X'inhu Foil tar-ram?
Materjal li ħadd ma jitkellem dwaru sakemm xi ħaġa tmur ħażin
Kull batterija tal-litju-jone għandha fojl tar-ram fiha. It-telefon tiegħek, il-laptop tiegħek, l-EV ipparkjat barra - kollha kemm huma. Il-fojl joqgħod wara l-anodu tal-grafita u jagħmel xogħol wieħed: iċċaqlaq l-elettroni 'l ġewwa u 'l barra. Mhux glamorous. Il-fornituri ma jiksbux diskorsi ewlenin fil-konferenzi tal-batteriji. Imma meta l-fojl tfalli, iċ-ċellula kollha tfalli.
Jien qattajt ħmistax-il sena f'din l-industrija. Il-fojl tar-ram ma kinitx xi ħaġa li ħsibt ħafna dwarha kmieni. Materjali tal-katodu kisbu l-attenzjoni kollha - proporzjonijiet NCM, provenjenza tal-kobalt, dik it-tip ta 'ħaġa. Il-fojl kien hemm biss. Imbagħad bdejt nara ċ-ċelloli jiġu lura mill-għalqa bi problemi ta’ dissoluzzjoni tar-ram, u indunajt kemm il-biċċa l-kbira tal-inġiniera ftit li xejn jifhmu dwar x’qed jiġri f’dik l-interface.
L-affarijiet bażiċi, fil-qosor
Il-fojl tar-ram tal-grad tal-batterija-tiġi bejn 6 u 12-il mikron ħxuna għall-biċċa l-kbira tal-applikazzjonijiet. Xi manifatturi mbuttaw għal 4.5 mikron. Xagħar uman huwa ta 'madwar 70 mikron, biex jagħtik sens ta' skala.
Żewġ modi kif tagħmel dan. Depożizzjoni elettrolitika - inti ħoll ir-ram fl-aċidu sulfuriku, tgħaddi l-kurrent mis-soluzzjoni, u pjanċi tar-ram barra fuq tanbur li jdur. Qaxxarha, irromblaha. Dak huwa 90-plus fil-mija tas-suq. Il-metodu l-ieħor huwa l-irrumblar, fejn tibda b'ingott tar-ram u rqiq mekkanikament permezz ta 'passes ripetuti. L-irrumblar jagħtik proprjetajiet mekkaniċi aħjar iżda jiswa aktar. Ħafna minn dawk li jfasslu ċ-ċelluli ma jridux iħallsu l-primjum.
Għaliex xi ħadd jimpurtah mill-ħxuna
Fojl irqaq ifisser aktar spazju għal materjal attiv fl-istess volum taċ-ċellula. Dik hija d-densità tal-enerġija. L-ispinta minn fojl ta '8 micron għal 6 micron matul l-aħħar għaxar snin tat spinta reali lil dawk li jfasslu ċ-ċelluli mingħajr ma bidlu xi ħaġa oħra dwar id-disinji tagħhom. Li tmur irqaq minn 6 mikroni ssir aktar diffiċli. Il-fojl tiċrit waqt il-kisi. Tikmix fil-magna tal-istralċ. Ir-rendimenti jonqsu.
I daret linja ta 'kisi fil-provinċja ta' Jiangsu ftit snin lura fejn kienu qed jikkwalifikaw fojl ta '4.5 micron. L-operaturi kellhom inaqqsu l-veloċità tal-linja bi 30 fil-mija biex iżommu l-fojl milli tiċrit. Ħadd ma kien kuntent dwar dan. It-throughput huwa importanti meta tkun qed tipprova tilħaq il-miri tal-ispiża.
Il-problema tal-wiċċ
Il-fojl elettrolitiku għandu żewġ naħat. In-naħa tanbur hija tleqq u lixxa. In-naħa l-oħra - in-naħa matta - għandha aktar tessut. Tiksi d-demel likwidu ta 'l-anodu fuq in-naħa matta minħabba li l-ħruxija tgħin l-adeżjoni. Sempliċi biżżejjed fit-teorija.
Iżda l-ħruxija tal-wiċċ hija kompromess. Wisq bla xkiel u l-kisja titqaxxar wara ftit mijiet ta 'ċikli. Wisq mhux maħduma u ikollok tikek irqaq fil-kisja fejn ir-ram vojt jikkuntattja l-elettrolit. Dak ħażin. Ir-ram jinħall fl-elettrolit taħt ċerti kundizzjonijiet, jemigra lejn il-katodu, pjanċi hemmhekk, u eventwalment iqassar iċ-ċellula. Rajt iċ-ċelluli jfallu b'dan il-mod wara li qagħdu fil-ħażna - lanqas biss iċekkjati, biss bilqiegħda hemm b'kollettur tal-kurrent li jissaddad.
Il-fornituri tal-fojl jonfqu ħafna sforz biex jikkontrollaw il-ħruxija. Pakketti ta 'addittivi fil-banju tal-kisi. Passi ta' wara-trattament. Xi fornituri jagħmlu trattament ta 'ħruxija ħafifa fuq in-naħa tat-tanbur ukoll, għal applikazzjonijiet fejn iż-żewġ naħat jiġu miksija.
Il-korrużjoni hija l-uġigħ ta 'ras reali
L-elettrolit standard fiċ-ċelloli tal-litju-jone huwa LiPF6 maħlul f'karbonati organiċi. Mhux suppost tattakka r-ram. Ir-ram huwa stabbli fil-potenzjali tal-anodu. Imma dejjem ikun hemm kontaminazzjoni bl-umdità - partijiet għal kull miljun, żgur, imma hemm. L-umdità tirreaġixxi ma' LiPF6 biex tifforma HF. Aċidu idrofluworiku. Jittieħed diżgustanti. Jiekol ram.
Modalità ta 'falliment wieħed stajt investigajt diversi drabi: il-kisja tal-anodu tinqasam waqt iċ-ċikliżmu, tesponi fojl vojt, u l-HF jibda jaħdem. Il-joni tar-ram maħlul jgħaddu mis-separatur, jiddepożitaw fuq il-katodu bħala ram metalliku, u eventwalment ikollok qasir artab. Kapaċità fade taċċellera. Xi drabi l-ventijiet taċ-ċelluli. Intraċċajna recall wieħed lura għal lott ħażin ta 'fojl li kellu ossidu tal-wiċċ eċċessiv - is-saff ta' ossidu ma pproteġix ir-ram sottostanti kif suppost.
Kwittanza profonda u treġġigħ lura
Ħu ċellula taħt il-vultaġġ tal-qtugħ tagħha u l-potenzjal tal-anodu jogħla. Mur 'il bogħod biżżejjed u tibda tħoll ir-ram b'mod elettrokimiku. Dan mhux kontroversjali - huwa dokumentat fil-letteratura, u kull inġinier taċ-ċelluli b'esperjenza raha.
Il-problema tidher f'serje-pakketti konnessi fejn iċ-ċelloli għandhom kapaċitajiet li ma jaqblux. Iċ-ċellula l-aktar dgħajfa tbattal l-ewwel, imbagħad tiġi misjuqa lejn treġġigħ lura miċ-ċelloli l-oħra. Disinjaturi tal-pakketti jpoġġu ċirkwiti ta 'protezzjoni għal dan. Iżda ċ-ċirkwiti ta 'protezzjoni kultant ifallu. L-ICs għall-protezzjoni tal-falsifikazzjoni huma xi ħaġa reali fil-katina tal-provvista. Bordijiet BMS irħas b'komponenti li ma jissodisfawx l-ispeċifikazzjonijiet. Rajt ix-xoljiment tar-ram f'pakketti li suppost kellhom protezzjoni kontra t-treġġigħ lura.
Is-silikon jagħmel kollox aktar diffiċli
L-anodi tas-silikon ġejjin. Kulħadd jaf li s-silikon jaħżen aktar litju mill-grafita - bejn wieħed u ieħor għaxar darbiet aktar fuq bażi ta' massa. Dak li n-nies mhux dejjem jaħsbu huwa dak li jagħmel is-silikon lill-kollettur attwali.
Is-silikon jespandi bil-kbir meta jkun litijat. Aktar minn 300 fil-mija bidla fil-volum. Is-saff tal-anodu jintefaħ u jikkuntratta kull ċiklu. Il-fojl tar-ram konvenzjonali ma kienx iddisinjat għal dak it-tip ta 'stress mekkaniku. Xquq tal-għeja. Delaminazzjoni. Telf ta' kuntatt elettriku. Xi żviluppaturi ta' anodi tas-silikon qed jaħdmu b'-ligi tar-ram b'tensjoni għolja jew fuljetti strutturati 3D-b'porożità-inkorporata biex jakkomodaw l-espansjoni. Huwa qasam attiv, lottijiet ta 'żvilupp proprjetarju, l-ebda rebbieħ ċar s'issa.
Waħda mill-istartjar li tkellimt magħha s-sena li għaddiet kienet qed tuża fojl ta' liga tar-ram-nikil-silikon li żammet is-saħħa tat-tensjoni 'l fuq minn 500 MPa f'temperaturi elevati. Il-kummerċ-off kien konduttività aktar baxxa - forsi 60 fil-mija tar-ram pur. Għall-applikazzjoni tagħhom ħadem. Mhux ċar jekk tiskala.
Realtajiet tal-katina tal-provvista
Il-biċċa l-kbira tal-fojl tar-ram tal-batterija ġej minn numru żgħir ta 'produtturi fiċ-Ċina, il-Ġappun u l-Korea. Furukawa, Mitsui, Iljin, Tongguan - dawk l-ismijiet jidhru fuq spec sheets aktar u aktar. Il-manifatturi taċ-ċelluli ta 'l-Amerika ta' Fuq u Ewropej qed jimportaw l-aktar. Hemm diskors dwar il-lokalizzazzjoni tal-produzzjoni tal-fojl hekk kif il-kapaċità reġjonali tal-batterija tiġi online, iżda tieħu snin biex tinbena dik il-kapaċità. Il-produzzjoni tal-fojl elettrolitiku hija t-tagħmir-intensiv u l-għarfien-importanti. Inti ma tistax sempliċement tixtri magni u tibda tbaħħir fojl ta 'kwalità t-tliet xhur li jmiss.
L-ipprezzar isegwi l-prezzijiet tal-komoditajiet tar-ram flimkien ma 'miżata ta' konverżjoni. Fojls irqaq jikkmandaw tariffi ta 'konverżjoni ogħla minħabba li r-rendimenti huma aktar baxxi u l-kontroll tal-kwalità huwa aktar diffiċli. Il-firxa bejn l-ipprezzar ta '8 mikron u 4.5 mikron tirrifletti dik id-diffikultà.
Dak li fil-fatt huwa importanti
Il-fojl tar-ram huwa komponent matur f'ħafna modi. It-teknoloġija bażika tal-produzzjoni ma nbidlitx b'mod drammatiku f'għexieren ta' snin. Iżda l-ispeċifikazzjonijiet jibqgħu jissikkaw hekk kif ir-rekwiżiti tal-prestazzjoni taċ-ċelluli jiżdiedu. Is-saħħa tat-tensjoni, it-titwil, l-uniformità tal-ħxuna, il-ħruxija tal-wiċċ, ir-reżistenza għall-korrużjoni - dawn kollha fatturi fil-kwalità u l-ħajja taċ-ċelluli.
L-inġiniera li naħdem magħhom kultant jittrattaw il-fojl bħala xiri ta 'komodità. Ikseb l-orħos fornitur li jissodisfa l-ispeċifikazzjonijiet u kompli. Li jaħdem sakemm ma jaħdimx. Ftit ppm aktar umdità fil-fojl, distribuzzjoni ta 'ħruxija kemmxejn barra mil-limiti ta' kontroll, lott dgħajjef li għadda QC minħabba li l-pjan ta 'kampjunar ma kienx strett biżżejjed - xi wieħed minn dawn jista' jidher bħala fallimenti fil-qasam xhur jew snin wara. Sa dak iż-żmien ikun tard wisq biex tirranġa bl-irħis.
Ħadd mhu se jissostitwixxi r-ram dalwaqt. L-aluminju ma jaħdimx fil-potenzjali tal-anodu. In-nikil jiswa wisq. Fojls komposti bil-qlub tal-polimeru qegħdin jiġu żviluppati iżda mhux lesti għall-produzzjoni-. Għall-inqas għall-għaxar snin li ġejjin, il-fojl tar-ram jibqa' fejn jinsab: f'kull ċellula tal-litju-jone, tagħmel xogħolha bil-kwiet, sakemm xi ħaġa tmur ħażin.
