1. Princip základního procesu
Při přípravě elektrod baterií lze proces stříkání ultrazvukového rozprašování rozdělit do 4 klíčových kroků:
1.1 Příprava elektrodové kaše: Smíchejte aktivní materiály (jako jsou částice LifePo₄), pojiva (jako je PVDF), vodivá činidla (jako je uhlíková černá) s rozpouštědly (jako je NMP), aby se vytvořila rovnoměrná kaše (pevný obsah je obvykle 40%- 70%) jako stříkání „suroviny“.
1.2 Dodávka a atomizace kaše: Kaše je dodávána do ultrazvukové atomizační hlavy přes přesnou infuzní čerpadlo. Piezoelektrický vibrátor atomizační hlavy násilně vibruje pod excitací vysokofrekvenčního elektrického signálu (obvykle 20 kHz - 100 kHz), čímž se kaše naloží do malých kapiček s průměrem 1 - 30 mikronů (velikost kapiček může být upravena frekvencí: vyšší frekvence, jemná kapička).
1.3 Směrové dodávky kapiček: Atomizované kalové kapky jsou poháněny nosným plynem (jako je suchý vzduch, dusík) za vzniku stabilního stříkacího paprsku, který je přesně nastříkán na povrch sběratele pohyblivého proudu (současný sběratel je obvykle přepravován dopravním pásem).
1.4 Tvorba a sušení povlaku: Kapičky se rychle šíří a pojistí na povrchu proudového kolektoru za vzniku kontinuálního povlaku a poté vstoupí do sušicího kanálu (pro odstranění rozpouštědla) a nakonec vytvoří elektrodovou povlak s určitou tloušťkou (obvykle 5 - 200 mikronů).
2. základní výhody ve srovnání s tradiční technologií elektrod
Při výrobě elektrod baterie mají tradiční technologie (jako je povlak čepele a štěrbinový povlak) problémy, jako je špatná uniformity povlaku, vysoký odpad materiálu a slabá přizpůsobivost na vysokou viskozitu/vysoký pevný obsah. Výhody postřiku ultrazvukové atomizace jsou zvláště výrazné:
Položka | Ultrazvukový sprej | Konvenční lopatka / štěrbinová povlak |
Uniformita povlaku | Kapičky jsou jemné a koncentrované, odchylka tloušťky povlaku může být řízena do ± 1%a neexistují žádné defekty, jako je „zahušťování okraje“ a „dírky“ | Snížená k kolísání viskozity kaše, odchylka tloušťky je obvykle ± 5%- 10%a materiál se snadno nahromadí na okraji |
Využití materiálu | Kapičky jsou vysoce směrové, téměř bez driftu a míra využití dosahuje 85% - 95% (náklady na aktivní materiály jsou vysoké, takže tato výhoda je významná) | Kaše je snadné zůstat a kapat a míra využití je pouze 50%- 70% |
Ovládání tloušťky povlaku | Ultra - tenké povlaky (dolů na 1 mikrony) lze dosáhnout s nepřetržitě nastavitelnou tloušťkou, vhodnou pro baterie s vysokou hustotou energie (tenké povlaky zkracují iontovou difúzní cesty) | Je obtížné připravit ultra - tenké povlaky <10 mikronů a rozsah nastavení tloušťky je úzký |
Adaptabilita kaše | Dokáže zvládnout vysoký pevný obsah (> 60%), vysokou viskozitu (> 1000CP) kalivy, snížit využití rozpouštědla (šetrnější k životnímu prostředí) | Špatná přizpůsobivost vysokému obsahu pevného obsahu/vysoká viskozita, snadné ucpávání potahovacího portu |
Poškození současného sběratele | Žádný mechanický kontakt (hlava rozprašovače se nekontaktuje současného kolektoru), vhodný pro extrémně tenké sběratele proudu (jako je měděná fólie pod 6 μm) | Škrabka je v přímém kontaktu s aktuálním sběratelem, který může snadno poškrábat tenký proudový kolektor. |
Aplikace ultrazvukového atomizačního postřiku v oblasti baterií se přesunula z laboratoře do velké produkce v měřítku a hlavní scénáře zahrnují:
3.1 Lithium - Elektrodový povlak iontové baterie
Pozitivní elektroda: Povlakovací ternární materiály (NCM), lithiový fosfát (LFP) atd. Na povrchu hliníkové fólie, zejména vhodné pro vysokou - niklový ternární (jako NCM811) - Tento typ materiálu má extrémně vysoké požadavky na uniformitu povlaku, jinak je snadné způsobit tepelný útěk kvůli nerovnoměrným místním reakcím.
Negativní elektroda: Povlakovací grafit a křemík - založené materiály na povrchu měděné fólie (negativní elektrody na bázi křemíku se snadno rozšíří a rovnoměrné povlak může během oběhu snížit prask).
Výhody: Zlepšete konzistenci hustoty povrchu elektrod (odchylka hustoty povrchu <1%), snížit „fenomén polarizace“ během nabíjení a vypouštění baterie a prodloužit životnost cyklu (lze zvýšit o 20%- 30%).
3.2 Vrstva palivových článků palivových článků
Jádrová složka palivových článků (jako jsou vodíkové palivové články), „membránová elektroda (MEA)“, musí být potažena katalyzátory na bázi platinových - na povrchu membrán pro výměnu protonů (extrémně drahé). Ultrazvukové atomizační postřik může atomizovat kaše katalyzátoru (disperze platinových částic) na 5 - 10 mikronů, což vytváří katalyzátorovou vrstvu s rovnoměrnou tloušťkou (± 0,5 mikronu) a rychlost využití platiny se zvyšuje na více než 60%(tradiční metoda je pouze 30%- 40%), což je značně snižuje náklady.
3.3 Pevná - Stavová baterie Electrolyte Coating
Elektrolyt pevných stavových baterií (jako je sulfid a oxidové pevné elektrolyty) musí na povrchu elektrody tvořit kontinuální tenkou vrstvu (1 - 5 mikronů). Ultrazvukové atomizační postřik se může zabránit „tlakovému poškození“ tradičního povlaku, zajistit, aby vrstva elektrolytu byla trhlina - a zlepšit účinnost vedení iontů.