Что такое технология ультразвуковой дегазации суспензии батареи?

Что такое технология ультразвуковой дегазации суспензии батареи?

Технология ультразвуковой дегазации суспензии аккумуляторной батареи представляет собой передовой процесс, в котором используется ультразвуковая энергия для эффективного удаления пузырьков воздуха из суспензий электродов.

Ниже представлен подробный анализ этой технологии:

I. Предыстория и проблемы: Почему дегазация жидкого навоза имеет решающее значение?

В процессе производства литий-ионных батарей приготовление электродной суспензии является первым шагом и ключевым фактором, определяющим производительность батареи. Суспензия в основном состоит из активных материалов, проводящих агентов, связующих и растворителей (обычно NMP или воды).

Вредное воздействие пузырьков воздуха:

· Дефекты покрытия: После нанесения покрытия и высыхания пузырьки воздуха в суспензии могут образовывать отверстия, впадины или выступы на электроде, нарушая однородность покрытия.

· Повышенное внутреннее сопротивление: пузырьки воздуха занимают места, в которых отсутствует активный материал, что приводит к плохой местной проводимости и увеличению внутреннего сопротивления батареи.

· Ухудшение срока службы в течение цикла: неравномерное покрытие приводит к неравномерному распределению тока во время зарядки и разрядки, ускоряя старение материала электродов и сокращая срок службы батареи.

· Риски безопасности: Серьезные дефекты могут стать причиной выхода батареи из строя.

Поэтому перед нанесением покрытия необходимо максимально тщательно удалить пузырьки воздуха из суспензии.

II. Традиционные методы дегазации и их ограничения

Дегазация вакуумным перемешиванием:

Принцип: при перемешивании суспензии во всю мешалку создается вакуум, снижающий давление окружающего воздуха и вызывающий расширение и лопание пузырьков.

Ограничения:

·Низкая эффективность: в высоковязких тиксотропных суспензиях внутренние пузырьки очень медленно мигрируют к поверхности, что требует длительного времени выдержки в вакууме.

·Ограниченная эффективность: Для пузырьков микронного и субмикронного размера, «захваченных» сетчатой ​​структурой суспензии, одного вакуума недостаточно для эффективного удаления.

·Большое оборудование: Требуется герметичная мешалка, способная выдерживать высокий вакуум, что приводит к высокой стоимости.

Центробежная дегазация:

Принцип: Использует центробежную силу, чтобы «выбрасывать» более легкие пузырьки на поверхность жидкого раствора.

Ограничения:

·Может нарушить дисперсию суспензии, что приведет к осаждению или агломерации частиц.

·Также неэффективно при удалении крошечных пузырьков.

·Сложное оборудование, высокое энергопотребление, требуется пакетная обработка.

III. Принцип технологии ультразвуковой дегазации

Ультразвуковая дегазация по существу использует эффект «акустической кавитации».

Разбивка процесса:

· Ультразвуковая передача: ультразвуковой генератор производит высокочастотный (обычно 20–40 кГц) электрический сигнал, который преобразуется преобразователем в механическую вибрацию. Эта ультразвуковая энергия затем передается в суспензию через амплитудный преобразователь и передающую поверхность.

· Формирование зоны отрицательного давления: Ультразвуковые волны представляют собой тип волн с различной плотностью. В фазе разрежения (зона отрицательного давления) жидкость растягивается, а внутреннее локальное давление снижается.

· Рост ядра кавитации: ранее существовавшие микропузырьки (ядра кавитации) в суспензии быстро расширяются и растут под отрицательным давлением.

· Коллапс зоны положительного давления: В последующей плотной фазе (зона положительного давления) эти выросшие пузырьки мгновенно сжимаются, разрушаются и разрываются на чрезвычайно высоких скоростях.

· Микроструи и ударные волны: Мгновенный взрыв пузырьков создает чрезвычайно интенсивные микроструи и локализованные ударные волны высокой температуры и высокого давления. Это интенсивное физическое действие может:

o Разбивайте большие пузыри: разбивайте большие пузыри на более мелкие.

o Способствовать слиянию: заставлять крошечные, разбросанные пузырьки сталкиваться и сливаться при возмущении, образуя более крупные пузырьки.

Ускоренное всплывание: более крупные пузырьки из-за повышенной плавучести быстро поднимаются на поверхность жидкого раствора и покидают его.

Проще говоря, ультразвуковая дегазация — это процесс «разбивания и сборки»: он «активирует» трудноудаляемые микропузырьки посредством кавитации, заставляя их либо сливаться, увеличиваться в размерах и быстро подниматься, либо непосредственно разрушаться и выбрасываться изнутри.

IV. Технические преимущества

По сравнению с традиционными методами вакуума и центрифугирования ультразвуковая дегазация имеет существенные преимущества:

· Чрезвычайно высокая эффективность: время обработки сокращается с часов до минут или даже десятков секунд.

· Отличные результаты: Обладает сильной способностью удалять пузырьки микронного и субмикронного размера, увеличивая плотность суспензии на 1–5%, достигая почти теоретического безвоздушного состояния.

· Непрерывное онлайн-производство: оно может быть спроектировано как онлайн-система каналов потока, в которой дегазация шлама непрерывно завершается во время транспортировки по трубопроводу, что идеально соответствует потребностям крупномасштабного непрерывного производства. Это революционный прогресс.

· Поддержание стабильности суспензии: Умеренная ультразвуковая энергия не повреждает стабильность дисперсии суспензии и может даже способствовать деагломерации небольших агломератов.

• Небольшие размеры и простота интеграции: компактная структура онлайн-оборудования позволяет легко интегрировать его в существующие производственные линии.

V. Формы заявок и оборудование

Ультразвуковая дегазационная машина периодической обработки:

• Подобно мощному лабораторному ультразвуковому очистителю, контейнеры со шламом помещаются в резервуар для обработки.

• В основном используется для НИОКР, мелкосерийного производства или восстановительной обработки существующих шламов.

Онлайн-система непрерывной ультразвуковой дегазации:

Основные компоненты:

Ультразвуковой генератор, преобразователь, проточный канал с поверхностью, излучающей ультразвук.

Рабочий процесс: суспензия прокачивается через одну или несколько обработанных ультразвуком камер или секций труб, подвергаясь дегазации во время потока, а затем непосредственно поступает в систему подачи машины для нанесения покрытия.

В настоящее время это предпочтительное решение для основных производителей аккумуляторов, модернизирующих свои производственные линии.

VI Проблемы и соображения

• Контроль энергии: Чрезмерная ультразвуковая энергия может вызвать перегрев суспензии (кавитация генерирует значительное количество тепла), что потенциально может привести к испарению растворителя или изменению свойств связующего. Поэтому требуется точная система контроля температуры (например, рубашка охлаждения).

• Оптимизация процесса: такие параметры, как мощность ультразвука, частота, время обработки (или скорость потока) и вязкость суспензии, необходимо точно оптимизировать, чтобы найти баланс между достижением оптимальной дегазации и предотвращением негативных воздействий.

• Износ оборудования. Эффекты кавитации могут вызвать кавитационный износ поверхности, передающей ультразвук, что требует использования износостойких материалов (таких как титановые сплавы) и регулярного технического обслуживания.

Резюме: Технология ультразвуковой аккумуляторной дегазации суспензии представляет собой революционную инновацию, которая решает проблемы традиционных методов дегазации, такие как низкая эффективность, плохой эффект и трудности в непрерывной работе. Используя мощный физический принцип акустической кавитации, он может эффективно и глубоко удалять пузырьки воздуха из суспензии, тем самым значительно улучшая качество и однородность покрытия электродов, в конечном итоге закладывая прочную основу для производства литий-ионных батарей следующего поколения с высокой плотностью энергии, длительным сроком службы и высокой безопасностью. Поскольку требования аккумуляторной промышленности к качеству и эффективности продолжают расти, эта технология быстро становится стандартной функцией высокотехнологичных линий по производству аккумуляторов.