Modelling of dry manufacturing of LFP cathode filaments with twin-screw extruder using the Discrete Element Method (Open Access)
Kaize Shi, Ali Hassanpour, Meisam Babaie, Masoud Jabbari*
Keywords: Lithium-ion batteries; Dry manufacturing; Discrete element method; 3D printing; Twin-screw extruder
DOI: 10.1016/j.partic.2025.11.020
材料挤出是锂离子电池中干法电极制造的关键步骤，相较传统浆料工艺，不仅降低了生产成本，也大幅减少了对环境的影响。尽管基于离散元方法的介观模型已用于研究双螺杆挤出过程，但挤出物在离开喷嘴后的微观结构表征，长期以来仍是研究空白。
来自英国利兹大学的研究团队，采用离散元模拟方法，系统探究了无溶剂双螺杆挤出过程中，工艺参数对电极材料微观结构及电化学性能的影响。研究不仅揭示了挤出物的膨胀行为，还首次引入统计检验方法对其微观结构的动态稳定性进行评估，为干法电极制造的工艺窗口设计提供了重要的理论支撑，推动低成本、绿色电池制造向工业化迈进。
创新点
多参数敏感性分析：通过DEM模拟，系统研究了进料速率、进料方式、螺杆转速、颗粒内聚力等关键工艺参数对电极材料微观结构与电化学性能的影响，填补了干法电极挤出后微观表征的研究空白。
引入“挤出膨胀”分析：首次定量考察挤出物的挤出膨胀行为，发现将螺杆转速从100 RPM提升至500RPM，可使挤出物孔隙率降低10%，并有效抑制膨胀，提升结构稳定性。
动态稳定性评估新方法：创新性地引入ADF (Augmented Dickey-Fuller)检验，对挤出过程中产物质量的时间动态稳定性进行分析。结果表明，较低的螺杆转速有助于提升挤出过程的稳定性，从而获得更均匀、更可靠的电极质量。
相关研究成果发表于PARTICUOLOGY（Volume 109），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
Shi, K., Hassanpour, A., Babaie, M., & Jabbari, M. (2026). Modelling of dry manufacturing of LFP cathode filaments with twin-screw extruder using the Discrete Element Method. Particuology, 109, 1-11. https://doi.org/10.1016/j.partic.2025.11.020