Kuidas kasutatakse ultraheli pihustuspihustamist aku vahekaardi isolatsioonikatte jaoks?

Kui akuklapi isolatsioonikatteks kasutatakse ultrahelipihustamist, siis esmalt sobitab ja eeltöötleb see sobivaid isoleermaterjale{0}}, seejärel moodustab täpse pihustus- ja sadestamisprotsessi käigus kile. Parameetrite juhtimine võib tagada ka katte kvaliteedi, muutes selle sobivaks suuremahuliseks-tootmiseks. Konkreetne protsess ja üksikasjad on järgmised:

**Esialgne materjali ettevalmistamine ja kohandamine:** Akuklapid on enamasti valmistatud alumiiniumist või vasest, mistõttu on vaja valida elektrolüütide korrosioonile vastupidavad isolatsioonimaterjalid. Tavaliselt kasutatakse polümeeri suspensioone, nagu PVDF (polüvinülideenfluoriid) ja PTFE (polütetrafluoroetüleen). Sakkide elektrolüütide korrosiooni vältimiseks võib kasutada ka sideaineid ja anorgaanilisi isoleermaterjale sisaldavaid komposiitpulbereid.
**Järgmine läga eeltöötlus:** Materjali viskoossus on reguleeritud ultraheliga pihustamiseks sobivasse vahemikku. Ultraheli dispersioon kõrvaldab osakeste aglomeratsiooni lägas, tagades ühtlase ja stabiilse lobri, vältides pihustuspea hilisemat ummistumist ja garanteerides katte tiheduse.

Enne katmist tuleb elektroodi pind puhastada, et eemaldada õli, jämedad ja muud lisandid, et need ei mõjutaks katte ja elektroodi vahelist haardumist ning vähendaks isolatsiooni rikke ohtu. Samal ajal tuleb ultraheli katmisseadmed siluda. Elektroodi mõõtmete (nagu laius ja paksus) ja katmisnõuete põhjal valitakse korrosioonikindel pihustuspea ning automaatne kolme-teljeline liikumissüsteem või robotkäsi juhib pihustusteed. Ultraheli sagedus, pihustuskiirus ja substraadi temperatuur on eelseadistatud arvuti PLC-süsteemiga, et tagada pihustamise täpsus.

 

Pihustamine ja täpne kile sadestamine: Eeltöödeldud isoleeriv suspensioon juhitakse kõigepealt etteandesüsteemi kaudu ultraheli pihustiotsikusse. Düüsi sees olev piesoelektriline keraamiline muundur tekitab kõrge-sagedusega elektrilise signaali ergastamisel kõrgsageduslikke mehaanilisi vibratsioone 10-180 kHz. See vibratsioonienergia kandub üle lobri pinnale, põhjustades läga pindpinevuse ületamist ja lagunemist ühtlasteks 1-50 μm suurusteks mikro-piiskadeks, moodustades pihustava koonuse. Seejärel transporditakse need mikrotilgad inertse kandegaasi (nt lämmastiku) abil suunatult akuelektroodi määratud piirkonda. See kontaktivaba pihustamisprotsess väldib sakkide füüsilist kahjustamist.

Pärast tilkade sadestamist saki pinnale eemaldatakse suspensioonis olev lahusti madalal temperatuuril -kuivatamise teel, moodustades avadeta-tiheda isolatsioonikatte. Pihustamise ajal saab reguleerida selliseid parameetreid nagu pihustusvõimsus ja etteandekiirus, et reguleerida katte paksuse viga ±5% piires, mis vastab üliõhukese kattekihi nõuetele sakkide isolatsiooni jaoks. Samal ajal saavutab ultraheli pihustamine materjali kasutusmäära 85–95%, vähendades isolatsioonimaterjali jäätmeid ja alandades tootmiskulusid.

 

Suuremahulise-masstootmise korral saab laia-laia pihustamise saavutamiseks kasutada mitme-düüside massiivi, mis võimaldab erinevate spetsifikatsioonidega sakkide partiitöötlust. Seadmed toetavad ka 24-tunnist pidevat pihustamist ja automaatse juhtimissüsteemiga väheneb käsitsi sekkumine. See tagab masstootmise ajal iga partii klapi katte ühtluse, parandades samal ajal tootmise efektiivsust, täites akutööstuse suuremahulise tootmise vajadusi.

 

Ultraheli pihustamine pakub peamisi eeliseid akulappide katmise rakendustes, rahuldades aku tootmise põhinõudeid (ohutus, järjepidevus, kulude kontroll ja mastaapsus). Võrreldes traditsioonilise pihustamise (õhkpihustamine, kõrgrõhuga õhuvaba pihustamine), sukelkatmise ja muude protsessidega on selle eelised silmatorkavamad ja hõlpsamini rakendatavad. Järgmine selgitus, mis põhineb konkreetsetel tööstuslikel stsenaariumidel ja andmetel, illustreerib neid eeliseid.

I. Täpne ja kontrollitav katte ühtlus ja paksus – "isolatsioonitõrke" valupunkti lahendamine
Aku sakid (alumiinium/vaskmaterjal, tavaliselt laiused 3–20 mm ja paksused 0,1–0,3 mm) nõuavad isolatsioonikatteid, millel ei ole nööpnõelavaid auke, millel pole puuduvaid alasid ja mis on ühtlase paksusega (tavaliselt 5–50 μm). Kui seda ei saavutata, võib see põhjustada korrosiooni saki ja elektrolüüdi vahel või lühise positiivse ja negatiivse elektroodi vahel, mis kujutab endast ohtu.

Ultrahelipihustamise eelised: ühtlane pihustatud osakeste suurus (täpselt juhitav vahemikus 1-50 μm), ei "piiskade agregeerumist", kui tilgad sadestuvad saki pinnale, ja katte paksuse viga on väiksem või võrdne ±5% (võrreldes ±15%-20% traditsioonilise õhupihustamise korral). Toetab "täpset lokaalset pihustamist", võimaldades katta ainult kriitilistel aladel, nagu sakkide servad ja keevitusalad, vältides sakkide juhtivate kontaktpindade (nt sakkide ja elektroodilehtede vahelised keevituspunktid) katmist, välistades vajaduse järgnevate lasersöövitusprotsesside järele.

Juhtumiuuring: toiteakude tootja kasutas alumiiniumist sakkide tootmiseks PVDF-i isoleeriva suspensiooni pihustamist, mille kattekihi paksus oli 15±2 μm. Traditsiooniline õhupihustamine andis tulemuseks ebaühtlase tilkade suuruse, mille tulemuseks oli 30% sakkide "liigse õhukese piirkonna lokaliseerimine (<10μm)" or "localized areas of excessive thickness (>20 μm)." Õhemad alad korrodeerusid 3 kuu jooksul pärast elektrolüüdi sukeldamist. Pärast ultraheli pihustamisele üleminekut paranes katte paksuse ühtlus 15 ± 0,7 μm-ni, korrosioonitõrke määr langes alla 0,5% ja aku tsükli eluiga pikenes 1200 tsüklilt 1500 tsüklini.

 

II. Mittekontaktne-pihustamine + vähene-kahjustusega kile teke – saki struktuuri terviklikkuse kaitsmine

Aku sakid on suhteliselt õhukesed (eriti kottipatareide puhul, mille paksus võib olla kuni 0,08 mm). Traditsioonilised kontaktkatmismeetodid (nt rullkatmine) või kõrgsurvega pihustamine (õhuvoolu löökrõhk > 0,3 MPa) põhjustavad kergesti saki deformatsiooni ja kortsumist, mis mõjutab kapslite järgnevat tihendamist. Lisaks muutuvad saki pinnal olevad kriimustused või süvendid pinge kontsentratsioonipunktideks, mis võivad põhjustada aku paisumise ja kokkutõmbumise ajal laadimise ja tühjenemise ajal pragusid.

Ultrahelipihustamise eelised: pihustamisprotsess tugineb ultrahelivibratsioonile (ilma suure-rõhuga õhuvoolu mõjuta) ja tilkade kohaletoimetamisel kasutatakse madala-rõhuga kandegaasi (rõhk < 0,05 MPa). Löögijõud sakkidele on vaid 1/10 traditsioonilise õhupihustamise jõust, vältides täielikult sakkide deformatsiooni.

Pihustuskaugust saab paindlikult reguleerida (50-200 mm), välistades vajaduse tiheda kontakti järele saki pinnaga ning vähendades düüsi ja saki vahelise hõõrdumise ja kriimustuste ohtu.

Juhtumiuuring: tarbijale kuuluv liitiumakude tootja, kes tootis pehmeid{0}}vasklappe (0,1 mm paksused), koges traditsioonilise rullkatte kasutamisel pärast kapseldamist saki deformatsioonimäära 8% ja lekkemäära 3%. Pärast ultraheli pihustamisele üleminekut langes lapi deformatsioonimäär alla 0, 3%, lekkekiirust kontrolliti 0, 1% täpsusega ja lapi pinna karedus Ra < 0, 2 μm (vastab kapslite liimimise nõuetele).

 

III. Suur materjalikasutus – väärismetallide/kõrge{1}}väärtuslike pastade maksumuse vähendamine Akuklapi isolatsioonikatete puhul kasutatakse tavaliselt polümeerpastasid, nagu PVDF ja PTFE, või keraamilisi pulbreid (nt alumiiniumoksiidi) sisaldavaid komposiitpastasid. Mõned tipptasemel-rakendused kasutavad juhtivaid isoleerivaid komposiitpastasid, mis sisaldavad väärismetalle, nagu hõbe ja nikkel, mille tulemuseks on kõrgemad materjalikulud (nt PVDF-pasta maksab umbes 500 RMB/kg).

Ultrahelipihustamise eelised: Tugevalt suunatud pihustatud tilgad kõrvaldavad "lendava udu", saavutades materjali kasutusmäära 85–95% (võrreldes ainult 30–50% traditsioonilise õhupihustamise korral, kusjuures õhuvoolust on tingitud märkimisväärne materjali raiskamine).

Söötmiskiirust (0,1-10 ml/min) saab täpselt juhtida PLC-süsteemi kaudu, kohandudes katte nõuetega erinevate laiuste jaoks ja vältides "ülekatmist".

Juhtumiuuring: toiteakude ettevõte toodab aastas 10 GWh liitiumakusid, mis vajavad ligikaudu 200 miljoni alumiiniumlehe katmist. Iga saki jaoks on vaja 0,01 g isoleermassi (teoreetiline kasutus). Traditsiooniline õhupihustamine kulutab 0,02–0,03 g läga ühiku kohta, kokku 4–6 tonni aastas, maksumusega 2–3 miljonit RMB. Pärast ultraheli pihustamisele üleminekut on tegelik läga tarbimine vaid 0,011–0,013 g ühiku kohta, kokku 2,2–2,6 tonni aastas, mis vähendab kulusid 1,1–1,3 miljonile RMB-le, mille tulemuseks on aastane kulude kokkuhoid ligikaudu 1 miljoni RMB võrra.

 

IV. Madala temperatuuriga-kile moodustumine + tugev ühilduvus – sobib termotundlike/spetsiaalsete isoleermaterjalide jaoks
Mõned -kvaliteetsed akuklapid nõuavad termotundlikke isoleermaterjale (nt elastomeere sisaldavad PVDF-i komposiitpulgad, mille temperatuuritaluvus on alla 80 kraadi või sellega võrdne) või söövitavaid suspensioone (nt fluoropolümeeride dispersioone). Traditsiooniline termiline pihustamine (mis nõuab kuumutamist üle 100 kraadi) võib põhjustada materjali lagunemist ja kõrgsurvega pihustamine põhjustab seadme rikkeid, mis on tingitud düüside korrosioonist.

Ultraheli pihustamise eelised: Ultraheli pihustamine tekitab soojust ainult vibratsiooni kaudu, pihustustsooni temperatuur on alla 50 kraadi või sellega võrdne. See säilitab kuumustundlike materjalide elastsuse ja isolatsiooniomadused, vältides polümeerahela purunemist.

 

Düüsid võivad olla valmistatud korrosioonikindlatest{0}}materjalidest, nagu PTFE, keraamika ja Hastelloy, ning ühilduvad fluori või nõrku happeid ja leeliseid sisaldavate söövitavate suspensioonidega, mis välistab seadmete korrosiooniohu.

Juhtumiuuring: tahke osariigi-patareide ettevõte kasutas elastset isoleerivat suspensiooni, mis sisaldas polüeeter-eeterketooni (PEEK) (temperatuurikindlus 70 kraadi või vähem). Traditsiooniline termiline pihustamine põhjustas 120 kraadini kuumutamisel läga lagunemise, vähendades katte isolatsioonitakistust 10¹²Ω-lt 10⁸Ω-ni. Ultraheli pihustamisele (toatemperatuuril kile moodustumine) üleminek säilitas katte isolatsioonitakistuse 10¹²Ω ja elastsusmoodul vastas sakkide painutamise nõuetele (1000 painde järel ei esinenud pragusid).