Come viene utilizzata la spruzzatura con atomizzazione ad ultrasuoni per il rivestimento isolante della linguetta della batteria?

Quando la spruzzatura con atomizzazione a ultrasuoni viene utilizzata per il rivestimento isolante delle linguette delle batterie, prima abbina e pre-tratta i materiali isolanti adatti, quindi forma una pellicola attraverso un preciso processo di atomizzazione e deposizione. Il controllo dei parametri può anche garantire la qualità del rivestimento, rendendolo adatto alla produzione su larga-scala. Il processo specifico e i dettagli sono i seguenti:

**Preparazione preliminare e adattamento del materiale:** le linguette della batteria sono per lo più realizzate in alluminio o rame, pertanto richiedono la selezione di materiali isolanti resistenti alla corrosione dell'elettrolita. Comunemente utilizzati sono i fanghi polimerici come PVDF (polivinilidene fluoruro) e PTFE (politetrafluoroetilene). È inoltre possibile utilizzare sospensioni composite contenenti leganti e materiali isolanti inorganici per prevenire la corrosione elettrolitica delle linguette.
**Pretrattamento successivo del liquame:** la viscosità del materiale viene regolata nell'intervallo adatto per l'atomizzazione ad ultrasuoni. La dispersione ad ultrasuoni elimina l'agglomerazione delle particelle nel liquame, garantendo un liquame uniforme e stabile, prevenendo il successivo intasamento della testa di atomizzazione e garantendo la densità del rivestimento.

Prima del rivestimento, la superficie dell'elettrodo deve essere pulita per rimuovere olio, sbavature e altre impurità per evitare che compromettano l'adesione tra il rivestimento e l'elettrodo e riducano il rischio di guasti all'isolamento. Allo stesso tempo, è necessario eseguire il debug dell'apparecchiatura di rivestimento ad ultrasuoni. In base alle dimensioni dell'elettrodo (come larghezza e spessore) e ai requisiti del rivestimento, viene selezionata una testa di atomizzazione resistente alla corrosione-e un sistema di movimento automatizzato a tre assi-o un braccio robotico controlla il percorso di spruzzatura. La frequenza degli ultrasuoni, la velocità di spruzzatura e la temperatura del substrato sono preimpostate tramite un sistema PLC computerizzato per garantire la precisione della spruzzatura.

 

Atomizzazione e deposizione precisa della pellicola: l'impasto isolante pretrattato viene prima alimentato all'ugello di nebulizzazione ad ultrasuoni tramite un sistema di alimentazione. Il trasduttore ceramico piezoelettrico all'interno dell'ugello genera vibrazioni meccaniche ad alta-frequenza di 10-180kHz sotto eccitazione del segnale elettrico ad alta-frequenza. Questa energia vibrazionale viene trasferita alla superficie del liquame, facendo sì che il liquame superi la tensione superficiale e si rompa in micro-goccioline uniformi di 1-50μm, formando un cono di atomizzazione. Quindi, guidate da un gas vettore inerte come l'azoto, queste microgoccioline vengono trasportate direzionalmente nell'area designata dell'elettrodo della batteria. Questo processo di spruzzatura senza contatto evita danni fisici alle linguette.

Dopo che le goccioline si sono depositate sulla superficie della linguetta, il solvente nell'impasto liquido viene rimosso mediante essiccazione a bassa-temperatura, formando un rivestimento isolante altamente denso-privo di fori stenopeici. Durante la spruzzatura, parametri come la potenza di atomizzazione e la velocità di avanzamento possono essere regolati per controllare l'errore di spessore del rivestimento entro ±5%, soddisfacendo i requisiti di rivestimento ultrasottile-per l'isolamento delle linguette. Allo stesso tempo, la spruzzatura ad ultrasuoni raggiunge un tasso di utilizzo del materiale dell'85%-95%, riducendo gli sprechi di materiale isolante e abbassando i costi di produzione.

 

Per la produzione di massa su larga-scala, è possibile utilizzare un design a serie di ugelli multipli-per ottenere un'irrorazione ad ampia-larghezza, consentendo l'elaborazione in batch di schede con specifiche diverse. L'attrezzatura supporta anche l'irrorazione continua 24-ore e, grazie a un sistema di controllo automatizzato, l'intervento manuale è ridotto. Ciò garantisce la consistenza del rivestimento delle linguette in ciascun lotto durante la produzione di massa, migliorando al contempo l’efficienza produttiva e soddisfacendo le esigenze della produzione su larga scala nel settore delle batterie.

 

La spruzzatura di atomizzazione ad ultrasuoni offre vantaggi fondamentali nelle applicazioni di rivestimento delle linguette delle batterie, rispondendo alle esigenze principali della produzione di batterie (sicurezza, coerenza, controllo dei costi e scalabilità). Rispetto alla spruzzatura tradizionale (spruzzatura ad aria, spruzzatura airless ad alta-pressione), rivestimento a immersione e altri processi, i suoi vantaggi sono più evidenti e facilmente applicabili. La seguente spiegazione, basata su scenari e dati industriali specifici, illustra questi vantaggi:

I. Uniformità e spessore del rivestimento precisi e controllabili: risoluzione del problema fondamentale del "guasto dell'isolamento"
Le linguette della batteria (materiale in alluminio/rame, in genere 3-20 mm di larghezza e 0,1-0,3 mm di spessore) richiedono rivestimenti isolanti privi di fori di spillo, senza aree mancanti e con uno spessore uniforme (in genere 5-50 μm). In caso contrario, si può verificare la corrosione tra la linguetta e l'elettrolito o cortocircuiti tra gli elettrodi positivo e negativo, con conseguenti rischi per la sicurezza.

Vantaggi della spruzzatura ad ultrasuoni: dimensione uniforme delle particelle atomizzate (controllabile con precisione da 1 a 50 μm), nessuna "aggregazione di goccioline" quando le goccioline si depositano sulla superficie della linguetta ed errore di spessore del rivestimento inferiore o uguale a ±5% (rispetto a ±15%-20% per la tradizionale spruzzatura ad aria). Supporta la "spruzzatura localizzata precisa", consentendo il rivestimento solo su aree critiche come i bordi delle linguette e le aree di saldatura, evitando che il rivestimento copra le superfici di contatto conduttive delle linguette (come i punti di saldatura tra le linguette e i fogli di elettrodi), eliminando la necessità di successivi processi di incisione laser.

Caso di studio: un produttore di batterie di alimentazione ha utilizzato la spruzzatura di impasto isolante in PVDF per produrre linguette di alluminio, richiedendo uno spessore del rivestimento di 15±2μm. La tradizionale spruzzatura ad aria ha prodotto gocce di dimensioni non uniformi, portando il 30% delle compresse a mostrare "aree localizzate di eccessivo spessore (<10μm)" or "localized areas of excessive thickness (>20μm)." Le aree più sottili si sono corrose entro 3 mesi dall'immersione dell'elettrolita. Dopo il passaggio alla spruzzatura con atomizzazione a ultrasuoni, l'uniformità dello spessore del rivestimento è migliorata a 15±0,7μm, il tasso di fallimento della corrosione è sceso al di sotto dello 0,5% e la durata del ciclo della batteria è aumentata da 1200 cicli a 1500 cicli.

 

II. Spruzzatura senza-contatto + formazione di pellicola-a basso danno – Protezione dell'integrità della struttura delle linguette

Le linguette della batteria sono relativamente sottili (soprattutto nelle batterie a sacchetto, dove lo spessore può arrivare fino a 0,08 mm). I tradizionali metodi di rivestimento a contatto (come il rivestimento a rullo) o la spruzzatura ad alta-pressione (pressione di impatto del flusso d'aria > 0,3 MPa) portano facilmente alla deformazione delle linguette e all'increspamento, compromettendo la successiva sigillatura dell'incapsulamento. Inoltre, graffi o rientranze sulla superficie della linguetta diventano punti di concentrazione dello stress, causando potenzialmente rotture durante l'espansione e la contrazione della batteria durante la carica e la scarica.

Vantaggi della spruzzatura a ultrasuoni: il processo di atomizzazione si basa sulla vibrazione ultrasonica (senza impatto del flusso d'aria ad alta-pressione) e l'erogazione delle goccioline utilizza gas vettore a bassa-pressione (pressione < 0,05 MPa). La forza d'impatto sulle alette è solo 1/10 di quella della tradizionale spruzzatura ad aria, evitando completamente la deformazione delle alette.

La distanza di spruzzatura può essere regolata in modo flessibile (50-200 mm), eliminando la necessità di uno stretto contatto con la superficie della linguetta e riducendo il rischio di attrito e graffi tra l'ugello e la linguetta.

Case study: un produttore di batterie al litio di consumo che produce linguette in rame-soft (spessore 0,1 mm) ha riscontrato un tasso di deformazione della linguetta dell'8% e un tasso di perdita del 3% dopo l'incapsulamento quando si utilizzava il tradizionale rivestimento a rullo. Dopo il passaggio alla spruzzatura con atomizzazione a ultrasuoni, il tasso di deformazione della linguetta è sceso al di sotto dello 0,3%, il tasso di perdita è stato controllato entro lo 0,1% e la rugosità della superficie della linguetta Ra <0,2μm (soddisfacendo i requisiti per l'incollaggio adesivo dell'incapsulamento).

 

III. Elevato utilizzo dei materiali: riduzione del costo dei metalli preziosi/paste ad alto-valore I rivestimenti isolanti delle linguette delle batterie utilizzano comunemente paste polimeriche come PVDF e PTFE o paste composite contenenti polveri ceramiche (come l'allumina). Alcune applicazioni-di fascia alta utilizzano paste composite isolanti conduttive contenenti metalli preziosi come argento e nichel, con conseguenti costi dei materiali più elevati (ad esempio, la pasta PVDF costa circa 500 RMB/kg).

Vantaggi della spruzzatura a ultrasuoni: le goccioline atomizzate fortemente direzionali eliminano la "nebbia volante", ottenendo un tasso di utilizzo del materiale dell'85%-95% (rispetto solo al 30%-50% della spruzzatura ad aria tradizionale, con uno spreco significativo di materiale dovuto al flusso d'aria).

La velocità di alimentazione (0,1-10 ml/min) può essere controllata con precisione tramite un sistema PLC, adattandosi ai requisiti di rivestimento per le diverse larghezze delle linguette ed evitando il "rivestimento eccessivo".

Caso di studio: un'azienda produttrice di batterie elettriche produce 10 GWh di batterie al litio all'anno, richiedendo il rivestimento di circa 200 milioni di linguette di alluminio. Ciascuna linguetta richiede 0,01 g di impasto isolante (utilizzo teorico). La tradizionale spruzzatura ad aria consuma 0,02-0,03 g di liquame per unità, per un totale di 4-6 tonnellate all'anno, con un costo di 2-3 milioni di RMB. Dopo il passaggio alla spruzzatura con atomizzazione a ultrasuoni, il consumo effettivo di liquame è di soli 0,011-0,013 g per unità, per un totale di 2,2-2,6 tonnellate all'anno, riducendo i costi a 1,1-1,3 milioni di RMB, con un conseguente risparmio sui costi annuali di circa 1 milione di RMB.

 

IV. Formazione di pellicola-a bassa temperatura + forte compatibilità – Adatto per materiali termosensibili/isolanti speciali
Alcune- linguette delle batterie di fascia alta richiedono materiali isolanti termosensibili (come fanghi compositi PVDF contenenti elastomeri, con una resistenza alla temperatura inferiore o uguale a 80 gradi) o fanghi corrosivi (come dispersioni di fluoropolimeri). La spruzzatura termica tradizionale (che richiede un riscaldamento superiore a 100 gradi) può causare la decomposizione del materiale, mentre la spruzzatura ad alta-pressione è soggetta a guasti delle apparecchiature a causa della corrosione dei liquami degli ugelli.

Vantaggi della spruzzatura ad ultrasuoni: l'atomizzazione ad ultrasuoni genera calore solo attraverso le vibrazioni, con la temperatura della zona di atomizzazione inferiore o uguale a 50 gradi. Ciò preserva l'elasticità e le proprietà isolanti dei materiali-sensibili al calore, prevenendo la rottura della catena polimerica.

 

Gli ugelli possono essere realizzati con materiali resistenti alla corrosione-come PTFE, ceramica e Hastelloy e sono compatibili con fanghi corrosivi contenenti fluoro o acidi e alcali deboli, eliminando il rischio di corrosione delle apparecchiature.

Case study: un'azienda produttrice di batterie a stato solido- ha utilizzato un impasto isolante elastico contenente polietereterchetone (PEEK) (resistenza alla temperatura inferiore o uguale a 70 gradi). La tradizionale spruzzatura termica ha causato la decomposizione dell'impasto liquido quando riscaldato a 120 gradi, riducendo la resistenza di isolamento del rivestimento da 10¹²Ω a 10⁸Ω. Il passaggio alla spruzzatura con atomizzazione a ultrasuoni (formazione di pellicola a temperatura ambiente) ha mantenuto la resistenza di isolamento del rivestimento a 10¹²Ω e il modulo elastico ha soddisfatto i requisiti per la piegatura delle linguette (nessuna rottura dopo 1000 piegature).