Liitiumioonaku negatiivse elektroodi voolukollektor

Tulenevalt asjaolust, et liitium{0}}ioonakude neli põhikomponenti on positiivse elektroodi materjal, negatiivse elektroodi materjal, eralduskile ja elektrolüüt. Kuid lisaks neljale põhikomponendile on liitiumakude oluline osa ka positiivsete ja negatiivsete elektroodide materjalide salvestamiseks kasutatav voolukollektor.

Liitium-ioonakude puhul on tavaliselt kasutatav positiivne voolukollektor alumiiniumfoolium ja negatiivne voolukollektor vaskfoolium. Aku sees oleva voolukollektori stabiilsuse tagamiseks peab mõlema puhtus olema üle 98%. Liitiumpatareide tehnoloogia pideva arenguga, olgu tegemist digitoodetes kasutatavate liitiumakudega või elektrisõidukite akudega, loodame, et akude energiatihedus on võimalikult kõrge ning akude kaal muutub järjest kergemaks. Voolukollektorite osas on kõige olulisem voolukollektorite paksuse ja kaalu vähendamine, vähendades intuitiivselt akude mahtu ja kaalu.

 

 

 

Negatiivse elektroodi voolukollektor on juhtiv substraat, mis toetab liitium-ioonakude (LIB) anoodi aktiivmaterjali (nt grafiiti, räni). Selle peamised rollid hõlmavad järgmist:

• Elektronide juhtivus: tagab elektronidele laadimise/tühjenemise ajal madala{0}}takistuse.
• Mehaaniline tugi: säilitab struktuuri terviklikkuse vaatamata anoodi mahu muutustele (nt räni paisub ~300%).
• Liidese stabiilsus: minimeerib kõrvalreaktsioone elektrolüütidega.

 

 

Kuna liitiumakud on viimastel aastatel kiiresti arenenud, on ka praegused kollektorid näinud kiiret arengut. Positiivse elektroodi alumiiniumfoolium on aja jooksul muutunud õhemaks: varasemalt 16 μm-lt 14 μm-ni, seejärel 12 μm-ni. Tänapäeval toodavad ja kasutavad paljud akutootjad juba 10 μm alumiiniumfooliumi ning mõned kasutavad isegi 8 μm.

 

Negatiivse elektroodi puhul on vaskfoolium paindlikum, mistõttu selle paksus on langenud 12 μm-lt 10 μm-le ja seejärel 8 μm-ni. Praegu kasutavad paljud akutootjad masstootmiseks 6 μm fooliumi. Mõned ettevõtted töötavad välja ka 5 μm või isegi 4 μm fooliumi, mida võidakse tulevikus kasutada.

 

Kuna liitiumakudes kasutatav vask ja alumiiniumfoolium peavad olema väga puhtad, on materjali tihedus põhimõtteliselt sama. Paksuse vähenedes langeb ka pinnatihedus (kaal pindalaühiku kohta). Selle tulemusena muutub aku kogukaal järjest väiksemaks. See vastab meie vajadustele kergemate ja paremate liitiumakude järele.

 

 

Voolukollektorite puhul mõjutavad liitiumakude tootmist ja jõudlust lisaks paksusele ja kaalule oluliselt ka pinnaomadused. See kehtib eriti negatiivse elektroodi voolukollektori kohta. Tootmisprotsesside piirangute tõttu on praegu turul saadaolevaid vaskfooliume peamiselt kolme tüüpi: ühepoolne-karestatud, kahepoolne-karestatud ja kahepoolne-sile. See asümmeetriline kahepoolne struktuur põhjustab ebaühtlase kontakttakistuse kahel küljel olevate negatiivsete elektroodide katete vahel. Selle tulemusena vabaneb negatiivse elektroodi võimsus ebaühtlaselt.

 

Samal ajal põhjustab kahe külje vaheline asümmeetria ka negatiivse elektroodi katte ebaühtlast sidumistugevust. See tekitab mõlemal küljel olevate katete laadimis-tühjenemise tsükli kestuses tõsise tasakaalustamatuse, mis omakorda kiirendab aku mahutavuse vähenemist.

 

 

Mikropoorse vaskfooliumi valmistamiseks kasutati maailma esimest elektrokeemilise termilise korrosiooni meetodit. Sellel mikropoorsel vaskfooliumil on ruutsentimeetri kohta 4000–15 000 auku, millest igaüks on läbimõõduga 2–25 μm, ja 10–10 000 pimeauku läbimõõduga 10–50 μm. Lisaks on fooliumi ülemine ja alumine pind ühtlaselt kaetud 1–3 μm sügavuste, 1–5 μm laiuste ja kümnete mikromeetrite pikkuste söövitusmärkidega. Need omadused lahendavad suurepäraselt negatiivse elektroodi suspensiooni ja vaskfooliumi vahelise nakkeprobleemi.

 

Pooride ja söövitusjälgede spetsiifiline suurus tagab mikropoorse vaskfooliumi suurema pinnakareduse, mis ei sisalda jäsemeid ega sakilisi servi. Peale selle moodustab pooride ja fooliumipinna vaheline üleminek ebakorrapärase kaare, mitte 90-kraadise täisnurga, vältides tõhusalt liitiumdendriitide moodustumist laadimistsüklite ajal{2}} ja pikendades aku eluiga.

 

Lisaks on mikropoorsel struktuuril ainulaadsed morfoloogilised tunnused. Elektrokeemilise korrosiooni teel tekkivad poorid on ebakorrapärase kujuga, pooride suurus varieerub teatud vahemikus. Iga poori läbimõõt erineb ka erinevatel telgedel. See ebakorrapärane pooride geomeetria suurendab veelgi vaskfooliumi ja negatiivse elektroodi suspensiooni vahelist sidumistugevust.

 

 

Mikropooride indeks		Mikropoorne jaotusstruktuur	Pindalatiheduse vähenemine (%)	Omadused
Mikropooride tihedus CM kohta2	Mikropooride läbimõõt μm			Tõmbetugevus N/mm2	Vähendada (%)	Pikendamine (%)	Vähendamine (%)	takistus μΩ.cm	Suurendada (%)
4000-5999	2-25	Täispind	0.01-2.94	Suurem kui 220 või sellega võrdne	Väiksem või võrdne 25-ga	Suurem või võrdne 1,3	Väiksem või võrdne 58-ga	Väiksem või võrdne 2,20	Väiksem või võrdne 8-ga
6000-7999			0.02-3.92	Suurem kui 210 või sellega võrdne	Väiksem või võrdne 28-ga	Suurem või võrdne 1,15	Väiksem või võrdne 63-ga
8000-9999			0.03-4.91	Suurem või võrdne 200-ga	Väiksem või võrdne 32-ga	Suurem või võrdne 1,05	Vähem kui 66 või sellega võrdne
10000-12499	2-20		0.03-3.92	Suurem või võrdne 190	Vähem kui 35 või sellega võrdne	Suurem või võrdne 1,10	Vähem kui 65 või sellega võrdne
12500-15000	2-15		0.04-2.65	Suurem kui 180 või sellega võrdne	Vähem kui 39 või sellega võrdne	Suurem või võrdne 1,00	Vähem kui 68 või sellega võrdne

 

 

1. Vaskfoolium (domineeriv valik)

Eelised:

Suurim juhtivus (5,96 × 10⁷ S/m) tagab tõhusa laenguülekande.

Plastikus: talub elektroodi paisumist ilma pragunemiseta.

Elektrokeemiline stabiilsus madalatel potentsiaalidel (0–1 V vs. Li⁺/Li).

Väljakutsed:

Raske (~8,96 g/cm³ tihedus) piirab energiatiheduse suurenemist.

Niiskes keskkonnas altid korrosioonile.

2. Süsinik-kaetud vaskfoolium (tekkiv)

Täiustatud omadused:

Vähendatud liidese takistus (20–30%) süsinikukihi kaudu.

Parem nakkuvus räni/grafiidi komposiitide jaoks.

Applications: High-energy-density batteries (e.g., EVs, >350 Wh/kg).

3. Alternatiivsed materjalid (teadus- ja arendustegevuse etapp)

• Kolme-mõõtmelise struktuuri koguja: teadlased on välja töötanud 3D-võrgustruktuure, nagu vasest nanojuhtmed ja vahtvask. Need struktuurid võivad takistada liitiumdendriitide kasvu, mis parandab aku ohutust ja eluiga. Need sobivad eriti hästi liitiummetalli anoodide jaoks.
• Komposiitvaskfoolium: seda tüüpi kasutatakse osa metallikihi asendamiseks polümeermaterjale. Kui aku on läbi torgatud, ei teki sellest purske. Polümeer võib toimida ka kaitselülitena, et peatada termiline põgenemine.
• Kohandamine räni-põhise negatiivse elektroodiga: uued poorsed voolukollektorid võivad vähendada räni-põhiste materjalide mahu suurenemise probleemi laadimise ja tühjendamise ajal. See aitab suurendada aku energiatihedust.

 

 

Võtke kohe ühendust

 

 

• Parandab adhesiooni anoodimaterjali ja vaskfooliumi vahel.
• Mõjub aku gaasi tootmisele minimaalselt.
• Mikropoorse vaskfooliumi tõmbetugevus jääb võrreldavaks algse vaskfooliumi omaga.
• Mikropoorse vaskfooliumi eritakistus suureneb vähem kui 8%.
• Parandab veidi liitium{0}}ioonakude mahtu.
• Parandab märkimisväärselt aku jõudluse järjepidevust ja suurendab tootmismahtu.
• Hõlbustab kõrget{0}}laadimist ja tühjendamist.
• Vähendab vaskfooliumi osakaalu kogu aku massis.
• Parandab vaskfooliumil oleva läga ja elektrolüüdi märguvust.
• Vähendab kontakttakistust katoodi materjali ja alumiiniumfooliumi vahel.
• Pikendab aku kasutusiga.

 

 

Traditsiooniline elektrosadestatud vaskfoolium (ED-Cu) on läbimas põhjalikku tehnoloogilist arengut:

Ultra-Hõrenemine

• Trend: 12 μm ja 10 μm varajaste fooliumide algusest on peavool nihkunud 6–8 μm peale. Kõrgekvaliteedilised-tooted kasutavad nüüd 4,5 μm ja areng liigub 3 μm, 2 μm ja veelgi õhema fooliumi poole.
• Juht: õhem foolium vähendab kaalu ja vabastab ruumi, suurendades otseselt aku energiatihedust (eriti gravimeetrilist energiatihedust).
• Väljakutse: seab äärmuslikud nõudmised fooliumi tõmbetugevusele, venivusele, pinnakareduse kontrollile ja tootmisvõimsusele.

 

Kõrge jõudlus

• Suure-tõmbetugevusega-vaskfoolium: vastab virnastamisprotsesside elektroodilehtede ja suure -energiatihedusega{3}}patareide tugevusnõuetele.
• Madala-profiiliga (LP) ja väga-väga-madala profiiliga (VLP) vaskfoolium: siledad pinnad parandavad kontakti aktiivse materjaliga, suurendavad liitiumioonide-sadestamise ühtlust ning parandavad kiiret-laadimist ja tsükli eluiga.
• Komposiitvaskfoolium (või "võileiva" vaskfoolium, PET-vaskfoolium)
• Struktuur: polümeerist tugikiht (PET/PP/PI, paksusega ~4–6 μm), mis on mõlemalt poolt kaetud üliõhukese metallist vasekihiga (~1 μm).

 

 

 

 

Meie Indoneesia kliendi vähiraviuuringute rõivastuses kasutatud pehme karastusega valtsitud vaskfoolium.

 

Meie suure pikenemise ja suure tõmbetugevusega ED-varjestavaid vaskkilesid saab kasutada paljudes valdkondades. Saame liitium-aku jaoks pakkuda spetsiaalset ühe-matti, topelt-matti ja topelt-läikivat ED-vaske. Samuti saame pakkuda 2 untsi kuni 6 untsi (nimipaksus 70 um kuni 210 um) varjestatud ED-vaskfooliumi, mida kasutatakse elektritoodete varjestamiseks, eriti trafode, kaablite, mobiiltelefonide, arvutite, mehaaniliste töötluste, lennunduse ja tööstuslike rakenduste jaoks. Veelgi enam, HTE (kõrge temperatuuri pikenemine) 1/2 untsi kuni 2 untsi paksusega vaskfoolium ja VLP-HTE-HF (väga-madal-profiil, kõrge temperatuuriga pikenemine ja rasked ED-vaskfooliumid, mida kasutatakse PCB-des, mille maksimaalne mõõde on 129,4 piksel 0,45 mm, kliendil 29 x 5 mm. MRI-ruumis kasutatavate varjestavate vaskfooliumide jaoks

 

Täiustatud anoodvoolukollektorite (nt mikropoorse vaskfooliumi) väljatöötamine on liitium{0}}ioonakude jõudlust ja töökindlust oluliselt parandanud. Peamised eelised hõlmavad järgmist:

• Täiustatud adhesioon – mikropoorne struktuur suurendab anoodimaterjali (nt grafiit või räni) ja vaskfooliumi vahelist nakketugevust, vältides delaminatsiooni tsükli ajal.
• Supresseeritud liitiumdendriidid – ebakorrapärane pooride geomeetria ja söövitatud pind kõrvaldavad teravad servad, vähendades dendriidi moodustumist ja parandades ohutust.
• Parem elektrolüütide niisutamine – poorne struktuur hõlbustab elektrolüütide paremat läbitungimist, tagades ühtlase ioonitranspordi ja reaktsioonikineetika.
• Suur-kiirus – optimeeritud juhtivus ja liidese omadused võimaldavad kiiremat laadimist ja tühjenemist ilma märkimisväärse takistuse suurenemiseta.
• Mehaaniline stabiilsus – tõmbetugevus on võrreldav tavapärase fooliumiga, tagades konstruktsiooni terviklikkuse pinge all.
• Pikendatud tsükli eluiga – vähenenud dendriidi kasv ja parem liidese stabiilsus aitavad kaasa aku pikema elueale.
• Kergekaalu eelis – vähendatud vasesisaldus vähendab aku üldist kaalu, säilitades samal ajal jõudluse.

 

Need uuendused lahendavad suure{0}}energiatihedusega-akude kriitilisi väljakutseid, muutes mikropoorsed voolukollektorid paljulubavaks lahenduseks järgmise-põlvkonna liitium-akudele, eriti elektrisõidukite ja suure võimsusega{4}}rakenduste jaoks.

 

 

1. küsimus. Mis on liitiumioonaku negatiivse elektroodi voolukollektor?

V: See on metallfoolium (peaaegu alati vask), mis kogub anoodi aktiivsest materjalist elektronid ja saadab need välisesse vooluringi. Samuti pakub see anoodikatte füüsilist tuge.

 

K2: Miks kasutatakse negatiivse elektroodi jaoks alumiiniumi asemel vaske?

V: Kuna negatiivne elektrood töötab väga madala pingega (umbes 0,1 V vs. Li/Li⁺). Vask on sellel pingel stabiilne. Alumiinium reageerib liitiumiga, moodustades rabeda sulami (LiAl), põhjustades fooliumi purunemise.

 

Q3: Kui paks on negatiivse elektroodi vaskfoolium?

V: Põhivoolu paksus on 6 μm (mikromeetrit). Võrdluseks, inimese juuksekarva paksus on umbes 70 μm. Mõned täiustatud akud kasutavad 4,5 μm või isegi 3 μm fooliumi.

 

Q4: Kuidas tehakse negatiivse elektroodi vaskfoolium?

V: Enamik on tehtudelektrosadestamine. Vask kaetakse vasksulfaadi lahusest pöörlevale titaantrumlile. Seejärel kooritakse foolium ära, töödeldakse ja lõigatakse laiusesse. Seda meetodit nimetatakse elektrolüütiliseks vaskfooliumiks (ED fooliumiks) ja see moodustab üle 90% turust.

 

K5: Mis vahe on läikiva ja mati poole vahel?

V: Tootmise ajal puudutab fooliumi üks külg titaantrumlit – see külg muutub siledaks (läikiv pool). Teine pool kasvab vabalt ja muutub karedaks (matt pool). Kare pool on tahtlikult tehtud teatud karedusega, et anoodipulber hästi kleepuks.

 

K6: Mis on "komposiitvaskfoolium"?

V: See on uus tüüp, kus õhuke plastsüdamik (nagu PET või PP) on kahe väga õhukese vasekihi vahele (umbes 1 μm). See on kergem ja turvalisem – kui aku on läbi torgatud, siis plast sulab ja katkestab vooluringi, vältides termilist äravoolu. Kuid seda arendatakse endiselt masstootmiseks.

 

7. küsimus. Kas tahkis{1}}akud vajavad ikka vasest negatiivse elektroodi voolukollektorit?

V: Enamikus tahkis{0}}akude konstruktsioonides kasutatakse negatiivse elektroodi jaoks endiselt vasest voolukollektorit. Vase pind võib aga vajada spetsiaalset katet (näiteks nikliga), et tahke elektrolüüdiga hästi töötada.

 

Q8: milline on negatiivsete elektroodide voolukollektorite tulevikutrend?

V: Vaadake negatiivsete elektroodide voolukollektorite trendi järgmiselt:

• Õhemad fooliumid: 6 μm-lt 4,5 μm-ni ja isegi 3 μm-ni
• Komposiitvaskfooliumid: kergemad ja ohutumad, eeldatavasti kasvavad kiiresti
• Kolmemõõtmelised struktuurid: vaskvaht või nanotraatvõrgud liitiummetalli anoodidega töötamiseks ja dendriitide summutamiseks

 

Kuum tags: liitiumioonaku negatiivse elektroodi voolukollektor, Hiina liitiumioonaku negatiivse elektroodi voolukollektori tootjad