Kupferfolie wird als negativer Elektrodenträger und Stromkollektor von Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Die Dicke der Kupferfolie spielt bei Lithium-Batterien eine entscheidende Rolle und beeinflusst deren Leistung, Sicherheit und Kosten.

1.1 Massenenergiedichte

Kupferfolie als Batterie Stromabnehmer , nimmt nicht an der elektrochemischen Reaktion selbst teil. Je dünner die Folie, desto höher ist der Anteil aktiver Materialien (wie Graphit) in der Batterie. Beispielsweise verringert sich durch die Reduzierung der Dicke der Kupferfolie von 10 μm auf 6 μm die Gesamtmasse inaktiver Materialien in der Batterie um etwa 40 %, und es können mehr aktive Materialien bei gleichem Volumen untergebracht werden. Theoretisch kann die Massenenergiedichte um 5–8 % erhöht werden.

1.2 Volumenenergiedichte

Der Dickenvorteil dünner Kupferfolie reduziert direkt den Volumenanteil inaktiver Materialien im Inneren der Batterie. Am Beispiel von 18650-Batterien kann die Verwendung von 8-μm-Kupferfolie im Vergleich zu 12-μm-Kupferfolie die Innenraumnutzung der Batterie um etwa 3 % steigern, was zu einer entsprechenden Erhöhung der Volumenenergiedichte führt.

Dünne Kupferfolie hat einen geringeren Widerstand und die Stromverteilung ist beim Laden und Entladen mit hohen Strömen gleichmäßiger, wodurch lokale Überhitzung vermieden wird. Beispielsweise kann eine Batterie mit 6 μm Kupferfolie bei einer Ladestromstärke von 10 °C eine Entladekapazität von 85 % aufrechterhalten, während eine Batterie mit 10 μm Kupferfolie nur 78 % erreicht. Insbesondere bei Hochleistungsbatterien verbessert dünne Kupferfolie die Ladestromleistung deutlich.

3.2 Risiko der Lithiumdendritenpenetration

4.2 Durchführung des Nadelstichtests

Die Dicke der Kupferfolie steht in direktem Verhältnis zu den Kosten: Der Stückpreis für 8 μm dicke Kupferfolie beträgt etwa 120 Yuan/kg, während der Stückpreis für 4 μm dicke Kupferfolie aufgrund des komplexen Herstellungsprozesses über 200 Yuan/kg betragen kann. Am Beispiel einer 1-GWh-Batterie sind die Materialkosten für 6 μm dicke Kupferfolie etwa 800.000 Yuan höher als für 10 μm dicke Kupferfolie.

Dünne Kupferfolie (<5 μm) neigt beim Walzen zu ungleichmäßiger Dicke, sodass eine Walzgenauigkeit von ±0,5 μm erforderlich ist und die Ausrüstungsinvestition 50 % höher ist als bei herkömmlichen Produktionslinien.

Wenn dünne Kupferfolie Wirkstoffe trägt, sind die Anforderungen an die Kontrolle der Beschichtungsspannung strenger. Spannungsschwankungen über 5 N führen zu Faltenbildung im Polstück und die Ausbeute sinkt von 95 % auf unter 85 %.