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2023

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04

各大新能源企业纷纷投资布局的涂碳铝箔有何特点?涂碳铝箔对电池性能有哪些好处?


涂碳铝箔有何特点

一、涂碳铝箔的优势

铝箔在充放电过程中其表面的钝化层可避免电解液的腐蚀,经常作为正极集流体与LiCoO2、锰酸锂、三元材料及LiFePO4等相匹配,但常规铝箔通常具有以下几点局限性:

  • 铝箔具有一定的刚性,在极片中与正极材料接触的面积有限,影响正极片的内阻;
  • 铝箔与粘结剂、活性物质的粘结强度有限,在循环充放电中因电极体积不断变化导致颗粒物质间的结合疏松、易掉粉,使电池容量和循环寿命快速衰减;
  • 电解液的氧化分解产物在铝箔表面发生电化学反应,导致和加速铝箔的腐蚀。

因此高端电池,尤其是动力电池领域的应用趋势是需要对铝箔进行改性,铝箔的改性方法主要有以下几点:

  • 表面处理(化学刻蚀、电化学刻蚀、直流阳极氧化、电晕处理);
  • 导电涂层(表面涂碳、石墨烯涂层、碳纳米管涂层、复合涂层);
  • 3D多孔结构(泡沫结构、纳米带结构、纳米锥机构、纤维编织机构);
  • 复合改性处理。

其中,表面涂碳是铝箔的常用改性方法。

涂碳铝箔是在铝箔表面添加碳涂覆层后用于锂离子电池正极集流体的材料,涂层中的碳材料主要包括炭黑、石墨片和石墨烯等。碳材料粉体与一定成膜剂、溶剂和助剂调配成浆料后,涂布在铝箔表面,干燥后形成一层致密的碳涂覆层。

涂碳铝箔

 

 

 

 

相较于空白铝箔,涂碳铝箔提高了正极片的导电性,能够降低电池内阻。例如磷酸铁锂本身的导电性较差,与光铝箔之间缺少一个传输电子的桥梁,在铝箔表面进行涂碳处理后,涂碳层可以起到一种桥梁的作用,将正极活性物质与铝箔紧紧地粘结起来,颗粒间相互嵌入,从而提高了正极片的导电性,最终降低了电池内阻。此外,涂碳层可以使铝箔表面均匀凹凸,增加了电解液中活性物质与正极集流体之间的接触面积,从而在大电流快速充放电时,更快的传递电子,收集电流,能够提高电池倍率充放电性能,有助于锂电池提高使用效率、适应大倍率快充。

 

涂碳铝箔用于锂电池正极示意图

其优势在于:

  • 降低集流体界面阻抗,降低极化,提升循环寿命和倍率性能;
  • 提升活性物质与集流体粘附力,减少粘结剂用量,降低制片成本;
  • 防止集流体被腐蚀、氧化,延长电池使用寿命。

总结而言,涂碳铝箔具有提高电池能量密度、抑制电池极化、降低电池内阻、增加电池循环寿命,目前主要用于磷酸铁锂电池中。近年来,随着电池能量密度要求提升,涂碳铝箔市场需求不断释放,目前近九成动力锂电池均已使用涂碳铝箔。

2020年,全球涂碳铝箔市场规模达到了2.24亿美元,预计2027年将达到11.29亿美元,2021年到2027年复合增长率(CAGR)为25.91%。

涂碳铝箔的主要消费地区为北美,欧洲,中国,日本等具有工业发展体系的国家和地区。这些地区占据全球超过大部分的市场。同时,东南亚地区国家如马来西亚,印尼,泰国等近些年经济发展很快,具有较大的市场潜力。

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