锂电池的制造流程都分为哪些步骤?

时间: 2024-01-26 13:28:24 |   作者: ayx爱游戏app全站 1

  许多锂电池行业的朋友都了解,锂电池的每颗电芯如果不一致,会引起很多事故。所以,想让锂电芯的一致性好的话,那就要使用到电池分选机。

  锂电池分选机的最大作用就是将相同的电压、内阻、容量分选到同一条通道里,确保锂电池的一致性。这样锂电池的寿命更加长,也更安全。

  上料机构放料仓是用电木制作有专用的上料盒。人工只需把放料盒放在上料仓位置然而把底部挡抽出来就行了上料十分便捷不可能会出现卡料现象,通过电机带动滚槽齿,依次顺序滚入电池输送到缓存料带中。

  采用PVC皮带输送电芯,出料方式为一出二,两边输送带分别进行输送和测试,同步来测试效率非常高,

  输送拉带机构由输送拉带和挡料机构组成置,,当接近传感器数够十个。开始对电芯进行OCV测试分选,此OCV测试分选结构有2套分别在左右各一组,这样就不需要过多的担心停机或卡料现象,一边有异常另一边也能够继续生产

  主要由丝杆机构与气缸夹具机构组成。当检测完毕,机械手下去把电芯吸住电池,这个吸电芯机构采用的是磁铁吸因为18650电芯用电磁可以吸的住,所以机械手下去一次性吸起10个电芯,

  电芯吸起后由XY轴丝杆精确分别放到各个档位,然后沿分选皮带线输送出来,分选皮带线个挡位的电芯,电芯放料时由10组吸料结构控制,当测试电芯是哪个挡位要放在哪条皮带线上时,此时由气缸控磁铁所吸住的电芯当磁铁松开后,电芯就会在哪个皮带线上掉了来然顺差皮带往外流,

  人工在取料位把电芯拿走进行收料,收料时也无需停机正常生产就可以了,人工收料时电芯正常出来,那么以上就是18650电池分选机测试功能的原理。

  c、按住主控设备上的切换装状态开关,使电池分选机的工作状态由PAUSE到WORK的工作状态;

  1、锂电池自动分选机采用新料斗式自动上料结构,上料高速稳定,对电池无冲击和刮伤;并且适合不同料盒直接人工整盒上料,可实现不间断生产。

  2、18650电池分选机检测部分采用高精度高稳定性内阻检测仪,送料部分采用高速高稳定性送料机构。

  3、18650自动分选机取放料机械手采用伺服机械手多PCS取放结构。使每个电池分料时间小于1秒。

  4、锂电池自动分选机的分选机的分料盒采用5-20档结构,具备满料报警功能,料盒尾端开门方便快速放料。

  5、锂电池自动分选机的电池分选机的内阻电压检测结果由电脑做多元化的分析生成分类数据并同时生成曲线图和条型图,方便对批量生产品质进行直观统计和显示。检测系统具备数据库功能,可对历史检验测试的数据进行查询统计和导出。

  电芯的生产,是一个投资非常大的,动不动就要几十亿上百亿的规模。世界上电芯生产第一第二都在我们中国,第一的是宁德时代,第二的是比亚迪。

  这里必须要格外注意的是,正极负极材料的制作的完整过程,像商品图那样,需要混桨,搅拌,涂覆,辗压,剪切。

  如果你也对锂电池电芯生产感兴趣,可以跟九哥交流一下。或者你想从事锂电行业,也可以交流一下。

  随着科技的发展,锂电池已是我们日常生活中不可或缺的一部分。从手机、笔记本电脑到电动汽车,锂电池的应用无处不在。而要生产出高质量的锂电池,需要经过前段、中段、后段等多个流程,每一个流程不能离开各种设备的支持。本文将详细的介绍这三个流程的主要设备及其作用。

  锂离子电池是一个复杂的体系,包含了正极、负极、隔膜、电解液、集流体和粘结剂、导电剂等,涉及的反应包括正负极的电化学反应、锂离子传导和电子传导,以及热量的扩散等。锂电池的生产工艺流程较长,生产的全部过程中涉及有众多工序。

  锂电池按照形态可分为圆柱电池、方形电池和软包电池等,其生产的基本工艺有一定差别,但整体上可将锂电制造流程划分为前段工序(极片制造)、中段工序(电芯合成)、后段工序(化成封装)。由于锂离子电池的安全性能要求很高,因此在电池制作的完整过程中对锂电设备的精度、稳定性和自动化水平都有极高的要求。

  锂电设备是将正负极材料、隔膜材料、电解液等原料通过有序工艺,进行制造生产的工艺装备,锂电设备对锂电池性能和成本有重大影响,是决定因素之一。按照不同工艺流程可将锂电设备分为前段设备、中段设备、后段设备,在锂电产线中,前段、中段、后段设备的价值占比约为4:3:3。

  前段工序的生产目标是完成(正、负)极片的制造。前段工序主要流程有:搅拌、涂布、辊压、分切、制片、模切,所涉及的设备最重要的包含:搅拌机、涂布机、辊压机、分条机、制片机、模切机等。浆料搅拌(所用设备:真空搅拌机),用于混合和均匀分散正负极材料的设备。是将正、负极固态电池材料混合均匀后加入溶剂搅拌成浆状。浆料搅拌是前段工序的始点,是完成后续涂布、辊压等工艺的前序基础。

  涂布(所用设备:涂布机),用于将正负极材料涂布到导电剂上的设备。是将搅拌后的浆料均匀涂覆在金属箔片上并烘干制成正、负极片。作为前段工序的核心环节,涂布工序的执行质量深刻影响着成品电池的一致性、安全性、寿命周期,所以涂布机是前段工序中价值最高的设备。

  辊压(所用设备:辊压机),辊压是指将涂布并烘干到某些特定的程度的锂电池极片进行压实的工艺过程。极片辊压后能够增加锂电池的单位体积内的包含的能量,还可以使黏结剂把电极材料牢固地粘贴在极片的集流体上,从而防止因为电极材料在循环过程中从极片集流体上脱落而造成锂电池能量的损失。辊压是锂电池极片制作的完整过程中最关键的工艺之一,其辊压的精度在很大程度上影响着锂电池的性能。辊压是锂电池极片制作的完整过程中最关键的工艺之一,其辊压的精度在很大程度上影响着锂电池的性能。

  分切(所用设备:分条机)是将较宽的整卷极片连续纵切成若干所需宽度的窄片。极片在分切中遭遇剪切作用断裂失效,分切后的边缘平整程度(无毛刺、无屈曲)是考察分条机性能优劣的关键。该设备能对各种规格、形状的锂电池进行快速、准确地分条,使其成为锂电池生产线上不可或缺的加工设备。

  制片(所用设备:制片机)包括对分切后的极片焊接极耳、贴保护胶纸、极耳包胶或使用激光切割成型极耳等,从而用于后续的卷绕工艺。

  中段工序的生产目标是完成电芯的制造,不一样锂电池的中段工序技术路线、产线设备存在差异。中段工序的本质是装配工序,具体来说是将前段工序制成的(正、负)极片,与隔膜、电解质进行有序装配。由于方形(卷状)、圆柱(卷状)与软包(层状)电池储能结构不同,导致不同类别锂电池在中段工序的技术路线、产线设备存在很明显差异。具体来说,方形、圆柱电池的中段工序主要流程有:卷绕、注液、封装,所涉及的设备最重要的包含:卷绕机、注液机、封装设备(入壳机、滚槽机、封口机、焊接机)等;软包电池的中段工序主要流程有:叠片、注液、封装,所涉及的设备最重要的包含:叠片机、注液机、封装设备等。

  卷绕(所用设备:卷绕机),锂电池卷绕机是用来卷绕锂电池电芯的,是一种将电池正极片、负极片及隔膜以连续转动的方式组装成芯包的机器。卷绕机有正、负极送料单元,将正负极隔膜卷绕在一起的部分叫卷针。依据卷绕芯包的形状类型不同,卷绕设备能大致上可以分为方形卷绕和圆柱卷绕两大类。方形卷绕可以细分为方形自动卷绕机和方形制片卷绕一体机两类,方形卷绕出来的电芯主要用来制作动力/储能方形电池、数码类电池等。

  叠片(所用设备:叠片机),将叠片工艺应用于电池极片,提高电池的单位体积内的包含的能量和安全性。卷绕是将模切工序中制作的单体极片叠成锂离子电池的电芯,大多数都用在软包电池生产。相比方形、圆柱电芯,软包电芯在单位体积内的包含的能量、安全性、放电性能等方面有着非常明显优势。然而,叠片机完成单次堆叠任务,涉及多个子工序并行与复杂机构协同,提升叠片效率需应对复杂动力学控制问题;而卷绕机转速与卷绕效率直接联系,增效手段相对简单。目前,叠片电芯的生产效率、良率与卷绕电芯有所差距。

  注液机(所用设备:注液机),用于注入电解液至电池极片中,完成电池的电化学反应。

  电芯封装(所用设备:入壳机、滚槽机、封口机、焊接机)是将卷芯放入电芯外壳中。

  后段工序的生产目标是完成化成封装。截至中段工序,锂电池的电芯功能结构已形成,后段工序的意义在于将其激活,经过检测、分选、组装,形成使用安全、稳定性很高的锂电池成品。后段工序主要流程有:化成、分容、检测、分选等,所涉及的设备最重要的包含:充放电机、检测设备等。

  化成(所用设备:充放电机),用于对电池进行充电和放电测试,评估电池的性能和安全性,是通过第一次充电使电芯激活,在此过程中负极表面生成有效钝化膜(SEI 膜),以实现锂电池的“初始化”。

  分容(所用设备:充放电机)即“分析容量”,是将化成后的电芯按照设计标准做充放电,以测量电芯的电容量。对电芯进行充放电贯穿化成、分容工艺过程,因此充放电机是最常用的后段核心设备。充放电机的最小工作单位是“通道”,一个“单元”(BOX)由若干“通道”组合而成,多个“单元”组合在一起,就构成了一台充放电机。

  检测(所用设备:检测设备)在充电、放电、静置前后均要进行;分选是根据检测结果对化成、分容后的电池按一定标准做分类选择。检测、分选工序的意义不仅在于排除不合格品,由于锂离子电池实际应用中,电芯常以并联、串联方式结合,所以选取性能接近的电芯,有助于使电池整体性能达到最优。

  锂电池生产离不开锂电池生产设备,其性能由制造工艺和生产设备决定。中国锂电设备企业在技术、效率、稳定性等方面已超越日韩设备企业,并拥有性价比、售后维护等优势。国内锂电设备企业集群形成,成为中国高端装备名片并进入国际市场。随着锂电龙头纵向结盟与出海扩产,锂电设备迎来迅速增加的全新机遇期。

  近年来,随着新能源电动汽车行业兴起,带动着动力电池生产企业的迅速发展,同时也带动着对锂电池洁净厂房的建设需求。较多企业新涉足此行业,对厂房建设停留在依葫芦画瓢的阶段,或怕出问题一味的提高建设要求,最后导致施工全套工艺流程常常会出现边建边拆边改的情况,造成投资的浪费。

  为使潜在投资企业了解锂电洁净厂房的基本建设需求,避免盲目投资,以下分别从厂房的建筑结构、消防、内装、空调、工艺管道、电气方面做简单综述。

  厂房分自建厂房和租赁厂房,因锂电洁净厂房整体建筑面积大,比较难找到比较合适厂房租赁,大多数企业选择自建厂房。

  自建厂房又分为混凝土框架结构及钢结构,各有优劣。混凝土框架结构土建施工周期长,投资预算高,使用周期长,适合做长远发展的大中型企业;钢结构厂房施工周期短,投资预算低,使用周期短,适合需要快速地发展的中小型企业。以上不管何种结构厂房,均不宜建多层厂房,且均需最大限度地考虑地基承重、楼面沉重、设备房大小、厂房消防等级等。设备房及辅助用房建议统一设置在某一侧或某个集中区域。

  由于锂材料的特殊化学性,又需满足消防验收要求,在节约投资的情况下也也需要充分考虑到危险的防范,此部分需格外的注意。一般厂房为丙类厂房,消防涵盖排烟、喷淋、报警、应急照明等。注液区、电解液存放区、高温房等危险性较高区域,需单独隔离防火分区,各类设备考虑防爆及耐腐蚀要求等。

  ●化成间、分容间、二次高温静置房设计消防卷盘,用于非消防人员在火灾初期有效扑救;卷盘长度25M。

  隔墙布局需综合消防逃生、人流物流通道、生产设备的摆放等多方面因素。生产设备由于生产材料的不同(如三元锂、磷酸铁锂等)及设备自动化程度或厂家的不同,尺寸规格有较大出入。建筑设计企业需在确定产品、生产设备后再结合考虑整体布局,有出入再做调整。由于存在高温和低湿度环境的特殊性,隔墙、天花、门窗的选择都必须要格外注意。高温房一般为单独隔离分区,围护采用岩棉板材质,门体采用防火门。低湿度区域围护采用隔墙岩棉板,天花玻镁岩棉板,门体采用成型密闭门,玻璃采用双层真空玻璃窗。

  配料车间(正负极搅拌间)、涂布机头、涂布机尾区、清洗间、电解液存放间地面采用厚度2mm的304不锈钢板材焊接,清洗墙面沿地面上翻1200mm

  锂电洁净厂房一般厂区面积大,制冷总负荷大,需综合计算全区域的总冷负荷,确定制冷主机冷量及安装的地方,考虑节能的需求,制冷主机尽量集中在冷冻站,并最大限度地考虑后期扩建连通预留管路阀门,再通过冷冻水管分区输送冷源。北方省份还需考虑冬季防冻措施。

  锂电洁净厂房与其它行业的最大不同是对湿度控制要求比较高,除湿机组是保障环境露点的核心设备。除湿机组的选择,车间围护的密闭性,风管的密闭性,人员数量,车间的管控都需考虑。除湿机组尽可能地选择市场知名度较高的品牌,车间隔墙天花严格施工工艺,门窗采用定制成型密闭型,风管采用角铁法兰,注液等低湿度区域采取不锈钢风管。空调部分的控制建议采用PLC控制,为便于操作使用整合安装于各空调控制柜上。

  有投资预算的企业还能够使用中央控制,集中监视。五、工艺管道 锂电池生产的全部过程需要冷却水、压缩空气、氮气、真空、给排水、排气等。根据设备需求,统计整体用量,确定设备型号及安装的地方,根据生产设备布局及需求量布置管道走向。必须要格外注意的气管部分是由于厂区面积大,管路损耗大,需要仔细考虑在远端增加储气罐及环管。真空设备及管路部分需要区分电解液区域及普通区域。

  1.净化空调风管必须用法兰连接,1%相对湿度区域的送回风管采用不锈钢管,焊接连接,为满足风量泄漏量及密封要求,应按照高压系统施工。在相对湿度小于10%的区域的镀锌钢板厚度干管应采用风管厚度1.2mm。在法兰铆钉处及其他风管连接处打密封胶,保证风管的允许漏风量不大于1.64m3 /(h*m2 )

  3.空调风机、排风机采用变频风机,可结合实际所需风量调节电能消耗,节省电能;

  5.空调系统均设有温湿度自动控制系统(DDC),精确控制温湿度,节省了冷热量;

  6.空调新风量设计满足每人不小于40m3/h的工业卫生标准,保证生产区人员工作环境要求;

  8.冷热源由水冷螺杆/离心机组或设置在屋顶上的一体式一体化双冷高效冷水机组提供,冷冻水为7/12°c,热水为45/40°c。,一台为热泵机组,冬季可制热;冷水机组还提供设备工艺冷冻水设置一套板式换热器,与冷冻水进行交换得到20/35°c的冷却水为空压机降温,配两台水泵,一用一备。智能补水定压综合水处理装置放在屋面上,接至冷却水回水管,为冷却水系统定压补水。

  9.锂电池厂的气体需求一般为压缩空气(无油的)、氮气(99.99%或99.999%)、真空、具体实际的要求视工艺设备需求,管道可采用比锈钢管或铝合金管道、阀门采取不锈钢球阀或蝶阀。

  锂电洁净厂房生产设备及空调等辅助设备较多,用电功率大。电房布置及变压器大小选择需考虑整体用电负荷。供电分区、桥架走向、分级控制等为便于后期维护使用及用电安全需考虑。很多锂电池厂优先靠近电厂等,这样成本优势就很大。

  电柜断路器及电缆建议使用市场知名度较高的品牌,电线电缆均采用阻燃型,穿线管采用镀锌线管。照明部分建议采用LED光源,车间部分照度控制在250Lux至300Lux左右照度,仓库及设备房100Lux左右照度,应急照明按消防规范及房间布局安装,并考虑其它检修照明及检修插座等。 灯具一定要避让我们的设备,很多设计灯具没有避让工艺设备。

  由于电池生产环境要求的严苛,需最大限度地考虑设计的完整和合理性、施工工艺的严格管控、节能、生产的基本工艺及投资预算,兼顾平衡,确保锂电洁净厂房的顺利建设投产。

  锂电池目前被大范围的应用于各类数码产品,受国家产业政策支持的电动汽车、电瓶车等发展较快,动力锂电成为锂电池的潜力领域。然而其制作的完整过程极为严苛,需要非常干燥的环境,通常要求环境空气露点温度达到-40℃以下。锂电池类的制作的完整过程有着极为严苛的生产环境要求,因此在设计、施工全套工艺流程中任何一部分出现偏差都会给总系统带来损失。另外,为了对液晶、有机发光显示屏等新型电子元件的高性能化进行研究,或为了更好的提高生产效率、降低生产所带来的成本等常常需要在超低露点(-85℃)以下环境中生产。因此,随着各种高性能电子元件的开发、制作的完整过程的实用化,对超低露点干燥空气环境的需求会慢慢的多。

  常用的超低露点环境是利用吸附技术对空气中的水分进行吸附除湿,获得干燥空气。而采用硅胶或分子筛吸附除湿的方式已经逐步成为主流,吸附式除湿装置又可大致分为吸附塔式和转轮式吸附除湿机2种。转轮式除湿技术已被国内企业接受和掌握,并取得了长足的发展,在核心部件采用进口除湿转轮的基础上,已完全能胜任锂电池生产的全部过程中所要求的低露点和超低露点湿度控制,并成为代表技术被各个行业所采用。

  以锂电池干燥房的露点温度要求(-50℃)为例(如图1所示)。在空气处理过程中,空气处理系统分为2个子系统:工作间空气处理系统和转轮再生空气处理系统。

  工作间空气处理流程:室外新风A 经初效过滤后进入前表冷器一,通过冷却除湿得到低温饱和湿空气B,经一级转轮除湿至C工况,再与室内回风H1混合至D工况,经过前表冷器二降温后得到E,其中大部分空气进入二级转轮进行深度除湿,得到低露点空气F,再经后表冷器和中效过滤器至G工况后送至工作间。

  转轮再生空气处理流程:①一级转轮再生系统的再生空气来自二级转轮再生空气的排气,具体在二级转轮再生系统中陈述。②由于室外空气含湿量较高,尽管加热后,其水蒸气分压力降低,但仍高于二级转轮再生段吸湿剂的水蒸气分压力,不能够满足二级转轮再生气体的含湿量要求。因此,采用相对干燥的空气进行转轮再生才能克服这个难题。所以,在二级转轮再生系统中,二级转轮再生气体采用了经一级转轮处理与室内回风混合并经除湿的干燥空气E1(含湿量为0.44g/kg干空气),经二级转轮冷却后至J工况,空气中的含湿量变为约1g/kg干空气。在电加热的作用下,该气体温度上升至K工况,空气中的水蒸气分压力降低,并将其用于二级转轮的再生,空气状态变为L。尽管经过二级转轮的再生使用,该空气与室外新风比较还是相对干燥的,将二级转轮再生空气的部分排气加热至M 工况后,用于一级转轮的再生空气,来提升了一级转轮处理空气的能力。

  1)现行超低露点除湿系统一般会用一级和二级转轮串联方式。需要干燥的空气除了一部分作为新风进入工作间,还有一大部分作为二级转轮的再生空气。因此,一级转轮的空气处理量较大,运行成本较高。

  2)由于各级除湿转轮均配有再生加热器,且为了能够更好的保证除湿效果,经计算一级转轮的再生温度需要110℃,二级转轮的再生温度需要140℃,在系统运行时会消耗大量的再生能源。

  3)由于锂电池生产环境要求极为苛刻,任何一部分设计、施工出现偏差,都会给总系统带来难以估量的损失。现行转轮除湿系统较为复杂,导致存在装置大型化、设备投资高、控制点多、运行调试较复杂等问题。

  新型超低露点空调除湿系统流程如图2所示。整个空气处理系统分为2个子系统,但是2个子系统相对较为独立。

  工作间空气处理流程:室外新风经过转轮再生系统表冷器除湿后(D2状态点,具体在转轮再生

  空气处理系统中陈述)与回风J1以及G1经转轮预冷后的空气混合至F点工况。此时F工况空气的含湿量已经很低,经过中效过滤器和表冷器后至G工况,一部分(G1)经过转轮预冷段和经除湿处理后的新风D2混合,另一部分G2进入二级转轮进行深度除湿至工况H,然后经过表冷器达到送风状态点I后进入工作间。转轮再生空气处理流程:室外新风A1经过初效过滤器和表冷器后至B工况,与经过二级转轮再生后的空气混合至B1,经过表冷器后进入一级转轮至D工况,其中一部分空气作为新风D2与工作间的回风混合,另一部分空气D1被加热之后用于二级转轮的再生至工况E,此时空气较室外空气相对干燥。为了节能,将其经过显热换热器后与处理的新风B混合,再经过表冷器后进入一级转轮进行除湿处理,如此循环。

  1)系统运行稳定后,室外空气处理量就是工作间所需的新风量。因此,无论是二级转轮还是一级转轮的除湿量都大幅度减少。新风量对总系统的冲击较小,工作间的湿度得到较好控制。

  2)经过计算得出,一级转轮再生温度需要100℃,二级转轮的再生温度则是80℃,较现行系统的再生温度大幅度的降低,减少了转轮再生能耗,运行过程中节能降耗非常显著。二级转轮的常规使用的寿命得到延长,并为以后利用低温热源创造了有利条件。若与高温热泵结合在一起,将逐步提升新型系统的节能效果。

  3)由于一级转轮和二级转轮相对独立,系统调试较为简单,且实际运行过程中由于二级转轮的除湿量极少,且较低的再生温度使二级转轮的常规使用的寿命得到延长(其价格在整机中比重较大),后期的维护费用相应降低。

  以无锡新区某日资企业锂电池的转轮除湿空调系统改造项目为例。由于除湿转轮常规使用的寿命和除湿效率的下降,导致原有空调除湿系统(如图1所示)不足以满足工作间送风参数,故对该系统来进行节能改造。所需干燥空气送风量为5000m3/h,露点温度为-50℃。表1所示为图2中除湿系统各点对应的空气状态参数。

  图3所示为2014年一级转轮和二级转轮空气再生加热温度的月平均值。能够准确的看出,二级转轮再生加热温度全年稳定,年平均温度是101.5℃。一级转轮再生加热月平均温度在5月和6月较高,最高值6月份达到105.5℃。这是由于无锡5月和6月室外空气相对湿度较大,而一级转轮再生用的就是室外新风,因此再生加热温度较高。但总体较为稳定,年平均温度是101.5 ℃。新风全年空气状态参数的变化对总系统的影响较小,工作间的湿度控制较好。 实际使用时考虑留有一些安全裕量,一级转轮再生温度设定为102℃,二级转轮的再生温度为82℃,工作间空气露点的实测平均值达到-59.6℃,满足要求。

  笔者对新开发的超低露点空调除湿系统的系统构成、操作条件、节能性能等进行研究,得出以下结论:

  1)新型转轮除湿系统中经过一级转轮的空气量就是工作间所需的新风量,使得一级转轮的转轮规格比改良前系统小,在前期的设备投入方面节省了部分费用。

  2)新型转轮除湿系统中二级转轮和一级转轮的再生温度较改良前系统大幅度的降低,这使得二级转轮的常规使用的寿命得到延长,并为以后利用低温热源创造了有利条件。较低的再生温度能节省转轮再生能耗,运行过程中节能降耗显著。

  4)考虑到节约能耗和减少相关成本的要求,还需要结合现场的生产的基本工艺通盘考虑,为后期生产建没提供有益的帮助。

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  电池极片的轧制是正负极板上电极粉体材料压实的过程,其目的是增加正极或负极材料的压实密度。在工业生产里,锂电池极片一般都会采用对辊机进行连续辊压压实。

  利用EDEM离散元仿真软件模拟不一样的材料和工艺条件下锂电池极片压辊过程,了解压辊过程中电极微观结构如孔隙率、厚度反弹、比表面积、颗粒接触与粘结性断裂等是如何受一定的影响,经过控制微观结构的致密性以获得最优的孔洞结构,从而优化电极性能。

  从扫描电子显微镜上观察一个真实阴极的图像,能够正常的看到微观结构主要由球形粉末组成,EDEM不仅仅可以1:1复制这种微观结构,还提供了一系列物理特性来帮助描述材料在压实过程中的行为。

  用EDEM创建不一样的材料颗粒模型,由于代表性体积很小,我们大家可以将碾压过程近似为平板。微观结构逐渐被压缩,最后消除压缩力,允许回弹。

  未压辊及四种不同压实率极片微结构的实验和模型如图所示:压辊过程极片涂层随着加载压力增加,孔隙率逐渐降低;卸载过程极片回弹,孔隙率略有升高。仿真与试验结果相吻合。

  压实较小时,颗粒之间相互接触小,积累的弹性变形少,回弹小;压实增加,弹性变形增加,回弹增大;继续增加压实,颗粒应变达到屈服点以上,回弹率变小。

  电极反应大多集中在电极/电解液界面上进行,电极比表面积越大,在相同的表观体积和电解液能够充分润湿的前提下,电极/电解液界面越大,电极的性能越好。

  与辊压前比较,B点压力达到最大,压实率最大,自由比表面积最小;随着厚度反弹,自由比表面积增加。

  随着压实率增加,颗粒接触点数与结合点断裂数均会增加;集流体与颗粒的接触面积越大,界面电阻越小,结合强度可能越高。

  此外,通过EDEM与FEA耦合仿真,对压辊过程上下电极材料层进行建模,能够分析电极箔材在压辊过程的应力和变形。