电池粉末压实过程中的力学-电化学性能分析

· 实验检测

粉末压制是一种常见的制造与测试工步，在储能、陶瓷、化工、制药行业中广泛应用。由于其高灵活性、高材料利用率和灵敏控制，在动力电池与储能电池行业中应用尤其广泛。上图为为PRCD系列粉体电阻&压实密度测试设备及压缩性能测试功能示意图，其中（a）&（b）为评估压缩性能的卸压测试方法，粉体颗粒受压伴随有弹性形变和塑性形变，当施加在粉体颗粒上的压力进行卸除后，弹性形变部分会恢复，结合图2（a）的压力设定模式，卸压后粉体的厚度扣减加压后粉体厚度定义为粉体的反弹厚度，图2（b）为不同材料间的反弹厚度差异随压强变化曲线，随着加压压力的增大材料的反弹厚度逐渐增大并趋于平稳。结合粉体压缩过程机理，当粉体本身发生破碎时，不可逆的塑性形变占比较大，卸压后材料的反弹厚度将无法恢复，这也是卸压测试方法开发的初衷，希望能通过卸压测试模式实现粉体颗粒破碎的表征。

· 机理分析

为了模拟粉末压实，必须确定受界面力、界面位移和体力影响的应力状态、应变和位移，以及它们在粉末体中传播的方式。在选择合适的连续模型来描述粉末在压实过程中的变形行为时，必须考虑材料对环境和应用应力状态的响应。这包括(1)压实过程中“摩擦”和“可压缩”粉末的屈服、硬化和失效特性；(2)压实下粉末床的大应变配方；(3)粉末与模具壁界面的摩擦；(4)压实过程完成后压实层内的弹性重合。有了这些信息，就可以确定一个折叠紧凑的内部和外部结构状态的演变，并描述模具（模具）的响应。并且粉体压实是一个多物理场耦合作用问题，在粉体压实过程中随着外部压力的变化，导致粉体孔隙率、相对密度、弹塑性性质发生改变，进一步导致粉末的电阻率、电导率发生改变。因此力电强耦合也是分析电极粉末性能的重要基础工具。

塑性模型。从“静水压力模型”到“广义可塑性模型”，颗粒状材料有许多“可塑性”模型。带帽的德鲁克 – 普拉格 (DPC) 模型因其可以通过实验数据轻松描述和校准材料参数而广泛用于模拟药物粉末的压制过程。为了使用 DPC 模型模拟电极粉末压制，材料属性与试试相对密度进行关联。密度依赖的德鲁克-普拉格盖（DPC）模型被广泛用于评估粉末的压实行为，因为它能够捕获与粉末压实过程相关的各种现象，如工作硬化、非线性致密化以及粉末的摩擦和可压缩行为。