Anodimateriaaliopas: Puhtausasteet, metallit ja solujen hankintatarkastukset

Ostoinsinööri allekirjoittaa 300 kg:n kuparifolioerän. Kaksi päivää myöhemmin se epäonnistuu saapuvassa tarkastuksessa: rauta 18 ppm 10 ppm kattoa vasten, happea 22 ppm vastaan ​​8 ppm. Sertifikaatissa materiaali on 99,99 % puhdasta. Se ei silti voi mennä päällystyslinjalle.

Tämä ero asiakirjaan painetun laadun ja laitokselle todella saapuvan epäpuhtausprofiilin välillä on koko ongelma anodimateriaalin hankinnassa. Johtopäätös ensin: anodipuolen metallien saannon määräävä luku ei ole otsikon puhtausprosentti. Yksittäiset hivenainerajat, niiden vahvistamiseen käytetty analyyttinen menetelmä ja prosessin ohjaus pitävät ne vakaana erästä toiseen.

Seuraava kattaa erittäin puhtaiden metallien paikat litiumionikennoissa, sähkökemiallisissa anodeissa ja elektrolyyttikondensaattoreissa, mitkä laatuluokat ovat realistisia kullekin, sekä tarkistuksia, jotka estävät pätevää materiaalia ajautumasta pois vaatimuksista.

Anodimateriaali: yksi termi, kolme erilaista teknistä arkkia

Pyydä viittä insinööriä määrittelemään anodimateriaali, niin saat vähintään kolme vastausta, joista jokainen on liitetty eri ostotilaukseen. Sana kuvaa funktiota, ei materiaaliluokkaa. Väärää määritelmää vastaan ​​ostaminen on yksi tämän kategorian kalliimmista virheistä, koska kondensaattorianodille kirjoitettu spesifikaatio ei kerro juuri mitään akkuvirran kerääjästä.

• Akun anodi aktiivinen materiaali — grafiitti, kova hiili, pii-hiilikomposiitit, litiumtitanaatti (LTO) ja titaani-niobiumoksidi (TiNb2O7). Puhtausvaatimukset koskevat metallin esiasteita, ei valmiita metalliosia.
• Sähkökemialliset anodit — titaanilevy, verkko tai putki, jossa on metallioksidisekoitetta ja jota käytetään galvanoinnissa, katodisuojauksessa, vedenkäsittelyssä ja kloori-alkalipalveluissa. Tärkeää on alustan puhtaus, tasaisuus ja pinnoitteen tarttuvuus.
• Kondensaattorin anodit — sintratut tantaali- tai niobiumjauhekappaleet kiinteiden elektrolyyttikondensaattorien sisällä. Mittarit ovat kapasitanssi grammaa kohti, happi- ja hiilipitoisuus sekä kutistuminen sintrauksen aikana.

Missä metalli todella istuu litium-ionianodin sisällä

Kaupallisessa litiumionikennossa aktiivinen materiaali on hiiltä tai hiili-pii-seosta. Metalli on kaikki sen ympärillä, ja se on määritelty yhtä tiukasti.

Anodivirran kerääjä on kuparikalvoa, joka on tavallisesti 6-9 µm paksu, ja korkean energian mallit painavat kohti 4,5-6 µm. Tällä mittarilla kalvon arvoksi määritetään yleensä 4N (99,99 %) happipitoisuuden ollessa alle 5 - 8 ppm ja yksittäiset elementit, kuten rauta ja rikki, on rajoitettu pieniin yksinumeroisiin numeroihin. Erä, joka täyttää kokonaisepäpuhtauksien rajan, kun mukana on 15 ppm rautaa, etsautuu silti reikiin, menettää tarttuvuuden pinnoitteen rajapinnassa ja repeytyy reunoja pitkin kelauksen aikana.

Nikkeliä esiintyy kielekkeissä, nikkelöidyssä kuparissa ja korkean lämpötilan kennojen erikoiskalvoissa. Titaani näkyy verkkona, huovana tai levynä, kun korroosionkestävyys on tärkeämpää kuin johtavuus – esimerkiksi happamissa elektrolyyteissä pyörivissä elektrodeissa tai elektrolyysikennoissa, joissa sama titaaniosa toimii työanodina.

Ohutkalvo- ja solid-state-kehitys lisää tyhjiövaiheen. Siemen- ja virrankeräyskerrosten kerrostamiseen käytetyt kupariruiskutuskohteet arvioidaan kohteen puhtauden, raekoon ja happipitoisuuden perusteella, koska nämä muuttujat ohjaavat kalvon resistiivisyyttä ja hiukkasten muodostumista alustalle.

Erittäin puhtaat kupariset ruiskutuskohteet PVD-ohutkalvoille Erittäin puhtaan kuparin sputterointikohteet PVD-siemen- ja virrankeräyskerroksille, jotka tarjoavat 99,999–99,9999 % puhtauden ja mukautettavat mitat päällystyslaitteille. Näytä tuote →

Näiden materiaalien kysyntä on keskittynyt kouralliseen uudet energiasovellukset , jossa yksittäinen teknisestä poikkeava elementti voi käyttää pinnoituslinjaa tyhjäkäynnillä koko työvuoron ajan.

Puhtausasteet: Mitä 3N, 4N ja 5N todellisuudessa lupaavat

Puhtausluokka on lyhenne epäpuhtauksien kokonaiskatolle, ja pikakirjoitus piilottaa satakertaiset erot.

• 3N tarkoittaa 99,9 % metallia tai jopa 1 000 ppm kaikkea muuta.
• 3N5 tarkoittaa 99,95 %, jopa 500 ppm.
• 4N tarkoittaa 99,99 %, jopa 100 ppm.
• 4N5 tarkoittaa 99,995 %, jopa 50 ppm.
• 5N tarkoittaa 99,999 %, jopa 10 ppm.

Loukku on, että 4N-sertifikaatti lupaa vain, että kokonaisarvo pysyy alle 100 ppm:n. Erä, joka sisältää 60 ppm rautaa, 20 ppm happea ja 15 ppm rikkiä, täyttää 4N ja on edelleen käyttökelvoton ohuelle kuparifoliolle. Anodipuolen hankinta vaatii siksi elementtikohtaiset rajat sekä kunkin numeron takana olevan selvityksen analyysimenetelmästä.

ICP-OES käsittelee rutiininomaisia ​​hivenmetalleja noin 1 ppm asti. ICP-MS ulottuu ppb-alueelle ja on tavallinen työkalu 4N5:lle ja sitä korkeammalle. Hehkupurkausmassaspektrometria varmistaa 5N materiaalin, kun taas polttotekniikat mittaavat happea, typpeä, vetyä, hiiltä ja rikkiä – välielementtejä, jotka tavalliset hivenmetallipaneelit jättävät kokonaan huomiotta.

Titaani ja niobium: metallit korkean nopeuden anodien takana

Kaksi kemiaa vaihtavat energiatiheyttä nopeuskapasiteettiin ja syklin käyttöikään, ja molemmat ovat riippuvaisia titaanista ja niobista: litiumtitanaatti (Li4Ti5O12, tunnetaan nimellä LTO) ja titaani-niobiumoksidi (TiNb2O7) sekä yksinkertaisempi niobiumpentoksidireitti.

LTO on spinelli, jossa on tasainen 1,55 V tasanne, noin 175 mAh/g käytännön kapasiteetti ja lähes nolla hilajännitys, minkä vuoksi se kestää kymmeniä tuhansia syklejä. Sen esiasteen - titaanidioksidin tai titaanijauheen - täytyy pitää rautaa, niobiumia ja jäännösalkalimetalleja alhaisina, koska nämä epäpuhtaudet istuvat spinellihilassa ja nostavat impedanssia.

Niobiumpentoksidi tuottaa noin 180-200 mAh/g turvallisella käyttöikkunalla ja vahvalla nopeudella. TiNb2O7 menee pidemmälle, ja sen teoreettinen kapasiteetti on lähellä 387 mAh/g, mutta se kuluttaa sekä metalleja että vaatii johdonmukaista hapen hallintaa niobiumissa. Käytännön toimitusketju ulottuu niobiharkista hydridoinnin ja jauhamisen kautta jauheeseen ja oksidiin, joten harkon puhtaus luo pohjan kaikelle alavirtaan. Ymmärtäminen niobiumin rooli korkean teknologian teollisuudessa auttaa selittämään, miksi 3N5- ja 4N-niobiumilla on korkeampi hinta tavallisiin rautaseoslaatuihin verrattuna.

Erittäin puhdasta titaanijauhetta AM-, MIM- ja sputterointikohteisiin Erittäin puhdasta titaanijauhetta lisäainevalmistukseen, MIM:iin ja sputterointikohteisiin, mukautettavat hiukkaskoot ja 99,8–99,99 %:n puhtaus edistykselliseen valmistukseen. Näytä tuote →

Tantaali- ja niobiumanodimateriaalit kondensaattoreissa

Kiinteässä elektrolyyttikondensaattorissa anodi on huokoinen sintrattu tantaalijauhepelletti, mikä tarkoittaa, että jauhe on komponentti. Tyypillinen spesifikaatio vaatii 99,95–99,99 % tantaalia, happea säädeltyä tietyllä kaistalla, hiiltä pidetään alhaisena ja sovittua hiukkaskokojakautumaa ja Scottin tiheyttä. Ostajat vertailevat kapasitanssia grammaa kohti, kutistumista sintrauksen jälkeen ja vuotovirtaa valmiissa osassa, ei yhtäkään puhtauslukua.

Niobi- ja niobioksidianodit ovat halvempi vaihtoehto. Niobium on suunnilleen puolet tantaalia tiheämpää, joten vähemmän grammaa tarvitaan osaa kohden, ja oksidianodit ovat anteeksiantavampia korkean lämpötilan uudelleenvirtauksessa. Kompromissi on tiukempi hapenhallinta sintrauksen aikana, koska ylimääräinen happi muuttuu vuotovirraksi. Riippumatta siitä, minkä reitin kondensaattorin valmistaja valitsee, se alkaa erittäin puhtaalla harkolla, joka muunnetaan jauheeksi, ja harkon väliprofiili seuraa jauhetta valmiiseen anodiin asti.

Erittäin puhdas niobiharkko puolijohteisiin ja superseoksiin Erittäin puhdas 99,99 % niobiumharkko puolijohdesputterointikohteisiin, upokkaisiin, superseoksiin ja suprajohtaviin metalliseoksiin, mitat jopa 400 mm ja 2 tonnia. Näytä tuote →

Hankintojen tarkistuslista, joka estää erän hylkäämisen

Useimmat anodimetallikiistat juontavat juurensa spesifikaatioon, joka kirjoitettiin prosenttiosuuden ympärille vikatilan sijaan. Kahdeksan kohdetta täyttää tämän eron.

1. Kirjoita elementtikohtaiset rajat raudalle, nikkelille, kromille, rikille ja kloridille, ei vain kokonaisepäpuhtauksien enimmäismäärää.
2. Nimeä analyyttinen menetelmä ja kunkin elementin havaitsemisraja.
3. Määritä kuparille, titaanille ja niobiumille interstitiaaliset alkuaineet – happi, typpi, vety, hiili ja rikki.
4. Aseta mittatoleranssit erikseen: paksuus plus tai miinus 5 %, plus leveys, kaltevuus ja pinnan karheus tarvittaessa.
5. Jauheiden osalta vaaditaan jokaisessa sertifikaatissa partikkelikokojakauma, Scottin tiheys ja happipitoisuus.
6. Vaadi eräkohtainen analyysitodistus, joka on jäljitettävissä lämpö-, sulamis- tai harkon numeroon.
7. Vahvista prosessireitti – elektrolyysi, tyhjiöinduktiosulatus, elektronisuihkusulatus tai tyhjiökaarisulatus jättävät kukin erilaisen jäljennöksen.
8. Tarkista laatujärjestelmä: ISO9001 lähtökohtana, IATF16949, jos materiaali syöttää autojen akkuohjelmaa, ja sovi pakkauksesta ja säilyvyydestä, koska titaani- ja niobiumipinnat keräävät happea varastoinnista.

Kaavio: saapuvan tarkastuksen yhteydessä havaittujen anodimetallien hylkäysten tyypillinen jakautuminen.

Usein kysyttyjä kysymyksiä anodimateriaalista

Onko korkeampi puhtausaste aina parempi anodimateriaalille?

Ei. Arvosana vastaa kokonaisepäpuhtautta koskevaan kysymykseen; vikatila riippuu yleensä yhdestä tai kahdesta elementistä. 4N-kupari, jonka happipitoisuus on alle 5 ppm, ylittää nimellisen 5N-kuparin, jossa on epästabiilia happea ja rikkiä, koska neulanreiät ja adheesiohäviöt johtuvat näistä erityisistä elementeistä eikä kokonaismäärästä.

Mitä eroa käytännössä on 4N- ja 4N5-kuparilla?

Karkeasti kerroin kaksinkertainen kokonaisepäpuhtauksien enimmäismäärässä: 100 ppm vastaan ​​50 ppm. Yli 6 µm ohuemmilla kalvoilla tämä ero usein ratkaisee sen, meneekö sisään tuleva erä, koska sama absoluuttinen rautataso tuottaa suuremman osan kalvon poikkileikkauksesta paksuuden pienentyessä.

Mitä metallia käytetään anodivirran kerääjänä?

Kuparia lähes kaikissa litiumionirakenteissa, nikkelipinnoitettua kuparia kielekkeisiin ja titaaniverkkoa tai -levyä, jossa korroosionkestävyys on suurempi kuin johtavuus. Grafiittiaktiivinen materiaali istuu päällä; alla olevan metallin on silti säilytettävä ominaisvastus ja pintalaatu pinnoituksen, kuivauksen, kalanteroinnin ja käämityksen kautta.

Miten toimitetun erän puhtaus varmistetaan?

Eräkohtainen analyysitodistus, joka perustuu hivenmetallien ICP-MS- tai ICP-OES-analyysiin ja hapen, typen, vedyn, hiilen ja rikin palamisanalyysi, sekä riippumaton tarkastus säilytetyille näytteille. Toimittajat, jotka tarjoavat erillisen puhtaustestauspalvelun, lyhentävät varmennusvaihetta huomattavasti.

Ningbo Chuangrun New Materials on puhdistanut, sulattanut, valanut ja prosessoinut erittäin puhtaita metalleja vuodesta 2012 lähtien. Se toimii viidellä tuotantopaikalla noin 40 metallurgian ammattilaisen tiimin ja yli 60 rekisteröidyn teknologiapatentin kanssa. Tuotevalikoima kattaa titaanin, nikkelin, kuparin, niobiumin, koboltin, tantaalin, molybdeenin ja lejeeringit kide-, harkko-, jauhe-, sieni-, levy-, sauva-, putki- ja kohdemuodoissa, joita tukevat ISO9001- ja IATF16949-laatujärjestelmät ja erityinen puhtauden testauspalvelu.

Jos määrität anodipuolen metalleja ja haluat, että elementtikohtainen epäpuhtausprofiili vahvistetaan ennen lähetystä eikä sen jälkeen, lähetä erittely tiimille ja pyydä erätason analyysiä omien rajojesi mukaisesti.