개요 : 리튬 이온 전지 팩은 슬러리 점도가 크고 두꺼운 코팅, 얇은 기판 및 고정밀 요구 사항이 특징입니다. 현재 슬릿 압출 코팅 기술이 널리 사용되고 있습니다. 실험 및 유체 역학을 이용한 유한 요소 해석 방법 구리 박 기판에 리튬 이온 전지 양극 슬러리의 초기 유동장을 분석 한 결과, 모의 실험 된 코팅 두께가 실험 결과와 일치 함을 보여 주었으며, 계산 모델이 신뢰할 만하다는 것을 보여 주었다. 슬러리 입구 속도가 0.035m / s에서, 외부 유동장 영역에서 기판에 의해 제거 된 슬러리가 적시에 보충 될 수 있고, 상부 유동 채널과 하부 유동 채널 모두가 가장 짧은 시간 내에 안정화 될 수 있으며, 이것은 최적의 코팅 작업 범위이다.
폴 피스 제조 공정은 리튬 이온 파워 배터리를 제조하기위한 기본 공정으로 장비의 정확성, 지능, 생산 성능에 대한 요구가 매우 높습니다. 현재 리튬 이온 배터리 산업은 일반적으로 슬릿 압출 코팅을 채택하고 있습니다. 기술 슬릿 코팅은 사전 측정 된 고급 코팅 기술입니다. 압출 다이에 공급 된 유체는 기판에 완전히 코팅됩니다. 주어진 하중 속도, 코팅 폭, 기판 속도 코팅액의 코팅량은 슬러리 유체의 유변학 적 성질에 관계없이보다 정확하게 예측 될 수 있으나, 실제 공정에서 코팅액의 균일 성, 안정성, 가장자리 및 표면 효과는 코팅 용액의 흐름에 영향을 받는다. 특성을 변경하고, 따라서 직접 코팅의 품질을 결정합니다. 리튬 이온 전원 배터리 극 코팅 과정은 자체 특성을 가지고 : 양면 싱글 레이어 코팅, 슬러리 습식 코팅은 일반적으로 두께가 100 ~ 300μm이며, 높은 코팅 정밀도 코팅 된 기판은 두께가 6-30 μm 인 알루미늄 호일 또는 동박이며, 리튬 이온 배터리 전극의 코팅 특성에 대한 연구 보고서는 상대적으로 적습니다 Schmit 등은 리튬 이온 배터리의 음극 슬러리 압출을 연구했습니다. 도장 중 도장 공정 간헐적 인 코팅 및 연속적인 코팅 공정에서 코팅의 안정성이 발견되었고 두꺼운 모서리 현상에 대한 공정 매개 변수의 영향을 분석 한 후 압출 형에서 일련의 실험 장치를 확립했습니다 슬러리 유체의 압력 강하가 코팅 공정 중에 측정되었고 유체 압력 강하와 코팅의 습윤 두께 사이의 관계가 연구되었다.
이 논문에서는 리듐 이온 전원 전지 흑연 양극 슬러리를 연구 대상으로하여 음극 조각 생산의 기본 품질 분석, 필름 형상의 시작 부분에서의 코팅 관찰, 유체 역학 소프트웨어 사용 Fluent 리튬 이온 배터리 슬러리 코팅 유동장은 유한 요소 시뮬레이션을 거쳐 코팅 시작 시간에서 코팅 안정화 시간까지 슬러리의 흐름을 분석함으로써 슬러리의 코팅 상태를 육안으로 관찰하고 코팅 안정성의 영향 요인을 연구하며 코팅 공정 최적화에 대한 이론적 근거를 제공합니다. 지원.
1 실험 방법 및 유한 요소 모델
1.1 실험 방법
I는. 음극 슬러리 G45-100-2D-DZ 믹서 형 진공 믹서 (100L)의 유효 용적을한다. 닛산 20000 아 리튬 이온 전지 생산 라인 모델을 설정 음극 코터 M12-650B-4C-DZ 타입 이루어진다 슬롯 다이 코터. 신의 2NBL20F 형 스크류를 이용하여 시스템을 공급 코팅 군인. 단일 슬롯 다이 코팅, 상부 다이, 두께가 0.55mm의 슬릿의 단면을 사용하여 원형 구멍 패드는, 상기 하부 다이 조립체 완료 후 KEYENCE의 현미경 VHX-1000 결상 광학계 측정 슬릿 사이즈를 이용하여, 수평 테이블 상에 배치되고, (B)는 슬릿의 평균 도시 '도있다.도 1 (a)', 결과는도 1에 도시 크기 w는 (543.5 ± 7.5) ㎛이고, 슬릿의 중간 크기는 작고, 두 변은 약간 더 크다.이 슬릿 크기 분포는 균일 한 코팅을 얻을 수있다.
흑연, 도전 제, 나트륨 카르복시 메틸 셀룰로오스 (CMC)를, 스티렌 - 부타디엔 고무 (SBR), 및 증류수를, 68L 각각의 슬러리 배치 용적, 52.0 %의 고형분 함량, 리튬 이온 전지 음극 페이스트를 제조, 혼합 및 교반 슬러리 밀도 (1 450 ± 22) 킬로그램 / m3. 코팅재가 10 ㎛의 구리 박 두께, 8.9 밀리그램 / cm2의 면적 밀도이다. 코팅 전에 시작 이송 나사 먼저, 다이 블록 개방 슬롯 출구 다시 금형을 열 밸브 헤드는 다이 20 분 순환하는 슬러리를, 상기 다이 공동이 유체로 채워지는 것을 보장한다..도 2 (a) 헤드와 기판 사이의 유동장 성형 후 도장 안정성의 개략도이고, 주요 파라미터는이 실험에서, 습식 코팅 두께 H와 폭 B. 코팅 갭 H, w 슬릿 크기, 도포 속도 (v), 공급 유량 Q를 적용을 포함한다 :, H = 0.20mm를가 0.55 mm = w, L = 0.275 mm, B = 250mm, V = 0.15 m / s로, Q =는 A면과 B면의 코팅과 일괄 적으로, 폴 부재의 약 500 m 수확 용적의 길이를 가질 것이다 4.8 × 10 4m3 / s. 다음, 머리와 꼬리 극 조각을 자르고, d = 60mm 직경의 원형 극 조각을 가져 와서 시료 질량 M을 측정하고 식 (1)에 따라 코팅의 표면 밀도를 계산하십시오.
(1)
여기서 Scoat는 코팅의 면적 밀도이며, Scopper는 기판 구리 호일의 면적 밀도입니다.
1.2 유한 요소 모델
압출 다이 헤드의 유출 및 모의 유동 상태 롤러 코팅 사이 유한 요소 소프트웨어 Fluent6.3.26 필드 유체 역학을 사용하여도 도포 필드 흐른다. 2 (a)도. 내부 압출 다이 슬릿 도 2 (b)에 나타낸 바와 같이 계산 영역은 슬롯 출구 및 기판 영역 (2)의 외측 영역이 계산되며, 평면의 2 차원 모델을, 상기 입구는, 출구에서의 배출 압력이 설정되고, 계산 영역 유입 속도를 설정 압력 값은 101325 (PA) 기판의 경계, 즉, 다른 경계 코팅 속도 (V)의 이동 속도, 고정형 외벽 경계 조건도 계산 필드 메싱를 설정하는 단계를 포함한다. (2) (c)를 이동하도록 설정되어, 그리드 평균 크기는 0.01mm입니다.
주 유동 영역은 열전달 과정을 고려하지 않으며, 공기와 슬러리 비압축성 두 단계 비정상 유동 공정에 적용된다. 인해 점도 슬러리 공기 선택 CICSAM의 큰 차이로 자유 유동 슬러리 인터페이스 '7'사용 VOF 모델 추적 화면 캡처 기술은 정적 접촉각과베이스 동박 부극 슬러리를 50 ℃, 압출 다이의 외벽의 접촉각이라고 60 °였다 가정한다.도 초기 슬러리 액 충전 시간 슬롯 압출 다이. '2- ( b) 영역 surface1 '에 있지만, 외부 슬릿 오버플로하지 않고, 도포 후에 계산 유동장 슬릿으로부터 일정한 속도로 흐르는 슬러리.
2 결과 및 토론
2.1 실험 결과
도 3은 각각의 배치 제조 분포 탑 코트 농도 레벨의 양면에 코팅 된 음극 시트 (A)의 표면 밀도 및 AB 표면 코팅 인 (9.67 ± 0.067) 밀리그램 / cm2, 양면 코팅 AB의 면적 밀도 (19.32 ± 0.084) 밀리그램 / cm2가 도포량 균일 자극 편은 자극 조각 나타내는 품질 요건을 충족 코팅 공정 안정적인있다.
도 4는 코팅 형태 초기 코팅 폴 피스이다 폴 피스 프로그램 시작 시간, 0cm 애플리케이션 개시 위치에, 슬러리 공급 안정 공급을 형성하지 않는 슬러리는 다이 슬릿 밖으로 흐르고, 상기 상부 폴 피스 간헐 코팅층 코팅으로서, 슬러리 공급이 안정되고, 형성되고, 연속적으로 서로 연결 코팅 서서히 코팅 영역을 감소시킨다. 90cm을 폴 피스의 폴 피스에 안정적인 피막을 형성 하였다. 피복 속도 0.15 m이었다 (1) 슬러리의 유동 도관의 안정 상태의 슬러리와 공동 압출 성형하여, 다이 슬릿 : / s가 코팅에서 6의 공정의 총했다 도포 안정성 시작하는 두 단계를 포함 출구 형성 안정된 슬러리의 유출 속도, 즉, 압출시 정상류 내부 유동장 다이 (2) 슬러리의 유출 슬릿 다이 기판과의 상호 작용이 슬러리는 점성력 이동 생성 인해 기판 최종 안정 코팅, 압출, 즉 유출 정상류 프로세스 필드 다이 성형, 기판 표면에 확산.
2.2 유동장의 예비 분석
슬러리 유출 슬릿 필드 흐름 프로세스는 힘 비롯한 힘의 상호 영향에 의한 인해 발생되는 모바일 기지국 내부의 점성 유체로 유체 힘의 표면이 충격 압출에서의 유체 흐름은 이동 기판 감속에 다이 공정 유체에 의해 형성 관성력 중력 실제 코팅 처리가 실시되어, 식 (2)에 의해 추정 전단 속도 γ :
2.3 시뮬레이션 결과
층류 모델을 사용하여 점도 시뮬레이션은 시뮬레이션 음극 슬러리의 점도를 변경하지 않는 것으로, 음극 재료 슬러리 파라미터 채용 다이 형상 및 표 1의 공정 파라미터, 상기 슬러리 유입구 속도 선택, 0.030, 0.035 및 0.050 m / s의 3 가지 값으로 코팅 결과에 대한 공정 변수의 효과를 연구합니다.
5, 6, 7은 0.030의 유입 속도이며, 적용 후의 유동 상태. 유동장은 다른 시점에서 슬러리의 안정화에인가 0.035 시작하고 안정적인 유동장 0.050m / s, 슬러리 배출구 도 x 축 방향 부피 분획 (VOF) 분포 8 VOF VOF 두께 = 1.0 -. = 0.5 코팅도 8 표 2에 나타낸 결과로부터 명백한 0.6, 상이한 속도 유동장 조건 동안 레이놀즈 수 (Re), 유동장 안정화 시간 t는하기 표 2에이 실제 생산, Q는 4.8 × 10 4m3 / s이었다 슬러리 유량, 슬릿 코팅의 폭 B를 나타낸다 0.25 m, 슬러리 실제 유출 슬릿 속도 U = Q / (BW) 따라서, 식에 따라 수 0.035m / s의 습식 코팅 두께 (H)로서 산출 (5) :
시작 시간으로부터 산출 유입 속도 0.035m / s는 37.54 밀리 6 개의 균일 한 코팅을 형성한다 (도. 4)에 요구되는 시간에 대한 실험으로, 최소 유동장 안정화되면, 유동장의 안정 시간 시뮬레이션보다 훨씬 크다 이는, 증가 또는 유입 속도 감소, 플로우 코팅 여부 실제 코팅 안정한 유동장 다이 유출 고정 필드 내의 상기 다이 있지만 메인 유출 시뮬레이션 계산을 본 분야의 안정화 공정을 포함하는 안정화 단계, 0.050 m / s로의 유입 속도, 정착 시간 유동장은 63.46ms 유입 속도 0.030m / s, 48.75 MS의 유동장 안정화 시간,시 및 안정 시간 필드가 증가하고있다.
유입 속도 0.030m / s에서, 도포 후 10 밀리 시작 시간, 슬러리 슬롯 채우기 위하여 흘러 '도있다.도 5의 (a)', 기판은 다이와 기판 사이의 Y 축을 따라 전방으로 이동하면서, 혼입 된 슬러리의 이동을 적절하게, 코팅에 관여하는 다량의 공기에 보충 할 수 없기 때문에, 슬러리의 이동에 의해 발생하는 점착력은, 기판을 기판을 따르 '도.도 5의 (b)', 공기는 최종 슬러리 일 빨려 도 5는도 마찬가지 시트 (c) 코팅 모폴로지를 형성했다. (4)와 도포 형태. 슬러리의 공급과, 플로우 영역의 유로 면적 (Y> 0) 안정한 필드 흐르게되고 하향 채널 영역 (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)].
유입 속도 0.035m / s, 상기 슬러리를 다이 영역 이후의 기판 사이에 충전되어 '도.도 6은 (a)', 동반 된 슬러리의베이스는 적시에 코팅을 보충하기에 충분한 다수 관여되지 않을 것이다 공기 유동장 하향 채널이 빠르게 안정 상태에 도달 할 '도있다. (6) (b)를'불안정한 상태 생산할 예정 중력 유동장 채널 간섭 하에서 흐르는 '도있다.도 6 (b)와 (C)'이지만 피막으로서 직물은 연속적으로 수행되고 상부 유동 채널도 또한 빠르게 안정 상태에 도달한다.도 6 (d) 및 (e) '따라서, 코팅 유동장은 최적의 코팅 공정 작동 범위 인 짧은 안정화 시간을 갖는다.
공기 흐름 필드 하류 채널 다량의 관여없이 입구 속도 0.050m s의 적절성 / 슬러리 공급 '도이다.도 7 (a) 및 (B)는'하류 채널 유동장 빠르게 '정상 상태에 도달 할 수있다 (7) (b)도 '. 그러나, 더 큰 유입 속도 때문에, 비교적 두꺼운 피막을 형성하기 (표 2)에 용이하게 중력에 의해 영향을 상류 유로 필드 안정된 도달하는 시간이 오래 걸린다.'7의 (c) '두꺼운 코팅층을 형성 갭은 상부 유동 채널 (도 7 (d) ')에서 유동장의 급속한 붕괴를 초래하며, 이는 약 63.46ms의 긴 시간이 걸리고 코팅 유동장은 정상 상태에 도달한다.도 7 (e)'.
3 가지 결론
위의 실험과 유한 요소 분석 결과를 통해 다음과 같은 결론을 이끌어 낼 수 있습니다.
음극 슬러리를 동박 리튬 이온 전지에 코팅 된 (1) 압출 코터, 탑 코트 밀도 수준 (9.67 ± 0.067) 밀리그램 / cm2, 코팅의 양면의 AB면 밀도 (19.32 ± 0.084 ) mg / cm2 일 때, 폴 피스의 양은 균일하고 코팅 공정은 안정적이고 신뢰성이있다.
(2) 유한 요소 소프트웨어 슬러리 코팅 유출 플로우 상태 필드 유창함 유체 역학 시뮬레이션 및 시뮬레이션 기술 신뢰성 계산 모델에서 얻어진 실험 결과와 일치하는 피막의 두께를 사용.
(3) 입구 속도 0.030, 0.035, 0.050 m / s에서의 초기 유동장 조건을 시뮬레이션하였고 입구 속도가 0.030 m / s 일 때, 초기 단계의 슬러리는 기판이 움직 이기에는 너무 늦었다. 입구 속도가 0.050m / s, 충분한 슬러리 공급 될 때, 다운 스트림 채널 착체에 유체 상태의 결과, 도포 영역에 포함 된 공기의 하부 라인 양이 코팅 유동장 안정화 오래 걸릴 것이다. 상기 하향 채널이 될 수있다 안정화에 도달하지만, 상부 러너의 코팅 두께 때문에, 정상 상태에 도달하는 시간이 오래 걸린다. 0.035 m / s로의 유입 속도가 유동장 신속하게인가 될 때 최고 정상 상태, 최단 시간에 도달 코팅 공정 작동 범위.
