كيف يتم استخدام رش الانحلال بالموجات فوق الصوتية لطلاء عزل علامة تبويب البطارية؟

عند استخدام الرش بالموجات فوق الصوتية للطلاء العازل لعلامة تبويب البطارية، فإنه يطابق أولاً المواد العازلة المناسبة ويعالجها مسبقًا-، ثم يشكل طبقة من خلال عملية ترسيب وتذرية دقيقة. يمكن أن يضمن التحكم في المعلمات أيضًا جودة الطلاء، مما يجعله مناسبًا للإنتاج على نطاق واسع-. العملية المحددة والتفاصيل هي كما يلي:

**التحضير الأولي للمواد وتكييفها:** تُصنع ألسنة البطارية في الغالب من الألومنيوم أو النحاس، مما يتطلب اختيار مواد عازلة مقاومة للتآكل بالكهرباء. يشيع استخدام عجائن البوليمر مثل PVDF (فلوريد البولي فينيلدين) وPTFE (بولي تترافلوروإيثيلين). يمكن أيضًا استخدام الملاط المركب الذي يحتوي على مواد رابطة ومواد عازلة غير عضوية لمنع تآكل علامات التبويب بالكهرباء.
** المعالجة اللاحقة للملاط: ** يتم ضبط لزوجة المادة على النطاق المناسب للانحلال بالموجات فوق الصوتية. يعمل التشتت بالموجات فوق الصوتية على التخلص من تكتل الجسيمات في الملاط، مما يضمن ملاطًا موحدًا ومستقرًا، ويمنع الانسداد اللاحق لرأس الانحلال، ويضمن كثافة الطلاء.

قبل الطلاء، يجب تنظيف سطح القطب الكهربائي لإزالة الزيت والنتوءات والشوائب الأخرى لمنعها من التأثير على الالتصاق بين الطلاء والقطب الكهربائي وتقليل خطر فشل العزل. في نفس الوقت، يجب تصحيح أخطاء معدات الطلاء بالموجات فوق الصوتية. استنادًا إلى أبعاد القطب الكهربي (مثل العرض والسمك) ومتطلبات الطلاء، يتم تحديد -رأس رذاذ مقاوم للتآكل، ويتحكم نظام حركة آلي ثلاثي المحاور- أو ذراع آلية في مسار الرش. يتم ضبط تردد الموجات فوق الصوتية ومعدل الرش ودرجة حرارة الركيزة مسبقًا عبر نظام PLC للكمبيوتر لضمان دقة الرش.

 

الانحلال والترسيب الدقيق للفيلم: يتم تغذية الملاط العازل المعالج مسبقًا إلى فوهة التفتيت بالموجات فوق الصوتية عبر نظام التغذية. يولد محول الطاقة الخزفي الكهرضغطي الموجود داخل الفوهة-اهتزازات ميكانيكية عالية التردد تصل إلى 10-180 كيلو هرتز تحت إثارة الإشارات الكهربائية ذات التردد العالي-. يتم نقل هذه الطاقة الاهتزازية إلى سطح الملاط، مما يتسبب في التغلب على الملاط للتوتر السطحي وتقسيمه إلى قطيرات دقيقة موحدة يبلغ حجمها 1-50 ميكرومتر، مما يشكل مخروطًا ذريًا. بعد ذلك، يتم نقل هذه القطرات الصغيرة، مدفوعة بغاز حامل خامل مثل النيتروجين، بشكل مباشر إلى المنطقة المحددة من قطب البطارية. تعمل عملية الرش غير التلامسية هذه على تجنب الضرر المادي لعلامات التبويب.

بعد ترسيب القطرات على سطح اللسان، تتم إزالة المذيب الموجود في الملاط من خلال التجفيف بدرجة حرارة منخفضة-، مما يشكل طبقة عازلة عالية الكثافة خالية من الثقب. أثناء الرش، يمكن تعديل المعلمات مثل قوة الانحلال ومعدل التغذية للتحكم في خطأ سمك الطلاء في حدود ±5%، مما يلبي متطلبات الطلاء الرقيق للغاية لعزل علامات التبويب. في الوقت نفسه، يحقق الرش بالموجات فوق الصوتية معدل استخدام المواد بنسبة 85%-95%، مما يقلل من هدر المواد العازلة ويقلل تكاليف الإنتاج.

 

بالنسبة إلى الإنتاج الضخم-على نطاق واسع، يمكن استخدام تصميم مصفوفة الفوهات المتعددة- لتحقيق رش واسع النطاق-، مما يسمح بالمعالجة المجمعة لعلامات التبويب ذات المواصفات المختلفة. تدعم المعدات أيضًا الرش المستمر لمدة 24-ساعة، ومع نظام التحكم الآلي، يتم تقليل التدخل اليدوي. وهذا يضمن اتساق طلاء التبويب في كل دفعة أثناء الإنتاج الضخم مع تحسين كفاءة الإنتاج، وتلبية احتياجات التصنيع على نطاق واسع في صناعة البطاريات.

 

يوفر رش الانحلال بالموجات فوق الصوتية مزايا أساسية في تطبيقات طلاء علامة تبويب البطارية، مما يلبي المتطلبات الأساسية لتصنيع البطاريات (السلامة والاتساق والتحكم في التكلفة وقابلية التوسع). بالمقارنة مع الرش التقليدي (رش الهواء، والرش بدون هواء عالي الضغط-)، والطلاء بالغمس، والعمليات الأخرى، فإن مزاياه تكون أكثر بروزًا ويمكن تطبيقها بسهولة. ويوضح التفسير التالي، المستند إلى سيناريوهات وبيانات صناعية محددة، هذه المزايا:

1. توحيد وسماكة الطلاء بشكل دقيق ويمكن التحكم فيه - حل نقطة الألم الأساسية الناتجة عن "فشل العزل"
تتطلب ألسنة البطارية (مادة الألومنيوم/النحاس، بعرض 3-20 مم عادةً وسمك 0.1-0.3 مم) طبقات عازلة خالية من الثقوب، ولا تحتوي على مناطق مفقودة، وتكون سميكة بشكل موحد (عادة 5-50 ميكرومتر). يمكن أن يؤدي الفشل في تحقيق ذلك إلى التآكل بين اللسان والإلكتروليت، أو حدوث دوائر قصيرة بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة، مما يشكل مخاطر على السلامة.

مزايا الرش بالموجات فوق الصوتية: حجم الجسيمات المتناثرة موحد (يمكن التحكم فيه بدقة من 1-50 ميكرومتر)، لا يوجد "تجميع قطرات" عندما تترسب القطرات على سطح اللسان، وخطأ في سمك الطلاء أقل من أو يساوي ±5% (مقارنة بـ ±15%-20% لرش الهواء التقليدي). يدعم "الرش الموضعي الدقيق"، مما يسمح بالطلاء فقط على المناطق الحرجة مثل حواف الألسنة ومناطق اللحام، مع تجنب الطلاء الذي يغطي أسطح التلامس الموصلة للأقراص (مثل نقاط اللحام بين الألسنة وألواح الأقطاب الكهربائية)، مما يلغي الحاجة إلى عمليات الحفر بالليزر اللاحقة.

دراسة الحالة: استخدمت إحدى الشركات المصنعة لبطاريات الطاقة رش الملاط العازل PVDF لإنتاج أقراص الألومنيوم، والتي تتطلب سمك طلاء يبلغ 15±2μm. أدى رش الهواء التقليدي إلى تفاوت حجم القطرات، مما أدى إلى ظهور "مناطق موضعية ذات رقة مفرطة" في 30% من الأقراص (<10μm)" or "localized areas of excessive thickness (>20 ميكرومتر)." تآكلت المناطق الرقيقة في غضون 3 أشهر من غمر المنحل بالكهرباء. بعد التحول إلى رش الانحلال بالموجات فوق الصوتية، تحسن تجانس سمك الطلاء إلى 15 ± 0.7 ميكرومتر، وانخفض معدل فشل التآكل إلى أقل من 0.5٪، وزاد عمر دورة البطارية من 1200 دورة إلى 1500 دورة.

 

ثانيا. الرش بدون تلامس- + تكوين طبقة منخفضة الضرر- - حماية سلامة بنية علامة التبويب

تكون عروات البطارية رفيعة نسبيًا (خاصة في البطاريات الجرابية، حيث يمكن أن يصل سمكها إلى 0.08 مم). تؤدي طرق الطلاء بالتلامس التقليدية (مثل الطلاء بالأسطوانة) أو الرش بالضغط العالي- (ضغط تأثير تدفق الهواء > 0.3MPa) بسهولة إلى تشوه اللسان وتجعده، مما يؤثر على إغلاق التغليف اللاحق. علاوة على ذلك، فإن الخدوش أو المسافات البادئة الموجودة على سطح اللسان تصبح نقاط تركيز ضغط، مما قد يتسبب في حدوث تشقق أثناء تمدد البطارية وانكماشها أثناء الشحن والتفريغ.

مزايا الرش بالموجات فوق الصوتية: تعتمد عملية الانحلال على الاهتزاز بالموجات فوق الصوتية (بدون تأثير تدفق الهواء عالي الضغط)، ويستخدم توصيل القطرات غازًا حاملًا منخفض الضغط (الضغط < 0.05 ميجا باسكال). قوة التأثير على علامات التبويب هي فقط 1/10 من قوة رش الهواء التقليدي، مما يتجنب تمامًا تشوه علامات التبويب.

يمكن تعديل مسافة الرش بمرونة (50-200 مم)، مما يلغي الحاجة إلى الاتصال الوثيق بسطح اللسان ويقلل من خطر الاحتكاك والخدوش بين الفوهة وعلامة التبويب.

دراسة الحالة: تعرضت إحدى الشركات المصنعة لبطاريات الليثيوم الاستهلاكية التي تنتج-عبوات نحاسية ناعمة (بسمك 0.1 مم) إلى معدل تشوه للعروات بنسبة 8% ومعدل تسرب بنسبة 3% بعد التغليف عند استخدام الطلاء الأسطواني التقليدي. بعد التحول إلى رش الانحلال بالموجات فوق الصوتية، انخفض معدل تشوه علامة التبويب إلى أقل من 0.3%، وتم التحكم في معدل التسرب إلى حدود 0.1%، وخشونة سطح علامة التبويب Ra <0.2μm (تلبية متطلبات التغليف اللاصق).

 

ثالثا. الاستخدام العالي للمواد - تقليل تكلفة المعادن الثمينة/المعاجين ذات القيمة العالية-المعاجين ذات القيمة العالية تستخدم الطلاءات العازلة لعلامة التبويب البطارية عادة معاجين البوليمر مثل PVDF وPTFE، أو المعاجين المركبة التي تحتوي على مساحيق السيراميك (مثل الألومينا). تستخدم بعض التطبيقات-المتطورة معاجين مركبة عازلة موصلة تحتوي على معادن ثمينة مثل الفضة والنيكل، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف المواد (على سبيل المثال، تبلغ تكلفة معجون PVDF حوالي 500 يوان صيني/كجم).

مزايا الرش بالموجات فوق الصوتية: تعمل القطرات المتناثرة ذات الاتجاه القوي على القضاء على "الضباب المتطاير"، مما يحقق معدل استخدام للمواد يبلغ 85%-95% (مقارنة بـ 30%-50% فقط لرش الهواء التقليدي، مع إهدار كبير للمواد بسبب تدفق الهواء).

يمكن التحكم بدقة في سرعة التغذية (0.1-10 مل/دقيقة) عبر نظام PLC، والتكيف مع متطلبات الطلاء لعروض علامات التبويب المختلفة وتجنب "الطلاء الزائد".

دراسة حالة: تنتج إحدى شركات بطاريات الطاقة 10 جيجاوات ساعة من بطاريات الليثيوم سنويًا، مما يتطلب طلاء ما يقرب من 200 مليون قرص من الألومنيوم. تتطلب كل علامة تبويب 0.01 جم من الملاط العازل (الاستخدام النظري). يستهلك رش الهواء التقليدي 0.02-0.03 جم من الطين لكل وحدة، بإجمالي 4-6 طن سنويًا، بتكلفة 2-3 مليون يوان صيني. بعد التحول إلى رش الانحلال بالموجات فوق الصوتية، فإن استهلاك الملاط الفعلي يبلغ 0.011-0.013 جرام فقط لكل وحدة، بإجمالي 2.2-2.6 طن سنويًا، مما يقلل التكاليف إلى 1.1-1.3 مليون RMB، مما يؤدي إلى توفير التكاليف السنوية بحوالي 1 مليون RMB.

 

رابعا. تشكيل غشاء ذو ​​درجة حرارة منخفضة + توافق قوي - مناسب للمواد الحساسة للحرارة/العازلة الخاصة
تتطلب بعض ألسنة البطاريات المتطورة مواد عازلة حساسة للحرارة (مثل ملاط ​​مركب PVDF يحتوي على مواد مطاطية، مع مقاومة لدرجة الحرارة أقل من أو تساوي 80 درجة) أو ملاط ​​مسبب للتآكل (مثل مشتتات الفلوروبوليمر). يمكن أن يتسبب الرش الحراري التقليدي (الذي يتطلب تسخينًا إلى أعلى من 100 درجة) في تحلل المواد، ويكون الرش بالضغط العالي-عرضة لفشل المعدات بسبب تآكل الملاط في الفوهات.

مزايا الرش بالموجات فوق الصوتية: الانحلال بالموجات فوق الصوتية يولد الحرارة فقط من خلال الاهتزاز، مع درجة حرارة منطقة الانحلال أقل من أو تساوي 50 درجة. ويحافظ هذا على خصائص المرونة والعزل للمواد الحساسة للحرارة-، مما يمنع تكسر سلسلة البوليمر.

 

يمكن أن تكون الفوهات مصنوعة من مواد مقاومة للتآكل-مثل PTFE، والسيراميك، وHastelloy، كما أنها متوافقة مع الملاط المسبب للتآكل الذي يحتوي على الفلور أو الأحماض والقلويات الضعيفة، مما يؤدي إلى التخلص من خطر تآكل المعدات.

دراسة الحالة: استخدمت إحدى شركات البطاريات ذات الحالة الصلبة مادة عازلة مرنة تحتوي على بولي إيثيريثيركيتون (PEEK) (مقاومة درجات الحرارة أقل من أو تساوي 70 درجة ). يتسبب الرش الحراري التقليدي في تحلل الملاط عند تسخينه إلى 120 درجة، مما يقلل من مقاومة عزل الطلاء من 10¹²Ω إلى 10⁸Ω. التحول إلى رش الانحلال بالموجات فوق الصوتية (تشكيل فيلم في درجة حرارة الغرفة) يحافظ على مقاومة عزل الطلاء عند 10¹²Ω، ويلبي المعامل المرن متطلبات ثني علامات التبويب (عدم التشقق بعد 1000 انحناء).