要約：スラリー、コーティングの厚さのコーティング粘度中大型磁極片を有するリチウムイオン電池は、基板が薄く、高精度、広く使用されているスロットダイコーティング技術および実験解析は、流体力学、有限要素を使用して。銅箔基板上にリチウムイオン電池負極用スラリーの初期流量スリットコーティングのための方法を分析し、そして実験結果が得られたコーティングの厚さシミュレーション結果について説明信頼性の計算モデルを一致することを示す。際にスラリー入口速度0.035メートル/秒は、離れて適時補給搬送される基板パルプのフィールドドレイン領域と、上流チャネル及び下流チャネルを最短時間を安定させることができ、これは、コーティング作業工程の最良の範囲です。
現在、リチウムイオン電池産業はスリット押出コーティングを採用しているが、現在では、リチウムイオン電池の製造プロセスにおいて、その製造プロセスが一般的である。スリットコーティングは、先進的な、事前に測定されたコーティング技術であり、押出ダイに供給される流体は、基板上に完全にコーティングされる。スラリー液のレオロジー特性によらず、塗布量をより正確に見積もることができるが、実際のプロセスでは、塗布液の均一性、安定性、エッジ及び表面効果は塗布液の流れの影響を受ける。リチウムイオンパワー電池のポールコーティングプロセスは、独自の特徴を持っています：両面単層コーティング、スラリー湿潤コーティングは、通常100〜300μmの厚さです。高いコーティング精度;コーティングされた基板は、アルミニウム箔または銅箔であり、厚さは6~30μmである。リチウムイオン電池の被覆特性に関する研究報告はほとんどない。Schmitらはリチウムイオン電池の負極スラリー押出について研究した。コーティング中のコーティングプロセス断続的コーティングと連続コーティングプロセスでコーティングの安定性が見られ、厚いエッジ現象に対するプロセスパラメータの影響を分析した後、押し出しタイプの実験装置を確立したスラリー流体の圧力降下をコーティングプロセス中に測定し、流体圧力降下とコーティングの湿潤厚さとの間の関係を調べた。
この論文では、リチウムイオン電池の研究対象としての黒鉛負極スラリー、負極製造の基本品質の分析、フィルムの形状の冒頭にコーティングを観察する一方、流体力学ソフトウェアの使用Fluentリチウムイオン電池スラリーコーティング早期フローフィールドに有限要素シミュレーションを行い、スラリーの流れを塗布開始時刻から塗布安定時間まで解析することにより、スラリーの塗布状態を目視で観察し、塗布安定性の影響要因を検討し、塗布プロセスの最適化の理論的基礎を提供する。サポート。
1実験方法と有限要素モデル
1.1実験方法
私は、負極スラリーをG45-100-2D-DZミキサー型真空ミキサー、100Lの有効容積とした。日産20000ああリチウムイオン電池生産ラインモデルを設定負極はコーターM12-650B-4C-DZ型としますスロットダイコーター。神2NBL20Fタイプネジ使用してシステムを供給被覆兵士。単一スロットダイコーティング、上型、0.55ミリメートルの厚さのスリットの部分を使用して、円形の空洞パッド、下部ダイアセンブリの完了がKEYENCEの顕微鏡VHX-1000結像光学測定スリット寸法はスリット平均、（B）に示されている使用して、水平台上に載置された後に「図1の（a）」、その結果を図1に示しましたサイズwは（543.5±7.5）μmであり、スリットの中央サイズは小さく、両側はわずかに大きい。このスリットサイズ分布は均一なコーティングを得ることができる。
グラファイト、導電剤、ナトリウムカルボキシメチルセルロース（CMC）、スチレンブタジエンゴム（SBR）、及び蒸留水を混合し、リチウムイオン電池負極ペースト、68Lのスラリーバッチ容積それぞれ、52.0パーセントの固形分を、調製する撹拌しますスラリー密度（1 450±22）kg /日M3。コーティング材料が10μmの銅箔の厚さ、8.9ミリグラム/ cm 2の面密度である。塗布前に開始し、送りねじが最初に開かれ、ダイブロックスロット出口、バルブヘッドバック型キャビティは、流体で満たされていることを確実にするために、ダイ、ダイ20分で循環するスラリーを開放する。図2（a）は、ヘッドと基板との間に流れ場を成形した後に安定性コーティングの概略図です。主なパラメータには、コーティング間隔H、スリットサイズw、コーティング速度v、供給流量Q、コーティング湿潤厚さh、およびコーティング幅Bが含まれる。この実験では、H = 0.20mm、w = 0.55mm、L = 0.275ミリメートル、B = 250ミリメートル、V = 0.15メートル/秒、Q =面とB面のコーティングは、バッチとして、磁極片の約500メートル収穫量の長さを有する4.8×10- 4立方メートル/ sです。次に、ヘッドおよびテールポールピースを切断し、直径d = 60mmの円形ポールピースを採取し、サンプル質量Mを測定し、式（1）に従ってコーティングの表面密度を計算する。
(1)
ここで、Scoatはコーティングの面密度であり、Scopperは基板銅箔の面密度である。
1.2有限要素モデル
図押出しダイヘッドとシミュレートされたフロー状態ローラーコーティングの流出、フローコーティングフィールド間Fluent6.3.26フィールドは、図2（a）に示す。流体力学を有限要素ソフトウェアを用いて、内部押出ダイスリット図2（B）に示すように、計算領域は、スロット出口と基板領域2との間の外側領域が、計算され、平面の2次元モデルは、入口は、出口の出口圧力が設定され、計算領域入口速度に設定されています圧力値は101325 Paと、基板が境界、すなわち、他の境界コーティング速度vの移動速度、固定型外壁境界条件図の計算フィールドの噛み合いを設定する。2（c）に移動するように設定され、グリッド0.01ミリメートルの平均サイズ。
状態の流れ場は、空気とスラリー非圧縮性二相非定常流プロセスに適用され、熱伝達プロセスを考慮していない。VOFモデルトレース自由流動スラリーインタフェースを使用して「7」、による粘度のスラリーと空気中の大きな違いに、CICSAMを選択画面キャプチャ技術は、押出ダイの外壁の接触角は60°であり、静的接触角ことと下地銅箔負極スラリーは50°である。図中の最初のスラリー液充填タイムスロット押出ダイ」仮定する。2（ B）領域surface1」に、しかし外側スリットをオーバーフローしない、塗布後にカウント流れ場、スリットから一定の速度で流れるスラリー。
結果と考察
2.1実験結果
図3は、両側の分布を作製した各バッチの両面に負極シートA及びABの表面コーティングの塗布面密度で、トップコートの濃度レベル（9.67±0.067）MG / cm 2で、コーティングのAB面密度（19.32±0.084）MG / cm 2で、コーティングは均一な磁極片を達し、磁極片は、コーティングプロセス安定性と信頼性の高いことを示し、品質の要件を満たします。
図4は、コーティングの形態初期コーティングポールピースであり、0センチメートル磁極片は、塗布開始位置であり、アプリケーションが開始時刻、スラリー供給されるが、安定した供給が形成されていない、スラリーは、ダイスリット、上部磁極片の流出します断続的なコーティング層は、コーティング用として、スラリー供給が安定するように、形成された、連続して互いに接続コーティングは、徐々に被覆されていない領域を減少させる。90センチメートルをポールピースのポールピースに安定したコーティングを形成する。塗布速度が0.15 mでした/ S、コーティングから6秒の合計を取ったプロセスは、2つの相を含むコーティング安定性に開始：、スリット（1）スラリー流ダクトの安定した状態でスラリーを形成し、キャビティ押出ダイ出口形成され安定したスラリーの流出速度は、即ち、押出時の定常流が内部流れ場をダイ;（2）スラリー流出スリットダイ、基板との相互作用は、スラリーは粘性力に移行生成されるため、基板、基材の表面に広がり、最後に安定したコーティング、すなわち押出ダイの外部流れ場の定常流れプロセスを形成する。
2.2流動場の予備解析
スラリー流出スリットフィールドフロープロセスは、により生成された移動ベース内の粘性流体に力を含む力の相互影響、流体力の面で、衝撃押し出しからの流体の流れは、移動する基板減速にダイ実際のコーティングプロセスでは、せん断速度γは、式（2）によって推定することができます。
2.3シミュレーション結果
層流モデルを使用して粘度シミュレーションは、シミュレーションは、負極スラリーの粘度が変化しないと仮定し、負極材料スラリーパラメータを用い、ダイスの形状および表1のプロセスパラメータ、前記スラリー入口速度選択0.030、0.035及び0.050 m / sの3つの値を用いて、コーティング結果に対するプロセスパラメータの影響を調べた。
5、6、7は、アプリケーションが開始した後の流れ場は、異なる瞬間におけるスラリーの安定化に適用される0.030の流入速度、フロー状態である。0.035と安定した流れ場0.050メートル/秒、スラリー出口図に示すX軸方向の体積分率（VOF）分布8、VOF VOFおよび厚さ= 1.0 - 0.6 = 0.5コーティングは、図8から明らかである場合、表2に示した結果、異なる速度流れ場条件レイノルズ一方この実験では、スラリー流量Qは4.8×10-4m3 / sであり、スリットおよび被覆の幅Bは0.25mであり、実際のスラリースロットは流出する速度U = Q /（Bw）は0.035m / sである。コーティングの湿潤厚さhは、式（5）に従って計算することができる。
最小限に流れ場を安定化するために開始時刻から算出入口速度0.035メートル/秒、37.54秒として、6秒（図4）の均一なコーティングを形成するのに必要な時間のための実験は、流れ場のセトリング時間のシミュレーションよりもはるかに大きい場合これは、入口速度を増加または減少させるかどうかをので実際のコーティング、安定した流れ場を含む安定相及びダイ流出固定フィールド内のダイが、主流出シミュレーション計算の本分野の安定化処理、フローコーティングであります流入速度が0.030m / sの場合には、流動場の沈降時間は48.75ms、流入速度が0.050m / sの場合には流動場の沈降時間は63.46msとなる。
0.030m / sの流入速度で、スリットからのスラリーは、図5（a）のコーティング開始後10msでダイと基板との間を満たし、基板はy軸に沿って正の方向に移動する。基板、混入スラリーの動きは、適時に補充することができないため、基板、コーティングに関与する大量の空気追従するスラリーの移動により発生する粘性力「図を図5（B）」は、空気は、最終的なスラリーイル内に吸引されます図5は、図1に示すものと同様のシート（C）、コーティングの形態に形成された。4及びコーティングの形態。スラリーの供給と、フローフィールドの流路面積（Y> 0）安定した、フィールドフローでありますダウンストリームチャネル領域（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)].
入口速度0.035メートル/秒、スラリー領域の後に、ダイと基板との間に充填されている「図6（A）」、混入スラリーのベースは、タイムリーなコーティングを補充するのに十分であるが、多数に関与しないであろう空気流路下流チャネルを迅速に定常状態に達する「図を図6（B）」、チャネル干渉が不安定な状態生成する重力流れ場の下で流れる「図である。図6（b）、及び（C）」が、コーティングとして布連続アップフロー・チャネルは速やかに定常状態に達する「図を図6（D）及び（E）」。したがって、この状態では、流れ場が印加され、短い整定時間であり、このコーティングプロセスは、最良の動作範囲です。
入口速度0.050メートルのS、妥当/スラリー供給、下流チャネル空気流路の大量の関与なし「図7（A）及び（B）」は、下流チャネルの流れ場は、急速に「定常状態に到達することができ7 （b）は、図中「であるが、より大きな入口速度ので、比較的厚いコーティング（表2）、容易に重力の影響を受け、上流側流路フィールドを形成し、それが安定に達するのに時間がかかる」。図7（c）」、厚い被覆層を形成します高いチャンネルのギャップ流路結果急速崩壊「図7（D）」長い時間に供は、63.46msについて、コーティングは、定常状態の流れ場に到達「図7（E）」。
3つの結論
上記の実験および有限要素解析の結果を介して、以下の結論が導かれる。
負極スラリーを銅箔リチウムイオン電池に塗布した（1）押出コーター、トップコートの濃度レベル（9.67±0.067）MG / cm 2で、コーティングの両面のAB面密度（19.32±0.084 ）mg / cm2、ポールピースコーティングの量は均一で、安定した信頼性のあるコーティングプロセスである。
（2）有限要素ソフトウェアスラリーコーティング流出フロー状態フィールドの流暢流体力学シミュレーション、および信頼性の高いシミュレーション記載の計算モデルによって得られた実験結果と一致してコーティングの厚さを使用。
（3）入口速度0.030,0.035,0.050m / sの初期流動場条件をシミュレートし、入口速度0.030m / sのとき、初期段階のパルプは基板が移動するには遅すぎる。下ランナー部の塗膜に多量の空気が混入し、上ランナーと下ランナーの流体状態が複雑になるため、塗布流路の安定化に時間がかかり、流入速度が0.050m / sの場合はスラリー供給で十分であり、より速く安定性に達するが、上のランナーは、厚いコーティングのために定常状態に達するのにより長い時間を必要とする。入口速度が0.035m / sであるとき、コーティング流動場は迅速に定常状態に達し、所要時間が最短である。コーティングプロセスの動作範囲。
