Kas ir vara folija?
Materiāls, par kuru neviens nerunā, kamēr kaut kas nenotiek
Katrā litija{0}}jonu akumulatorā ir vara folija. Jūsu tālrunis, klēpjdators, EV, kas novietoti ārpus -, tie visi. Folija atrodas aiz grafīta anoda un veic vienu darbu: pārvieto elektronus iekšā un ārā. Nav krāšņi. Piegādātāji nesaņem galvenās runas akumulatoru konferencēs. Bet, kad folija neizdodas, sabojājas visa šūna.
Šajā nozarē esmu pavadījis piecpadsmit gadus. Vara folija nebija tas, par ko es daudz domāju agri. Katoda materiāliem tika pievērsta visa uzmanība - NCM attiecībai, kobalta iegūšanai un tamlīdzīgām lietām. Folija bija tikai tur. Tad es sāku redzēt, ka šūnas atgriežas no lauka ar vara šķīdināšanas problēmām, un es sapratu, cik maz vairums inženieru patiesībā saprot par to, kas notiek šajā saskarnē.
Pamati, īsi
Akumulatora -pakāpes vara folijas biezums lielākajai daļai lietojumu ir no 6 līdz 12 mikroniem. Daži ražotāji ir palielinājuši līdz 4,5 mikroniem. Cilvēka mati ir aptuveni 70 mikroni, lai sniegtu jums mēroga sajūtu.
Divi veidi, kā to pagatavot. Elektrolītiskā nogulsnēšana - jūs izšķīdinat varu sērskābē, palaižat strāvu cauri šķīdumam, un vara plāksnes tiek izvadītas uz rotējošu cilindru. Nomizo, sarullē. Tas ir vairāk nekā 90 procenti no tirgus. Otra metode ir velmēšana, kad jūs sākat ar vara stieņu un mehāniski atšķaida to, veicot atkārtotus piegājienus. Velmēšana nodrošina labākas mehāniskās īpašības, bet maksā vairāk. Lielākā daļa šūnu ražotāju nevēlas maksāt piemaksu.
Kāpēc kāds rūpējas par biezumu
Plānāka folija nozīmē vairāk vietas aktīvajam materiālam tajā pašā šūnas tilpumā. Tas ir enerģijas blīvums. Pēdējās desmitgades laikā panāktā 8 mikronu uz 6 mikronu folija deva šūnu veidotājiem īstu stimulu, nemainot neko citu to dizainā. Iet plānāks par 6 mikroniem kļūst grūtāk. Pārklāšanas laikā folija plīst. Uztīšanas mašīnā tas saburzās. Ražas kritums.
Dažus gadus atpakaļ es apmeklēju pārklājuma līniju Dzjansu provincē, kur viņi kvalificējās 4,5 mikronu folijai. Operatoriem bija jāsamazina līnijas ātrums par 30 procentiem, lai folija neplīstu. Neviens par to nebija priecīgs. Caurlaidei ir nozīme, kad mēģināt sasniegt izmaksu mērķus.
Virsmas problēma
Elektrolītiskajai folijai ir divas puses. Bungas puse ir spīdīga un gluda. Otrai pusei - matētajai pusei - ir vairāk tekstūras. Jūs pārklājat anoda suspensiju uz matētās puses, jo raupjums veicina saķeri. Teorētiski pietiekami vienkārši.
Bet virsmas raupjums ir kompromiss. Pārāk gluda, un pārklājums nolobās pēc dažiem simtiem ciklu. Pārāk raupja, un pārklājumā veidojas plāni plankumi vietās, kur kails varš saskaras ar elektrolītu. Tas ir slikti. Noteiktos apstākļos varš izšķīst elektrolītā, migrē uz katodu, izplešas tur un galu galā saīsina elementu. Esmu redzējis, ka šūnas šādā veidā sabojājas pēc sēdēšanas krātuvē -, pat nebraucot ar velosipēdu, tikai sēžot tur ar korodējošu strāvas savācēju.
Folijas piegādātāji velta daudz pūļu, lai kontrolētu raupjumu. Piedevu iepakojumi apšuvuma vannā. Pēc-ārstēšanas soļi. Daži piegādātāji veic vieglu raupjuma apstrādi arī cilindra pusē, ja tiek pārklātas abas puses.
Korozija ir īstās galvassāpes
Standarta elektrolīts litija{0}}jonu šūnās ir organiskajos karbonātos izšķīdināts LiPF6. Tam nevajadzētu uzbrukt vara. Varš ir stabils pie anoda potenciāla. Bet vienmēr ir mitruma piesārņojums - daļas uz miljonu, protams, bet tas ir. Mitrums reaģē ar LiPF6, veidojot HF. Fluorūdeņražskābe. Sliktas lietas. Tas ēd varu.
Viens atteices režīms, ko esmu pētījis vairākas reizes: anoda pārklājums saplaisā, braucot ar velosipēdu, atklāj tukšu foliju, un HF sāk darboties. Izšķīdušie vara joni izplūst cauri separatoram, nogulsnējas uz katoda kā metālisks varš, un galu galā jūs iegūstat mīkstu īssavienojumu. Jaudas izbalēšana paātrinās. Dažreiz šūnas atveras. Mēs izsekojām vienu atsaukšanu uz sliktu folijas partiju, kurā bija pārāk daudz virsmas oksīda - oksīda slānis neaizsargāja apakšējo varu tā, kā tam vajadzētu būt.
Dziļa izlāde un apvērsums
Izlādējiet elementu zem tā izslēgšanas sprieguma, un anoda potenciāls palielinās. Iet pietiekami tālu, un jūs sākat elektroķīmiski izšķīdināt varu. Tas nav strīdīgs - tas ir dokumentēts literatūrā, un to ir redzējis jebkurš pieredzējis šūnu inženieris.
Problēma parādās sērijveidā{0}}savienotās pakotnēs, kur šūnām ir neatbilstoša jauda. Vājākā šūna vispirms iztukšojas, pēc tam pārējās šūnas to pārvērš. Iepakojuma dizaineri šim nolūkam ievieto aizsardzības shēmas. Bet aizsardzības shēmas dažreiz neizdodas. Viltojumu aizsardzības IC ir reāla lieta piegādes ķēdē. Lēti BMS dēļi ar komponentiem, kas neatbilst specifikācijām. Esmu redzējis vara izšķīšanu iepakojumos, kuriem it kā bija apvērsuma aizsardzība.
Silīcijs visu padara grūtāku
Nāk silīcija anodi. Ikviens zina, ka silīcijs uzglabā vairāk litija nekā grafīts - aptuveni desmit reizes vairāk, rēķinot uz masu. Cilvēki ne vienmēr pārdomā to, ko silīcijs dara ar pašreizējo savācēju.
Litējot, silīcijs masveidā izplešas. Vairāk nekā 300 procentu skaļuma izmaiņas. Anoda slānis uzbriest un saraujas katrā ciklā. Parastā vara folija nebija paredzēta šāda veida mehāniskai slodzei. Noguruma plaisāšana. Delaminācija. Elektriskā kontakta zudums. Daži silīcija anodu izstrādātāji strādā ar augstas -stiepuma vara sakausējumiem vai 3D{10}}strukturētām folijām ar iebūvētu{11}}porainību, lai pielāgotos izplešanās procesam. Tā ir aktīva teritorija, ar daudzām īpašumtiesībām izstrādātu attīstību, bet vēl nav skaidra uzvarētāja.
Viens jaunuzņēmums, ar kuru runāju pagājušajā gadā, izmantoja vara -niķeļa-silīcija sakausējuma foliju, kas saglabāja stiepes izturību virs 500 MPa paaugstinātā temperatūrā. Kompromiss- bija zemāka vadītspēja - varbūt par 60 procentiem tīra vara. To piemērošanai tas darbojās. Nav skaidrs, vai tas mērogojas.
Piegādes ķēdes realitāte
Lielākā daļa akumulatoru vara folijas nāk no dažiem ražotājiem Ķīnā, Japānā un Korejā. Furukawa, Mitsui, Iljin, Tongguan - šie vārdi tiek rādīti specifikāciju lapās atkal un atkal. Ziemeļamerikas un Eiropas šūnu ražotāji galvenokārt importē. Tiek runāts par folijas ražošanas lokalizāciju, jo reģionālā akumulatora jauda ir pieejama tiešsaistē, taču ir vajadzīgi gadi, lai izveidotu šo iespēju. Elektrolītiskās folijas ražošana ir -iekārtas intensīva, un tā ir svarīga. Jūs nevarat vienkārši iegādāties iekārtas un nākamajā ceturksnī sākt piegādāt kvalitatīvu foliju.
Cenu noteikšana notiek saskaņā ar vara preču cenām, kam pieskaitīta konvertācijas maksa. Plānākas folijas prasa augstāku konversijas maksu, jo raža ir zemāka un kvalitātes kontrole ir grūtāka. Šīs grūtības atspoguļo cenu starpība no 8 mikroniem līdz 4,5 mikroniem.
Kas patiesībā ir svarīgi
Vara folija daudzos veidos ir nobriedusi sastāvdaļa. Ražošanas pamattehnoloģija nav dramatiski mainījusies gadu desmitiem. Bet specifikācijas turpina kļūt stingrākas, jo palielinās šūnu veiktspējas prasības. Stiepes izturība, pagarinājums, biezuma viendabīgums, virsmas raupjums, izturība pret koroziju - tas viss ietekmē šūnu kvalitāti un kalpošanas laiku.
Inženieri, ar kuriem es strādāju, dažkārt uztver foliju kā preču iegādi. Iegūstiet lētāko piegādātāju, kas atbilst specifikācijām, un turpiniet. Tas darbojas līdz brīdim, kad tas nenotiek. Par dažām ppm vairāk mitruma folijā, nelīdzenuma sadalījums nedaudz ārpus kontroles robežām, vāja partija, kas izturēja QC, jo paraugu ņemšanas plāns nebija pietiekami stingrs - jebkurš no tiem var parādīties kā lauka defekti pēc mēnešiem vai gadiem. Līdz tam laikam ir par vēlu lēti salabot.
Neviens drīzumā vara neaizstās. Alumīnijs nedarbojas ar anoda potenciālu. Niķelis maksā pārāk daudz. Kompozītmateriālu folijas ar polimēru serdeņiem tiek izstrādātas, bet nav gatavas ražošanai. Vismaz nākamos desmit gadus vara folija paliek tur, kur tā ir: katrā litija{5}}jonu šūnā, mierīgi pildot savu darbu, līdz kaut kas noiet greizi.
