1. Principio del processo principale
Nella preparazione di elettrodi a batteria, il processo di spruzzatura ad ultrasuoni di atomizzazione può essere diviso in 4 passaggi chiave:
1.1 Preparazione della sospensione dell'elettrodo: mescolare materiali attivi (come particelle di vita), leganti (come PVDF), agenti conduttivi (come il nero di carbonio) con solventi (come NMP) per creare una sospensione uniforme (il contenuto solido è generalmente del 40%- 70%) come "materiali prima di spruzzatura".
1.2 Consegna di liquami e atomizzazione: la sospensione viene consegnata alla testa di atomizzazione ad ultrasuoni attraverso una pompa di infusione di precisione. Il vibratore piezoelettrico della testa di atomizzazione vibra violentemente sotto l'eccitazione di un segnale elettrico ad alta frequenza (di solito 20kHz - 100kHz), rompendo la sospensione in piccole gocce con un diametro di 1 - 30 micron (la dimensione della goccia può essere regolata per frequenza: più la frequenza, le finte le goccioline).
1.3 Consegna direzionale di goccioline: le goccioline di liquami atomizzate sono guidate da un gas di trasporto (come aria secca, azoto) per formare un raggio di spruzzo stabile, che viene spruzzato accuratamente sulla superficie del collettore di corrente in movimento (l'attuale collettore viene generalmente trasportato continuamente da un trasporto).
1.4 Formazione e asciugatura del rivestimento: le goccioline si diffondono rapidamente e si fondono sulla superficie del collettore di corrente per formare un rivestimento continuo, quindi immettere il canale di essiccazione (per rimuovere il solvente), formando infine un rivestimento di elettrodi con un certo spessore (di solito 5 - 200 micron).
2. Vantaggi del core rispetto alla tradizionale tecnologia di rivestimento degli elettrodi
Nella produzione di elettrodi a batteria, le tecnologie tradizionali (come il rivestimento in lama e il rivestimento a fessura) hanno problemi come una scarsa uniformità del rivestimento, i rifiuti ad alto materiale e la debole adattabilità ad elevata viscosità/elevata sospensione del contenuto solido. I vantaggi della spruzzatura di atomizzazione ad ultrasuoni sono particolarmente importanti:
Articolo | Spray ad ultrasuoni | Rivestimento medico / slot convenzionale |
Uniformità del rivestimento | Le goccioline sono fine e concentrate, la deviazione dello spessore del rivestimento può essere controllata entro ± 1%e non ci sono difetti come "ispessimento del bordo" e "fori" | Suscettibile alla fluttuazione della viscosità del liquame, la deviazione dello spessore è generalmente ± 5%- 10%e il materiale è facilmente accumulato sul bordo |
Utilizzo del materiale | Le goccioline sono altamente direzionali, quasi prive di deriva e il tasso di utilizzo raggiunge l'85% - 95% (il costo dei materiali attivi è elevato, quindi questo vantaggio è significativo) | La sospensione è facile da rimanere e gocciolare e il tasso di utilizzo è solo del 50%- 70% |
Controllo dello spessore del rivestimento | I rivestimenti ultra - sottili (fino a 1 micron) possono essere raggiunti con spessore continuamente regolabile, adatti per batterie ad alta densità di energia (rivestimenti sottili accorciano percorsi di diffusione ionica) | È difficile preparare i rivestimenti ultra - sottili <10 micron e la gamma di regolazione dello spessore è stretta |
Adattabilità del liquame | È possibile gestire contenuti solidi elevati (> 60%), elevata viscosità (> 1000 cp), ridurre l'utilizzo del solvente (più ecologico) | Scarsa adattabilità ad alto contenuto solido/Sluri di viscosità ad alta viscosità, facile da intasare la porta di rivestimento |
Danno al collettore attuale | Nessun contatto meccanico (la testa dell'atomizzatore non contatta il collettore di corrente), adatto a collezionisti di corrente estremamente sottile (come un foglio di rame inferiore a 6μm) | Il raschietto è in contatto diretto con il collettore corrente, che può facilmente graffiare il collettore di corrente sottile. |
L'applicazione della spruzzatura di atomizzazione ad ultrasuoni nel campo delle batterie è passata dalla produzione di laboratorio a una scala di grandi dimensioni e gli scenari di base includono:
3.1 Litio - rivestimento per elettrodi a batteria ionica
Elettrodo positivo: materiali ternari di rivestimento (NCM), fosfato di ferro al litio (LFP), ecc. Sulla superficie del foglio di alluminio, particolarmente adatto per il ternario ad alto: come NCM811) - Questo tipo di materiale ha requisiti estremamente elevati per l'uniformità del rivestimento, altrimenti è facile causare in fuga termica a causa di reazioni locali irregolari.
Elettrodo negativo: la grafite di rivestimento e i materiali basati sul silicio sulla superficie del foglio di rame (elettrodi negativi a base di silicio - sono facili da espandere e il rivestimento uniforme può ridurre la rottura durante la circolazione).
Vantaggi: migliorare la coerenza della densità della superficie dell'elettrodo (deviazione della densità superficiale <1%), ridurre il "fenomeno di polarizzazione" durante la ricarica e lo scarico della batteria ed estendere la durata del ciclo (può essere aumentato del 20%- 30%).
3.2 rivestimento strato di catalizzatore a celle a combustibile
Il componente centrale delle celle a combustibile (come le celle a combustibile per idrogeno), "elettrodo di membrana (MEA)", deve essere rivestito con catalizzatori a base di platino - La spruzzatura atomizzazione ad ultrasuoni può atomizzare la sospensione del catalizzatore (dispersione di particelle di platino) in goccioline da 5 - 10 micron, formando uno strato di catalizzatore con spessore uniforme (± 0,5 micron) e il tasso di utilizzo del platino è aumentato a più del 60%(il metodo tradizionale è solo del 30%- 40%), che riduce notevolmente il costo.
3.3 Solid - rivestimento per elettroliti a batteria a stato
Gli elettroliti delle batterie a stato solido (come elettroliti solidi di solfuro e ossido) devono formare uno strato sottile continuo (1 - 5 micron) sulla superficie dell'elettrodo. La spruzzatura ad ultrasuoni di atomizzazione può evitare il "danno da pressione" del rivestimento tradizionale, garantire che lo strato di elettroliti sia crack - libero e migliora l'efficienza di conduzione ionica.