Mengenai foil tembaga baterai, kami terutama akan menjelaskan secara rinci arah pengembangan masa depan dan proses produksi foil tembaga.
Pada baterai litium-ion, bahan aktif positif dan negatif dilapisi pada substrat membentuk potongan kutub, kemudian digulung atau ditumpuk hingga membentuk inti baterai. Bahan dasar yang digunakan di sini terutama meliputi tembaga foil dan aluminium foil. Katoda baterai lithium saat ini adalah aluminium foil, dan elektroda negatifnya adalah foil tembaga. Hal ini karena tembaga mudah teroksidasi pada elektroda positif dengan potensial lebih tinggi, dan permukaan aluminium foil memiliki lapisan yang padat. Lapisan oksida melindungi bagian dalam aluminium pada potensi tinggi. Artikel ini terutama membahas tentang foil tembaga yang umum digunakan untuk elektroda negatif.
Tembaga memiliki kekuatan mekanik yang tinggi dan konduktivitas listrik yang sangat baik. Kandungannya di kerak bumi sekitar 00,01%. Sebagian besar terdapat dalam bentuk bijih tembaga di alam. Foil tembaga dapat dibagi menjadi tembaga elektrolitik dan tembaga canai sesuai dengan metode pembuatannya yang berbeda. Tembaga canai memiliki keuletan yang baik dan kesulitan teknis yang tinggi dalam produksi. Pembuatannya memerlukan banyak proses dan biaya yang mahal. Hanya ada sedikit perusahaan dalam negeri. Perusahaan yang menggunakan metode ini untuk berproduksi dengan baik antara lain Olin Brass di Amerika Serikat, Nippon Mining Jepang dan perusahaan lainnya.
Saat ini, sebagian besar foil tembaga yang digunakan di pabrik sel baterai diproduksi melalui elektrolisis. Pada tahun 1922, Edison menemukan metode foil tembaga elektrolitik kontinyu dan mengajukan paten. Ini menggunakan roller logam yang berputar terus menerus yang direndam dalam elektrolit tembaga sulfat sebagai katoda dan logam tidak larut sebagai anoda. Kelahiran metode ini menandai dimulainya industri tembaga elektrolitik. Memulai. Pada tahun 1937, Pabrik Tembaga Anaconde di Amerika Serikat menerapkan paten Edison ke dalam praktik produksi dan berhasil memproduksi kertas tembaga elektrolitik. Sepanjang sejarah perkembangan foil tembaga elektrolitik, kita dapat menemukan bahwa foil tersebut selalu mengikuti tren papan sirkuit cetak. Dengan penerapan baterai lithium-ion dalam skala besar pada elektronik konsumen, foil tembaga elektrolitik telah dibawa ke bidang baru sebagai anoda. Pengumpul arus, dengan konduktivitas listrik yang baik, ketahanan terhadap penghancuran dan biaya rendah, telah dipromosikan dengan cepat dan diterapkan dalam skala besar. Kini dengan promosi besar-besaran dan penerapan kendaraan energi baru, 5G, dan penyimpanan energi, permintaan akan foil tembaga elektrolitik telah menunjukkan ledakan baru.
Untuk meningkatkan kepadatan energi volumetrik inti baterai sebanyak mungkin sekaligus memastikan keamanan, kinerja siklus, dll., perancang sel baterai perlu mengemas lebih banyak bahan aktif ke dalam cangkang inti baterai yang terbatas. Saya pikir sebagai foil tembaga pengumpul arus negatif dapat berkembang ke arah berikut di masa depan:
1. Foil tembaga ultra-tipis: Tren ini sekarang terlihat jelas, dari 8um menjadi 6um, dan sekarang menjadi 4,5um, yang diperkenalkan oleh beberapa produsen dalam jumlah kecil. Mungkin foil tembaga di bawah 4um akan dipromosikan ke produksi massal di masa depan. Fungsi ini juga jelas, yaitu untuk meningkatkan volume dan kepadatan energi massa inti baterai sebanyak mungkin, namun hal ini mengedepankan persyaratan yang lebih tinggi untuk pembuatan kertas tembaga dan kontrol pelapisan inti baterai. Lagi pula, semakin tipis lapisan tembaga, maka risiko pecahnya strip selama proses pelapisan juga semakin tinggi.
2. Foil tembaga berlubang: yaitu, melalui korosi kimia, pori-pori mikro dibuat pada permukaan foil tembaga untuk mengurangi berat substrat dan meningkatkan kepadatan energi massa inti baterai. Penting untuk mengontrol ukuran pori dan mengoptimalkan jenis etsa. , yang pertama adalah untuk mencegah diameter pori menjadi terlalu besar, sehingga menyulitkan pemeliharaan bubur pelapis satu sisi, dan yang lainnya adalah untuk mengevaluasi dampak sisa etsa terhadap kinerja inti baterai, seperti sirkulasi, produksi gas. , dll.
3 Menyemprotkan foil tembaga: Ini setara dengan pelapisan tembaga dua sisi pada substrat plastik. Hal ini tidak hanya mempertahankan fungsi konduksi elektronik pengumpul arus, tetapi juga mengurangi berat substrat dan meningkatkan kepadatan energi massa inti baterai. Namun, selama proses produksi, Anda mungkin menghadapi tantangan proses seperti pengepresan dingin dan pengelasan tab.
Ketika tingkat penetrasi kendaraan energi baru terus meningkat, kapasitas produksi foil tembaga yang ada menjadi semakin tidak mencukupi, dan terdapat kesenjangan tertentu antara pasokan dan permintaan. Industri foil tembaga diperkirakan akan memperluas produksinya secara bertahap di masa depan untuk memenuhi permintaan pasar akan sel listrik.
Persiapan foil tembaga elektrolitik terutama dibagi menjadi tiga langkah: pelarutan tembaga, foil mentah, dan perawatan permukaan. Proses pelarutan tembaga adalah dengan mencampurkan bahan tembaga dan asam sulfat dalam tangki pelarutan tembaga, dan bereaksi menghasilkan larutan tembaga sulfat. Rumus reaksi kimianya adalah sebagai berikut:
Cu+O2→CuO
CuO+H2SO4→CuSO4+H2O
Selama proses pelarutan tembaga, perhatian harus diberikan pada pengendalian debu di lingkungan dan benda asing dalam cairan bahan baku untuk mencegah pewarnaan selanjutnya pada permukaan kertas tembaga yang menyebabkan bintik-bintik tidak rata. Situasi ini mungkin terjadi pada kepala cetakan selama pelapisan, menyebabkan kerusakan strip. Oleh karena itu, langkah filtrasi harus ditambahkan pada langkah ini untuk menyaring kotoran dalam larutan secara menyeluruh.
Larutan CuSO4 yang diperoleh dari proses pelarutan tembaga digunakan sebagai elektrolit, roller titanium berdiameter besar digunakan sebagai katoda, dan pelat paduan timbal berbentuk busur digunakan sebagai anoda. Dengan mengontrol parameter proses elektrokimia, ion tembaga dalam larutan akan mengendap di katoda membentuk lapisan tembaga kontinu. Melalui putaran roller katoda yang terus menerus, foil tembaga yang diendapkan akan terus menerus dikupas menjadi gulungan untuk mendapatkan foil mentah, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:
Foil tembaga memiliki sisi kasar dan sisi halus. Sisi halus bersentuhan dengan roller katoda, dan sisi kasar bersentuhan langsung dengan elektrolit. Gambar SEMnya seperti berikut:
Karena tembaga rentan terhadap oksidasi, setelah mendapatkan foil mentah, tembaga perlu dikasar dan dilapisi dengan lapisan penghalang dan lapisan anti-oksidasi untuk memudahkan penyimpanan dan transportasi. Diagram proses spesifiknya adalah sebagai berikut:
Karena perbedaan model sel dan proses produksi dari pabrikan yang berbeda, seperti penggulungan dan laminasi, bahan dasar tembaga dan aluminium foil sulit memiliki satu lebar yang universal untuk pabrikan yang berbeda, sehingga perlu dipotong menjadi perusahaan. selama proses pemotongan. Lebar spesifik yang diperlukan.
