锂电池铝箔
集流体作为锂电池电极结构的重要部分,起到活性物质载体和汇集传输电流的作用。因此,理想的集流体应满足高电导率、高稳定性、成本低廉、柔韧轻薄的条件。通常情况下铝箔用作正极集流体,铜箔用作负极集流体。其原因是因为铝在负极一定条件下会与锂离子发生合金化反应,而铜在正极会发生氧化。铝具有资源丰富、廉价易得、延展性好的特点。
相较于传统铝箔,电池级铝箔性能指标要求更高,追求最薄的厚度、最高的强度、最高的达因值、最小的厚差、最优的版型、最洁净的表面,主要应用于三元电池、磷酸铁锂电池、钠离子电池等。
锂电池正极铝箔有平箔和表面改性箔两种。平箔有高的强度、高的电导率与高平整度;表面改性箔由于表面粗糙化,活性物质附着性大有提高,同时可以减少粘接剂用量,电池特性也得以改善。
高端动力电池的正极集流体铝箔的技术含量较高。集流体用铝箔以1060、1070、1100、1235、3003等型号合金为主,主流厚度规格是10-20μm,部分电池生产厂家用到8μm,未来的方向是继续减薄,甚至可能减到6μm。电池铝箔的质量要求:
一、表面润湿张力
表面润湿张力,即液体表面相邻两部分之间、单位长度内互相牵引的力。表面润湿张力的大小通俗被称作“达因值”,准确名称是“表面张力系数”。表面润湿张力是电池铝箔最为重要的技术指标之一,它会影响与涂层的粘合质量,特别是影响涂炭箔的涂层牢固度。达因值偏低时,会发生铝箔与粘合材料粘接不牢、漏涂等缺陷。通常情况下,铝箔表面达因值要达到30dyn/mm以上,有些要求高的涂碳产品,甚至要达到33dyn/mm。达因值偏低通常被判定为表面残油量偏高。
二、表面质量
铝箔表面洁净度是另一个重要指标。铝箔表面不得有黑油线、脏油点、线条、辊印、色差等缺陷,这些缺陷都会影响电池厂涂布工艺的质量和后期碾压的效果。表面上不允许有直径>1mm的麻点,0.5mm~1mm的麻点应<3个/m2,,暗面不得有凸点、亮点。
三、板形质量
主要指产品的平直度,通常用两个数值来衡量,一是在线轧制过程中,板型仪自动控制所达到的I值,必须在±8I范围内;另一个数值就是离线张力检测中,规定长度下产品的下塌量,对此不同的厂家不同的用途要求有差别,一般下塌量要求在8mm之内。
四、厚度
常见电池箔的最薄厚度已达8μm,要求厚度偏差小,一般要求±4%以内,个别电池厂商要求±2%以内。
五、面密度和端面质量。
面密度指的是铝箔厚度的均匀性,在要求的公差范围之内尽量向正偏差或者负偏差一个方面偏离,减少电池缠绕或者叠片时对电芯形状的影响。
铝箔端面质量最重要的是对毛刺和锯齿裂口的要求,边部不能存在V型缺口、毛刺、铝丝等缺陷。 无论是保证电池的安全性还是在涂布后碾压过程中避免断带,要求都是极其严格的。
六、针孔要求
电池铝箔厚度从原来较为常用的15μm-20μm,在较短时间内下降到了现在的10μm-13μm,针孔问题造成的不良影响就逐步显现出来,它会造成极片在辊压过程中断带,特别是极片留白区的针孔影响最大。但头部电池厂不但不会因为铝箔厚度的减薄而降低对针孔数量和直径的要求,反而要求更高,理论上针孔的数量越少,直径越小越好。但是无论热轧产品还是铸轧产品,基于目前铝液熔体质量的技术水平和控制能力,对电池铝箔的针孔要求已经基本达到极限了。
七、力学性能
除了厚度在逐渐减薄,电池铝箔的发展方向是高强度、高延伸率。电池铝箔之所以需要提高强度和延伸率,目的是为了在减少铝箔厚度的基础上,能够满足碾压时高压实能量密度的要求。目前市场上,强度大于190Mpa,延伸率大于2.5%的电池铝箔产品已经非常普遍,但是做到230MPa以上强度,并且延伸率达到一个较高水平,对于铝箔生产厂而言就具有一定的难度。目前华北铝业的高强高延伸电池铝箔产品已经达到了相当高的一个水平,在行业里起着绝对的引领作用。
