W łańcuchu produkcyjnym nowych urządzeń magazynowych energii, takich jak baterie litowe i sodu, przygotowanie zawiesiny akumulatora jest kluczowym krokiem w określaniu wydajności produktu końcowego. Zawiesina akumulatora składa się z mieszanki aktywnych materiałów, środków przewodzących, spoiwa i rozpuszczalników w określonych proporcjach. Jego jednolita dyspersja i piana - Wolne właściwości są bezpośrednio związane z jakością powłoki elektrody. Obecność pęcherzyków w zawiesinie może prowadzić do wad, takich jak otwory i luki w powłokach w arkuszach elektrod, zmniejszając gęstość elektrody, wpływając na wydajność ładunku i rozładowania akumulatora oraz żywotność cyklu, a nawet stwarzać ryzyko bezpieczeństwa. Tradycyjne metody defoamowania, takie jak defoamowanie próżniowe i dodanie defoamerów chemicznych, są albo nieefektywne i energii - intensywne, albo mogą wprowadzać zanieczyszczenia wpływające na działanie baterii. Na tym tle technologia ultradźwiękowa, z wysoką wydajnością, przyjaznością dla środowiska i zerowym wtórnym zanieczyszczeniem, stała się innowacyjnym rozwiązaniem defoamingowego zawiesiny baterii.
Ii. Podstawowa zasada ultradźwiękowej zawiesiny baterii
Technologia defoamingowego ultradźwiękowego wykorzystuje podwójne skutki transmisji kawitacji i wibracji, aby skutecznie wyeliminować pęcherzyki w zawiesinach baterii. Jego podstawowe zasady można podzielić na trzy kluczowe procesy:
1. Efekt kawitacji: niszczenie bańki „mikro - wybuch”
Gdy fale ultradźwiękowe (zwykle o częstotliwości 20 kHz - 1 MHz) są stosowane do układu zawiesiny akumulatora, wytwarzają okresowe fluktuacje ciśnienia w zawiesinie - alternowanie między fazami kompresji i rozrzedzania. Podczas fazy rozrzedzającej ciśnienie w zawiesinie gwałtownie spada, tworząc dużą liczbę niewielkich wnęk próżniowych (pęcherzyki kawitacyjne). Te pęcherzyki kawitacyjne szybko pochłaniają otaczające bąbelki (w tym mikron -, a nawet bąbelki wielkości nanometru), powodując stale zwiększanie ich objętości. Następnie, podczas fazy kompresji, ciśnienie w zawiesinie gwałtownie wzrasta. Pod ciśnieniem pęcherzyki kawitacyjne szybko kurczą się i implodują, generując zlokalizowane przejściowe wysokie ciśnienie (do tysięcy atmosfery) i wysoką temperaturę (do tysięcy stopni Celsjusza), towarzyszy intensywne fale uderzeniowe i odrzutowce mikro - Ta „mikro - eksplozja” - Podobnie jak proces pęknięcia bezpośrednio rozbija adsorbowane pęcherzyki w wyjątkowo małe jądra bąbelkowe. Te jądra, są zbyt małe, aby utrzymać stabilność, szybko łączą się z otaczającym zawiesiną lub uciekają z systemu, osiągając efekt defoamingowy.
2. Transmisja wibracji: Migracja i ucieczka z bąbelkami
Gdy ultradźwiękowe rozprzestrzeniają się przez zawiesinę, indukuje również wibracje o wysokiej częstotliwości w cząsteczkach i cząsteczkach w zawiesinie (częstotliwość wibracji odpowiada częstotliwości ultradźwiękowej). Ta wibracja zakłóca stabilną równowagę pęcherzyków w zawiesinie. Pęcherzyki wcześniej przymocowane do powierzchni aktywnych cząstek materiału lub „związane” lepkość zawiesiny zyskują energię kinetyczną pod działaniem wibracji, uwolnią się od punktów przyczepności i migrując w kierunku powierzchni zawiesiny. Ponadto wibracja zmniejsza lokalną lepkość zawiesiny, zmniejszając odporność na migrację bąbelkową i przyspieszając agregację i ucieczkę. Ten efekt migracji wspomaganej jest szczególnie ważny w przypadku zawiesin akumulatorowych o wysokiej - lepkości (takich jak zawiesiny baterii baterii litowej - jonowej, które zwykle mają lepkość 1000 - 5000 mPa ・ S). Może skutecznie rozwiązać problem ucieczki z pęcherzykami z wysokiej - lepkości zawieszek podczas tradycyjnego defoamowania próżniowego.
3. Dyspersja wtórna: zapobieganie regeneracji bańki
W przeciwieństwie do chemicznych defoamerów, technologia ultradźwiękowa nie tylko defoam, ale także wtórna rozprasza cząstki w zawiesinie. Efekt wibracji ultradźwiękowej i kawitacji rozbijają wszelkie aktywne materiały i środki przewodzące w zawiesinie, tworząc bardziej jednolitą dyspersję. Ta dyspersja zmniejsza „puste” utworzone przez aglomerację cząstek. Te pustce mogą łatwo uwięzić powietrze i tworzyć nowe bąbelki. Jednoliczna dyspersja cząstek wypełnia te puste przestrzenie, zmniejszając prawdopodobieństwo wtórnego wytwarzania bańki u źródła. Otrzymuje to podwójne skutki „defoaming + dyspersji”, dodatkowo poprawiając jakość zawiesiny.
Iii. Podstawowe zalety technologii ultradźwiękowej defoaming
W porównaniu z tradycyjnymi metodami defoamingowej technologia ultradźwiękowa wykazuje znaczące zalety techniczne w defoamowaniu zawiesiny baterii, które można podsumować w następujących czterech punktach:
1. Wysoka wydajność defoamingowa i szeroki zakres aplikacji
Defoamowanie ultradźwiękowe ma krótki czas (zazwyczaj pojedyncze zabieg trwa zaledwie kilka minut do ponad dziesięciu minut, znacznie mniej niż dziesiątki minut wymaganych do defoamowania próżniowego) i może wyeliminować małe bąbelki (w tym bąbelki rozmiarów nano - Niezależnie od tego, czy jest to zawiesina anody o niskiej - lepkości (taka jak zawiesina grafitowa dla akumulatorów litowych - jonowych), zawiesina katodowa o wysokiej - lepkości, czy zawiesiny zawierające wyspecjalizowane materiały aktywne, takie jak twardy węgiel i biały prusa do baterii sodu, technologie ultradźwiękowe zapewnia wydajne defoam. Obowiązujące zawiesiny wahają się od 100 do 10 000 MPa · s, pokrywając systemy zawiesiny obecnych akumulatorów magazynowych głównego nurtu. 2. Zielony i zanieczyszczenia - Bezpłatne, zapewniając wydajność baterii
Defoamowanie ultradźwiękowe jest fizyczną metodą defoamingu, która nie wymaga żadnych chemicznych środków do defoamowania, zasadniczo unikając negatywnego wpływu pozostałości środka defoamingowego na wydajność baterii. Elementy organiczne w tradycyjnych chemicznych defoamerach mogą reagować z elektrodą aktywnymi materiałami lub rozkładać się podczas cyklizacji akumulatora, wytwarzając gazy i prowadzić do degradacji pojemności. Z drugiej strony technologia ultradźwiękowa tylko fizycznie łamie pęcherzyki bez zmiany składu chemicznego zawiesiny, maksymalizując w ten sposób wydajność elektrochemiczną i bezpieczeństwa akumulatora. Ponadto technologia ta nie wytwarza ścieków ani gazu spalinowego, dostosowując się do filozofii rozwoju „zielonej produkcji” nowego przemysłu energetycznego.
3. Silna kompatybilność procesu i łatwa integracja z linkami produkcyjnymi
Ultradźwiękowy sprzęt do defoamingowy jest stosunkowo kompaktowy i może być elastycznie zintegrowany z istniejącymi liniami produkcyjnymi przygotowania baterii. Może być używany jako samodzielna jednostka defoamingowa, zainstalowana między zbiornikiem miksowania zawiesiny a maszyną do powłoki. Można go również połączyć z urządzeniem do miksowania, tworząc zintegrowany system „miksowania + ultradźwiękowego defoamowania”, umożliwiając jednoczesne przygotowanie i defoamowanie zawiesiny. Ponadto parametry sprzętu ultradźwiękowego (takie jak częstotliwość, moc i czas przetwarzania) można precyzyjnie dostosować za pomocą zautomatyzowanego systemu sterowania, umożliwiając optymalizację procesu defoamingowego na podstawie preparatu i charakterystyki różnych zawiesin (takich jak aktywny rodzaj składnika, lepkość i treść solidów), dostosowanie do wymagań elastyczności.
4. Zmniejszone koszty produkcji i lepsza stabilność produkcji
Jeśli chodzi o długoterminowe koszty operacyjne, defoamowanie ultradźwiękowe zużywa mniej energii niż defoam próżniowe (które wymaga ciągłego wysokiego poziomu próżniowego i zużywa dużo energii) oraz eliminuje koszty zakupów i dodawania defoamerów chemicznych. Jeśli chodzi o stabilność produkcji, defoaming ultradźwiękowy oferuje stabilny efekt defoamingowy, mniej wpływu zmienności wsadowych i zmian temperatury i wilgotności otoczenia. Zmniejsza to szybkość złomu elektrody spowodowaną niepełnym defoamingiem, poprawiając wydajność i stabilność linii produkcyjnej. Dane dotyczące aplikacji od niektórych producentów akumulatorów pokazują, że zastosowanie ultradźwiękowej technologii defoamingowego zmniejszyło wskaźniki wad pin z elektrodą o 30%- 50%, zwiększoną żywotność cyklu akumulatora (1C ładunek i rozładowanie) o 10%- 15%i zmniejszyło ogólne koszty produkcji o 8%- 12%.