ฟอยล์ทองแดงคืออะไร?

ฟอยล์ทองแดงคืออะไร?

เนื้อหาที่ไม่มีใครพูดถึงจนกว่าจะมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้น

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน-ทุกก้อนมีแผ่นฟอยล์ทองแดงอยู่ภายใน โทรศัพท์ แล็ปท็อปของคุณ รถยนต์ไฟฟ้าจอดอยู่ด้านนอก - ทั้งหมด ฟอยล์จะอยู่ด้านหลังกราไฟท์แอโนดและทำหน้าที่เดียวคือเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนเข้าและออก ไม่มีเสน่ห์ ซัพพลายเออร์ไม่ได้รับการกล่าวสุนทรพจน์สำคัญในการประชุมแบตเตอรี่ แต่เมื่อฟอยล์ล้มเหลว ทั้งเซลล์ก็ล้มเหลว

ฉันใช้เวลาสิบห้าปีในอุตสาหกรรมนี้ ฟอยล์ทองแดงไม่ใช่สิ่งที่ฉันคิดมากตั้งแต่แรก วัสดุแคโทดได้รับความสนใจ - อัตราส่วน NCM การจัดหาโคบอลต์ อะไรทำนองนั้น ฟอยล์อยู่ที่นั่น จากนั้นฉันก็เริ่มเห็นเซลล์กลับมาจากสนามพร้อมกับปัญหาการละลายของทองแดง และฉันก็ตระหนักว่าวิศวกรส่วนใหญ่มีน้อยคนนักที่จะเข้าใจจริงๆ เกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานนั้น

ฟอยล์ทองแดงเกรดแบตเตอรี่-มีความหนาระหว่าง 6 ถึง 12 ไมครอนสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ ผู้ผลิตบางรายดันไปที่ 4.5 ไมครอน เส้นผมของมนุษย์มีขนาดประมาณ 70 ไมครอน เพื่อให้คุณมองเห็นถึงขนาด

สองวิธีที่จะทำให้มัน การสะสมด้วยไฟฟ้า - คุณละลายทองแดงในกรดซัลฟิวริก ให้กระแสไหลผ่านสารละลาย และแผ่นทองแดงออกมาบนถังหมุน ลอกออก ม้วนขึ้น นั่นคือร้อยละ 90 บวกของตลาด อีกวิธีหนึ่งคือการกลิ้ง โดยคุณเริ่มต้นด้วยแท่งทองแดงแล้วทำให้โลหะบางลงโดยผ่านกระบวนการซ้ำๆ การกลิ้งให้คุณสมบัติทางกลดีขึ้นแต่มีราคาสูงกว่า ผู้ผลิตเซลล์ส่วนใหญ่ไม่ต้องการจ่ายเบี้ยประกันภัย

Copper Foil

ฟอยล์ทินเนอร์หมายถึงพื้นที่มากขึ้นสำหรับวัสดุออกฤทธิ์ในปริมาตรเซลล์เดียวกัน นั่นคือความหนาแน่นของพลังงาน การผลักดันฟอยล์จาก 8 ไมครอนเป็น 6 ไมครอนในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาทำให้ผู้ผลิตเซลล์ได้รับการส่งเสริมอย่างแท้จริงโดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงสิ่งอื่นใดเกี่ยวกับการออกแบบของพวกเขา การจะบางกว่า 6 ไมครอนจะยากขึ้น ฟอยล์ฉีกขาดระหว่างการเคลือบ มันเกิดรอยยับในเครื่องม้วน อัตราผลตอบแทนลดลง

ฉันไปเที่ยวสายการผลิตการเคลือบในมณฑลเจียงซูเมื่อไม่กี่ปีก่อนซึ่งมีฟอยล์ขนาด 4.5 ไมครอนที่มีคุณสมบัติเหมาะสม ผู้ปฏิบัติงานต้องชะลอความเร็วของเส้นลง 30 เปอร์เซ็นต์เพื่อป้องกันไม่ให้ฟอยล์ฉีกขาด ไม่มีใครพอใจกับเรื่องนั้น ปริมาณงานมีความสำคัญเมื่อคุณพยายามบรรลุเป้าหมายต้นทุน

ฟอยล์ไฟฟ้ามีสองด้าน ด้านดรัมมีความมันเงาและเรียบเนียน อีกด้าน - ด้านด้าน - มีเนื้อสัมผัสมากกว่า คุณเคลือบสารละลายแอโนดลงบนด้านด้านเนื่องจากความหยาบช่วยให้การยึดเกาะ ง่ายพอในทางทฤษฎี Copper Foil

แต่ความหยาบของพื้นผิวก็เป็นข้อดีอย่างหนึ่ง เรียบเกินไปและการเคลือบหลุดลอกออกหลังจากผ่านไปสองสามร้อยรอบ หยาบเกินไปและคุณจะพบจุดบางๆ ในชั้นเคลือบซึ่งทองแดงเปลือยสัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์ ที่ไม่ดี. ทองแดงละลายในอิเล็กโทรไลต์ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ย้ายไปที่แคโทด แผ่ออกไปตรงนั้น และในที่สุดจะทำให้เซลล์สั้นลง ฉันเคยเห็นเซลล์ล้มเหลวในลักษณะนี้หลังจากนั่งอยู่ในโกดัง - โดยไม่ได้ปั่นจักรยานด้วยซ้ำ แค่นั่งอยู่ตรงนั้นกับตัวสะสมกระแสไฟฟ้าที่กัดกร่อน

ซัพพลายเออร์ฟอยล์ใช้ความพยายามอย่างมากในการควบคุมความหยาบ สารเติมแต่งในอ่างชุบ หลัง-ขั้นตอนการรักษา ซัพพลายเออร์บางรายทำการทำให้หยาบเล็กน้อยที่ด้านดรัมด้วยเช่นกัน สำหรับการใช้งานที่เคลือบทั้งสองด้าน

อิเล็กโทรไลต์มาตรฐานในเซลล์ลิเธียม-ไอออนคือ LiPF6 ละลายในคาร์บอเนตอินทรีย์ มันไม่ควรโจมตีทองแดง ทองแดงมีความเสถียรที่ศักย์ไฟฟ้าขั้วบวก แต่มีการปนเปื้อนของความชื้นอยู่เสมอ - ส่วนต่อล้านแน่นอน แต่ก็มีอยู่ ความชื้นทำปฏิกิริยากับ LiPF6 ให้เกิด HF กรดไฮโดรฟลูออริก สิ่งที่น่ารังเกียจ มันกินทองแดง

โหมดความล้มเหลวโหมดหนึ่งที่ฉันได้ตรวจสอบหลายครั้ง: การเคลือบแอโนดจะแตกระหว่างการปั่นจักรยาน เผยให้เห็นฟอยล์เปลือย และ HF จะทำงาน ไอออนของทองแดงที่ละลายน้ำจะลอยผ่านตัวแยก และสะสมบนแคโทดเป็นทองแดงที่เป็นโลหะ และในที่สุดคุณก็จะได้ช็อตที่นุ่มนวล ความจุลดลงเร็วขึ้น บางครั้งช่องระบายอากาศของเซลล์ เราติดตามการเรียกคืนครั้งหนึ่งได้เนื่องจากชุดฟอยล์ที่ไม่ดีซึ่งมีออกไซด์ของพื้นผิวมากเกินไป - ชั้นออกไซด์ไม่ได้ปกป้องทองแดงที่ซ่อนอยู่อย่างที่ควรจะเป็น

คายประจุเซลล์ให้ต่ำกว่าแรงดันคัตออฟ และความต่างศักย์ของขั้วบวกจะเพิ่มขึ้น ไปไกลพอแล้วคุณก็เริ่มละลายทองแดงด้วยเคมีไฟฟ้า สิ่งนี้ไม่ก่อให้เกิดข้อโต้แย้ง - มีการบันทึกไว้ในเอกสาร และวิศวกรเซลล์ผู้มีประสบการณ์ก็เคยพบเห็นสิ่งนี้

ปัญหาปรากฏในชุด-ที่เชื่อมต่อกันโดยที่เซลล์มีความจุไม่ตรงกัน เซลล์ที่อ่อนแอที่สุดจะว่างเปล่าก่อน จากนั้นจะถูกผลักดันให้เซลล์อื่นกลับตัว ผู้ออกแบบบรรจุภัณฑ์ได้ใส่วงจรป้องกันไว้สำหรับสิ่งนี้ แต่บางครั้งวงจรป้องกันก็ล้มเหลว ไอซีป้องกันการปลอมแปลงเป็นของจริงในห่วงโซ่อุปทาน บอร์ด BMS ราคาถูกพร้อมส่วนประกอบไม่ตรงตามข้อกำหนด ฉันเคยเห็นการละลายของทองแดงในบรรจุภัณฑ์ที่คาดว่าจะมีการป้องกันการกลับตัว

แอโนดซิลิคอนกำลังมา ทุกคนรู้ดีว่าซิลิคอนเก็บลิเธียมได้มากกว่ากราไฟท์ - มากกว่าประมาณสิบเท่าโดยพื้นฐานมวล สิ่งที่ผู้คนมักไม่ค่อยคิดคือสิ่งที่ซิลิคอนทำกับนักสะสมในปัจจุบัน

ซิลิคอนจะขยายตัวอย่างหนาแน่นเมื่อถูกทำให้เป็นหิน ปริมาณการเปลี่ยนแปลงมากกว่า 300 เปอร์เซ็นต์ ชั้นแอโนดจะขยายตัวและหดตัวทุกรอบ ฟอยล์ทองแดงแบบทั่วไปไม่ได้ออกแบบมาสำหรับแรงเค้นเชิงกลแบบนั้น ความเหนื่อยล้าแตกร้าว การแยกชั้น การสูญเสียการสัมผัสทางไฟฟ้า นักพัฒนาซิลิคอนแอโนดบางรายกำลังทำงานกับโลหะผสมทองแดงแรงดึงสูง-หรือฟอยล์ที่มีโครงสร้างแบบ 3 มิติ-ที่มีความพรุนในตัวเพื่อรองรับการขยายตัว เป็นพื้นที่ใช้งาน มีการพัฒนาที่เป็นกรรมสิทธิ์มากมาย ยังไม่มีผู้ชนะที่ชัดเจน

สตาร์ทอัพรายหนึ่งที่ฉันพูดคุยด้วยเมื่อปีที่แล้วคือการใช้ฟอยล์โลหะผสมทองแดง-นิกเกิล-ที่รักษาความต้านทานแรงดึงได้มากกว่า 500 MPa ที่อุณหภูมิสูง การแลกเปลี่ยน-คือค่าการนำไฟฟ้าต่ำกว่า - หรืออาจเป็น 60 เปอร์เซ็นต์ของทองแดงบริสุทธิ์ สำหรับการใช้งานของพวกเขามันได้ผล ไม่ชัดเจนว่าจะขยายขนาดหรือไม่

Copper Foil

ฟอยล์ทองแดงสำหรับแบตเตอรี่ส่วนใหญ่มาจากผู้ผลิตเพียงไม่กี่รายในจีน ญี่ปุ่น และเกาหลี Furukawa, Mitsui, Iljin, Tongguan - ชื่อเหล่านั้นปรากฏบนแผ่นข้อมูลจำเพาะซ้ำแล้วซ้ำอีก ผู้ผลิตเซลล์ในอเมริกาเหนือและยุโรปส่วนใหญ่นำเข้า มีการพูดถึงการผลิตฟอยล์ในระดับท้องถิ่นเนื่องจากความจุของแบตเตอรี่ในระดับภูมิภาคออนไลน์ แต่ต้องใช้เวลาหลายปีกว่าจะสร้างความสามารถดังกล่าว การผลิตฟอยล์ด้วยไฟฟ้าต้องใช้อุปกรณ์-เข้มข้นและรู้ว่า-มีความสำคัญอย่างไร คุณไม่สามารถซื้อเครื่องจักรและเริ่มจัดส่งฟอยล์คุณภาพในไตรมาสหน้าได้

การกำหนดราคาเป็นไปตามราคาสินค้าโภคภัณฑ์ทองแดงบวกค่าธรรมเนียมการแปลง ฟอยล์ทินเนอร์ต้องเสียค่าธรรมเนียมการแปลงที่สูงขึ้นเนื่องจากผลผลิตต่ำกว่าและการควบคุมคุณภาพทำได้ยาก ส่วนต่างระหว่างราคา 8 ไมครอนถึง 4.5 ไมครอน สะท้อนถึงความยากลำบากนั้น

คอปเปอร์ฟอยล์เป็นส่วนประกอบที่สมบูรณ์ในหลายๆ ด้าน เทคโนโลยีการผลิตขั้นพื้นฐานไม่ได้เปลี่ยนแปลงไปอย่างมากในรอบหลายทศวรรษ แต่ข้อมูลจำเพาะยังคงเข้มงวดมากขึ้นตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของเซลล์ที่สูงขึ้น ความต้านทานแรงดึง การยืดตัว ความหนาสม่ำเสมอ ความหยาบของพื้นผิว ความต้านทานการกัดกร่อน - ปัจจัยทั้งหมดนี้ส่งผลต่อคุณภาพเซลล์และอายุการใช้งาน

วิศวกรที่ฉันทำงานด้วยบางครั้งถือว่าฟอยล์เป็นการซื้อสินค้า รับซัพพลายเออร์ที่ถูกที่สุดที่ตรงตามข้อกำหนดและเดินหน้าต่อไป มันได้ผลจนกระทั่งมันไม่ได้ผล ความชื้นในฟอยล์เพิ่มขึ้นสองสาม ppm, การกระจายความหยาบอยู่นอกขีดจำกัดการควบคุมเล็กน้อย, ปริมาณน้อยที่ผ่าน QC เนื่องจากแผนการสุ่มตัวอย่างไม่แน่นพอ - สิ่งเหล่านี้สามารถแสดงเป็นความล้มเหลวของภาคสนามหลายเดือนหรือหลายปีให้หลัง ถึงตอนนั้นก็สายเกินไปที่จะแก้ไขอย่างถูก

ไม่มีใครจะมาแทนที่ทองแดงในเร็วๆ นี้ อลูมิเนียมไม่ทำงานที่ศักย์ไฟฟ้าแอโนด นิกเกิลมีราคามากเกินไป ฟอยล์คอมโพสิตที่มีแกนโพลีเมอร์อยู่ในระหว่างการพัฒนาแต่ยังไม่พร้อมสำหรับการผลิต- เป็นเวลาอย่างน้อยสิบปีข้างหน้า แผ่นฟอยล์ทองแดงจะยังคงอยู่ในตำแหน่งเดิม: ในเซลล์ลิเธียม- ทุกเซลล์ โดยจะทำงานอย่างเงียบๆ จนกว่าจะมีสิ่งผิดปกติเกิดขึ้น