Các yêu cầu đối với lá nhôm được sử dụng trong pin lithium-Ion là gì?

Lá nhôm pin lithium-ionđề cập đến nhôm và lá 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.

Nhôm nguyên chất dùng để chỉ kim loại có phần khối lượng nhôm không nhỏ hơn 99,00%, trong khi hợp kim nhôm dùng để chỉ hợp kim dựa trên nhôm có phần khối lượng nhôm nhỏ hơn 99,00%. Lá nhôm pin lithium-ion là sản phẩm được cán có mặt cắt ngang hình chữ nhật, độ dày đồng đều từ 0,008 mm đến 0,020 mm, chiều rộng không quá 1.600,0 mm và thường được cung cấp ở dạng cuộn.

Công dụng chính của lá nhôm trong pin Lithium-Ion

Trong pin lithium-ion, lá nhôm chủ yếu được sử dụng làm bộ thu dòng điện cực âm.

Cấu trúc pin điển hình như sau:

Vật liệu hoạt tính Cathode → Phụ gia dẫn điện → Chất kết dính → Bộ thu dòng lá nhôm → Bộ phân tách → Cực dương → Bộ thu dòng lá đồng

Các chức năng chính của lá nhôm bao gồm:

1. Thu thập electron từ cực âm

Trong quá trình sạc và xả pin lithium-ion, vật liệu hoạt động ở cực âm sẽ tạo ra hoặc nhận các electron. Lá nhôm thu thập và chuyển các electron sang mạch bên ngoài một cách hiệu quả, cải thiện hiệu suất sạc-xả pin.

2. Hỗ trợ lớp phủ Cathode

Bùn catốt phải được phủ đều lên bề mặt lá nhôm. Vì vậy, giấy bạc phải có độ bám dính bề mặt tốt để ngăn lớp phủ điện cực bị bong tróc.

3. Cải thiện độ an toàn của pin

Lá nhôm chất lượng cao giúp giảm thiểu các khuyết tật như lỗ kim, vết nứt và tạp chất, từ đó giảm nguy cơ đoản mạch bên trong và thoát nhiệt.

Lá nhôm cho pin lithium

Hiện nay, ngành công nghiệp pin lithium thường sử dụng lá nhôm cuộn làm bộ thu dòng điện cực âm. Các loại hợp kim phổ biến bao gồm các loại nhôm 1000-series như 1060, 1050, 1145 và 1235, với tính chất cứng, đặc biệt là H18, được sử dụng rộng rãi. Các hợp kim này có hàm lượng nhôm cao, độ tinh khiết vượt quá 99,00%.

Trong số đó,lá nhôm 1235được sử dụng rộng rãi cho các bộ thu dòng điện cực âm của pin lithium-ion do độ tinh khiết cao, độ dẫn điện tuyệt vời, hiệu suất xử lý tốt và hàm lượng tạp chất thấp.

Lá nhôm 1070 và 1060 có hàm lượng nhôm cao, thường ≥99,6% và độ dẫn điện cao. Chúng phù hợp cho các ứng dụng pin điện có yêu cầu khắt khe về hiệu suất điện.

Theo quy trình sản xuất và cấu trúc vật liệu, lá nhôm pin lithium-ion có thể được phân loại thành:

• Lá nhôm trần

• Giấy nhôm tráng

• Lá nhôm tổng hợp

Lá nhôm phủ carbon được sản xuất bằng cách phủ một lớp carbon dẫn điện lên bề mặt lá nhôm. Nó có thể làm giảm đáng kể điện trở trong của pin, cải thiện sự tiếp xúc giữa vật liệu hoạt động và giấy bạc, đồng thời tăng cường độ dẫn dòng điện trong điện cực. Do đó, nó có thể cải thiện hiệu suất tốc độ pin, hiệu suất ở nhiệt độ thấp, vòng đời và hiệu suất lưu trữ.

Mặt khác, các bộ thu dòng tổng hợp sử dụng màng polymer làm chất nền và được sản xuất thông qua các quá trình như kim loại hóa chân không. Chúng mang lại những lợi thế tiềm năng về mật độ năng lượng cao và độ an toàn được cải thiện.

Thông số sản phẩm lá nhôm pin

Ưu điểm về hiệu suất của lá nhôm pin lithium-Ion

Độ dẫn điện cao

Được sản xuất từ ​​​​nhôm có độ tinh khiết cao, lá nhôm của pin có tính dẫn điện tuyệt vời. Nó có thể làm giảm điện trở trong của pin và cải thiện hiệu quả sạc và xả.

Độ bền cao và độ giãn dài tốt

Nó cung cấp các đặc tính cơ học tốt và ít có khả năng bị gãy trong quá trình phủ, cán lịch và rạch tốc độ cao, cải thiện độ ổn định sản xuất.

Kích thước siêu mỏng, độ chính xác cao

Với độ dày đồng đều và độ chính xác kích thước cao, lá nhôm có thể giảm trọng lượng pin một cách hiệu quả và tăng mật độ năng lượng của pin.

Chất lượng bề mặt tuyệt vời

Bề mặt sạch và phẳng giúp tăng cường độ bám dính của lớp phủ vật liệu cực âm, cải thiện tính nhất quán của điện cực và hiệu suất tổng thể của pin.

Chống ăn mòn tốt

Lá nhôm của pin có thể chịu được môi trường điện phân bên trong của pin lithium-ion, đảm bảo hiệu suất ổn định trong quá trình đạp xe dài hạn.

Khả năng xử lý tốt

Nó có khả năng tương thích cán, dập và phủ tuyệt vời, đáp ứng yêu cầu sản xuất hàng loạt pin điện, pin lưu trữ năng lượng và các ứng dụng pin tiên tiến khác.

Độ an toàn và độ tin cậy cao

Kiểm soát chặt chẽ các lỗ kim, tạp chất và khuyết tật bề mặt giúp giảm nguy cơ đoản mạch bên trong và cải thiện độ an toàn của pin.

Yêu cầu về hiệu suất đối với lá nhôm được sử dụng trong pin Lithium-Ion

1. Kích thước và độ dày

Xu hướng hướng tới lá siêu mỏng

Lá nhôm pin truyền thống thường có độ dày từ 12μm đến 15μm. Với những tiến bộ trong công nghệ cán, các ứng dụng pin năng lượng và pin lưu trữ năng lượng chủ đạo đã sử dụng rộng rãi lá nhôm siêu mỏng trong phạm vi 9μm đến 10μm. Một số sản phẩm cao cấp thậm chí còn tiến gần đến giới hạn 8μm.

Yêu cầu về dung sai độ dày cực kỳ chặt chẽ

Khi giấy bạc trở nên mỏng hơn, độ đồng đều của độ dày ngày càng trở nên quan trọng. Nói chung, độ lệch độ dày trên cùng một dải cần được kiểm soát trong phạm vi ±4%.

Nếu độ dày không nhất quán, độ dày vữa phủ sẽ thay đổi, có khả năng gây ra tình trạng quá tải dòng điện cục bộ, ứng suất cơ học không đồng đều và giảm đáng kể tuổi thọ cũng như độ an toàn của pin.

2. Tính chất cơ học

Sản xuất điện cực pin bao gồm nhiều quy trình, bao gồm phủ tốc độ cao, sấy khô ở nhiệt độ cao, lập lịch áp suất cao và rạch lặp đi lặp lại. Các quá trình này đòi hỏi lá nhôm phải có độ bền cơ học tuyệt vời.

Độ bền kéo cao

Khi mật độ nén điện cực tiếp tục tăng, quá trình lập lịch sẽ tạo ra áp lực đáng kể lên lá nhôm. Các tiêu chuẩn công nghiệp và các nhà sản xuất pin hàng đầu thường yêu cầu lá nhôm của pin phải có độ bền kéo khoảng 180 MPa đến 200 MPa trở lên.

Một số lá nhôm siêu mỏng, độ bền cao có thể yêu cầu độ bền kéo từ 270 MPa đến 280 MPa để tránh đứt dải trong quá trình cán lịch và căng tốc độ cao.

Độ giãn dài thích hợp

Nếu lá nhôm quá cứng hoặc giòn, nó có thể bị nứt hoặc gãy trong quá trình uốn và cuộn dây. Do đó, độ giãn dài thường được yêu cầu ở khoảng 1,5% đến 3,0%, đảm bảo đủ độ linh hoạt trong quá trình lắp ráp tế bào như cuộn dây hoặc xếp chồng.

3. Chất lượng bề mặt

Độ sạch bề mặt

Bề mặt lá nhôm phải có màu sắc đồng đều, độ sạch cao và độ phẳng tốt. Nó không được có các vết cuộn rõ ràng, rỗ, lỗ kim, vết ăn mòn, nếp nhăn, lốm đốm, đường sáng và các khuyết tật lăn khác.

Không được có sự biến đổi màu sắc đáng chú ý, ô nhiễm dầu, mùi dầu nồng nặc hoặc vết dầu nhìn thấy được. Yêu cầu đối với các hạt lạ, bao gồm bột nhôm và bột sắt, đặc biệt nghiêm ngặt, thường được kiểm soát ở mức 50 mg trên 300.000 mét vuông.

Sản xuất thường được thực hiện trong môi trường phòng sạch tiêu chuẩn cao.

Kiểm soát lỗ kim

Lỗ kim là một trong những khuyết tật nghiêm trọng nhất của lá nhôm. Lá pin năng lượng cao thường yêu cầu không quá 0,7 lỗ kim trên một mét vuông. Một số sản phẩm cao cấp thậm chí có thể yêu cầu không có lỗ kim trên một mét vuông.

Đối với một số nhà sản xuất tiên tiến nhất định, số lượng lỗ kim nhỏ hơn 0,3 lỗ kim trên một mét vuông đã là mức kiểm soát mục tiêu.

Độ thấm ướt bề mặt: Giá trị Dyne

Để đảm bảo chất lượng lớp phủ, giá trị dyne trên bề mặt lá nhôm thường được yêu cầu không nhỏ hơn 32 dynes. Một số sản phẩm cao cấp yêu cầu giá trị 34 dynes hoặc thậm chí 36 dynes.

Giá trị dyne cho biết độ thấm ướt bề mặt và hiệu suất bám dính của lá nhôm. Nó rất quan trọng đối với các quy trình phủ, cán màng và sản xuất pin liên quan.

Hạn chế rỗ

Bề mặt giấy bạc không được có các vết rỗ có đường kính lớn hơn 1 mm. Các hố có kích thước từ 0,5 mm đến 1 mm phải được giới hạn dưới ba hố trên một mét vuông và các hố có kích thước khoảng 0,5 mm không được xuất hiện thành cụm tập trung.

Sự khác biệt về yêu cầu về lá nhôm đối với các loại pin lithium khác nhau