Simulation of an intensive lab mixer for dry mixing of Li-ion cathode materials via the discrete element method (OpenAcess)
Clemens Lischka*, Hermann Nirschl
Keywords: Li-Ion battery production; NMC-622; Carbon clack; Dry mixing; Discrete element method; Simulation; Intensive mixer
DOI: 10.1016/j.partic.2025.06.002
表征电池电极材料干混过程的两个重要参数（混合程度和混匀时间）通常取决于混合机的类型，且需要通过大量的实验才能获得相关数据。本文以目前被广泛使用的Eirich强力混合机为研究对象，以电池正极活性材料NMC622和导电剂炭黑Super C65为模型物质，采用试验和离散元（DEM）仿真相结合的方法，系统研究了Eirich（EL1.0）强力混合机中锂离子正极材料的干混过程，考察了混合机各运行参数对物料的破碎及其混匀效果的影响。
研究发现，导电剂炭黑的破碎主要源于高速旋转混合机对物料的冲击应力，而非传统认为的剪切作用。作者通过Lumisizer粒径测量验证了粉末堆积密度与比能量输入间的关联性，明确堆积密度可作为炭黑粉碎度的直接表征指标，且与比能量输入高度相关。研究还量化了多种参数（如混合机的旋转速度、操作模式、倾斜度、装料量、搅拌部件的几何设计等）对碰撞频率与能量耗散的影响。结果显示，混合物在混合开始的30秒内即可混均，几乎不受转子转速影响；另外，当转速低于20 m/s时，逆向混合操作模式下的碰撞频率要高于同向混合模式，而当转速高于20 m/s时，逆向混合模式下破碎性能并没有得到明显提升。
本研究构建的DEM模拟框架，为优化混合工具设计以及提升干法混合工艺提供了关键的方法支撑与理论指导，为推进锂离子电池电极制备的性能提升和成本降低提供了有效路径。
相关研究成果发表于PARTICUOLOGY（Volume 104），欢迎感兴趣的读者扫描下方二维码或者点击文末“阅读原文”进入ScienceDirect官网阅读、下载！
编辑、排版：《颗粒学报》编辑部
文章信息
Lischka, C., & Nirschl, H. (2025). Simulation of an intensive lab mixer for dry mixing of Li-ion cathode materials via the discrete element method. Particuology, 104, 52-67. https://doi.org/10.1016/j.partic.2025.06.002