در باتریهای لیتیومی، فویل آلومینیومی برای الکترود مثبت و فویل مسی برای الکترود منفی استفاده میشود، که عمدتاً به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی آنها است. به منظور اطمینان از پایداری باتری، خلوص فویل آلومینیومی و فویل مسی باید بالای 98٪ باشد. بنابراین، چرا باید از فویل آلومینیومی برای الکترود مثبت باتری استفاده کنیم؟
الزامات عملکردی تولیدکنندگان برای فویل باتری چیست؟
تولیدکنندگان باتری همگی امیدوارند که باتری دارای چگالی انرژی بالا باشد، وزن آن را کاهش دهد و عمر مفید آن را افزایش دهد. بنابراین، معمولاً الزامات عملکردی زیر را برای باتریها دارند:
| نام الزامات | جزئیات |
| ضخامت | نازکترین ضخامت فویل باتری به 8 میکرون رسیده است و انحراف ضخامت باید کم باشد، به طور کلی در محدوده ±4٪، و برخی از تولیدکنندگان باتری ±2٪ را درخواست میکنند. |
| کمیت سطح | سطح نباید دارای حفرههایی با قطر >1 میلیمتر باشد، حفرههای 0.5-1 میلیمتر باید کمتر از 3 متر مربع باشند و سطح تیره نباید دارای لکههای محدب یا لکههای روشن باشد. |
| کشش ترشوندگی سطح | به طور کلی، کاربران کشش ترشوندگی سطح را بین 30-32dyn درخواست میکنند، اما برخی از مواد حساس به مقادیر دین بالاتری نیاز دارند. |
| کیفیت برش لبه | کیفیت لبه برش باید بالا باشد، بدون ترک و پلیسه. |
| خواص مکانیکی | در حالی که ضخامت را کاهش میدهیم، استحکام کششی آن نیز باید همزمان افزایش یابد؛ در غیر این صورت، مقاومت در برابر سایش الزامات را برآورده نمیکند. حد سخت شدن کار آلومینیوم خالص صنعتی 310 N/mm² است و استحکام کششی فویلهای باتری فعلی بیشتر بین 190 تا 280 N/mm² است. |
به طور خلاصه، تولیدکنندگان باتری ترجیح میدهند موادی را انتخاب کنند که رسانایی قوی و هزینه کمتری داشته باشند. در میان فلزات رایج، مس و آلومینیوم این دو نیاز را برآورده میکنند، اما مس گرانتر از آلومینیوم است، بنابراین زمانی که میتوان از آلومینیوم استفاده کرد، از مس استفاده نمیشود. این به این دلیل است که فویل مسی به راحتی در زیر الکترود مثبت اکسید میشود و اکسید مس رسانا نیست. بنابراین، فقط فویل آلومینیومی باتری را میتوان برای الکترود مثبت استفاده کرد.
چرا فویل آلومینیومی برای باتری انتخاب میشود؟
فویل آلومینیومی رسانایی خوبی دارد و نرم و ارزان است. برای فرآیند سیمپیچی باتریهای لیتیومی، ماده باید درجهای از نرمی داشته باشد تا اطمینان حاصل شود که قطعه قطبی در حین سیمپیچی نمیشکند. فویل آلومینیومی اتفاقاً یک فلز نسبتاً نرم است و نسبتاً ارزان و دارای منابع فراوان است.
فویل آلومینیومی در هوا نسبتاً پایدار است. آلومینیوم به راحتی در هوا واکنش نشان میدهد و یک لایه اکسیدی روی سطح فویل آلومینیومی تشکیل میدهد تا از واکنش بیشتر آلومینیوم جلوگیری کند و این لایه اکسیدی همچنین از آلومینیوم در الکترولیت محافظت میکند. مس در هوا نسبتاً پایدار است و اساساً در هوای خشک واکنشی نشان نمیدهد.
پتانسیلهای مثبت و منفی باتریهای لیتیومی تعیین میکنند که الکترود مثبت از فویل آلومینیومی و الکترود منفی از فویل مسی استفاده میکند. الکترود مثبت دارای پتانسیل بالایی است، در حالی که پتانسیل اکسیداسیون آلومینیوم بالا است. علاوه بر این، سطح فویل آلومینیومی دارای یک لایه اکسیدی متراکم است که اثر محافظتی خوبی نیز بر روی آلومینیوم داخلی دارد.
وضعیت فعلی بازار باتری لیتیومی
در سالهای اخیر، بازار باتری لیتیومی به سرعت توسعه یافته است. فویل آلومینیومی الکترود مثبت از 16 میکرون به 12 میکرون کاهش یافته است. اکنون بسیاری از تولیدکنندگان باتری از فویل آلومینیومی 10 میکرونی و حتی 8 میکرونی استفاده میکنند. از آنجایی که باتریهای لیتیومی الزامات بالایی برای خلوص فویل آلومینیومی و فویل مسی دارند، چگالی مواد این دو اساساً در یک سطح است. با کاهش ضخامت، وزن باتری نیز کمتر و کمتر میشود.
علاوه بر ضخامت، باتریهای لیتیومی همچنین الزامات کیفیتی برای سطح فویل آلومینیومی دارند و کیفیت هر دو طرف فویل آلومینیومی باید مشابه و پوشش متقارن باشد.