カーボンコートアルミ箔は, 高純度アルミ箔の表面に導電性カーボン材料を均一にコーティングした機能性複合材料です.カーボンコートアルミ箔は, ナノ導電性グラファイトをアルミ箔または銅箔に複合化することで, 電池パックの長寿命化に貢献します.水性と油性の2種類があります.
この材料は, ロールツーロールコーティングプロセスにより, アルミ箔の表面に両面導電性カーボン層(厚さ約2µm)を形成します.主に, リン酸鉄リチウム(LFP)発電電池およびリチウム硫黄電池の正極集電体として使用されます.
炭素コーティングアルミ箔は, アルミ箔の表面に炭素材料(導電性カーボンブラック, グラフェンなど)をコーティングすることで, 電池の内部抵抗を大幅に低減し, 電子輸送効率を向上させ, 活物質と集電体間の密着性を高めます.これにより, 必要なバインダーの量を削減し, 電池のレート特性, サイクル寿命, 安全性を向上させます.
カーボンコーティングアルミ箔は, 「カーボンコーティング箔」または「導電性コーティングアルミ箔」とも呼ばれ, 特殊なプロセスによって従来のアルミ箔集電体の表面に導電性カーボン材料(カーボンブラック, グラフェン, カーボンナノチューブなど)の層を均一に塗布して形成された複合箔です.
- 基板:純度99.9%以上のアルミニウム箔(通常は合金1060, 1070, 1100, 1235), 厚さは通常約16μm
- コーティング:炭素材料(カーボンブラック, グラファイト, グラフェン, カーボンナノチューブなど)とバインダーを組み合わせ, 厚さ0.3～5μmの片面または両面コーティング
カーボンコーティングアルミ箔の仕様
| アイテム | 仕様 |
| アルミ箔基材 | 1060, 1070, 1080, 1100, 1235 |
| アルミホイルの厚さ | 16μm |
| コーティング材 | カーボンブラック, グラファイトフレーク, グラフェン |
| コーティングの厚さ | 1μm(片側)/ 1μm + 1μm(両側) |
| 総厚 | 18μm |
| アルミホイルの幅 | 260ミリメートル |
| コーティング幅 | 230ミリメートル |
| コーティングタイプ | 水性ベース |
| コーティング面 | 片面または両面 |
| コーティング密度 | 0.5～2.0 g/m² |
| 表面伝導率 | <30 Ω/25 μm² |
カーボンコーティングアルミ箔の構造と組成
- 基板: 電子グレードの高純度アルミ箔 (通常厚さ 10～20 µm).
- 要件: 表面は清潔で滑らかであり, 優れた導電性と機械的強度を備えている必要があります.
- コーティング: 導電性カーボン層 (通常 1～4 µm の厚さ).
- 導電剤:超導電性カーボンブラック, アセチレンブラック, グラフェン, VGCFなど, 導電ネットワークを提供します.
- バインダー:水性アクリル樹脂, SBRラテックスなど, カーボン層とアルミ箔の間の強力な接着を確保します.
- 分散剤およびその他の添加剤: スラリーの均一性と安定性を確保します.
カーボンコーティングアルミ箔の分類
- 水性カーボンコーティングアルミホイル:溶媒として水を使用し, 環境に優しく無毒, コーティングの厚さは1〜5µmで, 民生用電子機器や新エネルギー車のバッテリーに広く使用されています.
- 油性カーボンコーティングアルミ箔(市場シェア45%):有機溶剤をキャリアとして使用し, 高密度コーティング(3～8µm)を特徴としており, 航空宇宙などのハイエンド用途に適しています.
カーボンコーティングアルミホイルの利点
従来のむき出しのアルミホイルと比較して, カーボンコーティングされたアルミホイルは, 次のような複数の性能向上をもたらします.
界面インピーダンスを大幅に低減
問題: 正極活物質 (LFP や NCM 材料など) が裸のアルミ箔の滑らかな表面と十分に接触せず, 接触抵抗が高くなります.
解決策: カーボンコーティングは3次元の導電ネットワークを提供し, 活物質粒子との「点接触」ではなく「面接触」を形成し, 集電体と活物質間の接触抵抗を大幅に低減します.
バッテリーレート性能の向上
界面インピーダンスの低減と電子輸送経路のスムーズ化により, 高レート充放電時の分極が減少し, 電圧プラットフォームの安定性が向上し, 出力電力が高まります.
活物質と集電体間の接着力の強化
カーボンコーティングの微細な粗さの構造により, 比表面積が増加し, 活性物質を「接着剤」のようにしっかりと掴むため, サイクル中の活性物質の剥離のリスクが低減し, サイクル寿命が向上します.
アルミニウム集電体を保護し, 酸化/腐食を防止します
高電圧正極材料(高ニッケルNCMやLCOなど)や電解質環境下では, アルミ箔表面に酸化膜が形成されやすく, インピーダンスの上昇や腐食を引き起こします.カーボンコーティングは物理的なバリアとして機能し, アルミ箔を効果的に保護します.
バッテリーの一貫性と歩留まりを向上
電極スラリーのコーティング均一性を高め, 集電体の表面欠陥による性能のばらつきを低減し, 全体的な生産歩留まりを向上させます.
導電剤使用量を削減する可能性
集電体自体が優れた導電性を示すため, 正極スラリー中の導電剤の量を減らすことができ, 活物質の割合が増加し, 高エネルギー密度化に貢献します.
カーボンコーティングアルミ箔の用途
カーボンコーティングアルミ箔(カーボンコーティング箔／コーティング導電性アルミ箔)は, 界面導電性の向上, 内部抵抗の低減, 電気化学的安定性の向上を目的とした, 新エネルギー分野で広く使用されている先進的な電池用集電材です.以下の用途において優れた性能を発揮します.
新エネルギーバッテリー(EVおよびESS)
パワーバッテリーおよびエネルギー貯蔵システムでは, 炭素コーティングされたアルミ箔により電極インターフェースインピーダンスが大幅に低減され, 充放電効率とサイクル安定性が向上します.
全固体電池
固体システムでは, 固体電解質と金属箔の接触が一般的に不良です.カーボンコーティングアルミ箔は, 界面の濡れ性と接触面積を改善し, より高いレート性能を実現します.
フレキシブル電子デバイス
カーボンコーティングされたアルミホイルは, 高い導電性とある程度の柔軟性を備えており, 軽量で薄型の設計が求められるウェアラブル電子機器やフレキシブルなエネルギー貯蔵デバイスに適しています.
カーボンコーティングアルミ箔の主な用途
カーボンコーティングされたアルミホイルはすべてのバッテリーに必要なわけではありませんが, 次の種類のバッテリーでは大きな価値をもたらします.
高出力バッテリー
次のような極めて高い瞬間放電または急速充電を必要とするデバイスに適しています.
- 電気自動車(EV)
- 無人航空機(UAV)
- 電動工具
- 電動バイクと電動スクーター
カーボンコーティングされたアルミホイルは, インターフェースインピーダンスを効果的に低減し, 5C～10Cの高レート性能を向上させます.
超長寿命バッテリー
極めて高いサイクル寿命要件を持つアプリケーションに適しています:
- 大規模エネルギー貯蔵発電所(ESS)
- 通信基地局のバックアップ電源
- UPS無停電電源システム
カーボンコーティングによりアルミ箔の腐食が抑制され, 電極の構造安定性が向上し, サイクル寿命が大幅に延長されます.
高エネルギー密度セル
高電圧カソードを使用する民生用電子機器では, コーティングされたアルミ箔により界面の安定性が向上し, 副反応が減少します.
導電性の低いカソードシステム
本質的に導電性が低い LFP (リン酸鉄リチウム) セルなどでは, カーボンコーティングされたアルミホイルを使用することで, 以下の点が大幅に改善されます.
- パフォーマンスを評価する
- 初期充電効率
- 低温性能
これは, カーボンコーティングされたアルミ箔の最も急速に成長している応用分野の 1 つです.
カーボンコーティング材料の選択
カーボンコーティング材料の選択は, カーボンコーティングアルミ箔の導電性, 接着性, 耐食性, 電気化学的安定性に直接影響します.これは, 電池正極集電体の性能を左右する重要な要素です.一般的な工業用カーボン材料には, 以下のものがあります.
カーボンブラック
- 特徴: 安定した導電性, 低コスト, 優れた分散性.
- 利点: 高密度かつ均一な炭素層を形成し, 界面導電性を向上させ, 主流のリチウムイオン電池に適しています.
- 用途: 電力およびエネルギー貯蔵バッテリーに広く使用されます.
黒鉛
- 特徴: 高い電子移動度を持つ層状構造.
- 利点: コーティングの導電性と潤滑性が大幅に向上し, 圧縮がより安定します.
- 用途: 中高級パワーバッテリー, カーボンコーティング箔を使用したナトリウムイオンバッテリー.
カーボンナノチューブ(CNT)
- 特徴: 極めて高い導電性と機械的強度を備えた 1 次元構造.
- 利点: 3 次元の導電ネットワークを構築し, 界面抵抗を低減し, サイクル寿命を向上させます.
- 用途: 高レートバッテリーおよびハイエンドエネルギー貯蔵システム.
グラフェン
- 特徴: 二次元ハニカム構造で, 導電性と強度が非常に優れています.
- 利点: 電子/イオン輸送効率とインターフェース安定性が大幅に向上します.
- 用途: カーボンコーティング箔を使用した高性能動力電池および固体電池.
還元酸化グラフェン(rGO)
- 特徴: グラフェンと酸化グラフェンの特性を兼ね備えており, 分散しやすく, コストが低くなります.
- 利点: 連続した導電層を形成し, 接着性と耐腐食性を向上させます.
- 用途: 中級から高級のリチウムイオン電池およびエネルギー密度の高いシステム.
カーボンコーティングアルミ箔の製造工程
主に2つの方法に分かれます:
転写コーティング法
まずカーボンスラリーをキャリアに塗布し, 乾燥させてフィルム状にし, 次に圧延によりアルミ箔に転写します.
- 利点: 均一なコーティング, 滑らかな表面.
- デメリット: プロセスフローが長く, コストが高い.
直接塗布法
調製された導電性カーボンスラリーは, スロットダイ, マイクログラビア, またはその他のコーティング技術を使用してアルミ箔上に直接コーティングされ, その後オーブンで乾燥および硬化されます.
- 利点: プロセスが簡単で, コストが低く, 現在主流の方法です.
- デメリット: スラリー配合とコーティングパラメータを厳密に制御する必要があります.そうしないと, 縞模様や厚さの不均一などの問題が発生する可能性があります.
カーボンコーティングアルミ箔基材の特性
| 合金 | 1235年 | 1235 T3 | 1100 | 1060 |
| 引張強度 Mpa | ≥200 | ≥240 | ≥240 | ≥200 |
| 伸長 ％ | ≥2.0 | ≥2.5 | ≥3.0 | ≥3.0 |
| 表面張力 Mn/M | ≥31 | ≥31 | ≥31 | ≥31 |
| 厚さと偏差(μm) | 9-25;±4% | |||
| 幅と偏差(mm) | 200～1400±1 | |||
| ピンホール/M2 | 直径0.1～0.3mm; <3 | |||
| プレート形状 | フラットシート付き | |||
| 表面品質 | 油汚れ, ローラー跡, 酸化, 異物の押し込み, その他使用に影響する欠陥がないこと | |||
| 端面品質 | スタッガード層なし, タワー型, バリ≤50µm, ギャップ≤50µm | |||
| ロールあたりの重量(kg) | 50～500kg | |||
| ロール直径(mm) | 76.2±1/152±1 | |||
| 環境要件 | ROHS規格に準拠 | |||
炭素コーティングされたアルミニウム箔基板の機械的特性
| 合金 | 気性 | 厚さ/mm | 室温引張試験結果 | ||||
| 引張強度(Rm)MPa | 破断後伸び(A100)％ | 破断後伸び(A50)％ | |||||
| 片面軽量アルミホイル | 両面軽量アルミホイル | 片面軽量アルミホイル | 両面軽量アルミホイル | ||||
| 1050 | H18 | >0.013-0.015 | - | - | - | - | - |
| 1050 | H18 | >0.015-0.020 | ≥185 | ≥2.0 | - | - | - |
| 1050/1060 | H18 | ≤0.010 | - | - | - | - | - |
| 1050/1060 | H18 | ≤0.010 | - | - | - | - | - |
| 1050/1060 | H18 | >0.010-0.013 | ≥190 | - | ≥2.5 | - | ≥3.0 |
| 1050/1060 | H18 | >0.013-0.015 | - | - | - | - | - |
| 1070 | H18 | ≤0.010 | ≥185 | - | ≥2.0 | - | - |
| 1070 | H18 | >0.010-0.013 | - | - | - | - | - |
| 1070 | H18 | >0.013-0.015 | ≥180 | - | - | - | - |
| 1070 | H18 | >0.015-0.020 | ≥175 | - | - | - | - |
| 1100 | H18 | ≤0.010 | ≥230 | ≥1.0 | ≥2.0 | - | ≥3.0 |
| 1100 | H18 | >0.010-0.013 | - | - | - | - | - |
| 1100 | H18 | >0.013-0.015 | ≥220 | - | - | - | - |
| 1100 | H18 | >0.015-0.020 | - | - | ≥2.0 | - | - |
| 1235 | H18 | ≤0.010 | - | - | - | - | - |
| 1235 | H18 | >0.010-0.013 | ≥180 | - | - | ≥2.0 | - |
| 1235 | H18 | >0.013-0.015 | ≥185 | - | - | - | - |
| 1235 | H18 | >0.015-0.020 | ≥175 | - | - | - | - |
カーボンコーティングアルミホイルに関するよくある質問
カーボンコーティングアルミホイルの主な機能は何ですか?
- 電極界面接触抵抗を低減
- 活性物質とアルミ箔の接着力を強化する
- 陽極表面の腐食を抑制
- 分極を減らし, レート性能を向上させる
- リチウムデンドライトの形成を抑制し, 電池の安全性を向上
- サイクル寿命と熱安定性の向上
カーボンコーティングにはどのような材料が一般的に使用されていますか?
一般的な材料は次のとおりです.
- カーボンブラック:優れた導電性と低コスト
- グラファイトフレーク:導電ネットワークの安定性を向上
- グラフェン:超高導電性と高い機械的強度
- 複合システム:最適な導電性と接着性を実現
カーボンコーティングされたアルミホイルは, 一般的にどのような電池に使用されますか?
主な用途:
- 動力バッテリー(EV/HEV)
- 高レートバッテリー
- リン酸鉄リチウム(LFP)電池
- 三元電池(NCM/NCA)
- ポリマーパウチセル
- エネルギー貯蔵バッテリー(ESS)
カーボンコーティングの標準的な厚さはどれくらいですか?
一般的なコーティングの厚さ:
- 片面:1μm
- 両面:1μm + 1μm
さまざまなメーカーが, アプリケーションのニーズに応じてコーティングの厚さとコーティング重量をカスタマイズできます.
カーボンコーティングされたアルミ箔の基材として一般的に使用されるアルミニウムのグレードは何ですか?
一般的なアルミホイルの基材には次のようなものがあります.
1060, 1070, 1080, 1100, 1235
これらのグレードは, 高純度, 優れた延性, 安定した電気化学的性能を備えています.
カーボンコーティングされたアルミホイルは片面または両面にコーティングできますか?
どちらも可能です:
- 片面コーティング:従来のスタッキングおよび巻き取りプロセスに適しています
- 両面コーティング:全体的な導電性と速度性能を向上
カーボンコーティングされたアルミホイルの典型的な総厚さはどれくらいですか?
一般的な合計厚さ:
- 18μm(16μmアルミ箔＋1μmコーティング×片面)
- 20μm(両面コーティング)
その他の厚さもカスタマイズ可能です.
カーボンコーティングアルミホイルの幅はカスタマイズできますか?
はい, できます.
標準基板幅は260mm, コーティング幅は約230mmで, お客様の巻き取り設備に合わせてカスタマイズ可能です.
カーボンコーティングされたアルミホイルはどのようにして接着力を向上させるのでしょうか?
カーボンコーティングは, より粗く, より高エネルギーの接着面を提供すると同時に, アルミ箔の表面極性を向上させ, 活物質の接着力を高めます.すべての製品はASTM D3359の接着試験を受けています.
炭素コーティングアルミ箔は, 従来の集電体の機能を向上することで, リチウム電池, 特に正極側の界面における課題を効果的に解決します.活物質ではありませんが, レート特性, サイクル寿命, 安全性の向上において重要な「インフラ」としての役割を担っており, 今日の高性能リチウム電池技術に不可欠な要素となっています.