Kolektor struje negativne elektrode litij-ionske baterije

Zbog činjenice da su četiri glavne komponente koje čine litij-ionske baterije materijal pozitivne elektrode, materijal negativne elektrode, separatorski film i elektrolit. Međutim, uz četiri glavne komponente, kolektor struje koji se koristi za pohranjivanje materijala pozitivnih i negativnih elektroda također je važan dio litijevih baterija.

Za litij-ionske baterije, pozitivni kolektor struje koji se obično koristi je aluminijska folija, a negativni kolektor struje je bakrena folija. Kako bi se osigurala stabilnost kolektora struje unutar baterije, čistoća oba mora biti iznad 98%. Uz kontinuirani razvoj tehnologije litijskih baterija, bilo da se radi o litijevim baterijama koje se koriste u digitalnim proizvodima ili baterijama za električna vozila, nadamo se da je energetska gustoća baterija što veća, a težina baterija postaje sve lakša i lakša. Što se tiče odvodnika struje, najvažnije je smanjiti debljinu i težinu odvodnika struje, intuitivno smanjujući volumen i težinu baterija.

 

 

 

Kolektor struje negativne elektrode vodljivi je supstrat koji podržava aktivni materijal anode (npr. grafit, silicij) u litij-ionskim baterijama (LIB). Njegove primarne uloge uključuju:

• Provodljivost elektrona: pruža puteve niskog-otpora za elektrone tijekom punjenja/pražnjenja.
• Mehanička podrška: Održava strukturni integritet unatoč promjenama volumena anode (npr. silicij se širi ~300%).
• Stabilnost sučelja: Smanjuje nuspojave s elektrolitima.

 

 

Kako su se litijeve baterije brzo razvijale posljednjih godina, kolektori su također doživjeli brz napredak. Aluminijska folija pozitivne elektrode s vremenom je postala tanja: sa 16 μm u prošlosti na 14 μm, zatim do 12 μm. Danas mnogi proizvođači baterija već proizvode i koriste aluminijsku foliju od 10 μm, a neki čak i od 8 μm.

 

Za negativnu elektrodu bakrena folija je fleksibilnija, pa joj je debljina pala sa 12 μm na 10 μm, a zatim na 8 μm. Trenutno mnogi proizvođači baterija koriste foliju od 6 μm za masovnu proizvodnju. Neke tvrtke također razvijaju foliju od 5 μm ili čak 4 μm, koja bi se mogla koristiti u budućnosti.

 

Budući da bakrena i aluminijska folija koje se koriste u litijevim baterijama moraju biti vrlo čiste, gustoća materijala je u osnovi ista. Kako se debljina smanjuje, površinska gustoća (težina po jedinici površine) također opada. Kao rezultat toga, ukupna težina baterije postaje sve manja. To zadovoljava naše potrebe za lakšim i boljim litijevim baterijama.

 

 

Kod kolektora struje, osim debljine i težine, svojstva površine također imaju značajan utjecaj na proizvodnju i performanse litijevih baterija. To posebno vrijedi za kolektor struje negativne elektrode. Zbog ograničenja u proizvodnim procesima, bakrene folije koje su trenutačno dostupne na tržištu uglavnom su tri vrste: jednostrano hrapave, dvostrano hrapave, dvostrano hrapave i dvostrano glatke. Ova asimetrična dvo-strana struktura dovodi do neravnomjernog kontaktnog otpora između obloga negativne elektrode na dvije strane. Kao rezultat toga, kapacitet negativne elektrode se oslobađa neravnomjerno.

 

U isto vrijeme, asimetrija između dviju strana također uzrokuje nedosljednu snagu lijepljenja prevlake negativne elektrode. To stvara ozbiljnu neravnotežu u vijeku trajanja ciklusa punjenja-pražnjenja premaza sa svake strane, što zauzvrat ubrzava pad kapaciteta baterije.

 

 

Prva svjetska metoda elektrokemijske toplinske korozije korištena je za pripremu mikroporozne bakrene folije. Ova mikroporozna bakrena folija ima 4000–15000 prolaznih-rupa po kvadratnom centimetru, svaka promjera 2–25 μm, zajedno s 10–10 000 slijepih rupa promjera u rasponu od 10–50 μm. Dodatno, gornja i donja površina folije ravnomjerno su prekrivene tragovima jetkanja koji su duboki 1–3 μm, široki 1–5 μm i dugački desetke mikrometara. Ove karakteristike savršeno rješavaju problem prianjanja između kaše negativne elektrode i bakrene folije.

 

Specifična veličina pora i tragova jetkanja rezultira većom hrapavošću površine za mikroporoznu bakrenu foliju, bez neravnina ili nazubljenih rubova. Štoviše, prijelaz između pora i površine folije čini nepravilan luk umjesto pravog kuta od 90 stupnjeva, učinkovito sprječavajući stvaranje litijevih dendrita tijekom ciklusa punjenja-pražnjenja i produžujući životni vijek baterije.

 

Nadalje, mikroporozna struktura pokazuje jedinstvena morfološka svojstva. Pore ​​nastale elektrokemijskom korozijom nepravilnog su oblika, s veličinama pora koje variraju unutar određenog raspona. Promjer svake pore također se razlikuje duž različitih osi. Ova nepravilna geometrija pora dodatno povećava čvrstoću veze između bakrene folije i kaše negativne elektrode.

 

 

Indeks mikropora		Mikroporozna distribucijska struktura	Smanjenje površinske gustoće (%)	Svojstva
Gustoća mikropora Po CM2	Promjer mikropora μm			Vlačna čvrstoća N/mm2	Smanjenje (%)	Elongacija (%)	Smanjenje (%)	otpornost μΩ.cm	Povećati (%)
4000-5999	2-25	Puna površina	0.01-2.94	Veći ili jednak 220	Manje od ili jednako 25	Veći ili jednak 1,3	Manje ili jednako 58	Manje ili jednako 2,20	Manje od ili jednako 8
6000-7999			0.02-3.92	Veći ili jednak 210	Manje ili jednako 28	Veći ili jednak 1,15	Manje od ili jednako 63
8000-9999			0.03-4.91	Veći ili jednak 200	Manje ili jednako 32	Veći ili jednak 1,05	Manje od ili jednako 66
10000-12499	2-20		0.03-3.92	Veći ili jednak 190	Manje ili jednako 35	Veći ili jednak 1,10	Manje ili jednako 65
12500-15000	2-15		0.04-2.65	Veći ili jednak 180	Manje ili jednako 39	Veći ili jednak 1,00	Manje od ili jednako 68

 

 

1. Bakrena folija (dominantan izbor)

Prednosti:

Najveća vodljivost (5,96×10⁷ S/m) za učinkovit prijenos naboja.

Duktilnost: podnosi širenje elektrode bez pucanja.

Elektrokemijska stabilnost pri niskim potencijalima (0–1 V naspram Li⁺/Li).

Izazovi:

Teška (~8,96 g/cm³ gustoće) ograničava povećanje gustoće energije.

Sklon koroziji u vlažnom okruženju.

2. Bakrena folija obložena ugljikom- (u nastajanju)

Poboljšana svojstva:

Smanjena međupovršinska otpornost (za 20-30%) putem karbonskog sloja.

Poboljšano prianjanje za kompozite silicij/grafit.

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

3. Alternativni materijali (Faza istraživanja i razvoja)

• Tro-kolektor trodimenzionalne strukture: istraživači su razvili 3D mrežne strukture kao što su bakrene nanožice i pjenasti bakar. Ove strukture mogu spriječiti rast litijevih dendrita, što poboljšava sigurnost i životni vijek baterije. Posebno su prikladni za litijeve metalne anode.
• Kompozitna bakrena folija: Ova vrsta koristi polimerne materijale za zamjenu dijela metalnog sloja. Ako je baterija probušena, neće proizvesti brazde. Polimer također može djelovati kao prekidač strujnog kruga za zaustavljanje toplinskog odlaska.
• Prilagodba negativnoj elektrodi-na bazi silicija: Novi porozni kolektori struje mogu smanjiti problem širenja volumena materijala na bazi-silicija tijekom punjenja i pražnjenja. To pomaže povećati gustoću energije baterije.

 

 

Kontaktirajte odmah

 

 

• Poboljšava prianjanje između materijala anode i bakrene folije.
• Ima minimalan utjecaj na stvaranje plina iz baterije.
• Vlačna čvrstoća mikroporozne bakrene folije ostaje usporediva s izvornom bakrenom folijom.
• Otpornost mikroporozne bakrene folije povećava se za manje od 8%.
• Malo poboljšava kapacitet litij-ionskih baterija.
• Značajno poboljšava dosljednost performansi baterije i povećava proizvodni prinos.
• Olakšava brzo-punjenje i pražnjenje.
• Smanjuje udio bakrene folije u ukupnoj masi baterije.
• Poboljšava sposobnost vlaženja kaše i elektrolita na bakrenoj foliji.
• Smanjuje kontaktni otpor između materijala katode i aluminijske folije.
• Produžuje životni vijek baterije.

 

 

Tradicionalna elektrodeponirana bakrena folija (ED-Cu) prolazi kroz duboku tehnološku evoluciju:

Ultra{0}}mršavljenje

• Trend: Od ranih folija od 12 μm i 10 μm, mainstream se pomaknuo na 6-8 μm. Vrhunski-proizvodi sada koriste 4,5 μm, a razvoj se kreće prema 3 μm, 2 μm, pa čak i tanjim folijama.
• Driver: Tanja folija smanjuje težinu i oslobađa prostor, izravno povećavajući gustoću energije baterije (osobito gravimetrijsku gustoću energije).
• Izazov: postavlja ekstremne zahtjeve za vlačnu čvrstoću folije, istezanje, kontrolu hrapavosti površine i proizvodni učinak.

 

Visoka izvedba

• Bakrena folija visoke -vlačne-čvrstoće: Ispunjava zahtjeve čvrstoće ploča elektroda za procese slaganja i baterije visoke-energetske-gustoće.
• Bakrena folija s niskim-profilom (LP) i vrlo{1}}niskim-profilom (VLP): glatke površine poboljšavaju kontakt s aktivnim materijalom, povećavaju ujednačenost taloženja-iona litija i poboljšavaju brzo-izvedbu punjenja i radni vijek.
• Kompozitna bakrena folija (ili "sendvič" bakrena folija, PET bakrena folija)
• Struktura: Polimerni potporni sloj (PET/PP/PI, ~4–6 μm debljine) presvučen s obje strane ultra-tankim metalnim slojem bakra (~1 μm).

 

 

 

 

Smotana bakrena folija s mekom temperamentom koja se koristi kao vodič u odjeći za istraživanje liječenja raka našeg kupca iz Indonezije.

 

Naše ED zaštitne bakrene folije s velikim istezanjem i visokom vlačnom čvrstoćom mogu se koristiti u mnogim područjima. Možemo osigurati određeni jedno-mat, dvostruko-mat i dvostruko-sjajni ED bakar za Li-ionsku bateriju. Također možemo ponuditi 2oz do 6oz (nominalna debljina 70um do 210um) zaštićene ED bakrene folije koje se koriste za zaštitu električnih proizvoda, posebno kao transformatori, kabeli, mobilni telefoni, računala, mehanička obrada, zrakoplovne i industrijske primjene. Štoviše, HTE (high temperature elongation) od 1/2oz do 2oz debljine bakrene folije i VLP-HTE-HF (vrlo-niskog-profila, visoke temperature elongacije i teške ED bakrene folije, koje se koriste u PCB-u, čija je maksimalna dimenzija 1295 mm x 2450 mm. Ispod je američki kupac Slike povratnih informacija za zaštitne bakrene folije koje se koriste u sobi za magnetsku rezonancu

 

Razvoj naprednih anodnih kolektora struje, poput mikroporozne bakrene folije, značajno je poboljšao performanse i pouzdanost litij{0}}ionskih baterija. Ključne prednosti uključuju:

• Poboljšana adhezija – Mikroporozna struktura povećava snagu vezivanja između anodnog materijala (npr. grafita ili silicija) i bakrene folije, sprječavajući raslojavanje tijekom ciklusa.
• Potisnuti litijevi dendriti – nepravilna geometrija pora i ugravirana površina eliminiraju oštre rubove, smanjujući stvaranje dendrita i poboljšavajući sigurnost.
• Poboljšano vlaženje elektrolita – porozna struktura olakšava bolje prodiranje elektrolita, osiguravajući ujednačen transport iona i kinetiku reakcije.
• Mogućnost visoke -brzine – optimizirana vodljivost i svojstva međufaze omogućuju brže punjenje i pražnjenje bez značajnog povećanja otpora.
• Mehanička stabilnost – Vlačna čvrstoća ostaje usporediva s uobičajenom folijom, osiguravajući strukturni integritet pod stresom.
• Produljeni radni vijek – Smanjeni rast dendrita i poboljšana stabilnost sučelja pridonose duljem životnom vijeku baterije.
• Prednost male težine – Smanjeni sadržaj bakra smanjuje ukupnu težinu baterije uz održavanje performansi.

 

Ove inovacije rješavaju kritične izazove u baterijama visoke-energetske-gustoće, čineći mikroporozne kolektore struje obećavajućim rješenjem za sljedeće{2}}generacije litij-ionskih baterija, posebno za električna vozila i aplikacije velike-napone.

 

 

P1: Što je kolektor struje negativne elektrode u litij-ionskoj bateriji?

O: Metalna folija (gotovo uvijek bakrena) prikuplja elektrone iz aktivnog materijala anode i šalje ih u vanjski krug. Također pruža fizičku potporu za anodnu prevlaku.

 

P2: Zašto se za negativnu elektrodu koristi bakar umjesto aluminija?

O: Zato što negativna elektroda radi na vrlo niskom naponu (oko 0,1 V u odnosu na Li/Li⁺). Bakar je stabilan na ovom naponu. Aluminij bi reagirao s litijem i stvorio krtu leguru (LiAl), uzrokujući pucanje folije.

 

P3: Kolika je debljina bakrene folije za negativnu elektrodu?

O: Debljina glavne struje je 6 μm (mikrometara). Za usporedbu, ljudska vlas je debela oko 70 μm. Neke napredne baterije koriste foliju od 4,5 μm ili čak 3 μm.

 

P4: Kako se izrađuje bakrena folija negativne elektrode?

O: Većinu proizvodielektrotaloženje. Bakar se nanosi iz otopine bakrenog sulfata na rotirajući bubanj od titana. Zatim se folija odlijepi, obradi i izreže po širini. Ova metoda se naziva elektrolitička bakrena folija (ED folija) i zauzima preko 90% tržišta.

 

P5: Koja je razlika između sjajne i mat strane?

O: Tijekom proizvodnje jedna strana folije dodiruje titanski bubanj – ta strana postaje glatka (sjajna strana). Druga strana slobodno raste i postaje hrapava (mat strana). Hrapava strana je namjerno napravljena tako da ima određenu hrapavost kako bi anodna kaša dobro prianjala.

 

P6: Što je "kompozitna bakrena folija"?

O: To je novi tip gdje je tanka plastična jezgra (poput PET ili PP) u sendviču između dva vrlo tanka sloja bakra (svaki oko 1 μm). Lakši je i sigurniji – ako se baterija probuši, plastika se topi i prekida strujni krug, sprječavajući toplinski bijeg. Međutim, još uvijek se razvija za masovnu proizvodnju.

 

P7: Trebaju li polu{1}}baterije i dalje kolektor struje s bakrenom negativnom elektrodom?

O: Većina dizajna polu{0}}state baterija i dalje koristi bakreni kolektor struje za negativnu elektrodu. Međutim, površina bakra može trebati poseban premaz (kao što je nikal) kako bi dobro funkcionirala s krutim elektrolitom.

 

P8: Koji je budući trend za kolektore struje negativne elektrode?

O: Pogledajte trend za kolektore struje negativne elektrode kao u nastavku:

• Tanje folije: Od 6 μm do 4,5 μm pa čak i 3 μm
• Kompozitne bakrene folije: Lakše i sigurnije, očekuje se da će brzo rasti
• Trodimenzionalne strukture: bakrena pjena ili mreže nanožica za rad s litijevim metalnim anodama i potiskivanje dendrita

 

Popularni tagovi: litij-ionska baterija negativne elektrode kolektora struje, Kina litij-ionske baterije negativne elektrode kolektora struje proizvođači