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(yīng)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(yán)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(fù)極片制備完成后，通過纏繞或?qū)訅旱裙に噷㈦娊庖鹤⑷腚姵刂?，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(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，主要由活性材料顆粒、粘合劑和導(dǎo)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(diǎn)。有關(guān)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(shù)

干燥的直接目的是促進(jìn)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(fēng)干燥（對流熱風(fēng)干燥、雙面送風(fēng)懸浮干燥、循環(huán)熱風(fēng)沖擊干燥）、過熱蒸汽干燥、遠(yuǎn)紅外輻射干燥和微波干燥。每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，也有其應(yīng)用，主要取決于各自工藝參數(shù)的設(shè)置和溶劑殘留量的控制要求。

 

熱風(fēng)干燥

傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥法是最早廣泛使用的方法，設(shè)備簡單易操作。熱風(fēng)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(xì)管多孔介質(zhì)的特性。因此，當(dāng)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(fēng)懸浮干燥的方式對雙面片材進(jìn)行干燥，干燥效率高，干燥效果好。然而，送風(fēng)機(jī)的功耗相對較大，并且嚴(yán)格控制送風(fēng)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(dǎo)致停機(jī)。

在此基礎(chǔ)上，研制的循環(huán)熱風(fēng)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(shí)踐中，干燥過程是通過分段調(diào)節(jié)風(fēng)量和空氣溫度來調(diào)節(jié)的，這需要大量的投資和復(fù)雜的維護(hù)。

 

紅外線干燥

與熱風(fēng)干燥不同，紅外干燥可以去除電極涂層中的毛細(xì)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(jié)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(shù)通過微波介電加熱來促進(jìn)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(shí)踐中，各種電池制造商往往不會單獨(dú)使用某種干燥方法，而是在熱風(fēng)干燥的基礎(chǔ)上結(jié)合紅外和微波等干燥技術(shù)來提高干燥效率。雖然紅外干燥可以彌補(bǔ)微波輔助技術(shù)的不足，但紅外線的均勻性較差，導(dǎo)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(fēng)干燥。在干燥過程中，熱風(fēng)速度、空氣溫度、涂層厚度、漿料特性和干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)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(dǎo)致涂層出現(xiàn)結(jié)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(dāng)將直接導(dǎo)致動力電池性能下降，每批電極片的一致性會惡化，這將嚴(yán)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(fēng)溫度、風(fēng)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(hù)時間更長。通常，當(dāng)水性漿料的熱風(fēng)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(dāng)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(jié)合更強(qiáng)。干燥溫度高不僅容易導(dǎo)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?yàn)檫^高的溫度會使電極片的表面硬化，導(dǎo)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(luò)、厚邊缺陷或粘合劑/固體顆粒的團(tuán)聚。

 

 

熱風(fēng)速度

熱風(fēng)干燥過程中氣流速度過快會導(dǎo)致涂層不均勻，直接影響動力電池的性能。因此，應(yīng)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(jìn)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?yàn)檫M(jìn)出涂層烘箱的風(fēng)管中積聚了大量灰塵，增加風(fēng)量（風(fēng)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(shè)計(jì)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(yīng)有限，涂層干燥快，涂層缺陷相對較少。一般認(rèn)為，涂層越厚有利于干燥應(yīng)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(dǎo)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(dāng)?shù)目刂?，就很容易產(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(fēng)來降低，以避免過度去除表面溶劑，而后段則要求可以適當(dāng)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。活性物質(zhì)和粘結(jié)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(dāng)，則會出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象，這可能是由于大量溶劑蒸發(fā)導(dǎo)致粘合劑富集所致。

 

 

總結(jié)

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(fù)雜、干燥過程多樣的特點(diǎn)。涂料粘結(jié)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(tuán)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(shí)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(guān)系的研究仍然不足，缺乏對鋰電池生產(chǎn)專用干燥設(shè)備的詳細(xì)研究。需要不斷積累涂層干燥工藝數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化涂層干燥方法。