탄소 코팅 알루미늄 호일은 고순도 알루미늄 호일 표면에 전도성 탄소 소재를 균일하게 코팅한 기능성 복합 소재입니다. 탄소 코팅 알루미늄 호일은 배터리 팩의 수명 연장에 사용되며, 나노 전도성 흑연과 알루미늄 호일 또는 구리 호일을 복합하여 제작됩니다. 수성 및 유성 두 가지 유형으로 제공됩니다.
이 소재는 롤투롤(roll-to-roll) 코팅 공정을 통해 알루미늄 호일 표면에 양면 전도성 탄소층(약 2µm 두께)을 형성합니다. 주로 리튬인산철(LFP) 전력 배터리와 리튬황 배터리의 양극 집전체로 사용됩니다.
알루미늄 호일 표면에 탄소 재료(전도성 카본 블랙, 그래핀 등)를 코팅함으로써, 탄소 코팅 알루미늄 호일은 배터리 내부 저항을 크게 감소시키고, 전자 전달 효율을 향상시키며, 활물질과 집전체 사이의 접착력을 향상시킵니다. 이를 통해 필요한 바인더의 양을 줄이고 배터리의 레이트 성능, 사이클 수명 및 안전성을 향상시킵니다.
탄소 코팅 알루미늄 호일은 "탄소 코팅 호일" 또는 "전도성 코팅 알루미늄 호일"이라고도 하며, 특수 공정을 통해 전통적인 알루미늄 호일 전류 집전체 표면에 전도성 탄소 재료(예: 카본 블랙, 그래핀, 탄소 나노튜브 등) 층을 균일하게 도포하여 형성된 복합 호일입니다.
- 기판: 순도 ≥ 99.9%의 알루미늄 호일(일반적으로 합금 1060, 1070, 1100, 1235), 일반적으로 두께는 약 16μm
- 코팅 : 탄소소재(카본블랙, 흑연, 그래핀, 탄소나노튜브 등)를 바인더와 결합하여 두께 0.3~5μm, 단면 또는 양면 코팅
탄소 코팅 알루미늄 호일의 사양
| 목 | 사양 |
| 알루미늄 호일 기판 | 1060, 1070, 1080, 1100, 1235 |
| 알루미늄 호일 두께 | 16㎛ |
| 코팅 재료 | 카본 블랙, 흑연 플레이크, 그래핀 |
| 코팅 두께 | 1 μm (한쪽 면) / 1 μm + 1 μm (양쪽 면) |
| 총 두께 | 18㎛ |
| 알루미늄 호일 너비 | 260mm |
| 코팅 폭 | 230mm |
| 코팅 유형 | 수성 기반 |
| 코팅된 표면 | 단면 또는 양면 |
| 코팅 밀도 | 0.5~2.0g/m² |
| 표면 전도도 | <30Ω/25μm² |
탄소 코팅 알루미늄 호일의 구조 및 구성
- 기판: 전자용 고순도 알루미늄 호일(일반적으로 두께 10~20µm).
- 요구 사항: 표면은 깨끗하고 매끄러워야 하며, 우수한 전도성과 기계적 강도를 가져야 합니다.
- 코팅: 전도성 탄소층(일반적으로 두께 1~4µm).
- 전도성 물질: 초전도성 카본블랙, 아세틸렌블랙, 그래핀, VGCF 등과 같이 전도성 네트워크를 제공합니다.
- 바인더: 수성 아크릴 수지, SBR 라텍스 등을 사용하여 탄소층과 알루미늄 호일 사이의 강력한 접착력을 보장합니다.
- 분산제 및 기타 첨가제: 슬러리의 균일성과 안정성을 보장합니다.
탄소 코팅 알루미늄 호일의 분류
- 수성 탄소 코팅 알루미늄 호일: 용매로 물을 사용하며 환경 친화적이고 무독성이며 코팅 두께는 1~5µm로 가전제품과 신에너지 자동차 배터리에 널리 사용됩니다.
- 오일 기반 탄소 코팅 알루미늄 호일(시장 점유율 45%): 유기 용매를 캐리어로 사용하고, 밀도 높은 코팅(3~8µm)을 특징으로 하며, 항공우주와 같은 고급 응용 분야에 적합합니다.
탄소 코팅 알루미늄 호일의 장점
기존의 맨 알루미늄 호일과 비교했을 때, 탄소 코팅 알루미늄 호일은 여러 가지 성능 개선을 제공합니다.
계면 임피던스를 크게 감소시킵니다.
문제점: 양극 활물질(LFP, NCM 소재 등)이 맨 알루미늄 호일의 매끄러운 표면과 충분히 접촉하지 않아 접촉 저항이 높아집니다.
해결책: 탄소 코팅은 3차원 전도성 네트워크를 제공하여 활물질 입자와 "점 접촉"이 아닌 "표면 접촉"을 형성하여 전류 집전체와 활물질 간의 접촉 저항을 크게 줄입니다.
향상된 배터리 속도 성능
계면 임피던스가 감소하고 전자 전달 경로가 원활해짐에 따라 고속 충전/방전 시 분극이 감소하고 전압 플랫폼이 더 안정적으로 유지되며 출력 전력이 더 높아집니다.
활성 물질과 전류 집전체 사이의 접착력 향상
탄소 코팅의 미세한 거친 구조는 비표면적을 증가시켜 활성 물질을 "접착제"처럼 잡아주어 사이클 중 활성 물질이 분리되는 위험을 줄이고 사이클 수명을 향상시킵니다.
알루미늄 집전체를 보호하고 산화/부식을 방지합니다.
고전압 양극재(예: 고니켈 NCM 및 LCO) 및 전해액 환경에서는 알루미늄 호일 표면에 산화막이 형성되어 임피던스가 증가하거나 부식이 발생하는 경향이 있습니다. 탄소 코팅은 물리적 장벽 역할을 하여 알루미늄 호일을 효과적으로 보호합니다.
배터리 일관성 및 수율 향상
전극 슬러리의 코팅 균일성을 향상시켜 전류 집전체 표면 결함으로 인한 성능 변화를 줄이고 전반적인 생산 수율을 개선합니다.
전도성 에이전트 사용 감소 가능성
전류 집전체 자체가 우수한 전도성을 나타내므로, 양극 슬러리의 전도성 제제의 양을 줄일 수 있고, 이를 통해 활물질의 비율을 높이고 더 높은 에너지 밀도에 기여할 수 있습니다.
탄소 코팅 알루미늄 호일의 응용 분야
탄소 코팅 알루미늄 호일(탄소 코팅 호일/코팅 전도성 알루미늄 호일)은 신에너지 분야에서 계면 전도도를 높이고, 내부 저항을 줄이며, 전기화학적 안정성을 개선하는 데 널리 사용되는 첨단 배터리 집전체입니다. 다음과 같은 응용 분야에서 탁월한 성능을 발휘합니다.
신에너지 배터리(EV 및 ESS)
전력 배터리와 에너지 저장 시스템에서 탄소 코팅 알루미늄 호일은 전극 인터페이스 임피던스를 크게 줄여 충전/방전 효율과 사이클 안정성을 향상시킵니다.
고체 배터리
고체 시스템에서 고체 전해질은 일반적으로 금속 포일과의 접촉이 불량합니다. 탄소 코팅 알루미늄 포일은 계면 젖음성과 접촉 면적을 개선하여 더 높은 속도 성능을 제공합니다.
유연한 전자 장치
탄소 코팅 알루미늄 호일은 높은 전도성과 어느 정도의 유연성을 제공하며, 가볍고 얇은 디자인이 필요한 웨어러블 전자 장치와 유연한 에너지 저장 장치에 적합합니다.
탄소 코팅 알루미늄 호일의 주요 응용 분야
탄소 코팅 알루미늄 호일은 모든 배터리에 필요한 것은 아니지만 다음 배터리 유형에서는 상당한 가치를 제공합니다.
고속 전력 배터리
다음과 같이 매우 높은 순간 방전이나 빠른 충전이 필요한 장치에 적합합니다.
- 전기 자동차(EV)
- 무인 항공기(UAV)
- 전동 공구
- 전기 오토바이 및 전기 스쿠터
탄소 코팅 알루미늄 호일은 인터페이스 임피던스를 효과적으로 줄이고 5C~10C 고속 성능을 향상시킵니다.
초장수명 사이클 배터리
매우 높은 수명 주기 요구 사항이 있는 애플리케이션에 적합합니다.
- 대규모 에너지 저장 발전소(ESS)
- 통신 기지국 백업 전원
- UPS 무정전 전원 시스템
탄소 코팅은 알루미늄 호일 부식을 억제하고 전극의 구조적 안정성을 향상시켜 사이클 수명을 크게 연장합니다.
고에너지 밀도 셀
고전압 음극을 사용하는 가전제품에서 코팅된 알루미늄 호일은 계면 안정성을 향상시키고 부반응을 줄입니다.
전도도가 낮은 음극 시스템
본질적으로 전도도가 낮은 LFP(리튬 철 인산) 셀의 경우 탄소 코팅 알루미늄 호일을 사용하면 다음과 같은 이점을 크게 개선할 수 있습니다.
- 성과 평가
- 초기 충전 효율
- 저온 성능
이는 탄소 코팅 알루미늄 호일의 가장 빠르게 성장하는 적용 분야 중 하나입니다.
탄소 코팅 재료의 선택
탄소 코팅 재료의 선택은 탄소 코팅 알루미늄 호일의 전도성, 접착력, 내식성 및 전기화학적 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다. 이는 배터리 양극 집전체의 성능에 영향을 미치는 핵심 요소입니다. 일반적인 산업용 탄소 재료는 다음과 같습니다.
카본 블랙
- 특징: 안정적인 전도도, 저렴한 가격, 우수한 분산성.
- 장점: 밀도가 높고 균일한 탄소층을 형성하고, 계면 전도도를 향상시키며, 주류 리튬 이온 배터리에 적합합니다.
- 응용 분야: 전력 및 에너지 저장 배터리에 널리 사용됩니다.
석묵
- 특징: 높은 전자 이동성을 지닌 층상 구조.
- 장점: 코팅의 전도성과 윤활성을 크게 향상시켜 압축을 더욱 안정적으로 만듭니다.
- 적용 분야: 중급에서 고급 전력 배터리, 탄소 코팅 포일을 사용한 나트륨 이온 배터리.
탄소 나노튜브(CNT)
- 특징: 매우 높은 전도성과 기계적 강도를 지닌 일차원 구조입니다.
- 장점: 3차원 전도성 네트워크를 구축하고, 계면 저항을 줄이며, 사이클 수명을 향상시킵니다.
- 응용 분야: 고속 배터리 및 고급 에너지 저장 시스템.
그래핀
- 특징: 2차원 벌집 구조, 매우 높은 전도성과 강도.
- 장점: 전자/이온 전달 효율과 계면 안정성이 크게 향상됩니다.
- 적용 분야: 고급 전력 배터리 및 탄소 코팅 포일을 사용한 고체 배터리.
환원된 그래핀 산화물(rGO)
- 특징: 그래핀과 그래핀옥사이드의 특성을 결합하였으며, 분산이 쉽고 비용이 낮습니다.
- 장점: 연속적인 전도성 층을 형성하고 접착력과 내식성을 향상시킵니다.
- 적용 분야: 중급~고급 리튬 이온 배터리 및 에너지 밀도가 높은 시스템.
탄소 코팅 알루미늄 호일의 제조 공정
크게 두 가지 방법으로 나뉜다.
전사 코팅 방법
탄소 슬러리를 먼저 캐리어에 코팅하고 필름 형태로 건조시킨 다음, 압연을 통해 알루미늄 호일로 옮깁니다.
- 장점: 코팅이 균일하고 표면이 매끄럽습니다.
- 단점: 프로세스 흐름이 길고 비용이 많이 듭니다.
직접 코팅 방법
준비된 전도성 탄소 슬러리는 슬롯다이, 마이크로그라비어 또는 기타 코팅 기술을 사용하여 알루미늄 호일에 직접 코팅한 다음 오븐에서 건조 및 경화합니다.
- 장점: 간단한 공정, 낮은 비용, 현재 주류를 이루는 방법.
- 단점: 슬러리 제형과 코팅 매개변수를 엄격하게 제어해야 합니다. 그렇지 않으면 줄무늬나 두께 불균일과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.
탄소 코팅 알루미늄 호일 기판의 특성
| 합금 | 1235 티 | 1235 T3 | 1100 | 1060 |
| 인장 강도 Mpa | ≥200 | ≥240 | ≥240 | ≥200 |
| 신장률 % | ≥2.0 | ≥2.5 | ≥3.0 | ≥3.0 |
| 표면장력 Mn/M | ≥31 | ≥31 | ≥31 | ≥31 |
| 두께 및 편차 Μm | 9-25;±4% | |||
| 너비 및 편차 mm | 200-1400±1 | |||
| 핀홀/M2 | 직경 0.1-0.3mm; <3 | |||
| 판 모양 | 평평한 시트로 | |||
| 표면 품질 | 오일 없음, 롤러 자국 없음, 산화 없음, 이물질 눌림 등 사용에 지장을 주는 결함 없음 | |||
| 끝 표면 품질 | 층간 엇갈림 없음, 타워형, 버 ≤50µm, 갭 ≤50µm | |||
| 롤당 무게(kg) | 50~500kg | |||
| 롤 직경 mm | 76.2±1/152±1 | |||
| 환경 요구 사항 | ROHS 표준을 준수합니다 | |||
탄소 코팅 알루미늄 호일 기판의 기계적 특성
| 합금 | 성질 | 두께/mm | 실온 인장 시험 결과 | ||||
| 인장강도(Rm) MPa | 파단 후 신장률(A100) % | 파단 후 신장률(A50) % | |||||
| 단면 경량 알루미늄 호일 | 양면 라이트 알루미늄 호일 | 단면 경량 알루미늄 호일 | 양면 라이트 알루미늄 호일 | ||||
| 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 | - | - | - | - |
탄소 코팅 알루미늄 호일 FAQ
탄소코팅 알루미늄 호일의 주요 기능은 무엇입니까?
- 전극 계면 접촉 저항 감소
- 활성 물질과 알루미늄 호일 사이의 접착력 향상
- 양극 표면 부식 억제
- 편파 감소 및 속도 성능 향상
- 리튬 수지상 결정 형성을 억제하고 배터리 안전성을 향상시킵니다.
- 사이클 수명 및 열 안정성 향상
탄소 코팅에 일반적으로 어떤 재료가 사용됩니까?
일반적인 재료는 다음과 같습니다.
- 카본블랙: 전도성이 좋고 가격이 저렴함
- 흑연 플레이크: 전도성 네트워크의 안정성을 향상시킵니다.
- 그래핀: 초고전도도 및 높은 기계적 강도
- 복합 시스템: 최적의 전도도와 접착력 달성을 위해
탄소 코팅 알루미늄 호일은 일반적으로 어떤 배터리에 사용됩니까?
주로 사용되는 곳:
- 전원 배터리(EV/HEV)
- 고속 배터리
- 리튬 철 인산염(LFP) 배터리
- 3원 전지(NCM/NCA)
- 폴리머 파우치 셀
- 에너지 저장 배터리(ESS)
탄소 코팅의 일반적인 두께는 얼마입니까?
일반적인 코팅 두께:
- 단면: 1 μm
- 양면: 1μm + 1μm
다양한 제조업체는 적용 분야의 요구에 따라 코팅 두께와 코팅 무게를 맞춤화할 수 있습니다.
탄소 코팅 알루미늄 호일의 기질로 일반적으로 사용되는 알루미늄 등급은 무엇입니까?
일반적인 알루미늄 호일 기질은 다음과 같습니다.
1060, 1070, 1080, 1100, 1235
이러한 등급은 높은 순도, 우수한 연성, 안정적인 전기화학적 성능을 제공합니다.
탄소 코팅 알루미늄 호일은 한 면만 코팅할 수 있나요? 아니면 양면 모두 코팅할 수 있나요?
둘 다 가능합니다.
- 단면 코팅: 기존 스태킹 및 와인딩 공정에 적합
- 양면 코팅: 전반적인 전도도 및 속도 성능 향상
탄소 코팅 알루미늄 호일의 일반적인 총 두께는 얼마입니까?
일반적인 총 두께:
- 18μm (16μm 알루미늄 호일 + 1μm 코팅 × 단면)
- 20 μm (양면 코팅)
다른 두께도 맞춤 제작 가능합니다.
탄소코팅 알루미늄 호일의 폭을 맞춤 제작할 수 있나요?
네, 가능합니다.
표준 기판 폭은 260mm이고, 코팅 폭은 약 230mm이며, 고객의 권취 장비에 따라 맞춤 제작이 가능합니다.
탄소 코팅된 알루미늄 호일은 어떻게 접착력을 향상시키나요?
탄소 코팅은 알루미늄 호일의 표면 극성을 향상시키면서 더 거칠고 높은 에너지의 접합 표면을 제공하여 활성 물질의 접착력을 더욱 강화합니다. 모든 제품은 ASTM D3359 접착력 테스트를 거칩니다.
탄소 코팅 알루미늄 호일은 기존 집전체의 기능을 향상시킴으로써 리튬 배터리, 특히 양극 쪽의 계면 문제를 효과적으로 해결합니다. 활물질은 아니지만, 충전 용량, 사이클 수명, 그리고 안전성을 향상시키는 데 중요한 "인프라" 역할을 합니다. 이는 오늘날 고성능 리튬 배터리 기술에 필수적인 요소로 자리 잡았습니다.