结合 Granutools 测量与 DEM 模拟改进固态电池生产

2026-04-07

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DEM 模拟在固态电池生产中的应用

随着电动汽车等新技术对能源存储需求的增长，电池的生产不断加强。同时，电池的性能需要持续提升，这就要求对生产线中的工艺进行改进。新兴的工艺可以直接处理粉末形态的原材料，从而免去了电极成型过程中使用溶剂的需要。然而，处理粉末具有挑战性，因此，在固态电池制造工艺和干法工艺中，粉末处理的优化受到了广泛关注。

DEM 模拟在固态电池生产中日益普及。实际上，粉末的复杂性加上制造工艺的复杂性，使得通过数学模型或实验方法解决问题变得非常困难。相反，DEM 模拟可以研究众多参数的影响，改变工艺几何结构以及所使用的粉末材料。因此，DEM 模拟有望成为固态电池生产中工艺改进的优选工具。

为什么要使用 Granutools 仪器？

虽然原理看似简单，但数值化地再现粉末流动需要正确设定颗粒参数（如颗粒粗糙度、形状、摩擦系数、内聚力等）以反映现实情况。此外，这些参数通常是未知的，且难以测量。因此，数字孪生方法越来越受到推崇。该方法通过反复试验调整这些参数，直到数字孪生中的流动与观察到的粉末实际流动相符。在这种方法中，必须使用几何形状简单、易于作为数字孪生进行数值实现的实验装置。这样，模拟的流动就可以很容易地进行分析，并与实际的实验装置进行比较。

Granutools 仪器是采用数字孪生方法进行校准的理想工具。这是因为它们设计有简单的几何形状，易于在数值模拟中实现，并提供易于计算和解释的度量指标。此外，某些度量指标对特定参数更为敏感，从而可以使用专门的度量指标对每个参数进行有效校准。

例如，干混是一个重要但了解甚少的步骤，而电池的性能却高度依赖于这初始阶段。使用 GranuDrum 的数字孪生进行校准的 DEM 模拟可以更好地理解干混过程中发生的机制，并改进实际生产线中的这一工艺。许多其他工艺，如双螺杆挤出机中的原纤化或压延机中的粉末压实，都依赖于颗粒物理学现象和颗粒参数（颗粒形状、摩擦力、内聚力、粒径分布等）。所有这些涉及粉末和颗粒材料处理的电极生产工艺，都可以通过良好校准的 DEM 模拟获得更深入的理解和改进。