Litium{0}}ionikennon katodisubstraatti on ohut alumiinifolio, jossa on kaksi tehtävää samanaikaisesti. Se johtaa elektroneja aktiivisesta materiaalista kennoliuskaan ja toimii mekaanisena kantajana, joka pitää päällystetyn elektrodin koossa pinnoittamalla, kuivaamalla, kalanteroimalla, halkaisemalla ja käämimällä. Koska yksittäinen neulanreikä tai paksuusaskel voi aiheuttaa päällystevian tai kennon oikosulun, katodikalvo on määritelty paljon tiukemmin kuin pakkauksessa käytetty samanmittainen kalvo.
Miksi alumiinia eikä muuta metallia
Positiivisessa elektrodissa käytetään alumiinia, koska se muodostaa ohuen luonnollisen oksidikerroksen, joka passivoi pinnan ja pitää metallin vakaana katodin toimintapotentiaalin yli, noin 3,0-4,5 V litiumia vastaan. Alle noin 1,5 V litiumia vastaan sama oksidikerros ei ole enää stabiili ja alumiini alkaa seostua litiumiin, minkä vuoksi negatiivinen elektrodi käyttää sen sijaan kuparialustaa. Tämä sähkökemiallinen ikkuna, ei pelkästään hinta, on syy siihen, että kaksi elektrodia käyttävät erilaisia keräinmetalleja.
Seoksen puhtaus ja temper
Katodifolio valmistetaan korkean -puhtausluokan, kuten 1060, 1070, 1085 ja 1235, koostumuksen mukaisesti muokatun alumiinin EN 573-3 mukaisesti. Puhtaudella on väliä, koska rautaa, kuparia ja piitä{12}}rikkaat faasit ovat katodisia suhteessa alumiinimatriisiin ja toimivat pistesyöpymisen aloituspisteinä pyöräilyn aikana, joten jäännösepäpuhtaustasot pysyvät selvästi pakkausfoliossa hyväksyttyjen pitoisuuksien alapuolella. Temperointi valitaan pinnoitus- ja kelausprosessia vasten: H18 antaa parhaan lujuuden ohuille mittareille ja kestää pinnoituslinjan jännitysvaihteluita, kun taas pehmeämmät temperaatiot valitaan, kun käämityssäde on tiukka ja kalvon tulee mukautua halkeilematta. Valmiin kalvon mekaaniset ominaisuudet noudattavat GB/T 36146:ta, kiinalaista standardia litiumioniakuissa käytettävälle alumiinille ja alumiiniseoskalvolle.
Mittari, mekaaniset ominaisuudet ja levyn vastus
Päävirran katodikalvo toimitetaan 10-20 mikronia, ja 12-15 mikronia peittää useimmat tuotantokennot. Mittarin valinta on suora kauppa-: ohuempi kalvo jättää enemmän solutilavuutta aktiiviselle materiaalille ja nostaa gravimetrisen energiatiheyttä, mutta se myös pienentää-virtaa kantavaa-poikkileikkausta ja alentaa pinnoituslinjan jännitysikkunaa. Levyn vastus skaalautuu käänteisesti paksuuden kanssa, joten 12 mikronin alumiinifolio, jonka ominaisvastus on noin 2,7 mikro-ohm senttimetriä, antaa levyresistanssiksi noin 2,2 milliohmia neliötä kohti, ja tuloksena oleva ohminen häviö on sisällytettävä kennosuunnitteluun. Vetolujuus ja venymä määritellään yleensä sovitettuna parina, koska suuri lujuus ilman riittävää venymistä aiheuttaa rainan katkeamista kelauksen aikana.
| Parametri | Tyypillinen tuotantoalue | Prosessin vaikutus |
|---|---|---|
| Paksuus | 10 - 20 mikronia | Energiatiheys rainan vahvuutta vastaan |
| Vetolujuus | 180 MPa ja enemmän H18:ssa | Pinnoituslinjan jännityksen hallinta |
| Pidentymä | 2 % ja enemmän | Kestävyys halkeilulle käämityssäteellä |
| Pinnan karheus Ra | 0.15 - 0.40 mikronia | Lietteen kostutus ja pinnoitteen tarttuvuus |
| Neulanreiät | Nolla hyväksytty | Suora oikosulku{0}}riski |
Pinnan kunto, leikkaus ja puhtaus
Pinnoitteen tarttuvuus riippuu pintaenergiasta ja topografiasta, ei pelkästään kemiallisesta sitoutumisesta. Tehdas hallitsee karheutta telan rakenteen ja kulkuaikataulun avulla, ja muuntimen on pidettävä pinta puhtaana valssausöljystä, pölystä ja metallijätteistä. Leikkaaminen on kriittinen vaihe, koska kalvon reunaan jäänyt purse voi puhkaista erottimen kelauksen aikana ja aiheuttaa sisäisen oikosulun; jäysteen korkeus määritellään siksi erikseen paksuustoleranssista. Elektrodien valmistukseen käytettävä kalvo käsitellään kuivissa tiloissa, koska adsorboitunut kosteus reagoi elektrolyyttisuolan kanssa ja muodostaa fluorivetyä, joka hyökkää passivointikerrokseen ja käynnistää pistesyöpymisen. Kallistus ja tasaisuus ovat myös hallinnassa, koska aaltoileva raina aiheuttaa pinnoitteen paksuuden vaihtelua leveydellä.
Käyttäytyminen pinnoituslinjalla
Katodiliete, tyypillisesti aktiivinen materiaali, jossa on johtavaa lisäainetta ja sideainetta liuottimessa, levitetään kalvon toiselle tai molemmille puolille ja kuivataan sitten. Kuivuminen altistaa rainan lämpölaajenemiselle ja liuottimen poiston kutistumiselle, ja kalvon on mukauduttava tämä liike rypistymättä. Kalanterointi puristaa sitten pinnoitteen tavoitetiheyteen ja kohdistaa suuria lineaarisia kuormia, jotka substraatin on selviydyttävä ilman venymää. Kuivuneen pinnoitteen tarttuvuus kalvoon tarkistetaan pätevöitymisen yhteydessä, ja kuoriutumislujuusmenetelmiä, kuten ASTM D903, mukautetaan yleisesti elektroditestaukseen. Valmiin elektrodin kennotason tarkistus suoritetaan vetokennojen IEC 62660 -standardin ja kannettavien suljettujen kennojen IEC 62133-2 -standardin mukaisesti.
Usein kysytyt kysymykset
Q:Minkä paksuista alumiinifoliota käytetään katodisubstraattina?
V: Useimmat tuotantosolut käyttävät 12-15 mikronin kalvoa, ja koko kaupallinen valikoima kattaa noin 10-20 mikronia. Ohuemmat mittarit nostavat energiatiheyttä, mutta kaventavat prosessointiikkunaa.
Q:Mitä alumiiniseoksia käytetään akun katodikalvoon?
V: Korkean{0}}puhtausasteet, kuten 1060, 1070, 1085 ja 1235, ovat vakiona. Matala rauta-, kupari- ja piipitoisuus rajoittaa pistekorroosion alkamiskohtien määrää.
Q:Miksi katodikalvolle on määritetty pinnan karheus?
V: Karheus säätelee, kuinka liete kastuu ja kiinnittyy metalliin. Liian sileä ja pinnoitteen tarttuvuus on heikko; liian karkea ja pinnoitteen paino muuttuu epätasaiseksi elektrodin poikki.
Q:Miksi neulanreiät hylätään akkukalvossa, mutta ne hyväksytään pakkausfolioissa?
V: Elektrodialustassa oleva neulanreikä paljastaa paljaan metallin, joka voi koskettaa vastakkaista elektrodia erottimen kautta, mikä luo sisäisen oikosulun. Pakkauskalvo kestää eristettyjä reikiä, koska polymeerikerrokset muodostavat silti esteen.
Q:Mikä standardi kattaa alumiinifolion litiumioniakuille{0}}?
V: GB/T 36146 määrittelee alumiinin ja alumiiniseosfolion litium-ioni-akuille kiinalaisessa järjestelmässä. Solutason vaatimukset kattavat IEC 62660 vetosovellusten ja IEC 62133-2 kannettavien kennojen osalta.
Q:Miksi katodifoliota pitää käsitellä kuivassa huoneessa?
V: Adsorboitu kosteus reagoi elektrolyyttisuolan kanssa muodostaen fluorivetyä, joka hyökkää alumiinin suojaavaan oksidikerrokseen ja johtaa keräimen pistekorroosioon.