Што е бакарна фолија?

Што е бакарна фолија?

Материјал за кој никој не зборува додека нешто не тргне наопаку

Секоја литиум-јонска батерија има бакарна фолија во неа. Вашиот телефон, вашиот лаптоп, EV паркирани надвор од - сите. Фолијата седи зад графитната анода и врши една работа: придвижува електрони внатре и надвор. Не гламурозно. Добавувачите не добиваат клучни говори на конференциите за батерии. Но, кога фолијата ќе пропадне, целата ќелија пропаѓа.

Поминав петнаесет години во оваа индустрија. Бакарната фолија не беше нешто за што многу размислував рано. Катодните материјали го привлекоа целото внимание - NCM соодносите, изворите на кобалт, такви работи. Фолијата беше само таму. Потоа почнав да гледам клетки кои се враќаат од теренот со проблеми со растворање на бакар, и сфатив колку малку повеќето инженери всушност разбираат за тоа што се случува на тој интерфејс.

Бакарна фолија од-одредена батерија има дебелина помеѓу 6 и 12 микрони за повеќето апликации. Некои производители се наметнаа на 4,5 микрони. Човечкото влакно е околу 70 микрони, за да ви даде чувство за вага.

Два начини да го направите. Електролитичкото таложење - го растворате бакарот во сулфурна киселина, поминувате струја низ растворот и бакарните плочи излегувате на ротирачки барабан. Излупете го, свиткајте го во ролна. Тоа е 90-плус проценти од пазарот. Другиот метод е тркалање, каде што започнувате со бакарен ингот и механички го разредувате преку повторени поминувања. Валањето ви дава подобри механички својства, но чини повеќе. Повеќето производители на ќелии не сакаат да ја платат премијата.

Copper Foil

Потенка фолија значи повеќе простор за активен материјал во истиот волумен на ќелијата. Тоа е енергетската густина. Притисокот од 8 микрони на 6 микрони фолија во изминатата деценија им даде вистински поттик на производителите на ќелии без да менуваат ништо друго во нивните дизајни. Потенкиот од 6 микрони станува потешко. Фолијата се кине при обложување. Се збрчка во машината за намотување. Се намалуваат приносите.

Ја обиколив линијата за обложување во провинцијата Џиангсу пред неколку години, каде што се квалификуваа фолија од 4,5 микрони. Операторите мораа да ја забават брзината на линијата за 30 проценти за да не се кине фолијата. Никој не беше среќен поради тоа. Пропусната моќ е важна кога се обидувате да ги постигнете целите на трошоците.

Електролитичката фолија има две страни. Страната на барабанот е сјајна и мазна. Другата страна - матната страна - има повеќе текстура. Ја премачкувате анодната кашеста маса на матната страна бидејќи грубоста помага при адхезијата. Доволно едноставно во теорија. Copper Foil

Но, грубоста на површината е компромис. Премногу мазна и облогата се олупи по неколку стотици циклуси. Премногу груби и добивате тенки точки во облогата каде голиот бакар контактира со електролитот. Тоа е лошо. Бакарот се раствора во електролитот под одредени услови, мигрира во катодата, се натрупува таму и на крајот ја скратува ќелијата. Сум видел дека ќелиите не успеваат на овој начин откако ќе седат во складиштето - дури и не се циклирани, само седат таму со колектор на струја што кородира.

Добавувачите на фолија трошат многу напор за контролирање на грубоста. Адитивни пакувања во бањата за позлата. Објавете-чекори на лекување. Некои добавувачи прават лесен третман за грубост и на страната на барабанот, за апликации каде што обете страни се обложени.

Стандардниот електролит во литиум-јонските ќелии е LiPF6 растворен во органски карбонати. Не треба да го напаѓа бакарот. Бакарот е стабилен на анодните потенцијали. Но, секогаш има контаминација со влага - делови на милион, секако, но таа е таму. Влагата реагира со LiPF6 за да формира HF. Флуороводородна киселина. Непријатни работи. Јаде бакар.

Еден режим на дефект што го истражував повеќе пати: анодната обвивка пука за време на возењето велосипед, ја изложува голата фолија и HF работи. Растворените бакарни јони се провлекуваат низ сепараторот, се таложат на катодата како метален бакар и на крајот добивате мек кратенка. Избледувањето на капацитетот се забрзува. Понекогаш ќелијата се отвора. Едно потсетување го проследивме на лоша серија фолија која имаше прекумерен површински оксид - оксидниот слој не го заштитуваше основниот бакар како што требаше.

Испуштање на ќелија под нејзиниот прекинен напон и потенцијалот на анодата се зголемува. Одете доволно далеку и почнувате да растворувате бакар електрохемиски. Ова не е контроверзно - тоа е документирано во литературата и секој искусен инженер за ќелии го видел.

Проблемот се појавува во сериски-поврзани пакети каде што ќелиите имаат неусогласени капацитети. Најслабата клетка прво се празни, а потоа другите ќелии ја тераат во пресврт. Дизајнерите на пакети ставаат заштитни кола за ова. Но, заштитните кола понекогаш не успеваат. Фалсификуваните ИЦ за заштита се вистинска работа во синџирот на снабдување. Евтини BMS плочи со компоненти кои не ги исполнуваат спецификациите. Сум видел растворање на бакар во пакувања кои наводно имале заштита од превртување.

Силиконските аноди доаѓаат. Секој знае дека силиконот складира повеќе литиум од графитот - приближно десет пати повеќе на маса. Она што луѓето не секогаш го размислуваат е она што силиконот го прави со сегашниот колекционер.

Силиконот масовно се шири кога е литиран. Над 300 проценти промена на волуменот. Анодниот слој отекува и се собира секој циклус. Конвенционалната бакарна фолија не беше дизајнирана за таков механички стрес. Пукање на замор. Деламинација. Губење на електричен контакт. Некои развивачи на силиконски аноди работат со легури на бакар со висок-затегнување или 3Д{10}}структурни фолии со вградена{11}}порозност за да се приспособат на проширувањето. Тоа е активна област, многу комерцијален развој, сè уште нема јасен победник.

Еден стартап со кој разговарав минатата година користеше бакарна-никел-фолија од силиконска легура која одржуваше цврстина на истегнување над 500 MPa при покачени температури. Откупот- беше помала спроводливост - можеби 60 проценти од чист бакар. За нивната примена тоа функционираше. Не е јасно дали се зголемува.

Copper Foil

Повеќето бакарни фолии за батерии доаѓаат од неколку производители во Кина, Јапонија и Кореја. Furukawa, Mitsui, Iljin, Tongguan - тие имиња постојано се појавуваат на листовите со спецификации. Северноамериканските и европските производители на ќелии најмногу увезуваат. Се зборува за локализирање на производството на фолија бидејќи регионалниот капацитет на батериите доаѓа на интернет, но потребни се години за да се изгради таа способност. Производството на електролитичка фолија е опрема-интензивна и знае-како е важна. Не можете само да купувате машини и да започнете со испорака на квалитетна фолија следниот квартал.

Цените ги следат цените на бакарните производи плус надоместокот за конверзија. Потенките фолии имаат повисоки такси за конверзија бидејќи приносите се помали, а контролата на квалитетот е потешка. Распространетоста помеѓу цените од 8 микрони и 4,5 микрони ја одразува таа тешкотија.

Бакарната фолија е зрела компонента на многу начини. Основната технологија на производство не е драматично променета со децении. Но, спецификациите продолжуваат да се заоструваат бидејќи барањата за изведба на ќелијата се зголемуваат. Јакост на истегнување, издолжување, униформност на дебелината, грубост на површината, отпорност на корозија - сето ова влијае на квалитетот и животниот век на ќелијата.

Инженерите со кои работам понекогаш ја третираат фолијата како купена стока. Добијте го најевтиниот снабдувач што ги исполнува спецификациите и продолжете понатаму. Тоа функционира додека не го стори тоа. Неколку ppm повеќе влага во фолијата, распределба на грубост малку надвор од контролните граници, слаба серија што го поминала QC бидејќи планот за земање примероци не бил доволно затегнат - што било од овие може да се појави како дефекти на теренот месеци или години подоцна. Дотогаш е предоцна да се поправаат евтино.

Никој нема да го замени бакарот во скоро време. Алуминиумот не работи на анодни потенцијали. Никелот чини премногу. Композитните фолии со полимерни јадра се во развој, но не се- подготвени. Бакарната фолија барем во следните десет години останува таму каде што е: во секоја литиум-јонска ќелија, тивко ја врши својата работа, додека нешто не тргне наопаку.