Jak se používá ultrazvukový atomizační nástřik pro izolační povlak baterie?

Když se k izolačnímu povlaku poutka baterie použije ultrazvukové rozprašování, nejprve se přizpůsobí a před{0}}upraví vhodné izolační materiály a poté se vytvoří film přesným procesem atomizace a nanášení. Kontrola parametrů může také zajistit kvalitu povrchové úpravy, takže je vhodná pro-výrobu ve velkém měřítku. Konkrétní postup a podrobnosti jsou následující:

**Předběžná příprava materiálu a přizpůsobení:** Výložníky baterií jsou většinou vyrobeny z hliníku nebo mědi, což vyžaduje výběr izolačních materiálů odolných vůči korozi elektrolytem. Běžně se používají polymerní kaše, jako je PVDF (polyvinylidenfluorid) a PTFE (polytetrafluorethylen). Kompozitní kaše obsahující pojiva a anorganické izolační materiály mohou být také použity k zabránění elektrolytové korozi jazýčků.
**Následná předúprava kaše:** Viskozita materiálu je upravena na rozsah vhodný pro ultrazvukovou atomizaci. Ultrazvuková disperze eliminuje aglomeraci částic v kaši, zajišťuje rovnoměrnou a stabilní kaši, zabraňuje následnému ucpání atomizační hlavy a zaručuje hustotu povlaku.

Před nanesením povlaku je nutné povrch elektrody očistit, aby se odstranil olej, otřepy a další nečistoty, aby se zabránilo jejich ovlivnění přilnavostí mezi povlakem a elektrodou a snížilo se riziko selhání izolace. Současně musí být odladěno ultrazvukové lakovací zařízení. Na základě rozměrů elektrody (jako je šířka a tloušťka) a požadavků na povrchovou úpravu je vybrána rozprašovací hlava odolná proti korozi- a automatický tříosý pohybový systém nebo robotické rameno řídí dráhu stříkání. Ultrazvuková frekvence, rychlost stříkání a teplota substrátu jsou přednastaveny pomocí počítačového PLC systému, aby byla zajištěna přesnost stříkání.

 

Atomizace a přesné nanášení filmu: Předupravená izolační kaše je nejprve přiváděna do ultrazvukové rozprašovací trysky prostřednictvím přiváděcího systému. Piezoelektrický keramický měnič uvnitř trysky generuje vysokofrekvenční mechanické vibrace 10-180 kHz při vysokofrekvenčním buzení elektrickým signálem. Tato vibrační energie se přenáší na povrch suspenze, což způsobuje, že suspenze překoná povrchové napětí a rozbije se na stejnoměrné mikro-kapky o velikosti 1-50μm, čímž se vytvoří atomizační kužel. Poté, poháněné inertním nosným plynem, jako je dusík, jsou tyto mikrokapky směrově transportovány do určené oblasti elektrody baterie. Tento bezkontaktní proces stříkání zabraňuje fyzickému poškození jazýčků.

Poté, co se kapičky usadí na povrchu poutka, je rozpouštědlo v kaši odstraněno sušením při nízké teplotě-, čímž se vytvoří vysoce hustý izolační povlak bez dírek-. Během nástřiku lze parametry, jako je atomizační síla a rychlost posuvu, upravit tak, aby se řídila chyba tloušťky povlaku v rozmezí ±5 %, což splňuje požadavky na ultratenký povlak pro izolaci štítků. Současně ultrazvukové stříkání dosahuje míry využití materiálu 85%-95%, snižuje plýtvání izolačním materiálem a snižuje výrobní náklady.

 

Pro velkosériovou-výrobu lze použít více-design pole trysek k dosažení širokého-nástřiku, který umožňuje dávkové zpracování karet různých specifikací. Zařízení také podporuje 24-hodinové nepřetržité postřikování a díky automatizovanému řídicímu systému se omezí ruční zásahy. To zajišťuje konzistenci potahu poutka v každé šarži během hromadné výroby a zároveň zlepšuje efektivitu výroby, což odpovídá potřebám velkovýroby v průmyslu baterií.

 

Ultrazvukové rozprašování nabízí základní výhody v aplikacích potahování poutek baterie a řeší základní požadavky výroby baterií (bezpečnost, konzistence, kontrola nákladů a škálovatelnost). Ve srovnání s tradičním stříkáním (vzduchové stříkání, vysokotlaké stříkání airless), nanášením ponorem a dalšími procesy jsou jeho výhody výraznější a snadno použitelné. Následující vysvětlení, založené na konkrétních průmyslových scénářích a datech, ilustruje tyto výhody:

I. Přesná a kontrolovatelná stejnoměrnost a tloušťka povlaku – Řešení hlavního bodu bolesti při „selhání izolace“
Bateriové štítky (materiál hliník/měď, typicky 3–20 mm široký a 0,1–0,3 mm silný) vyžadují izolační povlaky, které jsou bez dírek, nemají žádné vynechané oblasti a jsou rovnoměrně silné (obvykle 5–50 μm). Pokud toho nedosáhnete, může dojít ke korozi mezi jazýčkem a elektrolytem nebo ke zkratu mezi kladnou a zápornou elektrodou, což představuje bezpečnostní riziko.

Výhody ultrazvukového nástřiku: Jednotná velikost atomizovaných částic (přesně ovladatelná od 1-50 μm), žádná „agregace kapiček“ při usazování kapiček na povrch štítku a chyba tloušťky povlaku Méně než nebo rovna ± 5 % (ve srovnání s ± 15 % až 20 % u tradičního stříkání vzduchem). Podporuje „přesné lokalizované stříkání“, které umožňuje nanášení pouze na kritické oblasti, jako jsou okraje jazýčků a oblasti svařování, aniž by povlak pokrýval vodivé kontaktní povrchy jazýčků (jako jsou svařovací body mezi jazýčky a listy elektrod), čímž se eliminuje potřeba následných procesů laserového leptání.

Případová studie: Výrobce napájecích baterií použil k výrobě hliníkových štítků nástřik PVDF izolační kaše, která vyžadovala tloušťku povlaku 15±2μm. Tradiční stříkání vzduchem mělo za následek nerovnoměrnou velikost kapiček, což vedlo k tomu, že 30 % oušek vykazovalo „lokalizované oblasti nadměrné tenkosti (<10μm)" or "localized areas of excessive thickness (>20μm)." Tenčí oblasti zkorodovaly do 3 měsíců po ponoření elektrolytu. Po přechodu na stříkání s ultrazvukovou atomizací se rovnoměrnost tloušťky povlaku zlepšila na 15±0,7μm, míra selhání koroze klesla pod 0,5% a životnost baterie se zvýšila z 1200 cyklů na 1500 cyklů.

 

II. Bez-dotykové stříkání + nízká-tvorba poškozeného filmu – ochrana integrity struktury štítku

Jazýčky baterií jsou relativně tenké (zejména v pouzdrových bateriích, kde tloušťka může být až 0,08 mm). Tradiční metody kontaktního nanášení (jako je nanášení válečkem) nebo vysokotlaké-nástřiky (nárazový tlak proudění vzduchu > 0,3 MPa) snadno vedou k deformaci a zvrásnění poutka, což ovlivňuje následné utěsnění zapouzdření. Kromě toho se škrábance nebo zářezy na povrchu poutka stávají body koncentrace napětí, které mohou způsobit praskání během roztahování a smršťování baterie během nabíjení a vybíjení.

Výhody ultrazvukového rozprašování: Proces rozprašování se opírá o ultrazvukové vibrace (bez vysokotlakého proudění vzduchu) a při dodávání kapek se používá nízkotlaký nosný plyn (tlak < 0,05 MPa). Nárazová síla na jazýčky je pouze 1/10 síly tradičního stříkání vzduchem, což zcela zabraňuje deformaci jazýčku.

Vzdálenost postřiku lze flexibilně nastavit (50-200 mm), což eliminuje potřebu těsného kontaktu s povrchem poutka a snižuje riziko tření a poškrábání mezi tryskou a štítkem.

Případová studie: Výrobce spotřebitelských lithiových baterií vyrábějící měkké{0}}měděné destičky (tloušťka 0,1 mm) zaznamenal 8% míru deformace destičky a 3% míru úniku po zapouzdření při použití tradičního potahování válečkem. Po přechodu na ultrazvukové rozprašování rychlost deformace poutka klesla pod 0,3 %, rychlost úniku byla regulována na 0,1 % a drsnost povrchu poutka Ra < 0,2 μm (splňující požadavky na lepení zapouzdřením).

 

III. Vysoké využití materiálu – Snížení nákladů na drahé kovy/pasty s vysokou hodnotou-U izolačních povlaků na baterie se běžně používají polymerové pasty, jako je PVDF a PTFE, nebo kompozitní pasty obsahující keramické prášky (jako je oxid hlinitý). Některé špičkové-aplikace používají vodivé izolační kompozitní pasty obsahující drahé kovy, jako je stříbro a nikl, což má za následek vyšší náklady na materiál (např. pasta PVDF stojí přibližně 500 RMB/kg).

Výhody ultrazvukového stříkání: Silně směrově rozprašované kapičky eliminují "létající mlhu" a dosahují míry využití materiálu 85%-95% (ve srovnání s pouze 30%-50% u tradičního stříkání vzduchem, se značným plýtváním materiálem kvůli proudění vzduchu).

Rychlost podávání (0,1-10 ml/min) lze přesně řídit pomocí systému PLC, přizpůsobit se požadavkům na potah pro různé šířky oušek a vyhnout se „přetažení“.

Případová studie: Společnost vyrábějící elektrické baterie ročně vyrábí 10 GWh lithiových baterií, což vyžaduje potažení přibližně 200 milionů hliníkových destiček. Každá záložka vyžaduje 0,01 g izolační kaše (teoretické použití). Tradiční vzduchové stříkání spotřebuje 0,02-0,03 g kejdy na jednotku, celkem 4-6 tun ročně, s náklady 2-3 miliony RMB. Po přechodu na ultrazvukové rozprašování je skutečná spotřeba kalu pouze 0,011-0,013 g na jednotku, celkem 2,2-2,6 tuny ročně, což snižuje náklady na 1,1-1,3 milionu RMB, což vede k roční úspoře nákladů přibližně 1 milion RMB.

 

IV. Nízká-teplotní tvorba filmu + silná kompatibilita – vhodné pro termocitlivé/speciální izolační materiály
Některé baterie vyšší třídy vyžadují izolační materiály citlivé na teplo (jako jsou kompozitní kaše PVDF obsahující elastomery s teplotní odolností menší nebo rovnou 80 stupňům) nebo korozivní kaše (jako jsou disperze fluoropolymerů). Tradiční tepelné stříkání (vyžadující zahřátí na více než 100 stupňů) může způsobit rozklad materiálu a vysokotlaké stříkání je náchylné k selhání zařízení v důsledku kalové koroze trysek.

Výhody ultrazvukového stříkání: Ultrazvuková atomizace generuje teplo pouze vibracemi, přičemž teplota atomizační zóny je menší nebo rovna 50 stupňům. To zachovává elasticitu a izolační vlastnosti materiálů citlivých na teplo- a zabraňuje přetržení polymerního řetězce.

 

Trysky mohou být vyrobeny z materiálů odolných vůči korozi-, jako je PTFE, keramika a Hastelloy, a jsou kompatibilní s korozivními suspenzemi obsahujícími fluor nebo slabé kyseliny a zásady, čímž se eliminuje riziko koroze zařízení.

Případová studie: Společnost vyrábějící solid{0}}baterie použila elastickou izolační kaši obsahující polyetheretherketon (PEEK) (teplotní odolnost menší nebo rovna 70 stupňům ). Tradiční tepelné stříkání způsobilo, že se kaše při zahřátí na 120 stupňů rozložila, čímž se snížil izolační odpor povlaku z 10¹²Ω na 10⁸Ω. Přechod na ultrazvukové rozprašování (tvorba filmu při pokojové teplotě) udržoval izolační odpor povlaku na 10¹²Ω a modul pružnosti splnil požadavky na ohýbání poutka (žádné praskání po 1000 ohybech).