Kako se ultrazvučno raspršivanje koristi za izolacijski premaz baterije?

Kada se ultrazvučno raspršivanje koristi za premazivanje izolacije baterije, ono prvo usklađuje i prethodno obrađuje odgovarajuće izolacijske materijale, a zatim oblikuje film kroz precizni proces atomizacije i taloženja. Kontrola parametara također može osigurati kvalitetu premaza, što ga čini prikladnim za-veliku proizvodnju. Specifični proces i detalji su sljedeći:

**Preliminarna priprema materijala i prilagodba:** Baterije su uglavnom izrađene od aluminija ili bakra, što zahtijeva odabir izolacijskih materijala otpornih na koroziju elektrolita. Obično se koriste polimerne kaše kao što su PVDF (poliviniliden fluorid) i PTFE (politetrafluoretilen). Kompozitne smjese koje sadrže veziva i anorganske izolacijske materijale također se mogu koristiti za sprječavanje korozije elektrolita na jezičcima.
**Naknadna prethodna obrada kaše:** Viskoznost materijala je podešena na raspon pogodan za ultrazvučnu atomizaciju. Ultrazvučna disperzija eliminira aglomeraciju čestica u kaši, osiguravajući jednoliku i stabilnu kašu, sprječava naknadno začepljenje glave za atomizaciju i jamči gustoću premaza.

Prije premazivanja, površina elektrode mora se očistiti kako bi se uklonilo ulje, neravnine i druge nečistoće kako bi se spriječilo da utječu na prianjanje između premaza i elektrode i smanjio rizik od kvara izolacije. Istovremeno, oprema za ultrazvučno premazivanje mora biti otklonjena. Na temelju dimenzija elektrode (kao što su širina i debljina) i zahtjeva za premazom, odabire se -glava za raspršivanje otporna na koroziju, a automatizirani sustav gibanja s tri-osi ili robotska ruka kontrolira putanju prskanja. Frekvencija ultrazvuka, brzina prskanja i temperatura podloge unaprijed su postavljeni putem računalnog PLC sustava kako bi se osigurala točnost prskanja.

 

Raspršivanje i precizno taloženje filma: Prethodno obrađena izolacijska kaša prvo se dovodi do ultrazvučne mlaznice za raspršivanje putem sustava za hranjenje. Piezoelektrični keramički pretvarač unutar mlaznice generira visoko{1}}frekventne mehaničke vibracije od 10-180 kHz pod visoko-frekventnom pobudom električnog signala. Ova vibracijska energija prenosi se na površinu kaše, uzrokujući da kaša prevlada površinsku napetost i razbije se u uniformne mikro-kapljice od 1-50 μm, tvoreći atomizirajući konus. Zatim, pokretane inertnim plinom nosačem kao što je dušik, te mikro-kapljice se usmjereno transportiraju do određenog područja elektrode baterije. Ovim postupkom beskontaktnog raspršivanja izbjegava se fizičko oštećenje pločica.

Nakon što se kapljice talože na površinu pločice, otapalo u kaši uklanja se sušenjem na niskoj-temperaturi, stvarajući izolacijski premaz bez rupa-velike gustoće. Tijekom raspršivanja, parametri kao što su snaga raspršivanja i brzina dodavanja mogu se prilagoditi kako bi se kontrolirala pogreška debljine premaza unutar ±5%, ispunjavajući zahtjeve za ultra-tanki premaz za izolaciju jezičaka. Istovremeno, ultrazvučno raspršivanje postiže stopu iskorištenja materijala od 85%-95%, smanjujući otpad izolacijskog materijala i smanjujući troškove proizvodnje.

 

Za veliku-masovnu proizvodnju, dizajn s više-mlaznica može se koristiti za postizanje -širinskog raspršivanja, prilagođavajući serijsku obradu pločica različitih specifikacija. Oprema također podržava 24-satno kontinuirano raspršivanje, a s automatiziranim sustavom upravljanja smanjena je ručna intervencija. Ovo osigurava postojanost premaza za pločice u svakoj seriji tijekom masovne proizvodnje dok istovremeno poboljšava učinkovitost proizvodnje, zadovoljavajući potrebe velike proizvodnje u industriji baterija.

 

Ultrazvučno raspršivanje nudi ključne prednosti u primjenama premaza za baterije, rješavajući temeljne zahtjeve proizvodnje baterija (sigurnost, dosljednost, kontrola troškova i skalabilnost). U usporedbi s tradicionalnim raspršivanjem (raspršivanje zrakom, raspršivanje bez zraka pod visokim-tlakom), nanošenjem premaza uranjanjem i drugim postupcima, njegove su prednosti istaknutije i lakše primjenjive. Sljedeće objašnjenje, temeljeno na specifičnim industrijskim scenarijima i podacima, ilustrira ove prednosti:

I. Precizna i kontrolirana ujednačenost i debljina premaza – Rješavanje glavne bolne točke "Kvara izolacije"
Baterijske pločice (aluminijski/bakreni materijal, obično 3-20 mm široke i 0,1-0,3 mm debljine) zahtijevaju izolacijske premaze koji nemaju rupice, nemaju propuštena područja i jednolike su debljine (obično 5-50 μm). Ako se to ne postigne, može doći do korozije između pločice i elektrolita ili do kratkog spoja između pozitivne i negativne elektrode, što predstavlja sigurnosnu opasnost.

Prednosti ultrazvučnog raspršivanja: ujednačena veličina raspršene čestice (precizno kontrolirana od 1-50 μm), nema "agregacije kapljica" kada se kapljice talože na površini pločice i pogreška debljine premaza manja ili jednaka ±5% (u usporedbi s ±15%-20% za tradicionalno raspršivanje zrakom). Podržava "precizno lokalizirano raspršivanje", dopuštajući nanošenje premaza samo na kritična područja kao što su rubovi jezičaka i područja zavarivanja, izbjegavajući da premaz prekriva vodljive kontaktne površine jezičaka (kao što su točke zavarivanja između jezičaka i listova elektroda), eliminirajući potrebu za naknadnim procesima laserskog jetkanja.

Studija slučaja: Proizvođač električnih baterija upotrijebio je PVDF raspršivanje izolacijske kaše za proizvodnju aluminijskih pločica, zahtijevajući debljinu sloja od 15±2μm. Tradicionalno prskanje zrakom rezultiralo je nejednakom veličinom kapljica, što je dovelo do toga da 30% pločica pokazuje "lokalizirana područja pretjerane tankosti (<10μm)" or "localized areas of excessive thickness (>20μm)." Tanja područja korodirala su unutar 3 mjeseca od uranjanja elektrolita. Nakon prelaska na ultrazvučno raspršivanje raspršivanjem, ujednačenost debljine premaza poboljšana je na 15±0,7 μm, stopa neuspjeha korozije pala je ispod 0,5%, a životni vijek baterije povećao se s 1200 ciklusa na 1500 ciklusa.

 

II. Be-kontaktno raspršivanje + nisko{3}}stvaranje filma oštećenja – zaštita integriteta strukture jezička

Baterijski jezičci su relativno tanki (posebno u torbičastim baterijama, gdje debljina može biti samo 0,08 mm). Tradicionalne metode kontaktnog premazivanja (kao što je premazivanje valjkom) ili raspršivanje pod visokim{2}}tlakom (tlak udara protoka zraka > 0,3 MPa) lako dovode do deformacije jezička i naboranja, što utječe na naknadno brtvljenje inkapsulacije. Nadalje, ogrebotine ili udubljenja na površini jezička postaju točke koncentracije naprezanja, potencijalno uzrokujući pucanje tijekom širenja i skupljanja baterije tijekom punjenja i pražnjenja.

Prednosti ultrazvučnog raspršivanja: proces raspršivanja oslanja se na ultrazvučne vibracije (bez utjecaja strujanja zraka pod visokim-tlakom), a isporuka kapljica koristi plin-nosač niskog{1}}tlaka (tlak < 0,05MPa). Sila udarca na pločice je samo 1/10 one od tradicionalnog prskanja zrakom, čime se u potpunosti izbjegava deformacija pločice.

Udaljenost raspršivanja može se fleksibilno prilagoditi (50-200 mm), eliminirajući potrebu za bliskim kontaktom s površinom jezička i smanjujući rizik od trenja i ogrebotina između mlaznice i jezička.

Studija slučaja: proizvođač potrošačkih litijskih baterija koji proizvodi bakrene pločice s mekim-pakiranjem (debljine 0,1 mm) doživio je stopu deformacije pločice od 8% i stopu curenja od 3% nakon kapsuliranja pri korištenju tradicionalnog premazivanja valjkom. Nakon prelaska na ultrazvučno raspršivanje, stopa deformacije pločice pala je na ispod 0,3%, stopa curenja je kontrolirana na unutar 0,1%, a hrapavost površine pločice Ra < 0,2 μm (ispunjavanje zahtjeva za ljepilom za inkapsulaciju).

 

III. Visoka iskoristivost materijala – smanjenje troškova plemenitih metala/paste visoke-vrijednosti Izolacijski premazi za pločice baterija obično koriste polimerne paste kao što su PVDF i PTFE ili kompozitne paste koje sadrže keramičke prahove (kao što je glinica). Neke-visoke aplikacije koriste vodljive izolacijske kompozitne paste koje sadrže plemenite metale kao što su srebro i nikal, što dovodi do viših troškova materijala (npr. PVDF pasta košta približno 500 RMB/kg).

Prednosti ultrazvučnog raspršivanja: Snažno usmjerene atomizirane kapljice eliminiraju "leteću maglu", postižući stopu iskorištenja materijala od 85%-95% (u usporedbi sa samo 30%-50% za tradicionalno raspršivanje zrakom, sa značajnim gubitkom materijala zbog protoka zraka).

Brzina dodavanja (0,1-10 mL/min) može se precizno kontrolirati putem PLC sustava, prilagođavajući se zahtjevima premazivanja za različite širine pločica i izbjegavajući "prekomjerno premazivanje".

Studija slučaja: tvrtka za proizvodnju energetskih baterija proizvodi 10 GWh litijevih baterija godišnje, što zahtijeva oblaganje približno 200 milijuna aluminijskih pločica. Za svaku pločicu potrebno je 0,01 g izolacijske kaše (teorijska potrošnja). Tradicionalno prskanje zrakom troši 0,02-0,03 g gnojnice po jedinici, ukupno 4-6 tona godišnje, uz trošak od 2-3 milijuna RMB. Nakon prelaska na ultrazvučno raspršivanje, stvarna potrošnja gnojnice je samo 0,011-0,013g po jedinici, ukupno 2,2-2,6 tona godišnje, smanjujući troškove na 1,1-1,3 milijuna RMB, što rezultira godišnjom uštedom troškova od približno 1 milijun RMB.

 

IV. Stvaranje filma na niskim-temperaturama + jaka kompatibilnost – pogodno za termoosjetljive/specijalne izolacijske materijale
Neke-vrhunske baterijske kartice zahtijevaju termoosjetljive izolacijske materijale (kao što su PVDF kompozitne smjese koje sadrže elastomere, s temperaturnom otpornošću manjom ili jednakom 80 stupnjeva) ili korozivne smjese (kao što su fluoropolimerne disperzije). Tradicionalno termičko raspršivanje (koje zahtijeva zagrijavanje iznad 100 stupnjeva) može uzrokovati raspadanje materijala, a raspršivanje pod visokim{4}}tlakom podložno je kvaru opreme zbog korozije gnojnice mlaznica.

Prednosti ultrazvučnog raspršivanja: Ultrazvučna atomizacija stvara toplinu samo putem vibracija, s temperaturom zone atomizacije manjom ili jednakom 50 stupnjeva. Time se čuvaju elastičnost i izolacijska svojstva materijala osjetljivih na toplinu, sprječavajući lomljenje lanca polimera.

 

Mlaznice mogu biti izrađene od -materijala otpornih na koroziju kao što su PTFE, keramika i Hastelloy i kompatibilne su s korozivnim suspenzijama koje sadrže fluor ili slabe kiseline i lužine, čime se eliminira rizik od korozije opreme.

Studija slučaja: Tvrtka za-state baterije koristila je elastičnu izolacijsku kašu koja je sadržavala polietereterketon (PEEK) (temperaturna otpornost manja ili jednaka 70 stupnjeva). Tradicionalno toplinsko prskanje uzrokovalo je raspadanje kaše kada se zagrije na 120 stupnjeva, smanjujući izolacijski otpor premaza s 10¹²Ω na 10⁸Ω. Prelaskom na ultrazvučno raspršivanje (stvaranje filma na sobnoj temperaturi) održao se otpor izolacije premaza na 10¹²Ω, a modul elastičnosti zadovoljio je zahtjeve za savijanje jezičaca (bez pucanja nakon 1000 savijanja).