Litiumjonbatteri negativ elektrodströmsamlare

På grund av det faktum att de fyra huvudkomponenterna som utgör litium-jonbatterier är positivt elektrodmaterial, negativt elektrodmaterial, separatorfilm och elektrolyt. Men förutom de fyra huvudkomponenterna är strömavtagaren som används för att lagra positiva och negativa elektrodmaterial också en viktig del av litiumbatterier.

För litium-jonbatterier är den vanliga positiva strömavtagaren aluminiumfolie och den negativa strömavtagaren är kopparfolie. För att säkerställa stabiliteten hos strömavtagaren inuti batteriet måste renheten för båda vara över 98 %. Med den kontinuerliga utvecklingen av litiumbatteriteknologi, oavsett om det är litiumbatterier som används i digitala produkter eller elfordonsbatterier, hoppas vi att batteriernas energitäthet är så hög som möjligt, och vikten av batterier blir lättare och lättare. När det gäller strömavtagare är det viktigaste att minska tjockleken och vikten på strömavtagare, vilket intuitivt minskar volymen och vikten på batterier.

 

 

 

Den negativa elektrodströmkollektorn är ett ledande substrat som stöder det anodaktiva materialet (t.ex. grafit, kisel) i litium-jonbatterier (LIB). Dess primära roller inkluderar:

• Elektronledning: Ger låga-motståndsvägar för elektroner under laddning/urladdning.
• Mekaniskt stöd: Behåller strukturell integritet trots anodvolymförändringar (t.ex. kisel expanderar ~300%).
• Gränssnittsstabilitet: Minimerar sidoreaktioner med elektrolyter.

 

 

Eftersom litiumbatterier har utvecklats snabbt de senaste åren har även nuvarande samlare sett snabba framsteg. Positiv elektrod aluminiumfolie har blivit tunnare med tiden: från 16 μm tidigare till 14 μm, sedan ner till 12 μm. Idag producerar och använder många batteritillverkare redan 10 μm aluminiumfolie, och vissa använder till och med 8 μm.

 

För den negativa elektroden är kopparfolien mer flexibel, så dess tjocklek har sjunkit från 12 μm till 10 μm och sedan till 8 μm. För närvarande använder många batteritillverkare 6 μm folie för massproduktion. Vissa företag utvecklar också 5 μm eller till och med 4 μm folie, som kan komma att användas i framtiden.

 

Eftersom koppar- och aluminiumfolien som används i litiumbatterier måste vara mycket ren, är materialets densitet i princip densamma. När tjockleken minskar sjunker också ytdensiteten (vikt per ytenhet). Som ett resultat blir batteriets totala vikt mindre och mindre. Detta möter våra behov av lättare och bättre litiumbatterier.

 

 

För strömavtagare har, förutom tjocklek och vikt, ytegenskaper också en betydande inverkan på produktionen och prestanda hos litiumbatterier. Detta gäller särskilt för den negativa elektrodströmkollektorn. På grund av begränsningar i tillverkningsprocesser är kopparfolier som för närvarande finns tillgängliga på marknaden huvudsakligen av tre typer: enkel-uppruggad, dubbel-uppruggad och dubbel-slät. Denna asymmetriska två-sidiga struktur leder till ojämnt kontaktmotstånd mellan de negativa elektrodbeläggningarna på de två sidorna. Som ett resultat frigörs den negativa elektrodkapaciteten ojämnt.

 

Samtidigt orsakar asymmetrin mellan de två sidorna också inkonsekvent bindningsstyrka hos den negativa elektrodbeläggningen. Detta skapar en allvarlig obalans i laddnings-urladdningscykelns livslängd för beläggningarna på varje sida, vilket i sin tur accelererar minskningen av batterikapaciteten.

 

 

Världens första elektrokemiska termiska korrosionsmetod användes för att framställa mikroporös kopparfolie. Denna mikroporösa kopparfolie har 4 000–15 000 genomgående-hål per kvadratcentimeter, vart och ett med en diameter på 2–25 μm, tillsammans med 10–10 000 blinda hål med diametrar från 10–50 μm. Dessutom är de övre och nedre ytorna av folien likformigt täckta med etsmärken som är 1–3 μm djupa, 1–5 μm breda och tiotals mikrometer långa. Dessa egenskaper adresserar perfekt vidhäftningsproblemet mellan den negativa elektroduppslamningen och kopparfolien.

 

Den specifika storleken på porerna och etsmärkena resulterar i en högre ytjämnhet för den mikroporösa kopparfolien, fri från grader eller taggiga kanter. Dessutom bildar övergången mellan porerna och folieytan en oregelbunden båge snarare än en 90 graders rät vinkel, vilket effektivt förhindrar bildandet av litiumdendriter under laddnings-urladdningscykler och förlänger batteriets livslängd.

 

Dessutom uppvisar den mikroporösa strukturen unika morfologiska egenskaper. Porerna som produceras via elektrokemisk korrosion är oregelbundet formade, med porstorlekar som varierar inom ett visst område. Diametern på varje por skiljer sig också åt längs olika axlar. Denna oregelbundna porgeometri förbättrar ytterligare bindningsstyrkan mellan kopparfolien och den negativa elektroduppslamningen.

 

 

Micropore Index		Mikroporös distributionsstruktur	Minskande av arealens densitet (%)	Egenskaper
Mikropordensitet Per CM2	Mikropordiameter μm			Draghållfasthet N/mm2	Minska (%)	Förlängning (%)	Minskning (%)	resistivitet μΩ.cm	Öka (%)
4000-5999	2-25	Full Yta	0.01-2.94	>=220	Mindre än eller lika med 25	Större än eller lika med 1,3	Mindre än eller lika med 58	Mindre än eller lika med 2,20	Mindre än eller lika med 8
6000-7999			0.02-3.92	Större än eller lika med 210	Mindre än eller lika med 28	Större än eller lika med 1,15	Mindre än eller lika med 63
8000-9999			0.03-4.91	Större än eller lika med 200	Mindre än eller lika med 32	Större än eller lika med 1,05	Mindre än eller lika med 66
10000-12499	2-20		0.03-3.92	Större än eller lika med 190	Mindre än eller lika med 35	Större än eller lika med 1,10	Mindre än eller lika med 65
12500-15000	2-15		0.04-2.65	Större än eller lika med 180	Mindre än eller lika med 39	Större än eller lika med 1,00	Mindre än eller lika med 68

 

 

1. Kopparfolie (dominerande val)

Fördelar:

Högsta konduktivitet (5,96×10⁷ S/m) för effektiv laddningsöverföring.

Duktilitet: Tål elektrodexpansion utan att spricka.

Elektrokemisk stabilitet vid låga potentialer (0–1 V vs. Li⁺/Li).

Utmaningar:

Tung (~8,96 g/cm³ densitet) begränsar ökningen av energitätheten.

Mottaglig för korrosion i fuktiga miljöer.

2. Kol-belagd kopparfolie (framväxande)

Förbättrade egenskaper:

Minskad gränsytaresistens (med 20–30 %) via kolskikt.

Förbättrad vidhäftning för kisel/grafitkompositer.

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

3. Alternativa material (FoU-stadiet)

• Tre-dimensionell struktursamlare: Forskare har utvecklat 3D-nätverksstrukturer som kopparnanotrådar och skumkoppar. Dessa strukturer kan förhindra litiumdendriter från att växa, vilket förbättrar batterisäkerheten och livslängden. De är särskilt lämpliga för litiummetallanoder.
• Kompositkopparfolie: Denna typ använder polymermaterial för att ersätta en del av metallskiktet. Om batteriet punkteras kommer det inte att producera grader. Polymeren kan också fungera som en strömbrytare för att stoppa termisk rusning.
• Anpassning till -kiselbaserad negativ elektrod: Nya porösa strömavtagare kan minska problemet med volymexpansion av kisel-baserade material under laddning och urladdning. Detta hjälper till att öka batteriets energitäthet.

 

 

Kontakta nu

 

 

• Förbättrar vidhäftningen mellan anodmaterialet och kopparfolien.
• Har minimal inverkan på batterigasgenerering.
• Draghållfastheten hos den mikroporösa kopparfolien förblir jämförbar med den hos den ursprungliga kopparfolien.
• Resistiviteten hos den mikroporösa kopparfolien ökar med mindre än 8%.
• Förbättrar kapaciteten för litium-jonbatterier något.
• Förbättrar avsevärt konsistensen av batteriprestanda och ökar produktionsutbytet.
• Underlättar hög-laddning och urladdning.
• Minskar andelen kopparfolie i den totala batterimassan.
• Förbättrar vätbarheten av slurryn och elektrolyten på kopparfolien.
• Minskar kontaktmotståndet mellan katodmaterialet och aluminiumfolien.
• Förlänger batteriets livslängd.

 

 

Traditionell elektroavsatt kopparfolie (ED-Cu) genomgår en djupgående teknisk utveckling:

Ultra-tunnande

• Trend: Från tidiga 12 μm och 10 μm folier har mainstream skiftat till 6–8 μm. High-produkter använder nu 4,5 μm och utvecklingen går mot 3 μm, 2 μm och ännu tunnare folier.
• Driver: Tunnare folie minskar vikten och frigör utrymme, vilket direkt ökar batteriets energitäthet (särskilt gravimetrisk energitäthet).
• Utmaning: Ställer extrema krav på foliens draghållfasthet, töjning, kontroll av ytjämnhet och produktionsutbyte.

 

Hög prestanda

• Kopparfolie med hög-hållfasthet-: Uppfyller hållfasthetskraven för elektrodark för staplingsprocesser och hög-energi-batterier.
• Kopparfolie med låg-profil (LP) och mycket-låg-profil (VLP): Jämnare ytor förbättrar kontakten med det aktiva materialet, förbättrar enhetligheten i litium-jonavsättningen och förbättrar snabb-laddningsprestanda och cykellivslängd.
• Kompositkopparfolie (eller "Sandwich" kopparfolie, PET-kopparfolie)
• Struktur: Ett polymerstödskikt (PET/PP/PI, ~4–6 μm tjockt) belagt på båda sidor med ett ultra-tunt metallkopparskikt (~1 μm).

 

 

 

 

Den rullade kopparfolien med mjukt temperament som används som ledare i kläder för cancerbehandlingsforskning från vår Indonesiska kund.

 

Våra ED-skärmande kopparfolier med hög töjning och hög draghållfasthet, kan användas på många områden. Vi kan tillhandahålla den specifika enkel-matt, dubbel-matt och dubbel-blank ED-koppar för Li-jonbatteriet. Och vi kan också erbjuda 2oz till 6oz (nominell tjocklek 70um till 210um) Skärmade ED-kopparfolier som används för skärmning av elektriska produkter, speciellt som transformator, kabel, mobiltelefon, dator, mekanisk behandling, flyg- och industriapplikationer. Dessutom HTE (hög temperaturförlängning) från 1/2oz till 2oz tjock kopparfolie och VLP-HTE-HF(mycket-låg-profil, hög temperaturförlängning och tunga ED-kopparfolier, som används i PCB, vars maxdimension är 2495 mm för kunden x 2495 mm. bilder för de skärmande kopparfolierna som används i MRI-rummet

 

Utvecklingen av avancerade anodströmavtagare, som mikroporös kopparfolie, har avsevärt förbättrat prestanda och tillförlitlighet hos litium-jonbatterier. Viktiga fördelar inkluderar:

• Förbättrad vidhäftning – Den mikroporösa strukturen ökar bindningsstyrkan mellan anodmaterialet (t.ex. grafit eller kisel) och kopparfolien, vilket förhindrar delaminering under cykling.
• Undertryckta litiumdendriter – Den oregelbundna porgeometrin och etsade ytan eliminerar skarpa kanter, minskar dendritbildning och förbättrar säkerheten.
• Förbättrad elektrolytvätning – Den porösa strukturen underlättar bättre elektrolytpenetration, vilket säkerställer enhetlig jontransport och reaktionskinetik.
• Hög-hastighetskapacitet – Den optimerade konduktiviteten och gränssnittsegenskaperna möjliggör snabbare laddning och urladdning utan betydande motståndsuppbyggnad.
• Mekanisk stabilitet – Draghållfastheten förblir jämförbar med konventionell folie, vilket säkerställer strukturell integritet under påfrestning.
• Förlängd livslängd – Minskad dendrittillväxt och förbättrad gränssnittsstabilitet bidrar till längre batterilivslängd.
• Lättviktsfördel – Det minskade kopparinnehållet sänker batteriets totala vikt samtidigt som prestanda bibehålls.

 

Dessa innovationer tar itu med kritiska utmaningar inom hög-energi-densitetsbatterier, vilket gör mikroporösa strömavtagare till en lovande lösning för nästa-generations litium-jonbatterier, särskilt för elfordon och hög-effekttillämpningar.

 

 

F1: Vilken är den negativa elektrodströmsamlaren i ett litium-jonbatteri?

S: Det är metallfolien (nästan alltid koppar) som samlar upp elektroner från det anodaktiva materialet och skickar dem till den externa kretsen. Det ger också fysiskt stöd för anodbeläggningen.

 

F2: Varför används koppar för den negativa elektroden istället för aluminium?

S: Eftersom den negativa elektroden arbetar med en mycket låg spänning (cirka 0,1V mot Li/Li⁺). Koppar är stabil vid denna spänning. Aluminium skulle reagera med litium för att bilda en spröd legering (LiAl), vilket gör att folien bryts isär.

 

F3: Hur tjock är kopparfolien för den negativa elektroden?

S: Den vanliga tjockleken är 6 μm (mikrometer). Som jämförelse är ett människohår cirka 70 μm tjockt. Vissa avancerade batterier använder 4,5 μm eller till och med 3 μm folie.

 

F4: Hur tillverkas kopparfolie för negativ elektrod?

A: De flesta är gjorda avelektroavsättning. Koppar pläteras från en kopparsulfatlösning på en roterande titantrumma. Folien skalas sedan av, behandlas och skärs till på bredden. Denna metod kallas elektrolytisk kopparfolie (ED-folie) och står för över 90 % av marknaden.

 

F5: Vad är skillnaden mellan den blanka sidan och den matta sidan?

S: Under tillverkningen vidrör en sida av folien titantrumman – den sidan blir slät (blank sida). Den andra sidan växer fritt och blir sträv (matt sida). Den grova sidan är avsiktligt gjord för att ha en viss strävhet så att anodslurryn fäster bra.

 

F6: Vad är "komposit kopparfolie"?

S: Det är en ny typ där en tunn plastkärna (som PET eller PP) är inklämd mellan två mycket tunna kopparlager (ca 1 μm vardera). Det är lättare och säkrare – om batteriet punkteras smälter plasten och bryter kretsen, vilket förhindrar termisk rusning. Den utvecklas dock fortfarande för massproduktion.

 

F7: Behöver halvledarbatterier fortfarande en strömavtagare för negativ elektrod av koppar?

S: De flesta halvledarbatterier använder fortfarande en kopparströmavtagare för den negativa elektroden. Kopparytan kan dock behöva en speciell beläggning (som nickel) för att fungera bra med den fasta elektrolyten.

 

F8: Vilken är den framtida trenden för strömavtagare för negativa elektroder?

A: Se trenden för negativa elektrodströmavtagare enligt nedan:

• Tunnare folier: Går från 6 μm till 4,5 μm och till och med 3 μm
• Sammansatta kopparfolier: Lättare och säkrare, förväntas växa snabbt
• Tredimensionella strukturer: Kopparskum eller nanotrådnätverk för att arbeta med litiummetallanoder och dämpa dendriter

 

Populära Taggar: litiumjonbatteri negativ elektrodströmsamlare, Kina litiumjonbatteri negativ elektrodströmsamlare tillverkare