Hur används ultraljudssprutning för isolering av batteriflikar?

När ultraljudssprejning används för isoleringsbeläggning av batteriflikar, matchar och förbehandlar den först lämpliga isoleringsmaterial och för-förbehandlar den sedan en film genom en exakt finfördelnings- och avsättningsprocess. Parameterkontroll kan också säkerställa beläggningskvalitet, vilket gör den lämplig för stor-produktion. Den specifika processen och detaljerna är som följer:

**Preliminär materialförberedelse och anpassning:** Batteriflikar är oftast gjorda av aluminium eller koppar, vilket kräver val av isoleringsmaterial som är resistenta mot elektrolytkorrosion. Vanligtvis används polymeruppslamningar såsom PVDF (polyvinylidenfluorid) och PTFE (polytetrafluoreten). Kompositslam som innehåller bindemedel och oorganiska isoleringsmaterial kan också användas för att förhindra elektrolytkorrosion av flikarna.
**Efterföljande uppslamningsförbehandling:** Materialets viskositet justeras till det intervall som är lämpligt för ultraljudsförstoftning. Ultraljudsdispersion eliminerar partikelagglomerering i slammet, vilket säkerställer enhetlig och stabil slurry, förhindrar efterföljande igensättning av atomiseringshuvudet och garanterar beläggningstäthet.

Före beläggning måste elektrodytan rengöras för att avlägsna olja, grader och andra föroreningar för att förhindra att de påverkar vidhäftningen mellan beläggningen och elektroden och minska risken för isoleringsfel. Samtidigt måste ultraljudsbeläggningsutrustningen felsökas. Baserat på elektroddimensionerna (som bredd och tjocklek) och beläggningskrav, väljs ett korrosionsbeständigt -finfördelningshuvud och ett automatiskt rörelsesystem med tre axlar eller robotarm styr sprutbanan. Ultraljudsfrekvensen, spruthastigheten och substrattemperaturen är förinställda via ett dator-PLC-system för att säkerställa sprutningsnoggrannhet.

 

Finfördelning och exakt filmavsättning: Den förbehandlade isoleringsslammet matas först till ultraljudsförstoftningsmunstycket via ett matningssystem. Den piezoelektriska keramiska givaren inuti munstycket genererar hög-mekaniska vibrationer på 10-180kHz under hög-elektrisk signalexcitation. Denna vibrationsenergi överförs till slammets yta, vilket gör att slammet övervinner ytspänningen och bryts i enhetliga mikro-droppar på 1-50 μm, vilket bildar en finfördelningskon. Sedan, drivna av en inert bärargas som kväve, transporteras dessa mikrodroppar riktat till det avsedda området för batterielektroden. Denna beröringsfria sprutprocess undviker fysisk skada på flikarna.

Efter att dropparna har avsatts på flikens yta avlägsnas lösningsmedlet i slammet genom torkning vid låg-temperatur, vilket bildar en -fri, mycket tät isolerande beläggning utan nålhål. Under sprutning kan parametrar som finfördelningskraft och matningshastighet justeras för att kontrollera beläggningens tjockleksfel inom ±5 %, vilket uppfyller kraven för ultra-tunn beläggning för flikisolering. Samtidigt uppnår ultraljudssprutning en materialutnyttjandegrad på 85%-95%, vilket minskar spill av isoleringsmaterial och sänker produktionskostnaderna.

 

För stor-massproduktion kan en multi-munstycksuppsättningsdesign användas för att uppnå bred-breddssprutning, vilket möjliggör batchbearbetning av flikar med olika specifikationer. Utrustningen stöder även 24-timmars kontinuerlig sprutning, och med ett automatiserat kontrollsystem minskar manuella ingrepp. Detta säkerställer konsistensen av flikbeläggningen i varje batch under massproduktion samtidigt som produktionseffektiviteten förbättras, vilket möter behoven för storskalig tillverkning inom batteriindustrin.

 

Ultraljudssprejning erbjuder centrala fördelar i applikationer för beläggning av batteriflikar, vilket tillgodoser kärnkraven för batteritillverkning (säkerhet, konsekvens, kostnadskontroll och skalbarhet). Jämfört med traditionell sprutning (luftsprutning, hög-högtryckssprutning), doppbeläggning och andra processer är dess fördelar mer framträdande och mer lättillämpliga. Följande förklaring, baserad på specifika industriella scenarier och data, illustrerar dessa fördelar:

I. Exakt och kontrollerbar beläggningslikformighet och tjocklek – löser kärnsmärtan vid "isoleringsfel"
Batteriflikar (aluminium/kopparmaterial, vanligtvis 3-20 mm breda och 0,1-0,3 mm tjocka) kräver isolerande beläggningar som är fria från nålhål, har inga missade områden och är jämnt tjocka (vanligtvis 5-50 μm). Om detta inte uppnås kan det leda till korrosion mellan fliken och elektrolyten, eller kortslutning mellan de positiva och negativa elektroderna, vilket utgör säkerhetsrisker.

Fördelar med ultraljudssprutning: Enhetlig finfördelad partikelstorlek (exakt reglerbar från 1-50 μm), ingen "droptaggregering" när droppar avsätts på flikytan och beläggningstjockleksfel Mindre än eller lika med ±5% (jämfört med ±15%-20% för traditionell luftsprutning). Stöder "precis lokal sprutning", tillåter beläggning endast på kritiska områden såsom kanterna på flikarna och svetsområden, undvika att beläggningen täcker de ledande kontaktytorna på flikarna (som svetspunkterna mellan flikarna och elektrodskivorna), vilket eliminerar behovet av efterföljande laseretsningsprocesser.

Fallstudie: En tillverkare av kraftbatterier använde PVDF-isoleringsslamsprutning för att producera aluminiumflikar, vilket kräver en beläggningstjocklek på 15±2μm. Traditionell luftsprutning resulterade i ojämn droppstorlek, vilket ledde till att 30 % av flikarna uppvisade "lokaliserade områden med överdriven tunnhet (<10μm)" or "localized areas of excessive thickness (>20 μm)." De tunnare områdena korroderade inom 3 månader efter nedsänkning av elektrolyt. Efter övergången till ultraljudssprejning förbättrades beläggningens tjocklekslikformighet till 15±0,7 μm, korrosionsfelfrekvensen sjönk till under 0,5 % och battericykelns livslängd ökade från 1200 cykler till 1500 cykler.

 

II. Beröringsfri sprayning + låg-Filbildning utan-kontakt – skydd av flikstrukturens integritet

Batteriflikarna är relativt tunna (särskilt i påsebatterier, där tjockleken kan vara så låg som 0,08 mm). Traditionella kontaktbeläggningsmetoder (som rullbeläggning) eller högtryckssprutning (luftflödestryck > 0,3 MPa) leder lätt till flikdeformation och skrynkling, vilket påverkar efterföljande inkapslingsförsegling. Dessutom blir repor eller fördjupningar på flikens yta spänningskoncentrationspunkter, vilket kan orsaka sprickor under batteriets expansion och sammandragning under laddning och urladdning.

Fördelar med ultraljudssprutning: Finfördelningsprocessen bygger på ultraljudsvibrationer (utan högt-tryck av luftflödet), och dropptillförseln använder låg-bärargas (tryck < 0,05 MPa). Slagkraften på flikarna är bara 1/10 av den för traditionell luftsprutning, vilket helt undviker flikdeformation.

Sprutavståndet kan flexibelt justeras (50-200 mm), vilket eliminerar behovet av nära kontakt med flikytan och minskar risken för friktion och repor mellan munstycket och fliken.

Fallstudie: En konsumentlitiumbatteritillverkare som tillverkar mjuka-kopparflikar (0,1 mm tjocka) upplevde en 8 % flikdeformationshastighet och 3 % läckage efter inkapsling vid användning av traditionell rullbeläggning. Efter byte till ultraljudsförstoftningssprutning sjönk flikdeformationshastigheten till under 0,3%, läckagehastigheten kontrollerades till inom 0,1% och flikytans grovhet Ra < 0,2μm (uppfyllde kraven för inkapslingslimbindning).

 

III. Högt materialutnyttjande – sänker kostnaden för ädelmetaller/höga-pastor Isolerande beläggningar med batteriflikar använder vanligtvis polymerpastor som PVDF och PTFE, eller kompositpastor som innehåller keramiska pulver (som aluminiumoxid). Vissa avancerade applikationer använder ledande isolerande kompositpastor som innehåller ädelmetaller som silver och nickel, vilket resulterar i högre materialkostnader (t.ex. kostar PVDF-pasta cirka 500 RMB/kg).

Fördelar med ultraljudssprutning: Starkt riktade finfördelade droppar eliminerar "flygande dimma", vilket uppnår en materialutnyttjandegrad på 85%-95% (jämfört med endast 30%-50% för traditionell luftsprutning, med betydande materialspill på grund av luftflödet).

Matningshastigheten (0,1-10 mL/min) kan kontrolleras exakt via ett PLC-system, anpassas till beläggningskraven för olika flikbredder och undviker "överbeläggning".

Fallstudie: Ett kraftbatteriföretag producerar 10 GWh litiumbatterier årligen, vilket kräver beläggning av cirka 200 miljoner aluminiumflikar. Varje flik kräver 0,01 g isoleringsslam (teoretisk användning). Traditionell luftsprutning förbrukar 0,02-0,03 g slam per enhet, totalt 4-6 ton per år, med en kostnad på 2-3 miljoner RMB. Efter byte till ultraljudssprejning är den faktiska slurryförbrukningen endast 0,011-0,013 g per enhet, totalt 2,2-2,6 ton årligen, vilket minskar kostnaderna till 1,1-1,3 miljoner RMB, vilket resulterar i årliga kostnadsbesparingar på cirka 1 miljon RMB.

 

IV. Låg-filmbildning + stark kompatibilitet – Lämplig för värmekänsliga/speciella isoleringsmaterial
Vissa högklassiga batteriflikar kräver värmekänsliga isoleringsmaterial (som PVDF-kompositslam som innehåller elastomerer, med en temperaturbeständighet som är mindre än eller lika med 80 grader) eller korrosiva slam (som fluorpolymerdispersioner). Traditionell termisk sprutning (kräver uppvärmning till över 100 grader) kan orsaka materialnedbrytning, och högtryckssprutning är benägen att utrustningen går sönder på grund av slamkorrosion i munstyckena.

Fördelar med ultraljudssprutning: Ultraljudsförstoftning genererar värme endast genom vibrationer, med finfördelningszonens temperatur Mindre än eller lika med 50 grader. Detta bevarar elasticiteten och isoleringsegenskaperna hos värme-känsliga material, vilket förhindrar att polymerkedjebrott går.

 

Munstycken kan vara gjorda av -korrosionsbeständiga material som PTFE, keramik och Hastelloy och är kompatibla med korrosiva slam som innehåller fluor eller svaga syror och alkalier, vilket eliminerar risken för korrosion av utrustningen.

Fallstudie: Ett solid-batteriföretag använde en elastisk isolerande slurry som innehöll polyetereterketon (PEEK) (temperaturbeständighet Mindre än eller lika med 70 grader). Traditionell termisk sprutning fick slurryn att sönderdelas när den värmdes till 120 grader, vilket minskade beläggningens isoleringsresistans från 10¹²Ω till 10⁸Ω. Byte till ultraljudssprejning (filmbildning i rumstemperatur) bibehöll beläggningens isoleringsmotstånd vid 10¹²Ω, och elasticitetsmodulen uppfyllde kraven för flikböjning (ingen sprickbildning efter 1000 böjningar).