Comment la pulvérisation par atomisation ultrasonique est-elle utilisée pour le revêtement isolant des languettes de batterie ?

Lorsque la pulvérisation par atomisation ultrasonique est utilisée pour le revêtement isolant des languettes de batterie, elle correspond et prétraite-les matériaux isolants appropriés, puis forme un film grâce à un processus précis d'atomisation et de dépôt. Le contrôle des paramètres peut également garantir la qualité du revêtement, ce qui le rend adapté à une production à grande échelle-. Le processus spécifique et les détails sont les suivants :

**Préparation et adaptation préliminaires des matériaux :** Les languettes de batterie sont principalement en aluminium ou en cuivre, ce qui nécessite la sélection de matériaux isolants résistants à la corrosion électrolytique. Les boues de polymères telles que le PVDF (fluorure de polyvinylidène) et le PTFE (polytétrafluoroéthylène) sont couramment utilisées. Des boues composites contenant des liants et des matériaux isolants inorganiques peuvent également être utilisées pour empêcher la corrosion électrolytique des languettes.
**Prétraitement ultérieur de la boue :** La viscosité du matériau est ajustée à la plage adaptée à l'atomisation par ultrasons. La dispersion ultrasonique élimine l'agglomération des particules dans la boue, garantissant une boue uniforme et stable, empêchant le colmatage ultérieur de la tête d'atomisation et garantissant la densité du revêtement.

Avant le revêtement, la surface de l'électrode doit être nettoyée pour éliminer l'huile, les bavures et autres impuretés afin d'éviter qu'elles n'affectent l'adhérence entre le revêtement et l'électrode et de réduire le risque de défaillance de l'isolation. Simultanément, l’équipement de revêtement par ultrasons doit être débogué. En fonction des dimensions de l'électrode (telles que la largeur et l'épaisseur) et des exigences de revêtement, une tête d'atomisation résistante à la corrosion-est sélectionnée et un système de mouvement automatisé à trois-axes ou un bras robotique contrôle le chemin de pulvérisation. La fréquence ultrasonique, le taux de pulvérisation et la température du substrat sont prédéfinis via un système informatique PLC pour garantir la précision de la pulvérisation.

 

Atomisation et dépôt précis du film : La suspension isolante prétraitée est d'abord introduite dans la buse d'atomisation à ultrasons via un système d'alimentation. Le transducteur piézoélectrique en céramique à l'intérieur de la buse génère des vibrations mécaniques à haute -fréquence de 10-180 kHz sous une excitation de signal électrique à haute-fréquence. Cette énergie vibratoire est transférée à la surface de la boue, ce qui amène la boue à surmonter la tension superficielle et à se briser en micro-gouttelettes uniformes de 1-50 μm, formant un cône d'atomisation. Ensuite, entraînées par un gaz porteur inerte tel que l’azote, ces micro-gouttelettes sont transportées de manière directionnelle vers la zone désignée de l’électrode de la batterie. Ce processus de pulvérisation sans contact évite les dommages physiques aux languettes.

Une fois les gouttelettes déposées sur la surface de la languette, le solvant présent dans la suspension est éliminé par séchage à basse température-, formant ainsi un revêtement isolant très dense et sans trous d'épingle-. Pendant la pulvérisation, des paramètres tels que la puissance d'atomisation et le débit d'alimentation peuvent être ajustés pour contrôler l'erreur d'épaisseur du revêtement dans une plage de ± 5 %, répondant ainsi aux exigences de revêtement ultra fin pour l'isolation des languettes. Simultanément, la pulvérisation par ultrasons atteint un taux d'utilisation des matériaux de 85 à 95 %, réduisant ainsi les déchets de matériaux isolants et les coûts de production.

 

Pour une production de masse à grande échelle, une conception à plusieurs-réseaux de buses peut être utilisée pour obtenir une pulvérisation sur une grande-largeur, permettant le traitement par lots de languettes de spécifications différentes. L'équipement prend également en charge une pulvérisation continue 24-heures, et grâce à un système de contrôle automatisé, l'intervention manuelle est réduite. Cela garantit la cohérence du revêtement des languettes dans chaque lot pendant la production de masse tout en améliorant l'efficacité de la production, répondant ainsi aux besoins de fabrication à grande échelle dans l'industrie des batteries.

 

La pulvérisation par atomisation ultrasonique offre des avantages essentiels dans les applications de revêtement de languettes de batterie, répondant aux principales exigences de la fabrication de batteries (sécurité, cohérence, contrôle des coûts et évolutivité). Par rapport à la pulvérisation traditionnelle (pulvérisation à air, pulvérisation sans air à haute-pression), au revêtement par immersion et à d'autres processus, ses avantages sont plus importants et facilement applicables. L’explication suivante, basée sur des scénarios et des données industrielles spécifiques, illustre ces avantages :

I. Uniformité et épaisseur du revêtement précises et contrôlables – Résoudre le problème principal de la « défaillance de l'isolation »
Les languettes de batterie (matériau en aluminium/cuivre, généralement de 3 à 20 mm de large et de 0,1 à 0,3 mm d'épaisseur) nécessitent des revêtements isolants exempts de trous d'épingle, sans zones manquées et d'une épaisseur uniforme (généralement de 5 à 50 μm). Ne pas y parvenir peut entraîner une corrosion entre la languette et l'électrolyte, ou des courts-circuits entre les électrodes positives et négatives, présentant des risques pour la sécurité.

Avantages de la pulvérisation par ultrasons : taille de particule atomisée uniforme (contrôlable avec précision de 1 à 50 μm), pas d'"agrégation de gouttelettes" lorsque les gouttelettes se déposent sur la surface de la languette et erreur d'épaisseur de revêtement inférieure ou égale à ± 5 % (par rapport à ± 15 % à 20 % pour la pulvérisation pneumatique traditionnelle). Prend en charge la « pulvérisation localisée précise », permettant le revêtement uniquement sur les zones critiques telles que les bords des languettes et les zones de soudure, évitant ainsi le revêtement recouvrant les surfaces de contact conductrices des languettes (telles que les points de soudure entre les languettes et les feuilles d'électrodes), éliminant ainsi le besoin de processus de gravure laser ultérieurs.

Étude de cas : Un fabricant de batteries électriques a utilisé la pulvérisation de boue isolante PVDF pour produire des languettes en aluminium, nécessitant une épaisseur de revêtement de 15 ± 2 μm. La pulvérisation d'air traditionnelle entraînait des gouttelettes de taille inégale, ce qui faisait que 30 % des languettes présentaient « des zones localisées d'une minceur excessive (<10μm)" or "localized areas of excessive thickness (>20 μm)." Les zones les plus fines se sont corrodées dans les 3 mois suivant l'immersion dans l'électrolyte. Après le passage à la pulvérisation par atomisation ultrasonique, l'uniformité de l'épaisseur du revêtement s'est améliorée à 15 ± 0,7 μm, le taux de défaillance par corrosion est tombé en dessous de 0,5 % et la durée de vie de la batterie est passée de 1 200 cycles à 1 500 cycles.

 

II. Pulvérisation sans-contact + formation de film à faible-dommages – Protéger l'intégrité de la structure de l'onglet

Les languettes de batterie sont relativement fines (en particulier dans les batteries de poche, où l'épaisseur peut être aussi faible que 0,08 mm). Les méthodes traditionnelles de revêtement par contact (telles que le revêtement au rouleau) ou la pulvérisation à haute pression (pression d'impact du flux d'air > 0,3 MPa) conduisent facilement à une déformation et à un froissement de la languette, affectant ensuite l'étanchéité de l'encapsulation. De plus, les rayures ou les empreintes sur la surface de la languette deviennent des points de concentration de contraintes, provoquant potentiellement des fissures lors de l'expansion et de la contraction de la batterie pendant la charge et la décharge.

Avantages de la pulvérisation par ultrasons : le processus d'atomisation repose sur des vibrations ultrasoniques (sans impact du flux d'air à haute-pression) et l'administration de gouttelettes utilise un gaz vecteur à basse-pression (pression < 0,05 MPa). La force d'impact sur les languettes n'est que de 1/10 de celle d'une pulvérisation d'air traditionnelle, évitant ainsi complètement la déformation des languettes.

La distance de pulvérisation peut être ajustée de manière flexible (50-200 mm), éliminant ainsi le besoin d'un contact étroit avec la surface de la languette et réduisant le risque de frottement et de rayures entre la buse et la languette.

Étude de cas : Un fabricant de batteries au lithium grand public produisant des languettes en cuivre-souples (0,1 mm d'épaisseur) a constaté un taux de déformation des languettes de 8 % et un taux de fuite de 3 % après encapsulation lors de l'utilisation d'un revêtement au rouleau traditionnel. Après le passage à la pulvérisation par atomisation ultrasonique, le taux de déformation de la languette est tombé en dessous de 0,3 %, le taux de fuite a été contrôlé à 0,1 % près et la rugosité de la surface de la languette Ra < 0,2 μm (répondant aux exigences de collage par encapsulation).

 

III. Utilisation élevée des matériaux – Réduction du coût des métaux précieux/pâtes à haute valeur-Les revêtements isolants pour languettes de batterie utilisent généralement des pâtes polymères telles que le PVDF et le PTFE, ou des pâtes composites contenant des poudres céramiques (telles que l'alumine). Certaines applications haut de gamme utilisent des pâtes composites isolantes conductrices contenant des métaux précieux tels que l'argent et le nickel, ce qui entraîne des coûts de matériaux plus élevés (par exemple, la pâte PVDF coûte environ 500 RMB/kg).

Avantages de la pulvérisation par ultrasons : les gouttelettes atomisées fortement directionnelles éliminent le « brouillard volant », atteignant un taux d'utilisation du matériau de 85 % à 95 % (contre seulement 30 % à 50 % pour la pulvérisation pneumatique traditionnelle, avec un gaspillage important de matériau dû au flux d'air).

La vitesse d'alimentation (0,1-10 ml/min) peut être contrôlée avec précision via un système PLC, s'adaptant aux exigences de revêtement pour différentes largeurs d'onglets et évitant le « sur-revêtement ».

Étude de cas : Une entreprise de batteries électriques produit 10 GWh de batteries au lithium par an, nécessitant le revêtement d'environ 200 millions de languettes en aluminium. Chaque languette nécessite 0,01 g de coulis isolant (usage théorique). La pulvérisation pneumatique traditionnelle consomme 0,02 à 0,03 g de boue par unité, totalisant 4 à 6 tonnes par an, pour un coût de 2 à 3 millions de RMB. Après le passage à la pulvérisation par atomisation ultrasonique, la consommation réelle de boue n'est que de 0,011 à 0,013 g par unité, totalisant 2,2 à 2,6 tonnes par an, réduisant les coûts à 1,1 à 1,3 millions de RMB, ce qui entraîne des économies annuelles d'environ 1 million de RMB.

 

IV. Formation de film à basse-température + forte compatibilité – Convient aux matériaux thermosensibles/isolants spéciaux
Certaines languettes de batterie haut de gamme nécessitent des matériaux isolants thermosensibles (tels que des boues composites PVDF contenant des élastomères, avec une résistance à la température inférieure ou égale à 80 degrés) ou des boues corrosives (telles que des dispersions de polymères fluorés). La pulvérisation thermique traditionnelle (nécessitant un chauffage au-dessus de 100 degrés) peut provoquer la décomposition du matériau, et la pulvérisation à haute -pression est sujette à une défaillance de l'équipement en raison de la corrosion des buses par la boue.

Avantages de la pulvérisation ultrasonique : L'atomisation ultrasonique génère de la chaleur uniquement par vibration, avec la température de la zone d'atomisation inférieure ou égale à 50 degrés. Cela préserve l'élasticité et les propriétés d'isolation des matériaux sensibles à la chaleur, évitant ainsi la rupture de la chaîne polymère.

 

Les buses peuvent être fabriquées à partir de matériaux résistants à la corrosion-tels que le PTFE, la céramique et l'Hastelloy, et sont compatibles avec les boues corrosives contenant du fluor ou des acides et alcalis faibles, éliminant ainsi le risque de corrosion des équipements.

Étude de cas : Une entreprise de batteries à semi-conducteurs-a utilisé une suspension isolante élastique contenant du polyétheréthercétone (PEEK) (résistance à la température inférieure ou égale à 70 degrés). La pulvérisation thermique traditionnelle provoquait la décomposition de la boue lorsqu'elle était chauffée à 120 degrés, réduisant ainsi la résistance d'isolation du revêtement de 10¹²Ω à 10⁸Ω. Le passage à la pulvérisation par atomisation ultrasonique (formation de film à température ambiante) a maintenu la résistance d'isolation du revêtement à 10¹²Ω, et le module d'élasticité a satisfait aux exigences de flexion des languettes (pas de fissuration après 1 000 courbures).