Аннотация: Литий-ионные аккумуляторные батареи имеют характеристики большой вязкости суспензии, толстого покрытия, тонкой подложки и высоких требований к точности. В настоящее время широко применяется технология щекового экструзионного покрытия. Анализ конечных элементов с использованием экспериментов и гидродинамики Методы. Проанализировано начальное поле потока ионно-ионной суспензии литиево-ионного аккумулятора на подложке из медной фольги. Результаты показали, что толщина смоделированного покрытия согласуется с экспериментальными результатами, что указывает на то, что расчетная модель была надежной. При 0,035 м / с суспензию, удаленную подложкой во внешней области поля потока, можно пополнять своевременно, и как верхний канал потока, так и канал нижнего потока можно стабилизировать в кратчайшие сроки. Это оптимальный диапазон работы покрытия.
Процесс изготовления полюсной детали является основным процессом изготовления литиево-ионных аккумуляторных батарей. Требования к точности оборудования, уровню интеллекта и надежности производственных характеристик очень высоки. В настоящее время литиево-ионная аккумуляторная батарея широко использует щелевое экструзионное покрытие. Технология. Щелевое покрытие представляет собой усовершенствованную предварительно измеренную технологию покрытия. Жидкость, подаваемая в экструзионную головку, полностью покрыта на подложке. При заданной скорости загрузки ширина покрытия, скорость подложки Количество покрытия покрытия может быть более точно оценено независимо от реологических свойств суспензионной текучей среды. Однако в реальном процессе однородность раствора покрытия, стабильность, краевые и поверхностные эффекты зависит от потока раствора для покрытия. Измените характеристики и, таким образом, напрямую определите качество покрытия. Литий-ионный аккумуляторный аккумуляторный блок имеет свои характеристики: двухстороннее однослойное покрытие; влажное покрытие из суспензии толстое, обычно 100 ~ 300 мкм; Высокая точность покрытия, покрытая подложка - это алюминиевая фольга или медная фольга толщиной 6-30 мкм. Относительно небольшое количество исследований по характеристикам покрытия литиево-ионных батарейных столбов. Шмит и др. Изучали отрицательную электролизную экструзию литий-ионных батарей. Процесс покрытия во время покрытия Стабильность покрытия была обнаружена в прерывистом покрытии и непрерывном процессе нанесения покрытия, а также проанализировано влияние параметров процесса на явление толстого края, а затем было установлено множество экспериментальных устройств в типе экструзии Падение давления суспензионного флюида измеряли в процессе нанесения покрытия и изучали зависимость между перепадом давления текучей среды и влажной толщиной покрытия.
В этой статье литиево-ионный аккумуляторный графит отрицательного электродного раствора в качестве объекта исследования, анализ основного качества продукции отрицательного полюса, наблюдается покрытие в начале формы пленки при использовании программного обеспечения для жидкостной хроматографии. Поле потока подвергается моделированию конечных элементов для анализа потока суспензии от времени начала покрытия до времени стабилизации покрытия, тем самым визуально наблюдая состояние покрытия суспензии, изучая влияющие факторы стабильности покрытия и обеспечивая теоретическую основу для оптимизации процесса покрытия. поддержка.
1 Экспериментальный метод и модель конечных элементов
1.1 Экспериментальные методы
Наша компания создала демонстрационную линию по производству литиево-ионных аккумуляторов с суточной производительностью 20 000 Ач. Смешивающий аппарат с отрицательным электродным шламом представляет собой самодельный вакуумный смеситель G45-100-2D-DZ с эффективным объемом 100 л. Машина для нанесения отрицательного электрода представляет собой самодельный тип M12-650B-4C-DZ. Машина для нанесения покрытий на слот. Система подачи покрытий использует винтовой насос типа 2NBL20F компании Japan Bingshen. Он использует круглую полость для однослойной матрицы для покрытия, верхнюю головку головки, щель толщиной 0,55 мм Прокладки были помещены на водную платформу после того, как был завершен узел нижней головки. Размеры прорезей были измерены с использованием оптического микроскопа KEYENCE VHX-1000 «Рисунок 1 (a)». Результаты показаны на рисунке 1 (b). Размер w равен (543,5 ± 7,5) мкм. Средний размер щели небольшой, а две стороны немного больше. Это распределение размеров щелей может получить однородное покрытие.
Смешивание и перемешивание графита, проводящего агента, натрийкарбоксиметилцеллюлозы (CMC), стиролбутадиенового каучука (SBR) и дистиллированной воды для получения отрицательной электродной суспензии для литиево-ионных батарей. Объем суспензии на партию составляет 68 л, а содержание твердого вещества составляет 52,0%. Плотность суспензии составляет (1 450 ± 22) кг / м 3. Покрытая подложка представляет собой медную фольгу толщиной 10 мкм и плотностью ареала 8,9 мг / см 2. Перед тем, как покрытие будет официально начато, сначала подают подачу шнекового насоса, чтобы заблокировать головку головки. На выходе из щели открывался обратный клапан матрицы, и суспензия циркулировала в филье в течение 20 минут, чтобы гарантировать, что полость матрицы заполнена жидкостью. На рисунке 2 (а) показана схема поля потока между матрицей и подложкой после стабилизации покрытия. Основные параметры включают в себя зазор покрытия H, размер щели w, скорость покрытия v, подаваемый поток Q, толщину слоя покрытия h и ширину покрытия B. В этом эксперименте: H = 0,20 мм, w = 0,55 мм, L = 0,275 мм, B = 250 мм, v = 0,15 м / с, Q = 4,8 × 10 -4 м3 / с. Полюсные наконечники длиной около 500 м были намотаны в рулон на стороне А и В-стороне. Затем отрежьте кусок головки и хвостового полюса, возьмите круглый полюсный наконечник диаметром d = 60 мм, измерьте массу образца M и рассчитайте поверхностную плотность покрытия в соответствии с формулой (1).
(1)
Где: Scoat - плотная плотность покрытия, Scopper - это плотная плотность подложки из медной фольги.
1.2. Модель конечных элементов
Состояние потока текучей среды между экструзионной головкой и валиком для нанесения покрытий было смоделировано с использованием программного обеспечения для конечных элементов Fluent6.3.26. Поле потока покрытия показано на фиг.2 (а). Внутренняя часть щели для экструзионной головки В области расчета 1 внешняя область между выступом щели и подложкой является вычислительной областью 2, как показано на рисунке 2 (b). Используется двумерная планарная модель. Вход для входа в систему задается как вход скорости, а выход устанавливается как выход давления. Значение давления 101325 Па, подложка устанавливается как движущаяся граница, скорость движения - скорость покрытия v, а другая граница стенки матрицы задает статические граничные условия. Расчетная доменная сетка показана на рисунке 2 (с). Средний размер составляет 0,01 мм.
Состояние поля потока покрытия представляет собой несжимаемый двухфазный нестационарный поток воздуха и суспензии, независимо от процесса теплообмена. Модель VOF используется для отслеживания границы свободного потока суспензии «7». CICSAM выбирается из-за большой разницы в вязкости между суспензией и воздухом. Предположим, что угол статического контакта между отрицательной электродной пастой и медной фольгой подложки составляет 50 °, а угол контакта с внешней стенкой экструзионной головки равен 60 °. На начальном этапе суспензионная жидкость заполняет щель экструзионной головки (рис. 2). б) в середине поверхности 1 ', но нет просачивания снаружи щели. После того, как поле потока покрытия рассчитано, суспензия выходит из щели с постоянной скоростью.
2 Результаты и обсуждение
2.1. Экспериментальные результаты
На рисунке 3 показано распределение плотностей поверхности покрытия на стороне А и стороне АВ подготовленной пластины отрицательного электрода. Плотность поверхности бокового покрытия А (9,67 ± 0,067) мг / см2. Плотность покрытия покрытия по обе стороны от АВ (19,32 ± 0,084) мг / см2 количество покрытия полюсной детали равномерно и соответствует требованиям к качеству полюсной детали. Это показывает, что процесс покрытия является стабильным и надежным.
На рисунке 4 показана топография покрытия полюсной детали на начальной стадии покрытия. Полюсный наконечник находится в положении начала покрытия на расстоянии 0 см. В начале покрытия полученная суспензия не образует стабильного питания. Прорезь фильеры вытекает из суспензии на полюсной детали. Прерывистое покрытие было сформировано. По мере того, как покрытие прогрессировало, подача суспензии постепенно стабилизировалась, покрытия непрерывно соединялись друг с другом, а площадь без покрытия постепенно уменьшалась. На полюсном наконечнике на 90 см формировалось устойчивое покрытие на 90 см. Скорость покрытия составляла 0,15 м. / с. Общее время от начала покрытия до покрытия составляет 6 с. Этот процесс состоит из двух стадий: (1) Суспензия образует стабильное состояние потока суспензии в полости трубы и экструзионной головки в щели Выходной поток образует стабильную скорость истечения суспензии, которая является стабильным процессом потока внутреннего поля потока экструзионной головки; (2) суспензия вытекает из щели матрицы и взаимодействует с подложкой, и суспензия создает вязкую силу из-за перемещения подложки. Распространение на поверхности подложки и, наконец, формирование устойчивого покрытия, то есть процесс постоянного потока внешнего поля потока экструзионной головки.
2.2 Предварительный анализ поля потока
Во время потока суспензии во внешнем поле потока щели на нее влияют силы, которые влияют друг на друга, включая вязкую силу, возникающую внутри жидкости из-за движения подложки, поверхностную силу текучей среды и воздействие жидкости из экструзионной головки на подвижную подложку. Инерционная сила, образованная процессом, плотность жидкости. В процессе фактического покрытия скорость сдвига γ может быть оценена по уравнению (2):
2.3 Результаты моделирования
В процессе моделирования используется модель ламинарного потока для вязкости. Моделирование предполагает, что вязкость суспензии отрицательного электрода не изменяется. Параметры материала используемой суспензии отрицательного электрода, геометрические параметры головки головки и параметры процесса показаны в таблице 1. Скорость впуска суспензии выбирается как 0,030, 0,035 и 0,050. m / s три значения для изучения влияния параметров процесса на результаты покрытия.
5, 6, 7 находятся на входе скорость 0.030, состояние потока после запуска приложения поля потока применяется к стабилизации суспензии в различные моменты. 0,035 и стабильное поле потока 0.050m / с, выход суспензии ось х объем направления фракция распределение (ВОФ), показанное на фиг.8, то ВОФ ВОФ и толщина = 1,0 -. 0,6 = 0,5, когда покрытие видно из фиг.8, результатов, показанные в таблице 2, в то время как различных поля скорости потока условия Рейнольдс число Ка, поле потока время стабилизации т приведена в таблице 2. в этом фактическом производстве, скорость потока суспензии Q составляет 4,8 × 10- 4м3 / с, а шириной B щели покрытия составляет 0,25 м, взвесь фактической отток щели скорость V = Q / (Bw), рассчитанный как 0.035m / с влажной толщиной покрытия ч таким образом, может в соответствии с формулой (5):
Когда скорость на входе 0.035m / с, рассчитывается от времени начала, чтобы стабилизировать поле потока до минимума, так как 37,54 мс, эксперимента в течение времени, необходимого для образования однородного покрытия из 6 с (фиг. 4), значительно больше, чем время осаждения моделирования поля течения это происходит потому, что фактическое покрытие, стабилизирующая фаза, содержащую стабильное поле потока и умирает в течение стационарного поля оттока умереть, но процесс стабилизации настоящего поля расчета основного оттока моделирования, следует ли увеличить или уменьшить скорость на вход, покрытие потока поле времени установления увеличилась, когда скорость на входе 0.030m / с, поле течения времени стабилизации 48,75 мс, когда скорость на входе 0,050 м / с, поле течения времени осаждения является 63.46ms.
Скорость на входе 0.030m / с, 10 мс после того, время запуска приложения, суспензия течет, чтобы заполнить гнездо «на фиг. 5 (а)», в то время как подложка движется вперед вдоль оси у между матрицей и подложкой, вязкая сила, создаваемая при движении суспензии следовать субстрат, субстрат, так как движение захваченной суспензии не может быть пополнен своевременно, большое количество воздуха, участвующего в покрытии «на фиг. 5 (б)», воздух всасывается в конечной суспензии ил фиг.5 формируется на листе (с), морфологией покрытия, аналогичной тем, которые показаны на фиг. 4 и морфология покрытия. с подачей суспензии, поток площадь проходного сечения поля течения (у> 0) устойчиво, поле потока нисходящий канал область (у<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)].
Когда скорость на входе составляет 0,035 м / с, после того, как суспензия заполняет площадь между матрицей и подложкой. Рисунок 6 (а) ', суспензия, переносимая подложкой, может быть достаточно пополнена во времени и покрытие не будет запутано в большом количестве. В воздухе поле потока нисходящего потока быстро достигает установившегося состояния «Рис.6 (b)», а поток верхнего пути потока создает неустойчивое состояние под действием гравитационного возмущения »(рис. 6 (b) и (с)», но с покрытием Ткань непрерывно выполняется, и верхний путь потока также быстро достигает стационарного состояния. На рисунке 6 (d) и (e) '. Поэтому в этом состоянии поле потока покрытия имеет короткое время стабилизации, что является оптимальным диапазоном работы покрытия.
Когда скорость на входе составляет 0,050 м / с, подача шлама является достаточной, и большое количество воздуха не будет увлекаться из поля нисходящего потока (рис. 7 (а) и (б) », и поле потока нисходящего канала может быстро достичь устойчивого состояния». (b) '. Однако из-за большой скорости на входе образуется относительно толстое покрытие (табл. 2). Поле потока в верхнем канале потока легко зависит от силы тяжести и занимает много времени, чтобы достичь толщины покрытия толщиной «7 (c)». Зазор приводит к быстрому коллапсу поля потока в верхнем канале потока (рис.7 (d) '), который занимает более длительное время, около 63,46 мс, а поле потока покрытия достигает стационарного состояния (рис. 7 (е) ».
3 вывода
В результате проведенных экспериментов и результатов конечного элемента анализа сделаны следующие выводы:
(1) Анодная суспензия литиево-ионного аккумулятора была покрыта медной фольгой прижимным устройством для нанесения покрытий. Плотность поверхности покрытия на стороне А составляла (9,67 ± 0,067) мг / см2, а удельная плотность двухстороннего AB-покрытия была (19,32 ± 0,084). ) мг / см2, количество однородного, стойкого и надежного процесса нанесения покрытия на полюс.
(2) Программное обеспечение для конечных элементов. Для моделирования состояния текучей среды суспензии в поле покрытия использовали Fluent для флюидной механики. Толщина покрытия, полученного при моделировании, хорошо согласуется с экспериментальными результатами, которые показали, что расчетная модель надежна.
(3) Моделировались начальные условия поля потока при скорости на входе 0,030, 0,035 и 0,050 м / с. Когда скорость на входе 0,030 м / с, суспензия на начальном этапе слишком поздно для перемещения подложки. Большое количество воздуха увлекается в покрытие нижней области бегуна, что приводит к сложным условиям текучей среды в верхнем и нижнем бегунах. Поле потока покрытия занимает много времени, чтобы стабилизировать. Когда скорость на входе составляет 0,050 м / с, подача суспензии достаточна, а нижний бегун может Быстрее достичь стабильности, но верхнему бегуну требуется более длительное время, чтобы достичь устойчивого состояния из-за толстого покрытия. Когда скорость на входе составляет 0,035 м / с, поле потока покрытия достигает более устойчивого состояния, а требуемое время является самым коротким. Рабочий диапазон процесса нанесения покрытия.
