1. Principio do proceso básico
Na preparación de electrodos da batería, o proceso de pulverización de atomización por ultrasóns pódese dividir en 4 pasos clave:
1.1 Preparación de láminas de electrodos: mestura materiais activos (como partículas de vida), ligantes (como PVDF), axentes condutores (como o negro de carbono) con disolventes (como NMP) para facer unha suspensión uniforme (o contido sólido adoita ser do 40%- 70%) como spray "materiais crues".
1.2 Entrega e atomización de suspensión: a suspensión é entregada á cabeza de atomización ultrasónica a través dunha bomba de infusión de precisión. O vibrador piezoeléctrico da cabeza de atomización vibra violentamente baixo a excitación dun sinal eléctrico de alta frecuencia (normalmente 20kHz - 100kHz), rompendo a suspensión en minúsculas pingas cun diámetro de 1 - 30 micras (o tamaño das pingas pode axustarse por frecuencia: canto maior sexa a frecuencia, máis finas, os droplos).
1.3 Entrega direccional de pingas: as pingas de suspensión atomizadas son conducidas por un gas portador (como o aire seco, o nitróxeno) para formar un feixe de pulverización estable, que se pulveriza con precisión na superficie do colector de corrente en movemento (o colector actual adoita transportarse continuamente por un cinto transportador).
1.4 Formación e secado de revestimento: as pingas estendéronse rapidamente e fusionan na superficie do colector actual para formar un revestimento continuo e, a continuación, entra na canle de secado (para eliminar o disolvente), formando finalmente un revestimento de electrodos cun certo grosor (normalmente 5 - 200 micras).
2. Vantaxes básicas en comparación coa tecnoloxía tradicional de revestimento de electrodos
Na fabricación de electrodos da batería, as tecnoloxías tradicionais (como o revestimento de láminas e o revestimento de fenda) teñen problemas como a uniformidade de revestimento deficiente, os altos residuos de material e a débil adaptabilidade á alta viscosidade/alto contido sólido. As vantaxes da pulverización de atomización por ultrasóns son especialmente destacadas:
Elemento | Spray ultrasónico | Revestimento de lámina / slot de doutor convencional |
Uniformidade do revestimento | As pingas son finas e concentradas, a desviación do grosor do revestimento pódese controlar dentro do ± 1%e non hai defectos como "engrosamento de bordo" e "pinchos" | Susceptible á flutuación da viscosidade de suspensión, a desviación de grosor adoita ser ± 5%- 10%e o material acumúlase facilmente no bordo |
Utilización de material | As pingas son altamente direccionais, case libres de deriva, e a taxa de utilización alcanza o 85% - 95% (o custo dos materiais activos é elevado, polo que esta vantaxe é significativa) | A suspensión é fácil de permanecer e gotear, e a taxa de utilización é só do 50%- 70% |
Control de grosor de revestimento | Os revestimentos ultra - delgados (ata 1 micron) pódense conseguir cun grosor axustable continuamente, adecuado para baterías de alta densidade de enerxía (revestimentos delgados acurtan os camiños de difusión de ións) | É difícil preparar revestimentos ultra - delgados <10 micras, e o rango de axuste de grosor é estreito |
Adaptabilidade de suspensión | Pode xestionar un alto contido sólido (> 60%), alta viscosidade (> 1000cp), reducir o uso do disolvente (máis ecolóxico) | Mala adaptabilidade a un alto contido sólido/alta viscosidade, fácil de obstruír o porto de revestimento |
Danos ao coleccionista actual | Non hai contacto mecánico (a cabeza do atomizador non se pon en contacto co colector actual), adecuado para colectores de corrente extremadamente delgados (como a folla de cobre por baixo dos 6μm) | O rascador está en contacto directo co colector actual, que pode rabuñar facilmente o colector de corrente fina. |
A aplicación de pulverización de atomización por ultrasóns no campo das baterías pasou do laboratorio á produción de escala grande e os escenarios básicos inclúen:
3.1 Lithium - Revestimento de electrodos de batería iónica
Electrodo positivo: revestimento de materiais ternarios (NCM), fosfato de ferro de litio (LFP), etc. na superficie da folla de aluminio, especialmente adecuado para altos - ternarios níquel (como NCM811) - Este tipo de material ten requisitos extremadamente altos para a uniformidade do revestimento, se non, é fácil causar desbocado térmico debido ás reaccións locais desiguales.
Electrodo negativo: revestimento de grafito e silicio - Materiais baseados na superficie da folla de cobre (os electrodos negativos baseados en silicio - son fáciles de expandir e o revestimento uniforme pode reducir a ruptura durante a circulación).
Vantaxes: mellorar a coherencia da densidade de superficie dos electrodos (desviación de densidade de superficie <1%), reducir o "fenómeno de polarización" durante a carga e descarga da batería e ampliar a vida do ciclo (pódese aumentar un 20%- 30%).
3.2 Revestimento de capa de catalizador de pilas de combustible
O compoñente básico das pilas de combustible (como as pilas de combustible de hidróxeno), "Electrodo de membrana (MEA)", debe ser revestido con catalizadores baseados en platino na superficie das membranas de intercambio de protóns (extremadamente caros). A pulverización de atomización por ultrasóns pode atomizar a suspensión do catalizador (dispersión de partículas de platino) en pingas de 5 - 10 micras, formando unha capa de catalizador con grosor uniforme (± 0,5 micras), e a taxa de utilización de platino aumenta a máis do 60%(o método tradicional só é 30%- 40%), o que reduce o custo.
3.3 Solid - Revestimento de electrólitos da batería estatal
O electrólito de baterías sólidas - Estado (como o sulfuro e os electrólitos sólidos de óxido) necesitan formar unha capa fina continua (1 - 5 micras) na superficie do electrodo. A pulverización de atomización por ultrasóns pode evitar o "dano á presión" do revestimento tradicional, asegúrese de que a capa de electrólitos estea fisurada e libre e mellorar a eficiencia da condución de ións.