Литий-ионный аккумулятор Токосъемник с отрицательным электродом

Это связано с тем, что литий-ионные аккумуляторы состоят из четырех основных компонентов: материала положительного электрода, материала отрицательного электрода, сепарационной пленки и электролита. Однако, помимо четырех основных компонентов, важной частью литиевых батарей является токосъемник, используемый для хранения материалов положительных и отрицательных электродов.

Для литий-ионных-аккумуляторов обычно используется коллектор положительного тока из алюминиевой фольги, а коллектор отрицательного тока — медная фольга. Чтобы обеспечить стабильность токосъемника внутри батареи, чистота обоих должна быть выше 98%. Благодаря постоянному развитию технологии литиевых батарей, будь то литиевые батареи, используемые в цифровых продуктах, или батареи для электромобилей, мы надеемся, что плотность энергии батарей станет максимально высокой, а вес батарей станет все легче и легче. Что касается токосъемников, то самое главное — уменьшить толщину и вес токосъемников, интуитивно уменьшая объем и вес аккумуляторов.

 

 

 

Токосъемник отрицательного электрода представляет собой проводящую подложку, которая поддерживает активный материал анода (например, графит, кремний) в литий-ионных батареях (LIB). Его основные роли включают в себя:

• Электронная проводимость: обеспечивает пути с низким-сопротивлением электронам во время заряда/разряда.
• Механическая поддержка: сохраняет структурную целостность, несмотря на изменения объема анода (например, расширение кремния примерно на 300%).
• Стабильность интерфейса: сводит к минимуму побочные реакции с электролитами.

 

 

Поскольку в последние годы литиевые батареи быстро развивались, токосъемники также добились быстрого прогресса. Алюминиевая фольга положительного электрода со временем стала тоньше: с 16 мкм в прошлом до 14 мкм, а затем до 12 мкм. Сегодня многие производители аккумуляторов уже производят и используют алюминиевую фольгу толщиной 10 мкм, а некоторые даже используют 8 мкм.

 

Медная фольга для отрицательного электрода более гибкая, поэтому ее толщина снизилась с 12 мкм до 10 мкм, а затем и до 8 мкм. В настоящее время многие производители аккумуляторов для массового производства используют фольгу толщиной 6 мкм. Некоторые компании также разрабатывают фольгу толщиной 5 или даже 4 мкм, которую можно будет использовать в будущем.

 

Поскольку медная и алюминиевая фольга, используемая в литиевых батареях, должна быть очень чистой, плотность материала практически одинакова. По мере уменьшения толщины поверхностная плотность (вес на единицу площади) также падает. В результате общий вес батареи становится все меньше и меньше. Это отвечает нашим потребностям в более легких и качественных литиевых батареях.

 

 

Для токосъемников, помимо толщины и веса, свойства поверхности также оказывают существенное влияние на производство и производительность литиевых батарей. Это особенно актуально для токосъемника отрицательного электрода. Из-за ограничений в производственных процессах медная фольга, доступная в настоящее время на рынке, в основном бывает трех типов: односторонняя-шероховатая, двусторонняя-шероховатая и двусторонняя-гладкая. Эта асимметричная двусторонняя структура приводит к неравномерному контактному сопротивлению между покрытиями отрицательных электродов с двух сторон. В результате емкость отрицательного электрода высвобождается неравномерно.

 

В то же время асимметрия между двумя сторонами также приводит к нестабильной прочности соединения покрытия отрицательного электрода. Это создает серьезный дисбаланс в цикле заряда-разряда покрытий с каждой стороны, что, в свою очередь, ускоряет снижение емкости аккумулятора.

 

 

Впервые в мире методом электрохимической термической коррозии была получена микропористая медная фольга. Эта микропористая медная фольга имеет 4 000–15 000 сквозных-отверстий на квадратный сантиметр, каждое диаметром 2–25 мкм, а также 10–10 000 глухих отверстий диаметром от 10 до 50 мкм. Кроме того, верхняя и нижняя поверхности фольги равномерно покрыты следами травления глубиной 1–3 мкм, шириной 1–5 мкм и длиной в десятки микрометров. Эти характеристики идеально решают проблему адгезии между суспензией отрицательного электрода и медной фольгой.

 

Особый размер пор и следов травления приводит к более высокой шероховатости поверхности микропористой медной фольги, без заусенцев и неровных краев. Более того, переход между порами и поверхностью фольги образует неправильную дугу, а не прямой угол в 90 градусов, что эффективно предотвращает образование литиевых дендритов во время циклов зарядки-разрядки и продлевает срок службы батареи.

 

Кроме того, микропористая структура обладает уникальными морфологическими особенностями. Поры, образовавшиеся в результате электрохимической коррозии, имеют неправильную форму, размеры пор варьируются в определенном диапазоне. Диаметр каждой поры также различается по разным осям. Эта неравномерная геометрия пор еще больше повышает прочность связи между медной фольгой и суспензией отрицательного электрода.

 

 

Индекс микропор		Микропористая структура распределения	Уменьшение плотности площади (%)	Характеристики
Плотность микропор За см2	Диаметр микропор μm			Предел прочности Н/мм2	Снижаться (%)	Удлинение (%)	Снижение (%)	удельное сопротивление мкОм.см	Увеличивать (%)
4000-5999	2-25	Полная поверхность	0.01-2.94	Больше или равно 220	Меньше или равно 25	Больше или равно 1,3	Меньше или равно 58	Меньше или равно 2,20	Меньше или равно 8
6000-7999			0.02-3.92	Больше или равно 210	Меньше или равно 28	Больше или равно 1,15	Меньше или равно 63
8000-9999			0.03-4.91	Больше или равно 200	Меньше или равно 32	Больше или равно 1,05	Меньше или равно 66
10000-12499	2-20		0.03-3.92	Больше или равно 190	Меньше или равно 35	Больше или равно 1,10	Меньше или равно 65
12500-15000	2-15		0.04-2.65	Больше или равно 180	Меньше или равно 39	Больше или равно 1,00	Меньше или равно 68

 

 

1. Медная фольга (преобладающий выбор)

Преимущества:

Высочайшая проводимость (5,96×10⁷ См/м) для эффективного переноса заряда.

Пластичность: выдерживает расширение электрода без растрескивания.

Электрохимическая стабильность при низких потенциалах (0–1 В по сравнению с Li⁺/Li).

Проблемы:

Тяжелый (плотность ~ 8,96 г/см³) ограничивает прирост плотности энергии.

Склонен к коррозии во влажной среде.

2. Медная фольга с углеродным-покрытием (новая версия)

Расширенные свойства:

Снижение межфазного сопротивления (на 20–30%) за счет углеродного слоя.

Улучшенная адгезия для композитов кремний/графит.

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

3. Альтернативные материалы (этап НИОКР)

• Коллекционер трехмерных-структур. Исследователи разработали трехмерные сетевые структуры, такие как медные нанопроволоки и пенистая медь. Эти структуры могут предотвратить рост дендритов лития, что повышает безопасность и срок службы батареи. Они особенно подходят для анодов из металлического лития.
• Композитная медная фольга: в этом типе используются полимерные материалы для замены части металлического слоя. Если батарея проколота, заусенцев не будет. Полимер также может действовать как автоматический выключатель, предотвращающий перегрев.
• Адаптация к отрицательному электроду на основе кремния-. Новые пористые токосъемники могут уменьшить проблему объемного расширения материалов на основе кремния-во время зарядки и разрядки. Это помогает увеличить плотность энергии батареи.

 

 

Свяжитесь сейчас

 

 

• Улучшает адгезию между анодным материалом и медной фольгой.
• Оказывает минимальное влияние на выделение газа в аккумуляторе.
• Прочность на разрыв микропористой медной фольги остается сравнимой с прочностью исходной медной фольги.
• Удельное сопротивление микропористой медной фольги увеличивается менее чем на 8%.
• Немного увеличивает емкость литий-ионных-аккумуляторов.
• Значительно повышает стабильность работы аккумулятора и увеличивает выход продукции.
• Обеспечивает высокую-скоростную зарядку и разрядку.
• Уменьшает долю медной фольги в общей массе аккумулятора.
• Улучшает смачиваемость суспензии и электролита на медной фольге.
• Уменьшает контактное сопротивление между материалом катода и алюминиевой фольгой.
• Продлевает срок службы аккумулятора.

 

 

Традиционная электроосажденная медная фольга (ED-Cu) претерпевает глубокую технологическую эволюцию:

Ультра-Истончение

• Тенденция: от прежних фольг толщиной 12 и 10 мкм основной поток сместился к 6–8 мкм. В высококачественной-продукции сейчас используется фольга толщиной 4,5 мкм, а разработка ведется в направлении фольги толщиной 3 мкм, 2 мкм и даже более тонкой.
• Драйвер: более тонкая фольга снижает вес и освобождает пространство, напрямую увеличивая плотность энергии аккумулятора (особенно гравиметрическую плотность энергии).
• Задача: предъявляет экстремальные требования к прочности фольги на разрыв, удлинению, контролю шероховатости поверхности и производительности.

 

Высокая производительность

• Высоко-Растяжимая-медная фольга: соответствует требованиям к прочности электродных листов для процессов штабелирования и батарей с высокой-энергией-плотностью.
• Медная фольга с низким-профилем (LP) и очень{1}}низким-профилем (VLP): более гладкие поверхности улучшают контакт с активным материалом, повышают однородность осаждения ионов лития,-и повышают производительность быстрой-зарядки и срок службы.
• Композитная медная фольга (или медная фольга «сэндвич», медная фольга ПЭТ)
• Структура: Полимерный опорный слой (ПЭТ/ПП/ПИ, толщиной ~4–6 мкм), покрытый с обеих сторон ультра-тонким слоем металлической меди (~1 мкм).

 

 

 

 

Свернутая медная фольга с мягким закалом, используемая в качестве проводника в одежде для исследований в области лечения рака от нашего клиента из Индонезии.

 

Наша медная фольга для защиты от ЭД с высоким удлинением и высокой прочностью на разрыв может использоваться во многих областях. Мы можем предоставить специальную одинарную-матовую, двойную-матовую и двойную-блестящую медь ЭД для литий-ионной батареи. И мы также можем предложить экранированную медную фольгу ED от 2 унций до 6 унций (номинальная толщина от 70 до 210 мкм), используемую для экранирования электротехнических изделий, особенно в качестве трансформаторов, кабелей, мобильных телефонов, компьютеров, механической обработки, аэрокосмической и промышленной промышленности. Более того, HTE (высокотемпературное удлинение) толщиной от 1/2 унции до 2 унций медной фольги и VLP-HTE-HF (очень-низкий-профиль, высокотемпературное удлинение и тяжелая медная фольга ED, используемые в печатных платах, максимальный размер которых составляет 1295 мм x 2450 мм. Ниже приведены фотографии отзывов клиентов из США для защитной меди. Фольга, используемая в кабинете МРТ

 

Разработка усовершенствованных анодных токосъемников, таких как микропористая медная фольга, значительно улучшила производительность и надежность литий-ионных батарей. Ключевые преимущества включают в себя:

• Повышенная адгезия. Микропористая структура увеличивает прочность связи между материалом анода (например, графитом или кремнием) и медной фольгой, предотвращая расслоение во время циклического использования.
• Подавление дендритов лития. Неправильная геометрия пор и протравленная поверхность устраняют острые края, уменьшая образование дендритов и повышая безопасность.
• Улучшенное смачивание электролита. Пористая структура способствует лучшему проникновению электролита, обеспечивая равномерный транспорт ионов и кинетику реакции.
• Высокая-способность. Оптимизированная проводимость и межфазные свойства обеспечивают более быструю зарядку и разрядку без значительного увеличения сопротивления.
• Механическая стабильность. Прочность на разрыв остается сравнимой с прочностью обычной фольги, обеспечивая структурную целостность под нагрузкой.
• Увеличенный срок службы батареи. Уменьшение роста дендритов и повышенная стабильность интерфейса способствуют увеличению срока службы батареи.
• Преимущество легкого веса – пониженное содержание меди снижает общий вес батареи, сохраняя при этом производительность.

 

Эти инновации решают важнейшие проблемы, связанные с батареями с-плотностью-энергии, делая микропористые токосъемники многообещающим решением для литий-ионных-батарей следующего-поколения, особенно для электромобилей и устройств высокой-мощности.

 

 

Вопрос 1. Что такое токосъемник отрицательного электрода в литий-ионном- аккумуляторе?

Ответ: Металлическая фольга (почти всегда медная) собирает электроны из активного материала анода и отправляет их во внешнюю цепь. Он также обеспечивает физическую поддержку анодного покрытия.

 

Вопрос 2: Почему в качестве отрицательного электрода используется медь, а не алюминий?

О: Потому что отрицательный электрод работает при очень низком напряжении (около 0,1 В по сравнению с Li/Li⁺). Медь стабильна при этом напряжении. Алюминий вступает в реакцию с литием, образуя хрупкий сплав (LiAl), вызывая разрушение фольги.

 

В3: Какова толщина медной фольги отрицательного электрода?

A: Основная толщина составляет 6 мкм (микрометров). Для сравнения, толщина человеческого волоса составляет около 70 мкм. В некоторых современных батареях используется фольга толщиной 4,5 или даже 3 мкм.

 

В4: Как изготавливается медная фольга отрицательного электрода?

A:Большая часть сделанаэлектроосаждение. Медь наносится из раствора медного купороса на вращающийся титановый барабан. Затем фольгу снимают, обрабатывают и разрезают по ширине. Этот метод называется электролитической медной фольгой (ЭД-фольга) и занимает более 90% рынка.

 

В5: В чем разница между блестящей стороной и матовой стороной?

О: Во время производства одна сторона фольги касается титанового барабана – эта сторона становится гладкой (блестящей). Другая сторона свободно растет и становится шероховатой (матовая сторона). Шероховатой стороне намеренно придают определенную шероховатость, чтобы анодная суспензия хорошо прилипала.

 

В6: Что такое «композитная медная фольга»?

О: Это новый тип, в котором тонкая пластиковая сердцевина (например, ПЭТ или ПП) зажата между двумя очень тонкими медными слоями (около 1 мкм каждый). Он легче и безопаснее – при проколе аккумулятора пластик плавится и разрывает цепь, предотвращая тепловой разгон. Однако он все еще разрабатывается для массового производства.

 

Вопрос 7. Нужен ли твердотельным-батареям токосъемник с медным отрицательным электродом?

О: В большинстве-конструкций твердотельных аккумуляторов в качестве отрицательного электрода по-прежнему используется медный токосъемник. Однако для хорошей работы с твердым электролитом медной поверхности может потребоваться специальное покрытие (например, никелевое).

 

Вопрос 8: Какова будущая тенденция развития токосъемников с отрицательными электродами?

A: См. тенденцию для токосъемников с отрицательным электродом, как показано ниже:

• Более тонкая фольга: переход от 6 мкм к 4,5 мкм и даже к 3 мкм.
• Композитная медная фольга: легче и безопаснее, ожидается быстрый рост
• Трехмерные структуры: медная пена или сети нанопроволок для работы с металлическими литиевыми анодами и подавления дендритов.

 

горячая этикетка : литий-ионный аккумулятор с отрицательным электродом токосъемника, Китай производители литий-ионного аккумулятора с отрицательным электродом токосъемника