Litijum-jonska baterija Strujni kolektor negativne elektrode

Zbog činjenice da su četiri glavne komponente koje čine litijum{0}}ionske baterije materijal pozitivne elektrode, materijal negativne elektrode, separator film i elektrolit. Međutim, pored četiri glavne komponente, kolektor struje koji se koristi za skladištenje materijala pozitivnih i negativnih elektroda je također važan dio litijumskih baterija.

Za litijum{0}}ionske baterije, uobičajeni kolektor pozitivne struje je aluminijumska folija, a negativni kolektor struje je bakarna folija. Da bi se osigurala stabilnost kolektora struje unutar baterije, potrebno je da čistoća oba bude iznad 98%. Uz kontinuirani razvoj tehnologije litijumskih baterija, bilo da se radi o litijumskim baterijama koje se koriste u digitalnim proizvodima ili baterijama za električna vozila, nadamo se da će gustoća energije baterija biti što veća, a težina baterija sve lakša i lakša. Što se tiče strujnih kolektora, najvažnije je smanjiti debljinu i težinu strujnih kolektora, intuitivno smanjujući volumen i težinu baterija.

 

 

 

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

• Elektronska provodljivost: Pruža puteve niske-otpornosti za elektrone tokom punjenja/pražnjenja.
• Mehanička podrška: Održava strukturni integritet uprkos promenama zapremine anode (npr. silicijum se širi ~300%).
• Stabilnost sučelja: Minimizira nuspojave s elektrolitima.

 

 

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

 

Za negativnu elektrodu, bakrena folija je fleksibilnija, pa je njena 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 kompanije razvijaju i foliju od 5 μm ili čak 4 μm, koja bi se mogla koristiti u budućnosti.

 

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

 

 

Za strujne kolektore, osim debljine i težine, svojstva površine također imaju značajan utjecaj na proizvodnju i performanse litijumskih baterija. Ovo posebno vrijedi za kolektor struje negativne elektrode. Zbog ograničenja u proizvodnim procesima, bakarne folije koje su trenutno dostupne na tržištu su uglavnom tri vrste: jednostrano-ohrapave, dvostrano-obučene i dvostrano-glatke. Ova asimetrična dvostrana -struktura dovodi do neujednačenog kontaktnog otpora između obloga negativnih elektroda na dvije strane. Kao rezultat toga, kapacitet negativne elektrode se oslobađa neravnomjerno.

 

U isto vrijeme, asimetrija između dvije strane također uzrokuje nedosljednu čvrstoću vezivanja premaza negativne elektrode. Ovo stvara ozbiljnu neravnotežu u ciklusu punjenja-pražnjenja premaza na svakoj strani, što zauzvrat ubrzava pad kapaciteta baterije.

 

 

Za pripremu mikroporozne bakarne folije korištena je prva elektrohemijska metoda termičke korozije. Ova mikroporozna bakarna folija ima 4.000–15.000 rupa po kvadratnom centimetru, svaka prečnika 2–25 μm, zajedno sa 10–10.000 slijepih rupa prečnika od 10–50 μm. Dodatno, gornja i donja površina folije su ravnomjerno prekrivene tragovima jetkanja koji su duboki 1–3 μm, široki 1–5 μm i dugi desetinama mikrometara. Ove karakteristike savršeno rješavaju problem prianjanja između suspenzije negativne elektrode i bakarne folije.

 

Specifična veličina pora i tragova jetkanja rezultira većom hrapavostom površine mikroporozne bakrene folije, bez neravnina ili nazubljenih rubova. Štaviše, prijelaz između pora i površine folije formira nepravilan luk, a ne pravi ugao od 90 stepeni, što efektivno sprečava stvaranje litijumskih dendrita tokom ciklusa punjenja{2}}pražnjenja i produžava životni vijek baterije.

 

Nadalje, mikroporozna struktura pokazuje jedinstvene morfološke osobine. Pore ​​nastale elektrohemijskom korozijom su nepravilnog oblika, a veličine pora variraju unutar određenog raspona. Promjer svake pore također se razlikuje duž različitih osa. Ova nepravilna geometrija pora dodatno povećava snagu veze između bakarne folije i suspenzije negativne elektrode.

 

 

Micropore Index		Mikroporozna struktura distribucije	Smanjenje površinske gustine (%)	Svojstva
Micropore Density Po CM2	Prečnik mikropora μm			Zatezna čvrstoća N/mm2	Smanjenje (%)	Izduženje (%)	Redukcija (%)	otpornost μΩ.cm	Povećaj (%)
4000-5999	2-25	Full Surface	0.01-2.94	Veće ili jednako 220	Manje ili jednako 25	Veće ili jednako 1,3	Manje ili jednako 58	Manje ili jednako 2,20	Manje ili jednako 8
6000-7999			0.02-3.92	Veće ili jednako 210	Manje ili jednako 28	Veće ili jednako 1,15	Manje ili jednako 63
8000-9999			0.03-4.91	Veće ili jednako 200	Manje ili jednako 32	Veće ili jednako 1,05	Manje ili jednako 66
10000-12499	2-20		0.03-3.92	Veće ili jednako 190	Manje ili jednako 35	Veće ili jednako 1,10	Manje ili jednako 65
12500-15000	2-15		0.04-2.65	Veće ili jednako 180	Manje ili jednako 39	Veće ili jednako 1,00	Manje ili jednako 68

 

 

1. Bakrena folija (dominantni izbor)

Prednosti:

Najveća provodljivost (5,96×10⁷ S/m) za efikasan prenos punjenja.

Duktilnost: Podnosi ekspanziju elektrode bez pucanja.

Elektrohemijska stabilnost pri niskim potencijalima (0–1 V u odnosu na Li⁺/Li).

Izazovi:

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

Sklon koroziji u vlažnim sredinama.

2. Bakrena folija obložena ugljikom-(nastaje)

Poboljšana svojstva:

Smanjena međufazna otpornost (za 20-30%) preko sloja ugljenika.

Poboljšana adhezija za kompozite silicijum/grafita.

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

3. Alternativni materijali (faza istraživanja i razvoja)

• Kolektor trodimenzionalnih struktura: Istraživači su razvili 3D mrežne strukture kao što su bakarne nanožice i pjenasti bakar. Ove strukture mogu spriječiti rast litijumskih dendrita, što poboljšava sigurnost i vijek trajanja baterije. Posebno su pogodni za litijumske metalne anode.
• Kompozitna bakrena folija: Ovaj tip koristi polimerne materijale za zamjenu dijela metalnog sloja. Ako je baterija probušena, neće proizvesti neravnine. Polimer takođe može delovati kao prekidač za zaustavljanje toplotnog bežanja.
• Adaptacija na negativnu elektrodu na bazi silikona{0}}: Novi porozni kolektori struje mogu smanjiti problem proširenja zapremine materijala na bazi silicijuma{1}} tokom punjenja i pražnjenja. Ovo pomaže u povećanju gustine energije baterije.

 

 

Kontaktirajte sada

 

 

• Poboljšava prianjanje između anodnog materijala i bakarne folije.
• Ima minimalan uticaj na proizvodnju gasa iz baterije.
• Vlačna čvrstoća mikroporozne bakrene folije ostaje uporediva sa onom originalne bakarne folije.
• Otpornost mikroporozne bakarne folije se povećava za manje od 8%.
• Blago poboljšava kapacitet litijum{0}}jonskih baterija.
• Značajno poboljšava konzistentnost performansi baterija i povećava prinos proizvodnje.
• Olakšava visoko{0}}punjenje i pražnjenje.
• Smanjuje udio bakarne folije u ukupnoj masi baterije.
• Poboljšava kvašenje suspenzije i elektrolita na bakrenoj foliji.
• Smanjuje otpor kontakta između materijala katode i aluminijske folije.
• Produžuje vijek trajanja baterije.

 

 

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

Ultra{0}}Stanjivanje

• Trend: Od ranih folija od 12 μm i 10 μm, mainstream se pomjerio na 6-8 μm. Vrhunski{5}} 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, direktno povećavajući gustoću energije baterije (posebno gravimetrijsku gustinu energije).
• Izazov: postavlja ekstremne zahtjeve za vlačnu čvrstoću folije, istezanje, kontrolu hrapavosti površine i proizvodni prinos.

 

Visoke performanse

• Bakarna folija visoke-zatezne-kosti: Ispunjava zahtjeve čvrstoće ploča elektroda za procese slaganja i baterija visoke{2}}energetske{3}}gustine.
• Bakarna folija niskog{0}}profila (LP) i veoma-niskog-profila (VLP): Glatke površine poboljšavaju kontakt sa aktivnim materijalom, poboljšavaju ujednačenost taloženja litijum{3}}jona i poboljšavaju performanse brzog-punjenja i vijek trajanja.
• Kompozitna bakrena folija (ili "sendvič" bakrena folija, PET bakrena folija)
• Struktura: Polimerni noseći sloj (PET/PP/PI, ~4–6 μm debljine) obložen sa obje strane ultra- tankim metalnim bakrenim slojem (~1 μm).

 

 

 

 

Valjana bakrena folija mekog temperamenta koja se koristi kao provodnik u odeći za istraživanje lečenja raka od našeg kupca iz Indonezije.

 

Naše ED zaštitne bakrene folije sa visokim izduženjem i visokom zateznom čvrstoćom mogu se koristiti u mnogim područjima. Možemo obezbijediti specifičan jedno-mat, dvostruko-mat i dvostruko-sjajni ED bakar za Li-ionsku bateriju. Takođe možemo ponuditi 2oz do 6oz (nominalna debljina 70um do 210um) zaštićene ED bakarne folije koje se koriste za zaštitu električnih proizvoda, posebno kao transformator, kabl, mobilni telefon, računar, mehanička obrada, vazduhoplovstvo i industrijska primena. Štaviše, HTE (visoko temperaturno izduženje) od 1/2oz do 2oz debljine bakrene folije i VLP-HTE-HF(veoma-niskog-profila, visokotemperaturnog izduženja i teške ED bakarne folije, koji se koriste u PCB-u, čija je maksimalna dimenzija US2 kupca x49 mm 0 mm. Povratne slike za zaštitne bakarne folije koje se koriste u MRI sobi

 

Razvoj naprednih anodnih kolektora struje, kao što je mikroporozna bakarna folija, značajno je poboljšao performanse i pouzdanost litijum{0}}jonskih baterija. Ključne prednosti uključuju:

• Poboljšana adhezija – Mikroporozna struktura povećava čvrstoću veze između materijala anode (npr. grafita ili silicijuma) i bakarne folije, sprečavajući raslojavanje tokom ciklusa.
• Potisnuti litijumski dendriti – Nepravilna geometrija pora i urezana površina eliminišu oštre ivice, smanjujući stvaranje dendrita i poboljšavajući sigurnost.
• Poboljšano vlaženje elektrolita – Porozna struktura olakšava bolje prodiranje elektrolita, osiguravajući ujednačen transport jona i kinetiku reakcije.
• Mogućnost visoke-brzine – Optimizirana provodljivost i svojstva međufaza omogućavaju brže punjenje i pražnjenje bez značajnog nagomilavanja otpora.
• Mehanička stabilnost – Vlačna čvrstoća ostaje uporediva sa konvencionalnom folijom, osiguravajući strukturni integritet pod naprezanjem.
• Produženi životni vijek – smanjeni rast dendrita i poboljšana stabilnost interfejsa doprinose dužem vijeku trajanja baterije.
• Lagana prednost – smanjeni sadržaj bakra smanjuje ukupnu težinu baterije uz održavanje performansi.

 

Ove inovacije rješavaju kritične izazove u baterijama velike-energetske-gustine, čineći mikroporozne kolektore struje obećavajućim rješenjem za sljedeću{2}}generaciju litijum-jonskih baterija, posebno za električna vozila i aplikacije velike{4}}

 

 

P1: Šta je kolektor struje negativne elektrode u litijum-jonskoj bateriji?

O: Metalna folija (gotovo uvijek bakar) skuplja elektrone iz aktivnog materijala anode i šalje ih u vanjsko kolo. Takođe pruža fizičku podršku za anodni premaz.

 

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

O: Zato što negativna elektroda radi na vrlo niskom naponu (oko 0,1V u odnosu na Li/Li⁺). Bakar je stabilan na ovom naponu. Aluminijum bi reagovao sa litijumom da bi formirao lomljivu leguru (LiAl), uzrokujući da se folija raspadne.

 

P3: Koliko je debela bakarna folija za negativnu elektrodu?

O: Osnovna debljina toka je 6 μm (mikrometara). Poređenja radi, ljudska kosa je debela oko 70 μm. Neke napredne baterije koriste foliju od 4,5 μm ili čak 3 μm.

 

P4: Kako se pravi bakarna folija negativne elektrode?

O: Većina je napravljena od straneelektrodepozicija. Bakar se nanosi iz rastvora bakar sulfata na rotirajući titanijumski bubanj. Folija se zatim skida, tretira i reže na širinu. Ova metoda se naziva elektrolitička bakrena folija (ED folija) i zauzima preko 90% tržišta.

 

P5: Koja je razlika između sjajne i mat strane?

O: Tokom proizvodnje, jedna strana folije dodiruje titanijumski bubanj – ta strana postaje glatka (sjajna strana). Druga strana raste slobodno i postaje hrapava (mat strana). Gruba strana je namjerno napravljena da ima određenu hrapavost kako bi se anodna suspenzija dobro zalijepila.

 

P6: Šta je "kompozitna bakarna folija"?

O: To je novi tip gdje je tanko plastično jezgro (poput PET ili PP) stisnuto između dva vrlo tanka sloja bakra (oko 1 μm svaki). Lakši je i sigurniji – ako je baterija probušena, plastika se topi i prekida strujno kolo, sprečavajući termički bijeg. Međutim, još uvijek se razvija za masovnu proizvodnju.

 

P7: Da li je čvrstim{1}}baterijama još uvijek potreban kolektor struje bakrene negativne elektrode?

O: Većina modela baterija u čvrstom stanju-i dalje koristi bakarni kolektor struje za negativnu elektrodu. Međutim, bakrenoj površini može biti potreban poseban premaz (kao što je nikl) da bi dobro funkcionirala s čvrstim elektrolitom.

 

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

O: Pogledajte trend za kolektore struje negativne elektrode kako slijedi:

• Tanje folije: kreću se od 6 μm do 4,5 μm pa čak i 3 μm
• Kompozitne bakarne folije: Lakše i sigurnije, očekuje se da će brzo rasti
• Trodimenzionalne strukture: mreže od bakrene pjene ili nanožica za rad s litijum metalnim anodama i suzbijanje dendrita

 

Popularni tagovi: litijum-jonska baterija negativna elektroda strujni kolektor, Kina litijum-jonska baterija negativna elektroda strujni kolektor proizvođači