Hliníková fólia je jediným najpoužívanejším kovovým substrátom v nových energetických batériách a dôvod je skôr fyzický ako komerčný. Hliník má hustotu približne 2,7 g/cm³, čo je zhruba tretina hustoty medi, pričom jeho elektrická vodivosť dosahuje približne 60 % medzinárodného štandardu žíhanej medi. Okrem toho sa na povrchu okamžite vytvorí tenký prírodný oxidový film, ktorý zostáva stabilný voči väčšine organických elektrolytov v rámci normálneho pracovného potenciálu katódy. Tieto tri vlastnosti, nízka hmotnosť, vysoká vodivosť a elektrochemická stabilita, sú presne to, čo zberač prúdu potrebuje.
Kde je hliníková fólia umiestnená vo vnútri nového energetického článku
Nová energetická batéria je zostavená zo štyroch základných funkčných častí. Kladná elektróda uchováva náboj, záporná elektróda uvoľňuje náboj, elektrolyt prenáša ióny medzi nimi a separátor udržuje elektródy fyzicky od seba. Okolo tohto jadra je umiestnené puzdro, svorky a systém správy batérie. Hliníková fólia je nosičom kladnej elektródy: aktívny prášok (ternárny materiál, fosforečnan lítno-železitý alebo oxid prechodného kovu sodíka) je nanesený na obidve strany fólie, vysušený a kalandrovaný a fólia potom zhromažďuje elektróny generované počas výboja a dodáva ich do štítka.
Pretože fólia sedí skôr za aktívnym materiálom ako pred ním, neprispieva svojou vlastnou kapacitou, no rozhoduje o tom, ako rovnomerne sa odoberá prúd z povlaku. Rovnomerná hrúbka, nízky povrchový odpor a čistý, zmáčateľný povrch sú teda funkčné požiadavky, nie marketingové tvrdenia.
Spotreba fólie bunkovou chémiou
Množstvo fólie, ktorú závod na výrobu batérií spotrebuje, závisí od chémie, formátu článku a hustoty energie. Priemyselné výpočty používajú údaj na gigawatthodinu:
| Bunková chémia | Hliníková fólia na GWh | Podiel nákladov na fóliu bunky |
|---|---|---|
| Ternárne (NCM / NCA) | 300 - 450 t | približne 1,5 % - 2.0 % |
| Fosforečnan lítno-železitý (LFP) | 400 - 600 t | mierne nad ternárnym |
| Sodíkový-ión | 700 - 1,000 t | asi 5,0 % |
Články LFP potrebujú viac fólie ako ternárne články, pretože ich objemová hustota energie je nižšia, takže pre rovnakú uloženú energiu musí byť pokrytá väčšia plocha elektródy a každý štvorcový meter elektródy nesie fóliu na strane kolektora prúdu. Sodíkové-iónové články prudko vytiahnu obrázok z iného dôvodu: sodík nereaguje s hliníkom na zápornom elektródovom potenciáli, takže hliník môže namiesto medi slúžiť ako kolektor na kladnej aj zápornej strane. Tým sa zdvojnásobí obsah fólie v článku a zvýši sa jeho podiel na cene článku na približne 5,0 %.
Hrúbka a výber zliatiny
Meradlo sa vyberá hlavne podľa požiadavky na výkon a podľa procesu nanášania, ktorý zákazník vykonáva. Tenšia fólia znižuje bunkovú hmotu a náklady, ale tiež zvyšuje elektrický odpor a sťažuje nanášanie vrstvy bez krčenia.
Spotrebiteľské a 3C články:všeobecne 9 um až 11 um.
Energia a akumulátory energie:všeobecne 12 um až 15 um.
Špeciálne vysokorýchlostné dizajny:veľmi malá časť trhu používa fóliu nad 15 µm.
Typické zliatiny:Hliník 1060, 1070 a 1235 dodávaný v mäkkom (O) temperovaní s valcovaným povrchom umývaným olejom.
Fólia je dodávaná vo forme zvitkov a narezaná na šírku zákazníckej lakovacej linky. Priemer kotúča, typ jadra, voľnosť spoja a kvalita hrán sú dohodnuté s výrobcom buniek, pretože jediný otrep alebo prehnutá hrana môže roztrhnúť poťahový pás a zastaviť linku na niekoľko hodín.
Stav povrchu: Zmáčavosť, rovinnosť a dierky
Suspenzia elektród je viskózna pasta na báze rozpúšťadla alebo vody, ktorá sa rovnomerne rozprestrie len na povrchu, ktorý je správne zmáčaný. Zvyškový olej z valcovania, oxidový prach alebo adsorbovaná vlhkosť znižujú zmáčavosť a vytvárajú holé miesta, dierky v nátere a nerovnomernú priľnavosť po zaschnutí. Dodávatelia preto klasifikujú fóliu podľa zmáčavosti a najvyššia trieda A+ je normálna úroveň prijatia pre fóliu na batérie.
Tri ďalšie parametre sú riadené paralelne. Tolerancia hrúbky musí byť dostatočne tesná, aby sa medzera povlaku neposunula cez dvojkilometrovú cievku. Rovinnosť musí byť dostatočne dobrá, aby sa rúno cez sušiacu pec nevlalo, čo by spôsobilo zvlnenie okrajov a pásy povlaku. Počet dierok musí byť nízky, pretože priechodná dierka v zberači prúdu vytvára bod s vysokým odporom, ktorý môže spôsobiť lokálne zahrievanie počas rýchleho nabíjania.
Sodíkové-iónové články a prechod na duálne hliníkové elektródy
Chémia sodíkových{0}iónov sa zvyčajne používa na stacionárne skladovanie, kde cena za kilowatthodinu a životnosť cyklu sú dôležitejšie ako gravimetrická hustota energie. Pretože obe elektródy môžu byť hliníkové, článok už nepotrebuje anódový kolektor z medenej fólie. Tým sa meď úplne odstráni z kusovníka a eliminuje sa s ňou spojené riziko dodávky, pričom sa akceptuje ťažší článok. V prípade inštalácie na skladovanie je extra hmotnosť irelevantná a zjednodušená konštrukcia jedného kovového kolektora tiež znižuje zložitosť recyklácie, pretože balenie už neobsahuje zmiešaný prúd medi a hliníka.
Špecifikácia fólie.Kompletná špecifikácia by mala stanoviť zliatinu a temperovanie, nominálnu hrúbku a toleranciu, šírku a vnútorný priemer zvitku, mechanické vlastnosti po dodaní, stupeň zmáčavosti, maximálny počet dier, limit čistoty povrchu a obal potrebný na udržanie zvitku suchého a nepoškodeného pri preprave. Ak sa upozorňujú na mechanické vlastnosti, hodnoty pevnosti v ťahu a predĺženia by sa mali uvádzať pri skutočne dodanom temperovaní, pretože vlastnosti namerané na laboratórnej vzorke s odlišnou tvrdosťou nemožno porovnávať. Kupujúci by sa tiež mali dohodnúť na pláne odberu vzoriek a na skúšobnej metóde použitej pre každý parameter pred odoslaním prvej cievky, pretože výsledky zmáčavosti a dierky závisia od metódy.
FAQ
Otázka: Aká hrúbka hliníkovej fólie sa používa v lítium-iónovej batérii?
Spotrebiteľské a 3C články vo všeobecnosti používajú fóliu s hrúbkou 9 µm až 11 µm, zatiaľ čo články na ukladanie energie a energie vo všeobecnosti používajú 12 µm až 15 µm. Len malý podiel špeciálnych dizajnov presahuje 15 µm.
Otázka: Prečo sodík{0}}iónová batéria spotrebuje oveľa viac hliníkovej fólie?
Sodík nereaguje s hliníkom na anódovom potenciáli, takže hliník môže byť použitý ako kolektor pre obe elektródy. Spotreba stúpne na približne 700 - 1 000 t na GWh namiesto 300 - 450 t pre ternárny článok.
Otázka: Ktoré hliníkové zliatiny sa používajú pre zberače prúdu batérie?
1060, 1070 a 1235 sú bežné druhy, bežne dodávané v mäkkej O s povrchom umytým olejom. Výber zliatiny závisí od vodivosti, tvarovateľnosti a šírky zvitku, ktorú bunková línia vyžaduje.
Otázka: Aký podiel nákladov na článok predstavuje hliníková fólia?
V lítium{0}}iónových článkoch predstavuje fólia približne 1,5 % až 2,0 % nákladov. V sodíkových-článkoch, kde obe elektródy používajú hliník, sa podiel zvyšuje na približne 5,0 %.
Otázka: Potrebuje fólia batérie povrchovú úpravu alebo úpravu?
V bežnej výrobe sa nenanáša žiadny náter. Požiadavkou je čistý povrch bez oleja so stupňom zmáčavosti A+, takže suspenzia elektródy zmáča rovnomerne, plus úzka tolerancia hrúbky, dobrá rovinnosť a nízky počet dier.
Otázka: Ako sa vypočíta spotreba fólie pre nový závod na batérie?
Plánovači vynásobia plánovanú ročnú kapacitu v GWh spotrebou vybranej chémie na gigawatthodinu a potom pripočítajú šrotovné straty na nátery a rezanie. To udáva ročnú tonáž, ktorá sa má kontrahovať.
