Wie kann die Ultraschall-Sprühbeschichtung die Herstellung von Batterieelektroden verbessern?

Mit der rasanten Entwicklung neuer Energiefahrzeuge, Energiespeichersysteme und Unterhaltungselektronik stellt die Batterieherstellungstechnologie immer höhere Anforderungen an die Elektrodenleistung. Die Gleichmäßigkeit, Dickenkontrolle, Materialausnutzung und Schnittstellenqualität der Elektrodenbeschichtungen wirken sich direkt auf die Energiedichte, die Lebensdauer und die Konsistenz der Batterie aus.

 

Bei herkömmlichen Elektrodenherstellungsprozessen werden Klingenbeschichtung, Walzenbeschichtung und Schlitzbeschichtung häufig in der Produktion im großen Maßstab eingesetzt. Für die Beschichtung von Dünnschichtelektroden, Funktionsschichten, Laborforschung, neuartigen Batteriematerialien und komplexen Substraten entwickelt sich die Ultraschallzerstäubungssprühtechnologie jedoch zu einer wichtigen Präzisionsbeschichtungslösung. Das Ultraschallsprühen eignet sich besonders für dünne Funktionsschichten, Formulierungen mit niedrigem bis mittlerem Feststoffgehalt, mehrschichtige Strukturen und die Entwicklung fortschrittlicher Batteriematerialien, ersetzt jedoch nicht unbedingt alle groß angelegten herkömmlichen Beschichtungsverfahren für dicke Elektroden mit hohem Feststoffgehalt.

 

Hauptanwendungen des Ultraschallzerstäubungssprühens in Batterieelektroden

1. Aufsprühen des Materials der positiven Elektrode
Ultraschallzerstäubungssprühen kann verwendet werden, um aktive Materialien der positiven Elektrode gleichmäßig auf der Oberfläche von Stromkollektoren, wie z. B. Aluminiumfolie, abzuscheiden. Abhängig vom Batteriesystem und der Materialformulierung kann es für Materialien im Zusammenhang mit Lithiumeisenphosphat (LFP), ternäre Kathodenmaterialien, leitfähige Rußdispersionen, Graphen- und Kohlenstoffnanomaterialien, Bindemittel und funktionelle Additive verwendet werden. Durch mehrfaches Aufsprühen dünner Schichten kann nach und nach die gewünschte funktionelle Beschichtung gebildet und die Gleichmäßigkeit der Materialverteilung auf der Substratoberfläche verbessert werden.

2. Aufsprühen des Materials der negativen Elektrode
Für Graphit, Materialien auf Silizium--Basis und andere neuartige Anodenmaterialien kann Ultraschallsprühen zur experimentellen Elektrodenherstellung und zur Abscheidung funktioneller Oberflächenschichten eingesetzt werden. Insbesondere bei der Erforschung neuartiger Silizium-Kohlenstoff-Anoden, Graphen-Verbundwerkstoffe und Nanomaterialien kann das Sprühen dazu beitragen, eine flexiblere Materialabscheidung und mehrschichtige Strukturgestaltung zu erreichen.

3. Funktionelle Beschichtungen auf Kupfer- und Aluminiumfolienoberflächen
Kupferfolie und Aluminiumfolie sind häufig verwendete Stromkollektormaterialien in Lithiumbatterien. Ultraschall-Sprühgeräte können auf ihren Oberflächen leitfähige Schichten, Kohlenstoffmaterialbeschichtungen, haftvermittelnde Schichten, Schutzschichten und funktionelle Schnittstellenschichten auftragen.

4. Funktionsbeschichtung für Batterieseparator
Neben dem direkten Aufsprühen von Elektrodenmaterialien kann das Ultraschallzerstäubungssprühen auch zur Funktionalisierung von Batterieseparatoren eingesetzt werden, beispielsweise von Keramikpartikelbeschichtungen, Polymerfunktionsschichten, Graphenoxidbeschichtungen, isolierenden Schutzschichten und modifizierten Grenzflächenschichten.

 

Hauptvorteile von Ultraschallzerstäubungssprühgeräten

1. Gute Beschichtungsgleichmäßigkeit
Durch die Ultraschallzerstäubung können winzige Tröpfchen entstehen, die dann mithilfe einer Präzisionsbewegungsplattform gescannt und versprüht werden, wodurch das Material gleichmäßiger auf der Substratoberfläche verteilt wird.

2. Ermöglicht eine präzise Dickenkontrolle
Das Gerät kann die endgültige Beschichtungsdicke anpassen, indem es die Flüssigkeitsdurchflussrate, die Sprühgeschwindigkeit, die Anzahl der Sprühstöße, die Geschwindigkeit der Düsenbewegung, den Sprühabstand und die Substrattemperatur steuert.

3. Materialverschwendung reduzieren
Batteriematerialien, insbesondere Nanomaterialien, neuartige Festkörperelektrolytmaterialien und hochwertige Aktivmaterialien, sind in der Regel teuer. Ultraschallsprühen kann durch präzise Flüssigkeitszufuhr und gerichtetes Sprühen Materialien in bestimmten Bereichen abscheiden und so dazu beitragen, den Materialverbrauch während des Forschungs- und Entwicklungsprozesses zu reduzieren.

4. Geeignet für komplexe Untergründe
Neben herkömmlichen flachen Kupfer- und Aluminiumfolien kann das Ultraschallspritzen auch auf poröse Strukturen und komplexe Oberflächen angewendet werden.

 

Für welche Batterietypen ist es geeignet?

Die Ultraschallzerstäubungssprühtechnologie kann in der Forschung und Entwicklung sowie in der Prozessentwicklung in den folgenden Bereichen eingesetzt werden:

• Lithium--Ionen-Akku

• Festkörperbatterien

• Natrium-Ionen-Batterie

• Lithium-Metall-Batterien

• Brennstoffzellenbezogene Elektroden

• Flexible Batterien

• Mikrobatterie

• Strukturbatterien

• Forschung und Entwicklung neuer Energiespeichermaterialien

 

Anwendungswert von RPS-SONIC Ultraschall-Sprühgeräten in der Batterieindustrie

Die RPS-SONIC-Ultraschallzerstäubungssprühgeräte können je nach Batteriematerialien und Prozessanforderungen konfiguriert werden. Durch Ultraschalldüsen, Präzisionsflüssigkeitsversorgungssysteme, automatische Bewegungsplattformen und Heizsysteme kann ein automatisiertes und gleichmäßiges Sprühen von Elektrodenmaterialien erreicht werden.

 

Die Ausrüstung kann verwendet werden für:

• Sprühen von positiven Elektrodenmaterialien für Batterien

• Sprühen von negativen Elektrodenmaterialien für Batterien

• Beschichtung von Kupfer- und Aluminiumfolienoberflächen

• Spritzen von leitfähigen Kohlenstoffmaterialien

• Beschichtung von Graphen- und Kohlenstoff-Nanomaterialien

• Funktionelle Beschichtung von Batterieseparatoren

• Vorbereitung von Dünnfilmen für Festkörperbatterien

• Mehrschichtige und verlaufende Funktionsbeschichtungen

• Experimentelle und Pilot-Tests neuartiger Batteriematerialien