La forma della guarnizione di rivestimento in estrusione è ottimizzata per risolvere il fenomeno del bordo spesso dell'espansione polare

La tecnologia di rivestimento per estrusione a fessura è una tecnologia di rivestimento predittiva avanzata. Durante il rivestimento, tutto il fluido alimentato nello stampo di estrusione forma un rivestimento sul substrato. Pertanto, il carico superficiale del rivestimento umido può essere controllato con precisione modificando la velocità di alimentazione del liquame e la velocità di rivestimento. Il processo di rivestimento è mostrato nella Figura 1. Un certo flusso di impasto liquido entra nella cavità interna dello stampo dalla luce di alimentazione della testa di estrusione e forma una pressione stabile. La sospensione viene infine spruzzata all'uscita della fessura dello stampo e rivestita sulla lamina. Sul materiale, il rivestimento viene essiccato in un forno.

Durante il processo di rivestimento, a causa delle caratteristiche fluide dell'impasto liquido, è facile formare una caratteristica a forma di mezzaluna come mostrato in FIG. Durante il processo di rivestimento, la comparsa di un improvviso aumento di spessore in corrispondenza del bordo dell'espansione polare è chiamata" bordo spesso" fenomeno. Questo fenomeno del bordo spesso è indesiderabile e causerà problemi al processo della batteria e alle prestazioni e alla consistenza della batteria.

Per quanto riguarda le caratteristiche del campo di flusso del rivestimento per estrusione e il fenomeno dei bordi spessi del rivestimento, l'articolo è stato pubblicato in precedenza per riassumere le letture rilevanti come segue:

(1) Analizzare le caratteristiche del campo di flusso del rivestimento per estrusione a fessura per espansioni polari di batterie agli ioni di litio

(2) Fenomeno del bordo spesso del rivestimento per estrusione di espansioni polari e soluzioni di batterie al litio

Il rivestimento delle espansioni polari di batterie agli ioni di litio richiede solitamente la produzione di espansioni polari a forma di striscia, che avviene principalmente attraverso il disegno del canale di flusso tramite la guarnizione fissata tra le teste superiore ed inferiore, in modo da realizzare la preparazione della striscia a forma di rivestimento (come mostrato in Figura 2). La forma della guarnizione influisce sulla distribuzione della velocità del fluido nello stampo e, in ultima analisi, sulla morfologia del rivestimento, in particolare sulla morfologia del bordo del rivestimento. L'ottimizzazione della forma di uscita della guarnizione a fessura può modificare la direzione e le dimensioni della velocità del flusso del liquame, ridurre lo stato di sollecitazione del liquame sul bordo e indebolire o eliminare il fenomeno del bordo spesso del rivestimento. L'ottimizzazione della forma della guarnizione nell'esempio di questo articolo fornisce un riferimento per risolvere il fenomeno del bordo spesso dell'espansione polare.

Gui Hua Han et al. ha progettato quattro tipi di forme di guarnizioni. Utilizzando una combinazione di simulazione ed esperimento al computer, prendendo come esempio il fluido newtoniano, hanno studiato l'effetto della forma della guarnizione sulla distribuzione della velocità del liquame all'uscita dello stampo e la finestra di rivestimento. Nello studio viene considerata solo l'ottimizzazione della forma del pezzo centrale della guarnizione (Figura 2). Le guide interne corrispondenti alle quattro specifiche della guarnizione sono mostrate nella Figura 3:

caso1: la dimensione della larghezza della guarnizione rimane invariata a 10 mm e la dimensione corrispondente di ciascun canale di flusso rimane invariata a 20 mm;

caso2: la larghezza della guarnizione viene espansa da 5 mm a 10 mm vicino all'uscita e quindi mantiene una larghezza parallela;

case3: La larghezza della guarnizione viene espansa direttamente da 5mm a 10mm all'uscita;

Caso4: la larghezza della guarnizione viene ridotta da 15 mm a 10 mm vicino all'uscita e quindi mantiene una larghezza parallela.

Il fluido sperimentale è una soluzione acquosa di glicerina (80:20,% in peso), con una viscosità di 0,045 Pa ∙ s, una tensione superficiale di 0,066 N / m e una densità di 1210 kg / m3.

La figura 4 mostra la distribuzione della velocità delle quattro specifiche delle guarnizioni all'uscita dello stampo lungo la direzione della larghezza dello stampo ottenuta mediante simulazione al computer:

caso1: la dimensione della guida rimane invariata e la velocità nella direzione della larghezza all'uscita dello stampo è relativamente bilanciata;

caso2: quando la guarnizione si espande, il canale di flusso si restringe e la velocità del fluido aumenta sul bordo del centro dello stampo;

caso3: quando la guarnizione si espande, il canale di flusso si restringe e la velocità del fluido sul bordo del centro dello stampo aumenta e l'aumento è più evidente di quello di caso2;

Caso 4: quando la guarnizione si restringe, il canale del flusso si espande e la velocità del fluido sul bordo del centro dello stampo diminuisce.

La distribuzione della velocità dell'uscita dello stampo influirà inevitabilmente sullo spessore del rivestimento. A causa della natura stessa del liquame della batteria agli ioni di litio, lo spessore del rivestimento porterà facilmente al fenomeno dei bordi spessi. Sopprimere o addirittura eliminare il fenomeno del bordo spesso. Nella produzione effettiva, è possibile fare riferimento al design della guarnizione di cui sopra, migliorare i parametri di processo in base alla situazione reale e risolvere il fenomeno del bordo spesso.

La Figura 5 mostra la distribuzione della velocità di deformazione del fluido del canale di flusso corrispondente alle quattro specifiche delle guarnizioni. Rispetto ad (a), i canali di flusso di (b) e (c) sono più larghi e la velocità di deformazione del fluido è inferiore e (d)) Il canale di flusso complessivo è più stretto, la velocità di deformazione del fluido è maggiore e anche la pressione del fluido è maggiore. Tuttavia, (b), (c) e (d) hanno tutte regioni con tassi di deformazione relativamente grandi. Per le paste per batterie agli ioni di litio non newtoniane, i cambiamenti nella velocità di deformazione possono modificare le proprietà della pasta come la viscosità.

Inoltre, secondo l'analisi del campo di flusso tra lo stampo e il foglio, quando il livello del liquido del canale di flusso superiore del fluido è vicino all'esterno del labbro dello stampo, è probabile che si verifichi una perdita di liquame (come mostrato nella Figura 6a ) e il livello del liquido nel canale di flusso superiore è vicino alla testa dello stampo Quando il lato interno del labbro esce, è facile causare instabilità del campo di flusso e collasso del campo di flusso (come mostrato nella Figura 6b). La finestra di rivestimento è stata giudicata in base al livello del liquido del corridore superiore e sono state trovate quattro specifiche di guarnizioni e la gamma della finestra di rivestimento corrispondente è cambiata. Come mostrato nella Figura 7, le finestre di rivestimento di case2, case3 e case4 sono state ridotte, corrispondente al processo di rivestimento stabile. Se il rivestimento non viene utilizzato nella finestra di rivestimento, il rivestimento è più soggetto a irregolarità più evidenti.

Figura 6: diagramma schematico del campo di flusso tra lo stampo e la lamina: (a) Il livello del liquido del corridore superiore è vicino al lato esterno del labbro dello stampo, causando perdite; (b) Il livello del liquido del canale superiore è vicino all'uscita interna del labbro dello stampo e il campo di flusso collassa

Figura 7 Finestre di rivestimento corrispondenti alle quattro specifiche delle guarnizioni