Kalbant apie akumuliatoriaus vario foliją, mes daugiausia išsamiai paaiškinsime būsimą vario folijos plėtros kryptį ir gamybos procesą.
Ličio jonų akumuliatoriuose teigiamos ir neigiamos aktyviosios medžiagos yra padengiamos ant pagrindo, kad būtų suformuoti poliai, o po to suvynioti arba sukrauti, kad būtų suformuota akumuliatoriaus šerdis. Čia naudojamos pagrindinės medžiagos yra vario folija ir aliuminio folija. Dabartinis ličio baterijos katodas yra aliuminio folija, o neigiamas elektrodas yra vario folija. Taip yra todėl, kad varis lengvai oksiduojasi teigiamame elektrode su didesniu potencialu, o aliuminio folijos paviršius turi tankų sluoksnį. Oksido sluoksnis apsaugo viduje esantį aliuminį esant dideliam potencialui. Šiame straipsnyje daugiausia kalbama apie dažniausiai naudojamą vario foliją neigiamiems elektrodams.
Varis turi didelį mechaninį stiprumą ir puikų elektrinį laidumą. Jo kiekis žemės plutoje yra apie 0,01 %. Gamtoje jis dažniausiai egzistuoja vario rūdos pavidalu. Vario folija gali būti suskirstyta į elektrolitinį varį ir valcuotą varį pagal skirtingus gamybos būdus. Valcuotasis varis turi gerą lankstumą ir didelius techninius gamybos sunkumus. Jo paruošimas reikalauja daug procesų, o kaina yra didelė. Vidaus įmonių yra nedaug. Įmonės, kurios naudoja šį metodą gerai gaminti, yra „Olin Brass“ JAV, Japonijos „Nippon Mining“ ir kitos įmonės.
Šiuo metu didžioji dalis vario folijos, naudojamos akumuliatorių elementų gamyklose, gaminama elektrolizės būdu. 1922 m. Edisonas išrado ištisinės elektrolitinės varinės folijos metodą ir kreipėsi dėl patento. Jame kaip katodas buvo naudojamas nuolat besisukantis metalinis volelis, panardintas į vario sulfato elektrolitą, o kaip anodas - netirpus metalas. Šio metodo gimimas pažymėjo elektrolitinio vario pramonės pradžią. 1937 m. Anaconde Copper Factory Jungtinėse Amerikos Valstijose įdiegė Edisono patentą į gamybos praktiką ir sėkmingai pagamino elektrolitinę vario foliją. Per visą elektrolitinio vario folijos kūrimo istoriją galime pastebėti, kad ji visada sekė spausdintinių plokščių tendencija. Plačiai pritaikius ličio jonų baterijas buitinėje elektronikoje, elektrolitinė vario folija buvo įtraukta į naują sritį kaip anodas. Srovės kolektoriai, pasižymintys geru elektriniu laidumu, atsparumu gniuždymui ir mažomis sąnaudomis, buvo greitai reklamuojami ir taikomi plačiu mastu. Dabar, kai plačiai skatinamos ir taikomos naujos energijos transporto priemonės, 5G ir energijos kaupimas, elektrolitinės vario folijos paklausa išaugo iš naujo.
Siekiant kuo labiau padidinti akumuliatoriaus šerdies tūrinį energijos tankį, kartu užtikrinant saugumą, ciklo veikimą ir pan., akumuliatoriaus elemento projektuotojas turi supakuoti daugiau aktyvių medžiagų į ribotą akumuliatoriaus šerdies apvalkalą. Manau, kad neigiamos srovės kolektoriaus vario folija ateityje gali vystytis šiomis kryptimis:
1. Itin plona vario folija: ši tendencija dabar akivaizdi – nuo 8 um iki 6 um, o dabar iki 4,5 um, kurią kai kurie gamintojai pristato mažomis partijomis. Galbūt varinė folija, kurios storis mažesnė nei 4 um, ateityje bus pradėta gaminti masiškai. Akivaizdi ir ši funkcija – maksimaliai padidinti akumuliatoriaus šerdies tūrį ir masės energijos tankį, tačiau tai kelia aukštesnius reikalavimus varinės folijos gamybai ir akumuliatoriaus šerdies dangos kontrolei. Galų gale, kuo plonesnė varinė folija, tuo didesnė ir juostelės lūžimo rizika dengimo proceso metu.
2. Perforuota vario folija: tai yra dėl cheminės korozijos varinės folijos paviršiuje susidaro mikroporos, kurios sumažina pagrindo svorį ir padidina akumuliatoriaus šerdies masės energijos tankį. Būtina kontroliuoti porų dydį ir optimizuoti ėsdinimo tipą. , viena yra neleisti, kad porų skersmuo būtų per didelis, todėl būtų sunku išlaikyti vienpusę dangos srutą, o kita – įvertinti ėsdinimo likučio poveikį akumuliatoriaus šerdies veikimui, pvz., cirkuliacijai, dujų gamybai. ir kt.
3 Vario folijos purškimas: tai atitinka dvipusį vario padengimą ant plastikinio pagrindo. Tai ne tik išlaiko srovės kolektoriaus elektroninio laidumo funkciją, bet ir sumažina pagrindo svorį bei pagerina akumuliatoriaus šerdies masės energijos tankį. Tačiau gamybos proceso metu galite susidurti su proceso iššūkiais, tokiais kaip šaltasis spaudimas ir suvirinimas.
Kadangi naujų energetinių transporto priemonių skverbties lygis ir toliau didėja, esamų vario folijos gamybos pajėgumų tampa vis nepakankami, o tarp pasiūlos ir paklausos atsiranda tam tikras atotrūkis. Tikimasi, kad ateityje vario folijos pramonė palaipsniui plės gamybą, kad patenkintų energijos baterijų poreikį rinkoje.
Elektrolitinės vario folijos paruošimas daugiausia skirstomas į tris etapus: vario ištirpinimą, neapdorotą foliją ir paviršiaus apdorojimą. Vario tirpinimo procesas yra sumaišyti vario medžiagą ir sieros rūgštį vario tirpinimo rezervuare ir reaguoti, kad susidarytų vario sulfato tirpalas. Cheminės reakcijos formulė yra tokia:
Cu+O2→CuO
CuO+H2SO4→CuSO4+H2O
Vario tirpimo proceso metu reikia atkreipti dėmesį į dulkių aplinkoje ir pašalinių medžiagų, esančių žaliavos skystyje, kontrolę, kad vėliau ant vario folijos paviršiaus nesusiteptų ir susidarytų nelygios dėmės. Dengimo metu ši situacija gali užstrigti ant štampavimo galvutės ir nutrūkti juostelė. Todėl šiame etape reikia pridėti filtravimo etapą, kad tirpale būtų visiškai išfiltruotos priemaišos.
Vario tirpinimo procese gautas CuSO4 tirpalas naudojamas kaip elektrolitas, didelio skersmens titano volelis – kaip katodas, o lanko formos švino lydinio plokštė – kaip anodas. Kontroliuojant elektrocheminio proceso parametrus, tirpale esantys vario jonai nusodins prie katodo ir sudarys ištisinį vario sluoksnį. Nepertraukiamai sukant katodo ritinėlį, nusodinta vario folija bus nuolat nulupama į ritinius, kad būtų gauta neapdorota folija.
