在鋰離子電池的制造領(lǐng)域，有許多環(huán)節(jié)需要干燥技術(shù)，如原材料干燥、注液前電芯干燥、空氣中水分的除濕。其中，極片涂布后的干燥工序更是直接影響著電池的最終品質(zhì)。每一步都對(duì)電池的性能和質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。

在鋰離子電池行業(yè)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，深入了解干燥技術(shù)，對(duì)于提升電池生產(chǎn)效率和產(chǎn)品性能有著不可忽視的意義。

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干燥分類介紹

固體物料中含有的水分或其他溶劑成分統(tǒng)稱為濕分，含有濕分的固體物料稱為濕物料。固體物料的干燥就是對(duì)濕物料加熱，使所含濕分汽化，并及時(shí)移走所生成蒸氣的過(guò)程。按照加熱方式，干燥過(guò)程可以分為傳導(dǎo)干燥、對(duì)流干燥和熱輻射干燥。

• 對(duì)流干燥：使熱空氣以相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式與濕物料接觸，向物料傳遞熱量，使?jié)穹制⒈粠ё叩母稍锓椒ā?/span>
• 傳導(dǎo)干燥：通過(guò)傳熱壁面以熱傳導(dǎo)方式將熱量傳給濕物料，使?jié)穹制⒈蝗コ母稍锓椒ā?/span>
• 熱輻射干燥：通常以紅外熱輻射方式加熱濕物料表面，物料吸收輻射能后轉(zhuǎn)化為熱能，使?jié)穹制?/span>

按照操作壓力，干燥過(guò)程可分為常壓干燥和真空干燥。

• 常壓干燥就是在大氣壓下的干燥過(guò)程，鋰離子電池涂層的干燥屬于常壓干燥。
• 真空干燥是在抽真空，具有一定真空度情況下完成的干燥過(guò)程，具有操作溫度低、可以深度除濕、熱經(jīng)濟(jì)性好、溶劑回收容易等優(yōu)點(diǎn)。適用于熱敏性、易氧化、有毒、易燃易爆物料的干燥。

按操作方式不同，干燥還可分為連續(xù)干燥和間歇干燥。

• 工業(yè)生產(chǎn)中多為連續(xù)干燥，生產(chǎn)能力大、產(chǎn)品質(zhì)量較均勻、熱效率較高、勞動(dòng)條件較好。
• 間歇干燥投資費(fèi)用較低，操作控制靈活方便，故適用于小批量、多品種或要求干燥時(shí)間較長(zhǎng)物料的干燥。

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干燥工藝介紹

鋰離子電池極片涂布干燥，通常是采用烘道式干燥方式，空氣作為熱載體，利用對(duì)流加熱涂膜，使涂膜中水分或其他溶劑汽化并被空氣帶走，達(dá)到涂膜固化干燥的目的。這種方式主要采用空氣對(duì)流干燥。

空氣干燥器對(duì)流干燥示意圖

干燥速率為單位時(shí)間在單位干燥面積上汽化的水或溶劑的質(zhì)量，用U表示，單位為kg/(m2·s)。干燥速率與空氣和物料狀態(tài)都有關(guān)。當(dāng)空氣的溫度、濕度流量以及與物料接觸方式都不變的情況下，典型干燥速率曲線如下圖所示。

(左)對(duì)流干燥速率曲線；(右)干燥器中的位置

按照干燥速率曲線，可以將干燥分成三個(gè)階段：過(guò)渡段、恒速干燥段和降速干燥段。

過(guò)渡段：對(duì)應(yīng)上圖的AB段，涂膜先降溫后升溫。這一階段涂膜進(jìn)入干燥箱后，由于水或其他溶劑汽化吸熱，膜溫度顯著下降，這是過(guò)渡段的溫度變化特征，通常這一階段干燥速率快，時(shí)間不長(zhǎng)。其中容易忽視的是：涂布后進(jìn)入干燥段前的準(zhǔn)備階段，此時(shí)揮發(fā)性溶劑已經(jīng)開(kāi)始蒸發(fā)。另外如果空氣中不清潔，也會(huì)引起涂布缺陷。

恒速干燥段：對(duì)應(yīng)上圖的BC段，這一階段涂層表面有足夠的非結(jié)合水分，物料表面蒸氣壓與同溫度純水的飽和蒸氣壓相等，與物料內(nèi)部水分及其運(yùn)動(dòng)狀況無(wú)關(guān)。這一階段干燥速率受外部條件控制，當(dāng)外部條件不發(fā)生變化時(shí)物料的吸熱與汽化處于平衡狀態(tài)，溫度通常處于恒定不變狀態(tài)，這是恒速干燥段的溫度變化特征。大部分水分或其他溶劑在這個(gè)階段汽化。

降速干燥段：對(duì)應(yīng)上圖的CD段，從C點(diǎn)開(kāi)始，物料表面已經(jīng)不再全部潤(rùn)濕，部分表面結(jié)合水分開(kāi)始汽化，并且內(nèi)部水分移動(dòng)到表面的速度跟不上表面的汽化速度，汽化速度逐漸下降。干燥速率受水分由物料內(nèi)部移動(dòng)到表面的速度控制。在這一階段由于汽化水分量減少，物料溫度上升，這是降速干燥階段的溫度變化特征。通常到達(dá)D點(diǎn)時(shí)，非結(jié)合水分全部蒸發(fā)完畢，部分結(jié)合水汽化掉了，受空氣傳熱限制和空氣飽和度限制，還有部分結(jié)合水留在涂層中，達(dá)到了新的平衡狀態(tài)。

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干燥點(diǎn)控制

干燥點(diǎn)通常是指物料在干燥過(guò)程中恒速干燥段的終點(diǎn)。涂布后干燥過(guò)程中，通常需要根據(jù)干燥物料性質(zhì)和干燥系統(tǒng)來(lái)預(yù)設(shè)干燥點(diǎn)在干燥器中的位置，稱為預(yù)定干燥點(diǎn)位置?？刂仆繉拥母稍稂c(diǎn)是保障產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素。干燥過(guò)程中濕涂層溫度比干涂層的溫度低，一般在干燥末尾段設(shè)一些測(cè)溫點(diǎn)，以便建立一個(gè)溫度曲線，由這個(gè)曲線就可以判斷出涂層處于恒速干燥段還是降速干燥段，以及涂層是否已經(jīng)干燥和干燥點(diǎn)的位置。

干燥點(diǎn)附近（降速干燥段）的溫度變化

知道干燥點(diǎn)以后，就可以對(duì)干燥點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)干燥點(diǎn)過(guò)晚時(shí)，需要調(diào)節(jié)送風(fēng)系統(tǒng)和涂布車(chē)速將干燥點(diǎn)前移，反之亦然。

通過(guò)優(yōu)化空氣速度節(jié)省干燥運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，涂層的機(jī)械穩(wěn)定性、干燥的最大風(fēng)速是限制因素，應(yīng)綜合考慮設(shè)備費(fèi)用和運(yùn)行成本。一般在降速干燥段對(duì)氣速不敏感，應(yīng)取速度較低；恒速干燥段對(duì)氣速敏感，取較高速較為有利。

綜上所述，鋰離子電池極片涂布干燥技術(shù)涵蓋了多種干燥方式、復(fù)雜的干燥工藝以及關(guān)鍵的干燥點(diǎn)控制等方面。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，不斷優(yōu)化干燥技術(shù)，不僅能夠提高生產(chǎn)效率，還能保障產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。美能光子灣科技能夠?yàn)殡姵刂圃焐烫峁┚珳?zhǔn)的工藝監(jiān)控和質(zhì)量檢測(cè)，助力企業(yè)優(yōu)化干燥工藝，提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，推動(dòng)鋰離子電池行業(yè)朝著更加高效、優(yōu)質(zhì)的方向發(fā)展。