Concernant la feuille de cuivre pour batterie, nous expliquerons principalement en détail l’orientation future du développement et le processus de production de la feuille de cuivre.
Dans les batteries lithium-ion, les matériaux actifs positifs et négatifs sont enduits sur le substrat pour former des pièces polaires, puis enroulés ou empilés pour former un noyau de batterie. Les matériaux de base utilisés ici comprennent principalement des feuilles de cuivre et des feuilles d'aluminium. La cathode actuelle de la batterie au lithium est une feuille d'aluminium et l'électrode négative est une feuille de cuivre. En effet, le cuivre s'oxyde facilement dans l'électrode positive avec un potentiel plus élevé et la surface de la feuille d'aluminium présente une couche dense. La couche d'oxyde protège l'aluminium à l'intérieur aux potentiels élevés. Cet article parle principalement de la feuille de cuivre couramment utilisée pour les électrodes négatives.
Le cuivre possède une résistance mécanique élevée et une excellente conductivité électrique. Son contenu dans la croûte terrestre est d'environ 0,01 %. Il existe principalement sous forme de minerai de cuivre dans la nature. La feuille de cuivre peut être divisée en cuivre électrolytique et cuivre laminé selon ses différentes méthodes de fabrication. Le cuivre laminé présente une bonne ductilité et une difficulté technique élevée en production. Sa préparation nécessite de nombreux processus et son coût est élevé. Il existe peu d'entreprises nationales. Les entreprises qui utilisent cette méthode pour bien produire comprennent Olin Brass aux États-Unis, Nippon Mining au Japon et d'autres sociétés.
À l’heure actuelle, la majeure partie des feuilles de cuivre utilisées dans les usines de cellules de batteries est produite par électrolyse. En 1922, Edison a inventé la méthode de feuille de cuivre électrolytique continue et a déposé un brevet. Il utilisait un rouleau métallique en rotation continue immergé dans un électrolyte de sulfate de cuivre comme cathode et du métal insoluble comme anode. La naissance de cette méthode a marqué le début de l’industrie du cuivre électrolytique. Commencer. En 1937, l'usine de cuivre Anaconde aux États-Unis a mis le brevet d'Edison en pratique de production et a produit avec succès une feuille de cuivre électrolytique. Tout au long de l’histoire du développement de la feuille de cuivre électrolytique, nous pouvons constater qu’elle a toujours suivi la tendance des cartes de circuits imprimés. Avec l'application à grande échelle des batteries lithium-ion dans l'électronique grand public, la feuille de cuivre électrolytique a été introduite dans un nouveau domaine en tant qu'anode. Les collecteurs de courant, avec leur bonne conductivité électrique, leur résistance à l'écrasement et leur faible coût, ont été rapidement promus et appliqués à grande échelle. Aujourd'hui, avec la promotion et l'application à grande échelle des véhicules à énergie nouvelle, de la 5G et du stockage d'énergie, la demande de feuilles de cuivre électrolytiques a connu une nouvelle explosion.
Afin d'augmenter autant que possible la densité énergétique volumétrique du cœur de la batterie tout en garantissant la sécurité, les performances de cycle, etc., le concepteur de la cellule de batterie doit intégrer davantage de matériaux actifs dans la coque limitée du cœur de la batterie. Je pense qu'en tant que feuille de cuivre de collecteur de courant négatif, elle pourrait se développer dans les directions suivantes à l'avenir :
1. Feuille de cuivre ultra fine : Cette tendance est désormais évidente, de 8 um à 6 um, et maintenant à 4,5 um, que certains fabricants introduisent en petits lots. Peut-être que les feuilles de cuivre inférieures à 4 um seront promues à la production de masse à l'avenir. Cette fonction est également évidente, qui consiste à augmenter autant que possible la densité d'énergie volumique et massique du noyau de la batterie, mais cela impose des exigences plus élevées pour la fabrication de la feuille de cuivre et le contrôle du revêtement du noyau de la batterie. En effet, plus la feuille de cuivre est fine, plus le risque de rupture de la bande pendant le processus de revêtement est également plus élevé.
2. Feuille de cuivre perforée : c'est-à-dire que par corrosion chimique, des micropores sont créés à la surface de la feuille de cuivre pour réduire le poids du substrat et augmenter la densité énergétique massique du noyau de la batterie. Il est nécessaire de contrôler la taille des pores et d'optimiser le type d'agent de gravure. , l'un consiste à éviter que le diamètre des pores ne soit trop grand, ce qui rendrait difficile le maintien d'une suspension de revêtement sur une seule face, et l'autre consiste à évaluer l'impact de l'agent de gravure résiduel sur les performances du cœur de la batterie, telles que la circulation, la production de gaz. , etc.
3 Pulvérisation d'une feuille de cuivre : Cela équivaut à un placage de cuivre double face sur un substrat en plastique. Cela conserve non seulement la fonction de conduction électronique du collecteur de courant, mais réduit également le poids du substrat et améliore la densité énergétique massique du noyau de la batterie. Cependant, au cours du processus de fabrication, vous pouvez être confronté à des défis tels que le pressage à froid et le soudage des languettes.
À mesure que le taux de pénétration des véhicules à énergies nouvelles continue d'augmenter, la capacité de production de feuilles de cuivre existante devient de plus en plus insuffisante et il existe un certain écart entre l'offre et la demande. On s’attend à ce que l’industrie des feuilles de cuivre augmente progressivement sa production à l’avenir pour répondre à la demande du marché en cellules de puissance.
La préparation d’une feuille de cuivre électrolytique est principalement divisée en trois étapes : dissolution du cuivre, feuille brute et traitement de surface. Le processus de dissolution du cuivre consiste à mélanger du cuivre et de l'acide sulfurique dans un réservoir de dissolution de cuivre et à réagir pour générer une solution de sulfate de cuivre. La formule de la réaction chimique est la suivante :
Cu + O2 → CuO
CuO+H2SO4→CuSO4+H2O
Pendant le processus de dissolution du cuivre, il convient de prêter attention au contrôle de la poussière dans l'environnement et des corps étrangers présents dans le liquide de la matière première afin d'éviter des taches ultérieures sur la surface de la feuille de cuivre, provoquant des taches inégales. Cette situation peut se produire sur la tête de filière pendant le revêtement, provoquant la rupture de la bande. Par conséquent, une étape de filtration doit être ajoutée à cette étape pour filtrer complètement les impuretés de la solution.
La solution CuSO4 obtenue lors du processus de dissolution du cuivre est utilisée comme électrolyte, un rouleau en titane de grand diamètre est utilisé comme cathode et la plaque en alliage de plomb en forme d'arc est utilisée comme anode. En contrôlant les paramètres du processus électrochimique, les ions cuivre présents dans la solution précipiteront à la cathode pour former une couche de cuivre continue. Grâce à la rotation continue du rouleau cathodique, la feuille de cuivre déposée sera continuellement décollée en rouleaux pour obtenir une feuille brute, comme le montre la figure suivante :
La feuille de cuivre a un côté rugueux et un côté lisse. Le côté lisse est en contact avec le rouleau cathodique et le côté rugueux est en contact direct avec l'électrolyte. L’image SEM est la suivante :
Étant donné que le cuivre est sujet à l'oxydation, après avoir obtenu la feuille brute, il doit être rendu rugueux et recouvert d'une couche barrière et d'une couche anti-oxydation pour faciliter le stockage et le transport. Le schéma de processus spécifique est le suivant :
En raison des différences dans les modèles de cellules et les processus de production des différents fabricants, tels que l'enroulement et le laminage, il est difficile pour le matériau de base, le cuivre et la feuille d'aluminium, d'avoir une largeur universelle pour différents fabricants, il est donc nécessaire de couper en entreprises pendant le processus de refendage. La largeur spécifique requise.
