1. Principi de procés bàsic
En la preparació dels elèctrodes de la bateria, el procés de polvorització d’atomització d’ultrasons es pot dividir en 4 passos clau:
1.1 Preparació de purins d’elèctrodes: barregeu materials actius (com ara partícules de vida), enquadernadors (com PVDF), agents conductors (com el negre de carboni) amb dissolvents (com NMP) per fer un purí uniforme (el contingut sòlid sol ser del 40%- 70%) com a polvorització ”.
1.2 Lliurament i atomització de purins: la purina es lliura al cap d’atomització d’ultrasons mitjançant una bomba d’infusió de precisió. El vibrador piezoelèctric del cap d’atomització vibra violentament sota l’excitació d’un senyal elèctric d’alta freqüència (normalment 20kHz - 100KHz), trencant el purí en petites gotes amb un diàmetre d’1 0,3 micres (la mida de la gota es pot ajustar per freqüència: com més gran és la freqüència, més fines, les dotetes).
1.3 Lliurament direccional de gotetes: Les gotetes de purins atomitzats són impulsades per un gas portador (com l’aire sec, el nitrogen) per formar un feix de ruixat estable, que es ruixa amb precisió a la superfície del col·lector de corrent mòbil (el col·lector actual sol transportar -se contínuament per un cinturó transportador).
1.4 Formació i assecat de recobriment: les gotes es propaguen ràpidament i es fusionen a la superfície del col·leccionista actual per formar un recobriment continu i, a continuació, entreu al canal d’assecat (per eliminar el dissolvent), eventualment formant un recobriment d’elèctrodes amb un cert gruix (normalment 5 - 200 micres).
2. Avantatges bàsics en comparació amb la tecnologia tradicional de recobriment d’elèctrodes
En la fabricació d’elèctrodes de bateries, les tecnologies tradicionals (com el recobriment de fulles i el recobriment d’escletxes) tenen problemes com la uniformitat de mal recobriment, els residus de materials elevats i una feble adaptabilitat a una alta viscositat/alts purins de contingut sòlid. Els avantatges de la polvorització d’atomització d’ultrasons són especialment destacats:
Article | Esprai per ultrasons | Recobriment convencional del metge / ranura del metge |
Uniformitat de recobriment | Les gotetes estan fines i concentrades, la desviació de gruix del recobriment es pot controlar dins del ± 1%i no hi ha defectes com ara "espessiment de la vora" i "forats" | Sensible a la fluctuació de la viscositat de purins, la desviació de gruix sol ser de ± 5%- 10%, i el material s’acumula fàcilment a la vora |
Utilització de materials | Les gotetes són altament direccionals, gairebé lliures de deriva i la taxa d’utilització arriba al 85% - 95% (el cost dels materials actius és alt, de manera que aquest avantatge és significatiu) | La purina és fàcil de romandre i degotejar -se, i la taxa d’utilització és només del 50%- 70% |
Control de gruix de recobriment | Es poden aconseguir recobriments ultra - (fins a 1 micron) amb un gruix ajustable contínuament, adequat per a bateries d’alta densitat d’energia (els recobriments prims redueixen les rutes de difusió d’ions) | És difícil preparar recobriments ultra - |
Adaptabilitat de purins | Pot gestionar contingut sòlid (> 60%), alta viscositat (> 1000cp), reduir l'ús de dissolvents (més respectuós amb el medi ambient) | Mala adaptabilitat a un alt contingut sòlid/puré de viscositat, fàcil d’obstruir el port de recobriment |
Danys al col·leccionista actual | No hi ha contacte mecànic (el capçal de l’atomitzador no es posa en contacte amb el col·lector actual), adequat per a col·leccionistes de corrent extremadament prims (com el paper de coure per sota de 6 μm) | El rascador està en contacte directe amb el col·leccionista actual, que pot ratllar fàcilment el col·leccionista de corrent prim. |
L’aplicació de polvorització d’atomització d’ultrasons al camp de les bateries s’ha traslladat del laboratori a la producció a gran escala, i els escenaris bàsics inclouen:
3,1 Lithium - Ion Battery Revés d'elèctrodes
Elèctrode positiu: recobriment de materials ternaris (NCM), fosfat de ferro de liti (LFP), etc. A la superfície del paper d’alumini, especialment adequat per a ternaris alts de níquel (com NCM811) - Aquest tipus de material té requisits extremadament elevats per a la uniformitat del recobriment, en cas contrari, és fàcil causar fugida tèrmica a causa de les reaccions locals desiguals.
Elèctrode negatiu: el recobriment de grafit i el silici - Materials basats en la superfície del paper de coure (els elèctrodes negatius basats en silici són fàcils d’expandir i el recobriment uniforme pot reduir la ruptura durant la circulació).
Avantatges: millorar la consistència de la densitat de la superfície dels elèctrodes (desviació de densitat de superfície <1%), redueix el "fenomen de polarització" durant la càrrega i la descàrrega de bateries i amplien la vida del cicle (es pot augmentar un 20%- 30%).
3.2 Recobriment de la capa de catalitzador de piles de combustible
El component principal de les piles de combustible (com les piles de combustible d’hidrogen), "Elèctrode de membrana (MEA)", ha de ser recobert de catalitzadors basats en platí a la superfície de les membranes d'intercanvi de protons (extremadament cares). El ruixat d’atomització d’ultrasons pot atomitzar la purina del catalitzador (dispersió de partícules de platí) en gotetes de 5 - 10 micres, formant una capa de catalitzador amb un gruix uniforme (± 0,5 micres), i la taxa d’ús de platí s’incrementa fins a més del 60%(el mètode tradicional és només del 30%- 40%), que redueix molt el cost.
3.3 Solid - Estat de la bateria del recobriment d’electròlits
L’electròlit de les bateries d’estat sòlid (com el sulfur i els electròlits sòlids d’òxid) ha de formar una capa fina contínua (1 - 5 micres) a la superfície de l’elèctrode. El ruixat d’atomització d’ultrasons pot evitar el “dany a la pressió” del recobriment tradicional, assegurar -se que la capa d’electròlits estigui crack - lliure i millorar l’eficiència de la conducció d’ions.