Vodič za anodne materijale: stupnjevi čistoće, metali i provjere izvora za ćelije

Inženjer nabave potpisuje partiju od 300 kg bakrene folije. Dva dana kasnije ne prolazi dolaznu inspekciju: željezo na 18 ppm prema gornjoj granici od 10 ppm, kisik na 22 ppm nasuprot 8 ppm. Na certifikatu materijal je 99,99% čistoće. Još uvijek ne može ići na liniju za premazivanje.

Taj jaz između stupnja otisnutog na dokumentu i profila nečistoće koji stvarno stiže u tvornicu cijeli je problem u nabavi anodnog materijala. Prvi zaključak: za metale na strani anode, broj koji odlučuje o prinosu nije glavni postotak čistoće. Ograničenja pojedinačnih elemenata u tragovima, analitička metoda koja se koristi za njihovu potvrdu i kontrola procesa su ono što ih održava stabilnima od serije do serije.

Ono što slijedi pokriva gdje se metali ultravisoke čistoće nalaze u litij-ionskim ćelijama, elektrokemijskim anodama i elektrolitskim kondenzatorima, koji su stupnjevi realni za svaki od njih i provjere koje sprječavaju da kvalificirani materijal izađe iz specifikacija.

Materijal anode: jedan termin, tri različite specifikacije

Zamolite pet inženjera da definiraju anodni materijal i prikupit ćete najmanje tri odgovora, svaki priložen uz drugu narudžbenicu. Riječ opisuje funkciju, a ne klasu materijala. Kupnja protiv pogrešne definicije jedna je od skupljih pogrešaka u ovoj kategoriji, jer specifikacija napisana za anodu kondenzatora ne govori gotovo ništa o kolektoru struje baterije.

• Aktivni materijal anode baterije — grafit, tvrdi ugljik, kompoziti silicij-ugljik, litij titanat (LTO) i titan niobij oksid (TiNb2O7). Zahtjevi čistoće odnose se na metalne prekursore, a ne na gotovi metalni dio.
• Elektrokemijske anode — lim, mreža ili cijev od titana s prevlakom od miješanog metalnog oksida, koja se koristi u galvanizaciji, katodnoj zaštiti, obradi vode i klor-lužinama. Bitna je čistoća podloge, ravnost i prionjivost premaza.
• Anode kondenzatora — sinterirana praškasta tijela od tantala ili niobija unutar čvrstih elektrolitskih kondenzatora. Mjerni podaci su kapacitet po gramu, sadržaj kisika i ugljika i skupljanje tijekom sinteriranja.

Gdje se metal zapravo nalazi unutar litij-ionske anode

U komercijalnoj litij-ionskoj ćeliji aktivni materijal je ugljik ili mješavina ugljika i silicija. Metal je sve oko njega, i specificiran je jednako čvrsto.

Sakupljač anodne struje je bakrena folija, obično debljine 6 do 9 µm, s visokoenergetskim dizajnom koji se gura prema 4,5 do 6 µm. Na toj mjeri folija je obično specificirana na 4N (99,99%) s kisikom ispod 5 do 8 ppm i pojedinačnim elementima kao što su željezo i sumpor ograničeni niskim jednoznamenkastim znamenkama. Partija koja zadovoljava ograničenje ukupne nečistoće dok nosi 15 ppm željeza i dalje će se urezati u rupice, izgubiti prianjanje na sučelju premaza i potrgati se duž rubova tijekom namotavanja.

Nikal se pojavljuje u pločama, u poniklanom bakru iu posebnim folijama za visokotemperaturne ćelije. Titan se pojavljuje kao mreža, filc ili ploča kada je otpornost na koroziju važnija od vodljivosti - na primjer u elektrodama koje rade u kiselim elektrolitima ili u elektrolitičkim ćelijama gdje isti dio od titana djeluje kao radna anoda.

Razvijanje tankog filma i čvrstog stanja dodaje vakuumski korak. Bakrene mete za raspršivanje koje se koriste za taloženje sjemena i slojeva kolektora struje ocjenjuju se prema čistoći mete, veličini zrna i sadržaju kisika, jer te varijable pokreću otpornost filma i stvaranje čestica na podlozi.

Bakrene mete za prskanje visoke čistoće za PVD tanke filmove Bakrene mete za raspršivanje visoke čistoće za PVD klice i slojeve kolektora struje, nudeći 99,999–99,9999% čistoće i prilagodljive dimenzije za opremu za premazivanje. Pogledajte proizvod →

Potražnja za ovim materijalima koncentrirana je u nekolicini primjene nove energije , gdje jedan element izvan specifikacija može raditi u stanju mirovanja linije za premazivanje cijelu smjenu.

Stupanj čistoće: Što 3N, 4N i 5N zapravo obećavaju

Stupanj čistoće skraćenica je za potpunu gornju razinu nečistoće, a skraćenica skriva stostruke razlike.

• 3N znači 99,9% metala ili do 1000 ppm svega ostalog.
• 3N5 znači 99,95%, do 500 ppm.
• 4N znači 99,99%, do 100 ppm.
• 4N5 znači 99,995%, do 50 ppm.
• 5N znači 99,999%, do 10 ppm.

Zamka je u tome što 4N certifikat obećava samo ukupne ostanke ispod 100 ppm. Partija koja sadrži 60 ppm željeza, 20 ppm kisika i 15 ppm sumpora zadovoljava 4N i još uvijek je neupotrebljiva za tanku bakrenu foliju. Za nabavu na strani anode stoga su potrebna ograničenja specifična za elemente plus izjava o analitičkoj metodi iza svakog broja.

ICP-OES obrađuje rutinske tragove metala do otprilike 1 ppm. ICP-MS doseže raspon ppb i uobičajeni je alat za 4N5 i više. Masena spektrometrija s tinjajućim pražnjenjem provjerava 5N materijal, dok tehnike izgaranja mjere kisik, dušik, vodik, ugljik i sumpor — međuprostorne elemente koje standardne ploče s tragovima metala u potpunosti zanemaruju.

Titan i niobij: Metali iza visokoproduktivnih anoda

Dvije kemije mijenjaju gustoću energije za sposobnost brzine i životni vijek ciklusa, a obje ovise o titanu i niobiju: litij titanat (Li4Ti5O12, poznat kao LTO) i titan niobij oksid (TiNb2O7), plus jednostavniji put niobij pentoksida.

LTO je spinel s ravnim platoom od 1,55 V, oko 175 mAh/g praktičnog kapaciteta i naprezanjem rešetke gotovo nultim, zbog čega preživljava desetke tisuća ciklusa. Njegov prekursor - titanijev dioksid ili titanijev prah - mora držati željezo, niobij i zaostale alkalijske metale na niskim razinama, jer te nečistoće stoje u spinelnoj rešetki i povećavaju impedanciju.

Niobijev pentoksid isporučuje otprilike 180 do 200 mAh/g uz siguran radni prozor i snažnu brzinu. TiNb2O7 ide i dalje, s teoretskim kapacitetom od blizu 387 mAh/g, ali troši i metale i zahtijeva dosljednu kontrolu kisika u niobijskoj sirovini. Praktični opskrbni lanac kreće se od ingota niobija preko hidriranja i mljevenja do praha i oksida, tako da čistoća ingota postavlja temelj za sve nizvodno. Razumijevanje uloga niobija u visokotehnološkim industrijama pomaže objasniti zašto 3N5 i 4N niobij imaju cjenovnu premiju u odnosu na obične vrste ferolegura.

Titanski prah visoke čistoće za AM, MIM i mete za raspršivanje Titanski prah visoke čistoće za aditivnu proizvodnju, MIM i mete za raspršivanje, s prilagodljivim veličinama čestica i 99,8–99,99% čistoće za naprednu proizvodnju. Pogledajte proizvod →

Anodni materijali od tantala i niobija u kondenzatorima

U čvrstom elektrolitskom kondenzatoru anoda je porozna sinterirana kuglica tantalovog praha, što znači da je prah komponenta. Tipična specifikacija zahtijeva 99,95% do 99,99% tantala, kisik kontroliran unutar definiranog pojasa, niske razine ugljika i dogovorenu distribuciju veličine čestica i Scott gustoću. Kupci uspoređuju kapacitet po gramu, skupljanje nakon sinteriranja i struju curenja u gotovom dijelu, a ne jednu vrijednost čistoće.

Niobij i anode od niobijeva oksida su jeftinija alternativa. Niobij je otprilike upola manje gust od tantala, tako da je potrebno manje grama po dijelu, a oksidne anode opraštaju više pri visokim temperaturama. Kompromis je stroža kontrola kisika tijekom sinteriranja, jer se višak kisika pretvara u struju curenja. Koji god put proizvođač kondenzatora odabrao, počinje s ingotom visoke čistoće koji se pretvara u prah, a intersticijski profil ingota prati prah sve do gotove anode.

Ingoti niobija visoke čistoće za poluvodiče i superlegure Ingoti niobija visoke čistoće od 99,99% za mete za raspršivanje poluvodiča, lončiće, superlegure i supravodljive legure, s dimenzijama do 400 mm i 2 metričke tone. Pogledajte proizvod →

Kontrolni popis nabave koji sprječava odbijanje serije

Većina sporova između anode i metala vodi do specifikacije koja je bila napisana oko postotka umjesto oko načina kvara. Osam stavki zatvara taj jaz.

1. Napišite ograničenja za željezo, nikal, krom, sumpor i klorid specifična za elemente, a ne samo ukupnu gornju vrijednost nečistoća.
2. Navedite analitičku metodu i granicu detekcije potrebnu za svaki element.
3. Navedite intersticijske elemente — kisik, dušik, vodik, ugljik i sumpor — za bakar, titan i niobij.
4. Zasebno postavite tolerancije dimenzija: debljina unutar plus ili minus 5%, plus širina, nagib i hrapavost površine gdje je relevantno.
5. Za praškove zahtijevajte raspodjelu veličine čestica, Scott gustoću i sadržaj kisika na svakom certifikatu.
6. Zahtijevajte potvrdu analize po seriji koja se može pratiti do broja topline, taljenja ili ingota.
7. Potvrdite procesni put — elektroliza, vakuumsko indukcijsko taljenje, taljenje elektronskim snopom ili vakuumsko lučno ponovno taljenje ostavlja različiti rezidualni potpis.
8. Provjerite sustav kvalitete: ISO9001 kao temelj, IATF16949 ako materijal napaja program automobilskih baterija i dogovorite se o pakiranju i roku trajanja jer površine od titana i niobija skupljaju kisik u skladištu.

Grafikon: tipična distribucija odbačenog metala anode pronađenog pri ulaznom pregledu.

Često postavljana pitanja o anodnom materijalu

Je li viši stupanj čistoće uvijek bolji za materijal anode?

Ne. Ocjena odgovara na pitanje o potpunoj nečistoći; način kvara obično ovisi o jednom ili dva elementa. 4N bakar s kisikom koji se održava ispod 5 ppm će nadmašiti nominalni 5N bakar s nestabilnim kisikom i sumporom, jer su rupice i gubitak prianjanja potaknuti tim specifičnim elementima, a ne ukupnom količinom.

Koja je praktična razlika između 4N i 4N5 bakra?

Otprilike faktor dva u ukupnoj gornjoj granici nečistoća: 100 ppm naspram 50 ppm. Za folije tanje od 6 µm, ta razlika često odlučuje o tome hoće li ulazna serija proći, jer ista apsolutna razina željeza proizvodi veći udio poprečnog presjeka folije kako debljina pada.

Koji se metal koristi za anodni kolektor?

Bakar u gotovo svakom litij-ionskom dizajnu, poniklani bakar za jezičke i titanska mreža ili ploča gdje otpornost na koroziju nadmašuje vodljivost. Grafitni aktivni materijal nalazi se na vrhu; metal ispod i dalje mora zadržati svoj otpor i kvalitetu površine premazivanjem, sušenjem, kalandriranjem i namotavanjem.

Kako se provjerava čistoća na isporučenoj seriji?

Putem potvrde analize po seriji temeljene na ICP-MS ili ICP-OES za tragove metala i analizu izgaranja za kisik, dušik, vodik, ugljik i sumpor, plus neovisnu provjeru zadržanih uzoraka. Dobavljači koji nude namjensku uslugu ispitivanja čistoće taj korak provjere znatno skraćuju.

Ningbo Chuangrun New Materials pročišćava, topi, lije i obrađuje metale ultra-visoke čistoće od 2012. godine, radeći iz pet proizvodnih baza s timom od oko 40 metalurških stručnjaka i više od 60 registriranih tehnoloških patenata. Asortiman proizvoda obuhvaća titan, nikal, bakar, niobij, kobalt, tantal, molibden i legure u obliku kristala, ingota, praha, spužve, ploče, šipke, cijevi i cilja, uz podršku ISO9001 i IATF16949 sustava kvalitete i namjenske usluge ispitivanja čistoće.

Ako specificirate metale na strani anode i želite da se profil nečistoća element po element potvrdi prije otpreme, a ne nakon toga, pošaljite specifikaciju timu i zatražite analizu na razini serije u odnosu na vlastita ograničenja.