1. Principiul procesului de bază
În pregătirea electrozilor cu baterii, procesul de pulverizare cu atomizare cu ultrasunete poate fi împărțit în 4 etape cheie:
1.1 Prepararea suspensiei electrodului: amestecați materiale active (cum ar fi particule de viață), lianți (cum ar fi PVDF), agenți conductivi (cum ar fi negru de carbon) cu solvenți (cum ar fi NMP) pentru a face o suspensie uniformă (conținutul solid este de obicei 40%- 70%) ca „materii prime prime”.
1.2 Livrare și atomizare a suspensiei: suspensia este livrată la capul de atomizare cu ultrasunete printr -o pompă de perfuzie de precizie. Vibratorul piezoelectric al capului de atomizare vibrează violent sub excitația unui semnal electric de înaltă frecvență (de obicei 20kHz - 100kHz), spargând suspensia în picături minuscule cu un diametru de 1 - 30 microni (dimensiunea picăturii poate fi ajustată cu frecvența: cu cât frecvența este mai mare, cu atât mai fin picăturile).
1.3 Livrarea direcțională a picăturilor: picăturile cu suspensie atomizată sunt conduse de un gaz purtător (cum ar fi aerul uscat, azot) pentru a forma un fascicul de pulverizare stabil, care este pulverizat cu exactitate pe suprafața colectorului curent în mișcare (colectorul curent este de obicei transportat continuu de o bandă transportoare).
1.4 Formarea și uscarea acoperirii: picăturile se răspândesc rapid și se fuzionează pe suprafața colectorului curent pentru a forma o acoperire continuă, apoi intrați pe canalul de uscare (pentru a îndepărta solventul), formând în cele din urmă un acoperire de electrod cu o anumită grosime (de obicei 5 - 200 microni).
2. Avantaje de bază în comparație cu tehnologia tradițională de acoperire a electrodului
În fabricarea electrozilor cu baterii, tehnologiile tradiționale (cum ar fi acoperirea lamei și acoperirea cu fante) au probleme precum uniformitatea de acoperire slabă, deșeurile de materiale ridicate și adaptabilitatea slabă la vâscozitate ridicată/suspensie cu conținut solid ridicat. Avantajele pulverizării atomizării cu ultrasunete sunt deosebit de proeminente:
Articol | Spray cu ultrasunete | Acoperirea convențională a Doctor Blade / Slot |
Uniformitate de acoperire | Picăturile sunt fine și concentrate, abaterea de grosime a acoperirii poate fi controlată în ± 1%și nu există defecte precum „îngroșarea marginilor” și „găuri” | Sensibil la fluctuația vâscozității nămolurilor, abaterea grosimii este de obicei ± 5%- 10%, iar materialul se acumulează cu ușurință la margine |
Utilizarea materialelor | Picăturile sunt extrem de direcționale, aproape lipsite de derivă, iar rata de utilizare atinge 85% - 95% (costul materialelor active este mare, deci acest avantaj este semnificativ) | Suspensia este ușor de rămas și de scurs, iar rata de utilizare este de doar 50%- 70% |
Controlul grosimii acoperirii | Ultra - Acoperiri subțiri (până la 1 microna) pot fi obținute cu o grosime reglabilă continuă, potrivite pentru baterii cu densitate de energie mare (acoperiri subțiri scurtează căile de difuzie ionice) | Este dificil să preparați acoperiri subțiri ultra - 10 microni, iar intervalul de reglare a grosimii este îngust |
Adaptabilitatea suspensiei | Poate gestiona conținut solid ridicat (> 60%), suspensiuni cu vâscozitate ridicată (> 1000CP), reduce consumul de solvent (mai ecologic) | Adaptabilitatea slabă la conținut solid ridicat/suspensie cu vâscozitate ridicată, ușor de înfundat portul de acoperire |
Deteriorarea colecționarului actual | Niciun contact mecanic (capul de atomizor nu contactează colectorul curent), potrivit pentru colectorii de curent extrem de subțiri (cum ar fi folia de cupru sub 6μm) | Scraper este în contact direct cu colectorul curent, care poate zgâria cu ușurință colectorul de curent subțire. |
Aplicarea pulverizării cu atomizare cu ultrasunete în domeniul bateriilor s -a mutat de la laborator la producție la scară mare, iar scenariile de bază includ:
3.1 Litiu - Acoperire cu electrozi cu baterii ionice
Electrod pozitiv: materiale ternare de acoperire (NCM), fosfat de fier de litiu (LFP), etc. Pe suprafața foliei de aluminiu, în special adecvat pentru ternar înalt - nichel (cum ar fi NCM811) - Acest tip de material are cerințe extrem de ridicate pentru uniformitatea de acoperire, altfel este ușor să provocați fugar termic din cauza reacțiilor locale inegale.
Electrod negativ: Acoperirea grafitului și a materialelor pe bază de siliciu - pe suprafața foliei de cupru (electrozii negativi pe bază de siliciu - sunt ușor de extins, iar acoperirea uniformă poate reduce ruptura în timpul circulației).
Avantaje: Îmbunătățirea consistenței densității suprafeței electrodului (abaterea densității suprafeței <1%), reduceți „fenomenul de polarizare” în timpul încărcării și descărcării bateriei și extindeți durata de viață a ciclului (poate fi crescut cu 20%- 30%).
3.2 Acoperirea stratului de catalizator cu celule de combustibil
Componenta de bază a celulelor de combustibil (cum ar fi celulele cu combustibil cu hidrogen), „electrod de membrană (MEA)”, trebuie să fie acoperită cu catalizatori pe bază de platină - pe suprafața membranelor de schimb de protoni (extrem de scumpe). Pulverizarea cu atomizare cu ultrasunete poate atomiza nămolul catalizatorului (dispersia particulelor de platină) în picături de 5 - 10 microni, formând un strat de catalizator cu grosime uniformă (± 0,5 micron), iar rata de utilizare a platinei este crescută la mai mult de 60%(metoda tradițională este doar 30%- 40%), care reduce foarte mult costul.
3.3 Solid - Acoperire de electroliți pentru baterii de stat
Electrolitul bateriilor solide - de stare (cum ar fi sulfura și electroliții solizi de oxid) trebuie să formeze un strat subțire continuu (1 - 5 microni) pe suprafața electrodului. Pulverizarea cu atomizare cu ultrasunete poate evita „deteriorarea sub presiune” a acoperirii tradiționale, asigurați -vă că stratul de electrolit este fără fisură și îmbunătăți eficiența conductării ionilor.