Bộ thu dòng lá nhôm là một trong những vật liệu thu dòng catốt chính trong pin lithium-ion. Chúng thu thập dòng điện được tạo ra bởi vật liệu hoạt động ở cực âm và dẫn nó ra mạch ngoài. Đồng thời, chúng đóng vai trò là chất mang cho các vật liệu hoạt động ở cực âm, cho phép chuyển đổi năng lượng hóa học thành năng lượng điện. Do đó, bộ thu dòng bằng lá nhôm được sử dụng rộng rãi trong pin lithium-ion.
Cực âm của pin thường bao gồm một tab cực âm, băng dính nhiệt độ cao, bộ thu dòng điện cực âm lá nhôm và vật liệu hoạt động cực âm. Lá nhôm được sử dụng làm bộ thu dòng điện âm cực thường dày 0,010 mm–0,015 mm. Nó được sử dụng rộng rãi trong pin lithium ternary, pin lithium iron phosphate (LFP), pin natri-ion và các hệ thống pin khác.
Các loại hợp kim nhôm chính được sử dụng cho lá thu dòng điện bao gồm 1060, 1070, 1100 và 1235. Độ dày phổ biến dao động từ 10 μm đến 20 μm, trong khi một số nhà sản xuất pin sử dụng lá mỏng 8 μm. Xu hướng trong tương lai là giảm độ dày hơn nữa, có khả năng xuống tới 6 μm.
Lá nhôm chủ yếu được sản xuất bằng phương pháp cán nóng hoặc đúc và cán liên tục. Hầu hết các loại giấy bạc hai không công nghiệp nói chung, giấy bạc một số không và lá pin đều thuộc dòng nhôm nguyên chất và thường thích hợp cho sản xuất đúc và cán liên tục. Mặc dù lá pin có yêu cầu cao hơn đáng kể so với lá nhôm 0,1 mm tiêu chuẩn, nhưng các công nghệ và quy trình sản xuất cơ bản về cơ bản là tương tự nhau.
Các loại lá nhôm dùng pin phổ biến
Lá nhôm cấp pin: sáng một mặt / sáng hai mặt
Lá nhôm phủ carbon: tráng một mặt / tráng hai mặt
1. Lá nhôm cấp pin
Mặc dù nhôm có độ dẫn điện thấp hơn đồng nhưng dây dẫn nhôm chỉ cần khoảng một nửa khối lượng dây dẫn đồng để truyền cùng một lượng điện. Vì vậy, sử dụng bộ thu dòng bằng nhôm giúp cải thiện mật độ năng lượng của pin lithium-ion. Ngoài ra, nhôm còn tiết kiệm chi phí hơn đồng.
Trong quá trình sạc và xả pin lithium-ion, một màng oxit dày đặc hình thành trên bề mặt của bộ thu dòng lá nhôm. Bộ phim này tăng cường khả năng chống ăn mòn của lá nhôm.
2. Lá nhôm phủ carbon
Lá nhôm phủ carbon là một công nghệ biến đổi bề mặt tiên tiến dành cho bộ thu dòng pin. Một lớp phủ chức năng chứa một hoặc nhiều vật liệu dẫn điện được phủ lên bề mặt lá nhôm để tạo thành mạng dẫn điện hai chiều hoặc ba chiều tuyệt vời.
Sau đó, lá được phủ được kết hợp với nhựa dẫn điện thích hợp cho các hệ thống sử dụng nước. Thông qua mô phỏng lý thuyết và xác minh thử nghiệm lặp đi lặp lại, công thức, thiết kế cấu trúc và điều kiện quy trình liên tục được tối ưu hóa.
Quá trình này cho phép lớp phủ mỏng hơn, độ bền lớp phủ thấp hơn và độ bám dính mạnh hơn. Nó có thể cải thiện hiệu quả hiệu suất điện hóa và độ ổn định của sản phẩm pin lithium và đặc biệt phù hợp với hệ thống pin silicon-carbon.
Tính năng sản phẩm
| Lá nhôm cấp pin (sáng một mặt/sáng hai mặt) | Lá nhôm phủ carbon (một mặt/hai mặt) |
Độ dẫn điện tuyệt vời; Độ ổn định hóa học tốt; Khả năng tương thích và bám dính tốt với vật liệu hoạt tính điện cực; Cấu trúc hai mặt đối xứng; Mật độ kim loại gần với mật độ lý thuyết của nhôm; Độ nhám bề mặt rất thấp; Độ giãn dài và độ bền kéo cao. | Tăng sức căng bề mặt của lá nhôm; Tăng cường độ bám dính giữa lá nhôm và vật liệu hoạt động; giảm lượng chất kết dính cần thiết trong điện cực; Cải thiện mật độ năng lượng và tuổi thọ của pin; Bảo vệ người thu gom hiện tại; Giảm sức cản bề mặt; Cải thiện tính ổn định và nhất quán của sản phẩm; Tăng tỷ lệ năng suất của từng ô riêng lẻ và tỷ lệ phù hợp để lắp ráp bộ pin; Chi phí sản xuất thấp hơn. |
Thông số kỹ thuật lá nhôm pin lithium-Ion
| Mục | Phạm vi điển hình |
| hợp kim | 1235, 1050, 1060, 1070, 1100, v.v. |
| tính khí | O, H18, v.v. |
| Độ dày phổ biến | 10μm, 12μm, 15μm, 16μm, 18μm, 20μm, v.v. |
| Phạm vi độ dày | Thông thường là 8μm–30μm; thông số kỹ thuật đặc biệt có sẵn theo yêu cầu. |
| Phạm vi chiều rộng | 100 mm–1650 mm |
| NHẬN DẠNG | 76mm, 152mm, 300mm, 505mm, v.v. hoặc tùy chỉnh theo yêu cầu |
| CỦA | Được xác định bởi khả năng tương thích của thiết bị và trọng lượng cuộn |
| Trọng lượng cuộn | Có thể tùy chỉnh dựa trên khả năng tải thiết bị và tốc độ sản xuất của khách hàng |
| Tình trạng bề mặt | Sạch sẽ và phẳng ở cả hai bên; không có vết dầu, vết oxy hóa và vết lõm |
| Hình thức cung cấp | Cuộn chính, cuộn có khe, cuộn có chiều rộng hẹp, tấm/cuộn cắt theo chiều dài, v.v. |
| MOQ | 3 tấn |
| Tên sản phẩm | Lá nhôm phủ carbon một mặt | Lá nhôm phủ carbon hai mặt |
| Độ dày lá nhôm | 16 µm | |
| Chiều rộng lá nhôm | 260 ± 1 mm | |
| Chiều rộng lớp phủ | 230 ± 1mm | |
| độ dày lớp phủ | 11 µm | |
| Lề lớp phủ (trái/phải) | 15mm | |
| Độ thấm ướt bề mặt | >50 phụ nữ | / |
| Chiều dài | 20 m, 50 m, tùy chỉnh | / |
| Lau bằng vải không có xơ; không bong tróc. | > 200 lần. | |
| Ngâm trong chất điện phân trong 24 giờ; không bong tróc. | Không có | |
| Mật độ diện tích | 41,8 ± 2 g/m2 | 42 ± 2 g/m2 |
| Độ giãn dài | > 1,5% | |
| Độ bền kéo | >180 N/mm2 | |
| Có thể tùy chỉnh | Có thể tùy chỉnh (chiều dài, chiều rộng, độ dày) | |
Tại sao lá nhôm được sử dụng cho cực âm pin lithium?
Pin lithium sử dụng lá nhôm cho cực âm và lá đồng cho cực dương vì khả năng tương thích điện hóa.
Cực âm hoạt động ở điện thế tương đối cao, thường là trên 3 V. Ở điện áp cao như vậy, lá đồng dễ bị oxy hóa và ăn mòn, khiến nó không thích hợp làm bộ thu dòng điện cực âm. Tuy nhiên, nhôm tự nhiên tạo thành một màng thụ động dày đặc oxit nhôm (Al₂O₃) trên bề mặt của nó. Lớp oxit này mang lại khả năng chống oxy hóa và ăn mòn tuyệt vời ở điện thế cao, bảo vệ hiệu quả lớp nền nhôm bên dưới.
Ngược lại, nếu lá nhôm được sử dụng ở cực dương, nó có thể tạo hợp kim với lithium ở điện thế thấp—thường dưới 0,5 V so với Li/Li⁺—điều này có thể làm hỏng cấu trúc lá nhôm. Vì vậy, lá nhôm là sự lựa chọn tiêu chuẩn và ưu tiên cho bộ thu dòng điện cực âm.
Ngoài khả năng tương thích điện hóa, lá nhôm còn được sử dụng rộng rãi vì nó kết hợp tính dẫn điện cao, tính chất cơ học tốt, mật độ thấp và lợi thế về chi phí. Nhôm có tính dẫn điện tốt, khoảng 62% IACS, độ dẻo tuyệt vời và có thể dễ dàng cuộn thành lá siêu mỏng. Nó cũng cung cấp khả năng chống ăn mòn điện phân pin mạnh mẽ.
Yêu cầu về hiệu suất đối với lá nhôm dùng pin
| Mặt hàng chất lượng | Yêu cầu |
| độ dày | Lá pin mỏng nhất hiện nay đạt tới 8 μm. Dung sai độ dày phải được kiểm soát chặt chẽ, thường trong khoảng ±4%; một số nhà sản xuất pin yêu cầu ± 2%. |
| Chất lượng bề mặt | Bề mặt không được có lỗ kim hoặc hố có đường kính lớn hơn 1 mm. Đối với các hố có kích thước 0,5 mm–1 mm, thường cho phép ít hơn 3 khuyết tật trên mỗi m2. Mặt mờ không được có các đốm nổi và đốm sáng. |
| Sức căng làm ướt bề mặt | Hầu hết khách hàng yêu cầu sức căng làm ướt bề mặt là 30–32 dynes/cm, trong khi một số hệ thống vật liệu nhạy cảm yêu cầu giá trị dyne cao hơn. |
| Chất lượng cạnh | Các cạnh khe phải có chất lượng cao và không có vết nứt và gờ ở cạnh. |
| Tính chất cơ học | Khi độ dày lá giảm, độ bền kéo (Rm) phải được cải thiện tương ứng để đảm bảo đủ khả năng chống gãy. Giới hạn làm cứng của nhôm nguyên chất thương mại là khoảng 310 N/mm2. Độ bền kéo của lá pin hiện tại thường nằm trong khoảng 190–280 N/mm2. |
Yêu cầu về đóng gói và vận chuyển đối với lá nhôm dùng pin lithium
Lá nhôm pin cực kỳ mỏng và có yêu cầu chất lượng bề mặt cao. Trong quá trình vận chuyển và bảo quản, nó phải được bảo vệ khỏi độ ẩm, bụi, hư hỏng do áp suất, trầy xước và oxy hóa.
Các phương pháp đóng gói phổ biến bao gồm:
Phủ bề mặt lá nhôm bằng giấy bảo vệ hoặc màng bảo vệ;
Sử dụng giấy chống ẩm, màng chống ẩm để đóng gói kín;
Bổ sung chất hút ẩm để giảm tiếp xúc với độ ẩm trong quá trình vận chuyển đường biển hoặc vận chuyển đường dài;
Cố định các cuộn dây bằng pallet gỗ, đế thùng gỗ hoặc khung đỡ bằng thép;
Gia cố cuộn dây bằng dây đai thép hoặc màng căng để tránh bị lỏng trong quá trình vận chuyển;
Sử dụng pallet gỗ xông khói hoặc vật liệu đóng gói không khử trùng cho các lô hàng xuất khẩu phù hợp với yêu cầu vận chuyển quốc tế.
Trong quá trình bảo quản, lá nhôm phải được giữ ở môi trường khô ráo, sạch sẽ và thông gió tốt, tránh xa các chất ăn mòn. Trong quá trình xử lý, nên tránh va chạm, nén và tiếp xúc với các vật sắc nhọn để tránh làm hỏng cạnh, trầy xước bề mặt hoặc biến dạng cuộn dây.