電池極片的軋制是正負極板上電極粉體材料壓實的過程，其目的在于增加正極或負極材料的壓實密度。在工業(yè)生產(chǎn)中，鋰電池極片一般采用對輥機進行連續(xù)輥壓壓實。

壓輥會影響極片孔洞結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電劑的分布狀態(tài)，從而影響電池的電化學(xué)性能。

EDEM離散元仿真研究電極壓輥

利用EDEM離散元仿真軟件模擬不同材料和工藝條件下鋰電池極片壓輥過程，了解壓輥過程中電極微觀結(jié)構(gòu)如孔隙率、厚度反彈、比表面積、顆粒接觸與粘結(jié)性斷裂等是如何受到影響，通過控制微觀結(jié)構(gòu)的致密性以獲得最優(yōu)的孔洞結(jié)構(gòu)，從而優(yōu)化電極性能。

從掃描電子顯微鏡上觀察一個真實陰極的圖像，可以看到微觀結(jié)構(gòu)主要由球形粉末組成，EDEM不僅能夠1:1復(fù)制這種微觀結(jié)構(gòu)，還提供了一系列物理特性來幫助描述材料在壓實過程中的行為。

用EDEM創(chuàng)建不同材料顆粒模型，由于代表性體積很小，我們可以將碾壓過程近似為平板。微觀結(jié)構(gòu)逐漸被壓縮，最后消除壓縮力，允許回彈。

• 評估電極總厚度的變化情況：計算總壓縮率和回彈率
  

• 評估材料是否過度壓實：壓實過程的應(yīng)力-應(yīng)變曲線或力-位移曲線

• 評估有助于指示電池性能的批量指標(biāo)：如具有代表性體積的孔隙率分布

涂層孔隙率

未壓輥及四種不同壓實率極片微結(jié)構(gòu)的實驗和模型如圖所示：壓輥過程極片涂層隨著加載壓力增加，孔隙率逐漸降低；卸載過程極片回彈，孔隙率略有升高。仿真與試驗結(jié)果相吻合。

厚度反彈

壓實較小時，顆粒之間相互接觸小，積累的彈性變形少，回彈?。粔簩嵲黾?，彈性變形增加，回彈增大；繼續(xù)增加壓實，顆粒應(yīng)變達到屈服點以上，回彈率變小。

自由比表面積

涂層中顆粒的比表面積是一個重要參數(shù)。

電極反應(yīng)大多集中在電極/電解液界面上進行，電極比表面積越大，在相同的表觀體積和電解液能夠充分潤濕的前提下，電極/電解液界面越大，電極的性能越好。

與輥壓前比較，B點壓力達到最大，壓實率最大，自由比表面積最小；隨著厚度反彈，自由比表面積增加。

顆粒固相的接觸與結(jié)合

固相顆粒之間相互接觸到電子傳導(dǎo)，粘接性能影響涂層結(jié)合強度。

隨著壓實率增加，顆粒接觸點數(shù)與結(jié)合點斷裂數(shù)均會增加；集流體與顆粒的接觸面積越大，界面電阻越小，結(jié)合強度可能越高。

電極箔應(yīng)力變形分析

此外，通過EDEM與FEA耦合仿真，對壓輥過程上下電極材料層進行建模，能夠分析電極箔材在壓輥過程的應(yīng)力和變形。