Riassunto: i pacchi batteria agli ioni di litio hanno le caratteristiche di grande viscosità del fango, rivestimento spessa, sottostrato sottile e requisiti di alta precisione Attualmente la tecnologia del rivestimento per estrusione a fessura è ampiamente utilizzata. Analisi agli elementi finiti mediante esperimenti e fluidodinamica Metodi È stato analizzato il campo di flusso dello stadio iniziale della sospensione di anodo della batteria agli ioni di litio sul substrato di lamina di rame.I risultati mostrano che lo spessore del rivestimento simulato è coerente con i risultati sperimentali, il che dimostra che il modello di calcolo è affidabile. A 0,035 m / s, la sospensione rimossa dal substrato nell'area del campo di flusso esterno può essere reintegrata in modo tempestivo e sia il canale di flusso superiore che il canale di flusso inferiore possono essere stabilizzati nel più breve tempo possibile.
Polo processo piece di produzione è la base per il processo per produrre una batteria agli ioni di litio, la precisione richiesta del dispositivo, il livello di intelligenza, l'affidabilità è molto alta prestazione, e simili. Attualmente, litio batteria industria ha generalmente adottato un rivestimento per estrusione fessura Tecnologia Il rivestimento a fessura è una tecnica di rivestimento avanzata e pre-misurata.Il fluido alimentato allo stampo di estrusione è completamente rivestito sul substrato.Per una determinata velocità di caricamento, larghezza del rivestimento, velocità del substrato , è possibile stimare con maggiore precisione la quantità di rivestimento applicato, indipendentemente dalle slurry proprietà reologiche del fluido, ma il processo effettivo, uniformità, stabilità, e l'effetto superficie marginale del liquido di rivestimento dal flusso liquido di rivestimento Cambiare le caratteristiche e quindi determinare direttamente la qualità del rivestimento.Il processo di rivestimento del palo della batteria di potenza agli ioni di litio ha le sue caratteristiche: Rivestimento a doppio strato a doppio strato; Rivestimento bagnato di liquami è spesso, di solito 100 ~ 300μm; rivestimento di alta precisione; spessore del materiale di rivestimento è un foglio di alluminio 6 ~ 30 um o una lamina di rame per una lastra di elettrodo di litio caratteristiche della batteria agli ioni rivestite riportati altri studi Schmit relativamente piccola batteria agli ioni di litio elettrodo negativo estrusione in pasta. Processo di rivestimento durante il rivestimento Stabilità, è stato trovato un processo continuo intermittente rivestimento e spessore di rivestimento fenomeno bordo rivestimento, e l'influenza dei parametri di processo sul lato di spessore del fenomeno. In seguito, hanno anche stabilito un insieme di apparato sperimentale, estrusione intermittente di formula La caduta di pressione del fluido di sospensione è stata misurata durante il processo di rivestimento e è stata studiata la relazione tra la caduta di pressione del fluido e lo spessore bagnato del rivestimento.
Prendendo litio-ione grafite batteria elettrodo negativo slurry come oggetto di ricerca, l'analisi di massa di base in cui la produzione foglio di elettrodo negativo, osservazione morfologia espansioni polari dell'applicazione di inizio, mentre la batteria agli ioni di litio con il rivestimento in sospensione iniziale del software fluidodinamica Ottima fattori campo della simulazione elementi finiti flusso, il flusso del processo di analisi della sospensione dal momento di inizio per il rivestimento applicato momento stabile per osservare visivamente lo stato di rivestire l'impasto, lo studio steady state rivestite per fornire un'ottimizzazione teorica del processo di rivestimento supporto.
1 Metodo sperimentale e modello ad elementi finiti
1.1 Metodi sperimentali
Ho impostato Nissan 20000 Ah modello linea di produzione di batterie al litio. Negativo elettrodo sospensione viene fatta G45-100-2D-DZ tipo miscelatore miscelatore sotto vuoto, il volume utile del 100L. Elettrodo negativo viene fatta spalmatrice tipo M12-650B-4C-DZ filiera a fessura coater. soldati rivestite sistema di alimentazione usando 2NBL20F di Dio tipo a vite. cavità circolare mediante un tratto di rivestimento a matrice singolo slot, il punzone superiore, 0,55 millimetri di spessore fessura tamponi, dopo il completamento del gruppo di stampo inferiore è posto su una tavola orizzontale, utilizzando microscopio VHX-1000 dimensioni taglio misurazione ottica di imaging di KEYENCE sono mostrati (B), la media fessura 'in fig. 1 (a)', i risultati mostrati nella figura 1 La dimensione w è (543,5 ± 7,5) μm. La dimensione media della fessura è piccola ei due lati sono leggermente più grandi e questa distribuzione della dimensione della fenditura può ottenere un rivestimento uniforme.
Grafite, agente conduttivo, sodio carbossimetilcellulosa (CMC), gomma stirene-butadiene (SBR), e acqua distillata era miscelata ed agitata per preparare una batteria agli ioni di litio pasta elettrodo negativo, un impasto volume di batch di 68L ciascuno, il contenuto di materia solida del 52,0%, la densità slurry (1 450 ± 22) kg / m3. materiale di rivestimento è un foglio di rame di spessore di 10 um, una densità areale di 8,9 mg / cm2. iniziata prima del rivestimento, la vite di alimentazione viene prima aperto, il blocco di stampo presa slot valvola testa indietro per aprire lo stampo, la sospensione circolante nella 20min stampo, per garantire che la cavità dello stampo viene riempita con un fluido. fig. 2 (a) è una vista schematica di stabilità rivestimento dopo lo stampaggio del campo di moto tra la testa e il substrato, I parametri principali includono gap di rivestimento H, dimensione della fenditura w, velocità di rivestimento v, flusso di alimentazione Q, spessore bagnato di rivestimento h e larghezza del rivestimento B. In questo esperimento: H = 0.20mm, w = 0.55 mm, L = 0,275 mm, B = 250 mm, v = 0,15 m / s, Q = 4,8 x 10 - 4 m3 / s I pezzi polari con una lunghezza di circa 500 m sono stati entrambi avvolti in un rotolo sul lato A e sul lato B. Quindi, tagliare la testa e il polo posteriore, prendere un polo circolare con un diametro di d = 60 mm, misurare la massa del campione M e calcolare la densità superficiale del rivestimento secondo la formula (1).
(1)
Dove: Scoat è la densità areale del rivestimento, Scopper è la densità areale del foglio di rame del substrato.
1.2 Modello ad elementi finiti
Utilizzando fluidodinamica software elementi finiti Fluent6.3.26 campo tra l'uscita della testa di matrice di estrusione e il rivestimento a rullo simulato stato di flusso, il flusso campo rivestimento in Fig. 2 (a) mostrata in figura. Estrusione interna fessure die una regione calcolo, la regione esterna tra l'uscita fessura e la regione di substrato 2 viene calcolato, come mostrato in figura 2 (b), il modello bidimensionale del piano, l'ingresso è impostato per accelerare l'ingresso dominio di calcolo, viene impostata la pressione di uscita in uscita, valore di pressione viene 101325 Pa, il substrato viene impostato per spostare il bordo, cioè la velocità di movimento dell'altro confine velocità di rivestimento v, modificando stazionario stampo esterno condizione al contorno parete campo calcolo ingranamento in fig. 2 (c), la griglia La dimensione media è 0,01 mm.
campo di flusso di stato viene applicato l'aria e il incomprimibile processo di flusso instabile bifase slurry, non considera il processo di trasferimento di calore. VOF traccia modello utilizzando un flusso libero interfaccia slurry '7', a causa delle grandi differenze di viscosità della sospensione e aria, selezionare CICSAM tecniche di cattura schermo presuppongono che l'angolo di contatto statico e il foglio di base in rame negativo slurry elettrodo è di 50 °, l'angolo di contatto della parete esterna della matrice di estrusione era di 60 °. iniziale poltiglia liquida volta riempito fessura di estrusione die 'in fig. 2 ( b) nel mezzo della superficie 1 ', ma non c'è fuoriuscita dalla fenditura Dopo che il campo di flusso del rivestimento è stato calcolato, la sospensione fluisce fuori dalla fessura ad una velocità costante.
2 Risultati e discussione
2.1 Risultati sperimentali
La figura 3 è una densità superficie rivestita della lastra di elettrodo negativo e un rivestimento superficiale AB su entrambi i lati di ciascun lotto di distribuzione, un livello di densità topcoat (9,67 ± 0,067) mg / cm2, AB densità areale di rivestimento su entrambi i lati (19,32 ± 0,084) mg / cm2, la quantità di rivestimento polare è uniforme e soddisfa i requisiti della qualità polare, il che dimostra che il processo di rivestimento è stabile e affidabile.
La figura 4 è una espansione polare steso uno stadio iniziale rivestimento morfologia, l'espansione polare è in posizione di inizio dell'applicazione 0 cm, l'applicazione ora di inizio, alimentato sospensione non si forma fornitura stabile, l'impasto liquido fluisce fuori dalla fessura stampo, l'espansione polare superiore strato di rivestimento formato intermittente, come per il rivestimento, fornitura sospensione diventi stabile, il rivestimento continuo collegati tra loro, diminuisce gradualmente aree non rivestite. 90 centimetri in polare per formare un rivestimento stabile sul polare. velocità rivestimento era 0,15 m / s, dal rivestimento iniziano alla stabilità rivestimento impiegato un totale di 6 s processo comprende due fasi: (1) formare una sospensione in uno stato stabile di condotto di flusso liquami e l'estrusione cavità dello stampo, la fessura una velocità di efflusso sospensione stabile presa formata, cioè, flusso costante durante l'estrusione campo flusso interno; substrato (2) una feritoia sospensione deflusso morire, interazione con il substrato, l'impasto liquido a causa della forza viscosa viene generato in movimento, sviluppa sulla superficie del substrato, formando il rivestimento finale stabile, estrusione deflusso cioè costante campo processo flusso.
Analisi preliminare del campo di moto 2.2
Il processo di flusso campo fessura slurry deflusso, dalla reciproca influenza della forza, tra cui la forza dovuta al fluido viscoso all'interno della base mobile generata, la superficie della forza fluido, il fluido scorre dal estrusione impatto Stampo su un substrato in movimento decelerazione forze inerziali formate dal fluido di processo è sottoposto a gravità processo di rivestimento effettiva, il tasso di γ taglio con la formula (2) Stima:
2.3 risultati della simulazione
simulazione viscosità utilizzando un modello di flusso laminare, la simulazione presume che l'elettrodo negativo non modifica la viscosità della sospensione, un elettrodo negativo parametri fanghi materiali impiegati, la geometria della matrice e dei parametri di processo in Tabella 1, in cui la sospensione di ingresso selezione velocità 0,030, 0,035 e 0,050 m / s tre valori, influenza dei parametri di processo sul risultato rivestimento.
5, 6, 7 sono velocità d'ingresso del 0,030, stato di flusso dopo l'applicazione avviare il campo di moto viene applicato alla stabilizzazione della sospensione in momenti diversi. 0.035 e campo flusso stabile 0.050m / s, l'uscita slurry asse x frazione volumetrica direzione (VOF) la distribuzione illustrata nella figura 8, il VOF VOF e spessore = 1,0 -. 0,6 = 0,5 quando il rivestimento è chiaro dalla Figura 8, i risultati mostrati nella tabella 2, mentre le diverse condizioni di campo flusso velocità Reynolds numero Re, il campo di flusso tempo di stabilizzazione t sono riportati in tabella 2. Questa produzione attuale, la portata Q sospensione era 4,8 × 10- 4M3 / s, e la larghezza B del rivestimento fessura è 0,25 m, la sospensione effettiva fessura deflusso La velocità U = Q / (Bw) è 0,035m / s, quindi lo spessore bagnato h del rivestimento può essere calcolato secondo l'equazione (5):
Quando la velocità di ingresso 0.035m / s, calcolata dal momento di inizio per stabilizzare il campo di flusso al minimo, come 37,54 ms, l'esperimento per il tempo necessario per formare un rivestimento uniforme di 6 s (FIG. 4), è molto maggiore della simulazione tempo di assestamento di campo flusso questo perché il rivestimento reale, la fase stabilizzante comprendente un campo stabile flusso e la matrice all'interno del campo stazionario stampo deflusso, ma il processo di stabilizzazione della presente campo del calcolo simulazione deflusso principale, se aumentare o diminuire la velocità di aspirazione, flusso di rivestimento campo tempo di assestamento è aumentata, quando la velocità di ingresso 0.030m / s, il campo di flusso tempo di stabilizzazione di 48,75 ms, quando la velocità di ingresso di 0,050 m / s, il campo di flusso tempo di assestamento è 63.46ms.
La velocità di ingresso 0.030m / s, 10 ms dopo l'applicazione ora di inizio, l'impasto liquido scorre per riempire la scanalatura 'nella Fig. 5 (a)', mentre il substrato si muove in avanti lungo l'asse y fra lo stampo e il substrato, forza viscosa generata dal movimento della sospensione di seguire il substrato, il substrato in quanto il movimento di sospensione trascinata non può essere rifornito in modo tempestivo, una grande quantità di aria coinvolti nel rivestimento 'nella fig. 5 (b)', aria viene aspirata nel yl sospensione finale la figura 5 è formata sul foglio (c), morfologie rivestimento simili a quelle mostrate in fig. 4 ed il rivestimento morfologia. con la fornitura della sospensione, l'area di passaggio di flusso del campo di moto (y> 0) stabile, campo di flusso Area del canale a valle (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 velocità di ingresso 0.035m / s, la sospensione viene riempito fra lo stampo e il substrato dopo la regione 'di Fig. 6 (a)', la base della poltiglia trascinata è sufficiente per ricostituire tempestivamente il rivestimento non saranno coinvolte in un gran numero di campo canale downstream flusso d'aria raggiunge rapidamente uno stato stazionario 'di fig. 6 (b)', scorre sotto interferenza gravità canale campo di flusso produrrà uno stato instabile 'di fig. 6 (b), e (C)', ma come il rivestimento panno canale continuo flusso ascendente raggiunge rapidamente uno stato stazionario 'di fig. 6 (d) ed (e)'. Pertanto, in questa condizione, il campo di flusso viene applicato è tempo di assestamento breve, questo processo di rivestimento è il migliore gamma operativa.
Ingresso velocità 0.050m s, la fornitura adeguatezza / sospensione, senza il coinvolgimento di una grande quantità di campo flusso d'aria canale downstream 'in Fig. 7 (a) e (B)', il campo di flusso canale a valle può raggiungere rapidamente uno stato stazionario '7 (b) 'Tuttavia, poiché la velocità di ingresso maggiore, formare rivestimenti relativamente spessi (tabella 2), il campo canale di flusso upstream facilmente influenzato dalla gravità, ci vuole molto tempo per raggiungere una stalla' in fig. 7 (c)', formando uno strato di rivestimento di spessore gap risultato di campo di flusso nel canale alto crollare rapidamente 'in fig. 7 (d)', sottoposto ad un lungo tempo, circa 63.46ms, rivestimento raggiunge uno stato stazionario campo flow 'in fig. 7 (e)'.
3 conclusioni
Attraverso gli esperimenti di cui sopra e i risultati dell'analisi degli elementi finiti, vengono tratte le seguenti conclusioni:
(1) coater estrusione elettrodo negativo sospensione è stata applicata su un foglio di rame batteria agli ioni di litio, un livello di densità topcoat (9,67 ± 0,067) mg / cm2, AB densità superficiale di entrambe le superfici del rivestimento (19.32 ± 0,084 ) mg / cm2, la quantità di rivestimento del pezzo polare uniforme, processo di rivestimento stabile e affidabile.
(2) utilizzando il software elementi finiti Ottima fluidodinamica simulazione del campo di stato del flusso deflusso rivestimento in sospensione, e lo spessore del rivestimento coerente con i risultati sperimentali ottenuti per simulazione descritto modello di calcolo affidabile.
(3) velocità d'ingresso simulato erano 0.030, 0.035 e 0.050m / s quando viene applicato lo stato iniziale del campo di moto. Quando la velocità di ingresso di 0,030 m / s, il tempo di inizio della sospensione fornito slurry trascinato circolazione substrato , minore quantità linea d'aria coinvolti nelle aree del rivestimento, causando uno stato fluido sul complesso canale downstream, campo di flusso rivestimento sarà necessario più tempo per stabilizzare. quando la velocità ingresso è 0.050m / s, un flusso adeguato di liquami, il canale a valle può essere raggiungere la stabilizzazione, ma poiché lo spessore del rivestimento del corridore superiore, richiede molto tempo per raggiungere lo stato stazionario. quando la velocità di ingresso di 0,035 m / s, il campo di flusso viene applicato rapidamente raggiungere uno stato stazionario, minor tempo, che è la migliore processo di rivestimento gamma operativa.
