专利名称：计算机模拟极片轧压的方法
技术领域：
本发明涉及计算机模拟技术，具体涉及计算机模拟极片轧压的方法。
背景技术：
近年来，电脑、通讯电子产品以及消费性电子产品的功能越来越强，而其 外形尺寸要求越来越小、质量越来越轻，所以，高容量、小尺寸的电池产品受 到欢迎。特别是锂离子电池，其具有容量大、能量密度高、电压高等特点，在 移动电话、笔记本电脑、数码相机等产品的市场占有率不断上升。
在锂电制造工艺中，涂布之后，需要将极片进行轧压，然后再进行转绕等 工艺。轧压的作用一方面在于将极片压薄，提高电池壳的空间利用率。未经轧
压的极片厚度一般在220 240um，而轧压之后极片的厚度一般在100 120um左 右，由此可知，同样体积的电池壳体，能容纳更多轧压后的极片，提高了壳体 空间的利用率，同时也提高了电池的容量；轧压的另一个作用在于提高极片表 面的组织密度，使之结合的更紧密，从而有效防止极片掉料。轧压轧压过程还 对极片上活性物质的孔隙率、孔径及极片的电阻值有很大影响，这些参数也直 接影响电池性 能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，克服上述现有技术存在的不足，提供一种 计算机模拟极片轧压的方法来模拟极片轧压的过程，从而判断轧压效果的好坏。
为解决上述技术问题，本发明提供一种计算机模拟极片轧压的方法，包括 以下步骤
a. 输入极片活性物质参数和工艺参数；
b. 判断经计算得出的孔隙率、电阻、平均孔径值是否满足标准取值范围， 如果是，则进入步骤c,如果不是，则回到步骤a;c. 计算每次轧压时压辊对极片所做的功并累加，输出总的功值；以及
d. 根据所述输出的累加的总的功值大小判断极片的柔韧性，压辊对极片所 做的功的累加值越大时，极片的柔韧性越差，反之，柔韧性越好。
进一步地，所述步骤a中的极片活性物质参数包括活性物质材料粒径及其 粒径分布值、压实比以及极片的面密度。
进一步地，所述步骤a中的工艺参数包括电极浆料各成分的质量百分比、 电极各成分的真密度、活性材料比表面积、滚轮的直径、极片电阻测试面积、 摩擦系数、碾压极片宽度、反弹系数、活性材料及导电剂的导电系数以及材料 变形纟莫量值。
进一步地，所述步骤b中孔隙率、电阻、平均孔径值的标准取值范围是孔 隙率小于30%，电阻值小于50mQ，孔径小于3um。 进一步地，所述步骤c进一步包括步骤 cl.设定轧压后极片厚度与工艺要求值差值K;
c2.输入极片尺寸减小值并读取，判断极片尺寸减小后的尺寸是否大于工艺 要求极片尺寸，结果为否时，重新输入极片尺寸减小值；
c3.判断压棍对极片的压强是否大于极片材料的抗压强度，结果为否时，重 新输入极片尺寸减小值；以及
c4.判断轧压后极片的厚度与工艺参数值差值是否大于K,结果为否时，再
进行下一次轧压。
本发明具有以下有益的效果通过输出的孔隙率、电阻、平均孔径值可初 步判断工艺参数是否设计合理，通过输出的累加的压辊对极片所做的功总和的 大小，进而判断极片的柔韧性，压辊对极片所做的功的累加值越大时，极片的 柔韧性越差，反之，柔韧性越好。同时根据模拟轧压的过程可以找到生产成本 与轧压次数的最佳结合点，即得到最佳的轧压工艺参数。
图l是本发明计算机模拟极片轧压的方法的流程图。 图2是本发明中孔隙率随压实密度变化的模拟值与实测值的曲线图。 图3是本发明中电祖随压实密度变化的模拟值与实测值的曲线图。 图4是本发明中孔径随压实密度变化的模拟值与实测值的曲线图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明进行详细描述。 实施例1
以053450A铝壳电池负极片为例，请参照图1所示
由于极片的孔隙率，平均孔径和电阻值这些参数对电池性能有很大影响， 因此模拟中需要符合要求的数值。实际中，上述参数的数值须满足极片的电 阻值Rm〈50mQ;孔隙率6<30%;平均孔径d〈3um。
首先输入极片上各活性物质材料粒径(um): 5， 10, 15,以及它们的粒径 分布值0.1, 0.8， 0.1,压实比(mg/cm3 ): 1700,极片的面密度mg/cm2: 17。 然后输入各工艺参数，电极浆料各成分的质量百分比活性材料，粘结剂，导 电剂，溶剂分别为0.4， 0.01， 0.02, 0.57,电极各成分的真密度(mg/cm3):活 性材料，粘结剂，导电剂，溶剂，分别为2200, 1680， 2680， 1000，以及活性 材料比表面积cm2/mg: 39，滚轮的直径(um): 150000，极片电阻测试面积(cm2 ): 4cm2，摩4察系数0.45，碾压极片宽度(um): 340000,反弹系数0.08，活性 材料及导电剂的导电系数(Q.cm)分别为0.4, 10，材料变形模量值(Mpa): 45。然后开始计算
极片的电阻值Rm按下述公式计算
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，Km:石墨及导电剂的体积平均值 L:极片的厚度 S:测试面积
yi:极片中各物质的质量百分比 di:极片中各物质的真实密度 9:极片孔隙率 孔隙率e按下述公式计算<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，yi:极片中各物质的质量百分比 di:极片中各物质的真实密度 Pr:压实比
平均孔径d按下述公式计算<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，R:椭球长半径 r:椭球短半径 孔的体积
初始孔隙率 汐 一定压实密度的孔隙率 y,:椭球堆积参数
孔的形状等效圆锥体的低面半径(孔径) 经计算得出，极片的电阻为Rm=3.399e-2Q，孔隙率e为0.2307，平均孔径 d为2.42um,与前述各参数的标准取值范围比较判断，可知以上结果合理。如 果得出结果不合理，则需重新输入。图2、 3、 4分别是孔隙率、电阻以及孔径 随压实密度变化的模拟值与实测值的曲线图，可以看出实测值与模拟值基本符合。
输入轧压后极片厚度与工艺要求值差值K=3，程序进入第二部分寻找压实 路线，以三次输入为例，通过模拟计算，比较功的值来确定最优压实路线。
入厚度减少量为30um，判断极片尺寸减小后的尺寸是否大于工艺要求极片尺寸 以及判断压棍对极片的压强是否大于极片材料的抗压强度，结果都为真，程序 提示输入第二次厚度减少量50um，执行程序，判断极片尺寸减小后的尺寸是否 大于工艺要求极片尺寸以及判断压棍对极片的压强是否大于极片材料的抗压强 度，结果都为真，程序提示输入第三次厚度减少量70um，执行程序，程序执行 完后，输出总的功值为W4=28.06417 J/cm2。 实施例2
为了寻找最佳的压实路径，该实施例前半部分的参数和实施例1相同，只 是在输入极片厚度减少量时不同，输入厚度减少量为70um,判断极片尺寸减小
材料的抗压强度，结果都为真，程序提示输入第三次厚度减少量为70um,执行 程序，程序执行后输出总的功值为W4=25.3141J/cm2。 实施例3
该实施例前半部分的参数和实施例1相同，只是在输入极片厚度减少量时 不同，输入厚度减少量为20um,判断极片尺寸减小后的尺寸是否大于工艺要求 极片尺寸以及判断压棍对极片的压强是否大于极片材料的抗压强度，结果都为 真，程序提示输入第二次厚度减少量为20um,判断极片尺寸减小后的尺寸是否 大于工艺要求极片尺寸以及判断压棍对极片的压强是否大于极片材料的抗压强 度，结果都为真，程序提示输入第三次厚度减少量为100um,判断极片尺寸减
片材料的抗压强度，结果都为真，程序提示输入第,三次厚度减少量为10um，程 序提示完成，输出总的功值为W4=53.31289J/cm2。
通过以上实施例可知，实施例2输出的总的功值最小，故实施例2为最佳 的压实路线。
通过输出的电阻、孔隙率、孔径值可初步判断工艺参数是否设计合理，通 过输出的累加的压辊对极片所做的功总和的大小，进而判断极片的柔韧性，压
辊对极片所做的功的累加值越大时，极片的柔韧性越差，反之，柔韧性越好。
同时根据模拟轧压的过程可以找到生产成本与轧压次数的最佳结合点，即得到 最佳的轧压工艺参数。
权利要求
1、一种计算机模拟极片轧压的方法，包括以下步骤a.输入极片活性物质参数和工艺参数；b.判断经计算得出的孔隙率、电阻、平均孔径值是否满足标准取值范围，如果是，则进入步骤c，如果不是，则回到步骤a；c.计算每次轧压时压辊对极片所做的功并累加，输出总的功值；以及d.根据所述输出的累加的总的功值大小判断极片的柔韧性，压辊对极片所做的功的累加值越大时，极片的柔韧性越差，反之，柔韧性越好。
2、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于所述步骤a中的极片活性物质 参数包括活性物质材料粒径及其粒径分布值、压实比以及极片的面密度。
3、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于所述步骤a中的工艺参数包括 电极浆料各成分的质量百分比、电极各成分的真密度、活性材料比表面积、滚 轮的直径、极片电阻测试面积、摩擦系数、碾压极片宽度、反弹系数、活性材 料及导电剂的导电系数以及材料变形模量值。
4、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于所述步骤b中孔隙率、电阻、 平均孔径值的标准取值范围是孔隙率小于30%，电阻值小于50mQ，孔径小于 3um。
5、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤c进一步包括步骤 cl.设定轧压后极片厚度与工艺要求值差值K;c2.输入极片尺寸减小值并读取，判断极片尺寸减小后的尺寸是否大于工艺 要求极片尺寸，结果为否时，重新输入极片尺寸减小值；c3.判断压棍对极片的压强是否大于极片材料的抗压强度，结果为否时，重 新输入极片尺寸减小值；以及c4.判断轧压后极片的厚度与工艺参数值差值是否大于K，结杲为否时，再 进行下一次轧压。
全文摘要
本发明提供一种计算机模拟极片轧压的方法，包括以下步骤a.输入极片活性物质参数和工艺参数；b.判断经计算得出的孔隙率、电阻、平均孔径值是否满足标准取值范围，如果是，则进入步骤c，如果不是，则回到步骤a；c.计算每次轧压时压辊对极片所做的功并累加，输出总的功值；以及d.根据所述输出的累加的总的功值大小判断极片的柔韧性，压辊对极片所做的功的累加值越大时，极片的柔韧性越差，反之，柔韧性越好。本发明通过输出的孔隙率、电阻、平均孔径值可初步判断工艺参数是否设计合理，同时根据模拟轧压的过程可以找到生产成本与轧压次数的最佳结合点，即得到最佳的轧压工艺参数。
文档编号G06F17/50GK101105816SQ20061006169
公开日2008年1月16日 申请日期2006年7月14日 优先权日2006年7月14日
发明者涛 张, 毛焕宇, 鑫 滕 申请人:深圳市比克电池有限公司