Lá nhôm phủ carbon cho pin lithium-Ion

Lá nhôm cấp pinđược phát triển và sản xuất đặc biệt cho pin lithium-ion. Nó đóng vai trò là chất nền cực âm và bộ thu dòng điện - về cơ bản là khung hỗ trợ các vật liệu hoạt động và dẫn điện tử. Giấy bạc sạch và đồng đều, có bề mặt không có khuyết tật, không ảnh hưởng đến độ bám dính của lớp phủ hoặc hiệu suất điện.

Bộ thu dòng điện cực âm truyền thống sử dụng lá nhôm trơn. Tuy nhiên, khi pin chuyển sang chế độ sạc cực nhanh, xả tốc độ cao và kéo dài tuổi thọ, điện trở tiếp xúc và nguy cơ phân tách giữa lá nhôm trần và vật liệu hoạt tính cực âm đã dần trở thành điểm nghẽn về hiệu suất. Lá nhôm phủ carbon giải quyết những thách thức này bằng cách áp dụng một lớp carbon dẫn điện siêu mỏng lên bề mặt lá nhôm có kích thước micron.

Lá nhôm phủ carbon là gì?

Lá nhôm phủ carbon cho pin lithium-ion dùng để chỉ lá nhôm hoặc hợp kim nhôm được sử dụng làm bộ thu dòng điện cực âm trong pin lithium-ion. Cùng với các vật liệu cực âm như lithium sắt photphat (LFP), oxit lithium coban (LCO) và oxit mangan lithium (LMO), nó tạo thành một phần của cực âm pin lithium-ion.

Tùy thuộc vào quy trình sản xuất và vật liệu được sử dụng, lá nhôm dùng cho pin có thể được phân loại thành lá trơn, lá tráng và lá nhôm composite.

Lá nhôm phủ cacbon được sản xuất bằng cách phủ đồng đều một hoặc cả hai mặt của lá nhôm trơn loại pin bằng một lớp dẫn tổng hợp làm từ các hạt cacbon dẫn điện có kích thước nano, chẳng hạn như muội than dẫn điện, graphene hoặc ống nano cacbon—và các chất kết dính chuyên dụng.

Lớp phủ thường chỉ dày 0,5–2 μm, nhưng nó tạo thành một "cầu nối vi mô" hiệu suất cao giữa các vật liệu hoạt động, chẳng hạn như lithium sắt photphat (LFP) và vật liệu NCM/NCA bậc ba và chất nền lá nhôm.

Lá nhôm phủ carbon có thể làm giảm đáng kể điện trở trong của pin lithium iron phosphate. Nó cải thiện sự tiếp xúc giữa các vật liệu hoạt động và lá kim loại, cũng như sự dẫn dòng điện trong điện cực, do đó nâng cao khả năng tốc độ, hiệu suất ở nhiệt độ thấp, hiệu suất đạp xe và hiệu suất lưu trữ.

So với pin lithium ternary, pin LFP có độ dẫn điện và mật độ năng lượng thấp hơn. Lớp phủ carbon có thể cải thiện hiệu suất đạp xe của pin LFP; do đó, lá nhôm dùng cho pin LFP thường yêu cầu lớp phủ carbon.

Sản phẩm này có loại A và loại B, mỗi loại có đặc điểm riêng biệt:

Loại A: Bề ngoài màu đen; tổng độ dày lớp phủ tiêu chuẩn ở cả hai mặt là 4-8 μm. Nó cung cấp hiệu suất dẫn điện nổi bật hơn.

Loại B: Xuất hiện màu xám nhạt; tổng độ dày lớp phủ tiêu chuẩn ở cả hai mặt là 2–3 μm. Vùng phủ có thể giữ lại các vùng hàn tương đối nhỏ và hỗ trợ các khoảng trống lớp phủ không liên tục mà thiết bị phủ có thể nhận biết được.

Chức năng của lá nhôm phủ carbon

Đối với pin lithium dành cho xe sử dụng năng lượng mới, giá trị sản phẩm cao hơn thường đi kèm với hiệu suất mạnh hơn. Lá nhôm phủ carbon góp phần nâng cao hiệu suất của pin theo những cách sau:

• Ngăn chặn sự phân cực của pin, giảm hiệu ứng nhiệt và cải thiện hiệu suất tốc độ;

• Giảm điện trở trong của pin và giảm đáng kể mức tăng điện trở trong động trong quá trình đạp xe;

• Cải thiện tính nhất quán và kéo dài tuổi thọ của pin;

• Tăng cường độ bám dính giữa vật liệu hoạt động và bộ thu dòng, giảm chi phí sản xuất điện cực;

• Bảo vệ bộ thu dòng điện khỏi bị ăn mòn chất điện phân;

• Cải thiện hiệu suất nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp của pin LFP và tăng cường khả năng xử lý của vật liệu LFP và lithium titanate.

Thông số kỹ thuật lá nhôm cho chất nền pin

Hiệu suất chính Ưu điểm của lá nhôm phủ carbon

1. Độ dẫn điện cao

Vật liệu carbon cung cấp độ dẫn điện tử tuyệt vời, giúp giảm sự phân cực của pin và cải thiện hiệu suất sạc/xả.

2. Độ ổn định bề mặt tuyệt vời

Lớp phủ carbon cải thiện sự tiếp xúc giữa lá nhôm và vật liệu catốt, tăng cường độ ổn định cấu trúc điện cực.

3. Chống ăn mòn tốt

Lớp carbon bảo vệ bề mặt lá nhôm, giảm nguy cơ ăn mòn trong môi trường điện phân và cải thiện độ an toàn của pin.

4. Cải thiện khả năng xử lý lớp phủ

Sau khi xử lý bằng lớp phủ carbon, bề mặt lá nhôm đã được cải thiện độ nhám và khả năng thấm ướt, giúp:

Đảm bảo lớp phủ bùn cathode đồng nhất;

Giảm khuyết tật lớp phủ;

Cải thiện tính nhất quán của sản xuất.

5. Khả năng tương thích với nhiều hóa chất Cathode

Lá nhôm phủ carbon có thể được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống pin lithium-ion phổ thông, bao gồm:

Pin lithium sắt photphat (LFP);

Pin lithium bậc ba (NCM);

pin lithium coban oxit (LCO);

Pin lithium mangan oxit (LMO).

Ứng dụng của lá nhôm phủ carbon

Pin lithium-ion công suất cao sử dụng vật liệu hoạt động dạng hạt mịn;

Cực âm lithium sắt photphat;

Vật liệu bậc ba hạt mịn hoặc cực âm oxit mangan lithium;

Siêu tụ điện;

Pin lithium sơ cấp, bao gồm lithium thionyl clorua, lithium mangan dioxide, sắt lithium và pin dạng đồng xu, có thể thay thế lá nhôm bị ăn mòn.

Quy trình sản xuất lá nhôm phủ carbon

Lá nhôm phủ carbonthường được sản xuất bằng quy trình phủ liên tục. Mặc dù công thức và thiết bị có thể khác nhau giữa các nhà sản xuất, quy trình tổng thể thường bao gồm các giai đoạn sau.

1. Xử lý bề mặt lá nhôm

Trước khi phủ, bề mặt lá nhôm phải sạch, đồng đều và có năng lượng bề mặt phù hợp. Tùy thuộc vào yêu cầu của sản phẩm, quá trình tẩy dầu mỡ, làm sạch, kích hoạt bề mặt hoặc các quy trình tiền xử lý khác có thể được sử dụng để cải thiện độ bền liên kết giữa lớp cacbon và lá nhôm.

2. Chuẩn bị bùn dẫn điện

Vật liệu cacbon dẫn điện, chất kết dính, dung môi và các chất phụ gia chức năng được trộn, phân tán và nghiền để tạo ra hỗn hợp cacbon dẫn điện ổn định.

3. Lớp phủ chính xác

Lớp phủ ống đồng, lớp phủ vi ống đồng, lớp phủ dấu phẩy hoặc các phương pháp phủ liên tục khác được sử dụng để áp dụng đồng đều bùn dẫn điện lên bề mặt lá nhôm.

Tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng, lá nhôm phủ carbon có thể được thiết kế như sau:

Phủ carbon một mặt;

Phủ carbon hai mặt;

Được phủ một phần carbon;

Phủ sọc hoặc phủ hoa văn.

Lớp phủ carbon hai mặt phù hợp với các thiết kế điện cực thông thường trong đó vật liệu catốt được phủ cả hai mặt. Lớp phủ một phần hoặc sọc giúp giữ lại các khu vực cụ thể để hàn, kết nối điện hoặc các chức năng xử lý khác.

4. Sấy khô và bảo dưỡng

Sau khi phủ, lá nhôm đi qua lò sấy để làm bay hơi dung môi và xử lý lớp phủ. Nhiệt độ sấy, luồng không khí, độ căng của màng và tốc độ đường truyền đều ảnh hưởng đến chất lượng lớp phủ.

Việc khô quá nhanh có thể gây ra ứng suất bên trong cao bên trong lớp phủ. Sấy khô không đủ có thể dẫn đến dư lượng dung môi, độ bám dính không đủ và các vấn đề về chất lượng khác.

5. Kiểm tra và rạch trực tuyến

Thành phẩm thường trải qua kiểm tra trực quan, đo độ dày, đo trọng lượng lớp phủ, kiểm tra độ bền bề mặt, kiểm tra độ bám dính, kiểm tra lỗ kim và kiểm tra độ phẳng cuộn.

Đối với vật liệu pin, tính nhất quán là rất quan trọng. Ngay cả những khiếm khuyết cục bộ nhỏ cũng có thể được khuếch đại trong quá trình sản xuất điện cực hoặc chu kỳ tế bào tiếp theo, ảnh hưởng đến năng suất, độ an toàn và độ tin cậy của sản phẩm.

So sánh hiệu suất: Lá nhôm trơn thông thường và Lá nhôm phủ cacbon