양극 재료 가이드: 전지의 순도 등급, 금속 및 소싱 확인

구매 엔지니어가 300kg의 동박 묶음을 승인합니다. 이틀 후 수입 검사에 실패했습니다. 철은 10ppm에 비해 18ppm, 산소는 8ppm에 비해 22ppm입니다. 인증서에 표시된 재료는 99.99% 순수합니다. 아직 코팅 라인에 들어갈 수 없습니다.

문서에 인쇄된 등급과 실제로 공장에 도착하는 불순물 프로필 사이의 격차는 양극 재료 소싱의 전체적인 문제입니다. 결론 먼저: 양극측 금속의 경우 수율을 결정하는 숫자는 헤드라인 순도 백분율이 아닙니다. 개별 미량 원소 한계, 이를 확인하는 데 사용되는 분석 방법, 로트 간 이를 안정적으로 유지하는 공정 제어입니다.

다음 내용은 리튬 이온 셀, 전기화학적 양극 및 전해 커패시터에서 초고순도 금속이 사용되는 위치(각각에 대해 현실적인 등급)와 자격을 갖춘 재료가 사양을 벗어나는 것을 방지하는 검사에 대해 다룹니다.

양극 재료: 한 용어, 세 가지 다른 사양 시트

5명의 엔지니어에게 양극 재료를 정의하도록 요청하면 각각 다른 구매 주문서에 첨부된 최소 3개의 답변을 수집하게 됩니다. 이 단어는 재료 클래스가 아닌 기능을 설명합니다. 잘못된 정의에 대해 구매하는 것은 이 범주에서 가장 큰 비용이 드는 실수 중 하나입니다. 왜냐하면 커패시터 양극에 대해 작성된 사양에는 배터리 전류 수집기에 대해 거의 아무 것도 나와 있지 않기 때문입니다.

• 배터리 음극 활물질 — 흑연, 경질 탄소, 규소-탄소 복합재, 티탄산리튬(LTO) 및 산화티타늄니오븀(TiNb2O7). 순도 요구사항은 완성된 금속 부품이 아닌 금속 전구체에 적용됩니다.
• 전기화학적 양극 - 혼합 금속 산화물 코팅이 된 티타늄 시트, 메쉬 또는 튜브로 전기도금, 음극 보호, 수처리 및 염소-알칼리 서비스에 사용됩니다. 중요한 것은 기판 순도, 평탄도 및 코팅 접착력입니다.
• 커패시터 양극 - 고체 전해 커패시터 내부의 소결된 탄탈륨 또는 니오브 분말체. 측정항목은 그램당 정전용량, 산소 및 탄소 함량, 소결 중 수축률입니다.

금속이 실제로 리튬 이온 양극 내부에 위치하는 곳

상업용 리튬 이온 전지에서 활성 물질은 탄소 또는 탄소-실리콘 혼합물입니다. 금속은 주변의 모든 것이며, 마찬가지로 단단하게 지정됩니다.

양극 집전체는 일반적으로 두께가 6~9μm인 구리 호일이며, 고에너지 설계에서는 4.5~6μm를 향해 나아가고 있습니다. 해당 게이지에서 호일은 일반적으로 4N(99.99%)으로 지정되며 산소는 5~8ppm 미만으로 유지되고 철 및 황과 같은 개별 원소는 낮은 한 자릿수로 제한됩니다. 15ppm의 철을 운반하면서 총 불순물 한계를 충족하는 로트는 여전히 핀홀로 에칭되고, 코팅 경계면에서 접착력을 잃고, 와인딩 중에 가장자리를 따라 찢어집니다.

니켈은 탭, 니켈 도금 구리 및 고온 셀용 특수 포일에 나타납니다. 티타늄은 전도성보다 내식성이 더 중요할 때 메쉬, 펠트 또는 시트로 나타납니다. 예를 들어 산성 전해질에서 작동하는 전극이나 동일한 티타늄 부분이 작동 양극으로 작용하는 전해 전지에서 그렇습니다.

박막 및 고체 상태 개발에는 진공 단계가 추가됩니다. 시드 및 집전체 층을 증착하는 데 사용되는 구리 스퍼터링 타겟은 타겟 순도, 입자 크기 및 산소 함량에 따라 판단됩니다. 왜냐하면 이러한 변수가 기판의 필름 저항률 및 입자 생성을 결정하기 때문입니다.

PVD 박막용 고순도 구리 스퍼터링 타겟 PVD 시드 및 집전체 층용 고순도 구리 스퍼터링 타겟은 99.999~99.9999% 순도와 코팅 장비용 맞춤형 치수를 제공합니다. 제품보기 →

이러한 재료에 대한 수요는 소수의 지역에 집중되어 있습니다. 신에너지 응용 , 사양을 벗어난 단일 요소가 전체 근무 시간 동안 코팅 라인을 유휴 상태로 만들 수 있습니다.

순도 등급: 3엔, 4N, 5N이 실제로 약속하는 것

순도 등급은 총 불순물 상한선의 약칭이며 약칭은 100배의 차이를 숨깁니다.

• 3N은 99.9%의 금속 또는 기타 모든 물질이 최대 1,000ppm 함유되어 있음을 의미합니다.
• 3박5일는 99.95%, 최대 500ppm을 의미합니다.
• 4N은 99.99%, 최대 100ppm을 의미합니다.
• 4N5는 99.995%, 최대 50ppm을 의미합니다.
• 5N은 99.999%, 최대 10ppm을 의미합니다.

함정은 4N 인증서가 총 100ppm 미만 유지만을 약속한다는 것입니다. 철 60ppm, 산소 20ppm, 황 15ppm을 함유한 로트는 4N을 만족하며 여전히 얇은 동박에는 사용할 수 없습니다. 따라서 양극측 조달에는 요소별 제한과 각 숫자 뒤에 있는 분석 방법에 대한 설명이 필요합니다.

ICP-OES는 일상적인 미량 금속을 대략 1ppm까지 처리합니다. ICP-MS는 ppb 범위에 도달하며 4N5 이상을 위한 일반적인 도구입니다. 글로우 방전 질량 분석법은 5N 물질을 검증하는 반면 연소 기술은 표준 미량 금속 패널이 완전히 무시하는 격자간 원소인 산소, 질소, 수소, 탄소 및 황을 측정합니다.

티타늄과 니오븀: 고속 양극 뒤에 있는 금속

두 가지 화학 물질은 속도 성능과 사이클 수명을 위해 에너지 밀도를 교환하며 둘 다 티타늄과 니오븀, 즉 티탄산리튬(Li4Ti5O12, LTO로 알려져 있음)과 산화티타늄 니오븀(TiNb2O7)에 더해 더 간단한 오산화니오븀 경로에 의존합니다.

LTO는 평평한 1.55V 평탄도, 약 175mAh/g의 실제 용량 및 거의 0에 가까운 격자 변형을 갖춘 스피넬이므로 수만 사이클을 견딜 수 있습니다. 그 전구체인 이산화티타늄 또는 티타늄 분말은 철, 니오븀 및 잔류 알칼리 금속을 낮은 수준으로 유지해야 합니다. 왜냐하면 이러한 불순물이 스피넬 격자에 앉아 임피던스를 높이기 때문입니다.

오산화니오븀은 안전한 작동 창과 강력한 속도 성능으로 약 180~200mAh/g를 제공합니다. TiNb2O7은 더 나아가 이론적 용량이 387mAh/g에 가깝지만 두 금속을 모두 소비하고 니오븀 공급원료에서 일관된 산소 제어를 요구합니다. 실제 공급망은 니오븀 주괴부터 수소화 및 밀링을 거쳐 분말 및 산화물까지 이어지므로 잉곳의 순도가 모든 다운스트림의 기반을 마련합니다. 이해 첨단 기술 산업에서 니오븀의 역할 3N5 및 4N 니오븀이 일반 합금철 등급에 비해 가격 프리미엄이 높은 이유를 설명하는 데 도움이 됩니다.

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커패시터의 탄탈륨 및 니오븀 양극 재료

고체 전해 커패시터에서 양극은 탄탈륨 분말의 다공성 소결 펠릿입니다. 이는 분말이 구성 요소임을 의미합니다. 일반적인 사양에서는 탄탈륨 99.95% ~ 99.99%, 정의된 대역 내에서 제어되는 산소, 낮게 유지되는 탄소, 합의된 입자 크기 분포 및 Scott 밀도를 요구합니다. 구매자는 단일 순도 수치가 아닌 그램당 정전용량, 소결 후 수축 및 완성된 부품의 누설 전류를 비교합니다.

니오븀 및 산화니오븀 양극은 저렴한 대안입니다. 니오븀은 밀도가 탄탈륨의 절반 정도이므로 부품당 더 적은 그램이 필요하며 산화물 양극은 고온 리플로우에서 더 관대합니다. 과잉 산소가 누출 전류로 전환되기 때문에 소결 중 산소 제어가 더욱 엄격해집니다. 커패시터 제조업체가 어떤 경로를 선택하든, 이는 분말로 변환되는 고순도 잉곳에서 시작되며, 잉곳의 격자간 프로파일은 완성된 양극까지 분말을 따라갑니다.

반도체 및 초합금용 고순도 니오브 잉곳 반도체 스퍼터링 타겟, 도가니, 초합금 및 초전도 합금용 고순도 99.99% 니오븀 잉곳으로 크기는 최대 400mm 및 2미터톤입니다. 제품보기 →

로트 거부를 방지하는 조달 체크리스트

대부분의 양극-금속 분쟁은 고장 모드가 아닌 백분율을 기준으로 작성된 사양으로 거슬러 올라갑니다. 8개 항목이 그 격차를 줄였습니다.

1. 총 불순물 한도뿐만 아니라 철, 니켈, 크롬, 황, 염화물에 대한 원소별 한도를 작성합니다.
2. 각 원소에 필요한 분석방법과 검출한계를 말하시오.
3. 구리, 티타늄, 니오븀에 대해 침입형 원소(산소, 질소, 수소, 탄소, 황)를 지정합니다.
4. 치수 공차를 별도로 설정합니다. 두께는 ±5% 이내, 관련되는 경우 너비, 캠버 및 표면 거칠기를 더합니다.
5. 분말의 경우 모든 인증서에 입자 크기 분포, Scott 밀도 및 산소 함량이 필요합니다.
6. 열, 용융물 또는 잉곳 번호를 추적할 수 있는 로트당 분석 인증서가 필요합니다.
7. 공정 경로를 확인하세요. 전기분해, 진공 유도 용해, 전자빔 용해 또는 진공 아크 재용해는 각각 다른 잔류 특성을 남깁니다.
8. 품질 시스템을 확인하십시오. 기본적으로 ISO9001, 재료가 자동차 배터리 프로그램에 공급되는 경우 IATF16949, 티타늄 및 니오브 표면이 저장 시 산소를 흡수하므로 포장 및 유효 기간에 동의합니다.

차트: 입고 검사에서 발견된 양극 금속 불량의 일반적인 분포.

양극재에 관해 자주 묻는 질문

양극 재료에는 순도 등급이 높을수록 항상 더 좋습니까?

아니요. Grade는 총불순물 질문에 답합니다. 고장 모드는 일반적으로 하나 또는 두 개의 요소에 따라 달라집니다. 산소가 5ppm 미만으로 유지되는 4N 구리는 불안정한 산소와 황이 포함된 공칭 5N 구리보다 성능이 뛰어납니다. 핀홀과 접착 손실은 전체가 아닌 특정 요소에 의해 발생하기 때문입니다.

4N과 4N5 구리의 실질적인 차이점은 무엇입니까?

총 불순물 상한선은 대략 2배입니다. 50ppm에 대해 100ppm입니다. 6μm보다 얇은 포일의 경우, 동일한 절대 철 수준이 두께가 감소함에 따라 포일 단면의 더 큰 부분을 생성하기 때문에 이러한 차이가 들어오는 로트의 통과 여부를 결정하는 경우가 많습니다.

양극 집전체에는 어떤 금속이 사용되나요?

거의 모든 리튬 이온 설계의 구리, 탭용 니켈 도금 구리, 전도성보다 내식성이 더 중요한 티타늄 메쉬 또는 시트. 흑연 활성 물질이 맨 위에 위치합니다. 밑에 있는 금속은 코팅, 건조, 캘린더링 및 와인딩을 통해 저항률과 표면 품질을 유지해야 합니다.

배송된 로트의 순도는 어떻게 확인되나요?

미량 금속에 대한 ICP-MS 또는 ICP-OES를 기반으로 한 로트당 분석 인증서와 산소, 질소, 수소, 탄소 및 황에 대한 연소 분석을 통해 보유 샘플에 대한 독립적인 검사를 수행합니다. 전용 순도 테스트 서비스를 제공하는 공급업체는 검증 단계를 상당히 단축시킵니다.

Ningbo Chuangrun New Materials는 2012년부터 초고순도 금속을 정제, 용해, 주조 및 가공해 왔으며 약 40명의 야금 전문가로 구성된 팀과 60개 이상의 등록 기술 특허로 구성된 5개 생산 기지에서 운영되고 있습니다. 제품 범위에는 ISO9001 및 IATF16949 품질 시스템과 전용 순도 테스트 서비스가 지원되는 결정, 잉곳, 분말, 스폰지, 판, 막대, 튜브 및 타겟 형태의 티타늄, 니켈, 구리, 니오븀, 코발트, 탄탈륨, 몰리브덴 및 합금이 포함됩니다.

양극측 금속을 지정하고 선적 후가 아닌 선적 전에 원소별 불순물 프로필을 확인하려면 팀에 사양을 보내고 자신의 한계에 대한 로트 수준 분석을 요청하세요.