Litija{0}}jonu elementā elektrodu folijas ir vienīgās metāla sastāvdaļas, kas visu kalpošanas laiku saskaras ar elektrolītu. Alumīnija folija pozitīvā pusē dara vairāk, nekā vada strāvu: tā nosaka mehānisko platformu, uz kuras tiek pārklāts aktīvais materiāls, un tās stabilitāte pie augsta potenciāla ir tas, kas ļauj tur vispār izmantot alumīnija kolektoru. Izpratne par foliju šūnu līmenī izskaidro, kāpēc specifikācijas tik ļoti atšķiras dažādos šūnu formātos.
Pašreizējā savācēja funkcija
Aktīvā materiāla daļiņas pašas par sevi ir slikti elektroniski vadītāji, tāpēc katrs elektrods ir pārklāts uz metāla kolektora, kas pārnes strāvu uz cilni. Uz pozitīva elektroda kolektors ir alumīnijs; uz negatīvā elektroda tas ir varš. Alumīnijs ir izvēlēts katodam, jo dabīgais oksīda slānis pasivē virsmu un notur to stabilu virs katoda darbības loga aptuveni 3,0 līdz 4,5 V pret litiju. Pie zemākiem potenciāliem oksīda slānis kļūst nestabils, alumīnija sakausējumi ar litiju un kolektors tiek iznīcināti, kas ir praktiskais iemesls, kāpēc negatīvais elektrods nevar izmantot alumīniju. Tāpēc abas folijas vienmēr tiek norādītas kā pāris, kad ir fiksēts šūnas dizains.
Elektroķīmiskā stabilitāte un korozijas mehānismi
Pasivācijas slānis nav neiznīcināms visā kalpošanas laikā, ko mēra tūkstošos ciklu. Visizplatītākais noārdīšanās ceļš ir ūdeņraža fluorīds, kas veidojas, atlikušajam mitrumam reaģējot ar fluorēto elektrolīta sāli. Ūdeņraža fluorīds izšķīdina daļu no oksīda plēves un atklāj svaigu metālu, un tam seko lokalizēts punktveida veidojums, kas palielina šūnu pretestību un galu galā var perforēt foliju. Atlikušais mitrums reaģē arī uz virsmas elementu montāžas laikā, tāpēc apstrāde ar sausu-telpu un zems mitruma saturs pārklātajā elektrodā ir funkcionālas prasības, nevis ražošanas preferences. Korozijas ātrumu ietekmē arī elektrolītu šķīdinātāju sistēma, temperatūra un potenciāls, kādā elektrods tiek turēts, tāpēc materiāla kvalificēšanai tiek izmantoti cikla testi, nevis statiskās iegremdēšanas testi.
Šūnu formāts un pārklājuma metode
Šūnas formāts nosaka, kā folija tiek deformēta montāžas laikā. Cilindriskās un prizmatiskās šūnās tiek izmantots brūces želejas rullis, tāpēc folijai ir jāiztur neliels tinuma rādiuss bez plaisāšanas, un pagarinājums ir kontrolējošā īpašība. Maisiņu šūnās tiek izmantoti sakrauti elektrodi, kur folija tiek sagriezta pēc izmēra, nevis uztīta, un kritiskās īpašības mainās uz malu kvalitāti un līdzenumu. Pārklājumu var uzklāt vienā pusē vai abās pusēs, un divpusējs pārklājums ir standarts sakrautiem un uztītiem elektrodiem. Izciļņi ir piemetināti pie nepārklātas folijas malas, un mēlītes materiālam jābūt saderīgam ar kolektoru, lai izvairītos no galvaniskiem efektiem savienojuma vietā; ultraskaņas metināšana tiek plaši izmantota, jo tā novērš kausēšanas metināšanas zonu, ko ietekmē karstums.
| Šūnas formāts | Elektrodu montāža | Folijas īpašību kontrole |
|---|---|---|
| Cilindrisks | Brūču želejas rullītis | Pagarinājums un virsmas tīrība |
| Prizmatisks | Brūce vai salocīta | Pagarinājuma un biezuma viendabīgums |
| Maciņš | Sakrauts | Malu kvalitāte un līdzenums |
| Galdu dizaini | Brūce ar vairāku -cilpu pārklājuma rakstu | Izturība un izmēru precizitāte |
Biezuma tendences un enerģijas blīvums
Tā kā kolektoram nav ietilpības, katrs no folijas noņemtais mikrometrs tieši pārvēršas aktīvā materiāla tilpumā. Šūnu dizains ir pārvietots no 15 līdz 20 mikronu kolektoriem uz 10 līdz 12 mikroniem, un joprojām tiek izstrādāti plānāki mērinstrumenti lielas-enerģijas formātiem. Ierobežojumu nosaka apstrāde, nevis elektroķīmija: folijai kļūstot plānākai, tā pati absolūtā biezuma pielaide kļūst par lielāku mērierīces daļu, pārklājuma līnijas spriegojuma logs sašaurinās un krītas robeža pret auduma plīsumiem un grumbām. Tāpēc folijas biezuma vienmērīgums un izliekums ir norādīti absolūtos mikrometros, nevis tikai kā nominālā biezuma procenti.
Kvalifikācijas un pārbaudes standarti
Materiālu pieņemšana pašai folijai atbilst GB/T 36146 alumīnija un alumīnija sakausējuma folijai, ko izmanto litija-jonu akumulatoros, un tas attiecas uz sastāvu, izmēriem un mehāniskajām īpašībām. Šūnu līmenī standarti IEC 62660-1, IEC 62660-2 un IEC 62660-3 attiecas uz elektrisko autotransporta līdzekļu sekundāro litija jonu elementu veiktspēju, uzticamību un ļaunprātīgas izmantošanas pārbaudi, savukārt IEC 62133-2 attiecas uz drošības prasībām pārnēsājamām hermētiskām litija elementiem un akumulatoriem. Gatavo šūnu transportēšanas testēšana notiek saskaņā ar ANO Pārbaužu un kritēriju rokasgrāmatas III daļas 38.3. apakšiedaļu. Tā kā iekšējie šorti, ko izraisa folijas defekti, ir viens no atzītajiem termiskās bēgšanas izraisītājiem, folijas kvalitātes ieraksti ir daļa no šūnu izsekojamības ķēdes, ko pieprasa šie standarti.
Bieži uzdotie jautājumi
Q:Kāpēc uz katoda tiek izmantota alumīnija folija, bet uz anoda - varš?
A: Alumīnijs pasivējas un paliek stabils virs katoda potenciāla loga aptuveni 3,0 līdz 4,5 V pret litiju. Zem aptuveni 1,5 V oksīda slānis ir nestabils un alumīnija sakausējumi ar litiju, tāpēc negatīvajā pusē tiek izmantots vara kolektors.
Q:Kas izraisa alumīnija kolektora koroziju šūnas dzīves laikā?
A: Ūdeņraža fluorīds, kas veidojas no atlikušā mitruma un fluorētā elektrolīta sāls, izšķīdina daļu aizsargājošā oksīda slāņa, atklājot svaigu metālu un sākot lokālu punktveida veidošanos, kas palielina pretestību.
Q:Cik plānu var izgatavot akumulatora strāvas savācēju?
A: Lielākajai daļai dizainu ražošanas šūnās tiek izmantota 10 līdz 15 mikronu folija. Plānāki mērinstrumenti palielina enerģijas blīvumu, bet samazina tolerances logu pret spriegumu, grumbām un auduma plīsumiem pārklājuma un tinuma laikā.
Q:Vai šūnas formāts maina folijas specifikāciju?
A: Jā. Brūcēm cilindriskām un prizmatiskām šūnām ir nepieciešams liels pagarinājums, lai izturētu tinuma rādiusu, savukārt saliktās maisiņu šūnas liek lielāku uzsvaru uz malu kvalitāti un griezuma elektroda plakanumu.
Q:Kuri standarti attiecas uz litija{0}}jonu elementu kvalifikāciju?
A: IEC 62660-1, IEC 62660-2 un IEC 62660-3 attiecas uz vilces elementiem, IEC 62133-2 attiecas uz pārnēsājamām hermētiskām šūnām, un ANO 38.3 attiecas uz gatavo elementu un akumulatoru transportēšanas testēšanu.
Q:Kāpēc folijas biezuma pielaidei ir lielāka nozīme akumulatoru lietojumos, nevis iepakojumā?
A: Pārklājuma svaru uz laukuma vienību nosaka sprauga starp pārklājuma galviņu un foliju, tāpēc biezuma solis tieši ietekmē elektrodu slodzes izmaiņas un galu galā šūnu nelīdzsvarotību.