W jaki sposób natryskiwanie ultradźwiękowe jest wykorzystywane do powłoki izolacyjnej klapki akumulatora?

Kiedy do powlekania izolacji klapki akumulatora stosuje się rozpylanie ultradźwiękowe, najpierw dopasowuje się je i-wstępnie poddaje obróbce odpowiednie materiały izolacyjne, a następnie tworzy powłokę w wyniku precyzyjnego procesu atomizacji i osadzania. Kontrola parametrów może również zapewnić jakość powłoki, dzięki czemu nadaje się ona do produkcji-na dużą skalę. Konkretny proces i szczegóły są następujące:

**Wstępne przygotowanie materiału i adaptacja:** Wypustki akumulatorów wykonywane są najczęściej z aluminium lub miedzi, co wymaga doboru materiałów izolacyjnych odpornych na korozję elektrolitu. Powszechnie stosowane są zawiesiny polimerowe, takie jak PVDF (polifluorek winylidenu) i PTFE (politetrafluoroetylen). Aby zapobiec korozji elektrolitowej wypustek, można również zastosować zaczyny kompozytowe zawierające spoiwa i nieorganiczne materiały izolacyjne.
**Późniejsza wstępna obróbka szlamu:** Lepkość materiału dostosowuje się do zakresu odpowiedniego dla atomizacji ultradźwiękowej. Dyspersja ultradźwiękowa eliminuje aglomerację cząstek w zaczynie, zapewniając jednolitą i stabilną zaczyn, zapobiegając późniejszemu zatykaniu głowicy atomizującej i gwarantując gęstość powłoki.

Przed powlekaniem powierzchnię elektrody należy oczyścić z oleju, zadziorów i innych zanieczyszczeń, aby zapobiec ich wpływowi na przyczepność pomiędzy powłoką a elektrodą i zmniejszyć ryzyko uszkodzenia izolacji. Jednocześnie należy debugować sprzęt do powlekania ultradźwiękowego. W oparciu o wymiary elektrody (takie jak szerokość i grubość) oraz wymagania dotyczące powłoki wybierana jest odporna na korozję głowica atomizująca-, a ścieżka natryskiwania sterowana jest przez zautomatyzowany trójosiowy system ruchu-lub ramię robota. Częstotliwość ultradźwiękowa, szybkość natryskiwania i temperatura podłoża są wstępnie ustawiane za pomocą komputerowego systemu PLC, aby zapewnić dokładność natryskiwania.

 

Atomizacja i precyzyjne osadzanie folii: Wstępnie obrobiona zawiesina izolacyjna jest najpierw podawana do ultradźwiękowej dyszy atomizującej za pośrednictwem systemu podawania. Piezoelektryczny przetwornik ceramiczny wewnątrz dyszy generuje drgania mechaniczne o wysokiej-częstotliwości 10-180 kHz pod wpływem wzbudzenia sygnałem elektrycznym o wysokiej-częstotliwości. Ta energia wibracji jest przenoszona na powierzchnię zawiesiny, powodując, że zawiesina pokonuje napięcie powierzchniowe i rozpada się na jednolite mikro-kropelki o średnicy 1-50 μm, tworząc stożek atomizujący. Następnie, napędzane obojętnym gazem nośnym, takim jak azot, te mikrokropelki są transportowane kierunkowo do wyznaczonego obszaru elektrody akumulatora. Ten bezdotykowy proces natryskiwania pozwala uniknąć fizycznego uszkodzenia zakładek.

Po osadzeniu kropelek na powierzchni tabletki rozpuszczalnik zawarty w zawiesinie jest usuwany poprzez suszenie w-niskiej temperaturze, tworząc pozbawioną dziur-powłokę izolacyjną o dużej gęstości. Podczas natryskiwania można regulować takie parametry, jak moc atomizacji i prędkość podawania, aby kontrolować błąd grubości powłoki w zakresie ±5%, spełniając wymagania dotyczące ultracienkiej powłoki dla izolacji zakładek. Jednocześnie natryskiwanie ultradźwiękowe osiąga stopień wykorzystania materiału na poziomie 85% -95%, zmniejszając straty materiału izolacyjnego i obniżając koszty produkcji.

 

W przypadku masowej produkcji na-na dużą skalę można zastosować konstrukcję z wieloma-dyszami, aby uzyskać-natrysk o dużej szerokości, co umożliwia przetwarzanie wsadowe tabletek o różnych specyfikacjach. Sprzęt umożliwia także ciągłe opryskiwanie przez 24-godziny, a dzięki zautomatyzowanemu systemowi sterowania ogranicza się konieczność ręcznej interwencji. Zapewnia to spójność powłoki zakładek w każdej partii podczas produkcji masowej, jednocześnie poprawiając wydajność produkcji, spełniając potrzeby produkcji na dużą skalę w przemyśle akumulatorowym.

 

Natryskiwanie ultradźwiękowe oferuje podstawowe zalety w zastosowaniach do powlekania zakładek akumulatorów, spełniając podstawowe wymagania związane z produkcją akumulatorów (bezpieczeństwo, spójność, kontrola kosztów i skalowalność). W porównaniu z tradycyjnym natryskiwaniem (natryskiwanie powietrzne,-natryskiwanie bezpowietrzne pod wysokim ciśnieniem), powlekaniem zanurzeniowym i innymi procesami, jego zalety są bardziej widoczne i łatwiejsze do zastosowania. Poniższe wyjaśnienie, oparte na konkretnych scenariuszach i danych przemysłowych, ilustruje te zalety:

I. Precyzyjna i kontrolowana jednolitość i grubość powłoki – rozwiązanie podstawowego problemu „awarii izolacji”
Wypustki baterii (materiał aluminiowy/miedziany, zwykle o szerokości 3–20 mm i grubości 0,1–0,3 mm) wymagają powłok izolacyjnych wolnych od porów, pozbawionych brakujących obszarów i o jednakowej grubości (zwykle 5–50 μm). Niezastosowanie się do tego może prowadzić do korozji pomiędzy płytką a elektrolitem lub zwarć pomiędzy elektrodą dodatnią i ujemną, stwarzając zagrożenie dla bezpieczeństwa.

Zalety natryskiwania ultradźwiękowego: Jednolity rozmiar rozpylonych cząstek (precyzyjnie kontrolowany w zakresie 1-50 μm), brak „agregacji kropel” podczas osadzania się kropelek na powierzchni tabletki oraz błąd grubości powłoki mniejszy lub równy ± 5% (w porównaniu z ± 15% -20% w przypadku tradycyjnego natryskiwania powietrzem). Obsługuje „precyzyjne, zlokalizowane natryskiwanie”, umożliwiając powlekanie tylko krytycznych obszarów, takich jak krawędzie wypustek i obszary spawania, unikając pokrywania przewodzących powierzchni stykowych wypustek (takich jak punkty spawania między wypustkami a arkuszami elektrod), eliminując potrzebę kolejnych procesów trawienia laserowego.

Studium przypadku: Producent baterii zasilających zastosował natryskiwanie zawiesiny izolacyjnej PVDF do produkcji aluminiowych zakładek, wymagających powłoki o grubości 15 ± 2 μm. Tradycyjne natryskiwanie powietrzem powodowało nierówną wielkość kropelek, w wyniku czego na 30% tabletek wykazywały „lokalne obszary o nadmiernej grubości (<10μm)" or "localized areas of excessive thickness (>Cieńsze obszary skorodowały w ciągu 3 miesięcy od zanurzenia w elektrolicie. Po przejściu na natryskiwanie ultradźwiękowe, równomierność grubości powłoki poprawiła się do 15 ± 0,7 μm, współczynnik awaryjności korozyjnej spadł poniżej 0,5%, a żywotność akumulatora wzrosła z 1200 do 1500 cykli.

 

II. Natryskiwanie bez-kontaktowe + tworzenie-warstwy powodującej niewielkie uszkodzenia – ochrona integralności struktury zakładki

Klapki baterii są stosunkowo cienkie (szczególnie w przypadku baterii kieszeniowych, gdzie grubość może wynosić zaledwie 0,08 mm). Tradycyjne metody powlekania kontaktowego (takie jak powlekanie wałkiem) lub natryskiwanie- pod wysokim ciśnieniem (ciśnienie uderzenia przepływu powietrza > 0,3 MPa) łatwo prowadzą do deformacji i marszczenia klapki, wpływając na późniejsze uszczelnienie kapsułkowania. Co więcej, zadrapania lub wgniecenia na powierzchni klapki stają się punktami koncentracji naprężeń, potencjalnie powodując pękanie podczas rozszerzania i kurczenia się akumulatora podczas ładowania i rozładowywania.

Zalety natryskiwania ultradźwiękowego: proces atomizacji opiera się na wibracjach ultradźwiękowych (bez uderzenia przepływu powietrza-pod wysokim ciśnieniem), a dostarczanie kropel wykorzystuje gaz nośny pod niskim-ciśnieniem (ciśnienie < 0,05 MPa). Siła uderzenia na wypustki wynosi tylko 1/10 siły występującej w przypadku tradycyjnego natryskiwania powietrzem, co pozwala całkowicie uniknąć deformacji wypustek.

Odległość natryskiwania można elastycznie regulować (50-200 mm), co eliminuje potrzebę bliskiego kontaktu z powierzchnią tabletki i zmniejsza ryzyko tarcia i zarysowań pomiędzy dyszą a tabletką.

Studium przypadku: Producent konsumenckich baterii litowych produkujący miękkie-złączki miedziane (o grubości 0,1 mm) doświadczył 8% współczynnika deformacji wypustek i 3% wskaźnika wycieku po kapsułkowaniu przy zastosowaniu tradycyjnego powlekania wałkiem. Po przejściu na natryskiwanie ultradźwiękowe stopień odkształcenia języczka spadł do poziomu poniżej 0,3%, stopień wycieku skontrolowano w granicach 0,1%, a chropowatość powierzchni języczka Ra < 0,2 μm (spełniająca wymagania dla klejenia kapsułkowego).

 

III. Wysokie wykorzystanie materiałów – obniżenie kosztów metali szlachetnych/pastów-o wysokiej wartości. W powłokach izolacyjnych tabletek akumulatorowych powszechnie stosuje się pasty polimerowe, takie jak PVDF i PTFE, lub pasty kompozytowe zawierające proszki ceramiczne (takie jak tlenek glinu). W niektórych-specjalistycznych zastosowaniach stosowane są przewodzące izolacyjne pasty kompozytowe zawierające metale szlachetne, takie jak srebro i nikiel, co powoduje wyższe koszty materiałów (np. pasta PVDF kosztuje około 500 RMB/kg).

Zalety natryskiwania ultradźwiękowego: Silnie ukierunkowane rozpylone kropelki eliminują „latającą mgłę”, osiągając stopień wykorzystania materiału na poziomie 85–95% (w porównaniu do zaledwie 30–50% w przypadku tradycyjnego natryskiwania powietrzem, ze znacznymi stratami materiału w wyniku przepływu powietrza).

Szybkość podawania (0,1-10 ml/min) można precyzyjnie kontrolować za pomocą systemu PLC, dostosowując się do wymagań dotyczących powlekania dla różnych szerokości zakładek i unikając „nadmiernego powlekania”.

Studium przypadku: Firma produkująca akumulatory produkuje 10 GWh baterii litowych rocznie, co wymaga pokrycia około 200 milionów aluminiowych płytek. Na każdą tabletkę potrzeba 0,01 g zaczynu izolacyjnego (zużycie teoretyczne). Tradycyjne natryskiwanie powietrzem zużywa 0,02–0,03 g gnojowicy na jednostkę, co daje łącznie 4–6 ton rocznie, a koszt wynosi 2–3 miliony RMB. Po przejściu na natryskiwanie ultradźwiękowe rzeczywiste zużycie gnojowicy wynosi zaledwie 0,011–0,013 g na jednostkę, łącznie 2,2–2,6 tony rocznie, co zmniejsza koszty do 1,1–1,3 mln RMB, co daje roczne oszczędności w wysokości około 1 mln RMB.

 

IV. Tworzenie filmu w niskiej-temperaturze + duża kompatybilność – odpowiednie do materiałów termoczułych/specjalnych izolacyjnych
Niektóre-zaawansowane baterie akumulatorowe wymagają termoczułych materiałów izolacyjnych (takich jak zawiesiny kompozytowe PVDF zawierające elastomery o odporności temperaturowej mniejszej lub równej 80 stopni) lub zawiesiny żrące (takie jak dyspersje fluoropolimerów). Tradycyjne natryskiwanie termiczne (wymagające podgrzania do temperatury powyżej 100 stopni) może powodować rozkład materiału, a natryskiwanie pod wysokim-ciśnieniem jest podatne na awarie sprzętu z powodu korozji dysz w zawiesinie.

Zalety natryskiwania ultradźwiękowego: Atomizacja ultradźwiękowa generuje ciepło tylko poprzez wibracje, przy temperaturze strefy atomizacji mniejszej lub równej 50 stopni. Zachowuje to elastyczność i właściwości izolacyjne materiałów-wrażliwych na ciepło, zapobiegając pękaniu łańcucha polimerowego.

 

Dysze mogą być wykonane z materiałów-odpornych na korozję, takich jak PTFE, ceramika i Hastelloy, i są kompatybilne z korozyjnymi zawiesinami zawierającymi fluor lub słabe kwasy i zasady, eliminując ryzyko korozji sprzętu.

Studium przypadku: Firma- produkująca akumulatory półprzewodnikowe zastosowała elastyczną zawiesinę izolacyjną zawierającą polieteroeteroketon (PEEK) (odporność na temperaturę mniejszą lub równą 70 stopni). Tradycyjne natryskiwanie termiczne powodowało rozkład zawiesiny po podgrzaniu do 120 stopni, zmniejszając rezystancję izolacji powłoki z 10¹²Ω do 10⁸Ω. Przejście na natryskiwanie ultradźwiękowe (tworzenie się filmu w temperaturze pokojowej) pozwoliło utrzymać rezystancję izolacji powłoki na poziomie 10¹²Ω, a moduł sprężystości spełniał wymagania dla zginania blachy (brak pęknięć po 1000 zgięć).