Ультразвуковая распылительная машина для нанесения покрытия на аккумуляторные электроды

Что такое материалы покрытия электродов аккумуляторной батареи?

Материалы для покрытия электродов батареи относятся к системам функциональных материалов, нанесенным на поверхность токосъемников батареи (алюминиевая фольга положительного электрода, медная фольга отрицательного электрода), составляющих основные электрохимически активные области батареи. В основном они существуют в форме суспензии или раствора и напрямую определяют ключевые показатели, такие как емкость аккумулятора, срок службы и производительность.

1. Основная классификация и состав
Материалы активного покрытия положительных/отрицательных электродов: наиболее важные материалы покрытия, образующие основную часть электрохимических реакций во время зарядки и разрядки аккумулятора.

Общие материалы положительных электродов: активные материалы, такие как тройные материалы (NCM), фосфат лития-железа (LFP) и оксид лития-кобальта (LCO), смешанные с проводящими агентами (такими как углеродная сажа, УНТ), связующими веществами (такими как ПВДФ) и растворителями (такими как NMP) с образованием суспензии.

Обычные материалы для отрицательных электродов: активные материалы, такие как графит, материалы на основе кремния-, а также твердый/мягкий углерод в сочетании с проводящими агентами, связующими веществами (такими как SBR), загустителями (такими как CMC) и деионизированной водой с образованием водной суспензии.

2. Ключевые требования к производительности

Подходящая вязкость (обычно 10-100 сП) и стабильность дисперсии необходимы для предотвращения агломерации или седиментации во время распыления.

Содержание активных материалов и размер частиц должны точно контролироваться, чтобы обеспечить электрохимическую активность и структурную однородность покрытия.

 

Сильная адгезия к токоприемнику, он не должен легко отслаиваться после высыхания и отверждения, а также обладает определенной степенью гибкости для адаптации к процессам прокатки электродов.

 

Как ультразвуковое распыление используется для материалов покрытия электродов аккумуляторной батареи?

Когда ультразвуковое распыление используется для материалов покрытия электродов аккумуляторной батареи, оно требует трех основных этапов: начальная адаптация материала, промежуточное параметризированное распыление и окончательная обработка отверждения. Он подходит для различных материалов покрытия электродов, включая активные покрытия положительных и отрицательных электродов и покрытия для модификации поверхности. Конкретный процесс и ключевые моменты заключаются в следующем: Первоначальная подготовка: подготовка материала к распылению. Материалы для покрытия электродов батареи в основном представляют собой суспензии, содержащие смесь активных материалов, проводящих агентов и связующих веществ, или растворы катализаторов, суспензии твердых электролитов и т. д., которые необходимо довести до состояния, подходящего для ультразвукового распыления. Сначала отрегулируйте вязкость и поверхностное натяжение. Вязкость суспензии обычно следует доводить до уровня ниже 30 сП. При необходимости добавьте соответствующие растворители или поверхностно-активные вещества, чтобы избежать чрезмерно высокой вязкости, влияющей на распыление, или слишком низкой вязкости, вызывающей стекание покрытия. Во-вторых, обеспечить равномерную дисперсию частиц. Для суспензий, содержащих активные частицы нано-размера или частицы катализатора, требуется предварительная обработка ультразвуковым диспергированием и добавление подходящих диспергаторов для предотвращения агломерации и седиментации частиц, что позволяет избежать влияния на характеристики покрытия. В-третьих, оптимизируйте соотношение растворителей, выбрав комбинацию растворителей с подходящей скоростью испарения, чтобы сбалансировать скорость высыхания капель во время полета. Это предотвращает преждевременное высыхание капель, приводящее к «сухому распылению», а также обеспечивает эффективное выравнивание и образование пленки на токоприемнике.

Напыление сердцевины: параметрическое прецизионное осаждение. Этот шаг включает в себя настройку параметров оборудования для распыления и точного нанесения адаптированного материала покрытия на токосъемник, адаптируясь к различным требованиям к покрытию электродов:
Распыление и транспортировка материала. Ультразвуковые сопла оборудования используют высокочастотные-вибрации 20 кГц - 120 кГц, чтобы "разрывать" материал покрытия на однородные капли размером 10-50 микрометров. В то же время использование газа-носителя низкого-давления не только направляет капли в стабильную форму распыленного конуса, предотвращая агрегацию капель возле сопла, но также способствует испарению растворителя, избегая проблем с разбрызгиванием материала, связанных с традиционным распылением под высоким давлением.

 

Точный контроль осаждения: регулируя параметры распыления в соответствии с различными требованиями к нанесению покрытия, например, регулируя скорость подачи жидкости и скорость движения сопла, можно контролировать загрузку активного материала на токосъемник; регулировка расстояния между соплом и токосъемником предотвращает агломерацию капель или преждевременное высыхание, обеспечивая эффективность осаждения. Например, при катодном распылении катализатора можно точно приготовить ультратонкие покрытия субмикронного уровня; При напылении электродов твердотельных-аккумуляторов термо-чувствительные пленки суспензии твердого электролита могут быть сформированы посредством низко-процессов. Кроме того, оборудование может управлять траекторией сопла с помощью трех-осевой скользящей платформы для достижения нанометровой-точности распыления покрытия для модификации поверхности.

 

Пост-обработка: отверждение и придание формы обеспечивают производительность. Электроды с покрытием требуют сушки и последующей обработки для обеспечения стабильной адгезии покрытия и оптимальной производительности. Процесс сушки требует строгого контроля температуры и времени, чтобы избежать растрескивания материала электрода и изменения характеристик активного материала, вызванного высокой температурой или быстрой сушкой. Для некоторых электродов после сушки производят умеренное уплотнение для дальнейшего увеличения плотности электрода, при этом силу уплотнения необходимо контролировать во избежание повреждения структуры покрытия. Для электродов твердотельных-аккумуляторов такой низкотемпературный процесс последующей-обработки также позволяет избежать разложения твердого электролита, вызванного высоко-спеканием, и оптимизировать состояние соединения между электродом и электролитом.

 

Как обеспечить однородность материалов покрытия электродов аккумуляторной батареи?

Обеспечение однородности материалов покрытия электродов аккумуляторных батарей достигается главным образом за счет трех измерений: стабильности самого материала, точного контроля процесса распыления и совместимости подложки с окружающей средой. Это достигается за счет замкнутого-управления всем процессом. Конкретные ключевые меры заключаются в следующем:

1. Предварительная обработка материала: предотвращение появления дефектов покрытия.

Оптимизация диспергируемости суспензии: использование комбинации «высоко-скоростного сдвига + ультразвукового диспергирования» для разрушения агломерированных частиц активного материала и проводящего агента, обеспечивая равномерность распределения частиц по размерам (обычно D50 составляет 1–5 мкм).

Стабилизация характеристик суспензии: точный контроль вязкости (10-100 сП) и поверхностного натяжения, добавление соответствующего количества диспергатора для предотвращения седиментации частиц и поддержание однородности суспензии посредством непрерывного перемешивания на низкой скорости, чтобы избежать колебаний концентрации во время распыления.

Фильтрация примесей и пузырьков воздуха: фильтрация суспензии с помощью сита 200-500 меш для удаления крупных частиц; проведение вакуумной дегазации перед распылением, чтобы предотвратить образование микропор и пропущенных участков в покрытии, вызванных пузырьками воздуха.

 

2. Процесс распыления: точный контроль консистенции осаждения.

Усовершенствованные параметры оборудования: Частота ультразвукового сопла фиксирована на уровне 20-120 кГц, чтобы обеспечить равномерный размер капель (10–50 мкм); система замкнутого цикла контролирует скорость подачи жидкости (0,1–5 мл/мин) и скорость движения сопла (1–10 мм/с) для обеспечения равномерной загрузки материала на единицу площади.

Адаптация подложки и сопла: Поддерживайте стабильное расстояние (5-20 мм) между соплом и коллектором (алюминиевая фольга/медная фольга). Контролируйте траекторию сопла с помощью трехосной соединительной платформы, чтобы избежать перелива краев или чрезмерной толщины в центре. Используйте постоянный контроль натяжения при переносе коллектора, чтобы предотвратить появление складок на подложке, вызывающих неравномерность покрытия.

Регулировка сегментированной компенсации: установите компенсацию параметров (например, точную-настройку скорости подачи жидкости) в головной и хвостовой частях электрода, чтобы избежать отклонений толщины покрытия во время-пуска и остановки. Используйте онлайн-толщиномер для получения обратной связи в режиме-времени и динамической регулировки параметров распыления.

 

3. Окружающая среда и последующая-обработка: обеспечение стабильного образования покрытия.

Контролируйте среду распыления: поддерживайте температуру в цеху 20–25 градусов и относительную влажность 40–60 %, чтобы избежать колебаний температуры, вызывающих неравномерную скорость испарения растворителя, что может привести к провисанию или растрескиванию покрытия.

Оптимизированная сушка и отверждение. Используйте сегментированную сушку (предварительная-сушка + окончательная сушка), чтобы контролировать скорость нагрева и избежать неравномерной усадки покрытия, вызванной быстрой локальной сушкой. После высыхания проверьте электрод на плоскостность и выбросьте все покоробленные или смятые изделия.