Wat is de rol van een ultrasone ontfoener bij het ontgassen van batterijschimmel?

Welke rol speelt een ultrasone ontluchter bij het ontgassen van batterijslurry?

Tijdens het ontgassingsproces gebruikt een ultrasone ontluchter de fysieke werking van hoogfrequente ultrasone golven om kleine belletjes die in de slurry vastzitten efficiënt te verwijderen. Dit is cruciaal voor de prestaties van de batterij en de stabiliteit van de productie. Het specifieke werkingsmechanisme en de kernwaarde zijn als volgt:

1. Kernmechanisme voor het ontgassen van belletjes
Batterijslurries (zoals de positieve en negatieve elektrodeslurries van lithium-ion batterijen) zijn samengesteld uit een mengsel van actieve materialen, geleidende agentia, bindmiddelen en oplosmiddelen. Lucht kan gemakkelijk binnendringen tijdens het mengen en transporteren, waardoor belletjes ontstaan met een grootte variërend van micrometers tot millimeters. Ultrasone ontluchters ontgassen belletjes door de volgende middelen:

Cavitationseffect: vernietiging van belletjes
Wanneer ultrasone golven (meestal met een frequentie van 20 kHz tot 100 kHz) zich door de slurry voortplanten, induceren ze hoogfrequente trillingen in het medium, waardoor periodieke drukschommelingen rond de belletjes ontstaan. Tijdens de negatieve drukfase van de geluidsgolf worden de belletjes uitgerekt en uitgebreid. Tijdens de positieve drukfase worden de belletjes ernstig samengedrukt en barsten ze onmiddellijk (cavitationseffect), waarbij het gas dat in de belletjes vastzit vrijkomt naar het oppervlak van de slurry en uiteindelijk het systeem verlaat.

Voor kleine belletjes (vooral die met een diameter van minder dan 50 μm, die moeilijk te verwijderen zijn met traditionele vacuümontgassing) kunnen de hoogfrequente trillingen van ultrasone golven de oppervlaktespanning van de belletjes direct verbreken, waardoor ze samensmelten tot grotere belletjes die gemakkelijker naar boven drijven en worden uitgestoten.

Trillingen bevorderen de migratie van belletjes
De mechanische trillingen van ultrasone golven creëren microscopische convectie door de hele slurry, waardoor belletjes naar het oppervlak worden gedreven en hun opwaartse beweging wordt versneld, waardoor wordt voorkomen dat ze in de slurry vast komen te zitten of tussen vaste deeltjes worden gevangen.

II. Kritieke rol in batterijslurry

Verbetering van de coatingkwaliteit van de elektrode
Resterende belletjes in de slurry kunnen tijdens het coatingproces gaatjes, putjes en een ongelijke coating op het elektrodoppervlak veroorzaken, wat de consistentie van de elektrode beïnvloedt. Ultrasone ontgassing resulteert in een meer uniforme en dichte coating, waardoor het risico op capaciteitsverlies of thermische runaway veroorzaakt door lokale stroomconcentratie tijdens het laden en ontladen wordt verminderd.

Zorgen voor mechanische eigenschappen van de elektrode
Belletjes kunnen de binding tussen het elektrodemateriaal en de stroomafnemer (zoals koper- of aluminiumfolie) verzwakken, wat leidt tot poederverlies en scheuren tijdens het walsen en snijden. Na ontgassing wordt het bindmiddel in de slurry gelijkmatiger verdeeld, waardoor de hechting tussen het actieve materiaal en de stroomafnemer wordt verbeterd en de mechanische sterkte van de elektrode wordt verbeterd.

Optimaliseren van de elektrochemische prestaties van de batterij

Belletjes kunnen de migratie van lithiumionen in de elektrode belemmeren, waardoor de interne weerstand van de batterij toeneemt en de laad- en ontlaadefficiëntie afneemt.

Resterende belletjes kunnen de elektrodestructuur beschadigen als gevolg van volumeveranderingen tijdens het cyclen, waardoor de levensduur van de batterij wordt verkort. Ultrasone ontgassing kan dit risico verminderen en de capaciteitsstabiliteit en prestaties van de batterij verbeteren.

Aanpassing aan de ontgassingsbehoeften van slurries met hoge viscositeit
Batterijslurries (vooral kathodeslurries met een hoog nikkelgehalte en siliciumgebaseerde anodeslurries) hebben doorgaans een hoge viscositeit, waardoor traditionele vacuümontgassing inefficiënt is (belletjes worstelen om door het viskeuze medium te breken en naar boven te drijven). Het cavitationseffect van ultrasone golven kan direct in de slurry werken, waardoor belletjes effectief worden gebroken, zelfs in systemen met een hoge viscositeit, en de tekortkomingen van vacuümontgassing worden gecompenseerd.

III. Synergetische voordelen met traditionele ontgassingsmethoden
Bij de productie van batterijslurry worden ultrasone ontgassingsmachines vaak gebruikt in combinatie met vacuümontgassing, mechanische roerontgassing en andere methoden om een "gecombineerd ontgassingsproces" te vormen:

De vacuümomgeving vermindert het drukverschil tussen de binnen- en buitenkant van de belletjes, waardoor hun uitzetting wordt bevorderd;
De ultrasone golf vernietigt specifiek kleine belletjes en die welke door deeltjes zijn ingekapseld. Samen kunnen deze twee methoden het gasgehalte in de slurry verlagen tot onder de 0,1%, wat voldoet aan de productie-eisen van hoogwaardige batterijen (zoals stroombatterijen en solid-state batterijen).

Samenvatting
Ultrasone ontgassingsmachines gebruiken hoogfrequente trillingen en cavitationseffecten om kleine belletjes in batterijslurry nauwkeurig af te breken. Hun kernrol is het verbeteren van de uniformiteit van de slurry, het waarborgen van de kwaliteit van de elektrode en het optimaliseren van de elektrochemische prestaties van de batterij. Het zijn essentiële apparatuur voor het waarborgen van productconsistentie en betrouwbaarheid in de batterijproductie en zijn met name geschikt voor het ontgassen van slurries met hoge viscositeit en veeleisende nieuwe batterijen.