1. Temel Süreç İlkesi
Pil elektrotlarının hazırlanmasında, ultrasonik atomizasyon püskürtme işlemi 4 anahtar adıma ayrılabilir:
1.1 Elektrot bulamacının hazırlanması: aktif malzemeleri (lifepo₄ parçacıkları gibi), bağlayıcılar (PVDF gibi), iletken ajanları (karbon siyahı gibi) çözücüler (NMP gibi) ile (katı içerik genellikle%40 -%70) sprey "hammaddeler" olarak karıştırın.
1.2 Bulamaç iletimi ve atomizasyon: Bulamaç, hassas bir infüzyon pompası ile ultrasonik atomizasyon kafasına iletilir. Atomizasyon kafasının piezoelektrik vibratörü, yüksek - frekanslı elektrik sinyalinin (genellikle 20kHz - 100kHz) uyarılması altında şiddetli bir şekilde titreşir, bulamaç 1 - 30 mikron çapında (damlacık boyutu frekansa göre ayarlanabilir: frekans, damlacıklar ne kadar yüksek olursa).
1.3 Damlacıkların Yönlü Dağıtım: Atomize bulamaç damlacıkları, hareketli akım koleksiyoner yüzeyine doğru bir şekilde püskürtülen stabil bir sprey ışını oluşturmak için bir taşıyıcı gaz (kuru hava, azot gibi) tarafından tahrik edilir (akım koleksiyoncusu genellikle bir konveyör bandı tarafından sürekli olarak taşınır).
1.4 Kaplama Oluşumu ve Kurutma: Damlacıklar, sürekli bir kaplama oluşturmak için mevcut koleksiyoncunun yüzeyine hızla yayılır ve kaynaşır ve daha sonra kurutma kanalına (çözücüyü çıkarmak için) girer ve sonunda belirli bir kalınlığa sahip bir elektrot kaplama oluşturur (genellikle 5 - 200 mikron).
2. Geleneksel elektrot kaplama teknolojisine kıyasla temel avantajlar
Pil elektrot üretiminde, geleneksel teknolojiler (bıçak kaplama ve yarık kaplama gibi) zayıf kaplama tekdüzeliği, yüksek malzeme atıkları ve yüksek viskozite/yüksek katı içerik bulamacına zayıf adaptabilite gibi problemlere sahiptir. Ultrasonik atomizasyon püskürtmesinin avantajları özellikle belirgindir:
Öğe | Ultrasonik sprey | Geleneksel Doktor Blade / Yuva Kaplama |
Kaplama tekdüzeliği | Damlacıklar ince ve konsantre, kaplama kalınlığı sapması ±%1 içinde kontrol edilebilir ve "kenar kalınlaşması" ve "pinollar" gibi bir kusur yoktur | Bulamaç viskozitesinin dalgalanmasına duyarlı, kalınlık sapması genellikle ±%5 -%10'dur ve malzeme kenarda kolayca birikir |
Maddi kullanım | Damlacıklar oldukça yönlü, neredeyse sürüklenmeden uzak ve kullanım oranı% 85 -% 95'e ulaşıyor (aktif malzemelerin maliyeti yüksektir, bu nedenle bu avantaj önemlidir) | Bulamaç kalması ve damlası kolaydır ve kullanım oranı sadece%50 - |
Kaplama Kalınlığı Kontrolü | Ultra - ince kaplamalar (1 mikrona kadar), yüksek enerji yoğunluklu piller için uygun, sürekli ayarlanabilir kalınlık ile elde edilebilir (ince kaplamalar iyon difüzyon yollarını kısaltır) | Ultra - ince kaplamalar <10 mikron hazırlamak zordur ve kalınlık ayar aralığı dardır |
Bulamaç uyarlanabilirliği | Yüksek katı içerik (>%60), yüksek viskozite (> 1000cp) bulamaçları işleyebilir, çözücü kullanımını azaltabilir (daha çevre dostu) | Yüksek katı içeriğe/yüksek viskoziteli bulamaya zayıf uyum sağlığı, kaplama bağlantı noktasını tıkanması kolay |
Mevcut toplayıcıya verilen hasar | Hiçbir mekanik temas (atomizer kafası, mevcut koleksiyoncuya temas etmez), son derece ince akım koleksiyoncuları için uygun (6μm'nin altındaki bakır folyo gibi) | Sıyırıcı, ince akım koleksiyoncusunu kolayca çizebilen mevcut koleksiyoncu ile doğrudan temas halindedir. |
Piller alanında ultrasonik atomizasyon püskürtmesinin uygulanması laboratuvardan büyük ölçek üretimine geçmiştir ve temel senaryolar şunları içerir:
3.1 Lityum - iyon pil elektrot kaplaması
Pozitif elektrot: Alüminyum folyo yüzeyinde, özellikle yüksek - nikel üçlü (NCM811 gibi) için uygun olan üçlü malzemeler (NCM), lityum demir fosfat (LFP) vb. Bu tip malzemenin kaplama homojenliği için son derece yüksek gereksinimleri vardır, aksi takdirde eşit olmayan lokal reaksiyonlar nedeniyle termal kaçaklığa neden olmak kolaydır.
Negatif elektrot: Bakır folyo yüzeyinde kaplama grafit ve silikon - bazlı malzemeler (silikon - bazlı negatif elektrotların genişlemesi kolaydır ve muntazam kaplama dolaşım sırasında rüptürü azaltabilir).
Avantajları: Elektrot yüzey yoğunluğunun (yüzey yoğunluğu sapması <%1) tutarlılığını iyileştirin, pil şarjı ve deşarj sırasında "polarizasyon fenomenini" azaltın ve döngü ömrünü uzatın (%20 -%30 artabilir).
3.2 Yakıt hücresi katalizörü tabaka kaplaması
Yakıt hücrelerinin çekirdek bileşeninin (hidrojen yakıt hücreleri gibi), "membran elektrot (MEA)", proton değişim membranlarının yüzeyinde platin - bazlı katalizörlerle kaplanması gerekir (son derece pahalı). Ultrasonik atomizasyon püskürtme, katalizör bulamacını (platin partikül dispersiyonu) 5 - 10 mikron damlacıklara atomize edebilir, düzgün kalınlığa sahip bir katalizör tabakası oluşturur (± 0.5 mikron) ve platin kullanım hızı%60'tan fazla (geleneksel yöntem sadece%30 - 40), maliyeti büyük ölçüde azaltır.
3.3 Katı - Durum Pil Elektrolit Kaplama
Katı - durum pillerinin (sülfür ve oksit katı elektrolitler gibi) elektrolitinin elektrot yüzeyinde sürekli bir ince tabaka (1 - 5 mikron) oluşturması gerekir. Ultrasonik atomizasyon püskürtme, geleneksel kaplamanın "basınç hasarını" önleyebilir, elektrolit tabakasının çatlak - serbest olduğundan emin olabilir ve iyon iletim verimliliğini artırabilir.