1. Kernprozessprinzip
Bei der Vorbereitung von Batterieelektroden kann der Prozess des Ultraschallgebäudesprühings in 4 wichtige Schritte unterteilt werden:
1.1 Vorbereitung der Elektrodenschlammung: Mischen Sie aktive Materialien (z. B. Lifepo₄ -Partikel), Bindemittel (wie PVDF), leitende Mittel (wie Carbonschwarz) mit Lösungsmitteln (z. B. NMP), um eine gleichmäßige Aufschlämmung zu erzeugen (fester Gehalt beträgt normalerweise 40%- 70%) als "Rohstoff".
1.2 Aufschlämmung und Zerstäubung: Die Aufschlämmung wird durch eine Präzisionsinfusionspumpe an den Ultraschallzerstäubungskopf geliefert. Der piezoelektrische Vibrator des Zerstäubungskopfes vibriert heftig unter der Anregung eines hohen - Frequenz elektrischen Signals (normalerweise 20 kHz - 100 kHz), wodurch die Aufschlämmung in winzige Tröpfchen mit einem Durchmesser von 1 - 30 Mikrometern eingebrochen wird (die Tröpfchengröße kann durch Frequenz eingestellt werden: Je höher die Frequenz, desto feiner die Tröpfchen).
1.3 Richtungsabgabe von Tröpfchen: Die atomisierten Aufschlämmungströpfchen werden von einem Trägergas (wie trockener Luft, Stickstoff) angetrieben, um einen stabilen Sprühstrahl zu bilden, der genau auf die sich bewegende Stromkollektoroberfläche besprüht wird (der Stromkollektor wird normalerweise kontinuierlich von einem Förderband transportiert).
1.4 Beschichtungsbildung und -trocknung: Die Tröpfchen verbreiten sich schnell und verschmelzen auf der Oberfläche des Stromkollektors, um eine kontinuierliche Beschichtung zu bilden, und betreten Sie dann den Trocknungskanal (um das Lösungsmittel zu entfernen) und bilden schließlich eine Elektrodenbeschichtung mit einer bestimmten Dicke (normalerweise 5 - 200 Mikrometer).
2. Kernvorteile im Vergleich zur herkömmlichen Elektrodenbeschichtungstechnologie
Bei der Herstellung von Batterie -Elektroden haben herkömmliche Technologien (z. B. Blattbeschichtung und Schlitzbeschichtung) Probleme wie eine schlechte Gleichmäßigkeit der Beschichtung, hohe Materialabfälle und eine schwache Anpassungsfähigkeit an hohe Viskosität/hohe Aufschlämmung des Feststoffgehalts. Die Vorteile des Ultraschallzerstäubungssprühens sind besonders herausragend:
Artikel | Ultraschallspray | Konventionelle Doktorklinge / Schlitzbeschichtung |
Schicht Gleichmäßigkeit | Die Tröpfchen sind fein und konzentriert, die Beschichtungsdicke kann innerhalb von ± 1%gesteuert werden, und es gibt keine Defekte wie "Kantenverdickung" und "Pinholes" | Anfällig für die Schwankung der Aufschlämmungsviskosität, die Dickungsabweichung beträgt normalerweise ± 5%- 10%, und das Material ist leicht an der Kante zu sammeln |
Materialnutzung | Die Tröpfchen sind sehr richtungsfrei, fast frei von Drift, und die Nutzungsrate erreicht 85% - 95% (die Kosten für aktive Materialien sind hoch, sodass dieser Vorteil erheblich ist). | Die Aufschlämmung ist leicht zu bleiben und zu tropfen, und die Nutzungsrate beträgt nur 50%- 70% |
Kontrolle der Beschichtungsdicke | Ultra - Dünnbeschichtungen (bis 1 Mikrometer) können mit kontinuierlich einstellbarer Dicke erreicht werden, die für Batterien mit hoher Energiedichte geeignet sind (dünne Beschichtungen verkürzen die Ionendiffusionswege) | Es ist schwierig, Ultra - dünne Beschichtungen <10 Mikrometer vorzubereiten, und der Dickungseinstellbereich ist schmal |
Aufschlämmungsanpassungsfähigkeit | Kann einen hohen Feststoffgehalt (> 60%), hohe Viskosität (> 1000 cp) schlucken lassen, die Lösungsmittelverwendung reduzieren (umweltfreundlicher). | Schlechte Anpassungsfähigkeit an einen hohen festen Gehalt/hohe Viskositätsschlämmung, leicht zu verstopfen des Beschichtungsanschlusses |
Schäden am aktuellen Sammler | Kein mechanischer Kontakt (der Zerstäuberkopf wendet sich nicht an den Stromkollektor), der für extrem dünne Stromsammler geeignet ist (z. B. Kupferfolie unter 6 μm) | Der Schaber steht in direktem Kontakt mit dem Stromkollektor, der den dünnen Stromkollektor problemlos kratzen kann. |
Die Anwendung von Ultraschallgebäudesprühen auf dem Gebiet der Batterien hat sich vom Labor auf die Produktion von großer Skala bewegt, und die Kernszenarien umfassen:
3.1 Lithium - Ionenbatterie -Elektrodenbeschichtung
Positive Elektrode: Ternäre Materialien (NCM), Lithium -Eisenphosphat (LFP) usw. auf der Oberfläche der Aluminiumfolie, insbesondere für hohe - Nickel -Ternärin (wie NCM811) - Diese Art von Material hat extrem hohe Anforderungen an die Gleichmäßigkeit der Beschichtung, da es aufgrund ungleichmäßiger lokaler Reaktionen problemlos thermischen Ausreißer verursachen kann.
Negative Elektrode: Beschichtung Graphit und Silizium - Basis Materialien auf der Oberfläche der Kupferfolie (Silizium - basierende negative Elektroden sind leicht zu erweitern, und eine gleichmäßige Beschichtung kann das Bruch während der Kreislauf reduzieren).
Vorteile: Verbessern Sie die Konsistenz der Elektrodenoberflächendichte (Oberflächendichteabweichung <1%), verringern Sie das "Polarisationsphänomen" während des Batterielads und -absagens und verlängern Sie die Zyklusdauer (kann um 20%- 30%erhöht werden).
3.2 Brennstoffzellenkatalysatorschichtbeschichtung
Die Kernkomponente von Brennstoffzellen (wie Wasserstoffbrennstoffzellen), "Membranelektrode (MEA)", muss mit Katalysatoren auf der Basis von Platin - auf der Oberfläche von Protonenaustauschmembranen (extrem teuer) beschichtet werden. Das Sprühen von Ultraschallgebäuden kann die Katalysatoraufschlämmung (Platinpartikeldispersion) in 5 - 10 -Mikron -Tröpfchen zerlegen und eine Katalysatorschicht mit gleichmäßiger Dicke (± 0,5 Mikron) bilden, und die Platinauslastungsrate wird auf mehr als 60%erhöht (die traditionelle Methode beträgt nur 30%- 40%), was die Kosten erheblich reduziert.
3.3 Festkörper -Batterie -Elektrolytbeschichtung
Der Elektrolyt der festen Zustandsbatterien (wie Sulfid- und Oxid -Feststoffelektrolyte) muss eine kontinuierliche dünne Schicht (1 - 5 Mikrometer) auf der Elektrodenoberfläche bilden. Das Sprühen von Ultraschallgebäuden kann die "Druckschädigung" der herkömmlichen Beschichtung vermeiden, sicherstellen, dass die Elektrolytschicht rissfrei ist und die Ionenleitungseffizienz verbessert.