Akun kuparifolion osalta selitämme pääasiassa yksityiskohtaisesti kuparifolion tulevan kehityssuunnan ja tuotantoprosessin.
Litiumioniakuissa positiiviset ja negatiiviset aktiiviset materiaalit päällystetään alustalle napakappaleiden muodostamiseksi, minkä jälkeen ne kääritään tai pinotaan akun ytimen muodostamiseksi. Tässä käytettyjä perusmateriaaleja ovat pääasiassa kuparifolio ja alumiinifolio. Nykyinen litiumakun katodi on alumiinifolio ja negatiivinen elektrodi kuparifolio. Tämä johtuu siitä, että kupari hapettuu helposti suuremmalla potentiaalilla positiivisessa elektrodissa ja alumiinifolion pinnassa on tiheä kerros. Oksidikerros suojaa sisällä olevaa alumiinia korkeissa potentiaaleissa. Tässä artikkelissa puhutaan pääasiassa negatiivisille elektrodeille yleisesti käytetystä kuparifoliosta.
Kuparilla on korkea mekaaninen lujuus ja erinomainen sähkönjohtavuus. Sen pitoisuus maankuoressa on noin 0,01 %. Sitä esiintyy luonnossa enimmäkseen kuparimalmin muodossa. Kuparifolio voidaan jakaa elektrolyyttiseen kupariin ja rullakupariin sen eri valmistusmenetelmien mukaan. Valssatulla kuparilla on hyvä sitkeys ja korkeat tekniset vaikeudet tuotannossa. Sen valmistus vaatii monia prosesseja ja kustannukset ovat korkeat. Kotimaisia yrityksiä on vähän. Yrityksiä, jotka käyttävät tätä menetelmää tuottamaan hyvin, ovat Olin Brass Yhdysvalloissa, japanilainen Nippon Mining ja muut yritykset.
Tällä hetkellä suurin osa akkukennojen tehtaissa käytetystä kuparifoliosta valmistetaan elektrolyysillä. Vuonna 1922 Edison keksi jatkuvan elektrolyyttisen kuparifolion menetelmän ja haki patenttia. Se käytti katodina jatkuvasti pyörivää metallirullaa, joka oli upotettu kuparisulfaattielektrolyyttiin, ja liukenematonta metallia anodina. Tämän menetelmän syntymä merkitsi elektrolyyttisen kupariteollisuuden alkua. Vuonna 1937 Anaconde Copper Factory Yhdysvalloissa otti Edisonin patentin tuotantokäytäntöön ja tuotti menestyksekkäästi elektrolyyttistä kuparifoliota. Koko elektrolyyttisen kuparifolion kehityshistorian ajan voimme havaita, että se on aina seurannut painettujen piirilevyjen suuntausta. Litiumioniakkujen laajamittaisen käytön myötä kulutuselektroniikassa elektrolyyttinen kuparifolio on tuotu uudelle alalle anodina. Virrankerääjiä, joilla on hyvä sähkönjohtavuus, murskauskestävyys ja alhaiset kustannukset, on edistetty ja käytetty laajassa mittakaavassa nopeasti. Nyt uusien energiaajoneuvojen, 5G:n ja energian varastoinnin laajamittaisen edistämisen ja käyttöönoton myötä elektrolyyttisen kuparifolion kysyntä on osoittanut uutta räjähdystä.
Nostaakseen akun ytimen volyymienergiatiheyttä mahdollisimman paljon samalla, kun varmistetaan turvallisuus, syklin suorituskyky jne., akkukennon suunnittelijan on pakattava enemmän aktiivisia materiaaleja rajoitettuun akun ytimen kuoreen. Uskon, että negatiivinen virrankeräimen kuparikalvo voi kehittyä seuraaviin suuntiin tulevaisuudessa:
1. Ultraohut kuparifolio: Tämä suuntaus on nyt ilmeinen, 8 um:sta 6 um:iin ja nyt 4,5 um:iin, joita jotkut valmistajat tuovat markkinoille pienissä erissä. Ehkä alle 4um:n kuparifolio edistetään massatuotantoon tulevaisuudessa. Tämä toiminto on myös ilmeinen, eli akun ytimen tilavuuden ja massaenergiatiheyden lisääminen mahdollisimman paljon, mutta tämä asettaa korkeammat vaatimukset kuparifolion valmistukseen ja akkuytimen pinnoitusohjaukseen. Loppujen lopuksi mitä ohuempi kuparifolio on, sitä suurempi on myös nauhan katkeamisen riski pinnoitusprosessin aikana.
2. Rei'itetty kuparikalvo: eli kemiallisen korroosion kautta kuparikalvon pintaan muodostuu mikrohuokosia substraatin painon vähentämiseksi ja akun ytimen massaenergiatiheyden lisäämiseksi. On tarpeen hallita huokoskokoa ja optimoida etsausaineen tyyppi. , toinen on estää huokosten halkaisijan olevan liian suuri, mikä vaikeuttaa yksipuolisen pinnoitelietteen ylläpitämistä, ja toinen on arvioida jäännössyövytysaineen vaikutusta akun ytimen suorituskykyyn, kuten kiertoon, kaasuntuotantoon. , jne.
3 Kuparifolion ruiskuttaminen: Tämä vastaa kaksipuolista kuparipinnoitusta muovisubstraatille. Tämä ei ainoastaan säilytä virtakollektorin elektronisen johtumisen toimintoa, vaan myös vähentää substraatin painoa ja parantaa akun ytimen massaenergiatiheyttä. Valmistusprosessin aikana saatat kuitenkin kohdata prosessihaasteita, kuten kylmäpuristuksen ja kielekkeen hitsauksen.
Kun uusien energiaajoneuvojen levinneisyysaste kasvaa edelleen, nykyinen kuparifolion tuotantokapasiteetti on käymässä yhä riittämättömämmäksi ja kysynnän ja tarjonnan välillä on tietty kuilu. Kuparifolioteollisuuden odotetaan tulevaisuudessa vähitellen laajentavan tuotantoaan vastaamaan tehoakkujen markkinoiden kysyntään.
Elektrolyyttisen kuparifolion valmistus jakautuu pääasiassa kolmeen vaiheeseen: kuparin liuotus, raakakalvo ja pintakäsittely. Kuparin liuotusprosessi on sekoittaa kuparimateriaalia ja rikkihappoa kuparin liuotussäiliössä ja reagoida kuparisulfaattiliuoksen muodostamiseksi. Kemiallisen reaktion kaava on seuraava:
Cu+O2→CuO
CuO+H2SO4→CuSO4+H2O
Kuparin liukenemisprosessin aikana tulee kiinnittää huomiota ympäristön pölyn ja raaka-ainenesteen sisältämien vieraiden aineiden hallintaan, jotta estetään myöhempi värjäytyminen kuparikalvon pinnalle, mikä aiheuttaa epätasaisia täpliä. Tämä tilanne voi tarttua muotin päähän pinnoituksen aikana, mikä aiheuttaa nauhan rikkoutumisen. Siksi tähän vaiheeseen tulisi lisätä suodatusvaihe liuoksen epäpuhtauksien suodattamiseksi kokonaan pois.
Elektrolyytinä käytetään kuparin liuotusprosessissa saatua CuSO4-liuosta, katodina käytetään suurihalkaisijaista titaanitelaa ja anodina kaaren muotoista lyijyseoslevyä. Säätämällä sähkökemiallisia prosessiparametreja liuoksessa olevat kupari-ionit saostuvat katodille muodostaen jatkuvan kuparikerroksen. Katodirullan jatkuvan pyörimisen kautta kerrostettu kuparikalvo kuoriutuu jatkuvasti rulliksi raakakalvon saamiseksi.
