Em relação à folha de cobre para bateria, explicaremos principalmente em detalhes a direção futura do desenvolvimento e o processo de produção da folha de cobre.
Nas baterias de íon-lítio, os materiais ativos positivos e negativos são revestidos no substrato para formar peças polares e, em seguida, enrolados ou empilhados para formar o núcleo da bateria. Os materiais básicos usados aqui incluem principalmente folha de cobre e folha de alumínio. O cátodo atual da bateria de lítio é uma folha de alumínio e o eletrodo negativo é uma folha de cobre. Isso ocorre porque o cobre é facilmente oxidado no eletrodo positivo com maior potencial, e a superfície da folha de alumínio possui uma camada densa. A camada de óxido protege o alumínio interno em altos potenciais. Este artigo fala principalmente sobre a folha de cobre comumente usada para eletrodos negativos.
O cobre possui alta resistência mecânica e excelente condutividade elétrica. Seu conteúdo na crosta terrestre é de cerca de 0,01%. Existe principalmente na forma de minério de cobre na natureza. A folha de cobre pode ser dividida em cobre eletrolítico e cobre laminado de acordo com seus diferentes métodos de fabricação. O cobre laminado apresenta boa ductilidade e alta dificuldade técnica de produção. Seu preparo exige muitos processos e o custo é alto. Existem poucas empresas nacionais. As empresas que usam esse método para produzir bem incluem a Olin Brass nos Estados Unidos, a japonesa Nippon Mining e outras empresas.
Atualmente, a maior parte da folha de cobre usada nas fábricas de células de bateria é produzida por eletrólise. Em 1922, Edison inventou o método de folha de cobre eletrolítica contínua e solicitou uma patente. Ele usava um rolo de metal em rotação contínua imerso em eletrólito de sulfato de cobre como cátodo e metal insolúvel como ânodo. O nascimento deste método marcou o início da indústria do cobre eletrolítico. Iniciar. Em 1937, a Anaconde Copper Factory, nos Estados Unidos, colocou a patente de Edison em prática de produção e produziu com sucesso folhas de cobre eletrolíticas. Ao longo da história do desenvolvimento da folha de cobre eletrolítico, podemos constatar que ela sempre acompanhou a tendência das placas de circuito impresso. Com a aplicação em larga escala de baterias de íon-lítio em eletrônicos de consumo, a folha de cobre eletrolítica foi trazida para um novo campo como ânodo. Os coletores de corrente, com boa condutividade elétrica, resistência ao esmagamento e baixo custo, têm sido rapidamente promovidos e aplicados em larga escala. Agora, com a promoção e aplicação em larga escala de novos veículos energéticos, 5G e armazenamento de energia, a demanda por folhas de cobre eletrolíticas apresentou uma nova explosão.
A fim de aumentar ao máximo a densidade de energia volumétrica do núcleo da bateria e, ao mesmo tempo, garantir a segurança, o desempenho do ciclo, etc., o projetista da célula da bateria precisa embalar mais materiais ativos no invólucro limitado do núcleo da bateria. Eu acho que a folha de cobre do coletor de corrente negativa pode se desenvolver nas seguintes direções no futuro:
1. Folha de cobre ultrafina: Esta tendência agora é óbvia, de 8um para 6um, e agora para 4,5um, que alguns fabricantes estão introduzindo em pequenos lotes. Talvez a folha de cobre abaixo de 4um seja promovida para produção em massa no futuro. Esta função também é óbvia, que consiste em aumentar ao máximo o volume e a densidade de energia em massa do núcleo da bateria, mas isso impõe requisitos mais elevados para a fabricação de folha de cobre e o controle do revestimento do núcleo da bateria. Afinal, quanto mais fina a folha de cobre, maior também é o risco de quebra da tira durante o processo de revestimento.
2. Folha de cobre perfurada: isto é, através da corrosão química, microporos são criados na superfície da folha de cobre para reduzir o peso do substrato e aumentar a densidade de energia em massa do núcleo da bateria. É necessário controlar o tamanho dos poros e otimizar o tipo de condicionador. , uma é evitar que o diâmetro dos poros seja muito grande, dificultando a manutenção de uma pasta de revestimento unilateral, e a outra é avaliar o impacto do ácido residual no desempenho do núcleo da bateria, como circulação, produção de gás , etc.
3 Pulverizar folha de cobre: Isso equivale ao revestimento de cobre dupla face em um substrato plástico. Isso não apenas mantém a função de condução eletrônica do coletor de corrente, mas também reduz o peso do substrato e melhora a densidade de energia em massa do núcleo da bateria. No entanto, durante o processo de fabricação, você poderá enfrentar desafios de processo, como prensagem a frio e soldagem de abas.
À medida que a taxa de penetração de novos veículos energéticos continua a aumentar, a capacidade existente de produção de folhas de cobre torna-se cada vez mais insuficiente e existe uma certa lacuna entre a oferta e a procura. Espera-se que a indústria de folhas de cobre expanda gradualmente a produção no futuro para atender à demanda do mercado por células de energia.
A preparação da folha de cobre eletrolítica é dividida principalmente em três etapas: dissolução do cobre, folha bruta e tratamento de superfície. O processo de dissolução do cobre consiste em misturar material de cobre e ácido sulfúrico em um tanque de dissolução de cobre e reagir para gerar uma solução de sulfato de cobre. A fórmula da reação química é a seguinte:
+O2→CuO
CuO+H2SO4→CuSO4+H2O
Durante o processo de dissolução do cobre, deve-se atentar para o controle de poeira no meio ambiente e corpos estranhos no líquido da matéria-prima para evitar manchas subsequentes na superfície da folha de cobre, causando manchas irregulares. Esta situação pode ficar presa na cabeça da matriz durante o revestimento, causando a quebra da tira. Portanto, uma etapa de filtração deve ser adicionada nesta etapa para filtrar completamente as impurezas da solução.
A solução de CuSO4 obtida no processo de dissolução do cobre é usada como eletrólito, um rolo de titânio de grande diâmetro é usado como cátodo e a placa de liga de chumbo em forma de arco é usada como ânodo. Ao controlar os parâmetros do processo eletroquímico, os íons de cobre na solução precipitarão no cátodo para formar uma camada contínua de cobre. Através da rotação contínua do rolo catódico, a folha de cobre depositada será continuamente descascada em rolos para obter a folha bruta, conforme mostrado na figura a seguir:
A folha de cobre tem um lado áspero e um lado liso. O lado liso está em contato com o rolo catódico e o lado áspero está em contato direto com o eletrólito. A imagem SEM é a seguinte:
Como o cobre é propenso à oxidação, após a obtenção da folha bruta, ele precisa ser rugoso e revestido com uma camada barreira e uma camada antioxidante para facilitar o armazenamento e o transporte. O diagrama de processo específico é o seguinte:
Devido às diferenças nos modelos de células e processos de produção de diferentes fabricantes, como enrolamento e laminação, é difícil para o material base cobre e folha de alumínio ter uma largura que seja universal para diferentes fabricantes, por isso é necessário cortar em empresas durante o processo de corte. A largura específica necessária.
