Co je měděná fólie?

Co je měděná fólie?

Materiál, o kterém nikdo nemluví, dokud se něco nepokazí

Každá lithium-iontová baterie má v sobě měděnou fólii. Váš telefon, váš notebook, elektromobil zaparkovaný před nimi -. Fólie je umístěna za grafitovou anodou a dělá jednu práci: pohybuje elektrony dovnitř a ven. Ne okouzlující. Dodavatelé nedostávají hlavní projevy na konferencích baterií. Když ale selže fólie, selže celá buňka.

V tomto oboru jsem strávil patnáct let. Měděná fólie nebyla něco, o čem jsem na začátku moc přemýšlel. Katodové materiály získaly veškerou pozornost - poměry NCM, získávání kobaltu, a tak. Fólie tam prostě byla. Pak jsem začal vidět, jak se buňky vracejí z pole s problémy s rozpouštěním mědi, a uvědomil jsem si, jak málo většina inženýrů ve skutečnosti rozumí tomu, co se na tomto rozhraní děje.

Bateriová-měděná fólie má pro většinu aplikací tloušťku 6 až 12 mikronů. Někteří výrobci tlačili na 4,5 mikronu. Lidský vlas má kolem 70 mikronů, abyste měli pocit, že se jedná o měřítko.

Dva způsoby, jak to udělat. Elektrolytické nanášení - rozpouštíte měď v kyselině sírové, procházíte roztokem proudem a měděné pláty vynášíte na rotující buben. Odloupněte, srolujte. To je více než 90 procent trhu. Druhou metodou je válcování, kdy se začíná s měděným ingotem a mechanicky se ztenčuje opakovanými průchody. Válcování vám poskytuje lepší mechanické vlastnosti, ale stojí více. Většina výrobců buněk nechce platit prémii.

Copper Foil

Tenčí fólie znamená více místa pro aktivní materiál ve stejném objemu buněk. To je hustota energie. Posun z fólie o tloušťce 8 mikronů na 6 mikronů za poslední desetiletí poskytl výrobcům článků skutečnou podporu, aniž by se na jejich designu cokoliv měnilo. Být tenčí než 6 mikronů je těžší. Fólie se při potahování trhá. V navíjecím stroji se zvrásní. Výnosy klesají.

Před několika lety jsem navštívil lakovací linku v provincii Jiangsu, kde kvalifikovali 4,5mikronové fólie. Operátoři museli snížit rychlost linky o 30 procent, aby se fólie neprotrhla. Nikdo z toho neměl radost. Propustnost je důležitá, když se snažíte dosáhnout nákladových cílů.

Elektrolytická fólie má dvě strany. Strana bubnu je lesklá a hladká. Druhá strana - matná strana - má více textury. Anodovou kaši nanesete na matnou stranu, protože drsnost napomáhá přilnavosti. Teoreticky dost jednoduché. Copper Foil

Ale drsnost povrchu je kompromis. Příliš hladký a povlak se po několika stovkách cyklů odlupuje. Příliš drsné a na povrchu, kde se holá měď dostává do kontaktu s elektrolytem, vznikají tenká místa. To je špatné. Měď se za určitých podmínek rozpouští v elektrolytu, migruje ke katodě, tam se vysouvá a nakonec článek zkratuje. Viděl jsem, jak články selžou tímto způsobem poté, co se posadily do úložiště -, ani nebyly cyklovány, jen tam seděly s korodujícím sběračem proudu.

Dodavatelé fólií vynakládají velké úsilí na kontrolu drsnosti. Balíčky aditiv v pokovovací lázni. Kroky po-léčbě. Někteří dodavatelé provádějí lehké zdrsnění i na straně bubnu pro aplikace, kde jsou obě strany opatřeny povlakem.

Standardním elektrolytem v lithium-iontových článcích je LiPF6 rozpuštěný v organických uhličitanech. Nemá napadat měď. Měď je stabilní na anodových potenciálech. Ale vždy existuje kontaminace vlhkostí - dílů na milion, jistě, ale je tam. Vlhkost reaguje s LiPF6 za vzniku HF. Kyselina fluorovodíková. Nechutné věci. Požírá měď.

Jeden způsob selhání jsem zkoumal několikrát: povlak anody praskne během cyklování, odkryje holou fólii a HF začne fungovat. Rozpuštěné ionty mědi procházejí separátorem, ukládají se na katodě jako kovová měď a nakonec vznikne měkký zkrat. Úbytek kapacity se zrychluje. Někdy se buňky ventilují. Vysledovali jsme jedno stažení zpět na špatnou šarži fólie, která měla nadměrný povrchový oxid - oxidová vrstva nechrání spodní měď tak, jak by měla.

Vybijte článek pod jeho vypínací napětí a anodový potenciál stoupá. Jděte dostatečně daleko a začnete elektrochemicky rozpouštět měď. Není to kontroverzní -, je to zdokumentováno v literatuře a viděl to každý zkušený buněčný inženýr.

Problém se objevuje v sériově{0}}zapojených balíčcích, kde mají buňky neodpovídající kapacitu. Nejslabší buňka se nejprve vyprázdní, pak se dostane do reverzace ostatními buňkami. Konstruktéři sady za tímto účelem vložili ochranné obvody. Ale ochranné obvody někdy selžou. Integrované obvody ochrany proti padělkům jsou skutečnou věcí v dodavatelském řetězci. Levné BMS desky s komponenty, které nesplňují spec. Viděl jsem rozpouštění mědi v balíčcích, které měly údajně ochranu proti obrácení.

Přicházejí křemíkové anody. Každý ví, že křemík uchovává více lithia než grafit -, na hmotnostním základě zhruba desetkrát více. To, co lidé ne vždy promyslí, je to, co křemík dělá se sběračem proudu.

Křemík se při lithiování masivně rozpíná. Změna objemu přes 300 procent. Anodová vrstva bobtná a smršťuje se při každém cyklu. Běžná měděná fólie nebyla navržena pro tento druh mechanického namáhání. Praskání únavou. Delaminace. Ztráta elektrického kontaktu. Někteří vývojáři křemíkových anod pracují s-slitinami mědi s vysokou pevností v tahu nebo 3D{10}}strukturovanými fóliemi se zabudovanou-porozitou, aby se přizpůsobili expanzi. Je to aktivní oblast, spousta proprietárního vývoje, zatím žádný jasný vítěz.

Jeden startup, se kterým jsem loni mluvil, používal měděnou-niklovou-fólii ze slitiny křemíku, která udržovala pevnost v tahu nad 500 MPa při zvýšených teplotách. Kompromisem-byla nižší vodivost - možná 60 procent čisté mědi. Pro jejich aplikaci to fungovalo. Není jasné, jestli se škáluje.

Copper Foil

Většina bateriových měděných fólií pochází od několika výrobců v Číně, Japonsku a Koreji. Furukawa, Mitsui, Iljin, Tongguan - tato jména se objevují na technických tabulkách znovu a znovu. Severoameričtí a evropští výrobci článků většinou dovážejí. Hovoří se o lokalizaci výroby fólie, protože regionální kapacita baterií přichází online, ale vybudování této schopnosti trvá roky. Výroba elektrolytických fólií je-intenzivní na vybavení a záleží-jak na tom. Nemůžete jen koupit stroje a začít odesílat kvalitní fólie příští čtvrtletí.

Ceny se řídí cenami komodity mědi plus poplatek za konverzi. Tenčí fólie vyžadují vyšší poplatky za konverzi, protože výnosy jsou nižší a kontrola kvality je obtížnější. Rozpětí mezi 8 mikrony a 4,5 mikrony ceny odráží tuto obtíž.

Měděná fólie je v mnoha ohledech vyzrálá složka. Základní výrobní technologie se za desítky let dramaticky nezměnila. Ale specifikace se neustále zpřísňují, protože požadavky na výkon článků rostou. Pevnost v tahu, tažnost, rovnoměrnost tloušťky, drsnost povrchu, odolnost proti korozi -, to vše ovlivňuje kvalitu a životnost článku.

Inženýři, se kterými pracuji, někdy berou fólii jako nákup komodity. Získejte nejlevnějšího dodavatele, který splňuje specifikace, a pokračujte. To funguje, dokud ne. O několik ppm více vlhkosti ve fólii, rozložení drsnosti mírně mimo kontrolní limity, slabá šarže, která prošla kontrolou kvality, protože plán odběru vzorků nebyl dostatečně přísný - cokoli z toho se může po měsících nebo letech projevit jako selhání v terénu. To už je pozdě na levné opravy.

Měď nikdo v dohledné době nenahradí. Hliník nefunguje na anodovém potenciálu. Nikl stojí příliš mnoho. Kompozitní fólie s polymerovými jádry jsou ve vývoji, ale nejsou připraveny k výrobě-. Přinejmenším dalších deset let zůstane měděná fólie tam, kde je: v každém lithium-iontovém článku, který bude dělat svou práci tiše, dokud se něco nepokazí.