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    微孔銅箔鋁箔在鋰電池的應用優勢與控制要點

    發布日期:2020-10-31瀏覽次數:1037

    眾所周知,不論3C數碼類電池還是新能源汽車動力電池,對比能量與充放電倍率性能的要求越來越高。最新的國家補貼政策中規定,純電動客車系統能量密度大于95瓦時/kg,才能拿到100%國補,95瓦時的門檻,估計讓不少磷酸鐵鋰系電池生產企業的研發人員愁容滿面了,“就差5瓦時/kg怎么辦?來幾塊嫩豆腐,我去~~~我去~~”。

     

      言歸正傳,提升鋰離子電池比能量的途徑無非是使用更高容量的正負極材料,厚度更薄的隔膜紙,厚度更薄的銅箔鋁箔,盡可能的減少其他輔助添加物。見下圖:


     

      研發的重點毫無疑問都在更高克容的正負極材料上(合計重量占比50%以上)。磷酸鐵鋰已無潛力可挖,三元在向高鎳的進軍的途中(鎳鈷錳111523622811NCA?),但安全是懸在空中的達摩斯利劍,隨時有可能刺破鋰電池企業的心臟,每每前行一步,熱汗冷汗交替,做三元研發的兄弟們,真是辛苦啦。

     

      負極方面,只能被動等待硅碳材料的成熟,硅碳的膨脹系數太高怎么辦?壽命不足怎么辦?我聽取了哇聲一片------- 還有一招,采用更薄的隔膜紙!但隔膜僅占電池重量的4~5%,隔膜太薄還會導致正負極短路風險增加,結果往往得不償失。

     

      現階段,鋰離子電池生產使用的常規銅箔厚度8μm~12μm(3C數碼類電池用銅箔已有采用6~7μm銅箔),鋁箔的厚度12μm~20μm,作為正負極導電基材占鋰離子電池重量的15%~20%,如何進一步降低銅鋁箔的重量比從而提升比能量呢?于是,微孔銅箔鋁箔就是在這樣的環境刺激下孕育而生,橫空出世!(不會牛B吹大了吧?)

     

      微孔銅箔鋁箔的現有規格(機械加工的方式制孔,保持箔材 原有的物理性能,涂布不斷裂,0毛刺不滲漏)


    1
    微孔箔材在鋰離子電池的應用具有哪些優勢呢?(以孔隙率17%的微孔箔為例)

     

      1、直接有效提升鋰電池比能量

     

      同等規格的箔材,孔隙率17%的微孔箔,重量減少17%;同等面密度,正負極壓實提高(部分材料填充進入孔隙間)。


     

      2、有效提升鋰電池倍率性能

     

      常規箔材的鋰電池,鋰離子的遷移通過箔材二維方向向極耳端擴散,箔材通孔后,鋰離子的擴散路徑可轉化為立體全方位穿透,且可通過進入到孔隙間的正負極材料與箔材的接觸面增加,縮小鋰離子遷移半徑,提高導電效率。(個人觀點認為鋰離子倍率性能制約瓶頸不在于電子的傳導,而在于鋰離子轉移效率,如多孔狀的科琴碳黑在倍率型電池上的應用效果就比非多孔狀的導電劑實驗效果更好)

     


      3、有效降低鋰電池內阻

     

      同等箔材做的對比顯示,同時使用用沖孔銅箔與鋁箔可有效降低內阻8%~20%。


     

      理論依據,推測是導電箔材與正負極接觸面增加,同時箔材自身內阻降低的雙重效應所致。(不確定)

     

      個人觀點認為:若正負極極片涂層厚度小于箔材微孔的半徑,則內阻會增加,反之,則內阻降低。涂層最外側的鋰離子到箔材表面的接觸距離與倍率性能相關,電芯設計中,面密度高,則倍率性能的發揮可能越低。(歡迎行業朋友共同探討)

     

      4、鋰電池電解液注入后的浸潤效率可大幅度提升,且能100%確保浸潤一致性。

     

      常規箔材的鋰電池,電解液從縱向四周向中心擴散浸潤,打孔后是呈立體式滲透擴散,徹底消除部分電池極片中心浸潤不到的問題。行業內,已有反饋單體電芯一致性不夠的原因之一就是浸潤一致性引起的。

     

      5、提高了箔材的表面粘附力,通過孔隙間的材料,正負極極片涂層正反兩面材料形成“工”字型咬合狀態,極片脫落的概率可大幅度降低。

     

      6、提升極片的彎折柔軟度,更適用于柔性電池的應用。(已有公司批量用于制作可穿戴鋰電池,性能提升明顯)

     

      7、其它優勢,尚需用戶進一步挖掘。

     

    2
    微孔銅箔鋁箔在鋰離子電池上的控制要點

     

      1、涂布防滲漏

     

      微孔銅箔鋁箔在涂布過程中,要防止漿料粘度過低造成擠壓噴涂過程中,漿料從箔材孔隙間滲漏,不同孔徑、孔隙率的箔材對漿料的粘度要求不同。以17%孔隙率,孔徑0.35mm的微孔鋁箔為例,通過試驗表明,正極材料粘度要求在8000左右,最低不宜低過6000,擠壓式噴涂過程中,需要適當調整傳動速度。(漿料靜置時間過長,容易少部分滲透到另一面,快速洪干可以解決)

     

      2、極片分切的毛刺控制

     

      最后,希望已經完成微孔銅箔或鋁箔用于鋰離子電池實驗的同行朋友們,能夠分享數據,共同交流。

     

      另:微孔銅箔用于鋰電容、超級電容、鎳鎘、鎳氫電池,性能提升非常明顯,未規?;茝V開來的原因是成本問題。采用機械加工的方式制孔,生產效率極高,預計規模量產后的成本比常規的雙光銅箔價格增幅有限(估計最終售價在13/噸左右)。


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