Hoe wordt ultrasoon verstuivingssproeien gebruikt voor de isolatiecoating van batterijlipjes?

Wanneer ultrasoon verstuiven wordt gebruikt voor de isolatiecoating van batterijlipjes, worden eerst geschikte isolatiematerialen op elkaar afgestemd en voor-behandeld, waarna er een film wordt gevormd door middel van een nauwkeurig vernevel- en afzettingsproces. Parametercontrole kan ook de kwaliteit van de coating garanderen, waardoor deze geschikt wordt voor productie op grote- schaal. Het specifieke proces en de details zijn als volgt:

**Voorbereiding en aanpassing van het materiaal:** Batterijlipjes zijn meestal gemaakt van aluminium of koper, waardoor isolatiematerialen moeten worden gekozen die bestand zijn tegen elektrolytcorrosie. Algemeen gebruikt zijn polymeerslurries zoals PVDF (polyvinylideenfluoride) en PTFE (polytetrafluorethyleen). Composietslurries die bindmiddelen en anorganische isolatiematerialen bevatten, kunnen ook worden gebruikt om elektrolytcorrosie van de lippen te voorkomen.
**Daaropvolgende voorbehandeling van de drijfmest:** De viscositeit van het materiaal wordt aangepast aan het bereik dat geschikt is voor ultrasone verneveling. Ultrasone dispersie elimineert de agglomeratie van deeltjes in de slurry, waardoor een uniforme en stabiele slurry wordt gegarandeerd, daaropvolgende verstopping van de vernevelingskop wordt voorkomen en de coatingdichtheid wordt gegarandeerd.

Vóór het coaten moet het elektrodeoppervlak worden gereinigd om olie, bramen en andere onzuiverheden te verwijderen om te voorkomen dat deze de hechting tussen de coating en de elektrode aantasten en het risico op isolatiefalen verminderen. Tegelijkertijd moet de ultrasone coatingapparatuur worden gedebugd. Op basis van de afmetingen van de elektrode (zoals breedte en dikte) en coatingvereisten wordt een corrosie{2}}bestendige verstuiverkop geselecteerd, en bestuurt een geautomatiseerd drie- bewegingssysteem of robotarm het spuitpad. De ultrasone frequentie, spuitsnelheid en substraattemperatuur worden vooraf ingesteld via een computer-PLC-systeem om de spuitnauwkeurigheid te garanderen.

 

Verneveling en nauwkeurige filmafzetting: De voorbehandelde isolatieslurry wordt eerst via een toevoersysteem naar het ultrasone vernevelingsmondstuk gevoerd. De piëzo-elektrische keramische transducer in het mondstuk genereert hoog-mechanische trillingen met een frequentie van 10-180 kHz onder hoog- elektrische signaalexcitatie. Deze trillingsenergie wordt overgebracht naar het oppervlak van de slurry, waardoor de slurry de oppervlaktespanning overwint en uiteenvalt in uniforme micro-druppeltjes van 1-50 μm, waardoor een verstuivingskegel ontstaat. Vervolgens worden deze microdruppeltjes, aangedreven door een inert draaggas zoals stikstof, gericht getransporteerd naar het aangewezen gebied van de batterij-elektrode. Dit contactloze spuitproces voorkomt fysieke schade aan de lipjes.

Nadat de druppels op het oppervlak van het lipje zijn afgezet, wordt het oplosmiddel in de slurry verwijderd door middel van drogen bij lage- temperatuur, waardoor een zeer dichte isolerende coating zonder gaatjes- wordt gevormd. Tijdens het spuiten kunnen parameters zoals het vernevelingsvermogen en de voedingssnelheid worden aangepast om de fout in de laagdikte binnen ±5% te beperken, zodat wordt voldaan aan de vereisten voor ultra-dunne coatings voor lipisolatie. Tegelijkertijd bereikt ultrasoon spuiten een materiaalbenuttingsgraad van 85% -95%, waardoor het afval van isolatiemateriaal wordt verminderd en de productiekosten worden verlaagd.

 

Voor massaproductie op grote-schaal kan een ontwerp met meerdere-nozzles worden gebruikt om spuiten op grote- breedte mogelijk te maken, waardoor batchverwerking van tabbladen met verschillende specificaties mogelijk is. De apparatuur ondersteunt ook 24-uur continu spuiten, en dankzij een geautomatiseerd controlesysteem wordt handmatige tussenkomst verminderd. Dit garandeert de consistentie van de tab-coating in elke batch tijdens massaproductie, terwijl de productie-efficiëntie wordt verbeterd en voldoet aan de behoeften van grootschalige productie in de batterij-industrie.

 

Ultrasoon verstuivingsspuiten biedt belangrijke voordelen bij coatingtoepassingen op batterijtabs, waarbij wordt voldaan aan de kerneisen van de batterijproductie (veiligheid, consistentie, kostenbeheersing en schaalbaarheid). Vergeleken met traditioneel spuiten (luchtspuiten, hoge-druk airless spuiten), dompelcoaten en andere processen zijn de voordelen ervan prominenter en gemakkelijk toepasbaar. De volgende uitleg, gebaseerd op specifieke industriële scenario’s en gegevens, illustreert deze voordelen:

I. Nauwkeurige en controleerbare coatinguniformiteit en -dikte – Het kernpijnpunt van ‘isolatiefalen’ oplossen
Batterijlipjes (aluminium/kopermateriaal, doorgaans 3-20 mm breed en 0,1-0,3 mm dik) vereisen isolerende coatings die vrij zijn van gaatjes, geen gemiste gebieden hebben en gelijkmatig dik zijn (meestal 5-50 μm). Als u dit niet doet, kan dit leiden tot corrosie tussen het lipje en de elektrolyt, of tot kortsluiting tussen de positieve en negatieve elektroden, wat veiligheidsrisico's met zich meebrengt.

Voordelen van ultrasoon spuiten: Uniforme vernevelde deeltjesgrootte (precies regelbaar van 1-50 μm), geen "druppelaggregatie" wanneer druppels zich afzetten op het lipje-oppervlak, en een fout in de laagdikte van minder dan of gelijk aan ± 5% (vergeleken met ± 15% -20% voor traditioneel luchtspuiten). Ondersteunt "precies gelokaliseerd spuiten", waardoor coating alleen op kritische gebieden mogelijk is, zoals de randen van de lipjes en lasgebieden, waardoor wordt vermeden dat de coating de geleidende contactoppervlakken van de lipjes bedekt (zoals de laspunten tussen de lipjes en elektrodeplaten), waardoor de noodzaak voor daaropvolgende laseretsprocessen wordt geëlimineerd.

Casestudy: Een fabrikant van krachtige batterijen gebruikte PVDF-spuiten met isolerende slurry om aluminium lipjes te produceren, waarvoor een coatingdikte van 15 ± 2 μm nodig was. Traditioneel luchtspuiten resulteerde in een ongelijkmatige druppelgrootte, wat ertoe leidde dat 30% van de lipjes "gelokaliseerde gebieden van overmatige dunheid vertoonden (<10μm)" or "localized areas of excessive thickness (>20 μm). De dunnere gebieden corrodeerden binnen 3 maanden na onderdompeling in de elektrolyt. Na de overstap naar ultrasoon vernevelen verbeterde de uniformiteit van de laagdikte tot 15 ± 0,7 μm, daalde het percentage corrosiefouten tot onder 0,5% en nam de levensduur van de batterij toe van 1200 cycli naar 1500 cycli.

 

II. Contactloos spuiten + lage- schadefilmvorming – bescherming van de integriteit van de lipstructuur

De batterijlipjes zijn relatief dun (vooral bij zakbatterijen, waar de dikte slechts 0,08 mm kan zijn). Traditionele contactcoatingmethoden (zoals rollercoating) of hogedrukspuiten (luchtstroomimpactdruk > 0,3 MPa) leiden gemakkelijk tot vervorming en kreuken van de lipjes, wat de daaropvolgende afdichting van de inkapseling beïnvloedt. Bovendien worden krassen of inkepingen op het lipoppervlak spanningsconcentratiepunten, die mogelijk scheuren veroorzaken tijdens het uitzetten en inkrimpen van de batterij tijdens het opladen en ontladen.

Voordelen van ultrasoon spuiten: Het vernevelingsproces is gebaseerd op ultrasone trillingen (zonder impact op de luchtstroom onder hoge- druk), en de druppelafgifte maakt gebruik van draaggas met lage- druk (druk < 0,05 MPa). De slagkracht op de lipjes is slechts 1/10 van die van traditioneel luchtspuiten, waardoor vervorming van de lipjes volledig wordt vermeden.

De spuitafstand kan flexibel worden aangepast (50-200 mm), waardoor nauw contact met het taboppervlak niet meer nodig is en het risico op wrijving en krassen tussen het mondstuk en de tab wordt verminderd.

Casestudy: Een fabrikant van lithiumbatterijen voor consumenten die zachte- koperen lipjes (0,1 mm dik) produceerde, ondervond een vervormingspercentage van 8% en een lekkage van 3% na inkapseling bij gebruik van traditionele rolcoating. Na het overschakelen naar ultrasoon verstuiven, daalde de vervormingssnelheid van de lipjes tot onder 0,3%, werd de lekkagesnelheid gecontroleerd tot binnen 0,1% en was de oppervlakteruwheid van de lipjes Ra <0,2 μm (voldoen aan de vereisten voor inkapselingslijmbinding).

 

III. Hoog materiaalgebruik – Verlaging van de kosten van edele metalen/pasta's met een hoge- waarde Voor isolatiecoatings voor batterijlipjes wordt doorgaans gebruik gemaakt van polymeerpasta's zoals PVDF en PTFE, of composietpasta's die keramische poeders bevatten (zoals aluminiumoxide). Sommige hoogwaardige-toepassingen maken gebruik van geleidende, isolerende composietpasta's die edele metalen zoals zilver en nikkel bevatten, wat resulteert in hogere materiaalkosten (PVDF-pasta kost bijvoorbeeld ongeveer 500 RMB/kg).

Voordelen van ultrasoon spuiten: Sterk gerichte vernevelde druppels elimineren "vliegende mist", waardoor een materiaalgebruikspercentage van 85% -95% wordt bereikt (vergeleken met slechts 30% -50% voor traditioneel luchtspuiten, met aanzienlijke materiaalverspilling als gevolg van luchtstroom).

De invoersnelheid (0,1-10 ml/min) kan nauwkeurig worden geregeld via een PLC-systeem, waardoor het wordt aangepast aan de coatingvereisten voor verschillende tabbreedtes en 'overcoating' wordt vermeden.

Casestudy: Een bedrijf op het gebied van krachtige batterijen produceert jaarlijks 10 GWh lithiumbatterijen, waarvoor de coating van ongeveer 200 miljoen aluminium lipjes nodig is. Voor elk lipje is 0,01 g isolatieslurry nodig (theoretisch gebruik). Traditioneel luchtspuiten verbruikt 0,02-0,03 g slurry per eenheid, wat neerkomt op een totaal van 4-6 ton per jaar, met een kostprijs van 2-3 miljoen RMB. Na de overstap naar ultrasoon vernevelen bedraagt ​​het werkelijke slurryverbruik slechts 0,011-0,013 g per eenheid, wat neerkomt op een totaal van 2,2-2,6 ton per jaar, waardoor de kosten worden verlaagd tot 1,1-1,3 miljoen RMB, wat resulteert in een jaarlijkse kostenbesparing van ongeveer 1 miljoen RMB.

 

IV. Filmvorming bij lage- temperatuur + sterke compatibiliteit – geschikt voor warmtegevoelige/speciale isolatiematerialen
Sommige hoogwaardige batterijtabs vereisen warmtegevoelige isolatiematerialen (zoals PVDF-composietslurries die elastomeren bevatten, met een temperatuurbestendigheid van minder dan of gelijk aan 80 graden) of corrosieve slurries (zoals fluorpolymeerdispersies). Traditioneel thermisch spuiten (waarvoor verwarming tot boven de 100 graden nodig is) kan materiaalafbraak veroorzaken, en spuiten onder hoge-druk is gevoelig voor defecten aan de apparatuur als gevolg van slibcorrosie van de spuitmonden.

Voordelen van ultrasoon spuiten: Ultrasone verneveling genereert alleen warmte door trillingen, waarbij de temperatuur van de vernevelingszone lager dan of gelijk is aan 50 graden. Hierdoor blijven de elasticiteit en isolatie-eigenschappen van warmte-gevoelige materialen behouden, waardoor breuk van de polymeerketen wordt voorkomen.

 

Mondstukken kunnen worden gemaakt van corrosie-bestendige materialen zoals PTFE, keramiek en Hastelloy, en zijn compatibel met corrosieve slurries die fluor of zwakke zuren en alkaliën bevatten, waardoor het risico op corrosie van apparatuur wordt geëlimineerd.

Casestudy: een bedrijf in solid{0}}-batterijen gebruikte een elastische, isolerende slurry die polyetheretherketon (PEEK) bevatte (temperatuurbestendigheid kleiner dan of gelijk aan 70 graden). Traditioneel thermisch spuiten zorgde ervoor dat de slurry uiteenviel bij verhitting tot 120 graden, waardoor de isolatieweerstand van de coating daalde van 10¹²Ω naar 10⁸Ω. Door over te schakelen op ultrasoon vernevelen (filmvorming bij kamertemperatuur) bleef de isolatieweerstand van de coating op 10¹²Ω en voldeed de elastische modulus aan de eisen voor het buigen van de lipjes (geen scheuren na 1000 buigingen).