Ghidul materialului anodului: grade de puritate, metale și verificări de aprovizionare pentru celule

Un inginer de achiziții semnează un lot de 300 kg de folie de cupru. Două zile mai târziu eșuează inspecția: fier la 18 ppm față de un plafon de 10 ppm, oxigen la 22 ppm față de 8 ppm. Pe certificat, materialul este 99,99% pur. Încă nu poate merge pe linia de acoperire.

Acel decalaj dintre calitatea imprimată pe un document și profilul de impurități care ajunge efectiv la fabrică este întreaga problemă în aprovizionarea materialului anodic. Concluzia mai întâi: pentru metalele din partea anodului, numărul care decide randamentul nu este procentul de puritate principal. Limitele individuale ale oligoelementelor, metoda analitică utilizată pentru a le confirma și controlul procesului sunt cele care le mențin stabile de la lot la lot.

Ceea ce urmează acoperă locurile în care metalele de puritate ultra-înaltă se află în celulele litiu-ion, anozii electrochimici și condensatorii electrolitici, care grade sunt realiste pentru fiecare și verificările care împiedică un material calificat să iasă din specificații.

Material anod: un termen, trei foi de specificații diferite

Cereți cinci ingineri să definească materialul anodului și veți colecta cel puțin trei răspunsuri, fiecare atașat la o comandă de achiziție diferită. Cuvântul descrie o funcție, nu o clasă materială. Cumpărarea împotriva unei definiții greșite este una dintre cele mai costisitoare greșeli din această categorie, deoarece o specificație scrisă pentru un anod de condensator nu spune aproape nimic despre un colector de curent al bateriei.

• Material activ anod baterie — grafit, carbon dur, compozite siliciu-carbon, titanat de litiu (LTO) și oxid de titan și niobiu (TiNb2O7). Cerințele de puritate se aplică precursorilor de metal, nu unei piese metalice finite.
• Anozi electrochimici — tablă, plasă sau tub de titan care poartă o acoperire mixtă de oxid de metal, utilizată în galvanizare, protecție catodică, tratare a apei și servicii de clor-alcali. Ceea ce contează este puritatea substratului, planeitatea și aderența acoperirii.
• Anozii condensatorului — corpuri de pulbere de tantal sau niobiu sinterizate în interiorul condensatoarelor electrolitice solide. Valorile sunt capacitatea pe gram, conținutul de oxigen și carbon și contracția în timpul sinterizării.

Unde metalul se află de fapt în interiorul unui anod cu ioni de litiu

Într-o celulă comercială cu litiu-ion, materialul activ este carbonul sau un amestec carbon-siliciu. Metalul este totul în jurul lui și este specificat la fel de strâns.

Colectorul de curent anodic este o folie de cupru, de obicei de 6 până la 9 µm grosime, cu modele de înaltă energie împingând spre 4,5 până la 6 µm. La acel indicator, folia este de obicei specificată la 4N (99,99%), cu oxigen menținut sub 5 până la 8 ppm și elemente individuale, cum ar fi fierul și sulful, acoperite cu o singură cifră joasă. O mulțime care îndeplinește o limită de impuritate totală în timp ce transportă 15 ppm de fier se va grava în găuri, își va pierde aderența la interfața de acoperire și se va rupe de-a lungul marginilor în timpul înfășurării.

Nichelul apare în file, în cupru nichelat și în folii de specialitate pentru celule de temperatură înaltă. Titanul apare sub formă de plasă, pâslă sau foaie atunci când rezistența la coroziune contează mai mult decât conductivitatea - de exemplu în electrozi care rulează în electroliți acizi sau în celule electrolitice în care aceeași piesă de titan acționează ca un anod de lucru.

Dezvoltarea în strat subțire și în stare solidă adaugă un pas de vid. Țintele de pulverizare cu cupru utilizate pentru depunerea straturilor de semințe și colectoare de curent sunt evaluate în funcție de puritatea țintei, dimensiunea granulelor și conținutul de oxigen, deoarece aceste variabile conduc rezistivitatea filmului și generarea de particule pe substrat.

Ținte de pulverizare cu cupru de înaltă puritate pentru pelicule subțiri PVD Ținte de pulverizare cu cupru de înaltă puritate pentru semințe PVD și straturile colectoare de curent, care oferă o puritate de 99,999–99,9999% și dimensiuni personalizabile pentru echipamentele de acoperire. Vizualizare produs →

Cererea pentru aceste materiale este concentrată într-o mână de aplicații de energie nouă , unde un singur element care nu corespunde specificațiilor poate opri o linie de acoperire pentru o tură completă.

Nota de puritate: Ce promit de fapt 3N, 4N și 5N

Un grad de puritate este o prescurtare pentru un plafon total de impurități, iar stenograma ascunde diferențe de o sută de ori.

• 3N înseamnă 99,9% metal, sau până la 1.000 ppm din orice altceva.
• 3N5 înseamnă 99,95%, până la 500 ppm.
• 4N înseamnă 99,99%, până la 100 ppm.
• 4N5 înseamnă 99,995%, până la 50 ppm.
• 5N înseamnă 99,999%, până la 10 ppm.

Capcana este că un certificat 4N promite doar sejururile totale sub 100 ppm. O mulțime care transportă 60 ppm fier, 20 ppm oxigen și 15 ppm sulf satisface 4N și este încă inutilizabilă pentru folie subțire de cupru. Prin urmare, achiziția la nivelul anodului necesită limite specifice elementului plus o declarație a metodei analitice din spatele fiecărui număr.

ICP-OES gestionează urmele de metale de rutină până la aproximativ 1 ppm. ICP-MS ajunge în intervalul ppb și este instrumentul obișnuit pentru 4N5 și mai sus. Spectrometria de masă cu descărcare strălucitoare verifică materialul 5N, în timp ce tehnicile de ardere măsoară oxigenul, azotul, hidrogenul, carbonul și sulful - elementele interstițiale pe care panourile standard cu urme de metal le ignoră în totalitate.

Titan și niobiu: metalele din spatele anodurilor de mare viteză

Două substanțe chimice comercializează densitatea de energie pentru capacitatea de rată și ciclul de viață și ambele depind de titan și niobiu: titanat de litiu (Li4Ti5O12, cunoscut sub numele de LTO) și oxid de niobiu de titan (TiNb2O7), plus calea mai simplă a pentoxidului de niobiu.

LTO este un spinel cu un platou plat de 1,55 V, în jur de 175 mAh/g de capacitate practică și deformare a rețelei aproape de zero, motiv pentru care supraviețuiește la zeci de mii de cicluri. Precursorul său - dioxid de titan sau pulbere de titan - trebuie să mențină fierul, niobiul și metalele alcaline reziduale la niveluri scăzute, deoarece aceste impurități stau în rețeaua spinelului și ridică impedanța.

Pentoxidul de niobiu oferă aproximativ 180 până la 200 mAh/g cu o fereastră de funcționare sigură și performanță puternică. TiNb2O7 merge mai departe, cu o capacitate teoretică de aproape 387 mAh/g, dar consumă atât metale și necesită un control constant al oxigenului în materia primă de niobiu. Lanțul de aprovizionare practic merge de la lingoul de niobiu prin hidrurare și măcinare până la pulbere și oxid, astfel încât puritatea lingoului stabilește podeaua pentru tot ce se află în aval. Înțelegerea rolul niobiului în industriile de înaltă tehnologie ajută la explicarea de ce niobiul 3N5 și 4N au un preț superior față de clasele obișnuite de feroaliaje.

Pulbere de titan de înaltă puritate pentru ținte AM, MIM și pulverizare Pulbere de titan de înaltă puritate pentru fabricarea aditivă, MIM și ținte de pulverizare, cu dimensiuni personalizabile ale particulelor și puritate de 99,8–99,99% pentru fabricație avansată. Vizualizare produs →

Tantal și niobiu anod materiale în condensatoare

Într-un condensator electrolitic solid, anodul este o pelită poroasă sinterizată de pulbere de tantal, ceea ce înseamnă că pulberea este componenta. O specificație tipică necesită 99,95% până la 99,99% tantal, oxigen controlat într-o bandă definită, carbon menținut la un nivel scăzut și o distribuție convenită a dimensiunii particulelor și densitate Scott. Cumpărătorii compară capacitatea pe gram, contracția după sinterizare și curentul de scurgere în piesa finită, nu o singură cifră de puritate.

Anozii de niobiu și oxid de niobiu sunt alternativa mai ieftină. Niobiul este aproximativ jumătate la fel de dens decât tantalul, deci sunt necesare mai puține grame pe parte, iar anozii de oxid sunt mai îngăduitori la refluența la temperatură înaltă. Schimbul este un control mai strict al oxigenului în timpul sinterizării, deoarece excesul de oxigen se transformă în curent de scurgere. Indiferent de ruta pe care o alege un producător de condensatoare, începe cu un lingou de puritate ridicată care este transformat în pulbere, iar profilul interstițial al lingoului urmează pulberea până la anodul finit.

Lingo de niobiu de înaltă puritate pentru semiconductori și superaliaje Lingo de niobiu de înaltă puritate 99,99% pentru ținte de pulverizare, creuzete, superaliaje și aliaje supraconductoare, cu dimensiuni de până la 400 mm și 2 tone metrice. Vizualizare produs →

O listă de verificare pentru achiziții care previne respingerea loturilor

Cele mai multe dispute anod-metal se regăsesc la o specificație care a fost scrisă în jurul unui procent în loc de un mod de defecțiune. Opt articole acoperă acest decalaj.

1. Scrieți limite specifice elementului pentru fier, nichel, crom, sulf și clorură, nu numai un plafon total de impurități.
2. Denumiți metoda analitică și limita de detecție necesară pentru fiecare element.
3. Specificați elementele interstițiale - oxigen, azot, hidrogen, carbon și sulf - pentru cupru, titan și niobiu.
4. Setați toleranțele dimensionale separat: grosimea în plus sau minus 5%, plus lățimea, cambra și rugozitatea suprafeței, acolo unde este cazul.
5. Pentru pulberi, necesită distribuția dimensiunii particulelor, densitatea Scott și conținutul de oxigen pe fiecare certificat.
6. Solicitați un certificat de analiză per lot care poate fi urmărit la un număr de căldură, topitură sau lingot.
7. Confirmați traseul procesului - electroliza, topirea prin inducție în vid, topirea cu fascicul de electroni sau retopirea arcului în vid lasă fiecare o semnătură reziduală diferită.
8. Verificați sistemul de calitate: ISO9001 ca bază de referință, IATF16949 dacă materialul alimentează un program de baterii auto și convineți asupra ambalajului și valabilității, deoarece suprafețele de titan și niobiu preiau oxigen în depozit.

Diagramă: distribuția tipică a refuzurilor anod-metal găsite la inspecția de intrare.

Întrebări frecvente despre materialul anodului

Este întotdeauna un grad de puritate mai bun pentru materialul anodic?

Nu. Nota răspunde la o întrebare total-impuritate; modul de defectare depinde de obicei de unul sau două elemente. Un cupru de 4N cu oxigen menținut sub 5 ppm va depăși un cupru nominal de 5N cu oxigen și sulf instabil, deoarece găurile și pierderea de aderență sunt determinate de acele elemente specifice, mai degrabă decât de total.

Care este diferența practică dintre cuprul 4N și 4N5?

Aproximativ un factor de doi în plafonul total de impurități: 100 ppm față de 50 ppm. Pentru foliile mai subțiri de 6 µm, această diferență decide adesea dacă un lot primit trece, deoarece același nivel absolut de fier produce o parte mai mare a secțiunii transversale a foliei pe măsură ce grosimea scade.

Ce metal este folosit pentru colectorul de curent anodic?

Cupru în aproape orice model de litiu-ion, cupru nichelat pentru urechi și plasă sau tablă de titan unde rezistența la coroziune depășește conductivitatea. Materialul activ din grafit se află deasupra; metalul de dedesubt trebuie să-și mențină rezistivitatea și calitatea suprafeței prin acoperire, uscare, calandrare și înfășurare.

Cum se verifică puritatea pe un lot livrat?

Printr-un certificat de analiză per lot bazat pe ICP-MS sau ICP-OES pentru urme de metale și analiză de ardere pentru oxigen, azot, hidrogen, carbon și sulf, plus o verificare independentă a probelor reținute. Furnizorii care oferă un serviciu dedicat de testare a purității fac acest pas de verificare mult mai scurt.

Ningbo Chuangrun New Materials purifică, topește, turnează și prelucrează metale de puritate ultra-înaltă din 2012, operând din cinci baze de producție cu o echipă de aproximativ 40 de profesioniști în metalurgie și peste 60 de brevete de tehnologie înregistrate. Gama de produse acoperă titan, nichel, cupru, niobiu, cobalt, tantal, molibden și aliaje sub formă de cristal, lingouri, pulbere, burete, plăci, baghete, tuburi și țintă, susținute de sistemele de calitate ISO9001 și IATF16949 și de un serviciu dedicat de testare a purității.

Dacă specificați metale din partea anodului și doriți ca profilul de impurități element cu element să fie confirmat înainte de expediere și nu după, trimiteți specificația echipei și solicitați o analiză la nivel de lot în raport cu propriile limite.