Lítium-ion akkumulátor negatív elektróda áramgyűjtő

Annak a ténynek köszönhetően, hogy a lítium{0}}ion akkumulátorok négy fő összetevője a pozitív elektróda anyaga, a negatív elektród anyaga, az elválasztó film és az elektrolit. A négy fő komponens mellett azonban a pozitív és negatív elektródák anyagainak tárolására szolgáló áramgyűjtő is fontos része a lítium akkumulátoroknak.

A lítium{0}}ionos akkumulátorok esetében az általánosan használt pozitív áramgyűjtő alumíniumfólia, a negatív áramgyűjtő pedig rézfólia. Az akkumulátoron belüli áramkollektor stabilitásának biztosítása érdekében mindkettő tisztaságának 98% felettinek kell lennie. A lítium akkumulátor technológia folyamatos fejlődésével, legyen szó digitális termékekben használt lítium akkumulátorokról vagy elektromos járművek akkumulátorairól, reméljük, hogy az akkumulátorok energiasűrűsége a lehető legmagasabb, az akkumulátorok súlya pedig egyre könnyebbé válik. Az áramgyűjtők tekintetében a legfontosabb az áramgyűjtők vastagságának és tömegének csökkentése, intuitív módon csökkentve az akkumulátorok térfogatát és súlyát.

 

 

 

A negatív elektróda áramkollektora egy vezetőképes hordozó, amely támogatja az anód aktív anyagát (pl. grafit, szilícium) a lítium-ion akkumulátorokban (LIB). Elsődleges szerepei a következők:

• Elektronvezetés: Alacsony{0}}ellenállású utakat biztosít az elektronok számára töltés/kisütés során.
• Mechanikai alátámasztás: Megőrzi szerkezeti integritását az anód térfogatváltozásai ellenére (pl. a szilícium kitágul ~300%).
• Interfész stabilitás: Minimalizálja az elektrolitokkal való mellékreakciókat.

 

 

Mivel a lítium akkumulátorok gyorsan fejlődtek az elmúlt években, a jelenlegi kollektorok is gyorsan fejlődtek. A pozitív elektródák alumíniumfóliája az idő múlásával vékonyabb lett: a korábbi 16 μm-ről 14 μm-re, majd 12 μm-re. Ma már sok akkumulátorgyártó gyárt és használ 10 μm-es alumíniumfóliát, sőt néhányan 8 μm-es alumíniumfóliát is használnak.

 

A negatív elektródánál a rézfólia rugalmasabb, így a vastagsága 12 μm-ről 10 μm-re, majd 8 μm-re csökkent. Jelenleg sok akkumulátorgyártó 6 μm-es fóliát használ tömeggyártáshoz. Egyes cégek 5 μm-es vagy akár 4 μm-es fóliát is fejlesztenek, amelyet a jövőben felhasználhatnak.

 

Mivel a lítium akkumulátorokban használt réz- és alumíniumfóliának nagyon tisztanak kell lennie, az anyag sűrűsége alapvetően azonos. A vastagság csökkenésével a felületi sűrűség (területegységre eső tömeg) is csökken. Ennek eredményeként az akkumulátor teljes súlya egyre kisebb lesz. Ez megfelel a könnyebb és jobb lítium akkumulátorokra vonatkozó igényeinknek.

 

 

Az áramkollektorok esetében a vastagságon és súlyon túl a felületi tulajdonságok is jelentős hatással vannak a lítium akkumulátorok gyártására és teljesítményére. Ez különösen igaz a negatív elektróda áramkollektorára. A gyártási folyamatok korlátai miatt a piacon jelenleg elérhető rézfóliák főként három típusból állnak: egyoldalas érdesített, kétoldalas érdesített, kétoldalas érdesített és kétoldalas sima. Ez az aszimmetrikus kétoldalas szerkezet egyenetlen érintkezési ellenálláshoz vezet a negatív elektróda bevonatok között a két oldalon. Ennek eredményeként a negatív elektróda kapacitása egyenetlenül szabadul fel.

 

Ugyanakkor a két oldal közötti aszimmetria a negatív elektróda bevonatának inkonzisztens kötési szilárdságát is okozza. Ez komoly egyensúlyhiányt okoz mindkét oldalon a bevonatok töltési-kisütési ciklusának élettartamában, ami viszont felgyorsítja az akkumulátor kapacitásának csökkenését.

 

 

A világ első elektrokémiai termikus korróziós módszerét alkalmazták mikroporózus rézfólia előállítására. Ez a mikropórusos rézfólia négyzetcentiméterenként 4000–15 000 átmenő-lyukat tartalmaz, mindegyik 2–25 μm átmérőjű, valamint 10–10 000 zsáklyukat, amelyek átmérője 10–50 μm között van. Ezenkívül a fólia felső és alsó felülete egyenletesen 1–3 μm mély, 1–5 μm széles és több tíz mikrométer hosszú marásnyomokkal van borítva. Ezek a jellemzők tökéletesen megoldják a negatív elektróda iszap és a rézfólia közötti tapadási problémát.

 

A pórusok és maratási nyomok fajlagos mérete a mikropórusos rézfólia nagyobb felületi érdességét eredményezi, sorja és szaggatott élek nélkül. Ezenkívül a pórusok és a fólia felülete közötti átmenet szabálytalan ívet képez, nem pedig 90 fokos derékszöget, hatékonyan megakadályozva a lítium-dendritek képződését a töltési-kisütési ciklusok során, és meghosszabbítja az akkumulátor élettartamát.

 

Ezenkívül a mikropórusos szerkezet egyedi morfológiai tulajdonságokat mutat. Az elektrokémiai korrózióval előállított pórusok szabálytalan alakúak, a pórusméretek egy bizonyos tartományon belül változnak. Az egyes pórusok átmérője is eltérő tengely mentén. Ez a szabálytalan pórusgeometria tovább növeli a rézfólia és a negatív elektróda szuszpenzió közötti kötési szilárdságot.

 

 

Mikropórus index		Mikropórusos eloszlási szerkezet	Területi sűrűség csökkenése (%)	Tulajdonságok
Mikropórussűrűség CM-enként2	Mikropórus átmérő μm			Szakítószilárdság N/mm2	Csökkenés (%)	Megnyúlás (%)	Csökkentés (%)	ellenállás μΩ.cm	Növekedés (%)
4000-5999	2-25	Teljes felület	0.01-2.94	220-nál nagyobb vagy egyenlő	25-nél kisebb vagy egyenlő	Nagyobb vagy egyenlő, mint 1,3	58-nál kisebb vagy egyenlő	2,20 vagy annál kisebb	8-nál kisebb vagy egyenlő
6000-7999			0.02-3.92	210-nél nagyobb vagy egyenlő	28-nál kisebb vagy egyenlő	Nagyobb vagy egyenlő, mint 1,15	63-nál kisebb vagy egyenlő
8000-9999			0.03-4.91	200-nál nagyobb vagy egyenlő	32-nél kisebb vagy egyenlő	Nagyobb vagy egyenlő, mint 1,05	66-nál kisebb vagy egyenlő
10000-12499	2-20		0.03-3.92	190-nél nagyobb vagy egyenlő	35-nél kisebb vagy egyenlő	Nagyobb vagy egyenlő, mint 1,10	65-nél kisebb vagy egyenlő
12500-15000	2-15		0.04-2.65	180-nál nagyobb vagy egyenlő	39-nél kisebb vagy egyenlő	Nagyobb vagy egyenlő, mint 1,00	68-nál kisebb vagy egyenlő

 

 

1. Rézfólia (domináns választás)

Előnyök:

A legnagyobb vezetőképesség (5,96×10⁷ S/m) a hatékony töltésátvitel érdekében.

Rugalmasság: Repedés nélkül ellenáll az elektróda tágulásának.

Elektrokémiai stabilitás alacsony potenciáloknál (0–1 V vs. Li⁺/Li).

Kihívások:

A nehéz (~8,96 g/cm³ sűrűség) korlátozza az energiasűrűség növekedését.

Nedves környezetben korrózióra hajlamos.

2. Szén{1}}bevonatú rézfólia (feltörekvő)

Továbbfejlesztett tulajdonságok:

Csökkentett határfelületi ellenállás (20-30%-kal) a szénréteg révén.

Jobb tapadás szilícium/grafit kompozitokhoz.

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

3. Alternatív anyagok (K+F szakasz)

• Háromdimenziós szerkezetgyűjtő: A kutatók olyan 3D-s hálózati struktúrákat fejlesztettek ki, mint a réz nanohuzalok és a rézhab. Ezek a szerkezetek megakadályozhatják a lítium-dendritek növekedését, ami javítja az akkumulátor biztonságát és élettartamát. Különösen alkalmasak lítium fém anódokhoz.
• Kompozit rézfólia: Ez a típus polimer anyagokat használ a fémréteg egy részének helyettesítésére. Ha az akkumulátor kilyukad, nem fog sorja keletkezni. A polimer megszakítóként is működhet a hőkifutás megállítására.
• Szilícium{0}}alapú negatív elektródához való alkalmazkodás: Az új porózus áramgyűjtők csökkenthetik a szilícium-alapú anyagok térfogatnövekedési problémáját a töltés és kisütés során. Ez segít növelni az akkumulátor energiasűrűségét.

 

 

Lépjen kapcsolatba most

 

 

• Fokozza a tapadást az anód anyaga és a rézfólia között.
• Minimális hatással van az akkumulátor gáztermelésére.
• A mikropórusos rézfólia szakítószilárdsága hasonló marad az eredeti rézfóliáéhoz.
• A mikropórusos rézfólia ellenállása kevesebb, mint 8%-kal nő.
• Kissé javítja a lítium{0}}ion akkumulátorok kapacitását.
• Jelentősen javítja az akkumulátor teljesítményének állandóságát és növeli a termelési hozamot.
• Lehetővé teszi a nagy-sebességű töltést és kisütést.
• Csökkenti a rézfólia arányát az akkumulátor teljes tömegében.
• Javítja a rézfólián lévő iszap és elektrolit nedvesíthetőségét.
• Csökkenti az érintkezési ellenállást a katód anyaga és az alumíniumfólia között.
• Meghosszabbítja az akkumulátor élettartamát.

 

 

A hagyományos, elektromosan leválasztott rézfólia (ED-Cu) mélyreható technológiai fejlődésen megy keresztül:

Ultra-Vékonyítás

• Trend: A korai 12 μm-es és 10 μm-es fóliákról a mainstream 6-8 μm-re tolódott el. A csúcskategóriás-termékek ma már 4,5 μm-t használnak, és a fejlesztés a 3 μm-es, 2 μm-es és még vékonyabb fóliák felé halad.
• Meghajtó: A vékonyabb fólia csökkenti a súlyt és helyet szabadít fel, közvetlenül növelve az akkumulátor energiasűrűségét (különösen a gravimetrikus energiasűrűséget).
• Kihívás: Extrém követelményeket támaszt a fólia szakítószilárdságával, nyúlásával, felületi érdesség szabályozásával és gyártási hozamával szemben.

 

Nagy teljesítményű

• Nagy-szakítószilárdságú-rézfólia: Megfelel a halmozási folyamatokhoz és a nagy-energiájú-sűrűségű akkumulátorokhoz szükséges elektródalapok szilárdsági követelményeinek.
• Alacsony-profilú (LP) és nagyon-alacsony-profilú (VLP) rézfólia: A simább felületek javítják az aktív anyaggal való érintkezést, egyenletesebbé teszik a lítium-ionok lerakódását, valamint javítják a gyors-töltési teljesítményt és a ciklus élettartamát.
• Kompozit rézfólia (vagy "szendvics" rézfólia, PET rézfólia)
• Szerkezet: Polimer hordozóréteg (PET/PP/PI, ~4-6 μm vastag), mindkét oldalán ultravékony fémrézréteggel (~1 μm) bevonva.

 

 

 

 

A lágy temperált hengerelt rézfólia, amelyet vezetőként használtak a rákkezelési kutatások ruházatában, indonéz ügyfelünktől.

 

A nagy nyúlású és nagy szakítószilárdságú ED árnyékoló rézfóliáink számos területen használhatók. A Li-ion akkumulátorhoz speciális szimpla-matt, dupla-matt és dupla-fényes ED-rezet tudunk biztosítani. 2oz–6oz (névleges vastagság 70–210 um) is kínálunk árnyékolt ED rézfóliákat, amelyeket elektromos termékek árnyékolására használnak, különösen transzformátorok, kábelek, mobiltelefonok, számítógépek, mechanikai kezelések, repülőgépek és ipari alkalmazások számára. Sőt, a HTE (nagy hőmérsékletű megnyúlás) 1/2oz-tól 2oz vastagságú rézfóliáig és VLP-HTE-HF-hez (nagyon{-alacsony-profil, magas hőmérsékletű megnyúlás és nehéz ED-rézfóliák), amelyeket PCB-ben használnak, amelynek maximális mérete 129 mm-es, 45 mm-es, a vásárlói szélessége 4 pic. az MRI szobában használt árnyékoló rézfóliákhoz

 

A fejlett anódáramgyűjtők, például a mikroporózus rézfólia fejlesztése jelentősen javította a lítium-{0}}ionos akkumulátorok teljesítményét és megbízhatóságát. A legfontosabb előnyök a következők:

• Fokozott tapadás – A mikropórusos szerkezet növeli a kötési szilárdságot az anód anyaga (pl. grafit vagy szilícium) és a rézfólia között, megakadályozva a leválást a ciklus során.
• Elnyomott lítium-dendritek – A szabálytalan pórusgeometria és a maratott felület megszünteti az éles széleket, csökkentve a dendritek képződését és javítva a biztonságot.
• Továbbfejlesztett elektrolit nedvesítés – A porózus szerkezet elősegíti az elektrolit jobb behatolását, egyenletes iontranszportot és reakciókinetikát biztosítva.
• Nagy sebességű-képesség – Az optimalizált vezetőképesség és a felületi tulajdonságok gyorsabb töltést és kisütést tesznek lehetővé jelentős ellenállás-felhalmozódás nélkül.
• Mechanikai stabilitás – A szakítószilárdsága a hagyományos fóliával összehasonlítható marad, biztosítva a szerkezeti integritást feszültség alatt.
• Meghosszabbított ciklusélettartam – A csökkent dendritnövekedés és a fokozott interfészstabilitás hozzájárul az akkumulátor hosszabb élettartamához.
• Könnyű előny – A csökkentett réztartalom csökkenti az akkumulátor teljes tömegét, miközben megőrzi a teljesítményt.

 

Ezek az újítások a nagy{0}}energiájú-sűrűségű akkumulátorokkal kapcsolatos kritikus kihívásokat kezelik, és a mikropórusos áramgyűjtőket ígéretes megoldássá teszik a következő -generációs lítium-akkumulátorok számára, különösen elektromos járművekhez és nagy{4}}teljesítményű alkalmazásokhoz.

 

 

1. kérdés: Mekkora a negatív elektróda áramkollektora egy lítium-ion akkumulátorban?

V: Ez a fémfólia (majdnem mindig réz), amely összegyűjti az elektronokat az anód aktív anyagából, és továbbítja a külső áramkörbe. Fizikai támogatást is nyújt az anódbevonat számára.

 

2. kérdés: Miért használnak rezet a negatív elektródához alumínium helyett?

V: Mivel a negatív elektróda nagyon alacsony feszültségen működik (körülbelül 0,1 V vs. Li/Li⁺). A réz ezen a feszültségen stabil. Az alumínium a lítiummal reagálva rideg ötvözetet (LiAl) képez, ami a fólia szétesését okozza.

 

3. kérdés: Milyen vastag a negatív elektróda rézfóliája?

V: A főáram vastagsága 6 μm (mikrométer). Összehasonlításképpen: az emberi haj körülbelül 70 μm vastag. Egyes fejlett akkumulátorok 4,5 μm-es vagy akár 3 μm-es fóliát használnak.

 

4. kérdés: Hogyan készül a negatív elektróda rézfólia?

V: A legtöbbet aelektrodepozíció. A rezet réz-szulfát oldatból egy forgó titán dobra vonják. Ezután a fóliát lehúzzuk, kezeljük és szélességre vágjuk. Ezt a módszert elektrolitikus rézfóliának (ED fóliának) nevezik, és a piac több mint 90%-át teszi ki.

 

K5: Mi a különbség a fényes és a matt oldal között?

V: A gyártás során a fólia egyik oldala hozzáér a titán dobhoz – ez az oldal sima lesz (fényes oldal). A másik oldal szabadon nő és érdes lesz (matt oldal). A durva oldal szándékosan bizonyos érdességre készült, hogy az anódiszap jól tapadjon.

 

6. kérdés: Mi az a „kompozit rézfólia”?

V: Ez egy új típus, ahol egy vékony műanyag magot (például PET-et vagy PP-t) két nagyon vékony (kb. 1 μm-es) rézréteg közé helyeznek. Könnyebb és biztonságosabb – ha az akkumulátor kilyukad, a műanyag megolvad és megszakítja az áramkört, megakadályozva a hőkifutást. Azonban még mindig tömeggyártásra fejlesztik.

 

7. kérdés: Szüksége van-e a félvezetős{1}akkumulátorokra negatív réz elektróda áramgyűjtőre?

V: A legtöbb szilárd állapotú{0}}akkumulátor továbbra is réz áramgyűjtőt használ a negatív elektródához. A rézfelületnek azonban szükség lehet egy speciális bevonatra (például nikkelre), hogy jól működjön a szilárd elektrolittal.

 

8. kérdés: Mi a jövőbeli trend a negatív elektródák áramgyűjtőinél?

V: Tekintse meg a negatív elektróda áramkollektorok trendjét az alábbiak szerint:

• Vékonyabb fóliák: 6 μm-ről 4,5 μm-re, sőt 3 μm-re is
• Kompozit rézfóliák: Könnyebb és biztonságosabb, várhatóan gyorsan nő
• Háromdimenziós szerkezetek: Rézhab vagy nanohuzalos hálózatok a lítium fém anódokkal való együttműködéshez és a dendritek elnyomásához

 

Népszerű tags: lítium-ion akkumulátor negatív elektróda áramgyűjtő, kínai lítium-ion akkumulátor negatív elektróda áramgyűjtő gyártók