超聲波技術(shù)提升鋰電池性能

    鋰電世界  超聲波，一項幾乎令大家熟悉到熟視無睹的古老技術(shù)，卻能為鋰離子電池的制造及性能提升帶來那么多神奇的效果。在最近于杭州舉辦的由國家863動力電池檢測中心主任王子冬先生發(fā)起的動力電池系列技術(shù)沙龍上，廣州市新棟力超聲電子設(shè)備有限公司市場部經(jīng)理才戈先生介紹了該公司的相關(guān)研究及應(yīng)用推廣工作。

    自19世紀(jì)末20世紀(jì)初人們利用壓電效應(yīng)與反壓電效應(yīng)發(fā)生超聲波從而使超聲波得以實現(xiàn)實際應(yīng)用以來，經(jīng)過無數(shù)科研人員的不斷探索與實踐，超聲技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、化學(xué)、生物、軍事、科研及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的方方面面，具體應(yīng)用包括：測距、測速、測厚、搖控、成像、清洗、探傷、焊接、碎石、萃取、提純、自動控制、漿料分散、誘導(dǎo)結(jié)晶、醫(yī)學(xué)診斷、細(xì)胞激活、殺菌消毒，甚至是白酒醇化及種子優(yōu)化處理等許多方面。但是在鋰離子電池制造方面，除了超聲焊接外，其他應(yīng)用目前還幾乎沒有聽說。

    據(jù)廣州新棟力的才戈先生介紹，廣州市新棟力超聲電子設(shè)備有限公司自1996年成立以來，一直致力于功率超聲波設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和相關(guān)技術(shù)咨詢服務(wù)，超聲波金屬焊是該公司目前的主要業(yè)務(wù)，產(chǎn)品主要應(yīng)用于鋰離子電池的極片和極耳焊接，據(jù)稱該公司董事長嚴(yán)錦璇先生自身就是聲化學(xué)專業(yè)教授，長期親身致力于超聲應(yīng)用的研究與開發(fā)工作。此外，該公司還與華南理工大學(xué)、中科院廣州能源所等國內(nèi)多家高校及研究所長期開展相關(guān)合作研發(fā)。

    隨著鋰離子電池的迅猛發(fā)展及其性能提升過程中面臨的巨大困難，該公司結(jié)合自身所掌握的超聲波核心技術(shù)在誘導(dǎo)結(jié)晶及中草藥萃取與提純方面的成熟應(yīng)用，主動與鋰電產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)聯(lián)系，開展針對性的應(yīng)用研究合作。目前，該公司的漿料分散設(shè)備已有國內(nèi)鋰電企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，效果良好，如能極大地縮短結(jié)晶時間、減少輔助材料用量、提高產(chǎn)品的一致性、延長循環(huán)壽命、提高安全性及改善極片的加工性能等等。

    對于誘導(dǎo)結(jié)晶的應(yīng)用，才戈介紹，雖然截止目前他們還沒有與鋰電企業(yè)(主要目標(biāo)是鋰電關(guān)鍵材料企業(yè))進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化合作，但他們的產(chǎn)品已成熟的應(yīng)用于需要利用超聲波促進(jìn)冰晶生成的第三代冰蓄冷項目(屬國家鼓勵發(fā)展的清潔節(jié)能新技術(shù))。據(jù)介紹，超聲對于結(jié)晶成型的好處包括：縮短結(jié)晶時間、改善晶粒分布等。因此，有可能引入超聲誘導(dǎo)結(jié)晶的包括諸如碳酸鋰、六氟磷酸鋰、磷酸鐵鋰，甚至隔膜等所有涉及結(jié)晶工藝的鋰電關(guān)鍵材料及其前驅(qū)體產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)。此外，該公司還開發(fā)出了超聲清粉設(shè)備，利用該設(shè)備能夠高效而又方便的一次性將極片分條切割后產(chǎn)生的導(dǎo)電粉末及毛刺清除干凈，為鋰電產(chǎn)品的高安全性提供了極大保障。

    據(jù)高工鋰電了解，目前全球范圍內(nèi)將超聲波技術(shù)引入整個鋰電產(chǎn)業(yè)鏈實際應(yīng)用的企業(yè)確實是鳳毛麟角，新棟力的很多工作無疑是開創(chuàng)性的。

    為什么超聲波能有如此廣泛的應(yīng)用呢？原來主要得益于超聲空化反應(yīng)，當(dāng)超聲波能量足夠高時，就會產(chǎn)生“超聲空化”現(xiàn)象，即指存在于液體中的微小氣泡(空化核)在超聲場的作用下振動、生長并不斷聚集聲場能量，當(dāng)能量達(dá)到某個閾值時，空化氣泡急劇崩潰閉合的過程。空化氣泡的壽命約0.1μs，它在急劇崩潰時可釋放出巨大的能量，并產(chǎn)生速度約為110m/s、有強大沖擊力的微射流，使碰撞密度高達(dá)1.5kg/cm2。空化氣泡在急劇崩潰的瞬間產(chǎn)生局部高溫高壓(5000K，1800atm)，冷卻速度可達(dá)109K/s。超聲波這種空化作用大大提高非均相反應(yīng)速率，實現(xiàn)非均相反應(yīng)物間的均勻混合，加速反應(yīng)物和產(chǎn)物的擴散，促進(jìn)固體新相的形成，控制顆粒的尺寸和分布。”

    目前該公司的多項研發(fā)成果已取得專利保護，其中有幾項還獲得國家發(fā)明專利，如“動力電池電極漿料分散制涂自動化連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)”和“鉗式超聲波處理器及其應(yīng)用”等。由于各個企業(yè)的工藝過程及具體要求千差萬別，該公司希望有機會為更多企業(yè)提供有針對性的超聲輔助鋰電產(chǎn)品性能優(yōu)化方案及應(yīng)用系統(tǒng)，用所掌握的超聲波核心技術(shù)為民族鋰電企業(yè)的快速健康發(fā)展貢獻(xiàn)力量。