बैटरी कैथोड सब्सट्रेट के लिए एल्युमीनियम फ़ॉइल: मिश्र धातु, तापमान और सतह की आवश्यकताएँ

लिथियम आयन सेल में कैथोड सब्सट्रेट एक पतली एल्यूमीनियम पन्नी है जो एक साथ दो कार्य करती है। यह सक्रिय सामग्री से सेल टैब तक इलेक्ट्रॉनों का संचालन करता है, और यह यांत्रिक वाहक के रूप में कार्य करता है जो लेपित इलेक्ट्रोड को कोटिंग, सुखाने, कैलेंडरिंग, स्लिटिंग और वाइंडिंग के माध्यम से एक साथ रखता है। क्योंकि एक एकल पिनहोल या मोटाई का चरण कोटिंग दोष या सेल की कमी का कारण बन सकता है, कैथोड फ़ॉइल को पैकेजिंग में उपयोग किए जाने वाले समान गेज के फ़ॉइल की तुलना में बहुत अधिक मजबूती से निर्दिष्ट किया जाता है।

एल्युमीनियम ही क्यों, अन्य धातु क्यों नहीं?

एल्यूमीनियम का उपयोग सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर किया जाता है क्योंकि यह एक पतली प्राकृतिक ऑक्साइड परत बनाता है जो सतह को निष्क्रिय करता है और धातु को कैथोड की ऑपरेटिंग क्षमता में स्थिर रखता है, लिथियम के मुकाबले लगभग 3.0 से 4.5 वी। लिथियम के विरुद्ध लगभग 1.5 V से नीचे वही ऑक्साइड परत स्थिर नहीं रहती है और एल्युमीनियम लिथियम के साथ मिश्रित होना शुरू हो जाता है, यही कारण है कि नकारात्मक इलेक्ट्रोड इसके बजाय तांबे के सब्सट्रेट का उपयोग करता है। यह इलेक्ट्रोकेमिकल विंडो, अकेले लागत नहीं है, यही कारण है कि दो इलेक्ट्रोड अलग-अलग कलेक्टर धातुओं का उपयोग करते हैं।

मिश्रधातु की शुद्धता और तापमान

कैथोड फ़ॉइल का उत्पादन 1060, 1070, 1085 और 1235 जैसे उच्च शुद्धता वाले ग्रेड से किया जाता है, जिसमें गढ़ा एल्यूमीनियम के लिए संरचना EN 573 - 3 तक नियंत्रित होती है। शुद्धता मायने रखती है क्योंकि लोहा, तांबा और सिलिकॉन समृद्ध चरण एल्यूमीनियम मैट्रिक्स के सापेक्ष कैथोडिक होते हैं और साइकिल चलाने के दौरान गड्ढे के लिए शुरुआत स्थल के रूप में कार्य करते हैं, इसलिए अवशिष्ट अशुद्धता का स्तर पैकेजिंग फ़ॉइल में स्वीकार किए गए स्तर से काफी नीचे रहता है। कोटिंग और वाइंडिंग प्रक्रिया के अनुसार तापमान का चयन किया जाता है: H18 पतले गेज के लिए उच्चतम ताकत देता है और कोटिंग लाइन पर तनाव भिन्नता का प्रतिरोध करता है, जबकि नरम तापमान को चुना जाता है जहां घुमावदार त्रिज्या तंग होती है और पन्नी को बिना दरार के अनुरूप होना चाहिए। तैयार फ़ॉइल के लिए यांत्रिक संपत्ति की आवश्यकताएं जीबी/टी 36146 का पालन करती हैं, जो लिथियम-आयन बैटरी में उपयोग किए जाने वाले एल्यूमीनियम और एल्यूमीनियम मिश्र धातु फ़ॉइल के लिए चीनी मानक है।

गेज, यांत्रिक गुण और शीट प्रतिरोध

मुख्यधारा कैथोड फ़ॉइल की आपूर्ति 10 और 20 माइक्रोन के बीच की जाती है, जिसमें 12 से 15 माइक्रोन अधिकांश उत्पादन कोशिकाओं को कवर करते हैं। गेज चयन एक सीधा व्यापार है: पतली फ़ॉइल सक्रिय सामग्री के लिए अधिक सेल वॉल्यूम छोड़ती है और ग्रेविमेट्रिक ऊर्जा घनत्व बढ़ाती है, लेकिन यह धारा ले जाने वाले क्रॉस सेक्शन को भी कम करती है और कोटिंग लाइन पर तनाव विंडो को कम करती है। शीट का प्रतिरोध मोटाई के विपरीत होता है, इसलिए लगभग 2.7 माइक्रोन -ओम सेंटीमीटर की प्रतिरोधकता पर 12 माइक्रोन एल्यूमीनियम पन्नी प्रति वर्ग लगभग 2.2 मिलीओम का शीट प्रतिरोध देती है, और परिणामी ओमिक हानि को सेल डिजाइन में शामिल किया जाना चाहिए। तन्य शक्ति और बढ़ाव को आमतौर पर एक सुमेलित जोड़ी के रूप में निर्दिष्ट किया जाता है, क्योंकि पर्याप्त बढ़ाव के बिना उच्च शक्ति के कारण वाइंडिंग के दौरान वेब टूट जाता है।

सतह की स्थिति, स्लिटिंग और सफाई

कोटिंग आसंजन सतह ऊर्जा और स्थलाकृति पर निर्भर करता है, न कि केवल रासायनिक बंधन पर। मिल रोल बनावट और पास शेड्यूल के माध्यम से खुरदरापन को नियंत्रित करती है, और कनवर्टर को सतह को रोलिंग तेल, धूल और धातु के मलबे से मुक्त रखना चाहिए। स्लिटिंग एक महत्वपूर्ण कदम है क्योंकि फ़ॉइल किनारे पर छोड़ी गई गड़गड़ाहट वाइंडिंग के दौरान विभाजक को छेद सकती है और एक आंतरिक शॉर्ट बना सकती है; इसलिए गड़गड़ाहट की ऊंचाई को मोटाई सहनशीलता से अलग निर्दिष्ट किया जाता है। इलेक्ट्रोड उत्पादन के लिए फ़ॉइल को सूखे कमरों में संभाला जाता है, क्योंकि अवशोषित नमी इलेक्ट्रोलाइट नमक के साथ प्रतिक्रिया करती है और हाइड्रोजन फ्लोराइड उत्पन्न करती है, जो निष्क्रियता परत पर हमला करती है और गड्ढा बनाना शुरू कर देती है। कैम्बर और समतलता को भी नियंत्रित किया जाता है क्योंकि एक लहरदार वेब पूरी चौड़ाई में कोटिंग की मोटाई में भिन्नता का कारण बनता है।

कोटिंग लाइन पर व्यवहार

कैथोड घोल, आम तौर पर एक प्रवाहकीय योजक और एक विलायक में एक बाइंडर के साथ एक सक्रिय सामग्री, पन्नी के एक या दोनों तरफ लगाया जाता है और फिर सूख जाता है। सुखाने से वेब थर्मल विस्तार और विलायक निष्कासन सिकुड़न के अधीन हो जाता है, और पन्नी को झुर्रियों के बिना उस गति को समायोजित करना चाहिए। कैलेंडरिंग तब कोटिंग को लक्ष्य घनत्व तक संपीड़ित करती है, उच्च रैखिक भार लागू करती है कि सब्सट्रेट को बढ़ाव सेट के बिना जीवित रहना चाहिए। योग्यता के दौरान पन्नी पर सूखे कोटिंग के आसंजन की जांच की जाती है, और एएसटीएम डी903 जैसी छील शक्ति विधियों को आमतौर पर इलेक्ट्रोड परीक्षण के लिए अनुकूलित किया जाता है। तैयार इलेक्ट्रोड का सेल स्तर सत्यापन कर्षण कोशिकाओं के लिए IEC 62660 और पोर्टेबल सीलबंद कोशिकाओं के लिए IEC 62133-2 के विरुद्ध किया जाता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों

Q:कैथोड सब्सट्रेट के रूप में एल्यूमीनियम पन्नी की कितनी मोटाई का उपयोग किया जाता है?
उत्तर: अधिकांश उत्पादन कोशिकाएं 12 से 15 माइक्रोन फ़ॉइल का उपयोग करती हैं, जिसकी पूरी व्यावसायिक सीमा लगभग 10 से 20 माइक्रोन तक फैली हुई है। पतले गेज ऊर्जा घनत्व बढ़ाते हैं लेकिन प्रसंस्करण विंडो को संकीर्ण करते हैं।

Q:बैटरी कैथोड फ़ॉइल के लिए कौन सी एल्यूमीनियम मिश्र धातु का उपयोग किया जाता है?
उ: 1060, 1070, 1085 और 1235 जैसे उच्च शुद्धता ग्रेड मानक हैं। कम लोहा, तांबा और सिलिकॉन सामग्री गड्ढों के क्षरण के आरंभिक स्थलों की संख्या को सीमित करती है।

Q:कैथोड फ़ॉइल पर सतह खुरदरापन क्यों निर्दिष्ट किया जाता है?
ए: खुरदरापन नियंत्रित करता है कि घोल कैसे गीला होता है और धातु से कैसे जुड़ता है। बहुत चिकना और कोटिंग आसंजन कमजोर है; बहुत अधिक खुरदरा और कोटिंग का भार इलेक्ट्रोड पर असमान हो जाता है।

Q:बैटरी फ़ॉइल में पिनहोल को अस्वीकार क्यों किया जाता है लेकिन पैकेजिंग फ़ॉइल में सहन किया जाता है?
ए: इलेक्ट्रोड सब्सट्रेट में एक पिनहोल नंगे धातु को उजागर करता है जो विभाजक के माध्यम से विपरीत इलेक्ट्रोड से संपर्क कर सकता है, जिससे आंतरिक शॉर्ट सर्किट बन सकता है। पैकेजिंग फ़ॉइल पृथक पिनहोल को सहन कर सकता है क्योंकि बहुलक परतें अभी भी एक अवरोध प्रदान करती हैं।

Q:कौन सा मानक लिथियम {{0}आयन बैटरियों के लिए एल्युमीनियम फ़ॉइल को कवर करता है?
ए: जीबी/टी 36146 चीनी प्रणाली में लिथियम आयन बैटरियों के लिए एल्यूमीनियम और एल्यूमीनियम मिश्र धातु फ़ॉइल निर्दिष्ट करता है। सेल स्तर की आवश्यकताओं को ट्रैक्शन अनुप्रयोगों के लिए IEC 62660 और पोर्टेबल कोशिकाओं के लिए IEC 62133-2 द्वारा कवर किया जाता है।

Q:कैथोड फ़ॉइल को सूखे कमरे में क्यों संभालना चाहिए?
ए: अधिशोषित नमी इलेक्ट्रोलाइट नमक के साथ प्रतिक्रिया करके हाइड्रोजन फ्लोराइड बनाती है, जो एल्यूमीनियम पर सुरक्षात्मक ऑक्साइड परत पर हमला करती है और कलेक्टर के क्षरण का कारण बनती है।