利用仿真技术将电池涂布均匀性提升11%，缺陷率降低50%以上

于 2026-10-21 16:21:54 发布 9 0 0

产品

▪ Simcenter STAR-CCM+ —— SK On 借助 Simcenter 推动电池技术进步，提升客户满意度

商业挑战

▪ 通过预仿真优化电池电极性能与稳定性，得出最优设计方案

▪ 减少问题出现时的维护与优化时间

▪ 评估涂布工艺稳定性，提前识别潜在问题

▪ 降低制造成本，增强市场竞争力

成功要素

▪ 精确分析与预测从涂布材料流动到上料的整个过程

▪ 对设计变量和运行条件进行预先优化，提前解决潜在问题

成果

▪ 涂布均匀性提升 11%

▪ 特定产品的缺陷率降低 50% 以上

▪ 特定产线生产效率提升 1.4% 以上

▪ 新增两项专利申请

▪ 投产调试周期缩短约 3 个月

▪ 提前预测涂布工艺稳定性，在大规模量产应用前完成验证

在电池电极制造过程中，涂布质量对电芯的寿命、性能和安全性起着决定性作用。具体而言，若负极涂布量低于标准水平，会导致锂离子吸收能力下降，进而引发析锂、容量衰减和电芯寿命缩短等问题，造成正负极之间的电化学性能失衡，最终损害电芯的整体性能。

为应对这些挑战，必须找到一种能够预测涂布工艺质量与生产效率、并得出最优设计方案的方法。为此，SK Innovation 旗下子公司 SK On 采用了一种全新方式：使用西门子数字化工业软件的 Simcenter™ STAR-CCM+™ 软件，提前预测并优化涂布工艺的设计变量与运行条件。Simcenter 隶属于西门子 Xcelerator 业务平台，该平台整合了软件、硬件与服务。

利用仿真技术优化涂布工艺

原有的涂布工艺效率低下：工艺条件一旦变更，就需要耗费大量时间进行试运行；一旦出现问题，返工也不可避免。为解决这些难题，SK On 探索了开发狭缝（slot die）涂布设计分析工具的方案，并认定利用 SK Innovation 的高性能仿真分析程序是切实有效的解决之道。

狭缝（slot die）涂布机可将液态或熔融材料均匀、精准地涂覆到基材上。凭借精确的流量与速度控制，它能够形成超薄涂布层，因此在电池、电子、能源和显示面板等众多行业得到广泛应用。为了模拟整个狭缝涂布过程，SK On 使用了 Simcenter STAR-CCM+，精确计算了从涂布材料流入分配腔入口、到涂覆于基材之上这一全过程的流量分布。

仿真结果显示，SK On 将整个涂布宽度范围内的流量与压力分布波动始终控制在 3% 以内。由此，公司无需额外的试验设计流程便实现了高水平的涂布均匀性，为高品质涂布的实现提供了有力保障。

此外，SK On 还开发了一个仅基于入口流量条件即可预测整个涂布宽度范围内涂布质量的定量模型，并在此基础上建立了一套无需样件即可可靠设定工艺条件的系统。

“实践证明，使用 Simcenter STAR-CCM+ 的方法比传统方法更加精确、可靠。”

—— Kim Sujeong，专业经理，SK Innovation

提升生产效率、降低缺陷率

在电动汽车（EV）电池行业，快速充电与稳定性保障至关重要。基于修改狭缝涂布机形状后的 Simcenter STAR-CCM+ 仿真结果，SK On 构建了一个更贴近目标工艺条件的模型，并将该设计应用于后续的大规模量产工艺中，验证了其能够长期稳定运行。

此外，凭借比现有狭缝涂布设备制造商更为先进的分析程序，SK On 摆脱了以往单纯依赖测量仪器或感官经验来现场评估问题的方式。如今，他们可以将基于理论的分析结果融入设计之中，提前预判潜在问题，从而有效降低重复试验和设计变更所产生的成本。

改进工艺流程与数据共享

通过将 SK On 的工艺专长与 SK Innovation 的仿真分析能力相结合，两家公司引入了 Simcenter STAR-CCM+，建立了提前预测和优化工艺条件的基础。这一方法使两家公司能够在预检阶段及早识别并管控潜在问题，从而最大限度减少试错。

同时，通过获取基于仿真的定量数据，他们提升了决策的客观性与速度，使设计部门、生产部门与供应商之间的沟通更加高效，减少了返工时间。

利用零件替换（Replace Part）功能加速分析

Simcenter STAR-CCM+ 的零件替换（Replace Part）功能允许用户快速替换计算机辅助设计（CAD）模型中的零部件。借助该功能，工程师可以简化设计变更任务，无缝更新仿真模型。

SK Innovation 充分利用了 Simcenter STAR-CCM+ 的零件替换功能——该功能在单一平台上即可支持从前处理到后处理的完整流程。因此，公司能够快速替换几何模型、自动化重复性分析任务，而无需重建整个模型。凭借这些功能优势，他们大幅缩短了工作时间，也为更灵活地应对设计评审和条件变更奠定了基础。

实现全流程变革

对 SK Innovation 和 SK On 而言，这些成就远不止于引入仿真工具，而是推动了从产品开发、制造到供应链管理的全流程务实创新。

在产品开发方面，他们利用仿真优化了涂布机结构，无需实验即可精确预测性能。“西门子解决方案的运用，在提升涂布均匀性方面发挥了关键作用，比以往方法提升了 11% 以上。”—— Park Jiyeon，专业经理，SK On。此外，他们还提交了两项专利申请，以验证其技术实力。

在制造环节，两家公司缩短了工艺稳定所需的时间，最大限度减少了为快速应对涂布条件变化而进行的试错，将投产调试周期缩短了 3 个月以上。

最后，在供应链管理方面，公司的质量改进工作成效显著：特定产品的缺陷率降低了 50% 以上，生产效率提升了 1.4% 以上。此外，公司通过及时响应合作伙伴的需求，增强了协作的稳定性与可靠性。

“借助 Simcenter，通过预测并获得以往被认为只能在现场才能获取的数据结果，我们为电池技术的整体发展做出了重大贡献。”

—— Kim Juhyun，专业经理，SK On

打造更高品质的电池，同时强化竞争力

将 Simcenter STAR-CCM+ 引入 SK On 的工艺流程带来了显著收益：精确预测流动特性与涂布材料均匀性。借助 Simcenter STAR-CCM+，公司消除了既有工艺中的低效环节，提升了设计可靠性与质量稳定性。

通过这些变革，与以往反复调试、以返工为中心的模式相比，SK On 实现了明显的时间节约与成本效益。如今，公司已具备开展高精度仿真分析的能力——这对其合作伙伴而言曾是一项挑战——并全力投入基于自主设计的设计与设备制造，将其落实到实际生产环境中。

“借助 Simcenter，通过预测并获得以往被认为只能在现场才能获取的数据结果，我们为电池技术的整体发展做出了重大贡献。”—— SK On 电极工艺技术团队专业经理兼组长 Kim Juhyun。

这种基于仿真的设计优化还带来了制造成本的降低、缺陷率的下降和生产效率的提升，最终有助于提升客户满意度、增强市场竞争力。