ما هي تقنية تفريغ الطين من بطارية الموجات فوق الصوتية؟

ما هي تقنية تفريغ الطين من بطارية الموجات فوق الصوتية؟

تعد تقنية تفريغ ملاط ​​البطارية بالموجات فوق الصوتية عملية متقدمة تستخدم طاقة الموجات فوق الصوتية لإزالة فقاعات الهواء بكفاءة من ملاط ​​الأقطاب الكهربائية.

وفيما يلي تحليل مفصل لهذه التكنولوجيا:

I. الخلفية والمشاكل: لماذا يعد تفريغ الغاز من الملاط أمرًا بالغ الأهمية؟

في عملية تصنيع بطاريات الليثيوم أيون، يعد تحضير ملاط ​​القطب الكهربائي الخطوة الأولى وعاملًا رئيسيًا في تحديد أداء البطارية. يتكون الملاط بشكل أساسي من مواد نشطة، وعوامل موصلة، ومواد رابطة، ومذيبات (عادةً NMP أو ماء).

الآثار الضارة لفقاعات الهواء:

· عيوب الطلاء: بعد الطلاء والتجفيف، يمكن أن تشكل فقاعات الهواء الموجودة في الملاط ثقوبًا أو انخفاضات أو نتوءات على القطب، مما يؤدي إلى تعطيل تجانس الطلاء.

· زيادة المقاومة الداخلية: تشغل فقاعات الهواء المساحات التي تفتقر إلى المادة الفعالة، مما يؤدي إلى ضعف التوصيل المحلي وزيادة المقاومة الداخلية للبطارية.

· تدهور عمر الدورة: يؤدي الطلاء غير المتساوي إلى توزيع تيار غير متساوٍ أثناء الشحن والتفريغ، مما يؤدي إلى تسريع شيخوخة مادة القطب الكهربائي وتقصير عمر البطارية.

· المخاطر المتعلقة بالسلامة: يمكن أن تؤدي العيوب الشديدة إلى حدوث انفلات حراري للبطارية.

لذلك، يجب إزالة فقاعات الهواء الموجودة في الملاط بأكبر قدر ممكن من الدقة قبل الطلاء.

ثانيا. طرق التفريغ التقليدية وقيودها

فراغ التحريض التفريغ:

المبدأ: أثناء تحريك الملاط، يتم سحب فراغ إلى المحرض بأكمله، مما يقلل من ضغط الهواء المحيط ويتسبب في تمدد الفقاعات وانفجارها.

القيود:

· كفاءة منخفضة: بالنسبة للملاط ذو اللزوجة العالية والمتغير الانسيابية، تهاجر الفقاعات الداخلية ببطء شديد إلى السطح، مما يتطلب وقتًا طويلاً للاحتفاظ بالفراغ.

· فعالية محدودة: بالنسبة للفقاعات ذات الحجم الميكروني ودون الميكروني 'التي تم التقاطها' بواسطة بنية شبكة الملاط، فإن الفراغ وحده غير كافٍ للإزالة الفعالة.

· المعدات الكبيرة: تتطلب محرضًا محكم الغلق قادرًا على تحمل التفريغ العالي، مما يؤدي إلى ارتفاع التكلفة.

الطرد المركزي التفريغ:

المبدأ: يستخدم قوة الطرد المركزي 'لرمي' فقاعات أخف على سطح الملاط.

القيود:

· قد يعطل تشتت الملاط، مما يؤدي إلى ترسيب الجسيمات أو تكتلها.

· غير فعالة بالمثل في إزالة الفقاعات الصغيرة.

· المعدات المعقدة، والاستهلاك العالي للطاقة، ومعالجة الدفعات المطلوبة.

ثالثا. مبدأ تكنولوجيا التفريغ بالموجات فوق الصوتية

يستخدم تفريغ الغاز بالموجات فوق الصوتية بشكل أساسي تأثير 'التجويف الصوتي'.

انهيار العملية:

· الإرسال بالموجات فوق الصوتية: ينتج مولد الموجات فوق الصوتية إشارة كهربائية عالية التردد (عادةً 20 كيلو هرتز ~ 40 كيلو هرتز)، والتي يتم تحويلها إلى اهتزاز ميكانيكي بواسطة محول الطاقة. يتم بعد ذلك نقل هذه الطاقة بالموجات فوق الصوتية إلى الملاط عبر محول السعة وسطح الإرسال.

· تشكيل منطقة الضغط السلبي: الموجات فوق الصوتية هي نوع من الموجات ذات كثافة متفاوتة. في مرحلة الخلخلة (منطقة الضغط السلبي)، يتم تمديد السائل، وينخفض ​​الضغط المحلي الداخلي.

· نمو نواة التجويف: تتوسع الفقاعات الدقيقة الموجودة مسبقًا (نواة التجويف) في الملاط بسرعة وتنمو تحت ضغط سلبي.

· انهيار منطقة الضغط الإيجابي: في المرحلة الكثيفة اللاحقة (منطقة الضغط الإيجابي)، يتم ضغط هذه الفقاعات النامية على الفور، وتنهار وتتمزق بسرعات عالية للغاية.

· النفاثات الدقيقة وموجات الصدمة: يؤدي الانفجار الفوري للفقاعات إلى توليد نفاثات دقيقة شديدة للغاية وموجات صدمية موضعية عالية الحرارة والضغط. هذا العمل البدني المكثف يمكن أن:

o تقسيم الفقاعات الكبيرة: قم بتقسيم الفقاعات الكبيرة إلى فقاعات أصغر.

o تعزيز الاندماج: يتسبب في اصطدام فقاعات صغيرة متفرقة واندماجها تحت تأثير الاضطراب، وتشكيل فقاعات أكبر.

الطفو المتسارع: فقاعات أكبر، بسبب زيادة الطفو، ترتفع بسرعة إلى سطح الملاط وتهرب.

ببساطة، تفريغ الغاز بالموجات فوق الصوتية هو عملية 'كسر وبناء': فهي 'تنشط' الفقاعات الدقيقة التي يصعب إزالتها من خلال التجويف، مما يجعلها إما تندمج وتنمو بشكل أكبر وترتفع بسرعة، أو يتم تفتيتها مباشرة وطردها من الداخل.

رابعا. المزايا التقنية

بالمقارنة مع أساليب الفراغ والطرد المركزي التقليدية، فإن التفريغ بالموجات فوق الصوتية له مزايا كبيرة:

· كفاءة عالية للغاية: يتم تقليل وقت المعالجة من ساعات إلى دقائق أو حتى عشرات الثواني.

· نتائج ممتازة: لديه قدرة قوية على إزالة الفقاعات ذات الحجم الميكروني ودون الميكروني، مما يزيد من كثافة الملاط بنسبة 1% إلى 5%، مما يحقق حالة خالية من الهواء شبه نظري.

· الإنتاج المستمر عبر الإنترنت: يمكن تصميمه كنظام قناة تدفق عبر الإنترنت، حيث يتم إكمال تفريغ الغاز من الملاط بشكل مستمر أثناء نقل خط الأنابيب، مما يلبي بشكل مثالي احتياجات الإنتاج المستمر على نطاق واسع. وهذا تقدم ثوري.

· الحفاظ على استقرار الملاط: طاقة الموجات فوق الصوتية المعتدلة لا تلحق الضرر باستقرار تشتت الملاط وقد تساعد في فك تكتلات طفيفة.

• حجم صغير وسهولة التكامل: يتيح الهيكل المدمج للمعدات عبر الإنترنت سهولة التكامل في خطوط الإنتاج الحالية.

V. نماذج الطلبات والمعدات

تجهيز دفعة آلة التفريغ بالموجات فوق الصوتية:

• على غرار المنظف بالموجات فوق الصوتية المختبري عالي القوة، يتم وضع الحاويات التي تحتوي على الملاط في خزان للمعالجة.

• يستخدم في المقام الأول للبحث والتطوير، أو إنتاج كميات صغيرة، أو المعالجة العلاجية للملاط الموجود.

نظام التفريغ المستمر بالموجات فوق الصوتية عبر الإنترنت:

المكونات الأساسية:

مولد بالموجات فوق الصوتية، ومحول الطاقة، وقناة التدفق مع سطح ينبعث منها بالموجات فوق الصوتية.

سير العمل: يتم ضخ الملاط من خلال واحدة أو أكثر من الغرف المعالجة بالموجات فوق الصوتية أو مقاطع الأنابيب، ويخضع لتفريغ الغاز أثناء التدفق، ومن ثم يدخل مباشرة إلى نظام تغذية آلة الطلاء.

يعد هذا هو الحل المفضل حاليًا لمصنعي البطاريات الرئيسيين الذين يقومون بتحديث خطوط إنتاجهم.

السادس. التحديات والاعتبارات

• التحكم في الطاقة: طاقة الموجات فوق الصوتية المفرطة يمكن أن تسبب ارتفاع درجة حرارة الملاط (التجويف يولد حرارة كبيرة)، مما قد يؤدي إلى تبخر المذيبات أو تغيرات في خصائص المادة الرابطة. لذلك، يلزم وجود نظام دقيق للتحكم في درجة الحرارة (مثل سترة التبريد).

• تحسين العملية: يجب تحسين المعلمات مثل طاقة الموجات فوق الصوتية، والتردد، ووقت المعالجة (أو معدل التدفق)، ولزوجة الملاط بدقة لإيجاد توازن بين تحقيق التفريغ الأمثل وتجنب التأثيرات السلبية.

• تآكل المعدات: قد تؤدي تأثيرات التجويف إلى تآكل التجويف على سطح إرسال الموجات فوق الصوتية، الأمر الذي يتطلب استخدام مواد مقاومة للتآكل (مثل سبائك التيتانيوم) والصيانة الدورية.

ملخص: تقنية تفريغ الطين من البطارية بالموجات فوق الصوتية هي ابتكار عملية مدمرة تعمل على حل نقاط الألم في طرق التفريغ التقليدية، مثل الكفاءة المنخفضة والتأثير الضعيف وصعوبة التشغيل المستمر. من خلال الاستفادة من المبدأ الفيزيائي القوي للتجويف الصوتي، يمكنه إزالة فقاعات الهواء بكفاءة وعمق من الملاط، وبالتالي تحسين جودة واتساق طلاء القطب بشكل كبير، وفي النهاية وضع أساس متين لتصنيع بطاريات ليثيوم أيون من الجيل التالي بكثافة طاقة عالية، ودورة حياة طويلة، وسلامة عالية. مع استمرار تزايد متطلبات صناعة البطاريات من حيث الجودة والكفاءة، أصبحت هذه التكنولوجيا بسرعة سمة قياسية لخطوط إنتاج البطاريات المتطورة.