Kolektor Arus Elektroda Negatif Baterai Lithium Ion

Karena empat komponen utama penyusun baterai litium-ion adalah bahan elektroda positif, bahan elektroda negatif, film pemisah, dan elektrolit. Namun selain keempat komponen utama tersebut, pengumpul arus yang digunakan untuk menyimpan bahan elektroda positif dan negatif juga merupakan bagian penting dari baterai litium.

Untuk baterai litium-ion, pengumpul arus positif yang umum digunakan adalah aluminium foil, dan pengumpul arus negatif adalah foil tembaga. Untuk menjamin kestabilan pengumpul arus di dalam baterai, kemurnian keduanya harus di atas 98%. Dengan terus berkembangnya teknologi baterai litium, baik itu baterai litium yang digunakan pada produk digital maupun baterai kendaraan listrik, kami berharap kepadatan energi baterai dapat setinggi mungkin, dan bobot baterai menjadi semakin ringan. Dalam hal pengumpul arus, hal terpenting adalah mengurangi ketebalan dan berat pengumpul arus, secara intuitif mengurangi volume dan berat baterai.

 

 

 

Pengumpul arus elektroda negatif adalah substrat konduktif yang mendukung bahan aktif anoda (misalnya grafit, silikon) dalam baterai lithium-ion (LIBs). Peran utamanya meliputi:

• Konduksi elektron: Menyediakan{0}}jalur resistansi rendah bagi elektron selama pengisian/pengosongan.
• Dukungan mekanis: Mempertahankan integritas struktural meskipun volume anoda berubah (misalnya, silikon mengembang ~300%).
• Stabilitas antarmuka: Meminimalkan reaksi samping dengan elektrolit.

 

 

Seiring dengan perkembangan pesat baterai litium dalam beberapa tahun terakhir, para kolektor saat ini juga mengalami kemajuan pesat. Aluminium foil elektroda positif menjadi lebih tipis seiring berjalannya waktu: dari sebelumnya 16 μm menjadi 14 μm, lalu turun menjadi 12 μm. Saat ini, banyak produsen baterai yang sudah memproduksi dan menggunakan aluminium foil 10 μm, bahkan ada yang menggunakan aluminium foil 8 μm.

 

Untuk elektroda negatif, foil tembaga lebih fleksibel, sehingga ketebalannya turun dari 12 μm menjadi 10 μm, dan kemudian menjadi 8 μm. Saat ini, banyak produsen baterai menggunakan foil 6 μm untuk produksi massal. Beberapa perusahaan juga mengembangkan foil berukuran 5 μm atau bahkan 4 μm, yang dapat digunakan di masa depan.

 

Karena tembaga dan aluminium foil yang digunakan dalam baterai litium harus sangat murni, maka kepadatan bahan pada dasarnya sama. Dengan berkurangnya ketebalan, kepadatan permukaan (berat per satuan luas) juga menurun. Akibatnya, bobot baterai secara keseluruhan menjadi semakin kecil. Ini memenuhi kebutuhan kita akan baterai litium yang lebih ringan dan lebih baik.

 

 

Untuk pengumpul arus, selain ketebalan dan berat, sifat permukaan juga mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap produksi dan kinerja baterai litium. Hal ini terutama berlaku untuk pengumpul arus elektroda negatif. Karena keterbatasan dalam proses produksi, foil tembaga yang saat ini tersedia di pasaran terdiri dari tiga jenis: satu-sisi kasar, dua-sisi kasar, dan dua-halus. Struktur dua sisi yang asimetris ini menyebabkan resistansi kontak yang tidak merata antara lapisan elektroda negatif di kedua sisi. Akibatnya kapasitas elektroda negatif dilepaskan secara tidak merata.

 

Pada saat yang sama, asimetri antara kedua sisi juga menyebabkan kekuatan ikatan lapisan elektroda negatif tidak konsisten. Hal ini menciptakan ketidakseimbangan yang serius dalam siklus hidup pengisian-pengosongan lapisan di setiap sisi, yang pada gilirannya mempercepat penurunan kapasitas baterai.

 

 

Metode korosi termal elektrokimia pertama di dunia digunakan untuk membuat foil tembaga mikropori. Foil tembaga mikropori ini memiliki 4.000–15.000 lubang tembus per sentimeter persegi, masing-masing berdiameter 2–25 μm, serta 10–10.000 lubang buta dengan diameter berkisar antara 10–50 μm. Selain itu, permukaan atas dan bawah foil ditutupi secara seragam dengan tanda etsa dengan kedalaman 1–3 μm, lebar 1–5 μm, dan panjang puluhan mikrometer. Karakteristik ini secara sempurna mengatasi masalah adhesi antara bubur elektroda negatif dan foil tembaga.

 

Ukuran pori-pori dan tanda etsa yang spesifik menghasilkan kekasaran permukaan yang lebih tinggi untuk foil tembaga mikropori, bebas dari gerinda atau tepi bergerigi. Selain itu, transisi antara pori-pori dan permukaan foil membentuk busur tidak beraturan dan bukan sudut siku-siku 90 derajat, sehingga secara efektif mencegah pembentukan dendrit litium selama siklus pengisian-pengosongan dan memperpanjang masa pakai baterai.

 

Selain itu, struktur mikropori menunjukkan ciri morfologi yang unik. Pori-pori yang dihasilkan melalui korosi elektrokimia berbentuk tidak beraturan, dengan ukuran pori bervariasi dalam kisaran tertentu. Diameter setiap pori juga berbeda sepanjang sumbu yang berbeda. Geometri pori yang tidak beraturan ini semakin meningkatkan kekuatan ikatan antara foil tembaga dan bubur elektroda negatif.

 

 

Indeks Mikropori		Struktur distribusi mikropori	Penurunan Kepadatan Areal (%)	Properti
Kepadatan Mikropori Per CM2	Diameter Mikropori μm			Kekuatan Tarik T/mm2	Mengurangi (%)	Pemanjangan (%)	Pengurangan (%)	resistivitas μΩ.cm	Meningkatkan (%)
4000-5999	2-25	Permukaan Penuh	0.01-2.94	Lebih besar dari atau sama dengan 220	Kurang dari atau sama dengan 25	Lebih besar dari atau sama dengan 1,3	Kurang dari atau sama dengan 58	Kurang dari atau sama dengan 2,20	Kurang dari atau sama dengan 8
6000-7999			0.02-3.92	Lebih besar atau sama dengan 210	Kurang dari atau sama dengan 28	Lebih besar dari atau sama dengan 1,15	Kurang dari atau sama dengan 63
8000-9999			0.03-4.91	Lebih besar dari atau sama dengan 200	Kurang dari atau sama dengan 32	Lebih besar dari atau sama dengan 1,05	Kurang dari atau sama dengan 66
10000-12499	2-20		0.03-3.92	Lebih besar dari atau sama dengan 190	Kurang dari atau sama dengan 35	Lebih besar atau sama dengan 1,10	Kurang dari atau sama dengan 65
12500-15000	2-15		0.04-2.65	Lebih besar dari atau sama dengan 180	Kurang dari atau sama dengan 39	Lebih besar dari atau sama dengan 1,00	Kurang dari atau sama dengan 68

 

 

1. Foil Tembaga (Pilihan Dominan)

Keuntungan:

Konduktivitas tertinggi (5,96×10⁷ S/m) untuk transfer muatan yang efisien.

Daktilitas: Menahan ekspansi elektroda tanpa retak.

Stabilitas elektrokimia pada potensial rendah (0–1 V vs. Li⁺/Li).

Tantangan:

Berat (kepadatan ~8,96 g/cm³) membatasi peningkatan kepadatan energi.

Rentan terhadap korosi di lingkungan lembab.

2. Karbon-Foil Tembaga Dilapisi (Muncul)

Properti yang ditingkatkan:

Mengurangi resistensi antarmuka (sebesar 20–30%) melalui lapisan karbon.

Peningkatan daya rekat untuk komposit silikon/grafit.

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

3. Bahan Alternatif (Tahap Litbang)

• Kolektor struktur-tiga dimensi: Para peneliti telah mengembangkan struktur jaringan 3D seperti kawat nano tembaga dan tembaga busa. Struktur ini dapat mencegah pertumbuhan dendrit litium, sehingga meningkatkan keamanan dan masa pakai baterai. Mereka sangat cocok untuk anoda logam litium.
• Foil tembaga komposit: Jenis ini menggunakan bahan polimer untuk menggantikan sebagian lapisan logam. Jika baterai bocor, tidak akan menghasilkan gerinda. Polimer juga dapat bertindak sebagai pemutus arus untuk menghentikan pelarian termal.
• Adaptasi ke elektroda negatif-berbasis silikon: Pengumpul arus berpori baru dapat mengurangi masalah perluasan volume bahan berbasis silikon-selama pengisian dan pengosongan. Ini membantu meningkatkan kepadatan energi baterai.

 

 

Hubungi sekarang

 

 

• Meningkatkan daya rekat antara bahan anoda dan foil tembaga.
• Memiliki dampak minimal pada pembangkitan gas baterai.
• Kekuatan tarik foil tembaga mikropori tetap sebanding dengan foil tembaga asli.
• Resistivitas foil tembaga mikropori meningkat kurang dari 8%.
• Sedikit meningkatkan kapasitas baterai litium-ion.
• Secara signifikan meningkatkan konsistensi kinerja baterai dan meningkatkan hasil produksi.
• Memfasilitasi-pengisian dan pengosongan daya dengan kecepatan tinggi.
• Mengurangi proporsi kertas tembaga dalam total massa baterai.
• Meningkatkan keterbasahan bubur dan elektrolit pada kertas tembaga.
• Mengurangi resistansi kontak antara bahan katoda dan aluminium foil.
• Memperpanjang masa pakai baterai.

 

 

Foil tembaga tradisional yang diendapkan secara elektro (ED-Cu) sedang mengalami evolusi teknologi yang mendalam:

Sangat-Penipisan

• Tren: Dari foil awal 12 μm dan 10 μm, arus utama telah bergeser ke 6–8 μm. Produk-kelas atas kini menggunakan 4,5 μm, dan pengembangan bergerak menuju 3 μm, 2 μm, dan bahkan foil yang lebih tipis.
• Pengemudi: Foil yang lebih tipis mengurangi berat dan mengosongkan ruang, sehingga secara langsung meningkatkan kepadatan energi baterai (terutama kepadatan energi gravimetri).
• Tantangan: Memberikan tuntutan ekstrem pada kekuatan tarik, perpanjangan, kontrol kekasaran permukaan, dan hasil produksi foil.

 

Kinerja Tinggi

• Foil Tembaga Berkekuatan-Tarik-Tinggi: Memenuhi persyaratan kekuatan lembaran elektroda untuk proses penumpukan dan baterai berkepadatan-energi-tinggi.
• Foil Tembaga-Profil Rendah (LP) dan Sangat-Profil-Sangat Rendah (VLP): Permukaan yang lebih halus meningkatkan kontak dengan bahan aktif, meningkatkan keseragaman deposisi ion-litium, dan meningkatkan kinerja-pengisian daya cepat dan masa pakai.
• Foil Tembaga Komposit (atau Foil Tembaga "Sandwich", Foil Tembaga PET)
• Struktur: Lapisan pendukung polimer (PET/PP/PI, tebal ~4–6 μm) dilapisi pada kedua sisinya dengan lapisan tembaga logam ultra-tipis (~1 μm).

 

 

 

 

Foil tembaga yang digulung dengan sifat lembut yang digunakan sebagai konduktor dalam pakaian untuk penelitian pengobatan kanker dari pelanggan kami di Indonesia.

 

Foil Tembaga Pelindung ED kami dengan Perpanjangan Tinggi dan Kekuatan Tarik Tinggi, dapat digunakan di banyak area. Kami dapat menyediakan Tembaga ED tunggal-matte, double-matte, dan double-mengkilap untuk Baterai Li-ion. Dan kami juga dapat menawarkan 2oz hingga 6oz (ketebalan nominal 70um hingga 210um) Foil Tembaga ED Terlindung yang digunakan untuk melindungi produk listrik, terutama sebagai transformator, kabel, telepon seluler, komputer, perawatan mekanis, dirgantara, dan Aplikasi industri. Terlebih lagi, HTE (pemanjangan suhu tinggi) dari foil tembaga dengan ketebalan 1/2oz hingga 2oz dan VLP-HTE-HF( profil sangat-rendah-, pemanjangan suhu tinggi, dan Foil Tembaga ED berat, digunakan dalam PCB, dengan dimensi maksimal 1295mm x 2450mm. Di bawah ini adalah foto Masukan pelanggan AS untuk Foil Tembaga Pelindung yang digunakan di Ruang MRI

 

Perkembangan pengumpul arus anoda yang canggih, seperti foil tembaga mikropori, telah meningkatkan kinerja dan keandalan baterai litium-ion secara signifikan. Manfaat utama meliputi:

• Peningkatan Adhesi – Struktur mikropori meningkatkan kekuatan ikatan antara bahan anoda (misalnya grafit atau silikon) dan foil tembaga, mencegah delaminasi selama siklus.
• Dendrit Litium yang Ditekan – Geometri pori yang tidak beraturan dan permukaan yang tergores menghilangkan tepi tajam, mengurangi pembentukan dendrit, dan meningkatkan keamanan.
• Peningkatan Pembasahan Elektrolit – Struktur berpori memfasilitasi penetrasi elektrolit yang lebih baik, memastikan transportasi ion dan kinetika reaksi yang seragam.
• Kemampuan-Tingkat Tinggi – Konduktivitas dan sifat antarmuka yang dioptimalkan memungkinkan pengisian dan pengosongan daya lebih cepat tanpa penumpukan hambatan yang signifikan.
• Stabilitas Mekanis – Kekuatan tariknya tetap sebanding dengan foil konvensional, memastikan integritas struktural di bawah tekanan.
• Siklus Hidup yang Diperpanjang – Mengurangi pertumbuhan dendrit dan meningkatkan stabilitas antarmuka berkontribusi pada masa pakai baterai yang lebih lama.
• Keunggulan Ringan – Berkurangnya kandungan tembaga menurunkan bobot baterai secara keseluruhan sekaligus mempertahankan kinerja.

 

Inovasi ini mengatasi tantangan penting dalam baterai{0}}kepadatan-energi tinggi, menjadikan pengumpul arus mikropori sebagai solusi yang menjanjikan untuk baterai-litium-generasi berikutnya, khususnya untuk kendaraan listrik dan aplikasi-daya tinggi.

 

 

Q1: Apa yang dimaksud dengan pengumpul arus elektroda negatif pada baterai litium-ion?

J: Ini adalah lembaran logam (hampir selalu tembaga) yang mengumpulkan elektron dari bahan aktif anoda dan mengirimkannya ke sirkuit eksternal. Ini juga memberikan dukungan fisik untuk lapisan anoda.

 

Q2: Mengapa tembaga digunakan sebagai elektroda negatif, bukan aluminium?

J: Karena elektroda negatif beroperasi pada tegangan yang sangat rendah (sekitar 0,1V vs. Li/Li⁺). Tembaga stabil pada tegangan ini. Aluminium akan bereaksi dengan litium membentuk paduan rapuh (LiAl), menyebabkan foil pecah.

 

Q3: Seberapa tebal foil tembaga untuk elektroda negatif?

A:Ketebalan utama adalah 6 μm (mikrometer). Sebagai perbandingan, rambut manusia memiliki ketebalan sekitar 70 μm. Beberapa baterai canggih menggunakan foil berukuran 4,5 μm atau bahkan 3 μm.

 

Q4: Bagaimana foil tembaga elektroda negatif dibuat?

A:Sebagian besar dibuat olehelektrodeposisi. Tembaga dilapisi dari larutan tembaga sulfat ke drum titanium yang berputar. Foil tersebut kemudian dikupas, diolah, dan dipotong sesuai lebarnya. Metode ini disebut foil tembaga elektrolitik (ED foil) dan mencakup lebih dari 90% pasar.

 

Q5: Apa perbedaan antara sisi mengkilap dan sisi matte?

A:Selama produksi, satu sisi foil menyentuh drum titanium – sisi tersebut menjadi halus (sisi mengkilat). Sisi lainnya tumbuh bebas dan menjadi kasar (sisi matte). Sisi kasarnya sengaja dibuat memiliki kekasaran tertentu agar slurry anoda menempel dengan baik.

 

Q6: Apa itu "foil tembaga komposit"?

J: Ini adalah tipe baru di mana inti plastik tipis (seperti PET atau PP) diapit di antara dua lapisan tembaga yang sangat tipis (masing-masing sekitar 1 μm). Lebih ringan dan aman – jika baterai bocor, plastik akan meleleh dan merusak sirkuit, sehingga mencegah pelepasan panas. Namun masih dikembangkan untuk produksi massal.

 

Q7: Apakah baterai solid-masih memerlukan pengumpul arus elektroda negatif tembaga?

J:Sebagian besar desain-baterai solid state masih menggunakan pengumpul arus tembaga untuk elektroda negatifnya. Namun, permukaan tembaga mungkin memerlukan lapisan khusus (seperti nikel) agar dapat bekerja dengan baik dengan elektrolit padat.

 

Q8: Bagaimana tren masa depan pengumpul arus elektroda negatif?

A:Lihat tren pengumpul arus elektroda negatif seperti di bawah ini:

• Foil yang lebih tipis: Bergerak dari 6 μm ke 4,5 μm dan bahkan 3 μm
• Foil tembaga komposit: Lebih ringan dan lebih aman, diperkirakan akan tumbuh dengan cepat
• Struktur tiga dimensi: Busa tembaga atau jaringan kawat nano untuk bekerja dengan anoda logam litium dan menekan dendrit

 

Tag populer: baterai lithium ion pengumpul arus elektroda negatif, Cina produsen pengumpul arus elektroda negatif baterai lithium ion