【分析示例】电池正极制备过程（压延）中的压力和孔隙率计算

采用离散元法（DEM）对固体（粉末）层的压缩和拉伸进行模拟

一、目标和方法

在电池电极的制造过程中，有一道称为压延的工序，电极材料在压延机的作用下压缩成型。这一工艺可将材料形成均匀的薄膜，并增加材料之间的接触面积，从而提高电池性能。孔隙率和压力是这一工艺的指标。在本案例研究中，我们介绍了假设压延工艺形成固体颗粒（粉末）的模拟。VSOP-PS是J-OCTA的模拟器之一，它使用离散元法（DEM, Discrete Element Method）计算薄膜形成过程中的压力和孔隙率，同时考虑到固体颗粒之间的接触。在材料模型中，根据之前的研究，使用了6种活性材料和1种粘合剂表征不同直径的颗粒。压缩计算通过在封闭区域填充颗粒，然后降低上壁来实现。从计算区域的体积中减去颗粒的体积即可得到孔隙率。与之前的研究一样，压力和孔隙率之间的关系是通过压缩到最大压力，然后向上拉伸上壁得到的。

图1. 使用J-OCTA的RVE模型构建的初始颗粒结构

二、结果 

图 2 显示了拉伸过程中上壁所受压力与孔隙率之间的关系。VSOP-PS 的结果（蓝色圆圈）与前人的实验和计算结果接近。

本文介绍了使用VSOP-PS对固体和粉末材料的接触（摩擦）进行离散元法计算，如果您感兴趣，请联系我们。

图2. 在拉伸过程中上壁压力和孔隙率之间的关系