Как ультразвуковое распыление используется для изоляционного покрытия батарейного отсека?

Когда ультразвуковое распыление используется для изоляционного покрытия выводов аккумулятора, оно сначала подбирает и предварительно-обрабатывает подходящие изолирующие материалы, а затем образует пленку посредством точного процесса распыления и осаждения. Контроль параметров также может гарантировать качество покрытия, что делает его пригодным для крупномасштабного-производства. Конкретный процесс и детали следующие:

**Предварительная подготовка и адаптация материала.** Выводы аккумуляторной батареи в основном изготавливаются из алюминия или меди, что требует выбора изоляционных материалов, устойчивых к электролитической коррозии. Обычно используются полимерные суспензии, такие как ПВДФ (поливинилиденфторид) и ПТФЭ (политетрафторэтилен). Композитные суспензии, содержащие связующие и неорганические изоляционные материалы, также можно использовать для предотвращения электролитической коррозии язычков.
**Последующая предварительная обработка суспензии:** Вязкость материала доводится до диапазона, подходящего для ультразвукового распыления. Ультразвуковое диспергирование исключает агломерацию частиц в суспензии, обеспечивая равномерную и стабильную суспензию, предотвращая последующее засорение распылительной головки и гарантируя плотность покрытия.

Перед нанесением покрытия поверхность электрода необходимо очистить от масла, заусенцев и других загрязнений, чтобы они не влияли на адгезию между покрытием и электродом и снижали риск повреждения изоляции. Одновременно необходимо отладить оборудование для нанесения ультразвукового покрытия. В зависимости от размеров электрода (например, ширины и толщины) и требований к покрытию выбирается коррозионно--стойкая распылительная головка, а автоматизированная трех-система перемещения по осям или роботизированный манипулятор управляет траекторией распыления. Частота ультразвука, скорость распыления и температура подложки предварительно задаются с помощью компьютерной системы ПЛК для обеспечения точности распыления.

 

Распыление и точное осаждение пленки: предварительно обработанная изолирующая суспензия сначала подается в ультразвуковое распыляющее сопло через систему подачи. Пьезоэлектрический керамический преобразователь внутри сопла генерирует высокочастотные механические колебания-частотой 10-180 кГц под воздействием высокочастотного-электрического сигнала. Эта вибрационная энергия передается поверхности суспензии, в результате чего суспензия преодолевает поверхностное натяжение и разбивается на однородные микро-капли размером 1-50 мкм, образуя распылительный конус. Затем под действием инертного газа-носителя, такого как азот, эти микрокапли направленно транспортируются к обозначенной области электрода батареи. Этот бесконтактный процесс распыления позволяет избежать физического повреждения вкладок.

После осаждения капель на поверхность язычка растворитель из суспензии удаляется посредством сушки при низкой-температуре, образуя высокоплотное изолирующее покрытие-без пор,-без отверстий. Во время распыления такие параметры, как мощность распыления и скорость подачи, можно регулировать, чтобы контролировать погрешность толщины покрытия в пределах ±5 %, что соответствует требованиям к сверхтонкому покрытию для изоляции вкладок. В то же время ультразвуковое напыление обеспечивает коэффициент использования материала 85–95%, что позволяет сократить отходы изоляционного материала и снизить производственные затраты.

 

Для крупномасштабного-массового производства можно использовать конструкцию с множеством-сопел для достижения широкой-ширины распыления, обеспечивая возможность пакетной обработки вкладок различных спецификаций. Оборудование также поддерживает непрерывное распыление в течение 24-часов, а благодаря автоматизированной системе управления сокращается необходимость ручного вмешательства. Это обеспечивает однородность покрытия язычков в каждой партии во время массового производства, одновременно повышая эффективность производства и удовлетворяя потребности крупномасштабного производства в аккумуляторной промышленности.

 

Ультразвуковое распыление обеспечивает основные преимущества при нанесении покрытия на контактные площадки аккумуляторов, удовлетворяя основные требования производства аккумуляторов (безопасность, стабильность, контроль затрат и масштабируемость). По сравнению с традиционным распылением (воздушным распылением, безвоздушным распылением под высоким-давлением), покрытием погружением и другими процессами, его преимущества более заметны и легко применимы. Следующее объяснение, основанное на конкретных промышленных сценариях и данных, иллюстрирует эти преимущества:

I. Точная и контролируемая однородность и толщина покрытия – решение основной проблемы «разрушения изоляции».
Выступы аккумулятора (алюминиево-медный материал, обычно шириной 3–20 мм и толщиной 0,1–0,3 мм) требуют изолирующих покрытий, не имеющих точечных отверстий, не имеющих пропущенных участков и имеющих одинаковую толщину (обычно 5–50 мкм). Невыполнение этого требования может привести к коррозии между контактом и электролитом или коротким замыканиям между положительным и отрицательным электродами, что создаст угрозу безопасности.

Преимущества ультразвукового распыления: равномерный размер распыленных частиц (точно контролируемый в диапазоне 1-50 мкм), отсутствие «агрегации капель» при оседании капель на поверхности вкладки и погрешность толщины покрытия Менее или равна ±5% (по сравнению с ±15%-20% для традиционного воздушного распыления). Поддерживает «точное локализованное распыление», позволяя наносить покрытие только на критические области, такие как края выступов и зоны сварки, избегая покрытия покрытием проводящих контактных поверхностей выступов (например, точек сварки между выступами и листами электродов), устраняя необходимость в последующих процессах лазерного травления.

Практический пример: Производитель силовых аккумуляторов использовал напыление изолирующей суспензии ПВДФ для изготовления алюминиевых вкладок, требующих толщины покрытия 15 ± 2 мкм. Традиционное воздушное распыление приводило к неравномерному размеру капель, в результате чего 30% вкладок имели «локальные участки чрезмерной тонкости».<10μm)" or "localized areas of excessive thickness (>20 мкм)». Более тонкие участки подверглись коррозии в течение 3 месяцев после погружения в электролит. После перехода на ультразвуковое распыление однородность толщины покрытия улучшилась до 15 ± 0,7 мкм, уровень коррозионных отказов упал до уровня ниже 0,5%, а срок службы батареи увеличился с 1200 циклов до 1500 циклов.

 

II. Бес-контактное распыление + образование пленки с низким-повреждением – защита целостности конструкции выступа

Выступы батареи относительно тонкие (особенно в пакетных батареях, толщина которых может составлять всего 0,08 мм). Традиционные методы контактного нанесения покрытия (например, нанесение валиком) или напыление под высоким-давлением (ударное давление воздушного потока > 0,3 МПа) легко приводят к деформации и сморщиванию выступов, влияя на последующую герметизацию герметизации. Кроме того, царапины или вмятины на поверхности выступа становятся точками концентрации напряжений, потенциально вызывая растрескивание во время расширения и сжатия аккумулятора во время зарядки и разрядки.

Преимущества ультразвукового распыления: процесс распыления основан на ультразвуковой вибрации (без воздействия потока воздуха под высоким-давлением), а для доставки капель используется газ-носитель с низким-давлением (давление < 0,05 МПа). Ударная сила на выступах составляет всего 1/10 от силы традиционного воздушного распыления, что полностью исключает деформацию выступов.

Расстояние распыления можно гибко регулировать (50–200 мм), что исключает необходимость тесного контакта с поверхностью язычка и снижает риск трения и царапин между соплом и язычком.

Практический пример. Производитель потребительских литиевых батарей, производивший медные пластины в мягкой-корпусной упаковке (толщиной 0,1 мм), обнаружил, что степень деформации пластинок составила 8 %, а уровень утечек после герметизации составил 3 % при использовании традиционного покрытия валиком. После перехода на ультразвуковое распыление скорость деформации язычка упала до уровня ниже 0,3%, скорость утечки контролировалась с точностью до 0,1%, а шероховатость поверхности язычка Ra <0,2 мкм (что соответствует требованиям для герметизирующего клеевого соединения).

 

III. Высокое использование материалов – снижение стоимости драгоценных металлов/высокоценных-паст В изолирующих покрытиях вкладок батарей обычно используются полимерные пасты, такие как ПВДФ и ПТФЭ, или композитные пасты, содержащие керамические порошки (например, оксид алюминия). В некоторых высокотехнологичных приложениях-используются проводящие изолирующие композитные пасты, содержащие драгоценные металлы, такие как серебро и никель, что приводит к более высоким затратам на материалы (например, паста из ПВДФ стоит примерно 500 юаней/кг).

Преимущества ультразвукового распыления: сильно направленные распыленные капли устраняют «летучий туман», достигая коэффициента использования материала 85–95 % (по сравнению с 30–50 % при традиционном воздушном распылении со значительными потерями материала из-за потока воздуха).

Скорость подачи (0,1-10 мл/мин) можно точно контролировать с помощью системы ПЛК, адаптируясь к требованиям к покрытию для вкладок различной ширины и избегая «перекрытия».

Практический пример: Компания по производству энергетических батарей ежегодно производит 10 ГВтч литиевых батарей, для чего требуется покрытие примерно 200 миллионов алюминиевых пластин. На каждую таблетку требуется 0,01 г изолирующей суспензии (теоретическое использование). Традиционное воздушное распыление потребляет 0,02-0,03 г суспензии на единицу, что составляет 4-6 тонн в год, а стоимость составляет 2-3 миллиона юаней. После перехода на ультразвуковое распыление фактический расход суспензии составляет всего 0,011-0,013 г на единицу, что составляет 2,2-2,6 тонны в год, что снижает затраты до 1,1-1,3 миллиона юаней, что приводит к ежегодной экономии затрат примерно на 1 миллион юаней.

 

IV. Низко-Пленкообразование + высокая совместимость – подходит для термочувствительных/специальных изоляционных материалов
Для некоторых высококлассных аккумуляторных батарей требуются термочувствительные изолирующие материалы (например, композитные суспензии ПВДФ, содержащие эластомеры, с термостойкостью менее или равной 80 градусам) или коррозионно-активные суспензии (например, дисперсии фторполимеров). Традиционное термическое напыление (требующее нагрева выше 100 градусов) может вызвать разложение материала, а напыление под высоким-давлением может привести к выходу оборудования из строя из-за шламовой коррозии форсунок.

Преимущества ультразвукового распыления: Ультразвуковое распыление генерирует тепло только за счет вибрации, при этом температура зоны распыления не превышает 50 градусов. Это сохраняет эластичность и изоляционные свойства термочувствительных-материалов, предотвращая разрыв полимерной цепи.

 

Форсунки могут быть изготовлены из коррозионно--стойких материалов, таких как ПТФЭ, керамика и хастеллой, и совместимы с агрессивными суспензиями, содержащими фтор или слабые кислоты и щелочи, что исключает риск коррозии оборудования.

Практический пример. Компания по производству твердотельных-батарейных батарей использовала эластичную изолирующую суспензию, содержащую полиэфирэфиркетон (PEEK) (термостойкость не менее 70 градусов). Традиционное термическое напыление привело к разложению суспензии при нагревании до 120 градусов, что привело к снижению сопротивления изоляции покрытия с 10¹²Ом до 10⁸Ом. Переход на ультразвуковое распыление (формирование пленки при комнатной температуре) сохранил сопротивление изоляции покрытия на уровне 10¹²Ом, а модуль упругости соответствовал требованиям по изгибу выступов (отсутствие растрескивания после 1000 изгибов).