Colector de corriente de electrodo negativo de batería de iones de litio

Debido al hecho de que los cuatro componentes principales que componen las baterías de iones de litio-son el material del electrodo positivo, el material del electrodo negativo, la película separadora y el electrolito. Sin embargo, además de los cuatro componentes principales, el colector de corriente utilizado para almacenar los materiales de los electrodos positivos y negativos también es una parte importante de las baterías de litio.

Para las baterías de iones de litio-, el colector de corriente positivo comúnmente utilizado es papel de aluminio y el colector de corriente negativo es papel de cobre. Para garantizar la estabilidad del colector de corriente dentro de la batería, se requiere que la pureza de ambos sea superior al 98%. Con el desarrollo continuo de la tecnología de baterías de litio, ya sean baterías de litio utilizadas en productos digitales o baterías de vehículos eléctricos, esperamos que la densidad de energía de las baterías sea lo más alta posible y que el peso de las baterías sea cada vez más liviano. En cuanto a los colectores de corriente, lo más importante es reducir el grosor y el peso de los colectores de corriente, reduciendo intuitivamente el volumen y el peso de las baterías.

 

 

 

El colector de corriente del electrodo negativo es un sustrato conductor que soporta el material activo del ánodo (p. ej., grafito, silicio) en baterías de iones de litio- (LIB). Sus funciones principales incluyen:

• Conducción de electrones: proporciona vías de baja-resistencia para los electrones durante la carga/descarga.
• Soporte mecánico: Mantiene la integridad estructural a pesar de los cambios en el volumen del ánodo (p. ej., el silicio se expande ~300%).
• Estabilidad de la interfaz: Minimiza las reacciones secundarias con electrolitos.

 

 

Dado que las baterías de litio se han desarrollado rápidamente en los últimos años, los coleccionistas actuales también han experimentado un rápido progreso. La lámina de aluminio del electrodo positivo se ha vuelto más delgada con el tiempo: de 16 μm en el pasado a 14 μm y luego a 12 μm. Hoy en día, muchos fabricantes de baterías ya producen y utilizan papel de aluminio de 10 μm, y algunos incluso utilizan 8 μm.

 

Para el electrodo negativo, la lámina de cobre es más flexible, por lo que su espesor ha disminuido de 12 μm a 10 μm y luego a 8 μm. En la actualidad, muchos fabricantes de baterías utilizan láminas de 6 μm para la producción en masa. Algunas empresas también están desarrollando láminas de 5 μm o incluso de 4 μm, que podrían utilizarse en el futuro.

 

Debido a que el papel de cobre y aluminio utilizado en las baterías de litio debe ser muy puro, la densidad del material es básicamente la misma. A medida que disminuye el espesor, también disminuye la densidad superficial (peso por unidad de área). Como resultado, el peso total de la batería es cada vez menor. Esto satisface nuestras necesidades de baterías de litio mejores y más ligeras.

 

 

Para los colectores de corriente, además del grosor y el peso, las propiedades de la superficie también tienen un impacto significativo en la producción y el rendimiento de las baterías de litio. Esto es especialmente cierto para el colector de corriente del electrodo negativo. Debido a las limitaciones en los procesos de fabricación, las láminas de cobre disponibles actualmente en el mercado son principalmente de tres tipos: rugosas por una cara-, rugosas por las dos-caras y lisas por las dos-caras. Esta estructura asimétrica de dos lados - conduce a una resistencia de contacto desigual entre los recubrimientos de los electrodos negativos en los dos lados. Como resultado, la capacidad del electrodo negativo se libera de manera desigual.

 

Al mismo tiempo, la asimetría entre los dos lados también provoca una fuerza de unión inconsistente del recubrimiento del electrodo negativo. Esto crea un grave desequilibrio en el ciclo de vida de carga y descarga de los revestimientos de cada lado, lo que a su vez acelera la disminución de la capacidad de la batería.

 

 

Se empleó el primer método de corrosión térmica electroquímica del mundo para preparar láminas de cobre microporosas. Esta lámina de cobre microporosa presenta entre 4000 y 15 000 orificios pasantes por centímetro cuadrado, cada uno con un diámetro de 2 a 25 μm, junto con 10 a 10 000 orificios ciegos con diámetros que oscilan entre 10 y 50 μm. Además, las superficies superior e inferior de la lámina están cubiertas uniformemente con marcas de grabado de 1 a 3 μm de profundidad, 1 a 5 μm de ancho y decenas de micrómetros de largo. Estas características abordan perfectamente el problema de la adhesión entre la suspensión del electrodo negativo y la lámina de cobre.

 

El tamaño específico de los poros y las marcas de grabado da como resultado una mayor rugosidad superficial de la lámina de cobre microporosa, libre de rebabas o bordes dentados. Además, la transición entre los poros y la superficie de la lámina forma un arco irregular en lugar de un ángulo recto de 90 grados, lo que previene eficazmente la formación de dendritas de litio durante los ciclos de carga-descarga y extiende la vida útil de la batería.

 

Además, la estructura microporosa exhibe rasgos morfológicos únicos. Los poros producidos mediante corrosión electroquímica tienen formas irregulares y el tamaño de los poros varía dentro de un cierto rango. El diámetro de cada poro también difiere a lo largo de diferentes ejes. Esta geometría de poro irregular mejora aún más la fuerza de unión entre la lámina de cobre y la suspensión del electrodo negativo.

 

 

Índice de microporos		Estructura de distribución microporosa.	Disminución de la densidad territorial (%)	Propiedades
Densidad de microporos Por CM2	Diámetro de microporo μm			Resistencia a la tracción N/mm2	Disminuir (%)	Alargamiento (%)	Reducción (%)	resistividad μΩ.cm	Aumentar (%)
4000-5999	2-25	Superficie completa	0.01-2.94	Mayor o igual a 220	Menor o igual a 25	Mayor o igual a 1,3	Menor o igual a 58	Menor o igual a 2,20	Menor o igual a 8
6000-7999			0.02-3.92	Mayor o igual a 210	Menor o igual a 28	Mayor o igual a 1,15	Menor o igual a 63
8000-9999			0.03-4.91	Mayor o igual a 200	Menor o igual a 32	Mayor o igual a 1,05	Menor o igual a 66
10000-12499	2-20		0.03-3.92	Mayor o igual a 190	Menor o igual a 35	Mayor o igual a 1,10	Menor o igual a 65
12500-15000	2-15		0.04-2.65	Mayor o igual a 180	Menor o igual a 39	Mayor o igual a 1,00	Menor o igual a 68

 

 

1. Lámina de cobre (elección dominante)

Ventajas:

Máxima conductividad (5,96×10⁷ S/m) para una transferencia de carga eficiente.

Ductilidad: Soporta la expansión del electrodo sin agrietarse.

Estabilidad electroquímica a potenciales bajos (0–1 V frente a Li⁺/Li).

Desafíos:

Pesado (~8,96 g/cm³ de densidad) limita las ganancias de densidad de energía.

Propenso a la corrosión en ambientes húmedos.

2. Lámina de cobre recubierta de carbono-(emergente)

Propiedades mejoradas:

Resistencia interfacial reducida (entre un 20 y un 30 %) a través de la capa de carbono.

Adhesión mejorada para compuestos de silicio/grafito.

Applications: High-energy-density batteries (e.g., EVs, >350 Wh/kg).

3. Materiales alternativos (etapa de I+D)

• Colector de estructuras-tridimensionales: los investigadores han desarrollado estructuras de redes 3D, como nanocables de cobre y espuma de cobre. Estas estructuras pueden evitar el crecimiento de dendritas de litio, lo que mejora la seguridad y la vida útil de la batería. Son especialmente adecuados para ánodos de metal litio.
• Lámina de cobre compuesta: este tipo utiliza materiales poliméricos para reemplazar parte de la capa metálica. Si la batería se perfora, no producirá rebabas. El polímero también puede actuar como un disyuntor para detener la fuga térmica.
• Adaptación al electrodo negativo-basado en silicio: los nuevos colectores de corriente porosos pueden reducir el problema de expansión de volumen de los materiales-basados ​​en silicio durante la carga y descarga. Esto ayuda a aumentar la densidad de energía de la batería.

 

 

Contactar ahora

 

 

• Mejora la adhesión entre el material del ánodo y la lámina de cobre.
• Tiene un impacto mínimo en la generación de gas de la batería.
• La resistencia a la tracción de la lámina de cobre microporosa sigue siendo comparable a la de la lámina de cobre original.
• La resistividad de la lámina de cobre microporosa aumenta menos del 8%.
• Mejora ligeramente la capacidad de las baterías-de litio.
• Mejora significativamente la consistencia del rendimiento de la batería y aumenta el rendimiento de producción.
• Facilita la carga y descarga de alta-velocidad.
• Reduce la proporción de lámina de cobre en la masa total de la batería.
• Mejora la humectabilidad de la suspensión y el electrolito sobre la lámina de cobre.
• Reduce la resistencia de contacto entre el material del cátodo y la lámina de aluminio.
• Prolonga la vida útil de la batería.

 

 

La tradicional lámina de cobre electrodepositado (ED-Cu) está experimentando una profunda evolución tecnológica:

Ultra-adelgazamiento

• Tendencia: desde las primeras láminas de 12 μm y 10 μm, la corriente principal ha pasado a 6-8 μm. Los productos-de gama alta ahora utilizan láminas de 4,5 μm y el desarrollo avanza hacia láminas de 3 μm, 2 μm e incluso más delgadas.
• Conductor: una lámina más delgada reduce el peso y libera espacio, aumentando directamente la densidad de energía de la batería (especialmente la densidad de energía gravimétrica).
• Desafío: impone exigencias extremas a la resistencia a la tracción, el alargamiento, el control de la rugosidad de la superficie y el rendimiento de producción de la lámina.

 

Rendimiento alto

• Lámina de cobre de alta-resistencia-: cumple con los requisitos de resistencia de las láminas de electrodos para procesos de apilamiento y baterías de alta-energía-densidad.
• Lámina de cobre de perfil bajo-(LP) y muy-bajo-perfil (VLP): las superficies más lisas mejoran el contacto con el material activo, mejoran la uniformidad de la deposición de iones de litio-y mejoran el rendimiento de carga rápida-y el ciclo de vida.
• Lámina de cobre compuesta (o lámina de cobre "sándwich", lámina de cobre PET)
• Estructura: una capa de soporte de polímero (PET/PP/PI, ~4–6 μm de espesor) recubierta en ambos lados con una capa de cobre metálico ultra-fina (~1 μm).

 

 

 

 

La lámina de cobre laminada con temple suave se utiliza como conductor en la indumentaria para la investigación del tratamiento del cáncer de nuestro cliente de Indonesia.

 

Nuestras láminas de cobre para blindaje ED con alto alargamiento y alta resistencia a la tracción se pueden utilizar en muchas áreas. Podemos proporcionar cobre ED específico-mate, doble-mate y doble-brillante para la batería de iones de litio-. Y también podemos ofrecer láminas de cobre ED blindadas de 2 oz a 6 oz (espesor nominal de 70 um a 210 um) que se utilizan para proteger productos eléctricos, especialmente como transformadores, cables, teléfonos móviles, computadoras, tratamientos mecánicos, aplicaciones aeroespaciales y industriales. Además, HTE (alargamiento a alta temperatura) de lámina de cobre de 1/2 oz a 2 oz de espesor y VLP-HTE-HF (perfil muy-bajo-, alargamiento a alta temperatura y láminas de cobre ED pesadas, utilizadas en PCB, cuya dimensión máxima es de 1295 mm x 2450 mm. A continuación se muestran fotografías de comentarios de clientes de EE. UU. sobre las láminas de cobre protectoras utilizadas en la sala de resonancia magnética

 

El desarrollo de colectores de corriente de ánodo avanzados, como láminas de cobre microporosas, ha mejorado significativamente el rendimiento y la confiabilidad de las baterías de iones de litio-. Los beneficios clave incluyen:

• Adhesión mejorada: la estructura microporosa aumenta la fuerza de unión entre el material del ánodo (por ejemplo, grafito o silicio) y la lámina de cobre, evitando la delaminación durante el ciclo.
• Dendritas de litio suprimidas: la geometría de poro irregular y la superficie grabada eliminan los bordes afilados, lo que reduce la formación de dendritas y mejora la seguridad.
• Humectación mejorada del electrolito: la estructura porosa facilita una mejor penetración del electrolito, lo que garantiza un transporte de iones y una cinética de reacción uniformes.
• Capacidad de alta-velocidad: la conductividad optimizada y las propiedades interfaciales permiten una carga y descarga más rápidas sin una acumulación significativa de resistencia.
• Estabilidad mecánica: la resistencia a la tracción sigue siendo comparable a la de la lámina convencional, lo que garantiza la integridad estructural bajo tensión.
• Ciclo de vida extendido: el crecimiento reducido de dendritas y la estabilidad mejorada de la interfaz contribuyen a una vida útil más larga de la batería.
• Ventaja de peso ligero: el contenido reducido de cobre reduce el peso total de la batería y al mismo tiempo mantiene el rendimiento.

 

Estas innovaciones abordan desafíos críticos en baterías de alta-energía-, lo que convierte a los colectores de corriente microporosos en una solución prometedora para las baterías de iones de litio- de próxima-generación, particularmente para vehículos eléctricos y aplicaciones de alta-potencia.

 

 

P1: ¿Cuál es el colector de corriente del electrodo negativo en una batería de iones de litio-?

R: Es la lámina metálica (casi siempre de cobre) la que recoge los electrones del material activo del ánodo y los envía al circuito externo. También proporciona soporte físico al recubrimiento del ánodo.

 

P2: ¿Por qué se utiliza cobre para el electrodo negativo en lugar de aluminio?

R: Porque el electrodo negativo funciona a un voltaje muy bajo (aproximadamente 0,1 V frente a Li/Li⁺). El cobre es estable a este voltaje. El aluminio reaccionaría con el litio para formar una aleación frágil (LiAl), lo que provocaría que la lámina se rompiera.

 

P3: ¿Qué grosor tiene la lámina de cobre del electrodo negativo?

R: El espesor principal es de 6 μm (micrómetros). En comparación, un cabello humano tiene un grosor de aproximadamente 70 μm. Algunas baterías avanzadas utilizan láminas de 4,5 μm o incluso de 3 μm.

 

P4: ¿Cómo se fabrica la lámina de cobre del electrodo negativo?

R: La mayoría está hecha porelectrodeposición. El cobre se recubre a partir de una solución de sulfato de cobre en un tambor giratorio de titanio. A continuación se retira la lámina, se trata y se corta a lo ancho. Este método se llama lámina de cobre electrolítico (lámina ED) y representa más del 90% del mercado.

 

P5: ¿Cuál es la diferencia entre el lado brillante y el lado mate?

R:Durante la producción, un lado de la lámina toca el tambor de titanio; ese lado se vuelve liso (lado brillante). El otro lado crece libremente y se vuelve áspero (lado mate). El lado rugoso está hecho intencionalmente para que tenga cierta rugosidad para que la suspensión del ánodo se adhiera bien.

 

P6: ¿Qué es la "lámina de cobre compuesta"?

R: Es un nuevo tipo en el que un núcleo de plástico delgado (como PET o PP) se intercala entre dos capas de cobre muy delgadas (de aproximadamente 1 μm cada una). Es más ligero y seguro: si la batería se perfora, el plástico se derrite y rompe el circuito, evitando la fuga térmica. Sin embargo, todavía se está desarrollando para la producción en masa.

 

P7: ¿Las baterías de estado sólido-todavía necesitan un colector de corriente de electrodo negativo de cobre?

R: La mayoría de los diseños de baterías de estado sólido-todavía utilizan un colector de corriente de cobre para el electrodo negativo. Sin embargo, la superficie de cobre puede necesitar un recubrimiento especial (como níquel) para funcionar bien con el electrolito sólido.

 

P8: ¿Cuál es la tendencia futura de los colectores de corriente de electrodos negativos?

R: Consulte la tendencia para los colectores de corriente de electrodo negativo como se muestra a continuación:

• Láminas más delgadas: pasando de 6 μm a 4,5 μm e incluso 3 μm
• Láminas de cobre compuestas: más ligeras y seguras, se espera que crezcan rápidamente
• Estructuras tridimensionales: espuma de cobre o redes de nanocables para trabajar con ánodos de metal de litio y suprimir las dendritas

 

Etiqueta: Colector de corriente de electrodo negativo de batería de iones de litio, fabricantes de colector de corriente de electrodo negativo de batería de iones de litio de China