锂电池极片烘干工艺流场特性分析与实验研究

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近年来,面对世界环境污染和能源危机两大国际现状,新能源电动汽车的发展得到了阶段性的突破。动力锂离子电池(简称锂电池,下同)作为各类新能源汽车的核心部件,由于其存在电池组性能不稳定,续航时间较短等不足,在很大程度上制约着新能源电动汽车的快速发展。而锂电池极片的制备工艺又对锂电池的质量和寿命起着至关重要的作用,目前国内各个厂商的主要工艺流程包括:涂覆、干燥和辊压。烘干箱是极片干燥的核心工艺设备,烘干箱的结构和流场特性对于极片的干燥效果起着重要作用,本文旨在通过理论研究、数值模拟、实验验证等方法分析烘干箱内空气流场特性,对比研究不同工艺参数下的非标部件对于流场特性的影响规律,改善干燥效果,为实际工作中烘干箱的结构设计和非标部件参数选择提供理论依据。首先依据某厂的产品,利用Solid Works软件对烘干箱结构和风刀结构(烘干箱内的均流元件之一)进行三维建模,确定其结构布局,并以此为基准,结合国内众多厂家相似产品的不同结构优点,进行改进。再利用ICEM-CFD软件划分网格,运用Fluent软件设定边界条件,进而计算求解,得到所仿真对象的流场分布,所得计算结果运用CFD-POST和MATLAB软件进行分析和体现。其次,重点研究风刀不同的结构参数和技术参数对于极片表面温度、速度波动等流场均匀特性变化规律。具体以4种不同结构型式的风刀为研究对象,对比分析它们的阻力特性,以及在模拟试验箱内的均流效果,选择了阻力小、均流效果好的的风刀用于后续的研究;改变所选用风刀工作时的出风口高度、风刀内分流板角度和风刀之间的间距,确定极片表面流场均匀性最好的工况所对应的组合方案,选择了相应的工艺参数组合用于后续的研究;在不同的进风方式下,增加了上下风室导流装置(烘干箱内均流元件之一),对比分析了在有无导流装置条件下的极片表面流场特性分布情况,进而提出了一种均流装置,以达到改善烘干箱内空气速度场、温度场的目的。然后提出了一种带有废气过滤功能的热风循环式红外干燥箱的设计思路,并对此干燥箱在稳态下的流场特性进行分析。最后根据现有的烘干箱进行实验研究,进一步验证了数值模拟结果、理论研究工作的正确性和合理性。
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