تطبيق معدات الموجات فوق الصوتية في إزالة الرغوة من فاصل بطارية الليثيوم أيون

تطبيق معدات الموجات فوق الصوتية في إزالة رغوة فاصل بطارية ليثيوم أيون

في إنتاج فاصل بطارية أيون الليثيوم (مثل عمليات التمدد ذات المحورين الرطبة)، تكون محاليل البوليمر (مثل ملاط ​​PP/PE) عرضة لتوليد فقاعات صغيرة بسبب خصائص التحريك أو النقل أو التركيب. إذا بقيت هذه الفقاعات الدقيقة في الفاصل، فإنها يمكن أن تؤدي إلى مسامية غير متساوية، وانخفاض الخواص الميكانيكية، وحتى التأثير على سلامة البطارية. يمكن لإزالة الرغوة بالموجات فوق الصوتية، استنادًا إلى تأثير التجويف الصوتي، إزالة الغازات الذائبة والفقاعات الدقيقة من الملاط بكفاءة دون الإضرار بهيكل مادة الفاصل.

طريقة التطبيق المحددة هي كما يلي:

I. المبدأ الأساسي
عندما تعمل الموجات فوق الصوتية على ملاط ​​البوليمر، يتم إنشاء تقلبات الضغط عالية التردد (دورة الضغط والتمدد) داخل السائل:

مرحلة الضغط المنخفض: تتشكل فقاعات فراغية صغيرة (نواة التجويف) في الملاط؛

تنتشر الغازات الذائبة في الملاط (مثل الهواء وغازات تبخر المذيبات) بشكل مستمر نحو نوى التجويف، مما يتسبب في نمو الفقاعات بسرعة؛

تحت تأثير الطفو والاهتزاز بالموجات فوق الصوتية، تتجمع الفقاعات وتطفو على السطح، وفي النهاية تهرب من سطح الملاط، وبالتالي تحقيق إزالة الرغوة.

بالمقارنة مع إزالة الرغوة الميكانيكية التقليدية (التي تدمر بسهولة تجانس الملاط) ومزيلات الرغوة الكيميائية (التي قد تؤدي إلى شوائب)، فإن إزالة الرغوة بالموجات فوق الصوتية لها مزايا مثل عدم وجود تلوث ثانوي، وإزالة الرغوة بشكل كامل، وعدم وجود تأثير على أداء الملاط.

ثانيا. اختيار المعدات وتكوينها

1. اختيار المعدات الأساسية

نوع المعدات | متطلبات المعلمة الرئيسية | أساس الاختيار

مولد بالموجات فوق الصوتية | التردد 20-80 كيلو هرتز (يوصى بـ 40 كيلو هرتز، موازنة كفاءة إزالة الرغوة واستقرار الملاط)؛ الطاقة 500-3000 واط (قابلة للتعديل وفقًا لحجم خزان الطين، يوصى بـ 10-20 واط/لتر)؛ يدعم الطاقة القابلة للتعديل بشكل مستمر وتتبع التردد التلقائي. التردد العالي جدًا (> 80 كيلو هرتز) يضعف تأثير التجويف ويقلل من كفاءة إزالة الرغوة؛ قد يؤدي التردد المنخفض جدًا (<20 كيلو هرتز) إلى ارتفاع درجة حرارة الملاط الموضعي أو كسر سلاسل البوليمر الجزيئية.

محول بالموجات فوق الصوتية | مادة السيراميك الكهرضغطية (ثبات عالي، كفاءة عالية في تحويل الطاقة)؛ طريقة التثبيت: الغمر أو التثبيت على الحائط. تتصل محولات الطاقة المغمورة مباشرة بالملاط من أجل إزالة الرغوة بشكل مباشر؛ تعتبر محولات الطاقة المثبتة على الحائط مناسبة لإغلاق خزان الملاط لتجنب التلوث.

خزان الطين / المفاعل | المواد: الفولاذ المقاوم للصدأ 316L (مقاوم للمذيبات)؛ لوحة حاجزة مدمجة (لإنشاء تدفق دائري للملاط، وتجنب المناطق الميتة في عملية إزالة الرغوة الموضعية)؛ مجهزة بجهاز التحكم في درجة الحرارة (درجة الحرارة ≥60 درجة مئوية، مما يمنع التبخر الزائد للمذيبات أو تكوّن الطين). غالبًا ما تحتوي ملاط ​​الغشاء على مذيبات عضوية مثل الهكسان وزيت البارافين، مما يتطلب مواد مقاومة للتآكل؛ يمنع التحكم في درجة الحرارة درجات الحرارة المرتفعة الموضعية الناتجة عن التجويف بالموجات فوق الصوتية من التأثير على أداء الملاط.

2. التكوين المساعد

نظام التفريغ: مزود بمضخة تفريغ بمستوى تفريغ -0.06~-0.08MPa، يستخدم جنبًا إلى جنب مع الموجات فوق الصوتية (بيئة الفراغ تقلل من ذوبان الغازات في الملاط، وتسرع ارتفاع الفقاعات، وتحسن كفاءة إزالة الرغوة بأكثر من 30٪)؛

جهاز التحريك: التحريك ذو السرعة المنخفضة (30-60r/min) يتجنب توليد فقاعات جديدة من التحريك عالي السرعة، مع تعزيز الاتصال الموحد للملاط مع طاقة الموجات فوق الصوتية؛

جهاز الترشيح: قبل أن يدخل الملاط إلى آلة الطارد/الصب، يمر عبر مرشح دقيق 5-10μm لاعتراض عدد صغير من الفقاعات الكبيرة (القطر > 10μm) التي لم تفلت، مما يضمن استواء الحجاب الحاجز.

ثالثا. إجراءات التشغيل المحددة

1. مرحلة المعالجة المسبقة

تحضير الملاط: قم بخلط مسحوق PP/PE، الملدنات، المذيبات، وما إلى ذلك، وفقًا للصيغة لتشكيل محلول بوليمر متجانس (المحتوى الصلب 20%-40%)؛

فحص المعدات: تأكد من عدم وجود مواد ملتصقة (مثل بقايا الملاط والشوائب) على سطح محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية، وأن المولد ومحول الطاقة متصلان بشكل صحيح، وأن خزان الملاط مغلق جيدًا (في حالة استخدام التآزر الفراغي).

2. إجراء عملية إزالة الرغوة

حقن الملاط: قم بحقن ملاط ​​البوليمر المحضر في خزان الملاط المجهز بجهاز الموجات فوق الصوتية. التحكم في مستوى السائل عند 70%-80% من حجم الخزان (لتجنب الفائض أثناء إزالة الرغوة بسبب مستوى السائل الزائد).

إعداد المعلمة: قم بتشغيل المولد بالموجات فوق الصوتية، واضبط التردد على 40 كيلو هرتز، وكثافة الطاقة إلى 15 وات/لتر، ووقت التشغيل الأولي إلى 30-60 دقيقة (اضبط وفقًا لمحتوى الفقاعات). في حالة استخدام نظام فراغ، قم أولاً بالإخلاء إلى -0.07MPa قبل بدء عملية الموجات فوق الصوتية.

مراقبة العملية:

مراقبة سطح الملاط: إذا استمرت الفقاعات الموحدة في الهروب، فإن إزالة الرغوة أمر طبيعي. إذا انخفضت كمية الفقاعة بشكل حاد، فقم بتقليل الطاقة أو تقصير الوقت.

كشف حالة الملاط: اكتشف حجم جسيمات الفقاعة في الملاط باستخدام محلل حجم جسيمات الليزر (قطر الفقاعة المتبقية <5 ميكرومتر، والرقم ≥ 10/مل)؛ الكشف عن التغيرات في لزوجة الملاط باستخدام مقياس الجريان الدوراني (التقلب ≥ 5%، لتجنب كسر السلسلة الجزيئية للبوليمر).

التحكم في درجة الحرارة: إذا تجاوزت درجة حرارة الملاط 50 درجة مئوية، قم بتقليل طاقة الموجات فوق الصوتية أو قم بتشغيل نظام التبريد للحفاظ على درجة الحرارة. 40-50 درجة مئوية؛

المعالجة اللاحقة: بعد إزالة الرغوة، قم بإيقاف تشغيل أنظمة الموجات فوق الصوتية والفراغ، والحفاظ على التحريك منخفض السرعة، ونقل الملاط من خلال مرشح إلى العملية التالية (الصب، والتمدد، وما إلى ذلك) لمنع الملاط من توليد فقاعات مرة أخرى بعد الاستقرار.

3. نقاط التشغيل الرئيسية

تجنب التشغيل المستمر لفترة طويلة لنظام الموجات فوق الصوتية (يوصى بالتوقف لمدة 10 دقائق كل 60 دقيقة من التشغيل) لمنع ارتفاع درجة حرارة الملاط أو تلف محول الطاقة؛

موضع تركيب محول الطاقة: يجب أن تكون محولات الطاقة الغاطسة على بعد 10-20 سم من أسفل الخزان و5-10 سم من جدار الخزان، وأن يتم توزيعها بالتساوي (محول طاقة واحد لكل مساحة قاع خزان تبلغ 1-2 متر مربع) لتجنب تسبب الطاقة المركزة في تناثر الملاط؛

توقيت تنسيق الفراغ والموجات فوق الصوتية: أولاً، قم بإخلاء الخزان لمدة 10 دقائق لإزالة الهواء، ثم ابدأ تشغيل نظام الموجات فوق الصوتية. وهذا يقلل من توليد فقاعات جديدة ويحسن تأثير إزالة الرغوة.

رابعا. المشاكل والحلول المشتركة

ظاهرة المشكلة | السبب المحتمل | حل

تبقى العديد من الفقاعات الدقيقة في الملاط بعد إزالة الرغوة | 1. طاقة الموجات فوق الصوتية غير كافية أو التردد غير المناسب؛ 2. لزوجة الملاط عالية جدًا (يواجه الغاز صعوبة في الانتشار)؛ 3. لا يوجد تنسيق فراغ | 1. زيادة كثافة الطاقة إلى 18-20 واط/لتر، وضبط التردد إلى 40 كيلو هرتز؛ 2. زيادة نسبة المذيبات بشكل مناسب، وتقليل لزوجة الملاط (التحكم عند 1000-5000mPa・s)؛ 3. قم بتشغيل نظام التفريغ وحافظ على مستوى تفريغ -0.07MPa

لزوجة الملاط عالية/منخفضة بشكل غير طبيعي | 1. قوة الموجات فوق الصوتية المفرطة (مما يؤدي إلى كسر سلسلة البوليمر الجزيئية أو هلام)؛ 2. ارتفاع درجة حرارة الملاط بشكل مفرط | 1. تقليل كثافة الطاقة إلى 10-12 واط/لتر، وتقصير وقت التشغيل الفردي؛ 2. تعزيز التحكم في درجة الحرارة، والحفاظ على درجة الحرارة أقل من 40 درجة مئوية

مقياس/التصاق الملاط على سطح محول الطاقة | تلتصق بقايا البوليمر بعد تبخر المذيب. بعد كل استخدام، قم بتنظيف سطح محول الطاقة بالمذيب المقابل (مثل الهكسان) لتجنب تأثير البقايا على نقل الطاقة.

لا يزال الحجاب الحاجز النهائي يحتوي على ثقوب/حجم مسام غير متساوٍ. 1. إزالة الرغوة بشكل غير كامل، مما يترك فقاعات متبقية؛ 2. دقة جهاز الترشيح غير كافية.
1. قم بتمديد وقت تشغيل الموجات فوق الصوتية إلى 60 دقيقة وتحسين معلمات الفراغ؛ 2. تحسين دقة الفلتر إلى 5μm واستبدال غشاء الفلتر بانتظام.

V. توجيهات تحسين العملية

التحسين التآزري للمعلمة: تحديد التركيبة المثالية من خلال التجارب المتعامدة (على سبيل المثال، التردد 40 كيلو هرتز + كثافة الطاقة 15 وات/لتر + درجة الفراغ -0.07 ميجا باسكال + درجة الحرارة 45 درجة مئوية)، والتي يمكن أن تقلل كمية الفقاعة المتبقية إلى أقل من 5 فقاعات/مل؛

تصميم إزالة الرغوة متعدد المراحل: قم بتركيب أجهزة الموجات فوق الصوتية في خزان تحضير الملاط، وخزان النقل، وخزان عازل ما قبل البثق لتحقيق "إزالة الرغوة المجزأة + التنقية خطوة بخطوة"، مما يقلل بشكل أكبر من خطر الفقاعات المتبقية؛

التحكم الذكي: تقديم مستشعر الكشف عن الفقاعات عبر الإنترنت (على أساس مبدأ تشتت الليزر) لمراقبة محتوى الفقاعات في الملاط

في الوقت الحقيقي، قم تلقائيًا بضبط قوة الموجات فوق الصوتية ودرجة الفراغ وسرعة التحريك لتحقيق التحكم في الحلقة المغلقة.

سادسا. احتياطات

حماية السلامة: ارتداء القفازات والنظارات الواقية أثناء التشغيل لتجنب استنشاق غازات المذيبات العضوية المتطايرة؛ تأكد من تأريض مولد الموجات فوق الصوتية بشكل صحيح لمنع التسرب الكهربائي.

صيانة المعدات: بانتظام (كل 1-2 أشهر) معايرة تردد الموجات فوق الصوتية والطاقة، والتحقق من أداء الختم لمحول الطاقة (لمنع تسرب المذيبات مما يؤدي إلى دوائر قصيرة).

توافق الملاط: تتطلب تركيبات الملاط الجديدة اختبارات على نطاق صغير (500 مل) للتحقق من تأثير معلمات الموجات فوق الصوتية على الوزن الجزيئي للبوليمر ولزوجة الملاط، وتجنب مشكلات الجودة أثناء الإنتاج الضخم.

من خلال التدابير المذكورة أعلاه، يمكن لمعدات الموجات فوق الصوتية إزالة فقاعات الهواء بكفاءة من ملاط ​​فاصل بطارية الليثيوم، مما يحسن بشكل كبير من توحيد مسام الفاصل، وقوة الشد، وجهد الانهيار، وبالتالي ضمان سلامة ودورة حياة بطاريات الليثيوم.