隨著鋰電池制造成本的降低和產(chǎn)品性能的提高，鋰電池在人們生活中的應用越來越多。這對鋰電池的產(chǎn)品性能提出了更高的要求，也對鋰電池制造工藝提出了更嚴格的要求。鋰電池的核心工藝之一是電極片的制備。鋰離子電池正負極片制備完成后，通過纏繞或層壓等工藝將電解液注入電池中，通過封裝、充電和放電活化后即可使用。

電池電極片介紹

其中，電池電極片是夾層結構的復合材料，主要由活性材料顆粒、粘合劑和導電劑組成的雙面多孔涂層和夾在在中間的金屬集電箔組成。陰極和陽極電極漿料的制備完成后，通過涂覆工藝將其涂覆在鋁箔和銅箔上。對于電極片的涂覆過程來說，涂覆后電極片的干燥是主要的能耗單元之一，也是研究的重點。有關信息，請參閱電池鋁箔制造商和全球十大鋰電池銅箔公司，希望對您有用。

電極片干燥過程中殘留的溶劑對電極片后續(xù)處理的穩(wěn)定性、容量和循環(huán)壽命有很大影響。該工藝不僅影響電池的制造成本，還間接決定了電池的制造工藝水平和安全性。由于對鋰電池電極片的涂覆和干燥工藝缺乏深入研究，目前普遍難以從質(zhì)量上提高干燥效率。

 

電極片干燥技術

干燥的直接目的是促進溶劑從涂料漿料中高效快速地去除。電極片的干燥方法有很多種。常見的干燥方法主要有熱風干燥（對流熱風干燥、雙面送風懸浮干燥、循環(huán)熱風沖擊干燥）、過熱蒸汽干燥、遠紅外輻射干燥和微波干燥。每種方法都有其優(yōu)缺點，也有其應用，主要取決于各自工藝參數(shù)的設置和溶劑殘留量的控制要求。

 

熱風干燥

傳統(tǒng)的熱風干燥法是最早廣泛使用的方法，設備簡單易操作。熱風干燥中的熱量來自電能或蒸汽熱。鋰電池電極片漿料中活性材料的粒度為納米級，干燥時顆?？讖郊s為數(shù)十納米，具有毛細管多孔介質(zhì)的特性。因此，當涂料漿料干燥時，溶劑去除方法對電極活性材料的均勻分布有很大影響。

 

 

一般采用雙面送風懸浮干燥的方式對雙面片材進行干燥，干燥效率高，干燥效果好。然而，送風機的功耗相對較大，并且嚴格控制送風的均勻性。否則，涂層厚度的均勻性將較差，并且會增加箔材的難度，并且容易損壞皮帶，從而導致停機。

在此基礎上，研制的循環(huán)熱風沖擊干燥裝置具有較高的工作效率。這種方法將熱空氣高速噴射到涂層漿料的表面上，這削弱了涂層表面的不均勻性，提高了涂層的厚度一致性。在實踐中，干燥過程是通過分段調(diào)節(jié)風量和空氣溫度來調(diào)節(jié)的，這需要大量的投資和復雜的維護。

 

紅外線干燥

與熱風干燥不同，紅外干燥可以去除電極涂層中的毛細管水分和表面殘留水分，特別適用于大厚度的高能電極涂層。紅外輻射干燥主要利用紅外線蒸發(fā)溶劑，干燥過程簡單，熱量集中，干燥速度快。它通常與對流干燥相結合，形成一個混合干燥系統(tǒng)。由于涂層厚度的差異，紅外干燥溫度的不均勻性尚未完全解決，漿料對非水溶劑的干燥效率不足。

 

 

微波干燥

微波干燥技術通過微波介電加熱來促進電極片中水分的去除。微波爐是體積加熱。在干燥時，電極片內(nèi)部的自由水首先被蒸發(fā)，形成高的蒸發(fā)壓力梯度并加速內(nèi)部水的遷移。微波混合干燥可以大大提高干燥效率，干燥過程中對涂層的損傷較小，但容易造成電極片的鼓包和油炸。

 

 

在實踐中，各種電池制造商往往不會單獨使用某種干燥方法，而是在熱風干燥的基礎上結合紅外和微波等干燥技術來提高干燥效率。雖然紅外干燥可以彌補微波輔助技術的不足，但紅外線的均勻性較差，導致電極片的干燥速率不一致，降低了電池的容量一致性。

 

干燥工藝參數(shù)及電極片缺陷

目前，主要的干燥方法仍然是熱風干燥。在干燥過程中，熱風速度、空氣溫度、涂層厚度、漿料特性和干燥設備結構都會受到影響。良好的干燥工藝確保了漿料流體的均勻涂布，提高了動力電池的一致性，確保了活性材料的良好分散性，并形成電解質(zhì)通道以增加活性材料的充放電速率。

干燥不良可能導致涂層出現(xiàn)結塊、針孔、厚度不均勻、劃痕和拖尾等各種缺陷。干燥過程操作不當將直接導致動力電池性能下降，每批電極片的一致性會惡化，這將嚴重影響匹配工藝段的產(chǎn)量和模塊的循環(huán)壽命。涂層的整體干燥時間較短，主要考慮了熱風溫度、風速和漿液固含量（溶劑含量）的影響。

 

熱空氣溫度

在初始階段，不同溶劑使用的溫度不同。例如，水性溶劑在低溫下不容易干燥，并且溫度低，定速段的維護時間更長。通常，當水性漿料的熱風溫度為90°C時，電極片的干燥速度更快，干燥缺陷更少。

研究發(fā)現(xiàn)，當干燥溫度較低時，粘合劑的分布更均勻，集電體與活性材料之間的結合更強。干燥溫度高不僅容易導致粘合劑局部富集，而且表面平整度差，降低了纏繞過程的產(chǎn)率。這是因為過高的溫度會使電極片的表面硬化，導致電極片破裂和起皺。

在干燥過程中，涂層溶劑持續(xù)蒸發(fā)，粘度迅速增加，但表面溶劑的遷移率高于箔端附近。由于表面張力的劇烈變化，容易出現(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡、厚邊缺陷或粘合劑/固體顆粒的團聚。

 

 

熱風速度

熱風干燥過程中氣流速度過快會導致涂層不均勻，直接影響動力電池的性能。因此，應在不同階段控制空氣流速。通常，粘度較低的漿料比粘度較高的漿料更敏感。為了減少涂層的流動和損壞，有必要使用低空氣速度進行干燥。

如果烤箱的空氣速度太大，涂層容易產(chǎn)生氣泡。這是因為進出涂層烘箱的風管中積聚了大量灰塵，增加風量（風速）容易卷起積聚的灰塵，這些灰塵散落在潮濕的涂層表面并產(chǎn)生大量氣泡。散斑缺陷是由熱空氣流速不穩(wěn)定引起的圖案狀散斑的形成。

 

 

涂層厚度

涂層的厚度主要由電池的充放電和容量特性的設計參數(shù)決定。涂層較厚，容量較大，但充放電速率有限。涂層薄，電池充放電率大，容量相應有限，涂層干燥快，涂層缺陷相對較少。一般認為，涂層越厚有利于干燥應力的釋放，涂層附著力越好，涂層越薄，粘合劑等非活性材料的偏析越弱。干燥后活性材料的界面分析表明，導電劑分散不均勻主要影響集電體電阻，而涂層厚度沒有顯著影響。如果涂層厚度沒有得到適當?shù)目刂疲秃苋菀桩a(chǎn)生褶皺和條紋等缺陷。

 

 

漿液性質(zhì)

漿料的影響主要體現(xiàn)在溶劑的含量和類型，以及活性物質(zhì)的分散和粘附特性上。電極片的干燥受涂層工藝的影響很大，涂層要求均勻、無明顯顆粒。干燥時，熱空氣的相對干燥度通常通過前段的部分回風來降低，以避免過度去除表面溶劑，而后段則要求可以適當提高溫度，以提高干燥效率并減少溶劑殘留。在干燥的早期階段，漿料的流動性較大，溶劑的特性影響干燥過程，活性物質(zhì)的顆粒重排過程發(fā)生在分散過程中。

干燥后期的溶劑含量較低，涂層基本上失去了流動性?；钚晕镔|(zhì)和粘結劑的分散性是影響后期干燥的主要因素。通常情況下，粘合劑的分散性受到干燥速率的影響，如果操作不當，則會出現(xiàn)明顯的團聚現(xiàn)象，這可能是由于大量溶劑蒸發(fā)導致粘合劑富集所致。

 

 

總結

電極片干燥涉及多相材料在不同尺度上的傳輸，具有物理過程復雜、干燥過程多樣的特點。涂料粘結劑在干燥過程中的聚集方式受干燥過程的影響很大，活性材料團聚體形成的微孔通道在不同尺度上具有不同的傳輸過程。

在實踐中，需要綜合考慮涂層漿料的性能、涂層方法以及隨后的制造工藝，如軋制。對電極片干燥工藝與電極片成本和質(zhì)量之間關系的研究仍然不足，缺乏對鋰電池生產(chǎn)專用干燥設備的詳細研究。需要不斷積累涂層干燥工藝數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，優(yōu)化涂層干燥方法。