Az akkumulátoros rézfóliával kapcsolatban elsősorban a rézfólia jövőbeli fejlesztési irányát és gyártási folyamatát ismertetjük részletesen.
A lítium-ion akkumulátorokban a pozitív és negatív aktív anyagokat bevonják a szubsztrátumra, hogy pólusdarabokat képezzenek, majd feltekercselve vagy egymásra rakva akkumulátormagot képeznek. Az itt használt alapanyagok elsősorban a rézfólia és az alumíniumfólia. A jelenlegi lítium akkumulátor katód alumíniumfólia, a negatív elektróda pedig rézfólia. A nagyobb potenciálú pozitív elektródában ugyanis a réz könnyen oxidálódik, az alufólia felületén pedig sűrű réteg van. Az oxidréteg védi a belsejében lévő alumíniumot nagy potenciálok esetén. Ez a cikk elsősorban a negatív elektródákhoz általánosan használt rézfóliáról szól.
A réz nagy mechanikai szilárdsággal és kiváló elektromos vezetőképességgel rendelkezik. Tartalma a földkéregben körülbelül 0,01%. A természetben többnyire rézérc formájában létezik. A rézfólia különböző gyártási módszerei szerint elektrolitikus rézre és hengerelt rézre osztható. A hengerelt réznek jó a hajlékonysága és nagy a gyártási nehézsége. Elkészítése sok folyamatot igényel, költsége magas. Kevés a hazai vállalkozás. Azok a cégek, amelyek ezt a módszert használják jó termelésre, többek között az Egyesült Államokban működő Olin Brass, a japán Nippon Mining és más cégek.
Jelenleg az akkumulátorcella-gyárakban használt rézfólia nagy részét elektrolízissel állítják elő. 1922-ben Edison feltalálta a folyamatos elektrolitikus rézfólia módszerét, és szabadalmat kért. Katódként egy folyamatosan forgó fémhengert használt, amelyet réz-szulfát elektrolitba merítettek, anódként pedig oldhatatlan fémet. Ennek a módszernek a megszületése jelentette az elektrolitikus rézipar kezdetét. Fogj neki. 1937-ben az Egyesült Államokban található Anaconde Copper Factory bevezette Edison szabadalmát a gyártási gyakorlatba, és sikeresen állított elő elektrolitikus rézfóliát. Az elektrolitikus rézfólia fejlődéstörténete során azt tapasztalhatjuk, hogy mindig követte a nyomtatott áramköri lapok trendjét. A lítium-ion akkumulátorok széleskörű alkalmazásával a fogyasztói elektronikában az elektrolitikus rézfólia anódként új területre került. A jó elektromos vezetőképességükkel, zúzódásállóságukkal és alacsony költségükkel rendelkező áramkollektorokat gyorsan népszerűsítették és széles körben alkalmazzák. Az új energetikai járművek, az 5G és az energiatárolás nagyarányú népszerűsítésével és alkalmazásával az elektrolitikus rézfólia iránti kereslet új robbanásszerű növekedést mutatott.
Az akkumulátormag térfogati energiasűrűségének a lehető legnagyobb mértékű növelése érdekében, miközben a biztonság, a ciklusteljesítmény stb. biztosítható, az akkumulátorcella tervezőjének több aktív anyagot kell a korlátozott akkumulátormag-héjba csomagolnia. Úgy gondolom, hogy a negatív áramgyűjtő rézfólia a jövőben a következő irányokba fejlődhet:
1. Ultravékony rézfólia: Ez a tendencia most nyilvánvaló, 8 um-ról 6 um-ra, és most 4,5 um-ra, amelyet egyes gyártók kis tételekben vezetnek be. Lehet, hogy a 4 um alatti rézfóliát a jövőben tömeggyártásba fogják támogatni. Ez a funkció is kézenfekvő, vagyis az akkumulátormag térfogatának és tömegének energiasűrűségének a lehető legnagyobb mértékű növelése, de ez magasabb követelményeket támaszt a rézfólia gyártásával és az akkumulátormag bevonatszabályozásával szemben. Hiszen minél vékonyabb a rézfólia, annál nagyobb a csíktörés veszélye is a bevonási folyamat során.
2. Perforált rézfólia: vagyis a kémiai korrózió révén a rézfólia felületén mikropórusok jönnek létre, amelyek csökkentik a hordozó tömegét és növelik az akkumulátormag tömegenergia-sűrűségét. Szükséges a pórusméret szabályozása és a maratószer típusának optimalizálása. , az egyik célja annak megakadályozása, hogy a pórusátmérő túl nagy legyen, ami megnehezíti az egyoldalas bevonóiszap fenntartását, a másik pedig annak értékelése, hogy a maradék maratószer milyen hatással van az akkumulátormag teljesítményére, például keringésre, gáztermelésre. stb.
3 Rézfólia permetezése: Ez egyenértékű a kétoldalas rézbevonattal egy műanyag hordozóra. Ez nem csak az áramkollektor elektronikus vezetési funkcióját tartja meg, hanem csökkenti a hordozó tömegét és javítja az akkumulátormag tömegenergia-sűrűségét. A gyártási folyamat során azonban olyan feldolgozási kihívásokkal szembesülhet, mint a hidegsajtolás és a fülhegesztés.
Az új energetikai járművek elterjedtségének növekedésével a meglévő rézfólia-gyártási kapacitás egyre elégtelenebbé válik, és a kereslet és a kínálat között szakadék tátong. Várhatóan a rézfóliaipar a jövőben fokozatosan bővíti a termelést, hogy megfeleljen az energiacellák iránti piaci keresletnek.
Az elektrolitikus rézfólia elkészítése alapvetően három lépésből áll: rézoldás, nyersfólia és felületkezelés. A réz feloldásának folyamata a rézanyag és a kénsavat összekeverése egy rézoldó tartályban, majd reakcióba lépve réz-szulfát oldat keletkezik. A kémiai reakció képlete a következő:
Cu+O2→CuO
CuO+H2SO4→CuSO4+H2O
A réz oldódási folyamata során ügyelni kell a környezetbe kerülő por és a nyersanyagfolyadékban lévő idegen anyagok visszaszorítására, hogy a rézfólia felületén ne utólag elszíneződjön, ami egyenetlen foltokat okoz. Ez a helyzet a bevonatolás során megakadhat a szerszámfejen, ami a szalag eltörését okozhatja. Ezért ebben a lépésben egy szűrési lépést kell hozzáadni az oldatban lévő szennyeződések teljes kiszűrésére.
Elektrolitként a rézoldó eljárásban nyert CuSO4-oldatot, katódként egy nagy átmérőjű titán hengert, anódként pedig az ív alakú ólomötvözet lemezt használják. Az elektrokémiai folyamatparaméterek szabályozásával az oldatban lévő rézionok a katódon kicsapódnak, és folyamatos rézréteget képeznek. A katódhenger folyamatos forgása révén a lerakódott rézfólia folyamatosan tekercsekké válik le, így nyers fóliát kapunk, amint az az alábbi ábrán látható:
A rézfóliának van egy érdes oldala és egy sima oldala. A sima oldal érintkezik a katódhengerrel, a durva oldal pedig az elektrolittal. A SEM kép a következő:
Mivel a réz hajlamos az oxidációra, a nyers fólia beszerzése után érdesíteni kell, és bevonni kell egy záróréteggel és egy antioxidáns réteggel a tárolás és szállítás megkönnyítése érdekében. A konkrét folyamatábra a következő:
A különböző gyártók cellamodelljei és gyártási folyamataiban mutatkozó különbségek, így a tekercselés, laminálás miatt nehézkes az alapanyag réz és alufólia egy, a különböző gyártók számára univerzális szélessége, ezért be kell vágni a vállalkozásokba. a hasítási folyamat során. A szükséges konkrét szélesség.
