Kako se ultrazvučno raspršivanje koristi za premaz za izolaciju baterije?

Kada se ultrazvučno raspršivanje koristi za izolacijski premaz baterije, prvo se poklapa i pred{0}}tretira odgovarajući izolacijski materijal, a zatim formira film kroz precizan proces atomizacije i taloženja. Kontrola parametara također može osigurati kvalitet premaza, što ga čini pogodnim za-proizvodnju velikih razmjera. Konkretan proces i detalji su sljedeći:

**Preliminarna priprema i adaptacija materijala:** Jezici za baterije su uglavnom napravljeni od aluminijuma ili bakra, što zahteva izbor izolacionih materijala otpornih na koroziju elektrolita. Obično se koriste polimerne suspenzije kao što su PVDF (poliviniliden fluorid) i PTFE (politetrafluoroetilen). Kompozitne smjese koje sadrže veziva i anorganske izolacijske materijale također se mogu koristiti za sprječavanje korozije elektrolita na pločicama.
**Naknadni predtretman suspenzije:** Viskozitet materijala je prilagođen opsegu pogodnom za ultrazvučnu atomizaciju. Ultrazvučna disperzija eliminiše aglomeraciju čestica u suspenziji, osiguravajući ujednačenu i stabilnu suspenziju, sprečavajući naknadno začepljenje glave za raspršivanje i garantujući gustinu premaza.

Prije nanošenja premaza, površina elektrode mora biti očišćena kako bi se uklonilo ulje, neravnine i druge nečistoće kako bi se spriječilo da utiču na prianjanje između premaza i elektrode i kako bi se smanjio rizik od kvara izolacije. Istovremeno, ultrazvučna oprema za premazivanje mora biti otklonjena. Na osnovu dimenzija elektroda (kao što su širina i debljina) i zahtjeva premaza, odabire se glava za raspršivanje-otporna na koroziju, a automatizirani troosni sistem kretanja ili robotska ruka kontrolira put prskanja. Ultrazvučna frekvencija, brzina prskanja i temperatura supstrata su unapred podešeni preko kompjuterskog PLC sistema kako bi se osigurala tačnost prskanja.

 

Atomizacija i precizno taloženje filma: Prethodno obrađena izolaciona suspenzija se prvo dovodi u ultrazvučnu raspršivačku mlaznicu preko sistema za dovod. Piezoelektrični keramički pretvarač unutar mlaznice generiše visoko-mehaničke vibracije od 10-180kHz pod visoko-pobuđivanjem električnih signala. Ova energija vibracija se prenosi na površinu suspenzije, uzrokujući da suspenzija savlada površinsku napetost i razbije se u uniformne mikro-kapljice od 1-50 μm, formirajući konus za raspršivanje. Zatim, pokretane inertnim plinom-nosačem kao što je dušik, ove mikro-kapljice se usmjereno transportuju do određenog područja elektrode baterije. Ovaj proces beskontaktnog prskanja izbjegava fizičko oštećenje jezičaka.

Nakon što se kapljice talože na površinu pločice, rastvarač u suspenziji se uklanja kroz nisko{0}}sušenje na niskoj temperaturi, formirajući-bez rupica, visoko gust izolacijski premaz. Tokom prskanja, parametri kao što su snaga atomizacije i brzina dodavanja mogu se podesiti da bi se kontrolisala greška debljine premaza unutar ±5%, ispunjavajući zahtjeve ultra{4}}za tanke premaze za izolaciju jezičaka. Istovremeno, ultrazvučno prskanje postiže stopu iskorišćenja materijala od 85%-95%, smanjujući otpad izolacionog materijala i snižavajući troškove proizvodnje.

 

Za masovnu-serijsku proizvodnju, više-dizajn niza mlaznica se može koristiti za postizanje široke-širine prskanja, omogućavajući serijsku obradu jezičaka različitih specifikacija. Oprema takođe podržava 24-kontinuirano prskanje, a sa automatizovanim sistemom kontrole, ručna intervencija je smanjena. Ovo osigurava konzistentnost premaza u svakoj seriji tokom masovne proizvodnje uz poboljšanje efikasnosti proizvodnje, zadovoljavajući potrebe velike proizvodnje u industriji baterija.

 

Ultrazvučno raspršivanje nudi osnovne prednosti u aplikacijama za oblaganje pločica baterija, rješavajući osnovne zahtjeve proizvodnje baterija (sigurnost, konzistentnost, kontrola troškova i skalabilnost). U poređenju sa tradicionalnim prskanjem (zračno prskanje, bezzračno prskanje pod visokim-pritiskom), nanošenjem premaza i drugim procesima, njegove prednosti su istaknutije i lakše primjenjive. Sljedeće objašnjenje, zasnovano na specifičnim industrijskim scenarijima i podacima, ilustruje ove prednosti:

I. Precizna i kontrolisana ujednačenost i debljina premaza – Rješavanje glavne bolne tačke "neuspjeha izolacije"
Jezičci za baterije (aluminijski/bakarni materijal, tipično široki 3-20 mm i debljine 0,1-0,3 mm) zahtijevaju izolacijske premaze bez rupica, bez propuštenih područja i ujednačene su debljine (obično 5-50 μm). Ako se to ne postigne može dovesti do korozije između jezička i elektrolita, ili kratkih spojeva između pozitivne i negativne elektrode, što predstavlja opasnost po sigurnost.

Prednosti ultrazvučnog raspršivanja: Ujednačena veličina atomiziranih čestica (precizno kontrolisana od 1-50 μm), nema "agregacije kapljica" kada se kapljice talože na površini jezička i greška debljine premaza manja ili jednaka ±5% (u poređenju sa ±15%-20% za tradicionalno zračno prskanje). Podržava "precizno lokalizirano prskanje", dozvoljavajući premazivanje samo na kritičnim područjima kao što su rubovi jezičaka i područja zavarivanja, izbjegavajući premaz koji pokriva vodljive kontaktne površine jezičaka (kao što su točke zavarivanja između jezičaka i listova elektroda), eliminirajući potrebu za naknadnim procesima laserskog jetkanja.

Studija slučaja: Proizvođač baterija za napajanje koristio je PVDF izolacionu suspenziju za prskanje za proizvodnju aluminijumskih jezičaka, za koje je potrebna debljina premaza od 15±2μm. Tradicionalno prskanje zrakom rezultiralo je neujednačenom veličinom kapljica, što je dovelo do toga da 30% pločica pokazuje "lokalizirana područja pretjerano tanke (<10μm)" or "localized areas of excessive thickness (>20 μm)." Tanje površine su korodirale u roku od 3 mjeseca od uranjanja elektrolita. Nakon prelaska na raspršivanje ultrazvučnom atomizacijom, ujednačenost debljine premaza se poboljšala na 15±0,7 μm, stopa korozije je pala na ispod 0,5%, a vijek trajanja baterije se povećao sa 1200 ciklusa na 1500 ciklusa.

 

II. Bes-prskanje + nisko-formiranje filma oštećenja – zaštita integriteta strukture jezičaka

Jezičci za baterije su relativno tanki (posebno kod baterija u torbici, gdje debljina može biti i do 0,08 mm). Tradicionalne metode kontaktnog premaza (kao što je premazivanje valjkom) ili raspršivanje pod visokim-pritiskom (udarni pritisak protoka vazduha > 0,3 MPa) lako dovode do deformacije jezičaka i naboranja, utičući na naknadno zaptivanje inkapsulacije. Nadalje, ogrebotine ili udubljenja na površini pločice postaju tačke koncentracije naprezanja, potencijalno uzrokujući pucanje tokom širenja i kontrakcije baterije tokom punjenja i pražnjenja.

Prednosti ultrazvučnog raspršivanja: Proces atomizacije se oslanja na ultrazvučne vibracije (bez uticaja protoka vazduha pod visokim-pritiskom), a isporuka kapljica koristi gas nosač niskog pritiska (pritisak < 0,05MPa). Udarna sila na jezičke je samo 1/10 od one kod tradicionalnog zračnog prskanja, potpuno izbjegavajući deformaciju jezička.

Udaljenost prskanja može se fleksibilno podesiti (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 litijumskih baterija za potrošače koji proizvodi meke-bakrene pločice (debljine 0,1 mm) doživio je stopu deformacije jezičaka od 8% i stopu curenja od 3% nakon inkapsulacije kada je koristio tradicionalni premaz na valjcima. Nakon prelaska na raspršivanje ultrazvučnom atomizacijom, stopa deformacije jezičaka je pala na ispod 0,3%, stopa curenja je kontrolisana na 0,1%, a hrapavost površine jezičaka Ra < 0,2μm (ispunjavanje zahtjeva za inkapsulacijsko adhezivno vezivanje).

 

III. Visoka iskorištenost materijala – Smanjenje cijene plemenitih metala/paste visoke-vrijednosti Izolacijski premazi za bateriju obično koriste polimerne paste kao što su PVDF i PTFE, ili kompozitne paste koje sadrže keramičke prahove (kao što je glinica). Neke vrhunske{3}} aplikacije koriste provodljive izolacione kompozitne paste koje sadrže plemenite metale kao što su srebro i nikl, što rezultira većim troškovima materijala (npr. PVDF pasta košta približno 500 RMB/kg).

Prednosti ultrazvučnog raspršivanja: Snažno usmjerene raspršene kapljice eliminišu "leteću maglu", postižući stopu iskorištenja materijala od 85% -95% (u poređenju sa samo 30% -50% za tradicionalno raspršivanje zraka, uz značajan gubitak materijala zbog protoka zraka).

Brzina uvlačenja (0,1-10 mL/min) može se precizno kontrolisati preko PLC sistema, prilagođavajući se zahtjevima premaza za različite širine jezičaka i izbjegavajući "premazanje".

Studija slučaja: Kompanija za električne baterije proizvodi 10 GWh litijumskih baterija godišnje, za koje je potrebno premaziti oko 200 miliona aluminijumskih pločica. Svaka tabla zahteva 0,01 g izolacionog rastvora (teorijska upotreba). Tradicionalno zračno prskanje troši 0,02-0,03 g suspenzije po jedinici, ukupno 4-6 tona godišnje, uz cijenu od 2-3 miliona RMB. Nakon prelaska na raspršivanje ultrazvučnom atomizacijom, stvarna potrošnja suspenzije je samo 0,011-0,013 g po jedinici, ukupno 2,2-2,6 tona godišnje, smanjujući troškove na 1,1-1,3 miliona RMB, što rezultira godišnjom uštedom troškova od približno 1 milion RMB.

 

IV. Nisko-Formiranje filma na niskoj temperaturi + jaka kompatibilnost – pogodno za termoosjetljive/specijalne izolacijske materijale
Neki-jezici za baterije visoke klase zahtijevaju termoosjetljive izolacijske materijale (kao što su PVDF kompozitne smjese koje sadrže elastomere, sa temperaturnom otpornošću manjom ili jednakom 80 stepeni) ili korozivne suspenzije (kao što su fluoropolimerne disperzije). Tradicionalno termičko raspršivanje (zahtjeva zagrijavanje iznad 100 stepeni) može uzrokovati razgradnju materijala, a prskanje pod visokim{4}}pritiskom je sklono kvaru opreme zbog korozije mlaznica.

Prednosti ultrazvučnog prskanja: Ultrazvučna atomizacija stvara toplotu samo vibracijom, sa temperaturom zone atomizacije manjom ili jednakom 50 stepeni. Time se čuvaju elastičnost i izolacijska svojstva materijala osjetljivih na toplinu{2}}, sprječavajući pucanje polimernog lanca.

 

Mlaznice mogu biti napravljene od materijala otpornih na koroziju- kao što su PTFE, keramika i Hastelloy, i kompatibilne su sa korozivnim suspenzijama koje sadrže fluor ili slabe kiseline i alkalije, eliminišući rizik od korozije opreme.

Studija slučaja: Kompanija za čvrste{0}}baterije koristila je elastičnu izolacijsku smjesu koja sadrži polietereterketon (PEEK) (temperaturna otpornost manja ili jednaka 70 stepeni). Tradicionalno termalno raspršivanje uzrokovalo je razgradnju suspenzije kada se zagrije na 120 stepeni, smanjujući otpor izolacije premaza sa 10¹²Ω na 10⁸Ω. Prebacivanje na ultrazvučno raspršivanje (formiranje filma na sobnoj temperaturi) održava otpor izolacije premaza na 10¹²Ω, a modul elastičnosti zadovoljava zahtjeve za savijanje jezičaka (bez pucanja nakon 1000 savijanja).