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[解析事例] 電池電極の成形プロセス（カレンダリング）における圧力と空隙率の計算

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マテリアルサイエンス

粒子法（DEM）による固体（粉体）層の圧縮伸長シミュレーション

目的と手法

電池の電極製造過程において、電極材料をローラーで圧縮成形するカレンダリングという工程があります。この工程は、材料を均一な薄膜に成形し、かつ材料間の接触面積を向上させることにより、電池の性能を向上させる役割があります。その指標として、空隙率と圧力があります。本事例では、カレンダリング工程を想定した固体粒子（粉体）の成形シミュレーションをご紹介します。

J-OCTAのエンジンの一つである VSOP-PS は、離散要素法（DEM=Discrete Element Method）を用いて固体粒子間の接触を考慮した薄膜形成時の圧力と空隙率を計算します。材料モデルは、先行例を参考に活物質6種類、バインダー1種類を異なる粒径の粒子とします。圧縮計算は、閉領域に粒子を充填後上壁を下降させて行います。空隙率は計算領域の体積から粒子の体積を引いて求めます。なお先行例と同様に、圧力と空隙率の関係は最大圧力まで圧縮後、上壁を上昇させた伸長過程で求めます。

図1 J-OCTAのRVEモデラで計算した初期粒子構造図1. J-OCTAのRVEモデラで計算した初期粒子構造

結果

図２は伸長過程における上壁にかかる圧力と空隙率の関係をプロットしたものです。VSOP-PSの結果（青丸）は先行例の実験結果、計算結果と近い結果を示しています。
VSOP-PSによる固体・粉体材料の離散要素法を用いた接触（摩擦）計算にご興味がございましたら、こちらからお問い合わせください。

図2. 伸長過程における上壁にかかる圧力と空隙率の関係図2. 伸長過程における上壁にかかる圧力と空隙率の関係

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