Ultraschall-Sprühtechnologie für die Batteriebeschichtung

Ultraschall-Sprühtechnologie für die Batteriebeschichtung

Die Ultraschall-Sprühtechnologie ist ebenfalls ein präzises „additives“ Verfahren, das auf Ultraschallzerstäubung basiert. Mithilfe hochfrequenter Vibrationen wird die Aufschlämmung in gleichmäßige Tröpfchen in Mikrometergröße zerkleinert, die dann sanft auf dem Substrat abgelagert werden. Dies eignet sich für Batterieherstellungsprozesse, bei denen Gleichmäßigkeit und Dickenkontrolle von entscheidender Bedeutung sind.

Funktionsprinzip: Von der „Hochdruckextrusion“ zur „sanften Zerstäubung“

Kernmechanismus: Ein piezoelektrischer Wandler wandelt elektrische Energie in hochfrequente mechanische Schwingungen um (typischerweise zwischen 20 kHz und 200 kHz). Diese hochfrequente Vibration erzeugt „Kapillarwellen“ auf der Düsenoberfläche und bricht die über die Oberfläche fließende Aufschlämmung in gleichmäßige Tröpfchen in Mikrometergröße auf.

Hauptunterschied: Im Gegensatz zu herkömmlichen Sprühverfahren, die auf einem Hochdruck-Luftstrom oder hydraulischem Druck basieren, ist die Ultraschall-Sprühtechnologie viel schonender. Mit Hilfe eines Trägergases mit sehr niedrigem Druck können Tröpfchen präzise auf dem Substrat abgeschieden werden, um eine dichte, gleichmäßige Beschichtung zu bilden.

Kerntechnologische Vorteile

Das Ultraschallspritzen gilt vor allem aufgrund seiner erheblichen Vorteile in Bezug auf Beschichtungsqualität und Kosteneffizienz als Schlüsseltechnologie in der Herstellung von Lithiumbatterien:

Gleichmäßigere Beschichtung: Die durch Ultraschall erzeugten Tröpfchen haben eine sehr gleichmäßige Größe, wodurch der beim herkömmlichen Sprühen übliche „Kaffeeringeffekt“ und die Ansammlung von Randpartikeln wirksam vermieden werden. Die Gleichmäßigkeit der Beschichtungsdicke lässt sich leicht auf über 95 % steuern und Dickenabweichungen können sogar auf ±3 % reduziert werden, was für die Verbesserung der Zellkonsistenz von entscheidender Bedeutung ist.

Fähigkeit zu dünneren Beschichtungen: Mit dieser Technologie können ultradünne Beschichtungen im Bereich von mehreren zehn Nanometern bis zu mehreren zehn Mikrometern präzise hergestellt werden.

Höhere Ausnutzungsrate: Da es praktisch keine Spritzer oder Overspray gibt, kann die Materialausnutzung 85 % bis 95 % erreichen, mehr als das Vierfache des herkömmlichen Zweistoffspritzens. Dies ist insbesondere für teure Edelmetall-Katalysatorschichten (z. B. Platin) oder Nanomaterialien von großem Vorteil.

Verstopfungsfreies Design: Die Gülle muss nicht unter hohem Druck durch winzige Düsen gepresst werden; Stattdessen wird es durch Ultraschallenergie zerstäubt, wodurch eine Verstopfung der Düse verhindert wird. Einige fortschrittliche Designs ermöglichen sogar ein stabiles Sprühen ohne „Druck, ohne Verstopfung und ohne Rückstände“. Bessere Schnittstellenkontrolle: Durch die Anpassung der Sprühparameter kann die Porenstruktur der Beschichtung aktiv gestaltet werden; Es ermöglicht auch allmähliche Übergänge zwischen Schichten wie Elektroden und Elektrolyten, also Gradientenbeschichtungen, wodurch die Schnittstellenkompatibilität optimiert wird.

Umweltfreundlicherer Prozess: Durch den Wegfall der Notwendigkeit von Hochdruckluft wird die Lösungsmittelverdunstung reduziert, was den Prozess umweltfreundlicher und kohlenstoffärmer macht und außerdem die Umweltbelastung und die Kosten für die Abgasbehandlung senkt. Im Großen und Ganzen sind Desktop-/Laborgeräte der Ausgangspunkt für diejenigen, die sich auf Forschung und Entwicklung konzentrieren oder kleine Proben vorbereiten. Für die Produktion im Pilotmaßstab oder die Vorbereitung großflächiger Proben sind vertikale/mittelgroße Geräte besser geeignet. und für die Massenproduktion sind industrielle Online-Geräte erforderlich, die in die Produktionslinie integriert werden können.

Hauptanwendungsbereiche: Elektrodenherstellung (positive und negative Hochenergieelektroden): Einschließlich ternärer positiver Elektroden mit hohem Nickelgehalt, negativer Silizium-Kohlenstoff-Elektroden, negativer Lithiummetall-Elektroden usw. Das Design mit feiner Porenstruktur berücksichtigt die Volumenausdehnung und kann eine Oberflächenschutzschicht bilden.

Festkörperbatterien: Bei der Herstellung von Elektrolytschichten hat sich das Ultraschallspritzen zu einem der wenigen realisierbaren Verfahren entwickelt, mit dem hochdichte Beschichtungen im Submikronbereich mit kontrollierten Dicken von 0,5 bis 5 μm hergestellt werden können. Es wird auch zum Aufsprühen einer modifizierten Pufferschicht an der Grenzfläche zwischen Elektrode und Elektrolyt verwendet.

Separatorfunktionalisierung: Gleichmäßiges Aufsprühen einer Keramikbeschichtung aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Siliziumoxid (SiO₂) auf eine Membran auf Polyolefinbasis. Durch die Beschichtung hält es Temperaturen über 200 °C stand, was Kurzschlüsse verhindert und die Sicherheit erhöht.

Stromabnehmer und Strukturkomponenten: Wird häufig zum Aufsprühen einer leitfähigen Kohlenstoffschicht auf Kupfer- oder Aluminiumfolienoberflächen verwendet, um den Kontaktwiderstand zu verringern. Darüber hinaus kann damit eine ultradünne, dichte Korrosionsschutz-/Isolierbeschichtung auf Flachstecker und Gehäuse aufgesprüht werden.