Jeśli chodzi o folię miedzianą do akumulatorów, szczegółowo wyjaśnimy przede wszystkim przyszły kierunek rozwoju i proces produkcji folii miedzianej.
W akumulatorach litowo-jonowych dodatnie i ujemne materiały aktywne są powlekane na podłożu w celu utworzenia biegunów, a następnie nawinięte lub ułożone w stos, tworząc rdzeń akumulatora. Stosowanymi tu materiałami bazowymi są głównie folia miedziana i folia aluminiowa. Obecna katoda baterii litowej to folia aluminiowa, a elektroda ujemna to folia miedziana. Dzieje się tak dlatego, że miedź łatwo utlenia się w elektrodzie dodatniej o wyższym potencjale, a powierzchnia folii aluminiowej ma gęstą warstwę. Warstwa tlenku chroni aluminium wewnątrz przy wysokich potencjałach. W tym artykule mowa jest głównie o powszechnie stosowanej folii miedzianej do elektrod ujemnych.
Miedź ma wysoką wytrzymałość mechaniczną i doskonałą przewodność elektryczną. Jego zawartość w skorupie ziemskiej wynosi około 0,01%. W przyrodzie występuje głównie w postaci rudy miedzi. Folię miedzianą można podzielić na miedź elektrolityczną i miedź walcowaną zgodnie z różnymi metodami produkcji. Miedź walcowana ma dobrą ciągliwość i duże trudności techniczne w produkcji. Jego przygotowanie wymaga wielu procesów, a koszt jest wysoki. Przedsiębiorstw krajowych jest niewiele. Do firm stosujących tę metodę do dobrej produkcji zalicza się Olin Brass w Stanach Zjednoczonych, japońska firma Nippon Mining i inne firmy.
Obecnie większość folii miedzianej stosowanej w fabrykach ogniw akumulatorowych wytwarzana jest w procesie elektrolizy. W 1922 roku Edison wynalazł metodę ciągłej elektrolitycznej folii miedzianej i złożył wniosek o patent. Wykorzystywał stale obracający się metalowy wałek zanurzony w elektrolicie siarczanu miedzi jako katodę i nierozpuszczalny metal jako anodę. Narodziny tej metody zapoczątkowały przemysł miedzi elektrolitycznej. W 1937 roku fabryka miedzi Anaconde w Stanach Zjednoczonych wprowadziła patent Edisona do praktyki produkcyjnej i z sukcesem wyprodukowała folię z miedzi elektrolitycznej. W całej historii rozwoju folii z miedzi elektrolitycznej możemy stwierdzić, że zawsze podążała ona za trendem płytek drukowanych. Wraz z zastosowaniem na dużą skalę akumulatorów litowo-jonowych w elektronice użytkowej, elektrolityczna folia miedziana znalazła się w nowej dziedzinie jako anoda. Odbieraki prądu, dzięki dobrej przewodności elektrycznej, odporności na zgniatanie i niskiej cenie, zostały szybko wypromowane i zastosowane na szeroką skalę. Teraz, wraz z promocją i zastosowaniem na dużą skalę nowych pojazdów energetycznych, sieci 5G i magazynowania energii, popyt na folię z miedzi elektrolitycznej gwałtownie wzrósł.
Aby maksymalnie zwiększyć objętościową gęstość energii rdzenia akumulatora, zapewniając jednocześnie bezpieczeństwo, wydajność cykliczną itp., projektant ogniwa akumulatora musi umieścić więcej materiałów aktywnych w ograniczonej obudowie rdzenia akumulatora. Myślę, że folia miedziana z kolektorem prądu ujemnego może w przyszłości rozwijać się w następujących kierunkach:
1. Ultracienka folia miedziana: Ten trend jest teraz oczywisty, od 8um do 6um, a teraz do 4,5um, które niektórzy producenci wprowadzają w małych partiach. Być może w przyszłości folia miedziana o grubości poniżej 4um zostanie wprowadzona do masowej produkcji. Ta funkcja jest również oczywista, a polega na maksymalnym zwiększeniu objętości i gęstości energii masy rdzenia akumulatora, ale stawia to wyższe wymagania w zakresie produkcji folii miedzianej i kontroli powłoki rdzenia akumulatora. W końcu im cieńsza folia miedziana, tym ryzyko pęknięcia paska podczas procesu powlekania jest również wyższe.
2. Perforowana folia miedziana: to znaczy w wyniku korozji chemicznej na powierzchni folii miedzianej powstają mikropory, które zmniejszają ciężar podłoża i zwiększają gęstość energii masowej rdzenia akumulatora. Należy kontrolować wielkość porów i optymalizować rodzaj wytrawiacza. jednym z nich jest zapobieganie zbyt dużej średnicy porów, utrudniającej utrzymanie jednostronnej zawiesiny powłokowej, a drugim jest ocena wpływu resztkowego środka trawiącego na działanie rdzenia akumulatora, takie jak cyrkulacja, wytwarzanie gazu itp.
3 Natryskiwanie folii miedzianej: Odpowiada to dwustronnemu powlekaniu miedzią podłoża z tworzywa sztucznego. To nie tylko zachowuje funkcję przewodnictwa elektronicznego kolektora prądu, ale także zmniejsza ciężar podłoża i poprawia gęstość energii masy rdzenia akumulatora. Jednakże podczas procesu produkcyjnego możesz napotkać wyzwania procesowe, takie jak tłoczenie na zimno i zgrzewanie zakładek.
W miarę ciągłego wzrostu wskaźnika penetracji nowych pojazdów napędzanych energią, istniejące moce produkcyjne folii miedzianej stają się coraz bardziej niewystarczające i istnieje pewna luka między podażą a popytem. Oczekuje się, że w przyszłości branża folii miedzianej będzie stopniowo zwiększać produkcję, aby zaspokoić zapotrzebowanie rynku na akumulatory energetyczne.
Przygotowanie elektrolitycznej folii miedzianej dzieli się głównie na trzy etapy: rozpuszczanie miedzi, surowa folia i obróbka powierzchni. Proces rozpuszczania miedzi polega na zmieszaniu materiału miedziowego i kwasu siarkowego w zbiorniku do rozpuszczania miedzi i reakcji w celu wytworzenia roztworu siarczanu miedzi. Wzór reakcji chemicznej jest następujący:
Cu+O2 → CuO
CuO+H2SO4 → CuSO4+H2O
Podczas procesu rozpuszczania miedzi należy zwrócić uwagę na kontrolę pyłu w środowisku i ciał obcych w płynie surowca, aby zapobiec późniejszemu plamieniu powierzchni folii miedzianej, powodującemu nierówne plamy. Taka sytuacja może wystąpić w głowicy matrycy podczas powlekania, powodując pękanie taśmy. Dlatego na tym etapie należy dodać etap filtracji, aby całkowicie odfiltrować zanieczyszczenia z roztworu.
Jako elektrolit stosuje się roztwór CuSO4 otrzymany w procesie rozpuszczania miedzi, jako katodę stosuje się tytanowy wałek o dużej średnicy, a jako anodę łukową płytkę ze stopu ołowiu. Kontrolując parametry procesu elektrochemicznego, jony miedzi w roztworze wytrącą się na katodzie, tworząc ciągłą warstwę miedzi. Poprzez ciągły obrót walca katodowego, osadzona folia miedziana będzie w sposób ciągły odrywana na rolki w celu uzyskania surowej folii.
