Che cosa sono i rivestimenti anti-corrosione?
Ho passato sei anni a procurarmi fogli di corrente per i programmi cellulari. Mai una volta un cliente mi aveva chiesto di spiegare cosa fa il rivestimento in carbonio. O lo sanno oppure non gli interessa. Quindi questo è per le persone che sono arrivate qui da Google e vogliono davvero capire le cose.
Foglio di alluminio rivestito in carbonio. Questo è il prodotto. Stai guardando un foglio di alluminio nudo, forse 12 o 13 micron, con un sottile strato di carbonio su entrambi i lati. Il rivestimento aggiunge un altro micron o due per lato. Il carbonio è conduttivo. Lo scopo è proteggere l'alluminio dall'impasto liquido del catodo durante la produzione della cella e dall'elettrolita durante il funzionamento della cella.
Il motivo per cui l'alluminio si corrode in una cella agli ioni di litio- non è complicato. Il liquame LFP ha un pH pari o superiore a 11. Il liquame NCM a base di NMP- è meno aggressivo ma non tollera il metallo nudo nel tempo. Il vero danno si verifica nell'interfaccia tra materiale attivo e lamina. Il pitting inizia da lì. La vaiolatura diventa delaminazione. La delaminazione comporta un indebolimento della capacità e infine guasti sul campo. Il rivestimento in carbonio è un'assicurazione economica.
Dovrei menzionare il rame. Il lato dell'anodo utilizza un foglio di rame. Il rame ha problemi diversi. Non si buca allo stesso modo dell'alluminio. La modalità di guasto è la dissoluzione ad alta tensione-se il tuo BMS si incastra e sovraccarica la cella, gli ioni di rame diventano mobili e finiscono dove non dovrebbero. Esiste il rame rivestito. Meno comune nella produzione. I ragazzi dell'anodo di silicio lo usano perché il silicio batte a morte la superficie della lamina durante il ciclismo. Tutti gli altri per lo più gestiscono il rame nudo e lo chiudono.
Dingsheng, nello Zhenjiang, produce probabilmente la metà del foglio di alluminio rivestito destinato alle celle di tutto il mondo. Non ho la loro quota esatta e non inventerò un numero. Sono grandi. Wanshun è l'altro grande attore cinese. Tra questi due e forse tre o quattro ragazzi più piccoli, la Cina spedisce la maggior parte di questo materiale a livello globale. I prezzi fuori dalla Cina sono forse del 15-20% inferiori a quelli giapponesi, a seconda della qualità e dell'intensità della negoziazione.
Esistono ancora i fornitori giapponesi. Toyal lo fa da prima che nascessero la maggior parte degli attuali ingegneri delle batterie. L'UACJ ne fa alcuni. La qualità è costante, i tempi di consegna sono più lunghi e i prezzi sono più alti. I produttori di celle giapponesi acquistano fogli giapponesi. Tutti gli altri acquistano principalmente cinese, a meno che il loro cliente non abbia un requisito specifico nella catena di approvvigionamento.
La Corea è un miscuglio. Iljin produce fogli di rame e si occupa del rivestimento. Per quanto riguarda l'alluminio, i produttori coreani di celle importano. Ho visto i programmi Samsung SDI con specifiche per la pellicola giapponese e i programmi LG con specifiche per la pellicola cinese su diverse piattaforme di veicoli per la stessa casa automobilistica. Le decisioni di approvvigionamento a quel livello coinvolgono fattori che vanno ben oltre la performance materiale.
La produzione americana-e lo dico come qualcuno che trarrebbe vantaggio da più opzioni nazionali-non è ancora arrivata a questo punto. Un paio di verniciatori per conto terzi che prenderanno il tuo foglio nudo e lo faranno passare attraverso la loro linea. Nessuna produzione integrata su scala automobilistica. I soldi dell'IRA circolano. Stanno accadendo degli annunci. L'effettiva crescita- è una storia diversa. Se oggi hai bisogno di un fornitore qualificato di pellicole per batterie agli ioni di litio per un programma in Nord America, stai ancora guardando oltre l'oceano.
Il rivestimento in sé non è scienza missilistica. Nerofumo, legante PVDF, solvente NMP. Mescolatelo, ricopritelo, asciugatelo, tagliatelo. Nero forno o nero acetilene a seconda delle preferenze del fornitore e della conduttività target. Alcuni gradi premium contengono grafene o nanotubi di carbonio. Il marketing lo adora. La differenza di prestazioni nel mondo reale-è marginale per le celle EV standard. Forse è importante per le applicazioni con tariffa 4C o 5C. Il tuo pacchetto medio di veicoli passeggeri da 1C non se ne accorgerà.
Ciò che conta più della formulazione è il controllo del processo. Il rivestimento rotocalco è il modo in cui viene realizzata la maggior parte di questo. Il rullo inciso raccoglie il liquame, lo trasferisce sul nastro di lamina che si muove sotto. Sembra semplice. Mantenere il peso del rivestimento entro le specifiche su un nastro da 1200 mm a 40 metri al minuto non è semplice. Usura dei rulli rotocalco. La viscosità del liquame cambia nel corso di un lotto. I cambiamenti di temperatura influiscono sul trasferimento. Un distributore di materiali per batterie agli ioni di litio può mostrarti due lotti dello stesso fornitore, dello stesso SKU e uno avrà il doppio della variazione di spessore dell'altro.
La gestione del web è già un grattacapo. Foglio di alluminio questo sottile strappo. Una rottura del nastro significa tempi di inattività, scarti e perdite di rendimento. I ragazzi che lo fanno da anni hanno già messo a punto i loro profili di tensione. I nuovi entranti imparano lezioni costose. Un fornitore cinese che non nominerò ha perso tre mesi di produzione nel tentativo di commissionare una nuova linea di rivestimento perché non riusciva a impedire la rottura del nastro.
Le schede tecniche richiedono il peso del rivestimento in g/m², la resistività superficiale in milliohm per quadrato, la forza di adesione tramite test di tratteggio incrociato. Questi numeri esistono a scopo di qualificazione. Giorno-per-giorno, ciò che realmente interessa ai produttori di cellule è la coerenza da lotto a lotto. Se la tua resistenza è di 15 milliohm su un lotto e di 25 su quello successivo, ciò si manifesta come variazione da cella-a-cella nei pacchetti finiti. Gli OEM automobilistici odiano la variazione. I loro partner OEM di batterie agli ioni di litio odiano spiegare le variazioni. Tutti lo rintracciano prima o poi.
Ho visto programmi abbandonare un fornitore di fogli per un singolo lotto scadente che è arrivato alle celle di produzione. Le relazioni contano in questo business. La qualificazione richiede mesi. Nessuno vuole riqualificarsi. Pertanto, i fornitori che forniscono materiale coerente mantengono la propria attività. Fornitori che non vengono sostituiti in silenzio.
Prima o poi arriverà lo stato solido-. Gli elettroliti solforati apportano una nuova chimica per la quale i rivestimenti in carbonio non sono stati progettati. Gli elettroliti di ossido e polimero sono meno problematici. Le-celle a stato solido attualmente in produzione o vicine alla produzione-e non ce ne sono molte-utilizzano principalmente prodotti chimici in cui i rivestimenti convenzionali funzionano bene. Se le celle a base di solfuri- raggiungessero mai il volume, l'attuale protezione del collettore avrà bisogno di una soluzione diversa. Allumina ALD, forse. Barriere in fluoropolimeri. Nessuno ha ancora ridimensionato nulla perché le celle stesse non sono ridimensionate.
Per ora il foil rivestito in carbonio rimane quello che è stato per vent'anni. Noioso. Necessario. Una voce nella distinta base a cui l'approvvigionamento cerca di ridurre i costi e a cui l'ingegneria cerca di non pensare finché qualcosa non va storto.
Cinque distributori di componenti per batterie agli ioni di litio negli Stati Uniti probabilmente riusciranno a fornirti dei campioni entro una settimana. Trovarne uno che possa garantire l’allocazione per un programma da 50 GWh è più difficile. Questo è il vero vincolo della catena di fornitura in questo segmento. Non la tecnologia. Impegno di capacità.
