Resumo: As baterias de íons de lítio possuem características de grande viscosidade, revestimento espesso, substrato fino e requisitos de alta precisão, sendo atualmente amplamente utilizada a tecnologia de revestimento por extrusão em fenda. Métodos O campo de fluxo do estágio inicial da suspensão de anodo de bateria de íons de lítio no substrato de folha de cobre foi analisado.Os resultados mostram que a espessura simulada do revestimento é consistente com os resultados experimentais, o que mostra que o modelo de cálculo é confiável. A 0.035 m / s, a pasta removida pelo substrato na área do campo de fluxo externo pode ser reabastecida em tempo hábil, e tanto o canal de fluxo superior quanto o de fluxo inferior podem ser estabilizados no menor tempo.Esta é a faixa ótima de operação de revestimento.
Estaca processo de produção peça é a base para o processo para a produção de uma bateria de iões de litio, a precisão requerida do aparelho, o nível de inteligência, a fiabilidade é muito alto desempenho, e semelhantes. Actualmente, a indústria da bateria de iões de lítio tem geralmente adotado um revestimento por extrusão fenda Tecnologia. O revestimento de fenda é uma técnica de revestimento avançada, pré-medida. O fluido alimentado na matriz de extrusão é completamente revestido no substrato. Para uma determinada taxa de carregamento, largura do revestimento, velocidade do substrato A quantidade de revestimento do revestimento pode ser estimada com maior precisão, independentemente das propriedades reológicas do fluido da pasta, No entanto, no processo real, a uniformidade da solução de revestimento, estabilidade, borda e efeitos de superfície são afetados pelo fluxo da solução de revestimento. Mude características, e assim determine diretamente a qualidade do revestimento O processo do revestimento do pólo da bateria do poder do lítio tem suas próprias características: Revestimento frente e verso da único-camada; O revestimento molhado da pasta é grosso, geralmente 100 ~ 300μm; alta precisão de revestimento; espessura do material de revestimento é uma folha de alumínio de 6 ~ 30 pm ou um folha de cobre para a folha do eléctrodo de lítio revestidas características da bateria de iões relatados outros estudos Schmit relativamente pequena bateria de iões de lítio eléctrodo negativo pasta de extrusão. Processo de revestimento durante o revestimento A estabilidade do revestimento foi encontrada no revestimento intermitente e no processo de revestimento contínuo e analisou-se o efeito dos parâmetros do processo no fenômeno de bordas grossas e, posteriormente, estabeleceu-se um conjunto de dispositivos experimentais, no tipo extrusão. A queda de press� do fluido da pasta foi medida durante o processo de revestimento e a rela�o entre a queda de press� do fluido e a espessura h�ida do revestimento foi estudada.
Tomando de iões de lítio grafite bateria lama eléctrodo negativo como o objecto de investigação, a análise de massa de base, onde a produção de folha do eléctrodo negativo, observação morfologia peças de pólo da aplicação a hora de início, enquanto a bateria de lítio utilizando o software de revestimento em suspensão inicial dinâmica de fluidos fluente factores de fluxo de campo de simulação de elementos finitos, o fluxo de processo de análise da lama a partir da hora de início para o revestimento aplicado momento estável para observar visualmente o estado do revestimento da pasta, o estudo de estado estacionário revestida para proporcionar uma optimização teórica do processo de revestimento Suporte.
1 Método experimental e modelo de elementos finitos
1.1 Métodos Experimentais
Criei Nissan 20000 Ah bateria de iões de lítio modelo de linha de produção. Pasta de eléctrodo negativo é feita G45-100-2D-DZ misturador tipo misturador a vácuo, o volume eficaz de 100L. Eléctrodo negativo é feita revestidor tipo M12-650B-4C-DZ revestidor de ranhura do cunho. soldados revestidos sistema de alimentação usando 2NBL20F de Deus tipo parafuso. cavidade circular usando uma secção de revestimento de matriz única ranhura, a matriz superior, 0,55 milímetro de espessura de fenda pastilhas, após a conclusão da montagem de matriz inferior é colocado sobre uma mesa horizontal, usando microscópio dimensões de imagem de medição óptica de fenda VHX-1000 da KEYENCE são mostrados (B), a média da fenda 'na FIG. 1 (a)', os resultados mostrados na FIG 1 w é o tamanho (543,5 ± 7,5) mm, o pequeno tamanho intermédio ranhura, tanto em tamanho ligeiramente maior, a distribuição de tamanho pode ser cortada para se obter um revestimento uniforme.
Grafite, agente condutor, carboximetilcelulose de sódio (CMC), borracha de estireno-butadieno (SBR), e água destilada foi misturada e agitada para preparar uma pasta de eléctrodo negativo da bateria de iões de lítio, um volume do lote pasta de 68L cada, o teor de matéria sólida de 52,0%, a densidade da suspensão (1 450 ± 22) kg / m3. material de revestimento é uma espessura de folha de cobre de 10 mm, uma densidade superficial de 8,9 mg / cm2. iniciado antes do revestimento, o parafuso de alimentação é aberto pela primeira vez, o bloco de molde saída de ranhura, a cabeça da válvula para trás para abrir o molde, a lama circula no 20min matriz, para assegurar que a cavidade do molde é cheia com um fluido. a FIG. 2 (a) é uma vista esquemática de estabilidade de revestimento após a moldagem do campo de fluxo entre a cabeça e o substrato, principais parâmetros incluem intervalo de revestimento H, o tamanho da fenda w, v a velocidade de revestimento, a taxa de fluxo de alimentação Q, aplicada molhada espessura do revestimento h e largura B. nesta experiência: H = 0,20 milímetros, w = 0,55 mm L = 0,275 mm, B = 250 mm, v = 0,15 m / s, Q = 4,8 x 10- 4m3 / s., quando o revestimento de uma superfície de superfície e B irá ter um comprimento de cerca de 500 m de volume da colheita da peça polar, e como um lote vezes, inclusive de corte peça polar, tendo o diâmetro d = 60 mm da amostra peça polar circular, uma massa de amostra de medição M, a densidade superficial do revestimento é calculado de acordo com a fórmula (1).
(1)
Em que: Scoat densidade de superfície do revestimento; Scopper folha de base de cobre como uma densidade de superfície.
1.2 Modelo de Elemento Finito
Utilizando software de dinâmica de fluidos elemento finito Fluent6.3.26 campo entre a saída da cabeça de extrusão e o revestimento por rolo estado de fluxo simulado, fluxo do campo de revestimento na FIG. 2 (a) mostrado na Fig. De extrusão interno fendas die uma região de cálculo, a região externa entre a saída do compartimento e a região de substrato 2 é calculada, como se mostra na figura 2 (b), o modelo bidimensional do plano, a entrada é definida para acelerar a entrada de domínio computacional, a pressão de saída na saída é definido, valor de pressão é 101325 Pa, o substrato é ajustado para mover o limite, ou seja, a velocidade de movimento da outra velocidade de revestimento limite v, estacionária condição parede de limite externo matriz definindo engrenamento campo de cálculo na Fig. 2 (c), a grade O tamanho médio é de 0,01 mm.
campo de fluxo do estado é aplicado para o ar e o processo de fluxo de lama incompressível de duas fases instável, não considera o processo de transferência de calor. VOF traço modelo usando uma interface de lama de fluxo livre '7', devido às grandes diferenças em pasta de viscosidade e de ar, seleccione CICSAM técnicas de captura de tela assuma que o ângulo de contacto estático e a folha de base de cobre pasta de eléctrodo negativo é de 50 °, o ângulo de contacto da parede exterior da fieira de extrusão foi de 60 °. o líquido inicial lama tempo preenchido matriz com fenda de extrusão 'na Fig. 2 ( b) no meio da superfície 1 ', mas não há derramamento fora da fenda Depois que o campo de fluxo de revestimento é calculado, a lama flui para fora da fenda a uma taxa constante.
2 Resultados e Discussão
2.1 Resultados experimentais
A figura 3 é uma densidade de superfície revestida da folha de eléctrodo negativo e um revestimento de superfície AB em ambos os lados de cada distribuição lote produzido, um nível de densidade de revestimento de topo (9,67 ± 0,067) mg / cm2, AB densidade superficial do revestimento de ambos os lados (19,32 ± 0,084) mg / cm2, a quantidade de revestimento de peça polar é uniforme e atende aos requisitos de qualidade da peça polar, o que mostra que o processo de revestimento é estável e confiável.
A figura 4 é uma peça polar revestido numa fase inicial morfologia de revestimento, a peça polar é em 0 centímetros posição de início de aplicação, a aplicação a hora de início, a alimentados pasta não é formado de fornecimento estável, a lama flui para fora da fenda de matriz, a peça polar superior camada de revestimento intermitente formado, como para o revestimento, o fornecimento de pasta para se tornar estável, o revestimento continuamente ligados uns aos outros, diminui gradualmente áreas não revestidas. 90 centímetros na peça polar para formar um revestimento estável sobre a peça polar. a velocidade de revestimento foi de 0,15 m / s, a partir do revestimento para iniciar a estabilidade de revestimento demorou um total de 6 s, o processo compreende duas fases: (1) formação de uma pasta num estado estável da conduta de escoamento de pasta e a extrusão cavidade de moldação, a fenda uma velocidade de escoamento suspensão estável saída formada, isto é, fluxo constante durante a extrusão campo de fluxo interno; substrato (2) uma fenda de saída lama morrer, a interacção com o substrato, a pasta devido à força viscosa é gerado movendo, Espalhe sobre a superfície do substrato e, finalmente, forme um revestimento estável, isto é, o processo de fluxo constante do campo de fluxo externo da matriz de extrusão.
2.2 Análise Preliminar do Campo de Fluxo
O processo de fluxo do campo de fenda pasta de escoamento, pela influência mútua de força, incluindo a força, devido ao fluido viscoso no interior da base móvel gerado, a superfície da força de fluido, o fluido flui a partir da extrusão de impacto morrer para uma desaceleração em movimento substrato Força de inércia formada pelo processo, a gravidade do fluido No processo de revestimento real, a taxa de cisalhamento γ pode ser estimada pela equação (2):
2.3 Resultados da simulação
simulação viscosidade usando um modelo de fluxo laminar, a simulação do princípio de que o eléctrodo negativo não alterar a viscosidade da suspens, um eléctrodo negativo parâmetros de lamas de material utilizado, a geometria do molde e os parâmetros de processo na Tabela 1, em que a suspensão de entrada de selecção da velocidade de 0,030, 0,035 e 0,050 m / s três valores para estudar o efeito dos parâmetros do processo nos resultados do revestimento.
5, 6, 7 são velocidade de entrada de 0,030, o estado do fluxo após a aplicação iniciar o campo de fluxo é aplicado à estabilização da suspensão em diferentes momentos. 0,035 e campo de fluxo estável 0,050 M / s, a saída de lama fracção de volume direcção X-eixo (VOF) distribuição mostrada na FIG 8, a VOF VOF e espessura = 1,0 -. 0.6 = 0,5 quando o revestimento é claro a partir da Figura 8, os resultados apresentados na tabela 2, enquanto as diferentes condições do campo de fluxo de velocidade Reynolds número Re, o campo de fluxo do tempo de estabilização t são mostrados na tabela 2. Esta produção real, o caudal da pasta foi de 4,8 Q x 10- 4m3 / s, e a largura B da fenda de revestimento é de 0,25 m, a lama real fenda de escoamento A velocidade U = Q / (Bw) é 0,035m / s, assim a espessura h h do revestimento pode ser calculada de acordo com a equação (5):
Quando a velocidade de entrada de 0,035 M / s, calculada a partir da hora de início para estabilizar o campo de fluxo para um mínimo, como 37,54 ms, o experimento durante o tempo necessário para formar um revestimento uniforme de 6 s (Fig. 4), é muito maior do que a simulação de tempo de estabilização de campo de escoamento isto acontece porque o revestimento real, a fase de estabilização que compreende um domínio estável de fluxo e o molde dentro do campo estacionário matriz de saída, mas o processo de estabilização do presente campo do cálculo de simulação de escoamento principal, quer para aumentar ou diminuir a velocidade de entrada, revestimento por escoamento O tempo de estabilização do campo aumentou Quando a velocidade de entrada é de 0,030 m / s, o tempo de estabilização do campo de fluxo é de 48,75 ms Quando a velocidade de entrada é de 0,050 m / s, o tempo de estabilização do campo de fluxo é 63,46 ms.
A uma velocidade de entrada de 0,030 m / s, a pasta da fenda preenche a matriz e o substrato a 10 ms após o início do revestimento (Fig. 5 (a)), enquanto o substrato se move na direção positiva ao longo do eixo y. força viscosa gerada pelo movimento da pasta a seguir o substrato, o substrato uma vez que o movimento de pasta arrastadas não pode ser reabastecido de uma forma atempada, de uma grande quantidade de ar envolvidos no revestimento 'na Fig. 5 (b)', o ar é aspirado na il pasta final O revestimento mostrado na Fig. 5 (c) é formado no material e sua morfologia é semelhante à do revestimento mostrado na Fig. 4. Com o fornecimento contínuo de polpa, o campo de fluxo (y> 0) no campo de fluxo é basicamente estável, e o campo de fluxo Área do canal a jusante (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)].
A velocidade de entrada de 0,035 M / s, a pasta é preenchida entre a fieira e o substrato depois da região 'da Fig. 6 (a)', a base da pasta arrastadas é suficiente para repor atempada o revestimento não será envolvida num grande número de o campo de fluxo de ar do canal a jusante rapidamente atinge um estado estacionário 'da Fig. 6 (b)', que flui sob a interferência gravidade fluxo canal campo irá produzir um estado instável 'da Fig. 6 (b), e (C)', mas como o revestimento pano canal de fluxo ascendente contínuo rapidamente atinge um estado estacionário 'da Fig. 6 (d) e (e)'. Portanto, nesta condição, o campo de fluxo é aplicado é curto tempo de estabilização, este processo de revestimento é o melhor intervalo de funcionamento.
Entrada de velocidade de 0,050 M s, ao fornecimento de adequação / lama, sem o envolvimento de uma grande quantidade de campo de fluxo de ar do canal a jusante 'na Fig. 7 (a) e (B)', o campo de fluxo do canal de jusante pode rapidamente atingir um estado estacionário '7 (b) 'no entanto, porque a velocidade de entrada maior, formando revestimentos relativamente espessos (tabela 2), o campo de canal de escoamento a montante facilmente afectado pela gravidade, que leva muito tempo para atingir um estável' na Fig. 7 (c)', formando uma camada de revestimento de espessura lacuna resultado do campo de fluxo no canal de alta recolher rapidamente 'na Fig. 7 (d)', submetido a um longo período de tempo, cerca de 63.46ms, revestimento atinge um campo de fluxo de estado estacionário 'na Fig. 7 (e)'.
3 conclusões
Através dos experimentos acima e resultados de análise de elementos finitos, as seguintes conclusões são tiradas:
(1) revestidor de extrusão de pasta de eléctrodo negativo foi revestida sobre uma bateria de iões de lítio de folha de cobre, um nível de densidade de revestimento de topo (9,67 ± 0,067) mg / cm2, AB densidade superficial de ambas as superfícies do revestimento (19,32 ± 0,084 ) mg / cm2, a quantidade de revestimento uniforme peças de pólo, o processo de revestimento estável e fiável.
(2) utilizando o software de elemento finito fluente simulação dinâmica de fluidos do campo de estado de fluxo de saída de revestimento em suspensão, e a espessura do revestimento consistente com os resultados experimentais obtidos por simulação descrito modelo de cálculo fiável.
(3) velocidade de entrada simulados foram 0,030, 0,035 e 0,050 M / s quando o estado inicial do campo de fluxo é aplicado. Quando a velocidade de entrada de 0,030 m / s, o tempo para o início da lama fornecido lama arrastadas do movimento do substrato , inferior quantidade de linha de ar envolvido em áreas do revestimento, resultando em um estado fluido sobre o complexo canal a jusante, do campo de fluxo de revestimento irá demorar mais tempo a estabilizar. quando a velocidade de entrada é de 0,050 M / s, o fornecimento lama suficiente, o canal a jusante pode ser atingir a estabilização, mas uma vez que a espessura do revestimento da calha superior, leva muito tempo para atingir o estado estacionário. quando a velocidade de entrada de 0,035 m / s, o campo de fluxo é aplicado rapidamente atingir um estado estacionário, mais curto o tempo, que é o melhor Faixa de operação do processo de revestimento.
