מהו נייר נחושת?

מהו נייר נחושת?

חומר שאף אחד לא מדבר עליו עד שמשהו משתבש

בכל סוללת ליתיום-יש נייר נחושת. הטלפון שלך, המחשב הנייד שלך, ה-EV חונה מחוץ ל-- כולם. נייר הכסף יושב מאחורי אנודת הגרפיט ועושה עבודה אחת: להעביר אלקטרונים פנימה והחוצה. לא זוהר. ספקים לא מקבלים נאומים מרכזיים בכנסים של סוללות. אבל כאשר נייר הכסף נכשל, התא כולו נכשל.

ביליתי חמש עשרה שנים בתעשייה הזו. נייר כסף לא היה משהו שחשבתי עליו הרבה בשלב מוקדם. חומרי קתודה קיבלו את כל תשומת הלב - יחסי NCM, מקורות קובלט, דברים כאלה. נייר הכסף פשוט היה שם. ואז התחלתי לראות תאים חוזרים מהשטח עם בעיות פירוק נחושת, והבנתי כמה מעט רוב המהנדסים באמת מבינים על מה שקורה בממשק הזה.

רדיד נחושת בדרגה-סוללה עובי של בין 6 ל-12 מיקרון עבור רוב היישומים. חלק מהיצרנים דחפו ל-4.5 מיקרון. שיער אדם הוא בסביבות 70 מיקרון, כדי לתת לך תחושה של קנה מידה.

שתי דרכים לעשות את זה. בתצהיר אלקטרוליטי - אתה ממיס נחושת בחומצה גופרתית, מעביר זרם דרך התמיסה ולוחות נחושת החוצה אל תוף מסתובב. מקלפים אותו, מגלגלים אותו. זה 90 פלוס אחוז מהשוק. השיטה השנייה היא גלגול, שבה מתחילים עם מטיל נחושת ומדללים אותו באופן מכני דרך מעברים חוזרים ונשנים. גלגול נותן לך תכונות מכניות טובות יותר אך עולה יותר. רוב יצרניות הסלולר לא רוצות לשלם את הפרמיה.

Copper Foil

נייר כסף דק יותר פירושו יותר מקום לחומר פעיל באותו נפח תא. זו צפיפות האנרגיה. הדחיפה מרדיד 8 מיקרון ל-6 מיקרון בעשור האחרון העניקה ליצרני תאים דחיפה אמיתית מבלי לשנות שום דבר אחר בעיצובים שלהם. דק יותר מ-6 מיקרון נעשה קשה יותר. נייר הכסף נקרע במהלך הציפוי. זה מתקמט במכונת הפיתול. התשואות יורדות.

סיירתי בקו ציפוי במחוז ג'יאנגסו לפני כמה שנים, שם הם זכו בהתאמה לרדיד 4.5 מיקרון. המפעילים נאלצו להאט את מהירות הקו ב-30 אחוזים כדי שהרדיד לא ייקרע. אף אחד לא היה מאושר מזה. התפוקה חשובה כאשר אתה מנסה להשיג יעדי עלות.

לרדיד אלקטרוליטי יש שני צדדים. צד התוף מבריק וחלק. לצד השני - הצד המט - יש יותר מרקם. אתה מצפה את תבליית האנודה על הצד המט מכיוון שהחספוס מסייע להדבקה. מספיק פשוט בתיאוריה. Copper Foil

אבל חספוס פני השטח הוא פשרה. חלק מדי והציפוי מתקלף לאחר כמה מאות מחזורים. מחוספס מדי ומקבלים כתמים דקים בציפוי שבהם נחושת חשופה נוגעת באלקטרוליט. זה רע. נחושת מתמוססת באלקטרוליט בתנאים מסוימים, נודדת אל הקתודה, מצלחות שם, ובסופו של דבר מקצרת את התא. ראיתי תאים נכשלים בדרך זו לאחר שישבתי במחסן - אפילו לא רכיבו על אופניים, רק ישבו שם עם קולט זרם קורוזיה.

ספקי נייר כסף משקיעים מאמצים רבים בשליטה בחספוס. אריזות תוספים באמבט הציפוי. פוסט-שלבי טיפול. חלק מהספקים מבצעים טיפול חיספוס קל גם בצד התוף, עבור יישומים שבהם שני הצדדים מקבלים ציפוי.

האלקטרוליט הסטנדרטי בתאי ליתיום-הוא LiPF6 המומס בקרבונטים אורגניים. זה לא אמור לתקוף נחושת. הנחושת יציבה בפוטנציאל האנודה. אבל תמיד יש זיהום לחות - חלקים למיליון, בטח, אבל זה שם. לחות מגיבה עם LiPF6 ליצירת HF. חומצה הידרופלואורית. דברים מגעילים. הוא אוכל נחושת.

מצב כשל אחד חקרתי מספר פעמים: ציפוי האנודה נסדק במהלך רכיבה על אופניים, חושף נייר כסף חשוף, וה-HF יוצא לעבודה. יוני נחושת מומסים נסחפים דרך המפריד, מושקעים על הקתודה כנחושת מתכתית, ובסופו של דבר מקבלים קצר רך. דהיית הקיבולת מואצת. לפעמים התא מוציא אוורור. עקבנו אחר החזרה אחת לקבוצה גרועה של נייר כסף שהכיל תחמוצת משטח מוגזמת -. שכבת התחמוצת לא הגנה על הנחושת הבסיסית כפי שהיא הייתה צריכה.

לפרוק תא מתחת למתח החיתוך שלו ופוטנציאל האנודה עולה. לך מספיק רחוק ותתחיל להמיס נחושת בצורה אלקטרוכימית. זה לא שנוי במחלוקת - זה מתועד בספרות, וכל מהנדס תאים מנוסה ראה את זה.

הבעיה מופיעה בחבילות-מחוברות בסדרות שבהן לתאים קיבולת לא תואמת. התא החלש ביותר מתרוקן ראשון, ואז נדחף להיפוך על ידי התאים האחרים. מעצבי חבילות הכניסו מעגלי הגנה בשביל זה. אבל מעגלי הגנה נכשלים לפעמים. IC הגנה מפני זיוף הם דבר אמיתי בשרשרת האספקה. לוחות BMS זולים עם רכיבים שאינם עומדים במפרט. ראיתי התמוססות נחושת בחפיסות שלכאורה היו להן הגנת היפוך.

אנודות סיליקון מגיעות. כולם יודעים שסיליקון אוגר יותר ליתיום מאשר גרפיט - בערך פי עשרה יותר על בסיס מסה. מה שאנשים לא תמיד חושבים עליו הוא מה הסיליקון עושה לאספן הנוכחי.

הסיליקון מתרחב בצורה מאסיבית כאשר הוא מותאם. שינוי נפח של למעלה מ-300 אחוז. שכבת האנודה מתנפחת ומתכווצת בכל מחזור. רדיד נחושת קונבנציונלי לא תוכנן לסוג כזה של לחץ מכני. פיצוח עייפות. דה למינציה. אובדן מגע חשמלי. חלק מהמפתחים של אנודות סיליקון עובדים עם סגסוגות נחושת-במתיחה גבוהה או רדידים מובנים תלת-ממדיים-עם נקבוביות-מובנית כדי להכיל את ההתרחבות. זה אזור פעיל, הרבה פיתוח קנייני, עדיין אין מנצח ברור.

סטארט-אפ אחד שדיברתי איתו בשנה שעברה השתמש בנייר נחושת-ניקל-סגסוגת סיליקון ששמר על חוזק מתיחה מעל 500 MPa בטמפרטורות גבוהות. הסחר- היה מוליכות נמוכה יותר - אולי 60 אחוז מנחושת טהורה. עבור היישום שלהם זה עבד. לא ברור אם זה קנה מידה.

Copper Foil

רוב רדיד הנחושת של הסוללות מגיע מקומץ יצרנים בסין, יפן וקוריאה. Furukawa, Mitsui, Iljin, Tongguan - השמות האלה מופיעים בדפי המפרט שוב ושוב. יצרני תאים בצפון אמריקה ואירופה מייבאים בעיקר. יש דיבורים על לוקליזציה של ייצור נייר כסף כאשר קיבולת הסוללה האזורית מגיעה לאינטרנט, אבל לוקח שנים לבנות את היכולת הזו. ייצור נייר כסף אלקטרוליטי הוא ציוד-אינטנסיבי וידע-מה חשוב. אתה לא יכול פשוט לקנות מכונות ולהתחיל לשלוח נייר כסף איכותי ברבעון הבא.

התמחור עוקב אחר מחירי סחורות הנחושת בתוספת עמלת המרה. נייר כסף דק יותר גובה עמלות המרה גבוהות יותר מכיוון שהתשואות נמוכות יותר ובקרת האיכות קשה יותר. התמחור בין 8 מיקרון ל-4.5 מיקרון משקף את הקושי הזה.

רדיד נחושת הוא מרכיב בוגר בהרבה מובנים. טכנולוגיית הייצור הבסיסית לא השתנתה באופן דרמטי מזה עשרות שנים. אבל המפרטים ממשיכים להתהדק ככל שדרישות הביצועים של התא עולות. חוזק מתיחה, התארכות, אחידות עובי, חספוס פני השטח, עמידות בפני קורוזיה - כל אלה גורמים לאיכות התא ולאורך חיים.

המהנדסים שאני עובד איתם מתייחסים לפעמים לנייר כסף כאל קניית סחורה. קבל את הספק הזול ביותר שעומד במפרט והמשך הלאה. זה עובד עד שלא. עוד כמה עמודים לדקה לחות בנייר הכסף, התפלגות חספוס מעט מחוץ לגבולות הבקרה, אצווה חלשה שעברה QC מכיוון שתוכנית הדגימה לא הייתה מספיק הדוקה - כל אלה יכולים להופיע ככשלים בשטח חודשים או שנים מאוחר יותר. עד אז כבר מאוחר מדי לתקן בזול.

אף אחד לא יחליף נחושת בקרוב. אלומיניום לא עובד בפוטנציאל האנודה. ניקל עולה יותר מדי. רדיד מרוכב עם ליבות פולימר נמצאים בפיתוח אך אינם מוכנים לייצור-. במשך עשר השנים הבאות לפחות, נייר נחושת נשאר במקומו: בכל תא ליתיום-, עושה את עבודתו בשקט, עד שמשהו משתבש.