鋰離子電池極片工藝課件

LOGOLOGOLOGOLOGOLOGOLOGO理（1）理想電極微結(jié)構(gòu)特征2）理想電極制備實(shí)例充電時：Li從陰極材料(正極，例如LiCoO2)脫嵌，在電極/電解液界面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過電解液傳輸至陽極材料(負(fù)極，例如石墨)側(cè)，在電極/電解液界面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，嵌入石墨層間。與此同時，陰極（正極）失去相等數(shù)量的電子，經(jīng)正極集流體、外部電路和負(fù)極的集流體進(jìn)入進(jìn)入陽），正極材料脫出Li，電極電勢不斷升高，而負(fù)極材料嵌入Li，電極電勢不斷降低，電充電時，正極側(cè)：（1）在正極電極/電解液界面發(fā)生電荷交換，Li從正極材料脫出，同時失去電子。（2）正極顆粒表面Li濃度降低，濃度梯度驅(qū)使Li從正極材料內(nèi)部擴(kuò)散至顆粒表面。從顆粒中心至表面（3）鋰離子傳輸：脫出的Li經(jīng)過多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的電解液傳輸至電極表面。從集流體側(cè)至電極表面，電解液Li濃度逐步升高。（4）電子傳輸：正極失去電子，電子通過電極中的導(dǎo)電劑網(wǎng)絡(luò)傳輸至集流體，經(jīng)外部電路進(jìn)入負(fù)極。從電極表面至集流體側(cè)，電子流密度逐步升高。充電時，負(fù)極側(cè)：（1）Li從正極傳至負(fù)極，在電極/電解液界面發(fā)生電荷交換，Li嵌入負(fù)極材料，同時得到電子。（2）負(fù)極顆粒表面Li濃度升高，濃度梯度驅(qū)使Li從負(fù)極材料表面擴(kuò)散至顆粒內(nèi)部。（3）鋰離子傳輸：傳至負(fù)極電極表面的Li經(jīng)過多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的電解液傳輸至集流體側(cè)，參與電極反應(yīng)。從電極表面至集流體側(cè)，Li濃度逐步降低。（4）電子傳輸：電子經(jīng)外電路傳至負(fù)極集流體，然后通過電極中的導(dǎo)電劑網(wǎng)絡(luò)傳輸至電極表面，在界面參與電極反應(yīng)。從電極表面至集流體側(cè)，電子流密度逐步升高。放電時：Li從陽極材料(負(fù)極)脫嵌，經(jīng)過電解液傳輸至陰極材料(正極)，在電極/電解液界面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，嵌入陰極材料(正極)。與此同時，陽極材料失去相等數(shù)量的電子，經(jīng)負(fù)極集流體、外部電路和正極的集流體進(jìn)入陰極材料，從而陰極材料(正極)得正極材料嵌入Li，電極電勢不斷降低，而負(fù)極材料脫出Li，電極電勢不斷升高，電放電時，正極側(cè)：（1）Li從負(fù)極傳至正極，在電極/電解液界面發(fā)生電荷交換，Li嵌入正極材料，同時得到電子。（2）正極顆粒表面Li濃度升高，濃度梯度驅(qū)使Li從正極材料表面擴(kuò)散至顆粒內(nèi)部。（3）鋰離子傳輸：傳至正極電極表面的Li經(jīng)過多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的電解液傳輸至集流體側(cè)，參與電極反應(yīng)。從電極表面至集流體側(cè)，Li濃度逐步降低。（4）電子傳輸：電子經(jīng)外電路傳至正極集流體，然后通過電極中的導(dǎo)電劑網(wǎng)絡(luò)傳輸至電極表面，在界面參與電極反應(yīng)。從電極表面至集流體側(cè)，電子流密度逐步升高。放電時，負(fù)極側(cè)：（1）在負(fù)極電極/電解液界面發(fā)生電荷交換，Li從負(fù)極材料脫出，同時失去電子。（2）負(fù)極顆粒表面Li濃度降低，濃度梯度驅(qū)使Li從負(fù)極材料內(nèi)部擴(kuò)散至顆粒表面。從顆粒中心至表面（3）鋰離子傳輸：脫出的Li經(jīng)過多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的電解液傳輸至電極表面。從集流體側(cè)至電極表面，電解液Li濃度逐步升高。（4）電子傳輸：負(fù)極失去電子，電子通過電極中的導(dǎo)電劑網(wǎng)絡(luò)傳輸至集流體，經(jīng)外部電路進(jìn)入正極。從電極表面至集流體側(cè)，電子流密度逐步升高。?活性物質(zhì)：嵌入或脫出Li+?導(dǎo)電劑：三維網(wǎng)絡(luò)，電子傳孔隙率主要受輥壓工藝的控制孔隙內(nèi)填充電解液，傳導(dǎo)鋰離子交聯(lián)孔和通孔是主要的鋰半通孔不適用于鋰離子的鋰離子傳輸和反應(yīng)均無法進(jìn)行，屬于無效孔。全面了解多孔電極結(jié)構(gòu)還必須了解孔徑分布，即不同孔徑在總FIB-SEM聚焦離子束-掃面電鏡表征FIB-SEM聚焦離子束-掃面電鏡表征商業(yè)化鋰離子電池極片孔隙率一般為20-40%。極片涂層的孔結(jié)構(gòu)表征方法汞（a）球形NMCb）橢球形LCO和（c）片狀石墨鋰離子傳導(dǎo)主要是極片厚度方向，z軸迂曲度更低合適。球形的NMC電極，三個方向迂曲度一致，各向同性；而對于非球形顆粒電極，表現(xiàn)出各向異性，z軸迂曲度更大，而片狀石墨傾向于平行集流體分布，z軸迂曲度最大。軟件通過分析每個活性物質(zhì)顆粒的a、b、c三軸的數(shù)值和分布狀態(tài)計(jì)算迂曲度。（1）采用氣體輸送阻力測量方法測定鋰離子電池正負(fù)極極片的孔隙迂曲度，實(shí)驗(yàn)測量的迂曲度明顯比Bruggeman關(guān)系描述的高很多。（2）將實(shí)驗(yàn)重構(gòu)的3D電極微結(jié)構(gòu)網(wǎng)格化后，利用流體力學(xué)模擬多孔電極的熱交換來（3）直接在FIB-SEM重構(gòu)的3D電極結(jié)構(gòu)中測量孔道實(shí)際長度來計(jì)算迂曲度。[1]DubeshterT,SinhaPK,SakarsA,etal.MeasurementofTortuosityandPorosityofPorousBatteryElectrodes[J].JElectrochemSoc,2014,161(4):A599-A605.[2]VadakkepattA,TrembackiB,MathurSR,etal.Bruggeman'sExponentsforEffectiveThermalConductivityofLithium-IonBatteryElectrodes[J].JElectrochemSoc,2016,163(2):A119-A130.[3]Chen-WiegartYK,DemikeR,ErdonmezC,etal.TortuosityCharacterizationof3DMicrostructureatNano-ScaleforEnergyStorageandConversionMaterials[J].JPowerSources,2014,249:349-356.不同粒徑孔結(jié)構(gòu)示意圖(a)大顆粒(b)小顆粒片層狀顆粒電極的孔徑較小，而且傾向平行集流體分布，導(dǎo)致極片厚度方向迂曲度更大；球形顆粒電極的孔徑大，可保證鋰離子在孔內(nèi)順暢的傳導(dǎo)粒度分布越寬，不規(guī)則的小顆粒和大顆粒就越多，這些小顆粒會填充在其余顆粒堆積的孔隙中間（填充效應(yīng)），從而減少孔徑和降低孔隙率AMConductiveparticleConductivechain0維納米顆粒：比如SP點(diǎn)-點(diǎn)接觸電子短程傳導(dǎo)1維納米線：比如CNTs線-點(diǎn)接觸電子長程傳導(dǎo)點(diǎn)+線混合導(dǎo)電劑多模式接觸良好的導(dǎo)電通道顆粒狀炭黑、導(dǎo)電石墨是零維結(jié)構(gòu)，而碳纖維、觸，形成良好的短程電子通路，但是在整個電極的厚度傳輸通道。而一維結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電劑與活性物質(zhì)難形成緊密接觸?;（b）LFP:CB:X+Y).（a）理想的電極微結(jié)構(gòu)b）欠佳的電極微結(jié)構(gòu)（1）活物質(zhì)顆粒保持原始形貌并均勻分散沒有團(tuán)聚，每一個（2）粘結(jié)劑均勻分散，附著在顆粒表面，將活性物質(zhì)顆粒之間、活性物質(zhì)顆粒與導(dǎo)電劑之間、以及涂層與集流體之間形成緊密粘結(jié)在一起，確保電極機(jī)械穩(wěn)定性好，結(jié)合強(qiáng)度良好。（3）導(dǎo)電劑在鋰離子電池極片中形成導(dǎo)電通路，這就要求導(dǎo)電劑在漿），導(dǎo)電劑均勻分布分散；導(dǎo)電劑之間相互連通導(dǎo)電；導(dǎo)電劑與活物質(zhì)緊密接觸（4）電極形成足夠的孔洞，確保鋰離子能夠通過孔洞內(nèi)電解液有效傳導(dǎo)到電化學(xué)反應(yīng)界面的每一處?？紫队厍鹊?，形俞書宏等以樟子松為模版制備電極，如圖所示，首先LCO結(jié)晶化，另一方面將木質(zhì)模板移除，煅燒后LCO電極保留了垂直方鋰離子電池電化學(xué)模型優(yōu)化極片設(shè)計(jì)固相的電荷守恒方程：歐姆定律影響因素：（3）極片中電解液相的鋰離子流液相的電荷守恒方程：液相的鋰離子濃度平衡方程：影響因素：極片多影響因素：極片多（4）固體顆粒內(nèi)部的鋰離子擴(kuò)散固相擴(kuò)散：菲克定律DeffeeffDeffeeffas電極單位體積有效反應(yīng)面積（cm2/cm3）A電極面積（cm2）c物相中鋰的平均體積濃度（mol/cm3）D鋰的擴(kuò)散系數(shù)（cm2/S）F法拉第常數(shù)，96487（C/mol）i0電極反應(yīng)交換電流密度（A/cm2）I工作電流（A）J反應(yīng)電流密度（A/cm3）ls固相擴(kuò)散路徑（cm）r活性材料顆粒徑向（cm）R通用氣體常數(shù)，8.314（J/(mol.K3)）Rs活性材料顆粒半徑（cm）t時間（s）t+0鋰離子遷移數(shù)（1）U開路電壓（V）x負(fù)極固相化學(xué)計(jì)量數(shù)y正極固相化學(xué)計(jì)量數(shù)希臘字母αa、αc陽極、陰極電極反應(yīng)轉(zhuǎn)化系數(shù)ε體積分?jǐn)?shù)η過電位（V）κ電解液電導(dǎo)率（S/cm）κD鋰離子擴(kuò)散電導(dǎo)率（S/cm）σ電極活性物質(zhì)固相導(dǎo)電率（S/cm）Φ平均電勢（V）Ψ通用理化性能上、下標(biāo)eff有效max最大值ref參考值se隔膜電化學(xué)模擬COMSOLMultiphysics在COMSOLMultiphysics軟件DuZ,WoodDL,DanielC,etal.UnderstandinglimitingfactorsinthickelectrodeperformanceasappliedtohighenergydensityLi-ionbatteries[J].JournalofAppliedElectrochemistry.2017.孔隙率對電化學(xué)性能的影響4.4.0噸ω。o4.0邑〉DODDOD(a)(c)DOD‘‘,、uz0N‘EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up4(o),z)-00(d)顆粒半徑對電化學(xué)性能的影響3.。句。000z0.630402z??A??A?A?EQ\*jc3\*hps36\o\al(\s\up2(·),A)EQ\*jc3\*hps5\o\al(\s\up9(),)??aA?EQ\*jc3\*hps34\o\al(\s\up2(·),?EQ\*jc3\*hps34\o\al(\s\up2(·),·)EQ\*jc3\*hps33\o\al(\s\up9(?),?)EQ\*jc3\*hps35\o\al(\s\up9(·),a·a)EQ\*jc3\*hps29\o\al(\s\up15(?),?)EQ\*jc3\*hps31\o\al(\s\up16(?),?)。CalculationTime(1041atticetime)。(c)001〉A(chǔ)node飛EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up3(pa),φ)EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up3(rt),噸)lleldlamEQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up3(e),司)tEQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up3(e),5)EQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up3(r),μ)'A000z。EQ\*jc3\*hps17\o\al(\s\up2(z),ω)EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up3(υ),。)uzE(b)E-?EQ\*jc3\*hps34\o\al(\s\up11(?),?)EQ\*jc3\*hps31\o\al(\s\up12(a),·)·EQ\*jc3\*hps31\o\al(\s\up12(??),?)????0·EQ\*jc3\*hps31\o\al(\s\up12(??),?)????CalculatlonTlme(1041a能Icetime)(d)JiangZY，QuZG，ZhouL，etal.Amicroscopicinvestigationofionandelectrontransportinlithium-ionbatteryporouselectrodesusingthelattice課程提綱混料工藝涂布/干燥工藝輥壓工藝影響電極片微觀結(jié)構(gòu)的主要工藝流程有不同的性能；而相同成分的電極經(jīng)過不同的制備工藝而具有不同的性能。以電極的組成成分、制備工藝、微觀為研究對象，并把這些關(guān)系和規(guī)律作為依據(jù)，可以為電鋰離子電池極片的每一道工藝都會對微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，比組分-微結(jié)構(gòu)-工藝-性能模擬研究鋰電池工藝參數(shù)-微結(jié)構(gòu)特征-電池模型參數(shù)-性構(gòu)特征參數(shù)又和電池電化學(xué)模型的參數(shù)直接相關(guān)，根據(jù)電池模型工藝是施加的力克服固體顆粒晶體之間的作用力使其破結(jié)合，二次顆?？快o電力結(jié)合，分散工藝就是克服這些顆粒的結(jié)合力都小于固體顆粒晶體之間的作用力，顆粒表面濕潤性對粉體的分散具有重要意義，是粉體分散工藝的理論基礎(chǔ)。如圖體對固體表面潤濕的程度。潤濕性是指一種液體接觸角小則液體容易潤濕固體表面，而接觸接觸角越小，液體容易潤濕固體表面，溶劑對顆粒表面的作用力越大，粉體分散效果則越好。表面活性劑減小接觸角，因此利于團(tuán)聚體分散。（a）顆粒團(tuán)聚體示意圖b）650nm一次硅顆粒形成的二次球形顆粒導(dǎo)電劑分散但與活性顆粒相互獨(dú)立；導(dǎo)電劑分散并均勻包覆在活性顆粒表面，最理想的情況。SBR粘結(jié)劑，沒有分散作用，常常需要配合CMC應(yīng)用于負(fù)極漿料制備。（c）粘結(jié)劑與活性物質(zhì)顆粒形成凝膠結(jié)構(gòu)，粘度比較高，且無法通過添加溶劑配有高速、低速部件，低速攪拌部件采用行星齒輪傳動，攪拌槳在公轉(zhuǎn)時也自轉(zhuǎn)，使物料上下及四周運(yùn)動，從而在較短的時間內(nèi)達(dá)到理想的混合效果。高速分散/乳化部件與行星拐一起公轉(zhuǎn)，同時高速自轉(zhuǎn)，使物料受到強(qiáng)烈的剪切與分散混合。基本流程：把所有的粉末狀原料先進(jìn)行1到2分鐘干混在混合均勻后陸續(xù)加入1/4粘結(jié)劑使原料?；?，再加入1/4進(jìn)行捏合，最后添加剩余的粘結(jié)劑進(jìn)行分散。整個過程僅用時15分。25。 攪拌原理為圓筒狀的PC轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，從容器底部送來的漿料沿著容器旋轉(zhuǎn)，持續(xù)輸送漿料后，上，形成薄膜高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生巨大的剪切力是顆粒分散細(xì)化，并在容器壁面上下方向和與PC轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的2個運(yùn)動形成復(fù)雜流場，短連續(xù)設(shè)備溫升比較嚴(yán)重使流體時而左旋向，時而右旋向，不僅將中心液流推向周第一種投料順序第二種投料順序方法4：活性物質(zhì)和導(dǎo)電劑同時吸收液體，潤濕固體顆粒，此種方法固體顆粒吸收溶劑最充分，漿料分散性最好，因此，相同的固含量條件下漿料粘度最低。電池的電化學(xué)粘結(jié)劑粉末分隔開。在進(jìn)一步的粉末分散中，漿料維持分散的AM顆粒被CB/在AM/CB的高強(qiáng)度混合過程中，AM顆粒被薄碳層覆蓋，類似于碳涂層。通常，干潤傳統(tǒng)行星攪拌設(shè)備干法混料工藝過程圖低速攪拌電機(jī)配備更高的功率干潤第一次加入溶劑的量是一個關(guān)鍵工藝，溶劑量存在一個臨界點(diǎn)。若溶劑偏少，不足以潤濕全部粉料，那么干粉必然成團(tuán)，后續(xù)想將其打開有一定難度；過干的情況下，雙行星攪拌機(jī)中，漿料容易“爬桿”，并不能起到攪拌的效果；并且攪拌發(fā)熱量大，溫度高，導(dǎo)致PVDF的C—C變成C=C，極片脆、韌性差。潤濕攪拌作用力大，粘結(jié)劑也無法充分分散溶解或者出現(xiàn)粘結(jié)劑長鏈被破壞的情況，導(dǎo)致漿料粘度和穩(wěn)定性出現(xiàn)問題。如果溶劑偏多，漿料很容易流動，攪拌槳的剪切力作用效果減小，而且，捏合攪拌也起不到捏合力粉碎團(tuán)聚的作用。一般來說，顆粒越大，比表面積越小。所以，比表面積越大（顆粒越小）需要浸潤的溶劑NMP多，相同粘度下的固含量越小。干法混料時，超高強(qiáng)度攪拌，剪切力大能夠更加充分分散顆粒細(xì)小容易團(tuán)聚的導(dǎo)電劑，并對活性顆粒形成包覆。普通干粉混合與高強(qiáng)度干粉混合工藝對導(dǎo)電劑分布的影響對比強(qiáng)度太高，或者時間太長時，導(dǎo)電劑粉碎成細(xì)小顆粒，雖然增加了導(dǎo)電劑與活物質(zhì)之間的接觸和分散效果，但是破壞了導(dǎo)電劑網(wǎng)絡(luò)的長距離導(dǎo)電性能，所制備的極片電阻會增加。在合適工藝范圍內(nèi)，極片和電池性能會提升設(shè)備內(nèi)自帶稱量系統(tǒng)和干燥系統(tǒng)，加涂布時剪切速率為1000~10000s-1。）：勢(ζ-電位或ζ-電勢），是表征膠體分散系穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，對顆粒之上料系統(tǒng)供料箔基材經(jīng)過涂布輥并直接與漿料料槽接觸，過量的漿料涂在箔基材上，在基材通過涂輥與刮刀之間時，刮刀與基材之間的間隙決定了涂層厚度，同時將多余的漿料刮掉回一定流量Q的漿料從擠出頭上料口進(jìn)入模頭內(nèi)部型腔，并形成穩(wěn)定的壓力，漿料最后在模頭狹縫出口噴出，涂覆在箔材上。具有很多優(yōu)點(diǎn)，如涂布速度快、精度高、濕厚均勻；涂布系統(tǒng)封閉，在涂布過程中能防止污染物進(jìn)入，漿料利用率高、能夠保持漿料涂輥轉(zhuǎn)動帶動漿料，通過逗號刮刀間隙來調(diào)節(jié)漿料轉(zhuǎn)移量，并利用背輥和涂輥的轉(zhuǎn)動度度NCM333NCM523NCM81156NCA-180NCA-2004NCA-2204在固定的流量下，存在一個涂布速度上限和一個涂度上下限之間的范圍即為涂布窗口。涂布窗口上影響，如當(dāng)流量不足，或者涂布速度太快時，涂布論模型吻合。從圖中涂布窗口可見，對于某一），v-?在模具內(nèi)部形成漿料的穩(wěn)定流動場，不產(chǎn)生靜止區(qū)域或沉降等問題，確保模頭?在模頭與涂輥之間形成穩(wěn)定的流場，不出現(xiàn)空氣卷入、紊單位質(zhì)量流體所受到的各種作用力流體所受到的重力Fg ◆v=◆i=◆σ= gμ為漿料粘度，Pa·s；ρ為漿料密度，kg/m3；；σ為漿料表面張力，N·m；v為涂布無量綱物理參數(shù)雷若數(shù)Re◆iP◆2?2P◆◆iP◆2?2P◆2動穩(wěn)定，為層流；反之，若雷諾數(shù)較大時，慣性力對流場的影響大于粘性無量綱物理參數(shù)弗勞德數(shù)Fr無量綱物理參數(shù)毛細(xì)管數(shù)Caσ涂布面密度的計(jì)量涂層◆?=◆涂布過程的剪切速率鋰離子漿料屬于具有剪切稀?涂布模頭與箔材間隙區(qū)域γ=750s-1資料來源：顆粒特性及漿料流變特性對鋰電池電極加工性能的影響-楊凱-馬爾文帕納科單腔式擠壓模頭型腔結(jié)構(gòu)雙腔式擠壓模頭型腔結(jié)構(gòu)第二液體蓄積腔（小腔）可使壓強(qiáng)場在寬度方向進(jìn)強(qiáng)越均勻，進(jìn)一步的調(diào)節(jié)壓力和速度使涂布漿料沿寬度方向梯度式擠壓模頭型腔結(jié)構(gòu)后，漿料沿過渡斜面進(jìn)入條縫過渡層，過渡層能夠進(jìn)一衣架式擠壓模頭型腔結(jié)構(gòu)–基材質(zhì)量不佳，造成有異（2）豎條道：與涂布方向平行的波紋涂布間隙與厚邊厚度的關(guān)系涂布間隙與厚邊寬度的關(guān)系涂布間隙G減小能夠有限減小厚邊涂層的厚度和寬度，減小狹縫尺寸能夠增加漿料在模頭的出口速度，從而降低漿料的拖曳力比值D，進(jìn)而減小厚邊涂層的無量綱厚度H*，但是狹縫尺寸變小模頭內(nèi)部的壓力更大，更容易造成模頭出口形狀的膨脹，–從模頭擠壓噴出時，粘彈性漿料流體會發(fā)生膨脹，由于受到模頭邊緣壁面的額外應(yīng)力作用，邊緣處漿料膨脹效應(yīng)更明顯，從而導(dǎo)致厚邊現(xiàn)象產(chǎn)生。–涂層干燥時，各處干燥速度相同，而邊緣處溶劑蒸發(fā)更快些，因此邊緣成分變化更快時，如果漿料里面沒有界面活性劑等添加劑，或者分散的顆粒懸浮液表面張力大于溶劑的表面張力時，漿料向邊緣流動，最終導(dǎo)致厚E-E-UrlEQ\*jc3\*hps9\o\al(\s\up0(0),")'一flllld-'flllid.ult-htEQ\*jc3\*hps9\o\al(\s\up4(r),)EQ\*jc3\*hps9\o\al(\s\up4(lrlc),)stS0'1ft"5stS0'1ft"510tttt\2rVc I('I('('G.ccSNHCO"UI('P('LnstSqlllluCclBasd llf"lllf"ll-1briur:eI3('rlQilhlf量f量r..ll-dr..ll-drout-1out-2flulaout-1out-2flularWetSteam‘u"llu"'' SoIveAdapt$urfaceDisplayPlotRe default-irltet"io【ωatet")ParallelHelp013default-irltet"io013wall-die:011×inlet×wall-diewEQ\*jc3\*hps9\o\al(\s\up1(all),ut)out2out3internalfluid1fluidshellconductionDone.zones.Readingfluentanysisoftheslotdie01606152016302111esh(set Hclpd在lt-inte-dfillt-inhwiiJIirnll""11rlletll-mnupillLnllfluio←fl"ljuUII".snlsepaa創(chuàng)匯jtl_z創(chuàng)匯jtl_z1_工主1_工主」EQ\*jc3\*hps5\o\al(\s\up3(),)cDiiplootRcportrHdpdtault-inter1r:dHdpdtault-inter1r:dfau1t-1nter1or:fdU1l-lrjur"d11-1ut-El 主旦旦旦U主旦旦旦Uintrrnil1fluid1fluidth('!::lotdi('2.6??UIJVWallAd"JVWallAd"eslnHeat3urtaccTcn:.inCdfiicbrllJrtll nn@11E'dA1orfaultintrriol"tuilll-di@out-1ul-2out-3ntflidZtlne5.Ztlne5.lng"'E:luet擠壓涂布模擬實(shí)例動畫。zS 。zS e如4e入口速度為0.030m/s時漿料流動狀態(tài)（abcde）入口速度為0.035m/s時漿料流動狀態(tài)（a）t=9.00×10-3sb）t=17.68×10-3sc）t=19.39×10-3s，（d）t=25.54×10-3se）t=37.54×10-3s擠壓涂布模擬實(shí)例動畫xl一xl一xl一在J一xl且4入口速度為0.050m/s時漿料流動狀態(tài)（a）流場上部分區(qū)域（b）狹縫出口區(qū)域（c）流場下部分區(qū)域（a）流場上部分區(qū)域（b）狹縫出口區(qū)域（c）流場下部分區(qū)域物料的含水量物料的含水量x1x0x*0自由水分衡水分自由水分衡水分總水分總水分結(jié)合水分結(jié)合水分平水分。平衡水分：無法通過干燥去除結(jié)合水分包括物料細(xì)胞壁內(nèi)的水分、。非結(jié)合水分包括機(jī)械地附著于固體XXABCDEABCEDuAAEX干燥過程分為預(yù)熱升溫段AB、恒速干燥段BC和降速干燥段CDE。（2）恒速干燥階段BC：被干燥物料表面始終保持著濕潤水分進(jìn)行蒸熱量被物料吸收，這些熱量全部用來蒸發(fā)物）：（a）溶劑蒸發(fā)引起初始均勻濕涂層收縮b）溶劑蒸發(fā)，石墨顆粒彼此接近c(diǎn)）當(dāng)石墨顆粒獲得最密集的組態(tài)時，涂層收縮終止d）孔隙消失，溶劑進(jìn)一步的蒸發(fā)導(dǎo)致液相散出多孔電極結(jié)構(gòu)e）干燥的電極。烘干速率盡可能高，節(jié)省能耗，但是極片質(zhì)量需要滿足要求：a網(wǎng)格法：以均勻的切割速率在涂層上形成規(guī)定的網(wǎng)格，把粘膠帶粘貼在網(wǎng)格上方，撕b拉力測試：把粘膠帶粘貼在涂層上，然后對膠帶和箔材做拉伸測試，測試涂層剝離的正極1234溫度設(shè)定[℃]80負(fù)極1234溫度設(shè)定[℃]80孔隙內(nèi)推進(jìn)時，毛細(xì)管壓力作用下，活性顆粒內(nèi)縮含量分布干燥溫度升高，粘結(jié)劑在4-1極片輥壓工藝基本過程曲線I區(qū)域，第一階段。此階段壓力相對較小，涂層內(nèi)顆粒產(chǎn)生位移，孔隙被填充，壓力稍有增加時，極片的密度快曲線II區(qū)域，第二階段。壓力繼續(xù)增加，極片經(jīng)壓縮后，密度已增高。孔隙已被填充，漿料顆粒產(chǎn)生了更大的壓實(shí)阻力。壓力再繼續(xù)提高，但極片密度增加較少。因此時漿料顆粒間的位移已經(jīng)減少，顆粒大量的變形還沒開始。曲線III區(qū)域，第三階段。當(dāng)壓力超過一定值后，壓力增加極片密度也會繼續(xù)增加，隨后又逐漸平緩下來。這是因?yàn)楫?dāng)壓力超過漿料顆粒的臨界壓力時，顆粒開始變形、破碎，顆粒內(nèi)部的孔隙也被填充，使極片密度繼續(xù)增大。隨后，極片密度的變化逐漸平緩。一般鋰電池極片不經(jīng)歷此階段不同輥壓條件下極片SEM形貌未輥壓，表面凹凸不平，輥壓后表面平整。表面的孔洞允許電解液進(jìn)入，當(dāng)孔隙率>25%時，這些入口幾乎不減少，但是當(dāng)孔隙率繼續(xù)下降，這些入口閉合，活性物質(zhì)顆粒更加緊密接觸。壓力大于300MPa后，小尺寸和中等尺寸顆粒出現(xiàn)裂紋，但是10μm以上顆粒在1000MPa壓力下仍舊保持原始形貌粒徑分布：極片壓實(shí)增加，大顆粒破碎導(dǎo)致小顆粒數(shù)量增加。孔隙率分布：極片壓實(shí)增加，孔隙率降低?？讖椒植迹毫椒植迹簶O片壓實(shí)增加，大顆粒破碎導(dǎo)致小顆粒數(shù)量增加?？紫堵史植迹簶O片壓實(shí)增加，孔隙率降低。鋰離子電池極片典型應(yīng)力-應(yīng)變曲線鋰離子電池極片由金屬集流體和電極涂層組成的復(fù)合材料，實(shí)驗(yàn)研究表明應(yīng)力-應(yīng)變曲線表現(xiàn)為典型的彈塑性材料特征。極片輥壓，積攢了部分彈性應(yīng)變，壓力釋放后彈性應(yīng)變恢復(fù)，極片發(fā)生輕微反彈。改善措施1）選擇合理的壓實(shí)密度2）采用二次輥壓的方式3）采用熱輥工藝。正極顆粒幾乎發(fā)生變形輥壓對微結(jié)構(gòu)影響（a）正極b）負(fù)極極片涂層輥壓過程微觀結(jié)構(gòu)演變示意圖（a）正極b）負(fù)極極片涂層輥壓過程微觀結(jié)構(gòu)演變示意圖電池極片的軋制是正負(fù)極片上電池材料壓實(shí)的過程，其目的在于增加正極或負(fù)極材料的壓實(shí)密度，合適的壓實(shí)密度可增大電池的放電容量、減小內(nèi)阻、減小極化損失、延長電池的循環(huán)壽命、提高鋰離子電池的利用率。輥壓工藝控制極片的孔隙率，商業(yè)化電池極片孔隙率一般為20-40%手動螺旋加壓式極片軋機(jī)及調(diào)輥縫示意圖這種設(shè)備主要應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室，通過設(shè)定輥縫值使兩端的軸承座之間各有兩塊斜面相貼的調(diào)隙斜鐵。通常固定鐵，移動另一塊較厚的稱為動斜鐵，當(dāng)兩塊斜鐵在斜面方向上無極片加壓時，所有的壓力將會作用在楔鐵上，設(shè)縮短的距離為x0，液壓缸預(yù)緊力為F，則：F=無極片加壓時，所有的壓力將會作用在楔鐵上，設(shè)縮短的距離為x0，液壓缸預(yù)緊力為F，則：F=KX當(dāng)電池極片有漿料的部分進(jìn)入軋機(jī)時，電池極片厚度增加，將會有軋制力作用在電池極片上，軋輥和軋輥軸承座將會產(chǎn)生彈性變形，楔鐵所受的力減小。作用在楔鐵上的作用作用在電池極片上的有效軋制力P為楔鐵上的力F1與有效軋制力P的和等于液壓缸的壓力F斜楔式電池極片軋機(jī)示意圖K1是楔鐵的剛度，h為輥壓后極片厚度，S0為液壓缸的壓力為零時預(yù)調(diào)節(jié)輥縫值，x為兩軋輥軸承座中心距離的減小量，K2為上下輥系的串聯(lián)剛度，上下輥系的剛度分別為K21和K22，F(xiàn)=F+P與楔鐵脫開，壓力全部作用在極片上，預(yù)輥縫由小增加都不會變化，但這種情況不是很穩(wěn)定。超過臨界值，預(yù)油缸壓力繼續(xù)增大，增大的壓力基本消耗在楔，，縫與液壓缸壓力的方法。調(diào)定一個比較小的輥縫，液壓缸液較大的輥縫，液壓缸壓力增大些，都能軋出同樣厚度的電池盡量減小，但是為了有一定的富裕度，可以使得油缸壓力略大液壓伺服控制加壓式極片軋機(jī)不再使用楔鐵恒輥縫(100μm)軋制實(shí)驗(yàn)曲線恒軋制力（單側(cè)400KN）軋制實(shí)驗(yàn)曲線恒輥縫軋制：極片厚度變薄時，軋制力減小，輥縫發(fā)生一個小的變化，再回復(fù)到原位置。恒壓力軋制：極片厚度變薄時，輥縫變小，軋制力發(fā)生一個小變化，再回復(fù)到原壓力。問題：設(shè)備響應(yīng)時間不及時，如何克服在過極片間隙時，減小壓力的波動或者輥縫波動等問題還有待進(jìn)一步解決。確定最小孔隙率εc,min假定壓實(shí)過情況與理論連續(xù)涂布極片輥壓問題對于卷繞電池，有種全極耳極片設(shè)計(jì)，從極耳角度提高了電池功率特性，在大倍率下電流密度分布均勻，具體的極片設(shè)計(jì)如圖2所示。正極極片在涂敷正極材料(30)時一側(cè)邊緣不涂布的側(cè)面(15)和負(fù)極極片涂覆負(fù)極材料(40)時留白的一側(cè)面(14)都作為極耳分別焊接在正負(fù)極導(dǎo)流體上，正負(fù)極極片之間通過隔膜（170）隔離開，這樣其中，CL為沖切間