Litiumioniakun negatiivinen elektrodivirran kerääjä

Koska litiumioniakkujen neljä pääkomponenttia ovat positiivisen elektrodin materiaali, negatiivisen elektrodin materiaali, erotinkalvo ja elektrolyytti. Kuitenkin neljän pääkomponentin lisäksi positiivisten ja negatiivisten elektrodimateriaalien varastointiin käytettävä virrankeräin on myös tärkeä osa litiumakkuja.

Litium{0}}ioni-akuissa yleisesti käytetty positiivinen virrankeräin on alumiinifolio ja negatiivinen virrankeräin kuparifolio. Akun sisällä olevan virrankeräimen vakauden varmistamiseksi molempien puhtauden on oltava yli 98 %. Litium-akkuteknologian jatkuvan kehityksen myötä, olipa kyseessä digituotteissa käytetyt litiumakut tai sähköajoneuvojen akut, toivomme, että akkujen energiatiheys on mahdollisimman korkea ja akkujen paino kevenee ja kevenee. Virrankeräinten kannalta tärkeintä on vähentää virrankeräinten paksuutta ja painoa, mikä vähentää intuitiivisesti akkujen tilavuutta ja painoa.

 

 

 

Negatiivisen elektrodin virrankeräin on johtava substraatti, joka tukee anodin aktiivista materiaalia (esim. grafiittia, piitä) litium-ioni-akuissa (LIB). Sen päärooleja ovat:

• Elektronien johtavuus: Tarjoaa alhaisen{0}}resistanssin reittejä elektroneille latauksen/purkauksen aikana.
• Mekaaninen tuki: Säilyttää rakenteellisen eheyden anodin tilavuuden muutoksista huolimatta (esim. pii laajenee ~300%).
• Rajapinnan vakaus: Minimoi sivureaktiot elektrolyyttien kanssa.

 

 

Litiumparistot ovat kehittyneet nopeasti viime vuosina, ja myös nykyiset keräilijät ovat kehittyneet nopeasti. Positiivisen elektrodin alumiinifolio on ohuempi ajan myötä: aiemmasta 16 μm:stä 14 μm:iin, sitten alas 12 μm:iin. Nykyään monet akkuvalmistajat valmistavat ja käyttävät jo 10 μm alumiinifoliota ja jotkut jopa 8 μm.

 

Negatiiviselle elektrodille kuparifolio on joustavampi, joten sen paksuus on pudonnut 12 μm:stä 10 μm:iin ja sitten 8 μm:iin. Tällä hetkellä monet akkuvalmistajat käyttävät 6 μm:n kalvoa massatuotantoon. Jotkut yritykset kehittävät myös 5 μm tai jopa 4 μm kalvoa, jota voidaan käyttää tulevaisuudessa.

 

Koska litiumakuissa käytettävän kuparin ja alumiinifolion on oltava erittäin puhdasta, materiaalin tiheys on periaatteessa sama. Paksuuden pienentyessä myös pintatiheys (paino pinta-alayksikköä kohti) laskee. Tämän seurauksena akun kokonaispaino pienenee ja pienenee. Tämä täyttää tarpeemme kevyempien ja parempien litiumakkujen suhteen.

 

 

Virrankeräinten kohdalla litiumakkujen tuotantoon ja suorituskykyyn vaikuttavat paksuuden ja painon lisäksi merkittävästi myös pintaominaisuudet. Tämä pätee erityisesti negatiivisen elektrodin virrankerääjään. Valmistusprosessien rajoitusten vuoksi markkinoilla tällä hetkellä saatavilla olevia kuparikalvoja on pääasiassa kolmea tyyppiä: yksipuolinen-karhennettu, kaksipuolinen-karhennettu ja kaksipuolinen sileä-. Tämä epäsymmetrinen kaksipuolinen rakenne johtaa epätasaiseen kosketusresistanssiin negatiivisten elektrodien pinnoitteiden välillä molemmilla puolilla. Tämän seurauksena negatiivinen elektrodin kapasiteetti vapautuu epätasaisesti.

 

Samanaikaisesti kahden puolen välinen epäsymmetria aiheuttaa myös negatiivisen elektrodin pinnoitteen epäyhtenäisen sidoslujuuden. Tämä aiheuttaa vakavan epätasapainon kummankin puolen pinnoitteiden lataus-purkaussyklien kestoon, mikä puolestaan ​​nopeuttaa akun kapasiteetin laskua.

 

 

Mikrohuokoisen kuparikalvon valmistukseen käytettiin maailman ensimmäistä sähkökemiallista lämpökorroosiomenetelmää. Tässä mikrohuokoisessa kuparikalvossa on 4 000–15 000 läpi{5}}reikää neliösenttimetriä kohden, kunkin halkaisijaltaan 2–25 μm, sekä 10–10 000 läpimitaltaan 10–50 μm. Lisäksi kalvon ylä- ja alapinnat peitetään tasaisesti etsausjälkillä, jotka ovat 1–3 μm syviä, 1–5 μm leveitä ja kymmeniä mikrometrejä pitkiä. Nämä ominaisuudet ratkaisevat täydellisesti negatiivisen elektrodilietteen ja kuparikalvon välisen tartuntaongelman.

 

Huokosten ja etsausjälkien erityinen koko johtaa mikrohuokoisen kuparikalvon korkeampaan pinnan karheuteen, jossa ei ole purseita tai rosoisia reunoja. Lisäksi siirtymä huokosten ja folion pinnan välillä muodostaa epäsäännöllisen kaaren 90 asteen suoran kulman sijaan, mikä estää tehokkaasti litiumdendriittien muodostumisen latausjaksojen aikana ja pidentää akun käyttöikää.

 

Lisäksi mikrohuokoisella rakenteella on ainutlaatuisia morfologisia piirteitä. Sähkökemiallisen korroosion avulla syntyvät huokoset ovat epäsäännöllisen muotoisia, ja huokoskoot vaihtelevat tietyllä alueella. Jokaisen huokosen halkaisija vaihtelee myös eri akseleilla. Tämä epäsäännöllinen huokosgeometria parantaa entisestään kuparikalvon ja negatiivisen elektrodilietteen välistä sidoslujuutta.

 

 

Mikrohuokosindeksi		Mikrohuokoinen jakelurakenne	Pinta-alatiheyden lasku (%)	Ominaisuudet
Mikrohuokosten tiheys per CM2	Mikrohuokosten halkaisija μm			Vetolujuus N/mm2	Vähennä (%)	Pidentymä (%)	Vähentäminen (%)	vastus μΩ.cm	Lisätä (%)
4000-5999	2-25	Täysi pinta	0.01-2.94	Suurempi tai yhtä suuri kuin 220	Pienempi tai yhtä suuri kuin 25	Suurempi tai yhtä suuri kuin 1,3	Pienempi tai yhtä suuri kuin 58	Pienempi tai yhtä suuri kuin 2,20	Pienempi tai yhtä suuri kuin 8
6000-7999			0.02-3.92	Suurempi tai yhtä suuri kuin 210	Pienempi tai yhtä suuri kuin 28	Suurempi tai yhtä suuri kuin 1,15	Pienempi tai yhtä suuri kuin 63
8000-9999			0.03-4.91	Suurempi tai yhtä suuri kuin 200	Pienempi tai yhtä suuri kuin 32	Suurempi tai yhtä suuri kuin 1,05	Pienempi tai yhtä suuri kuin 66
10000-12499	2-20		0.03-3.92	Suurempi tai yhtä suuri kuin 190	Pienempi tai yhtä suuri kuin 35	Suurempi tai yhtä suuri kuin 1,10	Pienempi tai yhtä suuri kuin 65
12500-15000	2-15		0.04-2.65	Suurempi tai yhtä suuri kuin 180	Pienempi tai yhtä suuri kuin 39	Suurempi tai yhtä suuri kuin 1,00	Pienempi tai yhtä suuri kuin 68

 

 

1. Kuparifolio (dominoiva valinta)

Edut:

Korkein johtavuus (5,96×10⁷ S/m) tehokkaaseen varauksen siirtoon.

Mukavuus: Kestää elektrodin laajenemista halkeilematta.

Sähkökemiallinen stabiilisuus matalilla potentiaalilla (0–1 V vs. Li⁺/Li).

Haasteet:

Raskas (~8,96 g/cm³ tiheys) rajoittaa energiatiheyden kasvua.

Alttia korroosiolle kosteissa ympäristöissä.

2. Hiili-päällystetty kuparifolio (syntyvä)

Parannetut ominaisuudet:

Vähentynyt rajapintojen vastus (20–30 %) hiilikerroksen kautta.

Parannettu tarttuvuus pii/grafiittikomposiiteille.

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

3. Vaihtoehtoiset materiaalit (T&K-vaihe)

• Kolmiulotteinen rakennekerääjä: Tutkijat ovat kehittäneet 3D-verkkorakenteita, kuten kuparinanolankoja ja vaahtokuparia. Nämä rakenteet voivat estää litiumdendriittien kasvua, mikä parantaa akun turvallisuutta ja käyttöikää. Ne sopivat erityisen hyvin litiummetallianodeille.
• Komposiittikuparifolio: Tämä tyyppi käyttää polymeerimateriaaleja korvaamaan osan metallikerroksesta. Jos akku on puhjennut, se ei synnytä purseita. Polymeeri voi myös toimia katkaisijana lämmön karkaamisen estämiseksi.
• Sopeutuminen pii{0}}pohjaiseen negatiiviseen elektrodiin: Uudet huokoiset virrankerääjät voivat vähentää pii-pohjaisten materiaalien tilavuuden laajenemisongelmaa latauksen ja purkamisen aikana. Tämä auttaa lisäämään akun energiatiheyttä.

 

 

Ota yhteyttä nyt

 

 

• Parantaa anodimateriaalin ja kuparikalvon välistä tarttuvuutta.
• Vaikuttaa vain vähän akun kaasuntuotantoon.
• Mikrohuokoisen kuparikalvon vetolujuus pysyy vertailukelpoisena alkuperäisen kuparikalvon kanssa.
• Mikrohuokoisen kuparikalvon ominaisvastus kasvaa alle 8 %.
• Parantaa hieman litium-ioni-akkujen kapasiteettia.
• Parantaa merkittävästi akun suorituskyvyn yhdenmukaisuutta ja lisää tuotannon tuottoa.
• Helpottaa nopeaa{0}}latausta ja purkamista.
• Vähentää kuparifolion osuutta akun kokonaismassasta.
• Parantaa lietteen ja elektrolyytin kostuvuutta kuparikalvolla.
• Vähentää katodimateriaalin ja alumiinifolion välistä kosketusvastusta.
• Pidentää akun käyttöikää.

 

 

Perinteinen sähkösaostettu kuparifolio (ED-Cu) käy läpi syvällistä teknologista kehitystä:

Ultra-harvennus

• Trendi: Varhaisista 12 μm ja 10 μm kalvoista valtavirta on siirtynyt 6–8 μm:iin. Laadukkaat tuotteet
• Ohjain: Ohuempi kalvo vähentää painoa ja vapauttaa tilaa lisäämällä suoraan akun energiatiheyttä (etenkin gravimetristä energiatiheyttä).
• Haaste: Asettaa äärimmäisiä vaatimuksia kalvon vetolujuudelle, venymiselle, pinnan karheuden hallitukselle ja tuotannon saannolle.

 

Korkea suorituskyky

• Suuri-vetolujuus-kuparifolio: Täyttää pinoamisprosesseissa ja korkean-energiatiheyksisten-akkujen elektrodilevyjen lujuusvaatimukset.
• Matalaprofiilinen (LP) ja erittäin-vähän-profiilinen (VLP) kuparifolio: Tasaisemmat pinnat parantavat kosketusta aktiivisen materiaalin kanssa, lisäävät litium-ionien muodostumisen tasaisuutta ja parantavat nopeaa-lataustehoa ja käyttöikää.
• Komposiittikuparifolio (tai "Sandwich"-kuparifolio, PET-kuparifolio)
• Rakenne: Polymeeritukikerros (PET/PP/PI, paksuus ~4–6 μm), joka on päällystetty molemmilta puolilta ultra-ohuella metallikuparikerroksella (~1 μm).

 

 

 

 

Indonesialaisen asiakkaamme syövänhoitotutkimuksen vaatteiden johtimena käytetty pehmeää karkaistua valssattua kuparifoliota.

 

ED-suojauskuparikalvojamme, joilla on korkea venymä ja suuri vetolujuus, voidaan käyttää monilla alueilla. Voimme tarjota erityistä yksi-matta-, kaksois-matta- ja kaksinkertainen-kiiltävä ED-kupari Li--ioni-akulle. Ja voimme myös tarjota 2 unssia - 6 unssia (nimellispaksuus 70 um - 210 um) suojattuja ED-kuparikalvoja, joita käytetään sähkötuotteiden suojaamiseen, erityisesti muuntajan, kaapelin, matkapuhelimen, tietokoneen, mekaanisen käsittelyn, ilmailun ja teollisuuden sovelluksina. Lisäksi HTE (korkean lämpötilan venymä) 1/2 unssin ja 2 unssin paksuisesta kuparifoliosta ja VLP-HTE-HF (erittäin-matala-profiili, korkean lämpötilan venymä ja raskaat ED-kuparikalvot, joita käytetään PCB:ssä, jonka maksimimitta on 129 pikseliä 0,5 mm, 0,29 mm. MRI-huoneessa käytetyille suojakuparikalvoille

 

Kehittyneiden anodivirrankeräinten, kuten mikrohuokoisen kuparifolion, kehitys on parantanut merkittävästi litium-ioni-akkujen suorituskykyä ja luotettavuutta. Keskeisiä etuja ovat:

• Tehostettu tarttuvuus – Mikrohuokoinen rakenne lisää anodimateriaalin (esim. grafiitin tai piin) ja kuparikalvon välistä sidoslujuutta estäen delaminaatiota pyöräilyn aikana.
• Tukahdutetut litiumdendriitit – Epäsäännöllinen huokosgeometria ja syövytetty pinta eliminoivat terävät reunat, vähentäen dendriitin muodostumista ja parantaen turvallisuutta.
• Parannettu elektrolyytin kostutus – Huokoinen rakenne helpottaa elektrolyytin parempaa tunkeutumista varmistaen tasaisen ionien kuljetuksen ja reaktiokinetiikan.
• Suuri-nopeuskapasiteetti – Optimoitu johtavuus ja rajapintaominaisuudet mahdollistavat nopeamman latauksen ja purkamisen ilman merkittävää vastuksen muodostumista.
• Mekaaninen vakaus – Vetolujuus on verrattavissa tavanomaiseen kalvoon, mikä varmistaa rakenteellisen eheyden rasituksessa.
• Pidentynyt käyttöikä – Dendriitin hidastunut kasvu ja parannettu käyttöliittymän vakaus pidentävät akun käyttöikää.
• Kevyt etu – Alennettu kuparipitoisuus alentaa akun kokonaispainoa säilyttäen samalla suorituskyvyn.

 

Nämä innovaatiot vastaavat suuri{0}}energiatiheyksisten-akkujen kriittisiin haasteisiin ja tekevät mikrohuokoisista virrankeräjistä lupaavan ratkaisun seuraavan-sukupolven litium-akkuihin, erityisesti sähköajoneuvoihin ja suuritehoisiin-sovelluksiin.

 

 

Kysymys 1: Mikä on negatiivisen elektrodin virrankeräin litium-ioni-akussa?

V: Metallikalvo (melkein aina kuparia) kerää elektronit anodin aktiivisesta materiaalista ja lähettää ne ulkoiseen piiriin. Se tarjoaa myös fyysistä tukea anodipinnoitteelle.

 

Q2: Miksi negatiiviseen elektrodiin käytetään kuparia alumiinin sijaan?

V: Koska negatiivinen elektrodi toimii erittäin alhaisella jännitteellä (noin 0,1 V vs. Li/Li⁺). Kupari on vakaa tällä jännitteellä. Alumiini reagoi litiumin kanssa muodostaen hauraan seoksen (LiAl), jolloin kalvo hajoaa.

 

Q3: Kuinka paksu on negatiivisen elektrodin kuparikalvo?

V: Päävirran paksuus on 6 μm (mikrometriä). Vertailun vuoksi: ihmisen hiukset ovat noin 70 μm paksuja. Jotkut kehittyneet akut käyttävät 4,5 μm tai jopa 3 μm kalvoa.

 

Q4: Kuinka negatiivisen elektrodin kuparikalvo valmistetaan?

V: Suurin osa on valmistanutsähkösaostus. Kupari pinnoitetaan kuparisulfaattiliuoksesta pyörivälle titaanirummulle. Sitten folio kuoritaan pois, käsitellään ja leikataan leveyteen. Tätä menetelmää kutsutaan elektrolyyttiseksi kuparifolioksi (ED-folio), ja sen osuus markkinoista on yli 90 %.

 

K5: Mitä eroa on kiiltävällä ja mattapinnalla?

V: Tuotannon aikana kalvon toinen puoli koskettaa titaanirumpua - siitä tulee sileä (kiiltävä puoli). Toinen puoli kasvaa vapaasti ja muuttuu karheaksi (mattapuoli). Karkea puoli on tarkoituksella tehty tietyn karkeudeksi, jotta anodiliete tarttuu hyvin.

 

Q6: Mikä on "komposiittikuparifolio"?

V: Se on uusi tyyppi, jossa ohut muovisydän (kuten PET tai PP) asetetaan kahden erittäin ohuen kuparikerroksen väliin (kukin noin 1 μm). Se on kevyempi ja turvallisempi – jos akku puhjenee, muovi sulaa ja katkaisee piirin, mikä estää lämmön karkaamisen. Sitä kuitenkin kehitetään edelleen massatuotantoa varten.

 

Kysymys 7: Tarvitsevatko puolijohde-akut vielä kuparisen negatiivisen elektrodin virrankerääjän?

V: Useimmat kiinteän olomuodon{0}}paristot käyttävät edelleen kuparivirran kerääjää negatiivisena elektrodina. Kuparipinta saattaa kuitenkin tarvita erityistä pinnoitetta (kuten nikkeliä), jotta se toimisi hyvin kiinteän elektrolyytin kanssa.

 

Q8: Mikä on negatiivisten elektrodien virrankeräinten tulevaisuuden trendi?

V: Katso negatiivisten elektrodien virrankeräinten trendi alla:

• Ohuemmat kalvot: 6 μm:stä 4,5 μm:iin ja jopa 3 μm:iin
• Komposiittikuparikalvot: Kevyempi ja turvallisempi, odotetaan kasvavan nopeasti
• Kolmiulotteiset rakenteet: kuparivaahto- tai nanolankaverkot, jotka toimivat litiummetallianodien kanssa ja estävät dendriittejä

 

Suositut Tagit: litiumioniakun negatiivisen elektrodin virrankeräin, Kiinan litiumioniakun negatiivisen elektrodin virrankeräimen valmistajat