Anódanyag-útmutató: Tisztasági fokozatok, fémek és beszerzési ellenőrzések a cellákhoz

Egy beszerző mérnök aláír egy 300 kg-os rézfóliát. Két nappal később nem sikerül a beérkező ellenőrzés: vasat 18 ppm-nél a 10 ppm-es mennyezethez képest, oxigént 22 ppm-nél 8 ppm-hez képest. A tanúsítványon az anyag 99,99%-os tisztaságú. Továbbra sem tud rákerülni a bevonatsorra.

A dokumentumra nyomtatott minőség és az üzembe ténylegesen beérkező szennyeződési profil közötti rés az egész probléma az anódanyag-beszerzésben. Először is a következtetés: az anódoldali fémek esetében a hozamot meghatározó szám nem a fő tisztasági százalék. Az egyes nyomelem határértékek, az ezek megerősítésére használt analitikai módszer és a folyamatszabályozás az, ami ezeket tételenként tartja stabilan.

Az alábbiakban bemutatjuk, hogy hol helyezkednek el az ultranagy tisztaságú fémek a lítium-ion cellákban, az elektrokémiai anódokban és az elektrolitkondenzátorokban, amelyek mindegyikénél reálisak, valamint azokra az ellenőrzésekre, amelyek megakadályozzák, hogy egy minősített anyag elsodródjon az előírásoktól.

Anód anyaga: egy kifejezés, három különböző adatlap

Kérjen meg öt mérnököt, hogy határozzák meg az anódanyagot, és legalább három választ fog összegyűjteni, mindegyiket egy másik beszerzési rendeléshez csatolva. A szó funkciót ír le, nem anyagosztályt. A rossz definíció elleni vásárlás az egyik drágább hiba ebben a kategóriában, mert egy kondenzátor anódra írt specifikáció szinte semmit nem mond az akkumulátor áramgyűjtőről.

• Akkumulátor anód aktív anyag — grafit, kemény szén, szilícium-szén kompozitok, lítium-titanát (LTO) és titán-nióbium-oxid (TiNb2O7). A tisztasági követelmények a fém prekurzorokra vonatkoznak, nem a kész fémrészekre.
• Elektrokémiai anódok — titán lemez, háló vagy cső kevert fém-oxid bevonattal, amelyet galvanizáláshoz, katódos védelemhez, vízkezeléshez és klóralkáli szolgáltatáshoz használnak. A lényeg az alapfelület tisztasága, síksága és a bevonat tapadása.
• Kondenzátor anódok — szinterezett tantál vagy nióbium portestek szilárd elektrolit kondenzátorokban. A mérőszámok a grammonkénti kapacitás, az oxigén- és széntartalom, valamint a szinterezés közbeni zsugorodás.

Ahol valójában fém található a lítium-ion anódban

A kereskedelmi forgalomban kapható lítium-ion cellában az aktív anyag szén vagy szén-szilícium keverék. A fém minden, ami körülötte van, és ez is pontosan meghatározott.

Az anódáram-gyűjtő rézfólia, általában 6–9 µm vastag, nagy energiájú kialakítással, amely 4,5–6 µm felé nyomódik. Ezen a mérőeszközön a fóliát általában 4N-re (99,99%) határozzák meg, az oxigéntartalom 5-8 ppm alatt van, és az egyes elemek, például a vas és a kén, az alacsony egyjegyű számjegyekkel zárva. Ha 15 ppm vas szállítása közben eléri a teljes szennyeződés határértékét, az továbbra is bemarja a lyukakat, elveszíti a tapadást a bevonat határfelületén, és a tekercselés során elszakad az élek mentén.

A nikkel fülekben, nikkelezett rézben és a magas hőmérsékletű cellákhoz készült speciális fóliákban jelenik meg. A titán hálóként, filcként vagy lemezként jelenik meg, amikor a korrózióállóság fontosabb, mint a vezetőképesség – például savas elektrolitokban futó elektródákban vagy elektrolitikus cellákban, ahol ugyanaz a titán rész működik munkaanódként.

A vékonyréteg- és szilárdtest-előhívás vákuumlépcsőt ad. A mag- és áramgyűjtő rétegek lerakására használt rézporlasztásos célpontokat a cél tisztasága, szemcsemérete és oxigéntartalma alapján ítélik meg, mivel ezek a változók befolyásolják a film ellenállását és a részecskeképződést az aljzaton.

Nagy tisztaságú réz porlasztó célpontok PVD vékony filmekhez Nagy tisztaságú rézporlasztási célpontok PVD mag- és áramgyűjtő rétegekhez, 99,999–99,9999%-os tisztaságot és testreszabható méreteket kínálnak a bevonóberendezésekhez. Termék megtekintése →

Ezen anyagok iránti kereslet egy maroknyi mennyiségben összpontosul új energetikai alkalmazások , ahol egyetlen specifikáción kívüli elem egy teljes műszakon keresztül üresjáratba tud bocsátani egy bevonósort.

Tisztasági fokozatok: amit a 3N, 4N és 5N valójában ígér

A tisztasági fokozat a teljes szennyeződés felső határának rövidítése, és a gyorsírás százszoros különbségeket rejt.

• A 3N 99,9%-ban fémet jelent, vagy akár 1000 ppm-et minden másból.
• A 3N5 99,95%-ot jelent, 500 ppm-ig.
• A 4N 99,99%-ot jelent, 100 ppm-ig.
• A 4N5 99,995%-ot jelent, 50 ppm-ig.
• Az 5N 99,999%-ot jelent, 10 ppm-ig.

A csapda az, hogy a 4N tanúsítvány csak a teljes 100 ppm alatti maradást ígér. A 60 ppm vasat, 20 ppm oxigént és 15 ppm ként tartalmazó tétel kielégíti a 4N-t, és még mindig használhatatlan vékony rézfóliához. Az anódoldali beszerzés ezért elemspecifikus határértékeket, valamint az egyes számok mögött meghúzódó analitikai módszereket igényel.

Az ICP-OES a rutin fémnyomokat nagyjából 1 ppm-ig kezeli. Az ICP-MS eléri a ppb tartományt, és a szokásos eszköz a 4N5 és a feletti verziókhoz. Az izzítókisülési tömegspektrometria 5N anyagot igazol, míg az égetési technikák oxigént, nitrogént, hidrogént, szenet és ként mérnek – azokat az intersticiális elemeket, amelyeket a szabványos nyomfém panelek teljesen figyelmen kívül hagynak.

Titán és nióbium: fémek a nagy teljesítményű anódok mögött

Két kémia árulja az energiasűrűséget a sebességgel és a ciklus élettartamával, és mindkettő a titántól és a nióbiumtól függ: a lítium-titanát (Li4Ti5O12, LTO) és a titán-nióbium-oxid (TiNb2O7), valamint az egyszerűbb nióbium-pentoxid út.

Az LTO egy lapos 1,55 V-os platóval, 175 mAh/g körüli gyakorlati kapacitással és közel nulla rácsfeszültséggel rendelkező spinel, ezért túlél több tízezer ciklust. Prekurzorának – a titán-dioxidnak vagy a titánpornak – alacsony szinten kell tartania a vasat, nióbiumot és a maradék alkálifémeket, mert ezek a szennyeződések a spinellrácsban ülnek és növelik az impedanciát.

A nióbium-pentoxid nagyjából 180-200 mAh/g teljesítményt biztosít biztonságos működési ablakkal és nagy sebességgel. A TiNb2O7 tovább megy, elméleti kapacitása közel 387 mAh/g, de fémeket is fogyaszt, és következetes oxigénszabályozást igényel a nióbium alapanyagban. A gyakorlati ellátási lánc a nióbium rúdtól a hidridezésen és őrlésen át a porig és az oxidig tart, így a tuskó tisztasága megadja a talajt mindennek, ami az áramlás irányában történik. Megértés a nióbium szerepe a csúcstechnológiás iparágakban segít megmagyarázni, hogy a 3N5 és 4N nióbium miért magasabb árfekvésű a hagyományos vasötvözetekhez képest.

Nagy tisztaságú titán por AM, MIM és porlasztó célpontokhoz Nagy tisztaságú titánpor additív gyártáshoz, MIM-hez és porlasztási célokhoz, testreszabható részecskemérettel és 99,8–99,99%-os tisztasággal a fejlett gyártáshoz. Termék megtekintése →

Tantál és nióbium anód anyagok kondenzátorokban

Egy szilárd elektrolit kondenzátorban az anód porózus, szinterezett tantálpor pellet, ami azt jelenti, hogy a por az alkatrész. Egy tipikus specifikáció 99,95-99,99% tantált, meghatározott sávon belül szabályozott oxigént, alacsony széntartalékot, valamint megegyezett részecskeméret-eloszlást és Scott-sűrűséget ír elő. A vásárlók összehasonlítják a grammonkénti kapacitást, a szinterezés utáni zsugorodást és a szivárgó áramot a kész alkatrészben, egyetlen tisztasági adatot sem.

A nióbium és nióbium-oxid anódok az alacsonyabb költségű alternatívák. A nióbium nagyjából fele olyan sűrű, mint a tantál, így kevesebb grammra van szükség alkatrészenként, és az oxidanódok elnézőbbek a magas hőmérsékletű visszafolyásnál. A kompromisszum a szorosabb oxigénszabályozás a szinterezés során, mivel a felesleges oxigén szivárgási árammá alakul. Bármelyik útvonalat is választja a kondenzátorgyártó, az a nagy tisztaságú tuskóval kezdődik, amelyet porrá alakítanak át, és az öntvény intersticiális profilja követi a port egészen a kész anódig.

Nagy tisztaságú nióbium öntvény félvezetőkhöz és szuperötvözetek számára Nagy tisztaságú, 99,99%-os nióbium rúd félvezető porlasztó céltárgyak, tégelyek, szuperötvözetek és szupravezető ötvözetek számára, 400 mm-es méretig és 2 metrikus tonnáig. Termék megtekintése →

Beszerzési ellenőrzőlista, amely megakadályozza a tételek elutasítását

A legtöbb anód-fém vita egy olyan specifikációra vezethető vissza, amelyet egy százalék körül írtak, nem pedig a hibamód körül. Nyolc elem zárja be ezt a rést.

1. Írjon elemspecifikus határértékeket a vasra, nikkelre, krómra, kénre és kloridra, ne csak az összes szennyeződés felső határát.
2. Nevezze meg az analitikai módszert és az egyes elemekhez szükséges kimutatási határt!
3. Adja meg a réz, titán és nióbium intersticiális elemeit – oxigén, nitrogén, hidrogén, szén és kén.
4. A mérettűréseket külön állítsa be: vastagság plusz-mínusz 5%, plusz szélesség, dőlésszög és felületi érdesség, ahol releváns.
5. A porok esetében minden tanúsítványon meg kell adni a részecskeméret-eloszlást, a Scott-sűrűséget és az oxigéntartalmat.
6. Megkövetel egy tételenkénti elemzési tanúsítványt, amely egy hő-, olvadék- vagy tuskószámra vezethető vissza.
7. Erősítse meg a folyamat útját – az elektrolízis, a vákuum-indukciós olvasztás, az elektronsugaras olvasztás vagy a vákuumíves újraolvasztás mindegyik más-más maradékot hagy maga után.
8. Ellenőrizze a minőségbiztosítási rendszert: ISO9001 alaphelyzetben, IATF16949, ha az anyag egy autóakkumulátor-programot táplál, és állapodjon meg a csomagolásban és az eltarthatósági időben, mert a titán és nióbium felületek felszívják az oxigént a tárolás során.

Ábra: a bejövő ellenőrzés során talált anód-fém-elutasítások tipikus eloszlása.

Gyakran ismételt kérdések az anód anyagával kapcsolatban

Mindig jobb a magasabb tisztasági fokozat az anódanyaghoz?

No. Grade válaszol a teljes tisztátalanság kérdésére; a hibamód általában egy vagy két elemtől függ. Az 5 ppm alatti oxigéntartalmú 4 N réz teljesítménye jobb lesz, mint a névleges 5 N réz instabil oxigénnel és kénnel, mivel a tűlyukakat és a tapadási veszteséget ezek a specifikus elemek, nem pedig az összesség okozzák.

Mi a gyakorlati különbség a 4N és a 4N5 réz között?

Körülbelül kétszerese az összes szennyeződés felső határának: 100 ppm szemben az 50 ppm-mel. A 6 µm-nél vékonyabb fóliáknál gyakran ez a különbség dönti el, hogy egy bejövő tétel átmegy-e, mert a vastagság csökkenésével ugyanaz az abszolút vasszint adja a fólia keresztmetszetének nagyobb részét.

Milyen fémet használnak az anódáram-gyűjtőhöz?

Réz szinte minden lítium-ion kivitelben, nikkelezett réz a fülekhez, és titán háló vagy lemez, ahol a korrózióállóság meghaladja a vezetőképességet. Grafit aktív anyag ül a tetején; az alatta lévő fémnek meg kell tartania ellenállását és felületi minőségét a bevonat, szárítás, kalanderezés és tekercselés révén.

Hogyan történik a tisztaság ellenőrzése a leszállított tételen?

A fémnyomok ICP-MS-en vagy ICP-OES-en alapuló, tételenkénti elemzési tanúsítványon, valamint oxigén-, nitrogén-, hidrogén-, szén- és kén-elemzésen, valamint a visszatartott minták független ellenőrzésén keresztül. A dedikált tisztasági vizsgálati szolgáltatást kínáló beszállítók jelentősen lerövidítik ezt az ellenőrzési lépést.

A Ningbo Chuangrun New Materials 2012 óta foglalkozik ultranagy tisztaságú fémek tisztításával, olvasztásával, öntésével és feldolgozásával, öt gyártóbázissal, mintegy 40 kohászati ​​szakemberből álló csapattal és több mint 60 bejegyzett technológiai szabadalommal. A termékskála titánt, nikkelt, rézt, nióbumot, kobaltot, tantált, molibdént és ötvözeteket foglal magában kristály, ingot, por, szivacs, lemez, rúd, cső és cél formájú, ISO9001 és IATF16949 minőségbiztosítási rendszerekkel és dedikált tisztasági vizsgálati szolgáltatással támogatva.

Ha anódoldali fémeket ad meg, és szeretné, hogy az elemenkénti szennyeződési profilt a szállítás előtt megerősítsék, nem pedig utána, küldje el a specifikációt a csapatnak, és kérjen tételszintű elemzést a saját határaihoz képest.