Prečo sa hliníková fólia používa ako zberač katódového prúdu
V lítium{0}}iónovom článku je kladný povlak elektródy nanesený na tenkú hliníkovú fóliu, ktorá prenáša elektróny medzi aktívnym materiálom a vonkajším obvodom. Pre stranu katódy je zvolený hliník, pretože na jej povrchu sa spontánne vytvorí kompaktný pasívny oxidový film, ktorý zostáva stabilný pri vysokých potenciáloch nabitého článku, približne 3,0-4,2 V oproti Li/Li+. Meď by sa pri rovnakom potenciáli rýchlo rozpustila, a preto je vyhradený pre stranu anódy. Pasívny film má hrúbku len niekoľko nanometrov, takže chráni kov bez pridania merateľného prechodového odporu.
Pozitívna elektróda predstavuje najväčší podiel hmoty článku aj nákladov na článok a hmotnostný pomer materiálu kladnej elektródy k zápornej elektróde je bežne 3:1 až 4:1. To znamená, že fólia za povlakom má priamy vplyv na hustotu energie, výťažnosť povlaku a životnosť. Rovnomernosť hrúbky, textúra povrchu, pevnosť v ťahu a zvyšková kontaminácia ovplyvňujú, ako rovnomerne kaša zmáča povrch a ako sa hotová elektróda správa po tisíckach cyklov.
Typy zliatiny bežne používané pre fóliu na batérie
Katódová fólia batérie je vyrobená z vysoko{0}}čistých, -tepelne-nespraviteľných tvárnených zliatin. Limity chemického zloženia pre tieto zliatiny sú publikované v EN 573-3, ISO 209 a GB/T 3190 a rovnaké štvormiestne označenia sú uznávané na celom svete.
| Zliatina | Obsah hliníka / hlavný prídavok | Obvyklá povaha | Typické katódové meradlo | Typická rola |
|---|---|---|---|---|
| 1060 | Minimálne 99,60 % Al | H18, O | 12-20 µm | Štandardná voľba s dobrou vodivosťou a rovnováhou nákladov |
| 1070 | Minimálne 99,70 % Al | H18 | 10-16 µm | Vyššia čistota a nižší odpor |
| 1235 | Minimálne 99,35 % Al | H18, O | 12-20 µm | Používa sa tam, kde na sile záleží viac ako na čistote |
| 1100 | 99,00% Al s prídavkom medi | H18 | 14-20 µm | Vyššia pevnosť, mierne nižšia vodivosť |
| 1050 | 99,50 % Al minimálne | H18, O | 12-20 µm | Alternatíva k 1060 na niekoľkých trhoch |
Väčšina energetických článkov používa katódový kolektor s hrúbkou od 9 do 20 µm, zatiaľ čo vysokovýkonné články sa často pohybujú na 12 až 15 µm, aby sa znížil vnútorný odpor. Na porovnanie, anódová strana používa medenú fóliu s hrúbkou približne 6-10 µm.
Mechanické, elektrické a povrchové požiadavky
Nižšie uvedené požiadavky odrážajú skôr typický komerčný produkt než garantované zmluvné minimá; každý výrobca článkov nastavuje nad nimi vlastnú špecifikáciu nákupu.
Rozmer a profil:Nominálna 9-20 µm, s lokálnou odchýlkou hrúbky normálne udržiavanou v rozmedzí približne ± 3 % cez sieť.
Pevnosť v ťahu:približne 150-200 MPa pre 1060 alebo 1070 v H18 temper. Stupne tvrdosti Soft O sú oveľa nižšie a vyberajú sa len tam, kde dominuje tvárnosť.
Predĺženie:2-4% alebo viac v H18, dosť na to, aby prežilo napätie povlaku bez pretrhnutia pásu.
Elektrická vodivosť:zvyčajne 60-62 % IACS pre 1060, čo zodpovedá mernému odporu blízko 2,8 mikroohmového centimetra. Vyššia čistota 1070 sa nachádza na hornom konci tohto pásma.
Povrch:jedna matná, priľnavosť-priľnavá plocha a jedna hladšia plocha je bežná a povrchová energia musí umožniť rovnomerné zvlhčenie suspenziou na báze rozpúšťadla-.
Čistota:nízky zvyškový olej na valcovanie, žiadne viditeľné inklúzie, kontrolovaný počet dier a okrajov bez otrepov-.
Rovinnosť:žiadne vrásky alebo okrajové vlny, pretože uvoľnené oblasti deformujú štrbinu povlaku a spôsobujú odchýlky v hrúbke.
Ťahové skúšky hotovej fólie sa vo všeobecnosti riadia metódou pri izbovej teplote opísanou v GB/T 228.1, zatiaľ čo rozmerové tolerancie pre valcované plechy a pásy sú prevzaté z radu ASTM B209, EN 485-2 alebo GB/T 3880 a potom sa po dohode medzi dodávateľom a výrobcom článkov upravia na meradlá fólie.
Od valcovne po poťahovanú elektródu
Katódová fólia sa vyrába kontinuálnym alebo jednosmerným odlievaním, valcovaním za tepla, valcovaním za studena a nakoniec valcovaním fólie na mieru na zhlukových mlynoch. Konečné žíhanie nastavuje temperovanie a stav povrchu: úplné mäkké žíhanie vytvára temperovanie O, zatiaľ čo produkt H18 si zachováva väčšinu svojej pracovnej pevnosti. Rezanie nasleduje za čistých podmienok, pretože jemné kovové úlomky predstavujú riziko skratu-v hotovom článku.
Výroba elektródy sa začína po dodaní cievky. Aktívny materiál, ako je fosforečnan lítno-železitý alebo vrstvený oxid nikel{1}}kobalt-mangánu, sa zmieša so spojivom a vodivým uhlíkom v rozpúšťadle, nanesie sa na jednu alebo obe strany, vysuší sa, kalandruje sa na cieľovú pórovitosť a rozreže sa na elektródové pásy. Samotné aktívne prášky sa vyrábajú vysokoteplotnou-kalcináciou, zvyčajne v rozsahu 600 – 800 stupňov, ale tento krok patrí k syntéze prášku a nikdy nezahŕňa kolektorovú fóliu. Fólia má počas výroby elektródy iba mierne teploty sušenia, takže jej teplota a rovinnosť musia zostať v tomto okienku stabilné.
Kontrolný zoznam pre výber a kontrolu kvality
Dizajnéri buniek prispôsobujú fóliu chémii a formátu bunky. Vysoko-vrstvené oxidy niklu zhutnené na vysokú hustotu si vyžadujú plochejšiu a pevnejšiu fóliu, ktorá odoláva napätiu pri kalandrovaní, zatiaľ čo lacnejšie-nákladové konštrukcie s fosforečnanom železa tolerujú o niečo širšie meradlo. Vakové bunky kladú mimoriadny dôraz na povrch bez dierok-a valcové bunky sú citlivejšie na výšku otrepu a kvalitu zvárania jazýčkov.
Overte každú dodávku podľa osvedčenia o zliatine, tvrdosti, mierke a mechanických hodnotách.
Skontrolujte profil hrúbky naprieč sieťou, nielen pozdĺž stredovej čiary.
Zmerajte zmáčavosť a kontaktný odpor na vzorkách odobratých z oboch strán a oboch koncov cievky.
Pri kontrolovanom osvetlení skontrolujte, či na ňom nie sú dierky, olejové škvrny, preliačiny a otrepy na hranách.
Vyžadujte veľké{0}}zvitky rovnakej dĺžky, aby línie povlaku siahali až ku koncu siete.
FAQ
Otázka: Prečo sa používa hliníková fólia na katóde a meď na anóde?
Hliník pasivuje a zostáva stabilný pri vysokých potenciáloch kladnej elektródy, blízko 3,0-4,2 V oproti Li/Li+, kde by meď korodovala. Meď sa používa na negatívnej strane, pretože je stabilná pri nízkych potenciáloch, kde by sa hliník namiesto toho zlial s lítiom.
Otázka: Aká hrúbka hliníkovej fólie je normálna pre lítium-iónovú katódu?
Väčšina energetických článkov používa 12-20 µm, zatiaľ čo vysokovýkonné konštrukcie často volia 12-15 µm na rezný odpor. K dispozícii je fólia s hrúbkou pod 10 µm, ale vyžaduje prísnejšiu manipuláciu a kontrolu nanášania.
Otázka: Záleží na temperovaní katódovej fólie?
áno. H18 dodáva pevnosť potrebnú na to, aby odolala namáhaniu povlaku a kalandrovania, zatiaľ čo O temper je mäkší a ľahšie sa tvaruje, ale oveľa slabší. Výber musí zodpovedať formátu bunky a napätiu nanášacej linky.
Otázka: Je samotná hliníková fólia kalcinovaná počas výroby batérie?
Nie. Kalcinácia sa vzťahuje na syntézu prášku aktívnej katódy. Kolektorová fólia je žíhaná vo valcovni a potom sušená pri miernej teplote počas nanášania elektródy.
Otázka: Ako drsnosť povrchu ovplyvňuje výkon buniek?
Kontrolovaný matný povrch zlepšuje mechanické priľnutie povlaku a znižuje kontaktný odpor. Príliš hladké povrchy spôsobujú stratu priľnavosti, zatiaľ čo nadmerná drsnosť alebo znečistenie zvyšuje lokálny odpor a môže vytvárať horúce miesta.
Otázka: Môže sa použiť 1100 namiesto 1060?
Môže, ale pridanie medi znižuje elektrickú vodivosť a zvyšuje náklady bez prínosu pre väčšinu článkov. Typy 1060, 1070 a 1235 zostávajú hlavnou voľbou pre lítium-iónové katódové kolektory.