Welche Rolle spielt ein Ultraschall-Entschäumer beim Entgasen von Batteriesuspensionen?

Welche Rolle spielt ein Ultraschall-Entschäumer beim Entgasen von Batteriesuspensionen?

Beim Entgasungsprozess nutzt ein Ultraschall-Entschäumer die physikalische Wirkung von hochfrequentem Ultraschall, um winzige Blasen, die in der Suspension eingeschlossen sind, effizient zu entfernen. Dies ist entscheidend für die Batterieleistung und die Produktionsstabilität. Sein spezifischer Wirkmechanismus und sein Kernwert sind wie folgt:

1. Kernmechanismus zur Entgasung von Blasen
Batteriesuspensionen (wie z. B. die positiven und negativen Elektrodensuspensionen von Lithium-Ionen-Batterien) bestehen aus einer Mischung aus aktiven Materialien, leitfähigen Mitteln, Bindemitteln und Lösungsmitteln. Luft kann während des Mischens und Förderns leicht eindringen und Blasen bilden, die eine Größe von Mikrometern bis Millimetern haben. Ultraschall-Entschäumer entgasen Blasen durch folgende Mittel:

Kavitationseffekt: Zerstörung von Blasen
Wenn Ultraschallwellen (typischerweise mit einer Frequenz von 20 kHz bis 100 kHz) sich durch die Suspension ausbreiten, erzeugen sie hochfrequente Schwingungen in dem Medium, wodurch periodische Druckschwankungen um die Blasen herum entstehen. Während der Unterdruckphase der Schallwelle werden die Blasen gedehnt und ausgedehnt. Während der Überdruckphase werden die Blasen stark komprimiert und platzen sofort (Kavitationseffekt), wodurch das in den Blasen eingeschlossene Gas an die Oberfläche der Suspension freigesetzt wird und letztendlich aus dem System entweicht.

Bei winzigen Blasen (insbesondere solchen mit einem Durchmesser von weniger als 50 μm, die mit herkömmlicher Vakuum-Entgasung nur schwer zu entfernen sind) können die hochfrequenten Schwingungen des Ultraschalls die Oberflächenspannung der Blasen direkt aufbrechen, wodurch sie zu größeren Blasen verschmelzen, die leichter aufsteigen und ausgestoßen werden können.

Schwingungen fördern die Blasenmigration
Die mechanischen Schwingungen des Ultraschalls erzeugen mikroskopische Konvektion in der gesamten Suspension, treiben Blasen an die Oberfläche und beschleunigen ihre Aufwärtsbewegung, wodurch verhindert wird, dass sie in der Suspension eingeschlossen werden oder zwischen festen Partikeln gefangen werden.

II. Kritische Rolle in der Batteriesuspension

Verbesserung der Beschichtungsqualität der Elektroden
Restblasen in der Suspension können während des Beschichtungsprozesses zu Löchern, Vertiefungen und ungleichmäßiger Beschichtung auf der Elektrodenoberfläche führen, was die Gleichmäßigkeit der Elektroden beeinträchtigt. Die Ultraschall-Entgasung führt zu einer gleichmäßigeren und dichteren Beschichtung, wodurch das Risiko von Kapazitätsverlust oder thermischem Durchgehen, das durch lokale Stromkonzentration während des Ladens und Entladens verursacht wird, verringert wird.

Sicherstellung der mechanischen Eigenschaften der Elektroden
Blasen können die Bindung zwischen dem Elektrodenmaterial und dem Stromabnehmer (z. B. Kupfer- oder Aluminiumfolie) schwächen, was zu Pulververlust und Rissen während des Walzens und Schneidens führt. Nach der Entgasung ist das Bindemittel in der Suspension gleichmäßiger verteilt, wodurch die Haftung zwischen dem aktiven Material und dem Stromabnehmer verbessert und die mechanische Festigkeit der Elektrode erhöht wird.

Optimierung der elektrochemischen Leistung der Batterie

Blasen können die Migration von Lithium-Ionen in der Elektrode behindern, wodurch der Innenwiderstand der Batterie erhöht und die Lade- und Entladeeffizienz verringert wird.

Restblasen können die Elektrodenstruktur aufgrund von Volumenänderungen während des Zyklisierens beschädigen, wodurch die Lebensdauer der Batterie verkürzt wird. Die Ultraschall-Entgasung kann dieses Risiko verringern und die Kapazitätsstabilität und die Leistungsfähigkeit der Batterie verbessern.

Anpassung an die Entgasungsbedürfnisse von hochviskosen Suspensionen
Batteriesuspensionen (insbesondere Kathodensuspensionen mit hohem Nickelgehalt und Silizium-basierte Anodensuspensionen) weisen typischerweise hohe Viskositäten auf, wodurch die herkömmliche Vakuum-Entgasung ineffizient wird (Blasen haben Schwierigkeiten, das viskose Medium zu durchbrechen und nach oben zu steigen). Der Kavitationseffekt des Ultraschalls kann direkt in der Suspension wirken und Blasen effektiv aufbrechen, selbst in hochviskosen Systemen, und die Mängel der Vakuum-Entgasung ausgleichen.

III. Synergistische Vorteile mit herkömmlichen Entgasungsmethoden
In der Batteriesuspensionsproduktion werden Ultraschall-Entgasungsmaschinen häufig in Verbindung mit Vakuum-Entgasung, mechanischer Rühr-Entgasung und anderen Methoden eingesetzt, um einen "kombinierten Entgasungsprozess" zu bilden:

Die Vakuumumgebung reduziert die Druckdifferenz zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Blasen und fördert deren Ausdehnung;
Die Ultraschallwelle zerstört gezielt winzige Blasen und solche, die von Partikeln umschlossen sind. Zusammen können diese beiden Methoden den Gasgehalt in der Suspension auf unter 0,1 % senken und die Produktionsanforderungen von Hochpräzisionsbatterien (wie z. B. Leistungsbatterien und Festkörperbatterien) erfüllen.

Zusammenfassung
Ultraschall-Entgasungsmaschinen nutzen hochfrequente Schwingungen und Kavitationseffekte, um winzige Blasen in der Batteriesuspension präzise abzubauen. Ihre Kernrolle besteht darin, die Gleichmäßigkeit der Suspension zu verbessern, die Elektrodenqualität sicherzustellen und die elektrochemische Leistung der Batterie zu optimieren. Sie sind Schlüsselgeräte zur Gewährleistung der Produktkonsistenz und -zuverlässigkeit in der Batterieproduktion und eignen sich besonders für die Entgasung von hochviskosen, anspruchsvollen neuen Batteriesuspensionen.