Lá ắc quy là một trong những vật liệu cơ bản được sử dụng trong pin lithium cho các phương tiện sử dụng năng lượng mới. Trong ngành công nghiệp pin lithium-ion, lá nhôm cuộn thường được sử dụng làm bộ thu dòng điện cực âm.
Là một thành phần thiết yếu của cấu trúc điện cực pin lithium, bộ thu dòng đóng vai trò vừa là chất mang vật liệu hoạt động vừa là con đường thu thập và truyền dòng điện. Bộ thu dòng lý tưởng phải có độ dẫn điện cao, độ ổn định hóa học tuyệt vời, hiệu suất liên kết mạnh, chi phí thấp, tính linh hoạt và kết cấu nhẹ.
Lá nhôm được sử dụng làm bộ thu dòng điện cực âm, trong khi lá đồng được sử dụng làm bộ thu dòng điện cực dương. Nhôm rất dồi dào, tiết kiệm chi phí, sẵn có và có độ dẻo cao. Tuy nhiên, trong những điều kiện nhất định, nhôm có thể tạo hợp kim với các ion lithium ở phía cực dương, trong khi đồng có thể bị oxy hóa ở phía cực âm. Do đó, lá nhôm thường được sử dụng làm bộ thu dòng điện cực âm và lá đồng được sử dụng làm bộ thu dòng điện cực dương.
Chất lượng củalá nhôm pinảnh hưởng trực tiếp đến dung lượng pin, khả năng tốc độ, tuổi thọ và độ an toàn. Với sự phát triển nhanh chóng của các phương tiện sử dụng năng lượng mới và thiết bị lưu trữ năng lượng, pin lithium-ion đang đặt ra các yêu cầu ngày càng nghiêm ngặt đối với vật liệu cốt lõi. Do đó, ngưỡng kỹ thuật đối với lá nhôm cấp pin tiếp tục tăng.
Hợp kim phổ biến cho lá nhôm cấp pin
Lá nhôm cấp pin chủ yếu sử dụng hợp kim nhôm nguyên chất dòng 1000, đặc trưng bởi hàm lượng nhôm cao, độ tinh khiết đạt trên 99,00%. Tính khí phổ biến nhất là tính khí nóng nảy, chẳng hạn như H18.
Sau đây là ba loại hợp kim phổ biến và các ứng dụng điển hình của chúng:
Lá nhôm 1235
Hợp kim 1235 hiện là loại được sử dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực pin điện. Với độ tinh khiết cao, độ dẫn điện tuyệt vời, độ đồng đều siêu mỏng đặc biệt và độ ổn định cơ học, nó đã trở thành vật liệu chính để đảm bảo mật độ năng lượng, tuổi thọ và độ an toàn của pin.
Độ bền kéo của nó có thể vượt quá 140 MPa, độ giãn dài có thể đạt ≥3% và độ chính xác độ dày có thể được kiểm soát trong phạm vi ± 3%.
Lá nhôm 1060
Hợp kim 1060 chứa ít nhất 99,6% nhôm. Nó cung cấp khả năng dẫn điện và chống ăn mòn tốt hơn, khiến nó được sử dụng rộng rãi trong pin lưu trữ năng lượng và các ứng dụng pin năng lượng nói chung.
Lá nhôm 1070
Hợp kim 1070 mang lại độ tinh khiết cao nhất, ở mức ≥99,70%. Nó phù hợp cho các ứng dụng pin kỹ thuật số cao cấp với yêu cầu khắt khe về độ dẫn điện.
| Lớp hợp kim | độ tinh khiết | Độ dày điển hình | Ứng dụng điển hình |
| 1235 | ≥99,35% | 12–15 mm | Pin điện, pin natri-ion |
| 1060 | ≥99,60% | 15–20 mm | Pin lưu trữ năng lượng, pin năng lượng chung |
| 1070 | ≥99,70% | 10–12 mm | Pin kỹ thuật số cao cấp |
Các loại lá nhôm pin lithium-Ion
Theo quy trình sản xuất và cấu trúc vật liệu, lá nhôm pin lithium-ion có thể được phân loại thành lá nhôm sáng, lá nhôm phủ carbon và các loại khác.
Dòng lá nhôm dùng cho pin của MC Aluminium cung cấp các tùy chọn độ dày và chiều rộng linh hoạt để đáp ứng các yêu cầu xử lý và hiệu suất của các loại hóa chất pin khác nhau.
1. Lá nhôm sáng bóng một mặt
Sự miêu tả:
Giấy nhôm sáng bóng một mặt có một mặt sáng và một mặt mờ. Đây là dạng lá nhôm cơ bản nhất được sử dụng trong pin, cân bằng độ dẫn điện, độ bền cơ học và khả năng thích ứng xử lý.
Đặc trưng:
Độ dẫn điện và độ bền cơ học tuyệt vời
Hiệu suất liên kết tốt với vật liệu hoạt động điện cực
Sức căng bề mặt vừa phải, thích hợp cho quá trình phủ
Ứng dụng điển hình:
Bộ thu dòng điện âm cực cho tế bào R&D trong phòng thí nghiệm, pin quy mô thí điểm, tế bào vết thương và tế bào xếp chồng.
Thông số kỹ thuật điển hình: 16 μm × 195 mm
Mật độ diện tích: 42 g/m2
Độ bền kéo: 220 MPa
Độ giãn dài: 2,2%
Sức căng làm ướt bề mặt: 30 N/m
Hợp kim và tính khí: 1235-H16/H18
Thành phần hóa học: Al >99,8%, có vết Si, Cu, Fe, Mg, Zn và Ti
2. Lá nhôm sáng bóng hai mặt
Sự miêu tả:
Lá nhôm sáng bóng hai mặt có bề mặt sáng ở cả hai mặt. Nó cung cấp độ phẳng bề mặt cao, độ dẫn điện tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn vượt trội.
Đặc trưng:
Cấu trúc hai mặt đối xứng với độ nhám bề mặt thấp
Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và độ ổn định giao diện được cải thiện
Độ dẻo cao và tính chất cơ học thuận lợi
Ứng dụng điển hình:
Bộ thu dòng điện cực âm của pin cấp công nghiệp, đặc biệt dành cho pin yêu cầu độ ổn định cao.
Thông số kỹ thuật điển hình: 16 μm × 196 mm
Mật độ diện tích: 42 g/m2
Độ bền kéo: 220 MPa
Độ giãn dài: 2,2%
Sức căng làm ướt bề mặt: 30 N/m
Hợp kim và tính khí: 1235-H16/H18
3. Lá nhôm phủ carbon một mặt
Sự miêu tả:
Lá nhôm phủ carbon một mặt được sản xuất bằng cách phủ một lớp carbon dẫn điện lên một mặt của lá nhôm. Cấu trúc này cải thiện liên kết bề mặt và độ dẫn điện.
Đặc trưng:
Lớp phủ carbon dẫn điện ở một bên giúp tăng cường độ bám dính và hiệu quả vận chuyển điện tử
Giảm sức cản bề mặt và cải thiện độ ổn định của chu kỳ
Nhôm trần ở mặt sau cân bằng độ dẫn điện và tối ưu hóa cấu trúc
Ứng dụng điển hình:
Pin mật độ năng lượng cao, cực âm sử dụng vật liệu có trở kháng cao như vật liệu niken cao và lithium sắt photphat (LFP) và cực âm pin thể rắn.
Thông số kỹ thuật điển hình: 16 μm × 260 mm
Độ dày lớp phủ: 1 μm
Chiều rộng lớp phủ: 230 mm
Mật độ diện tích: 41,8 ± 2 g/m2
Độ thấm ướt bề mặt: ≥50 dyne
Kiểm tra lau: >200 chu kỳ, không làm mất lớp phủ
Thử nghiệm ngâm chất điện phân: Không phân tách
4. Lá nhôm phủ carbon hai mặt
Sự miêu tả:
Lá nhôm phủ carbon hai mặt có lớp phủ carbon ở cả hai mặt, tạo thành một mạng dẫn điện liên tục và đạt được điện trở bề mặt thấp hơn.
Đặc trưng:
Lớp phủ carbon ở cả hai mặt giúp cải thiện đường vận chuyển điện tử
Tăng cường tuổi thọ chu trình và hiệu suất tốc độ
Giúp ngăn chặn sự ăn mòn của bộ thu dòng điện và cải thiện độ ổn định của điện cực
Ứng dụng điển hình:
Pin điện, pin dạng túi, cấu trúc nhiều tấm điện cực và các ứng dụng sạc/xả tốc độ cao.
Thông số kỹ thuật điển hình: 16 μm × 260 mm
Độ dày lớp phủ carbon: 1 + 1 μm
Chiều rộng lớp phủ: 230 mm
Mật độ diện tích: 42 ± 2 g/m2
Độ thấm ướt bề mặt: ≥40 dyne, đo ở 55 dyne
Độ giãn dài: >1,5%, đo ở mức 2,83%
Độ bền kéo: ≥180 N/mm2, đo ở mức 199,9 N/mm2
Kiểm tra lau: >200 chu kỳ, không làm mất lớp phủ
Thử nghiệm ngâm chất điện phân: Không phân tách sau 24 giờ
Bảng so sánh sản phẩm lá nhôm pin
| Mục | Lá sáng bóng một mặt | Giấy bạc sáng bóng hai mặt | Giấy tráng carbon một mặt | Giấy tráng carbon hai mặt |
| Tổng độ dày (μm) | 9-30 | 9-30 | 9-30 | 9-30 |
| Độ dày lớp phủ carbon (μm) | - | - | 1 | 1+1 |
| Mật độ diện tích (g/m2) | 42 | 42 | 41,8 ± 2 | 42 ± 2 |
| Độ bền kéo (MPa) | ≥180, đo được 220 | ≥180, đo được 200 | ≥180, đo được 200 | ≥180, đo được 200 |
| Độ giãn dài (%) | >1,5, đo được 2,2 | >1,5, đo được 2,2 | >1,5, đo được 2,8 | >1,5, đo được 2,8 |
| Sức căng làm ướt bề mặt (dyne) | ≥30 | ≥30 | ≥50 | ≥40, đo được 55 |
| Chiều rộng lớp phủ (mm) | - | - | 230 ± 1 | 230 ± 1 |
| Tổng chiều rộng lá (mm) | 50–300 | 50–300 | 50–300 | 50–300 |
| Lề cạnh không tráng phủ (mm) | - | - | 15 ± 1 | 15 ± 1 |
| Kiểm tra lau (chu kỳ) | - | - | >200 | >200 |
| Thử nghiệm ngâm chất điện phân | - | - | Không có sự phân tách | Không có sự phân tách |
| Tiêu chuẩn | GB/T 1398-2010 | GB/T 1398-2010 | Tiêu chuẩn nội bộ | Tiêu chuẩn nội bộ |
| Ứng dụng điển hình | Phòng thí nghiệm R&D | Sản xuất ắc quy công nghiệp | Vật liệu có công suất cao/trở kháng cao | Pin/túi pin tốc độ cao |
Phân loại theo độ dày
Lá nhôm cấp pin thường được phân loại là lá nhôm siêu mỏng. Phạm vi độ dày phổ biến nhất là khoảng 10–20 μm, mặc dù thông số kỹ thuật thực tế phụ thuộc vào loại pin, hệ thống vật liệu catốt và quy trình sản xuất.
Lá nhôm pin siêu mỏng 10–12 μm
Danh mục sản phẩm này được thiết kế chủ yếu cho các ứng dụng theo đuổi mật độ năng lượng cao. Lá nhôm mỏng hơn làm giảm tỷ lệ vật liệu không hoạt động và cung cấp nhiều không gian hơn cho vật liệu hoạt động, từ đó cải thiện cả mật độ năng lượng trọng lượng và thể tích.
Ứng dụng điển hình:
Pin điện EV mật độ năng lượng cao
Pin điện tử tiêu dùng cao cấp
Tế bào lưu trữ năng lượng nhẹ
Sản phẩm ắc quy có yêu cầu nghiêm ngặt về giảm trọng lượng
Lá nhôm pin tiêu chuẩn 13–15 μm
Phạm vi độ dày này là một trong những thông số kỹ thuật phổ biến nhất cho lá nhôm pin. Nó cung cấp sự cân bằng tốt giữa hiệu suất, độ ổn định xử lý và chi phí. Nó có thể đáp ứng nhiều quy trình phủ cathode và cán lịch khác nhau và được sử dụng rộng rãi trong sản xuất pin quy mô lớn.
Ứng dụng điển hình:
Pin lithium sắt photphat
Pin lithium ba thế hệ
Pin lưu trữ năng lượng
Pin dụng cụ điện
Ắc quy xe đạp điện và xe đạp điện
Lựa chọn pin điện tử tiêu dùng
Lá nhôm dày hơn và dày hơn 16–20 μm
Lá nhôm pin dày hơn thường mang lại độ bền cơ học cao hơn và khả năng xử lý lớn hơn. Nó phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tăng cường độ ổn định trong sản xuất, độ bền điện cực hoặc cấu trúc tế bào chuyên dụng.
Ứng dụng điển hình:
Một số loại pin lưu trữ năng lượng
Hệ thống ắc quy có độ an toàn cao
Pin có cấu trúc đặc biệt
Các ứng dụng đòi hỏi độ bền kéo điện cực cao và khả năng chống nhăn
Xác nhận R&D và các giai đoạn phát triển quy trình
Quy trình sản xuất lá pin
Các tuyến sản xuất chính của lá nhôm pin lithium bao gồm cán nóng và đúc và cán liên tục.
Cán nóng được thực hiện trên nhiệt độ kết tinh lại. Đúc và cán liên tục hay còn gọi là cán không phôi, kết hợp đúc và cán thành một quá trình tạo hình. So với cán nóng, đúc và cán liên tục loại bỏ một số bước nhất định, chẳng hạn như đúc phôi và xử lý nhiệt đồng nhất.
Các sản phẩm cán nóng thường có chất lượng cao hơn, trong khi việc đúc và cán liên tục mang lại lợi thế về chi phí. Các sản phẩm đúc và cán liên tục có thể có các vệt bề mặt rõ rệt hơn và kích thước hạt lớn hơn, trong khi độ cứng, chất lượng bề mặt và tính đồng nhất của chúng có thể kém thuận lợi hơn so với các sản phẩm cán nóng. Mặt khác, cán nóng đòi hỏi đầu tư tương đối cao vào lò gia nhiệt và máy cán nóng, kéo theo quy trình dài hơn, tiêu thụ nhiều năng lượng hơn và dẫn đến chi phí sản xuất cao hơn.
Lá pin đặc biệt chú trọng đến độ bền kéo cao và độ dẻo cao. Do quá trình đúc và cán liên tục nhìn chung có khả năng đáp ứng các yêu cầu sản xuất lá pin và mang lại lợi thế đáng kể về chi phí nên nó đã trở thành con đường ưa thích của nhiều nhà sản xuất lá pin.
MC Aluminium áp dụng quy trình cán nóng để đáp ứng các yêu cầu xử lý và an toàn của các bộ phận kết cấu.
Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi đối với lá nhôm dùng pin
1. Độ dày và độ chính xác
Độ dày lá nhôm của pin phổ thông dao động từ 10 đến 20 μm và tiếp tục có xu hướng mỏng hơn. Tiêu chuẩn chung của ngành hiện nay là 15 μm, trong khi các nhà sản xuất hàng đầu đã đạt được sản lượng hàng loạt ổn định là giấy bạc 12–13 μm. Một số công ty hàng đầu đã nâng cao độ dày xuống 9 μm, 8 μm hoặc thậm chí 7 μm.
Độ lệch độ dày thường được yêu cầu phải được kiểm soát trong phạm vi ± 2%. Điều này có nghĩa là, trên một tờ giấy có kích thước tương đương với giấy A4, sự khác biệt giữa điểm dày nhất và điểm mỏng nhất có thể nhỏ hơn đường kính của một sợi tóc người.
2. Tính chất cơ học
Lá nhôm dùng cho pin thường yêu cầu độ bền kéo ít nhất là 180 MPa. Một số ứng dụng cao cấp nhất định yêu cầu 200 MPa hoặc thậm chí hơn 300 MPa. Đồng thời, để đáp ứng các yêu cầu về lớp phủ và dập tiếp theo, cũng cần có độ giãn dài đủ, chẳng hạn như ≥3%.
3. Độ thấm ướt bề mặt
Để đảm bảo độ bám dính lớp phủ tốt của bùn cathode trên bề mặt lá nhôm, thường yêu cầu giá trị dyne bề mặt ít nhất là 32 mN/m. Các sản phẩm cao cấp có thể yêu cầu 36 mN/m hoặc thậm chí trên 50 mN/m.
4. Độ sạch bề mặt
Lá nhôm pin có yêu cầu cực kỳ nghiêm ngặt về chất lượng bề mặt. Các khuyết tật như bụi nhôm, vụn sắt, vệt dầu đen, vết sáng trên bề mặt mờ đều không được chấp nhận.
Rỗ bề mặt cũng được kiểm soát chặt chẽ: không được phép có các hố có đường kính lớn hơn 1 mm.
5. Độ phẳng và chất lượng cạnh
Độ phẳng phải được kiểm soát chính xác, thường đến 10 đơn vị I. Các cạnh phải không có vết nứt và gờ.
6. Môi trường sản xuất
Lá nhôm dùng cho pin phải được sản xuất trong cơ sở phòng sạch đạt tiêu chuẩn cao. Độ sạch thường được yêu cầu để đáp ứng các tiêu chuẩn ISO Loại 8.
Các ứng dụng của lá nhôm pin lithium-Ion
1. Pin năng lượng mới cho xe
Đây là thị trường ứng dụng lớn nhất cho lá nhôm cấp pin.1235và hợp kim 1060, thường có độ dày 12–15 μm, được sử dụng rộng rãi trong pin vỏ nhôm hình lăng trụ. Chúng có thể hỗ trợ sạc nhanh 2C–6C, đạt được hơn 2.000 chu kỳ sạc-xả và cho phép mật độ năng lượng 180–220 Wh/kg.
2. Hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS)
Với việc triển khai nhanh chóng các dự án tích hợp năng lượng gió, mặt trời và lưu trữ năng lượng, nhu cầu về lá nhôm dùng cho pin trong các ứng dụng lưu trữ năng lượng đang tăng lên nhanh chóng.
lá nhôm 1060có độ dày 18–20 μm được sử dụng rộng rãi trong pin lưu trữ năng lượng. Nó có thể đạt được hơn 6.000 chu kỳ và mang lại lợi thế mạnh mẽ về hiệu suất chi phí.
3. Điện tử tiêu dùng 3C
Pin mỏng, nhẹ và dung lượng cao được sử dụng trong điện thoại thông minh, máy tính xách tay, máy tính bảng và các thiết bị điện tử tiêu dùng khác có yêu cầu cao hơn về độ dày và độ tinh khiết của lá. Siêu mỏnglá nhôm 1070với độ dày 10–12 μm là lựa chọn ưu tiên cho lĩnh vực này.
4. Pin natri-Ion: Thị trường tăng trưởng mới nổi lớn nhất
Sự phát triển nhanh chóng của pin natri-ion đang mở ra cơ hội tăng trưởng mới cho lá nhôm cấp pin.
Không giống như pin lithium-ion, trong đó lá nhôm thường chỉ được sử dụng ở phía cực âm, pin natri-ion có thể sử dụng lá nhôm cho cả bộ thu dòng điện ở cực âm và cực dương. Do đó, mức tiêu thụ lá nhôm trên mỗi GWh trong pin natri-ion có thể cao hơn gấp đôi so với pin lithium-ion.
