在目前的鋰電池行業(yè)中，鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、新能源汽車和儲(chǔ)能發(fā)電廠等。除了重要的四大主要材料外，集流體是鋰電池的重要組成部分，占總重量的10%至13%，其厚度重量，表面性能將影響鋰電池的性能。

其中，鋁箔作為正極集流體，隨著動(dòng)力電池出貨量的持續(xù)增長(zhǎng)和產(chǎn)能的大規(guī)模擴(kuò)張，市場(chǎng)需求保持了顯著的增長(zhǎng)趨勢(shì)。今年以來，各大鋰電池公司和箔材公司開始大規(guī)模拓展高端復(fù)合鋁箔，即碳涂層鋁箔。

 

碳涂層鋁箔的優(yōu)點(diǎn)

鋁箔表面的鈍化層可以避免充放電過程中電解質(zhì)的腐蝕，常用作正極集電體，與LiCoO2、錳酸鋰、三元材料和LiFePO4等相匹配。

 

然而，傳統(tǒng)鋁箔通常具有以下限制

● 與電極片中正極材料的接觸面積有限，影響正極片的內(nèi)阻。

● 粘合劑和活性材料的結(jié)合強(qiáng)度有限，在循環(huán)充電和放電過程中，由于電極體積的不斷變化，導(dǎo)致顆粒材料之間的結(jié)合松散，容易掉粉，導(dǎo)致電池容量和循環(huán)壽命迅速衰減。

● 電解質(zhì)的氧化分解產(chǎn)物發(fā)生在電化學(xué)反應(yīng)的表面，導(dǎo)致并加速鋁箔的腐蝕。因此，高端電池特別是三元鋰電池的應(yīng)用趨勢(shì)是鋁箔改性的需要。

 

鋁箔的主要改性方法如下

● 表面處理（化學(xué)蝕刻、電化學(xué)蝕刻、直流陽極氧化、電暈處理）

● 導(dǎo)電涂層（表面涂層碳、石墨烯涂層、碳納米管涂層、復(fù)合涂層）

● 3D多孔結(jié)構(gòu)（泡沫結(jié)構(gòu)、納米帶結(jié)構(gòu)、納米錐機(jī)制、纖維編織機(jī)制）。

● 復(fù)合改性處理。

 

其中，碳表面涂層是鋁箔常用的改性方法

碳涂層鋁箔是在鋁箔表面添加碳涂層后用于鋰離子電池正極集電體的材料。將碳粉與一定的成膜劑、溶劑和助劑混合形成漿料，然后涂覆在鋁箔表面，干燥后形成致密的碳涂層。

 

 

與空白鋁箔相比，碳涂層鋁箔提高了正極片的導(dǎo)電性，并可以降低電池的內(nèi)阻。例如，磷酸鐵鋰本身的導(dǎo)電性較差，并且缺乏在其與輕質(zhì)鋁箔之間轉(zhuǎn)移電子的橋梁。經(jīng)過碳涂層處理后，碳涂層鋁箔可以起到橋梁的作用，將陰極活性材料緊密地結(jié)合到鋁箔上，并將顆粒相互嵌入，從而提高陰極片的導(dǎo)電性，最終降低電池的內(nèi)阻。

此外，碳涂層鋁箔可以使鋁箔表面均勻凹凸，增加電解質(zhì)中活性材料與陰極集流體之間的接觸面積，從而在高電流下快速充電和放電時(shí)更快地轉(zhuǎn)移電子并收集電流，可以提高電池倍率充放電性能，幫助鋰電池提高效率，適應(yīng)大倍率快速充電。

 

其優(yōu)點(diǎn)是：

● 降低收集器流體的界面阻抗，減少極化，提高循環(huán)壽命和倍增器性能。

● 提高活性材料與集流體的附著力，減少粘結(jié)劑用量，降低生產(chǎn)成本。

● 防止集流體腐蝕和氧化，延長(zhǎng)電池壽命。

 

綜上所述，碳涂層鋁箔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(zhǎng)電池循環(huán)壽命的能力，目前主要用于磷酸鐵鋰電池。近年來，隨著電池能量密度要求的提高，碳涂層鋁箔市場(chǎng)需求不斷釋放，目前近90%的動(dòng)力鋰電池都使用了碳涂層鋁箔。

 

碳涂層鋁箔的研制

碳涂層鋁箔的核心屏障在于導(dǎo)電涂層的配方，即制造商需要生產(chǎn)出性能穩(wěn)定、耐電壓、耐電解質(zhì)/氫氟酸腐蝕、導(dǎo)電性高的功能涂層，并將其均勻地涂覆在鋁箔表面。

 

 

導(dǎo)電涂料分為本征導(dǎo)電涂料和填充型導(dǎo)電涂料，本征導(dǎo)電涂層是使用自己的導(dǎo)電高分子材料，存在加工困難、共軛結(jié)構(gòu)易損壞和制造成本等缺點(diǎn)，難以大規(guī)模應(yīng)用；填料導(dǎo)電涂料是指導(dǎo)電填料（如金屬填料、碳素材料）與成膜劑、溶劑和添加劑等復(fù)配的涂料，目前主要是碳素涂料的工業(yè)化生產(chǎn)。

在碳基導(dǎo)電涂層中，石墨與炭黑結(jié)合使用，以獲得更好的加工和導(dǎo)電性；石墨烯經(jīng)常被添加到涂層中以提高導(dǎo)電性并增加耐刮擦性和柔韌性。此外，作為填料，通常片狀填料比球形填料具有更好的導(dǎo)電性，而長(zhǎng)徑比較大的碳納米管具有最佳的導(dǎo)電性。

導(dǎo)電碳漿通常由碳材料、成膜材料、溶劑和添加劑組成，成膜劑有丙烯酸、聚氨酯、環(huán)氧、聚酯和醇酸樹脂等常見粘結(jié)劑，為了提高成膜性能，成膜試劑經(jīng)常與相應(yīng)的交聯(lián)劑配合使用；溶劑是真正的樹脂溶劑，具有一定程度的碳材料潤(rùn)濕性。為了滿足綠色、安全的市場(chǎng)需求，水性導(dǎo)電漿料成為研究的熱點(diǎn)。

 

碳涂層鋁箔市場(chǎng)現(xiàn)狀

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、中日等產(chǎn)業(yè)發(fā)展體系較為完善的國家和地區(qū)，其中中日碳涂層鋁箔生產(chǎn)規(guī)模位居全球前列。近年來，隨著東南亞經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及全球產(chǎn)業(yè)向東發(fā)展，馬來西亞、印度尼西亞、泰國等東南亞國家碳涂層鋁箔市場(chǎng)需求增速加快，未來市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

 

 

全球碳涂層鋁箔市場(chǎng)集中度較高，目前碳涂層鋁箔生產(chǎn)廠家主要分布在日本、中國等亞太地區(qū)。涂碳鋁箔加工成本高，是普通鋰鋁箔的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、規(guī)格等提出了更高的要求，在相關(guān)企業(yè)積極改進(jìn)，碳涂層鋁箔規(guī)格逐漸增多，功能更加豐富。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，碳涂層鋁箔行業(yè)將繼續(xù)向多元化、高性能、功能化、環(huán)?；较蛏?jí)，其加工技術(shù)將進(jìn)一步優(yōu)化，同時(shí)市場(chǎng)需求升級(jí)，也將帶動(dòng)碳涂層鋁箔向高性能化方向發(fā)展。