Dans la production industrielle, la pièce polaire de la batterie au lithium est généralement compactée par laminage continu de la machine à rouleaux, le processus étant illustré à la figure 1.
Figure 1 Schéma du processus de laminage des pièces polaires
Après pièces polaires de compactage, la porosité du revêtement de la valeur initiale et epsilon, c, 0 devient & epsilon; c avant que l'article « pièce polaire à base de lithium rouleau presse de résolution » mentionné: une pièce polaire de la batterie au lithium-ion. le processus de compactage suit l'équation exponentielle (1) dans le domaine de la métallurgie des poudres, ce qui révèle la relation entre la densité ou la porosité du revêtement et de la charge compactage.
(1)
Lorsque, ρc, 0 est la valeur initiale de la densité du revêtement, pc est la densité du revêtement compacté qL est la ligne d'action de la charge sur la pièce polaire (2) est calculée par la formule:
qL = FN / WC (2)
FN est la force de laminage qui agit sur les pièces polaires, le WC est la largeur des pièces polaires du revêtement. Ρc, max et Yc peuvent être obtenues en ajustant les données expérimentales, respectivement, une densité de tassement maximale dans des conditions de l'opération de revêtement et le revêtement peut être obtenu Impédance réelle laminée.
Convertir la densité de compactage en porosité et transformer la formule exponentielle (1) en formule (3):
(3)
Les références à « 1 » selon le modèle de processus de compactage ci-dessus, les effets des différentes substances actives, les effets de différentes densités sur la porosité de la surface de compactage de la pièce polaire. La distribution de taille de particule et la morphologie des matières premières et d'autres paramètres comme indiqué dans le tableau 1, préparé la pièce polaire et la densité de surface de la composition et d'autres paramètres, comme indiqué dans le tableau 2. N ° 1 est un mélange de deux tailles de particules différentes de NCA1 et NCA2, No.2-5 sont NCA1, NCM811, NCM622, NCM111, cinq actif des matériaux différents, la même densité de surface et la composition de la suspension, 223g / m2 mono-revêtu. No.6-12 pot ont été revêtues d'une suspension différente densité surfacique. No.13-15 autres ont rapporté dans la littérature.
Porosité initiale et prédiction de porosité minimale
Au cours de particules dures incompressibles sphériques porosité simple empilement cubique de 47,64% de la théorie, la pièce polaire de la batterie au lithium-ion pratique No.1-5 et 7-12 sont sensiblement la porosité initiale de 42-48%, la valeur théorique légère déviation, qui est aspect des particules essentiellement non sphérique idéale, d'autre part, influent également sur le liant de revêtement et un agent conducteur. No.6 et la porosité initiale de 13 à 15 est relativement élevée, No.6 parce que les résultats de la densité de surface initiale dans une porosité relativement faible et des pièces polaires pour voir de No.6-12, comme la densité de l'électrode d'un côté, la porosité initiale est progressivement diminuée, mais l'amplitude est réduite plus petite. on a séché le revêtement d'épaisseur procédé, d'abaisser la gravité supérieur est appliqué, le revêtement soit une densité plus élevée. No.13-15 porosité initiale est élevée en raison du liant des pièces polaires supérieure et une teneur en agent conducteur, la porosité du revêtement est supérieure. De plus, la morphologie du matériau actif affectera également la porosité initiale.
Figure 2 Porosité initiale et porosité minimale prévue
Dans la figure 2, la plus faible porosité est également prévue, notamment:
Expérimentale acquise porosité minimale et epsilon (1) la fente de laminage d'au moins 25 microns; C, min_a,
(2) une porosité minimale (3) monté prédit d'après la formule & epsilon; C, min_e,
(3) & epsilon; C, min_p = p ∙ & epsilon; C, suppose que la porosité minimum p = 0,4 prédit.
cube empilable simple a été porosité 47,64%, la porosité de la pile emballée de près cubique de 25,95%, en supposant que le processus de compactage, les particules en mode d'empilage simplement à partir de la pile de cubes HCP empilage, alors p = 0,54. Considérons À l'écart entre la situation actuelle et la théorie, il est raisonnable de prendre P = 0,4.
Le & epsilon; C, min_p = p ∙ & epsilon; C, en supposant une porosité minimale p = 0,4 est appliqué sur le modèle de prédiction de processus de compactage, l'équation (3) devient l'équation (4):
(4)
Effet du type de substance active sur l'impédance de compactage γ
La figure 3 est un compactage arrière No.1-5 différentes substances actives porosité de la pièce polaire - la relation entre la charge de la ligne, où le point de données est une valeur expérimentale, la ligne est conforme à la formule (4) courbe ajustée pour explication claire. effet et variable d'erreur aléatoire est généré chaque numéro, statistiquement les données de différence avec le point correspondant sur la ligne de régression dans lesdits résidus de position, les résidus après chaque carré appelé somme résiduelle de carrés ensemble, il représente un aléatoire effet des erreurs. NCM111 NCA pendant le compactage et la porosité de la pièce polaire de variation similaire, sous la même charge, la NCM111 inférieure une certaine porosité. NCA et deux types de particules mélangées de différentes distributions de tailles de particules, les petites particules Remplissage entre les grosses particules, densité de compactage inférieure.
NCM111, NCM622, comparatif NCM811 trois matériaux, des pièces polaires NCM811 que la charge augmente, la porosité diminue rapidement commencé, en raison de leur diamètre de particule plus grande, la porosité initiale est également plus grand.
La figure 3 les différentes relations de ligne de charge porosité des substances actives: trouvé, et l'équation (4) est conduite en forme, χ2 représente la somme des carrés des résidus.
Ces cinq données matériau de compactage par l'intermédiaire de l'équation (4), obtenu en ajustant le compactage d'impédance Y représenté sur la figure 4. Le revêtement Yc montrant la résistance contre processus de compactage d'impédance de compactage, plus sa valeur les pièces polaires de compactage plus difficiles Si la pièce polaire doit être compactée à une certaine porosité, plus la valeur de γC est grande, plus la charge de la ligne est importante: comme le montre la figure 4, les deux particules NCA mélangées et NCM811 particules plus grosses sont plus facilement compacté.
Figure 4 Impédance de compactage de plusieurs matériaux
Effets de la densité de surface des γ d'impédance compactées
des pièces polaires No.6-12, le revêtement de la densité de surface de 80 g / m2 a été progressivement augmentée à 285g / m2, la porosité du revêtement et la relation de compactage de la charge de ligne de charge correspondante représentée sur la figure 5, les points de données sont des valeurs de test expérimental courbes sont conformes à la formule (4) obtenu par ajustement de la courbe. pour No.6-8, pièce basse pôle de côté revêtu de la densité, la porosité initiale est relativement élevé, le processus de compactage, lorsque la charge augmente, le compactage de pente descendante impédance De grande taille, alors que la densité de surface n ° 9-12 augmente, la porosité initiale du revêtement diminue et la pente de l'impédance de compactage diminue lorsque la charge augmente.
Fig. 5 Relation de charge de la porosité des différentes pièces polaires de densité compactée: points de données expérimentaux et courbes d'ajustement
ajustement de courbe peut être de diverses pièces polaires du compactage d'impédance, la surface de compactage et de l'impédance de revêtement γ densité MC tracées relation entre l'analyse, représenté sur la figure 6. impédance de compactage γ et linéaire de densité surfacique relation :. γ = μ * MC, série d'expériences No.6-12 ici, μ = 1.31kN · m / g avec l'augmentation de la densité de surface, comprimée de plus en plus difficile pour le revêtement de substances actives différentes, de la pression. Le facteur d’influence de la densité de surface μ du modèle de processus réel est présenté dans le tableau 3.
Figure 6: Relation linéaire entre l’impédance compactée et la densité surfacique
Tableau 3 Facteur d'influence de la densité de surface μ de l'impédance compactée de différentes substances actives
Modèle de processus de compactage de pièces de poteau
Selon l'analyse ci-dessus, en tenant compte des types de substances actives, de la morphologie et de la distribution granulométrique et de la densité surfacique du revêtement, le modèle du processus de compactage des pièces polaires de la batterie lithium-ion est:
(5)
Dans lequel, p = & epsilon; C, min / & epsilon; C, 0 représente la porosité minimum pièce polaire et epsilon; C, min porosité initiale et epsilon; C, un rapport de 0, en rapport avec le type et la morphologie des particules, pour des particules sphériques généralement p = 0,4. γ = μ * MC représente les pièces polaires de compactage d'impédance, caractérisé par des difficultés de compactage de la pièce polaire, et la densité de surface du revêtement associé à la MC, la densité de surface des impédances compactés différents de facteur actif La valeur de μ est indiquée dans le tableau 3.
Dans l'article "Principes et processus du rouleau de batterie au lithium", trois rouleaux cylindriques de batterie au lithium-ion et leurs caractéristiques de procédé sont utilisés: Pression spirale manuelle Broyeur de pôles, pompe de surpression gaz-liquide Le laminoir à pièce polaire à servocommande hydraulique, type pièce à pression, Parmi ceux-ci, lorsque le laminoir presseur à pièce polaire pressurisé gaz-liquide compacte la pièce polaire, la pression hydraulique du vérin F fixée par le paramètre équipement n'est pas complètement appliquée à la pièce polaire. Lors du roulement de la pièce polaire, la pression du vérin hydraulique F se décompose en la force exercée sur le fer de cale entre les rouleaux supérieur et inférieur et la force de roulement effective agissant sur la pièce polaire.
Cet article résume et résume les expériences de compactage de plusieurs matériaux de cathode de batterie lithium-ion courants et propose des paramètres de modèle de processus, de prédiction et d'optimisation des paramètres de processus, mais le processus réel est souvent plus compliqué. .
