فيما يتعلق برقائق النحاس للبطارية، سنشرح بشكل أساسي بالتفصيل اتجاه التطوير المستقبلي وعملية إنتاج رقائق النحاس.
في بطاريات الليثيوم أيون، يتم تغليف المواد النشطة الإيجابية والسلبية على الركيزة لتشكيل قطع قطب، ثم يتم لفها أو تكديسها لتشكيل قلب البطارية. المواد الأساسية المستخدمة هنا تشمل بشكل رئيسي رقائق النحاس ورقائق الألومنيوم. الكاثود الحالي لبطارية الليثيوم عبارة عن رقائق الألومنيوم، والقطب السالب عبارة عن رقائق النحاس. وذلك لأن النحاس يتأكسد بسهولة في القطب الموجب بقدرة أعلى، كما أن سطح رقائق الألومنيوم يحتوي على طبقة كثيفة. تحمي طبقة الأكسيد الألومنيوم الموجود بالداخل بقدرات عالية. تتحدث هذه المقالة بشكل أساسي عن رقائق النحاس شائعة الاستخدام للأقطاب الكهربائية السالبة.
يتمتع النحاس بقوة ميكانيكية عالية وموصلية كهربائية ممتازة. ويبلغ محتواه في القشرة الأرضية حوالي 0.01%. ويوجد في الغالب على شكل خام النحاس في الطبيعة. يمكن تقسيم رقائق النحاس إلى نحاس إلكتروليتي ونحاس ملفوف وفقًا لطرق التصنيع المختلفة. يتمتع النحاس المدلفن بمرونة جيدة وصعوبة فنية عالية في الإنتاج. ويتطلب تحضيره العديد من العمليات والتكلفة مرتفعة. هناك عدد قليل من الشركات المحلية. الشركات التي تستخدم هذه الطريقة لإنتاج جيد تشمل شركة Olin Brass في الولايات المتحدة، وشركة Nippon Mining اليابانية وغيرها من الشركات.
في الوقت الحاضر، يتم إنتاج معظم رقائق النحاس المستخدمة في مصانع خلايا البطاريات عن طريق التحليل الكهربائي. في عام 1922، اخترع إديسون طريقة رقائق النحاس التحليلية المستمرة وتقدم بطلب للحصول على براءة اختراع. لقد استخدمت أسطوانة معدنية تدور باستمرار مغمورة في إلكتروليت كبريتات النحاس ككاثود ومعدن غير قابل للذوبان مثل الأنود. كانت ولادة هذه الطريقة بمثابة بداية صناعة النحاس الإلكتروليتي. البدء. في عام 1937، وضع مصنع أناكوند للنحاس في الولايات المتحدة براءة اختراع إديسون في ممارسة الإنتاج وأنتج بنجاح رقائق النحاس الإلكتروليتية. طوال تاريخ تطوير رقائق النحاس كهربائيا، يمكننا أن نجد أنها اتبعت دائما اتجاه لوحات الدوائر المطبوعة. مع الاستخدام الواسع النطاق لبطاريات الليثيوم أيون في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، تم إدخال رقائق النحاس الإلكتروليتية إلى مجال جديد مثل الأنود. المجمعات الحالية، مع موصليتها الكهربائية الجيدة، ومقاومتها للسحق والتكلفة المنخفضة، تم الترويج لها بسرعة وتطبيقها على نطاق واسع. الآن مع الترويج على نطاق واسع وتطبيق مركبات الطاقة الجديدة، و5G وتخزين الطاقة، أظهر الطلب على رقائق النحاس كهربائيا انفجارا جديدا.
من أجل زيادة كثافة الطاقة الحجمية لنواة البطارية قدر الإمكان مع ضمان السلامة وأداء الدورة وما إلى ذلك، يحتاج مصمم خلية البطارية إلى تعبئة المزيد من المواد النشطة في غلاف البطارية الأساسي المحدود. أعتقد أن رقائق النحاس المجمعة للتيار السالب قد تتطور في الاتجاهات التالية في المستقبل:
1. رقائق النحاس فائقة الرقة: أصبح هذا الاتجاه الآن واضحًا، من 8um إلى 6um، والآن إلى 4.5um، والذي تقدمه بعض الشركات المصنعة على دفعات صغيرة. ربما سيتم ترقية رقائق النحاس التي يقل حجمها عن 4um إلى الإنتاج الضخم في المستقبل. هذه الوظيفة واضحة أيضًا، وهي زيادة حجم وكثافة الطاقة الجماعية لنواة البطارية قدر الإمكان، ولكن هذا يضع متطلبات أعلى لتصنيع رقائق النحاس والتحكم في طلاء قلب البطارية. بعد كل شيء، كلما كانت رقائق النحاس أرق، كان خطر كسر الشريط أثناء عملية الطلاء أعلى أيضًا.
2. رقائق النحاس المثقبة: أي أنه من خلال التآكل الكيميائي، يتم إنشاء المسام الدقيقة على سطح رقائق النحاس لتقليل وزن الركيزة وزيادة كثافة الطاقة الجماعية لنواة البطارية. من الضروري التحكم في حجم المسام وتحسين نوع النقش. ، الأول هو منع قطر المسام من أن يكون كبيرًا جدًا، مما يجعل من الصعب الحفاظ على ملاط طلاء أحادي الجانب، والآخر هو تقييم تأثير النقش المتبقي على أداء قلب البطارية، مثل الدوران وإنتاج الغاز ، إلخ.
3 رش رقائق النحاس: وهذا يعادل طلاء النحاس على الوجهين على ركيزة بلاستيكية. وهذا لا يحافظ على وظيفة التوصيل الإلكتروني لمجمع التيار فحسب، بل يقلل أيضًا من وزن الركيزة ويحسن كثافة الطاقة الجماعية لنواة البطارية. ومع ذلك، أثناء عملية التصنيع، قد تواجه تحديات عملية مثل الضغط على البارد واللحام.
مع استمرار زيادة معدل تغلغل مركبات الطاقة الجديدة، أصبحت القدرة الإنتاجية الحالية لرقائق النحاس غير كافية على نحو متزايد، وهناك فجوة معينة بين العرض والطلب. ومن المتوقع أن توسع صناعة رقائق النحاس إنتاجها تدريجياً في المستقبل لتلبية طلب السوق على خلايا الطاقة.
ينقسم تحضير رقائق النحاس الإلكتروليتية بشكل أساسي إلى ثلاث خطوات: إذابة النحاس والرقائق الخام والمعالجة السطحية. تتمثل عملية إذابة النحاس في خلط مادة النحاس وحمض الكبريتيك في خزان إذابة النحاس، والتفاعل لتوليد محلول كبريتات النحاس. صيغة التفاعل الكيميائي هي كما يلي:
النحاس + O2 → النحاس
CuO٪2bH2SO4٪e2٪86٪92CuSO٪7b٪7b3٪7d٪7dH2O
أثناء عملية إذابة النحاس، يجب الانتباه إلى التحكم في الغبار في البيئة والمواد الغريبة في سائل المادة الخام لمنع تلطيخ لاحق على سطح رقائق النحاس، مما يسبب بقع غير متساوية. قد يحدث هذا الموقف على رأس القالب أثناء الطلاء، مما يتسبب في كسر الشريط. لذلك، يجب إضافة خطوة ترشيح في هذه الخطوة لتصفية الشوائب الموجودة في المحلول بشكل كامل.
يتم استخدام محلول CuSO4 الذي تم الحصول عليه في عملية إذابة النحاس كإلكتروليت، ويتم استخدام أسطوانة تيتانيوم ذات قطر كبير ككاثود، ويتم استخدام لوحة سبائك الرصاص على شكل قوس كالأنود. من خلال التحكم في معلمات العملية الكهروكيميائية، سوف تترسب أيونات النحاس الموجودة في المحلول عند الكاثود لتشكل طبقة نحاسية مستمرة. من خلال الدوران المستمر لأسطوانة الكاثود، سيتم تقشير رقائق النحاس المترسبة بشكل مستمر إلى لفات للحصول على رقائق خام، كما هو موضح في الشكل التالي:
رقائق النحاس لها جانب خشن وجانب أملس. يكون الجانب الأملس على اتصال مع أسطوانة الكاثود، والجانب الخشن على اتصال مباشر مع المنحل بالكهرباء. صورة SEM هي كما يلي:
نظرًا لأن النحاس عرضة للأكسدة، بعد الحصول على الرقائق الخام، فإنه يحتاج إلى خشونة وطلاء بطبقة حاجزة وطبقة مضادة للأكسدة لتسهيل التخزين والنقل. مخطط العملية المحدد هو كما يلي:
نظرًا للاختلافات في نماذج الخلايا وعمليات الإنتاج لمختلف الشركات المصنعة، مثل اللف والتصفيح، فمن الصعب أن يكون للمادة الأساسية من النحاس ورقائق الألومنيوم عرضًا واحدًا عالميًا لمختلف الشركات المصنعة، لذلك من الضروري قطعها إلى مؤسسات أثناء عملية التقطيع. العرض المحدد المطلوب.
