Токоприемник на литиево-йонна батерия с отрицателен електрод

Поради факта, че четирите основни компонента, които изграждат литиево-йонните батерии, са материал за положителен електрод, материал за отрицателен електрод, разделителен филм и електролит. Въпреки това, в допълнение към четирите основни компонента, токовият колектор, използван за съхраняване на положителни и отрицателни електродни материали, също е важна част от литиевите батерии.

За литиево-йонни батерии често използваният положителен токоотвод е алуминиево фолио, а отрицателният токоотвод е медно фолио. За да се гарантира стабилността на токоприемника вътре в батерията, чистотата и на двете трябва да бъде над 98%. С непрекъснатото развитие на технологията за литиеви батерии, независимо дали става дума за литиеви батерии, използвани в цифрови продукти или батерии за електрически превозни средства, ние се надяваме, че енергийната плътност на батериите е възможно най-висока, а теглото на батериите става все по-леко и по-леко. По отношение на токоотводите, най-важното е да се намали дебелината и теглото на токоотводите, интуитивно намаляване на обема и теглото на батериите.

 

 

 

Токоприемникът на отрицателния електрод е проводящ субстрат, който поддържа активния материал на анода (напр. графит, силиций) в литиево-йонни батерии (LIB). Основните му роли включват:

• Електронна проводимост: Осигурява пътища с ниско{0}}съпротивление за електроните по време на зареждане/разреждане.
• Механична опора: Поддържа структурната цялост въпреки промените в обема на анода (напр. силицийът се разширява ~300%).
• Стабилност на интерфейса: Минимизира страничните реакции с електролитите.

 

 

Тъй като литиевите батерии се развиват бързо през последните години, токоприемниците също отбелязват бърз напредък. Алуминиевото фолио на положителния електрод е станало по-тънко с течение на времето: от 16 μm в миналото на 14 μm, след това намаля до 12 μm. Днес много производители на батерии вече произвеждат и използват 10 μm алуминиево фолио, а някои дори използват 8 μm.

 

За отрицателния електрод медното фолио е по-гъвкаво, така че дебелината му е спаднала от 12 μm на 10 μm, а след това на 8 μm. В момента много производители на батерии използват 6 μm фолио за масово производство. Някои компании също разработват 5 μm или дори 4 μm фолио, което може да се използва в бъдеще.

 

Тъй като медното и алуминиевото фолио, използвани в литиевите батерии, трябва да са много чисти, плътността на материала е основно същата. С намаляването на дебелината повърхностната плътност (тегло на единица площ) също намалява. В резултат на това общото тегло на батерията става все по-малко. Това отговаря на нуждите ни от по-леки и по-добри литиеви батерии.

 

 

За токоотводите, в допълнение към дебелината и теглото, свойствата на повърхността също имат значително влияние върху производството и работата на литиевите батерии. Това важи особено за токоприемника на отрицателния електрод. Поради ограниченията в производствените процеси медните фолиа, предлагани в момента на пазара, са основно от три типа: едностранно грапаво, двустранно грапаво и двустранно гладко. Тази асиметрична дву-странна структура води до неравномерно контактно съпротивление между покритията на отрицателния електрод от двете страни. В резултат на това капацитетът на отрицателния електрод се освобождава неравномерно.

 

В същото време асиметрията между двете страни също причинява непостоянна сила на свързване на покритието на отрицателния електрод. Това създава сериозен дисбаланс в живота на цикъла на зареждане-разреждане на покритията от всяка страна, което от своя страна ускорява намаляването на капацитета на батерията.

 

 

Първият в света електрохимичен метод за термична корозия е използван за получаване на микропоресто медно фолио. Това микропоресто медно фолио разполага с 4000–15 000 проходни-дупки на квадратен сантиметър, всеки с диаметър 2–25 μm, заедно с 10–10 000 слепи дупки с диаметри, вариращи от 10–50 μm. Освен това, горната и долната повърхност на фолиото са равномерно покрити с ецващи белези, които са 1–3 μm дълбоки, 1–5 μm широки и десетки микрометри дълги. Тези характеристики перфектно се справят с проблема с адхезията между суспензията на отрицателния електрод и медното фолио.

 

Специфичният размер на порите и следите от ецване води до по-висока грапавост на повърхността на микропорестото медно фолио, без неравности или назъбени ръбове. Освен това преходът между порите и повърхността на фолиото образува неправилна дъга, а не прав ъгъл от 90 градуса, което ефективно предотвратява образуването на литиеви дендрити по време на циклите на зареждане-разреждане и удължава живота на батерията.

 

Освен това микропорестата структура показва уникални морфологични характеристики. Порите, получени чрез електрохимична корозия, са с неправилна форма, като размерите на порите варират в определен диапазон. Диаметърът на всяка пора също се различава по различни оси. Тази неправилна геометрия на порите допълнително подобрява силата на свързване между медното фолио и суспензията на отрицателния електрод.

 

 

Индекс на микропорите		Микропореста разпределителна структура	Намаляване на площната плътност (%)	Свойства
Плътност на микропорите На CM2	Диаметър на микропорите μm			Якост на опън Н/мм2	Намаляване (%)	Удължение (%)	Намаляване (%)	съпротивление μΩ.cm	Увеличете (%)
4000-5999	2-25	Пълна повърхност	0.01-2.94	По-голямо или равно на 220	По-малко или равно на 25	По-голямо или равно на 1,3	По-малко или равно на 58	По-малко или равно на 2,20	По-малко или равно на 8
6000-7999			0.02-3.92	По-голямо или равно на 210	По-малко или равно на 28	По-голямо или равно на 1,15	По-малко или равно на 63
8000-9999			0.03-4.91	По-голямо или равно на 200	По-малко или равно на 32	По-голямо или равно на 1,05	По-малко или равно на 66
10000-12499	2-20		0.03-3.92	По-голямо или равно на 190	По-малко или равно на 35	По-голямо или равно на 1,10	По-малко или равно на 65
12500-15000	2-15		0.04-2.65	По-голямо или равно на 180	По-малко или равно на 39	По-голямо или равно на 1,00	По-малко или равно на 68

 

 

1. Медно фолио (доминиращ избор)

Предимства:

Най-висока проводимост (5,96×10⁷ S/m) за ефективен трансфер на заряд.

Пластичност: Издържа на разширяване на електрода без напукване.

Електрохимична стабилност при ниски потенциали (0–1 V спрямо Li⁺/Li).

Предизвикателства:

Тежки (~8,96 g/cm³ плътност) ограничава печалбите на енергийна плътност.

Склонен към корозия във влажна среда.

2. Медно фолио с въглеродно- покритие (новящо се)

Подобрени свойства:

Намалено междуфазово съпротивление (с 20–30%) чрез въглероден слой.

Подобрена адхезия за композити силиций/графит.

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

3. Алтернативни материали (етап на R&D)

• Колектор на три{0}}измерни структури: Изследователите са разработили 3D мрежови структури като медни нанопроводници и пеномед. Тези структури могат да предотвратят растежа на литиевите дендрити, което подобрява безопасността и живота на батерията. Те са особено подходящи за литиево-метални аноди.
• Композитно медно фолио: Този тип използва полимерни материали за заместване на част от металния слой. Ако батерията е пробита, тя няма да доведе до изпъкналост. Полимерът може също да действа като прекъсвач, за да спре топлинното бягство.
• Адаптиране към отрицателен електрод на основа-на силиций: Новите порести колектори на ток могат да намалят проблема с разширяването на обема на материалите на основата на-силиций по време на зареждане и разреждане. Това спомага за увеличаване на енергийната плътност на батерията.

 

 

Свържете се сега

 

 

• Подобрява адхезията между анодния материал и медното фолио.
• Има минимално въздействие върху генерирането на газ от батерията.
• Якостта на опън на микропорестото медно фолио остава сравнима с тази на оригиналното медно фолио.
• Съпротивлението на микропорестото медно фолио се увеличава с по-малко от 8%.
• Леко подобрява капацитета на литиево-йонните батерии.
• Значително подобрява последователността на производителността на батерията и увеличава производствения добив.
• Улеснява високо{0}}зареждане и разреждане.
• Намалява дела на медното фолио в общата маса на батерията.
• Подобрява омокряемостта на суспензията и електролита върху медното фолио.
• Намалява контактното съпротивление между катодния материал и алуминиевото фолио.
• Удължава живота на батерията.

 

 

Традиционното електроотложено медно фолио (ED-Cu) претърпява дълбока технологична еволюция:

Ултра{0}}изтъняване

• Тенденция: От ранните 12 μm и 10 μm фолиа, основният поток се измести към 6–8 μm. Високо{5}}продуктите вече използват 4,5 μm, а развитието се насочва към 3 μm, 2 μm и дори по-тънки фолиа.
• Драйвер: По-тънкото фолио намалява теглото и освобождава място, като директно увеличава енергийната плътност на батерията (особено гравиметричната енергийна плътност).
• Предизвикателство: Поставя екстремни изисквания към якостта на опън на фолиото, удължението, контрола на грапавостта на повърхността и производствения добив.

 

Висока производителност

• Медно фолио с висока -якост на-опън: Отговаря на изискванията за якост на електродни листове за процеси на подреждане и батерии с висока-енергийна-плътност.
• Медно фолио с нисък-профил (LP) и много{1}}нисък{2}}профил (VLP): По-гладките повърхности подобряват контакта с активния материал, подобряват равномерността на отлагането на литиеви-йони и подобряват ефективността на бързо-зареждане и живота на цикъла.
• Композитно медно фолио (или "сандвич" медно фолио, PET медно фолио)
• Структура: Полимерен поддържащ слой (PET/PP/PI, ~4–6 μm дебелина), покрит от двете страни с ултра-тънък метален меден слой (~1 μm).

 

 

 

 

Валцуваното медно фолио с мека температура, използвано като проводник в облеклото за изследвания за лечение на рак от наш клиент от Индонезия.

 

Нашите ED екраниращи медни фолиа с голямо удължение и висока якост на опън могат да се използват в много области. Можем да предоставим конкретната единична-матова, двойно-матова и двойно-бляскава ED мед за литиево-йонната батерия. Също така можем да предложим 2oz до 6oz (номинална дебелина от 70um до 210um) екранирани ED медни фолиа, използвани за екраниране на електрически продукти, особено като трансформатори, кабели, мобилни телефони, компютри, механична обработка, космически и индустриални приложения. Нещо повече, HTE (удължение при висока температура) от медно фолио с дебелина от 1/2oz до 2oz и VLP-HTE-HF(много-нисък-профил, удължение при висока температура и тежки ED медни фолиа, използвани в печатни платки, чийто максимален размер е 1295 mm x 2450 mm. По-долу е клиентът от САЩ Снимки за обратна връзка за екраниращите медни фолиа, използвани в стаята за ЯМР

 

Разработването на усъвършенствани анодни токоприемници, като микропоресто медно фолио, значително подобри производителността и надеждността на литиево-йонните батерии. Основните предимства включват:

• Подобрена адхезия – микропорестата структура увеличава силата на свързване между анодния материал (напр. графит или силиций) и медното фолио, предотвратявайки разслояването по време на цикличност.
• Потиснати литиеви дендрити – Неправилната геометрия на порите и гравираната повърхност елиминират острите ръбове, намалявайки образуването на дендрити и подобрявайки безопасността.
• Подобрено омокряне на електролита – Порестата структура улеснява по-доброто проникване на електролита, осигурявайки равномерен транспорт на йони и кинетика на реакцията.
• Възможност за висока-скорост – Оптимизираната проводимост и свойства на повърхността позволяват по-бързо зареждане и разреждане без значително натрупване на съпротивление.
• Механична стабилност – Якостта на опън остава сравнима с тази на конвенционалното фолио, осигурявайки структурна цялост при натоварване.
• Удължен живот на цикъла – Намаленият растеж на дендритите и подобрената стабилност на интерфейса допринасят за по-дълъг живот на батерията.
• Леко предимство – Намаленото съдържание на мед намалява общото тегло на батерията, като същевременно запазва производителността.

 

Тези нововъведения се справят с критичните предизвикателства при батериите с висока-енергийна-плътност, превръщайки микропорестите токоотводи в обещаващо решение за следващо{2}}поколение-йонни батерии, особено за електрически превозни средства и приложения с висока-мощност.

 

 

В1: Какво представлява токоприемникът на отрицателния електрод в литиево-йонна батерия?

О: Това е металното фолио (почти винаги медно), което събира електрони от анодния активен материал и ги изпраща към външната верига. Той също така осигурява физическа опора за анодното покритие.

 

В2: Защо за отрицателния електрод се използва мед вместо алуминий?

О: Тъй като отрицателният електрод работи при много ниско напрежение (около 0,1 V спрямо Li/Li⁺). Медта е стабилна при това напрежение. Алуминият би реагирал с литий, за да образува крехка сплав (LiAl), причинявайки разпадане на фолиото.

 

Q3: Колко дебело е медното фолио за отрицателния електрод?

О: Основната дебелина на потока е 6 μm (микрометра). За сравнение, човешкият косъм е с дебелина около 70 μm. Някои усъвършенствани батерии използват 4,5 μm или дори 3 μm фолио.

 

Q4: Как се прави медно фолио за отрицателен електрод?

О: Повечето са направени отелектроотлагане. Медта се посява от разтвор на меден сулфат върху въртящ се титанов барабан. След това фолиото се отлепва, обработва се и се нарязва на ширина. Този метод се нарича електролитно медно фолио (ED фолио) и представлява над 90% от пазара.

 

Q5: Каква е разликата между лъскавата страна и матовата страна?

О: По време на производството едната страна на фолиото докосва титаниевия барабан – тази страна става гладка (лъскава страна). Другата страна расте свободно и става грапава (матова страна). Грапавата страна е умишлено направена така, че да има известна грапавост, така че анодната каша да залепва добре.

 

Q6: Какво е "композитно медно фолио"?

О: Това е нов тип, при който тънка пластмасова сърцевина (като PET или PP) е поставена между два много тънки медни слоя (около 1 μm всеки). Той е по-лек и по-безопасен – ако батерията се пробие, пластмасата се топи и прекъсва веригата, предотвратявайки термичното изтичане. Въпреки това, той все още се разработва за масово производство.

 

В7: Полупроводниковите-батерии все още ли се нуждаят от токоприемник с меден отрицателен електрод?

О: Повечето конструкции на-батерии в твърдо състояние все още използват меден токоприемник за отрицателния електрод. Въпреки това медната повърхност може да се нуждае от специално покритие (като никел), за да работи добре с твърдия електролит.

 

Въпрос 8: Каква е бъдещата тенденция за колекторите на ток с отрицателен електрод?

A: Вижте тенденцията за колектори на ток с отрицателен електрод, както е показано по-долу:

• По-тънки фолиа: Преминаване от 6 μm до 4,5 μm и дори 3 μm
• Композитни медни фолиа: По-леки и по-безопасни, очаква се бързо нарастване
• Триизмерни структури: Мрежи от медна пяна или нанопроводници за работа с литиево-метални аноди и потискане на дендрити

 

Популярни тагове: литиево-йонна батерия отрицателен електрод токоприемник, Китай литиево-йонна батерия отрицателен електрод токоприемник производители