Fluent仿真技術(shù)在鋰電池工藝制造過程中的應(yīng)用案例

案例一:極片涂布仿真

涂布工序在極片工序中相當(dāng)重要,涂布質(zhì)量嚴(yán)重影響電池極片質(zhì)量(面密度)以及后續(xù)工序。通過涂布仿真可以優(yōu)化涂布墊片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),縮短驗(yàn)證時間、降低墊片開發(fā)費(fèi)用和漿料使用成本;也可以優(yōu)化涂布工藝參數(shù)選擇,建立涂布數(shù)字化模型,縮短涂布工藝爬產(chǎn)時間。目前我們已掌握涂布仿真各個技術(shù)難點(diǎn),構(gòu)建了涂布內(nèi)/外流場非牛頓流體漿料的多相流模型,可以在微米層級上精確地體現(xiàn)涂布漿料的濕膜厚度分布,精度誤差在8%以內(nèi)。目前已經(jīng)多次用于工藝涂布問題解決分析,起到了很好的虛擬驗(yàn)證作用。

Fluent仿真技術(shù)在鋰電池工藝制造過程中的應(yīng)用案例的圖1

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案例二:激光焊接動態(tài)熱仿真

仿真原因:調(diào)試階段,出現(xiàn)正負(fù)極終焊焊印燙傷轉(zhuǎn)接片背部PP塑膠的情況,正極較為嚴(yán)重,負(fù)極塑膠邊緣縮化。

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仿真測試:需測量焊接時的轉(zhuǎn)接片背部溫升,測量融化后的塑膠厚度計(jì)算縮化量。

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仿真PP下邊界增加茶膠間隙下的仿真結(jié)果最高溫為294℃,高溫區(qū)域大部分為264-240℃溫度范圍,和實(shí)測245.7℃溫度結(jié)果非常接近,表明仿真模型符合實(shí)際,可以用于下一步方案預(yù)測。

模擬過程:

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Fluent可以成功模擬焊接過程中動態(tài)熱源的的變化過程,獲得此工況下結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度場瞬態(tài)變化。后續(xù)可用于結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力及變形的分析。

案例三:輥壓烘箱動網(wǎng)格熱仿真

當(dāng)前的鋰電池極片涂布生產(chǎn)工藝,主要采用的是濕法涂布方式,濕法涂布工藝中,是將正極或負(fù)極材料涂布在正極或負(fù)極集流體表面后,經(jīng)過烘干貼合在一起,而烘干工序的主要設(shè)備為烘箱,對極片的生產(chǎn)效率和涂層的質(zhì)量起到了至關(guān)重要的作用,同時烘箱也是能耗消耗最高的鋰電池生產(chǎn)設(shè)備之一,并且在濕法涂布中,nmp溶劑的應(yīng)用雖然對正負(fù)極材料帶來利好,但同時也帶來了需要把控安全和集中回收等問題。

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極片“溫度-散熱功率關(guān)系”解耦輸出,作為邊條輸入到極片動網(wǎng)格邊界模擬。

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利用Fluent 運(yùn)動網(wǎng)格技術(shù)和熱分析功能可以對極片在烘箱內(nèi)的溫度變化進(jìn)行精確預(yù)測,為工藝參數(shù)優(yōu)化提供參考。

案例四:焊接氮?dú)獗Wo(hù)效果驗(yàn)證

焊接過程中使用氮?dú)饪梢员Wo(hù)焊接區(qū)域,避免氧氣、水蒸氣等有害氣體進(jìn)入影響焊接質(zhì)量。此外氮?dú)饪梢杂脕砝鋮s,幫助焊接區(qū)域迅速冷卻,減少熱變形的問題。

Fluent仿真技術(shù)在鋰電池工藝制造過程中的應(yīng)用案例的圖15

利用Fluent軟件可以快速評估不同工藝設(shè)計(jì)條件下,焊接區(qū)域的氮?dú)夥植记闆r,從中選擇最佳的設(shè)計(jì)。

案例五:化成烘箱優(yōu)化仿真

Fluent仿真技術(shù)在鋰電池工藝制造過程中的應(yīng)用案例的圖16

仿真需求:化成定容柜通過空調(diào)策略和內(nèi)部風(fēng)道在化成定容過程中實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度的溫差不超過4℃,電芯溫差不超過3℃。

Fluent仿真技術(shù)在鋰電池工藝制造過程中的應(yīng)用案例的圖17

使用結(jié)構(gòu)+冷卻策略,電芯溫度的分布值從24.78-32.95℃優(yōu)化為29.83-32.58℃,溫差從8.16℃降低為2.75℃;

環(huán)境溫度的分布值從16.35-25.3℃優(yōu)化為24.0-26.71℃,溫差從8.96℃降低為2.71。

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