في بطاريات الليثيوم، تُستخدم رقائق الألومنيوم للقطب الموجب، وتُستخدم رقائق النحاس للقطب السالب، ويرجع ذلك بشكل أساسي إلى خصائصها الفيزيائية والكيميائية. من أجل ضمان استقرار البطارية، يُشترط أن تكون نقاوة رقائق الألومنيوم ورقائق النحاس أعلى من 98٪. إذن، لماذا يجب علينا استخدام رقائق الألومنيوم للقطب الموجب للبطارية؟
ما هي متطلبات أداء الشركات المصنعة لرقائق البطاريات؟
تأمل جميع الشركات المصنعة للبطاريات أن تتمتع البطارية بكثافة طاقة عالية، وأن تقلل من وزنها، وأن تطيل من عمرها الافتراضي. لذلك، عادة ما تكون لديهم متطلبات الأداء التالية للبطاريات:
| اسم المتطلبات | التفاصيل |
| السماكة | وصلت أرق سماكة لرقائق البطاريات إلى 8 ميكرونات، ويُشترط أن يكون انحراف السماكة صغيرًا، بشكل عام في حدود ±4٪، ويطلب بعض مصنعي البطاريات في حدود ±2٪. |
| كمية السطح | لا يُسمح بوجود حفر على السطح بقطر >1 مم، ويجب أن تكون الحفر التي يتراوح قطرها بين 0.5-1 مم أقل من 3 م²، ويجب ألا يكون للسطح الداكن بقع محدبة أو بقع لامعة. |
| توتر ترطيب السطح | بشكل عام، يطلب المستخدمون أن يكون توتر ترطيب السطح بين 30-32 دين، ولكن بعض المواد الحساسة تتطلب قيم دين أعلى. |
| جودة قطع الحواف | يجب أن تكون جودة الحواف عالية، دون تشققات أو نتوءات. |
| الخصائص الميكانيكية | أثناء تقليل السماكة، يجب زيادة قوة الشد في نفس الوقت؛ وإلا، لن تفي مقاومة التآكل بالمتطلبات. يبلغ حد تصلب العمل للألومنيوم النقي الصناعي 310 نيوتن/مم²، وتتراوح قوة الشد لرقائق البطاريات الحالية في الغالب بين 190 و 280 نيوتن/مم². |
باختصار، تفضل الشركات المصنعة للبطاريات اختيار المواد ذات الموصلية القوية والتكلفة المنخفضة. من بين المعادن الشائعة، يلبي النحاس والألومنيوم هذين الشرطين، لكن النحاس أكثر تكلفة من الألومنيوم، لذلك لا يُستخدم النحاس عندما يمكن استخدام الألومنيوم. هذا لأن رقائق النحاس تتأكسد بسهولة تحت القطب الموجب، وأكسيد النحاس غير موصل. لذلك، لا يمكن استخدام سوى رقائق الألومنيوم للبطارية للقطب الموجب.
لماذا تختار رقائق الألومنيوم للبطارية؟
تتمتع رقائق الألومنيوم بموصلية جيدة وهي لينة ورخيصة. لعملية لف بطاريات الليثيوم، تحتاج المادة إلى درجة معينة من الليونة لضمان عدم كسر قطعة القطب أثناء اللف. تصادف أن رقائق الألومنيوم معدن ناعم نسبيًا، وهي رخيصة نسبيًا ولديها موارد وفيرة.
رقائق الألومنيوم مستقرة نسبيًا في الهواء. يتفاعل الألومنيوم بسهولة في الهواء، مما يشكل طبقة أكسيد على سطح رقائق الألومنيوم لمنع المزيد من تفاعل الألومنيوم، وتحمي طبقة الأكسيد هذه أيضًا الألومنيوم في الإلكتروليت. النحاس مستقر نسبيًا في الهواء ولا يتفاعل بشكل أساسي في الهواء الجاف.
تحدد الإمكانات الموجبة والسالبة لبطاريات الليثيوم أن القطب الموجب يستخدم رقائق الألومنيوم والقطب السالب يستخدم رقائق النحاس. يحتوي القطب الموجب على إمكانات عالية، بينما إمكانات أكسدة الألومنيوم عالية. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي سطح رقائق الألومنيوم على طبقة أكسيد كثيفة، والتي لها أيضًا تأثير وقائي جيد على الألومنيوم الداخلي.
الوضع الحالي لسوق بطاريات الليثيوم
في السنوات الأخيرة، تطور سوق بطاريات الليثيوم بسرعة. تم تقليل رقائق الألومنيوم للقطب الموجب من 16 ميكرون إلى 12 ميكرون. الآن يستخدم العديد من مصنعي البطاريات رقائق ألومنيوم 10 ميكرون، وحتى 8 ميكرونات. نظرًا لأن بطاريات الليثيوم لديها متطلبات عالية لنقاء رقائق الألومنيوم ورقائق النحاس، فإن الكثافة المادية للاثنين هي في الأساس على نفس المستوى. مع انخفاض السماكة، يصبح وزن البطارية أصغر وأصغر.
بالإضافة إلى السماكة، فإن بطاريات الليثيوم لديها أيضًا متطلبات لجودة سطح رقائق الألومنيوم، مما يتطلب أن تكون جودة كلا جانبي رقائق الألومنيوم متشابهة وأن يكون الطلاء متماثلًا.