Kuinka ultraäänisumutusruiskua käytetään akkuliuskan eristyspinnoitteeseen?

Kun ultraäänisumutusruiskutusta käytetään akun kielekkeen eristyspinnoitteena, se ensin sovittaa ja esikäsittelee sopivat eristysmateriaalit{0}} ja muodostaa sitten kalvon tarkan sumutus- ja kerrostusprosessin kautta. Parametriohjauksella voidaan myös varmistaa pinnoitteen laatu, mikä tekee siitä sopivan laajamittaiseen tuotantoon. Tarkka prosessi ja yksityiskohdat ovat seuraavat:

**Materiaalin alustava valmistelu ja mukauttaminen:** Akun kielekkeet on enimmäkseen valmistettu alumiinista tai kuparista, mikä edellyttää elektrolyyttikorroosiota kestävien eristysmateriaalien valintaa. Yleisesti käytettyjä ovat polymeerilietteet, kuten PVDF (polyvinylideenifluoridi) ja PTFE (polytetrafluorieteeni). Sideaineita ja epäorgaanisia eristemateriaaleja sisältäviä komposiittilietteitä voidaan käyttää myös estämään kielekkeiden elektrolyyttikorroosiota.
**Seuraava lietteen esikäsittely:** Materiaalin viskositeetti säädetään ultraäänisumutukseen sopivalle alueelle. Ultraäänidispersio eliminoi hiukkasten agglomeroitumisen lietteestä, mikä varmistaa tasaisen ja vakaan lietteen, estää sumutuspään myöhemmän tukkeutumisen ja takaa pinnoitteen tiheyden.

Ennen pinnoittamista elektrodin pinta on puhdistettava öljyn, purseiden ja muiden epäpuhtauksien poistamiseksi, jotta ne eivät vaikuta pinnoitteen ja elektrodin väliseen tarttumiseen ja vähentävät eristysvaurion riskiä. Samanaikaisesti ultraäänipinnoituslaitteiston virheenkorjaus on tehtävä. Elektrodin mittojen (kuten leveyden ja paksuuden) ja pinnoitevaatimusten perusteella valitaan korroosionkestävä -sumutuspää, ja automaattinen kolmiakselinen liikejärjestelmä tai robottivarsi ohjaa ruiskutusreittiä. Ultraäänitaajuus, ruiskutusnopeus ja alustan lämpötila asetetaan tietokoneella PLC-järjestelmällä ruiskutuksen tarkkuuden varmistamiseksi.

 

Atomisointi ja tarkka kalvopinnoitus: Esikäsitelty eristysliete syötetään ensin ultraäänisumutussuuttimeen syöttöjärjestelmän kautta. Suuttimen sisällä oleva pietsosähköinen keraaminen muunnin synnyttää korkeataajuisia-10-180 kHz:n mekaanisia värähtelyjä korkeataajuisen-sähköisen signaalin herätteen alaisena. Tämä värähtelyenergia siirtyy lietteen pintaan, mikä saa lietteen voittamaan pintajännityksen ja hajoamaan yhtenäisiksi 1-50 μm:n mikro-pisaroiksi, jolloin muodostuu sumuttava kartio. Sitten inertin kantokaasun, kuten typen, ohjaamana nämä mikropisarat kuljetetaan suunnattuna akkuelektrodin määrätylle alueelle. Tämä kosketukseton ruiskutusprosessi välttää kielekkeiden fyysiset vauriot.

Kun pisarat ovat kerrostuneet liuskan pinnalle, lietteen liuotin poistetaan matalassa{0}}lämpötilassa kuivaamalla, jolloin muodostuu reikävapaa, erittäin tiheä eristävä pinnoite. Ruiskutuksen aikana parametreja, kuten sumutustehoa ja syöttönopeutta, voidaan säätää pinnoitteen paksuusvirheen säätämiseksi ±5 %:n sisällä, mikä täyttää erittäin ohuen pinnoitteen vaatimukset kielekkeen eristykseen. Samanaikaisesti ultraääniruiskutus saavuttaa materiaalin käyttöasteen 85–95 %, mikä vähentää eristemateriaalin hukkaa ja alentaa tuotantokustannuksia.

 

Suuressa-massatuotannossa voidaan käyttää usean-suutinryhmän suunnittelua laajan-leveyden ruiskutuksen saavuttamiseksi, mikä mahdollistaa erityyppisten liuskojen eräkäsittelyn. Laitteet tukevat myös 24-tunnin jatkuvaa ruiskutusta, ja automaattinen ohjausjärjestelmä vähentää manuaalisia toimenpiteitä. Tämä varmistaa jokaisen erän liuskapinnoitteen yhtenäisyyden massatuotannon aikana ja parantaa samalla tuotannon tehokkuutta, mikä vastaa akkuteollisuuden laajamittaisen valmistuksen tarpeita.

 

Ultraääni-sumutusruiskutus tarjoaa keskeisiä etuja akkuliuskojen pinnoitussovelluksissa, sillä se vastaa akun valmistuksen ydinvaatimuksiin (turvallisuus, johdonmukaisuus, kustannusten hallinta ja skaalautuvuus). Verrattuna perinteiseen ruiskutukseen (ilmaruiskutus, korkeapaineinen ilmaton ruiskutus), upotuspinnoitus ja muut prosessit sen edut ovat näkyvämpiä ja helpompia soveltaa. Seuraava selitys, joka perustuu tiettyihin teollisiin skenaarioihin ja tietoihin, havainnollistaa näitä etuja:

I. Tarkka ja hallittavissa oleva pinnoitteen tasaisuus ja paksuus – "eristysvirheen" ydinkipukohdan ratkaiseminen
Akun kielekkeet (alumiini/kuparimateriaali, tyypillisesti 3–20 mm leveät ja 0,1–0,3 mm paksut) vaativat eristäviä pinnoitteita, joissa ei ole reikiä, joissa ei ole ohitettuja alueita ja jotka ovat tasaisen paksuja (tyypillisesti 5–50 μm). Jos tätä ei saavuteta, kielekkeen ja elektrolyytin välinen korroosio tai oikosulku positiivisen ja negatiivisen elektrodin välillä voi aiheuttaa turvallisuusriskejä.

Ultraäänisuihkutuksen edut: Tasainen sumutettu hiukkaskoko (tarkasti hallittavissa välillä 1-50 μm), ei "pisaroiden aggregaatiota", kun pisaroita kertyy liuskan pinnalle, ja pinnoitteen paksuusvirhe Vähemmän tai yhtä suuri kuin ±5 % (verrattuna ±15-20 % perinteiseen ilmaruiskutukseen). Tukee "tarkkaa paikallista ruiskutusta", sallii pinnoituksen vain kriittisillä alueilla, kuten kielekkeiden reunoilla ja hitsausalueilla, välttäen pinnoitteen peittämisen kielekkeiden johtavia kosketuspintoja (kuten kielekkeiden ja elektrodilevyjen välisiä hitsauskohtia), mikä eliminoi myöhempien laseretsausprosessien tarpeen.

Tapaustutkimus: Eräs akkujen valmistaja käytti PVDF-eristyslietteen ruiskutusta alumiinikielekkeiden valmistukseen, jotka vaativat pinnoitteen paksuutta 15±2 μm. Perinteinen ilmaruiskutus johti epätasaiseen pisarakokoon, mikä johti siihen, että 30 %:ssa välilehdistä oli "paikallisia, liian ohuita alueita (<10μm)" or "localized areas of excessive thickness (>20 μm)." Ohuemmat alueet syöpyivät 3 kuukauden sisällä elektrolyyttiin upottamisesta. Ultraäänisumutusruiskutukseen siirtymisen jälkeen pinnoitteen paksuuden tasaisuus parani 15 ± 0,7 μm:iin, korroosion epäonnistumisaste laski alle 0,5 %:iin ja akun käyttöikä kasvoi 1200 syklistä 1500 jaksoon.

 

II. Kosketukseton-ruiskutus + vähäinen-vauriokalvon muodostuminen – kielekkeen rakenteen eheyden suojaaminen

Akun kielekkeet ovat suhteellisen ohuita (etenkin pussilakuissa, joissa paksuus voi olla jopa 0,08 mm). Perinteiset kosketuspäällystysmenetelmät (kuten telapinnoitus) tai korkea-paineruiskutus (ilmavirran iskupaine > 0,3 MPa) johtavat helposti kielekkeen muodonmuutokseen ja rypistymiseen, mikä vaikuttaa myöhempään kapselin tiivistymiseen. Lisäksi kielekkeen pinnalla olevat naarmut tai painaumat muodostuvat jännityksen keskittymispisteiksi, jotka voivat aiheuttaa halkeamia akun laajenemisen ja supistumisen aikana latauksen ja purkamisen aikana.

Ultraäänisuihkutuksen edut: Atomisointiprosessi perustuu ultraäänivärähtelyyn (ilman korkean-paineen ilmavirtauksen vaikutusta), ja pisaratoimituksessa käytetään matalapaineista kantajakaasua (paine < 0,05 MPa). Kielekkeisiin kohdistuva iskuvoima on vain 1/10 perinteisen ilmaruiskutuksen voimasta, mikä estää täysin liuskan muodonmuutoksen.

Ruiskutusetäisyyttä voidaan säätää joustavasti (50-200mm), mikä eliminoi tarpeen olla läheisessä kosketuksessa liuskan pintaan ja vähentää kitkan ja naarmujen riskiä suuttimen ja kielekkeen välillä.

Tapaustutkimus: Litiumakkujen kuluttajavalmistaja, joka tuotti pehmeitä-kupariliuskoja (0,1 mm paksu), havaitsi 8 %:n liuskan muodonmuutossuhteen ja 3 %:n vuodon kapseloinnin jälkeen, kun käytettiin perinteistä telapinnoitetta. Ultraäänisumutusruiskutukseen siirtymisen jälkeen liuskan muodonmuutosnopeus putosi alle 0,3 %:iin, vuotonopeus säädettiin 0,1 %:n tarkkuudella ja liuskan pinnan karheus Ra < 0,2 μm (täyttää kotelointiliimauksen vaatimukset).

 

III. Suuri materiaalin käyttöaste – alentaa jalometallien/{1}}arvokkaiden tahnojen kustannuksia Akkuliuskan eristyspinnoitteissa käytetään yleisesti polymeeripastaa, kuten PVDF:tä ja PTFE:tä, tai keraamisia jauheita (kuten alumiinioksidia) sisältäviä komposiittipastat. Joissakin huippuluokan sovelluksissa käytetään johtavia eristäviä komposiittitahnoja, jotka sisältävät jalometalleja, kuten hopeaa ja nikkeliä, mikä johtaa korkeampiin materiaalikustannuksiin (esim. PVDF-pasta maksaa noin 500 RMB/kg).

Ultraäänisuihkutuksen edut: Voimakkaasti suunnatut sumutetut pisarat eliminoivat "lentävän sumun", jolloin materiaalin käyttöaste on 85–95 % (verrattuna vain 30–50 prosenttiin perinteisessä ilmaruiskutuksessa, jossa ilmavirtauksesta aiheutuu merkittävää materiaalihukkaa).

Syöttönopeutta (0,1-10 ml/min) voidaan ohjata tarkasti PLC-järjestelmän avulla, jolloin se mukautuu pinnoitusvaatimuksiin eri liuskanleveyksille ja vältetään "ylipinnoitus".

Tapaustutkimus: Tehoakkuyhtiö tuottaa 10 GWh litiumakkuja vuodessa, mikä vaatii noin 200 miljoonan alumiiniliuskan pinnoittamisen. Jokainen kieleke vaatii 0,01 g eristyslietettä (teoreettinen käyttö). Perinteinen ilmaruiskutus kuluttaa 0,02–0,03 g lietettä yksikköä kohden, yhteensä 4–6 tonnia vuodessa, ja kustannukset ovat 2–3 miljoonaa RMB. Ultraäänisumutusruiskutukseen siirtymisen jälkeen lietteen todellinen kulutus on vain 0,011–0,013 g yksikköä kohden, yhteensä 2,2–2,6 tonnia vuodessa, mikä vähentää kustannukset 1,1–1,3 miljoonaan RMB:iin, mikä johtaa noin 1 miljoonan RMB:n vuotuisiin kustannussäästöihin.

 

IV. Alhainen-kalvon muodostuminen + vahva yhteensopivuus – sopii lämpöherkille/erityisille eristysmateriaaleille
Jotkut huippuluokan{0}}akkuliuskat vaativat lämpöherkkiä eristemateriaaleja (kuten elastomeerejä sisältäviä PVDF-komposiittilietteitä, joiden lämpötilankesto on enintään 80 astetta) tai syövyttäviä lietteitä (kuten fluoripolymeeridispersioita). Perinteinen lämpöruiskutus (vaatii kuumennuksen yli 100 asteeseen) voi aiheuttaa materiaalin hajoamista, ja korkeapaineruiskutus on altis laitteiston vioille suuttimien lietteen korroosion vuoksi.

Ultraääniruiskutuksen edut: Ultraäänisumutus tuottaa lämpöä vain värähtelyn kautta, ja sumutusvyöhykkeen lämpötila on pienempi tai yhtä suuri kuin 50 astetta. Tämä säilyttää lämpö-herkkien materiaalien elastisuuden ja eristysominaisuudet ja estää polymeeriketjun katkeamisen.

 

Suuttimet voidaan valmistaa korroosionkestävistä materiaaleista,{0}}kuten PTFE:stä, keramiikasta ja Hastelloysta, ja ne ovat yhteensopivia syövyttävien lietteiden kanssa, jotka sisältävät fluoria tai heikkoja happoja ja emäksiä, mikä eliminoi laitteiden korroosion riskin.

Tapaustutkimus: Kiinteän{0}}valtion akkuyhtiö käytti elastista eristyslietettä, joka sisälsi polyeetterieetteriketonia (PEEK) (lämpötilankestävyys alle tai yhtä suuri kuin 70 astetta). Perinteinen lämpöruiskutus sai lietteen hajoamaan kuumennettaessa 120 asteeseen, mikä pienensi pinnoitteen eristysvastusta 10¹²Ω:sta 10⁸Ω:iin. Siirtyminen ultraäänisumutusruiskutukseen (huoneenlämpöisen kalvon muodostus) piti pinnoitteen eristysvastuksen arvossa 10¹²Ω ja kimmomoduuli täytti liuskan taivutuksen vaatimukset (ei halkeilua 1000 taivutuksen jälkeen).