¿Qué es la tecnología de desgasificación de lodos de baterías ultrasónicas?

¿Qué es la tecnología de desgasificación de lodos de baterías ultrasónicas?

La tecnología de desgasificación de lodos de baterías por ultrasonidos es un proceso avanzado que utiliza energía ultrasónica para eliminar de manera eficiente las burbujas de aire de los lodos de electrodos.

A continuación se muestra un análisis detallado de esta tecnología:

I. Antecedentes y problemas: ¿Por qué es crucial la desgasificación de lodos?

En el proceso de fabricación de baterías de iones de litio, la preparación de la suspensión de electrodos es el primer paso y un factor clave que determina el rendimiento de la batería. La suspensión se compone principalmente de materiales activos, agentes conductores, aglutinantes y disolventes (normalmente NMP o agua).

Efectos nocivos de las burbujas de aire:

· Defectos del recubrimiento: Después del recubrimiento y secado, las burbujas de aire en la suspensión pueden formar poros, depresiones o protuberancias en el electrodo, alterando la uniformidad del recubrimiento.

· Aumento de la resistencia interna: Las burbujas de aire ocupan espacios que carecen de material activo, lo que provoca una mala conductividad local y aumenta la resistencia interna de la batería.

· Degradación del ciclo de vida: el recubrimiento desigual produce una distribución desigual de la corriente durante la carga y descarga, lo que acelera el envejecimiento del material del electrodo y acorta la vida útil de la batería.

· Riesgos de seguridad: Los defectos graves pueden desencadenar un descontrol térmico de la batería.

Por lo tanto, las burbujas de aire en la lechada deben eliminarse lo más minuciosamente posible antes de recubrir.

II. Métodos tradicionales de desgasificación y sus limitaciones

Desgasificación por agitación al vacío:

Principio: Mientras se agita la lechada, se genera vacío en todo el agitador, lo que reduce la presión del aire ambiente y provoca que las burbujas se expandan y exploten.

Limitaciones:

·Baja eficiencia: Para lodos tixotrópicos de alta viscosidad, las burbujas internas migran muy lentamente hacia la superficie, lo que requiere un tiempo prolongado de mantenimiento del vacío.

·Efectividad limitada: Para las burbujas de tamaño micrométrico y submicrónico 'capturadas' por la estructura de la red de lodo, el vacío por sí solo es insuficiente para una eliminación efectiva.

·Equipos grandes: Requiere un agitador sellado capaz de soportar alto vacío, lo que resulta en un alto costo.

Desgasificación centrífuga:

Principio: Utiliza fuerza centrífuga para 'lanzar' burbujas más ligeras a la superficie de la lechada.

Limitaciones:

·Puede alterar la dispersión del purín, provocando sedimentación o aglomeración de partículas.

·Igualmente ineficaz para eliminar pequeñas burbujas.

·Equipos complejos, alto consumo energético, requiere procesamiento por lotes.

III. Principio de la tecnología de desgasificación ultrasónica

La desgasificación ultrasónica utiliza esencialmente el efecto de 'cavitación acústica'.

Desglose del proceso:

· Transmisión ultrasónica: un generador ultrasónico produce una señal eléctrica de alta frecuencia (normalmente 20 kHz ~ 40 kHz), que un transductor convierte en vibración mecánica. Esta energía ultrasónica luego se transmite al lodo a través de un transformador de amplitud y una superficie transmisora.

· Formación de zonas de presión negativa: Las ondas ultrasónicas son un tipo de onda con densidad variable. En la fase de rarefacción (zona de presión negativa), el líquido se estira y la presión local interna disminuye.

· Crecimiento del núcleo de cavitación: las microburbujas preexistentes (núcleos de cavitación) en la suspensión se expanden y crecen rápidamente bajo presión negativa.

· Colapso de la zona de presión positiva: en la fase densa posterior (zona de presión positiva), estas burbujas crecidas se comprimen instantáneamente, colapsan y se rompen a velocidades extremadamente altas.

· Microchorros y ondas de choque: El estallido instantáneo de burbujas genera microchorros extremadamente intensos y ondas de choque localizadas de alta temperatura y alta presión. Esta intensa acción física puede:

o Rompe burbujas grandes: Rompe burbujas más grandes en otras más pequeñas.

o Promover la fusión: provocar que pequeñas burbujas dispersas colisionen y se fusionen bajo perturbación, formando burbujas más grandes.

Flotación acelerada: Las burbujas más grandes, debido al aumento de flotabilidad, suben rápidamente a la superficie del lodo y escapan.

En pocas palabras, la desgasificación ultrasónica es un proceso de 'romper y construir': 'activa' microburbujas difíciles de eliminar mediante cavitación, lo que hace que se fusionen, crezcan y se eleven rápidamente, o que se rompan y expulsen directamente desde el interior.

IV. Ventajas técnicas

En comparación con los métodos tradicionales de vacío y centrifugación, la desgasificación por ultrasonidos tiene importantes ventajas:

· Eficiencia extremadamente alta: el tiempo de procesamiento se reduce de horas a minutos o incluso decenas de segundos.

· Excelentes resultados: Tiene una gran capacidad para eliminar burbujas de tamaño micrométrico y submicrónico, aumentando la densidad de la lechada entre un 1% y un 5%, logrando un estado casi teórico sin aire.

· Producción continua en línea: Puede diseñarse como un sistema de canal de flujo en línea, donde la desgasificación de lodos se completa continuamente durante el transporte por tubería, satisfaciendo perfectamente las necesidades de la producción continua a gran escala. Este es un avance revolucionario.

· Mantenimiento de la estabilidad de la lechada: La energía ultrasónica moderada no daña la estabilidad de la dispersión de la lechada e incluso puede ayudar a desaglomerar aglomerados ligeros.

• Tamaño reducido y fácil integración: la estructura compacta del equipo en línea permite una fácil integración en las líneas de producción existentes.

V. Formularios de solicitud y equipo

Máquina desgasificadora ultrasónica de procesamiento por lotes:

• De manera similar a un limpiador ultrasónico de laboratorio de alta potencia, los contenedores que contienen lechada se colocan en un tanque para su procesamiento.

• Se utiliza principalmente para investigación y desarrollo, producción en lotes pequeños o tratamiento de recuperación de lodos existentes.

Sistema de desgasificación ultrasónica continua en línea:

Componentes principales:

Generador ultrasónico, transductor, canal de flujo con superficie emisora ​​de ultrasonidos.

Flujo de trabajo: la lechada se bombea a través de una o más cámaras o secciones de tubería tratadas ultrasónicamente, se desgasifica durante el flujo y luego ingresa directamente al sistema de alimentación de la máquina de recubrimiento.

Esta es actualmente la solución preferida por los principales fabricantes de baterías que actualizan sus líneas de producción.

VI. Desafíos y consideraciones

• Control de energía: El exceso de energía ultrasónica puede provocar el sobrecalentamiento de la lechada (la cavitación genera calor significativo), lo que podría provocar la evaporación del disolvente o cambios en las propiedades del aglutinante. Por lo tanto, se requiere un sistema de control de temperatura preciso (como una camisa de enfriamiento).

• Optimización del proceso: parámetros como la potencia ultrasónica, la frecuencia, el tiempo de procesamiento (o caudal) y la viscosidad de la lechada deben optimizarse con precisión para encontrar un equilibrio entre lograr una desgasificación óptima y evitar impactos negativos.

• Desgaste del equipo: Los efectos de la cavitación pueden causar desgaste por cavitación en la superficie de transmisión ultrasónica, lo que requiere el uso de materiales resistentes al desgaste (como aleaciones de titanio) y un mantenimiento regular.

Resumen: La tecnología de desgasificación de lodos de baterías ultrasónicas es una innovación de proceso disruptiva que resuelve los puntos débiles de los métodos de desgasificación tradicionales, como la baja eficiencia, el efecto deficiente y la dificultad en el funcionamiento continuo. Al utilizar el poderoso principio físico de la cavitación acústica, puede eliminar de manera eficiente y profunda las burbujas de aire de la suspensión, mejorando así significativamente la calidad y consistencia del recubrimiento del electrodo y, en última instancia, sentando una base sólida para la fabricación de baterías de iones de litio de próxima generación con alta densidad de energía, ciclo de vida prolongado y alta seguridad. A medida que los requisitos de calidad y eficiencia de la industria de las baterías continúan aumentando, esta tecnología se está convirtiendo rápidamente en una característica estándar de las líneas de producción de baterías de alta gama.