学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

镍氢动力电池正极极板制备工艺理论研究与装备开发

作　者: 马广君
导　师: 巩亚东；蔡光起
学　校: 东北大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 正极板制备镍氢动力电池模糊控制专家智能控制神经网络控制
分类号: TM912
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 53次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

镍氢动力电池的研究开发一直是国际上一系列重大科技发展计划的热点之一,而电池极板制备技术及其装备的开发是制约镍氢动力电池发展的关键,针对这一关键问题,东北大学先进制造技术及自动化研究所与沈阳东鹏电池装备有限公司共同开发了镍氢动力电池正极板制备的自动化生产线,这对于提高我国整个电池行业的水平,提高其在国际市场上的竞争力是当务之急。本文首先介绍了镍氢动力电池极板制备技术、选题背景及其国内外的发展历史和研究状况。阐述了镍氢动力电池极板制备技术及其装备的特点和应用前景。对镍氢动力电池极板制备关键技术及其装备进行了较为系统的研究,其主要研究内容与成果如下。(1)对正极基板分类的研究表明,卷状发泡镍适合于连续自动化生产；通过扫描电镜分析,化学镀、真空溅射的发泡镍都具有光滑的表面,而采用浸渍石墨涂层发泡镍的表面很粗糙,而且有相当数量的封闭孔,这些孔对极板涂布有不利的影响。研究了发泡镍抗拉强度与其面密度的关系；通过对发泡镍的镀层厚度分布系数(TDR)的研究得知,如果TDR值大,表明发泡镍内部较脆弱。在极板卷绕时,容易断裂,在极板轧制过程中,发泡镍也容易断筋,而且还会导致电池内阻增加。(2)通过对正极基板在预压过程中变形规律的研究表明,在三类基板中,发泡镍的延伸率最大,复合材料次之,纤维镍最小。针对动力电池极板广泛使用的发泡镍在预压过程中的受力状况和变形进行了分析,得出的结论是预压辊直径变化对正极基板延伸率的影响很小。(3)对动力电池正极基板预留集流体焊道的各种技术进行了分析研究,探讨了高压水流冲洗与真空吸附技术清理焊道活性物质的机理。(4)通过对正极极板涂布影响因素的分析表明,发泡镍的孔型和孔率对极板涂布的影响很小；Ni(OH)2粒度和形状对极板涂布的影响较大；浆料的黏度和流动性对极板涂布的影响很大,若浆料黏度太低或者太高,将导致极板上浆量不足。(5)通过对正极极板的各种涂布方法的分析研究,提出了恒压力涂布与精密刮涂技术复合的工艺方法,彻底解决了极板表面浮粉问题；解决了如何检测极板涂布活性物质密度均匀性的问题。(6)通过对正极极板在轧制过程中变形机理研究表明,轧辊直径变化对极板延伸率的影响很大；并建立了轧辊半径与极板轧制前和轧制后的厚度关系方程式；压力变化对极板延伸率的影响很小。极板的压比对其延展率的影响,二者是指数关系,一般,压比m越大,延伸率δ也越大。(7)针对合浆工艺过程,建立了模糊控制模型,并建立了最佳转速和最佳混合搅拌时间的模糊全自动浆料混合系统的模糊控制规则；对极板涂布烘干这个非常复杂而又难以控制的过程,采用专家智能控制,并确立了极板生产过程的知识库结构；对极板轧制厚度的控制,采用了非线性神经网络控制系统。(8)通过生产装备的实际运行证明了,镍氢动力电池正极极板制备工艺原理是正确的,设备结构合理,其性能稳定可靠。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-16
第一章绪论  16-27
  1.1 选题背景  16-18
  1.2 镍氢动力电池及其极板制造技术的国内外发展概况  18-23
  1.3 镍氢动力电池及其极板制造技术的发展方向  23-25
  1.4 本文的主要工作  25-27
第二章正极基板的分类及其性能研究  27-37
  2.1 正极基板的分类  27-28
    2.1.1 发泡镍的分类  27-28
    2.1.2 纤维镍的分类  28
  2.2 正极基板发泡镍的主要性能  28-32
    2.2.1 发泡镍的生产方法  28-30
    2.2.3 发泡镍的机械性质  30-31
    2.2.4 发泡镍的镀层厚度分布系数  31-32
  2.3 正极基板在预压过程中的变形规律  32-35
    2.3.1 正极基板在预压过程中的受力分析  32-33
    2.3.2 正极基板在预压过程中的变形分析  33-34
    2.3.3 预压辊直径变化对正极基板延伸率的影响  34-35
    2.3.4 发泡镍的厚度预压量变化对其延伸率的影响  35
  2.4 本章小结  35-37
第三章正极极板浆料混合过程的研究  37-43
  3.1 概述  37
  3.2 正极极板浆料混合过程  37-38
    3.2.1 物料称重  37
    3.2.2 合胶  37
    3.2.3 电极浆料混合  37-38
  3.3 实验设计  38-39
    3.3.1 Ni(OH)_2的选择  38
    3.3.2 物料加入量  38
    3.3.3 黏合剂的分散性和其加入量的选择  38
    3.3.4 去离子水加入量  38-39
    3.3.5 桨叶转速的确定  39
    3.3.6 浆料混合时间  39
    3.3.7 浆料混合质量测试  39
  3.4 实验结果与讨论  39-42
    3.4.1 Ni(OH)_2类型对合浆过程的影响  39-40
    3.4.2 Ni(OH)_2粒度对合浆过程的影响  40
    3.4.3 物料加入量对合浆过程的影响  40
    3.4.4 黏合剂的分散性和其加入量的选择  40-41
    3.4.5 去离子水加入量  41
    3.4.6 桨叶转速的确定  41-42
  3.5 本章小结  42-43
第四章正极极板预留集流体焊道和涂布方法的研究  43-62
  4.1 各种预留集流体焊道方法的特点  43-44
    4.1.1 正极极板涂布前滚焊极耳  43
    4.1.2 正极极板涂布前贴胶带保护焊道  43
    4.1.3 正极极板涂布后高压水力清洗焊道  43-44
    4.1.4 正极极板涂布烘干后清理焊道  44
  4.2 分析常规的先焊接集流体与粘贴保护材料技术的利弊  44
  4.3 探讨高压水流冲洗与真空吸附技术清理焊道的机理  44-45
  4.4 正极极板各种涂布方法特点  45-46
    4.4.1 表面刮涂  45
    4.4.2 浸润涂布  45
    4.4.3 辊轮涂布  45-46
    4.4.4 恒压力涂布与精确刮涂复合技术  46
  4.5 影响恒压力涂布的各种因素分析  46-54
    4.5.1 发泡镍的影响  46-47
      4.5.1.1 发泡镍孔型的影响  46-47
      4.5.1.2 发泡镍孔率和面密度的影响  47
    4.5.2 Ni(OH)_2的物理性能对正极极板涂布的影响  47-50
      4.5.2.1 Ni(OH)_2的表面形貌、粒径及粒径分布对极板涂布影响  47-49
      4.5.2.2 Ni(OH)_2的堆积密度对正极极板涂布的影响  49-50
    4.5.3 Ni(OH)_2堆的流动性和沉降性对极板涂布的影响  50
    4.5.4 浆料黏度对正极极板涂布的影响  50-51
    4.5.5 涂布头沟道形状对正极极板涂布的影响  51-54
      4.5.5.1 矩型沟道  52
      4.5.5.2 园型沟道  52-53
      4.5.5.3 变截面积沟道  53-54
      4.5.5.4 流场研究  54
  4.6 恒压力涂布的实验设计  54-56
    4.6.1 发泡镍的选择  54
    4.6.2 Ni(OH)_2类型和粒径的选择  54-55
    4.6.3 浆料黏度的确定  55
    4.6.4 涂布头沟道截面形状的设计  55
    4.6.5 涂布头腔体的设计  55
    4.6.6 正极极板性能测试  55
    4.6.7 整体电池测试  55-56
  4.7 实验结果与讨论  56-60
    4.7.1 发泡镍面密度和厚度对极板容量、强度、内阻的影  56-58
    4.7.2 Ni(OH)_2对极板容量的影响  58
    4.7.3 浆料黏度的影响  58
    4.7.4 涂布头沟道截面的影响  58-59
    4.7.5 涂布头腔体形式的影响  59-60
  4.8 本章小结  60-62
第五章正极极板轧制工艺及参数选择  62-72
  5.1 正极极板轧制工艺过程及工艺原理  62-64
    5.1.1 正极极板轧制成型过程  62
    5.1.2 正极极板轧制工艺原理  62-64
  5.2 轧机的操作原理和设备参数  64-65
  5.3 轧机的构造  65-66
  5.4 正极极板轧制的特点  66-67
  5.5 正极极板在轧制过程中的变形规律研究  67-71
    5.5.1 正极极板轧制前后的表面和断面形貌分析  67-69
    5.5.2 轧制力变化对正极极板厚度和延伸率的影响  69-70
    5.5.3 轧辊直径变化对正极极板延伸率的影响  70-71
    5.5.4 正极极板的压比与延伸率的关系  71
  5.6 本章小结  71-72
第六章正极极板制备过程的智能控制  72-89
  6.1 浆料混合过程及性能的模糊控制系统  72-74
    6.1.1 浆料的混合系统  72
    6.1.2 合胶  72
    6.1.3 合浆  72-73
    6.1.4 合浆系统的模糊控制  73-74
  6.2 正极极板涂布烘干过程的专家智能控制系统  74-77
    6.2.1 正极极板涂布的目的  74
    6.2.2 正极极板涂布烘干过程  74-75
    6.2.3 正极极板涂布烘干过程的专家智能控制  75-77
  6.3 正极极板轧制厚度的非线性神经网络控制系统  77-83
    6.3.1 正极极板轧制过程的分析与控制  77
    6.3.2 正极极板轧机建模与控制  77-80
    6.3.3 用神经网络进行对象建模  80-81
    6.3.4 应用神经网络模型的非线性控制系统  81-82
    6.3.5 仿真结果比较  82-83
  6.4 控制系统  83-88
    6.4.1 概述  83-84
    6.4.2 基本配置  84-86
    6.4.3 系统操作过程  86-88
    6.4.4 系统故障处理  88
  6.5 本章小结  88-89
第七章正极极板轧机设计  89-128
  7.1 轧机结构设计  89-97
    7.1.1 设计要求  89
    7.1.2 总体方案的设计制定  89-90
    7.1.3 选择电机  90-91
    7.1.4 分配传动比  91-92
    7.1.5 传动装置的运动以及动力参数计算  92-93
    7.1.6 传动件的设计  93-95
    7.1.7 轴承的选择  95
    7.1.8 轧辊轴的设计及强度计算  95-97
  7.2 PRO/E软件功能特点简介  97-103
    7.2.1 Pro/ENGINEER的简单介绍  97-99
    7.2.2 常用模块  99-100
    7.2.3 Pro/ENGINEER各操作界面的功能特点  100-103
  7.3 零件的设计和装配  103-110
    7.3.1 零件的设计  104-107
    7.3.2 零件的装配  107-110
  7.4 工程图的制作  110-115
    7.4.1 工程图的功能与模式  110
    7.4.2 视图的操作  110-112
    7.4.3 尺寸的创建与修改  112-113
    7.4.4 工程图及视图的比例  113
    7.4.5 零件工程图的创作  113-115
  7.5 轧机系统的运动仿真及其爆炸图的建立  115-120
    7.5.1 Mechanism的操作流程及其指令机构  116-117
    7.5.2 建立运动模型  117-118
    7.5.3 爆炸图的建立及动画演示  118-120
  7.6 轧辊的有限元分析  120-126
    7.6.1 结构分析的工作流程  120-121
    7.6.2 模型的类型及其理想化  121-122
    7.6.3 约束和载荷  122
    7.6.4 建立分析及获取结果  122-126
  7.7 正极极板轧机安装  126-127
  7.8 本章小结  127-128
第八章正极极板生产线开发与工艺参数选择  128-136
  8.1 正极极板制备工艺过程布局  128
  8.2 正极极板制造装备  128-134
    8.2.1 正极基板预压机  128-129
    8.2.2 正极极板涂布机  129-131
    8.2.3 正极极板烘干炉  131
    8.2.4 正极极板轧机  131-132
    8.2.5 正极极板剪切机  132-133
    8.2.6 纠偏机  133-134
  8.3 正极极板制备过程工艺参数选择  134
  8.4 本章小结  134-136
第九章结论与建议  136-138
  9.1 结论  136
  9.2 建议  136-138
参考文献  138-150
致谢  150-151
作者简历  151-152
攻读博士学位期间发表的论文  152-153
附录  153

镍氢动力电池正极极板制备工艺理论研究与装备开发

内容摘要

全文目录

相似论文