1. Principio de proceso central
En la preparación de electrodos de batería, el proceso de pulverización de atomización ultrasónica se puede dividir en 4 pasos clave:
1.1 Preparación de la suspensión de electrodos: mezcle materiales activos (como partículas de LifePo₄), aglutinantes (como PVDF), agentes conductores (como negro de carbono) con solventes (como NMP) para hacer una suspensión uniforme (el contenido sólido suele ser 40%- 70%) como "materias primas".
1.2 Entrega y atomización de lodo: la suspensión se entrega a la cabeza de atomización ultrasónica a través de una bomba de infusión de precisión. El vibrador piezoeléctrico de la cabeza de atomización vibra violentamente bajo la excitación de una señal eléctrica de alta frecuencia (generalmente 20kHz - 100kHz), rompiendo la lechada en pequeñas gotas con un diámetro de 1 - 30 micras (el tamaño de la gota se puede ajustar por frecuencia: cuanto más alta sea la frecuencia más fina).
1.3 Entrega direccional de gotas: las gotas de la lechada atomizadas son impulsadas por un gas portador (como aire seco, nitrógeno) para formar un haz de pulverización estable, que se rocía con precisión en la superficie del colector de corriente móvil (el colector actual generalmente se transporta continuamente por una cinta transportadora).
1.4 Formación de recubrimiento y secado: las gotas se extienden rápidamente y se fusionan en la superficie del colector de corriente para formar un recubrimiento continuo, y luego ingresan al canal de secado (para eliminar el disolvente), eventualmente formando un recubrimiento de electrodo con un cierto grosor (generalmente 5 - 200 micras).
2. Ventajas centrales en comparación con la tecnología tradicional de recubrimiento de electrodos
En la fabricación de electrodos de la batería, las tecnologías tradicionales (como el recubrimiento de la cuchilla y el recubrimiento por hendidura) tienen problemas como la uniformidad de recubrimiento deficiente, los desechos altos de material y la débil adaptabilidad a la alta viscosidad/alto contenido sólido. Las ventajas de la pulverización de atomización ultrasónica son particularmente prominentes:
Artículo | Spray ultrasónico | Cubro convencional de Doctor Blade / Slot |
Uniformidad de recubrimiento | Las gotas están finas y concentradas, la desviación del espesor de recubrimiento se puede controlar dentro de ± 1%, y no hay defectos como el "engrosamiento de borde" y los "agujeros" | Susceptible a la fluctuación de la viscosidad de la lechada, la desviación del espesor suele ser ± 5%- 10%, y el material se acumula fácilmente en el borde |
Utilización de material | Las gotas son altamente direccionales, casi libres de deriva, y la tasa de utilización alcanza el 85% - 95% (el costo de los materiales activos es alto, por lo que esta ventaja es significativa) | La suspensión es fácil de permanecer y gotear, y la tasa de utilización es solo del 50%- 70% |
Control de grosor de recubrimiento | Los recubrimientos delgados ultra (hasta 1 micras) se pueden lograr con un grosor continuo ajustable, adecuados para baterías de alta densidad de energía (recubrimientos delgados acortan caminos de difusión de iones) | Es difícil preparar ultra - recubrimientos delgados <10 micras, y el rango de ajuste de grosor es estrecho |
Adaptabilidad de lodo | Puede manejar el alto contenido sólido (> 60%), llose de alta viscosidad (> 1000cp), reducir el uso del solvente (más ecológico) | Mala adaptabilidad al alto contenido sólido/suspensión de alta viscosidad, fácil de obstruir el puerto de recubrimiento |
Daño al coleccionista actual | No hay contacto mecánico (la cabeza del atomizador no contacta al colector de corriente), adecuado para colectores de corriente extremadamente delgados (como lámina de cobre por debajo de 6 μm) | El raspador está en contacto directo con el colector actual, que puede rastrear fácilmente el colector de corriente delgada. |
La aplicación de la pulverización de atomización ultrasónica en el campo de las baterías se ha trasladado del laboratorio a la producción de gran escala, y los escenarios centrales incluyen:
3.1 litio - recubrimiento de electrodo de batería de iones
Electrodo positivo: recubrimiento de materiales ternos (NCM), fosfato de hierro de litio (LFP), etc. en la superficie de la lámina de aluminio, especialmente adecuado para alto - níquel ternario (como NCM811) - Este tipo de material tiene requisitos extremadamente altos para la uniformidad de recubrimiento, de lo contrario, es fácil causar fugas térmicas debido a reacciones locales desiguales.
Electrodo negativo: recubrimiento de grafito y materiales basados en silicio en la superficie de la lámina de cobre (los electrodos negativos basados en silicio - son fáciles de expandir, y el recubrimiento uniforme puede reducir la ruptura durante la circulación).
Ventajas: Mejore la consistencia de la densidad de la superficie del electrodo (desviación de la densidad de superficie <1%), reduzca el "fenómeno de polarización" durante la carga y descarga de la batería, y extienda la vida útil del ciclo (se puede aumentar en un 20%- 30%).
3.2 recubrimiento de capa de catalizador de pilas de combustible
El componente central de las celdas de combustible (como las celdas de combustible de hidrógeno), el "electrodo de membrana (MEA)", debe recubrir con catalizadores basados en platino en la superficie de las membranas de intercambio de protones (extremadamente caros). La pulverización de atomización ultrasónica puede atomizar la suspensión del catalizador (dispersión de partículas de platino) en gotas de 5 - 10 micras, formando una capa de catalizador con un grosor uniforme (± 0.5 micras), y la tasa de utilización del platino aumenta a más del 60%(el método tradicional es solo 30%- 40%), que reduce el costo.
3.3 Sólido - Estado de la batería de recubrimiento de electrolitos
El electrolito de las baterías de estado sólido (como electrolitos sólidos de sulfuro y óxido) necesita formar una capa delgada continua (1 - 5 micras) en la superficie del electrodo. La pulverización de atomización ultrasónica puede evitar el "daño a la presión" del recubrimiento tradicional, asegurarse de que la capa de electrolitos esté grieta y mejore la eficiencia de la conducción de iones.