超聲波在鋰電池粉料分散剝離處理中的應(yīng)用

發(fā)布時間：2025-05-19

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【摘要】在鋰電池漿料的分解剝離處理中，超聲波技術(shù)正是通過其獨特的物理作用，實現(xiàn)了對漿料的高效處理和優(yōu)化?。

超聲波技術(shù)在鋰電池漿料分散剝離處理中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，主要通過空化效應(yīng)實現(xiàn)顆粒高效分散和細(xì)化。該技術(shù)能夠深入漿料內(nèi)部，使活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑均勻分布，提高漿料均一性和穩(wěn)定性。超聲波的強烈剪切力可有效細(xì)化固體顆粒，增大比表面積，從而提升活性物質(zhì)利用率，改善電池能量密度和循環(huán)性能。

關(guān)鍵詞：鋰電池漿料、空化效應(yīng)、超聲分散、顆粒細(xì)化、工藝優(yōu)化

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1. 超聲波處理技術(shù)原理

1.1 空化效應(yīng)機制

超聲波在液體介質(zhì)中傳播時產(chǎn)生交替的高壓和低壓循環(huán)，當(dāng)聲壓超過液體內(nèi)部壓力時形成微小氣泡并迅速崩潰，釋放巨大能量。這種空化效應(yīng)產(chǎn)生的高速微射流（速度可達(dá)400km/h）和沖擊波是分散顆粒的核心機制。

1.2 多重物理效應(yīng)協(xié)同作用

? 機械振動效應(yīng)：高頻振動（20-40kHz）產(chǎn)生強烈剪切力

? 熱效應(yīng)：局部高溫促進(jìn)分子運動

? 化學(xué)效應(yīng)：自由基生成加速表面改性

2. 鋰電池漿料處理中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 性能提升指標(biāo)

性能指標(biāo) 傳統(tǒng)方法超聲處理提升幅度

顆粒粒徑 5-10μm 1-2μm 50-80%

分散均勻性局部團(tuán)聚均勻分布 -

漿料穩(wěn)定性 2-3天 7-10天 200%+

電池容量基準(zhǔn) +10-15% -

2.2 工藝優(yōu)化效果

1. 分散效率提升：處理時間縮短60-70%

2. 添加劑減少：分散劑用量降低30-50%

3. 能耗降低：相比高剪切混合節(jié)能25-35%

3. 工業(yè)級超聲分散系統(tǒng)設(shè)計（GBS-SCF30A型）

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3.1 項目系統(tǒng)架構(gòu)

? 核心組件

o 超聲主機：3kW（20kHz），縱向安裝于316L不銹鋼攪拌反應(yīng)釜內(nèi)

o 智能控制系統(tǒng)：自動頻率跟蹤，10寸以上觸摸屏操作界面，支持主機功率、系統(tǒng)參數(shù)獨立調(diào)節(jié)

o 多參數(shù)監(jiān)測模塊：集成超聲波驅(qū)動電源、通訊管理機及以太網(wǎng)交換機

? 安全防護(hù)

o 三重報警系統(tǒng)：振子異常/電源故障/溫度超標(biāo)

o 防爆設(shè)計：符合ExdⅡBT4標(biāo)準(zhǔn)

o 聲學(xué)優(yōu)化：不銹鋼管支架及外罩，噪音<75dB（抑制超聲空化噪音）

o 緊急控制：面板配備總運行按鈕（帶指示燈）、急停按鈕及報警指示燈

3.2項目技術(shù)指標(biāo)

序號	指標(biāo)名稱	指標(biāo)范圍	備注
1	超聲工作頻率	20KHz
2	超聲工作功率	3KW/主機	每基本模塊含3臺主機
3	超聲主機異常報警	有	聲光報警
4	超聲主機工具頭異常報警	有	聲光報警
5	超聲電源異常報警	有	聲光報警
6	電氣控制柜異常報警	有	聲光報警
7	就地控制	有	就地電氣控制和就地觸摸屏控制
8	遠(yuǎn)程控制	有	遠(yuǎn)程操作員站控制
9	基本模塊整體控制及單臺主機控制切換功能	有	既可對基本模塊整體功率進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，也可對每臺主機單獨設(shè)置參數(shù)
10	參數(shù)保存功能	有	對于用戶設(shè)置的參數(shù)可快速保存及讀取
11	歷史數(shù)據(jù)記錄功能	有	可對超聲主機及流量運行參數(shù)進(jìn)行歷史記錄，記錄時間可達(dá)1年以上。

3.3項目運行實施

本項目所實施的方案已在國內(nèi)知名材料企業(yè)得到實際現(xiàn)場應(yīng)用，取得良好的超聲分散效果。

3.4項目應(yīng)用體會

在電池漿料生產(chǎn)中，采用杭州國彪超聲設(shè)備有限公司的GBS-SCF30A智能數(shù)控超聲波分散系統(tǒng)，通過集成化設(shè)計滿足生產(chǎn)需求。該系統(tǒng)具備自動頻率搜索、動態(tài)頻率跟蹤及功率可調(diào)功能，使?jié){料制備具有以下優(yōu)勢：

1. 穩(wěn)定性提升：漿料粘度更穩(wěn)定，流動性優(yōu)異，便于后續(xù)涂布工藝；

2. 均勻性優(yōu)化：固體顆粒分布均勻，減少團(tuán)聚現(xiàn)象，降低電池性能衰減；

3. 性能增強：顆粒細(xì)化顯著提高電池能量密度與循環(huán)壽命；

4. 成本與環(huán)保：減少化學(xué)添加劑依賴，降低生產(chǎn)成本，同時提升環(huán)保性。

4. 技術(shù)發(fā)展前沿

4.1 新材料適配

? 硅基負(fù)極：解決高膨脹系數(shù)材料分散難題

? 固態(tài)電解質(zhì)：促進(jìn)界面均勻接觸

? 單晶正極：避免結(jié)構(gòu)損傷的溫和分散

隨著設(shè)備智能化發(fā)展和工藝參數(shù)優(yōu)化，超聲波技術(shù)將在新能源材料領(lǐng)域發(fā)揮更大價值，特別在高鎳體系、硅碳負(fù)極等新型材料制備中具有廣闊應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] Journal of Power Sources, 2023, 電池漿料分散技術(shù)綜述

[2] Ultrasonics Sonochemistry, 2022, 多頻超聲協(xié)同效應(yīng)研究