Hvordan bruges ultralydsforstøvningssprøjtning til isoleringsbelægning til batteriflig?

Når ultralydsforstøvningssprøjtning bruges til belægning af batterifligisolering, matcher og forbehandler den først egnede isoleringsmaterialer og for-forbehandler den og danner derefter en film gennem en præcis forstøvnings- og aflejringsproces. Parameterkontrol kan også sikre belægningskvalitet, hvilket gør den velegnet til stor-produktion. Den specifikke proces og detaljer er som følger:

**Foreløbig materialeforberedelse og tilpasning:** Batteritapper er for det meste lavet af aluminium eller kobber, hvilket kræver udvælgelse af isoleringsmaterialer, der er modstandsdygtige over for elektrolytkorrosion. Almindeligt anvendte er polymeropslæmninger såsom PVDF (polyvinylidenfluorid) og PTFE (polytetrafluorethylen). Kompositopslæmninger indeholdende bindemidler og uorganiske isoleringsmaterialer kan også anvendes til at forhindre elektrolytkorrosion af fligene.
**Efterfølgende gylleforbehandling:** Materialets viskositet justeres til det område, der er egnet til ultralydsforstøvning. Ultralydsdispersion eliminerer partikelagglomerering i gyllen, hvilket sikrer ensartet og stabil gylle, forhindrer efterfølgende tilstopning af forstøvningshovedet og garanterer belægningsdensitet.

Før coating skal elektrodeoverfladen rengøres for at fjerne olie, grater og andre urenheder for at forhindre dem i at påvirke vedhæftningen mellem coatingen og elektroden og reducere risikoen for isolationsfejl. Samtidig skal ultralydsbelægningsudstyret fejlfindes. Baseret på elektrodedimensionerne (såsom bredde og tykkelse) og belægningskravene vælges et korrosions-bestandigt forstøvningshoved, og et automatisk tre-bevægelsessystem eller robotarm styrer sprøjtebanen. Ultralydsfrekvensen, sprøjtehastigheden og substrattemperaturen er forudindstillet via et computer-PLC-system for at sikre sprøjtningsnøjagtighed.

 

Forstøvning og præcis filmaflejring: Den forbehandlede isolerende opslæmning føres først til ultralydsforstøvningsdysen via et tilførselssystem. Den piezoelektriske keramiske transducer inde i dysen genererer høj-mekaniske vibrationer på 10-180 kHz under højfrekvente elektriske signaler. Denne vibrationsenergi overføres til gylleoverfladen, hvilket får gyllen til at overvinde overfladespænding og bryde i ensartede mikro-dråber på 1-50 μm og danner en forstøvningskegle. Derefter, drevet af en inert bæregas såsom nitrogen, transporteres disse mikrodråber retningsbestemt til det udpegede område af batterielektroden. Denne berøringsfri sprøjteproces undgår fysisk beskadigelse af fligene.

Efter at dråberne er aflejret på fligoverfladen, fjernes opløsningsmidlet i opslæmningen gennem lav-temperaturtørring, hvilket danner en pinhole-fri, meget tæt isolerende belægning. Under sprøjtning kan parametre såsom forstøvningseffekt og tilførselshastighed justeres for at kontrollere belægningstykkelsesfejlen inden for ±5 %, hvilket opfylder kravene til ultra-belægning til fligisolering. Samtidig opnår ultralydssprøjtning en materialeudnyttelsesgrad på 85%-95%, hvilket reducerer spild af isoleringsmateriale og sænker produktionsomkostningerne.

 

Til stor-masseproduktion kan et multi-dysearray-design bruges til at opnå bred-breddesprøjtning, der imødekommer batchbehandling af faner med forskellige specifikationer. Udstyret understøtter også 24-timers kontinuerlig sprøjtning, og med et automatiseret kontrolsystem reduceres manuel indgriben. Dette sikrer ensartetheden af ​​fanebelægningen i hver batch under masseproduktion, samtidig med at produktionseffektiviteten forbedres, hvilket opfylder behovene for storskalaproduktion i batteriindustrien.

 

Ultralydsforstøvningssprøjtning tilbyder kernefordele i applikationer til belægning af batterifaner, der imødekommer kernekravene til batterifremstilling (sikkerhed, konsistens, omkostningskontrol og skalerbarhed). Sammenlignet med traditionel sprøjtning (luftsprøjtning, højtrykssprøjtning, luftfri sprøjtning), dyppebelægning og andre processer, er dens fordele mere fremtrædende og nemmere at anvende. Følgende forklaring, baseret på specifikke industrielle scenarier og data, illustrerer disse fordele:

I. Præcis og kontrollerbar belægningsensartethed og tykkelse – Løsning af kernesmertepunktet ved "isolationsfejl"
Batterifaner (aluminium/kobbermateriale, typisk 3-20 mm brede og 0,1-0,3 mm tykke) kræver isolerende belægninger, der er fri for nålehuller, har ingen ubesvarede områder og er ensartet tykke (typisk 5-50 μm). Hvis dette ikke opnås, kan det føre til korrosion mellem tappen og elektrolytten eller kortslutninger mellem de positive og negative elektroder, hvilket udgør en sikkerhedsrisiko.

Fordele ved ultralydssprøjtning: Ensartet forstøvet partikelstørrelse (nøjagtigt kontrollerbar fra 1-50μm), ingen "dråbesammenlægning", når dråber aflejres på faneoverfladen, og belægningstykkelsesfejl Mindre end eller lig med ±5% (sammenlignet med ±15%-20% for traditionel luftsprøjtning). Understøtter "præcis lokaliseret sprøjtning", hvilket kun tillader belægning på kritiske områder såsom kanterne af fligene og svejseområder, og undgår, at belægningen dækker de ledende kontaktflader på fligene (såsom svejsepunkterne mellem fligene og elektrodepladerne), hvilket eliminerer behovet for efterfølgende laserætsningsprocesser.

Casestudie: En producent af strømbatterier brugte PVDF-isolerende gyllesprøjtning til at fremstille aluminiumsflige, hvilket kræver en belægningstykkelse på 15±2μm. Traditionel luftsprøjtning resulterede i ujævn dråbestørrelse, hvilket førte til, at 30 % af fanerne udviste "lokaliserede områder med overdreven tyndhed (<10μm)" or "localized areas of excessive thickness (>20μm)." De tyndere områder korroderede inden for 3 måneder efter nedsænkning af elektrolyt. Efter skift til ultralydsforstøvningssprøjtning blev belægningstykkelsen ensartet forbedret til 15±0,7μm, korrosionsfejlraten faldt til under 0,5 %, og batteriets levetid steg fra 1200 cyklusser til 1500 cyklusser.

 

II. Ikke-kontaktspraying + lav-skade filmdannelse – beskyttelse af fanestrukturens integritet

Batteritapper er relativt tynde (især i posebatterier, hvor tykkelsen kan være så lav som 0,08 mm). Traditionelle kontaktbelægningsmetoder (såsom rullebelægning) eller højtrykssprøjtning (luftstrømsstødtryk > 0,3 MPa) fører let til fligdeformation og rynkning, hvilket påvirker efterfølgende indkapslingsforsegling. Ydermere bliver ridser eller fordybninger på fligoverfladen til stresskoncentrationspunkter, hvilket potentielt kan forårsage revner under batteriets ekspansion og sammentrækning under op- og afladning.

Fordele ved ultralydssprøjtning: Forstøvningsprocessen er afhængig af ultralydsvibrationer (uden høj-påvirkning af luftstrømmen), og levering af dråber bruger lav-bæregas (tryk < 0,05 MPa). Anslagskraften på fligene er kun 1/10 af den ved traditionel luftsprøjtning, hvilket helt undgår fligdeformation.

Sprøjteafstanden kan justeres fleksibelt (50-200 mm), hvilket eliminerer behovet for tæt kontakt med fligoverfladen og reducerer risikoen for friktion og ridser mellem dysen og tappen.

Casestudie: En producent af lithiumbatterier til forbrugere, der producerede bløde-kobbertapper (0,1 mm tykke) oplevede en 8 % deformationsrate på fligerne og en lækagerate på 3 % efter indkapsling, når der blev brugt traditionel rullebelægning. Efter skift til ultralydsforstøvningssprøjtning faldt fligdeformationshastigheden til under 0,3%, lækagehastigheden blev kontrolleret til inden for 0,1%, og fligoverfladeruheden Ra < 0,2μm (opfyldte kravene til indkapslingsklæbende limning).

 

III. Høj materialeudnyttelse – Reduktion af omkostningerne ved ædelmetaller/høj-pastaer Isolerende belægninger til batterifaner bruger almindeligvis polymerpastaer såsom PVDF og PTFE eller kompositpastaer, der indeholder keramiske pulvere (såsom aluminiumoxid). Nogle høje-applikationer bruger ledende isolerende kompositpastaer, der indeholder ædelmetaller såsom sølv og nikkel, hvilket resulterer i højere materialeomkostninger (f.eks. koster PVDF-pasta ca. 500 RMB/kg).

Fordele ved ultralydssprøjtning: Stærkt retningsbestemte forstøvede dråber eliminerer "flyvende tåge" og opnår en materialeudnyttelsesgrad på 85%-95% (sammenlignet med kun 30%-50% for traditionel luftsprøjtning, med betydeligt materialespild på grund af luftstrømmen).

Fodringshastigheden (0,1-10 ml/min) kan styres præcist via et PLC-system, der tilpasser sig belægningskravene for forskellige fanebredder og undgår "overbelægning".

Casestudie: Et batterifirma producerer 10 GWh lithiumbatterier årligt, hvilket kræver belægning af cirka 200 millioner aluminiumsflig. Hver flig kræver 0,01 g isolerende gylle (teoretisk brug). Traditionel luftsprøjtning forbruger 0,02-0,03 g gylle pr. enhed, i alt 4-6 tons årligt, med en pris på 2-3 millioner RMB. Efter skift til ultralydsforstøvningssprøjtning er det faktiske gylleforbrug kun 0,011-0,013 g pr. enhed, i alt 2,2-2,6 tons årligt, hvilket reducerer omkostningerne til 1,1-1,3 millioner RMB, hvilket resulterer i årlige omkostningsbesparelser på cirka 1 million RMB.

 

IV. Lav-filmdannelse + stærk kompatibilitet – velegnet til termofølsomme/specielle isoleringsmaterialer
Nogle avancerede batteritapper kræver termofølsomme isoleringsmaterialer (såsom PVDF-kompositopslæmninger, der indeholder elastomerer, med en temperaturbestandighed på mindre end eller lig med 80 grader) eller ætsende opslæmninger (såsom fluorpolymerdispersioner). Traditionel termisk sprøjtning (der kræver opvarmning til over 100 grader) kan forårsage materialenedbrydning, og højtrykssprøjtning er tilbøjelig til udstyrsfejl på grund af gyllekorrosion af dyserne.

Fordele ved ultralydssprøjtning: Ultralydsforstøvning genererer kun varme gennem vibration, med forstøvningszonens temperatur mindre end eller lig med 50 grader. Dette bevarer elasticiteten og isoleringsegenskaberne af varme-følsomme materialer, hvilket forhindrer polymerkædebrud.

 

Dyser kan være lavet af korrosionsbestandige-materialer såsom PTFE, keramik og Hastelloy og er kompatible med ætsende opslæmninger, der indeholder fluor eller svage syrer og baser, hvilket eliminerer risikoen for udstyrskorrosion.

Casestudie: Et solid-batterifirma brugte en elastisk isolerende opslæmning indeholdende polyetheretherketon (PEEK) (temperaturmodstand mindre end eller lig med 70 grader). Traditionel termisk sprøjtning fik gyllen til at nedbrydes, når den blev opvarmet til 120 grader, hvilket reducerede belægningens isoleringsmodstand fra 10¹²Ω til 10⁸Ω. Skift til ultralydsforstøvningssprøjtning (filmdannelse ved stuetemperatur) bibeholdt belægningens isoleringsmodstand på 10¹²Ω, og elasticitetsmodulet opfyldte kravene til fligbøjning (ingen revnedannelse efter 1000 bøjninger).