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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。
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