1. Základný proces procesu
Pri príprave elektród batérie možno proces postrekovania ultrazvukovej atomizácie rozdeliť do 4 kľúčových krokov:
1.1 Príprava elektródovej kalu: Zmiešajte aktívne materiály (ako sú častice LIFEPO₄), spojivá (ako je PVDF), vodivé činidlá (ako napríklad čierna uhlíka) s rozpúšťadlami (ako je NMP), aby sa vytvorila rovnomerná kalu (obsah tuhej látky je zvyčajne 40%- 70%) ako sprejové „suroviny“.
1.2 Slurry Dodávka a atomizácia: Slurry sa dodáva do ultrazvukovej atomizačnej hlavy cez presné infúzne čerpadlo. Piezoelektrický vibrátor atomizačnej hlavy násilne vibruje pod excitáciou elektrického signálu s vysokým - frekvenciou (zvyčajne 20 kHz - 100 kHz), ktorý rozdeľuje kašu do malých kvapôčok s priemerom 1 - 30 mikrónov (veľkosť kvapôčok je možné upraviť podľa frekvencie: vyššia frekvencia, čím je kvapka viac kvapiek).
1.3 Smerové dodávky kvapôčok: Atomizované kvapôčky suspenzie sú poháňané nosným plynom (ako je suchý vzduch, dusík) za vzniku stabilného rozprašovacieho lúča, ktorý je presne nastriekaný na povrch zberateľa pohyblivého prúdu (súčasný kolektor je zvyčajne nepretržite prepravovaný dopravným pásom).
1.4 Tvorba a sušenie povlaku: kvapôčky sa rýchlo šíria a potápajú na povrchu prúdového kolektora, aby sa vytvorili súvislý povlak, a potom zadajte sušiaci kanál (na odstránenie rozpúšťadla), nakoniec vytvoríte elektródovú náter s určitou hrúbkou (zvyčajne 5 - 200 mikrónov).
2. Základné výhody v porovnaní s tradičnou technológiou potiahnutia elektród
Vo výrobe elektród batérie majú tradičné technológie (ako napríklad povlak čepele a štrbina) problémy, ako je zlá uniformita povlaku, vysoký odpad z materiálu a slabá adaptabilita na kalu s vysokým obsahom viskozity/vysokého obsahu tuhého obsahu. Výhody postrekovania ultrazvukovej atomizácie sú obzvlášť výrazné:
Položka | Ultrazvukový sprej | Konvenčný lekár s čepeľou / slot |
Poťahovacia jednotnosť | Kvapky sú jemné a koncentrované, odchýlka hrúbky povlaku je možné kontrolovať v rámci ± 1%a neexistujú žiadne defekty, ako napríklad „zahusťovanie okrajov“ a „dinholes“ | Nápadné na kolísanie viskozity kalu, odchýlka hrúbky je zvyčajne ± 5%- 10%a materiál sa ľahko nahromadí na okraji |
Využitie materiálu | Kvapky sú veľmi smerové, takmer bez driftu a miera využitia dosahuje 85% - 95% (náklady na aktívne materiály sú vysoké, takže táto výhoda je významná) | Slurry je ľahké zostať a odkvapkáva a miera využitia je iba 50%- 70% |
Hrúbka náteru | Ultra - tenké povlaky (až do 1 mikrónu) sa dá dosiahnuť s nepretržiou nastaviteľnou hrúbkou, vhodné pre batérie s vysokou hustotou energie (tenké nátery skracujú difúzne dráhy iónov) | Je ťažké pripraviť ultra - tenké povlaky <10 mikrónov a rozsah nastavenia hrúbky je úzky |
Adaptabilita kalu | Zvládne vysoký obsah tuhého obsahu (> 60%), kalu s vysokou viskozitou (> 1 000 cp), znížte využitie rozpúšťadla (šetrnejšie k životnému prostrediu) | Zlá adaptabilita na vysoký obsah s pevným obsahom/vysokou viskozitou, ľahko upcháva port potiahnutia |
Poškodenie súčasného zberateľa | Žiadny mechanický kontakt (atomrizačná hlava sa nekontaktuje so zberateľom prúdu), vhodný pre extrémne tenké zberateľské prvky (napríklad medená fólia pod 6 μm) | Škrabka je v priamom kontakte so súčasným kolektorom, ktorý môže ľahko poškriabať kolektor tenkého prúdu. |
Aplikácia postrekovania ultrazvukových atomizácií v oblasti batérií sa presunula z laboratória na veľkú výrobu mierky a základné scenáre zahŕňajú:
3,1 lítium - iónová batériová poťahová povlaky
Pozitívna elektróda: potiahnuté ternárne materiály (NCM), fosforečnan litiumfosforečnanu (LFP) atď. Tento typ materiálu má mimoriadne vysoké požiadavky na uniformitu poťahovania, inak je ľahké spôsobiť tepelný útek v dôsledku nerovnomerných miestnych reakcií.
Negatívna elektróda: Potiahnutie grafitu a kremíka - Materiály na povrchu medenej fólie (záporné elektródy na báze kremíka - sa dajú ľahko expandovať a rovnomerný povlak môže znížiť prasknutie počas cirkulácie).
Výhody: Zlepšite konzistenciu hustoty povrchu elektród (odchýlka hustoty povrchu <1%), znížte „fenomén polarizácie“ počas nabíjania a vypúšťania batérie a predĺžte životnosť cyklu (môže sa zvýšiť o 20%- 30%).
3.2 povlak katalyzátora palivových článkov
Základná zložka palivových článkov (ako napríklad vodíkové palivové články), „membránová elektróda (MEA)“, musí byť potiahnutá katalyzátormi na báze platiny na povrchu membrán výmenných protónov (mimoriadne drahé). Ultrazvukové rozprašovanie atomizácie môže atomizovať katalyzátorovú kalu (disperzia častíc platiny) do 5 - 10 mikrónových kvapôčok, čím sa vytvorí vrstva katalyzátora s rovnomernou hrúbkou (± 0,5 mikrón) a rýchlosť využitia platiny sa zvýši na viac ako 60%(tradičná metóda je iba 30%40%), čo výrazne znižuje cenu.
3,3 pevná - Poťah elektrolytu batérie stavu
Elektrolyt batérií v tuhých - (ako sú sulfidové a oxidové tuhé elektrolyty) potrebujú na povrchu elektródy tvoriť kontinuálnu tenkú vrstvu (1 - 5 mikrónov). Ultrazvukové rozprašovanie atomizácie sa môže vyhnúť „poškodeniu tlaku“ tradičného povlaku, zabezpečiť, aby vrstva elektrolytov bola bez trhliny a zlepšila účinnosť vedenia iónov.