O que são revestimentos-anticorrosivos?
Passei seis anos procurando folhas coletoras atuais para programas celulares. Nunca um cliente me pediu para explicar o que o revestimento de carbono faz. Ou eles sabem ou não se importam. Portanto, isso é para as pessoas que vieram do Google e realmente querem entender o assunto.
Folha de alumínio revestida de carbono. Esse é o produto. Você está vendo uma folha de alumínio simples, talvez de 12 ou 13 mícrons, com uma fina camada de carbono em ambos os lados. O revestimento adiciona outro ou dois mícrons de cada lado. O carbono é condutor. O objetivo é proteger o alumínio da lama catódica durante a fabricação da célula e do eletrólito durante a operação da célula.
Por que o alumínio sofre corrosão em uma célula de íon-de lítio não é complicado. A pasta LFP tem pH 11 ou superior. A pasta NCM-baseada em NMP é menos agressiva, mas ainda não é amigável ao bare metal ao longo do tempo. O dano real acontece na interface entre o material ativo e a folha metálica. A picada começa aí. Pitting se torna delaminação. A delaminação se transforma em perda de capacidade e, eventualmente, falhas de campo. O revestimento de carbono é um seguro barato.
Devo mencionar o cobre. O lado do ânodo usa folha de cobre. O cobre tem problemas diferentes. Não perfura da mesma forma que o alumínio. O modo de falha é a dissolução em alta tensão-se o seu BMS estragar e sobrecarregar a célula, os íons de cobre se tornam móveis e acabam onde não deveriam. Existe cobre revestido. Menos comum na produção. Os caras do ânodo de silício o usam porque o silício bate muito na superfície da folha durante o ciclismo. Todos os outros operam principalmente com cobre puro e encerram o dia.
A Dingsheng, em Zhenjiang, provavelmente produz metade da folha de alumínio revestida que vai para as células em todo o mundo. Não tenho a parcela exata deles e não vou inventar um número. Eles são grandes. Wanshun é o outro grande player chinês. Entre esses dois e talvez três ou quatro caras menores, a China envia a maior parte desse material para todo o mundo. O preço fora da China fica talvez 15-20% abaixo do material japonês, dependendo da qualidade e da dificuldade com que você negocia.
Ainda existem fornecedores japoneses. Toyal tem feito isso desde antes do nascimento da maioria dos engenheiros de baterias atuais. UACJ faz alguns. A qualidade é consistente, os prazos de entrega são mais longos e os preços são mais elevados. Os fabricantes de células japoneses compram folhas japonesas. Todos os outros compram principalmente produtos chineses, a menos que seus clientes tenham um requisito específico na cadeia de suprimentos.
A Coreia é uma mistura. Iljin fabrica folhas de cobre e reveste. Para o alumínio, os fabricantes de células coreanos importam. Já vi programas Samsung SDI com especificação de folha japonesa e programas LG com especificação de folha chinesa em diferentes plataformas de veículos para a mesma montadora. As decisões de aquisição nesse nível envolvem fatores muito além do desempenho material.
A produção americana-e digo isso porque alguém que se beneficiaria com mais opções domésticas-ainda não existe. Dois revestidores de pedágio que pegarão sua folha nua e a passarão pela linha. Não há produção integrada em escala automotiva. O dinheiro do IRA está fluindo. Anúncios estão acontecendo. O aumento-real é uma história diferente. Se você precisa hoje de um fornecedor qualificado de baterias de íons de lítio para um programa norte-americano, você ainda está olhando para o outro lado do oceano.
O revestimento em si não é ciência de foguetes. Negro de fumo, aglutinante PVDF, solvente NMP. Misture, cubra, seque, corte. Preto de forno ou preto de acetileno dependendo da preferência do fornecedor e da condutividade alvo. Algumas notas premium incluem grafeno ou nanotubos de carbono. O marketing adora isso. A diferença-de desempenho no mundo real é marginal para células EV padrão. Talvez seja importante para aplicações de taxas 4C ou 5C. Seu pacote médio de veículos de passageiros 1C não vai notar.
O que importa mais do que a formulação é o controle do processo. O revestimento de rotogravura é como a maior parte disso é feita. O rolo gravado coleta a lama e a transfere para a folha metálica que se move por baixo. Parece simples. Manter o peso do revestimento dentro das especificações em uma banda de 1.200 mm a 40 metros por minuto não é simples. Desgaste dos rolos de gravura. A viscosidade da pasta muda ao longo de um lote. As mudanças de temperatura afetam a transferência. Um distribuidor de materiais para baterias de íons de lítio pode mostrar dois lotes do mesmo fornecedor, o mesmo SKU, e um terá o dobro da variação de espessura do outro.
O manuseio da Web é sua própria dor de cabeça. Folha de alumínio rasga finamente. Uma ruptura da banda significa tempo de inatividade, sucata e perda de rendimento. Os caras que fazem isso há anos têm seus perfis de tensão ajustados. Os novos participantes aprendem lições caras. Um fornecedor chinês, cujo nome não vou citar, perdeu três meses de produção tentando comissionar uma nova linha de revestimento porque não conseguiu evitar que a teia se rompesse.
As folhas de especificações pedem peso do revestimento em gsm, resistividade da superfície em miliohms por quadrado, resistência de adesão por meio de teste hachurado. Esses números existem para fins de qualificação. Dia-a-dia, o que realmente importa aos fabricantes de células é a consistência, muito a muito. Se sua resistência for 15 miliohms em um lote e 25 no próximo, isso aparece como variação de célula-para{8}}célula nos pacotes finalizados. Os OEMs automotivos odeiam variações. Seus parceiros OEM de baterias de íons de lítio odeiam explicar variações. Todo mundo eventualmente rastreia isso.
Já vi programas abandonarem um fornecedor de papel alumínio por causa de um único lote ruim que chegou às células de produção. Relacionamentos são importantes neste negócio. A qualificação leva meses. Ninguém quer se requalificar. Assim, os fornecedores que entregam material consistente mantêm seus negócios. Fornecedores que não são substituídos silenciosamente.
O estado-sólido chegará eventualmente. Os eletrólitos de sulfeto trazem uma nova química para a qual os revestimentos de carbono não foram projetados. Eletrólitos de óxido e polímero são menos problemáticos. As células de estado-sólido estão realmente em produção ou perto da produção-e não há muitas delas-usam principalmente produtos químicos onde os revestimentos convencionais funcionam bem. Se as células-baseadas em sulfeto atingirem o volume, a proteção atual do coletor precisará de uma solução diferente. ALD alumina, talvez. Barreiras de fluoropolímero. Ninguém escalou nada ainda porque as próprias células não são escalonadas.
Por enquanto, a folha revestida de carbono continua sendo o que tem sido há vinte anos. Tedioso. Necessário. Um item de linha na lista técnica em que o setor de compras tenta reduzir os custos e a engenharia tenta não pensar até que algo dê errado.
Cinco distribuidores-de componentes de baterias de íons de lítio nos EUA provavelmente conseguirão amostras em uma semana. Encontrar alguém que possa garantir a alocação para um programa de 50 GWh é mais difícil. Essa é a verdadeira restrição da cadeia de abastecimento neste segmento. Não tecnologia. Compromisso de capacidade.
