Cum se folosește pulverizarea cu atomizare cu ultrasunete pentru stratul de izolație al bateriei?

Atunci când pulverizarea cu ultrasunete este utilizată pentru acoperirea izolatoare a bateriei, mai întâi se potrivește și pre-{0}}tratează materialele izolatoare adecvate, apoi formează o peliculă printr-un proces precis de atomizare și depunere. Controlul parametrilor poate asigura, de asemenea, calitatea acoperirii, făcându-l potrivit pentru producția la scară largă-. Procesul specific și detaliile sunt următoarele:

**Pregătirea și adaptarea preliminară a materialului:** Clapele bateriei sunt în mare parte fabricate din aluminiu sau cupru, necesitând selectarea materialelor izolante rezistente la coroziunea electrolitică. Utilizate în mod obișnuit sunt suspensiile de polimeri, cum ar fi PVDF (fluorura de poliviniliden) și PTFE (politetrafluoretilenă). Suspensiile compozite care conțin lianți și materiale izolante anorganice pot fi, de asemenea, utilizate pentru a preveni coroziunea electrolitică a urechilor.
**Pretratarea ulterioară a șlamului:** Vâscozitatea materialului este ajustată la intervalul potrivit pentru atomizarea cu ultrasunete. Dispersia cu ultrasunete elimină aglomerarea particulelor în suspensie, asigurând o suspensie uniformă și stabilă, prevenind înfundarea ulterioară a capului de atomizare și garantând densitatea acoperirii.

Înainte de acoperire, suprafața electrodului trebuie curățată pentru a îndepărta uleiul, bavurile și alte impurități pentru a preveni afectarea aderenței dintre acoperire și electrod și pentru a reduce riscul de defecțiune a izolației. Simultan, echipamentul de acoperire cu ultrasunete trebuie depanat. Pe baza dimensiunilor electrodului (cum ar fi lățimea și grosimea) și cerințele de acoperire, este selectat un cap de atomizare rezistent la coroziune-și un sistem automat de mișcare cu trei-axe sau un braț robotizat controlează traseul de pulverizare. Frecvența ultrasonică, rata de pulverizare și temperatura substratului sunt presetate printr-un sistem PLC computerizat pentru a asigura precizia pulverizării.

 

Atomizare și depunere precisă a filmului: pasta izolatoare pretratată este alimentată mai întâi la duza de atomizare cu ultrasunete printr-un sistem de alimentare. Traductorul ceramic piezoelectric din interiorul duzei generează vibrații mecanice de-înaltă frecvență de 10-180 kHz sub excitarea semnalului electric de-înaltă frecvență. Această energie vibrațională este transferată pe suprafața nămolului, determinând nămolul să depășească tensiunea superficială și să se spargă în micro-picături uniforme de 1{-50μm, formând un con de atomizare. Apoi, conduse de un gaz purtător inert, cum ar fi azotul, aceste micro-picături sunt transportate direcțional în zona desemnată a electrodului bateriei. Acest proces de pulverizare fără contact evită deteriorarea fizică a urechilor.

După ce picăturile sunt depuse pe suprafața urechii, solventul din suspensie este îndepărtat prin uscare la temperatură joasă-, formând un strat izolator foarte dens, fără orificii-. În timpul pulverizării, parametri precum puterea de atomizare și viteza de avans pot fi ajustați pentru a controla eroarea de grosime a stratului de acoperire cu ±5%, îndeplinind cerințele de acoperire ultra-pentru izolarea filetului. Simultan, pulverizarea cu ultrasunete realizează o rată de utilizare a materialului de 85%-95%, reducând risipa de material izolator și scăzând costurile de producție.

 

Pentru producția de masă-la scară mare, un design cu mai multe-matrice de duze poate fi utilizat pentru a realiza o pulverizare cu lățime-largă, găzduind procesarea în loturi de file cu specificații diferite. Echipamentul acceptă, de asemenea, pulverizare continuă 24-ore, iar cu un sistem de control automat, intervenția manuală este redusă. Acest lucru asigură consistența acoperirii cu tablă în fiecare lot în timpul producției de masă, îmbunătățind în același timp eficiența producției, satisfacând nevoile producției la scară largă din industria bateriilor.

 

Pulverizarea prin pulverizare cu ultrasunete oferă avantaje esențiale în aplicațiile de acoperire cu tablă a bateriei, abordând cerințele de bază ale producției de baterii (siguranță, consistență, control al costurilor și scalabilitate). În comparație cu pulverizarea tradițională (pulverizare cu aer, pulverizare fără aer la presiune înaltă-), acoperirea prin scufundare și alte procese, avantajele sale sunt mai proeminente și mai ușor de aplicat. Următoarea explicație, bazată pe scenarii și date industriale specifice, ilustrează aceste avantaje:

I. Uniformitatea și grosimea acoperirii precise și controlabile – Rezolvarea punctului de durere centrală al „defecțiunii izolației”
Clapele bateriei (material din aluminiu/cupru, de obicei 3-20 mm lățime și 0,1-0,3 mm grosime) necesită acoperiri izolatoare care nu prezintă orificii, nu au zone lipsite și sunt uniform groase (de obicei, 5-50μm). Nerespectarea acestui lucru poate duce la coroziune între tablă și electrolit sau la scurtcircuite între electrozii pozitivi și negativi, punând în pericol siguranța.

Avantajele pulverizării cu ultrasunete: Dimensiunea uniformă a particulelor atomizate (controlabilă cu precizie de la 1-50μm), fără „agregare a picăturilor” atunci când picăturile se depun pe suprafața filetului și eroare de grosime a stratului Mai mică sau egală cu ±5% (comparativ cu ±15%-20% pentru pulverizarea tradițională cu aer). Sprijină „pulverizare localizată precisă”, permițând acoperirea numai pe zonele critice, cum ar fi marginile urechilor și zonele de sudură, evitând acoperirea care acoperă suprafețele conductoare de contact ale urechilor (cum ar fi punctele de sudură dintre urechi și foile de electrozi), eliminând necesitatea proceselor ulterioare de gravare cu laser.

Studiu de caz: Un producător de baterii de putere a folosit pulverizare de nămol izolator PVDF pentru a produce tablă de aluminiu, necesitând o grosime de acoperire de 15±2μm. Pulverizarea tradițională cu aer a dus la o dimensiune neuniformă a picăturilor, ceea ce duce la 30% dintre filele prezentând „zone localizate de subțire excesivă (<10μm)" or "localized areas of excessive thickness (>20μm)." Zonele mai subțiri s-au corodat în 3 luni de la scufundarea electrolitului. După trecerea la pulverizarea cu ultrasunete, uniformitatea grosimii stratului de acoperire s-a îmbunătățit la 15±0,7μm, rata de eroare a coroziunii a scăzut sub 0,5% și durata de viață a bateriei a crescut de la 1200 de cicluri la 1500 de cicluri.

 

II. Pulverizare fără-contact + Formare de peliculă cu-daune reduse – Protejarea integrității structurii filetului

Urechile bateriei sunt relativ subțiri (în special în cazul bateriilor cu pungă, unde grosimea poate fi de până la 0,08 mm). Metodele tradiționale de acoperire prin contact (cum ar fi acoperirea cu role) sau pulverizarea cu presiune înaltă-(presiunea de impact a fluxului de aer > 0,3MPa) duc cu ușurință la deformarea și încrețirea urechii, afectând etanșarea ulterioară a încapsulării. În plus, zgârieturile sau adânciturile de pe suprafața urechii devin puncte de concentrare a tensiunii, ceea ce poate cauza fisuri în timpul expansiunii și contracției bateriei în timpul încărcării și descărcării.

Avantajele pulverizării cu ultrasunete: procesul de atomizare se bazează pe vibrațiile ultrasonice (fără un impact asupra fluxului de aer cu presiune înaltă-), iar livrarea picăturilor utilizează gaz purtător de presiune joasă- (presiune < 0,05 MPa). Forța de impact asupra urechilor este de doar 1/10 din cea a pulverizării tradiționale cu aer, evitând complet deformarea urechilor.

Distanța de pulverizare poate fi reglată în mod flexibil (50-200 mm), eliminând necesitatea contactului strâns cu suprafața urechii și reducând riscul de frecare și zgârieturi între duză și ureche.

Studiu de caz: un producător de baterii cu litiu de consum, care producea urechi de cupru moale-(0,1 mm grosime) a experimentat o rată de deformare a urechii de 8% și o rată de scurgere de 3% după încapsulare atunci când a folosit acoperirea tradițională cu role. După trecerea la pulverizarea cu ultrasunete, rata de deformare a filetului a scăzut sub 0,3%, rata de scurgere a fost controlată la 0,1%, iar rugozitatea suprafeței filetului Ra <0,2μm (îndeplinește cerințele pentru lipirea adezivului de încapsulare).

 

III. Utilizare ridicată a materialelor – Reducerea costului metalelor prețioase/paste cu valoare ridicată-Acoperirile izolatoare ale bateriei folosesc în mod obișnuit paste polimerice, cum ar fi PVDF și PTFE, sau paste compozite care conțin pulberi ceramice (cum ar fi alumina). Unele aplicații de ultimă generație folosesc paste compozite izolatoare conductive care conțin metale prețioase precum argintul și nichelul, ceea ce duce la costuri mai mari ale materialelor (de exemplu, pasta PVDF costă aproximativ 500 RMB/kg).

Avantajele pulverizării cu ultrasunete: Picăturile atomizate puternic direcționale elimină „ceața zburătoare”, obținând o rată de utilizare a materialului de 85%-95% (comparativ cu doar 30%-50% pentru pulverizarea tradițională cu aer, cu pierderi semnificative de material din cauza fluxului de aer).

Viteza de alimentare (0,1-10 ml/min) poate fi controlată cu precizie printr-un sistem PLC, adaptându-se la cerințele de acoperire pentru diferite lățimi ale fileturilor și evitând „supracoperirea”.

Studiu de caz: O companie de baterii electrice produce 10 GWh de baterii cu litiu anual, necesitând acoperirea a aproximativ 200 de milioane de file de aluminiu. Fiecare filă necesită 0,01 g de suspensie izolatoare (utilizare teoretică). Pulverizarea tradițională cu aer consumă 0,02-0,03 g de șlam pe unitate, însumând 4-6 tone anual, cu un cost de 2-3 milioane RMB. După trecerea la pulverizarea cu pulverizare cu ultrasunete, consumul real de șlam este de numai 0,011-0,013 g pe unitate, însumând 2,2-2,6 tone anual, reducând costurile la 1,1-1,3 milioane RMB, rezultând în economii anuale de aproximativ 1 milion RMB.

 

IV. Formare de peliculă la temperatură joasă-+ Compatibilitate puternică – Potrivit pentru materiale termosensibile/speciale izolante
Unele bare-de baterie de ultimă generație necesită materiale izolatoare termosensibile (cum ar fi nămolurile compozite PVDF care conțin elastomeri, cu o rezistență la temperatură mai mică sau egală cu 80 de grade) sau nămoluri corozive (cum ar fi dispersiile de fluoropolimeri). Pulverizarea termică tradițională (care necesită încălzire la peste 100 de grade) poate provoca descompunerea materialului, iar pulverizarea la presiune înaltă-este predispusă la defecțiuni ale echipamentului din cauza coroziunii nămolului a duzelor.

Avantajele pulverizării cu ultrasunete: Atomizarea cu ultrasunete generează căldură numai prin vibrație, cu temperatura zonei de atomizare mai mică sau egală cu 50 de grade. Aceasta păstrează elasticitatea și proprietățile de izolare ale materialelor-sensibile la căldură, prevenind ruperea lanțului polimeric.

 

Duzele pot fi realizate din materiale rezistente la coroziune, cum ar fi PTFE, ceramică și Hastelloy și sunt compatibile cu șlamurile corozive care conțin fluor sau acizi slabi și alcalii, eliminând riscul de coroziune a echipamentului.

Studiu de caz: o companie de baterii cu stare solidă-a folosit o suspensie elastică izolatoare care conține polieteretercetonă (PEEK) (rezistență la temperatură mai mică sau egală cu 70 de grade ). Pulverizarea termică tradițională a determinat descompunerea suspensiei atunci când este încălzită la 120 de grade, reducând rezistența izolației acoperirii de la 10¹²Ω la 10⁸Ω. Trecerea la pulverizarea prin pulverizare cu ultrasunete (formarea peliculei la temperatura camerei) a menținut rezistența de izolație a stratului de acoperire la 10¹²Ω, iar modulul de elasticitate a îndeplinit cerințele pentru îndoirea filetelor (fără crăpare după 1000 de îndoiri).