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圆柱形锂离子电池真空干燥过程的数值模拟

         
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极片中的水分对锂离子电池的性能和安全有重要影响,在生产中需要通过真空干燥对其进行严格控制。目前对于真空干燥工艺的研究以实验为主,消耗了大量的能源、材料以及人力资源,且耗时较长。针对以上问题,以18650电池为研究对象,建立了扩散-流动-热传导-气液传质耦合的二维旋转模型,准确预测了真空干燥过程中电芯含水率的变化。结果表明,过程中电芯不同位置的温度、水蒸气分压、含水率较为均匀,采用均质的零维模型同样能得到准确结果;电芯材料的颗粒尺寸、孔隙率、初始含水率对水分蒸发速率有显著影响,达到相同干燥程度所需的时间相差数个小时;平衡含水率取决于温度和空气湿度,二者是影响最终含水率的主要因素;提高电芯的温度或降低烘箱的出口压力均可提高真空干燥的效率,获得更低含水率的电芯产品;以更快的速度加热电芯,更早进入真空阶段可以显著提升前期的干燥效率;在进入真空阶段后以一定频率对烘箱进行换气可以降低电芯中水蒸气分压,进而提升干燥速率,既能降低最终含水率,也可节约时间成本。本工作提出的预测模型可以快速、便捷地研究各工艺参数的影响,在锂离子电池真空干燥工艺参数优化方面具有应用价值。

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