1. Principe de processus central
Dans la préparation des électrodes de batterie, le processus de pulvérisation d'atomisation à ultrasons peut être divisé en 4 étapes clés:
1.1 Préparation de l'électrode Slurry: Mélanger les matériaux actifs (tels que les particules LifePo₄), les liants (tels que le PVDF), les agents conducteurs (comme le noir de carbone) avec des solvants (comme le NMP) pour faire une suspension uniforme (la teneur solide est généralement à 40% - 70%) comme "matières premières".
1.2 Livraison et atomisation de la suspension: La suspension est livrée à la tête d'atomisation à ultrasons à travers une pompe de perfusion de précision. Le vibrateur piézoélectrique de la tête d'atomisation vibre violemment sous l'excitation d'un signal électrique à fréquence élevée (généralement 20 kHz - 100 kHz), brisant la suspension en minuscules gouttelettes avec un diamètre de 1 - 30 microns (la taille des gouttelettes peut être ajustée par fréquence: plus la fréquence est élevée, plus les gouttelettes) sont plus.
1.3 Livraison directionnelle des gouttelettes: Les gouttelettes de suspension atomisées sont entraînées par un gaz porteur (comme l'air sec, l'azote) pour former un faisceau de pulvérisation stable, qui est pulvérisé avec précision sur la surface du collecteur de courant mobile (le collecteur actuel est généralement transporté en continu par une courroie de bord de bord).
1.4 Formation et séchage du revêtement: les gouttelettes se propagent et fusionnent rapidement à la surface du collecteur de courant pour former un revêtement continu, puis entrez dans le canal de séchage (pour éliminer le solvant), formant finalement un revêtement d'électrode d'une certaine épaisseur (généralement 5 - 200 microns).
2. Avantages de base par rapport à la technologie de revêtement d'électrodes traditionnelles
Dans la fabrication d'électrodes de batterie, les technologies traditionnelles (telles que le revêtement de lame et le revêtement à fente) ont des problèmes tels qu'une mauvaise uniformité du revêtement, des déchets de matériaux élevés et une faible adaptabilité à une viscosité élevée / une suspension à haute teneur en solide. Les avantages de la pulvérisation d'atomisation à ultrasons sont particulièrement importants:
Article | Pulvérisation | Revêtement de docteur / emplacement conventionnel |
Uniformité du revêtement | Les gouttelettes sont fins et concentrées, l'écart d'épaisseur de revêtement peut être contrôlé à ± 1%, et il n'y a pas de défauts tels que "épaississement du bord" et "trous d'épingle" | Sensible à la fluctuation de la viscosité de la suspension, la déviation d'épaisseur est généralement de ± 5% - 10% et le matériel est facilement accumulé sur le bord |
Utilisation des matériaux | Les gouttelettes sont très directionnelles, presque exemptes de dérive, et le taux d'utilisation atteint 85% - 95% (le coût des matériaux actifs est élevé, donc cet avantage est significatif) | La suspension est facile à rester et à goutte à goutte, et le taux d'utilisation n'est que de 50% - 70% |
Contrôle d'épaisseur de revêtement | Les revêtements ultra - minces (jusqu'à 1 micron) peuvent être obtenus avec une épaisseur réglable en continu, adaptée aux batteries à haute densité d'énergie (les revêtements minces raccourcissent les chemins de diffusion des ions) | Il est difficile de préparer des revêtements ultra - minces <10 microns, et la plage de réglage de l'épaisseur est étroite |
Adaptabilité de la suspension | Peut gérer une teneur solide élevée (> 60%), une viscosité élevée (> 1000 cp) des suspensions, réduire l'utilisation du solvant (plus respectueuse de l'environnement) | Mauvaise adaptabilité à une teneur solide élevée / suspension à forte viscosité, facile à obstruer le port de revêtement |
Dommage au collecteur actuel | Aucun contact mécanique (la tête d'atomiseur ne contacte pas le collecteur de courant), adapté aux collectionneurs de courant extrêmement minces (comme le papier cuivre en dessous de 6 μm) | Le grattoir est en contact direct avec le collecteur de courant, qui peut facilement rayer le collecteur de courant mince. |
L'application de la pulvérisation d'atomisation à ultrasons dans le domaine des batteries est passée du laboratoire à une grande production d'échelle, et les scénarios de base comprennent:
3.1 revêtement d'électrode de batterie au lithium -
Électrode positive: Revocation des matériaux ternaires (NCM), phosphate de fer au lithium (LFP), etc. À la surface de la feuille d'aluminium, en particulier adapté aux hauts - nickel ternary (comme NCM811) - Ce type de matériau a des exigences extrêmement élevées pour l'uniformité du revêtement, sinon il est facile de provoquer un runnway thermique en raison de réactions locales inégales.
Électrode négative: revêtement en graphite et en silicium - Les matériaux à base de matériaux à la surface de la feuille de cuivre (les électrodes négatives à base de silicium sont faciles à développer, et le revêtement uniforme peut réduire la rupture pendant la circulation).
Avantages: Améliorer la cohérence de la densité de surface de l'électrode (déviation de densité de surface <1%), réduire le "phénomène de polarisation" pendant la charge et la décharge de la batterie et prolonger la durée de vie du cycle (peut être augmenté de 20% - 30%).
3.2 revêtement de couche de catalyseur à pile à combustible
Le composant central des piles à combustible (telles que les piles à combustible à hydrogène), "Electrode membranaire (MEA)", doit être enduit de catalyseurs à base de platine - à la surface des membranes d'échange de protons (extrêmement coûteuse). La pulvérisation d'atomisation à ultrasons peut atomiser la suspension du catalyseur (dispersion des particules de platine) en gouttelettes de 5 - 10 micron, formant une couche de catalyseur avec une épaisseur uniforme (± 0,5 micron), et le taux d'utilisation du platine est augmenté à plus de 60% (la méthode traditionnelle n'est que 30% - 40%), ce qui réduit considérablement le coût.
3.3 Solide - Évaluation d'électrolyte de batterie d'état
L'électrolyte des batteries solides à l'état (comme le sulfure et l'oxyde d'électrolytes solides) doit former une couche mince continue (1 - 5 microns) sur la surface de l'électrode. La pulvérisation d'atomisation à ultrasons peut éviter les «dommages à la pression» du revêtement traditionnel, garantir que la couche électrolytique est fissure - libre et améliorer l'efficacité de la conduction ionique.