nghiêm ngặt về hiệu suất.
1. Độ dẫn điện tốt
Nhôm có tính dẫn điện tốt, giúp giảm điện trở trong quá trình truyền electron. Đối với pin điện và pin lưu trữ năng lượng, độ dẫn điện ổn định góp phần sạc và xả hiệu quả.
2. Độ dẻo tuyệt vời
Lá nhôm dùng cho pin thường trải qua các quá trình phủ, cán, rạch, cuộn hoặc xếp chồng. Nếu giấy bạc không đủ độ dẻo, nó có thể bị đứt hoặc nứt trong quá trình xử lý.
Do đó, độ giãn dài tốt và tính chất cơ học đồng đều là những chỉ số quan trọng đối với lá nhôm cấp pin.
3. Chất lượng bề mặt ổn định
Bùn catốt phải được phủ đều lên bề mặt lá nhôm. Các khuyết tật bề mặt như vết trầy xước, lỗ kim, vết bẩn dầu và vết oxy hóa có thể ảnh hưởng đến tính đồng nhất của lớp phủ và sau đó ảnh hưởng đến chất lượng sản xuất pin.
Do đó, lá nhôm loại dùng cho pin thường yêu cầu bề mặt sạch, mịn, không có khuyết tật rõ ràng.
4. Kiểm soát độ dày và độ phẳng chính xác
Phạm vi độ dày 10–50μm thể hiện thông số kỹ thuật lá nhôm tương đối mỏng. Sản xuất đòi hỏi phải kiểm soát chặt chẽ dung sai độ dày, độ phẳng, độ căng và chất lượng cuộn dây.
Đặc biệt trong pin lưu trữ năng lượng và năng lượng, độ dày lá nhôm ảnh hưởng trực tiếp đến trọng lượng của bộ thu dòng và mật độ năng lượng tổng thể của pin.
Hợp kim nhôm lá pin: 1050, 1060, 1070 và 1235
Lá nhôm 1050
Nhôm 1050 chứa ≥99,50% Al. Trong số bốn loại, nó có độ tinh khiết nhôm thấp nhất, với giới hạn tạp chất tương đối ít nghiêm ngặt hơn. Nó cung cấp độ dẫn điện vừa phải và khả năng chống ăn mòn.
Lợi thế về chi phí của nó khiến nó phù hợp với một số ứng dụng lưu trữ năng lượng nhạy cảm với chi phí và một số ứng dụng pin điện tử tiêu dùng trong đó điện trở trong cực thấp không phải là yêu cầu chính. Thị phần của nó trong một số ứng dụng pin đã giảm dần khi các loại hiệu suất cao hơn được áp dụng rộng rãi hơn.
Lá nhôm 1060
Nhôm 1060 chứa ≥99,60% Al và được coi là loại có tính linh hoạt cao.
Nó mang lại sự cân bằng tốt về độ tinh khiết, độ dẫn điện, khả năng chống ăn mòn chất điện phân và độ ổn định của quá trình cán. Với tỷ lệ chi phí-hiệu suất hấp dẫn, 1060 được cân nhắc rộng rãi cho pin lưu trữ năng lượng và các ứng dụng pin năng lượng đa năng, nơi hiệu suất và chi phí cần được cân bằng.
Lá nhôm 1070
Nhôm 1070 chứa ≥99,70% Al và là lá nhôm có độ tinh khiết cao.
Kiểm soát tạp chất của nó nghiêm ngặt hơn và độ dẫn điện của nó rất tuyệt vời. Điện trở suất tương đối thấp của nó có thể giúp giảm điện trở trong của pin, khiến nó phù hợp với các ứng dụng có tốc độ cao và mật độ năng lượng cao.
Lá nhôm 1070 thường được xem xét cho pin tiêu dùng cao cấp và các nguồn điện chuyên dụng trong đó điện trở trong cực thấp là quan trọng. Thông số kỹ thuật siêu mỏng 10–12μm đặc biệt phù hợp với các ứng dụng có mật độ năng lượng cao.
Lá nhôm 1235
Nhôm 1235 chứa ≥99,35% Al.
Một số khách hàng có thể thắc mắc tại sao 1235, mặc dù có độ tinh khiết nhôm danh nghĩa thấp hơn 1060, lại được sử dụng rộng rãi trong sản xuất pin quy mô lớn.
Mục tiêu của 1235 không chỉ đơn giản là tối đa hóa độ tinh khiết của nhôm. Thay vào đó, hợp kim được thiết kế với mức độ tạp chất được kiểm soát và các đặc tính lăn và kéo dài được tối ưu hóa. Nó có thể cung cấp độ bền kéo thuận lợi, khả năng chống gãy và hiệu suất hàn ổn định, khiến nó phù hợp với quy trình cuộn dây được sử dụng trong pin điện.
lá nhôm 1235được sử dụng rộng rãi trong pin năng lượng xe mới và cũng được sử dụng trong các ứng dụng pin natri-ion khác nhau.
Điều kiện nhiệt độ: O, H18 và H24
O Temper — Được ủ
Điều kiện mềm nhất, mang lại độ dẻo và khả năng định hình tốt nhất.
H18 — Hoàn toàn cứng
Cung cấp độ bền cao nhất trong số các điều kiện nhiệt độ này, nhưng có độ giãn dài thấp hơn.
H22 / H24 — Bán cứng
Cung cấp sự cân bằng giữa sức mạnh và độ giãn dài.
Lá pin nguồn thường được cung cấp ở dạng H18 hoặc các điều kiện có độ bền cao hơn khác, tùy thuộc vào yêu cầu sản xuất và thiết kế pin cụ thể.
Làm thế nào để chọn độ dày phù hợp từ 10–50μm?
Lá nhôm phổ biến dành cho pin điện tập trung ở khoảng 10–20μm, trong khi 10–50μm đại diện cho phạm vi độ dày công nghiệp rộng hơn. Độ dày khác nhau liên quan đến sự cân bằng giữa mật độ năng lượng, độ bền cơ học, độ an toàn và chi phí.
10–15 μm (Phạm vi siêu mỏng)
Giảm trọng lượng và hàm lượng vật liệu không hoạt động để tăng mật độ năng lượng của pin là xu hướng phổ biến trong pin lithium-ion điện. Khi giấy bạc trở nên mỏng hơn, các yêu cầu về độ bền kéo, độ giãn dài và kiểm soát lỗ kim ngày càng nghiêm ngặt. Các lỗ kim quá lớn trong lá loại 10 μm có thể dẫn đến đoản mạch vi mô cục bộ và nguy cơ thoát nhiệt; hơn nữa, giấy bạc rất dễ bị vỡ trong quá trình phủ và cuộn dây, đặt ra yêu cầu cao về cả khả năng của thiết bị và chất lượng bề mặt.
Lựa chọn hợp kim: Chủ yếu là 1070 và 1235. Chọn 1070 để có điện trở trong thấp hơn hoặc 1235 để có độ tin cậy xử lý vượt trội.
15–25 μm (Phạm vi chính tiêu chuẩn)
Tạo sự cân bằng giữa sức mạnh và mật độ năng lượng; đây là "điểm phù hợp" về độ dày của pin lưu trữ năng lượng và hầu hết các loại pin lithium cỡ nhỏ đến trung bình. Nguy cơ vỡ giấy bạc giảm đáng kể và vật liệu này mang lại khả năng chịu đựng cao cho quá trình phủ và cán, giúp đảm bảo năng suất cao dễ dàng hơn. Hợp kim 1060 được sử dụng rộng rãi nhất trong phạm vi độ dày này.
25–50 μm (Lá nhôm dày hơn)
Độ dày tăng làm tăng thêm trọng lượng cho lá nhôm, chiếm chỗ cho các vật liệu hoạt động và hy sinh mật độ năng lượng. Tuy nhiên, ưu điểm bao gồm khả năng chịu kéo và chống đâm thủng vượt trội, giảm sinh nhiệt trong điều kiện dòng điện cao cũng như khả năng chống rung và sốc tuyệt vời. Nó thường được sử dụng trong các bộ nguồn chuyên dụng công suất cao, làm chất nền cho một số pin lớn nhất định và trong các ứng dụng mà độ tin cậy cơ học là ưu tiên hàng đầu.
Ghi chú: Độ dày lớn hơn sẽ làm tăng trọng lượng tổng thể của pin và giảm mật độ năng lượng; do đó, không nên chọn lá nhôm dày một cách bừa bãi trừ khi cần thiết.
Yêu cầu chất lượng lá nhôm pin
Lá nhôm dùng cho pin có yêu cầu chất lượng cực kỳ nghiêm ngặt và đòi hỏi khắt khe hơn đáng kể so với lá nhôm đóng gói thông thường.
Dung sai độ dày: Đối với lá mỏng, cần có dung sai ± 0,3–0,5 μm; sự dao động độ dày đáng kể có thể dẫn đến trọng lượng tấm điện cực không đồng đều sau khi phủ và làm ảnh hưởng đến tính nhất quán của tế bào.
Chất lượng bề mặt: Màu sắc đồng đều, bề ngoài sạch sẽ và mặt phẳng; không có vết cuộn, rỗ, lỗ kim hoặc dấu vết ăn mòn rõ ràng; không có các khuyết tật khi lăn như nếp gấp, vết lốm đốm hoặc đường sáng; và không có biến thể màu sắc.
Sạch sẽ: Bề mặt phải không có dầu, mùi dầu mạnh và vết dầu nhìn thấy được.
Độ thấm ướt: Độ căng bề mặt phải đạt ít nhất 32 dynes (được xác minh qua thử nghiệm bút dyne) để đảm bảo độ bám dính tốt của vữa.
Tính chất cơ học: Độ bền kéo cao và độ giãn dài cao là những yêu cầu cốt lõi. Giấy bạc cấp tiêu chuẩn yêu cầu độ bền kéo ≥160–180 MPa, trong khi lá nhôm dùng cho pin điện thường yêu cầu ≥180 MPa, với một số ứng dụng yêu cầu ≥200 MPa hoặc thậm chí ≥300 MPa.
Kịch bản ứng dụng cho lá nhôm dùng pin
Pin điện tử tiêu dùng (điện thoại di động, tai nghe Bluetooth, máy tính xách tay, v.v.): Lá nhôm 1070 là lựa chọn ưu tiên, ưu tiên tính dẫn điện cao và điện trở trong thấp. Thông số kỹ thuật siêu mỏng - khoảng 0,03 mm - có thể được chọn để tăng cường mật độ năng lượng.
Ắc quy điện (phương tiện sử dụng năng lượng mới): ưu tiên loại 1235 lá nhôm; sức mạnh và độ ổn định hàn của nó chịu được tốt hơn các ứng suất cơ học được tạo ra trong quá trình sạc và xả. Độ dày điển hình dao động từ 12 đến 15 μm.
Pin lưu trữ năng lượng: lá nhôm 1060 là lựa chọn ưu tiên, có độ dày 18–20 μm mang lại sự cân bằng giữa hiệu suất và hiệu quả chi phí.
Ứng dụng tab pin: Các loại hợp kim phổ biến cho tab là 1070 và 1235. Lớp 1235 được ưu tiên cho các quá trình hàn điện trở, trong khi 1070 thường được ưu tiên cho hàn siêu âm hoặc hàn laser.
Câu hỏi thường gặp
Câu hỏi 1: Tại sao phải sử dụng lá nhôm làm cực âm của pin lithium-ion thay vì lá đồng?
Trả lời: Ở điện thế cao, lớp thụ động oxit nhôm (Al₂O₃) dày đặc, ổn định hình thành trên bề mặt nhôm, mang lại khả năng chống ăn mòn và oxy hóa. Ngược lại, lá đồng có xu hướng bị oxy hóa và thất bại ở điện thế cao; do đó, lá nhôm là lựa chọn chủ đạo duy nhất cho bộ thu dòng điện cực âm.
Câu 2: Loại hợp kim nào được sử dụng phổ biến nhất cho pin điện và độ dày điển hình là bao nhiêu?
Trả lời: Lớp 1235 là hợp kim được sử dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực pin điện, với độ dày điển hình là 12–15 μm. Độ bền và độ ổn định hàn của nó cho phép nó chịu được tốt hơn các ứng suất cơ học được tạo ra trong chu kỳ sạc và xả.
Câu 3: Thử thách kỹ thuật lớn nhất trong quá trình sản xuất là gì?
A: Kiểm soát lỗ kim. Khi độ dày lá nhôm giảm xuống dưới 10 μm, số lượng lỗ kim tăng mạnh, đây là yếu tố chính làm giảm hiệu suất sản phẩm. Ngoài ra, dung sai độ dày và độ phẳng của tấm đặt ra những thách thức cốt lõi.
Q4: Giá của lá nhôm pin là bao nhiêu?
Đáp: Độ tinh khiết cao hơn đòi hỏi chi phí sản xuất cao hơn; xếp hạng giá chung là: 1070 > 1060 > 1050 > 1235 (với 1235 có độ tinh khiết thấp nhất và tỷ lệ chi phí/hiệu suất tốt nhất). Tuy nhiên, giá cả thực tế cũng phụ thuộc vào các yếu tố như độ dày, tính chất (trạng thái vật liệu) và khối lượng mua sắm.