Как се използва ултразвуково пулверизиращо пръскане за изолационно покритие на батерията?

Когато се използва ултразвуково пулверизиращо пръскане за покритие на изолацията на батерията, то първо съвпада и -обработва подходящи изолационни материали, след което образува филм чрез прецизен процес на пулверизиране и отлагане. Контролът на параметрите може също така да осигури качество на покритието, което го прави подходящо за широко{2}}производство. Конкретният процес и подробностите са както следва:

**Предварителна подготовка на материала и адаптиране:** Езиците на батерията са предимно направени от алуминий или мед, което изисква избор на изолационни материали, устойчиви на електролитна корозия. Често използвани са полимерни суспензии като PVDF (поливинилиден флуорид) и PTFE (политетрафлуоретилен). Композитни суспензии, съдържащи свързващи вещества и неорганични изолационни материали, също могат да се използват за предотвратяване на електролитна корозия на пластините.
**Последваща предварителна обработка на суспензията:** Вискозитетът на материала се регулира до диапазона, подходящ за ултразвукова пулверизация. Ултразвуковата дисперсия елиминира агломерацията на частиците в суспензията, осигурявайки равномерна и стабилна суспензия, предотвратявайки последващо запушване на пулверизационната глава и гарантирайки плътност на покритието.

Преди нанасяне на покритие повърхността на електрода трябва да се почисти, за да се отстранят маслото, неравностите и други примеси, за да се предотврати тяхното повлияване на адхезията между покритието и електрода и да се намали рискът от повреда на изолацията. Едновременно с това оборудването за ултразвуково покритие трябва да бъде отстранено. Въз основа на размерите на електрода (като ширина и дебелина) и изискванията за покритие се избира устойчива на корозия-разпръскваща глава и автоматизирана система за движение по три-оси или роботизирана ръка контролира пътя на пръскане. Ултразвуковата честота, скоростта на пръскане и температурата на основата са предварително зададени чрез компютърна PLC система, за да се гарантира точността на пръскане.

 

Атомизация и прецизно отлагане на филм: Предварително обработената изолационна суспензия първо се подава към ултразвуковата пулверизираща дюза чрез захранваща система. Пиезоелектричният керамичен трансдюсер вътре в дюзата генерира високо-честотни механични вибрации от 10-180kHz при високо-честотно възбуждане на електрически сигнал. Тази вибрационна енергия се прехвърля към повърхността на суспензията, карайки суспензията да преодолее повърхностното напрежение и да се разпадне на еднакви микро-капки от 1-50 μm, образувайки пулверизиращ конус. След това, задвижвани от инертен газ носител като азот, тези микрокапки се транспортират насочено към определената зона на електрода на батерията. Този процес на безконтактно пръскане избягва физическо увреждане на пластините.

След като капките се отложат върху повърхността на раздела, разтворителят в суспензията се отстранява чрез сушене при ниска-температура, образувайки високогъсто изолиращо покритие без дупки-. По време на пръскане, параметри като мощност на разпръскване и скорост на подаване могат да се регулират, за да се контролира грешката в дебелината на покритието в рамките на ±5%, отговаряйки на изискванията за ултра-тънко покритие за изолация на пластини. Едновременно с това ултразвуковото пръскане постига степен на използване на материала от 85%-95%, намалявайки отпадъците от изолационни материали и понижавайки производствените разходи.

 

За мащабно-масово производство може да се използва дизайн с множество-дюзи за постигане на пръскане с широка-широчина, позволяваща партидна обработка на раздели с различни спецификации. Оборудването също поддържа 24-часово непрекъснато пръскане, а с автоматизирана система за управление ръчната намеса е намалена. Това гарантира консистенцията на покритието на раздела във всяка партида по време на масовото производство, като същевременно подобрява ефективността на производството, отговаряйки на нуждите на широкомащабното производство в индустрията за батерии.

 

Ултразвуковото пулверизиращо пръскане предлага основни предимства в приложенията за покритие на батерии, отговаряйки на основните изисквания на производството на батерии (безопасност, последователност, контрол на разходите и мащабируемост). В сравнение с традиционното пръскане (въздушно пръскане, безвъздушно пръскане под високо-налягане), нанасяне на покритие по потапяне и други процеси, неговите предимства са по-изявени и лесно приложими. Следващото обяснение, базирано на конкретни индустриални сценарии и данни, илюстрира тези предимства:

I. Прецизна и контролируема еднородност и дебелина на покритието – решаване на основната болезнена точка на „повреда на изолацията“
Езичетата на батерията (алуминиев/меден материал, обикновено 3-20 mm широки и 0,1-0,3 mm дебели) изискват изолационни покрития без дупки, без пропуснати участъци и с еднаква дебелина (обикновено 5-50 μm). Неуспехът да се постигне това може да доведе до корозия между пластината и електролита или късо съединение между положителните и отрицателните електроди, което представлява опасност за безопасността.

Предимства на ултразвуковото пръскане: Равномерен пулверизиран размер на частиците (прецизно контролиран от 1-50 μm), липса на "натрупване на капчици", когато капчиците се отлагат върху повърхността на раздела, и грешка в дебелината на покритието По-малка или равна на ±5% (в сравнение с ±15%-20% за традиционно въздушно пръскане). Поддържа "прецизно локализирано пръскане", което позволява нанасяне на покритие само върху критични зони, като ръбовете на накрайниците и зоните на заваряване, избягвайки покритието да покрива проводимите контактни повърхности на накрайниците (като точките на заваряване между накрайниците и електродните листове), елиминирайки необходимостта от последващи процеси на лазерно ецване.

Казус от практиката: Производител на батерии използва PVDF изолираща суспензия, за да произведе алуминиеви пластини, изискващи дебелина на покритието от 15±2μm. Традиционното въздушно пръскане доведе до неравномерен размер на капките, което доведе до 30% от разделите, показващи „локализирани зони с прекомерна тънкост (<10μm)" or "localized areas of excessive thickness (>20μm)." По-тънките зони корозираха в рамките на 3 месеца след потапяне в електролит. След преминаване към ултразвуково пръскане с пулверизиране, еднородността на дебелината на покритието се подобри до 15±0,7 μm, степента на отказ от корозия падна до под 0,5%, а животът на батерията се увеличи от 1200 цикъла на 1500 цикъла.

 

II. Без{1}}контактно пръскане + образуване на филм с ниско-увреждане – защита на целостта на структурата на раздела

Езичетата на батериите са сравнително тънки (особено в торбичките, където дебелината може да бъде едва 0,08 mm). Традиционните методи за контактно нанасяне на покритие (като нанасяне с валяк) или пръскане под високо-налягане (ударно налягане на въздушния поток > 0,3MPa) лесно водят до деформация и набръчкване на пластинката, което засяга последващото запечатване на капсулата. Освен това, драскотини или вдлъбнатини по повърхността на раздела се превръщат в точки на концентрация на напрежение, потенциално причиняващи напукване по време на разширяването и свиването на батерията по време на зареждане и разреждане.

Предимства на ултразвуковото пръскане: Процесът на пулверизиране разчита на ултразвукова вибрация (без въздействие на въздушния поток под високо-налягане), а доставката на капчици използва газ-носител с ниско{1}}налягане (налягане < 0,05MPa). Силата на удара върху пластините е само 1/10 от тази на традиционното пръскане с въздух, като напълно се избягва деформацията на пластините.

Разстоянието на пръскане може да се регулира гъвкаво (50-200 mm), елиминирайки необходимостта от близък контакт с повърхността на разделителя и намалявайки риска от триене и драскотини между дюзата и разделителя.

Казус от практиката: Производител на потребителски литиеви батерии, произвеждащ меки{0}}медни накрайници (с дебелина 0,1 mm), има 8% степен на деформация на накрайниците и 3% процент на изтичане след капсулиране при използване на традиционно ролково покритие. След преминаване към ултразвуково пулверизиращо пръскане скоростта на деформация на пластината спадна до под 0,3%, скоростта на изтичане беше контролирана до 0,1%, а грапавостта на повърхността на пластината Ra < 0,2 μm (отговарящо на изискванията за лепило за капсулиране).

 

III. Високо използване на материала – Намаляване на разходите за благородни метали/пасти с висока -стойност Изолационните покрития на батериите обикновено използват полимерни пасти като PVDF и PTFE или композитни пасти, съдържащи керамични прахове (като алуминиев оксид). Някои -приложения от висок клас използват проводящи изолационни композитни пасти, съдържащи благородни метали като сребро и никел, което води до по-високи разходи за материали (напр. PVDF пастата струва приблизително 500 RMB/kg).

Предимства на ултразвуковото пръскане: Силно насочените пулверизирани капчици елиминират "летящата мъгла", постигайки степен на използване на материала от 85%-95% (в сравнение само с 30%-50% за традиционно въздушно пръскане, със значителни загуби на материал поради въздушния поток).

Скоростта на подаване (0,1-10 mL/min) може да се контролира прецизно чрез PLC система, като се адаптира към изискванията за покритие за различни ширини на раздела и се избягва "препокриване".

Казус от практиката: Компания за батерии произвежда 10 GWh литиеви батерии годишно, което изисква покритие на приблизително 200 милиона алуминиеви пластини. Всяка таблетка изисква 0,01 g изолираща суспензия (теоретична употреба). Традиционното въздушно пръскане изразходва 0,02-0,03 g суспензия на единица, общо 4-6 тона годишно, с цена от 2-3 милиона RMB. След преминаване към пръскане с ултразвукова пулверизация, действителната консумация на суспензия е само 0,011-0,013g на единица, общо 2,2-2,6 тона годишно, намалявайки разходите до 1,1-1,3 милиона RMB, което води до годишно спестяване на разходи от приблизително 1 милион RMB.

 

IV. Образуване на филм при ниска-температура + силна съвместимост – подходящо за термочувствителни/специални изолационни материали
Някои -батерии от висок клас изискват термочувствителни изолационни материали (като PVDF композитни суспензии, съдържащи еластомери, с температурна устойчивост, по-малка или равна на 80 градуса) или корозивни суспензии (като флуорополимерни дисперсии). Традиционното термично пръскане (изискващо нагряване до над 100 градуса) може да причини разлагане на материала, а пръскането под високо-налягане е предразположено към повреда на оборудването поради корозия на суспензията на дюзите.

Предимства на ултразвуковото пръскане: Ултразвуковото пулверизиране генерира топлина само чрез вибрации, като температурата на зоната на пулверизиране е по-малка или равна на 50 градуса. Това запазва еластичността и изолационните свойства на термо-чувствителните материали, предотвратявайки скъсване на полимерната верига.

 

Дюзите могат да бъдат изработени от устойчиви на корозия -материали като PTFE, керамика и Hastelloy и са съвместими с корозивни суспензии, съдържащи флуор или слаби киселини и основи, елиминирайки риска от корозия на оборудването.

Казус от практиката: Компания за-твърдотелни батерии използва еластична изолираща суспензия, съдържаща полиетеретеркетон (PEEK) (температурна устойчивост По-малка или равна на 70 градуса). Традиционното термично пръскане кара суспензията да се разлага при нагряване до 120 градуса, намалявайки изолационното съпротивление на покритието от 10¹²Ω на 10⁸Ω. Преминаването към ултразвуково пулверизиращо пръскане (образуване на филм при стайна температура) поддържа съпротивлението на изолацията на покритието при 10¹²Ω, а модулът на еластичност отговаря на изискванията за огъване (без напукване след 1000 огъвания).