Шта је бакарна фолија?

Шта је бакарна фолија?

Материјал о коме нико не прича док нешто не крене по злу

Свака литијум{0}}јонска батерија има бакарну фолију. Ваш телефон, лаптоп, ЕВ паркиран испред - свих њих. Фолија се налази иза графитне аноде и обавља један посао: помера електроне унутра и ван. Није гламурозно. Добављачи не добијају главне говоре на конференцијама о батеријама. Али када фолија закаже, цела ћелија пропада.

Провео сам петнаест година у овој индустрији. Бакарна фолија није била нешто о чему сам рано размишљао. Катодни материјали су привукли сву пажњу - НЦМ односи, извор кобалта, такве ствари. Фолија је управо била тамо. Онда сам почео да видим ћелије како се враћају са терена са проблемима растварања бакра, и схватио сам колико мало већина инжењера заправо разуме шта се дешава на том интерфејсу.

Бакарна фолија{0}}бакарна је дебљине између 6 и 12 микрона за већину примена. Неки произвођачи су гурнули на 4,5 микрона. Људска коса је око 70 микрона, да бисте имали осећај величине.

Два начина да се то направи. Електролитичким таложењем - растварате бакар у сумпорној киселини, пропуштате струју кроз раствор и бакарне плоче излазе на ротирајући бубањ. Одлепите га, заролајте. То је 90-плус процената тржишта. Друга метода је ваљање, где почињете са бакарним инготом и механички га стањите кроз поновљене пролазе. Ваљање вам даје боља механичка својства, али кошта више. Већина произвођача ћелија не жели да плати премију.

Copper Foil

Тања фолија значи више простора за активни материјал у истој запремини ћелије. То је густина енергије. Прелазак са фолије од 8 микрона на 6 микрона током протекле деценије дао је прави подстицај произвођачима ћелија без промене било чега другог у вези са њиховим дизајном. Тањи од 6 микрона постаје теже. Фолија се пуца током премаза. Гура се у машини за намотавање. Пад приноса.

Обишао сам линију премаза у провинцији Ђангсу пре неколико година где су квалификовали фолију од 4,5 микрона. Оператери су морали да успоре брзину линије за 30 процената да се фолија не поцепа. Нико није био срећан због тога. Пропусност је важна када покушавате да постигнете циљеве трошкова.

Електролитичка фолија има две стране. Страна бубња је сјајна и глатка. Друга страна - мат страна - има више текстуре. Наносите анодну суспензију на мат страну јер храпавост помаже пријањању. Довољно једноставно у теорији. Copper Foil

Али храпавост површине је компромис. Превише глатко и премаз се љушти након неколико стотина циклуса. Превише грубо и добијате танке тачке у премазу где голи бакар долази у контакт са електролитом. То је лоше. Бакар се раствара у електролиту под одређеним условима, мигрира на катоду, поставља плоче напоље и на крају скраћује ћелију. Видео сам да ћелије отказују на овај начин након што су седиле у складишту - чак и нису биле укључене, већ само седећи тамо са кородирајућим колектором струје.

Добављачи фолије улажу много труда у контролу храпавости. Пакети адитива у купатилу. Кораци након{2}}третмана. Неки добављачи такође врше лагану обраду храпавости на страни бубња, за апликације где су обе стране премазане.

Стандардни електролит у литијум{0}}јонским ћелијама је ЛиПФ6 растворен у органским карбонатима. Не би требало да напада бакар. Бакар је стабилан на анодним потенцијалима. Али увек постоји контаминација влагом - делова на милион, наравно, али је ту. Влага реагује са ЛиПФ6 и формира ХФ. Флуороводонична киселина. Гадне ствари. Једе бакар.

Један режим квара који сам истраживао више пута: анодни премаз пуца током циклуса, открива голу фолију и ХФ почиње да ради. Растворени јони бакра пролазе кроз сепаратор, таложе се на катоди као метални бакар и на крају добијате мекани кратки спој. Избледење капацитета се убрзава. Понекад ћелијске вентилације. Пратили смо једно повлачење уназад до лоше серије фолије која је имала вишак површинског оксида - оксидни слој није заштитио основни бакар на начин на који би требало да буде.

Испразните ћелију испод њеног граничног напона и анодни потенцијал расте. Идите довољно далеко и почећете да растварате бакар електрохемијски. Ово није контроверзно - документовано је у литератури и сваки искусни инжењер ћелија је то видео.

Проблем се појављује у серијски{0}}повезаним пакетима где ћелије имају неусклађене капацитете. Најслабија ћелија се прво празни, а затим је друге ћелије терају у преокрет. Дизајнери пакета су за ово поставили заштитна кола. Али заштитни кругови понекад покваре. ИЦ-ови за заштиту од фалсификовања су права ствар у ланцу снабдевања. Јефтине БМС плоче са компонентама које не испуњавају спецификације. Видео сам растварање бакра у пакетима који су наводно имали заштиту од преокретања.

Силицијумске аноде долазе. Сви знају да силицијум складишти више литијума него графит - отприлике десет пута више на масовној основи. Оно о чему људи не размишљају увек је шта силицијум ради са колектором струје.

Силицијум се масовно шири када је литиран. Преко 300 посто промене запремине. Анодни слој бубри и скупља се у сваком циклусу. Конвенционална бакарна фолија није дизајнирана за такву врсту механичког напрезања. Пуцање од замора. Деламинација. Губитак електричног контакта. Неки програмери силицијумских анода раде са високо{8}}легурама бакра на затезање или 3Д-структурираним фолијама са уграђеном-порозношћу да би се прилагодили експанзији. То је активна област, пуно власничког развоја, још нема јасног победника.

Један стартап са којим сам разговарао прошле године користио је фолију од легуре бакра-никла-силикона која је одржавала затезну чврстоћу изнад 500 МПа на повишеним температурама. Замена{4}}је била нижа проводљивост - можда 60 процената чистог бакра. За њихову примену то је успело. Није јасно да ли се повећава.

Copper Foil

Већина бакарне фолије за батерије долази од неколико произвођача у Кини, Јапану и Кореји. Фурукава, Митсуи, Иљин, Тонггуан - та имена се појављују на листовима са спецификацијама изнова и изнова. Северноамерички и европски произвођачи ћелија углавном увозе. Прича се о локализацији производње фолије како се регионални капацитет батерија појављује на мрежи, али потребне су године да се та способност изгради. Производња електролитичке фолије је опрема{5}}интензивна и знање-како је важно. Не можете само да купите машине и почнете да испоручујете квалитетну фолију следећег квартала.

Цене прате цене робе бакра плус накнаду за конверзију. Тање фолије захтевају веће накнаде за конверзију јер су приноси мањи, а контрола квалитета тежа. Распон цена између 8 микрона и 4,5 микрона одражава ту потешкоћу.

Бакарна фолија је зрела компонента на много начина. Основна технологија производње није се драстично променила деценијама. Али спецификације се пооштравају како захтеви за перформансе ћелије расту. Затезна чврстоћа, издужење, уједначеност дебљине, храпавост површине, отпорност на корозију - све ово утиче на квалитет ћелије и век трајања.

Инжењери са којима радим понекад третирају фолију као робу. Нађите најјефтинијег добављача који испуњава спецификације и наставите даље. То ради док не ради. Неколико ппм више влаге у фолији, дистрибуција храпавости мало изван граница контроле, слаба серија која је прошла КЦ јер план узорковања није био довољно чврст - било шта од тога може се појавити као квар на терену месецима или годинама касније. До тада је касно да се поправи јефтино.

Нико неће ускоро заменити бакар. Алуминијум не ради на анодним потенцијалима. Никл кошта превише. Композитне фолије са полимерним језгром су у развоју, али нису{3}}спремне за производњу. Најмање наредних десет година, бакарна фолија остаје тамо где јесте: у свакој литијум-јонској ћелији, тихо ради свој посао, све док нешто не крене по злу.