超薄型発泡箔が負極のないナトリウム/リチウム電池の未来を作る

何百ものインテリジェントで方向性のある「試行錯誤」の研究開発を経て、当社はサンプル納品用の極薄発泡微多孔性銅箔（10-、気孔率 90%）と極薄発泡微多孔性アルミニウム箔（15～30 μm、気孔率 85%）の製造を開始することに成功しました。{0}この画期的な構造的特徴を有する本製品は、発売と同時にトップ電池メーカーから調達・試験の受注を獲得し、次世代電池技術、特に「負極数の少ないナトリウム・リチウム電池・負極自家発電」の最先端分野において重要な役割を担う可能性があることを示しています。

従来の集電体 (正極アルミニウム箔、負極銅箔) は高密度の金属箔であり、その主な機能は電子を収集して伝導することです。発泡微多孔性フォイルは、「三次元多孔性導電性フレームワーク」タイプのコレクターとして理解できます。

その主な利点は次のとおりです。

1. 超高気孔率 (85% ～ 90%): 体積の大部分が空であることを意味し、活性物質を充填するための膨大なスペースと容量を提供します。

2. 超薄さと強さ: 非常に薄い厚さを維持しながら、その 3 次元構造と高い破断伸びの導電性マイクロコーティング接着剤システムを組み合わせることで、従来の箔材料の機械的強度と柔軟性を上回る性能を発揮できます。

3. 巨大な比表面積: 規則正しく星状の泡と組み合わせることで、三次元ネットワーク構造-の表面積が二次元平面フォイルよりもはるかに大きくなり、接触インピーダンスと電流密度が減少します。

4. 適切な細孔サイズと間隔範囲: これらの特性は、超高エネルギー密度を追求しながら、「少数の負極/自己生成負極」という現在の電池技術ルートの中核的な問題点を低コストで解決します。-既存のナトリウム電池のハードカーボンやリチウム電池のグラファイトを使用せずに、電池の容量、レート性能、サイクル寿命を確保できます。

「負極レス」技術は、プレリチウム化/プレナトリウム化負極材料の使用を大幅に削減することを目的としています。 「自己生成負電極」はより過激で、通常は負電極なし、または非常に薄い特殊なシード層のみで組み立てられます。最初の充電中に正極から金属イオンが得られ、負極集電体上に負極の層が「自己生成」されます。発泡フォイルは、これら 2 つの技術にとって理想的なアノード「ベース」を提供します。

1. ナトリウムイオン電池：発泡アルミ箔の工夫

従来、アルミニウムとナトリウムは低電位で合金化反応を起こすため、ナトリウム負極の集電体として銅箔が一般的に使用されています。特殊なシード層と導電性カーボンコーティング層によってこの問題は部分的に解決できますが、発泡アルミニウム箔の出現により、ナトリウム負極の設計に新しいアイデアが開かれました。

1.1 「自己生成負極」のホストとして: 極薄発泡アルミニウム箔自体を負極集電体として使用できます。-その巨大な三次元空間と比表面積は、最初の充電放電プロセス中に析出したナトリウム金属を効率的に収容できます。この構造により、電流密度を効果的に分散し、デンドライトの成長を抑制し、安全性を高めることができます。

1.2 多孔質炭素材料との完璧な組み合わせ: 優れた細孔サイズと均一性、超高気孔率を備え、微細亜鉛メッキ、錫メッキ、ニッケルメッキ VGCF (気相成長炭素繊維)、結晶グレードのカーボン チューブ、その他の多孔質カーボン シリーズに適しています。発泡アルミニウム箔は、強力な「活性フレームワーク」になります。

たとえば、亜鉛メッキおよび錫メッキの発泡アルミニウム箔: 亜鉛メッキは優れたナトリウム イオン アノード材料であり、発泡アルミニウムのフレームワーク上に微細メッキされて、導電性、ナトリウム親和性、リチウム親和性緩衝体積の拡張を統合し、ナトリウムの貯蔵場所を提供する高性能アノードを形成します。-

1.3 VGCF/クリスタルグレードカーボンチューブ複合発泡フォイル: 高い比表面積と安定した構造を備えたこれらの炭素材料は、発泡フォイルの三次元チャネル内に充填または成長して、優れた導電ネットワークとイオン伝達チャネルを構築し、負極の容量とサイクル安定性を大幅に向上させます。

1.4 独自の焼結発泡銅とマイクロポーラス銅は内壁と外壁にナノメソ細孔を形成し、その比表面積はシリコン負極やリチウム金属負極をはるかに上回ります（安定性が困難）（巨大な膨張問題）。フォームカッパーは、独自の微多孔質技術に基づいて銅焼結技術を完璧に組み合わせています。

2. リチウム電池：発泡銅箔のリチウムフリー負極を「巧みに組み合わせた」

負極のないリチウム電池の技術においては、発泡銅箔の価値がより際立っています。

理想的なリチウム金属蒸着基板：非負極電池では、初回充電時に銅箔上にリチウム金属が均一に蒸着される必要があります。従来の滑らかな銅箔は、リチウム樹枝状結晶が局所的に成長し、「デッドリチウム」が形成される傾向があります。発泡微多孔性銅箔の三次元多孔質構造は、穴の中にリチウム金属を「ロック」し、均一な核生成と超高比表面積の堆積を実現し、クーロン効率と安全性能を大幅に向上させます。-

カーボンファイバーの「独創的な組み合わせ」: おっしゃるとおり、カーボンファイバー (VGCF クリスタルグレードのカーボンチューブなど) を発泡銅と組み合わせて、細孔内にリチウムを愛する導電性ネットワークを構築できます。このネットワークは、リチウムの均一な析出を誘導するだけでなく、充放電プロセス中の体積変化を効果的に緩衝することもできます。これは、長寿命の非負極リチウム電池を実現するための重要な技術的手段の 1 つです。-

「少ない負極」の強化骨格として、少量のシリコンカーボンや黒鉛負極を使用し、そのスラリーを発泡銅箔に充填しても、亀裂、脆化、脱落することなく、薄い負極塗膜を形成することができます。同時に、三次元導電ネットワークは優れた拡大性能を保証し、厚さはオリジナルのわずか 1/10、2/100 であるため、より高いエネルギー密度が達成され、コスト面でも大きなメリットがあります。-

詳細については、当社の製品リンクをご覧ください: https://www.lyhsmetal.com/copper/microporous-aluminum-foil.html

この独自の技術により、製品の安定した低コストの大量生産が可能になります。{0}そのコスト上の利点は 2 つの側面から生まれます。1 つは、材料自体の生産速度、もう 1 つは材料の節約と重量の削減につながる高い気孔率です。 2つ目は、それによってもたらされる電池の総合的な製造コストと性能コストの低下（負極端子設備、敷地、プロセス投資がほぼ不要）であり、これは電池の負極産業全体を根底から覆すことになる。

電池業界への影響

1. 「負極なし / 少数の負極」技術の商業化を加速します。この最も有望な高エネルギー密度技術ルートに最も重要な基礎となる材料ソリューションを提供し、既存のシステムと機器の能力内で 500Wh/kg 以上のエネルギー密度の電池を実現します。-

2. ナトリウムイオン電池の性能のブレークスルーの促進：ナトリウム負極の設計のための新しいプラットフォームを提供します。これにより、ナトリウム負極における低炭素材料容量と合金材料の大幅な体積膨張の問題が解決され、ナトリウム電池のエネルギー密度とサイクル寿命がさらに向上し、リチウム電池に対する競争力が大幅に強化されることが期待されます。

3. 電池製造プロセスの再構築: 新しい電極スラリー充填、ローラー プレス技術の開発が必要になる可能性があり、さらにはまったく新しい「集電電極統合」製造プロセスが誕生する可能性があります。

箔業界への影響

1. 「コモディティ」から「テクノロジー製品」へのアップグレード: 液体コレクターはもはや単なる標準化された金属シートではなく、複雑な微細構造とカスタマイズされた機能を備えたハイテクバリア製品となっています。-業界価値の焦点は、単純な処理料金からテクノロジープレミアムへと移っていきます。

2. 技術競争の新たなラウンドの誘発：Nord や Jiayuan などの伝統的なフォイル大手は大きな課題に直面し、同様の多孔質集電体技術をフォローアップするために研究開発に投資する必要があり、そうしないと市場破壊のリスクに直面することになります。

3. 産業チェーンの再構築: 上流の装置メーカーは、このような極薄で多孔度の高い発泡金属を製造できる装置を開発する必要があります。-下流の電池工場はサプライチェーンを再評価し、中核となるイノベーション能力を持つ箔サプライヤーと事前に緊密に連携する必要がある。

詳細については、当社の製品リンクをご覧ください: https://www.lyhsmetal.com/copper/copper-foil/microporous-copper-foil.html

三次元集電体は電池産業の発展にとって重要な方向性であり、三次元集電体技術はシリコン カーボン、リチウム固体-、先進的なリチウム-電池の商品化に対する技術的保証となります。-

三次元集電体の 6 つの主な応用方向は、負極なし / 自己発電、固体 / 半固体、スーパーキャパシタ / ドライ キャパシタ、シリコン カーボン負極、乾燥した導電性の強固な骨格、熱伝導率 / 熱容量 / 吸着 / 濾過です。-

高結合/低インピーダンス/高倍率/耐低温性

活物質の埋め込みと浸透により、剥離を防ぎ、電池寿命を延ばし、サイクルを安定させ、電極電解質の接触面積を増やし、電荷移動抵抗を低減し、上下に接続し、導電性搬送面積を2倍にし、インピーダンスを低減します。

電流密度の低減とデンドライト抑制の誘導

難燃剤、相変化、PTC 抵抗器の安全性、セラミック、耐腐食性、ナトリウム親和性 (亜鉛、銀など)、リチウム親和性 (錫など)、イオン加速およびその他の安全プライマー、針刺し点での電流密度の部分的な分散と低減、結晶分岐穴での横方向の成長の誘導、ダイヤフラムの垂直貫通の回避

ナトリウム/リチウム電池：負極なし/自己発電

多孔質カーボンシステムの最適化、VGCF、COFS、ウィスカーカーボンナノチューブ底部コーティングの階段状デザインは、ナトリウム電池やリチウム電池の「負極なし・自己発電技術」の重要な箔材料となり、エネルギー密度を大幅に向上させ、負極なし技術の開発を支援します。

イオン性マルチチャンネル高速充電および放電-

初期効率を大幅に向上させ、表面容量を増加させ、微細孔の三次元相互接続ネットワークを形成し、局所的な乾燥領域に浸透して回避し、イオン移動を加速し（電解質浸透チャネルを大幅に増加）、高速充電と放電に適応します。-

固体/ドライフォイル素材

極板を直接成形（絞りやスプレーなど）することで、PVDF/PTFEの繊維化フィルム形成の難易度が大幅に軽減され、上下が内側と外側で接続され、高強度、低抵抗で、箔素材への二次転写が不要です。

緩衝拡張導電性ダブルスケルトン

シリコンカーボン、リンカーボン、およびハイシリコンの強力な膨張骨格を提供し、シリコンの直接堆積とカーボンコーティングのための新しい技術ルートを探索し、膨張亀裂の問題を軽減し、優れたイオン輸送能力を備えたより厚い電極設計（高負荷容量）をサポートします。

細孔は細かく均一で、平均細孔径は40/50μmです。次世代製品の平均細孔径は 21 μm で、すでに大量生産されています。-引張強さのばらつきが小さい。二次不動態化の必要がないこの技術は、内部抵抗が低く、酸化スポットがなく、化学的/熱的問題もありません。

残留および不動態化剤の痕跡。オリジナルのフォイル素材と同様に、直接接触して使用できます。

発泡微多孔性フォイルは単純なプロセスの改善ではなく、材料システムの最下層の革新です。これは次世代電池技術の開発のまさに核心に迫り、業界で長年の負極問題に対する想像力豊かな解決策を提供します。-

その大規模アプリケーションの信頼性、一貫性、長期周期データはまだ市場でテストされる必要がありますが、その出現が電池と箔産業に「深水爆弾」を落としたことは間違いありません。{0}{1}それは、技術的な進歩は、論理の最も基本的な原則を再考することから得られることが多い、ということを教えてくれます。集電体が二次元から三次元に移行するにつれて、同時に開発された特殊な接着技術と銅焼結技術も電池の未来に新しく広大な「星空」を切り開いています。-