超声波喷涂技术：重塑下一代电池制造的精密涂层工艺

　　在新能源革命席卷全球的今天，电池性能的每一次微小提升都可能引发产业格局的深刻变革。超声波喷涂技术，

这项源自精密制造领域的创新工艺，正悄然成为突破电池性能瓶颈的关键钥匙。它通过物理原理的根本性创新，

为电极制备、固态电解质涂覆等核心工序提供了前所未有的解决方案，正在重新定义高效、精密、可持续的电池

制造新范式。

　　超声波雾化：物理原理的革新突破

　　超声波喷涂技术的核心在于其独特的雾化机制。与传统依靠高压气体冲击或机械旋转产生液滴的方式截然不同，

超声波喷涂利用压电换能器将高频电信号（通常为20kHz-120kHz）转换为相同频率的机械振动。这种高频振动通过

变幅杆传递至喷嘴尖端，使流经的浆料（包含活性物质、导电剂、粘结剂等）在表面形成微米级的“毛细波”。

　　当振动能量足够大时，波峰处的浆料会被精确地剥离，形成尺寸高度均匀、动量极低的微细雾滴。这种“温和”

的雾化方式带来了革命性优势：液滴平均粒径可在15-50微米范围内精准控制，分布集中度（RSD）可小于10%，

而传统高速分散涂布的液滴粒径分布往往超过30%。这种从源头上对浆料颗粒的精密控制，是获得极致均匀涂层的

物理基础。

　　工艺优势：直击电池制造的性能痛点

　　超声波喷涂技术在电池制造中展现出多重颠覆性优势，直击当前行业在一致性、成本与材料创新方面的核心挑战。

　　1.极致均匀，提升电池一致性与能量密度

　　电极涂层的均匀性直接决定电池的容量、内阻和循环寿命。超声波喷涂凭借其均匀的雾场，可在集流体（铜箔/铝箔）

上形成厚度偏差小于±2%的活性材料层。对于高镍三元、硅碳复合等对均匀性极其敏感的高能量密度材料，该技术能

将面密度波动控制在1%以内，显著减少局部电流密度过高导致的副反应和锂枝晶生长风险，从而提升电池的安全窗口

和整体能量密度。实验数据显示，采用超声喷涂制备的正极，其全电池在1000次循环后的容量保持率可提升8-12%。

　　2.精密可控，赋能新型结构与材料

　　该技术具备卓越的图案化与梯度涂覆能力。通过程序控制喷头的运动轨迹，可以轻松实现条纹状、点阵状等定制化

涂层图案，这不仅减少了非活性区面积，还有利于电解液浸润和离子快速传输。更重要的是，它能实现厚度或成分的

梯度涂覆——例如，在电极厚度方向构建孔隙率梯度以优化应力分布，或在面内方向调节硅基材料的比例以缓冲体积

膨胀。这种“功能化设计”能力是传统刮刀涂布无法实现的。

　　3.高效节约，驱动制造成本下降

　　超声波喷涂是一种“按需喷涂”的非接触式工艺，材料利用率高达85%-95%，远高于传统涂布工艺的70%-80%。

这直接降低了昂贵活性材料（如钴酸锂、固态电解质）的损耗。同时，其浆料适用粘度范围宽（1-5000cP），可制备

更高固含量的浆料，极大减少了溶剂（通常是昂贵的NMP）的使用、回收和能源消耗，契合电池制造的绿色化趋势。

　　4.温和涂覆，拓宽基材与材料选择

　　由于雾滴动能低，超声波喷涂可用于柔性、多孔或脆性等特殊基材，如三维多孔集流体、固态电解质薄膜、甚至

纤维编织物，为柔性电池和固态电池的开发提供了新路径。其温和特性也避免了对碳纳米管、石墨烯等脆弱纳米材料的

结构破坏，确保了导电网络的完整性。

　　核心应用场景：从液态锂电到前沿固态体系

　　1.锂离子电池电极制备

　　这是目前最成熟的应用领域。超声波喷涂已用于匀质涂布磷酸铁锂、三元材料等正极，以及硅基复合负极。它特别

适合涂布超薄电极（面密度<10mg/cm²）用于高功率电池，或超厚电极（>40mg/cm²）用于高能量密度电池，均能

保证良好的结构完整性。

　　2.固态电池制造的关键赋能者

　　在固态电池领域，超声波喷涂技术大放异彩：

　　固态电解质薄膜涂覆：可在正极表面或特定基材上均匀涂布硫化物、氧化物或聚合物固态电解质浆料，制备出数

微米至数十微米厚、无缺陷的致密电解质层，这是实现高性能全固态电池的核心。

　　电极一体化制备：通过多喷头系统或顺序喷涂，实现正极活性材料、固态电解质和离子导电剂的均匀复合，构建

理想的离子-电子双连续网络，大幅降低界面阻抗。

　　3.功能涂层与新型电池体系

　　隔膜陶瓷涂层：在聚合物隔膜上均匀喷涂氧化铝、二氧化硅等纳米陶瓷颗粒，提升隔膜的热稳定性和电解液亲和性。

　　锂金属负极保护层：在锂箔表面喷涂人工SEI膜材料，抑制枝晶生长。

　　燃料电池催化层：用于质子交换膜燃料电池（PEMFC）的催化剂浆料喷涂，实现铂碳催化剂的高效、均匀负载，

降低贵金属用量。

　　未来展望：迈向智能化与集成化制造

　　随着电池技术向更高能量密度、更本质安全的方向演进，超声波喷涂工艺正朝着智能化与集成化发展。结合机器

视觉的在线厚度监测与闭环反馈控制系统，能实现实时工艺调整，确保零缺陷生产。与干法电极工艺、卷对卷（R2R）

制造平台集成，将形成更高效、更低碳的电极制造解决方案。

　　超声波喷涂已不再是实验室的专用工具，而是正在快速走向产业化的主流技术。它以其精密的材料控制能力，成为

突破当前电池性能天花板、加速固态电池商业化进程的关键工艺之一。掌握这项技术，意味着在下一代电池的竞赛中，

占据了材料与制造融合创新的制高点。