Катодни супстрат у литијум{0}}јонској ћелији је танка алуминијумска фолија која истовремено обавља два посла. Он спроводи електроне од активног материјала до језичка ћелије, и делује као механички носач који држи обложену електроду заједно кроз премазивање, сушење, каландрирање, сечење и намотавање. Пошто једна рупица или корак дебљине могу да изазову дефект премаза или кратку ћелију, катодна фолија је специфицирана много чвршће од фолије истог калибра која се користи у паковању.
Зашто алуминијум, а не други метал
Алуминијум се користи на позитивној електроди јер формира танак природни слој оксида који пасивизира површину и одржава метал стабилним преко радног потенцијала катоде, отприлике 3,0 до 4,5 В у односу на литијум. Испод око 1,5 В према литијуму исти слој оксида више није стабилан и алуминијум почиње да се легира са литијумом, због чега негативна електрода уместо тога користи бакарну подлогу. Овај електрохемијски прозор, а не само трошак, је разлог зашто две електроде користе различите метале колектора.
Чистоћа и темперамент легуре
Катодна фолија се производи од високог{0}}класа чистоће као што су 1060, 1070, 1085 и 1235, са саставом који је контролисан према ЕН 573-3 за ковани алуминијум. Чистоћа је битна зато што су фазе богате гвожђем, бакром и силицијумом{12}}катодне у односу на алуминијумску матрицу и делују као места иницијације за питинг током циклуса, тако да се нивои заосталих нечистоћа држе знатно испод оних прихваћених у фолији за паковање. Температура се бира у односу на процес премазивања и намотавања: Х18 даје највећу чврстоћу за танке мераче и отпоран је на варијације напетости на линији премаза, док се мекши темпераменти бирају тамо где је радијус намотаја чврст и фолија мора да буде усклађена без пуцања. Захтеви механичких својстава за готову фолију прате ГБ/Т 36146, кинески стандард за алуминијумску фолију и фолију од легуре алуминијума која се користи у литијум-јонским батеријама.
Мерач, механичка својства и отпор лима
Маинстреам катодна фолија се испоручује између 10 и 20 микрона, са 12 до 15 микрона који покрива већину производних ћелија. Избор мерача је директна промена-: тања фолија оставља већу запремину ћелије за активни материјал и повећава гравиметријску густину енергије, али такође смањује тренутни -преносни попречни пресек- и снижава прозор затезања на линији премаза. Отпор плоче се мења обрнуто са дебљином, тако да алуминијумска фолија од 12 микрона са отпорношћу од око 2,7 микро-охм центиметра даје отпор плоче од отприлике 2,2 милиона по квадрату, а резултујући омски губитак мора бити укључен у дизајн ћелије. Затезна чврстоћа и издужење се обично одређују као усклађени пар, пошто велика чврстоћа без одговарајућег издужења изазива ломљење мреже током намотавања.
| Параметар | Типичан производни асортиман | Импликација процеса |
|---|---|---|
| Дебљина | 10 - 20 микрона | Густина енергије у односу на снагу мреже |
| Затезна чврстоћа | 180 МПа и више у Х18 | Контрола напетости на линији премаза |
| Издужење | 2% и више | Отпорност на пуцање у радијусу намотаја |
| Храпавост површине Ра | 0.15 - 0.40 микрона | Влажење каше и адхезија премаза |
| Пинхолес | Нула прихваћена | Директан ризик од{0}} кратког споја |
Стање површине, сечење и чистоћа
Адхезија премаза зависи од површинске енергије и топографије, а не само од хемијског везивања. Млин контролише храпавост кроз текстуру ваљака и распоред пролаза, а претварач мора да одржава површину без уља за ваљање, прашине и металних остатака. Резање је критичан корак јер брадавица остављена на ивици фолије може пробити сепаратор током намотавања и створити унутрашњи кратки спој; висина шиљака се стога специфицира одвојено од толеранције дебљине. Фолијама за производњу електрода рукује се у сувим просторијама, пошто адсорбована влага реагује са сољу електролита и ствара флуороводоник, који напада пасивациони слој и иницира питтинг. Нагиб и равност се такође контролишу јер таласаста мрежа изазива варијацију дебљине премаза по ширини.
Понашање на линији премаза
Катодна суспензија, обично активни материјал са проводљивим додатком и везивом у растварачу, наноси се на једну или обе стране фолије и затим се суши. Сушењем се мрежа подвргава термичком ширењу и скупљању при уклањању растварача, а фолија мора прихватити то кретање без набора. Каландирање затим компримује премаз до циљане густине, примењујући велика линеарна оптерећења која подлога мора да преживи без истезања. Адхезија осушеног премаза на фолију се проверава током квалификације, а методе чврстоће љуштења као што је АСТМ Д903 се обично прилагођавају за испитивање електрода. Верификација готове електроде на нивоу ћелије се врши према ИЕЦ 62660 за вучне ћелије и ИЕЦ 62133-2 за преносиве затворене ћелије.
Често постављана питања
Q:Која дебљина алуминијумске фолије се користи као катодна подлога?
О: Већина производних ћелија користи фолију од 12 до 15 микрона, са пуним комерцијалним опсегом од отприлике 10 до 20 микрона. Тањи мерачи повећавају густину енергије, али сужавају прозор за обраду.
Q:Које легуре алуминијума се користе за катодну фолију за батерије?
О: Високе{0}}врсте чистоће као што су 1060, 1070, 1085 и 1235 су стандардне. Низак садржај гвожђа, бакра и силицијума ограничава број иницијалних места за корозију у облику талога.
Q:Зашто је храпавост површине наведена на катодној фолији?
О: Храпавост контролише како се каша влажи и сидри за метал. Превише глатко и адхезија премаза је слаба; превише груба и тежина премаза постаје неуједначена преко електроде.
Q:Зашто су рупице одбачене у фолији за батерије, али се толеришу у фолији за паковање?
О: Рупа у подлози електроде открива голи метал који може да контактира супротну електроду кроз сепаратор, стварајући унутрашњи кратки спој. Фолија за паковање може толерисати изоловане рупице јер слојеви полимера и даље представљају баријеру.
Q:Који стандард покрива алуминијумску фолију за литијум{0}јонске батерије?
О: ГБ/Т 36146 наводи фолију алуминијума и легуре алуминијума за литијум{1}}јонске батерије у кинеском систему. Захтеви на нивоу ћелије су покривени ИЕЦ 62660 за апликације вуче и ИЕЦ 62133-2 за преносиве ћелије.
Q:Зашто се катодна фолија мора руковати у сувој просторији?
О: Адсорбована влага реагује са сољу електролита и формира флуороводоник, који напада заштитни слој оксида на алуминијуму и доводи до корозије колектора на колектору.