O que é tecnologia de desgaseificação de polpa de bateria ultrassônica?

O que é tecnologia de desgaseificação de polpa de bateria ultrassônica?

A tecnologia de desgaseificação de polpa de bateria ultrassônica é um processo avançado que utiliza energia ultrassônica para remover com eficiência bolhas de ar das polpas de eletrodos.

Abaixo está uma análise detalhada desta tecnologia:

I. Antecedentes e Problemas: Por que a desgaseificação da lama é crucial?

No processo de fabricação de baterias de íon-lítio, a preparação da pasta de eletrodos é a primeira etapa e um fator chave na determinação do desempenho da bateria. A pasta é composta principalmente de materiais ativos, agentes condutores, aglutinantes e solventes (geralmente NMP ou água).

Efeitos nocivos das bolhas de ar:

· Defeitos de revestimento: Após o revestimento e a secagem, bolhas de ar na pasta podem formar furos, depressões ou saliências no eletrodo, prejudicando a uniformidade do revestimento.

· Aumento da resistência interna: As bolhas de ar ocupam espaços sem material ativo, levando a uma baixa condutividade local e aumentando a resistência interna da bateria.

· Degradação do ciclo de vida: O revestimento irregular resulta na distribuição desigual da corrente durante a carga e a descarga, acelerando o envelhecimento do material do eletrodo e reduzindo a vida útil da bateria.

· Riscos de segurança: Defeitos graves podem desencadear fuga térmica da bateria.

Portanto, as bolhas de ar na pasta devem ser removidas tão completamente quanto possível antes do revestimento.

II. Métodos tradicionais de desgaseificação e suas limitações

Desgaseificação por agitação a vácuo:

Princípio: Ao agitar a pasta, um vácuo é aplicado em todo o agitador, reduzindo a pressão do ar ambiente e fazendo com que as bolhas se expandam e rebentem.

Limitações:

·Baixa eficiência: Para pastas tixotrópicas de alta viscosidade, as bolhas internas migram muito lentamente para a superfície, exigindo um longo tempo de retenção de vácuo.

·Eficácia limitada: Para bolhas de tamanho mícron e submícron 'capturadas' pela estrutura da rede de lama, o vácuo por si só é insuficiente para uma remoção eficaz.

·Equipamento de grande porte: Requer agitador vedado capaz de suportar alto vácuo, resultando em alto custo.

Desgaseificação Centrífuga:

Princípio: Utiliza força centrífuga para “lançar” bolhas mais leves na superfície da pasta.

Limitações:

·Pode perturbar a dispersão da lama, levando à sedimentação ou aglomeração de partículas.

· Similarmente ineficaz na remoção de pequenas bolhas.

·Equipamento complexo, alto consumo de energia, processamento em lote necessário.

III. Princípio da tecnologia de desgaseificação ultrassônica

A desgaseificação ultrassônica utiliza essencialmente o efeito de 'cavitação acústica'.

Divisão do processo:

· Transmissão Ultrassônica: Um gerador ultrassônico produz um sinal elétrico de alta frequência (normalmente 20kHz ~ 40kHz), que é convertido em vibração mecânica por um transdutor. Esta energia ultrassônica é então transmitida para a pasta através de um transformador de amplitude e uma superfície de transmissão.

· Formação de Zona de Pressão Negativa: As ondas ultrassônicas são um tipo de onda com densidade variável. Na fase de rarefação (zona de pressão negativa), o líquido é esticado e a pressão local interna diminui.

· Crescimento do Núcleo de Cavitação: Microbolhas pré-existentes (núcleos de cavitação) na pasta se expandem rapidamente e crescem sob pressão negativa.

· Colapso da Zona de Pressão Positiva: Na fase densa subsequente (zona de pressão positiva), essas bolhas crescidas são instantaneamente comprimidas, colapsando e rompendo em velocidades extremamente altas.

· Microjatos e Ondas de Choque: O estouro instantâneo de bolhas gera microjatos extremamente intensos e ondas de choque localizadas de alta temperatura e alta pressão. Esta intensa ação física pode:

o Quebre bolhas grandes: Quebre bolhas maiores em bolhas menores.

o Promover a fusão: faz com que pequenas bolhas dispersas colidam e se fundam sob perturbação, formando bolhas maiores.

Flutuação Acelerada: Bolhas maiores, devido ao aumento da flutuabilidade, sobem rapidamente para a superfície da lama e escapam.

Simplificando, a desgaseificação ultrassônica é um processo de “quebrar e construir”: ela “ativa” microbolhas difíceis de remover por meio de cavitação, fazendo com que elas se fundam, cresçam e subam rapidamente, ou sejam diretamente quebradas e expelidas de dentro.

4. Vantagens Técnicas

Em comparação com os métodos tradicionais de vácuo e centrifugação, a desgaseificação ultrassônica tem vantagens significativas:

· Eficiência extremamente alta: O tempo de processamento é reduzido de horas para minutos ou até dezenas de segundos.

· Excelentes resultados: Possui forte capacidade de remover bolhas de tamanho mícron e submícron, aumentando a densidade da pasta em 1% a 5%, alcançando um estado livre de ar quase teórico.

· Produção Online Contínua: Pode ser projetada como um sistema de canal de fluxo online, onde a desgaseificação da polpa é continuamente concluída durante o transporte por dutos, atendendo perfeitamente às necessidades de produção contínua em grande escala. Este é um avanço revolucionário.

· Manter a estabilidade da pasta: A energia ultrassônica moderada não prejudica a estabilidade da dispersão da pasta e pode até ajudar a desaglomerar pequenos aglomerados.

• Ocupa pouco espaço e fácil integração: A estrutura compacta do equipamento on-line permite fácil integração em linhas de produção existentes.

V. Formulários de Candidatura e Equipamentos

Máquina de desgaseificação ultrassônica para processamento em lote:

• Semelhante a um limpador ultrassônico de laboratório de alta potência, os recipientes contendo lama são colocados em um tanque para processamento.

• Usado principalmente para pesquisa e desenvolvimento, produção de pequenos lotes ou tratamento corretivo de lamas existentes.

Sistema de desgaseificação ultrassônica contínua on-line:

Componentes principais:

Gerador ultrassônico, transdutor, canal de fluxo com superfície emissora ultrassônica.

Fluxo de trabalho: A pasta é bombeada através de uma ou mais câmaras ou seções de tubulação tratadas ultrassonicamente, passando por desgaseificação durante o fluxo e, em seguida, entra diretamente no sistema de alimentação da máquina de revestimento.

Esta é atualmente a solução preferida para os principais fabricantes de baterias que atualizam as suas linhas de produção.

Vi. Desafios e considerações

• Controle de energia: A energia ultrassônica excessiva pode causar superaquecimento da pasta (a cavitação gera calor significativo), levando potencialmente à evaporação do solvente ou a alterações nas propriedades do aglutinante. Portanto, é necessário um sistema preciso de controle de temperatura (como uma camisa de resfriamento).

• Otimização do Processo: Parâmetros como potência ultrassônica, frequência, tempo de processamento (ou vazão) e viscosidade da lama precisam ser otimizados com precisão para encontrar um equilíbrio entre alcançar a desgaseificação ideal e evitar impactos negativos.

• Desgaste do equipamento: Os efeitos da cavitação podem causar desgaste da cavitação na superfície de transmissão ultrassônica, exigindo o uso de materiais resistentes ao desgaste (como ligas de titânio) e manutenção regular.

Resumo: A tecnologia de desgaseificação de polpa de bateria ultrassônica é uma inovação de processo disruptiva que resolve os problemas dos métodos tradicionais de desgaseificação, como baixa eficiência, baixo efeito e dificuldade de operação contínua. Ao utilizar o poderoso princípio físico da cavitação acústica, ele pode remover de forma eficiente e profunda as bolhas de ar da lama, melhorando significativamente a qualidade e a consistência do revestimento do eletrodo, estabelecendo, em última análise, uma base sólida para a fabricação de baterias de íons de lítio de próxima geração com alta densidade de energia, ciclo de vida longo e alta segurança. À medida que os requisitos de qualidade e eficiência da indústria de baterias continuam a aumentar, esta tecnologia está rapidamente se tornando um recurso padrão nas linhas de produção de baterias de última geração.