Numerische und experimentelle Untersuchung der Filmbildung für verschiedene Formlippenkonfigurationen bei der Schlitzdüsenbeschichtung von Lithium-Ionen-Batterieelektroden
Eine aktuelle Forschung beweist, dass eine kleinere Beschichtungslücke, die den stromaufwärts liegenden Meniskus zwischen dem stromaufwärts liegenden Matrizenrand und dem Schlitzausgang kontrolliert, der Beschichtungskonsistenz förderlich ist und dazu beiträgt, die Bildung von Kantenfehlern zu reduzieren.
Die Slot-Die-Beschichtung ist die am häufigsten verwendete Herstellungsmethode für Lithium-Ionen-Batterieelektroden. Eine Herausforderung besteht jedoch darin, eine hohe Oberflächenkonsistenz der Elektroden zu erreichen. In dieser Forschungsarbeit wurden die Schlitzbeschichtungsprozesse mit verschiedenen Düsenlippenkonfigurationen sorgfältig mit numerischen und experimentellen Methoden untersucht. Das Bewegungsmuster, die interne Strömungsstruktur der Beschichtungsraupe und die Gleichmäßigkeit der Beschichtung wurden während des Beschichtungsprozesses von Lithiumbatterie-Kathodenslurry untersucht. Durch die Kombination von viskosem Kapillarmodell und numerischen Methoden wurde auch die Low-Flow-Grenze bei verschiedenen Beschichtungsspalten bestimmt, was eine gute Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen ergab.
Die Ergebnisse zeigten, dass ein kleinerer Beschichtungsspalt, der den stromaufwärts gelegenen Meniskus zwischen der stromaufwärts gelegenen Düsenlippe und dem Schlitzausgang steuert, sich günstig auf die Gleichmäßigkeit der Beschichtung auswirkt. Bei gleicher Schichtdicke führte ein größerer Beschichtungsspalt zu einer verstärkten Bildung von Randdefekten. Die Beschichtungsgeschwindigkeit hatte jedoch nur einen geringen Einfluss auf die Kantenhöhe. Die Entwicklung der Strömungsstruktur der Beschichtungsraupe (parabolisch – scharfer Winkel – diagonal) bei verschiedenen Verfahren wurde durch Verfolgung der Partikeltrajektorien während des Beschichtungsprozesses untersucht. Die Studie kann theoretische Anhaltspunkte für die Herstellung von hochwertigen Elektroden liefern.
Die Studie wurde im Journal of Coatings Technology and Research, Volume 21, Issue 1, 03 January 2024 veröffentlicht.
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