超聲波技術提升鋰電池性能

    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，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起的動力電池系列技術沙龍上，廣州市新棟力超聲電子設備有限公司市場部經理才戈先生介紹了該公司的相關研究及應用推廣工作。

    自19世紀末20世紀初人們利用壓電效應與反壓電效應發生超聲波從而使超聲波得以實現實際應用以來，經過無數科研人員的不斷探索與實踐，超聲技術已被廣泛應用于醫學、化學、生物、軍事、科研及工農業生產的方方面面，具體應用包括：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、誘導結晶、醫學診斷、細胞激活、殺菌消毒，甚至是白酒醇化及種子優化處理等許多方面。但是在鋰離子電池制造方面，除了超聲焊接外，其他應用目前還幾乎沒有聽說。

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

    隨著鋰離子電池的迅猛發展及其性能提升過程中面臨的巨大困難，該公司結合自身所掌握的超聲波核心技術在誘導結晶及中草藥萃取與提純方面的成熟應用，主動與鋰電產業鏈相關企業聯系，開展針對性的應用研究合作。目前，該公司的漿料分散設備已有國內鋰電企業實現產業化應用，效果良好，如能極大地縮短結晶時間、減少輔助材料用量、提高產品的一致性、延長循環壽命、提高安全性及改善極片的加工性能等等。

    對于誘導結晶的應用，才戈介紹，雖然截止目前他們還沒有與鋰電企業(主要目標是鋰電關鍵材料企業)進行產業化合作，但他們的產品已成熟的應用于需要利用超聲波促進冰晶生成的第三代冰蓄冷項目(屬國家鼓勵發展的清潔節能新技術)。據介紹，超聲對于結晶成型的好處包括：縮短結晶時間、改善晶粒分布等。因此，有可能引入超聲誘導結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晶工藝的鋰電關鍵材料及其前驅體產品生產企業。此外，該公司還開發出了超聲清粉設備，利用該設備能夠高效而又方便的一次性將極片分條切割后產生的導電粉末及毛刺清除干凈，為鋰電產品的高安全性提供了極大保障。

    據高工鋰電了解，目前全球范圍內將超聲波技術引入整個鋰電產業鏈實際應用的企業確實是鳳毛麟角，新棟力的很多工作無疑是開創性的。

    為什么超聲波能有如此廣泛的應用呢？原來主要得益于超聲空化反應，當超聲波能量足夠高時，就會產生“超聲空化”現象，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，當能量達到某個閾值時，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，并產生速度約為110m/s、有強大沖擊力的微射流，使碰撞密度高達1.5kg/cm2。空化氣泡在急劇崩潰的瞬間產生局部高溫高壓(5000K，1800atm)，冷卻速度可達109K/s。超聲波這種空化作用大大提高非均相反應速率，實現非均相反應物間的均勻混合，加速反應物和產物的擴散，促進固體新相的形成，控制顆粒的尺寸和分布。”

    目前該公司的多項研發成果已取得專利保護，其中有幾項還獲得國家發明專利，如“動力電池電極漿料分散制涂自動化連續生產系統”和“鉗式超聲波處理器及其應用”等。由于各個企業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提供有針對性的超聲輔助鋰電產品性能優化方案及應用系統，用所掌握的超聲波核心技術為民族鋰電企業的快速健康發展貢獻力量。