Kā akumulatora cilnes izolācijas pārklājumam izmanto ultraskaņas izsmidzināšanu?

Ja akumulatora mēlītes izolācijas pārklājumam tiek izmantota ultraskaņas izsmidzināšana, tā vispirms saskaņo un iepriekš{0}}apstrādā piemērotus izolācijas materiālus, pēc tam precīzas izsmidzināšanas un nogulsnēšanas procesā izveido plēvi. Parametru kontrole var arī nodrošināt pārklājuma kvalitāti, padarot to piemērotu liela mēroga-ražošanai. Konkrētais process un informācija ir šāda:

**Iepriekšēja materiāla sagatavošana un pielāgošana:** Akumulatora uzlikas lielākoties ir izgatavotas no alumīnija vai vara, tādēļ ir jāizvēlas pret elektrolītu koroziju izturīgi izolācijas materiāli. Parasti tiek izmantotas polimēru suspensijas, piemēram, PVDF (polivinilidēnfluorīds) un PTFE (politetrafluoretilēns). Lai novērstu cilpiņu elektrolītu koroziju, var izmantot arī kompozītmateriālus, kas satur saistvielas un neorganiskus izolācijas materiālus.
**Sekojošā vircas priekšapstrāde:** Materiāla viskozitāte ir pielāgota diapazonam, kas piemērots ultraskaņas izsmidzināšanai. Ultraskaņas dispersija novērš daļiņu aglomerāciju suspensijā, nodrošinot vienmērīgu un stabilu vircu, novēršot turpmāku izsmidzināšanas galviņas aizsērēšanu un garantējot pārklājuma blīvumu.

Pirms pārklāšanas elektroda virsma ir jānotīra, lai noņemtu eļļu, urbumus un citus piemaisījumus, lai tie neietekmētu pārklājuma un elektrodu saķeri un samazinātu izolācijas bojājumu risku. Vienlaikus ultraskaņas pārklājuma iekārta ir jāatkļūdo. Pamatojoties uz elektrodu izmēriem (piemēram, platumu un biezumu) un pārklājuma prasībām, tiek izvēlēta pret koroziju izturīga izsmidzināšanas galviņa, un automatizēta trīs asu kustību sistēma vai robotizēta roka kontrolē izsmidzināšanas ceļu. Ultraskaņas frekvence, izsmidzināšanas ātrums un substrāta temperatūra tiek iepriekš iestatīta, izmantojot datora PLC sistēmu, lai nodrošinātu izsmidzināšanas precizitāti.

 

Izsmidzināšana un precīza plēves uzklāšana: iepriekš apstrādātā izolācijas suspensija vispirms tiek ievadīta ultraskaņas izsmidzināšanas sprauslā, izmantojot padeves sistēmu. Sprauslā esošais pjezoelektriskais keramiskais devējs augstfrekvences elektriskā signāla ierosmē rada augstas-10-180 kHz frekvences mehāniskās vibrācijas. Šī vibrācijas enerģija tiek pārnesta uz vircas virsmu, liekot vircai pārvarēt virsmas spraigumu un sadalīties vienmērīgos 1-50 μm mikro{8}}pilienos, veidojot izsmidzināšanas konusu. Pēc tam, izmantojot inertu nesējgāzi, piemēram, slāpekli, šie mikro pilieni tiek virzīti uz norādīto akumulatora elektroda zonu. Šis bezkontakta izsmidzināšanas process novērš izciļņu fiziskus bojājumus.

Pēc tam, kad pilieni ir nogulsnēti uz mēlītes virsmas, suspensijā esošais šķīdinātājs tiek noņemts, žāvējot zemā temperatūrā{0}}, veidojot bezcaurumu, ļoti blīvu izolācijas pārklājumu. Izsmidzināšanas laikā var pielāgot tādus parametrus kā izsmidzināšanas jauda un padeves ātrums, lai kontrolētu pārklājuma biezuma kļūdu ±5% robežās, lai atbilstu īpaši plānā pārklājuma prasībām attiecībā uz izciļņu izolāciju. Vienlaikus ar ultraskaņas izsmidzināšanu tiek sasniegts materiāla izmantošanas līmenis 85–95%, samazinot izolācijas materiālu atkritumus un samazinot ražošanas izmaksas.

 

Liela mēroga-masveida ražošanai var izmantot vairāku-sprauslu bloku dizainu, lai panāktu plašu-platuma izsmidzināšanu, kas nodrošina dažādu specifikāciju cilņu pakešu apstrādi. Iekārta atbalsta arī 24-stundu nepārtrauktu izsmidzināšanu, un ar automatizētu vadības sistēmu tiek samazināta manuāla iejaukšanās. Tas nodrošina cilnes pārklājuma konsistenci katrā partijā masveida ražošanas laikā, vienlaikus uzlabojot ražošanas efektivitāti, apmierinot liela mēroga ražošanas vajadzības akumulatoru nozarē.

 

Ultraskaņas izsmidzināšanas izsmidzināšana piedāvā galvenās priekšrocības akumulatora cilnes pārklājuma lietojumos, apmierinot akumulatora ražošanas pamatprasības (drošība, konsekvence, izmaksu kontrole un mērogojamība). Salīdzinot ar tradicionālo izsmidzināšanu (gaisa izsmidzināšanu, augstspiediena bezgaisa izsmidzināšanu), iegremdēšanu un citiem procesiem, tās priekšrocības ir pamanāmākas un vieglāk pielietojamas. Tālāk sniegtais skaidrojums, kas balstīts uz konkrētiem rūpniecības scenārijiem un datiem, ilustrē šīs priekšrocības.

I. Precīza un kontrolējama pārklājuma viendabīgums un biezums — "izolācijas atteices" galvenā sāpju punkta atrisināšana
Akumulatora izciļņiem (alumīnija/vara materiāls, parasti 3–20 mm plats un 0,1–0,3 mm biezs) ir nepieciešams izolācijas pārklājums, kurā nav caurumu, nav izlaistītu vietu un tie ir vienmērīgi biezi (parasti 5–50 μm). Ja tas netiek sasniegts, var rasties korozija starp mēlīti un elektrolītu vai īssavienojumi starp pozitīvo un negatīvo elektrodu, radot draudus drošībai.

Ultraskaņas izsmidzināšanas priekšrocības: vienmērīgs izsmidzināšanas daļiņu izmērs (precīzi kontrolējams no 1-50 μm), nav "pilienu agregācijas", kad pilieni nogulsnējas uz cilnes virsmas, un pārklājuma biezuma kļūda ir mazāka par ±5% vai vienāda ar to (salīdzinot ar ±15% -20% tradicionālajai gaisa izsmidzināšanai). Atbalsta "precīzu lokalizētu izsmidzināšanu", ļaujot pārklāt tikai kritiskās vietas, piemēram, izciļņu malas un metināšanas vietas, izvairoties no pārklājuma, kas pārklāj cilpiņu vadošās kontaktvirsmas (piemēram, metināšanas punktus starp izciļņiem un elektrodu loksnēm), novēršot nepieciešamību pēc turpmākiem lāzera kodināšanas procesiem.

Gadījuma izpēte: strāvas akumulatoru ražotājs izmantoja PVDF izolācijas vircas izsmidzināšanu, lai ražotu alumīnija cilpas, kurām bija nepieciešams pārklājuma biezums 15±2 μm. Tradicionālā gaisa izsmidzināšana izraisīja nevienmērīgu pilienu izmēru, kā rezultātā 30% cilpiņu bija “lokalizētas pārmērīgi plānas vietas (<10μm)" or "localized areas of excessive thickness (>20 μm)." Plānāki apgabali korozija 3 mēnešu laikā pēc elektrolīta iegremdēšanas. Pēc pārejas uz ultraskaņas izsmidzināšanu, pārklājuma biezuma vienmērīgums uzlabojās līdz 15±0,7 μm, korozijas atteices līmenis samazinājās līdz zem 0,5%, un akumulatora cikla ilgums palielinājās no 1200 cikliem līdz 1500 cikliem.

 

II. Bezkontakta izsmidzināšana + zema-bojājuma plēves veidošanās — cilnes struktūras integritātes aizsardzība

Akumulatora cilpas ir salīdzinoši plānas (īpaši maisiņu akumulatoriem, kuru biezums var būt pat 0,08 mm). Tradicionālās kontaktpārklāšanas metodes (piemēram, rullīšu pārklājums) vai augstspiediena izsmidzināšana (gaisa plūsmas trieciena spiediens > 0,3 MPa) viegli noved pie cilnes deformācijas un saburzīšanās, kas ietekmē turpmāko iekapsulēšanas blīvējumu. Turklāt skrāpējumi vai iespiedumi uz mēlītes virsmas kļūst par sprieguma koncentrācijas punktiem, kas var izraisīt plaisāšanu akumulatora izplešanās un saraušanās laikā uzlādes un izlādes laikā.

Ultraskaņas izsmidzināšanas priekšrocības: izsmidzināšanas process balstās uz ultraskaņas vibrāciju (bez augsta spiediena gaisa plūsmas ietekmes), un pilienu piegādei tiek izmantota zema spiediena nesējgāze (spiediens < 0,05 MPa). Trieciena spēks uz cilpām ir tikai 1/10 no tradicionālā gaisa izsmidzināšanas spēka, pilnībā izvairoties no cilnes deformācijas.

Izsmidzināšanas attālumu var elastīgi regulēt (50-200 mm), novēršot nepieciešamību pēc cieša kontakta ar cilnes virsmu un samazinot berzes un skrāpējumu risku starp sprauslu un cilni.

Gadījuma izpēte: litija bateriju ražotājs patērētājam, kas ražoja mīkstas -paka vara cilpas (0,1 mm biezas), pēc iekapsulēšanas novēroja 8% izciļņu deformācijas ātrumu un 3% noplūdes ātrumu, izmantojot tradicionālo rullīšu pārklājumu. Pēc pārejas uz ultraskaņas izsmidzināšanu, cilnes deformācijas ātrums nokritās zem 0,3%, noplūdes ātrums tika kontrolēts 0,1% robežās un cilnes virsmas raupjums Ra < 0,2 μm (atbilst iekapsulēšanas līmes savienošanas prasībām).

 

III. Liels materiālu izmantojums — dārgmetālu/augstvērtīgu pastas izmaksu samazināšana{1}} Akumulatoru cilpiņu izolācijas pārklājumos parasti tiek izmantotas polimēru pastas, piemēram, PVDF un PTFE, vai kompozītmateriālu pastas, kas satur keramikas pulverus (piemēram, alumīnija oksīdu). Dažos augstākās klases lietojumos tiek izmantotas vadošas izolācijas kompozītmateriālu pastas, kas satur dārgmetālus, piemēram, sudrabu un niķeli, kā rezultātā palielinās materiālu izmaksas (piemēram, PVDF pasta maksā aptuveni 500 RMB/kg).

Ultraskaņas izsmidzināšanas priekšrocības: Spēcīgi virzītas izsmidzināšanas pilieni likvidē "lidojošo miglu", sasniedzot materiāla izlietojuma līmeni 85–95% (salīdzinājumā ar tikai 30–50% tradicionālajai gaisa izsmidzināšanai, ar ievērojamu materiāla zudumu gaisa plūsmas dēļ).

Padeves ātrumu (0,1-10 ml/min) var precīzi kontrolēt, izmantojot PLC sistēmu, pielāgojoties pārklājuma prasībām dažādiem cilnes platumiem un izvairoties no "pārklāšanas".

Gadījuma izpēte. Elektroenerģijas akumulatoru uzņēmums ik gadu saražo 10 GWh litija akumulatoru, kam nepieciešams pārklājums aptuveni 200 miljoniem alumīnija cilpiņu. Katrai cilnei ir nepieciešams 0,01 g izolācijas suspensijas (teorētiskais lietojums). Tradicionālā gaisa izsmidzināšana patērē 0,02–0,03 g vircas uz vienu vienību, kopā 4–6 tonnas gadā, un izmaksas ir 2–3 miljoni RMB. Pēc pārejas uz ultraskaņas izsmidzināšanu, faktiskais vircas patēriņš ir tikai 0,011–0,013 g uz vienību, kopā 2,2–2,6 tonnas gadā, samazinot izmaksas līdz 1,1–1,3 miljoniem RMB, kā rezultātā gadā tiek ietaupīti aptuveni 1 miljons RMB.

 

IV. Zemas temperatūras-plēves veidošanās + spēcīga savietojamība — piemērots termiski jutīgiem/īpašiem izolācijas materiāliem
Dažām augstākās klases -akumulatoru cilpām ir nepieciešami termojutīgi izolācijas materiāli (piemēram, PVDF kompozītmateriālu masas, kas satur elastomērus un kuru temperatūras izturība ir mazāka par 80 grādiem vai vienāda ar to) vai kodīgas suspensijas (piemēram, fluorpolimēru dispersijas). Tradicionālā termiskā izsmidzināšana (kurai nepieciešama karsēšana līdz virs 100 grādiem) var izraisīt materiāla sadalīšanos, un augstspiediena izsmidzināšana ir pakļauta aprīkojuma kļūmei sprauslu vircas korozijas dēļ.

Ultraskaņas izsmidzināšanas priekšrocības: Ultraskaņas izsmidzināšana rada siltumu tikai ar vibrācijas palīdzību, un izsmidzināšanas zonas temperatūra ir mazāka par 50 grādiem vai vienāda ar to. Tas saglabā siltumjutīgu materiālu elastību un izolācijas īpašības, novēršot polimēru ķēdes pārrāvumus.

 

Sprauslas var būt izgatavotas no korozijizturīgiem{0} materiāliem, piemēram, PTFE, keramikas un Hastelloy, un tās ir saderīgas ar korozīvām suspensēm, kas satur fluoru vai vājas skābes un sārmus, tādējādi novēršot aprīkojuma korozijas risku.

Gadījuma izpēte: cieto-štata akumulatoru uzņēmums izmantoja elastīgu izolācijas maisījumu, kas satur poliēteteriketonu (PEEK) (temperatūras pretestība ir mazāka par vai vienāda ar 70 grādiem). Tradicionālā termiskā izsmidzināšana izraisīja vircas sadalīšanos, uzkarsējot līdz 120 grādiem, samazinot pārklājuma izolācijas pretestību no 10¹²Ω līdz 10⁸Ω. Pārejot uz ultraskaņas izsmidzināšanu (istabas temperatūras plēves veidošanās), pārklājuma izolācijas pretestība tika uzturēta 10¹²Ω, un elastības modulis atbilda cilnes lieces prasībām (nav plaisāšanas pēc 1000 līkumiem).