¿Cómo se utiliza la pulverización por atomización ultrasónica para el revestimiento aislante de la pestaña de la batería?

Cuando se utiliza la pulverización por atomización ultrasónica para el revestimiento aislante de las pestañas de la batería, primero combina y pre-trata los materiales aislantes adecuados y luego forma una película mediante un proceso preciso de atomización y deposición. El control de parámetros también puede garantizar la calidad del recubrimiento, lo que lo hace adecuado para la producción a gran-escala. El proceso específico y los detalles son los siguientes:

**Preparación y adaptación preliminar del material:** Las pestañas de la batería están hechas principalmente de aluminio o cobre, lo que requiere la selección de materiales aislantes resistentes a la corrosión del electrolito. Se utilizan comúnmente lechadas de polímeros como PVDF (fluoruro de polivinilideno) y PTFE (politetrafluoroetileno). También se pueden utilizar suspensiones compuestas que contienen aglutinantes y materiales aislantes inorgánicos para evitar la corrosión electrolítica de las lengüetas.
**Pretratamiento posterior de la lechada:** La viscosidad del material se ajusta al rango adecuado para la atomización ultrasónica. La dispersión ultrasónica elimina la aglomeración de partículas en la lechada, asegurando una lechada uniforme y estable, evitando la obstrucción posterior del cabezal de atomización y garantizando la densidad del recubrimiento.

Antes del recubrimiento, se debe limpiar la superficie del electrodo para eliminar aceite, rebabas y otras impurezas para evitar que afecten la adhesión entre el recubrimiento y el electrodo y reducir el riesgo de falla del aislamiento. Al mismo tiempo, se debe depurar el equipo de recubrimiento ultrasónico. Según las dimensiones del electrodo (como el ancho y el grosor) y los requisitos del recubrimiento, se selecciona un cabezal atomizador-resistente a la corrosión y un sistema de movimiento automatizado de tres-ejes o un brazo robótico controla la ruta de pulverización. La frecuencia ultrasónica, la tasa de pulverización y la temperatura del sustrato se preestablecen mediante un sistema PLC informático para garantizar la precisión de la pulverización.

 

Atomización y deposición precisa de la película: la suspensión aislante pretratada se alimenta primero a la boquilla atomizadora ultrasónica a través de un sistema de alimentación. El transductor cerámico piezoeléctrico dentro de la boquilla genera vibraciones mecánicas de alta-frecuencia de 10-180 kHz bajo excitación de señal eléctrica de alta-frecuencia. Esta energía vibratoria se transfiere a la superficie de la lechada, lo que hace que la lechada supere la tensión superficial y se rompa en micro-gotas uniformes de 1-50μm, formando un cono atomizador. Luego, impulsadas por un gas portador inerte como el nitrógeno, estas microgotitas se transportan direccionalmente al área designada del electrodo de la batería. Este proceso de pulverización sin contacto evita daños físicos a las pestañas.

Después de que las gotas se depositan en la superficie de la pestaña, el disolvente de la suspensión se elimina mediante secado a baja-temperatura, formando un revestimiento aislante muy denso y sin orificios-. Durante la pulverización, se pueden ajustar parámetros como la potencia de atomización y la velocidad de alimentación para controlar el error de espesor del recubrimiento dentro de ±5%, cumpliendo con los requisitos de recubrimiento ultra-delgado para aislamiento de lengüetas. Al mismo tiempo, la pulverización ultrasónica logra una tasa de utilización del material del 85% al ​​95%, lo que reduce el desperdicio de material aislante y reduce los costos de producción.

 

Para la producción en masa a gran-escala, se puede utilizar un diseño de matriz de múltiples-boquillas para lograr una pulverización de gran-anchura, lo que permite el procesamiento por lotes de pestañas de diferentes especificaciones. El equipo también admite una pulverización continua las 24-horas y, con un sistema de control automatizado, se reduce la intervención manual. Esto garantiza la consistencia del recubrimiento de la pestaña en cada lote durante la producción en masa, al tiempo que mejora la eficiencia de la producción, satisfaciendo las necesidades de la fabricación a gran escala en la industria de las baterías.

 

La pulverización por atomización ultrasónica ofrece ventajas fundamentales en las aplicaciones de recubrimiento de pestañas de baterías, abordando las demandas principales de la fabricación de baterías (seguridad, consistencia, control de costos y escalabilidad). En comparación con la pulverización tradicional (pulverización con aire, pulverización sin aire a alta-presión), el recubrimiento por inmersión y otros procesos, sus ventajas son más destacadas y fácilmente aplicables. La siguiente explicación, basada en escenarios y datos industriales específicos, ilustra estas ventajas:

I. Uniformidad y espesor del revestimiento precisos y controlables: solución del problema central de la "falla de aislamiento"
Las pestañas de la batería (material de aluminio/cobre, generalmente de 3 a 20 mm de ancho y de 0,1 a 0,3 mm de espesor) requieren recubrimientos aislantes que no tengan poros, que no tengan áreas faltantes y que tengan un espesor uniforme (generalmente de 5 a 50 μm). No lograr esto puede provocar corrosión entre la pestaña y el electrolito, o cortocircuitos entre los electrodos positivo y negativo, lo que plantea riesgos para la seguridad.

Ventajas de la pulverización ultrasónica: Tamaño de partícula atomizada uniforme (controlable con precisión de 1 a 50 μm), sin "agregación de gotas" cuando las gotas se depositan en la superficie de la pestaña y error en el espesor del recubrimiento inferior o igual a ±5 % (en comparación con ±15 %-20 % para la pulverización con aire tradicional). Admite "pulverización localizada precisa", lo que permite el recubrimiento solo en áreas críticas, como los bordes de las pestañas y las áreas de soldadura, evitando que el recubrimiento cubra las superficies de contacto conductoras de las pestañas (como los puntos de soldadura entre las pestañas y las láminas de electrodos), eliminando la necesidad de procesos posteriores de grabado láser.

Estudio de caso: un fabricante de baterías utilizó pulverización de lechada aislante de PVDF para producir pestañas de aluminio, lo que requirió un espesor de recubrimiento de 15 ± 2 μm. La pulverización con aire tradicional dio como resultado un tamaño de gota desigual, lo que llevó a que el 30% de las pestañas exhibieran "áreas localizadas de excesiva delgadez (<10μm)" or "localized areas of excessive thickness (>20 μm). " Las áreas más delgadas se corroyeron dentro de los 3 meses posteriores a la inmersión del electrolito. Después de cambiar a la pulverización de atomización ultrasónica, la uniformidad del espesor del recubrimiento mejoró a 15 ± 0,7 μm, la tasa de falla por corrosión cayó a menos del 0,5 % y la vida útil del ciclo de la batería aumentó de 1200 ciclos a 1500 ciclos.

 

II. Pulverización sin-contacto + Formación de película de bajo-daño: protección de la integridad de la estructura de la pestaña

Las pestañas de la batería son relativamente delgadas (especialmente en las baterías tipo bolsa, donde el grosor puede ser tan bajo como 0,08 mm). Los métodos tradicionales de recubrimiento por contacto (como el recubrimiento con rodillo) o la pulverización a alta-presión (presión de impacto del flujo de aire > 0,3 MPa) provocan fácilmente la deformación y arrugas de la pestaña, lo que afecta el sellado de encapsulación posterior. Además, los rayones o hendiduras en la superficie de la pestaña se convierten en puntos de concentración de tensión, lo que puede causar grietas durante la expansión y contracción de la batería durante la carga y descarga.

Ventajas de la pulverización ultrasónica: el proceso de atomización se basa en la vibración ultrasónica (sin el impacto del flujo de aire de alta-presión) y la entrega de gotas utiliza un gas portador de baja-presión (presión < 0,05 MPa). La fuerza de impacto sobre las pestañas es sólo 1/10 de la de la pulverización con aire tradicional, evitando por completo la deformación de las pestañas.

La distancia de pulverización se puede ajustar de forma flexible (50-200 mm), lo que elimina la necesidad de un contacto cercano con la superficie de la pestaña y reduce el riesgo de fricción y rayones entre la boquilla y la pestaña.

Estudio de caso: un fabricante de baterías de litio de consumo que produce lengüetas de cobre -blandas (de 0,1 mm de espesor) experimentó una tasa de deformación de las lengüetas del 8 % y una tasa de fugas del 3 % después de la encapsulación cuando utilizó un recubrimiento con rodillo tradicional. Después de cambiar a la pulverización por atomización ultrasónica, la tasa de deformación de la pestaña cayó por debajo del 0,3 %, la tasa de fuga se controló dentro del 0,1 % y la rugosidad de la superficie de la pestaña Ra < 0,2 μm (cumpliendo los requisitos para la unión adhesiva por encapsulación).

 

III. Alta utilización de materiales: reducción del coste de metales preciosos/pastas de alto valor-Los revestimientos aislantes de pestañas de batería suelen utilizar pastas poliméricas como PVDF y PTFE, o pastas compuestas que contienen polvos cerámicos (como la alúmina). Algunas aplicaciones-de gama alta utilizan pastas compuestas aislantes conductoras que contienen metales preciosos como plata y níquel, lo que genera mayores costos de material (por ejemplo, la pasta de PVDF cuesta aproximadamente 500 RMB/kg).

Ventajas de la pulverización ultrasónica: Las gotas atomizadas fuertemente direccionales eliminan la "niebla voladora", logrando una tasa de utilización del material del 85%-95% (en comparación con sólo el 30%-50% de la pulverización con aire tradicional, con un importante desperdicio de material debido al flujo de aire).

La velocidad de alimentación (0,1-10 ml/min) se puede controlar con precisión mediante un sistema PLC, adaptándose a los requisitos de recubrimiento para diferentes anchos de pestañas y evitando el "recubrimiento excesivo".

Estudio de caso: Una empresa de baterías eléctricas produce 10 GWh de baterías de litio al año, lo que requiere el recubrimiento de aproximadamente 200 millones de pastillas de aluminio. Cada pastilla requiere 0,01 g de lechada aislante (uso teórico). La pulverización con aire tradicional consume entre 0,02 y 0,03 g de lechada por unidad, lo que supone un total de 4 a 6 toneladas al año, con un coste de 2 a 3 millones de RMB. Después de cambiar a la pulverización por atomización ultrasónica, el consumo real de lechada es de solo 0,011-0,013 g por unidad, con un total de 2,2-2,6 toneladas al año, lo que reduce los costos a 1,1-1,3 millones de RMB, lo que resulta en un ahorro de costos anual de aproximadamente 1 millón de RMB.

 

IV. Formación de película a baja-temperatura + gran compatibilidad: adecuado para materiales termosensibles/aislantes especiales
Algunas pestañas de batería-de gama alta requieren materiales aislantes termosensibles (como lodos compuestos de PVDF que contienen elastómeros, con una resistencia a la temperatura inferior o igual a 80 grados) o lodos corrosivos (como dispersiones de fluoropolímeros). La pulverización térmica tradicional (que requiere calentamiento a más de 100 grados) puede causar la descomposición del material, y la pulverización a alta-presión es propensa a fallas en el equipo debido a la corrosión de las boquillas por la lechada.

Ventajas de la pulverización ultrasónica: La atomización ultrasónica genera calor solo a través de la vibración, con una temperatura de la zona de atomización inferior o igual a 50 grados. Esto preserva la elasticidad y las propiedades de aislamiento de los materiales-sensibles al calor, evitando la rotura de la cadena de polímero.

 

Las boquillas pueden estar hechas de materiales-resistentes a la corrosión, como PTFE, cerámica y Hastelloy, y son compatibles con lodos corrosivos que contienen flúor o ácidos y álcalis débiles, lo que elimina el riesgo de corrosión del equipo.

Estudio de caso: una empresa de baterías de estado sólido- utilizó una suspensión aislante elástica que contenía polieteretercetona (PEEK) (resistencia a temperaturas inferiores o iguales a 70 grados). La pulverización térmica tradicional provocaba que la lechada se descompusiera cuando se calentaba a 120 grados, lo que reducía la resistencia del aislamiento del revestimiento de 10¹²Ω a 10⁸Ω. El cambio a pulverización por atomización ultrasónica (formación de película a temperatura ambiente) mantuvo la resistencia del aislamiento del revestimiento en 10¹²Ω y el módulo elástico cumplió con los requisitos para la flexión de lengüetas (sin grietas después de 1000 curvas).