1. Kerneprocesprincip
Ved forberedelse af batterielektroder kan sprøjtningsprocessen opdeles i 4 nøgletrin:
1.1 Fremstilling af elektrodeopslæmning: Bland aktive materialer (såsom LifePo₄ -partikler), bindemidler (såsom PVDF), ledende midler (såsom carbon sort) med opløsningsmidler (såsom NMP) for at fremstille en ensartet gylle (fast indhold er normalt 40%- 70%) som spray "råmaterialer".
1.2 SLURRY LEVERING OG ATOMISERING: Opslæmningen leveres til det ultralyds atomiseringshoved gennem en præcisionsinfusionspumpe. Den piezoelektriske vibrator af forstøvningshovedet vibrerer voldsomt under excitationen af et højt - frekvenselektrisk signal (normalt 20 kHz - 100 kHz), hvilket bryder opslæmningen i små dråber med en diameter på 1 - 30 mikron (dropletstørrelsen kan justeres med frekvens: jo højere frekvensen, jo finere dropletter).
1.3 Retningsbestemt levering af dråber: De forstøvede opslæmningsdråber drives af en bærergas (såsom tør luft, nitrogen) til dannelse af en stabil spraybjælke, der nøjagtigt sprøjtes på den bevægelige aktuelle samleroverflade (den nuværende samler transporteres normalt kontinuerligt med en transportbånd).
1.4 Belægningsdannelse og tørring: Dråberne spredte sig hurtigt og smelter på overfladen af den aktuelle opsamler for at danne en kontinuerlig belægning og derefter gå ind i tørrekanalen (for at fjerne opløsningsmidlet) og til sidst danne en elektrodebelægning med en bestemt tykkelse (normalt 5 - 200 mikroner).
2. Kernefordele sammenlignet med traditionel elektrodebelægningsteknologi
I batterielektrodefremstilling har traditionelle teknologier (såsom bladbelægning og spaltebelægning) problemer såsom dårlig belægningsuniformitet, højt materialeaffald og svag tilpasningsevne til høj viskositet/opslæmning med højt fast indhold. Fordelene ved ultralyds atomiseringssprøjtning er især fremtrædende:
Punkt | Ultralydsspray | Konventionel lægeblad / slotbelægning |
Belægningsuniformitet | Dråberne er fine og koncentrerede, belægningstykkelsesafvigelsen kan kontrolleres inden for ± 1%, og der er ingen defekter, såsom "kantfortykning" og "pinholes" | Modtagelig for udsving i gylleviskositet, tykkelseafvigelse er normalt ± 5%- 10%, og materiale akkumuleres let på kanten |
Materiel udnyttelse | Dråberne er meget retningsbestemte, næsten fri for drift, og udnyttelsesgraden når 85% - 95% (omkostningerne ved aktive materialer er høje, så denne fordel er betydelig) | Opslæmningen er let at forblive og dryp, og udnyttelsesgraden er kun 50%- 70% |
Belægningstykkelseskontrol | Ultra - tynde belægninger (ned til 1 mikron) kan opnås med kontinuerlig justerbar tykkelse, der er egnet til batterier med høj energitæthed (tynde belægninger, der forkorter iondiffusionsstier) | Det er vanskeligt at forberede ultra - tynde belægninger <10 mikron, og tykkelsesjusteringsområdet er smalt |
Opslæmningstilpasningsevne | Kan håndtere højt fast indhold (> 60%), høj viskositet (> 1000CP) slurrier, reducere opløsningsmiddelforbruget (mere miljøvenligt) | Dårlig tilpasningsevne til højt fast indhold/opslæmning med høj viskositet, let at tilstoppe belægningsporten |
Skade på den nuværende samler | Ingen mekanisk kontakt (atomizerhovedet kontakter ikke den aktuelle samler), der er egnet til ekstremt tynde strømopsamlere (såsom kobberfolie under 6μm) | Skraberen er i direkte kontakt med den aktuelle samler, som let kan ridse den tynde nuværende samler. |
Anvendelsen af ultralyds atomiseringssprøjtning inden for batterier er flyttet fra laboratoriet til stor - skalaproduktion, og kernescenarierne inkluderer:
3.1 Lithium - ionbatterielektrodebelægning
Positiv elektrode: belægning af ternære materialer (NCM), lithiumjernphosphat (LFP) osv. På overfladen af aluminiumsfolie, især egnet til høj - nikkel ternær (såsom NCM811) - Denne type materiale har ekstremt høje krav til belægningsuniformitet, ellers er det let at forårsage termisk løb på grund af ujævne lokale reaktioner.
Negativ elektrode: belægningsgrafit og silicium - Baserede materialer på overfladen af kobberfolie (silicium - baserede negative elektroder er lette at udvide, og ensartet belægning kan reducere brud under cirkulation).
Fordele: Forbedre konsistensen af elektrodes overfladetæthed (overfladetæthedsafvigelse <1%), reducere "polarisationsfænomenet" under batteriopladning og afladning og forlænge cykluslivet (kan øges med 20%- 30%).
3.2 Brændselscellekatalysatorlagsbelægning
Kernekomponenten i brændselsceller (såsom brintbrændselsceller), "Membranelektrode (MEA)", skal coates med platin - baserede katalysatorer på overfladen af protonudvekslingsmembraner (ekstremt dyr). Ultrasonisk forstøvningsprøjtning kan forstærke katalysatoropslæmningen (platinpartikeldispersion) i 5 - 10 mikron dråber, hvilket danner et katalysatorlag med ensartet tykkelse (± 0,5 mikron), og platinudnyttelseshastigheden øges til mere end 60%(metoden er kun 30%- 40%), hvilket stort set røde.
3.3 Solid - Statsbatterielektrolytbelægning
Elektrolytten af faste - tilstandsbatterier (såsom sulfid og oxid faste elektrolytter) skal danne et kontinuerligt tyndt lag (1 - 5 mikron) på elektrodeoverfladen. Ultrasonisk forstøvningsprøjtning kan undgå "trykskader" ved traditionel belægning, sikre, at elektrolytlaget er revne - fri og forbedre ionledningseffektiviteten.