1. Podstawowa zasada procesu
W przygotowaniu elektrod akumulatorowych proces rozpylania atomizacji ultradźwiękowej można podzielić na 4 kluczowe etapy:
1.1 Przygotowanie zawiesiny elektrody: wymieszaj materiały aktywne (takie jak cząstki LifePo₄), spoiwa (takie jak PVDF), środki przewodzące (takie jak sadźba) z rozpuszczalnikami (takimi jak NMP) w celu wykonania jednolitej zawiesiny (zawartość stała jest zwykle 40%- 70%) jako „surowe materiały”.
1.2 Dostarczanie i atomizacja zawiesiny: zawiesina jest dostarczana do ultradźwiękowej atomizacji przez precyzyjną pompę infuzyjną. Piezoelektryczny wibrator głowy atomizacji wibruje gwałtownie pod wzbudzeniem sygnału elektrycznego o wysokiej częstotliwości (zwykle 20 kHz - 100 kHz), łamiąc zawiesinę w drobne kropelki o średnicy 1 - 30 mikronów (wielkość kropli można dostosować według częstotliwości: wyższa częstotliwość, ulepszona, finerowa).
1.3 Kierunkowe dostarczanie kropelek: Załkwiowane krople zawieski są napędzane gazem nośnym (takim jak suche powietrze, azot), tworząc stabilną wiązkę natryskową, która jest dokładnie rozpylana na ruchomą powierzchnię kolektora bieżącego (bieżący kolektor jest zwykle ciągle transportowany przez przenośnik pasa).
1.4 Powstawanie powłok i suszenie: kropelki szybko rozprzestrzeniają się i łączą na powierzchni bieżącego kolektora, aby utworzyć ciągłą powłokę, a następnie wprowadź kanał suszenia (w celu usunięcia rozpuszczalnika), ostatecznie tworząc powlekanie elektrody o określonej grubości (zwykle 5 - 200 mikronów).
2. Podstawowe zalety w porównaniu z tradycyjną technologią powlekania elektrod
W produkcji elektrod akumulatorowych tradycyjne technologie (takie jak powłoka ostrzy i powłoka szczelinowa) mają takie problemy, jak zła jednolitość powłok, wysokie odpady materiałowe i słaba zdolność adaptacji do zawiesiny o wysokiej zawartości stałej. Szczególnie widoczne są zalety rozpylania atomizacji ultradźwiękowej:
Przedmiot | Spray ultradźwiękowy | Konwencjonalna powłoka doktora / gniazda |
Jednorodność powlekania | Krople są drobne i skoncentrowane, odchylenie grubości powłoki można kontrolować w granicach ± 1%, a nie ma wad, takich jak „pogrubienie krawędzi” i „dziury” | Podatne na fluktuację lepkości zawiesiny, odchylenie grubości wynosi zwykle ± 5%- 10%, a materiał można łatwo gromadzić na krawędzi |
Wykorzystanie materiału | Krople są wysoce kierunkowe, prawie wolne od dryfu, a wskaźnik wykorzystania osiąga 85% - 95% (koszt aktywnych materiałów jest wysoki, więc ta przewaga jest znacząca) | Zawiesina jest łatwa do pozostania i kapania, a wskaźnik wykorzystania wynosi tylko 50%- 70% |
Kontrola grubości powłoki | Ultra - cienkie powłoki (do 1 mikronu) można osiągnąć przy stale regulowanej grubości, odpowiednich do akumulatorów o wysokiej gęstości energii (cienkie powłoki skracane ścieżki dyfuzji jonowej) | Trudno jest przygotować ultra - cienkie powłoki <10 mikronów, a zakres regulacji grubości jest wąski |
Zdolność do adaptacji zawiesiny | Może obsługiwać wysoką zawartość stałą (> 60%), wysoką lepkość (> 1000 cp) zawiesiny, zmniejszyć użycie rozpuszczalników (bardziej przyjazne dla środowiska) | Słaba zdolność adaptacyjna do wysokiej zawartości stałej/zawiesiny o wysokiej lepkości, łatwe do zatkania portu powłokowego |
Uszkodzenie obecnego kolekcjonera | Brak mechanicznego kontaktu (głowica rozpylacza nie kontaktuje się z bieżącym kolektorem), odpowiedni dla bardzo cienkich kolektorów prądu (takich jak folia miedzi poniżej 6 μm) | Skrobak jest w bezpośrednim kontakcie z bieżącym kolektorem, który może łatwo zarysować cienki kolekcjoner prądowy. |
Zastosowanie rozpylania atomizacji ultradźwiękowej w dziedzinie akumulatorów przeniosło się z laboratorium do produkcji w skali dużej, a scenariusze podstawowe obejmują:
3.1 Litowa - Elektrody baterii jonowej
Elektroda dodatnia: powłoka trójskładnikowa (NCM), fosforan żelaza litu (LFP) itp. Na powierzchni folii aluminiowej, szczególnie odpowiednie dla wysokiej - niklu trójskładnikowo (takie jak NCM811) - Ten rodzaj materiału ma wyjątkowo wysokie wymagania dotyczące jednolitości powlekania, w przeciwnym razie łatwo jest spowodować ucieczkę termiczną z powodu nierównych lokalnych reakcji.
Elektroda ujemna: powłoka grafitu i krzem - materiały oparte na powierzchni folii miedzianej (elektrody ujemne na bazie krzemowe - elektrody ujemne są łatwe do rozszerzenia, a jednolita powłoka może zmniejszyć pęknięcie podczas krążenia).
Zalety: Popraw spójność gęstości powierzchniowej elektrody (odchylenie gęstości powierzchni <1%), zmniejsz „zjawisko polaryzacji” podczas ładowania i rozładowania akumulatora oraz rozszerzyć żywotność cyklu (można zwiększyć o 20%- 30%).
3.2 Powłoka warstwowa w ogniwach paliwowych
Podstawowy składnik ogniw paliwowych (takich jak ogniwa paliwowe), „Elektroda membranowa (MEA)”, musi być pokryty katalizatorami opartymi na platynie - na powierzchni membran wymiany protonów (niezwykle drogie). Spryskiwanie atomizacji ultradźwiękowej może rozpylać zawiesinę katalizatora (dyspersja cząstek platyny) na 5 - 10 kropel mikronów, tworząc warstwę katalizatora o jednolitej grubości (± 0,5 mikronu), a szybkość wykorzystania platyny jest zwiększona do ponad 60%(tradycyjna metoda wynosi tylko 30%- 40%), co doskonale obniża koszt.
3.3 Solid - State Akumentalna powłoka elektrolitowa
Elektrolit akumulatorów stałego - (takie jak siarczek i tlenek stałych elektrolitów) musi utworzyć ciągłą cienką warstwę (1 - 5 mikronów) na powierzchni elektrody. Spryskiwanie atomizacji ultradźwiękowej może uniknąć „uszkodzeń ciśnienia” tradycyjnej powłoki, zapewnić, że warstwa elektrolitu jest wolna i poprawić wydajność przewodzenia jonów.