सार: लिथियम-आयन पावर बैटरी इलेक्ट्रोड कोटिंग प्रक्रिया में बड़ी चिपचिपाहट, मोटी कोटिंग, पतली सब्सट्रेट और उच्च परिशुद्धता आवश्यकताओं की विशेषताएं हैं। वर्तमान में, स्लिट एक्सट्रूज़न कोटिंग तकनीक का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। प्रयोग और द्रव गतिशीलता का उपयोग करके परिमित तत्व विश्लेषण तरीके तांबे के फोइल सब्सट्रेट पर लिथियम-आयन बैटरी एनोड स्लरी का प्रारंभिक चरण प्रवाह क्षेत्र विश्लेषण किया गया था। परिणाम दिखाते हैं कि अनुरूपित कोटिंग मोटाई प्रयोगात्मक परिणामों के अनुरूप थी, जो दिखाता है कि गणना मॉडल विश्वसनीय था। जब स्लरी इनलेट वेग था 0.035 मीटर / एस पर, बाहरी प्रवाह क्षेत्र क्षेत्र में सब्सट्रेट द्वारा हटाए गए स्लरी को समय-समय पर भर दिया जा सकता है, और ऊपरी प्रवाह चैनल और निचले प्रवाह चैनल दोनों को कम से कम समय में स्थिर किया जा सकता है। यह इष्टतम कोटिंग ऑपरेशन रेंज है।
ध्रुव टुकड़ा उत्पादन प्रक्रिया, विश्वसनीयता बहुत उच्च प्रदर्शन, और की तरह है एक लिथियम आयन बैटरी, तंत्र के लिए आवश्यक सटीकता, बुद्धि के स्तर के उत्पादन के लिए प्रक्रिया का आधार है। वर्तमान में, लिथियम आयन बैटरी उद्योग आम तौर पर एक भट्ठा बाहर निकालना कोटिंग को अपनाया है प्रौद्योगिकी। स्लीट कोटिंग एक उन्नत, पूर्व-मापा कोटिंग तकनीक है। एक्सट्रूज़न मरने के लिए खिलाया तरल पदार्थ पूरी तरह से सब्सट्रेट पर लेपित होता है। किसी दिए गए लोडिंग दर के लिए, कोटिंग चौड़ाई, सब्सट्रेट गति , आप अधिक सटीक तरल पदार्थ का घोल रियोलॉजिकल गुणों पर ध्यान दिए बिना, कोटिंग लागू की राशि का अनुमान कर सकते हैं, लेकिन वास्तविक प्रक्रिया, एकरूपता, स्थिरता, और कोटिंग तरल प्रवाह से कोटिंग तरल के किनारे सतह प्रभाव विशेषताओं को बदलें, और इस प्रकार सीधे कोटिंग की गुणवत्ता निर्धारित करें। लिथियम-आयन पावर बैटरी ध्रुव कोटिंग प्रक्रिया की अपनी विशेषताएं हैं: डबल-पक्षीय एकल-परत कोटिंग; स्लरी गीले कोटिंग मोटी होती है, आमतौर पर 100 ~ 300μm; उच्च परिशुद्धता कोटिंग; कोटिंग सामग्री की मोटाई 6 ~ 30 सुक्ष्ममापी एल्यूमीनियम पन्नी या एक लिथियम इलेक्ट्रोड चादर में लिपटे आयन बैटरी विशेषताओं के लिए एक तांबे पन्नी अन्य अध्ययनों श्मिट अपेक्षाकृत छोटे लिथियम आयन बैटरी नकारात्मक इलेक्ट्रोड पेस्ट बाहर निकालना सूचना दी है। कोटिंग के दौरान कोटिंग प्रक्रिया स्थिरता, यह एक सतत प्रक्रिया है और रुक-रुक कर कोटिंग कोटिंग मोटी कोटिंग बढ़त घटना है, और घटना की मोटी तरफ प्रक्रिया मापदंडों के प्रभाव मिला था। बाद में, वे भी प्रयोगात्मक उपकरण का एक सेट, सूत्र के रुक-रुक कर बाहर निकालना की स्थापना की स्लरी तरल पदार्थ का दबाव ड्रॉप कोटिंग प्रक्रिया के दौरान मापा गया था और तरल दबाव ड्रॉप और कोटिंग की गीली मोटाई के बीच संबंध की जांच की गई थी।
, अनुसंधान वस्तु, बुनियादी जन विश्लेषण जहां नकारात्मक इलेक्ट्रोड चादर उत्पादन, आवेदन की आकारिकी अवलोकन पोल टुकड़े समय शुरू के रूप में लिथियम आयन बैटरी ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड घोल ले रहा है लिथियम आयन बैटरी प्रारंभिक घोल कोटिंग तरल गतिकी सॉफ्टवेयर का उपयोग करते समय सुविज्ञ कारकों प्रवाह परिमित तत्व सिमुलेशन के क्षेत्र, कोटिंग करने के लिए शुरू करने का समय से घोल का विश्लेषण प्रक्रिया प्रवाह पल स्थिर लागू किया नेत्रहीन घोल कोटिंग के राज्य निरीक्षण करने के लिए, स्थिर अवस्था में लिपटे अध्ययन कोटिंग प्रक्रिया का एक सैद्धांतिक अनुकूलन प्रदान करने के लिए समर्थन करते हैं।
1 प्रायोगिक विधि और परिमित तत्व मॉडल
1.1 प्रायोगिक तरीके
मैं निसान 20000 आह लिथियम आयन बैटरी उत्पादन लाइन मॉडल की स्थापना की। नकारात्मक इलेक्ट्रोड घोल G45-100-2D-DZ मिक्सर प्रकार वैक्यूम मिक्सर, 100 एल के प्रभावी मात्रा किया जाता है। नकारात्मक इलेक्ट्रोड coater M12-650B-4C-DZ प्रकार किया जाता है स्लॉट मरने coater। लेपित सैनिकों का उपयोग कर भगवान की 2NBL20F पेंच प्रकार प्रणाली खिला। परिपत्र गुहा एकल स्लॉट मरने कोटिंग, ऊपरी मरने, 0.55mm मोटी भट्ठा के एक हिस्से का उपयोग कर पैड, कम मरने विधानसभा के पूरा होने के बाद एक क्षैतिज मेज पर रख दिया गया है, KEYENCE के माइक्रोस्कोप VHX-1000 इमेजिंग ऑप्टिकल मापने भट्ठा आयामों का उपयोग कर दिखाए जाते हैं (बी), भट्ठा औसत 'छवि में। 1 (क)', परिणाम 1 अंजीर में दिखाया गया है डब्ल्यू आकार (543.5 ± 7.5) सुक्ष्ममापी, छोटे मध्यवर्ती स्लॉट आकार, दोनों में थोड़ा बड़ा आकार है, आकार के वितरण एक समान कोटिंग प्राप्त करने के लिए भट्ठा जा सकता है।
ग्रेफाइट, प्रवाहकीय एजेंट, सोडियम carboxymethyl सेलूलोज़ (सीएमसी), styrene-butadiene रबर (SBR) और आसुत जल मिश्रित और एक लिथियम आयन बैटरी नकारात्मक इलेक्ट्रोड पेस्ट तैयार करने के लिए हड़कंप मच गया था, 68L प्रत्येक का एक घोल बैच मात्रा 52.0% की ठोस बात सामग्री, घोल घनत्व (1 450 ± 22) kg / m3। कोटिंग सामग्री 10 सुक्ष्ममापी की एक तांबे पन्नी मोटाई, 8.9 मिलीग्राम / सेमी 2 के एक areal घनत्व है। कोटिंग करने से पहले शुरू कर दिया, फ़ीड पेंच पहले खोला है, मरने ब्लॉक स्लॉट आउटलेट, वाल्व सिर को पीछे मरने को खोलने के लिए, गारा मरने 20min में घूम, यह सुनिश्चित करें कि मरने गुहा एक तरल पदार्थ से भरा है। अंजीर। 2 (क) सिर और सब्सट्रेट के बीच प्रवाह क्षेत्र मोल्डिंग के बाद कोटिंग स्थिरता का एक योजनाबद्ध दृश्य है, मुख्य पैरामीटर में कोटिंग गैप एच, स्लिट आकार डब्ल्यू, कोटिंग स्पीड वी, फीड फ्लो क्यू, कोटिंग गीले मोटाई एच, और कोटिंग चौड़ाई बी शामिल है। इस प्रयोग में: एच = 0.20 मिमी, डब्ल्यू = 0.55 मिमी, एल = 0.275 मिमी, बी = 250 मिमी, वी = 0.15 m / s, क्यू = 4.8 × 10 4m3 / एस। जब एक सतह और बी सतह कोटिंग पोल पीस के बारे में 500 मीटर फसल मात्रा की लंबाई होगा, और एक बैच के रूप में बार, पोल टुकड़ा कटौती के समावेशी, व्यास घ = 60 परिपत्र पोल पीस नमूना मिमी लेने, एक माप नमूना द्रव्यमान M, कोटिंग की सतह घनत्व सूत्र के अनुसार गणना की जाती है (1)।
(1)
जिसमें: कोटिंग की Scoat सतह घनत्व, एक सतह घनत्व के रूप में Scopper आधार तांबा पन्नी।
1.2 सीमित तत्व मॉडल
बाहर निकालना मरने सिर के बहिर्वाह और नकली प्रवाह राज्य रोलर कोटिंग के बीच Fluent6.3.26 क्षेत्र तरल गतिकी का उपयोग परिमित तत्व सॉफ्टवेयर, छवि में कोटिंग क्षेत्र प्रवाह। 2 (क) छवि में दिखाया गया। आंतरिक बाहर निकालना मरने गलफड़ों एक गणना क्षेत्र, स्लॉट आउटलेट और सब्सट्रेट क्षेत्र 2 के बीच बाहरी क्षेत्र, गणना की जाती है, जैसा कि चित्र 2 (ख) में दिखाया गया है, विमान के दो आयामी मॉडल, इनलेट कम्प्यूटेशनल डोमेन इनलेट, आउटलेट पर आउटलेट दबाव सेट किया गया है लाने के लिए, सेट किया गया है , ग्रिड दबाव मूल्य 101,325 Pa, सब्सट्रेट सीमा, जैसे कि, अन्य सीमा कोटिंग v गति की चलती गति, स्थिर मरने बाहरी दीवार सीमा शर्त छवि में गणना क्षेत्र meshing की स्थापना। 2 (ग) ले जाने के लिए सेट कर दिया जाता है औसत आकार 0.01 मिमी है।
राज्य प्रवाह क्षेत्र हवा और गारा असंपीड्य दो चरण अस्थिर प्रवाह प्रक्रिया को लागू किया जाता, गर्मी हस्तांतरण प्रक्रिया पर विचार नहीं करता। VOF मॉडल का पता लगाने, एक मुक्त बहने घोल इंटरफेस '7' का उपयोग कर चिपचिपापन घोल और हवा, चयन CICSAM में बड़े अंतर की वजह से स्क्रीन कैप्चर तकनीक को लगता है कि स्थिर संपर्क कोण और आधार तांबा पन्नी नकारात्मक इलेक्ट्रोड घोल 50 डिग्री, बाहर निकालना मरने की बाहरी दीवार का संपर्क कोण है था 60 डिग्री। छवि में प्रारंभिक घोल तरल भरा समय स्लॉट बाहर निकालना मरने '। 2 ( बी) सतह 1 के बीच में, लेकिन स्लिट के बाहर कोई स्पिल नहीं है। कोटिंग प्रवाह क्षेत्र की गणना के बाद, स्लरी एक स्थिर दर पर स्लिट से बाहर बहती है।
2 परिणाम और चर्चा
2.1 प्रायोगिक परिणाम
चित्र 3 प्रत्येक बैच उत्पादन वितरण, एक topcoat घनत्व स्तर के दोनों किनारों पर नकारात्मक इलेक्ट्रोड चादर ए का एक लेपित सतह घनत्व और एबी सतह कोटिंग है (9.67 ± 0.067) मिलीग्राम / सेमी 2, दोनों पक्षों पर कोटिंग की एबी areal घनत्व (1 9 .32 ± 0.084) मिलीग्राम / सेमी 2, ध्रुव टुकड़ा कोटिंग की मात्रा समान है और ध्रुव टुकड़े की गुणवत्ता की आवश्यकताओं को पूरा करती है, जो दर्शाती है कि कोटिंग प्रक्रिया स्थिर और भरोसेमंद है।
अंजीर 4 एक पोल एक कोटिंग आकृति विज्ञान प्रारंभिक चरण में लिपटे टुकड़ा है, पोल टुकड़ा, 0cm आवेदन शुरू की स्थिति में है आवेदन समय शुरू, गारा खिलाया स्थिर आपूर्ति नहीं बनाया गया है, गारा मरने भट्ठा से बाहर बहती है, ऊपरी पोल पीस रुक-रुक कर कोटिंग परत का गठन, कोटिंग के लिए के रूप में, गारा आपूर्ति स्थिर बनने के लिए, कोटिंग लगातार एक दूसरे से जुड़े, धीरे-धीरे uncoated क्षेत्रों पोल पीस में कम हो जाती है। 90 सेमी पोल टुकड़े पर एक स्थिर कोटिंग बनाने के लिए। कोटिंग गति 0.15 मीटर था (1) घोल प्रवाह वाहिनी के एक स्थिर राज्य में एक घोल और गुहा बाहर निकालना बनाने मर जाते हैं, भट्ठा: / s, कोटिंग से कोटिंग स्थिरता यह 6 रों प्रक्रिया की कुल ले लिया करने के लिए शुरू में दो चरणों शामिल एक आउटलेट का गठन स्थिर घोल बहिर्वाह वेग, जैसे कि, बाहर निकालना के दौरान सतत प्रवाह मर आंतरिक प्रवाह क्षेत्र, (2) एक घोल बहिर्वाह भट्ठा मर जाते हैं, सब्सट्रेट के साथ बातचीत, गारा वजह से चिपचिपा बल के लिए उत्पन्न बढ़ रहा है सब्सट्रेट, सब्सट्रेट सतह पर फैल, के गठन अंतिम स्थिर कोटिंग, बाहर निकालना मर बहिर्वाह अर्थात सतत प्रवाह प्रक्रिया क्षेत्र।
प्रवाह क्षेत्र 2.2 के प्रारंभिक विश्लेषण
घोल बहिर्वाह भट्ठा क्षेत्र प्रवाह प्रक्रिया, बल के पारस्परिक प्रभाव, बल सहित द्वारा उत्पन्न मोबाइल बेस के अंदर चिपचिपा तरल पदार्थ के कारण, द्रव बल की सतह, प्रभाव बाहर निकालना से तरल पदार्थ प्रवाह एक चलती सब्सट्रेट मंदी पर मर जाते हैं प्रक्रिया तरल पदार्थ द्वारा गठित जड़त्वीय बलों गुरुत्वाकर्षण वास्तविक कोटिंग प्रक्रिया के अधीन है, सूत्र (2) आकलन द्वारा कतरनी दर γ:
2.3 सिमुलेशन परिणाम
चिपचिपापन एक लामिना का प्रवाह मॉडल का उपयोग कर सिमुलेशन, सिमुलेशन मान लिया है कि नकारात्मक इलेक्ट्रोड घोल का चिपचिपापन परिवर्तन नहीं करता है, एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री घोल मापदंडों कार्यरत, मरने ज्यामिति और तालिका 1 में प्रक्रिया पैरामीटर, जिसमें घोल इनलेट वेग चयन 0.030, 0.035 और 0.050 m / s तीन मानों, कोटिंग परिणाम पर प्रक्रिया मापदंडों के प्रभाव।
5, 6, 7 0.030 के इनलेट वेग कर रहे हैं, आवेदन के बाद प्रवाह राज्य शुरू प्रवाह क्षेत्र अलग-अलग समय पर घोल के स्थिरीकरण के लिए लागू किया जाता है। 0.035 और स्थिर प्रवाह क्षेत्र 0.050m / एस, गारा आउटलेट X- अक्ष दिशा मात्रा अंश (VOF) वितरण छवि में दिखाया गया 8, VOF VOF और मोटाई = 1.0 -। 0.6 = 0.5 जब कोटिंग चित्र 8, टेबल 2 में दिखाया गया परिणामों से स्पष्ट है, जबकि विभिन्न वेग प्रवाह क्षेत्र की स्थिति रेनॉल्ड्स नंबर पुन, प्रवाह क्षेत्र स्थिरीकरण समय टी तालिका 2 में यह वास्तविक उत्पादन, गारा प्रवाह की दर क्यू था 4.8 × 10 4m3 / s, और भट्ठा कोटिंग की चौड़ाई बी दिखाए जाते हैं 0.25 मीटर, गारा वास्तविक बहिर्वाह भट्ठा है वेग यू = क्यू / (BW), इस प्रकार सूत्र के अनुसार हो सकता है 0.035m / एस गीला कोटिंग मोटाई ज के रूप में गणना (5):
इनलेट वेग 0.035m / s, गणना प्रारंभ समय से, कम से कम प्रवाह क्षेत्र को स्थिर करने के जब 37.54 एमएस, समय 6 रों के एक समान कोटिंग बनाने के लिए (fig। 4) की आवश्यकता के लिए प्रयोग के रूप में, प्रवाह क्षेत्र के बसने समय अनुकरण से अधिक है इस वजह से वास्तविक कोटिंग, स्थिर चरण एक स्थिर प्रवाह क्षेत्र और मरने बहिर्वाह स्थिर क्षेत्र के भीतर मर जाते हैं, लेकिन मुख्य बहिर्वाह सिमुलेशन गणना की वर्तमान क्षेत्र का स्थिरीकरण प्रक्रिया शामिल है, चाहे बढ़ाने या इनलेट वेग कम करने के लिए, प्रवाह कोटिंग क्षेत्र समय निपटाने, बढ़ गया है जब इनलेट वेग 0.030m / s, 48.75 एमएस के प्रवाह क्षेत्र स्थिरीकरण समय था जब 0.050 m / s के इनलेट वेग, प्रवाह क्षेत्र समय निपटाने 63.46ms है।
इनलेट वेग 0.030m / s, आवेदन के बाद 10 एमएस समय शुरू, गारा स्लॉट को भरने बहती है 'छवि में। 5 (क)', सब्सट्रेट मरने और सब्सट्रेट के बीच y अक्ष के साथ आगे बढ़ता है, जबकि, चिपचिपा घोल का आंदोलन से उत्पन्न बल सब्सट्रेट सब्सट्रेट पालन करने के लिए, के बाद से entrained घोल का आंदोलन एक समय पर ढंग, कोटिंग में शामिल हवा की एक बड़ी राशि में मंगाया नहीं किया जा सकता 'छवि में। 5 (ख)', एयर अंतिम घोल yl में चूसा जाता है अंजीर 5 चादर (ग), कोटिंग morphologies छवि में दिखाया गया उन लोगों के समान पर ही बना है। 4 और कोटिंग आकृति विज्ञान। घोल की आपूर्ति के साथ, प्रवाह क्षेत्र के प्रवाह मार्ग क्षेत्र (y> 0) स्थिर, प्रवाह क्षेत्र downflow चैनल क्षेत्र (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)].
इनलेट वेग 0.035m / एस, गारा मरने और इस क्षेत्र के बाद सब्सट्रेट के बीच भर जाता है 'अंजीर के। 6 (क)', entrained घोल के आधार समय पर कोटिंग की भरपाई करने के लिए पर्याप्त की एक बड़ी संख्या में शामिल नहीं किया जाएगा हवा का प्रवाह क्षेत्र अनुप्रवाह चैनल जल्दी से एक स्थिर अवस्था तक पहुँच जाता है 'अंजीर के। 6 (ख)', गुरुत्वाकर्षण प्रवाह क्षेत्र चैनल हस्तक्षेप के तहत बहने एक अस्थिर राज्य का उत्पादन करेगा 'अंजीर के। 6 (ख), और (सी)', लेकिन कोटिंग के रूप में कपड़ा निरंतर upflow चैनल जल्दी से एक स्थिर अवस्था तक पहुँच जाता है 'अंजीर के। 6 (घ) और (ई)'। इसलिए, इस हालत में, प्रवाह क्षेत्र लागू किया जाता है कम बसने समय, इस कोटिंग प्रक्रिया सबसे अच्छा संचालन सीमा है।
इनलेट वेग 0.050m रों, पर्याप्तता / घोल की आपूर्ति, हवा का प्रवाह क्षेत्र अनुप्रवाह चैनल की एक बड़ी राशि की भागीदारी के बिना 'छवि में। 7 (क) और (ख)', नीचे की ओर चैनल प्रवाह क्षेत्र जल्दी से एक स्थिर अवस्था तक पहुँच सकते हैं '7 (ख) (ग) 'छवि में'। हालांकि, क्योंकि बड़े इनलेट वेग, अपेक्षाकृत मोटी कोटिंग्स के गठन (तालिका 2), नदी के ऊपर प्रवाह चैनल आसानी से गुरुत्वाकर्षण से प्रभावित क्षेत्र है, यह एक स्थिर तक पहुंचने के लिए एक लंबा समय लगता '। 7, एक मोटी कोटिंग परत के गठन उच्च चैनल में खाई प्रवाह क्षेत्र परिणाम जल्दी से 'छवि में। 7 (घ)' पतन, एक लंबे समय के अधीन, 63.46ms के बारे में, कोटिंग एक स्थिर अवस्था प्रवाह क्षेत्र तक पहुँच जाता है 'छवि में। 7 (ई)'।
3 निष्कर्ष
ऊपर प्रयोगों और परिमित तत्व विश्लेषण, निम्नलिखित निष्कर्ष के परिणामों के विश्लेषण:
(1) बाहर निकालना coater नकारात्मक इलेक्ट्रोड घोल एक तांबे पन्नी लिथियम आयन बैटरी पर लेपित किया गया था, एक topcoat घनत्व स्तर (9.67 ± 0.067) मिलीग्राम / सेमी 2, कोटिंग के दोनों सतहों के एबी सतह घनत्व (19.32 ± 0.084 ) मिलीग्राम / सेमी 2, कोटिंग राशि वर्दी पोल टुकड़े, कोटिंग प्रक्रिया स्थिर और विश्वसनीय।
(2) परिमित तत्व सॉफ्टवेयर घोल कोटिंग बहिर्वाह प्रवाह राज्य क्षेत्र की सुविज्ञ तरल गतिकी सिमुलेशन, और कोटिंग सिमुलेशन वर्णित गणना मॉडल विश्वसनीय द्वारा प्राप्त प्रयोगात्मक परिणामों के साथ संगत की मोटाई का उपयोग कर।
(3) नकली इनलेट वेग 0.030, 0.035 थे और 0.050m / s जब प्रवाह क्षेत्र की प्रारंभिक अवस्था लागू किया जाता है। जब 0.030 m / s, समय की इनलेट वेग घोल सब्सट्रेट आंदोलन के entrained घोल आपूर्ति की शुरुआत करने के लिए , हवा के निचले लाइन राशि नीचे की ओर चैनल जटिल पर एक तरल पदार्थ राज्य में जिसके परिणामस्वरूप, कोटिंग के क्षेत्रों में शामिल है, कोटिंग प्रवाह क्षेत्र लंबे समय तक स्थिर करने के लिए ले जाएगा। जब प्रवेश द्वार गति 0.050m / s, पर्याप्त घोल आपूर्ति है, नीचे की ओर चैनल हो सकता है स्थिरीकरण तक पहुँचते हैं, लेकिन ऊपरी धावक की कोटिंग मोटाई के बाद से, स्थिर अवस्था तक पहुंचने के लिए एक लंबा समय लगता। जब 0.035 m / s के इनलेट वेग, प्रवाह क्षेत्र जल्दी से लागू किया जाता है एक स्थिर अवस्था, कम से कम समय है, जो सबसे अच्छा है तक पहुँचने कोटिंग प्रक्रिया संचालन सीमा।
