Што такое медная фальга?

Што такое медная фальга?

Матэрыял, пра які ніхто не гаворыць, пакуль нешта не пойдзе не так

Кожная літый-іённая батарэя змяшчае медную фальгу. Ваш тэлефон, ваш ноўтбук, электрамабіль, прыпаркаваны на вуліцы - - усё гэта. Фальга знаходзіцца за графітавым анодам і выконвае адну працу: перамяшчае электроны ўнутр і вонкі. Не гламурна. Пастаўшчыкі не атрымліваюць асноўных прамоў на канферэнцыях па батарэях. Але калі фальга выходзіць з ладу, выходзіць з ладу ўся клетка.

Я правёў у гэтай галіне пятнаццаць гадоў. Медная фальга не была тым, пра што я асабліва думаў на пачатку. Катодныя матэрыялы прыцягнулі ўсю ўвагу - Каэфіцыенты NCM, крыніцы кобальту і г.д. Фальга проста была. Потым я пачаў бачыць клеткі, якія вяртаюцца з поля з праблемамі растварэння медзі, і я зразумеў, як мала большасць інжынераў разумеюць, што адбываецца на гэтым інтэрфейсе.

Таўшчыня меднай фальгі-акумулятара ад 6 да 12 мікрон для большасці прымянення. Некаторыя вытворцы падштурхнулі да 4,5 мікрон. Чалавечы волас складае каля 70 мікрон, каб даць вам адчуванне маштабу.

Два спосабу зрабіць гэта. Электралітычнае асаджэнне - вы раствараеце медзь у сернай кіслаце, прапускаеце ток праз раствор і медныя пласціны выносіце на верціцца барабан. Зняць скурку, згарнуць. Гэта 90 з лішнім працэнтаў рынку. Іншы спосаб - пракатка, пры якой вы пачынаеце з меднага злітка і механічна вытанчаеце яго праз некалькі праходаў. Вальцаванне забяспечвае лепшыя механічныя ўласцівасці, але каштуе даражэй. Большасць вытворцаў клетак не жадаюць плаціць прэмію.

Copper Foil

Больш тонкая фальга азначае больш месца для актыўнага матэрыялу ў тым жа аб'ёме ячэйкі. Гэта шчыльнасць энергіі. Пераход ад 8 мікрон да 6 мікрон фальгі за апошняе дзесяцігоддзе даў вытворцам клетак рэальны штуршок, не змяняючы нічога іншага ў іх дызайне. Становіцца танчэй 6 мікрон становіцца цяжэй. Падчас нанясення пакрыцця фальга рвецца. Яно моршчыцца ў машыне для намотвання. Падзенне ўраджайнасці.

Некалькі гадоў таму я наведваў лінію нанясення пакрыццяў у правінцыі Цзянсу, дзе яны адбіралі фальгу таўшчынёй 4,5 мікрона. Аператарам прыйшлося знізіць хуткасць лініі на 30 працэнтаў, каб фальга не парвалася. Ніхто гэтаму не радаваўся. Прапускная здольнасць мае значэнне, калі вы спрабуеце дасягнуць мэтавых выдаткаў.

Электралітычная фальга мае два бакі. Бок барабана бліскучая і гладкая. Іншы бок - матавы бок - мае большую тэкстуру. Вы наносіце суспензію анода на матавы бок, таму што шурпатасць спрыяе адгезіі. У тэорыі досыць проста. Copper Foil

Але шурпатасць паверхні - гэта кампраміс. Занадта гладкае, і пакрыццё адслойваецца пасля некалькіх сотняў цыклаў. Занадта шурпаты, і вы атрымаеце тонкія плямы на пакрыцці, дзе голая медзь кантактуе з электралітам. Гэта дрэнна. Медзь пры пэўных умовах раствараецца ў электраліце, перамяшчаецца на катод, пласціны там і ў канчатковым выніку замыкае элемент. Я бачыў, як ячэйкі выходзяць з ладу пасля знаходжання ў сховішчы - нават без цыкла, проста сядзячы там з раз'ядаючым токапрыёмнікам.

Пастаўшчыкі фальгі марнуюць шмат сіл на кантроль шурпатасцяў. Пакеты дабавак у ванну для пакрыцця. Этапы пасля-лячэння. Некаторыя пастаўшчыкі робяць лёгкую апрацоўку шурпатасці на баку барабана, калі абодва бакі пакрываюцца пакрыццём.

Стандартным электралітам у літый-іённых элементах з'яўляецца LiPF6, раствораны ў арганічных карбанатах. Ён не павінен атакаваць медзь. Медзь стабільная пры анодных патэнцыялах. Але заўсёды ёсць забруджванне вільгаццю - частак на мільён, вядома, але яно ёсць. Вільгаць рэагуе з LiPF6 з адукацыяй HF. Плавікавая кіслата. Непрыемныя рэчы. Есць медзь.

Адзін тып адмовы, які я даследаваў некалькі разоў: пакрыццё анода трэскаецца падчас цыкла, агаляе фальгу, і ВЧ пачынае працаваць. Раствораныя іёны медзі дрэйфуюць праз сепаратар, адкладаюцца на катодзе ў выглядзе металічнай медзі, і ў выніку вы атрымліваеце мяккае замыканне. Зніжэнне ёмістасці паскараецца. Часам у камеры вентыляцыйныя адтуліны. Мы прасачылі адно адкліканне да дрэннай партыі фальгі з празмернай колькасцю аксіду на паверхні - аксідны пласт не абараняў асноўную медзь так, як павінен быў.

Разрадзіце ячэйку ніжэй за напружанне адсечкі, і патэнцыял анода ўзрасце. Зайдзіце дастаткова далёка, і вы пачнеце электрахімічна раствараць медзь. Гэта не выклікае спрэчак - гэта задакументавана ў літаратуры, і любы дасведчаны клетачны інжынер гэта бачыў.

Праблема выяўляецца ў паслядоўна-злучаных пакетах, дзе ячэйкі маюць неадпаведную ёмістасць. Самая слабая ячэйка спусташаецца першай, потым яе іншыя клеткі пераводзяць у зваротны стан. Дызайнеры пакетаў усталявалі для гэтага схемы абароны. Але схемы абароны часам выходзяць з ладу. Мікросхемы абароны ад падробак - гэта рэальная рэч у ланцужку паставак. Танныя платы BMS з кампанентамі, якія не адпавядаюць спецыфікацыям. Я бачыў растварэнне медзі ў пачках, якія нібыта мелі абарону ад развароту.

Паступаюць крамянёвыя аноды. Усім вядома, што крэмній захоўвае больш літыя, чым графіт -, прыкладна ў дзесяць разоў больш у масавай аснове. Людзі не заўсёды задумваюцца над тым, што робіць крэмній з токапрыёмнікам.

Крэмній моцна пашыраецца пры літыі. Больш за 300-працэнтнае змяненне гучнасці. Анодны пласт набракае і сціскаецца кожны цыкл. Звычайная медная фальга не была разлічана на такую механічную нагрузку. Усталостнае парэпанне. Расслаенне. Страта электрычнага кантакту. Некаторыя распрацоўшчыкі крамянёвых анодаў працуюць з меднымі сплавамі высокай -на расцяжэнне або 3D-структураванай фальгой з убудаванай-сітаватасцю для прыстасавання да пашырэння. Гэта актыўная сфера, шмат уласных распрацовак, відавочнага пераможцы пакуль няма.

Адзін стартап, з якім я размаўляў у мінулым годзе, выкарыстоўваў фольгу са сплаву медзі-нікеля-крэмнію, якая захоўвала трываласць на расцяжэнне вышэй за 500 МПа пры павышаных тэмпературах. Кампрамісам-была меншая праводнасць -, магчыма, 60 працэнтаў чыстай медзі. Для іх прымянення гэта спрацавала. Незразумела, калі ён маштабуецца.

Copper Foil

Большая частка меднай фальгі для батарэй паступае ад некалькіх вытворцаў у Кітаі, Японіі і Карэі. Furukawa, Mitsui, Iljin, Tongguan - гэтыя імёны з'яўляюцца ў спецыфікацыях зноў і зноў. Паўночнаамерыканскія і еўрапейскія вытворцы клетак у асноўным імпартуюць. Вядуцца размовы аб лакалізацыі вытворчасці фальгі, калі рэгіянальная ёмістасць акумулятараў з'явіцца ў сетцы, але для стварэння такой магчымасці патрэбны гады. Вытворчасць электралітычнай фальгі патрабуе-абсталявання і мае значэнне-ноу-хау. Вы не можаце проста купіць машыны і пачаць пастаўкі якаснай фальгі ў наступным квартале.

Цэны адпавядаюць цэнам на сыравінныя тавары медзі плюс плата за канверсію. Больш тонкая фальга патрабуе больш высокіх збораў за пераўтварэнне, таму што ўраджайнасць меншая, а кантроль якасці цяжэйшы. Розніца паміж цэнамі на 8 і 4,5 мікрон адлюстроўвае гэтую складанасць.

Медная фальга з'яўляецца сталым кампанентам у многіх адносінах. Асноўная тэхналогія вытворчасці кардынальна не мянялася дзесяцігоддзямі. Але тэхнічныя характарыстыкі становяцца ўсё больш жорсткімі па меры росту патрабаванняў да прадукцыйнасці клетак. Трываласць на расцяжэнне, падаўжэнне, аднастайнасць таўшчыні, шурпатасць паверхні, устойлівасць да карозіі - - усе гэтыя фактары ўплываюць на якасць і тэрмін службы элемента.

Інжынеры, з якімі я працую, часам ставяцца да фальгі як да тавару. Купляйце самага таннага пастаўшчыка, які адпавядае спецыфікацыям, і рухайцеся далей. Гэта працуе, пакуль не працуе. На некалькі частак на мільён больш вільгаці ў фальзе, размеркаванне шурпатасці, якое крыху перавышае кантрольныя межы, слабая партыя, якая прайшла кантроль якасці, таму што план адбору пробаў быў недастаткова жорсткім - усё гэта можа выяўляцца як няўдачы ў палявых умовах праз некалькі месяцаў ці гадоў. Да таго часу ўжо позна рамантаваць танна.

Ніхто не збіраецца замяняць медзь у бліжэйшы час. Алюміній не працуе пры анодных патэнцыялах. Нікель каштуе занадта дорага. Кампазітная фальга з палімерным стрыжнем знаходзіцца ў стадыі распрацоўкі, але не гатовая да вытворчасці-. Прынамсі наступныя дзесяць гадоў медная фольга застаецца там, дзе яна ёсць: у кожнай літый-іённай ячэйцы, ціха выконваючы сваю працу, пакуль нешта не пойдзе не так.