超声波在锂电池的应用

　　自 19世纪末20世纪初人们利用压电效应与反压电效应发生超声波从而使超声波得以实现实际应用以来，经过无数科研人员的不断探索与实践，超声技术已被广泛应用于医学、化学、生物、军事、科研及工农业生产的方方面面，具体应用包括：测距、测速、测厚、摇控、成像、清洗、探伤、焊接、碎石、萃取、提纯、自动控制、浆料分散、诱导结晶、医学诊断、细胞激活、杀菌消毒，甚至是白酒醇化及种子优化处理等许多方面。但是在锂离子电池制造方面，除了超声焊接外，其他应用目前还几乎没有听说。

　　据广州新栋力的才戈先生介绍，广州市新栋力超声电子设备有限公司自1996年成立以来，一直致力于功率超声波设备的研发、生产、销售和相关技术咨询服务，超声波金属焊是该公司目前的主要业务，产品主要应用于锂离子电池的极片和极耳焊接，据称该公司董事长严锦璇先生自身就是声化学专业教授，长期亲身致力于超声应用的研究与开发工作。此外，该公司还与华南理工大学、中科院广州能源所等国内多家高校及研究所长期开展相关合作研发。

　　随着锂离子电池的迅猛发展及其性能提升过程中面临的巨大困难，该公司结合自身所掌握的超声波核心技术在诱导结晶及中草药萃取与提纯方面的成熟应用，主动与锂电产业链相关企业联系，开展针对性的应用研究合作。目前，该公司的浆料分散设备已有国内锂电企业实现产业化应用，效果良好，如能极大地缩短结晶时间、减少辅助材料用量、提高产品的一致性、延长循环寿命、提高安全性及改善极片的加工性能等等。

　　对于诱导结晶的应用，才戈介绍，虽然截止目前他们还没有与锂电企业(主要目标是锂电关键材料企业)进行产业化合作，但他们的产品已成熟的应用于需要利用超声波促进冰晶生成的第三代冰蓄冷项目(属国家鼓励发展的清洁节能新技术)。据介绍，超声对于结晶成型的好处包括：缩短结晶时间、改善晶粒分布等。因此，有可能引入超声诱导结晶的包括诸如碳酸锂、六氟磷酸锂、磷酸铁锂，甚至隔膜等所有涉及结晶工艺的锂电关键材料及其前驱体产品生产企业。此外，该公司还开发出了超声清粉设备，利用该设备能够高效而又方便的一次性将极片分条切割后产生的导电粉末及毛刺清除干净，为锂电产品的高安全性提供了极大保障。

　　目前全球范围内将超声波技术引入整个锂电产业链实际应用的企业确实是凤毛麟角，新栋力的很多工作无疑是开创性的。

　　为什么超声波能有如此广泛的应用呢?原来主要得益于超声空化反应，当超声波能量足够高时，就会产生“超声空化”现象，即指存在于液体中的微小气泡(空化核) 在超声场的作用下振动、生长并不断聚集声场能量，当能量达到某个阈值时，空化气泡急剧崩溃闭合的过程。空化气泡的寿命约0.1μs，它在急剧崩溃时可释放出巨大的能量，并产生速度约为110m/s、有强大冲击力的微射流，使碰撞密度高达1.5kg/cm2。空化气泡在急剧崩溃的瞬间产生局部高温高压 (5000K，1800atm)，冷却速度可达109K/s。超声波这种空化作用大大提高非均相反应速率，实现非均相反应物间的均匀混合，加速反应物和产物的扩散，促进固体新相的形成，控制颗粒的尺寸和分布。”

　　目前该公司的多项研发成果已取得专利保护，其中有几项还获得国家发明专利，如“动力电池电极浆料分散制涂自动化连续生产系统”和“钳式超声波处理器及其应用”等。由于各个企业的工艺过程及具体要求千差万别，该公司希望有机会为更多企业提供有针对性的超声辅助锂电产品性能优化方案及应用系统，用所掌握的超声波核心技术为民族锂电企业的快速健康发展贡献力量。