Як ультразвукове розпилення використовується для покриття ізоляції батареї?

Коли ультразвукове розпилення використовується для покриття ізоляції батареї, воно спочатку підбирає та попередньо -обробляє відповідні ізоляційні матеріали, а потім утворює плівку за допомогою точного розпилення та процесу осадження. Контроль параметрів також може забезпечити якість покриття, що робить його придатним для-великомасштабного виробництва. Конкретний процес і деталі такі:

**Попередня підготовка матеріалу та адаптація: ** Ящики батареї здебільшого виготовляються з алюмінію або міді, що потребує вибору ізоляційних матеріалів, стійких до електролітної корозії. Зазвичай використовуються полімерні суспензії, такі як PVDF (полівініліденфторид) і PTFE (політетрафторетилен). Композитні суспензії, що містять зв’язувальні та неорганічні ізоляційні матеріали, також можна використовувати для запобігання електролітній корозії вкладок.
**Подальша попередня обробка суспензією:** В’язкість матеріалу регулюється до діапазону, придатного для ультразвукового розпилення. Ультразвукова дисперсія усуває агломерацію частинок у суспензії, забезпечуючи однорідну та стабільну суспензію, запобігаючи подальшому засміченню головки розпилення та гарантуючи щільність покриття.

Перед нанесенням покриття поверхню електрода необхідно очистити, щоб видалити масло, задирки та інші забруднення, щоб вони не впливали на адгезію між покриттям і електродом і зменшили ризик пошкодження ізоляції. Одночасно необхідно налагодити обладнання ультразвукового покриття. Виходячи з розмірів електрода (таких як ширина та товщина) і вимог до покриття, вибирається корозійно-стійка розпилювальна головка, а автоматизована три{3}}система руху або роботизована рука контролює шлях розпилення. Ультразвукова частота, швидкість розпилення та температура основи попередньо встановлюються за допомогою комп’ютерної системи PLC для забезпечення точності розпилення.

 

Розпилення та точне осадження плівки: попередньо оброблена ізоляційна суспензія спочатку подається до ультразвукового розпилювального сопла через систему подачі. П’єзоелектричний керамічний перетворювач усередині сопла генерує високо{1}}механічні коливання 10-180 кГц під дією високочастотного-електричного сигналу. Ця вібраційна енергія передається на поверхню суспензії, змушуючи суспензію долати поверхневий натяг і розпадатися на однорідні мікро-краплі розміром 1-50 мкм, утворюючи розпилювальний конус. Потім під дією інертного газу-носія, такого як азот, ці мікрокраплі спрямовано транспортуються до призначеної області електрода батареї. Цей процес безконтактного розпилення дозволяє уникнути фізичного пошкодження вкладок.

Після того, як краплі осідають на поверхні вкладки, розчинник із суспензії видаляється за допомогою низько-температурної сушки, утворюючи високощільне ізоляційне покриття без дірок-. Під час розпилення такі параметри, як потужність розпилення та швидкість подачі, можна регулювати, щоб контролювати похибку товщини покриття в межах ±5%, що відповідає вимогам до ультра-покриття для ізоляції пластин. Одночасно ультразвукове напилення забезпечує коефіцієнт використання матеріалу 85%-95%, зменшуючи відходи ізоляційного матеріалу та знижуючи витрати на виробництво.

 

Для широкомасштабного-масового виробництва можна використовувати багато-конструкцію масиву форсунок для досягнення широкої-широти розпилення, що забезпечує серійну обробку вкладок різних специфікацій. Обладнання також підтримує 24-годинне безперервне обприскування, а з автоматизованою системою керування зменшується ручне втручання. Це забезпечує однорідність покриття вкладок у кожній партії під час масового виробництва, одночасно підвищуючи ефективність виробництва, задовольняючи потреби великомасштабного виробництва в акумуляторній промисловості.

 

Ультразвукове розпилення забезпечує ключові переваги в застосуванні для нанесення покриття на вкладки акумуляторів, задовольняючи основні вимоги виробництва акумуляторів (безпека, послідовність, контроль витрат і масштабованість). Порівняно з традиційним розпиленням (повітряним розпиленням, безповітряним розпиленням під високим-тиском), нанесенням покриття зануренням та іншими процесами, його переваги є помітнішими та доступнішими. Наступне пояснення, засноване на конкретних промислових сценаріях і даних, ілюструє ці переваги:

I. Точна та контрольована рівномірність і товщина покриття – вирішення основної больової точки «порушення ізоляції»
Язички батареї (алюмінієвий/мідний матеріал, зазвичай 3-20 мм завширшки та 0,1-0,3 мм завтовшки) вимагають ізоляційного покриття, яке не містить точкових отворів, не має пропущених ділянок і рівномірної товщини (зазвичай 5-50 мкм). Якщо цього не зробити, це може призвести до корозії між вкладкою та електролітом або короткого замикання між позитивним і негативним електродами, що створює загрозу безпеці.

Переваги ультразвукового розпилення: рівномірний розпилений розмір частинок (точно контрольований від 1-50 мкм), відсутність «агрегації крапель», коли краплі осідають на поверхні вкладки, і похибка товщини покриття менше або дорівнює ±5% (порівняно з ±15%-20% для традиційного повітряного розпилення). Підтримує «точне локалізоване розпилення», дозволяючи наносити покриття лише на критичні ділянки, такі як краї виступів і зони зварювання, уникаючи покриття провідних контактних поверхонь виступів (таких як точки зварювання між виступами та листами електродів), усуваючи необхідність подальших процесів лазерного травлення.

Приклад: Виробник силових акумуляторів використовував розпилення ізоляційної суспензії PVDF для виготовлення алюмінієвих вкладок, вимагаючи товщини покриття 15±2 мкм. Традиційне повітряне розпилення призвело до нерівномірного розміру крапель, що призвело до того, що 30% вкладок демонстрували «локалізовані ділянки надмірної тонкості (<10μm)" or "localized areas of excessive thickness (>20 мкм)." Більш тонкі ділянки піддалися корозії протягом 3 місяців після занурення в електроліт. Після переходу на ультразвукове розпилення рівномірність товщини покриття покращилася до 15±0,7 мкм, рівень корозійного пошкодження впав нижче 0,5%, а термін служби батареї збільшився з 1200 циклів до 1500 циклів.

 

II. Без{1}}контактне розпилення + утворення плівки з низьким{3}}пошкодженням – захист цілісності структури вкладки

Язички батарейки відносно тонкі (особливо в пакетних батареях, де товщина може бути лише 0,08 мм). Традиційні методи контактного нанесення покриття (такі як нанесення покриття валиком) або розпилення під високим -тиском (тиск повітряного потоку > 0,3 МПа) легко призводять до деформації вкладки та зморщування, що впливає на подальшу герметизацію капсули. Крім того, подряпини або поглиблення на поверхні виступу стають точками концентрації напруги, потенційно спричиняючи розтріскування під час розширення та звуження акумулятора під час заряджання та розряджання.

Переваги ультразвукового розпилення: процес розпилення базується на ультразвуковій вібрації (без впливу потоку повітря під високим-тиском), а для доставки крапель використовується газ-носій під низьким{1}}тиском (тиск < 0,05 МПа). Сила удару по вкладках становить лише 1/10 від сили традиційного повітряного розпилення, повністю уникаючи деформації вкладок.

Відстань розпилення можна гнучко регулювати (50-200 мм), усуваючи потребу в тісному контакті з поверхнею вкладки та зменшуючи ризик тертя та подряпин між соплом і вкладкою.

Приклад прикладу: Виробник споживчої літієвої батареї, який виробляє мідні вкладки з м’якою упаковкою (0,1 мм завтовшки), зазнав 8% деформації вкладок і 3% витоків після інкапсуляції за використання традиційного роликового покриття. Після переходу на ультразвукове розпилення швидкість деформації вкладки впала нижче 0,3%, швидкість витоку контролювалася з точністю до 0,1%, а шорсткість поверхні пластини Ra < 0,2 мкм (відповідає вимогам до адгезивного склеювання інкапсуляції).

 

III. Високий рівень використання матеріалів – зниження вартості дорогоцінних металів/-цінних паст Для ізоляційних покриттів вкладок акумулятора зазвичай використовуються полімерні пасти, такі як PVDF і PTFE, або композитні пасти, що містять керамічні порошки (наприклад, оксид алюмінію). Деякі -додатки високого класу використовують електропровідні ізоляційні композитні пасти, що містять дорогоцінні метали, такі як срібло та нікель, що призводить до вищих витрат на матеріали (наприклад, паста PVDF коштує приблизно 500 юанів/кг).

Переваги ультразвукового розпилення: чітко спрямовані розпилені краплі усувають «літаючий туман», досягаючи коефіцієнта використання матеріалу 85%-95% (порівняно лише з 30%-50% для традиційного повітряного розпилення зі значними втратами матеріалу через потік повітря).

Швидкість подачі (0,1-10 мл/хв) можна точно контролювати за допомогою системи ПЛК, пристосовуючи до вимог покриття для різної ширини вкладок і уникаючи «надлишкового покриття».

Практичний приклад: компанія, що займається виробництвом акумуляторних батарей, щорічно виробляє 10 ГВт-год літієвих батарей, що потребує покриття приблизно 200 мільйонів алюмінієвих вкладок. На кожну вкладку потрібно 0,01 г ізоляційної суспензії (теоретична витрата). Традиційне повітряне розпилення споживає 0,02-0,03 г суспензії на одиницю, що становить 4-6 тонн на рік, з вартістю 2-3 мільйони юанів. Після переходу на ультразвукове розпилення фактичне споживання суспензії становить лише 0,011-0,013 г на одиницю, що становить 2,2-2,6 тонни на рік, зменшуючи витрати до 1,1-1,3 мільйона юанів, що призводить до щорічної економії приблизно 1 мільйона юанів.

 

IV. Низько{1}}температурне утворення плівки + сильна сумісність – підходить для термочутливих/спеціальних ізоляційних матеріалів
Для деяких високоякісних батарейних вкладок потрібні термочутливі ізоляційні матеріали (наприклад, композиційні суміші PVDF, що містять еластомери, з температурною стійкістю менше або дорівнює 80 градусам) або корозійні суміші (такі як дисперсії фторполімерів). Традиційне термічне розпилення (що потребує нагрівання вище 100 градусів) може спричинити розкладання матеріалу, а-розпилення під високим тиском може призвести до виходу з ладу обладнання через корозію шламу сопел.

Переваги ультразвукового розпилення: Ультразвукове розпилення генерує тепло лише через вібрацію, при цьому температура зони розпилення менше або дорівнює 50 градусам. Це зберігає еластичність та ізоляційні властивості тепло-чутливих матеріалів, запобігаючи розриву полімерного ланцюга.

 

Форсунки можуть бути виготовлені зі стійких до корозії-матеріалів, таких як PTFE, кераміка та хастеллой, і сумісні з корозійними суспензіями, що містять фтор або слабкі кислоти та луги, усуваючи ризик корозії обладнання.

Приклад: компанія, що займається виробництвом твердотільних акумуляторів, використовувала еластичну ізоляційну суспензію, що містить поліефіретеркетон (PEEK) (температурна стійкість не перевищує 70 градусів). Традиційне термічне розпилення спричинило розкладання суспензії при нагріванні до 120 градусів, зменшуючи опір ізоляції покриття з 10¹²Ω до 10⁸Ω. Перехід до ультразвукового розпилення (утворення плівки при кімнатній температурі) дозволив підтримувати опір ізоляції покриття на рівні 10¹²Ω, а модуль пружності відповідав вимогам для згинання пластин (відсутність тріщин після 1000 згинань).