Wie wird das Ultraschallzerstäubungssprühen für die Isolierbeschichtung von Batterielaschen eingesetzt?

Wenn das Ultraschallzerstäubungssprühen für die Isolierbeschichtung von Batterielaschen verwendet wird, werden zunächst geeignete Isoliermaterialien angepasst und vor-behandelt. Anschließend wird durch einen präzisen Zerstäubungs- und Abscheidungsprozess ein Film gebildet. Durch die Parametersteuerung kann auch die Beschichtungsqualität sichergestellt werden, sodass sie für die Produktion in großem Maßstab geeignet ist. Der spezifische Prozess und die Details sind wie folgt:

**Vorbereitende Materialvorbereitung und -anpassung:** Batterielaschen bestehen meist aus Aluminium oder Kupfer, was die Auswahl von Isoliermaterialien erfordert, die gegen Elektrolytkorrosion beständig sind. Üblicherweise werden Polymerschlämme wie PVDF (Polyvinylidenfluorid) und PTFE (Polytetrafluorethylen) verwendet. Um eine Elektrolytkorrosion der Laschen zu verhindern, können auch Verbundschlämme verwendet werden, die Bindemittel und anorganische Isoliermaterialien enthalten.
**Anschließende Schlammvorbehandlung:** Die Viskosität des Materials wird auf den für die Ultraschallzerstäubung geeigneten Bereich eingestellt. Die Ultraschalldispersion verhindert die Partikelagglomeration in der Aufschlämmung, sorgt für eine gleichmäßige und stabile Aufschlämmung, verhindert ein späteres Verstopfen des Zerstäubungskopfs und garantiert die Beschichtungsdichte.

Vor der Beschichtung muss die Elektrodenoberfläche gereinigt werden, um Öl, Grate und andere Verunreinigungen zu entfernen, um zu verhindern, dass sie die Haftung zwischen der Beschichtung und der Elektrode beeinträchtigen und das Risiko eines Isolationsfehlers verringern. Gleichzeitig muss die Ultraschallbeschichtungsanlage debuggt werden. Basierend auf den Elektrodenabmessungen (z. B. Breite und Dicke) und den Beschichtungsanforderungen wird ein korrosionsbeständiger Zerstäuberkopf ausgewählt und ein automatisiertes Drei-Achsen-Bewegungssystem oder ein Roboterarm steuert den Sprühweg. Die Ultraschallfrequenz, die Sprührate und die Substrattemperatur werden über ein Computer-SPS-System voreingestellt, um die Sprühgenauigkeit sicherzustellen.

 

Zerstäubung und präzise Filmabscheidung: Die vorbehandelte Isolierschlämme wird zunächst über ein Zuführsystem der Ultraschallzerstäubungsdüse zugeführt. Der piezoelektrische Keramikwandler im Inneren der Düse erzeugt hochfrequente mechanische Schwingungen von 10-180 kHz unter Anregung eines hochfrequenten elektrischen Signals. Diese Schwingungsenergie wird auf die Oberfläche der Aufschlämmung übertragen, wodurch die Aufschlämmung die Oberflächenspannung überwindet und in gleichmäßige Mikrotröpfchen von 1-50 μm zerfällt, die einen Zerstäubungskegel bilden. Anschließend werden diese Mikrotröpfchen, angetrieben durch ein inertes Trägergas wie Stickstoff, gezielt zum vorgesehenen Bereich der Batterieelektrode transportiert. Durch dieses berührungslose Sprühverfahren wird eine physische Beschädigung der Laschen vermieden.

Nachdem sich die Tröpfchen auf der Laschenoberfläche abgeschieden haben, wird das Lösungsmittel in der Aufschlämmung durch Trocknen bei niedriger Temperatur entfernt, wodurch eine nadelstichfreie, hochdichte Isolierbeschichtung entsteht. Während des Sprühens können Parameter wie Zerstäubungsleistung und Vorschubgeschwindigkeit angepasst werden, um den Beschichtungsdickenfehler innerhalb von ±5 % zu kontrollieren und so die Anforderungen an ultradünne Beschichtungen für die Laschenisolierung zu erfüllen. Gleichzeitig wird durch das Ultraschallspritzen eine Materialausnutzungsrate von 85–95 % erreicht, wodurch der Abfall von Isoliermaterial reduziert und die Produktionskosten gesenkt werden.

 

Für die Massenproduktion im großen Maßstab kann ein Design mit mehreren -Düsen verwendet werden, um eine Sprühbreite-mit großer Breite zu erreichen und so die Stapelverarbeitung von Tabs mit unterschiedlichen Spezifikationen zu ermöglichen. Das Gerät unterstützt auch das kontinuierliche Sprühen rund um die Uhr und mit einem automatisierten Steuerungssystem wird der manuelle Eingriff reduziert. Dies gewährleistet die Konsistenz der Laschenbeschichtung in jeder Charge während der Massenproduktion und verbessert gleichzeitig die Produktionseffizienz, um den Anforderungen der Großserienfertigung in der Batterieindustrie gerecht zu werden.

 

Das Ultraschallzerstäubungssprühen bietet wesentliche Vorteile bei Beschichtungsanwendungen für Batterielaschen und erfüllt die Kernanforderungen der Batterieherstellung (Sicherheit, Konsistenz, Kostenkontrolle und Skalierbarkeit). Im Vergleich zum herkömmlichen Spritzen (Luftspritzen, Hochdruck-Airless-Spritzen), Tauchbeschichtung und anderen Verfahren sind seine Vorteile deutlicher und leichter anwendbar. Die folgende Erläuterung, basierend auf spezifischen Industrieszenarien und Daten, verdeutlicht diese Vorteile:

I. Präzise und kontrollierbare Beschichtungsgleichmäßigkeit und -dicke – Lösung des Kernproblems „Isolierungsversagen“
Batterielaschen (Aluminium/Kupfer-Material, typischerweise 3–20 mm breit und 0,1–0,3 mm dick) erfordern isolierende Beschichtungen, die frei von Nadellöchern sind, keine Lücken aufweisen und gleichmäßig dick sind (typischerweise 5–50 μm). Andernfalls kann es zu Korrosion zwischen der Lasche und dem Elektrolyten oder zu Kurzschlüssen zwischen der positiven und negativen Elektrode kommen, was ein Sicherheitsrisiko darstellt.

Vorteile des Ultraschallsprühens: Gleichmäßige zerstäubte Partikelgröße (genau kontrollierbar von 1–50 μm), keine „Tröpfchenaggregation“, wenn sich Tröpfchen auf der Laschenoberfläche ablagern, und Fehler bei der Beschichtungsdicke kleiner oder gleich ±5 % (im Vergleich zu ±15 %–20 % beim herkömmlichen Luftspritzen). Unterstützt „präzises lokales Sprühen“, sodass nur kritische Bereiche wie die Kanten der Laschen und Schweißbereiche beschichtet werden können, wodurch vermieden wird, dass die Beschichtung die leitenden Kontaktflächen der Laschen (wie die Schweißpunkte zwischen den Laschen und Elektrodenblechen) bedeckt, wodurch nachfolgende Laserätzprozesse entfallen.

Fallstudie: Ein Hersteller von Leistungsbatterien nutzte das Sprühen von PVDF-Isolierschlämmen zur Herstellung von Aluminiumlaschen, was eine Beschichtungsdicke von 15 ± 2 μm erforderte. Herkömmliches Luftsprühen führte zu einer ungleichmäßigen Tröpfchengröße, was dazu führte, dass 30 % der Laschen „lokale Bereiche mit übermäßiger Dünnheit“ aufwiesen (<10μm)" or "localized areas of excessive thickness (>20 μm).“ Die dünneren Bereiche korrodierten innerhalb von 3 Monaten nach dem Eintauchen des Elektrolyten. Nach der Umstellung auf Ultraschallzerstäubungsspritzen verbesserte sich die Gleichmäßigkeit der Beschichtungsdicke auf 15 ± 0,7 μm, die Korrosionsausfallrate sank auf unter 0,5 % und die Lebensdauer der Batterie erhöhte sich von 1200 Zyklen auf 1500 Zyklen.

 

II. Berührungsloses Sprühen + geringe-schädigende Filmbildung – Schutz der Integrität der Laschenstruktur

Batterielaschen sind relativ dünn (insbesondere bei Beutelbatterien, wo die Dicke nur 0,08 mm betragen kann). Herkömmliche Kontaktbeschichtungsmethoden (z. B. Walzenbeschichtung) oder Hochdruckspritzen (Luftstrom-Aufpralldruck > 0,3 MPa) führen leicht zu einer Verformung und Faltenbildung der Laschen, was die anschließende Versiegelung der Kapselung beeinträchtigt. Darüber hinaus werden Kratzer oder Vertiefungen auf der Laschenoberfläche zu Spannungskonzentrationspunkten, die möglicherweise zu Rissen während der Ausdehnung und Kontraktion des Akkus während des Ladens und Entladens führen.

Vorteile des Ultraschallsprühens: Der Zerstäubungsprozess basiert auf Ultraschallvibrationen (ohne Aufprall eines Luftstroms mit hohem -Druck) und für die Tröpfchenabgabe wird ein Trägergas mit niedrigem {1}Druck (Druck < 0,05 MPa) verwendet. Die Aufprallkraft auf die Laschen beträgt nur 1/10 der beim herkömmlichen Luftspritzen, wodurch eine Verformung der Laschen vollständig vermieden wird.

Der Sprühabstand kann flexibel eingestellt werden (50–200 mm), sodass kein enger Kontakt mit der Tab-Oberfläche erforderlich ist und das Risiko von Reibung und Kratzern zwischen Düse und Tab verringert wird.

Fallstudie: Ein Hersteller von Lithiumbatterien für Endverbraucher, der Softpack-Kupferlaschen (0,1 mm dick) herstellt, verzeichnete nach der Einkapselung bei Verwendung herkömmlicher Walzenbeschichtung eine Laschenverformungsrate von 8 % und eine Leckagerate von 3 %. Nach der Umstellung auf Ultraschallzerstäubungssprühen sank die Laschenverformungsrate auf unter 0,3 %, die Leckagerate wurde auf 0,1 % kontrolliert und die Laschenoberflächenrauheit Ra < 0,2 μm (erfüllt die Anforderungen für die Verkapselungsklebstoffbindung).

 

III. Hohe Materialausnutzung – Reduzierung der Kosten für Edelmetalle/hochwertige Pasten. Für Isolierbeschichtungen für Batterielaschen werden üblicherweise Polymerpasten wie PVDF und PTFE oder Verbundpasten mit Keramikpulvern (wie Aluminiumoxid) verwendet. Einige High-End-Anwendungen verwenden leitfähige isolierende Verbundpasten, die Edelmetalle wie Silber und Nickel enthalten, was zu höheren Materialkosten führt (z. B. kostet PVDF-Paste etwa 500 RMB/kg).

Vorteile des Ultraschallspritzens: Stark gerichtete, zerstäubte Tröpfchen eliminieren „fliegenden Nebel“ und erreichen eine Materialausnutzungsrate von 85–95 % (im Vergleich zu nur 30–50 % beim herkömmlichen Luftspritzen, wobei durch den Luftstrom erhebliche Materialverschwendung entsteht).

Die Zufuhrgeschwindigkeit (0,1-10 ml/min) kann über ein SPS-System präzise gesteuert werden, passt sich den Beschichtungsanforderungen für unterschiedliche Laschenbreiten an und vermeidet „Überbeschichtung“.

Fallstudie: Ein Energiebatterieunternehmen produziert jährlich 10 GWh Lithiumbatterien und erfordert die Beschichtung von etwa 200 Millionen Aluminiumlaschen. Für jede Lasche werden 0,01 g Isolierschlämme benötigt (theoretischer Verbrauch). Beim herkömmlichen Luftspritzen werden 0,02 bis 0,03 g Schlamm pro Einheit verbraucht, was insgesamt 4 bis 6 Tonnen pro Jahr entspricht, was Kosten in Höhe von 2 bis 3 Millionen RMB verursacht. Nach der Umstellung auf Ultraschallzerstäubungssprühen beträgt der tatsächliche Schlammverbrauch nur 0,011–0,013 g pro Einheit, was insgesamt 2,2–2,6 Tonnen pro Jahr entspricht, wodurch die Kosten auf 1,1–1,3 Millionen RMB gesenkt werden, was zu jährlichen Kosteneinsparungen von etwa 1 Million RMB führt.

 

IV. Filmbildung bei niedrigen-Temperaturen + starke Kompatibilität – geeignet für wärmeempfindliche/spezielle Isoliermaterialien
Einige High-End-Batterieanschlüsse erfordern wärmeempfindliche Isoliermaterialien (z. B. PVDF-Verbundschlämme mit Elastomeren und einer Temperaturbeständigkeit von höchstens 80 Grad) oder korrosive Schlämme (z. B. Fluorpolymerdispersionen). Herkömmliches thermisches Spritzen (das Erhitzen auf über 100 Grad erfordert) kann zur Materialzersetzung führen, und beim Spritzen mit hohem Druck kann es aufgrund von Schlammkorrosion der Düsen zu Geräteausfällen kommen.

Vorteile des Ultraschallsprühens: Die Ultraschallzerstäubung erzeugt Wärme nur durch Vibration, wobei die Temperatur der Zerstäubungszone höchstens 50 Grad beträgt. Dadurch bleiben die Elastizität und Isolationseigenschaften hitzeempfindlicher Materialien erhalten und ein Bruch der Polymerkette wird verhindert.

 

Düsen können aus korrosionsbeständigen Materialien wie PTFE, Keramik und Hastelloy hergestellt werden und sind mit korrosiven Schlämmen kompatibel, die Fluor oder schwache Säuren und Laugen enthalten, wodurch das Risiko einer Korrosion der Ausrüstung ausgeschlossen wird.

Fallstudie: Ein Hersteller von Festkörperbatterien verwendete einen elastischen Isolierschlamm mit Polyetheretherketon (PEEK) (Temperaturbeständigkeit kleiner oder gleich 70 Grad). Beim herkömmlichen thermischen Spritzen zersetzte sich die Aufschlämmung beim Erhitzen auf 120 Grad, wodurch sich der Isolationswiderstand der Beschichtung von 10¹²Ω auf 10⁸Ω verringerte. Durch die Umstellung auf Ultraschallzerstäubungssprühen (Filmbildung bei Raumtemperatur) blieb der Isolationswiderstand der Beschichtung bei 10¹²Ω, und der Elastizitätsmodul erfüllte die Anforderungen für das Biegen der Laschen (keine Risse nach 1000 Biegungen).