碳涂層鋁箔是一種集電器，可以改善陰極活性材料和箔之間的接觸界面。碳涂覆鋁箔的基材是鋁箔，并且鋁箔涂覆有分散的導(dǎo)電炭黑或碳涂覆顆粒。碳涂層鋁箔主要用于磷酸鐵鋰動(dòng)力電池。

它可以提高電池性能，具有提高電池能量密度、抑制電池極化、降低電池內(nèi)阻、延長電池循環(huán)壽命和提高電池材料加工性能的優(yōu)點(diǎn)。近年來，隨著電池能量密度要求的提高，碳涂層鋁箔的市場(chǎng)需求不斷釋放。目前，近90%的動(dòng)力鋰電池使用了碳涂層鋁箔。

 

碳涂層鋁箔在鋰電池應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

碳涂層鋁箔使用功能涂層處理電池導(dǎo)電基板的表面。這是一項(xiàng)突破性的技術(shù)創(chuàng)新。碳涂層鋁箔是將分散的納米導(dǎo)電石墨和碳涂層顆粒均勻細(xì)膩地涂覆在鋁箔上。碳涂層鋁箔可以提供靜電傳導(dǎo)性并收集活性材料的微電流，這可以大大降低陰極和陽極材料與集電器之間的接觸電阻。

 

 

碳涂層鋁箔可以提高兩者之間的附著力，減少粘合劑的用量，并提高電池的整體性能。碳涂層鋁箔在鋰電池應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)：

● 抑制電池極化，減少熱效應(yīng)，提高速率性能；

● 降低電池的內(nèi)阻，并顯著降低循環(huán)過程中的動(dòng)態(tài)內(nèi)阻增加；

● 提高電池的一致性，延長電池的循環(huán)壽命；

● 提高活性材料與集電體之間的附著力，降低極靴的制造成本；

● 保護(hù)集電體不被電解液腐蝕；

提高磷酸鐵鋰和鈦酸鋰材料的加工性能。

 

碳涂層鋁箔對(duì)電池的影響

碳涂層鋁箔對(duì)電池的影響包括對(duì)電池的電化學(xué)阻抗、電池的功率性能、電池的低溫性能和電池的循環(huán)性能等的影響。

碳涂層鋁箔對(duì)電池電化學(xué)阻抗的影響

輕質(zhì)鋁箔的電化學(xué)阻抗譜在高頻區(qū)由兩個(gè)半圓弧組成，在低頻區(qū)由一條斜線組成。與炭黑和石墨烯相比，多了一個(gè)容抗電弧。這是由鋁箔和活性材料之間的界面間隙處的雙電層電容引起的。炭黑和石墨烯的歐姆內(nèi)阻分別為2.5 mΩ和3.7 mΩ，而鋁箔的歐姆內(nèi)阻為5.0 mΩ。

可以看出，碳涂層對(duì)降低電池的內(nèi)阻具有顯著的作用。用等效電路擬合了炭黑、石墨烯和鋁箔的EIS光譜。碳涂層鋁箔可以改善活性材料和鋁箔之間的接觸模式：彈性碳層減輕了剛性材料顆粒和箔之間的應(yīng)力，并提高了材料的附著力。并且有效地填充球形顆粒和箔之間的間隙而不直接接觸，以提高導(dǎo)電性。

 

 

碳涂層鋁箔對(duì)電池性能的影響

炭黑、石墨烯和裸鋁箔的1C放電容量為6.5 Ah。隨著充放電速率的增加，充電曲線和放電曲線分別向高電壓和低電壓偏移，這是一種極化現(xiàn)象。該過程包括歐姆極化、電化學(xué)極化和濃度極化。內(nèi)阻越小，極化越小。

當(dāng)以高速率充電時(shí)，電壓平臺(tái)升高，當(dāng)電池以恒定電流充電到截止電壓時(shí)，它將不會(huì)完全充電。此時(shí)，未實(shí)現(xiàn)的容量將通過恒壓充電過程補(bǔ)充。炭黑和石墨烯的4 C恒流充電比均為93%，快速充電性能良好。裸鋁箔的4 C恒流充電比僅為84%，無法滿足實(shí)際使用需求。

隨著放電速率的增加，炭黑、石墨烯和鋁箔的放電中值電壓的差異增大。在4℃時(shí)，炭黑、石墨烯和裸鋁箔的放電中值電壓分別為3.00V、3.05V和2.97V，石墨烯的極化較小，裸鋁箔的極化最大。

 

碳涂層鋁箔對(duì)電池低溫性能的影響

反應(yīng)物的化學(xué)活性在低溫下降低，這將導(dǎo)致電池內(nèi)阻增加，電壓急劇下降，容量下降。炭黑、石墨烯和裸鋁箔在-20℃1C放電初期有明顯的電壓降，從初始電壓3.36-3.37V降至2.50-2.60V，其中裸鋁箔的電壓降最大。隨著放電深度的增加，電壓略有反彈，因?yàn)閮?nèi)部電阻在放電過程中產(chǎn)生熱量，從而提高了電池的電化學(xué)反應(yīng)性。

碳涂層鋁箔對(duì)電池循環(huán)性能的影響

炭黑、石墨烯和輕質(zhì)鋁箔在室溫和1℃下進(jìn)行充放電循環(huán)。炭黑循環(huán)1691次，容量保持率為85.34%；石墨烯循環(huán)1756次，容量保持率為88.48%；輕質(zhì)鋁箔循環(huán)1358次，容量保持率為86.12%。炭黑和裸鋁箔的1C循環(huán)趨勢(shì)相似，且炭黑涂層鋁箔在低放大率下對(duì)循環(huán)性能幾乎沒有影響。

 

 

石墨烯的1 C循環(huán)性能優(yōu)勢(shì)明顯，容量保持率遙遙領(lǐng)先。石墨烯涂層的鋁箔在低倍率下顯示出良好的循環(huán)性能。當(dāng)炭黑、石墨烯和輕質(zhì)鋁箔在3℃的室溫下測(cè)試時(shí)，當(dāng)容量保持率降至80.00%時(shí)，炭黑、石墨和輕質(zhì)鋁箔分別循環(huán)562次、800次和338次，并出現(xiàn)拐點(diǎn)。

比較表明，碳涂層鋁箔顯著提高了電池的高電流循環(huán)能力。石墨烯涂層的鋁箔在提高高功率循環(huán)能力方面具有更好的效果，這得益于鋁箔表面的平坦石墨烯有助于電子在極片的平面方向上的傳導(dǎo)，這提高了高電流傳輸和熱傳導(dǎo)能力。

 

全球碳涂層鋁箔市場(chǎng)分析

碳涂層鋁箔可以提高電池性能。隨著市場(chǎng)需求升級(jí)，碳涂層鋁箔在電池領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，未來有望覆蓋所有動(dòng)力電池。在全球市場(chǎng)上，碳涂層鋁箔消費(fèi)市場(chǎng)主要集中在北美、歐洲、中國和日本等工業(yè)發(fā)展體系相對(duì)完善的國家和地區(qū)。

其中，中國和日本的碳涂層鋁箔生產(chǎn)規(guī)模位居世界前列。近年來，隨著東南亞經(jīng)濟(jì)發(fā)展和全球產(chǎn)業(yè)向東轉(zhuǎn)移，馬來西亞、印度尼西亞、泰國等東南亞國家對(duì)碳涂層鋁箔的市場(chǎng)需求加快，市場(chǎng)未來發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

全球碳涂層鋁箔市場(chǎng)高度集中。目前，碳涂層鋁箔制造商主要分布在日本、中國和其他亞太地區(qū)。鼎盛新材是中國電池鋁箔制造商的領(lǐng)先制造商。該公司的客戶包括比亞迪、寧德時(shí)代、LG、國軒高科和世界其他動(dòng)力電池公司。

 

 

碳涂層鋁箔的加工成本相對(duì)較高，是普通鋰電池鋁箔的2-3倍。近年來，隨著下游鋰電池密度的提高，市場(chǎng)對(duì)碳涂層鋁箔的成本、質(zhì)量、性能和規(guī)格提出了更高的要求。

隨著相關(guān)公司的積極改進(jìn)，碳涂層鋁箔的規(guī)格逐漸增加，功能更加豐富。從長遠(yuǎn)來看，碳涂層鋁箔行業(yè)將繼續(xù)向多樣化、高性能、功能性和環(huán)境保護(hù)方向升級(jí)。

 

結(jié)論

專業(yè)人士表示，碳涂層鋁箔有助于提高鋰電池的性能。在電池密度不斷增加的背景下，碳涂層鋁箔的市場(chǎng)需求將繼續(xù)釋放。中國是鋰電池的主要生產(chǎn)國，碳涂層鋁箔的市場(chǎng)需求廣闊。碳涂層鋁箔的加工成本相對(duì)較高。

在平價(jià)時(shí)代，碳涂層鋁箔的加工技術(shù)需要進(jìn)一步優(yōu)化。同時(shí)，市場(chǎng)需求的升級(jí)也將推動(dòng)碳涂層鋁箔向高性能和功能性方向發(fā)展。