लिथियम-आयन बैटरी विभाजक डिफोमिंग में अल्ट्रासोनिक उपकरण का अनुप्रयोग

लिथियम-आयन बैटरी विभाजक डिफोमिंग में अल्ट्रासोनिक उपकरण का अनुप्रयोग

लिथियम-आयन बैटरी विभाजक उत्पादन (जैसे गीले द्विअक्षीय स्ट्रेचिंग प्रक्रिया) में, बहुलक समाधान (जैसे पीपी/पीई घोल) सरगर्मी, परिवहन या निर्माण विशेषताओं के कारण माइक्रोबुलबुले उत्पन्न करने की संभावना रखते हैं। यदि ये माइक्रोबुलबुले विभाजक में बने रहते हैं, तो वे असमान सरंध्रता, कम यांत्रिक गुणों का कारण बन सकते हैं, और यहां तक कि बैटरी सुरक्षा को भी प्रभावित कर सकते हैं। अल्ट्रासोनिक डिफोमिंग, ध्वनिक गुहिकायन प्रभाव पर आधारित, विभाजक सामग्री संरचना को नुकसान पहुंचाए बिना घोल से घुली हुई गैसों और माइक्रोबुलबुलों को कुशलता से हटा सकता है।

विशिष्ट अनुप्रयोग विधि इस प्रकार है:

I. मुख्य सिद्धांत
जब अल्ट्रासाउंड बहुलक घोल पर कार्य करता है, तो तरल के अंदर उच्च-आवृत्ति दबाव में उतार-चढ़ाव (संपीड़न-विस्तार चक्र) उत्पन्न होते हैं:

निम्न-दबाव चरण: घोल में माइक्रो-वैक्यूम बुलबुले (गुहिकायन नाभिक) बनते हैं;

घोल में घुली हुई गैसें (जैसे हवा, विलायक वाष्पीकरण गैसें) लगातार गुहिकायन नाभिक की ओर फैलती हैं, जिससे बुलबुले तेजी से बढ़ते हैं;

उत्प्लावन और अल्ट्रासोनिक कंपन के प्रभाव में, बुलबुले एकत्रित होते हैं और सतह पर तैरते हैं, अंततः घोल की सतह से बाहर निकल जाते हैं, इस प्रकार डिफोमिंग प्राप्त होती है।

पारंपरिक यांत्रिक डिफोमिंग (जो आसानी से घोल की एकरूपता को नुकसान पहुंचाता है) और रासायनिक डिफोमर (जो अशुद्धियाँ पेश कर सकते हैं) की तुलना में, अल्ट्रासोनिक डिफोमिंग के फायदे हैं जैसे कोई द्वितीयक प्रदूषण नहीं, पूरी तरह से डिफोमिंग, और घोल के प्रदर्शन पर कोई प्रभाव नहीं।

II. उपकरण चयन और विन्यास

1. मुख्य उपकरण चयन

उपकरण का प्रकार | मुख्य पैरामीटर आवश्यकताएँ | चयन का आधार

अल्ट्रासोनिक जनरेटर | आवृत्ति 20-80kHz (40kHz अनुशंसित, डिफोमिंग दक्षता और घोल स्थिरता को संतुलित करना); पावर 500-3000W (घोल टैंक की मात्रा के अनुसार समायोज्य, 10-20W/L अनुशंसित); लगातार समायोज्य पावर और स्वचालित आवृत्ति ट्रैकिंग का समर्थन करता है। बहुत अधिक आवृत्ति (>80kHz) गुहिकायन प्रभाव को कमजोर करती है और डिफोमिंग दक्षता को कम करती है; बहुत कम आवृत्ति (<20kHz) घोल के स्थानीयकृत अति ताप या बहुलक आणविक श्रृंखलाओं के टूटने का कारण बन सकती है।

अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर | पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्री (उच्च स्थिरता, उच्च ऊर्जा रूपांतरण दक्षता); स्थापना विधि: विसर्जन या दीवार पर लगा हुआ। विसर्जन ट्रांसड्यूसर अधिक प्रत्यक्ष डिफोमिंग के लिए सीधे घोल के संपर्क में आते हैं; दीवार पर लगे ट्रांसड्यूसर घोल टैंक को सील करने के लिए उपयुक्त हैं ताकि संदूषण से बचा जा सके।

घोल टैंक / रिएक्टर | सामग्री: स्टेनलेस स्टील 316L (विलायक प्रतिरोधी); अंतर्निहित बाफ़ल प्लेट (घोल के परिसंचारी प्रवाह को बनाने के लिए, स्थानीयकृत डिफोमिंग में मृत क्षेत्रों से बचना); तापमान नियंत्रण उपकरण से लैस (तापमान ≤60℃, अत्यधिक विलायक वाष्पीकरण या घोल जमने से रोकना)। डायाफ्राम घोल में अक्सर हेक्सेन और पैराफिन तेल जैसे कार्बनिक विलायक होते हैं, जिसके लिए संक्षारण-प्रतिरोधी सामग्री की आवश्यकता होती है; तापमान नियंत्रण अल्ट्रासोनिक गुहिकायन द्वारा उत्पन्न स्थानीयकृत उच्च तापमान को घोल के प्रदर्शन को प्रभावित करने से रोकता है।

2. सहायक विन्यास

वैक्यूम सिस्टम: -0.06~-0.08MPa के वैक्यूम स्तर के साथ एक वैक्यूम पंप से लैस, अल्ट्रासोनिक तरंगों के साथ संयोजन में उपयोग किया जाता है (एक वैक्यूम वातावरण घोल में गैसों की घुलनशीलता को कम करता है, बुलबुले के उदय को तेज करता है, और 30% से अधिक डिफोमिंग दक्षता में सुधार करता है);

सरगर्मी उपकरण: कम गति से सरगर्मी (30-60r/min) उच्च गति से सरगर्मी से नए बुलबुले के निर्माण से बचती है, जबकि अल्ट्रासोनिक ऊर्जा के साथ घोल के समान संपर्क को बढ़ावा देती है;

निस्पंदन उपकरण: घोल एक्सट्रूडर/कास्टिंग मशीन में प्रवेश करने से पहले, यह 5-10μm सटीक फिल्टर से गुजरता है ताकि बड़ी संख्या में बड़े बुलबुले (व्यास > 10μm) को रोका जा सके जो बाहर नहीं निकले हैं, जिससे डायाफ्राम की सपाटता सुनिश्चित होती है।

III. विशिष्ट संचालन प्रक्रियाएँ

1. पूर्व उपचार चरण

घोल तैयार करना: एक समान बहुलक समाधान बनाने के लिए सूत्र के अनुसार पीपी/पीई पाउडर, प्लास्टिसाइज़र, विलायक, आदि मिलाएं (ठोस सामग्री 20%-40%);

उपकरण निरीक्षण: पुष्टि करें कि अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर की सतह पर कोई चिपकने वाला पदार्थ (जैसे घोल अवशेष, अशुद्धियाँ) नहीं हैं, कि जनरेटर और ट्रांसड्यूसर ठीक से जुड़े हुए हैं, और घोल टैंक अच्छी तरह से सील है (यदि वैक्यूम तालमेल का उपयोग कर रहे हैं)।

2. डिफोमिंग संचालन प्रक्रिया

घोल इंजेक्शन: तैयार बहुलक घोल को एक अल्ट्रासोनिक उपकरण से लैस घोल टैंक में इंजेक्ट करें। टैंक की मात्रा का 70%-80% पर तरल स्तर को नियंत्रित करें (अत्यधिक तरल स्तर के कारण डिफोमिंग के दौरान अतिप्रवाह से बचने के लिए)।

पैरामीटर सेटिंग: अल्ट्रासोनिक जनरेटर चालू करें, आवृत्ति को 40kHz पर सेट करें, पावर घनत्व को 15W/L पर सेट करें, और प्रारंभिक रनिंग टाइम को 30-60 मिनट पर सेट करें (बुलबुले की मात्रा के अनुसार समायोजित करें)। यदि वैक्यूम सिस्टम का उपयोग कर रहे हैं, तो अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया शुरू करने से पहले -0.07MPa तक खाली करें।

प्रक्रिया निगरानी:

घोल की सतह का निरीक्षण करें: यदि समान बुलबुले निकलना जारी रखते हैं, तो डिफोमिंग सामान्य है। यदि बुलबुले की मात्रा तेजी से घटती है, तो पावर कम करें या समय कम करें।

घोल की स्थिति का पता लगाएं: लेजर कण आकार विश्लेषक का उपयोग करके घोल में बुलबुले के कण आकार का पता लगाएं (अवशिष्ट बुलबुले का व्यास < 5μm, और संख्या ≤ 10/mL); रोटेशनल रियोमीटर का उपयोग करके घोल की चिपचिपाहट में परिवर्तन का पता लगाएं (उतार-चढ़ाव ≤ 5%, बहुलक आणविक श्रृंखला के टूटने से बचने के लिए)।

तापमान नियंत्रण: यदि घोल का तापमान 50℃ से अधिक हो जाता है, तो तापमान बनाए रखने के लिए अल्ट्रासोनिक पावर कम करें या कूलिंग सिस्टम चालू करें। 40-50℃;

बाद की प्रक्रिया: डिफोमिंग के बाद, अल्ट्रासोनिक और वैक्यूम सिस्टम बंद कर दें, कम गति से सरगर्मी बनाए रखें, और घोल को अगले चरण (कास्टिंग, स्ट्रेचिंग, आदि) में एक फिल्टर के माध्यम से ले जाएं ताकि घोल को जमने के बाद फिर से बुलबुले बनने से रोका जा सके।

3. मुख्य संचालन बिंदु

अल्ट्रासोनिक सिस्टम के लंबे समय तक निरंतर संचालन से बचें (घोल या ट्रांसड्यूसर थकान क्षति के स्थानीयकृत अति ताप को रोकने के लिए हर 60 मिनट के संचालन में 10 मिनट के लिए रुकने की सिफारिश की जाती है);

ट्रांसड्यूसर स्थापना स्थिति: विसर्जन ट्रांसड्यूसर टैंक के तल से 10-20 सेमी और टैंक की दीवार से 5-10 सेमी दूर होने चाहिए, और समान रूप से वितरित किए जाने चाहिए (प्रति 1-2m² टैंक तल क्षेत्र में एक ट्रांसड्यूसर) केंद्रित ऊर्जा से घोल के छपके से बचने के लिए;

वैक्यूम और अल्ट्रासोनिक समन्वय का समय: सबसे पहले, हवा को हटाने के लिए टैंक को 10 मिनट के लिए खाली करें, फिर अल्ट्रासोनिक सिस्टम शुरू करें। यह नए बुलबुले के निर्माण को कम करता है और डिफोमिंग प्रभाव में सुधार करता है।

IV. सामान्य समस्याएँ और समाधान

समस्या घटना | संभावित कारण | समाधान

डिफोमिंग के बाद घोल में कई माइक्रोबुलबुले बने रहते हैं | 1. अपर्याप्त अल्ट्रासोनिक पावर या अनुचित आवृत्ति; 2. घोल की चिपचिपाहट बहुत अधिक है (गैस को फैलने में कठिनाई होती है); 3. कोई वैक्यूम समन्वय नहीं | 1. पावर घनत्व को 18-20W/L तक बढ़ाएँ, आवृत्ति को 40kHz पर समायोजित करें; 2. उचित रूप से विलायक अनुपात बढ़ाएँ, घोल की चिपचिपाहट कम करें (1000-5000mPa・s पर नियंत्रित करें); 3. वैक्यूम सिस्टम चालू करें और -0.07MPa का वैक्यूम स्तर बनाए रखें

असामान्य रूप से उच्च/निम्न घोल चिपचिपाहट | 1. अत्यधिक अल्ट्रासोनिक पावर (जिससे बहुलक आणविक श्रृंखला टूट जाती है या जम जाती है); 2. अत्यधिक उच्च घोल तापमान | 1. पावर घनत्व को 10-12W/L तक कम करें, एकल रन टाइम कम करें; 2. तापमान नियंत्रण को मजबूत करें, तापमान 40℃ से नीचे रखें

ट्रांसड्यूसर सतह पर घोल का स्केल/चिपकना | विलायक वाष्पीकरण के बाद बहुलक अवशेष चिपक जाता है प्रत्येक उपयोग के बाद, ऊर्जा हस्तांतरण को प्रभावित करने वाले अवशेषों से बचने के लिए ट्रांसड्यूसर सतह को संबंधित विलायक (जैसे, हेक्सेन) से साफ करें।

तैयार डायाफ्राम में अभी भी पिनहोल/असमान छिद्र आकार हैं। 1. अधूरा डिफोमिंग, अवशिष्ट बुलबुले छोड़ना; 2. अपर्याप्त निस्पंदन उपकरण सटीकता।
1. अल्ट्रासोनिक रनिंग टाइम को 60 मिनट तक बढ़ाएँ और वैक्यूम पैरामीटर को अनुकूलित करें; 2. फिल्टर सटीकता को 5μm तक सुधारें और फिल्टर झिल्ली को नियमित रूप से बदलें।

V. प्रक्रिया अनुकूलन दिशाएँ

पैरामीटर सहक्रियात्मक अनुकूलन: ऑर्थोगोनल प्रयोगों के माध्यम से इष्टतम संयोजन निर्धारित करें (जैसे, आवृत्ति 40kHz + पावर घनत्व 15W/L + वैक्यूम डिग्री -0.07MPa + तापमान 45℃), जो अवशिष्ट बुलबुले की मात्रा को 5 बुलबुले/mL से नीचे कर सकता है;

बहु-चरण डिफोमिंग डिज़ाइन: घोल तैयारी टैंक, ट्रांसफर टैंक और प्री-एक्सट्रूज़न बफर टैंक में अल्ट्रासोनिक उपकरण स्थापित करें ताकि "खंडित डिफोमिंग + चरण-दर-चरण शुद्धिकरण" प्राप्त किया जा सके, जिससे अवशिष्ट बुलबुले का जोखिम और कम हो जाए;

बुद्धिमान नियंत्रण: घोल में बुलबुले की मात्रा की वास्तविक समय में निगरानी करने के लिए एक ऑनलाइन बुलबुला पता लगाने वाला सेंसर (लेजर स्कैटरिंग सिद्धांत पर आधारित) पेश करें

स्वचालित रूप से अल्ट्रासोनिक पावर, वैक्यूम डिग्री और सरगर्मी गति को समायोजित करें ताकि बंद-लूप नियंत्रण प्राप्त किया जा सके।

VI. सावधानियां

सुरक्षा सुरक्षा: ऑपरेशन के दौरान अस्थिर कार्बनिक विलायक गैसों को साँस लेने से बचने के लिए सुरक्षात्मक दस्ताने और चश्मे पहनें; सुनिश्चित करें कि अल्ट्रासोनिक जनरेटर ठीक से ग्राउंडेड है ताकि विद्युत रिसाव को रोका जा सके।

उपकरण रखरखाव: नियमित रूप से (हर 1-2 महीने में) अल्ट्रासोनिक आवृत्ति और पावर को कैलिब्रेट करें, और ट्रांसड्यूसर के सीलिंग प्रदर्शन की जांच करें (विलायक के रिसने से शॉर्ट सर्किट से बचने के लिए)।

घोल संगतता: नए घोल निर्माणों को बहुलक आणविक भार और घोल चिपचिपाहट पर अल्ट्रासोनिक मापदंडों के प्रभाव को सत्यापित करने के लिए छोटे पैमाने पर परीक्षण (500mL) की आवश्यकता होती है, जिससे बड़े पैमाने पर उत्पादन के दौरान गुणवत्ता के मुद्दों से बचा जा सके।

उपरोक्त उपायों के माध्यम से, अल्ट्रासोनिक उपकरण लिथियम बैटरी विभाजक घोल से हवा के बुलबुलों को कुशलता से हटा सकता है, जिससे विभाजक की छिद्र एकरूपता, तन्य शक्ति और ब्रेकडाउन वोल्टेज में काफी सुधार होता है, जिससे लिथियम बैटरी की सुरक्षा और चक्र जीवन सुनिश्चित होता है।