Qu’est-ce que le papier d’aluminium ?
La plupart des gens pensent à Reynolds Wrap lorsqu’ils entendent le papier d’aluminium. Dans le monde des batteries, nous entendons tout autre chose.
LOTTE Aluminium a inauguré les travaux de son usine d'Elizabethtown en 2022. Je suis passé devant le site l'automne dernier et le bâtiment était terminé, l'équipement y était installé. Ils ont choisi cet endroit parce que Ford et SK construisent le complexe de batteries BlueOval à huit kilomètres plus loin. C’est logique. Vous souhaitez que votre fournisseur de feuilles ferme ses portes alors que vous transmettez 36 000 tonnes par an sur une ligne de vernissage.
La feuille que LOTTE fabriquera est destinée aux cathodes. Chaque cellule lithium-ion possède deux collecteurs de courant à l'intérieur. Cuivre côté anode. Aluminium côté cathode. Le matériau actif -votre NMC ou votre LFP ou quelle que soit la chimie que vous utilisez-est enduit sur ces feuilles sous forme de suspension humide. Une fois sec, vous disposez d’une électrode.
Les gens se demandent pourquoi ne pas utiliser le même métal pour les deux. Le cuivre serait plus simple. Une chaîne d’approvisionnement au lieu de deux.
Voici le problème. Le cuivre se dissout.
À la cathode, vous êtes assis au-dessus de 3,5 volts par rapport au lithium. Le cuivre ne peut pas gérer cela. Il s'oxyde et passe en solution. Il y a quelques années, Samsung SDI a publié un bulletin technique montrant que le cuivre commençait à se corroder autour de 3,4 volts. Vous vous retrouvez avec des ions de cuivre flottant dans votre électrolyte et finissant par se déposer sur l'anode. Cela tue la cellule.
L'aluminium s'oxyde également mais la couche d'oxyde qu'il forme est différente. L'oxyde d'aluminium est dense et stable. En fait, cela protège le métal en dessous. La couche n’a que quelques nanomètres d’épaisseur, donc les électrons la traversent de part en part. Vous obtenez à la fois une résistance à la corrosion et une conductivité.
La feuille elle-même est fine. On parle de 10 à 12 microns pour la plupart des cellules de production. L'UACJ au Japon spécifie ses rouleaux à plus ou moins un demi-micron sur toute la largeur. C'est serré. Pour référence, une feuille de papier à copier mesure environ 100 microns.
Plus fin est meilleur pour la densité énergétique. Chaque gramme d’aluminium qui n’est pas une matière active est un poids mort. Certains fabricants de cellules sont descendus à 8 microns. Le compromis est la manipulation. De fines déchirures de feuille sur la ligne de revêtement. Votre contrôle de tension doit être parfait. Une ride et cette section de l'électrode est une ferraille.
"Nous constatons une pression constante de la part des clients pour qu'ils diminuent chaque année", m'a dit le mois dernier un ingénieur de procédés dans une opération de revêtement du Midwest. "L'équipement peut le faire, mais votre taux de rejet augmente. À un moment donné, vous perdez plus de matière à cause des déchirures que vous n'en économisez en poids."
La pureté compte aussi. La teneur en aluminium-de qualité batterie doit être supérieure à 98 %. Les impuretés comme le fer ou le silicium créent des inclusions à la surface du film. Ces inclusions deviennent des points faibles. Le revêtement n'adhère pas correctement ou il y a des trous d'épingle. Quoi qu'il en soit, la cellule échoue au contrôle qualité.
La majeure partie des feuilles de batterie produites dans le monde provient toujours d'Asie. UACJ et Toyo au Japon. LOTTE et Dongwon en Corée. Une demi-douzaine de grands producteurs en Chine, dont Ding Sheng et Nanshan. L'usine du Kentucky est l'une des premières tentatives sérieuses de production nationale. On parle d’autres qui suivraient mais rien de concret pour l’instant.
Pour les cellules LFP, de nombreux fabricants ont opté pour une feuille recouverte de carbone-. C'est ce que fait Dunmore à Bristol, en Pennsylvanie. Ils déposent une fine couche de carbone avant d'enduire le matériau actif. Cela facilite l'adhérence puisque le LFP n'adhère pas à l'aluminium nu aussi bien que le NMC. Coupe également la résistance de contact à l'interface.
Quoi d'autre. Recyclage. Lorsque les cellules arrivent en fin de vie, vous pouvez les déchiqueter et séparer l’aluminium de la masse noire. Le métal récupéré retourne en fonderie. Pas exactement en boucle fermée puisque vous en perdez à chaque étape mais mieux que de le mettre en décharge.
Je devrais mentionner la valeur de la dyne. Énergie de surface. La surface de la feuille doit être suffisamment propre pour que la pâte d'électrode la mouille uniformément. Vous mesurez cela en dynes par centimètre. La plupart des spécifications nécessitent 32 ou plus. Si la feuille est restée trop longtemps dans un entrepôt et a ramassé des contaminants, vous verrez la boue perler pendant le revêtement. C'est une mauvaise journée.
De toute façon. C'est du papier d'aluminium dans les piles. Rien à voir avec ce qu'il y a dans le tiroir de votre cuisine.
