Resumen: Los paquetes de baterías de iones de litio tienen las características de gran viscosidad de lodo, revestimiento grueso, sustrato delgado y requisitos de alta precisión. Actualmente, la tecnología de revestimiento por extrusión es ampliamente utilizada. Análisis de elementos finitos utilizando experimentos y dinámica de fluidos Métodos El campo de flujo de la etapa inicial de la suspensión de ánodo de la batería de iones de litio sobre el sustrato de lámina de cobre se analizó.Los resultados mostraron que el espesor del revestimiento simulado era coherente con los resultados experimentales, que mostró que el modelo de cálculo era confiable. A 0.035 m / s, la suspensión extraída por el sustrato en el área del campo de flujo externo puede reabastecerse oportunamente, y tanto el canal de flujo superior como el inferior pueden estabilizarse en el tiempo más corto. Este es el rango de operación de recubrimiento óptimo.
Pole proceso pieza de producción es la base para el procedimiento para producir una batería de iones de litio, la precisión requerida del aparato, el nivel de inteligencia, la fiabilidad es muy alto rendimiento, y similares. En la actualidad, la industria de baterías de iones de litio ha adoptado generalmente un recubrimiento por extrusión de hendidura recubrimiento de la tecnología de hendidura es un avanzado técnicas de revestimiento pre-dosificadas, en el cabezal de troquel de extrusión están todos formados de un recubrimiento fluido sobre el sustrato, para una velocidad de alimentación dada, anchura de revestimiento, velocidad de la banda , se puede estimar con mayor precisión la cantidad de recubrimiento aplicado, independientemente de las propiedades reológicas de lodos del fluido, pero el proceso actual, la uniformidad, la estabilidad y el efecto superficie del borde del líquido de revestimiento por el flujo de líquido de recubrimiento Efectos de diferentes características, que determinan directamente la calidad del recubrimiento de proceso pieza de revestimiento polo de la batería de iones de litio tiene sus propias características: secuencialmente revestida de un solo lado; suspensión espesa de laca de espesor en húmedo, generalmente 100 ~ 300μm; pieza polar. recubrimiento de alta precisión; espesor del material de revestimiento es papel de aluminio 6 ~ 30 micras o una lámina de cobre para una hoja de electrodo de litio características de la batería de iones recubiertas informado de otros estudios Schmit relativamente pequeña batería de iones de litio de electrodo negativo pasta de extrusión. Proceso de recubrimiento durante el recubrimiento Estabilidad, se encontró un proceso continuo intermitente de recubrimiento y revestimiento de espesor fenómeno borde de recubrimiento, y la influencia de los parámetros del proceso en el lado grueso del fenómeno. Más tarde, se establecieron también un conjunto de aparato experimental, la extrusión intermitente de la fórmula la caída de presión se midió durante la suspensión fluida de revestimiento, y el estudio de la relación entre la caída de presión y espesor en húmedo de fluido del revestimiento.
Tomando de iones de litio de grafito batería suspensión electrodo negativo como el objeto de investigación, el análisis de la masa básica, donde la producción de hoja de electrodo negativo, piezas polares de observación morfología de la aplicación hora de inicio, mientras que la batería de iones de litio utilizando el revestimiento de lechada de software inicial dinámica de fluidos Fluido factores fluyen campo de la simulación de elementos finitos, el flujo de proceso de análisis de la suspensión de la hora de inicio para el revestimiento aplicado momento estable para observar visualmente el estado de recubrimiento de la suspensión, el estudio en estado estacionario recubierto para proporcionar una optimización teórica del proceso de recubrimiento Apoyo.
Método experimental y finito modelo de elementos
1.1 Métodos experimentales
I fijó Nissan 20.000 Ah batería de iones de litio modelo de línea de producción. Suspensión electrodo negativo se hace G45-100-2D-DZ tipo de mezclador mezclador de vacío, el volumen efectivo de 100L. Electrodo negativo se hace revestidor de tipo M12-650B-4C-DZ revestidor de troquel de ranura. soldados revestidos sistema de alimentación utilizando 2NBL20F de Dios tipo de tornillo. cavidad circular usando una sección de revestimiento con matriz única ranura, la matriz superior, de 0,55 mm de espesor de hendidura almohadillas, después de la finalización del conjunto de troquel inferior se coloca sobre una mesa horizontal, que usa el microscopio VHX-1000 dimensiones de hendidura de medición óptico de formación de imágenes de KEYENCE se muestran (B), el promedio de hendidura 'en la Fig. 1 (a)', los resultados mostrados en la figura 1 El tamaño w es (543.5 ± 7.5) μm. El tamaño medio de la ranura es pequeño, y los dos lados son ligeramente más grandes. Esta distribución del tamaño de la ranura puede obtener un recubrimiento uniforme.
Grafito, agente conductor, carboximetilcelulosa de sodio (CMC), caucho de estireno-butadieno (SBR), y se mezclaba agua destilada y se agitó para preparar una pasta de electrodo negativo de la batería de iones de litio, un volumen de lote suspensión de 68L cada uno, el contenido de materia sólida de 52,0%, la densidad de la suspensión (1 450 ± 22) kg / m3. material de recubrimiento es un espesor de lámina de cobre de 10 m, una densidad de área de 8,9 mg / cm2. comenzó antes del revestimiento, el tornillo de alimentación se abrió por primera vez, el bloque de la matriz salida de ranura, cabeza de la válvula hacia atrás para abrir la boquilla, la suspensión que circula en el 20min matriz, para asegurar que la cavidad de la matriz se llena con un fluido. la Fig. 2 (a) es una vista esquemática de estabilidad del revestimiento después del moldeo del campo de flujo entre la cabeza y el sustrato, principales parámetros incluyen brecha revestimiento h, el tamaño de ranura w, velocidad de revestimiento v, la tasa de flujo de alimentación Q, aplicado húmedo h el espesor del recubrimiento y la anchura B. en este experimento: h = 0,20 mm, w = 0,55 mm, L = 0.275 mm, B = 250 mm, v = 0,15 m / s, q = 4,8 × 10- 4m3 / s. cuando el recubrimiento de una superficie de la superficie y B tendrá una longitud de aproximadamente 500 m volumen de cosecha de la pieza polar, y como un lote A continuación, corte la pieza polar de la cabeza y la cola, tome una pieza polar circular con un diámetro d = 60 mm, mida la masa M de la muestra y calcule la densidad superficial del recubrimiento de acuerdo con la fórmula (1).
(1)
Donde: Scoat es la densidad de área del recubrimiento, Scopper es la densidad de área del sustrato de lámina de cobre.
1.2 Modelo de elementos finitos
El uso de la dinámica de fluidos software de elementos finitos Fluent6.3.26 campo entre el flujo de salida de la cabeza de troquel de extrusión y el recubrimiento de rodillo de estado de flujo simulado, campo recubrimiento fluya en la Fig. 2 (A) se muestra en la Fig. Extrusión interna hendiduras de matriz una región de cálculo, la zona exterior entre la salida de la ranura y la región de sustrato 2 se calcula, como se muestra en la figura 2 (b), el modelo de dos dimensiones del plano, la entrada se fija para acelerar la entrada de dominio computacional, se establece la presión de salida en la salida, valor de presión es 101.325 Pa, el sustrato se fija para mover el marco, es decir, la velocidad de movimiento de la otra velocidad de revestimiento límite v, estableciendo estacionaria condición de contorno de la pared externa de troquel mallado campo de cálculo en la Fig. 2 (c), la rejilla El tamaño medio de 0,01 mm.
campo de flujo de Estado se aplica al proceso de flujo de la suspensión incompresible de dos fases inestable aire y, no tiene en cuenta el proceso de transferencia de calor. VOF modelo de rastreo mediante una interfaz de suspensión de flujo libre '7', debido a las grandes diferencias en suspensión viscosidad y aire, seleccione CICSAM técnicas de captura de pantalla asumen que el ángulo de contacto estático y la suspensión electrodo negativo lámina de cobre de base es de 50 °, el ángulo de contacto de la pared exterior de la boquilla de extrusión fue de 60 °. el líquido de partida suspensión tiempo lleno de extrusión ranura de la matriz 'en la Fig. 2 ( b) en la región surface1', pero no rebose ranuras exteriores, el campo de flujo contado después de revestimiento, la suspensión fluye a una velocidad constante de la hendidura.
2 resultados y discusión
2.1 Resultados experimentales
La figura 3 es una densidad de superficie recubierta de la lámina de electrodo negativo A y revestimiento de la superficie AB en ambos lados de cada distribución lote producido, un nivel de densidad topcoat (9,67 ± 0,067) mg / cm2, densidad de área AB del revestimiento en ambos lados (19,32 ± 0,084) mg / cm2, las piezas polares uniforme cantidad de recubrimiento, las piezas polares cumple con los requisitos de calidad, que indica que el proceso de revestimiento estable y fiable.
La figura 4 es una pieza polar revestido una etapa inicial morfología de recubrimiento, la pieza polar está en 0cm posición de inicio de aplicación, la aplicación hora de inicio, la Fed suspensión no se forma el suministro estable, la suspensión fluye fuera de la rendija de tobera, la pieza polar superior capa de revestimiento intermitente formado, como para el revestimiento, el suministro de suspensión para ser estable, el recubrimiento conectados continuamente entre sí, disminuye gradualmente áreas no recubiertas. 90cm en la pieza polar para formar un revestimiento estable en la pieza polar. la velocidad de recubrimiento fue de 0,15 m / s, a partir del revestimiento comienzan a la estabilidad del revestimiento se tomó un total de 6 s el proceso comprende dos fases: (1) formación de una suspensión en un estado estable de conducto de flujo de la suspensión y la extrusión cavidad de la matriz, la rendija una salida formada estable suspensión velocidad de salida, es decir, flujo constante durante la matriz de extrusión campo de flujo interno; sustrato (2) una ranura suspensión salida mueren, la interacción con el sustrato, la suspensión debido a la fuerza viscosa se genera moviendo, Extiéndase en la superficie del sustrato y finalmente forme un revestimiento estable, es decir, el proceso de flujo constante del campo de flujo externo de la matriz de extrusión.
2.2 Análisis preliminar del campo de flujo
El proceso de flujo de campo hendidura suspensión flujo de salida, por la influencia mutua de la fuerza, incluyendo la fuerza debido al fluido viscoso dentro de la base móvil generado, la superficie de la fuerza del fluido, el fluido fluye desde la extrusión por impacto mueren en una desaceleración substrato móvil fuerzas de inercia formadas por el fluido de proceso se somete a proceso de recubrimiento real gravedad, la tasa de cizallamiento γ por la fórmula (2) Estimación:
2.3 Resultados de la simulación
simulación Viscosidad usando un modelo de flujo laminar, la simulación asume que el electrodo negativo no cambia la viscosidad de la suspensión, un electrodo negativo parámetros en suspensión espesa de material empleado, la geometría del troquel y los parámetros del proceso en la Tabla 1, en el que la suspensión de entrada de selección de velocidad 0.030, 0.035 y 0.050 m / s tres valores para estudiar el efecto de los parámetros del proceso en los resultados del recubrimiento.
5, 6, 7 son la velocidad de entrada de 0.030, el estado de flujo después de la aplicación se inicia el campo de flujo se aplica a la estabilización de la suspensión en diferentes momentos. 0.035 y campo de flujo estable 0,050 / s, la salida de suspensión eje x fracción de volumen de dirección (VOF) distribución que se muestra en la figura 8, la VOF VOF y espesor = 1,0 -. 0,6 = 0,5 cuando el recubrimiento se desprende de la Figura 8, los resultados mostrados en la tabla 2, mientras que las diferentes condiciones de campo de flujo de velocidad Reynolds número Re, el campo de flujo tiempo de estabilización t se muestran en la tabla 2. Esta producción real, el caudal de suspensión Q fue de 4,8 × 10- 4m3 / s, y la anchura B del revestimiento de ranura es de 0,25 m, la suspensión actual rendija de salida La velocidad U = Q / (Bw) es 0.035 m / s. El espesor húmedo h del recubrimiento puede calcularse entonces de acuerdo con la ecuación (5):
Cuando la velocidad de entrada 0.035m / s, calculado a partir de la hora de inicio para estabilizar el campo de flujo a un mínimo, como 37.54 ms, el experimento durante el tiempo necesario para formar un revestimiento uniforme de 6 s (Fig. 4), es mucho mayor que la simulación tiempo de establecimiento de campo de flujo esto es porque el recubrimiento real, la fase de estabilización que comprende un campo estable flujo y la matriz dentro del campo estacionario troquel flujo de salida, pero el proceso de estabilización de la presente campo del cálculo de simulación principal flujo de salida, ya sea para aumentar o disminuir la velocidad de entrada, revestimiento por flujo campo de tiempo de asentamiento se ha incrementado, cuando la velocidad de entrada 0.030m / s, el tiempo de estabilización del campo de flujo de 48,75 ms, cuando la velocidad de entrada de 0,050 m / s, el campo de flujo de tiempo de establecimiento es 63.46ms.
A una velocidad de entrada de 0.030 m / s, la suspensión de la ranura se llena entre la matriz y el sustrato a 10 ms después del comienzo del recubrimiento 'Fig. 5 (a)', mientras que el sustrato se mueve en la dirección positiva a lo largo del eje y. fuerza viscosa generada por el movimiento de la suspensión a seguir el sustrato, el sustrato ya que el movimiento de la suspensión arrastrado no se puede reponer de una manera oportuna, una gran cantidad de aire implicada en recubrimiento 'en la Fig. 5 (b)', el aire es aspirado en el il suspensión final la figura 5 está formada en la hoja (c), morfologías de revestimiento similares a los mostrados en la Fig. 4 y la morfología del recubrimiento. con el suministro de la suspensión, el área de paso de flujo del campo de flujo (y> 0) estable, campo de flujo Área del canal descendente (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 velocidad de entrada 0.035m / s, la suspensión se llena entre la matriz y el sustrato después de la región de la Fig. 6 (a) ', la base de la suspensión arrastrado es suficiente para reponer oportuna el revestimiento no estará involucrado en un gran número de el campo de canal aguas abajo del flujo de aire alcanza rápidamente un estado estable 'de la Fig. 6 (b)', que fluye bajo interferencia gravedad flujo de canal de campo producirá un estado inestable 'de la Fig. 6 (b), y (C)', pero como el revestimiento paño canal de flujo ascendente continuo alcanza rápidamente un estado estable 'de la Fig. 6 (d) y (e)'. por lo tanto, en esta condición, el campo de flujo se aplica es tiempo de establecimiento corto, este proceso de recubrimiento es el mejor rango de operación.
Inlet velocidad 0,050 s, el suministro de adecuación / suspensión, sin la participación de una gran cantidad de campo de flujo de aire de canal de aguas abajo 'en la Fig. 7 (a) y (B)', el campo de flujo del canal aguas abajo puede alcanzar rápidamente un estado estable '7 (b) 'Sin embargo, debido a que la velocidad de entrada más grande, la formación de recubrimientos relativamente gruesos (tabla 2), el campo de canal de flujo aguas arriba fácilmente afectado por la gravedad, se necesita mucho tiempo para alcanzar un estable' en la Fig. 7 (c)', formando una capa de revestimiento de espesor brecha resultado de campo de flujo en canal alto rápidamente colapso 'en la Fig. 7 (d)', sometido a un largo tiempo, sobre 63.46ms, recubrimiento llega a un campo de flujo en estado estacionario 'en la Fig. 7 (e)'.
3 Conclusión
Análisis de los resultados de los experimentos anteriores y análisis de elementos finitos, las siguientes conclusiones:
(1) dispositivo de recubrimiento de extrusión suspensión electrodo negativo se recubrió en una batería de iones de litio lámina de cobre, un nivel de densidad topcoat (9,67 ± 0,067) mg / cm2, la densidad de la superficie AB de ambas superficies de la capa (19,32 ± 0,084 ) mg / cm2, las piezas polares uniforme cantidad de revestimiento, el proceso de revestimiento estable y fiable.
(2) usando el software de elementos finitos Fluido dinámica de fluidos simulación del campo de estado de flujo de salida de revestimiento de lechada, y el espesor del revestimiento consistente con los resultados experimentales obtenidos por simulación descrito modelo de cálculo fiable.
(3) velocidad de entrada simulado eran 0,030, 0,035 y 0,050 / s cuando se aplica el estado inicial del campo de flujo. Cuando la velocidad de entrada de 0.030 m / s, tiempo para el comienzo de la suspensión suministrada suspensión arrastrado de movimiento del sustrato , cantidad de la línea inferior de aire implicado en las áreas del recubrimiento, lo que resulta en un estado fluido en el complejo de canal descendente, campo de flujo de recubrimiento se necesitará más tiempo para estabilizarse. cuando la velocidad de entrada es 0,050 / s, suficiente suministro de suspensión, el canal aguas abajo puede ser llegar a la estabilización, pero ya que el espesor de revestimiento de la corredera superior, tarda mucho tiempo para alcanzar el estado estacionario. cuando la velocidad de entrada de 0,035 m / s, el campo de flujo se aplica rápidamente llegar a un estado estacionario, el tiempo más corto, que es el mejor Rango de operación del proceso de recubrimiento
