คู่มือวัสดุแอโนด: เกรดความบริสุทธิ์ โลหะ และการตรวจสอบการจัดหาเซลล์

วิศวกรฝ่ายจัดซื้อลงนามในฟอยล์ทองแดงจำนวน 300 กิโลกรัม สองวันต่อมา ไม่ผ่านการตรวจสอบขาเข้า: รีดที่ 18 ppm เทียบกับเพดาน 10 หน้าต่อนาที ออกซิเจนที่ 22 ppm เทียบกับ 8 ppm ในใบรับรองวัสดุมีความบริสุทธิ์ 99.99% ยังไม่สามารถเข้าสู่สายเคลือบได้

ช่องว่างระหว่างเกรดที่พิมพ์บนเอกสารและโปรไฟล์สิ่งเจือปนที่มาถึงโรงงานจริงๆ นั้นเป็นปัญหาทั้งหมดในการจัดหาวัสดุแอโนด ข้อสรุปประการแรก: สำหรับโลหะด้านแอโนด ตัวเลขที่กำหนดผลผลิตไม่ใช่เปอร์เซ็นต์ความบริสุทธิ์ของข้อความพาดหัว เป็นขีดจำกัดขององค์ประกอบการติดตามแต่ละรายการ วิธีการวิเคราะห์ที่ใช้ในการยืนยัน และการควบคุมกระบวนการที่ทำให้มีความเสถียรจากล็อตหนึ่งไปอีกล็อต

สิ่งต่อไปนี้ครอบคลุมถึงการที่โลหะที่มีความบริสุทธิ์สูงพิเศษอยู่ในเซลล์ลิเธียมไอออน แอโนดเคมีไฟฟ้า และตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้า ซึ่งมีเกรดตามความเป็นจริงสำหรับแต่ละรายการ และการตรวจสอบที่หยุดยั้งวัสดุที่ผ่านการรับรองไม่ให้หลุดลอยไปจากข้อมูลจำเพาะ

วัสดุแอโนด: หนึ่งเทอม สามแผ่นข้อมูลจำเพาะที่แตกต่างกัน

ขอให้วิศวกรห้าคนกำหนดวัสดุแอโนด และคุณจะรวบรวมคำตอบอย่างน้อยสามคำตอบ โดยแต่ละคำตอบจะแนบไปกับใบสั่งซื้อที่แตกต่างกัน คำนี้อธิบายถึงฟังก์ชัน ไม่ใช่คลาสวัสดุ การซื้อโดยเทียบกับคำจำกัดความที่ไม่ถูกต้องถือเป็นหนึ่งในข้อผิดพลาดที่มีราคาแพงกว่าในหมวดหมู่นี้ เนื่องจากข้อกำหนดที่เขียนขึ้นสำหรับขั้วบวกของตัวเก็บประจุไม่ได้กล่าวถึงตัวสะสมกระแสไฟฟ้าของแบตเตอรี่เลย

• วัสดุที่ใช้งานขั้วบวกของแบตเตอรี่ — กราไฟท์ คาร์บอนแข็ง คอมโพสิตซิลิคอนคาร์บอน ลิเธียมไททาเนต (แอลทีโอ) และไทเทเนียมไนโอเบียมออกไซด์ (TiNb2O7) ข้อกำหนดด้านความบริสุทธิ์ใช้กับสารตั้งต้นที่เป็นโลหะ ไม่ใช่กับชิ้นส่วนโลหะที่เสร็จแล้ว
• แอโนดเคมีไฟฟ้า — แผ่นไทเทเนียม ตาข่าย หรือท่อที่เคลือบโลหะผสมออกไซด์ ใช้ในการชุบด้วยไฟฟ้า การป้องกันแคโทดิก การบำบัดน้ำ และบริการคลอร์อัลคาไล สิ่งสำคัญคือความบริสุทธิ์ของพื้นผิว ความเรียบ และการยึดเกาะของสารเคลือบ
• ขั้วบวกของตัวเก็บประจุ — แทนทาลัมเผาหรือตัวผงไนโอเบียมภายในตัวเก็บประจุไฟฟ้าแข็ง หน่วยเมตริกได้แก่ ความจุต่อกรัม ปริมาณออกซิเจนและคาร์บอน และการหดตัวระหว่างการเผาผนึก

ตำแหน่งที่โลหะอยู่ภายในแอโนดลิเธียมไอออนจริงๆ

ในเซลล์ลิเธียมไอออนเชิงพาณิชย์ วัสดุออกฤทธิ์คือคาร์บอนหรือคาร์บอนผสมซิลิคอน โลหะคือทุกสิ่งที่อยู่รอบๆ และมีการระบุไว้อย่างแน่นหนา

ตัวสะสมกระแสแอโนดคือฟอยล์ทองแดง ซึ่งปกติจะมีความหนา 6 ถึง 9 µm โดยมีการออกแบบที่มีพลังงานสูงดันไปที่ 4.5 ถึง 6 µm ที่เกจนั้น ฟอยล์มักจะระบุที่ 4N (99.99%) โดยมีออกซิเจนต่ำกว่า 5 ถึง 8 ppm และองค์ประกอบแต่ละอย่าง เช่น เหล็กและซัลเฟอร์ปกคลุมไปด้วยตัวเลขหลักเดียวที่ต่ำ ล็อตที่ถึงขีดจำกัดสิ่งเจือปนทั้งหมดในขณะที่บรรทุกเหล็ก 15 ppm จะยังคงกัดเข้าไปในรูเข็ม สูญเสียการยึดเกาะที่ส่วนเคลือบ และฉีกขาดตามขอบระหว่างการพันขดลวด

นิกเกิลปรากฏในแถบ ในทองแดงชุบนิกเกิล และในฟอยล์ชนิดพิเศษสำหรับเซลล์ที่มีอุณหภูมิสูง ไทเทเนียมจะปรากฏเป็นตาข่าย ผ้าสักหลาด หรือแผ่นเมื่อความต้านทานการกัดกร่อนมีความสำคัญมากกว่าการนำไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น ในอิเล็กโทรดที่ทำงานในอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นกรด หรือในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ที่ส่วนไทเทเนียมเดียวกันทำหน้าที่เป็นแอโนดที่ใช้งานได้

การพัฒนาฟิล์มบางและโซลิดสเตตเพิ่มขั้นตอนสุญญากาศ เป้าหมายการสปัตเตอร์ด้วยทองแดงที่ใช้ในการสะสมเมล็ดและชั้นสะสมกระแสไฟฟ้าจะถูกตัดสินจากความบริสุทธิ์ของเป้าหมาย ขนาดเกรน และปริมาณออกซิเจน เนื่องจากตัวแปรเหล่านี้จะขับเคลื่อนความต้านทานของฟิล์มและการสร้างอนุภาคบนพื้นผิว

เป้าหมายการสปัตเตอร์ทองแดงที่มีความบริสุทธิ์สูงสำหรับฟิล์มบาง PVD เป้าหมายการสปัตเตอร์ทองแดงที่มีความบริสุทธิ์สูงสำหรับเมล็ด PVD และชั้นตัวสะสมกระแส ซึ่งมีความบริสุทธิ์ 99.999–99.9999% และขนาดที่ปรับแต่งได้สำหรับอุปกรณ์การเคลือบ ดูผลิตภัณฑ์ →

ความต้องการวัสดุเหล่านี้กระจุกตัวอยู่ในไม่กี่แห่ง การประยุกต์ใช้พลังงานใหม่ โดยที่องค์ประกอบที่ไม่ตรงตามข้อกำหนดเพียงชิ้นเดียวสามารถเดินเดินสายเคลือบได้ตลอดกะการทำงาน

เกรดความบริสุทธิ์: สิ่งที่ 3N, 4N และ 5N สัญญาไว้จริง ๆ

เกรดความบริสุทธิ์คือชวเลขสำหรับเพดานสิ่งเจือปนทั้งหมด และชวเลขซ่อนความแตกต่างเป็นร้อยเท่า

• 3N หมายถึงโลหะ 99.9% หรือสูงถึง 1,000 แผ่นต่อนาที ของอย่างอื่นทั้งหมด
• 3N5 หมายถึง 99.95% สูงถึง 500 แผ่นต่อนาที
• 4N หมายถึง 99.99% สูงถึง 100 แผ่นต่อนาที
• 4N5 หมายถึง 99.995% สูงถึง 50 แผ่นต่อนาที
• 5N หมายถึง 99.999% สูงถึง 10 ppm

กับดักคือใบรับรอง 4N สัญญาว่าปริมาณทั้งหมดจะอยู่ต่ำกว่า 100 ppm เท่านั้น ล็อตที่มีเหล็ก 60 ppm ออกซิเจน 20 ppm และกำมะถัน 15 ppm จะให้ค่า 4N และยังคงใช้กับฟอยล์ทองแดงบางไม่ได้ การจัดซื้อด้านแอโนดจำเป็นต้องมีขีดจำกัดเฉพาะองค์ประกอบ บวกกับคำชี้แจงของวิธีการวิเคราะห์ที่อยู่ด้านหลังแต่ละตัวเลข

ICP-OES จัดการโลหะปริมาณน้อยตามปกติเหลือเพียงประมาณ 1 ppm ไอซีพี-เอ็มเอส เข้าถึงช่วง ppb และเป็นเครื่องมือปกติสำหรับ 4N5 ขึ้นไป สเปกโตรมิเตอร์มวลสารเรืองแสงจะตรวจสอบวัสดุ 5N ในขณะที่เทคนิคการเผาไหม้จะวัดออกซิเจน ไนโตรเจน ไฮโดรเจน คาร์บอน และซัลเฟอร์ ซึ่งเป็นองค์ประกอบคั่นกลางที่แผงโลหะร่องรอยมาตรฐานมองข้ามไปโดยสิ้นเชิง

ไทเทเนียมและไนโอเบียม: โลหะเบื้องหลังแอโนดอัตราสูง

เคมีสองชนิดแลกความหนาแน่นของพลังงานเพื่ออัตราความสามารถและอายุการใช้งานของวงจร และทั้งสองอย่างขึ้นอยู่กับไทเทเนียมและไนโอเบียม: ลิเธียมไททาเนต (Li4Ti5O12 หรือที่รู้จักในชื่อ LTO) และไทเทเนียมไนโอเบียมออกไซด์ (TiNb2O7) บวกกับเส้นทางไนโอเบียมเพนทอกไซด์ที่ง่ายกว่า

LTO เป็นสปิเนลที่มีแรงดันไฟฟ้าคงที่ 1.55 V มีความจุในการใช้งานจริงประมาณ 175 mAh/g และความเครียดของโครงตาข่ายที่เกือบเป็นศูนย์ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงสามารถอยู่รอดได้นับหมื่นรอบ สารตั้งต้น — ไทเทเนียมไดออกไซด์หรือผงไทเทเนียม — จะต้องกักเก็บเหล็ก ไนโอเบียม และโลหะอัลคาไลที่ตกค้างในระดับต่ำ เนื่องจากสิ่งสกปรกเหล่านั้นนั่งอยู่ในตาข่ายสปิเนลและเพิ่มความต้านทาน

ไนโอเบียมเพนทอกไซด์ให้พลังงานประมาณ 180 ถึง 200 mAh/g โดยมีกรอบเวลาการทำงานที่ปลอดภัยและประสิทธิภาพในอัตราที่สูง TiNb2O7 ก้าวไปอีกขั้นด้วยความจุตามทฤษฎีใกล้ 387 mAh/g แต่ใช้ทั้งโลหะและต้องการการควบคุมออกซิเจนอย่างสม่ำเสมอในวัตถุดิบตั้งต้นไนโอเบียม ห่วงโซ่อุปทานที่ใช้งานจริงเริ่มต้นจากแท่งไนโอเบียม ผ่านการไฮไดรด์และการโม่ ไปจนถึงผงและออกไซด์ ดังนั้นความบริสุทธิ์ของแท่งโลหะจึงเป็นรากฐานสำหรับทุกสิ่งที่อยู่ปลายน้ำ ความเข้าใจ บทบาทของไนโอเบียมในอุตสาหกรรมเทคโนโลยีชั้นสูง ช่วยอธิบายว่าทำไมไนโอเบียม 3N5 และ 4N จึงมีราคาแพงกว่าเกรดเฟอร์โรอัลลอยด์ทั่วไป

ผงไทเทเนียมความบริสุทธิ์สูงสำหรับเป้าหมาย AM, MIM และสปัตเตอร์ ผงไทเทเนียมความบริสุทธิ์สูงสำหรับการผลิตแบบเติมเนื้อ MIM และเป้าหมายการสปัตเตอร์ พร้อมขนาดอนุภาคที่ปรับแต่งได้และความบริสุทธิ์ 99.8–99.99% สำหรับการผลิตขั้นสูง ดูผลิตภัณฑ์ →

วัสดุแทนทาลัมและไนโอเบียมแอโนดในตัวเก็บประจุ

ในตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าแบบแข็ง แอโนดจะเป็นเม็ดผงแทนทาลัมเผาผนึกที่มีรูพรุน ซึ่งหมายความว่าผงนั้นเป็นส่วนประกอบ ข้อกำหนดทั่วไปกำหนดให้ใช้แทนทาลัม 99.95% ถึง 99.99% ควบคุมออกซิเจนภายในแถบที่กำหนด คาร์บอนอยู่ในระดับต่ำ และการกระจายขนาดอนุภาคที่ตกลงกันและความหนาแน่นของสก็อตต์ ผู้ซื้อจะเปรียบเทียบความจุต่อกรัม การหดตัวหลังการเผาผนึก และกระแสรั่วไหลในชิ้นงานที่เสร็จแล้ว ไม่ใช่ค่าความบริสุทธิ์เพียงค่าเดียว

แอโนดไนโอเบียมและไนโอเบียมออกไซด์เป็นทางเลือกที่มีต้นทุนต่ำกว่า ไนโอเบียมมีความหนาแน่นประมาณครึ่งหนึ่งของแทนทาลัม ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้กรัมน้อยลงต่อชิ้นส่วน และแอโนดออกไซด์จะให้อภัยได้มากกว่าในการไหลกลับที่อุณหภูมิสูง ข้อเสียคือการควบคุมออกซิเจนที่เข้มงวดมากขึ้นในระหว่างการเผา เนื่องจากออกซิเจนส่วนเกินจะแปลงเป็นกระแสรั่วไหล ไม่ว่าผู้ผลิตตัวเก็บประจุจะเลือกเส้นทางใดก็ตาม มันจะเริ่มต้นด้วยแท่งโลหะที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งถูกแปลงเป็นผง และโปรไฟล์คั่นระหว่างหน้าของแท่งโลหะจะติดตามผงไปจนถึงขั้วบวกที่เสร็จแล้ว

แท่งไนโอเบียมความบริสุทธิ์สูงสำหรับเซมิคอนดักเตอร์และซูเปอร์อัลลอย แท่งไนโอเบียมความบริสุทธิ์สูง 99.99% สำหรับเป้าหมายสปัตเตอร์เซมิคอนดักเตอร์ ถ้วยใส่ตัวอย่าง ซูเปอร์อัลลอย และโลหะผสมตัวนำยิ่งยวด ด้วยขนาดสูงสุด 400 มม. และ 2 เมตริกตัน ดูผลิตภัณฑ์ →

รายการตรวจสอบการจัดซื้อจัดจ้างที่ป้องกันการปฏิเสธล็อต

ข้อโต้แย้งเกี่ยวกับโลหะแอโนดส่วนใหญ่จะย้อนกลับไปที่ข้อกำหนดที่เขียนเป็นเปอร์เซ็นต์แทนที่จะเป็นโหมดความล้มเหลว แปดรายการปิดช่องว่างนั้น

1. เขียนขีดจำกัดเฉพาะองค์ประกอบสำหรับเหล็ก นิกเกิล โครเมียม ซัลเฟอร์ และคลอไรด์ ไม่ใช่แค่เพดานสิ่งเจือปนทั้งหมด
2. ตั้งชื่อวิธีการวิเคราะห์และขีดจำกัดการตรวจจับที่จำเป็นสำหรับแต่ละองค์ประกอบ
3. ระบุองค์ประกอบคั่นระหว่างหน้า เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน ไฮโดรเจน คาร์บอน และซัลเฟอร์ สำหรับทองแดง ไทเทเนียม และไนโอเบียม
4. ตั้งค่าพิกัดความเผื่อของขนาดแยกกัน: ความหนาภายในบวกหรือลบ 5% บวกกับความกว้าง แคมเบอร์ และความหยาบของพื้นผิวที่เกี่ยวข้อง
5. สำหรับผง ต้องมีการกระจายขนาดอนุภาค ความหนาแน่นของสก็อตต์ และปริมาณออกซิเจนในทุกใบรับรอง
6. ต้องมีใบรับรองการวิเคราะห์ต่อล็อตที่ตรวจสอบย้อนกลับไปยังหมายเลขความร้อน หลอมเหลว หรือแท่งโลหะได้
7. ยืนยันเส้นทางกระบวนการ — อิเล็กโทรไลซิส การหลอมด้วยการเหนี่ยวนำสุญญากาศ การหลอมลำแสงอิเล็กตรอน หรือการหลอมอาร์กสุญญากาศ แต่ละครั้งจะทิ้งลายเซ็นที่เหลือไว้แตกต่างกัน
8. ตรวจสอบระบบคุณภาพ: ISO9001 เป็นพื้นฐาน, IATF16949 หากวัสดุป้อนโปรแกรมแบตเตอรี่รถยนต์ และตกลงเรื่องบรรจุภัณฑ์และอายุการเก็บรักษาเนื่องจากพื้นผิวไทเทเนียมและไนโอเบียมรับออกซิเจนในการจัดเก็บ

แผนภูมิ: การกระจายโดยทั่วไปของการปฏิเสธแอโนด-โลหะที่พบในการตรวจสอบที่เข้ามา

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับวัสดุแอโนด

เกรดความบริสุทธิ์ที่สูงกว่าจะดีกว่าเสมอสำหรับวัสดุแอโนดหรือไม่?

ไม่ เกรดตอบคำถามที่ไม่บริสุทธิ์ทั้งหมด โหมดความล้มเหลวมักจะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบหนึ่งหรือสององค์ประกอบ ทองแดง 4N ที่มีออกซิเจนต่ำกว่า 5 ppm จะดีกว่าทองแดง 5N ที่ระบุซึ่งมีออกซิเจนและกำมะถันที่ไม่เสถียร เนื่องจากรูเข็มและการสูญเสียการยึดเกาะถูกขับเคลื่อนโดยองค์ประกอบเฉพาะเหล่านั้นมากกว่าโดยทั้งหมด

อะไรคือความแตกต่างในทางปฏิบัติระหว่างทองแดง 4N และ 4N5?

ประมาณปัจจัยสองในเพดานความไม่บริสุทธิ์ทั้งหมด: 100 ppm เทียบกับ 50 ppm สำหรับฟอยล์ที่บางกว่า 6 µm ความแตกต่างนั้นมักจะตัดสินว่าล็อตที่เข้ามาจะผ่านหรือไม่ เนื่องจากระดับเหล็กสัมบูรณ์ที่เท่ากันจะสร้างส่วนแบ่งพื้นที่หน้าตัดของฟอยล์ที่มากขึ้นเมื่อความหนาลดลง

โลหะชนิดใดที่ใช้สำหรับตัวสะสมกระแสแอโนด

ทองแดงในการออกแบบลิเธียมไอออนเกือบทุกแบบ ทองแดงชุบนิกเกิลสำหรับแท็บ และตาข่ายหรือแผ่นไทเทเนียมที่ความต้านทานการกัดกร่อนมีค่ามากกว่าการนำไฟฟ้า วัสดุแอคทีฟกราไฟท์อยู่ด้านบน โลหะที่อยู่ด้านล่างยังคงต้องรักษาความต้านทานและคุณภาพพื้นผิวไว้ด้วยการเคลือบ การทำแห้ง การรีด และการม้วน

มีการตรวจสอบความบริสุทธิ์ในล็อตที่ส่งมอบอย่างไร

ผ่านใบรับรองการวิเคราะห์ต่อล็อตตาม ICP-MS หรือ ICP-OES สำหรับโลหะปริมาณน้อยและการวิเคราะห์การเผาไหม้สำหรับออกซิเจน ไนโตรเจน ไฮโดรเจน คาร์บอน และซัลเฟอร์ รวมถึงการตรวจสอบตัวอย่างที่เก็บไว้โดยอิสระ ซัพพลายเออร์ที่นำเสนอบริการทดสอบความบริสุทธิ์โดยเฉพาะจะทำให้ขั้นตอนการตรวจสอบยืนยันนั้นสั้นลงมาก

Ningbo Chuangrun New Materials ดำเนินการทำให้บริสุทธิ์ หลอม หล่อ และแปรรูปโลหะที่มีความบริสุทธิ์สูงพิเศษมาตั้งแต่ปี 2555 โดยดำเนินงานจากฐานการผลิต 5 แห่ง พร้อมด้วยทีมงานผู้เชี่ยวชาญด้านโลหะวิทยาประมาณ 40 คน และสิทธิบัตรเทคโนโลยีที่จดทะเบียนมากกว่า 60 ฉบับ กลุ่มผลิตภัณฑ์ครอบคลุมไทเทเนียม นิกเกิล ทองแดง ไนโอเบียม โคบอลต์ แทนทาลัม โมลิบดีนัม และโลหะผสมในคริสตัล แท่งโลหะ ผง ฟองน้ำ แผ่น แท่ง ท่อ และชิ้นงานเป้าหมาย รองรับโดยระบบคุณภาพ ISO9001 และ IATF16949 และบริการทดสอบความบริสุทธิ์โดยเฉพาะ

หากคุณกำลังระบุโลหะด้านแอโนดและต้องการให้โปรไฟล์สิ่งเจือปนทีละองค์ประกอบได้รับการยืนยันก่อนจัดส่ง แทนที่จะส่งในภายหลัง ให้ส่งข้อมูลจำเพาะไปยังทีมงานและขอการวิเคราะห์ในระดับล็อตโดยเทียบกับขีดจำกัดของคุณเอง