Kas yra vario folija?
Medžiaga, apie kurią niekas nekalba, kol kas nors nepavyksta
Kiekvienoje ličio{0}}jonų baterijoje yra vario folija. Jūsų telefonas, nešiojamas kompiuteris, elektromobilis stovėjo lauke - – visa tai. Folija yra už grafito anodo ir atlieka vieną darbą: perkelia elektronus į vidų ir iš jo. Ne spalvingi. Tiekėjai negauna pagrindinių kalbų baterijų konferencijose. Bet kai sugenda folija, sugenda visa ląstelė.
Šioje pramonėje praleidau penkiolika metų. Vario folija nebuvo kažkas, apie ką daug galvojau anksti. Katodinėms medžiagoms buvo skiriamas visas dėmesys - NCM santykiams, kobalto tiekimui ir panašiems dalykams. Folija kaip tik buvo. Tada pradėjau matyti, kad ląstelės grįžta iš lauko su vario tirpimo problemomis, ir supratau, kaip mažai dauguma inžinierių iš tikrųjų supranta, kas vyksta toje sąsajoje.
Pagrindai, trumpai
Akumuliatoriaus{0}}klasės vario folija daugeliu atvejų veikia nuo 6 iki 12 mikronų storio. Kai kurie gamintojai pastūmėjo iki 4,5 mikronų. Žmogaus plaukas yra apie 70 mikronų, kad galėtumėte pajusti mastelį.
Du būdai tai padaryti. Elektrolitinis nusodinimas - ištirpinate varį sieros rūgštyje, praleidžiate srovę per tirpalą ir vario plokšteles išleidžiate į besisukantį būgną. Nulupkite, susukite. Tai sudaro daugiau nei 90 procentų rinkos. Kitas būdas yra valcavimas, kai pradedama nuo vario luito ir mechaniškai jį ploninate per kelis kartus. Valcavimas suteikia geresnes mechanines savybes, bet kainuoja daugiau. Dauguma ląstelių gamintojų nenori mokėti priemokos.
Kodėl kam nors rūpi storis
Plonesnė folija reiškia daugiau vietos aktyviajai medžiagai tame pačiame ląstelės tūryje. Tai energijos tankis. Per pastarąjį dešimtmetį pakelta folija nuo 8 mikronų iki 6 mikronų suteikė ląstelių gamintojams tikrą postūmį, nieko daugiau nekeičiant jų dizaino. Sunkesnis nei 6 mikronų storis. Dengimo metu folija plyšta. Jis susiraukšlėja vyniojimo mašinoje. Derlius krenta.
Prieš kelerius metus apžiūrėjau dengimo liniją Dziangsu provincijoje, kur jie atitiko 4,5 mikrono folijos reikalavimus. Operatoriai turėjo sulėtinti linijos greitį 30 procentų, kad folija neplyštų. Niekas tuo nesidžiaugė. Pralaidumas yra svarbus, kai bandote pasiekti išlaidų tikslus.
Paviršiaus problema
Elektrolitinė folija turi dvi puses. Būgno pusė yra blizgi ir lygi. Kita pusė - matinė pusė - turi daugiau tekstūros. Anodo srutą dengiate ant matinės pusės, nes šiurkštumas padeda sukibti. Pakankamai paprasta teoriškai.
Tačiau paviršiaus šiurkštumas yra kompromisas. Per lygi, o danga nusilupa po kelių šimtų ciklų. Per šiurkšti ir dangoje atsiranda plonų dėmių, kur plikas varis liečiasi su elektrolitu. Tai blogai. Varis tam tikromis sąlygomis ištirpsta elektrolite, migruoja į katodą, ten išsiskleidžia ir galiausiai sutrumpina elementą. Mačiau, kad elementai taip sugenda po to, kai sėdėjome saugykloje - net nevažinėjame dviračiu, tiesiog sėdime su koroduojančiu srovės rinktuvu.
Folijos tiekėjai įdeda daug pastangų kontroliuodami šiurkštumą. Priedų pakuotės dengimo vonioje. Paskelbkite-gydymo veiksmus. Kai kurie tiekėjai taip pat atlieka lengvą būgno pusės šiurkštinimą, kai yra padengtos abi pusės.
Korozija yra tikrasis galvos skausmas
Standartinis elektrolitas ličio{0}}jonų elementuose yra LiPF6, ištirpintas organiniuose karbonatuose. Jis neturėtų pulti vario. Varis yra stabilus esant anodo potencialams. Bet drėgmės užterštumas visada yra - milijonų dalių, žinoma, bet jis yra. Drėgmė reaguoja su LiPF6 ir susidaro HF. Vandenilio fluorido rūgštis. Nemalonūs dalykai. Jis valgo varį.
Vieną gedimo režimą tyriau kelis kartus: važiuojant dviračiu anodo danga įtrūksta, atidengia plika folija ir HF pradeda veikti. Ištirpę vario jonai dreifuoja per separatorių, nusėda ant katodo kaip metalinis varis ir galiausiai susidaro minkštas trumpas. Pagreitėja talpos išnykimas. Kartais ląstelės išeina. Vieną atšaukimą siejome su bloga folijos partija, kurios paviršiuje buvo per daug oksido - oksido sluoksnis neapsaugo pagrindinio vario taip, kaip turėtų.
Gilus iškrovimas ir apsisukimas
Iškraukite elementą žemiau ribinės įtampos ir anodo potencialas pakyla. Eikite pakankamai toli ir pradėsite elektrocheminiu būdu tirpinti varį. Tai nėra prieštaringa, - tai užfiksuota literatūroje, ir bet kuris patyręs ląstelių inžinierius tai matė.
Problema pasireiškia nuosekliai{0}}sujungtuose paketuose, kurių ląstelių talpa nesutampa. Silpniausia ląstelė pirmiausia ištuštėja, o paskui ją apverčia kitos ląstelės. Pakuočių dizaineriai tam įdėjo apsaugos grandines. Tačiau apsaugos grandinės kartais sugenda. Apsaugos nuo padirbtų IC yra tikras dalykas tiekimo grandinėje. Pigios BMS plokštės su komponentais, kurie neatitinka specifikacijų. Mačiau vario tirpimą pakuotėse, kurios tariamai turėjo apsaugą nuo atbulinės eigos.
Silicis viską apsunkina
Ateina silicio anodai. Visi žino, kad silicyje yra daugiau ličio nei grafite - maždaug dešimt kartų daugiau masės pagrindu. Žmonės ne visada pagalvoja, ką silicis daro dabartiniam kolektoriui.
Lituodamas silicis masiškai plečiasi. Daugiau nei 300 procentų tūrio pokytis. Anodo sluoksnis išsipučia ir susitraukia kiekvieną ciklą. Įprasta varinė folija nebuvo sukurta tokiam mechaniniam įtempimui. Nuovargio įtrūkimai. Delaminacija. Elektros kontakto praradimas. Kai kurie silicio anodo kūrėjai dirba su didelio -tampo vario lydiniais arba 3D{10}}struktūrinėmis folijomis su įmontuotu-poringumu, kad atitiktų plėtimąsi. Tai aktyvi sritis, daug nuosavybės teise priklausančios plėtros, aiškaus nugalėtojo dar nėra.
Vienas startuolis, su kuriuo kalbėjausi praėjusiais metais, naudojo vario -nikelio-silicio lydinio foliją, kurios tempiamasis stiprumas aukštesnėje temperatūroje buvo didesnis nei 500 MPa. Atlyginimas- buvo mažesnis laidumas - gal 60 procentų gryno vario. Jų taikymui tai veikė. Neaišku, ar jis pleiskanoja.
Tiekimo grandinės realybė
Dauguma akumuliatorių vario folijos yra iš kelių gamintojų Kinijoje, Japonijoje ir Korėjoje. Furukawa, Mitsui, Iljin, Tongguan - tie pavadinimai vėl ir vėl rodomi specifikacijų lapuose. Šiaurės Amerikos ir Europos ląstelių gamintojai daugiausia importuoja. Kalbama apie folijos gamybos lokalizavimą, nes regioninė baterijų talpa patenka į internetą, tačiau norint sukurti tokią galimybę, prireikia metų. Elektrolitinės folijos gamyboje reikalaujama -intensyvios įrangos ir svarbu žinoti,{6}}kaip svarbu. Negalite tiesiog nusipirkti mašinų ir pradėti gabenti kokybišką foliją kitą ketvirtį.
Kainos nustatomos pagal vario prekių kainas, pridėjus konvertavimo mokestį. Plonesnė folija reikalauja didesnių konversijos mokesčių, nes derlius yra mažesnis ir kokybės kontrolė yra sunkesnė. Skirtumas tarp 8 mikronų ir 4,5 mikronų kainodaros atspindi šį sunkumą.
Kas iš tikrųjų svarbu
Vario folija daugeliu atžvilgių yra subrendęs komponentas. Pagrindinė gamybos technologija iš esmės nepasikeitė dešimtmečius. Tačiau specifikacijos vis griežtėja, nes didėja ląstelių našumo reikalavimai. Atsparumas tempimui, pailgėjimas, storio vienodumas, paviršiaus šiurkštumas, atsparumas korozijai - visa tai lemia ląstelės kokybę ir tarnavimo laiką.
Inžinieriai, su kuriais dirbu, kartais traktuoja foliją kaip prekės pirkimą. Gaukite pigiausią tiekėją, atitinkantį specifikacijas, ir pirmyn. Tai veikia tol, kol neveikia. Keletas ppm daugiau drėgmės folijoje, šiurkštumo pasiskirstymas šiek tiek už kontrolinių ribų, silpna partija, kuri atitiko kokybės kontrolę, nes mėginių ėmimo planas nebuvo pakankamai griežtas - bet kuris iš jų gali pasirodyti kaip lauko gedimas po kelių mėnesių ar metų. Tada jau per vėlu taisyti pigiai.
Niekas artimiausiu metu nepakeis vario. Aliuminis neveikia esant anodo potencialui. Nikelis kainuoja per daug. Kompozicinės folijos su polimerinėmis šerdimis yra kuriamos, bet dar neparengtos gaminti. Bent jau ateinančius dešimt metų vario folija išliks ten, kur yra: kiekvienoje ličio{5}}jonų ląstelėje tyliai atlieka savo darbą, kol kas nors nepavyksta.
