锂电池极片涂布工艺模拟
浆料涂布是在制浆搅拌结束之后的下一个步骤,这个步骤的主要目的是将浆料涂敷在正、负极集流体上:涂辊转动带动浆料,通过调整刮刀间隙来调节浆料转移量,并利用背辊或涂辊的转动将浆料转移到基材上。
电极涂层是影响锂电池容量、稳定性和安全性的关键因素。在生产中,电池的涂布技术是电池生产的关键。
EDEM在电极涂布工艺的应用
影响极片涂布性能的因素有:1. 放卷和收卷直径;2. 有效辊面宽度和最大涂布宽度;3. 涂布方式与速度;4. 涂层厚度与精度;5. 纠偏精度;6. 干燥温度。
通常好的涂布工艺主要表现在涂层浆料表面平整、光滑、敷料均匀、附着力好、干燥、不脱料、不掉料、缺料、无积尘、无划痕、无气泡。
深圳德颐姆EDEM离散元仿真技术能够模拟不同材料和工艺参数下的涂布过程,通过计算涂层面密度、涂层尺寸、涂层厚度、干燥程度等,分析各参数对涂布效果的影响,从而优化电极涂布工艺。

涂层厚度
涂层厚度太薄或太厚都会影响后续的极片辊压工艺,不能保证电池极片性能的一致性。
在EDEM中,不但能够直观看出涂层厚度情况,还能够检查是否存在涂布点状或带状的缺陷,并通过软件后处理对涂层厚度进行数据输出。
通常影响涂层厚度和涂层均匀性的主要因素为环境温度、刀口处存在大颗粒、外部污染或浆料长时间未搅拌。

涂布面密度
涂层面密度太小,电池容量可能小于标称容量;涂层面密度太大,容易造成成分浪费。如果正极容量过大,锂析出形成的锂枝晶会刺破电池隔膜,甚至会引发安全隐患。EDEM通过设置虚拟质量传感器检测涂层质量,从而计算涂布不同位置的面密度。通常挤压模头的刀口处与基底铜材或铝材上处的液面高度、挤压喷料刀口的大小以及涂布的速度,都会影响涂层的面密度大小。

EDEM离散元在电极涂布工艺的仿真
干燥程度
涂布时干燥温度过低,极片不能完全被干燥;如果过高,可能极片内部的有机溶剂蒸发太快,极片表面涂层出现开裂脱落。EDEM通过统计水颗粒数量和总颗粒数量的比值来反映含水率。含水率主要是由外部温度以及搅拌过程所决定的。

EDEM离散元在电极涂布工艺的仿真