Katoda substrāts litija{0}}jonu šūnā ir plāna alumīnija folija, kas vienlaikus veic divus darbus. Tas vada elektronus no aktīvā materiāla uz šūnas cilni un darbojas kā mehāniskais nesējs, kas satur pārklāto elektrodu kopā, pārklājot, žāvējot, kalandrējot, sagriežot un tinot. Tā kā viens adatas caurums vai biezuma solis var izraisīt pārklājuma defektu vai elementa īssavienojumu, katoda folija ir norādīta daudz stingrāk nekā tāda paša izmēra folija, ko izmanto iepakojumā.
Kāpēc alumīnijs, nevis cits metāls
Alumīnijs tiek izmantots pozitīvajam elektrodam, jo tas veido plānu dabīgā oksīda slāni, kas pasivē virsmu un notur metālu stabilu visā katoda darbības potenciālā, aptuveni 3,0–4,5 V pret litiju. Zem aptuveni 1,5 V pret litiju tas pats oksīda slānis vairs nav stabils, un alumīnijs sāk leģēt ar litiju, tāpēc negatīvajā elektrodā tā vietā tiek izmantots vara substrāts. Šis elektroķīmiskais logs, nevis tikai izmaksas, ir iemesls, kāpēc abi elektrodi izmanto dažādus kolektoru metālus.
Sakausējuma tīrība un temperaments
Katoda folija tiek ražota no augstas{0}}tīrības pakāpes, piemēram, 1060, 1070, 1085 un 1235, un tās sastāvs tiek kontrolēts atbilstoši EN 573-3 kaltam alumīnijam. Tīrībai ir nozīme, jo fāzes, kas bagātas ar dzelzi, varu un silīciju, ir katodiskas attiecībā pret alumīnija matricu un darbojas kā sākumvietas, lai brauktu ar velosipēdu, lai radītu bedrītes, tāpēc atlikušo piemaisījumu līmenis tiek uzturēts krietni zem iepakojuma folijā pieļaujamā līmeņa. Temperatūra ir izvēlēta atbilstoši pārklājuma un tinuma procesam: H18 nodrošina vislielāko stiprību plānām mērierīcēm un iztur spriegojuma svārstības uz pārklājuma līnijas, savukārt mīkstāku temperamentu izvēlas vietās, kur tinuma rādiuss ir stingrs un folijai ir jāatbilst bez plaisāšanas. Gatavās folijas mehānisko īpašību prasības atbilst GB/T 36146, Ķīnas standartam alumīnija un alumīnija sakausējuma folijai, ko izmanto litija jonu akumulatoros.
Mērinstruments, mehāniskās īpašības un lokšņu pretestība
Galvenā katoda folija tiek piegādāta no 10 līdz 20 mikroniem, un 12 līdz 15 mikroni aptver lielāko daļu ražošanas elementu. Mērinstrumentu izvēle ir tiešs kompromiss-: plānāka folija atstāj lielāku šūnu tilpumu aktīvajam materiālam un palielina gravimetriskās enerģijas blīvumu, bet arī samazina strāvas -nesošo šķērsgriezumu- un pazemina pārklājuma līnijas spriegojuma logu. Loksnes pretestība mainās apgriezti atkarībā no biezuma, tāpēc 12 mikronu alumīnija folija ar aptuveni 2,7 mikro-omu centimetru pretestību nodrošina loksnes pretestību aptuveni 2,2 miljonos uz kvadrātu, un iegūtais omu zudums ir jāiekļauj šūnas dizainā. Stiepes izturība un pagarinājums parasti tiek norādīts kā saskaņots pāris, jo liela izturība bez atbilstoša pagarinājuma izraisa sloksnes pārrāvumus tinuma laikā.
| Parametrs | Tipisks ražošanas diapazons | Procesa ietekme |
|---|---|---|
| Biezums | 10 - 20 mikroni | Enerģijas blīvums pret tīkla stiprumu |
| Stiepes izturība | 180 MPa un vairāk H18 | Spriegojuma kontrole uz pārklājuma līnijas |
| Pagarinājums | 2% un vairāk | Izturība pret plaisāšanu tinuma rādiusā |
| Virsmas raupjums Ra | 0.15 - 0.40 mikroni | Vircas mitrināšana un pārklājuma saķere |
| Pinholes | Nulle pieņemta | Tiešs īssavienojuma{0}}risks |
Virsmas stāvoklis, šķelšanās un tīrība
Pārklājuma adhēzija ir atkarīga no virsmas enerģijas un topogrāfijas, nevis tikai no ķīmiskās saites. Dzirnaviņas kontrolē raupjumu, izmantojot ruļļu tekstūru un caurlaides grafiku, un pārveidotājam ir jānodrošina, lai virsma būtu brīva no velmēšanas eļļas, putekļiem un metāliskiem gružiem. Griezšana ir kritisks solis, jo uz folijas malas palikusi skabarga tīšanas laikā var caurdurt separatoru un radīt iekšēju īssavienojumu; tāpēc urbuma augstums ir norādīts atsevišķi no biezuma pielaides. Foliju elektrodu ražošanai apstrādā sausās telpās, jo adsorbētais mitrums reaģē ar elektrolīta sāli un ģenerē fluorūdeņradi, kas uzbrūk pasivācijas slānim un ierosina bedrīšu veidošanos. Izliekums un plakanums tiek kontrolēti arī tāpēc, ka viļņains audums rada pārklājuma biezuma izmaiņas visā platumā.
Uzvedība uz pārklājuma līnijas
Katoda suspensiju, parasti aktīvo materiālu ar vadošu piedevu un saistvielu šķīdinātājā, uzklāj uz vienas vai abām folijas pusēm un pēc tam žāvē. Žāvēšana pakļauj audumu termiskai izplešanās un šķīdinātāja noņemšanas saraušanai, un folijai ir jāpielāgo šī kustība bez saburzīšanās. Pēc tam kalandrēšana saspiež pārklājumu līdz mērķa blīvumam, pieliekot lielas lineāras slodzes, kas substrātam jāiztur bez pagarinājuma. Kvalifikācijas laikā tiek pārbaudīta izžuvušā pārklājuma adhēzija ar foliju, un elektrodu testēšanai parasti tiek pielāgotas nolobīšanās stiprības metodes, piemēram, ASTM D903. Gatavā elektroda šūnu līmeņa pārbaude tiek veikta saskaņā ar IEC 62660 vilces elementiem un IEC 62133-2 pārnēsājamām hermētiskām šūnām.
Bieži uzdotie jautājumi
Q:Kāda biezuma alumīnija folija tiek izmantota kā katoda substrāts?
A: Lielākā daļa ražošanas šūnu izmanto 12 līdz 15 mikronu foliju, un viss komerciālais diapazons aptver aptuveni 10 līdz 20 mikronus. Plānāki mērinstrumenti palielina enerģijas blīvumu, bet sašaurina apstrādes logu.
Q:Kādi alumīnija sakausējumi tiek izmantoti akumulatora katoda folijai?
A: augstas{0}}tīrības pakāpes, piemēram, 1060, 1070, 1085 un 1235, ir standarta. Zems dzelzs, vara un silīcija saturs ierobežo punktveida korozijas ierosināšanas vietu skaitu.
Q:Kāpēc uz katoda folijas ir norādīts virsmas raupjums?
A: Nelīdzenums nosaka, kā virca saslapinās un noenkurojas pie metāla. Pārāk gluda un pārklājuma adhēzija ir vāja; pārāk raupja, un pārklājuma svars kļūst nevienmērīgs visā elektrodā.
Q:Kāpēc bateriju folijā adatas tiek noraidītas, bet iepakojuma folijā tās pieļauj?
A: Caurums elektroda pamatnē atklāj tukšu metālu, kas caur separatoru var saskarties ar pretējo elektrodu, radot iekšēju īssavienojumu. Iepakojuma folija var izturēt izolētus caurumus, jo polimēru slāņi joprojām nodrošina barjeru.
Q:Kurš standarts attiecas uz alumīnija foliju litija{0}}jonu akumulatoriem?
A: GB/T 36146 ir norādīta alumīnija un alumīnija sakausējuma folija litija{1}}jonu akumulatoriem Ķīnas sistēmā. Šūnu līmeņa prasības ir ietvertas IEC 62660 vilces lietojumiem un IEC 62133-2 portatīvajām šūnām.
Q:Kāpēc ar katoda foliju jārīkojas sausā telpā?
A: Adsorbēts mitrums reaģē ar elektrolīta sāli, veidojot ūdeņraža fluorīdu, kas uzbrūk aizsargājošajam oksīda slānim uz alumīnija un izraisa kolektora punktveida koroziju.