1. Princípio do processo central
Na preparação dos eletrodos da bateria, o processo de pulverização de atomização ultrassônica pode ser dividida em 4 etapas principais:
1.1 Preparação da pasta de eletrodo: misture materiais ativos (como partículas de vida), ligantes (como PVDF), agentes condutores (como preto de carbono) com solventes (como NMP) para fazer uma pasta uniforme (conteúdo sólido é geralmente 40%- 70%) como spray "matérias -primas".
1.2 Entrega e atomização da pasta: a pasta é entregue à cabeça de atomização ultrassônica através de uma bomba de infusão de precisão. O vibrador piezoelétrico da cabeça da atomização vibra violentamente sob a excitação de um sinal elétrico de alta frequência (geralmente 20kHz - 100kHz), dividindo a pasta em pequenas gotículas com um diâmetro de 1 - 30 microns (o tamanho da gota pode ser ajustado por frequência: maior a frequência, mais fino dos gotas).
1.3 Entrega direcional de gotículas: As gotículas de pasta atomizadas são acionadas por um gás transportador (como ar seco, nitrogênio) para formar um feixe de pulverização estável, que é pulverizado com precisão na superfície do coletor de corrente móvel (o coletor de corrente é geralmente transportado continuamente por uma correia transportadora).
1.4 Formação e secagem do revestimento: As gotículas se espalham rapidamente e se fundem na superfície do coletor atual para formar um revestimento contínuo e depois entrar no canal de secagem (para remover o solvente), formando um revestimento de eletrodo com uma certa espessura (geralmente 5 - 200 mícrons).
2 vantagens principais em comparação com a tecnologia tradicional de revestimento de eletrodo
Na fabricação de eletrodos de bateria, as tecnologias tradicionais (como revestimento de lâmina e revestimento de fenda) têm problemas como uniformidade de revestimento ruim, alto desperdício de material e fraca adaptabilidade a alta viscosidade/alto conteúdo sólido. As vantagens da pulverização de atomização ultrassônica são particularmente proeminentes:
Item | Spray ultrassônico | Doctor convencional Blade / Slot Coating |
Uniformidade do revestimento | As gotículas são finas e concentradas, o desvio da espessura do revestimento pode ser controlado dentro de ± 1%, e não há defeitos como "espessamento da borda" e "furos" | Suscetível à flutuação da viscosidade da pasta, o desvio da espessura é geralmente ± 5%- 10%e o material é facilmente acumulado na borda |
Utilização do material | As gotículas são altamente direcionais, quase livres de desvio, e a taxa de utilização atinge 85% - 95% (o custo dos materiais ativos é alto, portanto essa vantagem é significativa) | A pasta é fácil de permanecer e pingar, e a taxa de utilização é de apenas 50%- 70% |
Controle de espessura do revestimento | Os revestimentos ultra - finos (até 1 mícrons) podem ser alcançados com espessura continuamente ajustável, adequada para baterias de alta densidade de energia (revestimentos finos reduzem os caminhos de difusão de íons) | É difícil preparar Ultra - Coatings finos <10 mícrons, e a faixa de ajuste da espessura é estreita |
Adaptabilidade de chorume | Pode lidar com alto teor sólido (> 60%), lascas de alta viscosidade (> 1000cp), reduzir o uso de solventes (mais ecológicos) | Má adaptabilidade a alto conteúdo sólido/pasta alta viscosidade, fácil de entupir a porta de revestimento |
Dano ao colecionador atual | Nenhum contato mecânico (a cabeça do atomizador não entra em contato com o coletor atual), adequado para colecionadores de corrente extremamente finos (como folha de cobre abaixo de 6μm) | O raspador está em contato direto com o coletor atual, que pode facilmente arranhar o coletor de corrente fino. |
A aplicação da pulverização por atomização ultrassônica no campo das baterias mudou do laboratório para a produção de grande escala, e os cenários principais incluem:
3.1 Lítio - revestimento de eletrodo da bateria de íons
Eletrodo positivo: materiais ternários de revestimento (NCM), fosfato de ferro de lítio (LFP), etc. Na superfície da folha de alumínio, especialmente adequada para o alto ternário de níquel (como o NCM811) - Esse tipo de material possui requisitos extremamente altos para a uniformidade do revestimento, caso contrário, é fácil causar fuga térmica devido a reações locais desiguais.
Eletrodo negativo: revestimento de grafite e silício - Materiais baseados na superfície da folha de cobre (eletrodos negativos baseados em silício - são fáceis de expandir, e o revestimento uniforme pode reduzir a ruptura durante a circulação).
Vantagens: melhore a consistência da densidade da superfície do eletrodo (desvio da densidade da superfície <1%), reduza o "fenômeno de polarização" durante o carregamento e descarregamento da bateria e estenda a vida útil do ciclo (pode ser aumentado em 20%- 30%).
3.2 revestimento de camada de catalisador de células de combustível
O componente do núcleo das células de combustível (como células de combustível de hidrogênio), "eletrodo de membrana (MEA)", precisa ser revestido com catalisadores baseados em platina - A pulverização de atomização ultrassônica pode atomizar a pasta de catalisador (dispersão de partículas de platina) em 5 - gotículas de 10 mícrons, formando uma camada de catalisador com espessura uniforme (± 0,5 mícrons) e a taxa de utilização de platina é aumentada para mais de 60%(o método tradicional é apenas 30%- 40%), o que é muito reduzido.
3,3 Solid - revestimento de eletrólito de bateria de estado
O eletrólito de baterias sólidas - Estado (como sulfeto e eletrólitos sólidos de óxido) precisa formar uma camada fina contínua (1 - 5 mícrons) na superfície do eletrodo. A pulverização por atomização ultrassônica pode evitar o "dano de pressão" do revestimento tradicional, garantir que a camada de eletrólitos esteja rachada - livre e melhorar a eficiência da condução de íons.