超音波電池スラリー脱気技術とは何ですか?

超音波電池スラリー脱気技術とは何ですか?

超音波電池スラリー脱気技術は、超音波エネルギーを利用して電極スラリーから気泡を効率的に除去する高度なプロセスです。

以下はこのテクノロジーの詳細な分析です。

I. 背景と問題: スラリーの脱気はなぜ重要なのでしょうか?

リチウムイオン電池の製造プロセスにおいて、電極スラリーの調製は最初のステップであり、電池の性能を決定する重要な要素です。スラリーは主に活物質、導電剤、バインダー、溶媒 (通常は NMP または水) で構成されています。

気泡の有害な影響:

・コーティング欠陥：コーティングおよび乾燥後、スラリー中の気泡により電極上にピンホール、くぼみ、または突起が形成され、コーティングの均一性が損なわれることがあります。

· 内部抵抗の増加: 活物質のない空間に気泡が存在し、局所的な導電性が低下し、バッテリーの内部抵抗が増加します。

· サイクル寿命の低下: コーティングが不均一であると、充放電中の電流分布が不均一になり、電極材料の劣化が促進され、電池寿命が短くなります。

· 安全上のリスク: 重大な欠陥はバッテリーの熱暴走の引き金となる可能性があります。

したがって、塗布前にスラリー中の気泡を可能な限り完全に除去する必要があります。

II.従来の脱気方法とその限界

真空撹拌脱気：

原理: スラリーを撹拌している間、撹拌機全体が真空引きされ、周囲の気圧が下がり、気泡が膨張して破裂します。

制限事項:

·効率が低い: 高粘度のチキソトロピックなスラリーの場合、内部の気泡が表面に移動するのが非常に遅いため、長い真空保持時間が必要になります。

·限定された有効性: スラリーのネットワーク構造によって「捕捉された」ミクロンおよびサブミクロンサイズの気泡の場合、効果的に除去するには真空だけでは不十分です。

・装置が大型になる場合：高真空に耐える密閉型撹拌機が必要となり、コストが高くなります。

遠心脱気:

原理: 遠心力を利用して、より軽い泡をスラリー表面に「投げる」。

制限事項:

・スラリーの分散が乱れ、粒子の沈降や凝集を引き起こす可能性があります。

・小さな気泡の除去には同様に効果がありません。

·複雑な装置、高いエネルギー消費、バッチ処理が必要。

Ⅲ．超音波脱気技術原理

超音波脱気は基本的に「音響キャビテーション」効果を利用します。

プロセスの内訳:

· 超音波送信: 超音波発生器は高周波 (通常 20kHz ～ 40kHz) の電気信号を生成し、トランスデューサーによって機械振動に変換されます。この超音波エネルギーは、振幅変圧器と伝達面を介してスラリーに伝達されます。

・負圧ゾーンの形成：超音波は密度が変化する波の一種です。希薄化段階 (負圧ゾーン) では、液体が引き伸ばされ、内部の局所圧力が減少します。

・キャビテーション核の成長：スラリー中にあらかじめ存在するマイクロバブル（キャビテーション核）は、負圧下で急速に膨張し成長します。

・正圧ゾーンの崩壊：その後の緻密相（正圧ゾーン）では、成長した気泡が瞬時に圧縮され、超高速で崩壊・破裂します。

· マイクロジェットと衝撃波: 気泡の瞬間的な破裂により、非常に強力なマイクロジェットと局所的な高温高圧の衝撃波が発生します。この激しい身体動作により、次のことが可能になります。

o 大きな泡を壊す: 大きな泡を小さな泡に壊します。

o 合体を促進する: 分散した小さな気泡を外乱の下で衝突させて合体させ、より大きな気泡を形成します。

加速された浮遊: 浮力の増加により、より大きな気泡がスラリー表面に急速に上昇し、逃げます。

簡単に言うと、超音波脱気は「分解して構築」するプロセスです。キャビテーションによって除去が難しいマイクロバブルを「活性化」し、マイクロバブルを合体させて大きく成長させ、急速に上昇させるか、直接分解して内部から排出します。

IV.技術的な利点

従来の真空および遠心分離法と比較して、超音波脱気には次のような大きな利点があります。

· 非常に高い効率: 処理時間が数時間から数分、さらには数十秒にまで短縮されます。

・優れた結果：ミクロンおよびサブミクロンサイズの気泡を強力に除去する能力があり、スラリー密度を1%～5%増加させ、理論上近いエアフリー状態を実現します。

・連続オンライン生産：オンライン流路システムとして設計でき、パイプライン輸送中にスラリーの脱気を連続的に完了し、大規模連続生産のニーズを完全に満たします。これは革命的な進歩です。

· スラリーの安定性の維持: 適度な超音波エネルギーはスラリーの分散安定性を損なうことなく、わずかな凝集物の解凝集にも役立ちます。

• 小さな設置面積と簡単な統合: オンライン機器のコンパクトな構造により、既存の生産ラインに簡単に統合できます。

V. 申請書と備品

バッチ処理超音波脱気機:

• 実験用の強力な超音波洗浄器と同様に、スラリーの入った容器をタンクに入れて処理します。

• 主に研究開発、少量生産、または既存のスラリーの修復処理に使用されます。

オンライン連続超音波脱気システム:

コアコンポーネント:

超音波発生器、トランスデューサー、超音波放射面を備えた流路。

ワークフロー: スラリーは、超音波処理された 1 つ以上のチャンバーまたはパイプセクションを通ってポンプで送られ、流動中に脱気を受けてから、コーティング機の供給システムに直接入ります。

これは現在、生産ラインをアップグレードする主流のバッテリー メーカーにとって推奨されるソリューションです。

vi。課題と考慮事項

• エネルギー制御: 過剰な超音波エネルギーはスラリーの過熱を引き起こす可能性があり (キャビテーションにより大量の熱が発生します)、溶媒の蒸発やバインダーの特性の変化につながる可能性があります。したがって、精密な温度制御システム（冷却ジャケットなど）が必要です。

• プロセスの最適化: 最適な脱気の実現と悪影響の回避との間のバランスを見つけるには、超音波出力、周波数、処理時間 (または流量)、スラリー粘度などのパラメーターを正確に最適化する必要があります。

• 機器の摩耗: キャビテーションの影響により、超音波送信面にキャビテーション摩耗が発生する可能性があるため、耐摩耗性の材料 (チタン合金など) の使用と定期的なメンテナンスが必要になります。

概要: 超音波電池スラリー脱気技術は、効率の低さ、効果の低さ、連続運転の難しさなど、従来の脱気方法の問題点を解決する破壊的なプロセス革新です。音響キャビテーションの強力な物理原理を利用することで、スラリーから気泡を効率的かつ深く除去することができ、それによって電極コーティングの品質と一貫性が大幅に向上し、最終的には高エネルギー密度、長いサイクル寿命、高い安全性を備えた次世代リチウムイオン電池を製造するための強固な基盤を築きます。電池業界の品質と効率に対する要求が高まり続けるにつれて、この技術は急速にハイエンド電池生産ラインの標準機能になりつつあります。