Résumé: batterie au lithium-ion ayant une grande pièce polaire lors de la viscosité du revêtement de la suspension, l'épaisseur du revêtement, le substrat est mince, et une grande précision, les techniques de revêtement par filière à fente largement utilisées et l'analyse expérimentale utilisant la dynamique des fluides d'éléments finis. un procédé pour un revêtement en forme de fente d'écoulement initial de la batterie au lithium-ion de la suspension d'électrode négative sur le substrat de feuille de cuivre a été analysé, et les résultats expérimentaux montrent que les résultats de simulation de l'épaisseur du revêtement obtenu coïncident modèle de calcul fiable décrit. lorsque la vitesse d'entrée de suspension lorsque 0,035 m / s, de drain région de champ de la pâte de substrat est réalisée à une distance réapprovisionné en temps opportun, la voie montante et la voie descendante peut stabiliser le temps le plus court possible, ceci est la meilleure gamme de processus d'opération de revêtement.
Le processus de production de pièces polaires est le processus de base pour la fabrication de batteries lithium-ion.Les exigences en matière de précision d'équipement, de niveau d'intelligence et de fiabilité des performances de production sont très élevées.L'industrie des batteries lithium-ion a largement adopté le procédé d'extrusion. Technologie: Le revêtement par fente est une technique de revêtement avancée et pré-mesurée: le fluide introduit dans la filière d'extrusion est complètement enduit sur le substrat Pour un taux de chargement, une largeur de revêtement, une vitesse de substrat La quantité de revêtement du revêtement peut être estimée avec plus de précision quelles que soient les propriétés rhéologiques du fluide de suspension .. Cependant, dans le procédé actuel, l'uniformité de la solution de revêtement, la stabilité, les effets de bord et de surface sont affectés par l'écoulement de la solution de revêtement. Changer les caractéristiques, et ainsi déterminer directement la qualité du revêtement Le processus de revêtement de pôle de batterie de puissance de lithium-ion a ses propres caractéristiques: Revêtement monocouche à double face; Le revêtement humide de boue est épais, généralement 100 ~ 300μm; haute revêtement de précision, l'épaisseur du matériau de revêtement est de 6 ~ 30 um feuille d'aluminium ou une feuille de cuivre pour une caractéristique de la batterie d'ions enrobés de la feuille d'électrode de lithium rapporté d'autres études Schmit relativement petite batterie au lithium-ion pâte d'électrode négative extrusion. Procédé de revêtement pendant le revêtement La stabilité du revêtement a été trouvée dans le processus de revêtement intermittent et de revêtement continu, et l'effet des paramètres de processus sur le phénomène de bord épais a été analysé, puis ils ont établi un ensemble de dispositifs expérimentaux, du type extrusion. La chute de pression du fluide de suspension a été mesurée pendant le processus de revêtement et la relation entre la chute de pression du fluide et l'épaisseur humide du revêtement a été étudiée.
Prenant suspension batterie électrode négative de graphite lithium-ion en tant que l'objet de la recherche, l'analyse de la masse de base, où la production de la feuille d'électrode négative, les pièces polaires d'observation de la morphologie de l'application heure de début, alors que la batterie au lithium-ion utilisant le logiciel de dynamique des fluides de revêtement en bouillie initiale Courant facteurs flux domaine de la simulation par éléments finis, le flux de processus d'analyse de la suspension à partir du moment de début pour le revêtement appliqué instant stable pour observer visuellement l'état du revêtement de la suspension, l'étude de l'état d'équilibre revêtu pour fournir une optimisation théorique du processus de revêtement Soutien
1 Méthode expérimentale et modèle d'éléments finis
1.1 Méthodes expérimentales
Configurer Nissan 20 000 Ah modèle de ligne de production batterie lithium-ion. Bouillie d'électrode négative est faite mélangeur sous vide type mélangeur G45-100-2D-DZ, le volume effectif de 100L. Électrode négative est faite coucheuse de type M12-650B-4C-DZ coucheuse à filière plate. soldats revêtus en utilisant le système d'alimentation du type à vis 2NBL20F de Dieu. circulaire de la cavité en utilisant une section de revêtement de filière à fente unique, la matrice supérieure, de 0,55 mm d'épaisseur fente tampons, après l'achèvement de l'ensemble de matrice inférieure est placée sur une table horizontale, en utilisant un microscope VHX-1000 les dimensions de la fente de mesure optique d'imagerie KEYENCE sont représentées (B), la moyenne de la fente « sur la Fig. 1 (a) », les résultats représentés sur la figure 1 La taille w est (543,5 ± 7,5) μm, la taille moyenne de la fente est petite, et les deux côtés sont légèrement plus grands, ce qui permet d'obtenir un revêtement uniforme.
Graphite, un agent conducteur, la carboxyméthylcellulose de sodium (CMC), le caoutchouc styrène-butadiène (SBR) et de l'eau distillée ont été mélangés et agités pour préparer une batterie au lithium-ion pâte d'électrode négative, un volume de charge de la suspension de 68L chacune, la teneur en matière solide de 52,0%, la densité de la suspension (1 450 ± 22) kg / m3. matériau de revêtement est d'une épaisseur de feuille de cuivre de 10 um, une densité surfacique de 8,9 mg / cm2. a commencé avant le revêtement, la vis d'alimentation est d'abord ouvert, le bloc de matrice sortie de la fente, la tête de soupape avant d'ouvrir le moule, la suspension circulant dans le 20min de filière, pour faire en sorte que la cavité de moule est remplie d'un fluide.. la figure 2 (a) est une vue schématique de la stabilité du revêtement après le moulage du champ d'écoulement entre la tête et le substrat, principaux paramètres comprennent intervalle de revêtement h, la taille de la fente w, la vitesse de revêtement v, le débit d'alimentation Q, appliqué épaisseur de revêtement humide h et B. largeur dans cette expérience: h = 0,20 mm, W = 0,55 mm, l = 0,275 mm, B = 250 mm, v = 0,15 m / s, q = 4,8 x 10 4m3 / s. lorsque le revêtement de surface de la surface et B aura une longueur d'environ volume de récolte 500 m de la pièce polaire, et en tant que lot Ensuite, découpez la pièce polaire tête et queue, prenez une pièce polaire circulaire de diamètre d = 60 mm, mesurez la masse de l'échantillon M et calculez la densité surfacique du revêtement selon la formule (1).
(1)
Où: Scoat est la densité surfacique du revêtement, Scopper est la densité surfacique du substrat en feuille de cuivre.
1.2 Modèle d'éléments finis
En utilisant la dynamique des fluides logiciel d'éléments finis Fluent6.3.26 champ entre la sortie du 2 (a) représenté sur la figure. Fentes de filière d'extrusion interne tête de filière d'extrusion et le revêtement au rouleau simulé de l'état d'écoulement, le champ de revêtement de flux sur la Fig. une région de calcul, la région externe entre la sortie de la fente et la région de substrat 2 est calculée, comme représenté sur la figure 2 (b), le modèle à deux dimensions de l'avion, l'entrée est réglé pour accélérer l'entrée du domaine de calcul, la pression de sortie à la sortie est réglée, la valeur de pression est 101.325 Pa, le substrat est mis à déplacer la limite, à savoir, la vitesse de déplacement de l'autre vitesse de revêtement limite v, condition aux limites de la paroi externe matrice fixe réglage engrenant champ de calcul. la figure 2 (c), la grille La taille moyenne est de 0.01mm.
champ d'écoulement d'état est appliqué à l'air et la suspension incompressible processus d'écoulement instationnaire à deux phases, ne tient pas compte du processus de transfert de chaleur. trace modèle VOF en utilisant une interface de suspension à écoulement libre « 7 », en raison des grandes différences dans la suspension épaisse de viscosité et de l'air, sélectionnez CICSAM des techniques de capture d'écran supposent que l'angle de contact statique et la suspension d'électrode négative en feuille de cuivre de base est de 50 °, l'angle de contact de la paroi externe de la filière d'extrusion est de 60 °. la filière d'extrusion d'intervalle de temps rempli de liquide de la suspension initiale « sur la Fig. 2 ( b) au milieu de la surface 1 ', mais il n'y a pas de déversement à l'extérieur de la fente Après que le champ d'écoulement du revêtement a été calculé, la suspension s'écoule de la fente à un débit constant.
2 Résultats et discussion
2.1 Résultats expérimentaux
La figure 3 est une densité de surface revêtue de la couche de surface la feuille d'électrode négative A et AB des deux côtés de chaque distribution produite par lots, un niveau de densité de la couche supérieure (9,67 ± 0,067) mg / cm2, AB densité surfacique du revêtement sur les deux côtés (19,32 ± 0,084) mg / cm2, la quantité de revêtement de la pièce polaire est uniforme et répond aux exigences de qualité de la pièce polaire, ce qui montre que le processus de revêtement est stable et fiable.
La figure 4 est une pièce polaire revêtu d'une étape initiale de la morphologie de revêtement, la pièce polaire est au 0cm demande position de départ, l'application heure de début, la bouillie amenée ne se forme pas d'alimentation stable, la suspension épaisse sort de la fente de filière, la pièce polaire supérieure couche de revêtement intermittent formé, comme pour le revêtement, l'alimentation en suspension épaisse devienne stable, le revêtement raccordée en permanence à l'autre, diminue progressivement des zones non revêtues. 90cm à la pièce polaire pour former un revêtement stable sur la pièce polaire. la vitesse de revêtement est de 0,15 m / s, à partir du revêtement commencent à la stabilité du revêtement, il a un total de 6 s, le procédé comprend deux étapes: (1) formation d'une suspension dans un état stable du conduit d'écoulement de la suspension et la filière d'extrusion de la cavité, la fente une sortie formée vitesse d'écoulement de la suspension stable, à savoir, le débit constant au cours de la filière d'extrusion champ d'écoulement interne, (2) une matrice de fente d'écoulement de la suspension, l'interaction avec le substrat, la suspension due à la force visqueuse est généré substrat en mouvement, étalée sur la surface du substrat, la formation du revêtement stable finale, à savoir filière d'extrusion écoulement champ de processus d'écoulement stable.
2.2 Analyse préliminaire du champ d'écoulement
Procédé de champ à fente d'écoulement de la suspension d'écoulement, par l'influence mutuelle de la force, y compris la force due au fluide visqueux à l'intérieur de la base mobile généré, la surface de la force de fluide, les flux de fluide à partir de la filière d'extrusion de l'impact sur une décélération du substrat en mouvement les forces d'inertie formées par le fluide de traitement est soumis à une opération de revêtement par gravité réelle, le taux de cisaillement γ par la formule (2) Estimation:
2.3 Résultats de la simulation
simulation de la viscosité en utilisant un modèle d'écoulement laminaire, la simulation suppose que l'électrode négative ne change pas la viscosité de la suspension, un paramètre de suspension de matériaux d'électrode négative utilisées, la géométrie de la matrice et les paramètres du procédé dans le tableau 1, dans lequel l'entrée bouillie sélection de vitesse 0,030, 0,035 et 0,050 m / s trois valeurs pour étudier l'effet des paramètres du procédé sur les résultats du revêtement.
5, 6, 7 sont la vitesse d'entrée de 0,030, l'état d'écoulement après l'application démarre le champ d'écoulement est appliquée à la stabilisation de la suspension à différents moments. 0,035 et champ d'écoulement stable 0.050m / s, la sortie de suspension axe des x la fraction volumique de direction (VOF) distribution représentée sur la figure 8, le VOF VOF et épaisseur = 1,0 -. 0,6 = 0,5 lorsque le revêtement est clair à partir de la figure 8, les résultats présentés dans le tableau 2, tandis que les différentes conditions de champ d'écoulement de vitesse Reynolds numéro de Re, le temps de stabilisation champ d'écoulement t sont présentées dans le tableau 2. Cette production réelle, le débit de boue Q était de 4,8 x 10- 4M3 / s, et la largeur B du revêtement en forme de fente est de 0,25 m, la suspension fente de sortie réelle La vitesse U = Q / (Bw) est de 0,035 m / s. L'épaisseur humide h du revêtement peut être calculée selon l'équation (5):
Lorsque la vitesse d'entrée 0,035M / s, calculée à partir de l'heure de début pour stabiliser le champ d'écoulement à un minimum, comme 37.54 ms, l'expérience pendant le temps nécessaire pour former un revêtement uniforme de 6 s (fig. 4), est beaucoup plus grande que la simulation du temps d'établissement du champ d'écoulement ceci est parce que le revêtement proprement dit, la phase de stabilisation comprenant un champ d'écoulement stable et la matrice à l'intérieur de la sortie de filière champ stationnaire, mais le processus de stabilisation de la présente champ du calcul principal de simulation d'écoulement de sortie, que ce soit pour augmenter ou diminuer la vitesse d'entrée, le revêtement de flux champ de temps d'établissement a augmenté, lorsque la vitesse d'entrée 0.030m / s, le champ d'écoulement temps de stabilisation de 48,75 ms, lorsque la vitesse d'entrée de 0,050 m / s, le champ d'écoulement est le temps de stabilisation 63.46ms.
La vitesse d'entrée 0.030m / s, 10 ms après l'application heure de début, la suspension coule pour remplir la fente « à la Fig. 5 (a) », tandis que le substrat se déplace vers l'avant le long de l'axe y entre la filière et le substrat, force visqueuse générée par le mouvement de la suspension pour suivre le substrat, le substrat étant donné que le mouvement de suspension entraîné ne peut être réapprovisionné en temps opportun, une grande quantité d'air impliqué dans le revêtement « sur la Fig. 5 (b) », l'air est aspiré dans la suspension finale yl la figure 5 est formée sur la feuille (c), morphologies de revêtement semblables à celles représentées sur la. figure 4 et la morphologie du revêtement. avec l'alimentation de la suspension, la zone de passage d'écoulement de la zone d'écoulement (y> 0) stable, un champ de flux Zone de canal aval (y<0)也由复杂状态逐步趋于稳定, 如图5(d)所示, 最后形成比较稳定的涂布流场[图5(e)].
La vitesse d'entrée 0,035M / s, la suspension est rempli entre la puce et le substrat après que la région « de la Fig. 6 (a) », la base de la suspension entraînée est suffisante pour reconstituer en temps opportun le revêtement ne sera pas impliqué dans un grand nombre de le canal en aval du champ d'écoulement d'air atteint rapidement un état stable « de la Fig. 6 (b) », qui coule sous l'interférence écoulement gravité de canal de domaine va produire un état instable « de la Fig. 6 (b), et (C) », mais que le revêtement Figure 6 (d) et (e) 'Dans ces conditions, le champ d'écoulement du revêtement a un court temps de stabilisation, qui est la plage d'opération de revêtement optimale.
vitesse d'entrée 0.050m s, la fourniture adéquation / suspension, sans l'intervention d'une quantité importante de champ d'écoulement d'air canal aval « de la figure. 7 (a) et (B) », le champ d'écoulement de canal en aval peut atteindre rapidement un état stable « 7 (b) «Cependant, comme la vitesse d'entrée plus grande, la formation de revêtements relativement épais (tableau 2), le champ du canal d'écoulement en amont facilement affectée par la gravité, il faut beaucoup de temps pour parvenir à une stabilité » dans. la figure 7 (c) », formant une couche de revêtement épaisse Cet espace entraîne un affaissement rapide du champ d'écoulement dans le canal d'écoulement supérieur (figure 7 (d) '), ce qui prend plus de temps, environ 63,46 ms, et le champ d'écoulement du revêtement atteint un état stable.
3 conclusions
Grâce aux expériences ci-dessus et aux résultats d'analyse par éléments finis, les conclusions suivantes sont tirées:
(1) coucheuse par extrusion suspension d'électrode négative a été appliquée sur une batterie au lithium-ion de feuille de cuivre, un niveau de densité de la couche supérieure (9,67 ± 0,067) mg / cm2, la densité de surface AB des deux surfaces de la couche (19,32 ± 0,084 ) mg / cm2, la quantité de pièce polaire revêtement uniforme, processus de revêtement stable et fiable.
(2) Le logiciel d'éléments finis Fluide de dynamique des fluides a été utilisé pour simuler l'état d'écoulement de la boue dans le domaine du revêtement L'épaisseur du revêtement obtenue à partir de la simulation concordait avec les résultats expérimentaux qui montraient que le modèle de calcul était fiable.
(3) la vitesse d'entrée simulée était de 0,030, 0,035 et 0.050m / s lorsque l'état initial de la zone d'écoulement est appliqué. Lorsque la vitesse d'entrée de 0,030 m / s, temps au début de la suspension fournie suspension entraînée de déplacement de substrat , plus faible quantité de la ligne d'air impliqué dans les zones du revêtement, ce qui entraîne dans un état fluide sur le complexe de canal en aval, un champ d'écoulement de revêtement prendra plus de temps pour se stabiliser. lorsque la vitesse d'entrée est de 0.050m / s, l'alimentation en suspension suffisante, le canal aval peut être parvenir à la stabilisation, mais étant donné que l'épaisseur du revêtement de la glissière supérieure, prend beaucoup de temps pour atteindre l'état d'équilibre. lorsque la vitesse d'entrée de 0,035 m / s, le champ d'écoulement est appliquée atteindre rapidement un état stable, le plus court temps, ce qui est le meilleur Gamme de fonctionnement du processus de revêtement.
